機械設計畢業(yè)設計論文

前言20世紀中葉之后，生產(chǎn)力已高度發(fā)展，已經(jīng)有了高度自動化的機械設備。但由于市場的劇烈競爭，只有產(chǎn)品多樣化和不停更新?lián)Q代，才能適應人們更高的現(xiàn)代需要。1961年美國Unimation企業(yè)推出第一部實用的工業(yè)機器人，由于它適應柔性自動化規(guī)定，因而得到了很快的發(fā)展。今天的機器人已經(jīng)廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)上。機器人的廣泛應用，對人類社會的影響決不亞于蒸汽機出現(xiàn)對人類的影響，它極大提高了勞動生產(chǎn)率，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，減少了成本，還極大的減輕了人的勞動強度，改善了勞動條件，因此世界上先進國家都在努力發(fā)展機器人技術。[1]機器人是先進制造技術和自動化妝備的經(jīng)典代表，是人造機器的“終極”形式。它波及到機械、電子、自動控制、計算機、人工智能、傳感器、通訊與網(wǎng)絡等多種學科和領域，是多種高新技術發(fā)展成果的綜合集成，因此它的發(fā)展與眾多學科發(fā)展親密有關。首先，機器人在制造業(yè)應用的范圍越來越廣闊，其原則化、模塊化、網(wǎng)絡化和智能化的程度也越來越高，功能越來越強，并向著成套技術和裝備的方向發(fā)展；另首先，機器人向著非制造業(yè)應用發(fā)展以及微小型方向發(fā)展，并將服務于人類活動的各個領域。[2]

機械手在工業(yè)生產(chǎn)中的應用極為廣泛：（1）建造旋轉(zhuǎn)體零件（軸類、盤類、環(huán)類）自動線；（2）在實現(xiàn)單機自動化方面；（3）鑄、鍛、焊、熱處理等熱加工方面。尚有具有感知能力并能對感知的信息作出反應的工業(yè)機械手稱為智能機械手，它是現(xiàn)代機器人的發(fā)展方向。運用機械手或類似機械設備節(jié)省人力和實現(xiàn)生產(chǎn)合理化的規(guī)定，機械手的應用必將飛躍發(fā)展。[3]智能機器人的開發(fā)是機器人應用的全新領域。[4]工業(yè)機器人是一種提高制造業(yè)生產(chǎn)力的工具。它可以承擔那些對人類也許有危險的工作。最早的工業(yè)機器人就曾用來在核能發(fā)電廠中更換核燃料棒。工業(yè)機器人也能在裝配線上工作，如安裝印刷電路板上的電子元器件。這樣，人們就可以從這種單調(diào)的工作中解脫出來。機器人還能拆除炸彈，為傷殘人服務，為我們的社會做多種各樣的工作。[5]緒論1.1引言工業(yè)機器人誕生于20世紀60年代,在20世紀90年代得到迅速發(fā)展,是最先產(chǎn)業(yè)化的機器人技術。它是綜合了計算機、控制論、機構學、信息和傳感技術、人工智能、仿生學等多學科而形成的高新技術,是現(xiàn)代研究十分活躍、應用日益廣泛的領域。它的出現(xiàn)是為了適應制造業(yè)規(guī)?；a(chǎn),處理單調(diào)、反復的體力勞動和提高生產(chǎn)質(zhì)量而替代人工作業(yè)。在我國,工業(yè)機器人的真正使用到目前已經(jīng)靠近20數(shù)年了,已經(jīng)基本實現(xiàn)了試驗、引進到自主開發(fā)的轉(zhuǎn)變,增進了我國制造業(yè)、勘探業(yè)等行業(yè)的發(fā)展。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。在現(xiàn)代生產(chǎn)過程中，機械手被廣泛的運用于自動生產(chǎn)線中，機械人的研制和生產(chǎn)已成為高技術鄰域內(nèi)，迅速發(fā)殿起來的一門新興的技術，它愈加增進了機械手的發(fā)展，使得機械手能更好地實現(xiàn)與機械化和自動化的有機結(jié)合。機械手雖然目前還不如人手那樣靈活，但它具有能不停反復工作和勞動，不知疲勞，不怕危險，抓舉重物的力量比人手力大的特點，因此，機械手已受到許多部門的重視，并越來越廣泛地得到了應用?，F(xiàn)代柔性自動化生產(chǎn)的建立和廣泛應用，取決于作為科技進步的催化劑的機床制造、機器人技術、計算機技術、微電子技術、儀器制造等技術的加速發(fā)展。工業(yè)機器人是多品種的常常更換產(chǎn)品的生產(chǎn)過程自動化的通用手段。在機械制造中，工業(yè)機器人既有效地用于柔性生產(chǎn)系統(tǒng)構成工藝裝備的基本工序中，也有效地用于輔助操作中。工業(yè)機器人與老式自動化手段不一樣之處，首先在于它在多種生產(chǎn)功能上的通用性和重新調(diào)整的柔性。在柔性生產(chǎn)系統(tǒng)中，工業(yè)機器人廣泛應用于數(shù)控機床、鍛壓機床、鑄造機械和倉儲設備上，以完畢傳送裝備和其他操作。工業(yè)機器人和基本工藝裝備、輔助手段以及控制裝置一起形成多種不一樣形式的機器人技術綜合體—柔性生產(chǎn)系統(tǒng)基本構造模塊。

機器人是先進制造技術和自動化妝備的經(jīng)典代表，是人造機器的“終極”形式。它波及到機械、電子、自動控制、計算機、人工智能、傳感器、通訊與網(wǎng)絡等多種學科和領域，是多種高新技術發(fā)展成果的綜合集成，因此它的發(fā)展與眾多學科發(fā)展親密有關。首先，機器人在制造業(yè)應用的范圍越來越廣闊，其原則化、模塊化、網(wǎng)絡化和智能化的程度也越來越高，功能越來越強，并向著成套技術和裝備的方向發(fā)展；另首先，機器人向著非制造業(yè)應用發(fā)展以及微小型方向發(fā)展，并將服務于人類活動的各個領域。[6]

