畢業(yè)論文終稿-焊接機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計[購買贈送配套CAD圖紙 論文答辯優(yōu)秀]

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需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763圖紙預(yù)覽請見文檔前面的插圖，原稿更清晰，可編輯2016 屆畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書焊接機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計院 、 部： 機(jī)械工程學(xué)院 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師 1： 職稱 指導(dǎo)教師 2： 職稱 專 業(yè)： 班 級： 完成時間： 需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763I摘 要焊接機(jī)械手由機(jī)械手本體、計算機(jī)控制系統(tǒng)、示教盒和焊接焊接系統(tǒng)幾部分組成，此次設(shè)計的焊接機(jī)械手實(shí)際是五自由度的關(guān)節(jié)機(jī)器人。采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動、微機(jī)控制，結(jié)構(gòu)緊湊，工作范圍大，動作靈活，不僅用于弧焊作業(yè)，還可用于搬運(yùn)和裝配作業(yè)。本次設(shè)計主要針對焊接機(jī)械手進(jìn)行設(shè)計。首先，通過對焊接機(jī)械手結(jié)構(gòu)及原理進(jìn)行分析，在此分析基礎(chǔ)上提出了總體結(jié)構(gòu)方案；接著，對主要技術(shù)參數(shù)進(jìn)行了計算選擇；然后，對各主要零部件進(jìn)行了設(shè)計與校核；最后，通過AutoCAD 制圖軟件繪制了焊接機(jī)械手裝配圖及主要零部件圖。通過本次設(shè)計，鞏固了大學(xué)所學(xué)專業(yè)知識，如：機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計、材料力學(xué)、公差與互換性理論、機(jī)械制圖等；掌握了普通機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計方法并能夠熟練使用 AutoCAD 制圖軟件，對今后的工作于生活具有極大意義。關(guān)鍵詞 ：焊接；機(jī)械手；PLC；設(shè)計需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763II需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763III需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763IV需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763V需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763VIABSTRACTHigh lift device called weight lifting device, a top heavy machinery, lifting machine is a with relatively small force can the weight lifting, descending or shift of simple tools, can also be used to correct the deformation of the equipment installation and the deviation of the component such as. Electric lifting device is a lifting device for lifting heavy objects by screw drive. The motor is composed of a motor, a belt drive, a turbine vortex rod drive, a screw, a nut, a lifting rod, etc.This design first, based on the structure and the principle of electric lifting device of high analysis, this analysis based on put forward the overall structure scheme of 需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763VIIand then, the design and verification of main technical parameters of the main parts is discussed; then, through the three-dimensional design software Pro / E design the electric lifting device and motion simulation is carried out. Finally, draw the electric lifting device assembly and major parts of the map.Through the design, the consolidation of the University of the professional knowledge, such as: mechanical principles, mechanical design, mechanics of materials, tolerance and interchangeability theories, mechanical drawing; master the design method of general machinery products and be able to skillfully use AutoCAD drawing software, for the future work in life is of great significance.Key words: Lifting equipment; Turbine; Spiral; Design; Simulation需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763VIII目 錄1 緒 論 ............................................................11.1 研究背景及意義 ...............................................11.2 研究及發(fā)展現(xiàn)狀 ...............................................11.3 焊接機(jī)械手的主要組成 .........................................21.4 主要內(nèi)容 .....................................................32 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 .....................................................42.1 機(jī)械手總體結(jié)構(gòu)的類型 .........................................42.2 設(shè)計具體采用方案 .............................................53 