全轉(zhuǎn)動副三自由度并聯(lián)機器人設(shè)計說明書.doc

河北工業(yè)大學(xué)城市學(xué)院 畢 業(yè) 論 文作 者： 周* 學(xué) 號： * 系(專業(yè))： 機械系 專 業(yè)： 機械設(shè)計與制造及其自動化 題 目： 全轉(zhuǎn)動副三自由度并聯(lián)機器人 指導(dǎo)者： 李* 教授 (姓 名) (專業(yè)技術(shù)職務(wù))評閱者： (姓 名) (專業(yè)技術(shù)職務(wù))2015 年 6月 11 日- 1 -畢業(yè)設(shè)計（論文）中文摘要題 目：全轉(zhuǎn)動三自由度并聯(lián)機器人摘要： 本設(shè)計中，對全轉(zhuǎn)動副三自由度并聯(lián)機器人的結(jié)構(gòu)進行了全新的設(shè)計，對以前關(guān)于此方面機器人設(shè)計成果僅僅作為一個參考，通過對機器人支鏈的全新設(shè)計成功使機器人完成解耦，并且不會出現(xiàn)奇點，該全轉(zhuǎn)動副三自由度并聯(lián)機器人由動平臺和靜平臺組成，靜平臺為機架底端，而動平臺則是由完全相同的三個支鏈組成，即，三個支鏈相互垂直，支鏈末端位于同一水平面上，三個支鏈末端組成動平臺，并且所有的運動副均為轉(zhuǎn)動副。該機構(gòu)的重復(fù)定位精度：220mm，最打平動速度：0.4m/s；最大負(fù)載：1.5kg（包括末端機械手）。在設(shè)計中，規(guī)劃設(shè)計出了一套精致的機構(gòu)方案使機器人結(jié)構(gòu)緊湊并具有簡單實用的功效，由于此機構(gòu)具有高度的對稱，所以可以承受各個方向的動載荷，機器人的運動是一個重點難點，本次設(shè)計在機構(gòu)運動小巧靈活方面做出了很大的改進使其性能更加優(yōu)越，因此對擴大并聯(lián)機器人的應(yīng)用領(lǐng)域具有現(xiàn)實意義。本次畢業(yè)設(shè)計的基本順序同本科期間進行的課程設(shè)計一樣，均是先根據(jù)任務(wù)書提出方案，驗證方案的可行性，方案通過則進行具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計并且對機構(gòu)運動經(jīng)過了正反解論證，選擇了正確實用的設(shè)計路線。最后，采用繪圖軟件制作裝配圖，零件圖，利用三維軟件繪制三維模型并進行組裝得到機器人三維模型。關(guān)鍵詞： 自由度 串并聯(lián) 機器人 三自由度- 1 -河北工業(yè)大學(xué)城市學(xué)院2015屆本科畢業(yè)論文畢業(yè)設(shè)計（論文）外文摘要Title All three rotational degrees of freedom parallel robot,Deputy.Abstract：Designed a new mobile with three degrees of freedom decouple from the body of the robot, singularity does not occur, the parallel robot platform and static platforms distributed between the three branches of orthogonal connected, and all transmission Vice are the rotation pair. Repeat positioning accuracy of the agency : 220mm, the maximum translation speed: 0.4m/s; maximum load: 1.5Kg (including end manipulator). Institutions are given a set of sophisticated programs with simple and practical effect. As the high symmetry directions on the can withstand the amount of load. Compact and flexible movement in the body has made a lot of effort, but also has a smaller installation space, expanding the application field of parallel robots relevance.Keywords： Parallel robot. Rotation pair. Translation. Mechanical machine design.