在理論上，伴隨世界經(jīng)濟和技術發(fā)展，人類活動領域的不停擴大，機器人應有正迅速向社會生產(chǎn)和生活的各個領域擴展，也從制造領域轉(zhuǎn)向非制造領域，多種各樣的機器人產(chǎn)品隨之出現(xiàn)。[7]SA700單軸伺服機械手的設計，不僅在技術上可以追蹤機器人的發(fā)展趨勢，并且還可以彌補工業(yè)機器人的應用的空白，增進我國工業(yè)機器人的技術水平的提高和產(chǎn)業(yè)化水平的發(fā)展。[8]本次設計是根據(jù)對工業(yè)三自由度機器人的總體構造及傳動系統(tǒng)的分析和探討，進行三自由度工業(yè)機器人的構造設計。關鍵在于三軸（臂）的傳動系統(tǒng)的設計以及整體的構造設計。1.2工業(yè)機器人的含義及技術概述工業(yè)機器人的定義為：一種可以自動定位控制，可反復編程的，多功能的，多自由度的操作機。工業(yè)機器人是集機械、電子、控制、計算機、傳感器、人工智能等多學科先進技術于一體的現(xiàn)代制造業(yè)重要的自動化妝備。自從1962年美國研制出世界上第一臺工業(yè)機器人以來，機器人技術及其產(chǎn)品發(fā)展很快，已成為柔性制造系統(tǒng)(FMS)、自動化工廠(FA)、計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)的自動化工具。機械手是一種能模擬人的手臂的部分動作，按預定的程序軌跡極其他規(guī)定，實現(xiàn)抓取，搬運工件或操做工具的自動化妝置。在我國由于大多數(shù)工業(yè)機器人所執(zhí)行的工作為模擬人的手臂而工作，因而一般把工業(yè)機器人稱做操作機械手。智能機器人是機器人的發(fā)展方向，它具有智能系統(tǒng)，重要是感覺裝置、視覺裝置和語言識別裝置等。具有觸覺、力覺或簡樸的視覺的工業(yè)機器人，能在較為復雜的環(huán)境下工作；如具有識別功能或更深入增長自適應、自學習功能，即成為智能型工業(yè)機器人。它能按照人給的“宏指令”自選或自編程序去適應環(huán)境，并自動完畢更為復雜的工作。1.3工業(yè)機器人的構成工業(yè)機器人一般由執(zhí)行系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和人工智能系統(tǒng)構成。如圖1-1所示。目前，具有人工智能系統(tǒng)的工業(yè)機器人即智能機器人還處在研究試驗階段。而應用于生產(chǎn)實際的多數(shù)是那些具有執(zhí)行系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的工業(yè)機器人。圖1-1機器人的一般構成要機器人像人同樣拿取東西，最簡樸的基本條件是要有一套類似于指、腕、臂、關節(jié)等部分構成的抓取和移動機構——執(zhí)行機構；像肌肉那樣使手臂運動的驅(qū)動－傳動系統(tǒng)；像大腦那樣指揮手動作的控制系統(tǒng)。這些系統(tǒng)的性能就決定了機器人的性能。對于現(xiàn)代智能機器人而言，還具有智能系統(tǒng)，重要是感覺裝置、視覺裝置和語言識別裝置等。目前研究重要集中在賦予機器人“眼睛”，使它能識別物體和規(guī)避障礙物，以及機器人的觸覺裝置。機器人的這些構成部分并不是各自獨立的，或者說并不是簡樸的疊加在一起，從而構成一種機器人的。要實現(xiàn)機器人所期望實現(xiàn)的功能，機器人的各部分之間必然還存在著互相關聯(lián)、互相影響和互相制約。它們之間的互相關系如圖1-2所示。圖1-2機器人各構成部分之間的關系機器人的機械系統(tǒng)重要由執(zhí)行機構和驅(qū)動－傳動系統(tǒng)構成。執(zhí)行機構是機器人賴以完畢工作任務的實體，一般由連桿和關節(jié)構成，由驅(qū)動－傳動系統(tǒng)提供動力，按控制系統(tǒng)的規(guī)定完畢工作任務。驅(qū)動－傳動系統(tǒng)重要包括驅(qū)動機構和傳動系統(tǒng)。驅(qū)動機構提供機器人各關節(jié)所需要的動力，傳動系統(tǒng)則將驅(qū)動力轉(zhuǎn)換為滿足機器人各關節(jié)力矩和運動所規(guī)定的驅(qū)動力或力矩。有的文獻則把機器人分為機械系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三大部分。其中的機械系統(tǒng)又叫操作機(Manipulator)，相稱于本文中的執(zhí)行機構部分。1.4工業(yè)機器人的發(fā)展及國內(nèi)外發(fā)展趨勢一、工業(yè)機器人的發(fā)展歷程早在1954年美國喬治·德沃爾初次設計出第一臺電子程序可編的工業(yè)機器人，并于1961年刊登了該項專利。1962年美國通用汽車企業(yè)投入使用，標志著第一代機器人誕生。從此機器人開始成為人類生活中的現(xiàn)實。之后日本使工業(yè)機器人得到迅速的發(fā)展。目前，日本已成為世界上工業(yè)機器人產(chǎn)量和擁有量最多的國家。

80年代，世界上生產(chǎn)技術的高度自動化和集成化，使工業(yè)機器人得以深入發(fā)展，并在這個時代起著十分重要的作用。

第一代機器人，一般指工業(yè)上大量使用的可編程機器人及遙控操作機?？删幊虣C器人可根據(jù)操作人員所編程序完畢某些簡樸反復性作業(yè)。遙控操作機制每一步動作都要靠操作人員發(fā)出。1982年，美國通用汽車企業(yè)在裝配線上為機器人裝備了視覺系統(tǒng)，從而宣布了第二代機器人—感知機器人的問世。這代機器人，帶有外部傳感器，可進行離線編程。能在傳感系統(tǒng)支持下，具有不一樣程度感知環(huán)境并自行修正程序的功能。第三代機器人為自治機器人，正在各國研制和發(fā)展。它不僅具有感知功能，還具有一定決策和規(guī)劃能力。能根據(jù)人的命令或按照所處環(huán)境自行做出決策規(guī)劃動作即按任務編程。我國機器人研究工作起步較晚，從“七五”開始國家投入資金，對工業(yè)機器及其零部件進行攻關，完畢了示教再現(xiàn)式工業(yè)機器人成套技術的開發(fā)和研制。1986年國家高技術研究發(fā)展計劃開始實行，智能機器人主題跟蹤世界機器人技術的前沿，通過幾年的研究，獲得了一大批科研成果，成功地研制出了一批特種機器人。

我國工業(yè)機器人起步于70年代初期，通過20數(shù)年的發(fā)展，大體經(jīng)歷了3個階段：70年代的萌芽期，80年代的開發(fā)期和90年代的合用化期。70年代是世界科技發(fā)展的一種里程碑：人類登上了月球，實現(xiàn)了金星、火星的軟著陸。我國也發(fā)射了人造衛(wèi)星。世界上工業(yè)機器人應用掀起一種高潮，尤其在日本發(fā)展更為迅猛，它補充了日益短缺的勞動力。在這種背景下，我國于1972年開始研制自己的工業(yè)機器人。進入80年代后，在高技術浪潮的沖擊下，伴隨改革開放的不停深入，我國機器人技術的開發(fā)與研究得到了政府的重視與支持?！捌呶濉逼陂g，國家投入資金，對工業(yè)機器人及其零部件進行攻關，完畢了示教再現(xiàn)式工業(yè)機器人成套技術的開發(fā)，研制出了噴涂、點焊、弧焊和搬運機器人。1986年國家高技術研究發(fā)展計劃（863計劃）開始實行，智能機器人主題跟蹤世界機器人技術的前沿，通過幾年的研究，獲得了一大批科研成果，成功地研制出了一批特種機器人。從90年代初期起，中國的國民經(jīng)濟進入實現(xiàn)兩個主線轉(zhuǎn)變時期，掀起了新一輪的經(jīng)濟體制改革和技術進步熱潮，我國的工業(yè)機器人又在實踐中前進一大步，先后研制出了點焊、弧焊、裝配、噴漆、切割、搬運、包裝碼垛等多種用途的工業(yè)機器人，并實行了一批機器人應用工程，形成了一批機器人產(chǎn)業(yè)化基地，為我國機器人產(chǎn)業(yè)的騰飛奠定了基礎。中國工業(yè)機器人通過“七五”攻關計劃、“九五”攻關計劃和863計劃的支持已經(jīng)獲得了較大進展,工業(yè)機器人市場也已經(jīng)成熟,應用上已經(jīng)遍及各行各業(yè)。雖然中國的工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)在不停的進步中，但和國際同行相比，差距仍舊明顯。從市場擁有率來說，更無法相提并論。工業(yè)機器人諸多關鍵技術，目前我們尚未掌握，這是影響我國機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一種重要瓶頸。我國未來工業(yè)機器人技術發(fā)展的重點有:第一,危險、惡劣環(huán)境作業(yè)機器人:重要有防暴、高壓帶電打掃、星球檢測、油汽管道等機器人;第二,醫(yī)用機器人:重要有腦外科手術輔助機器人,遙控操作輔助正骨等;第三,仿生機器人:重要有移動機器人,網(wǎng)絡遙控操作機器人等。其發(fā)展趨勢是智能化、低成本、高可靠性和易于集成。二、工業(yè)機器人在工業(yè)、生產(chǎn)中的應用