主要零部件設(shè)計 ...................................................63.1 底座部分設(shè)計 .................................................63.1.1 底座的工作方式 ...........................................63.1.2 底座的電動機(jī)的選擇 .......................................63.1.3 底座上諧波齒輪傳動的設(shè)計 .................................73.1.4 底座軸的設(shè)計 .............................................93.1.5 底座傳動齒輪的設(shè)計 ......................................103.1.6 底座軸承的選擇 ..........................................123.2 大臂部分設(shè)計 ................................................133.2.1 大臂的工作方式 ..........................................133.2.2 大臂電動機(jī)的選擇 ........................................143.2.3 大臂上諧波齒輪傳動的設(shè)計 ................................143.3 小臂部分設(shè)計 ................................................153.3.1 小臂的工作方式 ..........................................153.3.2 小臂電動機(jī)的選擇 ........................................163.3.3 小臂上諧波齒輪傳動的設(shè)計 ................................163.4 手腕部分設(shè)計 ................................................173.4.1 手腕的設(shè)計要求 ..........................................173.4.2 手腕工作方式 ............................................183.4.3 手腕電動機(jī)的選擇 ........................................183.4.4 手腕軸承的選擇 ..........................................19需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763IX4 控制系統(tǒng)設(shè)計 ....................................................214.1 電氣設(shè)備概述 ................................................214.1.1 電氣控制的變壓系統(tǒng)部分設(shè)計 ..............................214.1.2 電氣控制的部分設(shè)計 ......................................214.2 PLC 的應(yīng)用 ...................................................234.2.1 梯形圖的設(shè)計 ............................................234.2.2 用功能表圖表示控制過程 ...................................244.2.3 I/O 分配表與配線圖 ......................................254.2.4 寫出梯形圖 ...............................................27總 結(jié) ..............................................................34參考文獻(xiàn) ...........................................................35致 謝 .............................................................36需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 130413976311 緒 論1.1 研究背景及意義焊接機(jī)械手由機(jī)械手本體、計算機(jī)控制系統(tǒng)、示教盒和焊接焊接系統(tǒng)幾部分組成，由于為了適應(yīng)靈活動作的工作要求，通常電焊機(jī)械手選用關(guān)節(jié)式工業(yè)機(jī)械手的基本設(shè)計，一般具有六個自由度：腰轉(zhuǎn)、大臂轉(zhuǎn)、小臂轉(zhuǎn)、腕轉(zhuǎn)、腕擺及腕捻。其驅(qū)動方式有液壓驅(qū)動和電氣驅(qū)動兩種。其中電氣驅(qū)動具有保養(yǎng)維修簡便、能耗低、速度高、精度高、安全性好等優(yōu)點(diǎn)，因此應(yīng)用較為廣泛。焊接機(jī)械手按照示教程序規(guī)定的動作、順序和參數(shù)進(jìn)行焊接作業(yè)，其過程是完全自動化的，并且具有與外部設(shè)備通信的接口，可以通過這一接口接受上一級主控與管理計算機(jī)的控制命令進(jìn)行工作。 焊接加工一方面要求焊工要有熟練的操作技能、豐富的實(shí)踐經(jīng)驗、穩(wěn)定的焊接水平；另一方面，焊接又是一種勞動條件差、煙塵多、熱輻射大、危險性高的工作。工業(yè)機(jī)械手的出現(xiàn)使人們自然而然首先想到用它代替人的手工焊接，減輕焊工的勞動強(qiáng)度，同時也可以保證焊接質(zhì)量和提高焊接效率。焊接機(jī)械手在汽車裝配生產(chǎn)線上的大量應(yīng)用大大提高了汽車裝配焊接的生產(chǎn)率和焊接質(zhì)量，同時又具有柔性焊接的特點(diǎn)，即只要改變程序，就可在同一條生產(chǎn)線上對不同的車型進(jìn)行裝配焊接[2]。應(yīng)用焊接機(jī)械手，有如下優(yōu)點(diǎn)：a.容易實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的完全自動化；b.對生產(chǎn)設(shè)備的適應(yīng)能力將大大加強(qiáng)；c.可以提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率及質(zhì)量；d.可以明顯改善工作條件。1.2 研究及發(fā)展現(xiàn)狀我國的工業(yè)機(jī)器人從 80 年代“七五” 科技攻關(guān)開始起步，目前已基本掌握了機(jī)器人操作機(jī)的設(shè)計制造技術(shù)、控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計技術(shù)、運(yùn)動學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù)，生產(chǎn)了部分機(jī)器人關(guān)鍵元器件，開發(fā)出噴漆、弧焊、點(diǎn)焊、裝配、搬運(yùn)等機(jī)器人；弧焊機(jī)器人已應(yīng)用在汽車制造廠的焊裝線上。但總的來看，我國的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國外比還有一定的距離，如：可靠性低于國外產(chǎn)品；機(jī)器人應(yīng)用工程起步較晚，應(yīng)用領(lǐng)域窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與國外比有差距；應(yīng)用規(guī)模小，沒有形成機(jī)器人產(chǎn)業(yè)。 