RV-20F六軸機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)機(jī)械制造和自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)論文設(shè)計(jì)

1、本科論文目 錄摘 要IAbstractII引 言11設(shè)計(jì)目標(biāo)31.1研究的目的與意義31.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)51.2.1國(guó)外研究現(xiàn)狀51.2.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀51.3主要研究?jī)?nèi)容61.4本章小結(jié)62設(shè)計(jì)要求72.1具體成果73設(shè)計(jì)方案83.1簡(jiǎn)易的六軸機(jī)械手總體方案設(shè)計(jì)83.2機(jī)械手傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)113.2.1底座部件的傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)113.2.2手臂部件113.2.3手腕部件113.3簡(jiǎn)易機(jī)械手大臂部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)113.4主要技術(shù)參數(shù)的確定133.5本章小結(jié)264三維建模274.1手腕處的三維建模274.2小臂的三維建模304.3連接處修改以及整體裝配324.4本章小結(jié)335整體渲染346實(shí)物

2、制作37結(jié) 論38參考文獻(xiàn)39致 謝41摘 要本文將設(shè)計(jì)RV-20F六軸機(jī)械手設(shè)計(jì)，六軸機(jī)器人具有作業(yè)靈活且在工作空間內(nèi)達(dá)到區(qū)域較好的優(yōu)點(diǎn)，廣泛的使用在機(jī)床上下料，搬運(yùn)，碼垛，焊接，噴涂等作業(yè)場(chǎng)合，在中國(guó)智能制造的背景下，成為企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的機(jī)械的核心的設(shè)備。本次設(shè)計(jì)從六軸工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀及實(shí)際應(yīng)用等多方面考慮，比較全面的介紹工業(yè)機(jī)器人在世界的發(fā)展地位及實(shí)用背景，提出本文的設(shè)計(jì)方案；其次，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的簡(jiǎn)潔型的六軸機(jī)械人的機(jī)械主體構(gòu)造的設(shè)計(jì)，其中詳細(xì)包含機(jī)器人的底座設(shè)計(jì)、大臂設(shè)計(jì)、腕部設(shè)計(jì)及機(jī)械的機(jī)械夾手部分的設(shè)計(jì)，進(jìn)行六軸機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)方式及傳動(dòng)方式的設(shè)計(jì)，具體包括驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的選型計(jì)算，大

3、臂內(nèi)部的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算，腕部的內(nèi)部傳動(dòng)機(jī)動(dòng)的設(shè)計(jì)及計(jì)算等內(nèi)容，最后根據(jù)設(shè)計(jì)的傳動(dòng)零件的尺寸大小，用solidworks建模軟件進(jìn)行RV-20F六軸機(jī)械手的裝配圖及零件圖的計(jì)算加工。通過(guò)本文進(jìn)行的簡(jiǎn)易的六軸機(jī)械手設(shè)計(jì)，將大學(xué)所學(xué)的機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械原理、機(jī)械制造及機(jī)械制圖等內(nèi)容全面進(jìn)行綜合運(yùn)用，綜合的將所學(xué)的理論知識(shí)運(yùn)用到了實(shí)際設(shè)計(jì)中，在即將踏入社會(huì)進(jìn)行了一次系統(tǒng)的設(shè)計(jì)訓(xùn)練，為將來(lái)走向工作崗位上進(jìn)行了系統(tǒng)鍛煉，為順利進(jìn)入社會(huì)工作打下基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞：六軸機(jī)械手；大臂；腕部；步進(jìn)電機(jī)AbstractIn this paper, the rv-20f six axis manipulator is des

4、igned. The six axis robot has the advantages of flexible operation and good area in the working space. It is widely used in machine tool loading and unloading, handling, palletizing, welding, spraying and other operating occasions. Under the background of Intelligent Manufacturing in China, it becom

5、es the core equipment of the machinery transformation and upgrading for enterprises.Considering the current development and practical application of the six axis industrial robot, this design comprehensively introduces the development status and practical background of the industrial robot in the wo

6、rld, and puts forward the design scheme of this paper. Secondly, the design of the simple six axis robot driven by the stepping motor, including the design of the robot base, the design of the big arm and the design of the wrist Part design and mechanical gripper part design, the driving mode and tr

7、ansmission mode design of six axis robot, including the selection and calculation of driving stepping motor, the design and calculation of the transmission mechanism inside the boom, the design and calculation of the internal transmission of the wrist, etc. Finally, rv-20f is carried out with Solidw

8、orks modeling software according to the size of the designed transmission parts Calculation and processing of assembly drawing and part drawing of six axis manipulator.Through the simple six axis manipulator design in this paper, the mechanical design, mechanical principle, mechanical manufacturing,

9、 mechanical drawing and other contents learned in the university are comprehensively applied, and the theoretical knowledge learned is comprehensively applied to the actual design. A systematic design training is carried out in the coming society, and systematic exercise is carried out for the futur

10、e to the work position, in order to smooth the process To lay the foundation for social work.Key words: six-axis manipulator; big arm; wrist; stepper motor引 言現(xiàn)代化的工廠里面的生產(chǎn)線上都有機(jī)械手，而相對(duì)與一些要加工的原件的空間的位置和姿態(tài)變化較多的就必須得靠多軸多關(guān)節(jié)的機(jī)械手才能完成。而目前的六軸工業(yè)機(jī)器人作為工業(yè)機(jī)器人中應(yīng)用中最為廣泛的類(lèi)型，具有高靈活性、超大負(fù)載、高定位精度等眾多優(yōu)點(diǎn)。常見(jiàn)的六軸關(guān)節(jié)的機(jī)械手，是通過(guò)六個(gè)伺服電機(jī)直接通過(guò)

11、減速器、同步帶輪等驅(qū)動(dòng)六個(gè)關(guān)節(jié)軸的旋轉(zhuǎn)。六軸工業(yè)機(jī)器人一般有六個(gè)自由度，常見(jiàn)的六軸工業(yè)機(jī)器人包含旋轉(zhuǎn)（S軸），下臂（L軸）、上臂（U軸）、手腕旋轉(zhuǎn)（R軸）、手腕擺動(dòng)（B軸）和手腕回轉(zhuǎn)（T軸）。六個(gè)關(guān)節(jié)合成實(shí)現(xiàn)末端的六自由度動(dòng)作。 六軸工業(yè)機(jī)械手的特點(diǎn)主要有以下幾方面，一是可編程屬性，六軸工業(yè)機(jī)械手最大特點(diǎn)是柔性啟動(dòng)化，它可隨其工作環(huán)境變化以及加工件的變化進(jìn)行再編程，適合于小批量多品種具有均衡高效率的柔性制造生產(chǎn)線的應(yīng)用。二是擬人化屬性，六軸工業(yè)機(jī)械手結(jié)合機(jī)械手與人的特點(diǎn)。在六軸工業(yè)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)讓它具備了類(lèi)似人的行走、腰轉(zhuǎn)等部分功能；其傳感器更是使其提高對(duì)周?chē)h(huán)境的自適應(yīng)能力。還有其通用性，

12、一般六軸工業(yè)機(jī)械手在執(zhí)行不同的作業(yè)任務(wù)時(shí)比其他的專(zhuān)用型的工業(yè)機(jī)械手具有更好的通用性。最后是機(jī)電一體化：六軸工業(yè)機(jī)械手是機(jī)械學(xué)和微電子學(xué)的結(jié)合。工業(yè)機(jī)械手具有各種傳感器可以獲取外部環(huán)境信息，而且還具有記憶能力、語(yǔ)言理解能力、圖像識(shí)別能力、推理判斷能力等人工智能，這些都是微電子技術(shù)的應(yīng)用，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用密切相關(guān)。15六軸機(jī)械手的研發(fā)設(shè)計(jì)及制造已經(jīng)有好幾十年的歷史了，整個(gè)工業(yè)機(jī)械手的研發(fā)制造體系較為完善，各研發(fā)廠家在相互競(jìng)爭(zhēng)中可以相互模仿、改善、不斷推陳出新。大正百恒智能多年來(lái)堅(jiān)持投入研發(fā)、生產(chǎn)各類(lèi)自動(dòng)化設(shè)備，其中包括：雙臂回斜式機(jī)械手、回斜式機(jī)械手、雙截單臂回斜式機(jī)械手、立式注塑機(jī)專(zhuān)用機(jī)械

