循跡物料搬運(yùn)機(jī)器人設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

1、<p>　　編號(hào) </p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　二〇一三年四月</b></p><p>　　循跡物料搬運(yùn)機(jī)器人設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘 要</b></p>&

2、lt;p>　　研究的目的、意義、研究方法與內(nèi)容。</p><p>　　研究的結(jié)果與主要結(jié)論。</p><p>　　關(guān)鍵詞：數(shù)控加工，數(shù)控仿真，加工環(huán)境，幫助文件</p><p>　　The development of ……</p><p><b>　　Abstract</b></p><p&g

3、t;　　A new kind sandwich structure(300個(gè)單詞左右).</p><p>　　Key Words：NC machining; NC verification; Machining environment; Help files</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘

4、 要ⅰ</b></p><p>　　Abstractⅱ</p><p>　　第一章 引 言1</p><p>　　1.1 XXXXXXXXXXXX10</p><p>　　1.1.1 XXXXXX15</p><p>　　第二章 XXXXXXXXX20</p><p&

5、gt;　　1.2 XXXXXX20</p><p><b>　　……</b></p><p>　　第XX章 總結(jié)與展望XX</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)XX</b></p><p><b>　　致謝XX</b></p><p><

6、b>　　附錄XX</b></p><p><b>　　引 言</b></p><p>　　1.1 工業(yè)機(jī)器人及其發(fā)展</p><p>　　1.1.1 工業(yè)機(jī)器人及其操作機(jī)</p><p>　　由于機(jī)器人一詞帶有“人”字，再加上科幻小說和影視作品的宣傳，人們往往把機(jī)器人想象成為外貌象人的機(jī)電裝置。

7、但事實(shí)并非如此。機(jī)器人，特別是工業(yè)機(jī)器人，與人的外貌毫無相象之處口在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中，工業(yè)機(jī)器人被定義為：“一種能自動(dòng)定位控制、可重復(fù)編程的、多功能的、多自由度的操作機(jī)。它能搬運(yùn)材料、零件或操持工具，用以完成各種作業(yè)?！睓C(jī)器人賴以完成各種作業(yè)的機(jī)械實(shí)體(稱作操作機(jī)或操作器)被定義為：“具有和人手臂相似的動(dòng)作功能，可在空間抓放物體或進(jìn)行其他操作的機(jī)械裝置?！笨梢?，工業(yè)機(jī)器人是一機(jī)電系統(tǒng)，操作機(jī)(器)是它的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)與電子器件密切相關(guān)，它的

8、靈活程度和動(dòng)態(tài)性能，直接影響著機(jī)器人系統(tǒng)的工作質(zhì)量。本書的目的，在于闡述對(duì)操作機(jī)的分析和設(shè)計(jì)方法，以期對(duì)從事工業(yè)機(jī)器人的設(shè)計(jì)和應(yīng)用的專業(yè)人員有所裨益。</p><p>　　1.1.2 機(jī)器人在工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用</p><p>　　自從20 世紀(jì)60 年代初人類創(chuàng)造了第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人以后，機(jī)器人就顯示出它極大的生命力，經(jīng)過四十多年的發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人已在越來越多的領(lǐng)域得到了應(yīng)用。在制造業(yè)中，尤其

9、是在汽車產(chǎn)業(yè)中，工業(yè)機(jī)器人得到了廣泛的應(yīng)用。如在毛坯制造(沖壓、壓鑄、鍛造等)、機(jī)械加工、焊接、熱處理、表面涂覆、上下料、裝配、檢測(cè)及倉(cāng)庫(kù)堆垛等作業(yè)中，機(jī)器人都已逐步取代了人工作業(yè)。 目前，汽車制造業(yè)是制造業(yè)所有行業(yè)中人均擁有工業(yè)機(jī)器人密度最高的行業(yè)，如，2004 年德國(guó)制造業(yè)中每1萬名工人中擁有工業(yè)機(jī)器人的數(shù)量為162 臺(tái)，而在汽車制造業(yè)中每1 萬名工人中擁有工業(yè)機(jī)器人的數(shù)量則為1140 臺(tái)；意大利的這一數(shù)值更能說明問題，2004 年

10、意大利制造業(yè)中每1 萬名工人中擁有工業(yè)機(jī)器人的數(shù)量為123臺(tái)，而在汽車制造業(yè)中每1萬名工人中擁有工業(yè)機(jī)器人的數(shù)量則高達(dá)1600 臺(tái)。隨著工業(yè)機(jī)器人向更深更廣方向的發(fā)展以及機(jī)器人智能化水平的提高，機(jī)器人的應(yīng)用范周還在不斷地?cái)U(kuò)大，已從汽車制造業(yè)推廣到其他制造業(yè)，進(jìn)而推廣到機(jī)械加工行業(yè)、電子電氣行業(yè)、橡膠及塑料工業(yè)、食品工業(yè)、木材與家具制造業(yè)等領(lǐng)域中。在工業(yè)生產(chǎn)中，弧焊機(jī)器人、點(diǎn)焊機(jī)器人、分配機(jī)器人</p><p>　

11、　1.1.3 工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　敏捷制造策略的提出,為工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展提供了新的機(jī)遇。敏捷制造的基本思想是企業(yè)能迅速將其組織和裝備重組,快速響應(yīng)市場(chǎng)變化,生產(chǎn)出滿足用戶需求的個(gè)性化產(chǎn)品。敏捷制造要求企業(yè)底層的生產(chǎn)設(shè)備具有柔性和可動(dòng)態(tài)重組的能力。機(jī)器人是一種具有高度柔性的自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。如果我們站在更高的層次,將機(jī)器人視為一種有“感知、思維和行動(dòng)”的機(jī)器,那么,敏捷生產(chǎn)設(shè)備就應(yīng)當(dāng)是新一代機(jī)