工業(yè)機(jī)器人在焊接領(lǐng)域的應(yīng)用最早是從汽車裝配生產(chǎn)線上的電阻點(diǎn)焊開始的。原因在于電阻點(diǎn)焊的過程相對比較簡單，控制方便，且不需要焊縫軌跡跟蹤，對機(jī)器人的精度和重復(fù)精需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 13041397632度的控制要求比較低。國際工業(yè)機(jī)器人企業(yè)憑借與各大汽車企業(yè)的長期合作關(guān)系，向各大型汽車生產(chǎn)企業(yè)提供各類點(diǎn)焊機(jī)器人單元產(chǎn)品并以焊接機(jī)器人與整車生產(chǎn)線配套形式進(jìn)入中國，在該領(lǐng)域占據(jù)市場主導(dǎo)地位。隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，焊接生產(chǎn)線要求焊鉗一體化，重量越來越大，165 公斤點(diǎn)焊機(jī)器人是目前汽車焊接中最常用的一種機(jī)器人。2008 年 9 月，機(jī)器人研究所研制完成國內(nèi)首臺 165 公斤級點(diǎn)焊機(jī)器人，并成功應(yīng)用于奇瑞汽車焊接車間。2009 年 9 月，經(jīng)過優(yōu)化和性能提升的第二臺機(jī)器人完成并順利通過驗收，該機(jī)器人整體技術(shù)指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到國外同類機(jī)器人水平。工業(yè)機(jī)器人發(fā)展趨勢 目前國際機(jī)變機(jī)界都在加大科研力度，進(jìn)變機(jī)變機(jī)共性技術(shù)的研究。從機(jī)變機(jī)技術(shù)發(fā)展趨勢看，焊安機(jī)變機(jī)和其它工畢機(jī)變機(jī)一樣，不斷向智能化和多樣化方向發(fā)展。夾體而言，表現(xiàn)在如定幾個方面：機(jī)變機(jī)操動機(jī)結(jié)構(gòu)：與過有限元積析、電態(tài)積析及仿真畢畢等現(xiàn)代畢畢方法的變用，實(shí)現(xiàn)機(jī)變機(jī)操動機(jī)構(gòu)的優(yōu)化畢畢。探索新的高強(qiáng)度輕質(zhì)材料，進(jìn)一步提高總載/自重比。機(jī)變機(jī)機(jī)機(jī)系統(tǒng)：重打研究開放式，電電化機(jī)機(jī)系統(tǒng)。向基于 PC 機(jī)的開放型機(jī)機(jī)變方向發(fā)展，便于標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化；變件集成度提高，機(jī)機(jī)機(jī)日見小巧，且采用電電化結(jié)構(gòu)；大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操動性和可維修性；機(jī)機(jī)系統(tǒng)的性能進(jìn)一步提高，實(shí)現(xiàn)軟件伺服和安數(shù)字機(jī)機(jī)；機(jī)機(jī)界面更加友好。機(jī)變機(jī)傳感技術(shù)：機(jī)變機(jī)中的傳感變動用日益重要，除采用傳統(tǒng)的變置、高度、加高度等傳感變機(jī)，裝配、焊安機(jī)變機(jī)還應(yīng)用了激光傳感變、視覺傳感變和力傳感變，并實(shí)現(xiàn)了焊縫自動跟蹤和自動化生產(chǎn)機(jī)變物體的自動定變以及精密裝配動畢等，大大提高了機(jī)變機(jī)的動畢性能和對環(huán)境的適應(yīng)性。網(wǎng)絡(luò)與光功能：日本 YASKAWA 和德國 KUKA 公司的最新機(jī)變機(jī)機(jī)機(jī)變已實(shí)現(xiàn)了與 Canbus、Profibus 總機(jī)及一些網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)安，使機(jī)變機(jī)由過去的獨(dú)立應(yīng)用向網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用邁進(jìn)了一大步，也使機(jī)變機(jī)由過去的專用畢備向標(biāo)準(zhǔn)化畢備發(fā)展。1.3 焊接機(jī)械手的主要組成（1）機(jī)械手系統(tǒng)包括：由移動式或固定式的操作機(jī)、電源、控制系統(tǒng)以及操作并監(jiān)控機(jī)械手的裝置、外部設(shè)備或傳感器的通訊接口所組成的機(jī)械手控制裝置（硬件和軟件） ；末端執(zhí)行器；機(jī)械手完成作業(yè)所需的外部設(shè)備、裝置或傳感器。所用的外部設(shè)備均由機(jī)械手的控制系統(tǒng)管理。（2）手臂和手腕是機(jī)械手操作機(jī)中的基本部件，它由旋轉(zhuǎn)運(yùn)動和往復(fù)運(yùn)動的機(jī)構(gòu)組成。其結(jié)構(gòu)形式是多種多樣的，但多數(shù)機(jī)械手的手臂和手腕是由關(guān)節(jié)和桿件構(gòu)成的空間機(jī)構(gòu)，一般由 3-10 個自由度組成，工業(yè)機(jī)械手一般為 3-6 個需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 13041397633自由度。由于機(jī)械手具有多自由度手臂、手腕的機(jī)構(gòu)，使操作運(yùn)動具有通用性和靈活性，這也是區(qū)別于一般自動機(jī)的特點(diǎn)。（3）機(jī)器臂的控制：在電動伺服系統(tǒng)中，驅(qū)動機(jī)械臂各關(guān)節(jié)的是步進(jìn)電機(jī)或直流伺服電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)從驅(qū)動器得到一系列脈沖信號，每個脈沖信號使步進(jìn)電機(jī)軸產(chǎn)生一定的角位移。一般不需要反饋回路和位置編碼器，控制比較簡單。采用直流伺服電機(jī)的控制系統(tǒng)以測速器和角度編碼作為反饋裝置，能夠精確地控制機(jī)械臂關(guān)節(jié)軸的運(yùn)動，它的工作狀態(tài)平穩(wěn)，旋轉(zhuǎn)速度可以連續(xù)調(diào)節(jié)，對加速和減速指令都能迅速作出反應(yīng)。（4）腕部機(jī)構(gòu)支承機(jī)械手手部裝置并調(diào)整其姿態(tài)，一般有 2-3 個自由度，使位于機(jī)械臂末端的手爪產(chǎn)生俯仰擺動和繞自身軸線的轉(zhuǎn)動，這些運(yùn)動的合成，使機(jī)械手的手部相對于操作對象形成靈活的工作姿態(tài)。（5）機(jī)械手的手部裝置又稱末端執(zhí)行器。根據(jù)作業(yè)性質(zhì)不同，機(jī)械臂末端的執(zhí)行器有不同形式。① 焊接機(jī)械手和噴涂機(jī)械手的末端分別為固定焊槍和噴槍的夾具；② 搬運(yùn)大件光整平板的機(jī)械手一般采用真空吸附式末端執(zhí)行器，利用吸盤內(nèi)壓力與大氣壓力之間的差值產(chǎn)生吸附作用力；③ 對于一般的物料搬運(yùn)和裝配機(jī)械手，末端執(zhí)行器為種類繁多的機(jī)械夾持器，用機(jī)械手指的閉合和張開來夾緊和釋放工件；④ 運(yùn)送鐵磁物質(zhì)的機(jī)械手還可以將電磁吸盤作為末端執(zhí)行器。1.4 主要內(nèi)容（1）本焊接機(jī)械手的簡介和發(fā)展概況，及其基本的工作原理；（2）本焊接機(jī)械手的結(jié)構(gòu)分析，手臂、軸承、諧波齒輪減速器等結(jié)構(gòu)方案選擇設(shè)計說明；（3）本焊接機(jī)械手傳動方案設(shè)計和傳動參數(shù)的設(shè)計計算說明；（4）本焊接機(jī)械手結(jié)構(gòu)的設(shè)計與校核及其重要結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計計算說明。