六自由度拋光機(jī)械手的控制系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　隨著時(shí)代的發(fā)展，未來(lái)的制造業(yè)必將以最小的投入實(shí)現(xiàn)最大的產(chǎn)值，機(jī)械手的大規(guī)模運(yùn)用將是大勢(shì)所趨。我們小組主要任務(wù)是：設(shè)計(jì)六自由度機(jī)械手機(jī)構(gòu)；對(duì)上述機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真模擬；設(shè)計(jì)一套六自由度拋光機(jī)械手的控制系統(tǒng)；對(duì)該機(jī)械手進(jìn)行軌跡規(guī)劃。此設(shè)計(jì)涵蓋了大學(xué)機(jī)械的絕大部分內(nèi)容，而且具有很強(qiáng)的實(shí)踐性，為我們將來(lái)從事該行業(yè)來(lái)講具有很高的價(jià)值。<

2、;/p><p>　　關(guān)鍵詞：機(jī)械手 六自由度 運(yùn)動(dòng)仿真模擬 控制系統(tǒng) 軌跡規(guī)劃 </p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　With the development of the times, the future of the manufacturing industry is

3、 bound to the minimum investment to achieve the maximum value, the extensive use of mechanical hand will represent the general trend. Our group is the main task: Design of six degree of freedom manipulator mechanism; the

4、 mechanism motion simulation; design of a set of six degrees of freedom polishing manipulator control system of the manipulator; trajectory planning. This design covers the University machinery and most</p><p&

5、gt;　　Key words: manipulator with six degrees of freedom motion simulation control system trajectory planning</p><p><b>　　緒論</b></p><p>　　1-1 本設(shè)計(jì)研究的對(duì)象及意義</p><p>　　機(jī)械手是近幾十

6、年發(fā)展起來(lái)的一種高科技自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備，它對(duì)穩(wěn)定、提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，改善勞動(dòng)條件和產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代起著十分重要的作用。</p><p>　　一般來(lái)說(shuō)，機(jī)械手主要有以下幾部分組成：</p><p>　　1.手部(或稱抓取機(jī)構(gòu)) 包括手指、傳力機(jī)構(gòu)等，主要起抓取和放置物件的作用。</p><p>　　2.傳送機(jī)構(gòu)（或稱臂部） 包括手腕、手臂等，主要起

7、改變物件方向和位置的作用。</p><p>　　3.驅(qū)動(dòng)部分 它是前兩部分的動(dòng)力，因此也稱動(dòng)力源，常用的有液壓氣壓電力和機(jī)四種驅(qū)動(dòng)形式。</p><p>　　4.控制部分 它是機(jī)械手動(dòng)作的指揮系統(tǒng)，由它來(lái)控制動(dòng)作的順序（程序）、位置和時(shí)間（甚至速度與加速度）等。</p><p>　　5.其它部分 如機(jī)體、行走機(jī)構(gòu)、行程檢測(cè)裝置和傳感裝置等。<

8、/p><p>　　機(jī)械工業(yè)是國(guó)民的裝備部，是為國(guó)民經(jīng)濟(jì)提供裝備和為人民生活提供耐用消費(fèi)品的產(chǎn)業(yè)。機(jī)械工業(yè)的規(guī)模和技術(shù)水平是衡量國(guó)家經(jīng)濟(jì)實(shí)力和科學(xué)技術(shù)水平的重要標(biāo)志。因此，世界各國(guó)都把發(fā)展機(jī)械工業(yè)作為發(fā)展本國(guó)經(jīng)濟(jì)的戰(zhàn)略重點(diǎn)之一新世紀(jì)，生產(chǎn)水平及科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步與發(fā)展帶動(dòng)了整個(gè)機(jī)械工業(yè)的快速發(fā)展?，F(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過(guò)程的機(jī)械化，自動(dòng)化已成為突出的主題。然而在機(jī)械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)是不連續(xù)的。單靠人力將這些不連續(xù)的生

