工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)【關(guān)節(jié)型工業(yè)機(jī)器人腕部結(jié)構(gòu)】【三個(gè)自由度】
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動(dòng)態(tài)優(yōu)化的一種新型高速,高精度的三自由度機(jī)械手彭蘭(蘭朋),魯南立,孫立寧,丁傾永(機(jī)械電子工程學(xué)院,哈爾濱理工學(xué)院,哈爾濱 150001,中國(guó))( Robotics Institute。Harbin Institute of Technology,Harbin 150001,P。R。China) 摘要介紹了一種動(dòng)態(tài)優(yōu)化三自由度高速、高精度相結(jié)合,直接驅(qū)動(dòng)臂平面并聯(lián)機(jī)構(gòu)和線(xiàn)性驅(qū)動(dòng)器,它可以提高其剛度進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)分析軟件ADAMS仿真模擬環(huán)境中,進(jìn)行仿真模擬實(shí)驗(yàn).設(shè)計(jì)調(diào)查是由參數(shù)分析工具完成處理的,分析了設(shè)計(jì)變量的近似的敏感性,包括影響參數(shù)的每道光束截面和相對(duì)位置的線(xiàn)性驅(qū)動(dòng)器上的性能.在適當(dāng)?shù)姆绞较拢P涂梢垣@得一個(gè)輕量級(jí)動(dòng)態(tài)優(yōu)化和小變形的參數(shù)。一個(gè)平面并聯(lián)機(jī)構(gòu)不同截面是用來(lái)改進(jìn)機(jī)械手的.結(jié)果發(fā)生明顯的改進(jìn)后的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真分析和另一個(gè)未精制一個(gè)幾乎是幾乎相等.但剛度的改進(jìn)的質(zhì)量大大降低,說(shuō)明這種方法更為有效的。關(guān)鍵詞: 機(jī)械手、 ADAMS、 優(yōu)化、 動(dòng)力學(xué)仿真0 簡(jiǎn)介并聯(lián)結(jié)構(gòu)機(jī)械手(PKM)是一個(gè)很有前途的機(jī)器操作和裝配的電子裝置,因?yàn)樗麄冇幸恍┟黠@的優(yōu)勢(shì),例如:串行機(jī)械手的高負(fù)荷承載能力,良好的動(dòng)態(tài)性能和精確定位的優(yōu)點(diǎn)等. 一種新型復(fù)合3一DOF臂的優(yōu)點(diǎn)和串行機(jī)械手,也是并聯(lián)機(jī)構(gòu)為研究對(duì)象,三自由度并聯(lián)機(jī)器人是少自由度并聯(lián)機(jī)器人的重要類(lèi)型。三自由度并聯(lián)機(jī)器人由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,控制相對(duì)容易,價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn),具有很好的應(yīng)用前景。但由于它們比六自由度并聯(lián)機(jī)器人更復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)特性,增加了這類(lèi)機(jī)構(gòu)型綜合的難度,因此對(duì)三自由度并聯(lián)機(jī)器人進(jìn)行型綜合具有理論意義和實(shí)際價(jià)值。本文利用螺旋理論對(duì)三自由度并聯(lián)機(jī)器人進(jìn)行型綜合,以總結(jié)某些規(guī)律,進(jìn)一步豐富型綜合理論,并為新機(jī)型的選型提供理論依據(jù),以下對(duì)其進(jìn)行闡述。如圖-1所示 機(jī)械手組成的平面并聯(lián)機(jī)構(gòu)(PPM)包括平行四邊形結(jié)構(gòu)和線(xiàn)性驅(qū)動(dòng)器安裝在PPM.兩直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)c整合交流電高分辨率編碼器的一部分作為驅(qū)動(dòng)平面并聯(lián)機(jī)械裝置.線(xiàn)型致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)的聲音線(xiàn)圈發(fā)動(dòng)機(jī).這被認(rèn)為是理想的驅(qū)動(dòng)短行程的一部分.作為一個(gè)非換直接驅(qū)動(dòng)類(lèi),音圈電機(jī)可以提供高位置敏感和完美的力量與中風(fēng)的角色,高精密線(xiàn)性編碼作為回饋部分保證在垂直方向可重復(fù)性。另一方面,該產(chǎn)品具有較高的剛度比串行機(jī)械手,因?yàn)樗奶攸c(diǎn)和低封閉環(huán)慣性轉(zhuǎn)矩。同時(shí),該系統(tǒng)可以克服了柔性耦合力學(xué)彈性、齒輪、軸承、被撕咬支持,連接軸和其他零件,包括古典驅(qū)動(dòng)設(shè)備,因此該機(jī)械手是更容易得到動(dòng)力學(xué)性能好、精度高。圖-1 3自由度的混合結(jié)構(gòu)的機(jī)械手當(dāng)長(zhǎng)度的各個(gè)環(huán)節(jié)的平面并聯(lián)機(jī)時(shí),構(gòu)決定于運(yùn)動(dòng)學(xué)分析和綜合4-7,機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的首要任務(wù),應(yīng)加大僵硬、降低質(zhì)量.關(guān)于幾個(gè)參數(shù)模型.這是它重要和必要的影響,研究了各參數(shù)對(duì)模型表現(xiàn)以進(jìn)一步優(yōu)化。本文就開(kāi)展設(shè)計(jì)研究工具,通過(guò)參數(shù)分析亞當(dāng)斯,又要適當(dāng)?shù)姆绞絹?lái)獲得一個(gè)輕量級(jí)的優(yōu)化和小變形系統(tǒng)。1 仿真模型ADAMS(Automatic Dynamic Analysis 0f Mechanical System)自動(dòng)機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析是一個(gè)完美的軟件,對(duì)機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模擬可處理機(jī)制包括有剛性和靈活的部分,仿真模型可以創(chuàng)造出機(jī)械手的亞當(dāng)斯環(huán)境 如圖-2。OXYz是全球性的參考幀,并OXYz局部坐標(biāo)系,兩個(gè)直流驅(qū)動(dòng)電機(jī)、交流和02M O1A表示,與線(xiàn)性驅(qū)動(dòng)器CH被視為剛性轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量電機(jī)傳動(dòng)的120kg/cm2。大眾的線(xiàn)性驅(qū)動(dòng)器是1.5kg,連接AB、德、03F和LJ被視為柔性體立柱、橫梁GK,通用公司和公里,形成一個(gè)三角形,也被當(dāng)作柔性傳動(dòng)長(zhǎng)度的鏈接是決定提前運(yùn)動(dòng)學(xué)設(shè)計(jì)為AB =O3F = 7cm,DE=IJ=7cm,GK= 7cm,GM =11.66cm, = 8.338cm。其它維度,這個(gè)數(shù)字是01A = 02M =7cm,CB=CD=HJ 2.5cm。EF=EG=JK= 3cm。 雖然總平面并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)都是在水平、垂直和水平剛度必須在豎向剛度特征通常低于水平僵硬,因?yàn)樗慕巧诖怪睉冶哿旱慕孛娉叽缬?jì)算每一束平面并聯(lián)機(jī)構(gòu)和相對(duì)位置的線(xiàn)性驅(qū)動(dòng)器是兩個(gè)非常僵硬的影響因素的系統(tǒng)。運(yùn)動(dòng)支鏈可分為三類(lèi):主動(dòng)鏈(由驅(qū)動(dòng)器賦予確定獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的支鏈。一般是單驅(qū)動(dòng)器控制一個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)),從動(dòng)鏈(不帶驅(qū)動(dòng)器、被迫作確定運(yùn)動(dòng)的支鏈。又分為以下兩種:約束鏈:獨(dú)立限制機(jī)構(gòu)自由度的從動(dòng)鏈。冗余鏈:重復(fù)限制機(jī)構(gòu)自由度的從動(dòng)鏈)復(fù)合鏈(有單驅(qū)動(dòng)器、但限制一個(gè)以上的機(jī)構(gòu)自由度的支鏈,實(shí)際是主動(dòng)鏈與約束鏈的組合)-并聯(lián)機(jī)構(gòu)是由這幾種支鏈用不同形式組合起來(lái)的。動(dòng)鏈中的約束鏈除了可以提高機(jī)構(gòu)剛度和作為測(cè)量鏈外,其更主要的作用是用來(lái)約束動(dòng)平臺(tái)的某一個(gè)或幾個(gè)自由度,以使其實(shí)現(xiàn)預(yù)期的運(yùn)動(dòng)。 圖-2 仿真模型2 仿真模擬結(jié)果在本節(jié)中,平均位移的末端是用來(lái)描述動(dòng)態(tài)剛度,這是在不同的配置在不同的線(xiàn)性驅(qū)動(dòng)器向前,從最初的位置的目的地,一般的豎向位移的機(jī)械手是作為目標(biāo)來(lái)研究豎向剛度,平均差別的橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)點(diǎn)之間有一個(gè)剛性數(shù)學(xué)模型,模型,作為目標(biāo)來(lái)研究水平剛度。并聯(lián)機(jī)器人的構(gòu)型設(shè)計(jì)即型綜合是并聯(lián)機(jī)器人設(shè)計(jì)的首要環(huán)節(jié),其目的是在給定所需自由度和運(yùn)動(dòng)要求條件下,尋求并聯(lián)機(jī)構(gòu)桿副配置、驅(qū)動(dòng)方式和總體布局等的各種可能組合。國(guó)內(nèi)的許多學(xué)者正致力于這方面的研究,其中比較有代表性的有如下幾種方法:黃真為代表的約束綜合法;楊廷力等人的結(jié)構(gòu)綜合法;代表的李代數(shù)綜合法。