13、手、單臂回斜式機(jī)械手、中型一軸伺服橫走式機(jī)械手、中型兩軸伺服橫走式機(jī)械手、CNC懸掛式全伺服機(jī)械手、CNC開(kāi)放式全伺服機(jī)械手。多年來(lái)不斷推陳出新，研發(fā)生產(chǎn)的自動(dòng)化設(shè)備幫助許多企業(yè)解決了生產(chǎn)難題，備受企業(yè)的喜愛(ài)。普遍企業(yè)研發(fā)的機(jī)器人裝置的動(dòng)力來(lái)源可以是電力驅(qū)動(dòng)，可以做成是液壓形式驅(qū)動(dòng)，考慮到目前的目前發(fā)展的普遍性，盡可能采用電力驅(qū)動(dòng)設(shè)備，因此政府大力鼓勵(lì)企業(yè)使用在工業(yè)機(jī)器人設(shè)備中，因此本文設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)易的六軸機(jī)器人裝置采用的驅(qū)動(dòng)為步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，本文設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)易的六軸工業(yè)機(jī)器人具有廣闊的使用性，具有作業(yè)效率較高，可靠的工作模式，簡(jiǎn)易的六軸機(jī)器人裝置體積較小，設(shè)備的結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單維修方便，操作容易，設(shè)備的出

14、現(xiàn)會(huì)使得人們作業(yè)的時(shí)間大大降低，六軸的工業(yè)機(jī)器人設(shè)備目前正處于一個(gè)發(fā)展的強(qiáng)勁時(shí)期，有廣闊的市場(chǎng)前景。131 設(shè)計(jì)目標(biāo)本次設(shè)計(jì)從六軸機(jī)械手的發(fā)展現(xiàn)狀及實(shí)際應(yīng)用等多方面考慮，比較全面的介紹工業(yè)機(jī)械手在世界的發(fā)展地位及實(shí)用背景，提出本文的設(shè)計(jì)方案；其次，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的簡(jiǎn)潔型的六軸機(jī)械人的機(jī)械主體構(gòu)造的設(shè)計(jì)，其中詳細(xì)包含機(jī)械手的底座設(shè)計(jì)、大臂設(shè)計(jì)、腕部設(shè)計(jì)及機(jī)械的機(jī)械夾手部分的設(shè)計(jì)，進(jìn)行六軸機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方式及傳動(dòng)方式的設(shè)計(jì)，具體包括驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的選型計(jì)算，大臂內(nèi)部的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算，腕部的內(nèi)部傳動(dòng)機(jī)動(dòng)的設(shè)計(jì)及計(jì)算等內(nèi)容，最后根據(jù)設(shè)計(jì)的傳動(dòng)零件的尺寸大小，用solidworks建模軟件進(jìn)行RV-20F六

15、軸機(jī)械手的裝配圖及零件圖的計(jì)算加工。圖1.1 RV-20F六軸機(jī)械手實(shí)物圖1.1 研究的目的與意義機(jī)械手是模仿著人手的部分動(dòng)作，按給定程序、軌跡和要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓取、搬運(yùn)或操作的自動(dòng)機(jī)械裝置1。我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì)生產(chǎn)是在20世紀(jì)60年代開(kāi)始的，截止到今天已經(jīng)有60多年的歷史了，但是從設(shè)計(jì)的工業(yè)機(jī)器人的產(chǎn)品系列來(lái)看，目前對(duì)于工業(yè)機(jī)器人才剛剛起步，相對(duì)于國(guó)外的設(shè)備的研發(fā)狀況我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人主要表現(xiàn)的不足為設(shè)計(jì)的工業(yè)機(jī)器人的系列化的生產(chǎn)規(guī)模不大，設(shè)備的設(shè)計(jì)水平相對(duì)落后，工業(yè)機(jī)器人的作業(yè)的效果表現(xiàn)出一定的差距。但是隨著我國(guó)的經(jīng)濟(jì)技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)的工業(yè)化進(jìn)程的加快，企業(yè)的轉(zhuǎn)型發(fā)展不容忽視，傳統(tǒng)的企業(yè)生產(chǎn)

16、方式已經(jīng)無(wú)法滿足現(xiàn)代化的企業(yè)生產(chǎn)模式，因此需要進(jìn)行設(shè)備轉(zhuǎn)型升級(jí)，在這樣的背景下，工業(yè)機(jī)器人設(shè)備有了市場(chǎng)需求，大量的資金投入設(shè)備的設(shè)計(jì)與研發(fā)，從2005年以后，國(guó)內(nèi)的工業(yè)機(jī)器人的設(shè)備逐年呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)，但是對(duì)于發(fā)展較快的國(guó)家我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人設(shè)備的研發(fā)生產(chǎn)還是處于初級(jí)階段。在中國(guó)的工業(yè)化進(jìn)程速度的加快，原有的企業(yè)依賴(lài)人工作業(yè)生產(chǎn)的弊端已經(jīng)完全的展現(xiàn)出來(lái)，主要表現(xiàn)在人工作業(yè)生產(chǎn)作業(yè)效率低下，設(shè)備較為老舊故障率較高，人力成本的不斷上升，企業(yè)面臨的招工難等問(wèn)題。與此同時(shí)現(xiàn)代化的工業(yè)機(jī)器人代替人工完成作業(yè)，使得設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)工業(yè)機(jī)器人作業(yè)效率快速提升的同時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)省人力，降低人工成本，但是相對(duì)作業(yè)復(fù)雜的

17、工位，主要還是需要人工進(jìn)行作業(yè)，機(jī)器人的無(wú)法實(shí)現(xiàn)人工的代替，基本上還是停留在使用傳統(tǒng)的人工進(jìn)行作業(yè)，作業(yè)效率較低，作業(yè)的效果較差，人力成本的浪費(fèi)以及人工耗時(shí)耗力。在工業(yè)機(jī)器人裝置中走在世界的前列的國(guó)家有德國(guó)，日本及歐洲的發(fā)達(dá)國(guó)家，這些國(guó)家的工業(yè)機(jī)器人設(shè)備的公司的研發(fā)已經(jīng)放眼未來(lái)的全系列的工業(yè)機(jī)器人的裝置2，日本的某公司設(shè)計(jì)一種能夠?qū)崿F(xiàn)家庭除灰塵作業(yè)的清掃作業(yè)機(jī)器人裝置，在作業(yè)的過(guò)程中可以通過(guò)運(yùn)用無(wú)線電控制技術(shù)，使得清掃作業(yè)裝置能夠?qū)崿F(xiàn)運(yùn)動(dòng)，能夠進(jìn)行轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)及避障運(yùn)動(dòng)，具有較高的使用價(jià)值，因此被廣泛的使用在家具市場(chǎng)，企業(yè)的底面清潔位置完成清掃作業(yè)任務(wù)，使得人能夠在清潔勞動(dòng)的工作環(huán)境中解放出來(lái)，國(guó)

18、外發(fā)達(dá)國(guó)家的使用的工業(yè)機(jī)器人設(shè)備使用率與我國(guó)相比設(shè)備的臺(tái)套數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于我們國(guó)家，因此這方面國(guó)內(nèi)的設(shè)備的研發(fā)投入相對(duì)較少，設(shè)備的規(guī)格相對(duì)較少，隨著國(guó)家的經(jīng)濟(jì)狀況的發(fā)展，我國(guó)的企業(yè)的規(guī)模的增長(zhǎng)，在企業(yè)的數(shù)量不斷增多的今天，企業(yè)的生產(chǎn)利潤(rùn)的要求不斷增加，高效的工業(yè)機(jī)器人裝置必須應(yīng)運(yùn)而生用以滿足企業(yè)的生產(chǎn)需要，伴隨著人力成本的不斷上漲的社會(huì)，減少人員工作已經(jīng)成為企業(yè)越來(lái)越追逐利益的方式，因此，由上述分析可以得出工業(yè)機(jī)器人裝置在中國(guó)未來(lái)的市場(chǎng)上必然會(huì)越來(lái)越多的被應(yīng)用，有廣闊的市場(chǎng)空間。普遍企業(yè)研發(fā)的機(jī)器人裝置的動(dòng)力來(lái)源可以是電力驅(qū)動(dòng)，可以做成是液壓形式驅(qū)動(dòng)，考慮到目前的目前發(fā)展的普遍性，盡可能采用電力驅(qū)

