畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-機(jī)械手結(jié)構(gòu)的總體方案設(shè)計(jì)（全套圖紙） .doc

沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文I摘要隨著機(jī)器人在各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用的日益廣泛，許多場合要求機(jī)器人具有力控制的能力。此次設(shè)計(jì)是針對回轉(zhuǎn)殼體內(nèi)自動(dòng)粘貼膠片的任務(wù)，設(shè)計(jì)一個(gè)3DOF平面關(guān)節(jié)型機(jī)械手（包括1個(gè)移動(dòng)關(guān)節(jié)，2個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)和末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)），配合殼體驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)此任務(wù)。在機(jī)械手工作過程中，通過伺服電機(jī)帶動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，從而來完成機(jī)械手水平方向的移動(dòng)，旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)1通過鏈傳動(dòng)來完成平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作，旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)2直接在伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下完成平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作，這樣機(jī)械手可以伸入口徑較小的回轉(zhuǎn)殼體內(nèi)完成粘貼膠片的任務(wù)。本次設(shè)計(jì)工作首先對機(jī)械手進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)分析（包括運(yùn)動(dòng)學(xué)方程的建立，運(yùn)動(dòng)學(xué)方程的正問題、逆問題及其解）。設(shè)計(jì)內(nèi)容包括機(jī)械手的移動(dòng)關(guān)節(jié)、旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì)等。其中，重點(diǎn)是對伺服進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（包括工作臺(tái)的設(shè)計(jì)，絲杠的設(shè)計(jì)，直線導(dǎo)軌、伺服電機(jī)和減速器的選取等）。最后對系統(tǒng)中主要部件的剛度、強(qiáng)度等性能參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算與校核。關(guān)鍵詞：機(jī)械手；自由度；運(yùn)動(dòng)學(xué)分析；伺服電機(jī)；直角減速器沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文IIAbstractWiththeincreasingapplicationofrobotinvariousindustrialfields,itisrequestedthatrobothastheabilitytocontrolpower.Accordingtothecontacttaskofrotaryhull,a3-DOFrobotmanipulatorisdesignedinordertoaccomplishstickingofthecolloid.Therobotmanipulatorconsistsofatransferjointandtworevolutejointsandrobotend-effector.Therobotmanipulatorcouldrealizethecontactingtaskcombiningwiththedrivingsystemofrotaryhull.Theconcreteprocessingcomprisingofdrivingscrewtransmissionwiththeservomotor.Inthisway,robotmanipulatorcouldcompletemovementinhorizontaldirection,therevolutejointcouldbeabletoaccomplishrevolutemotionoftwodimension-spacethroughachaindriving,therevolutejointofend-effectorcompletesdirectlyrevolutemotionwiththeservomotor.Firstly,thisdesignhasbeencarriedonthekinematicsanalysisinordertothemanipulator,whichconsistsofincludingtheestablishmentofkinematicsequation,thepositivesolutionsofthekinematicsequation,thecorrespondinginversesolutions.Secondly,thetransferjoint,revolutejointandthetransmissionpartaredesigned.Theimportantpartisthedesignofservofeedingsystem,whichconsistsofthedesignoftheplatformandthescrew,theselectionoflinearguideway,servomotorandreducer,etc.Finally,thecorrespondingcalculationsaredoneconsideringthesystemsmainguidelinesuchascomponentsstiffness,strengthandotherperformanceparameters.Keywords:Robotmanipulator；Freedom；Kinematicsanalysis；Servomotor；Right-anglereducer沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文III目錄1引言.11.1課題背景和意義.11.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀.11.3工業(yè)機(jī)械手的用途.32機(jī)械手結(jié)構(gòu)的總體方案設(shè)計(jì).42.1課題的主要內(nèi)容.42.2課題的研究方案.42.3機(jī)械手結(jié)構(gòu)的總體設(shè)計(jì).42.3.1主要技術(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì).42.3.2機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).43機(jī)械手運(yùn)動(dòng)學(xué)分析.63.1機(jī)械手運(yùn)動(dòng)學(xué)方程的建立.63.2運(yùn)動(dòng)學(xué)方程的正解.73.3運(yùn)動(dòng)學(xué)方程的逆解.84傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì).104.1伺服電機(jī)及減速器的選擇.104.1.1機(jī)電領(lǐng)域中伺服電機(jī)的選擇原則.104.1.2旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)及減速器的選擇.104.2鏈輪的設(shè)計(jì)及鏈條的選擇.114.2.1滾子鏈傳動(dòng)的設(shè)計(jì).114.2.2鏈輪的設(shè)計(jì).134.2.3滾子鏈的靜強(qiáng)度計(jì)算.144.2.4鏈傳動(dòng)的張緊.154.2.5鏈傳動(dòng)的潤滑.155軸的設(shè)計(jì)與驗(yàn)算.165.1軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).16沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文IV5.1.1選擇軸的材料.165.1.2初步估計(jì)軸徑.175.2軸的校核.186軸上零件的選擇與計(jì)算.256.1鍵的選擇與鍵聯(lián)接強(qiáng)度校核.256.1.1大臂末端電機(jī)軸上鍵的選擇與校核.256.1.2軸上矩形花鍵的選擇與校核.266.1.3小臂電機(jī)軸上鍵的選擇與校核.266.2滾動(dòng)軸承的驗(yàn)算.266.2.1確定軸承的承載能力.276.2.2計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷.286.2.3校核軸承壽命.287伺服進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算.297.1滾珠絲杠的設(shè)計(jì).297.1.1材料的選擇.297.1.2耐磨性計(jì)算.297.1.3螺桿的強(qiáng)度計(jì)算.307.1.4螺桿的穩(wěn)定性計(jì)算.307.2絲杠副的選擇計(jì)算.317.2.1螺母的疲勞壽命計(jì)算.327.2.2螺母螺紋牙的強(qiáng)度計(jì)算.337.2.3螺母凸緣的強(qiáng)度計(jì)算.347.3絲杠驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇.347.4機(jī)械導(dǎo)軌的選擇.357.5聯(lián)軸器的選擇與計(jì)算.367.5.1選擇聯(lián)軸器的類型.367.5.2聯(lián)軸器的主要參數(shù).377.5.3聯(lián)軸器的計(jì)算扭矩.37結(jié)論.39沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文V致謝.40參考文獻(xiàn).41附錄A.42附錄B.48沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文11引言1.1課題背景和意義機(jī)器人技術(shù)，應(yīng)該說是一個(gè)伴隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步而發(fā)展起來的一項(xiàng)綜合性的成果。同時(shí)，也是對社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生了重大影響的一門科學(xué)技術(shù)。它的發(fā)展歸功于在第二次世界大戰(zhàn)中各國加強(qiáng)了經(jīng)濟(jì)的投入。比如說日本，戰(zhàn)爭以后開始發(fā)展汽車工業(yè)，那么這時(shí)候由于它人力的缺乏，迫切需要一種機(jī)器人來進(jìn)行大批量的制造，提高生產(chǎn)效率降低人的勞動(dòng)強(qiáng)度，這是社會(huì)發(fā)展本身的一個(gè)需求。