12、器人化的機(jī)器。這將為工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展提出更高的要求。</p><p>　　（1）朝著標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展</p><p>　　提高運(yùn)動(dòng)速度和運(yùn)動(dòng)精度,減輕重量和減少安裝占用空間,必將導(dǎo)致工業(yè)機(jī)器人功能部件的標(biāo)準(zhǔn)化和模塊組合化(它可以分為機(jī)械模塊、信息檢測(cè)模塊、和控制模塊等) ,以降低制造成本和提高可靠性。近年來,世界各國(guó)注意發(fā)展組合式機(jī)器人。它是采用標(biāo)準(zhǔn)化的組合件拼裝而成的。目前,國(guó)外已經(jīng)研制和

13、生產(chǎn)了各種不同的標(biāo)準(zhǔn)組件。除了機(jī)器人用的各種伺服電機(jī)、傳感器外,手臂、手腕和機(jī)身的結(jié)構(gòu)也已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化了,如臂伸縮軸、臂升降軸、臂俯仰軸、臂擺動(dòng)軸;手腕旋轉(zhuǎn)軸、擺動(dòng)軸、固定臺(tái)身、機(jī)座、移動(dòng)軸等。</p><p>　?。?）研究新型機(jī)器人結(jié)構(gòu)</p><p>　　隨著工業(yè)機(jī)器人作業(yè)精度的提高和作業(yè)環(huán)境的復(fù)雜化,應(yīng)開發(fā)新型微動(dòng)機(jī)構(gòu)保證動(dòng)作精度;開發(fā)多關(guān)節(jié)、多自由度的手臂和手指,研制新型的行走機(jī)構(gòu)等

14、以適應(yīng)復(fù)雜的作業(yè)的需要。</p><p>　?。?）朝著智能化方向發(fā)展</p><p>　　在多品種,小批量生產(chǎn)的柔性制造自動(dòng)化技術(shù)中,特別是機(jī)器人自動(dòng)裝配技術(shù)中,要求工業(yè)機(jī)器人對(duì)外部環(huán)境和對(duì)象物體有自適應(yīng)能力,即具有一定的“智能”,機(jī)器人的智能化是指機(jī)器人具有感覺、知覺等,即有很強(qiáng)的檢測(cè)功能和判斷功能。為此,必須開發(fā)類似人類感覺器官的傳感器(如觸覺傳感器、視覺傳感器、測(cè)距傳感器等) ,發(fā)

15、展多傳感器的信息融合技術(shù)。通過各種傳感器得到關(guān)于工作對(duì)象和外部環(huán)境的信息,以及信息庫(kù)中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)、經(jīng)驗(yàn)、規(guī)劃的資料,以完成模式識(shí)別,用“專家系統(tǒng)”等智能系統(tǒng)進(jìn)行問題求解,動(dòng)作規(guī)劃。</p><p>　　（4）研究機(jī)器人協(xié)作控制</p><p>　　先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展對(duì)協(xié)作機(jī)器人學(xué)的研究與發(fā)展起著積極的促進(jìn)作用。隨著先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展,工業(yè)機(jī)器人已從當(dāng)初的柔性上、下料裝置正在成為高度柔性、高

16、效率和可重組的裝配、制造和加工系統(tǒng)中的生產(chǎn)設(shè)備。在這樣的生產(chǎn)線上,機(jī)器人是作為一個(gè)群體工作的,不論每個(gè)機(jī)器人在生產(chǎn)線上起什么作用,它總是作為系統(tǒng)中的一員而存在。因此,要從組成敏捷制造生產(chǎn)系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā),來研究工業(yè)機(jī)器人的進(jìn)一步發(fā)展。而面向先進(jìn)制造環(huán)境的機(jī)器人柔性裝配系統(tǒng)和機(jī)器人加工系統(tǒng)中,不僅有多機(jī)器人的集成,還有機(jī)器人與生產(chǎn)線、周邊設(shè)備、生產(chǎn)管理系統(tǒng)以及人的集成。因此,以系統(tǒng)的觀點(diǎn)來發(fā)展新的機(jī)器人控制系統(tǒng),有大量的理論與實(shí)踐的工作要做

17、。</p><p>　　1.2 工業(yè)機(jī)器人的組成</p><p>　　工業(yè)機(jī)器人通常由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)一傳動(dòng)裝置和控制系統(tǒng)三部分組成(如圖1-1所示)。這些部分之間的相互作用可用1-2所示的方框圖表示</p><p>　　圖1-1 機(jī)器人的組成</p><p>　　圖1-2 機(jī)器人各組成部分之間的關(guān)系</p><p>

18、　　1.2.1 執(zhí)行機(jī)構(gòu)</p><p>　　執(zhí)行機(jī)構(gòu)(也稱操作機(jī))是機(jī)器人賴以完成工作任務(wù)的實(shí)體，通常由桿件和關(guān)節(jié)組成。從功能的角度，執(zhí)行機(jī)構(gòu)可分為：手部、腕部、臂部、腰部和基座等，如圖1-3所示。</p><p><b>　　圖1-3 執(zhí)行機(jī)構(gòu)</b></p><p><b>　?。?）手部</b></p>

19、;<p>　　手部又稱末端執(zhí)行器，是工業(yè)機(jī)器人直接進(jìn)行工作的部分，可以是各種夾持器。有時(shí)人們也常把渚如電焊槍、油漆噴頭等劃作機(jī)器人的手部。</p><p><b>　?。?）腕部</b></p><p>　　腕部與手部相連，通常有3個(gè)自由度，多為輪系結(jié)構(gòu)，主要功用是帶動(dòng)手部完成預(yù)定姿態(tài)，是操作機(jī)中結(jié)構(gòu)最為復(fù)雜的部分。</p><p&g

