冰激凌自動(dòng)售賣機(jī)器人設(shè)計(jì)論文

PAGE35第一章課題簡(jiǎn)介1.1課題的來源及意義工業(yè)機(jī)器人是工業(yè)控制和加工中經(jīng)常用到的的生產(chǎn)工具，具有能適應(yīng)惡劣工作環(huán)境、效率高、安全穩(wěn)定和可進(jìn)行高強(qiáng)度工作的優(yōu)點(diǎn)，在自動(dòng)化生產(chǎn)線上有廣泛的應(yīng)用。在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程的機(jī)械化，自動(dòng)化已成為突出的主題。工業(yè)機(jī)器人模仿人體上肢手臂的部分功能，可以對(duì)其進(jìn)行自動(dòng)控制使其按照預(yù)定要求輸送制品或操持工具進(jìn)行生產(chǎn)操作的自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。自上世紀(jì)六十年代，PLC和單片機(jī)設(shè)計(jì)的機(jī)械臂被實(shí)現(xiàn)為一種產(chǎn)品后，對(duì)它的開發(fā)應(yīng)用也在不斷發(fā)展，它可以在減輕繁重的體力勞動(dòng)、改善勞動(dòng)條件和安全生產(chǎn)；提高生產(chǎn)效率、穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量、降低廢品率、降低生產(chǎn)成本、增強(qiáng)企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力等方面起到及其重要的作用。圖1-1冰激凌自動(dòng)售賣機(jī)器人實(shí)物圖1.2機(jī)器人的分類機(jī)器人一般分為三類：第一類是不需要人工操作的通用機(jī)器人：它是一種獨(dú)立的不附屬于某一主機(jī)的裝置。它可以根據(jù)任務(wù)的需要編制程序，以完成各項(xiàng)規(guī)定的操作。它的特點(diǎn)是具備普通機(jī)械的性能之外，還具備通用機(jī)械、記憶智能的三元機(jī)械。第二類是需要人工才做的，稱為操作機(jī)：它起源于原子、軍事工業(yè)，先是通過操作機(jī)來完成特定的作業(yè)，后來發(fā)展到用無線電訊號(hào)操作機(jī)來進(jìn)行探測(cè)月球等。工業(yè)中采用的鍛造操作機(jī)也屬于這一范疇。第三類是用專用機(jī)器人：主要附屬于自動(dòng)機(jī)床或自動(dòng)線上，用以解決機(jī)床上下料和工件送。這種機(jī)器人在國外稱為“MechanicalHand”，它是為主機(jī)服務(wù)的，由主機(jī)驅(qū)動(dòng)；除少數(shù)以外，工作程序一般是固定的，因此是專用的。在國外，目前主要是搞第一類通用機(jī)器人，國外稱為機(jī)器人。本課題所做的機(jī)器人是屬于第三類機(jī)器人。1、簡(jiǎn)史機(jī)器人首先是從美國開始研制的。1958年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺(tái)機(jī)器人。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)器人。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。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)器人。1962年美國機(jī)械制造公司也實(shí)驗(yàn)成功一種叫Vewrsatran機(jī)器人。該機(jī)器人的中央立柱可以回轉(zhuǎn)、升降采用液壓驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)也是示教再現(xiàn)型，這都是國外工業(yè)機(jī)器人發(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)院聯(lián)合研制一種Unimate-Vicarm型工業(yè)機(jī)器人，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)器人，主要用于起重運(yùn)輸、焊接和設(shè)備的上下料等作業(yè)。日本是工業(yè)機(jī)器人發(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)器人后大力從事機(jī)器人的研究。前蘇聯(lián)自六十年代開始發(fā)展應(yīng)用機(jī)器人，至1977年底，其中一半是國產(chǎn)，一半是進(jìn)口。目前，工業(yè)機(jī)器人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)器人正在加緊研制。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)器人具有感覺機(jī)能。第三代機(jī)器人則能獨(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)。2、應(yīng)用簡(jiǎn)況現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程的機(jī)械化，自動(dòng)化已成為突出的主題。化工等連續(xù)性生產(chǎn)過程的自動(dòng)化已基本得到解決。但在機(jī)械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)是不連續(xù)的。因此，裝卸、搬運(yùn)等工序機(jī)械化的迫切性，工業(yè)機(jī)器人就是為實(shí)現(xiàn)這些工序的自動(dòng)化而產(chǎn)生的。有資料統(tǒng)計(jì)：美國偏重于毛坯生產(chǎn)，日本偏重于機(jī)械加工。隨著機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用的對(duì)象還會(huì)有所改變。國內(nèi)機(jī)器人工業(yè)、鐵路工業(yè)中首先在單機(jī)、專機(jī)上采用機(jī)器人上下料，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。國外鐵路工業(yè)中應(yīng)用機(jī)器人以加工鐵路車軸、輪等大、中批零件。并和機(jī)床共同組成一個(gè)綜合的數(shù)控加工系統(tǒng)。采用機(jī)器人進(jìn)行裝配更始目前研究的重點(diǎn)，國外已研究采用攝象機(jī)和力傳感裝置和微型計(jì)算機(jī)連在一起，能確定零件的方位達(dá)到鑲裝的目的。