齒輪傳動式機器人設(shè)計—畢業(yè)設(shè)計

1、 畢業(yè)設(shè)計說明書題 目： 齒輪傳動式機器人設(shè)計學(xué) 號：姓 名：班 級：專 業(yè)：機械設(shè)計制造及其自動化指導(dǎo)教師：學(xué) 院：機械工程學(xué)院答辯日期：摘 要隨著工業(yè)自動化發(fā)展，機器人在工業(yè)中的應(yīng)用越來越重要。文章主要是對機器人手抓及其主要傳動部件的設(shè)計和計算。本次設(shè)計主要是機器人的手抓對直徑為80150，質(zhì)量為5千克的物體進行抓取。設(shè)計時主要對手抓的力學(xué)分析、夾緊等，并計算齒輪及軸的數(shù)據(jù)。采用ug軟件對機器人的手抓進行三維建模和運動仿真。 關(guān)鍵詞：齒輪；手抓；軸；電機iiiabstractwith the development of industrial automation, robot has b

2、een used in industry more and more important.this paper is mainly on the robot hand and its major components are designed and calculated. the crawl diameter 80-150mm a mass of 5 kg workpiece robot is designed. analysis of mechanical hand, the clamping is designed. gear and shaft data were calculated

3、. the robots crawl workpiece is created by 3d modeling and motion simulation.keywords: gears; clutch; shaft; motor目 錄摘 要iabstractii第1章 緒論1第2章 工業(yè)機械手的發(fā)展趨勢3第3章. 機器人的總體設(shè)計方案53.1 行星齒輪減速機的特點與應(yīng)用53.1 液壓傳動與氣壓傳動的比較7第4章 機器人的設(shè)計84.1 機器人手爪的設(shè)計84.2 機器人小臂上齒輪、軸的設(shè)計134.3 機器人大臂上齒輪、軸的設(shè)計154.4 機器人機身上齒輪、軸的設(shè)計184.5 機器人底座上齒輪、軸的

4、設(shè)計20第5章 機器人的運動仿真26第6章 總結(jié)28參考文獻29致 謝31畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書第1章 緒論機械手是用于再現(xiàn)人手的功能的技術(shù)裝置手。機械手是模仿著人手的部分動作，按給定程序、軌跡和要求實現(xiàn)自動抓取、搬運或操作的自動機械裝置。在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的機械手被稱為工業(yè)機械手。工業(yè)機械手是近代自動控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項新技術(shù)，并已成為現(xiàn)代機械制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個重要組成部分，這種新技術(shù)發(fā)展很快，逐漸成為一門新興的學(xué)科機械手工程。機械手涉及到力學(xué)、機械學(xué)、電器液壓技術(shù)、自動控制技術(shù)、傳感器技術(shù)和計算機技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域，是一門跨學(xué)科綜合技術(shù)。工業(yè)機械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動生產(chǎn)設(shè)備

5、。工業(yè)機械手也是工業(yè)機器人的一個重要分支。他的特點是可以通過編程來完成各種預(yù)期的作業(yè)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機器各自的優(yōu)點，尤其體現(xiàn)在人的智能和適應(yīng)性。機械手作業(yè)的準確性和環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國民經(jīng)濟領(lǐng)域有著廣泛的發(fā)展空間。機械手的發(fā)展是由于它的積極作用正日益為人們所認識：其一、它能夠?qū)崿F(xiàn)部分的代替人工操作；其二、它能按照生產(chǎn)工藝的要求，遵循一定的程序、時間和位置來完成工件的傳送和裝卸；其三、它能操作必要的機具進行焊接和裝配，從而大大的改善了工人的勞動條件，顯著的提高了勞動生產(chǎn)率，加快實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機械化和自動化的步伐。因而，受到很多國家的重視，投入大量的人力物力來研究和應(yīng)用。尤其是在高溫、