需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 130413976342 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計2.1 機(jī)械手總體結(jié)構(gòu)的類型工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)形式主要有直角坐標(biāo)結(jié)構(gòu)，圓柱坐標(biāo)結(jié)構(gòu)，球坐標(biāo)結(jié)構(gòu)，關(guān)節(jié)型結(jié)構(gòu)四種。各結(jié)構(gòu)形式及其相應(yīng)的特點(diǎn)，分別介紹如下:（1）直角坐標(biāo)機(jī)器人結(jié)構(gòu)直角坐標(biāo)機(jī)器人的空間運(yùn)動是用三個相互垂直的直線運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)的。為了實(shí)現(xiàn)一定的運(yùn)動空間，直角坐標(biāo)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)尺寸要比其他類型的機(jī)器人的結(jié)構(gòu)尺寸大得多。直角坐標(biāo)機(jī)器人的工作空間為一空間長方體。直角坐標(biāo)機(jī)器人主要用于裝配作業(yè)及搬運(yùn)作業(yè)，直角坐標(biāo)機(jī)器人有懸臂式，龍門式，天車式三種結(jié)構(gòu)。（2）圓柱坐標(biāo)機(jī)器人結(jié)構(gòu)圓柱坐標(biāo)機(jī)器人的空間運(yùn)動是用一個回轉(zhuǎn)運(yùn)動及兩個直線運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)的。這種機(jī)器人構(gòu)造比較簡單，精度還可以，常用于搬運(yùn)作業(yè)。其工作空間是一個圓柱狀的空間。（3）球坐標(biāo)機(jī)器人結(jié)構(gòu)球坐標(biāo)機(jī)器人的空間運(yùn)動是由兩個回轉(zhuǎn)運(yùn)動和一個直線運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)的。這種機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡單、成本較低，但精度不很高。主要應(yīng)用于搬運(yùn)作業(yè)。其工作空間是一個類球形的空間。（4）關(guān)節(jié)型機(jī)器人結(jié)構(gòu)關(guān)節(jié)型機(jī)器人的空間運(yùn)動是由三個回轉(zhuǎn)運(yùn)動實(shí)現(xiàn)的。關(guān)節(jié)型機(jī)器人動作靈活，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小。相對機(jī)器人本體尺寸，其工作空間比較大。此種機(jī)器人在工業(yè)中應(yīng)用十分廣泛，如焊接、噴漆、搬運(yùn)、裝配等作業(yè)，都廣泛采用這種類型的機(jī)器人[19] 。本題目規(guī)格參數(shù):腰部回轉(zhuǎn)最大角度 280 度；擺動最大角度 120 度；工作范圍范圍 0-450mm；本機(jī)械手的主要動作是：首先腰部回轉(zhuǎn)機(jī)械臂和焊點(diǎn)處于同一平面；接著大臂回轉(zhuǎn)，調(diào)整焊槍和焊點(diǎn)的距離；然后小臂回轉(zhuǎn)，使焊槍接觸焊點(diǎn)；最后腕部回轉(zhuǎn)，使焊槍和焊點(diǎn)垂需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 13041397635直，達(dá)到焊接的目的。2.2 設(shè)計具體采用方案具體到本設(shè)計，因為焊槍質(zhì)量約 0.5KG，且考慮到焊接機(jī)械手的加工精度，應(yīng)盡量簡化結(jié)構(gòu)，以減小成本、提高可靠度。該機(jī)械手在工作中需要四種運(yùn)動,腰部回轉(zhuǎn)；大臂回轉(zhuǎn)；小臂回轉(zhuǎn)；腕部回轉(zhuǎn)。綜合考慮，機(jī)械手自由度數(shù)目取為四。因此選擇關(guān)節(jié)型機(jī)械臂。具體到本設(shè)計，要求工作區(qū)間 0-450mm，擴(kuò)大到 0-60mm，為擴(kuò)大 1/3 倍。因為 A2+b2≥2ab 。所以當(dāng) c 一定時，a=b 機(jī)械臂為最短。6002=2a2。A≈424.3，又因為小臂比大臂更靈活，活動更頻繁，所以初始取a（大臂）=500mm；b（小臂）=400mm；c（腕部） =100mm。整體布局如圖：圖 2.1 整體尺寸設(shè)計圖需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 130413976363 主要零部件設(shè)計3.1 底座部分設(shè)計3.1.1 底座的工作方式機(jī)器人底座的結(jié)構(gòu)設(shè)計要求：1)要有足夠大的安裝基面，以保證機(jī)器人工作時的穩(wěn)定性。2)機(jī)座承受機(jī)器人全部重量和工作載荷，應(yīng)保證足夠的強(qiáng)度、剛度和承載能力。3)機(jī)座軸系及傳動鏈的精度和剛度對末端執(zhí)行器的運(yùn)動精度影響最大。因此機(jī)座與手臂的聯(lián)接要有可靠的定位基準(zhǔn)面，要有調(diào)整軸承間隙和傳動間隙的調(diào)整機(jī)構(gòu)。機(jī)器人的底座是由兩部分組成的，分為上下兩部分，下部分的作用是固定和支撐，屬于不動體，用螺絲固于與地上；上部分是一個轉(zhuǎn)臺作用是支撐和旋轉(zhuǎn)，帶動大臂以上部分做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，是圓弧形的。上部分也稱做腰部，腰部回轉(zhuǎn)由一級齒輪傳動和諧波齒輪組成，如底座部件圖所示在結(jié)構(gòu)布置上，電機(jī)、諧波減速器和小齒輪均在腰上隨腰座一起回轉(zhuǎn)；而大齒輪固定在機(jī)座上。這樣布局對裝飾、潤滑方便，但增大了腰部回轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動慣量。底座上使用的是階梯軸，作用是傳動轉(zhuǎn)矩，把諧波減速器傳出的轉(zhuǎn)矩傳動到小齒輪上，軸的上端和諧波減速器的柔輪相連，下端由鍵和小齒輪聯(lián)結(jié)，諧波減速器的剛輪和諧波減速器的外殼聯(lián)結(jié)，諧波減速器的外殼又和機(jī)器人的大臂用螺栓連接；當(dāng)?shù)鬃碾姍C(jī)工作時，諧波減速器的剛輪不動，柔輪動，柔輪又通過階梯軸和小齒輪由鍵連接，所以帶動小齒輪動，小齒輪又和大齒輪相嚙合，大齒輪通過齒輪座固連于下底座上，所以小齒輪帶著諧波減速器和機(jī)器人大臂以上的部件，繞著大齒輪做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。實(shí)現(xiàn)了焊接機(jī)器人繞 Z 向旋轉(zhuǎn)的自由度。3.1.2 底座的電動機(jī)的選擇步進(jìn)電機(jī)從驅(qū)動器得到一系列脈沖信號，每個脈沖信號使步進(jìn)電機(jī)軸產(chǎn)生一定的角位移。一般不需要反饋回路和位置編碼器，控制比較簡單。采用直流伺服電機(jī)的控制系統(tǒng)以測速器和角度編碼作為反饋裝置，能夠精確地控制機(jī)械需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 13041397637臂關(guān)節(jié)軸的運(yùn)動，它的工作狀態(tài)平穩(wěn)，旋轉(zhuǎn)速度可以連續(xù)調(diào)節(jié)，對加速和減速指令都能迅速作出反應(yīng)。