以上各種方法自成體系,各有特點(diǎn),都缺乏理論的完備性。本文提出添加約束法,是從限制自由度的角度出發(fā),增加約束,去除不需要的自由度,因每條主動(dòng)鏈只有一個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置,讓其控制一個(gè)自由度,其余自由度通過(guò)純約束鏈去除,這樣可以使主、從動(dòng)運(yùn)動(dòng)鏈的作用分離,運(yùn)動(dòng)解耦,有利于控制。具有三自由度的并聯(lián)機(jī)床,當(dāng)采用條主動(dòng)支鏈作為驅(qū)動(dòng)時(shí),機(jī)構(gòu)就需要約束另三個(gè)自由度,通過(guò)選擇無(wú)驅(qū)動(dòng)裝置的從動(dòng)鏈來(lái)完成,則整個(gè)機(jī)構(gòu)成為有確定運(yùn)動(dòng)的三自由度的并聯(lián)機(jī)構(gòu)。黃真等提出的約束綜合法對(duì)完全對(duì)稱(chēng)的少自由度并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)進(jìn)行了型綜合,完全對(duì)稱(chēng)的支鏈結(jié)構(gòu)相同,都屬于復(fù)合鏈,每條支鏈除都有一個(gè)單驅(qū)動(dòng)器,控制一個(gè)自由度外,還應(yīng)約束一個(gè)以上自由度才能使機(jī)構(gòu)的六個(gè)自由度全部受控,使機(jī)構(gòu)有確定的運(yùn)動(dòng)。2.1 截面效應(yīng)扭轉(zhuǎn)變形位移的連結(jié)將會(huì)引起的,所以,扭轉(zhuǎn)常數(shù)的橫截面,重力是研究裝系統(tǒng)來(lái)研究,采取扭轉(zhuǎn)剛度的垂直切片lxx不變的各個(gè)環(huán)節(jié)和梁作為設(shè)計(jì)變量的變化,從 0.1 x 105mm4 與 3.5 x 105 mm4。圖-3 不斷的效果在垂直變形扭轉(zhuǎn)圖-3顯示了平均位移與截面扭轉(zhuǎn)常數(shù)末端的各個(gè)環(huán)節(jié)和梁,根據(jù)它的變化速率的環(huán)節(jié),是最大的,AB是鏈接,LJ依次分別GK梁和KM有在豎向剛度性能。其他的仿真結(jié)果表明,水平位移之間的差異進(jìn)行比較,結(jié)果表明該模型體育智力H和剛性模型變化小就改變了恒定不變的時(shí)候扭加載慣性力的線(xiàn)性驅(qū)動(dòng)器,但是水平位移的變化,這意味著在這種模擬豎向變形的生產(chǎn)水平位移系統(tǒng)機(jī)械手。注意端面線(xiàn)性驅(qū)動(dòng)器的主要原因是水平變形、線(xiàn)性驅(qū)動(dòng)器機(jī)器人是由兩個(gè)節(jié)點(diǎn)C和H . 所以,我們計(jì)算了不同的Z-coordinate攝氏度之間,如圖所示,在圖4 -扭轉(zhuǎn)常數(shù)的影響差別的鏈接德。其次是最有效的通用和連接梁,連接O3F,梁GK有效果。因此,應(yīng)采取AB和連接區(qū)段大扭常數(shù)的免疫力,豎向剛度較大并行扭轉(zhuǎn)不變的鏈接德也使較少的均勻性,降低線(xiàn)性驅(qū)動(dòng)器不可以降低水平變形。圖-4 在不影響扭不變?nèi)鐖D-5、6所展示的影響是區(qū)域慣性轉(zhuǎn)矩的設(shè)計(jì)變量是區(qū)域剛度和慣性轉(zhuǎn)矩的各個(gè)環(huán)節(jié)和梁lz,圖顯示增加lw卡爾減少的速度高于垂直位移的不斷增加Ixx扭轉(zhuǎn)。這個(gè)Yxx AB、梁的鏈接,鏈接O3F是Iyy三個(gè)主要因素決定了豎向剛度。圖-6 所示 鏈接的AB、梁公里,連接03F也是其中的三個(gè)主要因素決定的均勻性線(xiàn)性傳動(dòng)裝置、不同的分析結(jié)果表明,Izz效果好,具有至少兩個(gè)垂直和水平剛度,這意味著這種結(jié)構(gòu),具有足夠的水平,降低Izz剛度的鏈接和增加Iyy AB、梁的鏈接,鏈接O3F公里的好方法,優(yōu)化系統(tǒng)。圖-5 瞬間的慣性效應(yīng)對(duì)垂直位移圖-6 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不平衡的影響2.2影響的線(xiàn)性驅(qū)動(dòng)器的相對(duì)位置線(xiàn)性執(zhí)行器的慣性是主要載荷之一,在機(jī)械手的運(yùn)動(dòng),不同的相對(duì)應(yīng)的垂直位置產(chǎn)生不同的變形,圖7顯示了絕對(duì)平均的最終效應(yīng)垂直位移時(shí)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)以恒定的加速度旋轉(zhuǎn),我們可以看到,過(guò)低或過(guò)高的相對(duì)位置會(huì)造成比格變形,最好的位置是一對(duì)Z = 24毫米的地方大概是從中間環(huán)節(jié)連接O3F到 AB.圖-7 影響線(xiàn)性驅(qū)動(dòng)器的相對(duì)位置3 分析改進(jìn)的機(jī)械手根據(jù)上述模擬結(jié)果,所有改進(jìn)的機(jī)械手的設(shè)計(jì),時(shí)間如下:鏈接截面AB,DE,lJ 與30mm的基礎(chǔ)和高度,10毫米的厚度;鏈接O3F和矩形空心梁與30mm的基礎(chǔ)和高度工型鋼,l0mm法蘭和6mm網(wǎng);梁競(jìng),通用汽車(chē)與8mm的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)和30mm高的矩形。圖-8 梯形運(yùn)動(dòng)姿態(tài)圖-9中回應(yīng)的是機(jī)械手,相比之下,圖-10中提高初始的反應(yīng),在其中所有的鏈接和機(jī)械手的矩形截面梁的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ),用30毫米,高度的差異是曲線(xiàn),C和H的曲線(xiàn)積分,二是垂直位移的末端,改進(jìn)系統(tǒng)中最大位移0.7Um最初的0.12Um相比,爭(zhēng)論的振動(dòng)激勵(lì)后仍停留在O.06Um0.15% sO.05Um相比的初始變形改善系統(tǒng)的初始小于前者具有較少的慣性,因?yàn)樵谙嗤牟椒ゲ粩嗉涌?,保持振?dòng)瓣膜差不多一樣,它對(duì)這整個(gè)系統(tǒng)中來(lái)說(shuō),仍然改善系統(tǒng)的剛度,幾乎相當(dāng)于初始制度,針對(duì)大規(guī)模的平面并聯(lián)機(jī)構(gòu)在該系統(tǒng)相比下降了30%,這樣的初始優(yōu)化是有效的。 圖-9 、 圖-10 動(dòng)態(tài)響應(yīng)4 結(jié)論本文設(shè)計(jì)了一種新型三自由度機(jī)械手變量的敏感性進(jìn)行了研究在ADAMS環(huán)境中,可以得出以下結(jié)論:1) 機(jī)器人具有較大的水平剛度,最終水平位移,效應(yīng)主要是由機(jī)械手垂直變形造成的,因此,更重要的是增加的幅度比剛度豎向剛度。2) 參數(shù)Ixx,Iyy并鏈接截面剛度Izz有不同的效應(yīng),Iyy已經(jīng)對(duì)垂直剛度的影響最大,Ixx在第二位的是,Ixx具有在垂直剛度的影響最小,他們都較少對(duì)水平比垂直剛度剛度。3) 橫截面的不同環(huán)節(jié)都有不同的影響,連線(xiàn)豎向剛度AB和德應(yīng)該使用區(qū)扭轉(zhuǎn)常數(shù)和慣性力矩大,如變形、長(zhǎng)方形、橫梁KM,線(xiàn) 03F應(yīng)該使用區(qū)段形梁等重大時(shí)刻轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、橫梁GK,和GM 可以使用盡可能的一小部分,從而降低了質(zhì)量。4) 最佳的線(xiàn)性驅(qū)動(dòng)器的相對(duì)位置可以減少變形,最好的位置是垂直的平行結(jié)構(gòu)。5) 改進(jìn)的機(jī)械手的動(dòng)態(tài)分析表明該優(yōu)化設(shè)計(jì)方法研究的基礎(chǔ)上的效率。參考文獻(xiàn) l Dasgupta B,Mmthyunjayab T S。 The Stewart platform manipulator:a review。Mechatm and Machine Theory,200o。35 (1):1540 2 Xi F,Zhang D,Xu Z,et al。A comparative study on tripod u ts for machine Lo0ls。Intemational Journal of Machine TooLs&Manufacture,2003,43(7):721730 3 Zhang D,Gosselin C M。Kinetostatic analysis and optimization of the Tricept machine tool family。In:Proceedings of Year 2000 Parallel Kinematic Machines International Conference,Ann Arbor,Michigan ,2001, 174188 4 Gosselin C M,Angeles J。A globe preference index for the kinematic optimum of robotic manipulator。ASME Journal of Mechanical ,l991,113(3):220226 5 Gao F,I,iuX J,GruverW A。Performance evaluation of two-degree-of-freedom planar parallel robots。Mechanism and Machine Theory,l998,33(6):661-668 6 Huang T,Li M,Li Z X,et al。Optimal kinematic design of 2- DOF oaralel manipulator with well shahed workspace bounded by a specified conditioning index IEEE Transactions of Robot and Automation,2004,20,(3):538543 7 Gosselin C M,Wang J。