數(shù)控機床上下料機械手設計【畢業(yè)論文+CAD圖紙全套】

買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 摘要 通過大學本科四年對機械設計制造及其自動化專業(yè)的所學知識進行整理，對工業(yè)機器人各部分機械結構設計和功能的論述和分析，設計了一種的用于機床上下料的機械手。 本設計的主要內容是 5R 關節(jié)型機械手的結構設計，上下料機械手的主要任務是在各個加工工序的數(shù)控機床和自動生產(chǎn)線上運送工件，能實現(xiàn)生產(chǎn)工序上下料自動化。針對各個關節(jié)處采用獨立的電機驅動。各個操作臂由五個轉動副串聯(lián)而成，操作臂包括基座、腰部、手臂、腕部、手爪。并對各關節(jié)的伺服電機的選擇和傳動進行了設計計算，對進行主要零件校核計算。 關鍵詞 : 關節(jié)型 ; 機 械手 ; 多自由度 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 of to of of a of is R of NC in of to of a by of in of of 文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 目 錄 第一章引言 . 1 題背景 . 1 械手的發(fā)展動態(tài) . 2 械手的分類 . 3 題研究的意義 . 4 第二章機械手結構原理和工作要求分析 . 5 械手結構原理及 工作要求 . 5 械手機構運動分析 . 6 械手上下料工作空間軌跡分析 . 8 第三章機械手各結構設計 . 10 爪的結構設計 . 10 爪的設計要求 . 10 爪的分類 . 10 爪結構的確定 . 10 腕的結構設計 . 11 腕的設計要求 . 11 腕的結構確定 . 11 臂的結構設計 . 11 臂的設計要求 . 12 、小手臂的結構 . 12 臂結構形式的確定 . 12 座結構的設計 . 13 座結構的設計要求 . 13 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 臂后箱體結構設計 . 13 桿結構設計 . 13 第四章機械手關鍵軸的校核 . 14 部輸入軸的結構 . 14 部輸入軸的校核 . 15 第五章機械手動力參數(shù)的計算 . 17 服電機的選型 . 17 步估計機械手的質量 . 17 算各個軸的轉速和轉矩 . 18 算伺服電機的功率 . 20 齒輪設計 . 21 輪精度、材料 . 21 齒面接觸疲勞強度校核 . 21 齒根彎曲強度設計 . 22 齒輪參數(shù)計算 . 23 步帶輪的設計 . 23 步齒形帶傳動計算 . 23 輪幾何尺寸的計算 . 25 速器的設計 . 26 速器減速比的計算 . 26 速器輸出軸徑的計算 . 27 結論 . 28 參考文獻 . 29 致 謝 . 30 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 1 第一章 引言 題背景 工業(yè)機器人是一種新興的機 電一體化生產(chǎn)的工具之一，屬于現(xiàn)代化、自動化裝備包括機械制造、人工智能、計算機技術、控制、傳感器等多種學科的先進技術。由于工業(yè)機械手具有各種特性和優(yōu)點，可以更好的服務于我們的學習和生活。被廣泛運用與生物科技和生產(chǎn)制造以及醫(yī)學技術上等。 美國的科學家曾對傳統(tǒng)觀念上的機器人進行了更深的解讀，突破了傳統(tǒng)，打破了就觀念，提出了機器人不應該僅僅局限于模仿人的形狀，只要是可以控制并能夠代替人類完成我們生產(chǎn)、生活所需工作即可。隨著科技技術的進步，在實際生產(chǎn)制造和我們日常生活中，能簡單代替人工完成工作的機器人已經(jīng)滿足不了人類 的需求，現(xiàn)代的機器人的發(fā)展成為一種擁有人類敏捷反應、分析判斷能力和機器本身可在惡劣環(huán)境中保持高精度并持續(xù)工作的特長于一身的電子機械裝置。因為現(xiàn)代社會的迅速發(fā)展，現(xiàn)代機器人在制作業(yè)中運用越來越廣泛，與此同時研發(fā)出來了各種機器人應用于除制造業(yè)以外的各行各業(yè)，例如服務型機器人、農業(yè)機器人、水下探測機器人、醫(yī)療應用機器人、軍事機器人等等。