機(jī)械手的設(shè)計(jì)

1、1 前言 1.1 國內(nèi)外發(fā)展概況機(jī)械手首先是美國開始研制的。1958年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺(tái)機(jī)械手。它的結(jié)構(gòu)是：機(jī)體上安裝一個(gè)回轉(zhuǎn)長臂，頂部裝有電磁塊的工件抓放機(jī)構(gòu)，控制系統(tǒng)是示教型的。1962年，美國聯(lián)合控制公司在上述方案的基礎(chǔ)上又試制成一臺(tái)數(shù)控示教再現(xiàn)型機(jī)械手。商名為Unimate（即萬能自動(dòng)）。運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)仿照坦克炮塔，臂可以回轉(zhuǎn)、俯仰、伸縮、用液壓驅(qū)動(dòng)；控制系統(tǒng)用磁鼓作為存儲(chǔ)裝置。不少球坐標(biāo)通用機(jī)械手就是在這個(gè)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。同年該公司和普魯曼公司合并成立萬能自動(dòng)公司,專門生產(chǎn)工業(yè)機(jī)械手。1962年美國機(jī)械制造公司也實(shí)驗(yàn)成功一種叫Vewrsatran機(jī)械手。該機(jī)械手的中央立柱可以回

2、轉(zhuǎn)、升降采用液壓驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)也是示教再現(xiàn)型。雖然這兩種機(jī)械手出現(xiàn)在六十年代初，但都是國外工業(yè)機(jī)械手發(fā)展的基礎(chǔ)。 1978年美國Unimate公司和斯坦福大學(xué)，麻省理工學(xué)院研究Unimate-Vicarm型工業(yè)機(jī)械手，裝有小型電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，用于裝配作業(yè)，定位誤差小于1毫米。聯(lián)邦德國機(jī)械制造業(yè)是從1970年開始應(yīng)用機(jī)械手，主要用于噴涂、起重運(yùn)輸、焊接和設(shè)備的上下料等作業(yè)。聯(lián)邦德國KnKa公司還生產(chǎn)一種噴涂機(jī)械手，采用關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)和程序控制。日本是機(jī)械手發(fā)展最快、應(yīng)用最多的國家。自1969年從美國引進(jìn)兩種機(jī)械手后大力從事機(jī)械手的研究。前蘇聯(lián)自六十年代開始發(fā)展和應(yīng)用機(jī)械手，至1977年底，其中一半

3、是國產(chǎn)，一半是進(jìn)口。目前，工業(yè)機(jī)械手大部分還屬于第一代，主要依靠工人進(jìn)行控制；改進(jìn)的方向主要是降低成本和提高精度。第二代機(jī)械手正在加緊研制。它設(shè)有微型電子計(jì)算控制系統(tǒng)，具有視覺、觸覺能力，甚至聽、想的能力。研究安裝各種傳感器，把感覺到的信息反饋，是機(jī)械手具有感覺機(jī)能。第三代機(jī)械手則能獨(dú)立完成工作中過程中的任務(wù)。它與電子計(jì)算機(jī)和電視設(shè)備保持聯(lián)系，并逐步發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng)FMS和柔性制造單元FMC中的重要一環(huán)。1.1.1 研究現(xiàn)狀自上世紀(jì)90年代以來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展，機(jī)器人技術(shù)也得到了飛速發(fā)展。原本用于生產(chǎn)制造的工業(yè)機(jī)器人水平不斷提高，各種用于非制造業(yè)的先進(jìn)機(jī)器人

4、系統(tǒng)也有了長足的進(jìn)展。機(jī)器人的各種功能被相繼開發(fā)并得到不斷增強(qiáng)，機(jī)器人的種類不斷增多，機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域也從最初的工業(yè)控制拓展到各行各業(yè)，從軍事到民用，從天上到地下，從工業(yè)到農(nóng)業(yè)、林、牧、漁，從科研探索到醫(yī)療衛(wèi)生行業(yè)，從生產(chǎn)領(lǐng)域到娛樂服務(wù)行業(yè)，甚至還進(jìn)入尋常百姓家。工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)形式很多，常用的有直角坐標(biāo)式、柱面坐標(biāo)式、球面坐標(biāo)式、多關(guān)節(jié)坐標(biāo)式、伸縮式、爬行式等等，根據(jù)不同的用途還在不斷發(fā)展之中。噴涂機(jī)器人根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)合可采取不同的結(jié)構(gòu)形式，但目前用得最多的是模仿人的手臂功能的多關(guān)節(jié)式的機(jī)器人，這是因?yàn)槎嚓P(guān)節(jié)式機(jī)器人的手臂靈活性最大，可以使噴槍的空間位置和姿態(tài)調(diào)至任意狀態(tài)，以滿足噴涂需要。

5、理論上講，機(jī)器人的關(guān)節(jié)愈多，自由度也愈多，關(guān)節(jié)冗余度愈大，靈活性愈好；但同時(shí)也給機(jī)器人逆運(yùn)動(dòng)學(xué)的坐標(biāo)變換和各關(guān)節(jié)位置的控制帶來復(fù)雜性。因?yàn)閲娡窟^程中往往需要把以空間直角坐標(biāo)表示的工件上的噴涂位置轉(zhuǎn)換為噴槍端部的空間位置和姿態(tài)，再通過機(jī)器人逆運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算轉(zhuǎn)換為對(duì)機(jī)器人每個(gè)關(guān)節(jié)角度位置的控制，而這一變換過程的解往往不是唯一的，冗余度愈大，解愈多。如何選取最合適的解對(duì)機(jī)器人噴涂過程中運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性很重要。不同的機(jī)器人控制系統(tǒng)對(duì)這一問題的處理方式不盡相同。 1.1.2 發(fā)展趨勢(shì)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用水乳交融。在第一代工業(yè)機(jī)器人普及的基礎(chǔ)上，第二代已經(jīng)推廣，成為主流安裝機(jī)型，第三代智能機(jī)器人已占有一定比重