singularity loci ofplanarparallel manipulator with revoluted actuators。Robotics and Autonomousm,1997,2l(4):377 398 8 Yiu Y K,Cheng H,Xiong Z H,et al。on the dvnamies of Parallel Mmfipulators Proc。Of IEEE Inemational conference on Robotics& Automation。20o1。3766 3771 9 Chakarov D。Study ofthe antagoniie stifness of parallel manipulators with actuation redundancy。Mechanism and Machine Theory,2004,39(6):58360l 10 Shaba A A。Dynamics of Multibody systems。 Cambridge:Cambridge university press,l998。270-3 l011 工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1前言1.1工業(yè)機(jī)器人的概念 工業(yè)機(jī)器人是一個(gè)在三維空間中具有較多自由度,并能實(shí)現(xiàn)較多擬人動(dòng)作和功能的機(jī)器,而工業(yè)工業(yè)機(jī)器人則是在工業(yè)生產(chǎn)上應(yīng)用的工業(yè)機(jī)器人。美國(guó)工業(yè)機(jī)器人工業(yè)協(xié)會(huì)提出的工業(yè)工業(yè)機(jī)器人定義為:“工業(yè)機(jī)器人是一種可重復(fù)編程和多功能的,用來(lái)搬運(yùn)材料、零件、工具的操作機(jī)”。英國(guó)和日本工業(yè)機(jī)器人協(xié)會(huì)也采用了類(lèi)似的定義。我國(guó)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T12643-90將工業(yè)工業(yè)機(jī)器人定義為:“工業(yè)機(jī)器人是一種能自動(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)。能搬運(yùn)材料、零件或操持工具,用以完成各種作業(yè)”。而將操作機(jī)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)行其它操作的機(jī)械裝置”。工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)一般由操作機(jī)、驅(qū)動(dòng)單元、控制裝置和為使工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行作業(yè)而要求的外部設(shè)備組成。1.1.1操作機(jī)操作機(jī)是工業(yè)機(jī)器人完成作業(yè)的實(shí)體,它具有和人手臂相似的動(dòng)作功能。通常由下列部分組成:a.末端執(zhí)行器 又稱(chēng)手部,是工業(yè)機(jī)器人直接執(zhí)行工作的裝置,并可設(shè)置夾持器、工具、傳感器等,是工業(yè)工業(yè)機(jī)器人直接與工作對(duì)象接觸以完成作業(yè)的機(jī)構(gòu)。b. 手腕 是支承和調(diào)整末端執(zhí)行器姿態(tài)的部件,主要用來(lái)確定和改變末端執(zhí)行器的方位和擴(kuò)大手臂的動(dòng)作范圍,一般有23個(gè)回轉(zhuǎn)自由度以調(diào)整末端執(zhí)行器的姿態(tài)。有些專(zhuān)用工業(yè)機(jī)器人可以沒(méi)有手腕而直接將末端執(zhí)行器安裝在手臂的端部。c. 手臂 它由工業(yè)機(jī)器人的動(dòng)力關(guān)節(jié)和連接桿件等構(gòu)成,是用于支承和調(diào)整手腕和末端執(zhí)行器位置的部件。手臂有時(shí)包括肘關(guān)節(jié)和肩關(guān)節(jié),即手臂與手臂間。手臂與機(jī)座間用關(guān)節(jié)連接,因而擴(kuò)大了末端執(zhí)行器姿態(tài)的變化范圍和運(yùn)動(dòng)范圍。d. 機(jī)座 有時(shí)稱(chēng)為立柱,是工業(yè)工業(yè)機(jī)器人機(jī)構(gòu)中相對(duì)固定并承受相應(yīng)的力的基礎(chǔ)部件。可分固定式和移動(dòng)式兩類(lèi)。 1.1.2驅(qū)動(dòng)單元它是由驅(qū)動(dòng)器、檢測(cè)單元等組成的部件,是用來(lái)為操作機(jī)各部件提供動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的裝置。1.1.3控制裝置它是由人對(duì)工業(yè)機(jī)器人的啟動(dòng)、停機(jī)及示教進(jìn)行操作的一種裝置,它指揮工業(yè)機(jī)器人按規(guī)定的要求動(dòng)作。1.1.4人工智能系統(tǒng)它由兩部分組成,一部分是感覺(jué)系統(tǒng),另一部分為決策規(guī)劃智能系統(tǒng)。 1.2題目來(lái)源本題設(shè)計(jì)的是關(guān)節(jié)型工業(yè)機(jī)器人腕部結(jié)構(gòu),主要是整體方案設(shè)計(jì)和手腕的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其零件設(shè)計(jì)。此課題來(lái)源于生產(chǎn)實(shí)際。對(duì)于目前手工電弧焊接效率低,操作環(huán)境差,而且對(duì)操作員技術(shù)熟練程度要求高,因此采用工業(yè)機(jī)器人技術(shù),實(shí)現(xiàn)焊接生產(chǎn)操作的柔性自動(dòng)化,提高產(chǎn)品質(zhì)量與勞動(dòng)生產(chǎn)率、實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化、改善勞動(dòng)條件。1.3技術(shù)要求根據(jù)設(shè)計(jì)要達(dá)到以下要求a. 工作可靠,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單;b. 裝卸方便,便于維修、調(diào)整; c. 盡量使用通用件,以便降低制造成本。1.4本題要解決的主要問(wèn)題及設(shè)計(jì)總體思路 本題要解決的問(wèn)題有以下三個(gè):a. 手腕處于手臂末端,需減輕手臂的載荷,力求手腕部件的結(jié)構(gòu)緊湊,減少重量和體積;b. 提高手腕動(dòng)作的精確性;c. 三個(gè)自由度的實(shí)現(xiàn)。 針對(duì)上述問(wèn)題有了以下設(shè)計(jì)思路:a. 腕部機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)裝置采用分離傳動(dòng),將3個(gè)驅(qū)動(dòng)器安置在小臂的后端。b. 提高傳動(dòng)的剛度,盡量減少機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中由于間隙產(chǎn)生的反轉(zhuǎn)誤差,對(duì)于分離傳動(dòng)采用傳動(dòng)軸。c. 驅(qū)動(dòng)電機(jī)1經(jīng)傳動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)一對(duì)圓柱齒輪和一對(duì)圓錐齒輪帶動(dòng)手腕在小臂殼體上作偏擺運(yùn)動(dòng)。電機(jī)2經(jīng)傳動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)一對(duì)圓柱齒輪和一對(duì)圓錐齒輪傳動(dòng),實(shí)現(xiàn)手腕的上下擺動(dòng)。電機(jī)3經(jīng)傳動(dòng)軸和兩對(duì)圓錐齒輪帶動(dòng)軸回轉(zhuǎn),實(shí)現(xiàn)手腕上機(jī)械接口的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展?fàn)顩r2.1研究現(xiàn)狀 從工業(yè)機(jī)器人誕生到本世紀(jì)80年代初,工業(yè)機(jī)器人技術(shù)經(jīng)歷了一個(gè)長(zhǎng)期緩慢的發(fā)展過(guò)程。到90年代,隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等的快速發(fā)展,工業(yè)機(jī)器人技術(shù)也得到了飛速發(fā)展。除了工業(yè)工業(yè)機(jī)器人水平不斷提高之外,各種用于非制造業(yè)的先進(jìn)工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)也有了長(zhǎng)足的進(jìn)展。下面將按工業(yè)工業(yè)機(jī)器人和先進(jìn)工業(yè)機(jī)器人兩條技術(shù)發(fā)展路線(xiàn)分述工業(yè)機(jī)器人的最新進(jìn)展情況。2.1.1工業(yè)工業(yè)機(jī)器人工業(yè)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)是以機(jī)械、電機(jī)、電子計(jì)算機(jī)和自動(dòng)控制等學(xué)科領(lǐng)域的技術(shù)為基礎(chǔ)融合而成的一種系統(tǒng)技術(shù)。a. 工業(yè)機(jī)器人操作機(jī):通過(guò)有限元分析、模態(tài)分析及仿真設(shè)計(jì)等現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的運(yùn)用,工業(yè)機(jī)器人操作機(jī)已實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化設(shè)計(jì)。以德國(guó)KUKA公司為代表的工業(yè)機(jī)器人公司,已將工業(yè)機(jī)器人并聯(lián)平行四邊形結(jié)構(gòu)改為開(kāi)鏈結(jié)構(gòu),拓展了工業(yè)機(jī)器人的工作范圍,加之輕質(zhì)鋁合金材料的應(yīng)用,大大提高了工業(yè)機(jī)器人的性能。