6、高壓、粉塵、噪音以及帶有放射性和污染的場合，應(yīng)用的更為廣泛。在我國近幾年機械手也有較快的發(fā)展，并且取得一定的效果，也受到機械工業(yè)的重視。 機械手是一種能自動控制并可編程的多功能機器，他有多個自由度，可以搬運物體以完成在不同環(huán)境中的工作。 機械手的結(jié)構(gòu)形式剛開始是比較簡單，且專用性較強。 隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，制成了能夠獨立按程序控制完成實現(xiàn)重復(fù)操作，適用范圍比較廣的“程序控制通用機械手”，簡稱通用機械手。由于通用機械手能快速的改變了工作程序，適應(yīng)性較強，所以它在不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量生產(chǎn)中獲得廣泛的引用。在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程中的自動化已成為突出的主題。各行各業(yè)的自動化水平越來越高，現(xiàn)代化加

7、工車間，常配有機械手，以提高生產(chǎn)效率，完成工人難以完成的或者危險的工作?？稍跈C械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)很大程度上不是連續(xù)的。據(jù)資料介紹，美國生產(chǎn)的全部工業(yè)零件中，有75%是小批量生產(chǎn)；金屬加工生產(chǎn)批量中有四分之三在50件以下，零件真正在機床上加工的時間僅占零件生產(chǎn)時間的5%。從這里可以看出，裝卸、搬運等工序機械化的迫切性，工業(yè)機械手就是為實現(xiàn)這些工序的自動化而產(chǎn)生的。目前在我國機械手常用于完成的工作有：注塑工業(yè)中從模具中快速抓取制品并將制品傳誦到下一個生產(chǎn)工序；機械手加工行業(yè)中用于取料、送料；澆鑄行業(yè)中用于提取高溫熔液等等。本文以能夠?qū)崿F(xiàn)這類工作的搬運機械手為研究對象。下面具體說明機械手在工

8、業(yè)方面的應(yīng)用。總的來說機械手是在機械化，自動化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。它是機器人的一個重要分支。它的特點是可通過編程來完成各種預(yù)期的作業(yè)任務(wù)，在結(jié)構(gòu)和性能上具有人和機器各自的優(yōu)點，尤其體現(xiàn)了人的智能和適應(yīng)性。現(xiàn)代生產(chǎn)過程中，機械手被廣泛應(yīng)用于自動生產(chǎn)線，雖然機械手在靈活性上不如人手，但是它具有不斷重復(fù)工作，不知疲倦，不怕危險，抓舉重物的能力強于人手。第2章 工業(yè)機械手的發(fā)展趨勢1) 隨著工業(yè)機器人性能不斷提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修)，而單機價格不斷下降，平均單機價格從91年的10.3萬美元降至97年的6.5萬美元。2) 機械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展。例如關(guān)節(jié)模塊

9、中的伺服電機、減速機、檢測系統(tǒng)三位一體化；由關(guān)節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造機器人整機；國外已有模塊化裝配機器人產(chǎn)品問市。3) 工業(yè)機器人控制系統(tǒng)向基于pc機的開放型控制器方向發(fā)展，便于標準化、網(wǎng)絡(luò)化;器件集成度提高，控制柜日見小巧，且采用模塊化結(jié)構(gòu):大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。4) 機器人中的傳感器作用日益重要，除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器外，裝配、焊接機器人還應(yīng)用了視覺、力覺等傳感器，而遙控機器人則采用視覺、聲覺、力覺、觸覺等多傳感器的融合技術(shù)來進行環(huán)境建模及決策控制多傳感器融合配置技術(shù)在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟應(yīng)用。5) 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在機器人中的作用已從仿真、預(yù)演發(fā)

10、展到用于過程控制如使遙控機器人操作者產(chǎn)生置身于遠端作業(yè)環(huán)境中的感覺來操縱機器人。6) 當代遙控機器人系統(tǒng)的發(fā)展特點不是追求全自治系統(tǒng)，而是致力于操作者與機器人的人機交互控制，即遙控加局部自主系統(tǒng)構(gòu)成完整的監(jiān)控遙控操作系統(tǒng)，使智能機器人走出實驗室進入實用化階段。美國發(fā)射到火星上的“索杰納”機器人就是這種系統(tǒng)成功應(yīng)用的最著名實例。7) 機器人化機械開始興起。從94年美國開發(fā)出“虛擬軸機床”以來，這種新型裝置已成為國際研究的熱點之一，紛紛探索開拓其實際應(yīng)用的領(lǐng)域。我國的工業(yè)機器人從80年代“七五”科技攻關(guān)開始起步，在國家的支持下，通過“七五”、“八五”科技攻關(guān)，目前己基本掌握了機器人操作機的設(shè)計制造