目錄1 緒論- 3 -1.1 引言- 3 -1.2 此次課題研究背景和意義- 3 -1.3 串并聯(lián)機器人的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、使用范圍及發(fā)展趨勢- 4 -1. 4 本次畢業(yè)設(shè)計主要完成工作- 5 -1.4.1 基本內(nèi)容- 5 -1.4.2 課題研究擬采用的手段和工作路線- 5 -2 總體方案的設(shè)計- 6 -21 總體布局的設(shè)計- 6 -3 由基本參數(shù)選定標(biāo)準(zhǔn)件的型號- 9 -3.1 減速機的選擇- 9 -3.2 選擇伺服電機并對其檢驗- 11 -3.3 軸承的選擇及校核- 14 -3.4 聯(lián)軸器的選擇- 16 -4.1 支鏈尺寸的確定- 18 -4.2 對主動軸尺寸的確定及校核- 19 -4.3 對支鏈上轉(zhuǎn)動副的設(shè)計- 21 -4.4 支鏈末端設(shè)計- 24 -5 機構(gòu)的整體布局設(shè)計及機架設(shè)計- 25 -結(jié) 論- 28 -參考文獻- 30 -致謝- 31 -1 緒論1.1 引言自從Hunt教授提出以Stewart平臺結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)設(shè)計機器人，機器人技術(shù)的發(fā)展也是日新月異，尤其是工業(yè)機器人能夠?qū)⑷藦姆敝氐捏w力勞動中解放出來具有十分廣闊的應(yīng)用前景，尤其是在工業(yè)發(fā)展領(lǐng)域，因此工業(yè)機器人的發(fā)展尤為迅速。并聯(lián)機器人是機器人種類中一個十分重要的發(fā)展方向，但由于受到科學(xué)技術(shù)等原因的影響，并聯(lián)機器人的發(fā)展在90年代才開始興起直到現(xiàn)在并聯(lián)機器人的研發(fā)成為機器人發(fā)展的一個熱點。機器人種類可以分為很多種，其中并聯(lián)機器人和串聯(lián)機器人是機器人大家族中的兩類，串聯(lián)機器人和并聯(lián)機器人在結(jié)構(gòu)方面有很大的不同，這也導(dǎo)致其性能功能有很大差別，致使并聯(lián)機器人與串聯(lián)機器人形成了功能與結(jié)構(gòu)上的互補。并聯(lián)機器人作為機器人中一種全新的可以和串聯(lián)機器人媲美的機器人種類，由于自身結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢使其具有剛度大、承載能力強、高精度、自重符合比小、優(yōu)秀的動力性能、易于控制等一系列優(yōu)點。所以并聯(lián)機器人應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域是未來發(fā)展的一個必然趨勢。1.2 此次課題研究背景和意義在文獻1指出：機器人本身就是高精尖技術(shù)的聚集體，并聯(lián)機器人更是一個尖端知識密集型的機構(gòu)，并聯(lián)機器人機構(gòu)學(xué)問題十分復(fù)雜，她是屬于空間多自由度多環(huán)機構(gòu)學(xué)理論學(xué)科，此理論是隨著對并聯(lián)機器人的深入研究發(fā)展起來的，這本來就是理論對實踐的指導(dǎo)，而實踐又是完善理論的方法，所以研究并聯(lián)機器人機構(gòu)學(xué)理論對掌握、研制和控制并聯(lián)機器人在實際應(yīng)用和并聯(lián)機器人的理論發(fā)展上都是有著特殊意義。在一切機器人的研究中機器人的機構(gòu)是關(guān)鍵中的關(guān)鍵，并聯(lián)機器人所具有的優(yōu)勢關(guān)鍵也在結(jié)構(gòu)上，因此它引起了國內(nèi)外機器人研究者的廣泛關(guān)注，他們在此項研究中投入相當(dāng)大的精力。并聯(lián)機器人的結(jié)構(gòu)與串聯(lián)機器人相比具有結(jié)構(gòu)較簡、成本低等優(yōu)勢。因此越來越多的將并聯(lián)機器人的研究與工業(yè)領(lǐng)域相結(jié)合也使得并聯(lián)機器人的研究也越來越深入。