四自由度圓柱坐標(biāo)機(jī)器人機(jī)械手臂設(shè)計(jì)

四自由度圓柱坐標(biāo)型工業(yè)機(jī)器人機(jī)械設(shè)計(jì)摘要在現(xiàn)代制造業(yè)中，工業(yè)機(jī)器人已成為不可或缺的核心自動(dòng)化裝備。工業(yè)機(jī)器人適應(yīng)工作環(huán)境能力強(qiáng)，可擔(dān)任各種類型各種強(qiáng)度的生產(chǎn)工作，精度高、速度快、易于控制，可顯著提高生產(chǎn)的工業(yè)自動(dòng)化水平。國(guó)內(nèi)工業(yè)機(jī)器人起步晚，市場(chǎng)占有率低，許多核心技術(shù)還沒(méi)有掌握，可靠性低，應(yīng)用范圍小，零部件互換性低?，F(xiàn)設(shè)計(jì)一種四自由度的圓柱坐標(biāo)型機(jī)器人，能實(shí)現(xiàn)工件的上下搬運(yùn)。該四自由度機(jī)器人由兩個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度機(jī)構(gòu)和兩個(gè)平移自由度機(jī)構(gòu)組成，根據(jù)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)參數(shù)，選擇足夠功率的伺服電機(jī)，然后，估算驅(qū)使機(jī)構(gòu)各自由度運(yùn)動(dòng)需要的力及扭矩，選擇傳動(dòng)比適宜且大小適宜的減速器。通過(guò)伺服電機(jī)減速器驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人腰部旋轉(zhuǎn)，手臂的豎直升降，手臂的水平移動(dòng)和末端操縱器的旋轉(zhuǎn)。在機(jī)器人輔助系統(tǒng)的設(shè)計(jì)局部，還考慮了伺服電機(jī)導(dǎo)線坦克鏈的排布，機(jī)構(gòu)零點(diǎn)位置的觸發(fā)開(kāi)關(guān)及其導(dǎo)線排布的設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：四自由度，圓柱坐標(biāo)，工業(yè)機(jī)器人，機(jī)械設(shè)計(jì)MechanicalDesignofa4-DOFCylindricalIndustrialRobotAbstractInmodernmanufacturing,industrialrobothasbecomeanindispensablecoreautomationequipment.Industrialrobothasgoodadaptability,canadapttoallkindsofmassproduction,highprecision,fastspeed,easytocontrol,cansignificantlyimprovetheautomationlevelofproduction.Domesticindustrialrobotsstartedlate,haslowmarketshare,lowreliability,andmanycoretechnologieshavenotyetmastered.Theapplicationscopeissmall,theinterchangeabilityofpartsislow.Thedesignofakindoffourdegreeoffreedomcylindricalcoordinaterobot,canrealizetheworkpiecemovingupanddown.Thefourdegreeoffreedomrobotmechanismiscomposedoftworotationaldegreesoffreedomandtwotranslationaldegreesoffreedommechanism.Accordingtotherobotmovementparameters,servomotorisselected,andthenestimatesthesufficientpower,forceandtorqueofeachdegreeoffreedommovementneeds,choosetheappropriatetransmissionratioandsuitablereducer.Drivemechanismmotionthroughtheservomotorreducer,andthenwecanrealizetherobotwaistrotation,verticalliftingarm,armmovementandrotationoftheendeffector.Inpartofthedesignofrobotauxiliarysystem,wetakethearrangementofservomotorwiretankchain,designthetriggerswitchandwirearrangingmechanismthezeropositionintoconsideration.KeyWords：4-DOF;Cylindricalcoordinates;IndustrialRobot;Mechanicaldesign目錄摘要 ⅰAbstractⅱ第一章引言 11.1工業(yè)機(jī)器人 1工業(yè)機(jī)器人的概念及特點(diǎn) 11.1.2工業(yè)機(jī)器人的組成11.1.3國(guó)內(nèi)外開(kāi)展?fàn)顩r21.2研究?jī)?nèi)容21.2.1研究方法 21.2.2研究成果 21.3研究意義 2第二章機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4設(shè)計(jì)分析及方案擬定42.1.1設(shè)計(jì)要求 42.1.2設(shè)計(jì)流程 5.3方案擬定 5主要結(jié)構(gòu)件設(shè)計(jì)62旋轉(zhuǎn)平臺(tái)結(jié)構(gòu) 6滾珠絲杠結(jié)構(gòu) 7中間連接器 9外殼設(shè)計(jì)112.3受載變形校核 11第三章傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 