11、技術(shù)、控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計技術(shù)、運動學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù)，生產(chǎn)了部分機器人關(guān)鍵元器件，開發(fā)出噴漆、弧焊、點焊、裝配、搬運等機器人;其中有130多臺套噴漆機器人在二十余家企業(yè)的近30條自動噴漆生產(chǎn)線(站)上獲得規(guī)模應(yīng)用，弧焊機器人己應(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;在應(yīng)用規(guī)模上，我國己安裝的國產(chǎn)工業(yè)機器人約200臺，約占全球已安裝臺數(shù)的萬分之四。以上原因主要是沒有形成機器人產(chǎn)業(yè)，當前我國的機器人生產(chǎn)都是應(yīng)用戶的要求，“一客戶，一次重新設(shè)計”，

12、品種規(guī)格多、批量小、零部件通用化程度低、供貨周期長、成本也不低，而且質(zhì)量、可靠性不穩(wěn)定。因此迫切需要解決產(chǎn)業(yè)化前期的關(guān)鍵技術(shù)，對產(chǎn)品進行全面規(guī)劃，搞好系列化、通用化、模塊化設(shè)計，積極推進產(chǎn)業(yè)化進程.我國的智能機器人和特種機器人在“863”計劃的支持下，也取得了不少成果。其中最為突出的是水下機器人，6000m水下無纜機器人的成果居世界領(lǐng)先水平，還開發(fā)出直接遙控機器人、雙臂協(xié)調(diào)控制機器人、爬壁機器人、管道機器人等機種:在機器人視覺、力覺、觸覺、聲覺等基礎(chǔ)技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用上開展了不少工作，有了一定的發(fā)展基礎(chǔ)。但是在多傳感器信息融合控制技術(shù)、遙控加局部自主系統(tǒng)遙控機器人、智能裝配機器人、機器人化機械等的

13、開發(fā)用方面則剛剛起步，與國外先進水平差距較大，需要在原有成績的基礎(chǔ)上，有重點地系統(tǒng)攻關(guān)，才能形成系統(tǒng)配套可供實用的技術(shù)和產(chǎn)品，以期在“十五”后期立于世界先進行列之中。第3章 機器人的總體設(shè)計方案機器人在抓取工件時通過氣缸的運動來實現(xiàn)手抓的閉合。在抓取工件時手抓需要一定的夾緊力，這由工件的質(zhì)量及手抓結(jié)構(gòu)決定。在整個設(shè)計過程中先確定手抓的形狀及其質(zhì)量以及手抓的轉(zhuǎn)動速度來確定電機及手抓的動力源，從而對齒輪及軸進行計算。整個傳動分為四部分：小臂與手抓的傳動、大臂與小臂的傳動、機身與大臂的傳動、底座與機身的傳動。每一部分的傳動都由電機提供動力，再通過齒輪傳動來完成。3.1 行星齒輪減速機的特點與應(yīng)用減速

14、機在我國經(jīng)濟中起到核心地位的作用，它使用在伺服電機、步進電機和負載之間，通過降低速度來提高扭矩、匹配慣量。減速的機類型有許多種，在目前的市場上主要有：擺線針輪減速機、行星齒輪減速機 、渦輪蝸桿減速機、齒輪減速機等，由于行星減速機精度高，免維護等原因在市場上越來越受到廣大用戶的喜愛，但其價格比較貴。減速機一般用于低轉(zhuǎn)速大扭矩的傳動設(shè)備，把電機、內(nèi)燃機或其他高速運動的動力通過減速機的輸入軸上的齒數(shù)的齒輪嚙合輸出軸上的大齒輪來達到減速目的，普通的減速機也會有幾對相同原理的齒輪來完成減速效果，大小齒輪的齒數(shù)比就是傳動比。減速機是一種動力傳達機構(gòu)，利用齒輪的轉(zhuǎn)換器，將馬達的會轉(zhuǎn)數(shù)減速到所需要的回轉(zhuǎn)數(shù)，并

