1、精選文檔審定成績：成都工業學院畢 業 設 計 （論 文）設計（論文）題目： 三自由度機器人設計系 部 名 稱： 機電工程系學 生 姓 名： 伊智駿專 業：機電一體化班級：0941309413學號：3434指 導 教師：李剛俊答辯組負責人：精選文檔精選文檔填表時間： 年 月精選文檔精選文檔摘要在工業上， 自動控制系統有著廣泛的應用， 如工業自動化機床控制， 計算機 系統，機器人等。 而工業機器人是相對較新的電子設備， 它正開始改變現代化工 業面貌。本設計為三自由度直角坐標型工業機器人， 其工作方向為三個直線方向。 在控制器的作用下，它執行將工件從一個地方搬到另一個地方這一簡單的動作 , 本文是對

2、整個設計工作較全面的介紹和總結。關鍵詞：三自由度 直角坐標 工業機器人精選文檔精選文檔AbstractAbstractIt is starting to change the modern industrial landscape. The design for the industrial robot of three degrees of freedom Cartesian coordinate its work direction for the three linear directions. The role of the controller, which performs the

3、 workpiece moved from one place to another place of this simple action, This is the entire design more comprehensive introduction and summary.Keywords ： three degrees of freedom, rectangular coordinates, industrial robots精選文檔精選文檔目錄摘要 IAbstract II前言 1第 1章概述 21.1機器人概述21.2機器人的歷史和現狀41.3機器人的發展趨勢6第 2章 總體設

4、計 82.1機器人的組成及各部分關系概述82.2總體方案擬定92.3驅動方式的選擇11第 3 章 機械系統設計133.1機械手的結構設計133.2傳動絲桿的設計173.3導軌的設計203.4軸承的選擇213.5電機的選擇22第 4 章 總結25致謝 27 精選文檔精選文檔參考文獻27精選文檔精選文檔前言隨著現代化科學技術的飛速發展和社會的進步，自動化控制系統有著廣泛 的應用，如工業自動化機床控制，計算機系統，機器人等。而工業機器人是相對 較新的電子設備，它正開始改變現代化工業面貌。機器人就是用機器代替人手，把工件由某個地方移向指定的工作位置，或 按照工作要求以操縱工件進行加工， 大大降低了勞動

5、力， 并且大大增加了工作效 率和降低了產品的成本， 對現代社會發展起到非常重要的作用， 但現在的工業機 器人只是在危險作業（廣義的） 、多粉塵、高溫、噪聲、工作空間狹小等不適于 人工作業的環境。 還有它可按照事先制訂的作業程序完成規定的操作， 但還不具 備傳感反饋能力， 不能應付外界的變化。 如發生某些偏離時， 就將引起零部件甚 至機器人本身的損壞。 針對于上述各個領域的機器人系統的應用和研究對系統本 身也提出越來越多的要求。 制造業要求機器人系統具有更大的柔性和更強大的編 程環境，適應不同的應用場合和多品種、小批量的生產過程。計算機集成制造 （CIM）要求機器人系統能和車間中的其它自動化設備

6、集成在一起。研究人員為 了提高機器人系統的性能和智能水平， 要求機器人系統具有開放結構和集成各種 外部傳感器的能力。 然而，目前商品化的機器人系統多采用封閉結構的專用控制 器，一般采用專用計算機作為上層主控計算機， 使用專用機器人語言作為離線編 程工具，采用專用微處理器， 并將控制算法固化在 EPROM中，這種專用系統很難 （或不可能） 集成外部硬件和軟件。 修改封閉系統的代價是非常昂貴的， 如果不 進行重新設計， 多數情況下技術上是不可能的。 解決這些問題的根本辦法是研究 和使用具有開放結構的機器人系統。由于種種原因，我國的工業機器人技術的發展比較慢。目前我國已開始有 計劃地從國外引進工業機

7、器人技術，通過引進、仿制、改造、創新，工業機器人 將會獲得快速的發展。 國內通過“七五”機器人技術攻關， 已具備了生產國產機 器人的基礎，但國產機器人無論在技術上， 還是可靠性上， 都與國外機器人差相 當一段距離，要盡快縮短這種距離，必須走一條開放型的自主科研道路。本設計根據所需的要求和實踐理論分析，設計了整個系統由電機驅動的三 自由度機器人， 使工件從一個位置運送至指定位置， 機械手在規定時間內把工件 沿指定路線搬運到另一個位置。精選文檔精選文檔第 1 1 章 概述1.1機器人概述在現代工業中，生產過程的機械化、自動化已成為突出的主題。化工等連 續性生產過程的自動化已基本得到解決。 但在機械