6、。以應(yīng)用為龍頭拉動(dòng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，其重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域與技術(shù)特點(diǎn)體現(xiàn)在下述方面：（1） 機(jī)械結(jié)構(gòu)（a） 以關(guān)節(jié)型為主流，80年代發(fā)明的適用于裝配作業(yè)的平面關(guān)節(jié)型機(jī)器人約占總量的l3(目前世界工業(yè)機(jī)器人總數(shù)約為750000臺(tái))，90年代初開發(fā)的適用于窄小空間、快節(jié)奏、360度全工作空間范圍的垂直關(guān)節(jié)型機(jī)器人大量用于噴涂、焊接和上下料。（b） 應(yīng)3K(煉鋼、煉鐵、鑄鍛)行業(yè)和汽車、建筑、橋梁等行業(yè)需求，噴涂機(jī)器人應(yīng)運(yùn)而生。（c） 己普遍采用CAD、CAM等技術(shù)用于設(shè)計(jì)、仿真與制造中。（2） 控制技術(shù)（a） 大多數(shù)采用32位CPU，控制軸多達(dá)27軸，NC技術(shù)和離線編程技術(shù)大量采用。（b） 協(xié)調(diào)控制技

7、術(shù)日趨成熟，實(shí)現(xiàn)了多手與變位機(jī)、多機(jī)器人的協(xié)調(diào)控制，正逐步實(shí)現(xiàn)多智能體的協(xié)調(diào)控制。（c） 基于PC的開放式結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)由于成本低并具有標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)功能，己成為一股潮流。（3） 驅(qū)動(dòng)技術(shù)上世紀(jì)80年代發(fā)展起來的AC伺服驅(qū)動(dòng)已成為主流驅(qū)動(dòng)技術(shù)用于工業(yè)機(jī)器人中。日本23家機(jī)器人公司于1998年生產(chǎn)的168種型號(hào)機(jī)器人產(chǎn)品，其中采用AC伺服驅(qū)動(dòng)的有156種，占93.4。直接驅(qū)動(dòng)技術(shù)則廣泛用于裝配機(jī)器人中。新一代的伺服電機(jī)與基于微處理器的智能伺服控制器相結(jié)合，已由日本FANUC 公司開發(fā)并用于工業(yè)機(jī)器人中；在遠(yuǎn)程控制中已采用了分布式智能驅(qū)動(dòng)新技術(shù)。（4） 智能化的傳感器多有應(yīng)用在上述167種機(jī)型中，裝有

8、視覺傳感器的有94種，占56.3，不少機(jī)器人裝有兩種傳感器，有些機(jī)器人留下了多種傳感器接口。（5） 高速、高精度、多功能化目前所知最快的裝配機(jī)器人最大合成速度為16.5m/s;高精度機(jī)器人的位置重復(fù)性為正負(fù)0.01mm.有一種大直角坐標(biāo)噴涂機(jī)器人，其最大合成速度達(dá)80m/s;而另一種并聯(lián)機(jī)構(gòu)的NC機(jī)器人，其位置重復(fù)性達(dá)l um。90年代末的機(jī)器人一般都具有兩、三種功能。最近瑞典Neos公司開發(fā)出一種高精度、高可靠性的可噴涂、切割、鉆孔、銑削、磨削、裝配、搬運(yùn)的多功能機(jī)器人，用于多家著名汽車廠和飛機(jī)公司。（6） 集成化與系統(tǒng)化1998年ABB公司推出IRbl400系列小機(jī)器人，其循環(huán)時(shí)間只有0.

9、4s，控制器包括軟件、高壓電、驅(qū)動(dòng)器、用戶接口等皆集成于一柜，只有洗衣機(jī)變換器那樣大小。FANUC公司2000年9月宣稱它的控制器為世界最小。工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用從單機(jī)、單元向系統(tǒng)發(fā)展。多達(dá)百臺(tái)以上的機(jī)器人群與微機(jī)及周邊智能設(shè)備和操作人員形成一個(gè)大群體(多智能體)。跨國大集團(tuán)的壟斷和全球化的生產(chǎn)將世界眾多廠家的產(chǎn)品聯(lián)接在一起，實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、開放化、網(wǎng)絡(luò)化的“虛擬制造”，為工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)化的發(fā)展推波助瀾。在國內(nèi)主要是逐步擴(kuò)大應(yīng)用范圍，重點(diǎn)發(fā)展噴涂、鑄造、熱處理方面的機(jī)械手，以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，改善工人作業(yè)條件，在應(yīng)用專用機(jī)械手的同時(shí)，相應(yīng)的發(fā)展通用機(jī)械手，有條件的還要研制示教式機(jī)械手、計(jì)算機(jī)控制機(jī)械手和

10、組合機(jī)械手等。將機(jī)械手各運(yùn)動(dòng)構(gòu)件，如伸縮、擺動(dòng)、升降、橫移、俯仰等機(jī)構(gòu)以及根據(jù)不同類型的加緊機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)成典型的通用機(jī)構(gòu)，所以便根據(jù)不同的作業(yè)要求選擇不同類型的基加緊機(jī)構(gòu)，即可組成不同用途的機(jī)械手。既便于設(shè)計(jì)制造，有便于更換工件，擴(kuò)大應(yīng)用范圍。同時(shí)要提高速度，減少?zèng)_擊，正確定位，以便更好的發(fā)揮機(jī)械手的作用。此外還應(yīng)大力研究伺服型、記憶再現(xiàn)型，以及具有觸覺、視覺等性能的機(jī)械手，并考慮與計(jì)算機(jī)連用，逐步成為整個(gè)機(jī)械制造系統(tǒng)中的一個(gè)基本單元。在國外機(jī)械制造業(yè)中工業(yè)機(jī)械手應(yīng)用較多，發(fā)展較快。目前主要用于機(jī)床、橫鍛壓力機(jī)的上下料，以及點(diǎn)焊、噴漆等作業(yè)，它可按照事先指定的作業(yè)程序來完成規(guī)定的操作。此外，國外