20、t;<b>　　（3）臂部</b></p><p>　　臂部用以連接腰部和腕部，通常由兩個(gè)臂桿(小臂和大臂)組成，用以帶動(dòng)腕部作平面運(yùn)動(dòng)。</p><p><b>　　（4）腰部</b></p><p>　　腰部是連接臂和基座的部件，通常是回轉(zhuǎn)部件，腰部的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)再加上臂部的平面運(yùn)動(dòng)，就能使腕部作空間運(yùn)動(dòng)。腰部是執(zhí)行機(jī)構(gòu)的

21、關(guān)鍵部件，它的制造誤差、運(yùn)動(dòng)精度和平穩(wěn)性，對(duì)機(jī)器人的定位精度有決定性的影響。</p><p><b>　?。?）基座</b></p><p>　　基座是整個(gè)機(jī)器人的支持部分，有固定式和移動(dòng)式兩種。該部件必須具有足夠的剛度和穩(wěn)定性</p><p>　　1.2.2 驅(qū)動(dòng)和傳動(dòng)裝置</p><p>　　工業(yè)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)一傳動(dòng)

22、裝置包括驅(qū)動(dòng)器和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)兩個(gè)部分，它們通常與執(zhí)行機(jī)構(gòu)連成一體。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)常用的有諧波減速器、滾珠絲杠、鏈、帶以及各種齒輪輪系。驅(qū)動(dòng)器通常有電機(jī)(直流伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、交流伺服電機(jī))、液動(dòng)或氣動(dòng)裝置，目前使用最多的是交流伺服電機(jī)。</p><p>　　1.2.3 控制系統(tǒng)</p><p>　　控統(tǒng)一般由控制計(jì)算機(jī)和伺服控制器組成。前者發(fā)出指令協(xié)調(diào)各關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器之間的運(yùn)動(dòng)，同時(shí)還要完成編程、示

23、教／再現(xiàn)以及和其他環(huán)境狀況(傳感器信息)、工藝要求、外部相關(guān)設(shè)備(如電焊機(jī))之間的信息傳遞和協(xié)調(diào)工作。后者控制各關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器，使各桿按一定的速度、加速度和位置要求進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　1.3 本文主要研究?jī)?nèi)容</p><p>　　本文研究了國(guó)內(nèi)外機(jī)械手發(fā)展的現(xiàn)狀，通過學(xué)習(xí)機(jī)械手的工作原理，熟悉了搬運(yùn)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)機(jī)理。在此基礎(chǔ)上，確定了搬運(yùn)機(jī)械手的基本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，對(duì)搬運(yùn)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)進(jìn)

24、行了簡(jiǎn)單的力學(xué)模型分析，完成了機(jī)械手機(jī)械方面的設(shè)計(jì)（包括傳動(dòng)部分、執(zhí)行部分、驅(qū)動(dòng)部分）和該機(jī)器人的系統(tǒng)控制。</p><p><b>　　1.4 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要內(nèi)容是工業(yè)機(jī)器人的現(xiàn)狀、應(yīng)用領(lǐng)域、發(fā)展趨勢(shì)等方面，并通過對(duì)現(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)中使用工業(yè)機(jī)器人的主要工作種類的列舉，提出了未來工業(yè)機(jī)器人的幾種先進(jìn)的發(fā)展模式和本文的主要研究?jī)?nèi)容。<

25、;/p><p>　　搬運(yùn)機(jī)器人各方向傳動(dòng)方式設(shè)計(jì)</p><p>　　該設(shè)計(jì)的目的是為了設(shè)計(jì)一臺(tái)循環(huán)物料搬運(yùn)機(jī)器人，本章主要對(duì)搬運(yùn)機(jī)器人的的運(yùn)動(dòng)形式部分進(jìn)行分析。</p><p>　　2.1 搬運(yùn)機(jī)器人要解決的問題</p><p>　　通過機(jī)器人搬運(yùn)工程石板（長(zhǎng)a=800mm,寬b=400mm，高c=30mm，重G=20kg）（假定）完成（水平

26、運(yùn)動(dòng)X=5.0m，垂直運(yùn)動(dòng)Y=0.6m，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)R=90?）的動(dòng)作，如示意圖2-1所示。</p><p>　　圖2-1 機(jī)器人各運(yùn)動(dòng)方向</p><p>　　2.2 機(jī)器人各方向傳動(dòng)方式的設(shè)計(jì)</p><p>　　2.2.1 水平和豎直方向直線運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)方式設(shè)計(jì)</p><p>　　能夠?qū)崿F(xiàn)直線傳動(dòng)的傳動(dòng)形式有；</p>&

27、lt;p><b>　　液壓傳動(dòng)</b></p><p>　　特點(diǎn)：液壓傳動(dòng)傳遞運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力大，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，換向沖擊小，便于實(shí)現(xiàn)頻繁換向；在同等功率下，液壓裝置的體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊。但液壓傳動(dòng)中的泄漏和液體的可壓縮性，使這種傳動(dòng)無法保證嚴(yán)格的傳動(dòng)比；由于液體粘性大，在流動(dòng)過程中有較大的能量損失（泄漏損失、摩擦損失等），因此，傳動(dòng)效率相對(duì)低，不適合做遠(yuǎn)距離傳動(dòng)和控制。</p>

28、<p><b>　　氣壓傳動(dòng)</b></p><p>　　特點(diǎn)：以空氣為工作介質(zhì)，來源方便，工作壓力較低，用后可直接排入大氣而無污染，處理方便，潔凈環(huán)境；與液壓傳動(dòng)相比，氣壓傳動(dòng)反應(yīng)快、動(dòng)作迅速、維護(hù)簡(jiǎn)單、工作介質(zhì)清潔、管路不易堵塞，不存在工作介質(zhì)變質(zhì)、補(bǔ)充和更換等問題；而且成本低，能實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)。但因空氣的可壓縮性較大，使系統(tǒng)的動(dòng)作和工作速度穩(wěn)定性受負(fù)載變化的影響大，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)