9、產(chǎn)工序銜接起來(lái)，不僅費(fèi)時(shí)而且效率不高。同時(shí)人的勞動(dòng)強(qiáng)度非常大，有時(shí)還會(huì)出現(xiàn)失誤及傷害。顯然，這嚴(yán)重影響制約了整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的效率和自動(dòng)化程度。機(jī)械手的應(yīng)用很好的解決了這一情況，它不存在重復(fù)的偶然失誤，也能有效的避免了人身事故。</p><p>　　在機(jī)械工業(yè)中，機(jī)械手的應(yīng)用具有以下意義：</p><p>　　1.可以提高生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化程度</p><p>　　應(yīng)用機(jī)

10、械手，有利于提高材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機(jī)器的裝配等的自動(dòng)化程度，從而可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化的步伐。</p><p>　　2.可以改善勞動(dòng)條件、避免人身事故</p><p>　　在高 溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其它毒性污染以及工作空間狹窄等場(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)械手即可部分或

11、全部代替人安全地完成作業(yè)，大大地改善了工人的勞動(dòng)條件。同時(shí)，在一些動(dòng)作簡(jiǎn)單但又重復(fù)作業(yè)的操作中，以機(jī)械手代替人手進(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。</p><p>　　3.可以減少人力，便于有節(jié)奏的生產(chǎn)</p><p>　　應(yīng)用 機(jī) 械 手代替人手進(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)械手可以連續(xù)地工作，這是減少人力的另一個(gè)側(cè)面。因此，在自動(dòng)化機(jī)床和綜合加

12、工自動(dòng)生產(chǎn)線上目前幾乎都設(shè)有機(jī)械手，以減少人力和更準(zhǔn)確地控制生產(chǎn)的節(jié)拍，便于有節(jié)奏地進(jìn)行生產(chǎn)。</p><p>　　1-2機(jī)械手發(fā)展史及其發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　機(jī)械手是在機(jī)械化，自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)展起來(lái)的一種新型裝置。它是機(jī)器人的一個(gè)重要分支。它的特點(diǎn)是可通過(guò)編程來(lái)完成各種預(yù)期的作業(yè)任務(wù)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)了人的智能和適應(yīng)性。在現(xiàn)代生產(chǎn)過(guò)程中，機(jī)械手被廣

13、泛的運(yùn)用于自動(dòng)生產(chǎn)線中，機(jī)械手雖然目前還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復(fù)工作和勞動(dòng)，不知疲勞，不怕危險(xiǎn)，抓舉重物的力量比人手力大的特點(diǎn)，因此，機(jī)械手已受到許多部門(mén)的重視，并越來(lái)越廣泛地得到了應(yīng)用。</p><p>　　機(jī)械手首先是從美國(guó)開(kāi)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)是示教形的。1962年，美國(guó)聯(lián)合控制公司在上

14、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(wàn)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(lái)的。同年，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。這兩種出現(xiàn)在六十年代初的機(jī)械手，是后來(lái)國(guó)外工業(yè)機(jī)械手發(fā)展的基礎(chǔ)。1978年美國(guó)Unima

15、te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)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)KnKa公司還生產(chǎn)一種點(diǎn)焊機(jī)械手，采用關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)和程序控制。</p><p>　　目前，機(jī)械手大部分還屬于第一代，主要依靠人工進(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(jué)、觸覺(jué)能力，

16、甚至聽(tīng)、想的能力。研究安裝各種傳感器，把感覺(jué)到的信息反饋，使機(jī)械手具有感覺(jué)機(jī)能。第三代機(jī)械手則能獨(dú)立完成工作中過(guò)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)節(jié)。</p><p>　　目前國(guó)內(nèi)機(jī)械于主要用于機(jī)床加工、鑄鍛、熱處理等方面，數(shù)量、品種、性能方面都不能滿足工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需要。所以，在國(guó)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)械