11、機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì)是大力研制具有某種智能的機(jī)械手。使它具有一定的傳感能力，能反饋外界條件的變化，并作相應(yīng)的變更。如位置發(fā)生稍許偏差時(shí)，即能更正并自行檢測(cè)，重點(diǎn)是研究視覺功能。目前已經(jīng)取得一定成績。視覺功能即在機(jī)械手上安裝有電視照相機(jī)和光學(xué)測(cè)距儀（即距離傳感器）以及微型計(jì)算機(jī)。工作是電視照相機(jī)將物體形象變成視頻信號(hào)，然后送給計(jì)算機(jī)，以便分析物體的種類、大小、顏色和位置，并發(fā)出指令控制機(jī)械手進(jìn)行工作。更重要的是將機(jī)械手、柔性制造系統(tǒng)和柔性制造單元相結(jié)合，從而根本改變目前機(jī)械制造系統(tǒng)的人工操作狀態(tài)。1.2 課題來源本設(shè)計(jì)的課題是噴涂機(jī)器人臂部與手部的設(shè)計(jì)，主要是臂部和腕部的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其零件設(shè)計(jì)。此課題

12、來源于生產(chǎn)實(shí)際，是針對(duì)目前手工噴涂效率低，操作環(huán)境差，而且對(duì)操作員技術(shù)熟練程度要求高，因此采用機(jī)器人技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)噴涂工作的柔性自動(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)過程的自動(dòng)化，改善勞動(dòng)條件。1.3 技術(shù)要求及預(yù)期效果根據(jù)設(shè)計(jì)要達(dá)到以下要求：對(duì)噴涂機(jī)器人機(jī)械臂結(jié)構(gòu)及小臂自重平衡系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。噴涂工件外形尺寸800mm x500mm x500mm(長x寬x髙)；機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)尺寸為：大臂長約700mm左右，小臂長約800mm左右，臂桿橫截面尺寸 100mm x100mm；手部尺寸約150mm左右；小臂擺角80（上擺30，下擺50）。對(duì)影響自重平衡的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)與計(jì)算，示教時(shí)的不平

13、衡力2kg。此次設(shè)計(jì)的垂直多關(guān)節(jié)機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)大臂小臂的旋轉(zhuǎn),手腕的旋轉(zhuǎn)與擺動(dòng)。此裝置應(yīng)用在噴涂生產(chǎn)線上將大大提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，能夠帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。1.4 本課題要解決的主要問題及設(shè)計(jì)總體思路本課題要解決的問題有以下二個(gè)：（1） 手腕處于手臂末端，需減輕手臂的載荷，力求手腕部的結(jié)構(gòu)緊湊，減少重量和體積。（2） 設(shè)計(jì)小臂的平衡系統(tǒng)，使小臂在撤除驅(qū)動(dòng)力的情況不會(huì)發(fā)生突發(fā)性轉(zhuǎn)動(dòng)。針對(duì)上述問題有了以下設(shè)計(jì)思路：（1） 手腕部機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)裝置采用分離傳動(dòng)，采用傳動(dòng)軸，將驅(qū)動(dòng)器安置在小臂的后端。（2） 驅(qū)動(dòng)電機(jī)經(jīng)聯(lián)軸器與傳動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)一對(duì)圓柱齒輪和一對(duì)圓錐齒輪傳動(dòng)來帶動(dòng)手腕作偏擺運(yùn)動(dòng)

14、。（3） 手部的驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝在小臂內(nèi)部，以此來減輕手部的重量，讓手部能夠作靈活的運(yùn)動(dòng)。（4） 對(duì)于小臂平衡是采用重力平衡的方式，及在小臂末端放置鐵塊。2 總體方案設(shè)計(jì)2.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)類型的確定為實(shí)現(xiàn)總體機(jī)構(gòu)在空間位置提供的4個(gè)自由度，可以有不同的運(yùn)動(dòng)組合，根據(jù)本課題的要求現(xiàn)可以將其設(shè)計(jì)成關(guān)節(jié)型機(jī)器人。關(guān)節(jié)型又稱回轉(zhuǎn)坐標(biāo)型，這種機(jī)器人的手臂與人體上肢類似，其前三個(gè)關(guān)節(jié)都是回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，這種機(jī)器人一般由立柱和大小臂組成，立柱與大臂間形成肩關(guān)節(jié)，大臂和小臂間形成肘關(guān)節(jié)，可使大臂作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和使大臂作俯仰擺動(dòng)，小臂作俯仰擺動(dòng)。其特點(diǎn)是工作空間范圍大，動(dòng)作靈活，通用性強(qiáng)，工藝操作精度高。圖2.1 整體原理圖2

15、.2 傳動(dòng)方案的確定 圖2.1是機(jī)器人小臂與腕部機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的簡(jiǎn)圖。機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)共有4個(gè)齒輪，為了實(shí)現(xiàn)在同一平面改變傳遞方向90,有2個(gè)齒輪為圓錐齒輪,有利于簡(jiǎn)化系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方程式的結(jié)構(gòu)形式。如果采用蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu),則必然以空間交叉方式變向,就不利于簡(jiǎn)化系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方程式的結(jié)構(gòu)形式。其中有2個(gè)齒輪為直齒圓柱齒輪，用于減速。小臂的結(jié)構(gòu)形式是由內(nèi)部鋁制的整體鑄件骨架與外表面很薄的鋁板殼相互膠接而成。關(guān)節(jié)電機(jī)安裝在小臂后面用于帶動(dòng)傳動(dòng)軸與齒輪的旋轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)手腕的擺動(dòng)。圖2.2小臂腕部傳動(dòng)原理圖2.3 工作空間的確定 工作空間是機(jī)器人學(xué)中一個(gè)重要的研究領(lǐng)域。但在實(shí)際應(yīng)用中，可以簡(jiǎn)化這一問題，把工作空間看作是機(jī)器人