29、性較差，不易實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的速度控制和很高的定位精度；而且氣動(dòng)裝置的體積與液壓傳動(dòng)相比較大，產(chǎn)生的推力小。其主要原因是氣壓系統(tǒng)工作壓力低（0.5~0.8MPa），不易獲得較大的輸出力或轉(zhuǎn)矩。</p><p><b>　　齒輪齒條嚙合傳動(dòng)</b></p><p>　　特點(diǎn)：齒輪齒條傳動(dòng)將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，它傳遞的功率大，速度范圍廣，效率高，工作可靠，壽命長(zhǎng)，機(jī)構(gòu)緊湊，能

30、保證恒定的傳動(dòng)比。但是，這樣的運(yùn)動(dòng)也可以反向驅(qū)動(dòng)，也就是齒條作直線運(yùn)動(dòng)來帶動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)，適合大距離的傳遞，如機(jī)床導(dǎo)軌底下帶動(dòng)托板箱移動(dòng)的就是齒輪齒條傳動(dòng)，齒輪齒條機(jī)構(gòu)需要外加鎖緊裝置，因?yàn)橹撝礄C(jī)構(gòu)不能自鎖，并且齒輪齒條不適用于兩軸中心距過大的傳動(dòng)及振動(dòng)沖擊較大的場(chǎng)合。</p><p><b>　　絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)</b></p><p>　　特點(diǎn)：用于距離較短的高精度定

31、位；電機(jī)和滾珠絲杠只用聯(lián)軸器連接，沒有間隙。</p><p>　　2.2.2 R方向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的設(shè)計(jì)</p><p>　?。?） 擺動(dòng)氣（液）缸</p><p>　　特點(diǎn)：擺動(dòng)氣缸是利用壓縮空氣驅(qū)動(dòng)輸出軸在一定角度范圍內(nèi)作往復(fù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的氣動(dòng)執(zhí)行元件。用于物體的轉(zhuǎn)位、翻轉(zhuǎn)、分類、夾緊、閥門的開閉以及機(jī)器人的手臂動(dòng)作等。</p><p><

32、b>　?。?） 齒輪傳動(dòng)</b></p><p>　　特點(diǎn)：功率和速度范圍大，通用性強(qiáng)，工作可靠，效率高，對(duì)中心距誤差的敏感性小，易于制造和精確加工，可進(jìn)行變?yōu)榍邢骱托扌小?lt;/p><p><b>　?。?） 蝸桿傳動(dòng)</b></p><p>　　特點(diǎn)：蝸桿傳動(dòng)能實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)比大，傳動(dòng)平穩(wěn)，但效率較低，適用于中小功率或間歇運(yùn)轉(zhuǎn)的場(chǎng)

33、合；當(dāng)它與齒輪傳動(dòng)同時(shí)應(yīng)用時(shí)，若蝸桿傳動(dòng)布置在高速級(jí)，使其傳遞較小的轉(zhuǎn)矩，以減小蝸輪尺寸，節(jié)約有色金屬，且傳動(dòng)效率較高。若蝸桿傳動(dòng)布置在低速級(jí)，則齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩較小，而是整個(gè)傳動(dòng)裝置的尺寸減小。（4） 帶傳動(dòng)</p><p>　　特點(diǎn)：帶傳動(dòng)靠摩擦力工作，承載能力較小，傳遞相同轉(zhuǎn)矩時(shí)，結(jié)構(gòu)尺寸較其它傳動(dòng)形式大，但傳動(dòng)平穩(wěn)，能緩沖吸振，應(yīng)布置在高速級(jí)，使所傳遞的轉(zhuǎn)距小。</p><p><

34、;b>　?。?） 鏈傳動(dòng)</b></p><p>　　特點(diǎn)：鏈傳動(dòng)由于多邊形效應(yīng)，瞬時(shí)傳動(dòng)比不斷變化，產(chǎn)生沖擊、振動(dòng)，而使轉(zhuǎn)速不均勻，故不宜用于高速級(jí)，應(yīng)布置在低速級(jí)。</p><p>　　通過以上，綜合考慮，因?yàn)閿[動(dòng)的力矩不是很大，而且擺動(dòng)只是一個(gè)固定角度90?，所以R方向旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)選擇90?擺動(dòng)氣缸。</p><p><b>　　2.3

35、 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要內(nèi)容是對(duì)循環(huán)物料機(jī)器人運(yùn)動(dòng)形式進(jìn)行分析，并通過對(duì)現(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)中常見的各種運(yùn)動(dòng)傳遞方式進(jìn)行分析與比較，確定了該工業(yè)機(jī)器人三個(gè)方向上的運(yùn)動(dòng)的傳遞方式。</p><p>　　循環(huán)物料機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　通過上一章對(duì)該物料搬運(yùn)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)形式部分進(jìn)行分析，確定了該機(jī)器人在三個(gè)方向上傳遞運(yùn)動(dòng)的方式

36、，本章就對(duì)這三種傳遞運(yùn)動(dòng)方式進(jìn)行具體的設(shè)計(jì)。</p><p>　　3.1 結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)</p><p>　　下圖3-1是對(duì)該機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)的總體設(shè)計(jì)。</p><p>　　圖3-1 機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)的總體設(shè)計(jì)裝配圖</p><p>　　伺服電機(jī) 2-馬達(dá)支架 3-軸承蓋 4-軸承 5-滑板 6-螺帽 7-機(jī)身支架 8-滑塊 &