此外采用先進(jìn)的RV減速器及交流伺服電機(jī),使工業(yè)機(jī)器人操作機(jī)幾乎成為免維護(hù)系統(tǒng)。 b. 并聯(lián)工業(yè)機(jī)器人:采用并聯(lián)機(jī)構(gòu),利用工業(yè)機(jī)器人技術(shù),實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量及加工,這是工業(yè)機(jī)器人技術(shù)向數(shù)控技術(shù)的拓展,為將來(lái)實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人和數(shù)控技術(shù)一體化奠定了基礎(chǔ)。意大利COMAU公司,日本FANUC等公司已開(kāi)發(fā)出了此類(lèi)產(chǎn)品。c. 控制系統(tǒng):控制系統(tǒng)的性能進(jìn)一步提高,已由過(guò)去控制標(biāo)準(zhǔn)的6軸工業(yè)機(jī)器人發(fā)展到現(xiàn)在能夠控制21軸甚至27軸,并且實(shí)現(xiàn)了軟件伺服和全數(shù)字控制。人機(jī)界面更加友好,基于圖形操作的界面也已問(wèn)世。編程方式仍以示教編程為主,但在某些領(lǐng)域的離線(xiàn)編程已實(shí)現(xiàn)實(shí)用化。d. 傳感系統(tǒng):激光傳感器、視覺(jué)傳感器和力傳感器在工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)中已得到成功應(yīng)用,并實(shí)現(xiàn)了焊縫自動(dòng)跟蹤和自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)上物體的自動(dòng)定位以及精密裝配作業(yè)等,大大提高了工業(yè)機(jī)器人的作業(yè)性能和對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性。日本KAWASAKI、YASKAWA、FANUC和瑞典ABB、德國(guó)KUKA、REIS等公司皆推出了此類(lèi)產(chǎn)品。 e. 網(wǎng)絡(luò)通信功能:日本YASKAWA和德國(guó)KUKA公司的最新工業(yè)機(jī)器人控制器已實(shí)現(xiàn)了與Canbus、Profibus總線(xiàn)及一些網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)接,使工業(yè)機(jī)器人由過(guò)去的獨(dú)立應(yīng)用向網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用邁進(jìn)了一大步,也使工業(yè)機(jī)器人由過(guò)去的專(zhuān)用設(shè)備向標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備發(fā)展。f. 可靠性:由于微電子技術(shù)的快速發(fā)展和大規(guī)模集成電路的應(yīng)用,使工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)的可靠性有了很大提高。過(guò)去工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)的可靠性MTBF一般為幾千小時(shí),而現(xiàn)在已達(dá)到5萬(wàn)小時(shí),幾乎可以滿(mǎn)足任何場(chǎng)合的需求。2.2.2先進(jìn)工業(yè)機(jī)器人近年來(lái),人類(lèi)的活動(dòng)領(lǐng)域不斷擴(kuò)大,工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用也從制造領(lǐng)域向非制造領(lǐng)域發(fā)展。像海洋開(kāi)發(fā)、宇宙探測(cè)、采掘、建筑、醫(yī)療、農(nóng)林業(yè)、服務(wù)、娛樂(lè)等行業(yè)都提出了自動(dòng)化和工業(yè)機(jī)器人化的要求。這些行業(yè)與制造業(yè)相比,其主要特點(diǎn)是工作環(huán)境的非結(jié)構(gòu)化和不確定性,因而對(duì)工業(yè)機(jī)器人的要求更高,需要工業(yè)機(jī)器人具有行走功能,對(duì)外 感知能力以及局部的自主規(guī)劃能力等,是工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的一個(gè)重要發(fā)展方向。a. 水下工業(yè)機(jī)器人:美國(guó)的AUSS、俄羅斯的MT-88、法國(guó)的EPAVLARD等水下工業(yè)機(jī)器人已用于海洋石油開(kāi)采,海底勘查、救撈作業(yè)、管道敷設(shè)和檢查、電纜敷設(shè)和維護(hù)、以及大壩檢查等方面,形成了有纜水下工業(yè)機(jī)器人(remote operated vehicle)和無(wú)纜水下工業(yè)機(jī)器人(autonomous under water vehicle)兩大類(lèi)。b. 空間工業(yè)機(jī)器人:空間工業(yè)機(jī)器人一直是先進(jìn)工業(yè)機(jī)器人的重要研究領(lǐng)域。目前美、俄、加拿大等國(guó)已研制出各種空間工業(yè)機(jī)器人。如美國(guó)NASA的空間工業(yè)機(jī)器人 Sojanor等。Sljanor是一輛自主移動(dòng)車(chē),重量為11.5kg,尺寸63048mm,有6個(gè)車(chē)輪,它在火星上的成功應(yīng)用,引起了全球的廣泛關(guān) 注。c. 核工業(yè)用工業(yè)機(jī)器人:國(guó)外的研究主要集中在機(jī)構(gòu)靈巧,動(dòng)作準(zhǔn)確可靠、反應(yīng)快、重量輕、剛度好、便于裝卸與維修的高性能伺服手,以及半自主和自主移動(dòng)工業(yè)機(jī)器人。已完成的典型系統(tǒng),如美國(guó)ORML基于工業(yè)機(jī)器人的放射性?xún)?chǔ)罐清理系統(tǒng)、反應(yīng)堆用雙臂操作器,加拿來(lái)大研制成功的輻射監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng),德國(guó)的C7 靈巧手等d. 地下工業(yè)機(jī)器人:地下工業(yè)機(jī)器人主要包括采掘工業(yè)機(jī)器人和地下管道檢修工業(yè)機(jī)器人兩大類(lèi)。主要研究?jī)?nèi)容為:機(jī)械結(jié)構(gòu)、行走系統(tǒng)、傳感器及定位系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、通信及遙控技術(shù)。目前日、美、德等發(fā)達(dá)國(guó)家已研制出了地下管道和石油、天然氣等大型管道檢修用的工業(yè)機(jī)器人,各種采工業(yè)機(jī)器人及自動(dòng)化系統(tǒng)正在研制中。e. 醫(yī)用工業(yè)機(jī)器人: 醫(yī)用工業(yè)機(jī)器人的主要研究?jī)?nèi)容包括:醫(yī)療外科手術(shù)的規(guī)劃與仿真、工業(yè)機(jī)器人輔助外科手術(shù)、最小損傷外科、臨場(chǎng)感外科手術(shù)等。美國(guó)已開(kāi)展臨場(chǎng)感外科(telepresence surgery)的研究,用于戰(zhàn)場(chǎng)模擬、手術(shù)培訓(xùn)、解剖教學(xué)等。法、英、意、德等國(guó)家聯(lián)合開(kāi)展了圖像引導(dǎo)型矯形外科(telematics)計(jì)劃、袖珍工業(yè)機(jī)器人(biomed)計(jì)劃以及用于外科手術(shù)的機(jī)電手術(shù)工具等項(xiàng)目的研究,并已取得一些卓有成效的結(jié)果。 f. 建筑工業(yè)機(jī)器人:日本已研制出20多種建筑工業(yè)機(jī)器人。如高層建筑抹灰工業(yè)機(jī)器人、預(yù)制件安裝工業(yè)機(jī)器人、室內(nèi)裝修工業(yè)機(jī)器人、地面拋光工業(yè)機(jī)器人、擦玻璃工業(yè)機(jī)器人等,并已實(shí)際應(yīng)用。美國(guó)卡內(nèi)基梅隆重大學(xué)、麻省理工學(xué)院等都在進(jìn)行管道挖掘和埋設(shè)工業(yè)機(jī)器人、內(nèi)墻安裝工業(yè)機(jī)器人等型號(hào)的研制、并開(kāi)展了傳感器、移動(dòng)技術(shù)和系統(tǒng)自動(dòng)化施工方法等基礎(chǔ)研究。英、德、法等國(guó)也在開(kāi)展這方面的研究。g. 軍用工業(yè)機(jī)器人:近年來(lái),美、英、法、德等國(guó)已研制出第二代軍用智能工業(yè)機(jī)器人。其特點(diǎn)是采用自主控制方式,能完成偵察、作戰(zhàn)和后勤支援等任務(wù),在戰(zhàn)場(chǎng)上具有看、嗅和觸摸能力,能夠自動(dòng)跟蹤地形和選擇道路,并且具有自動(dòng)搜索、識(shí)別和消滅敵方目標(biāo)的功能。如美國(guó)的Navplab自主導(dǎo)航車(chē)、SSV半自主地面戰(zhàn)車(chē),法國(guó)的自主式快速運(yùn)動(dòng) 偵察車(chē)(DARDS),德國(guó)MV4爆炸物處理工業(yè)機(jī)器人等。目前美國(guó)ORNL正在研制和開(kāi)發(fā)Abrams坦克、愛(ài)國(guó)者導(dǎo)彈裝電池用工業(yè)機(jī)器人等各種用途的軍用工業(yè)機(jī)器人??梢灶A(yù)見(jiàn),在21世紀(jì)各種先進(jìn)的工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)將會(huì)進(jìn)入人類(lèi)生活的各個(gè)領(lǐng)域,成為人類(lèi)良好的助手和親密的伙伴。 2.2發(fā)展趨勢(shì)目前國(guó)際工業(yè)機(jī)器人界都在加大科研力度,進(jìn)行工業(yè)機(jī)器人共性技術(shù)的研究,并朝著智能化和多樣化方向發(fā)展。主要研究?jī)?nèi)容集中在以下10個(gè)方面: a. 工業(yè)工業(yè)機(jī)器人操作機(jī)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù):探索新的高強(qiáng)度輕質(zhì)材料,進(jìn)一步提高負(fù)載.