8、工業中， 加工、 裝配等生產是 不連續的。專用機床是大批量生產自動化的有效辦法；程控機床、數控機床、加 工中心等自動化機械是有效地解決多品種小批量生產自動化的重要辦法。 但除切 削加工本身外，還有大量的裝卸、 搬運、裝配等作業，有待于進一步實現機械化。 機器人的出現并得到應用，為這些作業的機械化奠定了良好的基礎。“工業機器人”(Industrial Robot )多數是指程序可變(編)的獨立的自 動抓取、搬運工件、操作工具的裝置(國內稱作工業機器人或通用機器人) 。機器人是一種具有人體上肢的部分功能，工作程序固定的自動化裝置。機 器人具有結構簡單、成本低廉、維修容易的優勢，但功能較少，適應性較

9、差。目 前我國常把具有上述特點的機器人稱為專用機器人， 而把工業機械人稱為通用機 器人。簡而言之，機器人就是用機器代替人手，把工件由某個地方移向指定的工 作位置，或按照工作要求以操縱工件進行加工。機器人一般分為三類。第一類是不需要人工操作的通用機器人，也即本文 所研究的對象。 它是一種獨立的、不附屬于某一主機的裝置，可以根據任務的需 要編制程序，以完成各項規定操作。它是除具備普通機械的物理性能之外，還具 備通用機械、記憶智能的三元機械。第二類是需要人工操作的，稱為操作機 (Manipulator )。它起源于原子、 軍事工業，先是通過操作機來完成特定的作業， 后來發展到用無線電訊號操作機器人來

10、進行探測月球等。 工業中采用的鍛造操作 機也屬于這一范疇。 第三類是專業機器人，主要附屬于自動機床或自動生產線上， 用以解決機床上下料和工件傳送。 這種機器人在國外通常被稱之為 “Mechanical Hand”，它是為主機服務的，由主機驅動。除少數外，工作程序一般是固定的， 因此是專用的。機器人按照結構形式的不同又可分為多種類型，其中關節型機器人以其結 構緊湊，所占空間體積小， 相對工作空間最大， 甚至能繞過基座周圍的一些障礙 物等這樣一些特點， 成為機器人中使用最多的一種結構形式， 世界一些著名機器精選文檔精選文檔人的本體部分都采用這種機構形式的機器人。 要機器人像人一樣拿取東西，最簡單的

11、基本條件是要有一套類似于指、腕、 臂、關節等部分組成的抓取和移動機構執行機構； 像肌肉那樣使手臂運動的 驅動傳動系統； 像大腦那樣指揮手動作的控制系統。 這些系統的性能就決定了 機器人的性能。 一般而言， 機器人通常就是由執行機構、 驅動傳動系統和控制 系統這三部分組成，如圖 1-1 所示。圖 1-1 機器人的一般組成機器人的機械系統主要由執行機構和驅動傳動系統組成。執行機構是機 器人賴以完成工作任務的實體， 通常由連桿和關節組成， 由驅動傳動系統提供 動力，按控制系統的要求完成工作任務。 驅動傳動系統主要包括驅動機構和傳 動系統。驅動機構提供機器人各關節所需要的動力， 傳動系統則將驅動力轉換

12、為 滿足機器人各關節力矩和運動所要求的驅動力或力矩。 有的文獻則把機器人分為 機械系統、驅動系 統 和控制 系 統三大 部 分。其中 的機械 系統又稱操 作機 (Manipulator)，相當于本文中的執行機構部分。精選文檔精選文檔1.2機器人的歷史和現狀機器人首先是從美國開始研制的。 1958 年美國聯合控制公司研制出第一臺 機器人。它的結構特點是機體上安裝一回轉長臂， 端部裝有電磁鐵的工件抓放機 構，控制系統是示教型的。日本是工業機器人發展最快、應用最多的國家。自 1969 年從美國引進兩種 典型機器人后，大力從事機器人的研究。目前工業機器人大部分還屬于第一代，主要依靠人工進行控制；控制方