工業(yè)機器人在工業(yè)生產(chǎn)中能替代人做某些單調(diào)、頻繁和反復的長時間作業(yè)，或是危險惡劣環(huán)境下的作業(yè)，例如在沖壓、壓力鑄造、熱處理、焊接、涂裝、塑料制品成形、機械加工、金屬制品業(yè)和簡樸裝配等工序上，以及在原子能工業(yè)等部門中，完畢對人體有害物料的搬運或工藝操作。在日、美、西歐等某些工業(yè)發(fā)達的國家中，工業(yè)機器人得到越來越廣泛的應用。三、工業(yè)機器人在其他領域中的應用

伴隨科技的發(fā)展，機器人功能和性能的不停改善和提高，機器人的應用領域日益在擴大，其應用范圍已不限于工業(yè)，還用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)、交通運送業(yè)、原子能工業(yè)、醫(yī)療、福利事業(yè)、海洋和深空探測等事業(yè)中。四、工業(yè)機器人的發(fā)展趨勢

機器人是先進制造技術和自動化妝備的經(jīng)典代表，是人造機器的“終極”形式。它波及到機械、電子、自動控制、計算機、人工智能、傳感器、通訊與網(wǎng)絡等多種學科和領域，是多種高新技術發(fā)展成果的綜合集成，因此它的發(fā)展與眾多學科發(fā)展親密有關。當今工業(yè)機器人的發(fā)展趨勢重要有：

（一）工業(yè)機器人性能不停提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修），而單機價格不停下降。

（二）機械構造向模塊化可重構化發(fā)展。例如關節(jié)模塊中的伺服電機、減速機、檢測系統(tǒng)三位一體化；有關節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構造機器人。

（三）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，便于原則化，網(wǎng)絡化；器件集成度提高，控制柜日漸小巧，采用模塊化構造，大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。

（四）機器人中的傳感器作用日益重要，除采用老式的位置、速度、加速度等傳感器外，視覺、力覺、聲覺、觸覺等多傳感器的融合技術在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已經(jīng)有成熟應用。

（五）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用的領域。

總體趨勢是，從狹義的機器人概念向廣義的機器人技術概念轉(zhuǎn)移，從工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)向處理方案業(yè)務的機器人技術產(chǎn)業(yè)發(fā)展。機器人技術的內(nèi)涵已變?yōu)殪`活應用機器人技術的、具有實際動作功能的智能化系統(tǒng)。機器人構造越來越機靈，控制系統(tǒng)愈來愈小，其智能也越來越高，并正朝著一體化方向發(fā)展。五、我國工業(yè)機器人發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)與前景自從20世紀60年代人類制造了第一臺工業(yè)機器人以來，機器人就顯示出了極強的生命力。通過40年的飛速發(fā)展，在工業(yè)發(fā)達國家，機器人已經(jīng)廣泛應用于汽車工業(yè)、機械加工行業(yè)、電子電氣行業(yè)、橡膠及塑料工業(yè)、食品工業(yè)、物流、制造業(yè)等諸多領域中。盡管如此，我國工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)化卻存在著巨大的問題。除了眾多歷史原因?qū)е轮圃鞓I(yè)水平低下的原因外，更多的是對工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)的認識和定位上存在著不一樣觀點。首先，我國基礎零部件制造能力差。雖然我國在有關零部件方面有了一定的基礎，不過無論從質(zhì)量、產(chǎn)品系列全面，還是批量化供應方面都與國外存在較大的差距。尤其是在高性能交流伺服電機和精密減速器方面的差距尤其明顯，因此導致關鍵零部件的進口，影響了我國機器人的價格競爭力。第二，中國的機器人還沒有形成自己的品牌。雖然已經(jīng)擁有一批企業(yè)從事機器人的開發(fā)，不過都沒有形成較大的規(guī)模，缺乏市場的品牌認知度，在機器人市場方面一直面臨國外機器人品牌的打壓。國外機器人作為成熟的產(chǎn)業(yè)采用整機降價，吸引國內(nèi)企業(yè)購置，而在后續(xù)的維護備件費用很高的方略，逐漸占領中國市場。第三，國家認識不到位，在鼓勵工業(yè)機器人產(chǎn)品方面的政策少。工業(yè)機器人的制造及應用水平，代表了一種國家的制造業(yè)水平，我們必須從國家高度認識發(fā)展中國工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)的重要性，這是我國從制造大國向制造強國轉(zhuǎn)變的重要手段和途徑。第二章工業(yè)機器人的設計機器人應用領域廣泛，包括建筑、醫(yī)療、采礦、核能、農(nóng)牧漁業(yè)、航空航天、水下作業(yè)、救火、環(huán)境衛(wèi)生、教育、娛樂、辦公、家用、軍用等方面，工業(yè)機器人在國內(nèi)重要應用于危險、有毒、有害的工作環(huán)境以及產(chǎn)品質(zhì)量規(guī)定高（超潔、同一性）的反復性作業(yè)場所，如焊接、噴涂上下料、插件、防爆等。2.1機械手的設計措施機械手是一種能模擬人的手臂的部分動作，按預定的程序軌跡極其他規(guī)定，實現(xiàn)抓取，搬運工件或操做工具的自動化妝置。在我國由于大多數(shù)工業(yè)機器人所執(zhí)行的工作為模擬人的手臂而工作，因而一般把工業(yè)機器人稱做操作機械手。機械手的特點：

（1）對環(huán)境的適應性強能替代人從事危險，有害的工作。在長時間工作對人體有害的場所，機械手不受影響，只要根據(jù)工作環(huán)境進行合理的設計，選擇合適的材料和構造，機械手就可以在異常高溫或低溫，異常壓力和有害氣體，粉塵，放射線作用下，以及沖壓，滅等危險環(huán)境中勝任工作。