17、手，以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，改善作業(yè)條件，在應(yīng)用專(zhuān)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)械手和組合機(jī)械手等。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(jué)、視覺(jué)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。</p><p>　　國(guó)外機(jī)械手在機(jī)械制造行業(yè)中應(yīng)用較多，發(fā)展也很快。目前主要

18、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(lái)完成規(guī)定的操作。國(guó)外機(jī)械數(shù)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，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(jué)功能和觸覺(jué)功能。目前已經(jīng)取得一定成績(jī)。</p><p>　　目前世界高端工業(yè)機(jī)械手均有高精化，高速化，多軸化，輕量化的發(fā)展趨勢(shì)。定位精度可以滿足微米及亞

19、微米級(jí)要求，運(yùn)行速度可以達(dá)到3M/S，量產(chǎn)產(chǎn)品達(dá)到6軸，負(fù)載2KG的產(chǎn)品系統(tǒng)總重已突破100KG。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)。同時(shí)，隨著機(jī)械手的小型化和微型化，其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?huì)突破傳統(tǒng)的機(jī)械領(lǐng)域，而向著電子信息、生物技術(shù)、生命科學(xué)及航空航天等高端行業(yè)發(fā)展。</p><p>　　目前我國(guó)機(jī)械手的研發(fā)和應(yīng)用還處在一個(gè)發(fā)展的階段，跟美國(guó)日本等發(fā)達(dá)國(guó)家相

20、比還有很大的差距，很多產(chǎn)品還需進(jìn)口，特別是高靈活、高精度的機(jī)械手。要使我國(guó)機(jī)械工業(yè)更進(jìn)一步在發(fā)展壯大，就必須提高其自動(dòng)化程度和生產(chǎn)效率，將人手操作變?yōu)闄C(jī)械手操作。同時(shí)，國(guó)家應(yīng)加大對(duì)機(jī)械手及機(jī)器人的研發(fā)投入，積極開(kāi)發(fā)出擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品，從根本上解決對(duì)國(guó)外產(chǎn)品的進(jìn)口需求。</p><p><b>　　機(jī)械手的設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　2-1

21、 方案的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　方案：機(jī)械手采用步進(jìn)電機(jī)加伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，機(jī)械傳動(dòng),PLC控制。其優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　　精度高 采用伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)作為動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)機(jī)械手臂和手腕等部位。同步帶等組成結(jié)構(gòu)且效率高的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。</p><p>　　控制精度高根據(jù)設(shè)定的參數(shù)實(shí)現(xiàn)精確控制，在計(jì)算機(jī)技術(shù)的支持下，可以大大超過(guò)其它控制方式達(dá)到的控制

22、精度。</p><p>　　改善環(huán)保水平 由于使用能源品種的減少及其優(yōu)化的性能，污染減少了，噪音降低了，可以保持良好的工作環(huán)境。</p><p><b>　　2-2 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　機(jī)械手技術(shù)參數(shù)表：</b></p><p><b>　　2-3齒輪設(shè)計(jì)&l

23、t;/b></p><p><b>　　傳動(dòng)齒輪的計(jì)算</b></p><p>　　對(duì)于該機(jī)械手臂，采用標(biāo)準(zhǔn)直齒圓錐齒輪傳動(dòng)。</p><p><b>　　1）小齒輪的計(jì)算</b></p><p>　　1、選定齒輪類(lèi)型、齒輪材料及齒數(shù)</p><p>　?。?）選擇齒輪

24、材料、熱處理方式、精度等級(jí)</p><p>　　機(jī)械手為一般機(jī)械，大小齒輪均選用45號(hào)鋼，采用軟齒面，由參考文獻(xiàn)1表8.2查得：小齒輪調(diào)質(zhì)處理，齒面硬度為217~225HBS，平均硬度236HBS；大齒輪正火處理，齒面硬度162~217HBS，平均硬度190HBS。大、小齒輪齒面平均硬度差為46HBS，在30~50HBS范圍內(nèi)。選用8級(jí)精度。</p><p><b>　?。?）壓