13、式 則為開環式，沒有識別能力；改進的方向主要是降低成本和提高精度。第二代機器人正在加緊研制。它設有微型電子計算機控制系統，具有視覺、 觸覺能力， 甚至聽、想的能力。研究安裝各種傳感器， 把感覺到的信息進行反饋， 使機器人具有感覺機能。第三代機器人(機器人)則能獨立地完成工作過程中的任務。它與電子計 算機和 電視 設備 保持 聯系， 并逐 步發 展成 為柔性 制造 系統 FMS(Flexible Manufacturing System) 和柔性制造單元 FMC(Flexible Manufacturing Cell) 中的重要一環。隨著工業機器人研究制造和應用領域不斷擴大，國際性學術交流活動十

14、分 活躍，歐美各國和其他國家學術交流活動開展很多。國際工業機器人會議 ISIR 決定每年召開一次會議，討論和研究機器人的發展及應用問題。目前，工業機器人主要用于裝卸、搬運、焊接、鑄鍛和熱處理等方面，無 論數量、品種和性能方面還不能滿足工業生產發展的需要。 使用工業機器人代替 人工操作的，主要是在危險作業(廣義的) 、多粉塵、高溫、噪聲、工作空間狹 小等不適于人工作業的環境。在國外機械制造業中，工業機器人應用較多，發展較快。目前主要應用于 機床、模鍛壓力機的上下料，以及點焊、噴漆等作業，它可按照事先制訂的作業 程序完成規定的操作， 但還不具備傳感反饋能力， 不能應付外界的變化。 如發生 某些偏離

15、時，就將引起零部件甚至機器人本身的損壞。隨著現代化科學技術的飛速發展和社會的進步，針對于上述各個領域的機 器人系統的應用和研究對系統本身也提出越來越多的要求。 制造業要求機器人系 統具有更大的柔性和更強大的編程環境， 適應不同的應用場合和多品種、 小批量精選文檔精選文檔的生產過程。計算機集成制造（ CIM）要求機器人系統能和車間中的其它自動化 設備集成在一起。 研究人員為了提高機器人系統的性能和智能水平， 要求機器人 系統具有開放結構和集成各種外部傳感器的能力。 然而，目前商品化的機器人系 統多采用封閉結構的專用控制器， 一般采用專用計算機作為上層主控計算機， 使 用專用機器人語言作為離線編程

16、工具， 采用專用微處理器， 并將控制算法固化在 EPROM中，這種專用系統很難（或不可能）集成外部硬件和軟件。修改封閉系統 的代價是非常昂貴的， 如果不進行重新設計， 多數情況下技術上是不可能的。 解 決這些問題的根本辦法是研究和使用具有開放結構的機器人系統。美國工業機器人技術的發展，大致經歷了以下幾個階段：（1）1963-1967 年為試驗定型階段。 1963-1966 年，萬能自動化公司制造 的工業機器人供用戶做工藝試驗。 1967 年，該公司生產的工業機器人定型為 1900 型。（2）1968-1970 年為實際應用階段。這一時期，工業機器人在美國進入應 用階段，例如，美國通用汽車公司

17、1968 年訂購了 68 臺工業機器人； 1969 年該 公司又自行研制出 SAM新工業機器人，并用 21 組成電焊小汽車車身的焊接自動 線；又如，美國克萊斯勒汽車公司 32 條沖壓自動線上的 448臺沖床都用工業機 器人傳遞工件。（3）1970年至今一直處于推廣應用和技術發展階段。 1970-1972 年，工業 機器人處于技術發展階段。 1970年 4 月美國在伊利斯工學院研究所召開了第一 屆全國工業機器人會議。 據當時統計，美國大約 200臺工業機器人， 工作時間共 達 60 萬小時以上，與此同時，出現了所謂了高級機器人，例如：森德斯蘭德公 司（ Sundstrand ）發明了用小型計算機

