機(jī)械手的設(shè)計(jì)

1前言

1.1國(guó)內(nèi)外開展概況⑴

機(jī)械手首先是美國(guó)開始研制的。1958年美國(guó)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(zhǎng)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(guó)聯(lián)合控制公司在上述方案的根底上又試制成一臺(tái)數(shù)控示教再現(xiàn)型機(jī)

械手。商名為Animate（即萬(wàn)能自動(dòng)）。運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)力?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)根底上開展起來(lái)的。同年該公司和普魯曼公司合并成立萬(wàn)能自動(dòng)公司，專門生產(chǎn)工業(yè)

機(jī)械手。

1962年美國(guó)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(guó)外工業(yè)機(jī)械手開展的根底。

1978年美國(guó)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(guó)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(guó)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)械手開展最快、應(yīng)用最多的國(guó)家。自1969年從美國(guó)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)自六十年代開始開展和應(yīng)用機(jī)械手，至1977年底，其中一半是國(guó)產(chǎn)，一半

是進(jìn)口。

目前，工業(yè)機(jī)械手大局部還屬于第一代，主要依靠工人進(jìn)行控制；改良的方向主

要是降低本錢和提高精度。

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，把感覺到的信息反應(yīng)，是機(jī)械手具有

感覺機(jī)能。

第三代機(jī)械手那么能獨(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，并逐步開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(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛開展，

機(jī)器人技術(shù)也得到了飛速開展。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)器人系統(tǒng)也有了長(zhǎng)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)，參軍事到民用，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)域到娛樂效勞行業(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開展之中。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。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(lái)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。如何選取最適宜的解對(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開展趨勢(shì)⑵

工業(yè)機(jī)器人技術(shù)開展與應(yīng)用水乳交融。在第一代工業(yè)機(jī)器人普及的根底上，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。以應(yīng)用為龍頭

拉開工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的開展，其重點(diǎn)開展領(lǐng)域與技術(shù)特點(diǎn)表達(dá)在下述方面：

(1)機(jī)械結(jié)構(gòu)

(a)以關(guān)節(jié)型為主流，80年代創(chuàng)造的適用于裝配作業(yè)的平面關(guān)節(jié)型機(jī)器人約占

總量的1/3(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)由于本錢低并具有標(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年代開展起來(lái)的AC伺服驅(qū)動(dòng)己成為主流驅(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)那么廣泛用于裝配機(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)1umo90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、銃

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0.4s,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)開展c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)?？鐕?guó)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)化的開展推波助瀾。

在國(guó)內(nèi)主要是逐步擴(kuò)大應(yīng)用范圍，重點(diǎn)開展噴涂、鑄造、熱處理方面的機(jī)械手,

機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)尺寸為：大臂長(zhǎng)約700加左右，小臂長(zhǎng)約800mH左右，臂桿橫截面

尺寸W100mmxlOOinm；手部尺寸約150mm左右；小臂擺角80°(上擺30°,下擺

50°)o

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)的不平衡力W2kg。

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(lái)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)裝置采用別離傳動(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)我軸器與傳動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)?對(duì)圓柱齒輪和?對(duì)圓錐齒輪傳動(dòng)來(lái)帶動(dòng)

手腕作偏擺運(yùn)動(dòng)。

(3)手部的驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝在小臂內(nèi)部，以此來(lái)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)類型確實(shí)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)是二作空間范圍大，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

2.2傳動(dòng)方案確實(shí)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)，那么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外表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(lái)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工作空間確實(shí)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(shuō)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)確實(shí)定⑶

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(shuō)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，假設(shè)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

空間取任意姿態(tài)，即到達(dá)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

1-大臂2-小臂3-末桿

在圖2.4中末桿Ln的圖示姿態(tài)可以看作是曰處于X”方向的原始位置先繞Z”在

平面內(nèi)轉(zhuǎn)。角，然后再向上轉(zhuǎn)￡角得到的?？梢娛怯?。切兩角決定了末桿的方

向（姿態(tài)）。從理論上講，如果0°<a?360°,0°工夕0360°那么末桿在空間取任意方

向。如果末桿的自轉(zhuǎn)角,（即也滿足0°《7?360°,就說(shuō)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(shuō)明操作機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的靈活程度，定義組合靈度(dex)為:

dcx=-H—H—=XX%+XX%4-XX%

360°360°360°(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)指標(biāo)就是dex值。假設(shè)為三個(gè)百分之百，該手腕就是最靈活

的手腕。一般說(shuō)來(lái)。、用的最大值取360°,而y值可取的更大一些，如果擰螺釘，最

好了無(wú)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%-：0跖，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)方案的分析和選擇用