25、力角的選擇</b></p><p>　　由機(jī)械原理可知增大壓力角，齒輪的尺厚及節(jié)點(diǎn)處的尺廓曲率半徑亦皆隨之增加，有利于提高齒輪傳動(dòng)的彎曲強(qiáng)度及接觸強(qiáng)度。我國(guó)對(duì)一般用途的齒輪傳動(dòng)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)壓力角</p><p><b>　　齒數(shù)z的選擇</b></p><p>　　若保持齒輪傳動(dòng)的中心距a不變，增加齒數(shù)，除能增大重合度、改善平穩(wěn)性外，

26、還可減小模數(shù)降低齒高，因而減少金屬切削量，節(jié)省制造費(fèi)用。另外降低齒高還能降低滑動(dòng)速度，以減少磨損及膠合的危險(xiǎn)。但模數(shù)小了齒厚隨之減薄，則要降低齒輪的彎曲強(qiáng)度，不過(guò)在一定的齒數(shù)范圍內(nèi)尤其是當(dāng)承載能力主要取決于齒面接觸強(qiáng)度時(shí)，以齒數(shù)多一些為好。</p><p>　　初選小齒輪z1=17</p><p>　　設(shè)計(jì)要求中齒輪傳動(dòng)比i=3，故</p><p>　　z2=iz1

27、=3x17=51</p><p>　　2、按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)</p><p>　　因?yàn)辇X輪采用軟齒面開(kāi)式傳動(dòng)，齒面不會(huì)發(fā)生疲勞點(diǎn)蝕，因此初步確定按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)主要參數(shù)和尺寸。齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)公式</p><p><b>　　m≥</b></p><p>　　并將求得的值加大10%-20%，以考

28、慮磨損的影響。</p><p><b>　　確定以上參數(shù)。</b></p><p>　　（1）確定載荷系數(shù)K.</p><p>　　因?yàn)檩d荷平穩(wěn)，可試選載荷系數(shù)Kt=1.5。</p><p><b>　?。?）確定齒寬系數(shù)</b></p><p>　　根據(jù)表8-2，錐齒輪的推

29、薦齒寬系數(shù)=0.3</p><p>　?。?）確定復(fù)合齒形系數(shù)YFS,則</p><p><b>　　,即</b></p><p><b>　　,即</b></p><p><b>　　故當(dāng)量齒數(shù)為</b></p><p>　　根據(jù)當(dāng)量齒數(shù)查附圖8-4，

30、得</p><p><b>　　，</b></p><p>　?。?）確定彎曲許用應(yīng)力[σ].則</p><p>　　N1=60n1jLh=180x60x1x20000=</p><p><b>　　N2=</b></p><p><b>　　根據(jù)資料一：</

31、b></p><p>　　由附圖8-5，查得彎曲疲勞壽命系數(shù) KFN1=0.91 , KFN2=0.93。</p><p>　　根據(jù)表8-4，按較高可靠度，查得最小安全系數(shù) SFmin=1.6。</p><p>　　由附圖8-8（c），按碳鋼ML線及延長(zhǎng)線查得小齒輪σflmin1=330MPa，由附圖8-8（a），查得大齒輪σflmin2=31

32、0MPa，則</p><p><b>　　因此有</b></p><p><b>　　> </b></p><p>　　可見(jiàn)，小錐齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度較弱，所以計(jì)算時(shí)候?qū)⑿″F齒輪的代入公式進(jìn)行計(jì)算，則有</p><p><b>　　m≥</b></p>

33、<p><b>　　3、修正計(jì)算結(jié)果</b></p><p>　?。?）小錐齒輪大頭分度圓直徑為</p><p>　　d=mz=1.86x19=35.34 mm</p><p>　　小錐齒輪的平均分度圓直徑為</p><p>　　d=d（1-0.5Ф）</p><p>　　=35.34