自重比,同時(shí)機(jī)構(gòu)向著模塊化、可重構(gòu)方向發(fā)展。 b. 工業(yè)機(jī)器人控制技術(shù):重點(diǎn)研究開(kāi)放式,模塊化控制系統(tǒng),人機(jī)界面更加友好,語(yǔ)言、圖形編程界面正在研制之中。工業(yè)機(jī)器人控制器的標(biāo)準(zhǔn)化和網(wǎng)絡(luò)化,以及基于 PC機(jī)網(wǎng)絡(luò)式控制器已成為研究熱點(diǎn)。編程技術(shù)除進(jìn)一步提高在線(xiàn)編程的可操作性之外,離線(xiàn)編程的實(shí)用化將成為研究重點(diǎn)。 c. 多傳感系統(tǒng):為進(jìn)一步提高工業(yè)機(jī)器人的智能和適應(yīng)性,多種傳感器的使用是其問(wèn)題解決的關(guān)鍵。其研究熱點(diǎn)在于有效可行的多傳感器融合算法,特別是在非線(xiàn)性及非平穩(wěn)、非正態(tài)分布的情形下的多傳感器融合算法。另一問(wèn)題就是傳感系統(tǒng)的實(shí)用化。 d. 工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)靈巧,控制系統(tǒng)愈來(lái)愈小,二者正朝著一體化方向發(fā)展。 e. 工業(yè)機(jī)器人遙控及監(jiān)控技術(shù),工業(yè)機(jī)器人半自主和自主技術(shù),多工業(yè)機(jī)器人和操作者之間的協(xié)調(diào)控制,通過(guò)網(wǎng)絡(luò)建立大范圍內(nèi)的工業(yè)機(jī)器人遙控系統(tǒng),在有時(shí)延的情況下,建立預(yù)先顯示進(jìn)行遙控等。 f. 虛擬工業(yè)機(jī)器人技術(shù):基于多傳感器、多媒體和虛擬現(xiàn)實(shí)以及臨場(chǎng)感技術(shù),實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人的虛擬遙操作和人機(jī)交互。 g. 多智能體(multi-agent)調(diào)控制技術(shù):這是目前工業(yè)機(jī)器人研究的一個(gè)嶄新領(lǐng)域。主要對(duì)多智能體的群體體系結(jié)構(gòu)、相互間的通信與磋商機(jī)理,感知與學(xué)習(xí)方法,建模和規(guī)劃、群體行為控制等方面進(jìn)行研究。 h. 微型和微小工業(yè)機(jī)器人技術(shù)(micro/miniature robotics):這是工業(yè)機(jī)器人研究的一個(gè)新的領(lǐng)域和重點(diǎn)發(fā)展方向。過(guò)去的研究在該領(lǐng)域幾乎是空白,因此該領(lǐng)域研究的進(jìn)展將會(huì)引起工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的一場(chǎng)革命, 并且對(duì)社會(huì)進(jìn)步和人類(lèi)活動(dòng)的各個(gè)方面產(chǎn)生不可估量的影響,微小型工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的研究主要集中在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)方式、控制方法、傳感技術(shù)、通信技術(shù)以及行走技術(shù)等方面。 我國(guó)對(duì)此進(jìn)行了深入的研究。徐衛(wèi)平和張玉茹發(fā)表的六自由度微動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析對(duì)六自由度微動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了位移分析并為其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了計(jì)算依據(jù)。還有劉辛軍、高峰和汪勁松發(fā)表的并聯(lián)六自由度微動(dòng)工業(yè)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法研究了微動(dòng)工業(yè)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法,建立了并聯(lián)六自由度微動(dòng)工業(yè)機(jī)器人的空間模型,并分析了該微動(dòng)工業(yè)機(jī)器人的空間模型,并分析了該微動(dòng)工業(yè)機(jī)器人的機(jī)構(gòu)尺寸與各向同性、剛度等性能指標(biāo)的關(guān)系得到了一系列性能圖譜,從各圖譜中可以看出各項(xiàng)性能指標(biāo)在空間模型設(shè)計(jì)參數(shù)空間中的分布規(guī)律,這有助于設(shè)計(jì)者根據(jù)性能指標(biāo)來(lái)設(shè)計(jì)該微動(dòng)工業(yè)機(jī)器人的機(jī)構(gòu)尺寸,是探討微動(dòng)工業(yè)機(jī)器人機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的有效分析工具。第三章 手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1 夾持式手部結(jié)構(gòu)夾持式手部結(jié)構(gòu)由手指(或手爪)和傳力機(jī)構(gòu)所組成。其傳力結(jié)構(gòu)形式比較多,如滑槽杠桿式、斜楔杠桿式、齒輪齒條式、彈簧杠桿式等。3.1.1手指的形狀和分類(lèi)夾持式是最常見(jiàn)的一種,其中常用的有兩指式、多指式和雙手雙指式:按手指夾持工件的部位又可分為內(nèi)卡式(或內(nèi)漲式)和外夾式兩種:按模仿人手手指的動(dòng)作,手指可分為一支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型,二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型和移動(dòng)型(或稱(chēng)直進(jìn)型),其中以二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型為基本型式。當(dāng)二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指的兩個(gè)回轉(zhuǎn)支點(diǎn)的距離縮小到無(wú)窮小時(shí),就變成了一支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指;同理,當(dāng)二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指的手指長(zhǎng)度變成無(wú)窮長(zhǎng)時(shí),就成為移動(dòng)型?;剞D(zhuǎn)型手指開(kāi)閉角較小,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,制造容易,應(yīng)用廣泛。移動(dòng)型應(yīng)用較少,其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜龐大,當(dāng)移動(dòng)型手指夾持直徑變化的零件時(shí)不影響其軸心的位置,能適應(yīng)不同直徑的工件。3.1.2設(shè)計(jì)時(shí)考慮的幾個(gè)問(wèn)題(一)具有足夠的握力(即夾緊力)在確定手指的握力時(shí),除考慮工件重量外,還應(yīng)考慮在傳送或操作過(guò)程中所產(chǎn)生的慣性力和振動(dòng),以保證工件不致產(chǎn)生松動(dòng)或脫落。(二)手指間應(yīng)具有一定的開(kāi)閉角兩手指張開(kāi)與閉合的兩個(gè)極限位置所夾的角度稱(chēng)為手指的開(kāi)閉角。手指的開(kāi)閉角應(yīng)保證工件能順利進(jìn)入或脫開(kāi),若夾持不同直徑的工件,應(yīng)按最大直徑的工件考慮。對(duì)于移動(dòng)型手指只有開(kāi)閉幅度的要求。(三)保證工件準(zhǔn)確定位為使手指和被夾持工件保持準(zhǔn)確的相對(duì)位置,必須根據(jù)被抓取工件的形狀,選擇相應(yīng)的手指形狀。例如圓柱形工件采用帶“V”形面的手指,以便自動(dòng)定心。(四)具有足夠的強(qiáng)度和剛度手指除受到被夾持工件的反作用力外,還受到機(jī)械手在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所產(chǎn)生的慣性力和振動(dòng)的影響,要求有足夠的強(qiáng)度和剛度以防折斷或彎曲變形,當(dāng)應(yīng)盡量使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊,自重輕,并使手部的中心在手腕的回轉(zhuǎn)軸線(xiàn)上,以使手腕的扭轉(zhuǎn)力矩最小為佳。(五)考慮被抓取對(duì)象的要求根據(jù)機(jī)械手的工作需要,通過(guò)比較,我們采用的機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)是一支點(diǎn), 兩指回轉(zhuǎn)型,由于工件多為圓柱形,故手指形狀設(shè)計(jì)成V型,其結(jié)構(gòu)如附圖所示。3.1.3手部夾緊氣缸的設(shè)計(jì)1、手部驅(qū)動(dòng)力計(jì)算本課題氣動(dòng)機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)如圖3-1所示: 圖3-1齒輪齒條式手部其工件重量G=5公斤,V形手指的角度,,摩擦系數(shù)為(1)根據(jù)手部結(jié)構(gòu)的傳動(dòng)示意圖,其驅(qū)動(dòng)力為: (2)根據(jù)手指夾持工件的方位,可得握力計(jì)算公式:所以 1、因?yàn)閭髁C(jī)構(gòu)為齒輪齒條傳動(dòng),故取,并取。若被抓取工件的最大加速度取時(shí), 所以?shī)A持工件時(shí)所需夾緊氣缸的驅(qū)動(dòng)力為。2、氣缸的直徑本氣缸屬于單向作用氣缸。根據(jù)力平衡原理,單向作用氣缸活塞桿上的輸出推力必須克服彈簧的反作用力和活塞桿工作時(shí)的總阻力,其公式為:式中: - 活塞桿上Gf = 式中:- 彈簧剛度,N/m- 彈簧預(yù)壓縮量,m- 活塞行程,m- 彈簧鋼絲直徑,m- 彈簧平均直徑,.