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)比擬困難。

電動(dòng)驅(qū)動(dòng)器乂分為直流(DC)、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(lái)交流伺服電機(jī)正逐漸取

代百流伺服電機(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)都比擬簡(jiǎn)單，但與液壓驅(qū)動(dòng)器相比，同體積條件下功率

較小(因壓力低)，而且速度不易控制，所以多月于精度不高的點(diǎn)位控制系統(tǒng)。

通過比擬以上三種驅(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，本錢低。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⑸

(1)轉(zhuǎn)腕及腕部?jī)?nèi)電機(jī)的選擇

手腕的最大負(fù)荷重量利2=2必初估腕部的重量〃％=1必，最大運(yùn)動(dòng)速度V=lm/s,

那么：

功率=4x10x2=80W.

取平安系數(shù)為L(zhǎng)2,^'=1.2^=1.2x80=96^

考慮到傳動(dòng)損失和摩擦，最終的電機(jī)功率娛=100W

又因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)周期T=0.3sec,即九=30+0.59=50〃min.

那么所需電機(jī)的輸入轉(zhuǎn)速為〃=100乂，=50><10=500r/01限

根據(jù)設(shè)計(jì)要求轉(zhuǎn)腕局部的電機(jī)后緊跟輸出軸和聯(lián)軸器，直接帶動(dòng)手腕旋轉(zhuǎn)，故在

此選擇轉(zhuǎn)速較低的型號(hào)電機(jī)，又由于要求手腕的直量較輕，便于靈活的實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)，因

此要求腕部?jī)?nèi)電機(jī)較小，應(yīng)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?jī)H為0.35Kg,詳細(xì)參數(shù)見表2-1。

表2-1SZYX81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)速差土10%轉(zhuǎn)動(dòng)慣量

2.7ABOOr/min502

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)比確實(shí)定及分配

2.6.1.傳動(dòng)比確實(shí)定

由電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可知所需的總傳動(dòng)比為；10。

2.6.2傳動(dòng)比的分配

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4=2,第二級(jí)傳動(dòng)為圓錐齒輪傳動(dòng)，傳動(dòng)比&=5。

3齒輪的設(shè)計(jì)

3.1齒輪強(qiáng)度的設(shè)計(jì)與校核網(wǎng)

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，外表硬度為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Z1=20,則Z2=2x20=40。

(1)設(shè)計(jì)準(zhǔn)那么

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

du=2.32x—(3-D

式中，(-載荷系數(shù)，取K,=1.3；

族廣齒寬系數(shù)，取勿=0.8,〃=2；

ZE-材料系數(shù)，取ZE=189.8D甌

O

小齒輪傳遞扭矩

P

7]=9.55x106-=9.55x106x0.2/1500=1240N?mm(3-2)

n

大小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極根應(yīng)力為：

b〃s=580MPa；%鵬=560加出

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由以下公式計(jì)算可得

(3-3)

/ATN143.45x10919

那么N、=」=---------=1.73x1i0n

u2

接觸疲勞壽命系數(shù)=1.1,=1.02

9

彎曲疲勞壽命系數(shù)｝二42=1.

接觸疲勞平安系數(shù)S〃min=l,彎曲疲勞平安系數(shù)5小加=1-5

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:

叫外乃x42x1500

計(jì)算圓周速度：匕=3.3m/s

60xiax)60x100()

計(jì)算載荷系數(shù)：動(dòng)教荷系數(shù)Kv=1.0；使用系數(shù)KA=1；動(dòng)載荷分布不均勻系數(shù)

=1.02:齒間載荷分配系數(shù)依=1,那么KH=KAKvKpK6Z=1.01x1.0x1.02x1.0=1.03

修正4="司》

=38〃7"7；

438

m=—=—mm=1I.09nun；

z,20

取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)m=2mm。

(3)計(jì)算根本尺寸

取々=32"〃〃b2=22nun

(4)校核齒根鸞曲疲勞強(qiáng)度

齒形系數(shù)丫m=4.1,匕52=3.8,取匕=0.7,校核兩齒輪的彎曲強(qiáng)度

⑶4)

*Z\

=3.7MPa<[crFI]