3、發(fā)展趨勢(shì)以前工業(yè)機(jī)器人主要用于機(jī)床加工、鑄造、熱處理等方面，無論數(shù)量、品種和性能方面還是不能滿足工業(yè)發(fā)展的需要。在國內(nèi)主要是逐步擴(kuò)大應(yīng)用范圍，重點(diǎn)發(fā)展鑄造、熱處理方面的機(jī)器人，以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，改善作業(yè)條件，在應(yīng)用專用機(jī)器人的同時(shí)，相應(yīng)的發(fā)展通用機(jī)器人，有條件的還要研制示教式機(jī)器人、計(jì)算機(jī)控制機(jī)器人和組合機(jī)器人等。在國外機(jī)械制造業(yè)中工業(yè)機(jī)器人應(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，國外機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì)是大力研制具有某種智能的機(jī)器人。使它具有一定的傳感能力，能反饋外界條件的變化，作相應(yīng)的變更。1.3機(jī)器人的組成機(jī)器人主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成。其組成及相互關(guān)系如下圖：1、執(zhí)行機(jī)構(gòu)(如圖1-2所示)圖1-2執(zhí)行機(jī)構(gòu)（1）手部手部安裝在手臂的前端。手臂的內(nèi)孔裝有轉(zhuǎn)動(dòng)軸，可把動(dòng)作傳給手腕，以轉(zhuǎn)動(dòng)、伸屈手腕，開閉肩膀。本課所指的機(jī)器人僅需開閉肩膀。肩膀的數(shù)量又可以分為二指、三指和四指等，其中以二指用的最多?？梢愿鶕?jù)夾持對(duì)象的形狀和大小配備多種形狀和尺寸的夾頭，以適應(yīng)操作需要。本課所做的機(jī)器人采用二指形狀。（2）手臂和軀干手臂有無關(guān)節(jié)和有關(guān)節(jié)手臂之分。本課所做的機(jī)器人的手臂采用無關(guān)節(jié)臂。手臂的作用是引導(dǎo)肩膀準(zhǔn)確的抓住工件，并運(yùn)送到所需要的位置上。為了使機(jī)器人能夠正確的工作，手臂的三個(gè)自由度都需要精確的定位。本課題所做的機(jī)器人在手臂的上升、下降、前伸、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)三個(gè)方向的定位均采用行程開關(guān)控制，以保證定位的精度。軀干是安裝手臂、動(dòng)力源和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的支架。2、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)主要有四種：液壓驅(qū)動(dòng)、氣壓驅(qū)動(dòng)、電氣驅(qū)動(dòng)和機(jī)械驅(qū)動(dòng)。其中以液壓氣動(dòng)用的最多，占90%以上，電動(dòng)、機(jī)械驅(qū)動(dòng)用的較少。本課題所做的機(jī)器人采用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)齒輪機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)手臂的上升、下降方面。采用手臂的左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、手臂的夾緊、放松方面。3、控制系統(tǒng)機(jī)器人控制系統(tǒng)的要素，包括工作順序、到達(dá)位置、動(dòng)作時(shí)間和加速度等。1.4應(yīng)用機(jī)器人的意義隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人也越來越多的地被應(yīng)用。在機(jī)械工業(yè)中，鑄、焊、鉚、沖、壓、熱處理、機(jī)械加工、裝配、檢驗(yàn)、噴漆、電鍍等工種都有應(yīng)用的實(shí)理。其他部門，如輕工業(yè)、建筑業(yè)、國防工業(yè)等工作中也均有所應(yīng)用。在機(jī)械工業(yè)中，應(yīng)用機(jī)器人的意義可以概括如下：一、以提高生產(chǎn)過程中的自動(dòng)化程度：應(yīng)用機(jī)器人有利于實(shí)現(xiàn)材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機(jī)器的裝配等的自動(dòng)化的程度，從而可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本。二、以改善勞動(dòng)條件，避免人身事故：在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空間狹窄的場(chǎng)合中，用人手直接操作是有危險(xiǎn)或根本不可能的，而應(yīng)用機(jī)器人即可部分或全部代替人安全的完成作業(yè)，使勞動(dòng)條件得以改善。在一些簡(jiǎn)單、重復(fù)，特別是較笨重的操作中，以機(jī)器人代替人進(jìn)行工作，可以避免由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。三、可以減輕人力，并便于有節(jié)奏的生產(chǎn)：應(yīng)用機(jī)器人代替人進(jìn)行工作，這是直接減少人力的一個(gè)側(cè)面，同時(shí)由于應(yīng)用機(jī)器人可以連續(xù)的工作，這是減少人力的另一個(gè)側(cè)面。因此，在自動(dòng)化機(jī)床的綜合加工自動(dòng)線上，目前幾乎都沒有機(jī)器人，以減少人力和更準(zhǔn)確的控制生產(chǎn)的節(jié)拍，便于有節(jié)奏的進(jìn)行工作生產(chǎn)。綜上所述，有效的應(yīng)用機(jī)器人，是發(fā)展機(jī)械工業(yè)的必然趨勢(shì)。1.5機(jī)器人的現(xiàn)狀到目前為止，世界各國對(duì)“機(jī)器人”還沒有做出統(tǒng)一的明確定義。通常所說的“機(jī)器人”是一種能模擬人的手、臂的部分動(dòng)作，按照予定的程序、軌跡及其它要求，實(shí)現(xiàn)抓取、搬運(yùn)或操縱工具的自動(dòng)化裝置。機(jī)器人（IndustralRobot,簡(jiǎn)稱IR）是1960年由《美國金屬市場(chǎng)》報(bào)首先使用的，但這個(gè)概念是由美國George·C·Pevol在1954年申請(qǐng)的專利“程序控制物料傳送裝置“時(shí)提出來的。