133.1腰部轉(zhuǎn)動(dòng) 133減速器選擇 13伺服電機(jī)選擇 143.1.3傳動(dòng)法蘭盤設(shè)計(jì) 153.2豎直平移 163滾珠絲杠及螺母選擇16伺服電機(jī)選擇 18聯(lián)軸器選擇 193.3水平平移 203滾珠螺母絲杠選擇 21伺服電機(jī)選擇 21聯(lián)軸器選擇 223.4手臂末端操縱器旋轉(zhuǎn) 233伺服電機(jī)選擇 23減速器選擇 24第四章輔助機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 254.1坦克鏈線路設(shè)計(jì)254.2機(jī)構(gòu)零點(diǎn)設(shè)計(jì)26第五章總結(jié)與展望 285.1總結(jié) 285.2展望 28參考文獻(xiàn)30致謝31附錄32第一章引言工業(yè)機(jī)器人1工業(yè)機(jī)器人的概念及特點(diǎn)我國(guó)專家學(xué)者對(duì)于工業(yè)機(jī)器人的概念解釋也各有不同，綜合各方面的說(shuō)法，從工業(yè)機(jī)器人能實(shí)現(xiàn)的功能來(lái)講，工業(yè)機(jī)器人是有以下功能的機(jī)器：〔1〕具有執(zhí)行運(yùn)動(dòng)操作的機(jī)構(gòu)；〔1〕具有通用性，可實(shí)現(xiàn)多種運(yùn)動(dòng)操作；〔2〕有一定程度的智能，能重復(fù)編程；〔3〕有一定的獨(dú)立性，一定程度上不依賴人的操縱。1工業(yè)機(jī)器人的組成工業(yè)機(jī)器人一般由機(jī)械系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成，四自由度圓柱坐標(biāo)型工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械系統(tǒng)組成由下列圖可知：四自由度圓柱坐標(biāo)型工業(yè)機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)組成〔1〕驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)：本次設(shè)計(jì)采用四個(gè)交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)四個(gè)自由度。至于氣壓，液壓驅(qū)動(dòng)的裝置體積較大，因行程較大而不采用?！?〕執(zhí)行機(jī)構(gòu)：本次設(shè)計(jì)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要包括底座、腰部機(jī)構(gòu)、手臂機(jī)構(gòu)和末端操縱器。采用絲杠螺母和行星齒輪減速器兩種傳動(dòng)方式，能將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)或?qū)⒏咿D(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成低轉(zhuǎn)速，再將動(dòng)力傳遞給執(zhí)行裝置。.3國(guó)內(nèi)外開(kāi)展?fàn)顩r上世紀(jì)中葉，美國(guó)結(jié)合機(jī)械手和操作機(jī)兩者的優(yōu)勢(shì)，開(kāi)發(fā)了一種可自動(dòng)執(zhí)行動(dòng)作的機(jī)械裝置，稱為工業(yè)機(jī)器人。60年代末，美國(guó)通用汽車公司采用機(jī)械手臂，建立了汽車焊接車身的自動(dòng)化生產(chǎn)線。此后，工業(yè)機(jī)器人的研制和應(yīng)用，受到各個(gè)工業(yè)興旺國(guó)家的重視。日本又稱為“機(jī)器人的王國(guó)〞，可見(jiàn)日本的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)非常興旺，如今的日本在智能型工業(yè)機(jī)器人上取得了巨大成就。隨后，工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)又開(kāi)始在歐洲崛起[2]。工業(yè)機(jī)器人在中國(guó)開(kāi)展的很快，但相比世界上先進(jìn)的工業(yè)機(jī)器人，技術(shù)差距依舊明顯[3]。國(guó)內(nèi)工業(yè)機(jī)器人起步晚，相比國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，國(guó)內(nèi)工業(yè)機(jī)器人可靠性較低，應(yīng)用領(lǐng)域較窄，生產(chǎn)線技術(shù)落后，零部件互換性低[4]。工業(yè)機(jī)器人且可用于環(huán)境惡劣，勞動(dòng)強(qiáng)度高，勞動(dòng)單調(diào)乏味的工作中，將人們從中解放出來(lái)。1.2研究?jī)?nèi)容現(xiàn)設(shè)計(jì)一種工業(yè)機(jī)器人，有四個(gè)自由度，采用圓柱坐標(biāo)型，利用該種機(jī)器人實(shí)現(xiàn)工件的上下料搬運(yùn)。本次設(shè)計(jì)主要設(shè)計(jì)機(jī)械系統(tǒng)局部。該機(jī)器人的四個(gè)自由度分別是腰部旋轉(zhuǎn)、手臂豎直升降、手臂的水平伸縮和手臂末端操縱器旋轉(zhuǎn)。由四個(gè)自由度確定各自傳動(dòng)方式，選擇傳動(dòng)裝置。確定機(jī)器人各個(gè)運(yùn)動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)所需的功率，再選擇適宜的伺服電機(jī)和減速器。設(shè)計(jì)機(jī)械手臂整體結(jié)構(gòu)采用的三維實(shí)體設(shè)計(jì)軟件是SolidWorks2023，對(duì)于分析機(jī)構(gòu)的質(zhì)量、質(zhì)心等參數(shù)十分方便。 