工業(yè)機器人是機器人在工業(yè)生產(chǎn)中的運用尤為重要，尤其是可在高溫高壓、多粉多塵、易燃易爆、放射性等惡劣環(huán)境以及笨重單調、操作頻繁中代替人類完成工作，如電焊、氬弧焊、裝配、搬運、上下料、 激光加工等等，對提高生產(chǎn)效率、保證產(chǎn)品質量、改善工作環(huán)境起到了重要的作用，所以得到人類日益的青睞。而多自由度關節(jié)型機械手是工業(yè)機器人的一個重要部分，通常由執(zhí)行機構、驅動和控制系統(tǒng)以及傳感器裝置構成，是模仿人類手部進行工作的，可以按照給定的程序進行自動控制，可以完成可重復的動作，可以在三維空間實現(xiàn)自動抓取、搬運等各種動作。本設計正是研究工業(yè)上下料多自由度關節(jié)型機械手。 械手的發(fā)展動態(tài) 隨著科技的不斷進步發(fā)展，機械手的性能也不斷升級，從可以重復指定動作發(fā)展到可以通過運用傳感技術對某些外面的信息進行反饋 調節(jié)的感覺型機械手，再到可以買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 2 像人一樣根據(jù)理解與感知進行判斷不同環(huán)境的變化，并且可以順利完成任務的智能機器人。這個發(fā)展的過程標志著人類文明的不斷進步和發(fā)展，現(xiàn)在智能機器人仍然處于實驗研究的階段。 機器人誕生于美國，并且美國的機器人技術在機器人發(fā)展中一直保持著世界領先水平。 1958 年美國研制出第一臺機械手。但在 1967這個時間段美國的機器人技術發(fā)展處于初級階段，這是因為機器人適應性差以及造價非常昂貴以及政府并不是太重視機器人的發(fā)展，最后導致美國機器人的發(fā)展比較緩慢。隨著科技的發(fā)展，為了迎合市場的多變 性以及高效的生產(chǎn)，美國的各個部門開始重視機器人的發(fā)展，研發(fā)出了比較自動化的機器人，并且主動的推廣機器人技術。 德國是從 1970 年開始應用的機械手。重點用于在運輸貨物、上下料、焊接等工作。日本、瑞士等國也開始重視機械手的研究。尤其是日本，日本的機器人發(fā)展過程主要分為三個階段，（ 1） 20 世紀 60 年代萌芽期，（ 2） 70 年代的實際應用階段（ 3）80 年代的推廣和提高階段。日本首先引進美國的機器人，后來美國與日本達成了技術合作協(xié)議，引進了日本的機器人，在短短的幾年時間里日本在機器人這一領域發(fā)生了巨大的反轉，實現(xiàn)了真正的 國產(chǎn)化。 工業(yè)機器人發(fā)展得很快，發(fā)展至今在國際上主要是歐系和日系的機器人占主導地位。歐系中主要有瑞典的 國的 司等，日系中主要包括不二越、川崎、安川、松下、 司等，這些公司的產(chǎn)品都比較先進。 從 20 世紀 70 年代開始，我國機器人的發(fā)展大概包括一下三個階段：第一階段為70 年代的搖籃期，我國在 1972 年開始研發(fā)自己的產(chǎn)品，在 1980 年制作出來第一臺機器人的樣機。第二階段為 80 年代的發(fā)展期，在改革開放的影響下，隨著高新技術的不斷發(fā)展以及國家對科技研究的大力支持，我國的機器人技術 受到了社會各界的大力支持和高度的關注。第三階段為 90 年代的適用期，在我們國家經(jīng)濟等各個方面的不斷發(fā)展以及在高新技術的大力沖擊下，我國工業(yè)機器人的研發(fā)有了質的飛躍，通過不斷地實踐操作研制出了適用于上下料、搬運、裝配、裝卸等各種工業(yè)機器人。 我國工業(yè)機器人發(fā)展事件 年代 事件 1980 研制成中國第一臺工業(yè)機器人樣機 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 3 年代 事件 1985 中國第一臺水下機器人“海人一號” 1986 中國第一臺下水機器人深海實驗成功 1988 中國第一臺中型水下機器人投入使用 1989 水下機器人首次出口于美國 1990 中國第一臺通用工業(yè)機器人控制器研制成功 1992 第一次運用于柔性制造 1993 中國唯一的國家工程研究中心成立主要用于研究機器人技術 1994 中國第一臺高壓水切割機器人投入使用（ 5R） 1994 中國第一臺 1000 米水下機器人海試成功 1995 中國第一臺點焊機器人開發(fā)成功（ 4R） 1995 自主開發(fā) 術出口韓國 1995 中國 第一臺 6000 米水下機器人海試成功（ 1997 自主版權的高性能機器人控制器批量生產(chǎn) 1997 自主開發(fā)的沖壓自動化線用于一汽大眾生產(chǎn)線 1998 中國第一臺激光加工機器人研發(fā)成功 械手的分類 機械手一般分為三類：（ 1）無需人工參與操作的一般機械手。