16、操作機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，手腕參考點(diǎn)（如定位機(jī)構(gòu)的軸線正交，取交點(diǎn)為參考點(diǎn)）在空間的活動(dòng)范圍，或者說該點(diǎn)可達(dá)位置在空間所占有的體積。根據(jù)關(guān)節(jié)型機(jī)器人的結(jié)構(gòu)確定工作空間，工作空間是指機(jī)器人正常工作運(yùn)行時(shí)，手腕參考點(diǎn)能在空間活動(dòng)的最大范圍，是機(jī)器人的主要技術(shù)參數(shù)。圖2.3 機(jī)器人的工作空間位置圖2.4 手腕結(jié)構(gòu)的確定手腕是操作機(jī)的小臂和末端執(zhí)行器之間的聯(lián)接部件。其功用是利用自身的活動(dòng)度確定被噴涂物體的空間姿態(tài)，也可以說是確定末端執(zhí)行器的姿態(tài)。故手腕也稱作機(jī)器人的姿態(tài)機(jī)構(gòu)。對(duì)一般商用機(jī)器人，末桿（即與末端執(zhí)行器相聯(lián)接的桿）都有獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的自轉(zhuǎn)功能，若該桿再能在空間取任意方位，那么與之相聯(lián)的末端執(zhí)行器就可在空間

17、取任意姿態(tài)，即達(dá)到完全靈活的境地。對(duì)于任一桿件的姿態(tài)（即方向），可用兩個(gè)方位角確定，如圖2.4所示。圖2.4 末桿姿態(tài)示意圖 -大臂-小臂-末桿 在圖2.4中末桿Ln的圖示姿態(tài)可以看作是由處于方向的原始位置先繞在平面內(nèi)轉(zhuǎn)角，然后再向上轉(zhuǎn)角得到的?？梢娛怯蓛山菦Q定了末桿的方向（姿態(tài)）。從理論上講，如果，則末桿在空間取任意方向。如果末桿的自轉(zhuǎn)角（即）也滿足，就說該操作機(jī)具有最大的靈活度，即可自任意方向抓取物體并可把抓取的物體在空間擺成任意姿態(tài)。為了定量的說明操作機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的靈活程度，定義組合靈度（dex)為： (2-1)上式取加的形式但一般不進(jìn)行加法運(yùn)算，因?yàn)榉珠_更能表示機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)。腕結(jié)構(gòu)最重要的評(píng)價(jià)

18、指標(biāo)就是dex值。若為三個(gè)百分之百，該手腕就是最靈活的手腕。一般說來、的最大值取，而值可取的更大一些，如果擰螺釘，最好無上限。 腕結(jié)構(gòu)是操作機(jī)中最為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，而且因傳動(dòng)系統(tǒng)互相干擾，更增加了腕結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)難度。腕部的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求是：重量輕，dex的組合值必須滿足工作要求并留有一定的裕量（約5%-10%），傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單并有利于小臂對(duì)整機(jī)的靜力平衡。2.5 驅(qū)動(dòng)裝置的選擇2.5.1 機(jī)器人驅(qū)動(dòng)方案的分析和選擇通常的機(jī)器人驅(qū)動(dòng)方式有以下三種：（1） 電動(dòng)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)驅(qū)動(dòng)器是目前使用最廣泛的驅(qū)動(dòng)器。它的能源簡(jiǎn)單，速度變化范圍大，效率高，但它們多與減速裝置相連，直接驅(qū)動(dòng)比較困難。電動(dòng)驅(qū)動(dòng)器又分為直流（D

19、C）、交流（AC）伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。后者多為開環(huán)控制，控制簡(jiǎn)單但功率不大，多用于低精度小功率機(jī)器人系統(tǒng)。直流伺服電機(jī)有很多優(yōu)點(diǎn)，但它的電刷易磨損，且易形成火花。隨著技術(shù)的進(jìn)步，近年來交流伺服電機(jī)正逐漸取代直流伺服電機(jī)而成為機(jī)器人的主要驅(qū)動(dòng)器。（2） 液壓驅(qū)動(dòng)器液壓驅(qū)動(dòng)的主要優(yōu)點(diǎn)是功率大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可省去減速裝置，能直接與被驅(qū)動(dòng)的桿件相連，響應(yīng)快，伺服驅(qū)動(dòng)具有較高的精度，但需要增設(shè)液壓源，而且易產(chǎn)生液體泄露，故液壓驅(qū)動(dòng)目前多用于特大功率的機(jī)器人系統(tǒng)。（3） 氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器的能源，結(jié)構(gòu)都比較簡(jiǎn)單，但與液壓驅(qū)動(dòng)器相比，同體積條件下功率較?。ㄒ驂毫Φ停?，而且速度不易控制，所以多用于精度不高的點(diǎn)位控制

20、系統(tǒng) 。通過比較以上三種驅(qū)動(dòng)方式，因此本課題的機(jī)器人將采用電動(dòng)驅(qū)動(dòng)器中的直流伺服電動(dòng)機(jī)與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。因?yàn)橹绷魉欧姍C(jī)具有良好的調(diào)速特性，較大的啟動(dòng)力矩，相對(duì)功率大及快速響應(yīng)等特點(diǎn)，并且控制技術(shù)成熟。其安裝維修方便，成本低。而交流伺服電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，使用維修方便，與步進(jìn)電機(jī)相比價(jià)格要貴一些。2.5.2 手腕電機(jī)的選擇（1） 轉(zhuǎn)腕及腕部內(nèi)電機(jī)的選擇手腕的最大負(fù)荷重量初估腕部的重量，最大運(yùn)動(dòng)速度V=1m/s，則：功率；取安全系數(shù)為1.2，考慮到傳動(dòng)損失和摩擦，最終的電機(jī)功率又因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)周期T=0.3sec，即；則所需電機(jī)的輸入轉(zhuǎn)速為；根據(jù)設(shè)計(jì)要求轉(zhuǎn)腕部分的電機(jī)后緊跟輸出軸和聯(lián)軸器，直接帶動(dòng)手腕