15、得到加大轉(zhuǎn)矩的機構(gòu)。幾種型號的行星齒輪減速機如圖3.1、圖32所示：圖3.1全系列行星齒輪減速機圖3.2pwd215帶腳底行星齒輪減速機3.1.1 行星齒輪減速機的優(yōu)點1）減速機的以及小。2）減速機的精度高，一般間隙能到10弧分以下，一轉(zhuǎn)360度，1度有60弧分。3）減速機的傳動效率高，一般在95%以上。4）減速機的輸出扭矩高。5）減速機在運轉(zhuǎn)時平順噪音小，一般在65分貝以下；其適用于網(wǎng)印設(shè)備、切割焊接設(shè)備、包裝機械、印刷機械、生產(chǎn)機械手、半導(dǎo)體設(shè)備、鋰電設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備、試驗機以及各種非標設(shè)備。3.1.2 行星減速機的選型1）首先應(yīng)選擇與電機安裝法蘭相匹配的行星齒輪減速電機，其中電機都是按照安

16、裝法蘭來分類的，例如：伺服電機分為40系列、60系列、80系列、110系列、130系列、150系列、180系列等；步進電機分為42系列、57系列、86系列、110系列、130系列等，行星減速機也是根據(jù)安裝法蘭來確定型號的，因此400w60系列的伺服電機或57的步進電機一般選60系列的行星齒輪減速機；750w80系列的伺服電機或86的步進電機選80系列的行星減速機。在選擇的時候要嚴格按照安裝法蘭來選。2）減速機的輸入和輸出形式：輸入方面有，有孔輸入和周輸入；輸出方面有軸輸出、孔輸出等。3）減速比的確定：具體的減速比是由設(shè)備廠家根據(jù)自己的設(shè)備要求來確定的。就目前行星齒輪減速機一般可分為3級，也有廠

17、家只有2級，1級減速一般在20以下；2級減速一般在20100之間，3級減速在100以上，級數(shù)越高所需要的價格越高以及間隙越大。4）減速機外形的選擇：有圓形的減速機、也有方形的減速機。由于方形額定輸出扭矩比圓形大，而且在制作工藝比圓形復(fù)雜等原因，方形一般比圓形要貴在選擇時一般比較傾向圓形。3.2 液壓傳動與氣壓傳動的比較1）在傳動時液壓傳動比氣壓傳動壓力高，動力大。由于抓取工件的質(zhì)量較大所以選擇液壓傳動較好，2）液壓的傳動精度比氣壓的高，氣缸一般傳動比較簡單只有伸出和收回兩個動作，而液壓的動作可以是多樣化的加上比例閥或伺服閥后，能夠?qū)崿F(xiàn)動作的加速和減速操作起來更為方便。在油缸上加上位移傳感器后還

18、可以進行位移的反饋，實現(xiàn)閉環(huán)控制系統(tǒng)所以液壓轉(zhuǎn)動較為氣壓傳動較好。3）在傳動時液壓傳動的停頓比氣壓傳動停頓?。ㄒ后w和氣體受到壓力作用體積會壓縮而相同壓力下液體體積變化較小），應(yīng)此選液壓傳動較好。4）液壓傳動的平穩(wěn)性要比氣壓傳動好。綜上述液壓傳動比氣壓傳動的一些優(yōu)越性，在設(shè)計中應(yīng)選液壓傳動為手抓的動力源。第4章 機器人的設(shè)計4.1 機器人手爪的設(shè)計下面對手抓的基本結(jié)構(gòu)進行力學(xué)分析：滑槽杠桿圖4.1（a）為常見的滑槽杠桿式手部結(jié)構(gòu)。(a) (b)圖4.1滑槽杠桿式手部結(jié)構(gòu)、受力分析1手指 2銷軸 3杠桿在杠桿3的作用下，銷軸2向上的拉力為f，并通過銷軸中心o點，兩手指1的滑槽對銷軸的反作用力為f1