在這專利中所記述的機(jī)器人，以現(xiàn)在的眼光來看，就是示教再現(xiàn)機(jī)器人。根據(jù)這一專利，Devol與美國ConsolideControlCorp合作，于1959年研制成功采用數(shù)字控制程序自動(dòng)化裝置的原型機(jī)。隨后，美國的Unimation公司和美國的機(jī)械鑄造(AMF)公司于1962年分別制造了實(shí)用的一號(hào)機(jī)，并分別取名為Unimate和Ver·satran。Unimate機(jī)器人外形類似坦克炮塔，采用極坐標(biāo)結(jié)構(gòu)，而Versatran機(jī)器人采用圓柱坐標(biāo)結(jié)構(gòu)。在歐洲第一臺(tái)機(jī)器人是1963年瑞典Kavieldt公司發(fā)表的第一臺(tái)操作機(jī)。日本在六十年代初期就開始研制固定程序控制的機(jī)器手，并從其他各國引進(jìn)了用于不同生產(chǎn)過程的機(jī)器人，并獲得迅速，很快研制出日本國產(chǎn)華的機(jī)器人，技術(shù)水平很快趕上了美國并超過了其它國家，目前機(jī)器人在日本已得到迅速發(fā)展并很快得到普及。我國雖然開始研制機(jī)器人僅比日本晚5~6年，但由于種種原因，機(jī)器人的技術(shù)發(fā)展比較慢。在1958年新疆維吾爾自治區(qū)成立30年大慶展覽館展出了由新疆機(jī)械局研制的跳舞機(jī)器人《阿依古麗》。在1986年地十六屆廣交會(huì)上，成都電訊工程學(xué)院研制的第三代仿人機(jī)器人《成蓉小姐》已經(jīng)用漢語或英語向來賓問好，并能簡(jiǎn)要的介紹的展覽產(chǎn)品及回答簡(jiǎn)單問話。西北電訊工程學(xué)院研制的微機(jī)控制示教再現(xiàn)式機(jī)器人《西電I號(hào)》，也于1985年9月在陜西省科技貿(mào)易大會(huì)上進(jìn)行了表演。此外，清華大學(xué)自動(dòng)化系研制的具有視覺手眼系統(tǒng)，北京鋼鐵學(xué)院研制的焊接機(jī)器人，均已達(dá)到了較高的水平。近幾年來的成就表明，我國機(jī)器人技術(shù)已經(jīng)邁出了可喜的一步。相信在不久的將來，我們一定回趕上世界各國前進(jìn)的步伐。1.6工業(yè)機(jī)器人在生產(chǎn)中的應(yīng)用

機(jī)器人是工業(yè)自動(dòng)控制領(lǐng)域中經(jīng)常遇到的一種控制對(duì)象。機(jī)器人可以完成許多工作，如搬物、裝配、切割、噴染等等，應(yīng)用非常廣泛。在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程中的自動(dòng)化已成為突出的主題。各行各業(yè)的自動(dòng)化水平越來越高，現(xiàn)代化加工車間，常配有機(jī)器人，以提高生產(chǎn)效率，完成工人難以完成的或者危險(xiǎn)的工作。可在機(jī)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(jī)床上加工的時(shí)間僅占零件生產(chǎn)時(shí)間的5%。從這里可以看出：裝卸、搬運(yùn)等工序機(jī)械化的迫切性，工業(yè)機(jī)器人就是為實(shí)現(xiàn)這些工序的自動(dòng)化而產(chǎn)生的。本文以能夠?qū)崿F(xiàn)這類工作的搬運(yùn)機(jī)器人為研究對(duì)象。1.7國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r

工業(yè)機(jī)械臂最早應(yīng)用在汽車制造工業(yè)，常用于焊接、噴漆、上下料和搬運(yùn)。工業(yè)機(jī)器人臂延伸和擴(kuò)大了人的手足和大腦功能，它可替代人從事危險(xiǎn)、有害、有毒、低溫和高溫等惡劣環(huán)境中工作：代替人完成繁重、單調(diào)重復(fù)勞動(dòng)。目前主要應(yīng)用與制造業(yè)中，特別是電器制造、汽車制造、塑料加工、通用機(jī)械制造及金屬加工等工業(yè)。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，功能和性能的不斷改善和提高，機(jī)械臂的應(yīng)用領(lǐng)域日益擴(kuò)大。我國的工業(yè)機(jī)械臂發(fā)展主要是逐步擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。在應(yīng)用專業(yè)機(jī)械臂的同時(shí)，相應(yīng)的發(fā)展通用機(jī)械臂，研制出示教式機(jī)械臂、計(jì)算機(jī)控制機(jī)械臂和組合式機(jī)械臂等。國外機(jī)械臂在機(jī)械制造行業(yè)中應(yīng)用較多，發(fā)展也很快。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)。國外機(jī)械臂的發(fā)展趨勢(shì)是大力研制具有某種智能的機(jī)器人。使它具有一定的傳感能力，能反饋外界條件的變化，作相應(yīng)的變更。目前已經(jīng)取得一定的成績(jī)。第二章機(jī)器人設(shè)計(jì)方案2.1機(jī)器人的系統(tǒng)工作原理及組成機(jī)器人的工作原理：機(jī)器人主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及位置檢測(cè)裝置等所組成。在PLC或單片機(jī)程序控制的條件下，采用液壓傳動(dòng)方式，來實(shí)現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的相應(yīng)部位發(fā)生規(guī)定要求的，有順序，有運(yùn)動(dòng)軌跡，有一定速度和時(shí)間的動(dòng)作。同時(shí)按其控制系統(tǒng)的信息對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，必要時(shí)可對(duì)機(jī)器人的動(dòng)作進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)動(dòng)作有錯(cuò)誤或發(fā)生故障時(shí)即發(fā)出報(bào)警信號(hào)。位置檢測(cè)裝置隨時(shí)將執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際位置反饋給控制系統(tǒng)，并與設(shè)定的位置進(jìn)行比較，然后通過控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，從而使執(zhí)行機(jī)構(gòu)以一定的精度達(dá)到設(shè)定位置。