- 彈簧有效圈數(shù).- 彈簧材料剪切模量,一般取在設(shè)計(jì)中,必須考慮負(fù)載率的影響,則:由以上分析得單向作用氣缸的直徑:代入有關(guān)數(shù)據(jù),可得 校核,按公式有:其中,則:滿(mǎn)足實(shí)際設(shè)計(jì)要求。3、缸筒壁厚的設(shè)計(jì)缸筒直接承受壓縮空氣壓力,必須有一定厚度。一般氣缸缸筒壁厚與內(nèi)徑之比小于或等于1/10,其壁厚可按薄壁筒公式計(jì)算:式中:6- 缸筒壁厚,mm- 氣缸內(nèi)徑,mm- 實(shí)驗(yàn)壓力,取, Pa材料為:ZL3,=3MPa第四章 手腕結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4.1 手腕的自由度手腕是連接手部和手臂的部件,它的作用是調(diào)整或改變工件的方位,因而它具有獨(dú)立的自由度,以使機(jī)械手適應(yīng)復(fù)雜的動(dòng)作要求。手腕自由度的選用與機(jī)械手的通用性、加工工藝要求、工件放置方位和定位精度等許多因素有關(guān)。由于本機(jī)械手抓取的工件是水平放置,同時(shí)考慮到通用性,因此給手腕設(shè)一繞x軸轉(zhuǎn)動(dòng)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)才可滿(mǎn)足工作的要求目前實(shí)現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu),應(yīng)用最多的為回轉(zhuǎn)油(氣)缸,因此我們選用回轉(zhuǎn)氣缸。它的結(jié)構(gòu)緊湊,但回轉(zhuǎn)角度小于,并且要求嚴(yán)格的密封。4.2 手腕的驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算4.2.1手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)力矩手腕的回轉(zhuǎn)、上下和左右擺動(dòng)均為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),驅(qū)動(dòng)手腕回轉(zhuǎn)時(shí)的驅(qū)動(dòng)力矩必須克服手腕起動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的慣性力矩,手腕的轉(zhuǎn)動(dòng)軸與支承孔處的摩擦阻力矩,動(dòng)片與缸徑、定片、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩以及由于轉(zhuǎn)動(dòng)件的中心與轉(zhuǎn)動(dòng)軸線(xiàn)不重合所產(chǎn)生的偏重力矩.圖4-1所示為手腕受力的示意圖。 1.工件2.手部3.手腕 圖4-1手碗回轉(zhuǎn)時(shí)受力狀態(tài)手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)力矩可按下式計(jì)算: 式中: - 驅(qū)動(dòng)手腕轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力矩();- 慣性力矩();- 參與轉(zhuǎn)動(dòng)的零部件的重量(包括工件、手部、手腕回轉(zhuǎn)缸的動(dòng)片)對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線(xiàn)所產(chǎn)生的偏重力矩().- 手腕回轉(zhuǎn)缸的動(dòng)片與定片、缸徑、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩();下面以圖4-1所示的手腕受力情況,分析各阻力矩的計(jì)算:式中:- 參與手腕轉(zhuǎn)動(dòng)的部件對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線(xiàn)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量;- 工件對(duì)手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸線(xiàn)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。若工件中心與轉(zhuǎn)動(dòng)軸線(xiàn)不重合,其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為:式中: - 工件對(duì)過(guò)重心軸線(xiàn)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量:- 工件的重量(N);- 工件的重心到轉(zhuǎn)動(dòng)軸線(xiàn)的偏心距(cm), - 手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的角速度(弧度/s);- 起動(dòng)過(guò)程所需的時(shí)間(s); 起動(dòng)過(guò)程所轉(zhuǎn)過(guò)的角度(弧度)。2、手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件和工件的偏重對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線(xiàn)所產(chǎn)生的偏重力矩M偏 + (;- 摩擦系數(shù),對(duì)于滾動(dòng)軸承,對(duì)于滑動(dòng)軸承;,- 處的支承反力(N),可按手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸的受力分析求解,根據(jù),得:同理,根據(jù)(F),得:式中:- 的重量(N), 如圖4-1所示的長(zhǎng)度尺寸(cm).4、轉(zhuǎn)缸的動(dòng)片與缸徑、定片、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩M封,與選用的密襯裝置的類(lèi)型有關(guān),應(yīng)根據(jù)具體情況加以分析。4.2.2回轉(zhuǎn)氣缸的驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算在機(jī)械手的手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中所采用的回轉(zhuǎn)缸是單葉片回轉(zhuǎn)氣缸,它的原理如圖4-2所示,定片1與缸體2固連,動(dòng)片3與回轉(zhuǎn)軸5固連。動(dòng)片封圈4把氣腔分隔成兩個(gè).當(dāng)壓縮氣體從孔a進(jìn)入時(shí),推動(dòng)輸出軸作逆時(shí)4回轉(zhuǎn),則低壓腔的氣從b孔排出。反之,輸出軸作順時(shí)針?lè)较蚧剞D(zhuǎn)。單葉氣缸的壓力P驅(qū)動(dòng)力矩M的關(guān)系為: 4.2.3 手腕回轉(zhuǎn)缸的尺寸及其校核1.尺寸設(shè)計(jì)氣缸長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為,氣缸內(nèi)徑為=96mm,半徑,軸徑=26mm,半徑,氣缸運(yùn)行角速度=,加速度時(shí)間=0.1s, 壓強(qiáng), 則力矩: 2.尺寸校核(1)測(cè)定參與手腕轉(zhuǎn)動(dòng)的部件的質(zhì)量,分析部件的質(zhì)量分布情況,質(zhì)量密度等效分布在一個(gè)半徑的圓盤(pán)上,那么轉(zhuǎn)動(dòng)慣量: ()工件的質(zhì)量為5,質(zhì)量分布于長(zhǎng)的棒料上,那么轉(zhuǎn)動(dòng)慣量: 假如工件中心與轉(zhuǎn)動(dòng)軸線(xiàn)不重合,對(duì)于長(zhǎng)的棒料來(lái)說(shuō),最大偏心距,其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為:(2)手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件和工件的偏重對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線(xiàn)所產(chǎn)生的偏重力矩為M偏,考慮手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件重心與轉(zhuǎn)動(dòng)軸線(xiàn)重合,夾持工件一端時(shí)工件重心偏離轉(zhuǎn)動(dòng)軸線(xiàn),則: + (3)手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸在軸頸處的摩擦阻力矩為,對(duì)于滾動(dòng)軸承,對(duì)于滑動(dòng)軸承=0.1, ,為手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸的軸頸直徑,, , ,為軸頸處的支承反力,粗略估計(jì), 4回轉(zhuǎn)缸的動(dòng)片與缸徑、定片、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩M封,與選用的密襯裝置的類(lèi)型有關(guān),應(yīng)根據(jù)具體情況加以分析。在此處估計(jì)為的3倍,3 設(shè)計(jì)尺寸符合使用要求,安全。第三章 吸漿管與排漿管的選擇與直徑計(jì)算3.1吸漿管直徑計(jì)算dx=(4Q/vX)1/2=490.90/(3.141360)1/2=0.180mm取20mm式中:vX液流在吸入管中的流速 取vX=1.3 m/S=13 dm/S Q計(jì)算流量Q=Q/V=75/0.825=90.90L/min3.2排漿管直徑計(jì)算dp=(4Q/vp)1/2=(490.90/(3.142060)1/2=0.272mm取30mm式中:vp液流在排水管中的流速 取vp=2m/S=20 dm/S3.3漿管的選擇根據(jù)工作壓力和按上式求得的管子的內(nèi)徑,選擇膠管的尺寸規(guī)格。對(duì)于頻繁,經(jīng)常扭者要降低40%。膠管在使用及設(shè)計(jì)中應(yīng)注意下列事項(xiàng):(1) 膠管的彎曲半徑不宜過(guò)小,膠管與管接頭的連接處應(yīng)留有一段直的部分,此段長(zhǎng)度不應(yīng)小于關(guān)外半徑的兩倍。