是一種獨立的、不需要依附屬于主機的裝置。根據(jù)編制程序來完成各項規(guī)定的操作。它的優(yōu)點是具有普通的機械性能以外，同時還具有普通機械、擁有智能記憶的三元機 械。（ 2）需要人工參與操作的，叫做操作機。起源于與軍事有關的工業(yè)，首先通過操作機來完成特定的工作，然后發(fā)展到用無線電信號操作機來進行探測工作等。在工業(yè)中用的鍛造 操作機也屬于這一范圍。（ 3）是用專用機械手，主要依屬于數(shù)控機床或生產(chǎn)線上，用來解決數(shù)控機床上下料和工件配送。為附屬的主機服務的，并由主機進行驅動；其工作程序通常是固定的，所以是專用的。本次設計的機械手就屬于第三類機械手。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 4 題研究的意義 工業(yè)機器人開始運用于汽車制造業(yè)中，充分發(fā)揮人的各個功能，代替人完成壞境惡劣的工作，以及人類無法完成 的工作，但目前，在國內工業(yè)生產(chǎn)整體的自動化程度相對較差，工件上下料生產(chǎn)線的自動化技術水平低下是主要原因之一。我國的很多工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)的工件是由人手工完成的，再生產(chǎn)過程中存在相當大的安全隱患，其生產(chǎn)效率也較低，而且成本費用很高，原材料的消耗也大，對企業(yè)的發(fā)展和進步都有巨大的影響。對于生產(chǎn)設備自動化程度較高的工業(yè)車間，研發(fā)一套較好的自動生產(chǎn)線可以有效的提高企業(yè)的生產(chǎn)效率，上下料的搬運關節(jié)型機械手是自動化生產(chǎn)線開發(fā)的核心組成部分，本文就主要對自動生產(chǎn)線中上下料的機械手進行設計和研究，其流程圖如下： 圖 下料流程圖 該設計對提高生產(chǎn)效率，改善產(chǎn)品質量，提高原材料的利用率，避免工人出現(xiàn)安全隱患具有深遠的意義。買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 5 第二章 機械手結構原理和工作要求分析 械手結構原理及工作要求 該設計的機械手在滿足工作任務要求的前提下還要保證機械手爪可以精確的到達指定位置。在運送工件的過程中需要保證運動的靈活性和連續(xù)性 ，所以在設計時需要減輕重量、減少自身體積，簡化傳動裝置但要保證傳動的穩(wěn)定性。本文設計的關節(jié)型機械手在上下料工作中主要技術參數(shù)： 自由度數(shù)目： 5 個 坐標形式：垂直關節(jié)型 額定載荷： 5大活動半徑： 1200據(jù)主要技術參數(shù)和通過查閱相關的資料進行分析研究，本設計采用 5R 關節(jié)型的結構， 其結構原理簡圖如下： 圖 節(jié)型機械手的結構原理簡圖 該關節(jié)型機械手由五部分組成。分別為基座、大臂、小臂、腕部、手爪。各部分的驅動方式如下： （ 1） 基座回轉的腰關節(jié)：由安裝在基座內的電機帶動整個機械手作 360 度的旋轉運買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 6 動。 （ 2） 大臂回轉的肩關節(jié)：由伺服交流電機帶動齒輪減速器運動，從而帶動大臂以上的結構繞肩關節(jié)作旋轉運動，即產(chǎn)生俯仰運動 。 （ 3） 小臂回轉的肘關節(jié)：由伺服交流電機帶動齒輪減速器運動，從而帶動大臂以上的整體作旋轉運動，即產(chǎn)生俯仰運動。 （ 4） 腕部腕關節(jié)的旋轉運動：由腕內部的伺服電機帶動機械手作旋轉運動，即回轉運動。 （ 5）腕部腕關節(jié)的上下運動：由腕內部的交流伺服電機帶動腕整體作旋轉運動，即 俯仰運動。 該關節(jié)型機械手的 5 個自由度，分別為：底座作 360 度的旋轉運動；大臂的旋轉 運動（左右運動）；小臂的旋轉運動（上下運動）；腕部的回轉運動（手爪轉動）；腕 部的上下運動。 械手機構運動分析 5 個轉動副串聯(lián)成的，一端固定在基座上，另一端裝有抓取工件用的機械手爪。通過驅動器來驅動各個關節(jié)運動使機械手按照提前設定的運動軌跡實現(xiàn)上下料運動。 機械手的機構組成有 5 個連桿和 5 個轉動關節(jié)，各個連接桿件包括腰部、大小手臂、腕部、手爪。假設腰部為 1 個連桿、大小手臂分別為 2、 3 連桿，腕部為 4 連桿，手爪為 5 連桿，基座不看做連桿，假設為 0 連桿，其中關節(jié) 2、關節(jié) 3、關節(jié) 4 可以使其機械手的工作空間形成靈活空間。 1 關節(jié)連接 1連桿于基座 0,2 關節(jié)連接 2 連桿于 1 連桿， 3 關節(jié)連接 3 連桿于 2 連桿， 4 關節(jié)連接 4 連桿與 3 連桿 ， 5 關節(jié)連接 5連桿與 4 連桿。機械手初位圖如下： 圖 械手的初位圖 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 7 在機械手上建立各個坐標系分別與各連桿固定連接，如下圖所示： 圖 各連桿固定連接空間坐標系 圖 i 為繞 轉時22 、分別為 1 連桿、 2 連桿和 3 連桿的長度。根據(jù)圖中對機械手的建立的各坐標系進行分析得出各關節(jié)變量和各參數(shù)如下表所示。 表 械手連桿參數(shù)和關節(jié)變量 i(關節(jié)數(shù)） 1i i關節(jié)變化范圍 1 0 0 0 1 180180 2 0 90 2d 2 9090 3 2a 0 0 3 1800 4 3a0 0 4 18090 5 0 90 0 5 180180 表中：11i x i 到的距離單位為毫米； 11i x i 到的角度單位為度； 方向測量的i 到的距離單位為毫米； 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 8 軸旋轉的i 到的角度單位為度。 第 1、 2 和 3 關節(jié)主要用來確定機械手的末端執(zhí)行器在空間的位置，關節(jié) 4、 5組成手腕機構用來確定末端執(zhí)行器的姿態(tài)。 械手上下料工作空間軌跡分析 在機械手完成上下料的任務之前，要根據(jù)技術標準對機械手 的操作步驟、運動軌跡進行預期估計，要考慮到生產(chǎn)現(xiàn)場的實際工作情況，比如有時需要躲避障礙物等。按照工業(yè)機械手的作業(yè)方式可分為點位走也機械手和路徑連續(xù)運動機械手， 5R 關節(jié)型機械手實現(xiàn)上下料的運動屬于點到點的運動，所以需要描述出機械手末端執(zhí)行器的起始位置姿態(tài)和目標位置和姿態(tài)。 本次設計選在直角坐標系中先確定機械手運動軌跡的方程，在將直角坐標軌跡轉換成關節(jié)空間中各關節(jié)的運動軌跡，并在空間中用曲線擬定運動曲線。在這其中需要保證機械手運動的平穩(wěn)性。上下料空間工作路徑如圖 下料空間工作路徑圖 機械手各桿的結構尺寸由工作空間確定，本設計確定的五自由度關節(jié)型機器人的 具體結構和主要尺寸如圖 示 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 9 圖 械手的主要尺寸買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 10 第三章 機械手各關節(jié)結構的設計 爪的結構設計 爪的設計要求 因為要完成上下料的工作，所以手爪的手指間要張開一定的角度；要保持夾持位置的精度；可以保證工件的準確定位；滿足一定的剛度和強度；滿足上下料要求的夾持力；在滿足上述要求的同時應使機械手手爪的結構相對簡單、緊湊、 重量較輕，這樣可以減輕手臂的載荷 。 爪的分類 按不同的原理，可分為多種類型的手爪：機械手爪、磁力吸盤、真空式吸盤。 爪結構形式的確定 圖 械手爪結構簡圖 手爪的結構形式與質量主要取決與工件的形狀與質量。