在文獻2中：主要研究是三自由度并聯(lián)機器人，這是一種有多變量和本質(zhì)為非線性組成的復(fù)雜機構(gòu)系統(tǒng)，在并聯(lián)機器人及液壓驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計中以運動學(xué)分析前提。作者開始時先是采用坐標(biāo)變化及求導(dǎo)的方法對三自由度并聯(lián)機器人運動學(xué)進行了分析。利用動力學(xué)和分析動力學(xué)的原理設(shè)計出系統(tǒng)的動力機構(gòu)。作者采用ADMS技術(shù)建立了失誤的虛擬樣機模型系統(tǒng)，并運用仿真軟件對運動學(xué)、動力學(xué)和控制系統(tǒng)的可行性進行了聯(lián)合仿真實驗分析，采用上述仿真試驗驗證的方法可以十分真實的模擬實際中的三自由度并聯(lián)機器人運動過程驗證其性能。為研究提供了很好的設(shè)計依據(jù)。在文獻3中：江蘇科技大學(xué)機械工程學(xué)院的王波、李小滿、朱振華學(xué)者主要針對三自由度平面P-R-R型并聯(lián)機器人，三位學(xué)者的研究成果是：“成功建立了三自由度并聯(lián)機器人的動力學(xué)模型系統(tǒng)，他們在研究中將同步控制技術(shù)應(yīng)用在機器人上在實現(xiàn)了機器人軌跡的精確控制的同也對機器人的運動達到了同步控制，在研究中三位學(xué)者提出了一個新概念同步誤差。具體做法是：通過對多個線性閉環(huán)控制進行組合，列出同時滿足各個閉環(huán)控制的控制方程并對其進行求解。之所以采用這種方法是因為此種方法直觀、高效，提高了對并聯(lián)三自由度平面P-R-R型并聯(lián)機器人軌跡的運動精度，并可以同時滿足了多個閉環(huán)控制系統(tǒng)的組合控制。1.3 串并聯(lián)機器人的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、使用范圍及發(fā)展趨勢Hunt教授提出Stewart機構(gòu)作為機器人，直到現(xiàn)在國內(nèi)外眾多專家學(xué)者投入到機器人的研究中。但并聯(lián)機器人是在90年代才開始成為熱門研究方向。并聯(lián)及其人在許多方面都有重要的應(yīng)用，如航海航空、機電工業(yè)、醫(yī)療器械等各個領(lǐng)域。并且并聯(lián)機器人與串聯(lián)機器人并不是相互對立排斥的，他們是可以形成互補，使機器人技術(shù)變得更全面實用。關(guān)于這些機器人的研究都是值得重視的具有現(xiàn)實意義。根據(jù)我查到的資料了解在國內(nèi)燕山大學(xué)的黃真教授并聯(lián)機構(gòu)的研究十分出色。通過閱讀基于螺旋理論三自由度并聯(lián)機器人型綜合新方法4中了解到東北大學(xué)的羅繼曼、蔡光起等學(xué)者機器人并聯(lián)機構(gòu)研究也比較深入，他們通過合理的選擇約束鏈能夠組合出新的并聯(lián)機器人。自從1987年，Hunt提出并聯(lián)機器人結(jié)構(gòu)之后，英國、德國、俄羅斯等一些歐美國家都投入了大量人力物力財力進行并聯(lián)機器人研究，并且取得了巨大的發(fā)展。日本的田和雄、內(nèi)山勝等則用并聯(lián)機構(gòu)開發(fā)航空航天領(lǐng)域機器人。1. 4 本次畢業(yè)設(shè)計主要完成工作1.4.1 基本內(nèi)容課程設(shè)計方法要求：（1）設(shè)計要求為設(shè)計出一臺全轉(zhuǎn)動副三自由度并聯(lián)機器人，提出幾種設(shè)計方案之后，進行最后研確定最終設(shè)計方案和傳動方案，之后設(shè)計機身與機架零件并對其進行力學(xué)分析，材料分析；（2）設(shè)計并聯(lián)機器人機械結(jié)構(gòu)如轉(zhuǎn)動副及支鏈等；（3）最后繪制機械系統(tǒng)裝配圖和零件圖三維裝配圖；（4）對整個設(shè)計過程進行整理，編寫設(shè)計說明書，說明設(shè)計原理等具體內(nèi)容。 1.4.2 課題研究擬采用的手段和工作路線課程設(shè)計方法要求：（1）根據(jù)任務(wù)設(shè)計要求，進行機械結(jié)構(gòu)設(shè)計和傳動結(jié)構(gòu)設(shè)計，找到最佳設(shè)計方案。