2.2機(jī)器人的座標(biāo)型式與自由度按機(jī)器人手臂的不同運(yùn)動(dòng)形式及其組合情況，其座標(biāo)型式可分為直角座標(biāo)式、圓柱座標(biāo)式、球座標(biāo)式和關(guān)節(jié)式。由于本機(jī)器人在工作時(shí)手臂具有升降、收縮及回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，因此，采用球座標(biāo)型式。相應(yīng)的機(jī)器人具有五個(gè)自由度。2.3本課題的研究目標(biāo)、內(nèi)容及研究方法運(yùn)用所學(xué)的設(shè)計(jì)理論知識(shí)，進(jìn)行冰激凌自動(dòng)售賣機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，改進(jìn)并提高冰激凌制做響應(yīng)時(shí)間，降低自動(dòng)機(jī)器人設(shè)備制造的成本。目前，國內(nèi)對(duì)自動(dòng)工作類型的機(jī)器人的研究還較少，針對(duì)這一情況，在掌握基本原理的基礎(chǔ)上，可借鑒現(xiàn)有工業(yè)機(jī)器人的設(shè)計(jì)計(jì)算理論與方法，對(duì)該種新型自動(dòng)機(jī)器人進(jìn)行研究。首先，根據(jù)原理對(duì)機(jī)器人機(jī)械臂結(jié)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析、自由度分析，進(jìn)行機(jī)械臂串聯(lián)、并聯(lián)機(jī)構(gòu)的選擇；其次確定自由度，進(jìn)行幾何計(jì)算，受力分析，最后綜合設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。2.4方案論證2.4.1液壓結(jié)構(gòu)左轉(zhuǎn)左轉(zhuǎn)上限位機(jī)身液壓結(jié)構(gòu)上限位機(jī)身液壓結(jié)構(gòu)右轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)下限位下限位圖2-2系統(tǒng)框圖設(shè)想由液壓結(jié)構(gòu)帶動(dòng)機(jī)械臂進(jìn)行回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，具體過程如圖2-2所示。優(yōu)點(diǎn)：（1）液壓傳動(dòng)可在運(yùn)行過程中進(jìn)行無級(jí)調(diào)速，調(diào)速方便且調(diào)速范圍大。（2）在相同功率的情況下，液壓傳動(dòng)裝置的體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊。主要缺點(diǎn)：由于流體流動(dòng)的阻力損失和泄漏較大,所以效率較低。（2）工作性能易受溫度變化的影響,因此不宜在很高或很低的溫度條件下工作2.4.2純機(jī)電結(jié)構(gòu)設(shè)想由機(jī)電傳動(dòng)機(jī)構(gòu)做主動(dòng)力結(jié)構(gòu)，有電機(jī)帶動(dòng)傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)在底座上的機(jī)身做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到舉升的目的。具體過程如圖2-3所示。機(jī)械人身機(jī)座傳動(dòng)軸鍵電機(jī)機(jī)械人身機(jī)座傳動(dòng)軸鍵電機(jī)圖2-3運(yùn)動(dòng)過程圖此結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于操作，傳動(dòng)精度高，響應(yīng)快等等。缺點(diǎn)：力量有局限性通過綜合考慮和對(duì)比，利用機(jī)電結(jié)構(gòu)有明顯優(yōu)勢(shì)。2.5可行性分析及已具備的實(shí)驗(yàn)條件通過對(duì)自動(dòng)售賣冰激凌機(jī)器人機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)原理的分析，可以看出機(jī)器人主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及位置檢測(cè)裝置等組成。其中執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括了手部、手腕、手臂和立柱等部件。機(jī)器人臂是支撐被抓物件、手部、手腕的重要部件。手臂的作用是帶動(dòng)手去抓取物件，并按指定要求將其搬運(yùn)到指定的位置。影響機(jī)器人動(dòng)作快慢的主要因素是手臂伸縮及回轉(zhuǎn)的速度。與一般自動(dòng)售賣冰激凌機(jī)器來對(duì)比，自動(dòng)售賣冰激凌機(jī)器人結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)備昂貴。除了運(yùn)動(dòng)速度以外，手臂設(shè)計(jì)的基本參數(shù)還有伸縮行程和工作半徑。過大的伸縮行程和工作半徑，必然帶來偏重力矩增大而剛性降低。根據(jù)統(tǒng)計(jì)和比較，該機(jī)器人手臂的伸縮半徑定位600mm，定位精度也是基本參數(shù)之一。所以需要思考怎樣改進(jìn)機(jī)械臂結(jié)構(gòu)，解決機(jī)械臂聯(lián)動(dòng)軸過多、完成任務(wù)速度慢、效率低等問題，這樣就可以縮小成本，快速加工冰激凌，使自動(dòng)售賣冰激凌機(jī)器人有更加廣闊的應(yīng)用前景。電子計(jì)算機(jī)在現(xiàn)代工業(yè)機(jī)器人尤其是機(jī)器人臂的設(shè)計(jì)、仿真方面進(jìn)展也很快，人們利用計(jì)算機(jī)能對(duì)各種可能的設(shè)計(jì)方實(shí)進(jìn)行計(jì)算、分析和比較，并通過優(yōu)選，取得較為理想的結(jié)果．在制圖方面，AUTO/CAD、PRO/E等工程軟件都為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和建模分析提供了方便。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，仿真技術(shù)也迅速發(fā)展，在某些領(lǐng)域逐漸取代物理仿真。