21、旋轉(zhuǎn)，故在此選擇轉(zhuǎn)速較低的型號(hào)電機(jī)，又由于要求手腕的重量較輕，便于靈活的實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)，因此要求腕部內(nèi)電機(jī)較小，故選SZYX81寬調(diào)速永磁直流伺服電機(jī)，其安裝尺寸為42mm，電機(jī)重量僅為0.35Kg，詳細(xì)參數(shù)見表2-1。表2-1 SZYX81寬調(diào)速永磁直流伺服電機(jī)技術(shù)參數(shù)規(guī)格型號(hào)額定功率額定轉(zhuǎn)矩額定電壓SZYX810.1KW24V最高電流最高轉(zhuǎn)速允許轉(zhuǎn)速差10%轉(zhuǎn)動(dòng)慣量2.7A800r/min50該電機(jī)具有精度高，響應(yīng)快，調(diào)速范圍寬，加速度大，力矩波動(dòng)小，線性度好，過載能力強(qiáng)等特點(diǎn)。2.6 傳動(dòng)比的確定及分配2.6.1. 傳動(dòng)比的確定由電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可知所需的總傳動(dòng)比為i=10。2.6.2 傳動(dòng)比的分

22、配傳動(dòng)比分配時(shí)要充分考慮到各級(jí)傳動(dòng)的合理性，以及齒輪的結(jié)構(gòu)尺寸，要做到結(jié)構(gòu)合理。因此擺腕傳動(dòng)比分配為：擺腕總的傳動(dòng)比10，該傳動(dòng)為兩級(jí)傳動(dòng)，第一級(jí)傳動(dòng)為圓柱齒輪傳動(dòng)，傳動(dòng)比2，第二級(jí)傳動(dòng)為圓錐齒輪傳動(dòng)，傳動(dòng)比。3 齒輪的設(shè)計(jì)3.1 齒輪強(qiáng)度的設(shè)計(jì)與校核3.1.1 第一級(jí)圓柱齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)齒輪材料采用45號(hào)鋼，鍛造毛坯，小齒輪調(diào)質(zhì)處理，表面硬度為210HBS；大齒輪正火處理后齒面硬度為180HBS，因載荷平穩(wěn)，齒輪速度不高，初選齒輪精度等級(jí)為7級(jí)。取。（1） 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，再按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核。（2） 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)齒面接觸疲勞強(qiáng)度條件的設(shè)計(jì)表達(dá)式 (3-1)式中，

23、-載荷系數(shù),??；-齒寬系數(shù)，取，；-材料系數(shù)，取。小齒輪傳遞扭矩 (3-2)大小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極根應(yīng)力為： ；選擇材料的接觸疲勞極根應(yīng)力為： ；應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N由下列公式計(jì)算可得 （3-3） 則 接觸疲勞壽命系數(shù),；彎曲疲勞壽命系數(shù)；接觸疲勞安全系數(shù)，彎曲疲勞安全系數(shù)。 許用接觸應(yīng)力和許用彎曲應(yīng)力：將有關(guān)值代入（3-1）得：計(jì)算圓周速度: 計(jì)算載荷系數(shù):動(dòng)載荷系數(shù)Kv=1.0；使用系數(shù)；動(dòng)載荷分布不均勻系數(shù)；齒間載荷分配系數(shù)，則。修正 ； ；取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)。 （3） 計(jì)算基本尺寸 取 （4） 校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度齒形系數(shù)，取，校核兩齒輪的彎曲強(qiáng)度 （3-4） =3.7MPa所以齒輪完全達(dá)到要求。

24、由于小齒輪分度圓直徑較小，考慮到結(jié)構(gòu)，將小齒輪做成齒輪軸。圓柱齒輪的幾何參數(shù)見表3-1。表3-1 圓柱齒輪的幾何尺寸名稱符號(hào)公式分度圓直徑齒頂高齒根高齒全高 齒頂圓直徑 齒根圓直徑 基圓直徑 齒距齒厚齒槽寬中心距頂隙3.1.2 第二級(jí)圓錐齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)齒輪材料采用45號(hào)鋼，小齒輪調(diào)質(zhì)處理表面硬度為210HBS；大齒輪正火處理后齒面硬度為180HBS，齒輪精度等級(jí)為7級(jí)。取（1） 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，再按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核。（2） 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)齒面接觸疲勞強(qiáng)度的設(shè)計(jì)表達(dá)式 (3-5)其中， 取，；，；選擇材料的接觸疲勞極根應(yīng)力為： ； 選擇材料的接觸疲勞極根應(yīng)力為： ； 應(yīng)

25、力循環(huán)次數(shù)N由下式計(jì)算可得 則 接觸疲勞壽命系數(shù),；彎曲疲勞壽命系數(shù)；接觸疲勞安全系數(shù)，彎曲疲勞安全系數(shù),又，試選。許用接觸應(yīng)力和許用彎曲應(yīng)力：將有關(guān)值代入（3-5）得：則 動(dòng)載荷系數(shù)；使用系數(shù)；齒向載荷分布不均勻系數(shù)；齒間載荷分配系數(shù)取，則。修正 取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)。 （3）計(jì)算基本尺寸（4） 校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度復(fù)合齒形系數(shù)，取。校核兩齒輪的彎曲強(qiáng)度 （3-6） 所以齒輪完全達(dá)到要求。由于小齒輪的分度圓直徑較小，所以作成齒輪軸。表3-2 圓錐齒輪的幾何參數(shù)名稱符號(hào)公式分度圓直徑 齒頂高齒根高齒頂圓直徑 齒根圓直徑齒頂角齒根角分度圓錐角頂錐角根錐角錐距齒寬4 軸的設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)決定于受力情況、軸上零件