（2）根據(jù)最后所確定的設(shè)計方案，進行相關(guān)分析、計算、檢驗，對其中關(guān)鍵零件進行強度、剛度、壽命等的計算、校核確定其符合設(shè)計要求，對零件組成的結(jié)構(gòu)要保證其合理使用；最后繪制出機器人裝配圖并根據(jù)裝配圖，畫出主要零件的零件圖（在說明書說上說明標(biāo)準(zhǔn)件選擇原理）。（3）設(shè)計到最后，對整個畢業(yè)設(shè)計過程進行總結(jié)，完成設(shè)計說明。2 總體方案的設(shè)計21 總體布局的設(shè)計圖2.1方案草圖圖2.1是此次設(shè)計中所采用的方案草圖，此草圖中們可以清楚的表達出動靜平臺及三個運動支鏈的運動情況。方案規(guī)劃：1.首先利用任務(wù)書中所給出的最大平動速度、最大負(fù)載、平動范圍等數(shù)據(jù)估算出電機的功率；2.影響全轉(zhuǎn)動副三自由度并聯(lián)機器人的運動范圍的是平行四邊形機構(gòu)的連架桿的長度及其擺動角度大小，擺動角度的大小會直接影響連架桿末端在平方向上的速度分量，因此在設(shè)計時要注意連架桿的長度與其自身的擺動角度之間的古關(guān)系以防止支鏈出現(xiàn)碰撞等沖突；3.根據(jù)任務(wù)書所給出的動平臺的運動范圍，最初選定連架桿的長度及連架桿的擺動角度的最大范圍；4.根據(jù)任務(wù)書上的要求動平臺的最大平動速度為0.4m/s，在動平臺整個運動過程中必須有一點能夠達到此速度然后選取極限位置進行速度計算，利用公式轉(zhuǎn)換就可以可以求出系統(tǒng)機構(gòu)中輸入軸的速度；5.任務(wù)書要求運動平臺的重復(fù)精度為+/-0.025mm，因為伺服電機編碼盤的分辨率可以影響重復(fù)定位精度。因此在分析重復(fù)精度時，在支鏈運動軌跡上選取極值點進行運動分析，可以求出機器人系統(tǒng)中輸入軸的最小轉(zhuǎn)角，然后依據(jù)選出的減速機的減速比轉(zhuǎn)換到電機的輸入軸上，最后利用公式換算出所需電機編碼盤的分辨率，這也是用來選擇電機的一條重要因素；6.運動副中對軸承的選定，采用運動分析的方法選定，首先分析軸承的軸向與徑向的承載情況，再結(jié)合轉(zhuǎn)動副的特點選出轉(zhuǎn)動副需要中安裝軸承的類別之后再進一步確定型號，最后需要對軸承盡心檢驗計算；7.通過減速機輸出軸及主軸的直徑大小與對機器人支鏈的主動軸的運動精度要求，還有是否需要考慮軸向移動來選擇是需要剛性聯(lián)軸器還是彈性聯(lián)軸器，確定之后在選擇。2.2 初步確定機構(gòu)中的一些基本參數(shù)： 圖2.2 連架桿在擺動過程的速度分析圖行程；進行速度分析，根據(jù)任務(wù)書要求：；由圖一進行分析得：；整理得到：；的取值可以有多重情況，初步選定值為45或60。當(dāng)取60時輸出角范圍為（30,150）。；當(dāng)取45時輸出角范圍為（45,135）。，由此可以初選；由于考慮到在支撐架上可能還要安裝極限開關(guān)需要一定的空間，并且為了讓整個裝置更加緊湊，所以暫時選定取45。 =，通過圖一及單位轉(zhuǎn)換可以得出：。由于三個支鏈的結(jié)構(gòu)是相同的，所以設(shè)計出一個即可，支鏈的結(jié)構(gòu)示意圖如下：圖2.4 支鏈的結(jié)構(gòu)示意圖 3 由基本參數(shù)選定標(biāo)準(zhǔn)件的型號 3.1 減速機的選擇初步確定減速比=44.4選擇減速機時要必須保證任務(wù)書上的要求，即機構(gòu)末端的運動平臺速度能夠達到0.4m/s，所以減速比通過上式計算出i必須小于44.4，所以經(jīng)過圓整選取i=40; 通過查找機械設(shè)計手冊標(biāo)準(zhǔn)系列的減速機。所選減速機的型號為行星減速機構(gòu)PL60，i=40,2級輸出轉(zhuǎn)矩為29Nm;其具體參數(shù)如下：表3-1 減速機型號一覽表 型號段數(shù)尺寸外殼直徑鍵寬鍵高安裝孔分布園安裝螺紋X深度輸出軸徑（h6）PL60160516524XM5X814定位凸臺直徑（h7）中心孔鍵到軸端距離鍵長軸長（自定位圓）軀體長軸長（自端面）定位凸臺厚度40M5X102.5253044.359353選取的減速機是上海爵順傳動機械有限公司生產(chǎn)的，其性能優(yōu)越。這家公司的減速機機殼材料為高壓壓鑄鋁合金，在制作工藝上采取新的生產(chǎn)工藝，大大增強了工件精度。 