34、x(1-0.5x0.3)=30.04 mm</p><p><b>　　錐距為</b></p><p>　　R= dlt=35.34x</p><p><b>　　齒寬為</b></p><p>　　b=ФRR=0.3x55.88=16.76 mm</p><p>&l

35、t;b>　　平均速度為：</b></p><p>　　（2）由資料一根據(jù)工作情況特性，查附表8-2，取KA=1.0；根據(jù)速度，查附圖8-1，圓錐齒輪8級(jí)精度按低一級(jí)選取，即按9級(jí)精度去KV=1.19；查附表8-3，取KFα=1.1。</p><p>　?。?）確定齒向載荷分布系數(shù)KFβ。</p><p>　　根據(jù)圓錐齒輪KFβ的計(jì)算公式，進(jìn)行近似計(jì)

36、算。由附表8-4，按軟齒面、8級(jí)精度、查找，則計(jì)算公式為</p><p>　　KFβ≈KHβ=1.23+0.18x(1+6.7)+0.61x10-3b</p><p><b>　　4、計(jì)算載荷系數(shù)</b></p><p>　　K=KAKVKFɑKFβ=1.0X1.19X1.1X1.34=1.75</p><p>　　應(yīng)為

37、是開(kāi)式齒輪傳動(dòng)，所以要考慮磨損的影響。應(yīng)此將模數(shù)加大10%～20%，即</p><p>　　m=1.96X(1.1~1.2)=2.15~2.35 mm</p><p>　　由附表8-9，選取錐齒輪大端模數(shù)m=2.25 mm</p><p>　　5、確定錐齒輪的主要尺寸</p><p>　　d1=mz1=2.25x19=42.75 mm&l

38、t;/p><p>　　d2=mz2=2.25x57=128.25 mm</p><p>　　由b=ФRR=0.3x67.59=20.27mm，取齒寬b1=b2=21mm；一般取錐齒輪大、小齒輪齒寬相等。</p><p>　　小錐齒輪的平均分度圓直徑為</p><p>　　dm1= d1（1-0.5ФR）</p><p>　

39、　=42.75x(1-0.5x0.3)=36.3375 mm</p><p>　　dm2= d2（1-0.5ФR）</p><p>　　=128.25x(1-0.5x0.3)=109.0125 mm</p><p><b>　　2-4皮帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　根據(jù)帶傳動(dòng)的工作情況分析可知，V帶傳動(dòng)的主要失

40、效形式是： </p><p>　　V帶疲勞斷裂：帶的任一橫截面上的應(yīng)力將隨著帶的運(yùn)轉(zhuǎn)而循環(huán)變化。當(dāng)應(yīng)力循環(huán)達(dá)到一定次數(shù)，即運(yùn)行一定時(shí)間后，V帶在局部出現(xiàn)疲勞裂紋脫層，隨之出現(xiàn)疏松狀態(tài)甚至斷裂，從而發(fā)生疲勞損壞，喪失傳動(dòng)能力。 </p><p>　　打滑：當(dāng)工作外載荷超過(guò)V帶傳動(dòng)的最大有效拉力時(shí)，帶與小帶輪沿整個(gè)工作面出現(xiàn)相對(duì)滑動(dòng)，導(dǎo)致傳動(dòng)打滑失效。 因此，在不打滑前提下，保證帶具有一定的疲

41、勞強(qiáng)度和壽命是V帶傳動(dòng)工作能力的設(shè)計(jì)計(jì)算準(zhǔn)則。</p><p>　　根據(jù)工作情況來(lái)看，我選擇了V帶傳動(dòng)</p><p>　　（1）選擇帶型 </p><p>　　因?yàn)槠л喌闹睆胶苄?，所以選了Y型帶。</p><p>　　（2）確定帶輪的基準(zhǔn)直徑</p><p>　　根據(jù)資料一表6-1推薦胡最小基準(zhǔn)直徑，由附表6-