所以齒輪完全到達(dá)要求。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d

d、=mZ[=2x10=2Dnutid2=inz2=2x20=

齒頂高

haha=ham=1x2=2nv?i

齒根高

h

fhf=(h：4-C)rn=(14-0.25)x2=2.5mm

齒全高

hh=ha+hf=2+2.5=4.5""〃

齒頂圓直徑

d“i=d+2h=44〃〃〃d,,-,=d2h=84〃〃〃

%Ul1yUe4/、+U

齒根圓直徑

dfi=d、-2hf=35〃〃〃df2=d2-2hf=75mm

基圓直徑

山八

dh}=&cosa=37.56.wndh2=d2cosa=75.17mm

齒距P

〃=加？=3.14x2=6.28〃〃〃

齒厚Ss=Tun/2=3.14mm

齒槽寬ee=mn/2=3.14mm

中心距a

a=（4+4）/2=30

頂隙c

c=cm—0.25x2=0.5〃〃〃

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)處理外表硬度為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4=10,則Z2=5x10=50

(1)設(shè)計(jì)準(zhǔn)那么

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

]（Z〃ZE丫4K7；

（3-5）

1^]）（）.85四（1-0.5%

其中，取。=0.3,〃二5；

Zg=189.87函，Z〃=1.8；

選擇材料的接觸疲勞極根應(yīng)力為：

0〃“im=580MPa；b〃2iim=560MPa

選擇材料的接觸疲勞極根應(yīng)力為：

=230MPa；2Hm=210M&

應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N由下式計(jì)算可得

浦N\4.23xio9八。"

那么N=—=---------=0.846x1i0n9

7u5

接觸疲勞壽命系數(shù)Z,=1.1,ZIV2=1.O2

彎曲疲勞壽命系數(shù)=右2=1.

接觸疲勞平安系數(shù)S，min=l，彎曲疲勞平安系數(shù)，.min=L5,又％r=2.0,試選

Kt=1.3o

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:

加I/1_"X43.3X2000

那么=4.53m/s

6()xl(XX)-6()xKXX)

動(dòng)載荷系數(shù)Ku=1.0；使用系數(shù)儲(chǔ)=1；齒向載荷分布不均勻系數(shù)K,=1.02；齒

間載荷分配系數(shù)取Ka=1,那么KH=KAKvKft^=1.01x1.0x1.02x1.0=1.03

修正4==433x=19.5mm

取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)m=2mm。

(3)計(jì)算根本尺寸

(4)校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度

復(fù)合齒形系數(shù)丫的=4.1,匕52=3.8,取匕=0.7

O

校核兩齒輪的彎曲強(qiáng)度

一二4町%(3-6)

0/?(1-().50R)2Z|2〃/J1+〃2

所以齒輪完全到達(dá)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d

4=niz[=2x1()=20/w/zd2=mz2=2x5()=100

齒頂高

%ha-hatn=1x2=2/nni

齒根高

h

fhf={ha—c)m=(1-0.2)x2=1.6mm

齒頂圓直徑

*da】=4+2hacosb=44mmda2=d2+2hacos3=202mm

齒根圓直徑

d

fdc-d\~2%cosJ=37nund(2=d2-2hfcos〉=197mm

齒頂角

tan久=h/R=0.01959

aa

齒根角

tan6f=hf/R=0.0235

分度圓錐角6

sin^>=mz!2R=0.196

頂錐角

譏a=i=io.3°

根錐角

6.Bf—8—0f=10

錐距RR=/2sinS=50mm

齒寬b

b=(0.2~0.35)/?=20.4/77777

4軸的設(shè)計(jì)⑺

軸的結(jié)構(gòu)決定于受力情況、軸上零件的布置和固定方式、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，防

止或減輕應(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小大，對(duì)其重量和尺寸乜尢特殊要求，應(yīng)選常用材料45鋼,

調(diào)質(zhì)處理。

(1)初估軸徑，C=106~117,取C=106那么

(4-1)

~5.4mm

(2)各段軸徑確實(shí)定

初估軸徑后，就可按照軸上零件的安裝順序從4面處開始逐段確定軸徑，上面計(jì)

算的dmin是軸段1的直徑，由于軸段1上安裝聯(lián)軸器，因此軸段1處直徑確實(shí)定和聯(lián)

軸器型號(hào)同時(shí)進(jìn)行。故取軸徑&=10皿。

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?，F(xiàn)取角接觸球軸承型號(hào)為7000C,

其內(nèi)徑4=10硒。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4=1。1順。

軸段3上用軸肩固定軸承，故取4=14nmi。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4=22mm。

(3)各軸段長(zhǎng)度確實(shí)定

各軸段長(zhǎng)度主要根據(jù)軸上零件的轂長(zhǎng)或軸上零件配合局部的長(zhǎng)度確定。另一些軸

段長(zhǎng)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(zhǎng)度，此時(shí)又要考慮此段軸長(zhǎng)不應(yīng)與大臂和小臂連接處