電機連接板在制作中使用黑色陽極氧化處理的先進工藝，齒輪箱表面經(jīng)過特殊電解工藝處理增強其強度，增加整個箱體對外部環(huán)境抗腐蝕的能力，并且采用此種工藝處理使機身重量更輕，導(dǎo)熱性能也有所提高，這樣就會使機身內(nèi)部溫度不至于過高使電機燒毀，電機的使用壽命提高；速比范圍：速比510000，此減速器的使實用設(shè)計能夠使轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速達到完美的匹配；回差間隙小具有極高的傳遞精度，因此可以保證在高輸入轉(zhuǎn)速下結(jié)合介面的同心度能夠?qū)崿F(xiàn)零背隙的動力傳遞；采用先進的IP65防護等級的密封設(shè)計，密封設(shè)計良好，因此不會出現(xiàn)泄漏情況，所以此電機能夠?qū)崿F(xiàn)全部首次注入潤滑油后油終生免添加潤滑脂潤滑，顒可以終生免保養(yǎng)；對減速機連接板和軸襯的模組化設(shè)計為同軸輸出，法蘭定位標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)構(gòu)簡單實用；有很高的互換性能；減速器整體設(shè)計緊湊結(jié)構(gòu)，體積小巧，齒輪箱和內(nèi)環(huán)齒輪采是采用一體式的設(shè)計，與市場上現(xiàn)有同型號減速器相比，精密度高，體積最小，減速器中對螺旋齒面作齒形及導(dǎo)程的修整，此項工藝可以用來降低齒輪在轉(zhuǎn)動時嚙入及嚙出的沖擊和噪音，因此與同等材質(zhì)制作的齒輪系相比其使用壽命更高；此減速器對噪音偶遇嚴(yán)格的控制標(biāo)準(zhǔn)，運轉(zhuǎn)時噪音60分貝；壽命長，大于20000小時；綜合上述內(nèi)容，此型號的減速器在同等精度條件下性價比高。其實物圖如下：圖3.1 減速器其結(jié)構(gòu)尺寸如下：圖3.2 減速器尺寸圖3.2 選擇伺服電機并對其檢驗3.14/60=3.925；0.1603.9=0.624m/s；設(shè)機構(gòu)動平臺的加減速時間為0.2s-05s,所以可以計算得到加速度為：a=0.4/0.2=2m/。任務(wù)書中要求機構(gòu)最大負(fù)載要大于1.5（包括末端操作手），所以計算得載荷阻力：m(ag)=1.5(2+10)=18N;因此可計算出系統(tǒng)運轉(zhuǎn)所需的最大驅(qū)動功率為：=180.624w=11.23w。查表選擇標(biāo)準(zhǔn)系列的電動機=32w的直流伺服電動機。其具體型號為JSF 60-15-30-CF-1000，SFC+。表3-2 電機參數(shù)表SFC+的配置適用于過載倍數(shù)要求高，并且能夠承受在單位時間內(nèi)電機頻繁啟停，同時也適用于高速重載的場合；由于在此機器人系統(tǒng)機構(gòu)中，動平臺的往復(fù)平動是由動力系統(tǒng)提供動力傳遞至連架桿，有連架桿帶動實現(xiàn)往復(fù)擺動，而連桿架的往復(fù)擺動需要電機頻繁的進行正反轉(zhuǎn)交替，所以必須要求電機能夠有很好的頻繁起停性能，因此選用SFC+的配置電機。表3-3 JSF系列伺服電機型號說明表JSF604030DF100012345671.JF表示電機無刷伺服電機2表示電機外徑，單位：mm、3表示電機額定功率，以10w為單位，40表示4010w=2000w、4表示電機運轉(zhuǎn)時額定轉(zhuǎn)速，100rpm為單位，30表示30100rpm=3000rpm、5表示電機運轉(zhuǎn)的額定電壓，A：24v B：36v；C：48v；D：72、6表示裝配選項，K鍵槽；F扁平軸；S光軸；G減速機適配;P特殊制作、7表示電機編碼器的分辨率。JSF系列直流伺服電機的主要特點如下：（1）調(diào)速范圍寬；（2）在使用過程中噪音小、功率高、運行平穩(wěn)，整體性能優(yōu)越，具有很高的性價比；（3）利用高性能銣硼磁鋼材料設(shè)計能夠提供三倍以上峰值扭矩，可以很好的保障其傳動性能。（1）對所選電機進行轉(zhuǎn)矩及編碼盤精度檢驗校核： 轉(zhuǎn)矩的校核：機構(gòu)輸入軸的轉(zhuǎn)矩計算圖3.3 轉(zhuǎn)軸受力分析圖當(dāng)平動速度垂直與連桿時轉(zhuǎn)矩為最大，此時M=180.16Nm；將上述轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)化為電機的輸出軸所承受的轉(zhuǎn)矩載荷：，由此，股電機的額定轉(zhuǎn)矩合格。對伺服電機編碼盤校核：易知，在此機構(gòu)中運動支鏈在與動平臺垂直時對編碼盤精度要求最高，所以以動平臺與支鏈垂直的點為檢驗校核點：，對其整理得：帶入公式計算出伺服電機輸出軸角度誤差為：；由上式得出需要編碼盤分辨率為，所選電機分辨率N1000，所以此型號電機分辨率符合要求。