26、的布置和固定方式、軸承的類型和尺寸、軸的毛坯，制造和裝配工藝、以及運(yùn)輸、安裝等條件。軸的結(jié)構(gòu)，應(yīng)使軸受力合理，避免或減輕應(yīng)力集中，有良好的工藝性，并使軸上零件定位可靠、裝配方便。對(duì)于要求剛度大的軸，還應(yīng)該從結(jié)構(gòu)上考慮減少軸的變形。4.1 擺腕傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)4.1.1 圓柱齒輪軸的設(shè)計(jì)由于主軸傳遞的功率不大，對(duì)其重量和尺寸也無特殊要求，故選常用材料45鋼，調(diào)質(zhì)處理。（1） 初估軸徑， C=106117,取C=106則 （4-1） =5.4mm（2） 各段軸徑的確定 初估軸徑后，就可按照軸上零件的安裝順序從處開始逐段確定軸徑，上面計(jì)算的是軸段1的直徑，由于軸段1上安裝聯(lián)軸器，因此軸段1處直徑的確定和

27、聯(lián)軸器型號(hào)同時(shí)進(jìn)行。故取軸徑10mm。在軸段2上要安裝軸承，其直徑應(yīng)該便于軸承安裝，又應(yīng)該符合軸承內(nèi)徑系列，即軸段2處的直徑應(yīng)與軸承型號(hào)的選擇同時(shí)進(jìn)行。現(xiàn)取角接觸球軸承型號(hào)為7000C，其內(nèi)徑10mm。通常一根軸上的兩個(gè)軸承取相同型號(hào)，故取軸段6的直徑10mm。軸段3上用軸肩固定軸承，故取14mm。軸段4上作成齒輪軸，尺寸與齒輪相同。根據(jù)結(jié)構(gòu)確定軸段5的直徑22mm。（3） 各軸段長度的確定各軸段長度主要根據(jù)軸上零件的轂長或軸上零件配合部分的長度確定。另一些軸段長度，除與軸上零件有關(guān)外，還與箱體及軸承蓋等零件有關(guān)。根據(jù)聯(lián)軸器選取軸段一的長度，此時(shí)又要考慮此段軸長不應(yīng)與大臂和小臂連接處的軸在工作

28、時(shí)相互干涉，因此選取此段軸長。根據(jù)軸承寬度取 。 根據(jù)結(jié)構(gòu) ， 。圖4.1 圓柱齒輪軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)草圖4.2.2 軸的強(qiáng)度校核軸在初步完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)后，進(jìn)行校核計(jì)算。計(jì)算準(zhǔn)則是滿足軸的強(qiáng)度或剛度要求。進(jìn)行軸的強(qiáng)度校核計(jì)算時(shí)，應(yīng)根據(jù)軸的具體受載及應(yīng)力情況，采取相應(yīng)的方法，并恰當(dāng)?shù)剡x取其許用應(yīng)力，對(duì)于用于傳遞轉(zhuǎn)矩的軸應(yīng)按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計(jì)算，對(duì)于只受彎矩的軸（心軸）應(yīng)按彎曲強(qiáng)度條件計(jì)算，兩者都具備的按疲勞強(qiáng)度條件進(jìn)行精確校核等。圖4.2 軸的受力分析和彎扭矩圖(1) 軸上的轉(zhuǎn)矩T主軸上的傳遞的功率： （4-2） 求作用在齒輪上的力： （2） 畫軸的受力簡(jiǎn)圖 軸的受力如圖4.2所示。（3） 計(jì)算軸的支撐反力

29、在水平面上 在垂直面上 （4） 畫彎矩圖 彎矩圖如圖4.2所示。在水平面上，剖面左側(cè)剖面右側(cè)在垂直面上 合成彎矩，剖面左側(cè) 剖面右側(cè) （5） 畫轉(zhuǎn)矩圖,見圖4.2（6） 判斷危險(xiǎn)截面 截面左右的合成彎矩左側(cè)相對(duì)右側(cè)大些，扭矩為T，則判斷左側(cè)為危險(xiǎn)截面，只要左側(cè)滿足強(qiáng)度校核就行了。（7）軸的彎扭合成強(qiáng)度校核 ，則 。截面左側(cè) （8） 軸的疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)校核查得抗拉強(qiáng)度 ，彎曲疲勞強(qiáng)度，剪切疲勞極限，等效系數(shù)， 。 截面左側(cè)查得，；查得絕對(duì)尺寸系數(shù)，；軸經(jīng)磨削加工，表面質(zhì)量系數(shù) 。則彎曲應(yīng)力 應(yīng)力幅 平均應(yīng)力 切應(yīng)力 安全系數(shù) 查許用安全系數(shù)，顯然，則剖面安全。其它軸用相同方法計(jì)算，結(jié)果都滿足要

30、求。4.2.3 圓錐齒輪軸的設(shè)計(jì)由于此軸傳遞的功率不大，對(duì)其重量和尺寸也無特殊要求，故選常用材料45鋼，調(diào)質(zhì)處理。（1） 初估軸徑， C=106117,取C=106根據(jù)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和額定功率可知與圓柱齒輪軸相嚙合的大齒輪的轉(zhuǎn)速為則根據(jù)公式4-1可得： =6.8mm（2） 各段軸徑的確定初估軸徑后，就可按軸上零件的安裝順序，從dmin處開始逐段確定直徑。軸段1為外螺紋部分此段螺紋用于安裝擋板與螺栓，以便于對(duì)齒輪作軸向固定故取，軸段2安裝齒輪，根據(jù)齒輪的幾何尺寸故取并在此段軸上開設(shè)鍵槽以便于對(duì)軸上齒輪作周向固定。軸段3作為軸肩，對(duì)軸段2處安裝的齒輪作軸向固定，故取軸段4,6處安裝軸承，根據(jù)要求選用

31、7000C型號(hào)的軸承，根據(jù)軸承型號(hào)與軸徑的大小同時(shí)選擇故確定軸段4和軸段6的直徑為。軸段5處用于安裝套筒以便對(duì)軸上安裝的軸承進(jìn)行軸向固定故取。軸段7用作軸肩以此來用于對(duì)軸承作軸向固定故取。軸段8處為錐齒輪部分，根據(jù)以上的設(shè)計(jì)計(jì)算可知此處軸徑。（3） 各軸段長度的確定軸段1上裝M6的螺栓和擋板，故取。軸段2處裝齒輪，其長度與齒輪的寬度相同，故取。軸段3處利用軸肩作軸向固定，取。軸段4與軸段6處裝軸承，取，。軸段5處裝套筒，其長度為套筒的長度，故取。軸段7處作軸肩，取。軸段8處為錐齒輪部分，其長度。為保證軸承7000C內(nèi)圈端面緊靠定位軸肩的端面，根據(jù)軸承手冊(cè)推薦，取軸肩圓角半徑為0.3mm。為方便