計(jì)算機(jī)仿真與面向?qū)ο笏枷虢Y(jié)合，產(chǎn)生了面向?qū)ο蟮姆抡婕夹g(shù);計(jì)算機(jī)仿真與圖形學(xué)技術(shù)結(jié)合，產(chǎn)生了可視化仿真技術(shù)。這些領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)都是當(dāng)前仿真技術(shù)的研究熱點(diǎn)。仿真是在研究問題的過程中，根據(jù)相似原理，運(yùn)用各種技術(shù)手段，對(duì)實(shí)物模型或者根據(jù)物理運(yùn)動(dòng)規(guī)律建立的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行分析和研究，以便發(fā)現(xiàn)并解決問題的一種方法。仿真在社會(huì)生產(chǎn)和科學(xué)研究中的應(yīng)用非常廣泛，當(dāng)前的研究熱點(diǎn)集中在利用計(jì)算機(jī)的數(shù)字求解能力，結(jié)合三維圖形顯示技術(shù)，進(jìn)行圖形可視化仿真方面。隨著計(jì)算機(jī)和有限元軟件的發(fā)展，新的更有效、更精確、更通用的技術(shù)將繼續(xù)產(chǎn)生，仿真分析進(jìn)入三維領(lǐng)域綜上所述，基于現(xiàn)有條件本課題完全可以得到很好的實(shí)施第三章機(jī)器人參數(shù)設(shè)計(jì)3.1底座部分設(shè)計(jì)計(jì)算底座由驅(qū)動(dòng)電機(jī)、軸承以及傳動(dòng)軸等組成。3.1.1電機(jī)的選擇帶動(dòng)腰身轉(zhuǎn)動(dòng)的電機(jī)計(jì)算：初選轉(zhuǎn)速W=60o/sn=1/6轉(zhuǎn)/秒=10轉(zhuǎn)/分選擇110BYG350DH-0501型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)采用B級(jí)絕緣。外殼防護(hù)等級(jí)為IP44，冷卻方式為I（014）即全封閉自扇冷卻，額定電壓為110~250V，額定功率為50HZ。如表3-1110BYG350DH-0501電動(dòng)機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)所示：表3-1電動(dòng)機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)3.1.2減速器輸入軸的設(shè)計(jì)1、選擇軸的材料，確定許用應(yīng)力由已知條件選用45號(hào)鋼,并經(jīng)調(diào)質(zhì)處理,由[4]查得強(qiáng)度極限=650MPa,再得許用彎曲應(yīng)力=60MPa2、校核軸受力分析圖圖3-2受力分析水平面彎矩圖(b)垂直面內(nèi)的彎矩圖(c)合成彎矩圖(d)轉(zhuǎn)矩圖圓周力：==2×298.4/20=29.84N徑向力：==29.84×tan=10.86N法向力：=/cos=29.84/cos=31.74Nb、作水平面內(nèi)彎矩圖，支點(diǎn)反力為：=/2=14.92N彎矩為：=14.92×77.95/2=581.5N/mm=14.92×29.05/2=216.7N/mmc、作垂直面內(nèi)的彎矩圖，支點(diǎn)反力為：=/2=5.43N彎矩為：=5.43×77.95/2=211.6N/mm=5.43×29.05/2=78.87N/mmd、作合成彎矩圖：==618.8N/mm==230.6N/mme、作轉(zhuǎn)矩圖：T=9549/n=9549×3/1440=19.9N*mf、求當(dāng)量彎矩==819.4Nmm=584.53N/mmg、校核強(qiáng)度=/W=819.4/0.1=819.4/0.1×=56.9Mpa=/W=584.53/0.1=584.53/0.1×=48.3Mpa所以，滿足=60Mpa的條件，故設(shè)計(jì)的軸有足夠的強(qiáng)度，并有一定裕量。3.1.3手腕軸上的軸承要求壽命，轉(zhuǎn)速，軸承的徑向載荷，作用在軸上的軸向載荷。由上述條件試選軸承選30203型軸承，查[5]（脂潤(rùn)滑）按額定動(dòng)載荷計(jì)算(2-52)，查表，，，，，由式[5]均小于滿足要求。按額定靜載荷校核由表查的查表15-14，取均小于，滿足要求。極限轉(zhuǎn)速校核由式，由[5]得，由圖15-6得，由[5]得，由圖[5]得小于和滿足要求。3.2手臂部分設(shè)計(jì)計(jì)算手臂由驅(qū)動(dòng)電機(jī)、軸承、制動(dòng)器及傳動(dòng)軸等組成。3.2.1帶動(dòng)手掌旋轉(zhuǎn)的電機(jī)初選上升速度V=100mm/sP=1KW所以n=（100/6）×60=1000轉(zhuǎn)/分選擇Y90S-4型電機(jī)，屬于三相異步電動(dòng)機(jī)。采用B級(jí)絕緣，外殼防護(hù)等級(jí)為IP44，冷卻方式為I（014）即全封閉自扇冷卻，額定電壓為380V，額定功率為50HZ。如圖3-3Y90S-4電動(dòng)機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)所示：圖3-3Y90S-4電動(dòng)機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)型號(hào)額定功率KW滿載時(shí)堵轉(zhuǎn)電流堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩電流A轉(zhuǎn)速r/min效率%功率因素額定電流額定轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩Y90S-41.12.71000790.73.2.2驅(qū)動(dòng)手肘的電機(jī)初選轉(zhuǎn)速W=60o/sn=1/6轉(zhuǎn)/秒=10轉(zhuǎn)/分n=900轉(zhuǎn)/分選擇Y90L-6型三相異步電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)采用B級(jí)絕緣。外殼防護(hù)等級(jí)為IP44，冷卻方式為I（014）即全封閉自扇冷卻，額定電壓為380V，額定功率為50HZ。如圖3-4Y90S-6電動(dòng)機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)所示：圖3-4Y90L-6電動(dòng)機(jī)技術(shù)3.2.3驅(qū)動(dòng)肩部的電機(jī)計(jì)算初選轉(zhuǎn)速W=720o/sn=2轉(zhuǎn)/秒=120轉(zhuǎn)/分選擇110BYG350DH-0501型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)采用B級(jí)絕緣。