圖3.4 電機尺寸圖3.3 軸承的選擇及校核 在此機構(gòu)中，系統(tǒng)動平臺運動為x，y，z三個方向上的平動，在實際設(shè)計中需要考慮到動平臺和連桿以及轉(zhuǎn)動副的質(zhì)量，而且在轉(zhuǎn)動中轉(zhuǎn)動副中的軸所受載荷既有徑向也有軸向，所以經(jīng)過對不同種類的軸承進行比較考慮，認(rèn)為角接觸軸承可以符合要求角接觸球軸承有單個使用和成對使用之分，在此我們選取單個分裝的角接觸球軸承。經(jīng)過查閱機械設(shè)計實用手冊，本設(shè)計中選用型號為7002C。其內(nèi)徑為15mm，外徑為32mm的一組軸承為轉(zhuǎn)動副連接處所用軸承。圖3.5圖3.6此圖是角接觸球軸承在此機器人中的應(yīng)用。上圖是查找到的角接觸球軸承的幾種使用情況，用來參考設(shè)計。表3-4 軸承的基本參數(shù)軸承代號d(mm)DB基本額定載荷極限轉(zhuǎn)速（脂）質(zhì)量7002C153296.25kN17000r/min0.028kg7000C102684.92kN19000r/min0.018kg7001C122885.42kN18000r/min0.02kg 此表格中為所選用角接觸球軸承的基本參數(shù)。現(xiàn)在對上述選用的角接觸球軸承進行檢驗校核。 設(shè)計任務(wù)書中給出最大負(fù)載為1.5kg，在此基礎(chǔ)上還要考慮到支鏈的重量，所以可以假設(shè)支鏈重量為1kg，在平行四邊形機構(gòu)中一共有兩對軸承對支鏈起到支撐作用，所以每對軸承所承受的徑向力=12.5N。軸向載荷為3N，通過軸承上軸的轉(zhuǎn)速得出軸承轉(zhuǎn)速為n=75r/min； 求比值：0.240.68，且工作平穩(wěn)，所以經(jīng)過查機械設(shè)計得1=1*（0.6712.5+1.413）=12.605N 在此給定軸承的預(yù)計壽命，假設(shè)軸承可以連續(xù)工作一年（每年按200個工作日計算），所以軸承的預(yù)計壽命：200241=4800h。 該軸承所具有的基本額定動載荷C=35.1； 此載荷小于軸承的額定動載荷，所以選擇此型號的軸承合格。同理7000C和7001C型號的軸承也按此種方法進行檢驗校核均滿足要求，所以所選軸承均合適。3.4 聯(lián)軸器的選擇 減速器的輸出周的軸徑為14mm并且也通過計算主動軸上與減速器軸相連接部分的直徑為12mm，所以選擇聯(lián)軸器為凸緣聯(lián)軸器，其具體尺寸如下：表3-5 聯(lián)軸器尺寸表型號公稱轉(zhuǎn)矩許用轉(zhuǎn)速軸孔直徑軸孔長度JDbS轉(zhuǎn)動慣量I質(zhì)量m/kgGY1251200012,14278030264260.00081.16 對聯(lián)軸器進行校核，由于此傳動剛性聯(lián)軸器足以滿足機構(gòu)對各方面的要求，所以選擇剛性聯(lián)軸器。應(yīng)按聯(lián)軸器上最大轉(zhuǎn)矩作為工作轉(zhuǎn)矩= 通過在機械設(shè)計中查工況系數(shù)：=1.3選用剛性聯(lián)軸器即可滿足要求：載荷計算：查=1.3所以得1.318.527=24.0851Nm25。4 動平臺支鏈的結(jié)構(gòu)設(shè)計及具體尺寸的確定4.1 支鏈尺寸的確定為了要達到所需要的動平臺運動范圍給定支鏈的尺寸如下：圖3.7 支鏈尺寸圖4.2 對主動軸尺寸的確定及及校核圖3.8 主動軸尺寸圖上圖為主動軸的具體尺寸，下面對主動軸進行強度校核計算： （1） 代表扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，選取軸材料為45號剛?cè)?40MPa； T代表軸所受的扭矩，在前面已經(jīng)計算出T=0.072Nmm； n軸的轉(zhuǎn)速，n=75r/min； P代表軸的傳遞功率，在前面參數(shù)計算中以算出P=0.15KW； d代表計算截面處軸的直徑，mm；由上式得軸的直徑：=11,6 （2）所以，經(jīng)過元整之后軸的最小直徑取12mm可以符合要求即d=12mm。將數(shù)據(jù)帶入（1）式得=5,49MPa=40MPa，所以軸的強度符合要求。軸的剛度校核: 軸在軸向載荷和徑向載荷作用下，將產(chǎn)生彎曲或者扭轉(zhuǎn)變形。如果變形量超過最大允許值，軸的精度收到影響就會導(dǎo)致軸上零件不能正常工作。