18、控制 50臺機器人的系統。又如，萬能自 動公司制成了由 25 臺機器人組成的汽車車輪生產自動線。麻省理工學院研制了 具有有“手眼”系統的高識別能力微型機器人。其他國家，如日本、蘇聯、西歐，大多是從1967， 1968 年開始以美國的“ Versatran ”和“ Unimate”型機器人為藍本開始進行研制的。 就日本來說， 1967 年，日本豐田織機公司 引進美國的“Versatran ”, 川崎重工公司引進 “Unimate”， 并獲得迅速發展。通過引進技術、仿制、改造創新。很快研制出國產化機器人， 技術水平很快趕上美國并超過其他國家。經過大約 10 年的實用化時期以后，從精選文檔精選文檔1

19、980年開始進入廣泛的普及時代。我國雖然開始研制工業機器人僅比日本晚 5-6 年，但是由于種種原因， 工業 機器人技術的發展比較慢。目前我國已開始有計劃地從國外引進工業機器人技 術，通過引進、仿制、改造、創新，工業機器人將會獲得快速的發展。1.3機器人發展趨勢國內各行各業對機器人的需求將越來越多，國內市場將穩步增長，根據目 前的現狀，我國機器人近幾年發展的形式將會怎樣呢？根據我們的分析將會呈現 如下幾個特點：1從國際市場來看，機器人工業是一種高投入低贏利的產業，市場競爭極 為激烈，機器人工業必須上一定規模才有利潤可言， 才有必需的開發投入， 才能 走上良性循環的發展道路。 世界上機器人產量最大

20、的三家公司年產機器人數均超 千臺以上，其中 ABB 公司達到 9000臺，安川電機公司近 2500 臺，KUKA 公司 近 2000 臺，從國內現狀來看， 大公司、 大企業通過與外國機器人公司合資合作， 引進技術和資金，逐步規模化生產機器人， 把國內機器人產業推向一個新的階段， 其中有代表性的， 如首鋼集團公司與安川電機公司合資的首鋼莫托曼公司、 唐山 電子設備廠與松下電器公司合資的唐山松下產業機器有限公司、 東風汽車公司與 德國 KUKA 公司合作、濟南二機床公司與美國 ISI 機器人公司合作等等。這些 合資合作的開展， 將會有效地推動中國機器人工業的進步， 全面促進中國機器人 工業水平的提

21、高，但是它也會和其他外國機器人公司一樣， 沖擊中國機器人市場， 影響具有自主開發能力的中國機器人產業的形成， 也會使國內其他的機器人生產 廠家面臨一種嚴峻的挑戰。2由注重機器人單機開發過渡到成套開發機器人應用系統 生產機器人多的大型公司，可以憑借規模優勢，占據較大的市場份額，形 成規模效益， 而一些中小公司要想在激烈的市場競爭中求得生存， 必須具有自己 的特色。國外許多中小公司把自己的市場定位在機器人系統集成或某些有特長領精選文檔精選文檔域，從而形成自己的局部優勢，在市場中求得生存和發展，如奧地利IGM 公司以向用戶提供大型機器人焊接系統著稱，機器人在系統中只占售價的1/3 左右，賣單臺機器人

22、贏利甚微，而賣機器人系統卻贏利可觀。意大利 COMAU 公司以 承接壓機生產線見長， 在這里， 機器人系統是促銷售的關鍵。 我國國內機器人生 產廠家規模大都較小， 甚至談不上規模， 而國內一般企業又沒有能力將機器人有 效地集成到生產系統中去， 因此，那些進行系統集成并向用戶提供一條龍服務的 公司，在機器人市場中將有較強的競爭力。 國內機器人生產廠家中北京機械工業 自動化研究所，以承接涂裝自動化生產線見長，累計產值近 2000 萬元，中國科 學院沈陽自動化研究所承接焊接生產線，累計產值近 5000 萬元，哈爾濱工業大 學機器人研究所的機器人碼垛生產線正在產業化，累計產值超千萬元。3機器人開發走開

23、放型科研之路 國內通過“七五”機器人技術攻關，已具備了生產國產機器人的基礎，但 國產機器人無論在技術上， 還是可靠性上， 都與國外機器人差相當一段距離， 要 盡快縮短這種距離，必須走一條開放型的自主科研道路。1）多方籌措開發資金，通過政府部門投資、用戶單位投資、自我積累、外 商投資、銀行貸款等形式，籌措國產機器人的開發資金。2）消化和利用國外機器人技術、資料、樣機和關鍵元器件，為我所用。3）選擇引進國外質量可靠的機器人零部件和元器件。4）大力開展國內合作，利用國內技術優勢，開發具有中國技術特色的國產 機器人產品。5）注意機器人產品的高可靠性，使國產機器人的可靠性與國外機器人具有 可比性，同時要