19、和f2，其力的方向垂直于滑槽的中心線和并指向點，交和的延長線于a及b。由=0 得 =0 得 由=0 得h f= （4.1）式中 a手指的回轉(zhuǎn)支點到對稱中心的距離（mm）。 工件被夾緊時手指的滑槽方向與兩回轉(zhuǎn)支點的夾角。由分析可知，當驅(qū)動力一定時，角增大，則握力也隨之增大，但角過大會導(dǎo)致拉桿行程過大，以及手部結(jié)構(gòu)增大，因此最好=。夾緊力及驅(qū)動力的計算手指加在工件上的夾緊力，是設(shè)計手部的主要依據(jù)。必須對大小、方向和作用點進行分析計算。一般來說，需要克服工件重力所產(chǎn)生的靜載荷以及工件運動狀態(tài)變化的慣性力產(chǎn)生的載荷，以便工件保持可靠的夾緊狀態(tài)。手指對工件的夾緊力可按公式計算： （4.2）式中，安全系數(shù)

20、，通常1.22.0。 工作情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響?？山瓢聪率焦榔渲衋，重力方向的最大上升加速度。式中，運載時工件最大上升速度。 系統(tǒng)達到最高速度的時間，一般選取0.030.5s。 方位系數(shù)，根據(jù)手指與工件位置不同進行選擇。 g被抓取工件所受重力（n）。表4.1液壓缸的工作壓力作用在活塞上外力f（n）液壓缸工作壓力mpa作用在活塞上外力f（n）液壓缸工作壓力mpa小于50000.81.020000300002.04.05000100001.52.030000500004.05.010000200002.53.0 50000以上5.08.0計算：設(shè)a=100mm,b=50mm,；機械手達

21、到最高響應(yīng)時間為0.5s，求夾緊力和驅(qū)動力和驅(qū)動液壓缸的尺寸。設(shè)。 =1.02 根據(jù)公式；將已知條件帶入： =1.5 根據(jù)驅(qū)動力公式得： 取。 確定液壓缸的直徑d： （4.3）選取活塞桿直徑d=0.5d,選擇液壓缸壓力油工作壓力p=0.81mpa。 根據(jù)表4.2中得：表4.2液壓缸的參數(shù)（jb826-66），選取液壓缸內(nèi)徑為：d=40mm。則活塞桿內(nèi)徑為：取d=22mm。為了保證手抓張開角為，活塞桿運動長度為30mm。手爪夾持范圍，手指長100mm,當手抓沒有張開角的時候，如圖4.2（a）所示，根據(jù)機構(gòu)設(shè)計，它的最小夾持半徑，當張開時，如圖4.2（b）所示，最大夾持半徑計算如下： 機械手的夾持

22、半徑從40-90mm。（a） (b)圖4.2手抓張開示意圖機械手的精度設(shè)計要求工件定位準確,抓取精度高,重復(fù)定位精度和運動穩(wěn)定性好,并有足夠的抓取能力。機械手能否準確夾持工件，把工件送到指定位置，不僅取決于機械手的定位精度（由臂部和腕部等運動部件來決定），而且也于機械手夾持誤差大小有關(guān)。特別是在多品種的中、小批量生產(chǎn)中，為了適應(yīng)工件尺寸在一定范圍內(nèi)變化，一定進行機械手的誤差。圖4.3手抓夾持誤差分析示意圖該設(shè)計以棒料來分析機械手的夾持誤差精度。機械手的夾持范圍為80mm-180mm。一般夾持誤差不超過1mm,分析如下。工件的平均半徑：手指長,取v型夾角。偏轉(zhuǎn)角按最佳偏轉(zhuǎn)角確定：計算 當s時帶入

23、有： （4.4）夾持誤差滿足設(shè)計要求。4.2 機器人小臂上齒輪、軸的設(shè)計4.2.1 選定齒輪類型、精度等級、材料1）工作機一般速度不高，故精度不高選等級為7級。2）材料的選擇。通過查書選小齒輪材料為40cr，硬度為280hbs，大齒輪材料為剛，硬度240hbs，其硬度相差40hbs。3）選小齒輪齒數(shù)為=12大齒輪齒數(shù)為=121.5=18。4）齒面接觸強度。4.2.2確定公式的各數(shù)值1)選取載荷系數(shù)為=1.3。2)小齒輪的傳動轉(zhuǎn)矩。手抓的質(zhì)量約為9kg；電機可以從表4.3中選擇：表4.3電機的型號及參數(shù) 公式： （4.5） 則可以得出=1.4w。 電機的型號選為：362yx03-px36；電機轉(zhuǎn)