37、lt;/p><p>　　9-導(dǎo)軌 10-底板 11-墊板 12-CR1擺動(dòng)氣缸 13-鍵8.0*40 14-支撐架板 15-工字型板 16-軸套筒 17-真空吸盤接線管 18-固定擋板 19-六角厚螺母 20-真空吸盤 </p><p>　　21-平鍵套筒聯(lián)軸器 22-十字開槽緊定螺釘 23-圓柱導(dǎo)向軸 24- 壓扎滾珠絲杠 </p><p&

38、gt;　　25-步進(jìn)電機(jī) 26-馬達(dá)支架 27-軸 28-帶座雙軸承座 29-角型支座 30-齒條固定座 31-齒條 32-直齒輪 33-彈簧墊圈M30 34-螺母M30 35-帶座軸承 36-機(jī)箱 37-機(jī)座</p><p>　　3.2 R向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)</p><p>　　由上文可知橫向R向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)采用90?擺動(dòng)氣缸傳動(dòng)方式來實(shí)現(xiàn)。</p>&

39、lt;p>　　3.2.1 R向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力計(jì)算</p><p>　　首先進(jìn)行粗略的估算，或類比同類結(jié)構(gòu)，根據(jù)運(yùn)動(dòng)參數(shù)初步確定有關(guān)機(jī)構(gòu)的主要尺寸，再進(jìn)行校核計(jì)算，修正設(shè)計(jì)。如此反復(fù)，繪出最終的結(jié)構(gòu)圖。</p><p>　　圖3-2 R向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)圖</p><p>　　1-CR1擺動(dòng)氣缸 2-支撐架板 3-軸套筒 4-工字型鋼板</p>

40、;<p>　　5-固定擋板 6-真空吸盤 7-工程石板</p><p>　　作R向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的擺動(dòng)氣缸的驅(qū)動(dòng)力，應(yīng)根據(jù)氣壓缸運(yùn)動(dòng)時(shí)所要克服工程石板和機(jī)器本身重力所產(chǎn)生的扭矩等幾個(gè)方面的阻力進(jìn)行確定。</p><p>　　1，計(jì)算幾個(gè)重要零部件的質(zhì)量</p><p>　　作R向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的擺動(dòng)氣缸運(yùn)動(dòng)時(shí)所要克服的阻力就是由幾個(gè)零部件的重力和工程石板的重力

41、產(chǎn)生的扭矩。</p><p>　　由圖上可知，當(dāng)擺動(dòng)氣缸旋轉(zhuǎn)90?后，此時(shí)擺動(dòng)氣缸所受到的扭矩主要由固定擋、工程石板和工字型板的重力產(chǎn)生的。</p><p><b>　?。?）固定擋板質(zhì)量</b></p><p>　　圖3-3固定擋板設(shè)計(jì)參數(shù)</p><p>　　該板材的質(zhì)量為：M=V*ρ</p><

42、p><b>　　=a*b*h*ρ</b></p><p>　　其中a——固定板的長(zhǎng)度（300mm）；</p><p>　　b——固定板的寬度 (50mm)；</p><p>　　h——固定板的高度 (15mm)；</p><p>　　ρ——固定板材(鋼材)密度 (7.85g/cm^3)；</p>&l

43、t;p>　　所以板材的質(zhì)量：M1=1.766 KG</p><p>　?。?）工字型鋼板（鋼材）的質(zhì)量</p><p>　　圖3-4工字型鋼板設(shè)計(jì)參數(shù)</p><p>　　由上文的公式可以算的，</p><p>　　該工字型鋼板的質(zhì)量：M2=73.35 KG</p><p>　　2.克服工程石板和機(jī)器本身部件重力

44、所產(chǎn)生的扭矩</p><p>　　又由上文可知：工程石板（長(zhǎng)a=800mm,寬b=400mm，高c=30mm，重M=20kg）（假定）</p><p>　　所以擺動(dòng)氣缸的受力分析如圖3-5</p><p>　　圖3-5 擺動(dòng)氣缸的受力分析</p><p>　　當(dāng)擺動(dòng)氣缸由圖3-2的位置旋轉(zhuǎn)90?的時(shí)候，此時(shí)擺動(dòng)氣缸受到的力矩最大。</p

45、><p>　　且此時(shí)：圖中扭矩M1是由槽鋼的重力產(chǎn)生：M1=73.35*10*0.06=44 N*m</p><p>　　圖中扭矩M2是由槽鋼的重力產(chǎn)生：M2=20*10*0.1265+1.766*10*0.0475*4=29 N*m</p><p>　　所以擺動(dòng)氣缸受到總的扭矩：M0=M1-M2=15 N*m</p><p><b>

46、　　擺動(dòng)氣缸類型表格</b></p><p>　　當(dāng)取安全系數(shù)為2.5時(shí)，則選擇型號(hào)為CRB1雙葉片式擺動(dòng)氣缸，如圖標(biāo)記為黃色的所示。</p><p>　　3.2.2 擺動(dòng)氣缸軸上鍵的選擇</p><p>　　鍵主要是用來實(shí)現(xiàn)軸和軸上零件之間的周向固定，以傳遞轉(zhuǎn)矩和運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　因?yàn)殒I的尺寸已標(biāo)準(zhǔn)化了。選擇的方法是

47、先按照軸徑的d的大小從標(biāo)準(zhǔn)中選出平鍵的寬度和高度尺寸b*h，然后按照輪轂寬度B從標(biāo)準(zhǔn)中選出鍵的長(zhǎng)度L，L應(yīng)小于或等于輪轂寬度，且不大于1.5倍的軸頸（L<=1.5d）。</p><p>　　所以經(jīng)查表得鍵的各尺寸為：</p><p>　　1.擺動(dòng)氣缸軸上鍵的校核</p><p>　　平鍵聯(lián)接的主要失效形式是工作面的壓潰，有時(shí)也出現(xiàn)鍵被從約h/2高度處剪斷。&l