的軸在工作時(shí)相互干預(yù)，因此選取此段軸長(zhǎng)乙二55〃叨。根據(jù)軸承寬度取/2=8〃〃〃=4,。

根據(jù)結(jié)構(gòu)/3=，/5=21//?/??o

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⑻

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)那么是滿足軸的強(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

p07

主軸上的傳遞的功率：P^=-=—=0.25Zw

P

7；,=9.55X106X-(4-2)

n

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

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，a—a剖面左側(cè)

a一a剖面右側(cè)

在垂直面上

合成彎矩，4一。副面左側(cè)

a一。剖面右側(cè)

(5)畫轉(zhuǎn)矩圖，見圖4.2

(6)判斷危險(xiǎn)截面

a—a截面左右的合成彎矩左側(cè)相對(duì)右側(cè)大些，扭矩為T,那么判斷左側(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

boL=lOO帥。，那么a==-^=0.6o

[cr]=[CT,=60Mpa,

a一。截面左側(cè)

(8)軸的疲勞強(qiáng)度平安系數(shù)校核

查得抗拉強(qiáng)度JB=650Mpa,彎Illi疲勞強(qiáng)度。?=300珈。，剪切疲勞極限

r,=\55Mpa,等效系數(shù)〃。=0.2,%=0.1。

a一。橫面左側(cè)

查得(=1,A；=1.8；查得絕對(duì)尺寸系數(shù)4=0.95,%=0.92；軸經(jīng)磨削加工,

外表質(zhì)量系數(shù)0=1.0,那么

彎曲應(yīng)力絲=2566=oi5A/P〃

*W17036.8

應(yīng)力幅<ya=<yb=0.15Mpa

平均應(yīng)力0

切應(yīng)力Z7=Z-==0.1Mpa

r叫17I0"36。.8

平安系數(shù)S,=——巴------=—-———.........=200

——a.+-------x0.15+0.2x0

a(,n

psa01.0x0.95

查許用平安系數(shù)口]=1.37.5,顯然S>[S],那么a—。剖面平安。

其它軸用相同方法計(jì)算，結(jié)果都滿足要求。

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)其重量和尺寸乜無(wú)特殊要求，應(yīng)選常用材料45鋼，

調(diào)質(zhì)處理。

(1)初估軸徑，C=106^117,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

那么根據(jù)公式4-1可得：

=6.8mm

(2)各段軸徑確實(shí)定

初估軸徑后，就可按軸上零件的安裝順序，從&S處開始逐段確定直徑。軸段1

為外螺紋局部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

4=6〃"〃，軸段2安裝齒輪，根據(jù)齒輪的幾何尺寸故取4=1()〃"”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4=12〃〃〃軸段4,6處安裝軸承，根據(jù)要求選用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H=4=10〃〃〃o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4=15〃博o軸段7用

作軸肩以此來(lái)用于對(duì)軸承作軸向固定故取4=16皿〃。軸段8處為錐齒輪局部，根據(jù)

以上的設(shè)計(jì)計(jì)算可知此處軸徑或=20〃仙o

(3)各軸段長(zhǎng)度確實(shí)定

軸段1上裝M6的螺栓和擋板，故取4=10〃〃〃。軸段2處裝齒輪，其長(zhǎng)度與齒輪的寬

度相同，故取4=16〃"〃。軸段3處利用軸肩作軸向固定，取。=1°m帆。軸段4與軸段6

處裝軸承，取/4=8〃〃〃，4=11的〃。軸段5處裝套筒，其長(zhǎng)度為套筒的長(zhǎng)度，故取

4=15〃〃〃o軸段7處作抽肩，取o軸段8處為錐齒輪局部，其長(zhǎng)度4=52〃〃〃o

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。為方便加工，其它軸肩圓角半徑均取loin。

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)其重量和尺寸乜無(wú)特殊要求，應(yīng)選常用材料45鋼，

調(diào)質(zhì)處理。

(1)初估軸徑，0106117,取0106

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

那么根據(jù)公式4-1可得：

.。位

=1in06x3——

V150

=11.6mm

(2)各段軸徑確實(shí)定

初估軸徑后，就可按軸上零件的安裝順序，從cU處開始逐段確定直徑。軸段1

為外螺紋局部此段螺紋用于安裝擋板與螺栓，以便于作軸向固定故取4=6〃〃〃，取軸

段2處4=10〃〃〃，并在此處開設(shè)鍵槽用來(lái)傳遞扭矩其尺寸為3x8°軸段3處安裝軸

承，根據(jù)要求選用700：C型號(hào)的軸承，并在軸的另一段安裝大錐齒輪，也在此處開設(shè)