24、矩為0.95nm。3)選取齒寬系數(shù)為。4）選取彈性影響系數(shù)為。 5）查疲勞強度極限小齒輪；大齒輪為。 6)選取接觸疲勞壽命系數(shù)為；。 7）安全系數(shù)為s=1則。4.2.3小齒輪的分度圓直徑 （4.6） =13.64mm取=14。1） 中心距的確定 =30 （4.7）2)選取=1.13mm （4.8）取=1.5。/cos=15mm=/cos=27mma=22.5mm 大齒輪如圖4.4：圖4.4 直徑為27mm的齒輪3）軸的計算軸與齒輪的配合處軸的=12mm；選取兩端軸成為=6mm。=15mm；手抓與小臂間連接處寬為36mm。如圖4.5中=5.3mm，=7. 7mm，=25mm，= 20.3mm。圖

25、4.5長為63.3mm的軸通過計算可得軸長l=63.3mm。4.3 機器人大臂上齒輪、軸的設(shè)計4.3.1 選定齒輪類型、精度等級、材料1）工作機一般速度不高，故精度不高選等級為7級。2）材料的選擇。通過查書選小齒輪材料為40cr，硬度為280hbs，大齒輪材料為剛，硬度240hbs，其硬度相差40hbs。3）選小齒輪齒數(shù)為=17大齒輪齒數(shù)為=173.2=53。4）齒面接觸強度。4.3.2 確定公式的各數(shù)值1） 選取載荷系數(shù)為=1.3。2） 小齒輪的傳動轉(zhuǎn)矩。由于電機帶動的質(zhì)量為300n則；電機可由表4.4中選擇： 表4.4 電機的型號及參數(shù)公式： （4.9） = 則可以得出=3.6w 。電機的

26、型號為：36lyx04-px，電機轉(zhuǎn)矩為1.69nm。 3) 選取齒寬系數(shù)為。 4）選取彈性影響系數(shù)為。 5）查疲勞強度極限小齒輪；大齒輪為。 6) 選取接觸疲勞壽命系數(shù)為；。 7）安全系數(shù)為s=1則。4.3.3 小齒輪的分度圓直徑 （4.10） 則，取=17。1）中心距的確定 =41mm (4.11)2）選取=1.45mm 取=1.5。/cos=25.5mm=/cos=79.5mma=52.5mm大齒輪如圖4.6： 圖4.6 直徑為79.5mm的齒輪3） 軸的計算軸與齒輪的配合處軸的=24mm；選取兩端軸成為=12mm。=32mm；手抓與小臂間連接處寬為68.3mm。如圖4.7中=8mm，=

27、25mm，=44.5mm，= 34.1mm。圖4.7長為126.6mm的軸通過計算可得軸長l=126.6mm。4.4 機器人機身上齒輪、軸的設(shè)計4.4.1 選定齒輪類型、精度等級、材料1) 工作機一般速度不高，故精度不高選等級為7級。2) 材料的選擇。通過查書選小齒輪材料為40cr，硬度為280hbs，大齒輪材料為剛，硬度240hbs，其硬度相差40hbs。3) 選小齒輪齒數(shù)為=17大齒輪齒數(shù)為=173.2=53。4) 齒面接觸強度。4.4.2. 確定公式的各數(shù)值1) 選取載荷系數(shù)為=1.3。2) 小齒輪的傳動轉(zhuǎn)矩。由于電機帶動的質(zhì)量為450n；電機由表4.5中選擇：表4.5 電機的型號及參數(shù)

28、 公式： (4.12) = w 則可以得出=29.25w。 電機的型號為: 36lyx03-px36，選電機轉(zhuǎn)矩為3.17nm。3) 選取齒寬系數(shù)為。4) 選取彈性影響系數(shù)為。 5) 查疲勞強度極限小齒輪；大齒輪為。 6) 選取接觸疲勞壽命系數(shù)為；。 7) 安全系數(shù)為s=1則。4.4.3. 小齒輪的分度圓直徑 (4.13)取=32mm。1）中心距的確定 =65.6mm (4.14)2) 選取=1.815mm取=2mm。/cos=34mm=/cos=106mma=70mm大齒輪如圖4.8： 圖4.8 直徑為106mm的齒輪3) 軸的計算軸與齒輪的配合處軸的=30mm；選取兩端軸成為=18mm。