48、t;/p><p>　　a) 擠壓強(qiáng)度校核 </p><p><b>　　由公式</b></p><p><b>　　允許傳遞的扭矩：</b></p><p>　　其中：T——扭矩（N.mm）； </p><p>　　k——工作高度 k=h/2 ；

49、 </p><p>　　d——軸徑（mm）； </p><p>　　l——工作長(zhǎng)度 A型鍵：l=L-b；B型鍵：l=L；C型鍵：l=L-b/2； </p><p>　　L——公稱長(zhǎng)度 ；</p><p>　　由公式可算得：0.16(MPa)<<40(MPa)</p><p><

50、b>　　b）剪切強(qiáng)度條件 </b></p><p>　　其中：T——扭矩（N.mm）；</p><p>　　b——鍵槽寬度 ；</p><p>　　d——軸徑（mm）； </p><p>　　l——工作長(zhǎng)度 A型鍵：l=L-b；B型鍵：l=L；C型鍵：l=L-b/2； </p><p>

51、　　L——公稱長(zhǎng)度 ；</p><p>　　由公式可算得：0.0127(MPa)<<90(MPa)</p><p><b>　　所以選擇鍵合格。</b></p><p>　　3.2.3 機(jī)械臂的強(qiáng)度校核</p><p>　　機(jī)械臂的受力分析如圖3-6所示</p><p>　　圖3-

52、6 機(jī)械臂的受力圖</p><p>　　可以將機(jī)械臂受力圖簡(jiǎn)化為圖3-7</p><p>　　圖3-7機(jī)械臂受力簡(jiǎn)化圖</p><p><b>　　彎曲強(qiáng)度條件：</b></p><p>　　其中： ——工字型板的重力（73.35 kg）；</p><p>　　——固定擋板的重力（1.766kg）

53、；</p><p>　　——工程石板的重力（20kg）；</p><p>　　——重心到危險(xiǎn)截面（A-A）的距離（456.5mm）；</p><p>　　——總重量（、、之和）；</p><p>　　——危險(xiǎn)截面處軸套筒的直徑（60mm）；</p><p>　　——許用應(yīng)力（60 ）</p><p&

54、gt;　　經(jīng)計(jì)算得：=21.63,當(dāng)安全系數(shù)取2.5時(shí)，則2.5﹤60.</p><p>　　結(jié)論：機(jī)械臂滿足強(qiáng)度校核。</p><p>　　3.3 豎直Y運(yùn)動(dòng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　首先進(jìn)行粗略的估算，或類比同類結(jié)構(gòu)，根據(jù)運(yùn)動(dòng)參數(shù)初步確定有關(guān)機(jī)構(gòu)的主要尺寸，再進(jìn)行校核計(jì)算，修正設(shè)計(jì)。如此反復(fù)，繪出最終的結(jié)構(gòu)圖。</p><p>　　作

55、Y向豎直運(yùn)動(dòng)的絲杠螺母的驅(qū)動(dòng)力，應(yīng)根據(jù)工件做向上運(yùn)動(dòng)時(shí)所要克服的重力和重力產(chǎn)生的彎矩力等幾個(gè)方面的阻力進(jìn)行確定。</p><p>　　圖3-8 豎直Y運(yùn)動(dòng)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　伺服電機(jī) 2-馬達(dá)支架 3-平鍵套筒聯(lián)軸器 4-壓扎滾珠絲杠 </p><p>　　5-圓柱形導(dǎo)向軸 6-帶座軸承 7-絲杠螺帽 8-滑塊</p>&l

56、t;p>　　3.3.1絲杠螺帽直線上升驅(qū)動(dòng)力計(jì)算</p><p>　　絲杠螺帽上升的阻力主要是由工程石板和機(jī)器人本身幾個(gè)部件重力和螺旋副中產(chǎn)生的摩擦力組成。</p><p>　　圖3-9 螺紋傳動(dòng)分析</p><p>　　將絲杠螺帽中的螺紋牙單獨(dú)取出，如圖3-9(a)所示?，F(xiàn)作以下近似假設(shè)：  1)螺紋牙間的壓力均勻分布，其合力是沿著螺旋面的平均

57、直徑d的圓柱面內(nèi)作用的，也即合力作用在直徑為d的螺旋線上。</p><p>　　2)忽略不同直徑圓柱面上螺旋線升角的差異，并認(rèn)為均等于平均直徑圓柱面上的螺旋升角?。</p><p>　　3)在一般情況下，摩擦與接觸面的大小無關(guān)。</p><p>　　根據(jù)假設(shè)1)、2)可將螺母的空間螺旋面展成傾角為?的斜平面；根據(jù)假設(shè)3)可將螺桿牙簡(jiǎn)化為一滑塊，如圖3-9 (b)所示

58、。</p><p>　　經(jīng)過如此簡(jiǎn)化，將上述對(duì)用于絲桿螺帽副的螺旋傳動(dòng)就簡(jiǎn)化成受有鉛垂載荷Q的滑塊，在驅(qū)動(dòng)力P的作用下沿著斜平面等速上升，也即轉(zhuǎn)換成斜平面?zhèn)鲃?dòng)了。</p><p>　　滑塊在水平驅(qū)動(dòng)力P作用下，克服載荷Q使滑塊沿斜面等速上升，如圖3-9（b）所示。     滑塊受力必定平衡。因此，還有斜面給予滑塊的全反力R。即滿足下列平衡方程：&l