在機(jī)械手的電動機(jī)設(shè)計計算過程中，采用混合式步進(jìn)電動機(jī)，混合式步進(jìn)電動機(jī)即是一種兼有反應(yīng)式（機(jī)械設(shè)計手冊 5 版 35-84 頁）底座電機(jī)選用 90BYG5503 型號，如下表：型號 步距角 相數(shù)驅(qū)動電壓/V相電（流）/A靜轉(zhuǎn)距/N·M空載啟動頻率/P·P·S空載運(yùn)行頻率/K·P·P·S轉(zhuǎn) 14 動慣量/kg·cm2相電感/mH重量/kg90BYG 55030.36/0.72 5 50 3 7 2200 ≥30 5.1 5.0 6.03.1.3 底座上諧波齒輪傳動的設(shè)計（1）諧波減速器在機(jī)器人中的應(yīng)用 由于諧波減速器裝置具有傳動比大、承載能力強(qiáng)、傳動精度高、傳動平穩(wěn)、效率高，體積小，質(zhì)量輕等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛用于工業(yè)機(jī)器人中。此次設(shè)計中分別在底座，大臂，小臂上用了三個諧波減速器。目前工業(yè)機(jī)器人中常用的諧波減速器有三種型式。此次設(shè)計選用的是帶杯形柔輪的諧波傳動 如圖 4—18a 所示，是由三個基本構(gòu)件組成的，帶凸緣的環(huán)型剛輪 6，杯形柔輪 1 和由柔性軸承 5、橢圓盤 4 構(gòu)成的波發(fā)生器，它通過端面牙嵌式聯(lián)軸器 3 與輸出軸套 2 相連。這種沒有單獨(dú)外殼的由三大基本構(gòu)件形成一個組合件的結(jié)構(gòu)形式，使傳動裝置的結(jié)構(gòu)更為簡化和緊湊。（2）諧波減速器工作原理需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 13041397638諧波齒輪傳動的工作原理如圖 4—16 所示，若剛輪 G 為固定件，波發(fā)生器為主動件，柔輪 R 為從動件。當(dāng)將波發(fā)生器裝入柔輪內(nèi)孔時．由于波發(fā)生器兩滾子外側(cè)之間的距離略大于柔輪內(nèi)孔直徑，使原為圓形的柔輪產(chǎn)生彈性變形成為橢圓，使其長軸兩端的齒與剛輪齒完全嚙合。同時，變形后柔輪短軸兩端的齒則與剛輪齒完全脫開，其余各處的齒，則視回轉(zhuǎn)方向不同分別處于“嚙人”或“嚙出”狀態(tài)，當(dāng)波發(fā)生器連續(xù)回轉(zhuǎn)時，嚙人區(qū)和嚙出區(qū)將隨著橢圓長短軸相位的變化而依次變化。于是柔輪就相對于不動的剛輪沿與波發(fā)生器轉(zhuǎn)向相反的方向作低速回轉(zhuǎn)，柔輪長軸和短軸相位的連續(xù)變化，使柔輪的變形在其圓周上是連續(xù)的簡諧波形，因此，這種傳動稱為諧波傳動。若柔輪固定，剛輪從動，其工作過程完全相同，只是剛輪的轉(zhuǎn)向與波發(fā)生相反。（3）傳動比計算如圖 4—16 所示，波發(fā)生器有兩個觸頭，產(chǎn)生兩個嚙合區(qū)，故稱雙波發(fā)生器，若波發(fā)生器有三個觸頭，則可產(chǎn)生三個嚙合區(qū)，此時稱三波發(fā)生器。對雙波傳動，剛輪和柔輪的齒數(shù)差應(yīng)為 2，三個波傳動其齒數(shù)差應(yīng)為 3，由于結(jié)構(gòu)上的原因，單波或三波以上的傳動很少用，常用的是雙波傳動。從傳動效率考慮和實(shí)際應(yīng)用需要，常用的諧波傳動可分以下兩種情況：1） 、波發(fā)生器主動，剛輪固定，柔輪從動時，波發(fā)生器與柔輪的減速傳動比為 i = 　　　　 （４－５２）G HR nRGZ??式中 , ——分別為剛輪與柔輪的齒數(shù)； ， ——分別為波發(fā)生ZHnR器和柔輪的轉(zhuǎn)速。2)波發(fā)生器主動，柔輪固定，剛輪從動時，波發(fā)生器和剛輪的減速傳動比為 RGHGRZNi??需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 13041397639式中 ——剛輪的轉(zhuǎn)速，其余同式（４－５２）Gn波發(fā)生器固定時，若剛輪主動而柔輪從動，其傳動比略大于１，反之，柔輪主動而剛輪從動，其傳動比略小于１。根據(jù)底座的這種運(yùn)動要求，以及底座運(yùn)動的轉(zhuǎn)動慣量，我們選用標(biāo)準(zhǔn)的諧波減速器，其性能參數(shù)如下表所示：規(guī)格 產(chǎn)品型號 模數(shù) m 減速比 i 額定輸入轉(zhuǎn)速 r/min 額定輸出力矩 N·m８０ ＸＢ－８０－ ２０２Ｂ ０．２ ２０２ ≤３０００ １２０其外形及安裝尺寸如下表：機(jī)型 Ａ Ｂ Ｃ Ｄ Ｅ Ｆ Ｇ Ｈ Ｉ115 77 81．6 15 80 3 4 6.5 105Ｊ Ｋ Ｌ Ｏ Ｐ Ｑ Ｒ Ｓ Ｔ８０14 5 16．3 26 5 6 5．5 36 453.1.4 底座軸的設(shè)計底座上使用的是階梯軸，作用是傳動轉(zhuǎn)矩，把諧波減速器傳出的轉(zhuǎn)矩傳動到小齒輪上，軸的上端和諧波減速器的柔輪相連，下端由鍵和小齒輪聯(lián)結(jié)，按彎扭合成強(qiáng)度校核軸的強(qiáng)度1、繪制軸受力簡圖(圖 a)2、繪制垂直面彎矩圖(圖 b)軸承支承反力= = =160.3NRAVFLdra2?Ⅱ 147.02.98365??= + =982+160.3=1142.3NBrRAV需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 130413976310計算彎矩截面 c 右側(cè)彎矩 = =1142.3 =80.06N.mcvMRBVF2L2147.0?截面 c 左側(cè)彎矩 = =160.3 =11.88N.m'cvRAV.3、繪制水平彎矩圖(圖 c)軸支承反力 = = = =1309NRAHFB2t618截面 c 處彎矩 = =1309 =96.2N.mCMRAL247.0?4、繪制合成彎矩圖(圖 d)= = =125.4N.mC22CHV?280.69.?= = =95.06N.m' 2')( 21..5、繪制轉(zhuǎn)矩圖(圖 e)T=9.55 =9.55 =260N.mnp310?403?6、繪制當(dāng)量彎矩圖(圖 f)轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的扭剪應(yīng)力按脈動循環(huán)變化，取 =0.6,截面 c 處的當(dāng)量彎矩為?= = =202N.mecM22)Tc??2215.(.6)??7、校核危險截面的強(qiáng)度= = =2.77Mpa<55Mpae?31.0dc390.需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763113.1.5 底座傳動齒輪的設(shè)計（1）齒輪齒數(shù)的計算根據(jù)各傳動副的傳動比，由《機(jī)械制造裝備設(shè)計》表 3-6 確定各齒輪齒數(shù)取 =30 =72 則 =421zzs'1z=32 =72 則 =402'2各齒輪的設(shè)計計算：（2）齒輪接觸疲勞強(qiáng)度計算=33, =471z2td1?321][4)(Htuzk??1)確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值1、 =1.32 tk2、計算小齒輪名義轉(zhuǎn)速T =9.55 10 =9.55 10 N·mm= N·mm1?61pn?67.5051.2790?3、查表 =0.8（齒寬系數(shù)）d?4、節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) =2.5Hz5、由表 12-12 查取彈性系數(shù) =189.8EzMpa6、由圖 12-20 和圖 12-21 查得=590mpa, =480mpa,1Hjim?lim2H?需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 130413976312=450mpa, =390mpalim1F?lim2F?7、計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)=60 kth=60 560 1 (2 8 300 10)=1.61 101Nn???9= = =1.288 1021u9.60598、由圖 12-22 查取接觸疲勞強(qiáng)度壽命系數(shù)=1, =11Nz29、計算許用應(yīng)力。