42、7可選出小帶輪胡基準(zhǔn)直徑dd1=22 mm ，則大帶輪胡基準(zhǔn)直徑dd2=idd1=22x2.5=55 mm</p><p><b>　　（3）驗(yàn)算帶速V</b></p><p>　?。?）確定中心距a和帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度</p><p>　　一般取 </p><p>　　所以 53.9 </p>

43、<p>　　考慮到設(shè)計(jì)要求結(jié)構(gòu)緊湊，古選</p><p>　　計(jì)算相應(yīng)于a0的帶基準(zhǔn)長(zhǎng)度：</p><p>　　根據(jù)初定的查表，選取接近值的基準(zhǔn)長(zhǎng)度=350（mm）</p><p><b>　　實(shí)際中心距： </b></p><p>　?。?）驗(yàn)算主動(dòng)輪上的包角。</p><p>　　

44、所以主動(dòng)輪胡包角合適</p><p><b>　?。?）計(jì)算帶的根數(shù)</b></p><p>　　由附表6-2差得KL=0.92,附表6-5查的Kɑ=0.96，附表6-4 差得ΔP=0，所以有</p><p>　　所以取 z=1 根</p><p>　?。?）計(jì)算初拉力 。</p><p>　　

45、由附表6-1查得q=0.04kg/m，所以有</p><p>　?。?）計(jì)算帶對(duì)軸的壓力。</p><p>　　所以帶對(duì)軸的壓力為191.9N</p><p><b>　　2-5電機(jī)的選擇</b></p><p>　　1、手部電機(jī)的選擇。</p><p>　　電機(jī)穩(wěn)定轉(zhuǎn)速 ，最大轉(zhuǎn)速 ,&

46、lt;/p><p><b>　　傳動(dòng)比 </b></p><p><b>　　取電機(jī)安全系數(shù)為2</b></p><p><b>　　所以有 </b></p><p>　　所以選擇電機(jī)為：森創(chuàng)56BYG250D-0241 保持轉(zhuǎn)矩1.72 ，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量460 ,重

47、量1 Kg ，步距角0.9/1.8 。</p><p><b>　　2、手腕處電機(jī)選擇</b></p><p>　　電機(jī)穩(wěn)定轉(zhuǎn)速 ，最大轉(zhuǎn)速 ,</p><p><b>　　皮帶輪傳動(dòng)比 </b></p><p>　　取電機(jī)安全系數(shù)為1.8</p><p>&

48、lt;b>　　所以有 </b></p><p>　　所以選擇電機(jī)為：森創(chuàng)86BYG250BN-0602 保持轉(zhuǎn)矩5 ，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量1200 ,重量2.6 Kg ，步距角0.9/1.8 。</p><p><b>　　3、小臂電機(jī)選擇</b></p><p>　　電機(jī)穩(wěn)定轉(zhuǎn)速 ，最大轉(zhuǎn)速 ,</p&

49、gt;<p><b>　　減速器減速比 </b></p><p><b>　　取電機(jī)安全系數(shù)為2</b></p><p><b>　　所以有 </b></p><p>　　所以選擇電機(jī)為：森創(chuàng)56BYG250E-0601 保持轉(zhuǎn)矩2.5 ，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量750 ,重量1.5

50、 Kg ，步距角0.9/1.8 。</p><p>　　電機(jī)穩(wěn)定轉(zhuǎn)速 ，最大轉(zhuǎn)速 ,</p><p><b>　　減速器減速比 </b></p><p><b>　　取電機(jī)安全系數(shù)為2</b></p><p><b>　　所以有 </b></p&

51、gt;<p>　　所以選擇電機(jī)為：森創(chuàng)86BYG250F-0361 保持轉(zhuǎn)矩2.4 ，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量560 ,重量1.5 Kg ，步距角0.9/1.8 。</p><p><b>　　4、大臂電機(jī)選擇</b></p><p>　　電機(jī)穩(wěn)定轉(zhuǎn)速 ，最大轉(zhuǎn)速 ,</p><p><b>　　減速器減速比 &l

