直角坐標機器人結構設計畢業設計-資料下載頁

【導讀】人類社會的生產產生了重大的影響。機器人作為現代工業生產的一種工具，不僅大大的。提高了生產力，而且把人從各種生產環境中解放出來。目前，許多國家的工業機器人技。術得到很好的發展，我國也在進行深入的研究和開發。本文主要是設計一個搬運工件的。的特點，具有很強的實用性能。作為直角坐標機器人結構設計，本文用了第二、三、四。果分析，并總結了直角坐標機器人的特點。設計不拘泥于常規，使產品具有更廣闊的發。展空間，必將成為機器人的發展趨勢。

　　

【正文】 定子上有多相繞組，由專門電源供給電脈沖。角位移與接受的電脈沖數楊正比，轉速與每秒電脈沖數成正比。一般須開環系統中作執行元件 力矩電動機 能長期在堵轉矩狀態下工作，低速運行時，能產生足夠大的轉矩。在系統中作用直接驅動負載的 執行元件 電機擴大機 用輸入端較小的功率變化來控制輸出端較大的功率變化。在系統中作用功率放大元件 低速電動機 不需齒輪減速，每分鐘公僅可轉數十轉。其轉動慣量小，起動、停止快。通入交流電可低速旋轉，通過脈沖可步進運轉。在系統中可作為直接驅動負載的執行元件 遼寧科技大學本科畢業設計 第 21 頁 （ 3）慣性力矩 GT aMmG tJnT 30π? 其中： MJ — 折合到電動機軸上的總的轉動慣量； mn — 電動機當量轉速； at — 加速時間； 折合轉動慣量按下式計算： 22 ）ω（）ωω（ mjimiimM VmJJJ ????? 其中： mJ — 電動機轉動慣量； iJ — 各轉動件轉動慣量； iω— 各轉動件角速度； im — 各直線運動件的質量； jV — 各直線運動件的速度； 由上式可得到，外載荷產生的摩擦力矩 FT =；絲杠副預緊力摩擦力摩擦力矩0T =；其中 68310 ?? aa FF ；第三自由度總負載估算 20kg； at 的確定需要作軌跡規劃。 直角坐標機器人的軌跡規劃： 由于直線導軌的運行距離較長，做拋物線 — 直線 — 拋物線形式的軌跡規劃。 [6] 圖 32 軌跡規劃圖 如上圖可知加速度是不變的，則加加速時間為最快速度與加速度之比。取加速度為 遼寧科技大學本科畢業設計 第 22 頁 ，則上長時間為 . 于是得慣性轉矩 NmTG ? 于是驅動力矩 NmTTTT FGM ??????? 在綜合考慮其它因素的影響，取電機的驅動力矩 MT 選交流伺電機 60CB 系列，其型號為： 60CB020C 功率 200W 轉矩 。同時加 PLS80 精密行星減速器減速比3?i 。 其它輔助部件的設計 直線導軌的選擇 1）導軌類型的選擇原則 ①精度互不干涉原則：導軌的 各 項精度制造和使用時互不影響才易得到較高的精度。如矩形導軌的直線性與側面導軌的直線性在制造進互不影射；又如平 — V 導軌的組合，上導軌（工作臺）的橫向尺寸的變化不影射導軌的工作精度。 ②靜、動摩擦系 數相接近的原則：例如選用滾動導軌或塑料導軌，由于摩擦系數小且靜、 動摩擦系數相近，所以可獲得低的運動速度和很高的重復定位精度。 ③導軌能自動貼合的原則；要使導軌精度高，必須使相互結合的導 軌有自動貼合的性能。對水平位置工作的導軌，可以靠工作臺的自重來貼合；其他導軌靠附加的彈簧力或者滾輪的壓力使其貼合。 ④移動導軌（例如工作臺）在移動過程中，始終全部接觸的原則：也就是固定的導軌長，移動的導軌短。 ⑤對水平安置的導軌，以下導軌為基準，上導軌為彈性體的原則：以長的固定不動的下導軌為剛性較強的剛體為基準，移動部件的上導軌為能具有一定變形的彈性體。 ⑥能補償因受力變形和受熱變形的原則：例如龍門式機床的橫梁導軌，將中間部位制成凸形，以補償主軸箱（或刀架）移動到中間位置進的彎曲變形。 [7] 第一、二自由度 的受力主要由徑向的壓力引起的摩擦力，因此，選擇凹形對稱 V 形導軌，其有導向精度高，磨損后能自動補償，易保存潤滑油，高低速均可采用的特點。