24、做到低成本、易操作。精選文檔精選文檔第 2 2 章 總體設計2.1機器人的組成及各部分關系概述機器人的組成圖它主要由機械系統 （執行系統和驅動系統 ）、控制檢測系統及智能系統組成。A、 執行系統：執行系統是工業機器人完成抓取工件，實現各種運動所必需的 機械部件，它包括手部、腕部、機身等。（ 1） 手部：又稱手爪或抓取機構，它直接抓取工件或夾具。（ 2） 腕部：又稱手腕，是連接手部和臂部的部件，其作用是調整或改變手部的 工作方位。（ 3） 臂部：是支承腕部的部件，作用是承受工件的負荷，并把它傳遞到預定的 位置。（ 4） 機身：是支承手臂的部件，其作用是帶動臂部升降或俯仰運動。B、 驅動系統：為執

25、行系統各部件提供動力，并驅動其動力的裝置。常用的機 械傳動、液壓傳動、氣壓傳動和電傳動。本設計使用的是電傳動。精選文檔精選文檔C、控制系統：通過對驅動系統的控制，使執行系統按照規定的要求進行工作， 當發生錯誤或故障時發出報警信號。D、檢測系統：作用是通過各種檢測裝置、傳感裝置檢測執行機構的運動情況， 根據需要反饋給控制系統，與設定進行比較，以保證運動符合要求。各部分關系圖2.2總體方案擬定本設計為三自由度機器人， 其工作方向為 X,Y,Z 三個直線方向。 在控制器的 作用下，它執行將工件從一個位置放到另一個位置， 以實現自動化， 減少人力勞 動。本文是對整個設計工作較全面的介紹和總結。精選文檔

26、精選文檔除去機械手的總體框架精選文檔精選文檔2.3 驅動方式的選擇機器人常用的驅動方式有液壓驅動、氣壓驅動和電機驅動三種類型。這三種方法各有所長，各種驅動方式的特點見表 2-1表 2-1 三種驅動方式的特點對照驅動方式內容液壓驅動氣動驅動電機驅動輸出功率很大，壓力范圍為50140Pa大，壓力范圍為4860較大控制性能利用液體的不可 壓縮性，控制精度較高，輸出功率 大，可無級調速， 反應靈敏，可實現 連續軌跡控制氣體壓縮性大，精 度低，阻尼效果 差，低速不易控 制，難以實現高 速、高精度的連續 軌跡控制控制精度高，功率 較大，能精確定 位，反應靈敏，可 實現高速、高精度 的連續軌跡控制， 伺服特

27、性好，控制 系統復雜響應速度很高較高很高結構性能及體積結構適當，執行機 構可標準化、模擬 化，易實現直接驅 動。功率 / 質量比 大，體積小，結構 緊湊，密封問題較 大結構適當，執行機 構可標準化、模擬 化，易實現直接驅 動。功率 / 質量比 大，體積小，結構 緊湊，密封問題較 小伺服電動機易于 標準化，結構性能 好，噪聲低，電動機一般需配置減 速裝置，除 DD電 動機外，難以直接 驅動，結構緊湊， 無密封問題精選文檔精選文檔安全性防爆性能較好，用 液壓油作傳動介 質，在一定條件下 有火災危險防爆性能好，高于 1000kPa（10 個大 氣壓） 時應注意設 備的抗壓性設備自身無爆炸 和火災危險

28、，直流有刷電動機換向 時有火花，對環境的防爆性能較差對環境的影響液壓系統易漏油， 對環境有污染排氣時有噪聲無續表 2-1 三種驅動方式的特點對照在工業機器人中 應用范圍適用于重載、低速 驅動，電液伺服系 統適用于噴涂機 器人、點焊機器人 和托運機器人適用于中小負載 驅動、精度要求較 低的有限點位程 序控制機器人，如沖壓機器人本體 的氣動平衡及裝 配機器人氣動夾 具適用于中小負載、 要求具有較高的 位置控制精度和 軌跡控制精度、速 度較高的機器人， 如 AC伺服噴涂機 器人、點焊機器 人、弧焊機器人、 裝配機器人等成本液壓元件成本較 高成本低成本高維修及使用方便，但油液對環 境溫度有一定要 求方