19、動(dòng)設(shè)備，因此政府大力鼓勵(lì)企業(yè)使用在工業(yè)機(jī)器人設(shè)備中，因此本文設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)易的六軸機(jī)器人裝置采用的驅(qū)動(dòng)為步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，本文設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)易的六軸工業(yè)機(jī)器人具有廣闊的使用性，具有作業(yè)效率較高，可靠的工作模式，簡(jiǎn)易的六軸機(jī)器人裝置體積較小，設(shè)備的結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單維修方便，操作容易，設(shè)備的出現(xiàn)會(huì)使得人們作業(yè)的時(shí)間大大降低，六軸的工業(yè)機(jī)器人設(shè)備目前正處于一個(gè)發(fā)展的強(qiáng)勁時(shí)期，有廣闊的市場(chǎng)前景。1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)1.2.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀1950年上下，美國(guó)率先使用簡(jiǎn)易機(jī)械手在流水線上運(yùn)輸放射性材料，但這些老式的機(jī)械手需要相關(guān)專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員在一旁運(yùn)用遙控裝置來(lái)操作機(jī)械手，仍舊需要人力作業(yè)，總體自動(dòng)化程度非常差3

20、。到1960年之后，機(jī)械手應(yīng)用在世界各國(guó)得到了極大的應(yīng)用，其被常用于高熱環(huán)境，高污染環(huán)境，同時(shí)在常規(guī)機(jī)床，全自動(dòng)流水生產(chǎn)線和全自動(dòng)加工中心也得到了防范使用，在當(dāng)時(shí)，通用機(jī)械手普遍采用了繼電邏輯控制或計(jì)算機(jī)邏輯控制，機(jī)械手可以通過(guò)人工編程，來(lái)完成理想的實(shí)際作業(yè)，達(dá)到產(chǎn)業(yè)最大化。直至今日，世界上傳統(tǒng)機(jī)械手的應(yīng)用趨勢(shì)接近飽和，機(jī)械手技術(shù)已經(jīng)越來(lái)越向智能化的方向發(fā)展。1.2.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人經(jīng)歷了60年的發(fā)展歷程，已經(jīng)在技術(shù)上有了較大的進(jìn)步，但是我國(guó)研制的工業(yè)機(jī)器人裝置仍然在以下方面存在一定的劣勢(shì)，下面的設(shè)備的問(wèn)題是我國(guó)未來(lái)工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展方向。（1）設(shè)備的工作可靠性我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人裝

21、置的工作的可靠性相對(duì)國(guó)外的清掃裝置的可靠性存在一定的差距，分析產(chǎn)生差距的原因：國(guó)內(nèi)的基礎(chǔ)工業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)工業(yè)零件受到其工作性能影響，由于基礎(chǔ)零件的限制導(dǎo)致設(shè)備整機(jī)的工作可靠性的降低；設(shè)備的零部件的制造及加工工藝性相對(duì)國(guó)外存在一定的問(wèn)題4；（2）工業(yè)機(jī)器人多功能性我國(guó)研發(fā)的工業(yè)機(jī)器人作業(yè)設(shè)備的功能主要為單一的作業(yè)，不能夠與其他方式作業(yè)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)多種功能集聚一臺(tái)裝置上，如果能夠開(kāi)發(fā)出上述功能于一身的設(shè)備，能夠使得設(shè)備的使用價(jià)值提升。（3）工業(yè)機(jī)器人需要系列化設(shè)計(jì)工業(yè)機(jī)器人作業(yè)設(shè)備使用的作業(yè)情況不盡相同，因此設(shè)計(jì)的設(shè)備需要根據(jù)作業(yè)任務(wù)的要求進(jìn)行開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)，需要有系列化的設(shè)備完成不同的作業(yè)條件的作業(yè)，原因

22、在于對(duì)于作業(yè)場(chǎng)合要求較高的地方，工業(yè)機(jī)器人在進(jìn)行作業(yè)時(shí)，需要工業(yè)機(jī)器人作業(yè)效果較好及作業(yè)時(shí)產(chǎn)生的噪音較低的工作要求，使得設(shè)備設(shè)計(jì)時(shí)產(chǎn)生的成本較高，對(duì)于作業(yè)要求比較粗況的使用場(chǎng)合，工業(yè)機(jī)器人裝置的使用條件寬泛，設(shè)備開(kāi)發(fā)及設(shè)備的作業(yè)成本較低，因此設(shè)計(jì)不同形式不同系列的工業(yè)機(jī)器人裝置用以滿足不同工況的使用的作業(yè)工業(yè)機(jī)器人裝置勢(shì)在必行5。1.3 主要研究?jī)?nèi)容從六軸工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀及實(shí)際應(yīng)用等多方面考慮，比較全面的介紹工業(yè)機(jī)器人在世界的發(fā)展地位及實(shí)用背景，提出本文的設(shè)計(jì)方案；其次，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的簡(jiǎn)潔型的六軸機(jī)械人的機(jī)械主體構(gòu)造的設(shè)計(jì)，其中詳細(xì)包含機(jī)器人的底座設(shè)計(jì)、大臂設(shè)計(jì)、腕部設(shè)計(jì)及機(jī)械的機(jī)械夾手部

23、分的設(shè)計(jì)，進(jìn)行六軸機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)方式及傳動(dòng)方式的設(shè)計(jì)，具體包括驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的選型計(jì)算，大臂內(nèi)部的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算，腕部的內(nèi)部傳動(dòng)機(jī)動(dòng)的設(shè)計(jì)及計(jì)算等內(nèi)容，最后根據(jù)設(shè)計(jì)的傳動(dòng)零件的尺寸大小，用solidworks建模軟件進(jìn)行RV-20F六軸機(jī)械手的裝配圖及零件圖的計(jì)算加工。1.4 本章小結(jié)本章主要提出了整體的設(shè)計(jì)目標(biāo)，以及對(duì)本產(chǎn)品研發(fā)的意義所在，根據(jù)國(guó)內(nèi)外發(fā)展近況，對(duì)本產(chǎn)品有一個(gè)初步了解，根據(jù)所獲得的信息，確定研究的內(nèi)容，為之后的設(shè)計(jì)過(guò)程打好基礎(chǔ)。2 設(shè)計(jì)要求本文計(jì)劃制作一種相對(duì)簡(jiǎn)單六軸機(jī)械手裝置，本次計(jì)劃制作六軸機(jī)械手裝置能夠進(jìn)行汽車(chē)裝配作業(yè)。六自由度機(jī)器人設(shè)計(jì)要求，由于六軸機(jī)器人輸送的速度快，加

24、速度大，加減速時(shí)間短。當(dāng)運(yùn)送較重的工件時(shí)，整體慣性較大，所以伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)要有足夠的驅(qū)動(dòng)力以及強(qiáng)大的制動(dòng)本領(lǐng)，支持元件也要有充足的剛度及強(qiáng)度。如此這般，就可以令伺服電動(dòng)機(jī)滿足六軸關(guān)節(jié)機(jī)器人輸送的高響應(yīng)、高剛度及高精度要求。2.1 具體成果預(yù)期的具體成果如下：（1）零件三維造型及裝配，電子文件，一套；（2）所有非標(biāo)零件圖（標(biāo)準(zhǔn)CAD圖）電子文件，一套；（3）裝配圖（標(biāo)準(zhǔn)CAD圖）電子文件，1張；（4）最復(fù)雜的非標(biāo)件圖紙，打印圖紙3張，A3圖幅；（5）裝配圖，打印圖紙1張；A1或A0圖幅；（6）設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)；（7）產(chǎn)品模型（3D打?。? 設(shè)計(jì)方案3.1 簡(jiǎn)易的六軸機(jī)械手總體方案設(shè)計(jì)這次要設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)易的六