（2）機械手能持久，耐勞，可以把人從繁重單調(diào)的勞動中解放出來，并能擴大和延伸人的功能。

（3）由于機械手的動作精確，因此可以穩(wěn)定和提高產(chǎn)品的質(zhì)量，同步又可以防止人為的操作錯誤。

（4）機械手特點是通過用工業(yè)機械手的通用性，靈活性好，能很好的適應產(chǎn)品的不停變化，以滿足柔性生產(chǎn)的需要。2.1.1機械手的選擇與分析為實現(xiàn)機器人的末端執(zhí)行器在空間的位置而提供的3個自由度，可以有不一樣的運動組合，一般可以將其設計成圓柱坐標型、直角坐標型、球坐標型、關節(jié)型、平面關節(jié)型五種形式。

直角坐標型直角坐標型機器人，其運動部分的三個互相垂直的直線構成，其工作空間為長方體，它在各個軸向的移動距離可在坐標軸上直接讀出，直觀性強，易于位置和姿態(tài)的編程計算，定位精度高，構造簡樸，但機體所占空間大，靈活性較差。

根據(jù)本次設計的規(guī)定，三軸同步可以模擬操作員取出動作，并可以沿著規(guī)定途徑持續(xù)運動，因此選擇直角坐標型。2.1.2直角坐標機器人的設計措施(一)直角坐標機器人概念：工業(yè)應用中，可以實現(xiàn)自動控制的、可反復編程的、多功能的、多自由度的、運動自由度建成空間直角關系、多用途的操作機。他可以搬運物體、操作工具，以完畢多種作業(yè)。有關機器人的定義伴隨科技的不停發(fā)展，在不停的完善，直角坐標機器人作為機器人的一種，其含義也在不停的完善中。圖2-2經(jīng)典直角坐標機器人（二）直角坐標機器人的特點：1、自由度運動，每個運動自由度之間的空間夾角為直角；2、自動控制的，可反復編程，所有的運動均按程序運行；3、一般由控制系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、機械系統(tǒng)、操作工具等構成。4、靈活，多功能，因操作工具的不一樣功能也不一樣。5、高可靠性、高速度、高精度。6、可用于惡劣的環(huán)境，可長期工作，便于操作維修。（三）直角坐標機器人的應用：因末端操作工具的不一樣，直角坐標機器人可以非常以便的用作多種自動化設備，完畢如焊接、搬運、上下料、包裝、碼垛、拆垛、檢測、探傷、分類、裝配、貼標、噴碼、打碼、（軟仿型）噴涂、目的跟隨、排爆等一系列工作。尤其合用于多品種、便批量的柔性化作業(yè)，對于穩(wěn)定提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高勞動生產(chǎn)率，改善勞動條件和產(chǎn)品的迅速更新?lián)Q代起著十分重要的作用。圖2-3直角坐標機器人的應用伴隨直角坐標機器人的應用越來越廣泛，直角坐標機器人的設計工作日益顯得重要。成功的設計一臺直角坐標機器人波及到諸多方面的工作，包括機械構造、動力驅(qū)動、伺服控制等等。（四）機器人設計特點：

1、機器人的設計是一種復雜的工作，工作量很大，波及的知識面諸多，往往需要多人完畢。

2、機器人設計是面向客戶的設計，不是閉門造車。設計者需要常常和顧客在一起，不停分析顧客規(guī)定，尋求處理方案。

3、機器人設計是面向加工的設計，再好的設計，假如工廠不能加工出產(chǎn)品，設計也是失敗的，設計者需要掌握大量的加工工藝及加工手段。

4、機器人設計是一種不停完善的過程。（五）機器人設計流程：

1、使用規(guī)定的分析：每一種機器人都是根據(jù)特定的規(guī)定的產(chǎn)生而設計的，設計的第一步就是要將使用規(guī)定分析清晰，確定設計時需要考慮的參數(shù)，包括：機器人的定位精度，反復定位精度；

機器人的負載大小，負載特性；

機器人運動的自由度數(shù)量，每自由度的運動行程；

機器人的工作周期或運動速度，加減速特性；

機器人的運動軌跡，動作的關聯(lián)；

機器人的工作環(huán)境、安裝方式；

機器人的運行工作制、運行壽命；

其他特殊規(guī)定；

2、機械模型初建：機器人從機械構造分大體可分為龍門構造、壁掛構造，垂掛構造，根據(jù)安裝空間的規(guī)定選擇不一樣的構造，每種構造的力學特性、運動特性都是不一樣樣的。后續(xù)的設計必須是基于一種確定的構造。圖2-4機器人的基本構造圖運動性能計算：有關該性能的參數(shù)有：

平均速度：V=S/t最大速度：Vmax=at

加速度/減速度：a=F/m

其中：S為運動行程

t為定位運動時間

F加速時的驅(qū)動力

M運動物體質(zhì)量和

4、力學特性分析

一種機器人是由許多定位單元構成的，每根定位系統(tǒng)都要分析。需要分析的項目如下：圖2-5力學分析圖水平推力Fx

正壓力Fz

側(cè)壓力Fy

Mx、My、Mz

5、機械強度校核：

每個定位單元，每個梁都要進行校核，尤其雙端支撐梁和懸臂梁。

1）撓度變形計算圖2-6撓度變形圖F：負載（N）；

L：定位單元長度（mm）；

E：材料彈性模量；

I：材料截面慣性矩(mm4)；

f：撓度形變（mm）

注意：在計算撓度形變時，梁的自重產(chǎn)生的變形不能忽視，梁的自重按均布載荷計算。

以上公式計算的是靜態(tài)形變，實際應用中，由于機器人一直處在運動狀態(tài)，必須計算加速力產(chǎn)生的形變，形變直接影響機器人的運行精度。

2）扭轉(zhuǎn)形變計算：

當一根梁的一端固定，另一端施加一種繞軸扭矩后，將產(chǎn)生扭曲變形。實際應用中產(chǎn)生該形變的原因一般是負載偏心或有繞軸加速旋轉(zhuǎn)的物體存在。驅(qū)動元件選擇

常用的驅(qū)動系統(tǒng)有：交流/直流伺服電機驅(qū)動系統(tǒng)、步進電機驅(qū)動系統(tǒng)、直線伺服電機/直線步進電機驅(qū)動系統(tǒng)。

每一種驅(qū)動系統(tǒng)都由電機和驅(qū)動器兩部分構成。驅(qū)動器的作用是將弱電信號放大，將其加載在驅(qū)動電機的強電上，驅(qū)動電機。電機則是將電信號轉(zhuǎn)化成精確的速度及角位移。需要計算的項目如下：

電機功率：

電機扭矩：

電機轉(zhuǎn)速：

減速機減速比

電機慣量/負載慣量的匹配關系

圖2-7扭轉(zhuǎn)力矩分析圖

7、機械構造設計

在完畢了前面六項工作后，一種直角坐標機器人定位系統(tǒng)的雛形就已經(jīng)在設計者的頭腦中形成了，接下來的工作就是將雛形畫成工程圖，以便生產(chǎn)。機器人的運動軌跡具有不確定性，靈活多變，往往在一種位置不存在位置干涉，但到下一種位置就干涉了。