本次采用的機械手爪如圖為氣動式 V 字型手爪。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 11 腕的結構設計 械手腕設計的要求 手腕的設計要求：由于腕部位置在手臂的末端，所以為了減輕手臂的負荷，應該盡量讓腕部有結構緊湊的部 件，盡量減少其重量與體積；合理的選擇腕部的自由度數(shù)；提高腕部的精度與傳動的剛度，減少機械傳動系統(tǒng)中由于間隙產(chǎn)生的反轉誤差。 該機械手的腕部結構采用兩自由度，分別為手爪的轉動與腕關節(jié)的擺動，從而滿足上下料作業(yè)時的工作空間要求。將腕關節(jié)的驅動電機放置在小臂內可以使腕部的結構簡單緊湊。通過傳動機構帶動腕部結構繞腕關節(jié)軸實現(xiàn)擺動。 腕結構形式的確定 圖 腕內部結構圖 如圖夾持臂通過伺服電機為動力繞自身旋轉，伺服電機帶動同步 齒形帶轉動，然后通過多級錐齒輪帶動夾持臂的轉動。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 12 臂的結構設計 臂的設計要求 臂部的設計要求：（ 1）臂部的結構和尺寸應該滿足設計任務所需要的工作空間要求；（ 2）根據(jù)手臂所受額定載荷，較合理的通過手臂的截面形狀選擇強度高、質量輕的材料；（ 3）為了減少驅動裝置的負荷，應盡量減少手臂重量和相對其關節(jié)回轉軸的力矩與轉動慣量；（ 4）為了提高運動速度，應減少運轉的沖擊和動載荷；（ 5)為了提高運動精度和剛度，定位精度，應減少間隙引起的運動誤差。 本設計機械手的大臂與小臂的結構采用兩自由度，分別為大 臂與小臂的兩個俯仰自由度，從而滿足上下料搬運作業(yè)時所要求的空間任務?？紤]到其性能參數(shù)和需要完成的任務要求本設計選用鋁合金材料。考慮轉矩、慣性和平衡性要求，為了實現(xiàn)機械手大臂與小臂圍繞各自關節(jié)的俯仰運動，將各關節(jié)驅動源分別放在前一關節(jié)處，這樣就能通過傳動裝置帶動大、小臂繞各自關節(jié)軸實現(xiàn)轉動。 、小手臂的結構 機械手臂包括以下幾部分結構：臂桿、傳動裝置、驅動裝置、定位裝置連接裝置及檢測裝置。按其運動形式分為： 手臂俯仰運動機構 機械手的俯仰運動可通過液壓缸和連桿組合來達到目的，也可以直接通 過電機驅動大臂作俯仰運動。 臂結構形式的確定 圖 臂的內部結構圖 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 13 小臂的作用是連接大臂與腕關節(jié)，也是使腕關節(jié)實現(xiàn)擺動的重要零件。可以將驅動腕關節(jié)作回轉運動與俯仰運動的兩個伺服電機安裝在小臂內部。從而達到運動目的。 座結構的設計 座結構的設計要求 基座設計的要求：由于基座承受著機械手的全部重量，運動部分全安裝在基座，所以要求有足夠大的安裝基面，保證搬運工作時的整體穩(wěn)定性；要有足夠高的強度和剛度保證其承載能力。其材料選用鑄鐵或鑄鋼材料制成。 臂后箱體結構的設計 小臂后箱體的作用：一方面起連接大臂與小臂的作用，另一方面安裝在小臂后箱體內部的伺服電機驅動小臂繞自身軸作旋轉運動。 小臂后箱體結構形式的確定： 圖 臂后箱體結構圖 桿結構的設計 連桿的作用：一方面起連接大臂與小臂的作用，另一方面能夠使小臂的運動范圍買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 14 更大，轉動的更加靈活。 連桿結構形式的確定： 圖 接桿件的結構簡圖 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 15 第四章 機械手關鍵軸的校核 部輸入軸的結構 初步確定于從動輪相連接的軸的直徑，由公式： 30 選擇其軸的材料腕為 45鋼，經(jīng)過調質處理，查表知0A=112。 將 P= =n=3000r/帶入上式，得 選取 0 ； 輸入軸軸的結構設計如圖 部輸入軸的校核 帶輪傳遞給軸的的扭轉力矩為： 549 （ 4 力矩 和 /F 傳送的，應有 /()2 （ 4 / 2 329 （ 4 已知： / 2 5 N 求得 F=， F=12 N 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 16 齒輪法向力 nF=5N。 （ 4 X 軸簡化后，在軸線上的橫向力F、 /F 引起變形，然后分解成 X、 Y 軸的分量，結果如下： /c o s 2 0 4 2 . 2t a n 2 0 c o s 4 5 1 0 . 9t a n 2 0 s i n 4 5 1 0 . 9c o s 1 . 9 c o s 2 . 5 2 5 . 7 8s i n 1 . 9 s i n 2 . 5 0 . 9 3 F F F F N 做扭矩圖如下 ,可判定危險 截面為 B，見下圖： 在截面 矩 分別為 ： 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 17 220 . 9 50 . 5 7 N 與第三強度理論進行校核，得 222235 7 0 ( 0 . 6 9 5 0 )1 ( ) 4 . 6 7 ( )0 . 1 1 2 T M P a 材料為 45 鋼，經(jīng)過調質處理，由手冊可查 1 60M P a ，根據(jù) 1 ，故安全。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 18 第五章 機械手動力參數(shù)的計算 服電機的選型 相對于工業(yè)機械手這種機電一體化的產(chǎn)品來說，伺 服系統(tǒng)是非常重要的。要求伺服系統(tǒng)具有較快的速度，較高的準確性和穩(wěn)定性，即輸出量準確可以迅速的響應指令輸入量的變化。按照控制原理可分為開環(huán)、半閉環(huán)、閉環(huán)三大類。開環(huán)伺服系統(tǒng)的執(zhí)行元件大多采用步進電機，閉環(huán)伺服系統(tǒng)的大多元件采用直流伺服電機和交流伺服電機。雖然兩者在控制方式上都是以脈沖串和方向信號來控制，但是在運用性能和應用場合上并不相同。第一，控制精度不同。交流伺服電機的控制精度是步距角為 步進電機的脈沖當量的 1/655，控制精度更高；第二，低頻特性不同。步進電機在低速時易出現(xiàn)低頻振動現(xiàn)象。交流伺服電 機運轉非常平穩(wěn)，即使在低速時也不會出現(xiàn)振動現(xiàn)象；第三，矩頻特性不同。步進電機的輸出力矩隨轉速升高而下降，且在較高轉速時會急劇下降，所以其最高工作轉速一般在 300 600流伺服電機為恒力矩輸出，即在其額定轉速（一般為 2000 3000內，都能輸出額定轉矩，在額定轉速以上為恒功率輸出；第四，過載能力不同。步進電機一般不具有過載能力，而交流伺服電機具有較強的過載能力；第五，運行性能不同。步進電機的控制為開環(huán)控制，啟動頻率過高或負載過大易出現(xiàn)丟步或堵轉的現(xiàn)象，停止時轉速過高易出現(xiàn)過沖的現(xiàn)象 ，交流伺服驅動系統(tǒng)為閉環(huán)控制控制性能更為可靠；第六，速度響應性能不同。步進電機從靜止加速到工作轉速（一般為每分鐘幾百轉）需要 200 400毫秒。交流伺服系統(tǒng)的加速性能較好，以松下 00W 交流伺服電機為例，從靜止加速到其額定轉速 3000需幾毫秒，可用于要求快速啟停的控制場合。 總結上述材料，交流伺服系統(tǒng)在許多性能方面都優(yōu)于步進電機。而本次設計的機械手要求運行精度高，運轉平穩(wěn)，恒定功率輸出，有較強的過載能力，速度響應快，所以選用交流伺服電機作為驅動源。 步估計機械手的質量 計算各 部分體積與質量 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 19 機械手的材料為鋁合金，密度為 310 3m V(基 座 )=V（底座） +V（圓柱 1） +V(線盒 )=310 3m V（回轉頭） = V（底 2） +V（ 圓柱 2） = 222 2 2l h d=310 3m M (回轉頭 )=310 310 =(下臂 )=(=310 3m M (下臂 )= 310 310 =(上臂后箱體 )= + 0 7 =310 +310 =310 3m M （上臂后箱體） = (上臂 )= =310 3m V(減速器 )= 2=( =310 3m M (減速器 )= 、 S、 1M=7 2M=3T、 3M=機械手質量 M = M (機座 )+ M （回轉頭） + M （下臂） + M （上臂后箱體） + M（上臂） +M （電機） +M （減速器） =文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 20 算各個軸的轉速和轉矩 轉速與角速度之間關系為： n=602 w（ 5 由 5各軸轉速： 2 2 2 2 2 2 軸的轉矩： 11 1 . 