外殼防護(hù)等級(jí)為IP44，冷卻方式為I（014）即全封閉自扇冷卻，額定電壓為110~250V，額定功率為50HZ。如圖3-5110BYG350DH-0501電動(dòng)機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)所示：圖3-5110BYG350DH-0501電動(dòng)機(jī)技術(shù)3.2.4肩部軸的設(shè)計(jì)1、選擇軸的材料，確定許用應(yīng)力由已知條件：齒輪軸選用45鋼正火,由[4]表14—4查得強(qiáng)度極限=600MPa,再由表14—2得許用彎曲應(yīng)力=55MPa2、校核軸：a、受力分析圖見圖(a)水平面內(nèi)彎矩圖(b)垂直面內(nèi)的彎矩圖(c)合成彎矩圖(d)轉(zhuǎn)矩圖圓周力：==2×465.5/70=13.3N徑向力：==13.3×tan=4.84N法向力：=/cos=13.3/cos=14.15N圖3-6受力分析圖b、作水平面內(nèi)彎矩圖,支點(diǎn)反力為：=/2=7.075N彎矩為：=7.075×68.25/2=241.43N/mm=7.075×33.05/2=116.9N/mmc、作垂直面內(nèi)的彎矩圖，支點(diǎn)反力為：=/2=2.42N彎矩為：=2.42×68.25/2=82.58N/mm=2.42×33.05/2=39.99N/mmd、作合成彎矩圖：==255.16N/mm==123.55N/mme、作轉(zhuǎn)矩圖：T=-=*（1+P）=0.8952×（1+6）=626.64N*mmf、求當(dāng)量彎矩==2804.63N/mm=2795.7N/mmg、校核強(qiáng)度=/W=2804.63/0.1=2804.63/0.1×=16.23Mpa=/W=2795.7/0.1=2795.7/0.1×=16.18Mpa所以，滿足=55Mpa的條件，故設(shè)計(jì)的軸有足夠的強(qiáng)度，并有一定裕量。3.2.5電磁制動(dòng)器的選擇使機(jī)械中的運(yùn)動(dòng)件停止或減速的機(jī)械零件。俗稱剎車、閘。制動(dòng)器主要由制動(dòng)架、制動(dòng)件和操縱裝置等組成。有些制動(dòng)器還裝有制動(dòng)件間隙的自動(dòng)調(diào)整裝置。為了減小制動(dòng)力矩和結(jié)構(gòu)尺寸，制動(dòng)器通常裝在設(shè)備的高速軸上，但對(duì)安全性要求較高的大型設(shè)備(如礦井提升機(jī)、電梯等)則應(yīng)裝在靠近設(shè)備工作部分的低速軸上。有些制動(dòng)器已標(biāo)準(zhǔn)化和系列化，并由專業(yè)工廠制造以供選用。電磁制動(dòng)器是現(xiàn)代工業(yè)中一種理想的自動(dòng)化執(zhí)行元件，在機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中主要起傳遞動(dòng)力和控制運(yùn)動(dòng)等作用。具有結(jié)構(gòu)緊湊，操作簡(jiǎn)單，響應(yīng)靈敏，壽命長(zhǎng)久，使用可靠，易于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制等優(yōu)點(diǎn)。它主要與系列電機(jī)配套。廣泛應(yīng)用于冶金、建筑、化工、食品、機(jī)床、舞臺(tái)、電梯、輪船、包裝等機(jī)械中，及在斷電時(shí)（防險(xiǎn)）制動(dòng)等場(chǎng)合。使機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)部件停止或減速所必須施加的阻力矩稱為制動(dòng)力矩。制動(dòng)力矩是設(shè)計(jì)、選用制動(dòng)器的依據(jù)，其大小由機(jī)械的型式和工作要求決定。制動(dòng)器上所用摩擦材料（制動(dòng)件）的性能直接影響制動(dòng)過程，而影響其性能的主要因素為工作溫度和溫升速度。摩擦材料應(yīng)具備高而穩(wěn)定的摩擦系數(shù)和良好的耐磨性。摩擦材料分金屬和非金屬兩類。前者常用的有鑄鐵、鋼、青銅和粉末冶金摩擦材料等，后者有皮革、橡膠、木材和石棉等。電磁制動(dòng)器可分為電磁粉末制動(dòng)器和電磁渦流制動(dòng)器，電磁摩擦式制動(dòng)器等多種形式。另外還細(xì)分為干式單片電磁制動(dòng)器、干式多片電磁制動(dòng)器、濕式多片電磁制動(dòng)器等等。按制動(dòng)方式電磁制動(dòng)器又可分為通電制動(dòng)和斷電制動(dòng)。電磁摩擦式制動(dòng)器：激磁線圈通電產(chǎn)生磁場(chǎng)，通過磁軛吸合銜鐵，銜鐵通過聯(lián)結(jié)法蘭實(shí)現(xiàn)對(duì)軸制動(dòng)。電磁制動(dòng)器與電磁離合器原理、結(jié)構(gòu)基本相同，其型號(hào)選擇如下表：表3-2具體尺寸參數(shù)如表3-6：表3-6DZD10系列具體參數(shù)圖其機(jī)構(gòu)圖如下圖3-7圖3-7機(jī)構(gòu)圖由上綜述，選擇電磁制動(dòng)器為DZD10-0.4第四章主要零件的UG三維建模4.1UG三維建模技術(shù)UG是Unigraphics的縮寫，這是一個(gè)交互式CAD/CAM(計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與計(jì)算機(jī)輔助制造)系統(tǒng)，它功能強(qiáng)大，可以輕松實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜實(shí)體及造型的建構(gòu)。它在誕生之初主要基于工作站，但隨著PC硬件的發(fā)展和個(gè)人用戶的迅速增長(zhǎng)，在PC上的應(yīng)用取得了迅猛的增長(zhǎng)，目前已經(jīng)成為模具行業(yè)三維設(shè)計(jì)的一個(gè)主流應(yīng)用。UG的開發(fā)始于1990年7月，它是基于C語言開發(fā)實(shí)現(xiàn)的。UG是一個(gè)在二和三維空間無結(jié)構(gòu)網(wǎng)格上使用自適應(yīng)多重網(wǎng)格方法開發(fā)的一個(gè)靈活的數(shù)值求解偏微分方程的軟件工具。其設(shè)計(jì)思想足夠靈活地支持多種離散方案。因此軟件可對(duì)許多不同的應(yīng)用再利用。一個(gè)給定過程的有效模擬需要來自于應(yīng)用領(lǐng)域(自然科學(xué)或工程)、數(shù)學(xué)(分析和數(shù)值數(shù)學(xué))及計(jì)算機(jī)科學(xué)的知識(shí)。