8、設備壽命校核

機械構造設計完畢后，要對整臺設備進行壽命計算，關鍵元件的壽命到要計算，如機器人軌道的壽命，減速機的壽命，伺服電機的壽命等。

機器人的運行壽命與運行速度、負載大小、構造形式、工作環(huán)境、工作制等有關。

假如發(fā)現(xiàn)機器人的運行壽命太短，需要重新調(diào)整設計。

以上為一種機器人機械構造部分的設計措施，至于控制系統(tǒng)部分這里不加闡明。2.2機械手的構造設計2.2.1機器人的總體設計(一)主體構造設計工業(yè)機器人主體構造設計的重要問題是選擇由連桿件和運動副構成的坐標形式。本次設計的三軸伺服驅(qū)動機器人的坐標形式是直角坐標式機器人，重要完畢3軸可以同步模擬操作員取出動作，能持續(xù)運動并有C軸水平旋轉(zhuǎn)功能。（二）傳動方式傳動方式選擇是指選擇驅(qū)動源及傳動裝置與關節(jié)部件的連接形式和驅(qū)動形式，重要包括：（1）直接連接傳動：驅(qū)動源或帶有機械傳動裝置直接與關節(jié)相連。（2）遠距離連接傳動：驅(qū)動源通過遠距離機械傳動后與關節(jié)相連。（3）間接驅(qū)動：驅(qū)動源經(jīng)一種速比遠不小于1的機械裝置與關節(jié)相連。（4）直接傳動：驅(qū)動源不通過中間環(huán)節(jié)或通過一種速比等于1的機械傳動這樣的中間環(huán)節(jié)與關節(jié)相連。（三）模塊化構造設計模塊化機器人是有某些原則化、系列化的模塊件通過具有特殊功能的結(jié)合部用積木拼接的方式構成一種工業(yè)機器人系統(tǒng)。模塊化設計是指基本模塊設計和結(jié)合部設計。模塊化工業(yè)機器人重要的特點是：經(jīng)濟性、靈活性。（四）材料的選擇與一般機械設備相比，機器人構造的動力特性是十分重要的，這是材料選擇的出發(fā)點。材料選擇的基本規(guī)定是：強度高、彈性模量大、重量輕、阻尼大、材料價格低。2.2.2機械手的傳動部件設計傳動部件是驅(qū)動源和機器人各個關節(jié)連接的橋梁，是工業(yè)機器人的重要部件。機器人的運動速度、加速度（減速度）特性、運動平穩(wěn)性、精度、承載能力很大程度上是取決于傳動部件設計的合理性和優(yōu)劣。因此，關節(jié)傳動部件的設計是工業(yè)機器人設計的關鍵之一。1）移動關節(jié)導軌工業(yè)機器人對移動導軌的規(guī)定移動關節(jié)導軌的目的是在運動過程中保證位置精度和導向,對移動導軌有如下規(guī)定:間隙小或者能消除間隙；再垂直于運動方向上的剛度高；摩擦系數(shù)低并不隨速度變化;高阻尼；移動導軌和其輔助元件尺寸小、慣量低。移動關節(jié)導軌重要分類：一般滑動導軌、液壓動壓滑動導軌、液壓靜壓滑動導軌、氣浮導軌和滾動導軌。上面簡介的導軌中，前兩種具有成果構造簡樸、成本低的特點，不過必須有間隙以便潤滑，不過間隙的存在又將會引起坐標的變化和有效負載的變化，在低速時候輕易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。第三種靜壓滑動導軌構造能產(chǎn)生預載荷，能完全消除間隙，具有高剛度、低摩擦、高阻尼等長處，不過它需要單獨的液壓系統(tǒng)和回收潤滑油的機構。第四種氣浮導軌不需要回收潤滑油的機構，不過剛度和阻尼較低。第五種滾動導軌在工業(yè)機器人導軌種用的是最廣泛，具有諸多的長處:1摩擦小,尤其是不隨速度變化;2尺寸小;3剛度高承載能力大;4精度和精度保持度高;5潤滑簡樸;6輕易制導致原則件;7易加預載，消除間隙，增長剛度等等。不過,滾動導軌用在機器人機械系統(tǒng)也存在著缺陷:1阻尼低;2對臟物比較敏感.2）傳動件的定位及消隙傳動件的定位重要有：電氣開關定位機械擋塊定位伺服定位系統(tǒng)定位傳動件的消隙重要有：消隙齒輪柔性齒輪消隙對稱傳動消隙偏心機構消隙齒廓彈性覆層消隙2.2.3機械手的臂部設計工業(yè)機器人臂部設計的基本規(guī)定：1、剛度高。為了防止臂部在運動過程中產(chǎn)生過大的變形，手臂的截面形狀要合理選擇。工字形截面彎曲剛度一般比截面大；空心管的彎曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度都比實心軸大得多，因此常用鋼管作臂桿及導向桿，用工字鋼和槽鋼作支撐板。2、導向性好。為防止手臂在直線運動中，沿運動軸線發(fā)生相對轉(zhuǎn)動，或設置導向裝置，或設計方形，花鍵等形式的臂桿。3、重量輕。為提高機器人的運動速度，要盡量減小臂部運動部分的重量，以減小整個手臂對回轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動慣量。4、運動平穩(wěn)定位精度高。除了臂部設計上規(guī)定力爭構造緊湊，重量輕外，同步要采用一定形式的緩沖措施。常用的臂部構造有：1、手部直線運動機構；機器人手臂的伸縮，橫向移動均屬于直線運動。實現(xiàn)手臂往復直線運動的機構形式比較多，常用的有活塞油（氣）缸，齒輪齒條機構，絲杠螺母機構以及連桿機構等。由于活塞（氣）缸的體積小，重量輕，因而在機器人構造中應用的比較多。2、手臂回轉(zhuǎn)運動機構實現(xiàn)機器人手臂回轉(zhuǎn)運動的機構形式是多樣的，常用的有葉片式回轉(zhuǎn)缸，齒輪傳動機構，鏈輪傳動機構，活塞缸和連桿機構等。2.3SC900三軸伺服驅(qū)動機器人機構的特點1、完美的重現(xiàn)性和定位精度。SC900三軸伺服驅(qū)動機器人機構采用先進的高精度的重要機構部件。三軸采用最先進的伺服馬達和最高等級低背隙減速機。2、具有高剛性，高精度，防塵防落物，經(jīng)濟耐用等特點，并且構造緊湊輕巧，運動響應快，速度高?？梢蕴峁┒喾N組合方式，裝配和維護簡樸，操作輕易。3、三軸運動采用最先進的伺服馬達和最高等級低背隙的減速機（展現(xiàn)出完美的重現(xiàn)性與定位精度）三軸運動的傳動皆采用高剛性的齒輪加齒排的機構。第三章工業(yè)機器人的運動系統(tǒng)分析3.1工業(yè)機器人的運動系統(tǒng)分析3.1.1機器人的運動概述工業(yè)機器人的運動，可從工業(yè)機器人的自由度，工作空間和機械構造類型等三方面來討論。1、工業(yè)機器人的運動自由度所謂機器人的運動自由度是指確定一種機器人操作位置時所需要的獨立運動參數(shù)的數(shù)目，它是表達機器人動作靈活程度的參數(shù)。本設計的工業(yè)機器人具有轉(zhuǎn)動副和移動副兩種運動副，具有Y軸手臂垂直伸降運動，C軸水平旋轉(zhuǎn)運動，X軸和Z軸往復運動三自由度。2、機器人的工作空間和機械構造類型工作空間工作空間是指機器人正常運行時，手部參照點能在空間活動的最大范圍，是機器人的重要技術參數(shù)。本次設計所用的Apexrobot技術參數(shù)及Apexrobot機構圖如下：（2）機械構造類型直角坐標型機器人為本設計所采用方案，這種運動形式是自由度運動，每個運動之間都是直角關系，共三個自由度構成的運動系統(tǒng)，工作空間是垂直的。它是自動控制的，可以通過編程使各部分協(xié)調(diào)運動，這種機器人運動靈活，有高可靠性、高速度和高精度。同步它們還可以在惡劣環(huán)境下工作，可長期工作，便于操作與維修。3.2工業(yè)機器人運動控制3.1.2機器人的驅(qū)動方式機器人驅(qū)動分為液壓,氣動和電動三種形式.1、液壓驅(qū)動分類:從運動形式來分分為直線驅(qū)動如直線運動液壓缸和旋轉(zhuǎn)驅(qū)動如液壓馬達,擺動液壓缸.從控制水平的高下來分分為開環(huán)控制液壓系統(tǒng)和閉環(huán)控制液壓系統(tǒng).合用范圍:液壓系統(tǒng)具有較大的功率體積比,適合于大負載的情形.液壓驅(qū)動的本質(zhì)長處在于它的安全性.2、氣壓驅(qū)動:分類:直線氣缸,擺動汽缸及旋轉(zhuǎn)氣動馬達.合用范圍:適合于節(jié)拍快,負載小且精度規(guī)定不高的場所(由于空氣具有可壓縮性).3、電力驅(qū)動:分類:按照電機的工作原理不一樣分為步進電機,直流伺服電機,無刷電機等.按照控制水平的高下來分分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng).合用范圍:適合于中等負載,尤其適合于動作復雜,運動軌跡嚴格的各類機器人.對驅(qū)動裝置的規(guī)定驅(qū)動裝置的質(zhì)量盡量要輕.單位質(zhì)量的輸出功率要高,效率高.反應速度要快.規(guī)定力質(zhì)量比和力矩轉(zhuǎn)動慣量比要大.動作平滑,不產(chǎn)生沖擊.控制靈活,位移偏差和速度偏差小.安全可靠.操作維修以便等.一般狀況下機器人驅(qū)動系統(tǒng)的選擇是物料搬運用有限點位控制的程序控制機器人，重負載用液壓驅(qū)動，中等載荷可選用電動驅(qū)動系統(tǒng)，輕載荷可選用氣動驅(qū)動系統(tǒng)。沖壓機器人多用氣動驅(qū)動系統(tǒng)。