29、=42mm；手抓與小臂間連接處寬為136.6mm。如圖4.9中=12mm，=55mm，=75.4mm，= 33.5mm。圖4.9長為196.9mm的軸通過計算可得軸長l=196.9mm。4.5 機器人底座上齒輪、軸的設(shè)計4.5.1 兩級減速1）選定齒輪類型、精度等級、材料。2）工作機一般速度不高，故精度不高選等級為7級。3）材料的選擇。通過查書選小齒輪材料為40cr，硬度為280hbs，大齒輪材料為剛，硬度240hbs，其硬度相差40hbs。4）選小齒輪齒數(shù)為=21大齒輪齒數(shù)為=213.2=67。5) 齒面接觸強度。4.5.2 確定公式的各數(shù)值1） 選取載荷系數(shù)為=1.3。2） 小齒輪的傳動轉(zhuǎn)

30、矩。由于電機帶動的質(zhì)量為550n；電機由表4.6中選：表4.6電機的型號及參數(shù)通過圖4.10可以知道電機的基本尺寸。 圖4.10 電機的基本尺寸公式： (4.15) = 則可以得出=39w。 電機的型號：36lyx04-px，選電機轉(zhuǎn)矩為19.05nm。 3) 選取齒寬系數(shù)為。 4）選取彈性影響系數(shù)為。 5）查疲勞強度極限小齒輪；大齒輪為。 6) 選取接觸疲勞壽命系數(shù)為；。 7）安全系數(shù)為s=1則。4.5.3 小齒輪的分度圓直徑 (4.16) =35.85mm取=40。1）中心距的確定 =84mm (4.17)2) 選取=1.99mm 取=2mm。/cos=42mm=/cos=134mma=8

31、8mm大齒輪如圖4.11： 圖4.11 直徑為134mm的齒輪3）軸的計算軸與齒輪的配合處軸的=30mm；選取兩端軸成為=27mm；=50mm； 如圖4.12中=30mm，=42mm，=65mm，= 81.5mm，=35.5。圖4.12長為229mm的軸通過計算可得軸長l=252mm。4.5.4. 1級減速1）選定齒輪類型、精度等級、材料。2）工作機一般速度不高，故精度不高選等級為7級。3）材料的選擇。通過查書選小齒輪材料為40cr，硬度為280hbs，大齒輪材料為剛，硬度240hbs，其硬度相差40hbs。4）選小齒輪齒數(shù)為=17大齒輪齒數(shù)為=173.2=53。5) 齒面接觸強度。4.5.5

32、. 確定公式的各數(shù)值1) 選取載荷系數(shù)為=1.3。2) 小齒輪的傳動轉(zhuǎn)矩。由于電機帶動的質(zhì)量為500n；電機由表4.7中選則：表4.7電機的型號及參數(shù) 公式： (4.18)= 可以得出=42.25w 。電機的型號：36lyx04-px。電機轉(zhuǎn)矩為:19.05nm。 3) 選取齒寬系數(shù)為。 4）選取彈性影響系數(shù)為。 5）查疲勞強度極限小齒輪；大齒輪為。 6) 選取接觸疲勞壽命系數(shù)為；。 7）安全系數(shù)為s=1則。 4.5.6 小齒輪的分度圓直徑 (4.19) =32mm 取=321）中心距的確定 =65.6mm (4.20)2) 選取=1.815mm. 取=2mm./cos=34mm=/cos=1

33、06mma=70mm大齒輪如圖4.13： 圖4.13 直徑為106mm的齒輪3) 軸的計算 軸與齒輪的配合處軸的=30mm；選取兩端軸成為=18 mm； =42 mm； 如圖4.14中=21mm，=50mm，=25mm，= 29mm，=37.5mm。圖4.14齒輪軸軸通過計算可得軸長l=156.5 mm。第5章 機器人的運動仿真在仿真前，先對機器人的手抓進行三維建模如圖5.2。在圖中可以看出手抓可以看作由三部分組成手指、銷、連桿（其中連桿起活塞的作用）。打開ug，選擇開始里面的運動仿真具體操作如下：1）三次選則連桿：分別是兩次手指的選則、連桿和銷的選擇（連桿和銷看作一個連桿）。2) 移動副的選