取失效概率為 1%，接觸疲勞強(qiáng)度最小安全系數(shù) =1Hs= = =590mpa1][H?lim1hNzS590?= = =480mpa2][li2Hzs4812)設(shè)計計算1、計算小齒輪分度圓直徑 d t1d mm=90mmt?5 2221.3790(.)(.5189.).84XX?2、圓周速度v = = =2.6376m/st160tn?π 3.90561?3、確定載荷系數(shù)=1Ak= =1H?F=1.14, =0.17 ( =46.06)s?m?tb所以 = = + =1.14+0.17=1.31ksmk?=39.07, =0.019312所以 =1+（ ）=1.53v239.0724.6371.5.19)01462???k= =1 1.53 1.31 1=2.0043AkH?V??4、按實(shí)際載荷系數(shù)校正小齒輪分度圓直徑計算值需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 130413976313= =98 =133.97mm1dt3tk?32.041（3）確定主要幾何參數(shù)和尺寸1)模數(shù) m= = =3.67 取整標(biāo)準(zhǔn)值為 m=41dz3.972)分度圓直徑 = =4 33=1321?=m =4 47=18813)中心矩 a=0.5m( + )=0.5 4 (33+47)=1601z24)齒寬 取 = =401b23.1.6 底座軸承的選擇1.對于與電機(jī)軸相聯(lián)的軸為主動軸，軸所受的載荷較小，且為高速軸，根據(jù)已知條件 ?60，轉(zhuǎn)速較高，主要受徑向力的影響，故選用深溝球軸承，主要承受一定的雙向軸向載荷，極限轉(zhuǎn)速較高，這類軸承結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，價格便宜，供貨方便，應(yīng)用較廣。2.對于主軸（即腰部支承軸承）上因存在徑向力和軸向力，有較高的使用要求，分別承擔(dān)徑向載荷和軸向載荷，而且有一定的沖擊載荷，但軸承的轉(zhuǎn)速較低，故選用環(huán)形軸承。環(huán)形軸承精度高，剛度大，負(fù)荷力大，裝配方便，可以承受徑向力，軸向力及傾覆力矩，許多機(jī)械手都采用這種軸承作為腰部支撐元件。環(huán)形軸承種類很多，有用滾球的，也有用滾柱的。查手冊 高速軸選用深溝球軸承 6209腰部軸承選用環(huán)性交叉滾子軸承 CRB120253.軸承的校核計算兩個 6012 型軸承轉(zhuǎn)速 1460r/min,徑向載荷 Fr1=672N Fr2=356N軸向載荷 Fa=0,工作時無沖擊，溫度低于 100?C,預(yù)壽命 10000h.解：軸承 1 承受的負(fù)載較重，經(jīng)驗算軸承 1 的當(dāng)量載荷為 P=xFr+yFa查機(jī)械設(shè)計手冊 6012 形軸承 Cr=31500N C0r=24200N深溝球軸承 X0=0.6 Y0=0.5P1= xFr1+yFa1=376N軸承的壽命由公式計算得 16667/n(ftC/fpP)3=16667/1460(1x31500/1.2x376)3 壽命足夠。3.2 大臂部分設(shè)計3.2.1 大臂的工作方式需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 130413976314手臂結(jié)構(gòu)設(shè)計要求1)手臂的結(jié)構(gòu)和尺寸應(yīng)滿足機(jī)器人完成作業(yè)任務(wù)提出的工作空間要求。工作空間的形狀和大小與手臂的長度、手臂關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)角范圍密切相關(guān)2)根據(jù)手臂所受載荷和結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，合理選擇手臂截面形狀和高強(qiáng)度輕質(zhì)材料，如常采用空心的薄壁矩形框體或圓管以提高其抗彎剛度和扭轉(zhuǎn)剛度，減輕自身的重量。空心結(jié)構(gòu)內(nèi)部可以方便地安置機(jī)器人的驅(qū)動系統(tǒng)。3)盡量減小手臂重量和相對其關(guān)節(jié)回轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動慣量和偏重力矩，以減小驅(qū)動裝置的負(fù)荷；減少運(yùn)轉(zhuǎn)的動載荷與沖擊，提高手臂運(yùn)動的響應(yīng)速度。4)要設(shè)法減小機(jī)械間隙引起的運(yùn)動誤差，提高運(yùn)動的精確性和運(yùn)動剛度，采用緩沖和限位裝置提高定位精度。焊接機(jī)器人的大臂采用電機(jī)、諧波減速器和關(guān)節(jié)軸線同軸的傳動方式，結(jié)構(gòu)簡單，傳動路線最短。大臂上的諧波減速器采用的是柔輪不動，剛輪動的方式；諧波減速器的剛輪與機(jī)器人的大臂用螺栓相連，柔輪通過支撐法蘭固定在臂座上，驅(qū)動電機(jī)的輸出軸用鍵與驅(qū)動軸相連，軸與套筒用鍵連接，并一同轉(zhuǎn)動。波發(fā)生器與套筒用法蘭剛性連接，套筒通過鍵與固定 在支撐法蘭盤上的電磁制動器相聯(lián)。帶內(nèi)圈的從動剛輪與大臂殼體相固聯(lián)。因此大臂殼體與剛輪一起在軸承上轉(zhuǎn)動。這種伺服電機(jī)經(jīng)諧波減速器減速后驅(qū)動的手臂關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)緊湊，手臂的轉(zhuǎn)角范圍大。電動機(jī)驅(qū)動的關(guān)節(jié)型機(jī)器人的大臂是用高強(qiáng)度鋁合金材料制成的薄壁框形結(jié)構(gòu)，其運(yùn)動都是采用齒輪傳動，傳動剛性較大。 3.2.2 大臂電動機(jī)的選擇大臂電動機(jī)是驅(qū)動大臂做擺動，選用 75BYG4501 型號，如下表：型號 步距角 相數(shù)驅(qū)動電壓/V相電（流）/A靜轉(zhuǎn)距/N·M空載啟動頻率/P·P·S空載運(yùn)行頻率/K·P·P·S轉(zhuǎn)動慣量/kg·cm2相電感/mH重量/kg75BYG 4501 0.9/1.8 4 50 3 1.5 1200 ≥15 0.9 2.5 1.53.2.3 大臂上諧波齒輪傳動的設(shè)計（1）諧波減速器在機(jī)器人中的應(yīng)用 由于諧波減速器裝置具有傳動比大、承載能力強(qiáng)、傳動精度高、傳動平穩(wěn)、效率高，體積小，量輕等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛用于工業(yè)機(jī)器人中。此次設(shè)計中分別在，大臂上用了一個諧波減速器。目前工業(yè)機(jī)器人中常用的諧波減速器有三種型式。此次設(shè)計選用的是帶杯需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 130413976315形柔輪的諧波傳動 如圖 4—18a 所示，是由三個基本構(gòu)件組成的，帶凸緣的環(huán)型剛輪 6，杯形柔輪 1 和由柔性軸承 5、橢圓盤 4 構(gòu)成的波發(fā)生器，它通過端面牙嵌式聯(lián)軸器 3 與輸出軸套 2 相連。這種沒有單獨(dú)外殼的由三大基本構(gòu)件形成一個組合件的結(jié)構(gòu)形式，使傳動裝置的結(jié)構(gòu)更為簡化和緊湊。（2）諧波減速器工作原理諧波齒輪傳動的工作原理如圖 4—16 所示，若剛輪 G 為固定件，波發(fā)生器為主動件，柔輪 R 為從動件。當(dāng)將波發(fā)生器裝入柔輪內(nèi)孔時．由于波發(fā)生器兩滾子外側(cè)之間的距離略大于柔輪內(nèi)孔直徑，使原為圓形的柔輪產(chǎn)生彈性變形成為橢圓，使其長軸兩端的齒與剛輪齒完全嚙合。同時，變形后柔輪短軸兩端的齒則與剛輪齒完全脫開，其余各處的齒，則視回轉(zhuǎn)方向不同分別處于“嚙人”或“嚙出”狀態(tài)，當(dāng)波發(fā)生器連續(xù)回轉(zhuǎn)時，嚙人區(qū)和嚙出區(qū)將隨著橢圓長短軸相位的變化而依次變化。