25、軸機(jī)械手裝置要求從以下幾個(gè)方面進(jìn)行機(jī)械手裝置的總體方案要求。在簡(jiǎn)易機(jī)械手的工作負(fù)載主要考慮機(jī)械手的實(shí)際作業(yè)任務(wù)，結(jié)合本文設(shè)計(jì)的任務(wù)書(shū)中規(guī)定的參數(shù)，選擇本文的工作負(fù)載設(shè)計(jì)為：3kg，用以滿足電機(jī)的驅(qū)動(dòng)選型方便及機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)靈活性等要求設(shè)計(jì)6。簡(jiǎn)易機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)本文設(shè)計(jì)的機(jī)械手工作方式為發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。根據(jù)本文的設(shè)計(jì)要求，機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)操作為步進(jìn)電機(jī)操作。由于發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，機(jī)械手相應(yīng)的工作效率高，工作方式多變靈活，機(jī)械手裝置的工作效率高，因此，各方面設(shè)計(jì)的發(fā)動(dòng)機(jī)都使用步進(jìn)電機(jī)。簡(jiǎn)易機(jī)械手的傳動(dòng)系統(tǒng)本文設(shè)計(jì)的機(jī)械手裝置考慮到結(jié)構(gòu)的緊湊性能要求，要求機(jī)械手的作業(yè)時(shí)靈活，因此設(shè)計(jì)的機(jī)械的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量需要盡可能的小

26、些，在機(jī)械傳動(dòng)中常見(jiàn)的傳動(dòng)包含帶傳動(dòng)，鏈傳動(dòng)，齒輪傳動(dòng)等，在眾多傳動(dòng)中能夠保證瞬時(shí)傳動(dòng)比恒定的機(jī)構(gòu)為齒輪傳動(dòng)，由于設(shè)計(jì)的電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)的速度較大，機(jī)器人的關(guān)節(jié)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)速度較低，因此設(shè)計(jì)的減速裝置需要在有限的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)大傳動(dòng)比的減速，因此本文有限考慮到諧波減速器，諧波減速其中主要的傳動(dòng)為齒輪輪系的傳動(dòng)7。簡(jiǎn)易機(jī)械手的作業(yè)范圍設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)易機(jī)械手的作業(yè)范圍要求能夠進(jìn)行封閉的空間區(qū)域內(nèi)進(jìn)行作業(yè)，因此設(shè)計(jì)的機(jī)械手的作業(yè)區(qū)域主要受到機(jī)械手的設(shè)計(jì)的尺寸控制，因此本文在進(jìn)行尺寸綜合設(shè)計(jì)時(shí)，才能確定機(jī)械手的作業(yè)范圍。簡(jiǎn)易機(jī)械手的工作運(yùn)動(dòng)速度機(jī)械手裝置的第六軸的法蘭盤(pán)的中心點(diǎn)的作業(yè)速度的大小能夠確定機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)速度，

27、該速度的大小受限于電機(jī)的選擇速度及機(jī)械手的連桿的長(zhǎng)度及減速器的參數(shù)等條件共同作用，因此本文設(shè)計(jì)的法蘭盤(pán)的中心點(diǎn)處的速度設(shè)計(jì)為：4m/s。簡(jiǎn)易機(jī)械手的總體形式結(jié)合多次的方案論證，形成的簡(jiǎn)易的六軸機(jī)械手的可行性方案如下，首先研究機(jī)械手的作業(yè)形式如下。直角坐標(biāo)機(jī)器人直角坐標(biāo)機(jī)器中應(yīng)用較多有兩自由度的直角坐標(biāo)機(jī)器和三自由度的直角坐標(biāo)機(jī)器人，形式如圖3.1.1及3.1.2所示。常見(jiàn)的直角坐標(biāo)機(jī)器人又稱(chēng)為桁架機(jī)器人，該形式的機(jī)器人具有設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，維護(hù)較為方便，廣泛的被應(yīng)用在金屬加工機(jī)床、沖壓機(jī)床、注塑機(jī)上下料領(lǐng)域。 圖3.1.1 兩自由度直角坐標(biāo)機(jī)器人 圖3.1.2 三自由度直角坐標(biāo)機(jī)器人關(guān)節(jié)

28、機(jī)器人關(guān)節(jié)機(jī)器人的連桿與連桿的連接位置都是由轉(zhuǎn)動(dòng)副所構(gòu)成，在關(guān)節(jié)機(jī)器人中最為普遍的為六軸的工業(yè)機(jī)器人和四軸的碼垛機(jī)器人，六軸的工業(yè)機(jī)器人的作業(yè)功能較為廣泛被使用在焊接作業(yè)領(lǐng)域中，四軸碼垛機(jī)器相對(duì)于六軸機(jī)器人來(lái)說(shuō)，碼垛機(jī)器人的五軸及六軸是固定的8，因此，作業(yè)機(jī)器人只能實(shí)現(xiàn)法蘭盤(pán)相對(duì)于地面的平行，六軸關(guān)節(jié)機(jī)器人如圖3.1.3所示，碼垛機(jī)器人如圖3.1.4所示。 圖3.1.3 六關(guān)節(jié)機(jī)器人 圖3.1.4 碼垛機(jī)器人球面坐標(biāo)機(jī)器人、柱面坐標(biāo)機(jī)器、水平多關(guān)節(jié)機(jī)器人、并聯(lián)機(jī)器人球面坐標(biāo)機(jī)器人的作業(yè)運(yùn)動(dòng)副包括兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副和一個(gè)移動(dòng)副構(gòu)成（如圖3.1.5），柱面坐標(biāo)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)副包括一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副和兩個(gè)移動(dòng)副（如圖3

29、.1.6），水平多關(guān)節(jié)機(jī)器人包括兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副和一個(gè)移動(dòng)副（如圖3.1.7），并聯(lián)機(jī)器人結(jié)構(gòu)中由多個(gè)移動(dòng)度及一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副所構(gòu)成（如圖3.1.8），并聯(lián)機(jī)器人具有作業(yè)效率較高，動(dòng)作十分敏捷的特點(diǎn)。 圖3.1.5 球面坐標(biāo)機(jī)器人 圖3.1.6 柱面坐標(biāo)機(jī)器人 圖3.1.7 水平多關(guān)節(jié)機(jī)器人 圖3.1.8 并聯(lián)機(jī)器人結(jié)合上述機(jī)械手的工作形式及使用領(lǐng)域，工作的特點(diǎn)等要求，本文綜合論證選擇簡(jiǎn)易的六軸機(jī)械手的形式為關(guān)節(jié)式機(jī)械手。3.2 機(jī)械手傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)根據(jù)上述機(jī)械手的整體方案的確定，確定機(jī)械手的大概形式，為了進(jìn)一步確定機(jī)械手的傳動(dòng)形式，本文進(jìn)行機(jī)械手傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)。本文設(shè)計(jì)的機(jī)械手形式為步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)下的六關(guān)節(jié)的

30、機(jī)械手，因此機(jī)械手的形式與市場(chǎng)上的工業(yè)機(jī)器的形式相類(lèi)似，機(jī)械手的機(jī)械本體的組成包括：底座部件、大臂部件、小臂部件、手腕部件等部件組成。3.2.1 底座部件的傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)底座部分主要完成簡(jiǎn)易機(jī)械手的整體回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，因此設(shè)計(jì)一個(gè)支撐結(jié)構(gòu)，通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)減速器，帶動(dòng)齒輪在齒圈上完成轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的整體回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)9。3.2.2 手臂部件手臂的部件包括大臂及小臂的裝置，采用的整體方式仍然為電機(jī)驅(qū)動(dòng)減速機(jī)，完成齒輪的嚙合，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)10。3.2.3 手腕部件作為機(jī)械手的外界的連接尺寸結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)的手腕部需要進(jìn)行兩個(gè)自由度的設(shè)計(jì)，在狹小的空間內(nèi)合理布置，因此本文設(shè)計(jì)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)帶能夠?qū)崿F(xiàn)錐齒輪的運(yùn)動(dòng)并