電動驅(qū)動伴隨低慣量、直流伺服電機及配套的伺服驅(qū)動器的廣泛采用，這種驅(qū)動系統(tǒng)被大量選用。本次設計所采用的驅(qū)動方式有兩種。其中X軸和Y軸是使用電機來提供動力,電動機經(jīng)減速器帶動齒輪轉(zhuǎn)動，齒輪帶動齒條分派各軸直線移動；此外Z方向是通過直線氣缸直接驅(qū)動Z軸工作臺的運動。

SC900三軸伺服驅(qū)動機器人經(jīng)典零件的設計4.1伺服電機的選擇伺服電機是在伺服系統(tǒng)中控制機械元件運轉(zhuǎn)的發(fā)動機，是可以持續(xù)旋轉(zhuǎn)的電－機械轉(zhuǎn)換器。伺服電機可使控制速度，位置精度非常精確。交流伺服電機是無刷電機，分為同步和異步電機，伺服電機可使控制速度，位置精度非常精確。重要長處有：1、精度：實現(xiàn)了位置，速度和力矩的閉環(huán)控制；克服了步進電機失步的問題；2、轉(zhuǎn)速：高速性能好，一般額定轉(zhuǎn)速能到達～3000轉(zhuǎn)；3、適應性：抗過載能力強，能承受三倍于額定轉(zhuǎn)矩的負載，對有瞬間負載波動和規(guī)定迅速起動的場所尤其合用；4、穩(wěn)定：低速運行平穩(wěn)，合用于有高速響應規(guī)定的場所；5、及時性：電機加減速的動態(tài)對應時間短，一般在幾十毫秒之內(nèi)；6、舒適性：發(fā)熱和噪音明顯減少。伺服電機的應用領域諸多。只要是要有動力源的，并且對精度有規(guī)定的一般都也許波及到伺服電機。如機床、印刷設備、包裝設備、紡織設備、激光加工設備、機器人、自動化生產(chǎn)線等對工藝精度、加工效率和工作可靠性等規(guī)定相對較高的設備。根據(jù)以上所述的伺服電機的特點及應用場所，本次設計采用了交流伺服電機可以滿足設計規(guī)定。這種電機受工藝限制，很難做到很大的功率，十幾Kw以上的同步伺服電機價格很貴，故多采用交流異步伺服電機。本次所采用的是110ST-M型號的交流伺服電機，其外形及有關尺寸如下圖所選的110ST-M4010型號的交流伺服電機的有關技術數(shù)據(jù)如表4-1表4-11、一般伺服電機選擇考慮的問題

（1）電機的最高轉(zhuǎn)速

電機選擇首先根據(jù)機械手迅速行程速度。迅速行程的電機轉(zhuǎn)速應嚴格控制在電機的額定轉(zhuǎn)速之內(nèi)。

式中，為電機的額定轉(zhuǎn)速（rpm）；n為迅速行程時電機的轉(zhuǎn)速（rpm）；為直線運行速度（m/min）；u為系統(tǒng)傳動比，u=n電機/n絲杠；絲杠導程（mm）。（2）慣量匹配問題及計算負載慣量

為了保證足夠的角加速度使系統(tǒng)反應敏捷和滿足系統(tǒng)的穩(wěn)定性規(guī)定,負載慣量應限制在2.5倍電機慣量之內(nèi)，即<2.5jm。

式中，Jj為各轉(zhuǎn)動件的轉(zhuǎn)動慣量，kg.m2；wj為各轉(zhuǎn)動件角速度，rad/min；mj為各移動件的質(zhì)量，kg；vj為各移動件的速度，m/min；w為伺服電機的角速度，rad/min。

（3）空載加速轉(zhuǎn)矩

空載加速轉(zhuǎn)矩發(fā)生在執(zhí)行部件從靜止以階躍指令加速到迅速時。一般應限定在變頻驅(qū)動系統(tǒng)最大輸出轉(zhuǎn)矩的80%以內(nèi)。