鍵槽用來(lái)傳遞扭矩其尺寸為3x11,根據(jù)軸承型號(hào)與軸徑的大小同時(shí)選擇故取

4=12加〃。軸段4用作軸肩以此來(lái)用于對(duì)大錐齒輪作軸向固定故取4=軸段

5處用來(lái)安裝7001C軸承,軸承內(nèi)徑與軸徑的大小取同一尺寸，故取痣=12〃im。

(3)各軸段長(zhǎng)度確實(shí)定

軸段1上裝M6的螺栓和擋板，故取《-8加利.軸段2處裝鍵槽，用于傳遞亞矩，其

鍵槽尺寸為3x8,其長(zhǎng)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3x11,故?。?31〃〃〃。軸段4處利

用軸肩作軸向固定，取/,二3〃〃〃。由于軸承應(yīng)成芯使用，所以軸段5處裝軸承，其類型

代號(hào)與軸段3處一樣，取=8""77o

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大，對(duì)其重量和尺寸乜無(wú)特殊要求，應(yīng)選常用材料45鋼，

調(diào)質(zhì)處理。

(1)初估軸徑，『106117,取.106那么根據(jù)公式4T得

=14.03mm

(2)各段軸徑確實(shí)定

初估軸徑后，就可按軸上零件的安裝順序，從(Ln處開始逐段確定直徑。軸段1

處要安裝壓板和齒輪用來(lái)固定此軸.故4=13皿〃c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，故取出=20〃"〃,4=20〃〃〃。軸段3處取

4=23〃"〃o

(3)各軸段長(zhǎng)度確實(shí)定

各軸段長(zhǎng)度主要根據(jù)軸上零件的轂長(zhǎng)或軸上零件配合局部的長(zhǎng)度確定。另一些軸

段長(zhǎng)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(lái)固定此軸，因此此段軸的長(zhǎng)度應(yīng)取長(zhǎng)些，故取4=113〃〃〃。軸段2的長(zhǎng)度

與軸承有關(guān)，取/2=12利〃。軸段3處的選取長(zhǎng)度為&=54時(shí)"。軸段4的長(zhǎng)度與軸段2

處一樣，取Z4=12mmo

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)⑼

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(lái)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(rùn)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，一般是用軸承格鋼

(如GCrGCrl5SiMn)制造，熱處理后硬度應(yīng)到達(dá)60?65HRC。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,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(lái)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廉價(jià)。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)4=1.2，溫度系數(shù)徑/=1,根本額定動(dòng)載荷C,=16.5KN,

根本額定靜載荷C”=1050N。

由以上計(jì)算可知:徑向力E|=19.38N,X957N0

派生軸向力Fxl=eFr]=0.43x19.38=8.33N(5-1)

計(jì)算”并確定e值，-^=—=0.05

C”C“1050

根據(jù)區(qū)=0.05,查表可得e=0.4。

C,r

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=l.4o

p,=XFrl+YF.=0.44x19.38+1.4x39.78=64.22N(-？)

p2=XFr2+YF2=0.44x9.57+1.4x39.78=59.9IN(5-3)

取〃=Pi=64.22N

、i的小工士16667./cY16667(1x2500Y-

計(jì)算軸承壽命-----士—=---------------(5-4)

n[fpPJ150011.2x64.22J

=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(lái)傳遞轉(zhuǎn)矩。鍵的上外表與輪轂間留有間

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(lái)選擇;鍵的尺寸那么按符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格和強(qiáng)度要求來(lái)取定。

鍵的主要尺寸為截面尺寸b、h和長(zhǎng)度L。b、h可根據(jù)軸徑d由標(biāo)準(zhǔn)中查取；長(zhǎng)度L

可參照輪轂長(zhǎng)度B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)的框契，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6mm、電機(jī)后蓋厚度為6mm。手腕的外框結(jié)

構(gòu)厚度為3nlm，機(jī)器人手部為鑄造鋁合金。其他局部的具體尺寸由結(jié)構(gòu)定，詳見裝配圖。

6.3機(jī)器人手臂材料的選擇阿

機(jī)器人手臂的材料或根據(jù)手臂的工作狀況來(lái)選擇。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，機(jī)器人手臂只

要轉(zhuǎn)開工作。因此對(duì)材料的一個(gè)要求是作為運(yùn)動(dòng)幫件，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，要求手臂比擬輕。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同

本設(shè)計(jì)中采用常規(guī)聯(lián)軸器：小臂局部采用DIN6885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6T聯(lián)軸器

8.1所完成的工作

(I)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

選取適宜的