31、完成腕部的轉(zhuǎn)動(dòng)。3.3 簡(jiǎn)易機(jī)械手大臂部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.3.1 大臂部設(shè)計(jì)基本要求機(jī)械手的大臂在整個(gè)六關(guān)節(jié)的機(jī)械手的作業(yè)中起到至關(guān)重要的作業(yè)，機(jī)械手的作業(yè)空間及作業(yè)能力主要依托大臂完成作業(yè)，因此設(shè)計(jì)時(shí)，需要滿足設(shè)計(jì)的基本要求：（1）為了減低驅(qū)動(dòng)電機(jī)的工作負(fù)載，因此設(shè)計(jì)的大臂的質(zhì)量需要盡可能的輕便；（2）為了能夠使得機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)靈活性增加，因此大臂需要具有較高的運(yùn)動(dòng)速度，運(yùn)動(dòng)時(shí)的運(yùn)動(dòng)慣量設(shè)計(jì)較低。（3）大臂要求運(yùn)動(dòng)的位置精度需要進(jìn)一步提高11。3.3.2 大臂部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)考慮到大臂設(shè)計(jì)要求，因此本文設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)易機(jī)械手的大臂從材料選擇上選擇質(zhì)量相對(duì)較輕的鑄鋁材料，材料具有質(zhì)量較輕，材料的使用強(qiáng)度較高的優(yōu)點(diǎn)

32、，能夠滿足本文的設(shè)計(jì)使用。3.3.3 大臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)及減速器選型電動(dòng)機(jī)作為市場(chǎng)上已經(jīng)成熟的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)格化的成型產(chǎn)品，在機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域，只要合理的選擇電動(dòng)機(jī)的參數(shù)，在本文的設(shè)計(jì)中，本文從電動(dòng)機(jī)的輸出功率、工作條件及設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)型要求考慮，在電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品中滿足上述參數(shù)要求，確定型號(hào)。電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)原動(dòng)機(jī)的主要零部件之一，電動(dòng)機(jī)的形式的選擇與工作環(huán)境是分不開(kāi)的，可以參考電動(dòng)機(jī)的電源的種類(lèi)及工作條件及工作的負(fù)載的情況進(jìn)行綜合考慮。直流電動(dòng)機(jī)的主要的優(yōu)點(diǎn)：市場(chǎng)電機(jī)較為容易采購(gòu)，使用的電機(jī)的功率較大，能夠滿足大功率的功率機(jī)械設(shè)備的使用。直流電動(dòng)機(jī)主要缺點(diǎn)為：設(shè)計(jì)的裝置需要設(shè)計(jì)減速機(jī)，通常電機(jī)的電流需要較大，較難實(shí)

33、現(xiàn)裝配，控制較為復(fù)雜。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)主要的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備的運(yùn)動(dòng)精度較高，設(shè)備的設(shè)計(jì)型號(hào)較為廣泛，適合較多設(shè)備的使用，電動(dòng)機(jī)的接口形式簡(jiǎn)單，容易使用，市場(chǎng)價(jià)格較低。因此，設(shè)計(jì)的電機(jī)的功率較小，使用時(shí)電機(jī)需要的電流較大，電機(jī)的結(jié)構(gòu)不緊湊，體積較高，與其他裝置進(jìn)行裝配較為困難，電機(jī)的承載能力較低，總功率較小，控制難度較大，運(yùn)動(dòng)精度較低?？紤]到本文設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)易機(jī)械手的作業(yè)要求平穩(wěn)及設(shè)備的控制簡(jiǎn)單可靠等要求，因此設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)易機(jī)械手的電機(jī)選擇為步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。3.3.4 電動(dòng)機(jī)的型號(hào)選擇本結(jié)合本文設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)中規(guī)定的參數(shù)，選擇本文的工作負(fù)載設(shè)計(jì)為：3kg，為了能夠使得動(dòng)力滿足使用要求，本文采用的電機(jī)型號(hào)為130FY2

34、80的130步進(jìn)電機(jī)12電機(jī)參數(shù)電機(jī)型號(hào)：130FY280輸出力矩：50Nm出軸長(zhǎng)度：47mm出軸軸徑：19MM/24MM槽：8*8*30出軸方式：?jiǎn)?雙出軸出線方式：二相四根引出線電流：8.5A機(jī)身長(zhǎng)度：280mm2.適用范圍傳動(dòng)比范圍：?jiǎn)渭?jí)傳動(dòng) 兩級(jí)傳動(dòng) 輸出扭矩范圍：輸入轉(zhuǎn)速范圍： 3.代號(hào)根據(jù)參考文獻(xiàn)4的諧波形式的減速器的使用代號(hào)，代號(hào)的具體形式為兩部分組成，分別為型號(hào)、規(guī)格部分。型號(hào)通常采用漢語(yǔ)字母拼音來(lái)進(jìn)行表達(dá)，例如X代表諧波減速器形式，W代表臥式減速器，D代表電動(dòng)機(jī)。設(shè)備的規(guī)格具體包含設(shè)備的功率、設(shè)備的機(jī)型號(hào)和設(shè)備的傳動(dòng)比三項(xiàng)規(guī)格，均用實(shí)際數(shù)字加以表達(dá)。4.驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的型號(hào)選擇R

35、V-20F六軸機(jī)械手設(shè)計(jì)的電動(dòng)機(jī)的力矩為50N.m，電動(dòng)機(jī)的最高反應(yīng)頻率可達(dá)200KPPS，查閱參考文獻(xiàn)3可知，電動(dòng)機(jī)可以具體的選擇110BYG350D型制動(dòng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)使用的驅(qū)動(dòng)器為HB3722S2 220V。3.4 主要技術(shù)參數(shù)的確定3.4.1 腕部的傳動(dòng)比分配根據(jù)設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)速，根據(jù)設(shè)計(jì)的電機(jī)轉(zhuǎn)速及小臂軸轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)，因此計(jì)算二者的設(shè)計(jì)總傳動(dòng)比為：由于設(shè)計(jì)的減速裝置為二級(jí)減速傳動(dòng)，因此設(shè)計(jì)的電機(jī)至帶軸I的傳動(dòng)裝置傳動(dòng)比為：從軸I到腕部軸III進(jìn)行的傳動(dòng)比設(shè)計(jì)為：3.4.2 帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)按照機(jī)械設(shè)計(jì)教材中的帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)步驟設(shè)計(jì)如下：計(jì)算功率公式為： 查詢(xún)機(jī)械設(shè)計(jì)教材中的表87，可知

36、：工況系數(shù)為：=1，額定功率為：w因此計(jì)算的功率為：w選擇同步帶的類(lèi)型結(jié)合計(jì)算功率及小帶輪的轉(zhuǎn)速為：r/min（電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)），根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)教材中的圖811進(jìn)行選擇，本文設(shè)計(jì)普通同步帶的型號(hào)為：Z型設(shè)計(jì)帶輪基準(zhǔn)直徑，驗(yàn)證帶速（a）進(jìn)行小帶輪基準(zhǔn)直徑的初選設(shè)計(jì)帶傳動(dòng)時(shí)，由于帶需要滿足具有足夠的疲勞強(qiáng)度，在設(shè)計(jì)時(shí)，為了降低帶傳動(dòng)的彎曲應(yīng)力，因此設(shè)計(jì)時(shí)需要限定小帶輪的尺寸，需要滿足，查詢(xún)機(jī)械設(shè)計(jì)教材中的表86、88確定小帶輪的基準(zhǔn)直徑，本文設(shè)計(jì)為=50mm，本文進(jìn)行帶輪的適當(dāng)整圓為：=50(mm)。（b）驗(yàn)證帶速因此滿足帶速度要求。（c）計(jì)算大帶輪的基準(zhǔn)直徑根據(jù)第二章的傳動(dòng)設(shè)計(jì)，可知帶傳動(dòng)比為，由此