V 形導軌的尺寸為 B=20， b=2，α =90176。第一、二自由度分別采用四根導軌。第三自由 遼寧科技大學本科畢業設計 第 23 頁 度采用兩根微型直線導軌。 滾動軸承的選擇 在選擇軸承時，首先要選擇軸承類型，可以根據常用標準軸承的基本特點進行選擇，同時在選擇軸承時還要考慮以下主要因素。 ①軸承的載荷 根據載荷的大小選擇軸承類型時，由于滾子軸承中主要元件間是線接觸，宜用于承受較大的載荷，承載后變形也較小。而球軸承 中則主要為點接觸，宜用于承受較輕的或中等的載荷，在載荷較小時，可優先選用球軸承。 根據載荷的方向選擇軸承類型時，對于純軸向載荷，一般選用推力軸承。較小的純軸向載荷時，可選用推力軸承；較大的純軸向載荷可選用推力滾子軸承，對于純徑向載荷，一般選用深溝球軸承、圓柱滾子軸承或滾針軸承。當承受徑向載荷的同時，還有不大的軸向載荷時，可行用深溝球軸承或接觸角不大的角接觸球軸承或圓錐滾子軸承；當軸向載荷較大時可選用接觸角較大的角接觸球軸承或圓錐滾子軸承，或者選用向心軸承和推行為軸承組合在一起的結構，分別承擔徑向載荷和軸向載 荷。 ②軸承的轉速 在一般轉速下，轉速的高低對類型的選擇不發生什么影響，只有在轉速較高時，才會有比較顯著的影響。 ③軸承的調心性能 當軸的中心線與軸承座中心線不重合而有角度誤差時，或因軸受罰而彎曲或傾斜時，會造成軸承的內外圈軸線發生偏斜。這時采用有一定調心性能調心軸承或帶座外球面球軸承。 ④軸承的安裝和拆卸 便于裝拆，也是在選擇軸承類型時應考慮的一個因素，在軸承座沒有部分面而必須沿軸向安裝和拆卸軸承部件時，應優先選擇內外圈可分離的軸承（如 N0000、 NA0000、30000 等）。 [8] 根據以上的要求可知， 由于在本傳動中，第一、二自由度分別用帶傳動，其承受的軸向力較小，主要承受徑向力為主，因此，對于第一、二自由度選用深溝球軸承，為了 遼寧科技大學本科畢業設計 第 24 頁 設計簡化采用相同的型號；而第三自由度主要心承受軸向載荷為主，所以采用現個角接觸球軸承對背安裝。由以上的分析，選用的軸承為 6205， 7202AC。 [9] 機器人拖鏈的選擇 機器人采用 PFP 系列拖鏈。其主要參數如下：內腔尺寸： 15 30 外腔尺寸 20 30彎曲半徑 28。拖鏈的長度 L=1000mm。 其它部件的設計 其它部件都已經給出圖紙，可按照圖紙加工，其中技術要求在 圖中已注明。 機械手結構設計 機械手的結構特點 機械手的手部結構具有以下特點： （ 1）手部的工作范圍較大。 （ 2）該 機構為省力機構。 （ 3）結構簡單，抓取方形物體。 圖 33 機械手抓取范圍簡圖 遼寧科技大學本科畢業設計 第 25 頁 機械手的手部尺寸及抓取范圍 根據負載大小，估計工件的結構尺寸。由于采用直指結構，只能夾取矩形工件。設工件為鋼質，根據密度可計算出夾取工件的體積為 m－? 。機械手手部抓取范圍如上圖所示。 機械手傳動裝置的設計 由于機械手傳動裝置的移動距離比較短，所以傳動選擇滑動絲 桿 的傳動裝置。這里取最大的驅動力為 300N。 （ 1）材料的選擇 螺桿 45 號鋼， MPas 355?σ ；選擇梯形螺紋 15?β 176。 （ 2）由耐磨性計算 2d 取 ψ =2，對于梯形螺紋 [10] ][2 PFd ψξ? 其中： F— 驅動力（ N） [P ]— 許用壓強（ MPa）由表 [10， ]得 [P]=8MPa 2d — 絲 桿 中徑（ mm） ζ梯形螺紋時ζ = 經過計算得 ?2d 根據標準的梯形螺紋，查書 [10， ]選擇螺紋的公稱直徑 d=20mm,螺距 P=2mm，小徑 1d =，中徑 2d =19mm （ 3）自鎖性驗算 由公式可知當量摩擦角2cosarctan αρ｀ f? 