式中,為與電機匹配的變頻驅(qū)動系統(tǒng)的最大輸出轉(zhuǎn)矩（N.m）；為空載時加速轉(zhuǎn)矩（N.m）；為迅速行程時轉(zhuǎn)換到電機軸上的載荷轉(zhuǎn)矩（N.m）；為迅速行程時加減速時間常數(shù)（ms）。

（4）切削負載轉(zhuǎn)矩

在正常工作狀態(tài)下，切削負載轉(zhuǎn)矩Tms不超過電機額定轉(zhuǎn)矩TMs的80%。

式中，為最大切削轉(zhuǎn)矩（N.m）；D為最大負載比。

（5）持續(xù)過載時間

持續(xù)過載時間應限制在電機規(guī)定過載時間之內(nèi)。4.2減速機的選擇在選好電機后，為了增大扭矩和速比，一般在電機后接上減速機，這樣也能提高整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性?？梢约僭O電機與減速機是通過鍵連接來傳遞運動的，可以通過已經(jīng)選好的電機的型號、功率、轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速選擇合適的減速機。選擇Apexrobot中的AB系列的減速機，其中的AB142P系列減速機適合與之前所選的電機相匹配。其外形及有關尺寸如圖4-2：圖4-24.3齒輪齒條的選擇如上所述，采用電機驅(qū)動，由于本次設計是直角坐標機器人機構設計，需要三軸直線運動。故采用齒輪齒條傳動將電機的選擇運動轉(zhuǎn)變成齒條的直線運動。齒輪齒條傳動具有傳動比精確，傳動效率高的長處，并且它們的構造緊湊，工作可靠，使用壽命也很長。齒輪齒條傳動時使用最普遍的一種傳動方式。假設所選齒輪的參數(shù)如下：原則直齒圓柱齒輪模數(shù)m=3.5（m是決定齒輪尺寸的基本參數(shù)，已原則化）齒數(shù)Z=42由于所選為原則齒輪，故壓力角變位系數(shù)齒頂高系數(shù)齒頂隙系數(shù)齒頂過渡圓角半徑0齒根過渡圓角半徑1.14有效齒輪42精度0.01有效齒起始角0。如下是齒輪的設計匯報。漸開線圓柱齒輪傳動設計匯報設計信息設計者Name=hsy設計單位Comp=njit設計日期Date=-5-31設計時間Time=16:22:41二、設計參數(shù)傳遞功率P=7.50(kW)傳遞轉(zhuǎn)矩T=49.05(N·m)齒輪1轉(zhuǎn)速n1=1460(r/min)齒輪2轉(zhuǎn)速n2=500(r/min)傳動比i=2.92原動機載荷特性SF=輕微振動工作機載荷特性WF=均勻平穩(wěn)預定壽命H=10000(小時)三、布置與構造構造形式ConS=開式齒輪1布置形式ConS1=對稱布置齒輪2布置形式ConS2=對稱布置四、材料及熱處理齒面嚙合類型GFace=軟齒面熱處理質(zhì)量級別Q=ML齒輪1材料及熱處理Met1=34CrNi3Mo<調(diào)質(zhì)>齒輪1硬度取值范圍HBSP1=269～341齒輪1硬度HBS1=305齒輪1材料類別MetN1=0齒輪1極限應力類別MetType1=5齒輪2材料及熱處理Met2=45<正火>齒輪2硬度取值范圍HBSP2=162～217齒輪2硬度HBS2=190齒輪2材料類別MetN2=0齒輪2極限應力類別MetType2=7五、齒輪精度齒輪1第Ⅰ組精度JD11=7齒輪1第Ⅱ組精度JD12=7齒輪1第Ⅲ組精度JD13=7齒輪1齒厚上偏差JDU1=F齒輪1齒厚下偏差JDD1=L齒輪2第Ⅰ組精度JD21=7齒輪2第Ⅱ組精度JD22=7齒輪2第Ⅲ組精度JD23=7齒輪2齒厚上偏差JDU2=F齒輪2齒厚下偏差JDD2=L六、齒輪基本參數(shù)模數(shù)(法面模數(shù))Mn=3.5(2)(mm)端面模數(shù)Mt=3.50000(mm)螺旋角β=0.000000(度)基圓柱螺旋角βb=0.0000000(度)齒輪1齒數(shù)Z1=42齒輪1變位系數(shù)X1=0.00齒輪1齒寬B1=40(mm)齒輪1齒寬系數(shù)Φd1=0.272齒輪2齒數(shù)Z2=123齒輪2變位系數(shù)X2=0.00齒輪2齒寬B2=40(mm)齒輪2齒寬系數(shù)Φd2=0.093總變位系數(shù)Xsum=0.000原則中心距A0=288.75000(mm)實際中心距A=288.75000(mm)中心距變動系數(shù)yt=0.00000齒高變動系數(shù)△yt=0.00000齒數(shù)比U=2.92857端面重疊度εα=1.79833縱向重疊度εβ=0.00000總重疊度ε=1.79833齒輪1分度圓直徑d1=147.00000(mm)齒輪1齒頂圓直徑da1=154.00000(mm)齒輪1齒根圓直徑df1=138.25000(mm)齒輪1基圓直徑db1=138.13482(mm)齒輪1齒頂高ha1=3.50000(mm)齒輪1齒根高hf1=4.37500(mm)齒輪1全齒高h1=7.87500(mm)齒輪1齒頂壓力角αat1=26.236191(度)齒輪2分度圓直徑d2=430.50000(mm)齒輪2齒頂圓直徑da2=437.50000(mm)齒輪2齒根圓直徑df2=421.75000(mm)齒輪2基圓直徑db2=404.53767(mm)齒輪2齒頂高ha2=3.50000(mm)齒輪2齒根高hf2=4.37500(mm)齒輪2全齒高h2=7.87500(mm)齒輪2齒頂壓力角αat2=22.383229(度)齒輪1分度圓弦齒厚sh1=5.49651(mm)齒輪1分度圓弦齒高hh1=3.55140(mm)齒輪1固定弦齒厚sch1=4.85467(mm)齒輪1固定弦齒高hch1=2.61645(mm)齒輪1公法線跨齒數(shù)K1=5齒輪1公法線長度Wk1=48.55488(mm)齒輪2分度圓弦齒厚sh2=5.49764(mm)齒輪2分度圓弦齒高hh2=3.51755(mm)齒輪2固定弦齒厚sch2=4.85467(mm)齒輪2固定弦齒高hch2=2.61645(mm)齒輪2公法線跨齒數(shù)K2=14齒輪2公法線長度Wk2=145.51759(mm)齒頂高系數(shù)ha*=1.00頂隙系數(shù)c*=0.25壓力角α*=20(度)端面齒頂高系數(shù)ha*t=1.00000端面頂隙系數(shù)c*t=0.25000端面壓力角α*t=20.0000000(度)端面嚙合角αt'=20.0000001(度)七、檢查項目參數(shù)齒輪1齒距累積公差Fp1=0.06294齒輪1齒圈徑向跳動公差Fr1=0.04566齒輪1公法線長度變動公差Fw1=0.03419齒輪1齒距極限偏差fpt(±)1=0.01708齒輪1齒形公差ff1=0.01334齒輪1一齒切向綜合公差fi'1=0.01825齒輪1一齒徑向綜合公差fi''1=0.02416齒輪1齒向公差Fβ1=0.01421齒輪1切向綜合公差Fi'1=0.07628齒輪1徑向綜合公差Fi''1=0.06393齒輪1基節(jié)極限偏差fpb(±)1=0.01605齒輪1螺旋線波度公差ffβ1=0.01825齒輪1軸向齒距極限偏差Fpx(±)1=0.01421齒輪1齒向公差Fb1=0.01421齒輪1x方向軸向平行度公差fx1=0.01421齒輪1y方向軸向平行度公差fy1=0.00710齒輪1齒厚上偏差Eup1=-0.06831齒輪1齒厚下偏差Edn1=-0.27325齒輪2齒距累積公差Fp2=0.10132齒輪2齒圈徑向跳動公差Fr2=0.06257齒輪2公法線長度變動公差Fw2=0.04471齒輪2齒距極限偏差fpt(±)2=0.01902齒輪2齒形公差ff2=0.01688齒輪2一齒切向綜合公差fi'2=0.02154齒輪2一齒徑向綜合公差fi''2=0.02686齒輪2齒向公差Fβ2=0.00630齒輪2切向綜合公差Fi'2=0.11820齒輪2徑向綜合公差Fi''2=0.08759齒輪2基節(jié)極限偏差fpb(±)2=0.01787齒輪2螺旋線波度公差ffβ2=0.02154齒輪2軸向齒距極限偏差Fpx(±)2=0.00630齒輪2齒向公差Fb2=0.00630齒輪2x方向軸向平行度公差fx2=0.00630齒輪2y方向軸向平行度公差fy2=0.00315齒輪2齒厚上偏差Eup2=-0.07607齒輪2齒厚下偏差Edn2=-0.30429中心距極限偏差fa(±)=0.03868八、強度校核數(shù)據(jù)齒輪1接觸強度極限應力σHlim1=594.4(MPa)齒輪1抗彎疲勞基本值σFE1=465.6(MPa)齒輪1接觸疲勞強度許用值[σH]1=0.0(MPa)齒輪1彎曲疲勞強度許用值[σF]1=0.0(MPa)齒輪2接觸強度極限應力σHlim2=427.1(MPa)齒輪2抗彎疲勞基本值σFE2=311.1(MPa)齒輪2接觸疲勞強度許用值[σH]2=0.0(MPa)齒輪2彎曲疲勞強度許用值[σF]2=0.0(MPa)接觸強度用安全系數(shù)SHmin=1.00彎曲強度用安全系數(shù)SFmin=1.40接觸強度計算應力σH=0.0(MPa)接觸疲勞強度校核σH≤[σH]=滿足齒輪1彎曲疲勞強度計算應力σF1=0.0(MPa)齒輪2彎曲疲勞強度計算應力σF2=0.0(MPa)齒輪1彎曲疲勞強度校核σF1≤[σF]1=滿足齒輪2彎曲疲勞強度校核σF2≤[σF]2=滿足九、強度校核有關系數(shù)齒形做特殊處理Zps=特殊處理齒面經(jīng)表面硬化Zas=不硬化齒形Zp=一般潤滑油粘度V50=120(mm^2/s)有一定量點饋Us=不容許小齒輪齒面粗糙度Z1R=Rz≤6μm(Ra≤1μm)載荷類型Wtype=靜載荷齒根表面粗糙度ZFR=Rz≤16μm(Ra≤2.6μm)刀具基本輪廓尺寸圓周力Ft=0(N)齒輪線速度V=(m/s)使用系數(shù)Ka=1.100動載系數(shù)Kv=0齒向載荷分布系數(shù)KHβ=0綜合變形對載荷分布的影響Kβs=安裝精度對載荷分布的影響Kβm=齒間載荷分布系數(shù)KHα=0節(jié)點區(qū)域系數(shù)Zh=0材料的彈性系數(shù)ZE=0接觸強度重疊度系數(shù)Zε=接觸強度螺旋角系數(shù)Zβ=重疊、螺旋角系數(shù)Zεβ=0接觸疲勞壽命系數(shù)Zn=0潤滑油膜影響系數(shù)Zlvr=0工作硬化系數(shù)Zw=0接觸強度尺寸系數(shù)Zx=0齒向載荷分布系數(shù)KFβ=0齒間載荷分布系數(shù)KFα=0抗彎強度重疊度系數(shù)Yε=0抗彎強度螺旋角系數(shù)Yβ=0抗彎強度重疊、螺旋角系數(shù)Yεβ=0壽命系數(shù)Yn=0齒根圓角敏感系數(shù)Ydr=0齒根表面狀況系數(shù)Yrr=0尺寸系數(shù)Yx=0齒輪1復合齒形系數(shù)Yfs1=0齒輪1應力校正系數(shù)Ysa1=0齒輪2復合齒形系數(shù)Yfs2=0齒輪2應力校正系數(shù)Ysa2=04.3導軌的選擇本次設計的三軸伺服驅(qū)動機器人機構是規(guī)定定位精度高，重現(xiàn)性好，故可以選擇直線導軌。1）直線的定位精度高，重現(xiàn)性好；