因為此軸為階梯軸，要求此軸能承受規(guī)定要求的載荷，計算精度要求不太高，所以我們可以用當(dāng)量直徑法做近似計算用于校核。當(dāng)量直徑。 （3）表示階梯軸第段直徑，mm；因為對主動軸的載荷作用于懸臂端，所以，（K為軸的懸臂長度，mm）將具體數(shù)據(jù)帶入（3）得出當(dāng)量直徑為：=12.99mm軸的彎曲剛度條件為：撓度 偏轉(zhuǎn)角軸的允許撓度為=0.00243=0.086；偏轉(zhuǎn)角= 0.005 ；軸的扭轉(zhuǎn)剛度校核：軸的扭轉(zhuǎn)剛度采用扭轉(zhuǎn)角表示，扭轉(zhuǎn)角即軸單位長度上的扭轉(zhuǎn)變形用字母來表示。 （4）G表示軸的材料的剪切彈性模量，單位，查機械設(shè)計鋼材G=；軸截面的極慣性矩，圓軸屆滿慣性矩公式為：；分別代表階梯軸上第i段所受的扭矩，長度和極慣性矩的大小；軸的扭轉(zhuǎn)剛度條件為取；帶入具體數(shù)據(jù)計算出=0.68.所以滿足要求。4.3 對支鏈上轉(zhuǎn)動副的設(shè)計 A1B1A2圖3.9 轉(zhuǎn)動副實物圖在轉(zhuǎn)動副設(shè)計中A1、A2、A3是結(jié)構(gòu)相同的轉(zhuǎn)動副，并且A1和A2是對稱的載荷情況相同的轉(zhuǎn)動副。因為動平臺是在軸上做往復(fù)運動，因此要求轉(zhuǎn)動副的運動是往復(fù)能夠?qū)崿F(xiàn)正反轉(zhuǎn)運動。要想實現(xiàn)此種轉(zhuǎn)動需要用到軸承，經(jīng)過考慮需要同時受到軸向和徑向方向兩個力，所以最后選擇角接觸球軸承，以使轉(zhuǎn)動副能夠正常往復(fù)轉(zhuǎn)動。在潤滑方面考慮采用脂潤滑的形式（因為機構(gòu)比較小巧，采用外部供油不太方便），采用少量脂潤滑可以很好的滿足潤滑要求，軸承內(nèi)圈采用螺母固定，外圈利用軸承端蓋固定，并能起到密封防塵的作用，軸承端蓋采用螺栓固定。在此轉(zhuǎn)動副中軸承是采用單個分裝對稱布置的形式，具體結(jié)構(gòu)如下圖所示：圖3.10 軸承圖安裝軸承時，一段軸承內(nèi)圈用內(nèi)徑10mm長3mm的套筒定位，另一端用墊圈及緊固螺夾緊定位，軸承并采用軸承端蓋密封，軸承端蓋用M4螺母緊固定位。轉(zhuǎn)動副B1的設(shè)計：D2D1零件1C圖3.11 轉(zhuǎn)動副此轉(zhuǎn)動副的軸為一個對稱軸，靠階梯給軸承定位軸承外圈還有彈性擋圈定位，軸承內(nèi)圈利用彈性單圈定位，之后加上軸承端蓋，在上圖C處用階梯固定零件1，這根軸受 雙向載荷因此采用角接觸球軸承，并且需要采用單個軸承對稱裝配才能承受雙向載荷，零件1用墊圈加緊固螺母固定。之后安裝軸承端蓋，軸承端蓋采用M4螺栓定位，軸承潤滑采用脂潤滑。連接件D1和D2采用螺栓螺母定位，安裝方便，D1和D2要加工成光孔。4.4 支鏈末端設(shè)計圖3.12 支鏈末端實物圖 圖3.13 支鏈末端設(shè)計圖 支鏈末端設(shè)計成如上圖所示形狀，主要原因是結(jié)構(gòu)簡單，并且對動平臺與支鏈末端采用螺栓螺母固定，能夠使質(zhì)量更好的推動動平臺在想x,y,z軸上的運動。5 機構(gòu)的整體布局設(shè)計及機架設(shè)計5.1 機構(gòu)整體布局設(shè)計根據(jù)任務(wù)書中對機構(gòu)運動的要求，機構(gòu)的整體布局需要滿足的條件為：三條支鏈方向必須相互垂直，每條支鏈分別由伺服電機驅(qū)動，即在x,y,z三個方向上提供機構(gòu)運動所需要的動力。機構(gòu)的整體布置的難點在與要防止機構(gòu)在運動中出現(xiàn)沖突，這就致使給每條支鏈提供的空間必須在相等的同時要足夠大。支鏈的運動過程為：電動機提供轉(zhuǎn)動動力通過減速器，減速器傳遞給主動軸，主動軸帶動平行四邊形機構(gòu)的主動桿轉(zhuǎn)動，平行四邊形機構(gòu)做往復(fù)運動。運動的角度為45，平行四邊形機構(gòu)上的連架桿做平動來帶動在連架桿上的支鏈運動，在此支鏈上海有一個轉(zhuǎn)動副可以在動平臺運動時通過支鏈末端提供的力來轉(zhuǎn)動，一次實現(xiàn)整條支鏈帶動動平臺的運動。因此支鏈在運動的同不能和機架及另外兩條支鏈發(fā)生碰撞，所以對機構(gòu)的整體布局需要用到機構(gòu)的運動學(xué)分析。連架桿終點在擺動過程中的運動分析圖：圖3.14 連桿運動分析圖 圖3.15 布置圖連架桿終點在擺動過程中的運動分析圖：上圖為整個支鏈的運動情況圖，表明了兩個極限位置尺寸。