32、加工，其它軸肩圓角半徑均取1mm。圖4.3 圓錐齒輪軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)草圖4.2.4 手腕連接軸的設(shè)計(jì)由于此軸傳遞的功率不大，對(duì)其重量和尺寸也無特殊要求，故選常用材料45鋼，調(diào)質(zhì)處理。（1） 初估軸徑，C=106117,取C=106根據(jù)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和額定功率可知與手腕箱體連接軸的轉(zhuǎn)速為則根據(jù)公式4-1可得： 106=11.6mm（2） 各段軸徑的確定初估軸徑后，就可按軸上零件的安裝順序，從dmin處開始逐段確定直徑。軸段1為外螺紋部分此段螺紋用于安裝擋板與螺栓，以便于作軸向固定故取，取軸段2處，并在此處開設(shè)鍵槽用來傳遞扭矩其尺寸為。軸段3處安裝軸承，根據(jù)要求選用7001C型號(hào)的軸承，并在軸的另一段安

33、裝大錐齒輪，也在此處開設(shè)鍵槽用來傳遞扭矩其尺寸為，根據(jù)軸承型號(hào)與軸徑的大小同時(shí)選擇故取。軸段4用作軸肩以此來用于對(duì)大錐齒輪作軸向固定故取。軸段5處用來安裝7001C軸承,軸承內(nèi)徑與軸徑的大小取同一尺寸，故取。（3） 各軸段長度的確定軸段1上裝M6的螺栓和擋板，故取。軸段2處裝鍵槽，用于傳遞扭矩，其鍵槽尺寸為，其長度取。軸段3處裝軸承與大錐齒輪，中間用套筒對(duì)其軸向固定，對(duì)大錐齒輪進(jìn)行周向固定的鍵取尺寸為，故取。軸段4處利用軸肩作軸向固定，取。由于軸承應(yīng)成對(duì)使用，所以軸段5處裝軸承，其類型代號(hào)與軸段3處一樣，取。圖4.4 手腕連接軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)草圖4.2.5 大臂小臂連接軸的設(shè)計(jì)由于此軸傳遞的功率不

34、大，對(duì)其重量和尺寸也無特殊要求，故選常用材料45鋼，調(diào)質(zhì)處理。（1） 初估軸徑， c=106117,取c=106則根據(jù)公式4-1得 =14.03mm（2） 各段軸徑的確定 初估軸徑后，就可按軸上零件的安裝順序，從dmin處開始逐段確定直徑。軸段1處要安裝壓板和齒輪用來固定此軸.故。軸段2處與4處安裝7004C類型軸承,其軸徑大小應(yīng)與軸承內(nèi)徑大小一致,故取,。軸段3處取。（3）各軸段長度的確定各軸段長度主要根據(jù)軸上零件的轂長或軸上零件配合部分的長度確定。另一些軸段長度，除與軸上零件有關(guān)外，還與箱體及軸承蓋等零件有關(guān)。軸段1處要安裝壓板和齒輪用來固定此軸，因此此段軸的長度應(yīng)取長些，故取。軸段2的長

35、度與軸承有關(guān),取。軸段3處的選取長度為。軸段4 的長度與軸段2 處一樣,取。圖4.5 大臂小臂連接軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)草圖5 軸承的設(shè)計(jì)5.1 軸承的選擇軸承是支承軸或軸上回轉(zhuǎn)體的部件。根據(jù)工作時(shí)接觸面間的摩擦性質(zhì)，分為滾動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承兩大類。滾動(dòng)軸承依靠元件間的滾動(dòng)接觸來承受載荷，相對(duì)于滑動(dòng)軸承，滾動(dòng)軸承具有摩擦阻力小，效率高，起動(dòng)容易，潤滑簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。因此我在做本課題設(shè)計(jì)時(shí)所選用的軸承全為滾動(dòng)軸承。軸承的內(nèi)外圈和滾動(dòng)體，一般是用軸承鉻鋼（如GCr GCr15SiMn）制造，熱處理后硬度應(yīng)達(dá)到6065HRC。保持架有沖壓的和實(shí)體的兩種結(jié)構(gòu)。沖壓保持架一般用低碳鋼板沖壓制成,它與滾動(dòng)體間有較大間隙,

36、工作時(shí)噪聲大；實(shí)體保持架常用銅合金，鋁合金或酚醛樹脂等高分子材料制成，有較好的隔離和定心作用,又因?yàn)閷?shí)體保持架比沖壓保持架允許更高的轉(zhuǎn)速。所以本課題選用的保持架為實(shí)體的。從受載荷方面來考慮，我所設(shè)計(jì)的機(jī)器人承受載荷力不大，且適用在振動(dòng)與沖擊不大的場(chǎng)合；而且球軸承比滾子軸承有較高的極限轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)精度；再從經(jīng)濟(jì)性方面考慮球軸承比滾子軸承便宜。綜合以上因素，所以選取7000c系列的角接觸球軸承。5.2 軸承的壽命計(jì)算圓柱齒輪軸的軸承壽命計(jì)算：經(jīng)查表可知：載荷系數(shù)=1.2 ，溫度系數(shù)徑，基本額定動(dòng)載荷，基本額定靜載荷。由以上計(jì)算可知：徑向力，。派生軸向力 （5-1） 計(jì)算并確定e值，根據(jù)0.05，查表