29、便較復雜機器人驅動系統各有其優缺點，通常對機器人的驅動系統的要求有：1）驅動系統的質量盡可能要輕，單位質量的輸出功率要高，效率也要高；2）反應速度要快，即要求力矩質量比和力矩轉動慣量比要大，能夠進行 頻繁地起、制動，正、反轉切換；3）驅動盡可能靈活，位移偏差和速度偏差要小；精選文檔精選文檔4）安全可靠；5）操作和維護方便；6）對環境無污染，噪聲要小；7）經濟上合理，尤其要盡量減少占地面積。 經上述分析此三自由度機器人 X,Y ,Z 方向驅動及機械手的驅動采用電機驅 動。第 3 3 章 機械系統設計3.1 機械手的結構設計 搬運機器人能夠模仿人手部的部分動作， 按照設定的程序、 軌跡和要求， 代

30、 替人工在高溫和危險的作業區進行單調持久的作業， 實現一些人工不可能完成的 工作，這不僅可以使人手避免出現可能的危險情況， 保障生產安全， 還能促進工 作線的流水化，提高了工作效率，降低了勞動強度，改善了勞動環境，已經成為 現代制造業中不可或缺的一種自動化裝置。根據對機器人的工藝過程及控制要求分析，機械手的動作過程如圖所示：精選文檔精選文檔以下是機械手的視圖表示：主視圖精選文檔精選文檔左視圖俯視圖精選文檔精選文檔精選文檔精選文檔3.2傳動絲桿的設計滑動螺旋的特點：結構簡單，加工方便；易于實現逆行程自鎖，工作安 全可靠；摩擦阻力大，傳動效率低；容易磨損，軸向剛度較差。滾珠螺旋的特點：摩擦阻力小，

31、傳動效率高；磨損小、壽命長、工作可 靠性好；具有運動的可逆性，應設防逆動裝置；軸向剛度較高，抗沖擊性能 較差；結構復雜，加工制造較難； 預緊后得到很高的定位精度 （約達 5um/300 ）和重復定位精度（可達 12um）。參照設計要求發現， 滑動螺旋和滾動螺旋均可滿足要求， 擬選定滑動螺旋傳 動方式。1.滑動螺旋傳動特點（ 1）螺桿轉動一周，螺母移動一個螺距（彈頭螺紋） 。因為螺距一般很小，所以 在轉角很大的情況下， 能獲得很小的直線位移量， 可大大縮短機構的傳動鏈， 故 裝置結構緊湊。（2）具有較好的增力作用。只要給主動件一個較小的轉矩，從動件即能獲得較 大的轉矩。（3）由于工作臺采用滑動螺

32、旋設計，存在較大的滑動摩擦，致使其效率偏低， 磨損較快。2.螺桿材料、熱處理及精度所有軸的制造材料均為 45 號鋼。螺紋部分采用表面淬火處理，保證硬度達 到 45HRC，使螺紋具有較好的強度和韌性。考慮傳動工作臺的技術要求和安裝限 制，選取公差等級為 h7 級的基軸制配合。3.螺紋數據的初步設計與校核考慮到實際中軸向力的影響較大，選取梯形螺紋作為基本齒形。根據 GB/T 5796.3-2005 ，。試 取 （外 螺紋 ） 公稱 直徑 d 20.000mm ， 對 應的 中徑 d2 18. 0 0m0 m，小徑 d1 15.500mm ，螺距 P 4mm。由 d2hHGB/T5796.4-200

33、5，對 于 h7 的梯形外螺紋，中徑的極限尺寸 d2max 18.000mm， d2min 17.800mm 。精選文檔精選文檔現實中，滑動螺旋傳動的失效性是主要是螺紋的磨損、 螺桿的變形或螺紋的 斷裂等。因此，滑動螺旋傳動的校核通常包括耐磨性、剛度、穩定性及強度等方 面。根據使用需要，還需進行驅動力矩、效率與自鎖等其他方面的計算。（ 1）螺旋升角 及誘導摩擦角tan P / d2 0.07077 ，得 4。3查表【1】，鋼的摩擦系數 f0.1 ，因而 v arctan5。55cos2其中，梯形螺紋的牙型半角30。（2）軸向力 Fa 的確定根據要求，載重 m 1.5kg 。設計中留出預留量，即