其中： `ρ — 當量摩擦角 f— 摩擦系數，查表 [10， ]，得 f= 遼寧科技大學本科畢業設計 第 26 頁 α — 牙形角，這里α =30176。 則計算得當量摩擦角 ｀ρ =8176。24` 螺紋升角2arctan dSπλ ? 其中： S— 導程（ mm） ,這時取單線，則 S=P=2mm 經計算可得螺紋升角λ =1176。55` 這里λ 8176。24`，能滿足要求。 （ 4）螺桿強度計算 231221 )(3)4( dTdF ?? πσ 其中： T— 傳遞轉矩（ Nm）， `)ta n (2 2 ρλ ?? FdT = ? — 當量應力（ MPa）， 將各參數代入上式可得? =，查表 [10， ]得 53][ ?? sσσ 計算得 [? ]=11871（ MPa） ,? [? ]滿足 要求， 經過上述的計算可知，選用的絲 桿 可滿足要求，絲 桿 長度為 40mm。 機械手驅動裝置的選擇 機械手采用伺服電機驅動，機械手需要垂直安裝，同上述計算可知，傳動的力矩為，在綜合考慮其它因素的影響，取電機的驅動力矩 ，選擇交流伺服電動機，60CB 系列，其型號為： 60CB020C,功率 200W,轉矩 機械手其它部件的選擇 機械手絲桿主要受力為軸向力。所以選擇兩個角接觸軸承背對背安裝。其型號為7202AC。至于其它的附件的設計在圖紙中已經給出，詳 見圖紙。 遼寧科技大學本科畢業設計 第 27 頁 四 機器人的校核及結構的可靠性分析 軸承的校核 取第一自由度進行軸承校核，工作按每天 16 小時每年工作 300 天，工作 10 算壽命，可知預期壽命為 48000h，由設計手冊可知，同步帶的預緊力為 1047N，采用深溝球軸承，由受力分析得，每個軸承所 受 力為 1077N，根據設計手冊 [9]， 6205 軸承的基本額定載荷為， KNCr ? ， KNC r ? （ 1）當量動載 荷 P[8] rpFfP? 其中： pf — 載荷系數，這里取為 rF — 徑向力， rF =1077N 在這里只考慮徑向力的作用，忽略軸向力作用。 計算得當量動載荷為 P= （ 2）驗算壽命 36 )(6010 PCnL rh ? 其中： n— 帶輪轉速，這里取最大轉速為 500r/min rC ， P— 基本額定動載荷，當量載荷。 計算得 ?hL 73217h48000h，計算壽命滿足預期的壽命，因此軸承可以滿足要求。 各主要功能部件的可靠性分 析 直角坐標機器人各個主要功能部件的選擇 與計算在 上一章已經做了詳細的介紹，其間為了確定零部件的型號曾經做了下面的假設，匯總在表 41 中。在設計完成后，經過計算，得到了部件的重量匯總在表 42 中。通過對兩個表的對比可以看出，按假設選定的各個部件都可以滿足使用的要求。 遼寧科技大學本科畢業設計 第 28 頁 表 41 部件 估算 質量表 表 42 部件實際質量表 各自由度間連接件的可靠性分析 由于各個自由度之間都使用螺栓連接，現就連接螺栓進行強度校核。各個自由度的連接都采用受橫向載荷的螺栓組連接，可按下式進行校核 fzmRKQ fp? 其中： f— 結合面間摩擦系數，取 f= m— 為結合面對數 fK — 可靠性系數，取 fK = pQ — 每個螺栓的軸向載荷 R— 外載荷 z— 螺栓個數 所選取的螺栓的直徑為][ σπ pQd ?? 其中： Ssσσ?][ ； S 為安全系數， 經過計算： 對于一、二自由度連接螺栓 mmd ? ，這里取 M8 可滿足要求。 對于二、三自由度連接螺栓 mmd ? ，取 M8 螺栓可滿足要求。 部件 質量 機械手及負載 20kg 第二自由度及負載 70kg 第三自由度及負載 100kg 部件 質量 機械手及負載 18kg 第二自由度及負載 56kg 第三自由度及負載 71kg 遼寧科技大學本科畢業設計 第 29 頁 對于第三自由度和機械手連接螺栓 mmd ? ，取