然而，所有這些技術(shù)在復(fù)雜應(yīng)用中的使用并不是太容易。這是因?yàn)榻M合所有這些方法需要巨大的復(fù)雜性及交叉學(xué)科的知識(shí)。最終軟件的實(shí)現(xiàn)變得越來越復(fù)雜，以致于超出了一個(gè)人能夠管理的范圍。一些非常成功的解偏微分方程的技術(shù)，特別是自適應(yīng)網(wǎng)格加密（adaptivemeshrefinement）和多重網(wǎng)格方法在過去的十年中已被數(shù)學(xué)家研究，同時(shí)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的巨大進(jìn)展，特別是大型并行計(jì)算機(jī)的開發(fā)帶來了許多新的可能。UG的目標(biāo)是用最新的數(shù)學(xué)技術(shù)，即自適應(yīng)局部網(wǎng)格加密、多重網(wǎng)格和并行計(jì)算，為復(fù)雜應(yīng)用問題的求解提供一個(gè)靈活的可再使用的軟件基礎(chǔ)。4.2UG軟件概述在工業(yè)設(shè)計(jì)和風(fēng)格造型方面，UG為那些培養(yǎng)創(chuàng)造性和產(chǎn)品技術(shù)革新的工業(yè)設(shè)計(jì)和風(fēng)格提供了強(qiáng)有力的解決方案。利用UG建模，工業(yè)設(shè)計(jì)師能夠迅速地建立和改進(jìn)復(fù)雜的產(chǎn)品形狀，并且使用先進(jìn)的渲染和可視化工具來最大限度地滿足設(shè)計(jì)概念的審美要求。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)方面，UG包括了世界上最強(qiáng)大、最廣泛的產(chǎn)品設(shè)計(jì)應(yīng)用模塊。UG具有高性能的機(jī)械設(shè)計(jì)和制圖功能，為制造設(shè)計(jì)提供了高性能和靈活性，以滿足客戶設(shè)計(jì)任何復(fù)雜產(chǎn)品的需要。UG優(yōu)于通用的設(shè)計(jì)工具，具有專業(yè)的管路和線路設(shè)計(jì)系統(tǒng)、鈑金模塊、專用塑料件設(shè)計(jì)模塊和其他行業(yè)設(shè)計(jì)所需的專業(yè)應(yīng)用程序。在仿真、確認(rèn)和優(yōu)化領(lǐng)域，UG允許制造商以數(shù)字化的方式仿真、確認(rèn)和優(yōu)化產(chǎn)品及其開發(fā)過程。通過在開發(fā)周期中較早地運(yùn)用數(shù)字化仿真性能，制造商可以改善產(chǎn)品質(zhì)量，同時(shí)減少或消除對(duì)于物理樣機(jī)的昂貴耗時(shí)的設(shè)計(jì)、構(gòu)建，以及對(duì)變更周期的依賴。在NC加工領(lǐng)域，UG加工基礎(chǔ)模塊提供聯(lián)接UG所有加工模塊的基礎(chǔ)框架，它為UG所有加工模塊提供一個(gè)相同的、界面友好的圖形化窗口環(huán)境，用戶可以在圖形方式下觀測(cè)刀具沿軌跡運(yùn)動(dòng)的情況并可對(duì)其進(jìn)行圖形化修改：如對(duì)刀具軌跡進(jìn)行延伸、縮短或修改等。該模塊同時(shí)提供通用的點(diǎn)位加工編程功能，可用于鉆孔、攻絲和鏜孔等加工編程。該模塊交互界面可按用戶需求進(jìn)行靈活的用戶化修改和剪裁，并可定義標(biāo)準(zhǔn)化刀具庫、加工工藝參數(shù)樣板庫使初加工、半精加工、精加工等操作常用參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化，以減少使用培訓(xùn)時(shí)間并優(yōu)化加工工藝。UG軟件所有模塊都可在實(shí)體模型上直接生成加工程序，并保持與實(shí)體模型全相關(guān)。UG的加工后置處理模塊使用戶可方便地建立自己的加工后置處理程序，該模塊適用于目前世界上幾乎所有主流NC機(jī)床和加工中心，該模塊在多年的應(yīng)用實(shí)踐中已被證明適用于2～5軸或更多軸的銑削加工、2～4軸的車削加工和電火花線切割。在模具設(shè)計(jì)領(lǐng)域，UG是當(dāng)今較為流行的一種模具設(shè)計(jì)軟件，主要是因?yàn)槠涔δ軓?qiáng)大。模具設(shè)計(jì)的流程很多，其中分模就是其中關(guān)建的一步。分模有兩種：一種是自動(dòng)的，另一種是手動(dòng)的，當(dāng)然也不是純粹的手動(dòng)，也要用到自動(dòng)分模工具條的命令，即模具導(dǎo)向。自動(dòng)分模的過程：1.分析產(chǎn)品，定位坐標(biāo)，使Z軸方向和脫模方向一致。2.塑模部件驗(yàn)證，設(shè)置顏色面。3.補(bǔ)靠破孔4.拉出分型面5.抽取顏色面，將其與分型面和補(bǔ)孔的片體縫合，使之成為一個(gè)片體。6.做箱體包裹整個(gè)產(chǎn)品，用5縫好的片體分割。7.分出上下模具后，看是那個(gè)與產(chǎn)品重合，重合的那邊用產(chǎn)品求差就可以了。手動(dòng)分模的步驟就大概就這樣，手動(dòng)分模具有很大的優(yōu)勢(shì)，是利用MOLDWIZARD分模所達(dá)不到的，在現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)分?；旧鲜切胁煌?。但是里面的命令是比較的好用的，我們可以用的有關(guān)命令來提高我們的工作效率。在開發(fā)解決方案方面，UG產(chǎn)品開發(fā)解決方案完全支持制造商所需的各種工具，可用于管理過程并與擴(kuò)展的企業(yè)共享產(chǎn)品信息。UG與UGSPLM的其他解決方案的完整套件無縫結(jié)合。這些對(duì)于CAD、CAM和CAE在可控環(huán)境下的協(xié)同、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)字化實(shí)體模型和可視化都是一個(gè)補(bǔ)充。UG主要客戶包括，通用汽車，通用電氣，福特，波音麥道，洛克希德，勞斯萊斯，普惠發(fā)動(dòng)機(jī)，日產(chǎn)，克萊斯勒，以及美國軍方。幾乎所有飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)和大部分汽車發(fā)動(dòng)機(jī)都采用UG進(jìn)行設(shè)計(jì)，充分體現(xiàn)UG在高端工程領(lǐng)域，特別是軍工領(lǐng)域的強(qiáng)大實(shí)力。在高端領(lǐng)域與CATIA并駕齊驅(qū)。4.3部分零件的三維建模下面將采用UG建立手腕軸的三維模型。使我們進(jìn)一步了解UG工具箱的功能，熟練掌握三維建模的能力，UG軟件的界面如圖4-1所示。