2）低摩擦阻力，可長時間維持精度；

直線導軌的滾動摩擦力可減小至滑動導軌摩擦阻力的1／20～1／40，尤其潤滑構造簡樸，潤滑輕易，潤滑效果優(yōu)良，摩擦接觸面的磨耗最底，，因此可以長時間維持行走精度。

3）可承受四方向的高負荷能力

幾何力學構造的最佳設計，可同步承受徑向、反徑向與橫方向的負荷，并保持行走精度，同步可輕易藉由施于預壓與滑塊數(shù)量，就可以提高起性能與負荷能力。

4）適合高速化之應用

5）組裝輕易并具互換之特性

直線導軌的合理選用

1、常用構造

按照滾珠在導軌和滑塊之間的接觸牙型對直線導軌副進行分類，重要有歌德式（GothicType）牙型和圓弧式牙型（如圖4-3所示）。

圖4-3歌德式也稱作兩列式，圓弧式也稱作四列式。由于圓弧式牙型其接觸角（垂直于回轉(zhuǎn)軸線的直線與滾珠中心和溝槽接觸點連線的夾角）在傳動中易變動，產(chǎn)生間隙與側(cè)向力變動，安裝輕易。而歌德式牙型其接觸角能保持不變，剛性也比較穩(wěn)定。一般而言直線導軌的常用構造以這兩種類型為主。兩者重要區(qū)別如下表4-2所示。表4-22、重要性能指標

一般，直線導軌副的選用必須根據(jù)使用條件、負載能力和預期壽命選用。但由于直線導軌的壽命分散性較大，為了便于選用直線導軌副，必須先清晰如下幾種重要概念。

額定壽命：所謂額定壽命是指一批相似的產(chǎn)品，在相似的條件及額定負荷下，有90%未曾發(fā)生表面剝離現(xiàn)象而到達的運行距離。直線導軌副使用鋼珠作為滾動體的額定壽命，在基本動額定負荷下為50km。

基本動額定負荷（C）:所謂基本動額定負荷是指一批相似規(guī)格