52、t;/b></p><p><b>　　取電機(jī)安全系數(shù)為2</b></p><p><b>　　所以有 </b></p><p>　　所以選擇電機(jī)為：森創(chuàng)86BYG250AN-0401 保持轉(zhuǎn)矩5 ，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量750 ,重量2.6 Kg ，步距角0.9/1.8 。</p><p&

53、gt;<b>　　5、底座電機(jī)選擇</b></p><p>　　電機(jī)穩(wěn)定轉(zhuǎn)速 ，最大轉(zhuǎn)速 ,</p><p><b>　　齒輪傳動(dòng)比 </b></p><p><b>　　取電機(jī)安全系數(shù)為2</b></p><p><b>　　所以有 </

54、b></p><p>　　所以選擇電機(jī)為：森創(chuàng)86BYG250CN-0501 保持轉(zhuǎn)矩7.5 ，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量4280 ,重量3.6 Kg ，步距角0.9/1.8 。</p><p><b>　　2.6軸的設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　1、手部軸的設(shè)計(jì)。</b></p><p>

55、;<b>　　綜合前面計(jì)算可得：</b></p><p>　　（1）選擇軸的材料及熱處理方法</p><p>　　選擇軸的材料為45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度為170～217HBS，由資料一附表14-1查得對(duì)稱循環(huán)彎曲許用應(yīng)力[]=55MPa。</p><p><b>　?。?）計(jì)算最小軸徑</b></p><

56、;p>　　由表14-1選取C=110，所以有：</p><p>　　考慮到鍵槽會(huì)消減軸的強(qiáng)度，所以應(yīng)將計(jì)算軸徑適當(dāng)增大，所以取最小軸徑為10mm。</p><p>　?。?）按彎曲校核軸的強(qiáng)度</p><p>　　由零件安裝布置可知，安裝卡簧截面處的彎矩最大，以其為危險(xiǎn)截面進(jìn)行強(qiáng)度校核。</p><p>　　考慮到卡簧槽的影響，將截面軸

57、徑乘以0.94，所以有</p><p><b>　　[] </b></p><p><b>　　所以安全。</b></p><p><b>　　2、底座軸的設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　綜合前面計(jì)算可得：</b></p><

58、p>　?。?）選擇軸的材料及熱處理方法</p><p>　　選擇軸的材料為45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度為170～217HBS，由資料一附表14-1查得對(duì)稱循環(huán)彎曲許用應(yīng)力[]=55MPa。</p><p><b>　?。?）計(jì)算最小軸徑</b></p><p>　　由表14-1選取C=110，所以有：</p><p>

59、　　考慮到鍵槽會(huì)消減軸的強(qiáng)度，所以應(yīng)將計(jì)算軸徑適當(dāng)增大，所以取最小軸徑為25mm。</p><p>　?。?）按彎曲校核軸的強(qiáng)度</p><p>　　由零件安裝布置可知，安裝齒輪中心截面處的彎矩最大，以其為危險(xiǎn)截面進(jìn)行強(qiáng)度校核。</p><p><b>　　軸上載荷計(jì)算</b></p><p>　　齒輪分度圓錐面的圓周力

60、：</p><p><b>　　齒輪的徑向力：</b></p><p><b>　　齒輪的軸向力：</b></p><p>　　所以軸所受的扭矩為：</p><p>　　考慮到卡簧槽的影響，將截面軸徑乘以0.94，所以有</p><p><b>　　[] <