(2) 膠管的長(zhǎng)度應(yīng)考慮到膠管在通入壓力液后,長(zhǎng)度方向?qū)l(fā)生收縮變形,一般收縮量為管長(zhǎng)的3-4%。因此,膠管安裝時(shí)應(yīng)避免處于拉緊狀態(tài)。(3) 膠管在安裝時(shí)應(yīng)保證不發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形,為了便于安裝,可沿管長(zhǎng)涂以色紋,以便檢查。(4) 膠管的管接頭軸線(xiàn),應(yīng)盡量放置在運(yùn)動(dòng)的平面內(nèi),避免兩端互相運(yùn)動(dòng)時(shí)膠管收扭。(5) 膠管應(yīng)避免與機(jī)械上尖角部分相接觸和摩擦,以免管子損壞。第四章 工業(yè)工業(yè)機(jī)器人零件選擇及其強(qiáng)度的計(jì)算工業(yè)工業(yè)機(jī)器人零件強(qiáng)度的計(jì)算是按皮帶傳動(dòng),電機(jī)功率5.5Kw,工業(yè)工業(yè)機(jī)器人的額定壓力P=3500N/cm2 ,流量,柱塞D=0mm來(lái)進(jìn)行的。4.1 機(jī)架 機(jī)架是由8#槽鋼、平墊板、撐管、加固筋等結(jié)構(gòu)件焊接而成。4.2 工業(yè)工業(yè)機(jī)器人體 工業(yè)工業(yè)機(jī)器人體可實(shí)現(xiàn)吸、排水泥漿功能。工業(yè)工業(yè)機(jī)器人體由主軸、偏心套、連桿、滑套、十子頭、活塞銷(xiāo)等組成。工業(yè)工業(yè)機(jī)器人頭由拉桿、柱塞、漿缸、閥座、閥蓋、球閥、進(jìn)漿室、排漿室、進(jìn)漿膠管接頭、空氣室等組成。行星軸和主軸均安有圓錐滾子軸承,既能承受向心力又能承受斜齒輪產(chǎn)生的軸向分力,有較高的抗彎強(qiáng)度。柱塞和拉桿都采用兩道C形滑環(huán)組合密封,能承受高壓,高溫度250,低溫-100,耐磨,自潤(rùn)滑,適用于水、水泥漿、砂漿、礦物油、酸、堿等各類(lèi)介質(zhì)。柱塞通過(guò)一套冷卻裝置降低溫升,只需要把膠皮水管一端接近直通管接頭,冷卻水即可進(jìn)入冷卻水管,冷卻拉桿、柱塞。 工業(yè)工業(yè)機(jī)器人的進(jìn)口為,設(shè)置在進(jìn)漿室的右側(cè)、內(nèi)孔為,有膠管一端接進(jìn)漿膠管接頭,另一端接水泥漿攪拌桶出口。攪拌機(jī)的出漿口必須高于或等于進(jìn)漿膠管接頭孔的高度,使?jié){涂順利的被工業(yè)工業(yè)機(jī)器人吸入。工業(yè)工業(yè)機(jī)器人的出口為,纖維編織兩層高壓膠管制,接排漿室膠管接頭。4.3 連桿十字頭連接處銷(xiāo)子強(qiáng)度的計(jì)算 銷(xiāo)的類(lèi)型可根據(jù)工作要求選定,用于聯(lián)結(jié)的銷(xiāo),其直徑可根據(jù)聯(lián)結(jié)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)按經(jīng)驗(yàn)確定,必要時(shí)再作強(qiáng)度較核。 定位銷(xiāo)通常不受載荷或只受很小的載荷,數(shù)目不能少于兩個(gè)。銷(xiāo)在每一個(gè)被聯(lián)結(jié)的件內(nèi)的長(zhǎng)度約為銷(xiāo)直徑的1-2倍,定位銷(xiāo)的材料通常選35、45鋼,并進(jìn)行硬化處理,根據(jù)工作需要也可以選用30CrMnSiA、1Cr13、2Cr13、H62和1Cr18Ni9Ti等材料;彈性圓柱銷(xiāo)多采用65Mn,其槽口位置不應(yīng)裝在銷(xiāo)子受壓的一面,要在裝配圖上表示出槽口的方向。 設(shè)計(jì)安全銷(xiāo)時(shí),應(yīng)考慮銷(xiāo)剪斷后要不易飛出和要易于更換。安全銷(xiāo)的材料可選用35、45、50鋼或T8A、T10A等,熱處理后硬度為30-36HRC;銷(xiāo)套材料可選用45鋼、35SiMn、40Cr等,熱處理后的硬度為40-50HRC。安全銷(xiāo)的直徑應(yīng)按銷(xiāo)的抗剪強(qiáng)度b進(jìn)行計(jì)算,一般可取b =(0.6-0.7)b。根據(jù)本設(shè)計(jì)的實(shí)際情況,選擇45鋼d=16mm的圓柱銷(xiāo)。材料:45號(hào)鋼機(jī)械性能:s=36000N/cm2 b=61000N/ cm2= s/1.5=24000N/ cm2(1) 外加負(fù)荷P=D2P/4=5.52200/4=4749.25N(2) 各支點(diǎn)反力FA,F(xiàn)BZ=0FA+ FB= P=4749.25NMA=018 P36 FB=0解得:FB=2374.625N FA =2374.625N(3) 各支點(diǎn)彎矩如圖4.1MA=MB=0MC=18FA=4274.3N.cm (4)按彎曲強(qiáng)度計(jì)算從圖4.1的彎矩圖可知危險(xiǎn)短面為C處截面,截面C處的抗彎摸量WW=0.1d3=0.11.63=0.41 cm 3截面C處的彎曲應(yīng)力WW=MC/W=4274.3/0.41=10425 N/ cm2 安全系數(shù)nn=/ W=24000/10425=2.3 安全圖4.1 彎矩圖(5)按剪切強(qiáng)度計(jì)算由于此銷(xiāo)為雙剪切故剪力Q=P/2=2374.625N剪應(yīng)力=Q/F=2374.625X4/1.62=1182 N/ cm2安全系數(shù)n=/ =8150/1182=6.9 安全式中:許用剪應(yīng)力=8150 N/ cm2 (6)按擠壓強(qiáng)度計(jì)算擠壓應(yīng)力JYP/FJY=4749.25/1.6X2.4=1237 N/ cm2 安全系數(shù)n= JY /JY=5100/1237=4.12 安全式中:JY擠壓剪應(yīng)力JY=5100 N/ cm2 綜上所敘連桿小頭銷(xiāo)子直徑為16mm滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。4.4 柱塞上螺紋強(qiáng)度計(jì)算4.4.1螺紋的選擇和強(qiáng)度校核螺紋強(qiáng)度校核是假定螺紋只沿螺紋中徑傳力,而不受徑向力的影響。而且只有半數(shù)螺紋參加工作,螺紋工作圈數(shù)之間載荷均勻分配,內(nèi)螺紋之間沒(méi)有間隙。此外,本柱塞螺紋是當(dāng)作松聯(lián)接,及受剪切載荷作用的聯(lián)接來(lái)計(jì)算的。圖4.2 螺紋計(jì)算簡(jiǎn)圖材料:45號(hào)鋼機(jī)械性能:s=36000 N/ cm2b=61000 N/ cm2 = s /1.5=24000 N/ cm2計(jì)算簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖4.2主要尺寸公稱(chēng)尺寸 d =2 cm 內(nèi)徑 d1= 1.7835 cm 螺 距s=0.2 工作高度h=0.10825 螺紋梯形寬度b=2htg300 =0.15 旋上差寬l=2.2 cm 旋入等容Z =2.2/0.2=11(1)按彎曲強(qiáng)度計(jì)算彎曲應(yīng)力:=2M/2W=2X257/11X0.021=2225 N/ cm2式中:M彎矩M=h P /2=0.108254749.25/2=257 N. cm W一圈的抗彎摸量W=d1b2/6=1.7835 0.152/6=0.021 cm3安全系數(shù)n= /=24000/2225=10.7(2)按剪切強(qiáng)度計(jì)算剪切應(yīng)力:=2Q/(ZF)=24749.25/(110.84)=1028N/cm2式中:F一圈的剪切面積F=d1b=3.141.78350.15=0.84 cm2安全系數(shù)n= /=72000/1028=7式中:許用剪切應(yīng)力= S/5=36000/5=7200 N/ cm2(3)按擠壓強(qiáng)度計(jì)算擠壓應(yīng)力JY =2Q/(ZFJY)=24749.25/(110.643)=1343 N/ cm2 式中: FJY一圈的擠壓面積FJY=(d2 d12)/4=(22 1.78352)/4=0.634cm2安全系數(shù)n= JY /JY=28800/1343=21.45 安全 JY許用擠壓應(yīng)力JY= S/1.25=36000/1.25=28800 N/ cm24.4.2螺紋連接的防松方式的選擇 連接螺紋通常均能滿(mǎn)足自鎖條件(),且擰緊后螺母和螺栓頭部支撐面存在著摩擦力。因此,在靜載荷且工作溫度變化不大時(shí),可保證連接自鎖而不松退。但在沖擊、振動(dòng)或變載荷的作用下,或在高溫、溫度變化較大的情況下,仍會(huì)出現(xiàn)聯(lián)結(jié)松動(dòng)甚至松退,使機(jī)器不能正常工作甚至造成嚴(yán)重事故。因此,對(duì)螺紋聯(lián)結(jié)必須采取有效的防松措施,以保證正常的工作。 按防松原理,螺紋聯(lián)結(jié)的防松方法可分為摩擦防松、機(jī)械防松和破壞螺紋副防松等幾種。 根據(jù)本設(shè)計(jì)的實(shí)際情況,選擇摩擦防松中的防松螺母來(lái)擰緊防松。此處用GB/T6170-2000六角頭防松螺母瑣定于被聯(lián)結(jié)件上,防松可靠。4.5工業(yè)工業(yè)機(jī)器人體壁厚強(qiáng)度計(jì)算和選擇材料:蠕墨鑄鐵 機(jī)械性能: b=330 N/ cm2 S=230 N/ cm2許用安全系數(shù)S=23.5 取S =3.5則= /S =23000/3.5=6571.429 N/ cm2實(shí)際壁厚=8 mm=0.8cm(1) 按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算= r1P/(0.6p)+C=2002/(6571.43-0.6200)+0.8= 0.662cm0.8 cm式中:r1_缸的內(nèi)半徑r1=2 cmC_考慮腐蝕和鑄造偏心的壁厚附加量C=0.10.8 cm 取C=0.4 cm(2) 按承壓強(qiáng)度計(jì)算=0.5D(+0.4P)/(1.3P)1/21+a=0.84(+0.4200)/(1.32200)1/21+0.4解得=1960 N/ cm2式中:D工業(yè)工業(yè)機(jī)器人體最大內(nèi)徑a 考慮腐蝕和鑄造偏心的壁厚附加量 a=0.4 cm安全系數(shù)n= /=657143/1960=3.35 7.7Kw。2. 