37、可得e=0.4。計(jì)算當(dāng)量動(dòng)負(fù)荷查表可得：徑向載荷系數(shù)X=0.44,軸向載荷系數(shù)Y=1.4。 (5-2) （5-3）取計(jì)算軸承壽命 （5-4） =3413.8h根據(jù)以上計(jì)算可知，其余幾跟軸上的軸承也完全滿足工作要求。6 其它零部件的選用6.1 鍵連接的選用 鍵連接分為平鍵連接、半圓鍵連接、楔鍵連接和切向鍵連接。由于平鍵的兩側(cè)面是工作面，工作時(shí)靠鍵與鍵槽側(cè)面間的擠壓來傳遞轉(zhuǎn)矩。鍵的上表面與輪轂間留有間隙，因此，平鍵連接定心性好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單裝拆方便，所以本次設(shè)計(jì)我選用的是平鍵連接中的圓頭平鍵。鍵連接的選擇包括類型選擇和尺寸選擇兩個(gè)方面。鍵連接的類型可根據(jù)連接的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使用要求和工作條件來選擇；鍵的尺寸

38、則按符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格和強(qiáng)度要求來取定。鍵的主要尺寸為截面尺寸b、h和長度L。b、h可根據(jù)軸徑d由標(biāo)準(zhǔn)中查??；長度L可參照輪轂長度從標(biāo)準(zhǔn)中選取。6.2 殼體的設(shè)計(jì)小臂和手腕的外殼是支承整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)的框架，采用鑄鋁材料，質(zhì)量輕，剛度大，小臂的外框結(jié)構(gòu)的厚度為6mm、蓋子厚度為6 mm、電機(jī)后蓋厚度為6mm。手腕的外框結(jié)構(gòu)厚度為3mm,機(jī)器人手部為鑄造鋁合金。其他部分的具體尺寸由結(jié)構(gòu)定，詳見裝配圖。6.3 機(jī)器人手臂材料的選擇機(jī)器人手臂的材料應(yīng)根據(jù)手臂的工作狀況來選擇。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，機(jī)器人手臂只要轉(zhuǎn)動(dòng)工作。因此對(duì)材料的一個(gè)要求是作為運(yùn)動(dòng)部件，它應(yīng)是輕型材料。而另一方面，手臂在運(yùn)動(dòng)過程中往往會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，這

39、將大大降低它的運(yùn)動(dòng)精度。因此在選擇材料時(shí)，需要對(duì)質(zhì)量，剛度，阻尼進(jìn)行綜合考慮，以便有效地提高手臂的動(dòng)態(tài)性能。機(jī)器人手臂材料應(yīng)先是結(jié)構(gòu)材料。手臂承受載荷時(shí)，不應(yīng)有變形和斷裂。從力學(xué)角度看，即要有一定的強(qiáng)度。手臂材料應(yīng)選擇高強(qiáng)度材料，如鋼，鑄鐵，合金鋼等。機(jī)器人手臂是運(yùn)動(dòng)的，又要具有很好的受控性，因此，要求手臂比較輕。綜合而言，應(yīng)該優(yōu)先選擇強(qiáng)度大而密度小的材料做手臂。其中，非金屬材料有尼龍6，聚乙烯（PEH）和碳素纖維等；金屬材料以輕合金（特別是鋁合金）為主。所以我所設(shè)計(jì)的機(jī)器人手臂的材料選擇為鑄造鋁合金中的鋁銅合金。6.4 機(jī)器人臂部連接件的選用本設(shè)計(jì)中采用常規(guī)聯(lián)軸器：小臂部分采用DIN6885

40、型號(hào)。該聯(lián)軸器的特點(diǎn)是圓周方向剛度大而軸向彎曲方向柔度較大，既能起到可靠的傳動(dòng)又適合調(diào)整和補(bǔ)償軸之間的偏差。圖6-1 聯(lián)軸器8 總結(jié)8.1 所完成的工作（1） 對(duì)機(jī)器人手臂傳動(dòng)所需要的力計(jì)算 本文通過收集實(shí)際運(yùn)用中噴涂機(jī)器人手臂噴涂所需要的力從而進(jìn)行一系列計(jì)算并選取合適的電機(jī)、軸、齒輪、軸承。（2） 對(duì)小臂平衡系統(tǒng)的完善 由于機(jī)器人手臂在實(shí)際運(yùn)行后需要關(guān)閉手臂的驅(qū)動(dòng)裝置，為防止小臂在沒有驅(qū)動(dòng)力之后不會(huì)放生突然小臂下擺，需要對(duì)小臂的自身平衡系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，對(duì)此本文采用的是重力平衡系統(tǒng)。 8.2 設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)（1） 軸承架和小臂不采用連體小臂內(nèi)部的軸承架如果和小臂連接采用連體的方式，這樣不僅造成小臂

41、的加工麻煩降低生產(chǎn)效率，而且不利于小臂組件的運(yùn)輸。 （2） 最好安裝機(jī)械制動(dòng)裝置僅依靠程序來實(shí)現(xiàn)制動(dòng)并不可靠，例如突然掉電，將無法制動(dòng)。8.3 誤差分析本文中每個(gè)關(guān)節(jié)的角度誤差在2左右，由于是開環(huán)機(jī)構(gòu)，所以綜合疊加起來，末端誤差可能會(huì)較大，并且重復(fù)精度不夠。下面簡(jiǎn)要分析一下誤差的來源：工作臺(tái)、基座的上下表面平行度誤差，腰關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸的垂直度誤差，以及其它關(guān)節(jié)之間的平行度誤差，齒輪、軸承的間隙，齒形帶的變形不均勻裝配誤差（1） 各關(guān)節(jié)軸的回轉(zhuǎn)誤差，各連桿的受力變形誤差；（2） 運(yùn)行時(shí)，機(jī)械部分的振動(dòng)。結(jié)束語此次設(shè)計(jì)的機(jī)器人為垂直多關(guān)節(jié)機(jī)器人，采用了直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過一系列的軸和齒輪傳動(dòng)順利實(shí)現(xiàn)了小臂和手部的旋轉(zhuǎn)與擺動(dòng)。為了使小臂空間內(nèi)結(jié)