61、;/b></p><p><b>　　所以安全。</b></p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)主要完成：設(shè)計(jì)六自由度機(jī)械手機(jī)構(gòu)；對(duì)上述機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真模擬；設(shè)計(jì)一套六自由度拋光機(jī)械手的控制系統(tǒng)；對(duì)該機(jī)械手進(jìn)行軌跡規(guī)劃。我在該設(shè)計(jì)小組中完成機(jī)械手機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及相應(yīng)構(gòu)件的三維造型。機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中

62、涉及到：V帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)；標(biāo)準(zhǔn)直齒圓錐齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)；電機(jī)的選擇，軸的設(shè)計(jì)，滾動(dòng)軸承的選擇。此機(jī)械手為六自由度機(jī)械手，終端載荷為3Kg，各個(gè)關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)都比較理想，可以完成相應(yīng)的工作。該機(jī)械手終端用法蘭盤(pán)，可以根據(jù)具體的需要在法蘭盤(pán)上連上相應(yīng)的內(nèi)容，把此機(jī)械手改裝成自己需要的機(jī)器人，靈活性很高。此機(jī)械手中大部分零件都采用互換性元件，方便以后的維修和保養(yǎng)。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b&g

63、t;</p><p>　　1、機(jī)械設(shè)計(jì)；陳東，楊鐵牛；電子工業(yè)出版社；2010。</p><p>　　2、計(jì)算機(jī)工程制圖；陳錦昌；華南理工出版社；2004.</p><p>　　3、材料力學(xué)；單輝祖；高等教育出版社；2009</p><p>　　4、機(jī)械原理；孫恒，陳作模，葛文杰；西北工業(yè)大學(xué)機(jī)械原理及機(jī)械零件教研室；2010</p&g

64、t;<p>　　5、Pro/E基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與實(shí)踐；丁淑輝，曹連明；清火大學(xué)出版社；2008</p><p>　　6、工業(yè)機(jī)器人；吳振彪，王正家；華中科技大學(xué)出版社；2007</p><p>　　7、互換性與技術(shù)測(cè)量；楊鐵牛；電子工業(yè)出版社；2010</p><p>　　8、機(jī)械設(shè)計(jì)綜合課程設(shè)計(jì)；王之棟，王大康；機(jī)械工業(yè)出版社；2007</p>

65、<p>　　9、步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用技術(shù)／(日)坂本正文著；王自強(qiáng)譯．—北京：科學(xué)出版社，2010.5</p><p>　　10、工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì)／周伯英編著．—Unknown：Unknown，1995.8</p><p>　　11、機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)[專(zhuān)著]／趙永成主編．—北京：中國(guó)鐵道出版社，2002.7</p><p>　　12、機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)／關(guān)慧貞,馮辛

66、安主編．—3版．—北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.1</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　非常感謝史天錄老師的指導(dǎo)工作，感謝那些給予我們幫助的同學(xué)們。</p><p>　　上學(xué)期在我畢業(yè)設(shè)計(jì)被四處奔走的時(shí)候是史天錄老師向我伸出了橄欖枝，我毅然歸順到老師的門(mén)下。在我設(shè)計(jì)工作中舉步維艱的時(shí)候，是史老師為我點(diǎn)亮前進(jìn)的燈塔。史

67、老師非常關(guān)心我們的工作，每個(gè)禮拜我們小組都有個(gè)見(jiàn)面會(huì)，史老師經(jīng)常在課后都趕過(guò)來(lái)出席會(huì)議并給予我們意見(jiàn)，每次我們都高高興興滿載而歸。老師這種事必躬行的精神遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了設(shè)計(jì)工作本身，它就時(shí)時(shí)刻刻激勵(lì)著我，鞭策著我，對(duì)我以后長(zhǎng)大成人具有劃時(shí)代意義。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，也有很多問(wèn)題是跟同學(xué)交流的，交流的時(shí)候大家思維都很活躍也很自如，使我很受益，感謝他們給予的幫助，讓我再次相信了偉大毛主席名言：人多力量大。此畢業(yè)設(shè)計(jì)的立意較高，它涵蓋了我們大學(xué)生涯的絕大