34、考慮徑向力 Fr m，取2，則Fr 2m 3kg 。根據力的合成原理，得 Fa Fr / tan879N3）耐磨性校核因為磨損的速度與螺紋工作表面大小有直接關系， 所以為了提高螺旋傳動壽命，必須限制螺紋工作表面壓強，即： P Fa P 0.785N mm2這里，取梯形螺紋螺紋工作高度 h 0.5P 2mm。試選用整體式螺母 （2.2 ），因而 H h 39.6mm 。這里初步確定螺紋材料為 45 號鋼，為兼顧螺紋的硬度和韌性要求，進行比 表面淬火處理，保證 HRC在 4050。查表【1】得 45 號鋼的許用壓強 p （6 8）N mm 。顯然，有 p p成立，合 格。又螺母螺紋扣數 n H 9

35、.9 10 ，合格。P（4）驅動力矩 T 、傳動效率 及自鎖性校核對于單線螺桿， Ph P 4mm 。視螺旋副克服摩擦力的力矩為其驅動力矩，精選文檔傳動效率tantan( )40.29%4Fad22E22 4) 106 17.61 mGd2精選文檔即T Fa d2 tan( ) 1390.2N mm顯然， v ，故當驅動力矩去除后，螺旋將會自鎖，實現“穩定剎車” 。（5）剛度校核在長度為 1m的螺紋上，因軸向載荷 Fa和轉矩 T作用而產生的螺距累計變化查表 1 可知， 6 7 ，精度等級合格。表1精度等級567891 /( m m 1)10153055110（ 6）穩定性校核螺桿在受軸向載荷

36、Fa 時，應防止螺桿長度與直徑比過大而造成側向彎曲。 顯然，有螺桿最大工作長度 螺紋部分長度 工作行程+螺母高度工作行程 +旋 合長度，即 L L Lg H Lg Lx螺桿失穩時的臨界軸向載荷 Fac md24/L2 6.561 106N 。其中，支撐狀況選定為 兩端固定（即軸向和徑向均存在載荷作用） ，取支撐系數 m 40 104 N mm 2 綜上，有 Fac 4719 SF （安全系數 SF 2.5 4 ），合格Fa （7）強度校核按第四強度理論校核螺桿強度，即精選文檔精選文檔桿所受應力(4Fa2 )2 3( T 3)2 5.672N mm2查表【1】得45號鋼得許用應力 s 360 7

37、2 120N mm 2 (3 5) (3 5)顯然， ，合格(8)重復精度校核由 GC-101-60，查得在 h7 精度等級下每一螺距的螺距誤差為 P 6 m ， 螺距的累積誤差 P 為：0.009/25 ，0.012/100 ，0.018/300 ；牙型半角允差為 2020因此，由螺桿傳動造成的重復精度 P 20 2 P 18.4 m 50 m，合格1000至此，所選外螺紋的所有技術指標均已校驗完畢， 結果在合格范圍之內。 因 而，最終確定所選外螺紋各技術數據如下：公 稱 直 徑 d 2 0 . 0m0 m，0 中 徑 d2 18.000mm ( d2max 18.000mm ， d2min

38、 17.800mm ) ，小徑 d1 15.500 mm ，螺距 P 4mm，螺旋升角 4 3內外螺紋精度及配合： H 8h7材料及熱處理： 45#鋼表面淬火處理( HRC=4)5誤差分析：螺距累計誤差： 0.009/20 ，0.012/100 ，0.018/300, 工作距離 751-1220mm。重復精度被控制在在 20 m 內，完全滿足設計要求。3.3導軌的設計滑動摩擦導軌的運動件與承導件直接接觸，優點：結構簡單、接觸剛度大， 缺點：摩擦阻力大、磨損快、低速時易產生爬行現象。在此我們選擇滑動圓柱形 導軌。精選文檔基本參數（尺寸）：d=15mmD=32mm精選文檔材料： 用于導軌的材料，應