2U U L G L （ 5 =(7 ( 中 G 為物體重量，1 軸距離，1安全系數(shù)。 1 f T （ 5 = 1 . 2G u r G l =(7 ( 中軸摩擦力矩，u 為摩擦系數(shù)， l 為重物重心到手腕水平軸線的距離。 1 L （ 5 =7 文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 21 =中軸的距離。 11 1 f T （ 5 =中1 (7 T=7 ( ( 算伺服電機的功率 功率計算公式為： P T W （ 5 R R W=P= P = P =T P= P = 服電機采用安川電機，根據(jù)下表選取 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 22 U 軸采用 軸采用 軸采用 軸采用 軸采用 軸采用 其相應配套伺服驅動器型號 U 軸 機選用 軸機選用 軸 機選用 軸機選用 軸 機選用 軸機選用 齒輪設計 輪精度、材料 機械手運行要求平穩(wěn)而且有的地方轉速較高，所以選用 6 級精度，主動輪采用40過調質 )，硬度為 280 動輪材料為 45 鋼 (經(jīng)過調質 )，硬度為 240 者材料的硬度差為 40 齒面接觸疲勞強度校核 由設計計算公式進行 計算： 2 131 22 . 9 2 ( ) ( 1 0 . 5 ) Td u （ 5 計算 各式中未知量的數(shù)值： （ 1） H li S （ 5 通過機械手冊可知主動輪與從動輪的疲勞極限分別為： 1H=540 2H=517 2）彈性影響系數(shù)： 1 21 8 9 . 8 P a買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 23 （ 3）計算載荷系數(shù) K 由公式 a（ 5 得 K= 4）齒寬系數(shù)R取 1/3 （ 5）主動輪傳遞的轉矩 : 59 5 . 5 1 0 / 1 1 2 . 3T P n N 齒 輪綜上可求得：1 m m初取1d=40 6）校核，由公式： 1 2315 ( 1 0 . 5 ) （ 5 求得： 2 3 7 . 5P ， 符合要求。 齒根彎曲強度設計 由計算公式進行計算： 13 2 2 214(1 0 . 5 ) 1S a F （ 5 計算式中各未知量的數(shù)值： （ 1）計算彎曲疲勞應力 F： F N F S （ 5 查機械設計手冊可得主動輪與從動輪的接觸許用應力分別為： 1F=2F= 2）求主從動輪的齒形系數(shù)和應力校正系數(shù)： 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 24 將以上數(shù)值帶入，可得： m= m= 3）校核： 由公式： (1 0 . 5 )t F a S Y （ 5 得 1 7 . 4 6 a 3 1 0 . 7 M P P ，符合要求。 齒輪參數(shù)計算 選擇齒形角 =20； 齒頂高系數(shù) * 1； 頂隙系數(shù) * ； 端面模數(shù) m= 齒數(shù)比為 1： 1； 設小齒輪的齒數(shù)1 16Z ，變位齒數(shù)120，120； 分錐角為 45； 小齒輪的分度圓直徑： 11d 6 40 （ 5 大齒輪的分度圓直徑： 22 2 . 5 1 6 4 0d m z 齒寬系數(shù) 13R ； 齒寬： （ 5 齒頂高： *1 2 1( ) 2 . 5a a ah h h x m （ 5 齒根高： 1 2 1 2 5 . 5 2 . 5f f a ah h h h h h =3 （ 5 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 25 齒頂圓直徑： 1 2 1 1 12 c o s 4 0 2 2 . 5 c o s 4 5a a ad d d h = （ 5 步帶輪的設計 步齒形帶傳動計算