于是柔輪就相對于不動的剛輪沿與波發(fā)生器轉(zhuǎn)向相反的方向作低速回轉(zhuǎn)，柔輪長軸和短軸相位的連續(xù)變化，使柔輪的變形在其圓周上是連續(xù)的簡諧波形，因此，這種傳動稱為諧波傳動。 根據(jù)大臂的這種運(yùn)動要求，以及大臂運(yùn)動的轉(zhuǎn)動慣量，我們選用標(biāo)準(zhǔn)的諧波減速器，其性能參數(shù)如下表所示：規(guī)格 產(chǎn)品型號 模數(shù) m 減速比 i 額定輸入轉(zhuǎn)速r/min額定輸出力矩N·m８０ ＸＢ－８０－２０２Ｂ０．２ ２０２ ≤３０００ １２０其外形及安裝尺寸如下表：需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 130413976316機(jī)型 Ａ Ｂ Ｃ Ｄ Ｅ Ｆ Ｇ Ｈ Ｉ115 77 81．6 15 80 3 4 6.5 105Ｊ Ｋ Ｌ Ｏ Ｐ Ｑ Ｒ Ｓ Ｔ８０14 5 16．3 26 5 6 5．5 36 453.3 小臂部分設(shè)計3.3.1 小臂的工作方式小臂采用電動機(jī)、諧波減速器和關(guān)節(jié)軸線同軸的傳動方式，結(jié)構(gòu)簡單，傳動路線最短。小臂上的諧波減速器也采用的是柔輪不動，剛輪動的方式；諧波減速器的剛輪與機(jī)器人的大臂用螺栓相連，柔輪通過支撐法蘭固定在臂座上，驅(qū)動電機(jī)的輸出軸用鍵與驅(qū)動軸相連，軸與套筒用鍵連接，并一同轉(zhuǎn)動。波發(fā)生器與套筒用法蘭剛性連接，套筒通過鍵與固定在支撐法蘭盤上的電磁制動器相聯(lián)。帶內(nèi)圈的從動剛輪與小臂殼體相固聯(lián)。因此小臂殼體與剛輪一起在軸承上轉(zhuǎn)動。這種伺服電機(jī)經(jīng)諧波減速器減速后驅(qū)動的手臂關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)緊湊，手臂的轉(zhuǎn)角范圍大。電動機(jī)驅(qū)動的關(guān)節(jié)型機(jī)器人的小臂是用高強(qiáng)度鋁合金材料制成的薄壁框形結(jié)構(gòu)，其運(yùn)動都是采用齒輪傳動，傳動剛性較大3.3.2 小臂電動機(jī)的選擇小臂電動機(jī)是驅(qū)動小臂做上下運(yùn)動，選用 75BYG4502 型號，如下表：型號 步距角 相數(shù)驅(qū)動電壓/V相電（流）/A靜轉(zhuǎn)距/N·M空載啟動頻率/P·P·S空載運(yùn)行頻率/K·P·P·S轉(zhuǎn)動慣量/kg·cm2相電感/mH重量/kg75BYG 0.9/1.8 4 50 3 1.5 1200 ≥15 0.9 2.5 1.5需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 13041397631745013.3.3 小臂上諧波齒輪傳動的設(shè)計諧波減速器在機(jī)器人中的應(yīng)用 由于諧波減速器裝置具有傳動比大、承載能力強(qiáng)、傳動精度高、傳動平穩(wěn)、效率高，體積小，質(zhì)量輕等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛用于工業(yè)機(jī)器人中。此次設(shè)計中在小臂上用了一個諧波減速器。目前工業(yè)機(jī)器人中常用的諧波減速器有三種型式。此次設(shè)計選用的是帶杯形柔輪的諧波傳動 如圖 4—18a 所示，是由三個基本構(gòu)件組成的，帶凸緣的環(huán)型剛輪 6，杯形柔輪 1 和由柔性軸承 5、橢圓盤 4 構(gòu)成的波發(fā)生器，它通過端面牙嵌式聯(lián)軸器 3 與輸出軸套 2 相連。這種沒有單獨(dú)外殼的由三大基本構(gòu)件形成一個組合件的結(jié)構(gòu)形式，使傳動裝置的結(jié)構(gòu)更為簡化和緊湊。由于小臂的轉(zhuǎn)動慣量相對比較小，而且結(jié)構(gòu)比較緊湊，因此在設(shè)計中采用諧波減速器直接驅(qū)動小臂運(yùn)動的方式。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動諧波減速器的波發(fā)生器，將運(yùn)動傳遞給柔輪，由于剛輪不動柔輪動，電機(jī)的運(yùn)動得到一定比例的減速！傳動比為１：２００。諧波減速器的柔輪與一驅(qū)動短軸相聯(lián)系，而短軸的另一端則與小臂體上的聯(lián)接體相連，聯(lián)接體是與小臂鑄成一體的，這樣就實(shí)現(xiàn)了步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動小臂作Ｘ軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。根據(jù)小臂的這種運(yùn)動要求，以及小臂運(yùn)動的轉(zhuǎn)動慣量，我們選用標(biāo)準(zhǔn)的諧波減速器，其性能參數(shù)如下表所示：規(guī)格 產(chǎn)品型號 模數(shù) m 減速比 i 額定輸入轉(zhuǎn)速r/min額定輸出力矩N·m４０ ＸＢ－４０－２００Ｂ０．１ ２００ ≤３０００ １６其外形及安裝尺寸如下表：需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 130413976318機(jī)型 Ａ Ｂ Ｃ Ｄ Ｅ Ｆ Ｇ Ｈ Ｉ64 40 40.6 8 40 2 4 4.5 57Ｊ Ｋ Ｌ Ｏ Ｐ Ｑ Ｒ Ｓ Ｔ４０8 2 9 12 4．5 6 3．5 20 283.4 手腕部分設(shè)計3.4.1 手腕的設(shè)計要求手腕是連接手臂和末端執(zhí)行器的部件，其功能是在手臂和機(jī)座實(shí)現(xiàn)了末端執(zhí)行器在作業(yè)空間的三個位置坐標(biāo)（自由度）的基礎(chǔ)上，再由手腕來實(shí)現(xiàn)末端執(zhí)行器在作業(yè)空間的三個姿態(tài)（方位）坐標(biāo)，即實(shí)現(xiàn)三個旋轉(zhuǎn)自由度。通過機(jī)械接口，聯(lián)接并支承末端執(zhí)行器。手腕能實(shí)現(xiàn)繞空間三個坐標(biāo)軸的轉(zhuǎn)動，即回轉(zhuǎn)運(yùn)動、左右偏擺運(yùn)動和俯仰運(yùn)動。當(dāng)有特殊需要時，還可以實(shí)現(xiàn)小距離的橫移運(yùn)動。手腕的自由度愈多，結(jié)構(gòu)和控制愈復(fù)雜。因此，應(yīng)根據(jù)機(jī)器人的作業(yè)要求來決定其應(yīng)具有的自由度數(shù)目。在多數(shù)情況下，手腕具有 1-2 個自由度即可滿足作業(yè)要求。（1）設(shè)計要求對工業(yè)機(jī)器人手腕設(shè)計的要求有：1）由于手腕處于手臂末端，為減輕手臂的載荷，應(yīng)力求手腕部件的結(jié)構(gòu)緊湊，減少其質(zhì)量和體積。為此腕部機(jī)構(gòu)的驅(qū)動裝置多采用分離傳動，將驅(qū)動器安置在手臂的后端。2）手腕部件的自由度愈多，各關(guān)節(jié)角的運(yùn)動范圍愈大，其動作的靈活性愈高，機(jī)器人對作業(yè)的適應(yīng)能力也愈強(qiáng)。但增加手腕自由度，會使手腕結(jié)構(gòu)復(fù)雜，運(yùn)動控制難度加大。因此，在設(shè)計時，不應(yīng)盲目增加手腕的自由度數(shù)。通用目的機(jī)器人手腕多配置 3 個自由度，某些動作簡單的專用工業(yè)機(jī)器人的手腕，根據(jù)作業(yè)實(shí)際需要，可減少其自由度數(shù)，甚至可以不設(shè)置手腕以簡化結(jié)構(gòu)。3）為提高手腕動作的精確性，應(yīng)提高傳動的剛度，應(yīng)盡量減少機(jī)械傳動系統(tǒng)中由于間隙產(chǎn)生的反轉(zhuǎn)回差。如齒輪傳動中的齒側(cè)間隙，絲杠螺母中的傳動間隙；聯(lián)軸器的扭轉(zhuǎn)間隙等。對分離傳動采用鏈、同步齒帶或傳動軸傳動。4）對手腕回轉(zhuǎn)各關(guān)節(jié)軸上要設(shè)置限位開關(guān)和機(jī)械擋塊，以防止關(guān)節(jié)超限造成事故。