37、可以得知，大帶輪的尺寸為：，進(jìn)行帶輪的尺寸的圓整，因此設(shè)計(jì)為：=250(mm)設(shè)計(jì)帶的實(shí)際中心距，設(shè)計(jì)同步帶基準(zhǔn)長(zhǎng)度（a）中心距尺寸太小的話會(huì)令帶傳動(dòng)的包角較小，會(huì)降低總體傳動(dòng)的能力，但中心矩過(guò)大的話，也會(huì)導(dǎo)致整體帶傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)不緊湊，工作平穩(wěn)性較差，因此需要合理的選擇中心距的尺寸，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)教材中式（820），初選中心距 +因此：，本文取=300(mm)（b）計(jì)算相應(yīng)帶長(zhǎng)尺寸為：+=(mm)帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度，選擇為標(biāo)準(zhǔn)尺寸為(mm)（c)因此計(jì)算出中心距實(shí)際的尺寸及允許的安裝尺寸的其變動(dòng)范圍傳動(dòng)時(shí)實(shí)際中心距尺寸近似為：=(mm)考慮到帶輪在實(shí)際的制造過(guò)程中誤差，安裝過(guò)程中的誤差，以及帶在制造時(shí)，

38、長(zhǎng)度都會(huì)有一定的誤差，因此中心距的尺寸只要在合理的范圍內(nèi)是可以滿足要求的，因此查詢(xún)機(jī)械設(shè)計(jì)資料可知，中心距的變化需用值范圍為：=(mm)(mm)驗(yàn)算小帶輪包角數(shù)值為了能夠避免帶出現(xiàn)打滑現(xiàn)象產(chǎn)生，在帶的設(shè)計(jì)上需要嚴(yán)格限制包角的大小，需要設(shè)計(jì)帶輪上的包角大于120，由于小帶輪的包角始終小于大帶輪包角，因此出現(xiàn)打滑的失效形式往往出現(xiàn)在小帶輪上，因此需要嚴(yán)格的計(jì)算小帶輪的包角尺寸，用以實(shí)現(xiàn)工作能力，計(jì)算小帶輪的包角公式為14：帶的根數(shù)設(shè)計(jì)查詢(xún)機(jī)械設(shè)計(jì)教材中的表87可知工況系數(shù)為=1.1，查表84a 可知單個(gè)V帶的基本額定功率為：=1.94，查表84b可知，修正功率為：=0.15，查表85可知包角修正系

39、數(shù)為：=0.98，查表82可知帶長(zhǎng)修正系數(shù)為：=0.99，將剛剛得到的結(jié)果帶入公式4-8計(jì)算得： ，因此本文取=1（根），滿足使用要求。初拉力計(jì)算根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)教材中式86計(jì)算出單根同步帶所需最小初拉力為：=29.46（N）帶傳動(dòng)的壓軸力的計(jì)算（N） 帶輪的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)本文設(shè)計(jì)的同步帶帶輪根據(jù)帶的設(shè)計(jì)條數(shù)設(shè)計(jì)帶輪的齒形，設(shè)計(jì)的帶輪需要滿足：帶輪的的質(zhì)量較小，結(jié)構(gòu)性能較好，加工工藝性能較好的優(yōu)點(diǎn)及鑄造的材料選擇合理，鑄造內(nèi)部無(wú)缺陷及鑄造內(nèi)用力需要在加工前進(jìn)行實(shí)效處理，根據(jù)帶輪的工作特點(diǎn)，因此需要盡可能的提高帶輪的設(shè)計(jì)精度，用于降低帶的磨損，因此設(shè)計(jì)的帶輪的槽型的尺寸及表面精度需要滿足一定條件，實(shí)現(xiàn)

40、帶的載荷分布均勻的條件15。查詢(xún)帶輪設(shè)計(jì)的機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)知識(shí)可知：帶輪的基準(zhǔn)寬度設(shè)計(jì)尺寸與帶的基準(zhǔn)寬度一樣，故設(shè)計(jì)的帶輪的基準(zhǔn)寬度尺寸為8.5mm，設(shè)計(jì)的帶輪的齒形深為：2mm；設(shè)計(jì)的帶輪的齒形深度為：7mm；帶輪的設(shè)計(jì)的寬度尺寸為：；設(shè)計(jì)的帶輪的外徑尺寸為：本文設(shè)計(jì)的帶輪的各個(gè)位置的尺寸為：進(jìn)行小帶輪孔徑初步設(shè)計(jì)為：設(shè)計(jì)小帶輪的基準(zhǔn)直徑為：設(shè)計(jì)小帶輪的外徑為：設(shè)計(jì)小帶輪的外徑為：設(shè)計(jì)小帶輪的輪齒形寬度為：本文設(shè)計(jì)的小帶輪的尺寸滿足，因此設(shè)計(jì)的小帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為實(shí)心結(jié)構(gòu)的帶輪。根據(jù)設(shè)計(jì)的傳動(dòng)比，設(shè)計(jì)大帶輪基準(zhǔn)直徑尺寸為：由于本文設(shè)計(jì)的大帶輪的尺寸及小帶輪的尺寸滿足：，因此大帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為孔板式

41、。大帶輪的腹板厚設(shè)計(jì)為：，大帶輪的輪寬設(shè)計(jì)為：， mm。大帶輪的輪槽寬設(shè)計(jì)為：b=8.5mm3.4.3 腕部主軸的設(shè)計(jì)計(jì)算1計(jì)算扭矩為： 2計(jì)算齒輪有效圓周力、軸向力及徑向力3預(yù)估算最小軸徑尺寸，確定聯(lián)軸器查詢(xún)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，可知最小軸徑的預(yù)估經(jīng)驗(yàn)公式為：設(shè)計(jì)為：=14mm.4軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)16圖3-1 主軸裝配示意圖軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的參數(shù)需要嚴(yán)格根據(jù)軸上安裝的零件進(jìn)行設(shè)計(jì)。在軸安裝聯(lián)軸器部位的設(shè)計(jì)尺寸為A：=9mm，=18mm， L；為了能夠?qū)崿F(xiàn)聯(lián)軸器的可靠安裝。設(shè)計(jì)的周長(zhǎng)尺寸需要小于20mm，本文設(shè)計(jì)為=18mm。安裝軸承部分設(shè)計(jì)尺寸為B：，直徑由軸承的內(nèi)孔決定的，設(shè)計(jì)采用的軸承為：深溝球軸承60

42、02，因此設(shè)計(jì)尺寸為：，。軸向定位的軸肩部分C設(shè)計(jì)為：。安裝齒輪部分尺寸設(shè)計(jì)為D：，由于尺寸齒輪與軸的尺寸接近，根據(jù)安裝有關(guān)因素，本文設(shè)計(jì)的為齒輪軸。定位軸肩部分的設(shè)計(jì)尺寸為E：。安裝軸承尺寸設(shè)計(jì)為F：?？紤]到功能部件齒輪的連接及軸承的連接，因此在設(shè)計(jì)軸時(shí)，需要在安裝部分采用嚴(yán)格的配合要求，齒輪安裝部分采用H7/k6，滾動(dòng)軸承與軸采用H7/k6。為了減小應(yīng)力集中及安裝時(shí)導(dǎo)向方便在軸肩處設(shè)計(jì)軸肩處的圓角半徑為：R=1，軸端倒角為：1。 5. 考慮到軸需要表面具有足夠的硬度保證耐磨性能，心部要有足夠的韌性，因此軸的材料選擇45，通過(guò)熱處理方式為：調(diào)質(zhì)處理。達(dá)到下面的力學(xué)性能18。，。6軸的強(qiáng)度校核