由于環(huán)境溫度的影響,應(yīng)驗(yàn)算熱平衡時(shí)臨界功率,按已知條件查表2-8、表2-9、表3-17、得=1,=1,因?yàn)?5.5/111.11=4.9%,用插值法得=1=5.5111=5.5Kw通過(guò)查表3-15得=21Kw5.5Kw.工作狀態(tài)的熱功率小于減速器熱平衡功率,因此無(wú)需增加冷卻措施。3. 行星減速器各齒輪參數(shù) 行星減速器選用型雙聯(lián)機(jī)構(gòu),行星輪n=3,i=6;1)中心輪參數(shù)=30; ;旋向向左。2) 行星輪參數(shù)=30;旋向向左;3)行星輪參數(shù)=18; = =0.8;旋向右旋。4.8 V帶傳動(dòng)的計(jì)算 帶傳動(dòng)是由固聯(lián)于主動(dòng)軸上的帶輪、固聯(lián)于從動(dòng)軸上的帶輪和緊套在兩輪上的傳動(dòng)帶組成的。當(dāng)原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)主動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),由于帶和帶輪間的摩擦(或嚙合),便拖動(dòng)從動(dòng)輪一起轉(zhuǎn)動(dòng),并傳動(dòng)一定動(dòng)力。帶傳動(dòng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳動(dòng)平穩(wěn)、造價(jià)低廉以及緩沖吸振等特點(diǎn),所以此次設(shè)計(jì)中選用了帶傳動(dòng)。 在帶傳動(dòng)中,常用的有平帶傳動(dòng),V帶傳動(dòng),多楔帶傳動(dòng)和同步帶傳動(dòng)等。在一般機(jī)械中,應(yīng)用最廣的是帶傳動(dòng)。V帶傳動(dòng)較其它帶傳動(dòng)能產(chǎn)生更大的摩擦力。這是V帶傳動(dòng)的主要優(yōu)點(diǎn)。因此,我選用了V帶傳動(dòng)。(1)計(jì)算功率Pi=N=1.15.5=6.05kw 式中: Kg=工作情況系數(shù) Kg=1.1(2)膠帶型號(hào)的選擇 根據(jù) Pi=6.05kw及n1=1440r/min 由參考文獻(xiàn)1圖8-8選定B型膠帶 (3) 傳動(dòng)比為i=2.16 ; (4)小帶輪直徑D1的確定 根據(jù)參考文獻(xiàn)1圖8-8選 =123mm (5)大帶輪直徑D2的計(jì)算 =i(1-)=2.16100(1-0.01)=265.74mm 其中,小帶輪直徑(mm); i 傳動(dòng)比; 彈性滑動(dòng)率; 由表8-9可查得,大帶輪直徑為266mm。(6)帶速VV=n/(601000)=3.141001440/(601000)=7.536m/s 速度在525 m/s的范圍內(nèi),合適(7) 初定軸間距a00.7(+)a02(+) 0.7(123+266)a02(123+266)282.3a0778取a0=560mm(8)初算膠帶基準(zhǔn)長(zhǎng)度L0L0=2 a0+(+)/2+(-)2/4a0 =2300+(266+123)/2+(266-123)2/(4560)=600+610.73+9.12=1219.85mm選取基準(zhǔn)長(zhǎng)度Li=1250mm查參考文獻(xiàn)1表8-2(9) 實(shí)際中心距a a=a0+(Lp-L0)/2=300+(1250-1219.85)/2 =398mm(10)小帶輪包角11=60(-)/a =60(266-123)/398 = 合適(11)單根膠帶傳遞的功率N0 根據(jù):n1=1440r/min =100mm 查得 P0=1.32kw查參考文獻(xiàn)1表8-5a(12)單根膠帶傳遞功率的增量P0根據(jù)i=n1/n2=960/255=3.76 n1=960r/min查得P0=0.15 kw查參考文獻(xiàn)1表8-5b(13)膠帶根數(shù)Z=2.96 取Z=3 式中K 包角系數(shù)K =0.91KL查參考文獻(xiàn)1表8-8 KL 長(zhǎng)度系數(shù)KL =0.91 查參考文獻(xiàn)1表8-8(14)單根膠帶的預(yù)緊力F0F0=500()+m=500()+0.1=146.05N式中:q皮帶每米長(zhǎng)的重量 q=0.1kg/m查參考文獻(xiàn)1表8-4(15)帶輪的結(jié)構(gòu)和尺寸 1.小帶輪的結(jié)構(gòu)尺寸確定 由所選電機(jī)的類(lèi)型,Y132S-4型三向異步電動(dòng)機(jī)。起軸伸直徑d=38mm,長(zhǎng)度L=88mm,故小帶輪軸孔的直徑應(yīng)取=38mm,轂長(zhǎng)應(yīng)小于88mm。由表14-18查得,小帶輪應(yīng)為實(shí)心軸。輪槽尺寸及輪寬應(yīng)按表14-16計(jì)算,可得=11mm,=3mm,=11mm,e=15mm,=10mm,=6mm。=80mm。取。 2.大帶輪的結(jié)構(gòu)尺寸確定 根據(jù)小帶輪尺寸的選定,以及以上關(guān)于帶輪傳動(dòng)的計(jì)算和減速器的結(jié)構(gòu)尺寸,可得,=14mm,=3mm,=15mm,e=19mm,=12mm,=7.5mm。 =120mm。取4.9 軸的設(shè)計(jì)和強(qiáng)度校核材料:40Cr機(jī)械性能:調(diào)質(zhì)后 b=7500N/cm2 s=5200 N/ cm2E=210 E= 37000N/ cm24.9.1 估算軸徑ddA(P/W)1/3 =510-3(5.5103/255)1/3=0.0453m 式中:A與材料有關(guān)的系數(shù) A =510-3 考慮開(kāi)鍵槽應(yīng)增大1015%,然后將軸徑圓整,取軸徑d=48cm 4.9.2軸的受力分析(1) 由于皮帶傳動(dòng)產(chǎn)生的作用力QQ=1781.8NQx=Qcos=1781.8cos19.5=1679.6NQy=Qsin=1781.8sin19.5=594.8N(2) 由于缸內(nèi)壓力對(duì)軸的作用 假設(shè)條件:(a) 只計(jì)算缸內(nèi)的作用力,其它構(gòu)件的慣性力忽略不計(jì),因軸的轉(zhuǎn)速較低.圖4.5 軸受力圖 (b) 由于法向力所引起的產(chǎn)生應(yīng)力,切向力所引起的切向應(yīng)力及起扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生的切應(yīng)力是同時(shí)存在.(c) 偏心裝置上產(chǎn)生的力如圖4.5所示(d) 切向力T: T=Psin(+)/cos法向力Z: Z=Pcos(+)/cos式中:偏心角度連桿的偏角由于缸內(nèi)壓力所引起的連桿偏心機(jī)構(gòu)的力是變化的,通過(guò)對(duì)工業(yè)工業(yè)機(jī)器人軸的受力分析,可知當(dāng)E=360時(shí)ZE=Zmax,TZ=0,缸正處于排液狀態(tài),軸受力最?lèi)毫?,其?L/sin60=/sin即sin=sin60/L=25/(1902)=0.11395=6.54 F=D=高壓缸:ZE=5.52200/4=4749.25NTE=0ZD=D2P cos(D+D)/(4 cosD)=2827.25NTD=D2P sin (D+D)/(4cosD)=3851.6N低壓缸:ZF=D2P cos (F +F)/(4cosF)=141.36NTF=D2P sin (F +F)/(4cosF)=192.58N將以上各力分別向水平及垂直面上投影,見(jiàn)圖4.6aXD= ZD cos30TD cos60=522.7NYD= ZD sin30TD sin60=4748.2NXE= 0YE= 4749.25NXF = ZF cos 30TF cos 60=235NYF = ZF SIN30+ TF SIN 60=237N由于TD ,TF而產(chǎn)生的扭矩MND=TD=3851.62510-3=96.29NmMNF=TF=192.582510-3=4.8Nm軸所傳遞的扭矩M=N/W=304103/(3.14255)=149.79 Nm(3)各支點(diǎn)反力X平面見(jiàn)圖5.7aMA=0QX74+XD152.5+XF245.4XB305=0NXB=(170974+522.7152.5+26.1245.5)/305=697NX=0XA= XB+ QXXDXF=697+1709522.7261=1857.2NY平面見(jiàn)圖5.7aMA=0QY74+YE59.5+YD152.5YF245.5YB305 =0NYB=(58974+4749.2559.5+4748.2152.5237245.5)/305=3253NY=0YA=YE+YDQYY=4749.25+4748.25892373253=5417.4N圖4.6a水平面彎矩圖4.6b垂直面彎矩圖4.6c合成彎矩 (4)彎矩水平面見(jiàn)圖4.6aMXA =QX7410-3=17077410-3=126.4 NmMXE=(QX135.5XA)=(1709319.5+1857.2545)10-3=117.6NmMXF=(QX319.5+ XA245.5+ XD93)10-3=(1709319.5+1857.2245.5+522.793)10-3=41.4 NmMXD=(QX226.5+XA125.3)10-3=(1709226.5+ 1857.2125.3)10-3=104.2 NmMXC=0 MXB=0 垂直面見(jiàn)圖4.6bMYA=QY7410-3=5897410-3=43.6 NmMYE=(QY133.5YA 59.5)10-3=(589133.5541959.5) 10-3=401 NmMYD=(YB152.5YF93)10-3=(3253152.5237 93)10-3=518.1 NmMYF=YB59.510-3=325359.510-3=193.6 NmMYB =0 MYC=0 合成彎矩見(jiàn)圖4.6cMA =( MXA2+ MYA2)1/2=( 126.42+ 43.62)1/2=133.7NmME =( MXE2+ MYE2)1/2=(117.62+ 4012)1/2=417.9NmMD =( MXD2+ MYD2)1/2=(104.22+ 518.12)1/2=528.5NmMF =( MXF2+ MYF2)1/2=(41.42+ 193.62)1/2=197.9Nm最大彎矩MMAX = MD =528.5Nm最大扭矩MnMAX = MND + MNF =96.29+4.8=101.09Nm5.9.3 驗(yàn)算軸徑由資料查得 40Cr d100mm時(shí)b=7500N/cm2 s=5200N/cm2 -1=37000N/cm2 H=241286D截面 K=
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