3.4.2 手腕工作方式具有兩個自由度的機(jī)械傳動手腕結(jié)構(gòu)如下圖所示之手腕結(jié)構(gòu)，手腕的驅(qū)動電動機(jī)安裝在大臂關(guān)節(jié)上，經(jīng)諧波減速器用兩級鏈傳動將運(yùn)動通過小臂關(guān)節(jié)傳遞到手腕軸 10 上的鏈輪 4、5。帶傳動 6 將運(yùn)動經(jīng)帶輪 4、軸 10 和圓錐齒輪9、11 帶動軸 14(其上裝有機(jī)械接口法蘭盤 15)作回轉(zhuǎn)運(yùn)動，帶傳動 7 將運(yùn)動經(jīng)需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 130413976319帶輪 5 直接帶動手腕殼體 8 實(shí)現(xiàn)上下俯仰擺動。當(dāng)帶傳動 6 和帶輪 4 不動，使帶傳動 7 和帶輪 5 單獨(dú)轉(zhuǎn)動時，由于軸 10 不動，轉(zhuǎn)動的殼體 8 將迫使圓錐齒輪11 作行星運(yùn)動，即齒輪 11 隨殼體 8 作公轉(zhuǎn)(上下俯仰夕)，同時還繞軸 14 作附加的自轉(zhuǎn)運(yùn)動。手腕的驅(qū)動電機(jī)放置于小臂的末端，靠梯形齒同步帶將動力源傳送到手腕的驅(qū)動軸上，實(shí)現(xiàn)手腕關(guān)節(jié)的運(yùn)動。同步帶傳動效率高，可達(dá) 98%～99.5%,節(jié)能效果大.與 V 帶和平帶傳動相比,傳動比準(zhǔn)確,無彈性滑動 ,傳動比可大到 10,速度大到 40m/s,負(fù)載能力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)緊湊，帶的伸縮率小。此外，帶傳動傳動平穩(wěn)、噪聲小，不需要潤滑。因此同步帶傳動在機(jī)器人中也得到了廣泛的應(yīng)用。本次設(shè)計參考了這方面的優(yōu)勢，通過查閱書籍確定采用此種結(jié)構(gòu)。3.4.3 手腕電動機(jī)的選擇手腕電動機(jī)設(shè)計為兩個，第一個主要作用是使手腕實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動，第二個主要作用是使手腕實(shí)現(xiàn)上下擺動作用。兩個電機(jī)都選用 75BYG4503 型號，如下表：型號 步距角 相數(shù)驅(qū)動電壓/V相電（流）/A靜轉(zhuǎn)距/N·M空載啟動頻率/P·P·S空載運(yùn)行頻率/K·P·P·S轉(zhuǎn)動慣量/kg·cm2相電感/mH重量/kg75BYG 45010.9/1.8 4 50 3 1.5 1200 ≥15 0.9 2.5 1.5需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763203.4.4 手腕軸承的選擇（1） ．對于與電機(jī)軸相聯(lián)的軸為主動軸，軸所受的載荷較小，且為高速軸，根據(jù)已知條件 ?20，轉(zhuǎn)速較低，主要受徑向力的影響，故選用深溝球軸承，主要承受一定的雙向軸向載荷，極限轉(zhuǎn)速較高，這類軸承結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，價格便宜，供貨方便，應(yīng)用較廣。查手冊 高速軸選用深溝球軸承 62007 （2）軸承的校核計算兩個 6012 型軸承轉(zhuǎn)速 1460r/min,徑向載荷 Fr1=672N Fr2=356N 軸向載荷Fa=0,工作時無沖擊，溫度低于 100℃,預(yù)壽命 10000h.解：軸承 1 承受的負(fù)載較重，經(jīng)驗算軸承 1 的當(dāng)量載荷為 P=xFr+yFa查機(jī)械設(shè)計手冊 6012 形軸承 Cr=31500N C0r=24200N深溝球軸承 X0=0.6 Y0=0.5P1= xFr1+yFa1=376N軸承的壽命由公式計算得 16667/n(ftC/fpP)3=16667/1460(1x31500/1.2x376)3 壽命足夠。（3）按彎扭合成強(qiáng)度校核軸的強(qiáng)度1 繪制軸受力簡圖(圖 a)2 繪制垂直面彎矩圖(圖 b)軸承支承反力= = =160.3NRAVFLdra2?Ⅱ 147.02.98365??= + =982+160.3=1142.3NBrRAV計算彎矩截 面 c 右 側(cè) 彎 矩 = =1142.3 =80.06N.mcvMRBVFL7?截 面 c 左 側(cè) 彎 矩 = =160.3 =11.88N.m'A3 繪制水平彎矩圖(圖 c)軸 支 承 反 力 = = = =1309NRAHFB2t8截 面 c 處 彎 矩 = =1309 =96.2N.mCMRAL47.?4 繪制合成彎矩圖(圖 d)需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 130413976321= = =125.4N.mCM22CHV?280.69.?= = =95.06N.m' ')(5 繪制轉(zhuǎn)矩圖(圖 e)T=9.55 =9.55 =260N.mnp310?4103?6 繪制當(dāng)量彎矩圖(圖 f)轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的扭剪應(yīng)力按脈動循環(huán)變化，取 =0.6,截面 c 處的當(dāng)量彎矩為?= = =202N.mecM22)c??22.(.)?7 校核危險截面的強(qiáng)度= = =2.77Mpa<55Mpae?31.0dc390.?4 控制系統(tǒng)設(shè)計4.1 電氣設(shè)備概述本焊接機(jī)械手可實(shí)現(xiàn)五個自由度的運(yùn)動，即 PLC 和光電編碼器相協(xié)調(diào)控制，程序的選擇可在電氣操作的轉(zhuǎn)換由要安裝在機(jī)器的傳感器進(jìn)行控制。4.1.1 電氣控制的變壓系統(tǒng)部分設(shè)計根據(jù) PLC 輸出端的特點(diǎn)，本系統(tǒng)共需以下四種電壓：（1）作為 PLC 電源的交流 220 伏需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 130413976322（2）線圈所需電源交流 100 伏（3）電磁鐵所需電源直流 24 伏（4）原點(diǎn)指示燈所需電源交流 6.3 伏變壓系統(tǒng)的左右兩端均采用空氣斷路器作為短路保護(hù)及長期過載保護(hù)，其中直流 110 伏需要安裝整流器。4.1.2 電氣控制的部分設(shè)計（1）PLC 應(yīng)用概述可編程序控制器（Programmable Controller）簡稱 PC，早期也稱為PLC(Programmaboe Logic Controller)，區(qū)別于個人計算機(jī)的 “PC”（Personal Computer） 。 PLC 是從 60 年代末發(fā)展起來的一種新型的電氣控制裝置，它將傳統(tǒng)的控制技術(shù)和計算機(jī)控制技術(shù)、通信技術(shù)融為一體，以其顯著的優(yōu)點(diǎn)正被廣泛地應(yīng)用于各種生產(chǎn)機(jī)械和生產(chǎn)過程的自動控制中。傳統(tǒng)的繼電器接觸器控制雖具有其自身的特點(diǎn)，但其控制裝置體積大，動作速度較慢，耗電較大，功能少，特別是由于它靠硬件連線構(gòu)成系統(tǒng)，接線繁雜，當(dāng)生產(chǎn)工藝或控制對象改變時，原有的接線和控制盤就必須隨之改變或更換，通用性和靈活性較差。PLC 的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣，并正在迅速擴(kuò)大。對早期的 PLC，凡是有繼電器的地方，都可采用。而對當(dāng)今的 PLC，幾乎可以說凡是需要控制系統(tǒng)存在的地方就需要 PLC。尤其是近幾年來，PLC 的成本下降，功能又不斷增強(qiáng)，所以，目前 PLC 在國內(nèi)外已被廣泛應(yīng)用于冶金、機(jī)械、石油、化工、輕工、電力、建筑、交通運(yùn)輸?shù)雀餍懈鳂I(yè)。一般來說，小型 PLC 主要用于單機(jī)自動化，而大、中型 PLC 則是自動生產(chǎn)線上不可缺少的控制部件。PLC 主要有以下幾種控