并且當(dāng)一條支鏈運動到極限位置時必須要保證其不能與另外兩條支鏈發(fā)生沖突，并且還要使另外兩條支鏈運動到與此支鏈相配合的位置?？傊?，三條支鏈的運動必須是在三個電機提供動力的情況下相互配合不發(fā)生沖突實現(xiàn)合理的運動。5.2 機架的設(shè)計 圖3.14 機架實物圖 圖3.15機架實物圖機架的外觀圖如上，具體尺寸詳見二維圖。下面具體詳述機架設(shè)計需要注意的因素。要此全轉(zhuǎn)動副三自由度并聯(lián)機器人能夠順利按預(yù)定的設(shè)計軌跡運動，支鏈的設(shè)計十分重要，但支鏈?zhǔn)前惭b在機架上的，機架是保證支鏈順利運轉(zhuǎn)關(guān)鍵，所以機架在整個設(shè)計中很重要，而此設(shè)計的機架上安裝軸承的地方必須嚴(yán)格保證精度的準(zhǔn)確性，所以這對機架的加工提高了要求。另外支架與地面之間的接觸也是在設(shè)計中要認(rèn)真考慮的一點，本設(shè)計中是才用地腳螺栓來保證機器人工作時整個裝置不會與地面之間發(fā)生相對移動以至于破壞整個裝置運動準(zhǔn)確性（地腳螺栓并未在三維圖上表現(xiàn)出來）。結(jié) 論本次畢業(yè)設(shè)計首先通過指導(dǎo)教師所給的任務(wù)書來進行多種方案構(gòu)思，在之后經(jīng)過方案對比選出最優(yōu)方案。方案最終確定后在進行具體的結(jié)構(gòu)方的細(xì)節(jié)設(shè)計，這也是整個畢業(yè)設(shè)計中最重要的一個環(huán)節(jié)。 全轉(zhuǎn)動副三自由度并聯(lián)機器人整個結(jié)構(gòu)簡單又實用，這十分符合工程領(lǐng)域?qū)ΜF(xiàn)在機器人性能的要求。結(jié)構(gòu)簡單意味著加工制造容易，從加工成本方面考慮，成本低廉，就會為真正的投入到工業(yè)領(lǐng)域進行生產(chǎn)有了一個良好的開端。 整個結(jié)構(gòu)都是嚴(yán)格按照畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書來完成的，所設(shè)計的支鏈機構(gòu)中平行四邊形機構(gòu)是通過參考本科學(xué)習(xí)機械原理課程中的平行四邊形機構(gòu)，所選用的標(biāo)準(zhǔn)件軍事嚴(yán)格按照機械原理、機械設(shè)計、機械原理課程設(shè)計參考書等資料中規(guī)定的選擇原則進行選擇應(yīng)用。三條支鏈的運動在設(shè)計時也利用機械結(jié)構(gòu)運動分析進行了運動分析，即，對平行四邊形連桿的長度，主動連桿運動時轉(zhuǎn)過的角度的選取及各個轉(zhuǎn)動副的設(shè)計等都進行了精心設(shè)計，以防止出現(xiàn)機械沖突。以上設(shè)計所做的設(shè)計及檢驗等工作保證了機構(gòu)運動的精度，也提高了承受載荷的能力，使整體機器人的安全系數(shù)得到保障。進行實質(zhì)的繪圖工作步驟是先繪制草圖并從所繪制的草圖檢查整個機構(gòu)有無結(jié)構(gòu)方面的沖突，一次來達到對整個設(shè)計進行一個檢驗、修改。在檢驗無誤后進行正視圖繪制。對于工科生來說課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計占據(jù)整個大學(xué)學(xué)習(xí)中非常重要的環(huán)節(jié)，是我們在進入工作崗位前的一次次的結(jié)合實際的練兵機會，讓我們真正學(xué)以致用。在設(shè)計過程中查找資料收集資料的能力必不可少，因為工程設(shè)計并不是天馬行空漫無邊際的想象。正相反，工程設(shè)計是一個十分嚴(yán)謹(jǐn)甚至有些呆板的事情，所應(yīng)用的零件，材料的各種性能均需要反復(fù)驗證檢驗。在我認(rèn)為每一次工程設(shè)計都是一個自我提高、自我檢驗的機會。它在我將課本上的知識與實際相融合在一起的同時，也讓我積累了更多設(shè)計方面的經(jīng)驗方法，提高了我的學(xué)習(xí)能力，與其他設(shè)計人員的溝通能力、查找資料的能力等。當(dāng)然，也是我認(rèn)識到要想得到一個完美的設(shè)是多么困難，因為每一份設(shè)計不論大小均有缺陷，一些產(chǎn)品設(shè)計過程中就會有不可調(diào)和的矛盾。參考文獻1 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