43、根據(jù)設(shè)計(jì)的軸的尺寸及安裝要求，支點(diǎn)跨距尺寸為，計(jì)算出軸的水平面約束反力為：,垂直面的約束反力為：，7根據(jù)上述計(jì)算，得出彎矩圖，轉(zhuǎn)矩圖水平彎矩圖計(jì)算為：垂直面彎矩計(jì)算為合成彎矩圖為：轉(zhuǎn)矩圖為：T=13728N圖3-2 水平軸彎矩、扭矩圖8靜強(qiáng)度計(jì)算軸強(qiáng)度校核求出危險(xiǎn)截面上的上的最大彎矩： ，查詢(xún)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)計(jì)算公式為：根據(jù)計(jì)算可知強(qiáng)度足夠。9根據(jù)彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行校核根據(jù)上文計(jì)算的彎矩圖及扭矩圖，查詢(xún)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可知：查詢(xún)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可知尺寸系數(shù)為：。查詢(xún)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可知表面質(zhì)量系數(shù)為：=0.93。，查詢(xún)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可知鋼的為：。查詢(xún)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可知許用安全系數(shù)為：。計(jì)算彎曲應(yīng)力幅為：。扭轉(zhuǎn)應(yīng)力幅

44、為：。只考慮彎矩作用時(shí)，計(jì)算的安全系數(shù)為：只考慮轉(zhuǎn)矩作用時(shí)，計(jì)算的安全系數(shù)為彎矩和轉(zhuǎn)矩同時(shí)應(yīng)用時(shí)安全系數(shù)為：= ，根據(jù)結(jié)果顯示，滿足疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求。（1）鍵選用與校核23本文設(shè)計(jì)的帶輪與軸，減速器與軸實(shí)現(xiàn)與軸進(jìn)行連接，選擇的鍵為普通型平鍵，選擇鍵的尺寸為：、。取低速軸危險(xiǎn)的鍵進(jìn)行安全校核進(jìn)行鍵的擠壓強(qiáng)度校核，查詢(xún)機(jī)械設(shè)計(jì)可知校核公式為：查詢(xún)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可知：將上述公式帶入數(shù)據(jù)，可以計(jì)算得：設(shè)計(jì)的鍵滿足使用的擠壓強(qiáng)度，因此安全。在減速器與軸處，安裝的鍵尺寸為：進(jìn)行鍵的擠壓強(qiáng)度校核，查詢(xún)機(jī)械設(shè)計(jì)可知校核公式為：查詢(xún)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可知：將上述公式帶入數(shù)據(jù)，可以計(jì)算得：設(shè)計(jì)的鍵滿足使用的擠壓強(qiáng)度，因此

45、安全。3.4.4 齒輪設(shè)計(jì)與校核1齒輪的設(shè)計(jì)包括選擇齒輪的材料，齒輪的熱處理方式及齒輪的參數(shù)設(shè)計(jì)本文設(shè)計(jì)的齒輪的傳動(dòng)，由于本文設(shè)計(jì)的傳動(dòng)功率較小，轉(zhuǎn)速較低，因此選用軟齒面?zhèn)鲃?dòng)19。設(shè)計(jì)小齒輪的材料為：45，熱處理方式為調(diào)質(zhì)處理，使得齒輪的表面硬度達(dá)到：240HBS，設(shè)計(jì)大齒輪的材料為：45鋼，不進(jìn)行熱處理，表面硬度達(dá)到：200HBS查詢(xún)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，本文設(shè)計(jì)的齒輪的精度為8級(jí)精度初選齒輪的齒數(shù)為：，取本文設(shè)計(jì)的減速機(jī)為閉式齒輪傳動(dòng)，設(shè)計(jì)的齒輪的齒面為軟齒面，故利用齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，按照齒根彎曲強(qiáng)度進(jìn)行校核24。2進(jìn)行齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，查詢(xún)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)知： 式中-載荷系數(shù)，根據(jù)使用條

46、件，取K=1.3 -齒寬系數(shù)，根據(jù)使用條件，取。-小齒輪扭矩為：-彈性影響系數(shù)，查詢(xún)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，取-取大齒輪與小齒輪的接觸極限的較小值。查詢(xún)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)知：小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度為：，大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度為：按照年工作任務(wù)，計(jì)算應(yīng)力作用次數(shù)：根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果進(jìn)行，需用應(yīng)力計(jì)算22。查詢(xún)?cè)O(shè)計(jì)手冊(cè)，取接觸強(qiáng)度最小安全系數(shù)為：。 MPa MPa齒輪的尺寸參數(shù)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)小齒輪的分度圓直徑為：計(jì)算齒輪的圓周速度為：m/s計(jì)算齒輪的定載荷系數(shù)為：查詢(xún)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，可知使用系數(shù)為：，查詢(xún)齒輪的不均分布系數(shù)為：。查詢(xún)齒輪的軸線系數(shù)為：因此，計(jì)算的載荷系數(shù)為： 校正小齒輪的分度圓直徑為：3最終設(shè)計(jì)的小齒輪的幾何尺

47、寸為模數(shù)大小為：取模數(shù)為，整圓為齒輪的幾何尺寸設(shè)計(jì)： (a）齒輪的分度圓直徑設(shè)計(jì)為：(mm) 5-4(mm)(b）中心距尺寸設(shè)計(jì)為：(mm) 5-5(c）齒輪寬度設(shè)計(jì)為：(mm) 5-6 (mm)根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)教材中的齒輪的校核公式為：，進(jìn)行軸I的尺寸的彎曲強(qiáng)度校核： 根據(jù)公式中的數(shù)據(jù)帶入得到：根據(jù)結(jié)果進(jìn)行比較知：，因此設(shè)計(jì)的齒輪滿足設(shè)計(jì)要求。根據(jù)上述過(guò)程對(duì)軸I的另一個(gè)齒數(shù)為56的齒輪進(jìn)行校核，同樣滿足設(shè)計(jì)要求。因此，軸I上設(shè)計(jì)的齒輪滿足要求。3.4.5 軸承的選擇與校核軸承根據(jù)使用時(shí)的工作性質(zhì)進(jìn)行分類(lèi)，可以分成滑動(dòng)摩擦軸承和滾動(dòng)摩擦軸承兩大類(lèi)，滾動(dòng)摩擦由于摩擦系數(shù)較小，運(yùn)轉(zhuǎn)阻力較小等優(yōu)點(diǎn)，被廣

48、泛的使用在工程場(chǎng)合，由于使用場(chǎng)合眾多，因此滾動(dòng)軸承在市面上已經(jīng)做到了標(biāo)準(zhǔn)化，滾動(dòng)軸承的的選用及維護(hù)得到了廣泛的提升。滾動(dòng)軸承的使用領(lǐng)域可以大到國(guó)防科技、航空航天、裝備制造，小到家用電器、交通工具等場(chǎng)合，可以說(shuō)軸承的使用無(wú)所不在，多數(shù)軸承的使用形式為滾動(dòng)軸承，滾動(dòng)軸承的組成是由，外圈零件，內(nèi)圈零件，滾動(dòng)體零件及保持架零件所組成，外圈用于常常與機(jī)架進(jìn)行配合，通常采用基軸制的小間隙配合，內(nèi)圈用于連接軸，采用基孔制的過(guò)渡配合，內(nèi)圈與外圈采用滾動(dòng)體分離，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)部件與靜止部件的分類(lèi)，保持架的功能是實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)體之間彼此分類(lèi)，防止?jié)L動(dòng)體之間的相互作用，提高軸承的壽命20。在進(jìn)行軸承的選擇時(shí)，經(jīng)常需要考慮下面的