圖4-1UG軟件的界面4.3.1手肘軸建模1、運(yùn)用鼠標(biāo)點(diǎn)擊草圖按鈕，選擇制圖平面，點(diǎn)擊“確定”按鈕，繪制手肘草圖，輸入手肘各肘段的尺寸參數(shù)，即可得手肘草圖，如圖4-2所示。圖4-2手肘草圖2、繪制手肘主體，對(duì)草圖進(jìn)行旋轉(zhuǎn)建模，點(diǎn)擊“旋轉(zhuǎn)”命令，選擇上一步驟所繪制的草圖，輸入旋轉(zhuǎn)角度，得到手肘的大概輪廓如圖4-3所示。圖4-3手肘的大概輪廓3、單擊“求差”按鈕，對(duì)圖4-3中的手肘軸上建立鍵槽，選擇鍵槽的放置面，鍵槽參數(shù)設(shè)置如與計(jì)算所得的鍵槽參數(shù)一致。得到手肘的造型如圖4-4所示。圖4-4手肘軸4.3.2肩膀軸建模1、運(yùn)用鼠標(biāo)點(diǎn)擊草圖按鈕，選擇制圖平面，單擊“確定”按鈕，繪制肩膀軸草圖，輸入肩膀軸各軸段的尺寸參數(shù)，即可得肩膀軸草圖如圖4-2所示。圖4-5肩膀軸草圖2、繪制肩膀軸主體，對(duì)草圖進(jìn)行旋轉(zhuǎn)建模，點(diǎn)擊“旋轉(zhuǎn)”命令，選擇上一步驟所繪制的草圖，輸入旋轉(zhuǎn)角度，得到肩膀軸的大概輪廓如圖4-6所示。4.3.3手腕軸建模1、運(yùn)用鼠標(biāo)點(diǎn)擊草圖按鈕，選擇制圖平面，單擊“確定”按鈕，繪制手腕軸草圖，輸入手腕軸各軸段的尺寸參數(shù)，即可得肩膀軸草圖如圖4-8所示。2、繪制手腕軸主體，對(duì)草圖進(jìn)行旋轉(zhuǎn)建模，點(diǎn)擊“旋轉(zhuǎn)”命令，選擇上一步驟所繪制的草圖，輸入旋轉(zhuǎn)角度，得到肩膀軸的大概輪廓如圖4-9所示。圖4-6肩膀軸的大概輪廓圖4-8手腕軸草圖圖4-9手腕軸的大概輪廓3、單擊“孔”按鈕，對(duì)圖4-9中的手腕軸軸上建立螺紋底孔，選擇孔的放置面，孔參數(shù)設(shè)置完成后。得到造型如圖4-10所示。圖4-10手腕軸4.3.4機(jī)身座建模1、如前面的步驟，繪制機(jī)身座草圖，輸入?yún)?shù)，即可得機(jī)身座草圖如圖4-11所示。圖4-11機(jī)身座草圖圖4-12機(jī)身座的大概輪廓2、繪制機(jī)身座主體，對(duì)草圖進(jìn)行旋轉(zhuǎn)建模，點(diǎn)擊“旋轉(zhuǎn)”命令，選擇上一步驟所繪制的草圖，輸入旋轉(zhuǎn)角度，得到機(jī)身座的大概輪廓如圖4-12所示。3、單擊“孔”按鈕，對(duì)圖4-13中的機(jī)身座上建立螺紋底孔，選擇孔的放置面，孔參數(shù)設(shè)置完成后。得到造型如圖4-13所示。圖4-13機(jī)身座4.4機(jī)械手三維模型的組裝在UG軟件里面，配合主要有重合、平行、垂直、相切、同軸心、鎖定、及距離、角度等配合功能，根據(jù)具體的配合要求選取不同的配合來完成機(jī)器的裝配，使之成為一個(gè)裝配體。裝配的配合界面如下圖所示。根據(jù)該機(jī)械手的裝配特點(diǎn)，其裝配主要是轉(zhuǎn)動(dòng)副設(shè)計(jì)配合，及面與面的重合，因此只需用到同軸心配合及重合兩種裝配方式。下面將以不完全齒輪與主動(dòng)轉(zhuǎn)軸的裝配配合作為重點(diǎn)介紹：首先在UG軟件里面建立裝配體組裝界面。打開裝配體文件夾，具體操作過程如下：圖4-10合界面示意圖1、點(diǎn)擊新建，里面有文件夾形式的選取，包括零件及按鈕，選取裝配體文件，打開裝配體界面。2、點(diǎn)擊插入零部件按鈕，選取插入底座。3、點(diǎn)擊插入零部件按鈕，選取插入手臂部電機(jī)零件，如下圖4-11所示。圖4-11手臂與電機(jī)4、分解手臂與電機(jī)的插入，已經(jīng)完成，下面將對(duì)兩零件進(jìn)行裝配，選取裝配配合方式，點(diǎn)擊同軸心，然后選取兩個(gè)零件的配合圓柱面進(jìn)行配合。圖4-12配合菜單5、點(diǎn)擊插入零部件按鈕，選取插入手腕軸零件，如下圖4-13所示。圖4-13手腕合奏插入6、下面將對(duì)兩零件進(jìn)行裝配，選取裝配配合方式，點(diǎn)擊同軸心，然后選取兩個(gè)零件的配合圓柱面進(jìn)行配合。圖4-14配合菜單7、點(diǎn)擊插入零部件按鈕，選取插入軸承零件，如下圖4-15所示。圖4-15軸承座插入8、下面將對(duì)兩零件進(jìn)行裝配，選取裝配配合方式，點(diǎn)擊同軸心，然后選取兩個(gè)零件的配合圓柱面進(jìn)行配合。圖4-16配合菜單至此示例完成，兩零件組裝完成。各個(gè)部件之間的組裝都與上述示例相同，不再贅述，整個(gè)裝配體裝配效果圖如下。其余的裝配，基本都一致，該裝配體的裝配為后面的運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真奠定了三維基石，后面將對(duì)該裝配體進(jìn)行速度、受力分析，對(duì)其自由度進(jìn)行計(jì)算校對(duì)。該機(jī)械手裝配效果圖美觀大方，結(jié)構(gòu)緊湊。運(yùn)用UG渲染功能，渲染效果圖如下圖4-17所示。圖4-17三維渲染效果圖第五章總結(jié)及展望5.1總結(jié)全文起始對(duì)工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展簡(jiǎn)史及及其生產(chǎn)中的作用、發(fā)展趨勢(shì)、機(jī)械人的組成和分類進(jìn)行了大致的概括，并由此引出本文索要設(shè)計(jì)的內(nèi)容。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，冰激凌自動(dòng)售賣機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要在于通過三維數(shù)字化建模，對(duì)該機(jī)器人的各部件空間運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分析，進(jìn)而進(jìn)行機(jī)械臂優(yōu)化改進(jìn)，從而達(dá)到簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，減少控制難度，最終降低設(shè)備成本的目的。該冰激凌自動(dòng)售賣機(jī)器人，是通過單片機(jī)進(jìn)行控制設(shè)計(jì)，對(duì)于35秒的響應(yīng)，主要通過控制步進(jìn)電機(jī)的速度：電機(jī)速度快了，完成動(dòng)作的時(shí)間變短。啟動(dòng)信號(hào)發(fā)出后，腰部電機(jī)、手臂電機(jī)、手腕電機(jī)一起運(yùn)動(dòng)，根據(jù)機(jī)械結(jié)構(gòu)手臂的行程最大，也就是保證手臂的速度達(dá)到最快就可以了。