另一方面它也是生產(chǎn)力發(fā)展需求的必然結(jié)果，還是人類自身發(fā)展的必然結(jié)果。隨著人類社會(huì)的發(fā)展，人們在不斷認(rèn)識和改造自然的過程中，需要能夠解放人的一種奴隸。這種奴隸要能夠代替人們?nèi)氖聫?fù)雜和繁重的體力勞動(dòng)，實(shí)現(xiàn)人們對不可達(dá)到世界的認(rèn)識和改造，這也是人們在科技發(fā)展過程中的一個(gè)客觀需要。但另一方面，盡管人們有各種各樣的好的想法，機(jī)器人技術(shù)仍歸功于電子技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)以及制造技術(shù)等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，需要其提供強(qiáng)大的技術(shù)保證。隨著社會(huì)的進(jìn)步，不僅工業(yè)機(jī)器人技術(shù)在制造業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，同時(shí)，特種機(jī)器人的用途也越來越廣泛，機(jī)器人每年收獲的農(nóng)作物達(dá)數(shù)十億噸。有的機(jī)器人可以上山伐木，有的可以擠牛奶，有的則可以擦玻璃、洗汽車和洗飛機(jī)。機(jī)器人技術(shù)作為20世紀(jì)人類最偉大的發(fā)明之一，自20世紀(jì)60年代初問世以來，經(jīng)歷40余年的發(fā)展已取得長足的進(jìn)步。走向成熟的工業(yè)機(jī)器人及各種用途的特種機(jī)器人的應(yīng)用，昭示著機(jī)器人技術(shù)燦爛的明天。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在1947年產(chǎn)生了世界上第一臺(tái)主從遙控的機(jī)器人，1947年以后是計(jì)算機(jī)電子技術(shù)發(fā)展比較迅速的時(shí)期，因此各國已經(jīng)開始利用當(dāng)時(shí)的一些現(xiàn)代的技術(shù)，進(jìn)行了機(jī)器人研究。在1962年美國研制成功PUMA通用示教再現(xiàn)型機(jī)器人，那么這就標(biāo)志著機(jī)器人走向成熟，應(yīng)該說第一臺(tái)可用的機(jī)器人在1947年產(chǎn)生，而真正意義的機(jī)器人在1962年產(chǎn)生。相繼不久，在英國等國家，也相繼研究出一些機(jī)器人，那么到了20世紀(jì)60年代末，日本人將它的國民經(jīng)濟(jì)的汽車工業(yè)與機(jī)器人進(jìn)行結(jié)合，它購買了美國的專利，在日本進(jìn)行了再次開發(fā)和生產(chǎn)機(jī)器人。到沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文220世紀(jì)70年代，日本已經(jīng)將這種示教再現(xiàn)型的機(jī)器人進(jìn)行了工業(yè)化，出現(xiàn)了很多公司，現(xiàn)在的像ABB，MOTOMAN，安川公司，還有很多機(jī)器人公司像OTC等公司。它們都已經(jīng)將機(jī)器人進(jìn)行了工業(yè)化，進(jìn)行了批量生產(chǎn)，而且成功的用于了汽車工業(yè)，使機(jī)器人正式走向應(yīng)用。在20世紀(jì)70年代到20世紀(jì)80年代初期，工業(yè)機(jī)器人變成產(chǎn)品以后，得到全世界的普遍應(yīng)用以后，那么很多研究機(jī)構(gòu)開始研究第二代具有感知功能的機(jī)器人，出現(xiàn)了瑞典的ABB公司，德國的KUKA機(jī)器人公司和日本的FUNAC公司。它們都在工業(yè)機(jī)器人方面具有很大的作為，同時(shí)我們也看到機(jī)器人的應(yīng)用在不斷拓寬，它已經(jīng)從工業(yè)上的一些應(yīng)用，擴(kuò)展到了服務(wù)行業(yè)，并且擴(kuò)展了它的作業(yè)空間，已經(jīng)在海洋空間和服務(wù)醫(yī)療等行業(yè)的進(jìn)行使用。我們國家在機(jī)器人的研究，是在20世紀(jì)70年代后期，當(dāng)時(shí)我們在國家北京舉辦一個(gè)日本的工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品展覽會(huì)，在這個(gè)會(huì)上有兩個(gè)產(chǎn)品，一個(gè)是數(shù)控機(jī)床，一個(gè)是工業(yè)機(jī)器人，這個(gè)時(shí)候，我們國家的許多學(xué)者，看到了這樣一個(gè)方向，開始進(jìn)行了機(jī)器人的研究，但是這時(shí)候研究，基本上還局限于理論的探討階段，那么真正進(jìn)行機(jī)器人研究的時(shí)候，是在七五、八五、九五、十五將近這二十年的發(fā)展。發(fā)展最迅速的時(shí)候，是在1986年我們國家成立了863計(jì)劃是高技術(shù)發(fā)展計(jì)劃，就將機(jī)器人技術(shù)作為一個(gè)重要的發(fā)展的主題，國家投入將近幾個(gè)億的資金開始進(jìn)行了機(jī)器人研究，使得我們國家在機(jī)器人這一領(lǐng)域得到很快地、迅速地發(fā)展。目前主要單位像中科院沈陽自動(dòng)化所，原機(jī)械部的北京自動(dòng)化所，像哈爾濱工業(yè)大學(xué)，北京航空航天大學(xué)，清華大學(xué)，還包括中科院北京自動(dòng)化所等等的一些單位都做了非常重要的研究工作，也取得了很多的成果，而且目前這幾年來看，我們國家在高校里邊，有很多單位從事機(jī)器人研究，很多研究生和博士生都