59、t;/p><p><b>　　P+Q+R=0</b></p><p>　　其力封閉三角形如圖3-9 （b）中右圖所示。由圖中各力的幾何關(guān)系可得所需驅(qū)動(dòng)力P的大小為：</p><p>　　如果滑塊與斜面間無摩擦（即為理想機(jī)械），即摩擦角 =0，可得理想的水平驅(qū)動(dòng)力P0的大小為：  </p><p>　　由上

60、幾式可得滑塊等速上升時(shí)斜面的效率為 ：</p><p>　　經(jīng)查資料可得鋼與鋼的摩擦角、=5?。</p><p>　　所以滑塊等速上升時(shí)斜面的效率為％。</p><p>　　又由上文可知：固定擋板的總質(zhì)量：M1=1.776*4=7.104 kg；</p><p>　　工字型鋼板的質(zhì)量：M2=44 kg；</p><

61、;p>　　工程石板的質(zhì)量：M0=20 kg；</p><p>　　又由裝配圖中所示，估計(jì)絲杠螺母向上運(yùn)動(dòng)時(shí)所要克服的重力為1000 N，所以Q=1000 N。</p><p>　　所以所需驅(qū)動(dòng)力P為：P=344.33 N。</p><p>　　設(shè)為驅(qū)使螺母沿螺旋面做等速運(yùn)動(dòng)的力矩，他可以假想為作用在螺旋平均半徑d/2處的水平驅(qū)動(dòng)力P對(duì)絲杠軸線的力矩來表示，即&

62、lt;/p><p>　　所以絲杠螺母理論驅(qū)動(dòng)力矩，又由機(jī)械效率為％，所以絲杠螺母實(shí)際驅(qū)動(dòng)力矩。</p><p>　　3.3.2伺服電機(jī)的選擇。</p><p>　　(1) 伺服電機(jī)的功率</p><p>　　假設(shè)工程石板在提升的過程中的速度是，絲杠螺母向上運(yùn)動(dòng)時(shí)所要克服的重力為Q=1000 N，所以電機(jī)要輸出的理論效率為,因?yàn)闄C(jī)械效率為％，所以伺

63、服電機(jī)實(shí)際功率為200W.</p><p>　?。?）伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速</p><p>　　假設(shè)工程石板在提升的過程中的速度是，又由絲杠螺母的設(shè)計(jì)參數(shù)知：絲杠的螺距p=5mm，所以電機(jī)的轉(zhuǎn)速。</p><p>　?。?）伺服電機(jī)的扭矩</p><p>　　由上文知絲杠螺母理論驅(qū)動(dòng)力矩，又由機(jī)械效率為％，所以絲杠螺母實(shí)際驅(qū)動(dòng)力矩。</p&g

64、t;<p>　　所以選擇伺服電機(jī)的型號(hào)為</p><p>　　3.3．3 絲杠的壓桿穩(wěn)定校核</p><p>　　工程中把承受軸向壓力的直桿稱為壓桿。以前，我們從強(qiáng)度觀點(diǎn)出發(fā)，認(rèn)為壓桿在其橫截面上只產(chǎn)生壓應(yīng)力，當(dāng)壓應(yīng)力超過材料的極限應(yīng)力時(shí)，壓桿才因抗壓強(qiáng)度不足而破壞。這種觀點(diǎn)對(duì)于始終能夠保持其原有直線形狀的短粗壓桿來說，可以認(rèn)為是正確的，這時(shí)對(duì)它只進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算也是合適的，但

65、是，對(duì)于細(xì)長(zhǎng)的壓桿，在軸向力的作用下，往往在因強(qiáng)度不足而破壞之前，就因它不再保持原有直線狀態(tài)下的平衡而驟然屈曲破壞，因而它不再是強(qiáng)度問題，而是壓桿能不能保持直線狀態(tài)下的平衡問題，在工程實(shí)踐中把這類問題稱為壓桿的穩(wěn)定性問題。</p><p>　　1.絲桿壓桿模型分析</p><p>　　因?yàn)榻z桿在設(shè)計(jì)過程中兩端都是用軸承進(jìn)行連接固定的，所以我把它等效為一端固定一端鉸支，如圖3-10所示。&l

66、t;/p><p>　　圖3-10 絲桿壓桿模型</p><p>　　由設(shè)計(jì)參數(shù)可知滾珠絲桿是由45鋼制成的，其=350 Mpa，=280 Mpa，=210 Gpa。長(zhǎng)度L=750 mm，直徑d=45 mm。最大壓力。設(shè)絲桿的穩(wěn)定安全因數(shù)為。</p><p><b>　　求相應(yīng)的柔度</b></p><p>　　其中：——相應(yīng)

67、柔度；</p><p><b>　　——彈性模量；</b></p><p><b>　　——比例極限；</b></p><p>　　所以經(jīng)計(jì)算得： </p><p>　　因?yàn)闈L珠絲桿簡(jiǎn)化為一端固定一端鉸支，=0.7。截面為圓形，柔度為&

68、lt;/p><p>　　所以不能用歐拉公式計(jì)算臨界壓力。由公式</p><p>　　可見絲桿的柔度介于和之間（），是中等柔度壓桿。如用直線公式，經(jīng)查資料可知45鋼的a和b分別是：a=461Mpa，b=2.568 Mpa。由直線公式求出臨界應(yīng)力為</p><p><b>　　臨界壓力是</b></p><p>　　絲杠的工作安

69、全系數(shù)為</p><p>　　結(jié)論：絲桿滿足壓桿穩(wěn)定要求。</p><p>　　圖1.1 XXXXXXX</p><p><b>　　參 考 文 獻(xiàn)</b></p><p>　　1） 專著（教材） 著錄格式： [序號(hào)] 編著者. 書名[M]. 版本，出版地：出版者，出版年. 頁碼.</p><p&

70、gt;<b>　　例：</b></p><p>　　[1] 劉謀佶, 呂志詠, 丘成昊, 等. 邊條翼與旋渦分離流[M]. 第2版，北京: 北京航空學(xué)院出版社, 1988. 24~27.</p><p>　　[2] Isidori A. Nonlinear control systems[M]. 2nd, New York: Springer Press, 1989.