39、具有耐磨性好，摩擦因數小，并具有良好的加 工和熱處理性質。本設計導軌材料應選用 HT200，它具有較好的耐磨性，灰鑄鐵 密度為 =7.0g/cm3。此灰鑄鐵導軌的硬度一般為 180200HBW。為了提高導軌表 面硬度，采用表明淬火工藝， 表面硬度可達 55HRC，導軌的耐磨性可提高 13 倍3.4軸承的選擇選擇軸承的類型與多種因素有關，通常根據下列幾個因素： 允許空間；載荷大小和方向。例如既有徑向又有軸向聯合載荷一般選 用角接觸球軸承或圓錐滾子軸承， 如徑向載荷大， 軸向載荷小， 可選深溝球和外 圈都有擋邊的圓柱滾子軸承， 如同時還存在軸或殼體變形大及安裝對中性差， 可 選用推力調心滾子軸承；

40、軸承工作轉速；旋轉精度；軸承的剛性；軸向 游動。由上綜合：本設計選用深溝球軸承。根據與絲桿的裝配關系及尺寸，對照下表查找是合適軸承大小：B=9 a=7.5mm安裝尺寸 (mm)： d a=17.4Da=29.6由以上對照表，我選擇軸承代號 6002 的深溝球軸承 基本數據如下：as=0.3精選文檔精選文檔3.5電機的選擇機器人驅動系統各有其優缺點，通常對機器人的驅動系統的要求有：1）驅動系統的質量盡可能要輕，單位質量的輸出功率要高，效率也要高；2）反應速度要快， 即要求力矩質量比和力矩轉動慣量比要大， 能夠進行頻繁地 起、制動，正、反轉切換；3）驅動盡可能靈活，位移偏差和速度偏差要小；4）安全

41、可靠；5）操作和維護方便；6）對環境無污染，噪聲要小；7）經濟上合理，尤其要盡量減少占地面積。本設計選定為伺服電機，選定一款 80CB系列交流伺服電機，數據如下：絕緣電阻 500VDC 100MW Min絕緣強度 1500VAC 1Minute環境溫度 - 20 +50絕緣等級 B 級精選文檔精選文檔技術參數：技術參數單位80CB050-010000C 80CB075C -01000080CB100C-010000貨物編碼031398031400031410額定輸出功率W5007501000額定轉矩Nm1.592.393.18瞬間最大轉矩Nm4.787.169.55額定轉速rpm3000最高轉

42、速rpm3600電機轉子慣量kgcm20.711.031.36轉矩系數N m/A0.40.40.4額定相電流A3.234.786.34瞬間最大相電流A9.6914.419.0電樞繞組相電阻3.61.61.2電樞繞組相電感mH6.454.02.89機械時間常數ms1.461.161.06電氣時間常數ms2.062.302.34重量kg2.42.93.3編碼器P/R2500精選文檔精選文檔負載慣量負載慣量電機轉子慣量 10（倍）適配驅動器GS0075A GS0075AGS0100A外形尺寸 單位： mm80CB050C-0100008 0CB075C-01000080CB100C-010000L1

43、14131150通過計算對比選定型號為 80CB050C-010000精選文檔精選文檔第 4 章 總結總結本次設計所做的主要工作有：1總體方案的確定。經綜合考慮， 確定采用電力驅動形式， 具有手部的上下左右前后三個自由度 的運動，級夾子的松放，使整體的結構小型化，2機械結構設計研制。機械結構比較復雜， 從整體布局來看， 實現了模塊化， 大量采用標準化通用 元配件，從而使成本大為降低，具有顯著的技術經濟性。各自由度自成體系，又 能協調的組織在一起， 其各個部分連接處線條分明、 直觀性好， 其各個部件可以 分別拆卸，快速更換，方便維修。綜上，通過近三個月的畢業設計， 經過資料的收集、 方案的選擇比較和論證， 到分析計算， 再到工程圖紙的繪制以及畢業設計論文的撰寫等各個環節， 我對大 學三年所學的知識有了一個深層次的理解，同時對工程的理解更加深刻和準確。 使我真正感受到儀器設計在各業中的廣泛應用。 同時，也使我深深體會到： 要真 正完成一個零部件的設計， 不但要掌握儀