49、因素： (1）軸承所受的載荷載荷的性質(zhì)經(jīng)常可以根據(jù)載荷的大小、載荷的方形進(jìn)行分類(lèi)，載荷的大小可以限制軸承選用輕載系列軸承或重載系列軸承；載荷的方向決定是選用推力軸承還是無(wú)需推力軸承，因此合理的了解軸承承受的載荷是選擇軸承的重要依據(jù)，例如，能夠承受軸向力和徑向力的軸承有圓錐滾子軸承和角接觸球軸承，但是二者的區(qū)別在于圓錐滾子軸承能夠承受較大的軸向力和徑向力，但是軸承運(yùn)動(dòng)的極限速度相對(duì)于球軸承差些，但是對(duì)于主要承受徑向力要求具有較高的轉(zhuǎn)動(dòng)速度要求的，可以選擇深溝球軸承等。 (2）軸承的轉(zhuǎn)速除了載荷要求外能夠限定軸承的選用的就是轉(zhuǎn)速的要求，對(duì)于工作時(shí)轉(zhuǎn)速要求較高，需要優(yōu)先選擇球軸承21。 (3）軸承的

50、調(diào)心功能對(duì)于工作場(chǎng)合要求軸的中心相對(duì)于軸承座的中心有一定的偏離時(shí)，如果沒(méi)有合理的選擇軸承，會(huì)造成軸承的內(nèi)圈與外圈之間產(chǎn)生附加的載荷，導(dǎo)致軸承較早的產(chǎn)生破壞，因此對(duì)于這樣的情況需要選擇一種能夠在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中釋放載荷，實(shí)現(xiàn)調(diào)心功能的軸承?？紤]到上述軸承的選擇的因素，本文設(shè)計(jì)用圓錐滾子軸承型號(hào)為：設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易的六軸機(jī)械手的使用壽命為：1500020000小時(shí)作為設(shè)備的總壽命，因此設(shè)計(jì)的軸承的壽命應(yīng)該大于該壽命，才能滿足合理的設(shè)計(jì)要求。查詢(xún)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)進(jìn)行軸承的壽命計(jì)算，計(jì)算公式為：式中軸承的額定壽命，軸承的額定負(fù)載，軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷，對(duì)于球類(lèi)軸承壽命系數(shù)為，對(duì)于滾子軸承壽命系數(shù)為。根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)資料查詢(xún)

51、，可知：式中軸承的速度因數(shù)， 軸承的溫度因數(shù)， 軸承的壽命因數(shù)， 軸承的力矩載荷因數(shù)，當(dāng)工作時(shí)的力矩載荷較小時(shí)，工作時(shí)的力矩載荷較大時(shí)，軸承的沖擊載荷因數(shù)。將上述公式帶入計(jì)算出公式：因此，帶入軸I上的軸承計(jì)算相關(guān)參數(shù)計(jì)算得：(h)故軸承的計(jì)算壽命滿足： ，表示軸承的使用壽命是足夠的。3.5 本章小結(jié)本章對(duì)于本次設(shè)計(jì)是最重要的一環(huán)，首先確定了六軸機(jī)械手的傳動(dòng)方式，以及對(duì)類(lèi)似產(chǎn)品的細(xì)節(jié)介紹，再根據(jù)需求將所用的電機(jī)選型確定，了解具體的電機(jī)各項(xiàng)參數(shù)。之后對(duì)本產(chǎn)品的具體細(xì)節(jié)參數(shù)，例如大臂，齒輪，主軸等部件的各種參數(shù)以及對(duì)應(yīng)校核進(jìn)行了精密計(jì)算，使每個(gè)部件的每個(gè)參數(shù)都有一個(gè)明確地表達(dá)，并驗(yàn)證其可用性及壽命，

52、明確了產(chǎn)品的整體構(gòu)建。4 三維建模在整理完基本數(shù)據(jù)之后開(kāi)始進(jìn)行三維模型的制作，這里列舉一到兩個(gè)不見(jiàn)的三維建模制作過(guò)程，本次三維建模使用的是solidworks2019建模軟件，這款軟件在同級(jí)別軟件中處于較高級(jí)的水平，其系列產(chǎn)品問(wèn)世時(shí)間也十分長(zhǎng)遠(yuǎn)，是一款有著質(zhì)量保證的建模軟件。本次三維模型制作主要以表達(dá)六軸機(jī)械手的結(jié)構(gòu)，外觀，作業(yè)運(yùn)動(dòng)仿真為主要目的，細(xì)節(jié)上可能會(huì)稍加欠妥。4.1 手腕處的三維建模首先打開(kāi)軟件，點(diǎn)擊【草圖】【草圖繪制】，進(jìn)入草圖編輯頁(yè)面，選擇功能欄中的【直線】，【圓】功能來(lái)繪制手腕部主體形狀，并輸入對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，之后利用【剪裁實(shí)體】功能將多余部分刪除，令其形成一個(gè)完全封閉的空間，完成

53、此部分的草圖繪制，如圖4.1.1，圖4.1.2所示。圖4.1.1草圖選項(xiàng)圖 4.1.2手腕輪廓繪制退出草圖，繼續(xù)點(diǎn)擊【特征】選項(xiàng)中的【拉伸】功能，選中剛剛繪制好的草圖，向兩側(cè)拉伸對(duì)應(yīng)的數(shù)值，完成草圖的拉伸，形成一個(gè)塊。如圖4.1.3所示。圖 4.1.3手腕主體拉伸過(guò)程繼續(xù)在前端矩形處點(diǎn)擊【草圖】【草圖繪制】，進(jìn)入草圖編輯頁(yè)面，選擇功能欄中的【弧】，【圓】，【直線】功能來(lái)繪制手腕處凸出的連接部分，并輸入對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，退出草圖，繼續(xù)點(diǎn)擊【特征】選項(xiàng)中的【拉伸】功能，選中剛剛繪制好的草圖，向兩側(cè)拉伸對(duì)應(yīng)的數(shù)值，完成草圖的拉伸，注意本次拉伸為了方便下一部分制作，在拉伸完成后可利用上一次繪制的草圖進(jìn)行【等

54、距實(shí)體】命令，使其全部輪廓自動(dòng)向內(nèi)移動(dòng)對(duì)應(yīng)數(shù)值，省去了重新繪制的麻煩，可在新草圖上進(jìn)行進(jìn)一步拉伸，完成手腕部的主體制作。草圖形狀如圖4.1.4所示，拉伸結(jié)果如圖4.1.5所示.圖4.1.4草圖形狀圖 4.1.5手腕部拉伸結(jié)果完成主體之后繼續(xù)細(xì)節(jié)的制作，在矩形上方點(diǎn)擊【草圖】【草圖繪制】，進(jìn)入草圖編輯頁(yè)面，選擇功能欄中的【矩形】，【圓】功能來(lái)繪制手腕處上部細(xì)節(jié)，并輸入對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，之后利用【剪裁實(shí)體】功能將多余部分刪除，利用【拉伸切除】去掉對(duì)應(yīng)小矩形部分，拉伸出繪制的各類(lèi)按鈕，再按著預(yù)期進(jìn)行尾部細(xì)節(jié)的制作，手法大相徑庭，從而完成細(xì)節(jié)部分的草圖繪制，最終手腕處零部件如圖4.1.6所示。圖 4.1.6

55、整體效果展示4.2 小臂的三維建模首先打開(kāi)軟件，點(diǎn)擊【草圖】【草圖繪制】，進(jìn)入草圖編輯頁(yè)面，選擇功能欄中的【弧】，【直線】，【剪裁實(shí)體】命令繪制出出總體輪廓，按數(shù)據(jù)用【拉伸】命令進(jìn)行實(shí)體化，形成左連接體主體形狀，如圖4.2.1所示。圖 4.2.1左連接體主體形狀按結(jié)構(gòu)導(dǎo)出整體實(shí)體形狀后，利用【拉伸切除】去除上端相應(yīng)位置，點(diǎn)擊【草圖】【草圖繪制】，在其面上繪制一個(gè)矩形并拉伸，在舉行的正面進(jìn)行四個(gè)大螺栓的三維建模。螺栓的建模是由多層草圖和拉伸構(gòu)成的，首先找準(zhǔn)四分之一的中心點(diǎn)，利用【圓】命令繪制對(duì)應(yīng)大小的圖形，之后立即利用【拉伸】完成對(duì)應(yīng)部分建模，根據(jù)每層的不同特征來(lái)完成螺栓的建立。如圖4.2.2所示。完成細(xì)節(jié)后的