71、 32~33.</p><p>　　注：初版書不標(biāo)注版本，頁碼是可選項(xiàng)。</p><p>　　2） 期刊 著錄格式： [序號(hào)] 作者. 題目[J]. 刊名，年，卷（期）：頁碼.</p><p><b>　　例：</b></p><p>　　[1] 傅惠民. 二項(xiàng)分布參數(shù)整體推斷方法[J]. 航空學(xué)報(bào)，2000，21（

72、2）： 155~158.</p><p>　　[2] Moustafa G H. Interaction of axisymmetric supersonic twin jets[J]. AIAA J, 1995, 33(5): 871~875.</p><p>　　注：外文期刊的刊名可用簡(jiǎn)稱；請(qǐng)注意標(biāo)注文章的年、卷、期、頁，不要遺漏。</p><p>　　3） 學(xué)

73、位論文 著錄格式：[序號(hào)] 作者. 題目[D]. 地點(diǎn)：?jiǎn)挝?，?</p><p><b>　　例：</b></p><p>　　[1] 朱剛. 新型流體有限元法及葉輪機(jī)械正反混合問題[D]. 北京：清華大學(xué)，1996.</p><p>　　[2] Sun M. A study of helicopter rotor aerodynamic

74、s in ground effect[D]. Princeton: Princeton Univ, 1983.</p><p>　　4） 論文集，會(huì)議錄 著錄格式：[序號(hào)] 主要責(zé)任者. 題名[C]. 出版地：出版者，出版年.</p><p><b>　　例：</b></p><p>　　[1] 辛希孟. 信息技術(shù)與信息服務(wù)國(guó)際研討會(huì)論文集

75、：A集[C]. 北京：中國(guó)社會(huì)科學(xué)出版社，1994.</p><p>　　[2] 北京空氣動(dòng)力研究所. 第九屆高超聲速氣動(dòng)力會(huì)議論文集[C]. 北京：北京空氣動(dòng)力研究所，1997.</p><p>　　5） 論文集中析出的文獻(xiàn) 著錄格式：[序號(hào)] 作者. 題目[A]. 見：主編. 論文集名[C]. 論文集名. 出版地：出版者，出版年：頁碼.</p><p>&l

76、t;b>　　例：</b></p><p>　　[1] 陳永康，李素循，李玉林. 高超聲速流繞雙橢球的實(shí)驗(yàn)研究[A]. 見：北京空氣動(dòng)力研究所編. 第九屆高超聲速氣動(dòng)力會(huì)議論文集[C]. 北京：北京空氣動(dòng)力研究所，1997：9～14.</p><p>　　[2] Peng J, Luo X Z, Jin C J. The study about the dynamics o

77、f the approach glide-down path control of the carrier aircraft[A]. In: GONG Yao-nan ed. Proceedings of the Second Asian-Pacific Conference on Aerospace Technology and Science[C]. Beijing: Chinese Society of Aeronautics a

78、nd Astronautics, 1997: 236～241.</p><p>　　注：會(huì)議文集的出版者可能不是正式的出版社；出版地指出版者所在地，不一定是會(huì)議地點(diǎn)。</p><p>　　6） 科技報(bào)告 著錄格式：[序號(hào)] 作者. 題名[R]. 報(bào)告題名及編號(hào)，出版地：出版者，出版年.</p><p><b>　　例：</b></p&

79、gt;<p>　　[1] 孔祥福. FD-09風(fēng)洞帶地面板條件下的流場(chǎng)校測(cè)報(bào)告[R]. 北京空氣動(dòng)力研究所技術(shù)報(bào)告 BG7-270，北京：北京空氣動(dòng)力研究所，1989.</p><p>　　[2] Carl E J. Analysis of fatigue, fatigue-crack propagation and fracture data[R]. NASA CR-132332, 1973.&l

80、t;/p><p>　　注：對(duì)于NASA報(bào)告，AIAA Paper等航空航天領(lǐng)域知名報(bào)告，出版地和出版者可以省略。</p><p>　　7） 國(guó)際、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，行業(yè)規(guī)范 著錄格式：[序號(hào)] 標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)，標(biāo)準(zhǔn)名稱[S]. 出版地：出版者，出版年.</p><p><b>　　例：</b></p><p>　　[1] MIL-E-

81、5007 D, 航空渦輪噴氣和渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)通用規(guī)范[S]. 美國(guó)空軍，1973.</p><p>　　[2] GB 7713-87, 科學(xué)技術(shù)報(bào)告、學(xué)位論文和學(xué)術(shù)論文的編寫格式[S].</p><p>　　注：對(duì)于國(guó)標(biāo)GB等，出版地、出版者和出版年可省略。</p><p>　　8） 專利 著錄格式：[序號(hào)] 設(shè)計(jì)人. 專利題名[P]. 專利國(guó)別：專利號(hào)，公告日

82、</p><p><b>　　例：</b></p><p>　　[1] 黎志華，黎志軍. 反饋聲抵消器[P]. 中國(guó)專利：ZL85100748，1986－09－24.</p><p>　　9） 其他未定義文獻(xiàn)類型 著錄格式：[序號(hào)] 主要責(zé)任者. 文獻(xiàn)題名[Z]. 出版地：出版者，出版年.</p><p><b

83、>　　致 謝</b></p><p>　　這次畢業(yè)設(shè)計(jì)可以圓滿的完成，…….</p><p><b>　　附 錄</b></p><p><b>　　1．XXXXXXX</b></p><p>　　2．XXXXXXXXXXX</p><p>&l