34、擇：連桿和銷軸為可動的、兩個銷孔位固定的。3) 選擇連桿和銷為駕駛員，并且設(shè)定時間、速度及運動方向。4）對仿真過程進行仿真演示。5）對連桿的速度和手指的張合角度的增量進行圖表生成。操作步驟也可以在圖5.1中看出：圖5.1 仿真的具體操作 圖5.2運動仿真三維圖圖5.3運動仿真通過ug軟件來模擬現(xiàn)實中機器人對零件的抓取來達到目的。圖5.2、圖5.3中由具體的仿真運動（手抓的張開與閉合）觀察手抓在抓取零件時各部件之間的運動從而達到預(yù)期目的。通過對機器人手抓的運動仿真可以看出連桿的運動和手抓的張開閉合有一定關(guān)系。在圖5.4中可以看出連桿運動的快慢直接影響手抓的角度增幅。當連桿速度一定時增幅角度也一定

35、?？梢院唵握J為二者的運動關(guān)系為正比關(guān)系。圖5.4連桿速度與手抓角度張合增幅 通過對機器人手抓的運動仿真，從中可以較為清晰的看到手抓在抓去工件時的幾個傳動。以動力源（連桿）在x軸方向上的往復(fù)運動帶動銷軸一起運動，在運動過程中銷軸通過滑槽帶動手指做開合運動（手指在運動時是繞著銷孔轉(zhuǎn)動的）。通過這樣一個簡單的仿真就可以較為清楚的知道手抓簡單的結(jié)構(gòu)（兩個手指、在手指上要有個支架、液壓缸、銷。）。這使得在設(shè)計機器人手抓更為容易。第6章 總結(jié)通過了解機器人對人類工業(yè)發(fā)展的意義及其價值，這些對于設(shè)計機器人也具有一定的意義。例如：機械手的結(jié)構(gòu)形式比較簡單，專用性較強，具有不斷重復(fù)工作，不知疲倦，不怕危險，抓舉

36、重物的能力強于人手。通用機械手能快速的改變了工作程序，適應(yīng)性較強。由于機械手具有以上特點所以它在不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量生產(chǎn)中獲得廣泛的引用。機器人的設(shè)計主要集中在3、4、5章。第3章主要是行星齒輪減速電機的特點及液壓傳動的優(yōu)點。其中了解到行星齒輪減速電機它具有轉(zhuǎn)速低、傳動的力較大、功率小等特點。液壓傳動的優(yōu)點，主要是液壓傳動平穩(wěn)性高、裝置的重量輕結(jié)構(gòu)緊湊慣性小等優(yōu)點。第4章手抓的設(shè)計，其中主要是手抓夾緊力和基本尺寸的計算以及手抓的動力源的選擇。第5章主要是電機計算以及齒輪和軸的計算。在第6章中主要是機器人手抓的運動仿真。通過全文我們了在對機器人設(shè)計的過程中有必要了解的東西，如電機、齒輪、手

37、抓、液壓缸以及其他在設(shè)計過程中所涉及到的內(nèi)容。特別是有關(guān)的計算更為重要。41參考文獻1 楊化書, 曲新峰. 工業(yè)機器人技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展 j. 黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報, 2004(04): 42-43.2 何樂. 基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的換熱器仿真系統(tǒng)研究d. 燕山: 燕山大學(xué), 2003.3 江濟良, 屠大維, 張國棟, 趙其杰. 基于認知模型的室內(nèi)移動服務(wù)機器人人機耦合協(xié)同作業(yè)機制 j. 智能系統(tǒng)學(xué)報, 2012, (03): 251-258.4 曹龍華. 機械原理m. 北京: 高等教育出版社, 1986.5 鄒慧君, 傅祥志, 張春林, 李杞儀. 機械原理m. 北京: 高等教育出版社, 1999.6 曹龍華. 機