本次設(shè)計(jì)根本完成任務(wù)，具體成果如下：〔1〕完成四自由度圓柱坐標(biāo)型機(jī)器人的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括基座、腰部旋轉(zhuǎn)平臺(tái)、豎直機(jī)身、水平手臂和末端旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)；〔2〕完成外殼包裝的簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)，完成機(jī)構(gòu)零點(diǎn)和極限位置的傳感器設(shè)計(jì)；〔3〕完成機(jī)器人三維實(shí)體的裝配，并繪制出機(jī)器人的二維工程圖。工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)是現(xiàn)代制造業(yè)中舉足輕重的自動(dòng)化機(jī)械，一些機(jī)械式的、工作環(huán)境惡劣危險(xiǎn)的、沒(méi)有創(chuàng)新性的作業(yè)完全可以由機(jī)器人替代人工完成。在金屬熱壓加工中，需要人工作在加熱的窯爐、沖壓床、車床或鉆床附近，工業(yè)機(jī)器人耐高溫，程序?qū)懞镁涂梢苑乐古c其他加工工具碰撞，防止了工作中出現(xiàn)危險(xiǎn)的可能[6]。工業(yè)機(jī)器人能適應(yīng)多品種中小批量生產(chǎn)，高精度高速度，容易控制，能顯著提高生產(chǎn)自動(dòng)化水平。目前小負(fù)載旋轉(zhuǎn)臂機(jī)型工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)容量大、應(yīng)用廣泛[8]。第二章機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)分析及方案擬定2設(shè)計(jì)要求主要解決問(wèn)題：按下表中參數(shù)的要求，設(shè)計(jì)一種四自由度圓柱坐標(biāo)型工業(yè)機(jī)器人，完成該工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)計(jì)、傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)、各自由度零點(diǎn)和極限位置設(shè)計(jì)及傳感器選擇：表2.1機(jī)器人設(shè)計(jì)參數(shù)最大負(fù)載/kg腰部、臂部回轉(zhuǎn)角度/o伸縮行程/mm高度行程/mm最大旋轉(zhuǎn)角速度/(rad·s-1)最大移動(dòng)速度/(m·s-1)重復(fù)定位精度/mm336050050021 機(jī)器人的工作空間是指機(jī)器人正常工作時(shí)手臂末端操縱器能活動(dòng)的范圍，可從上表推得，工作空間圖如下：圖2.1機(jī)械手臂工作空間2設(shè)計(jì)流程〔1〕分析四個(gè)自由度，選擇適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)方式、傳動(dòng)裝置和機(jī)構(gòu)件；〔2〕用三維建模軟件完成主要零件〔包括所有結(jié)構(gòu)件〕的三維建模，并初步完成三維實(shí)體模型裝配；〔3〕對(duì)實(shí)體模型相關(guān)參數(shù)進(jìn)行測(cè)量估算，按設(shè)計(jì)要求，最終確定電機(jī)、減速器、絲杠等產(chǎn)品參數(shù)，完成裝配；〔4〕對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)進(jìn)行動(dòng)畫(huà)仿真和受載分析，驗(yàn)證設(shè)計(jì)正確性；〔5〕繪制二維工程圖。流程圖如下列圖所示：圖2.2設(shè)計(jì)流程2方案擬定根據(jù)設(shè)計(jì)需求，設(shè)計(jì)出的工業(yè)機(jī)器人大致外形圖如圖2.1所示。圖2.3工業(yè)機(jī)器人圖由上面的設(shè)計(jì)參數(shù)表可知，機(jī)器人手臂的行程是500mm，較大，宜使用電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)裝置?？紤]到步進(jìn)電機(jī)精度缺乏，加速性能一般，易產(chǎn)生丟步或過(guò)沖，性能效果沒(méi)有交流伺服電機(jī)好，又因?yàn)樗O(shè)計(jì)的機(jī)械手臂起動(dòng)頻率高，且要求快速啟停，需到達(dá)一定傳動(dòng)精度，因此選擇交流伺服電機(jī)。 傳動(dòng)裝置選擇行星齒輪減速器傳動(dòng)和絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)，其中行星齒輪減速器用于腰部高扭矩低轉(zhuǎn)速的傳動(dòng)，絲杠螺母用于手臂的水平和豎直平移傳動(dòng)。確定機(jī)器人的機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖，以確定機(jī)器人的整體結(jié)構(gòu)，所設(shè)計(jì)的工業(yè)機(jī)器人的機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下列圖：圖2.4機(jī)器人運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖采用伺服電機(jī)和行星齒輪減速器實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的腰部低轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；考慮設(shè)計(jì)中水平方向移動(dòng)行程500mm，相對(duì)較大，水平手臂前后平移也是利用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)，將水平移動(dòng)和豎直移動(dòng)的兩個(gè)螺母角度偏差90度放置，共同固定在一個(gè)十字型鋼板結(jié)構(gòu)件上，到達(dá)水平方向絲杠螺母水平不移動(dòng)，絲杠前后移動(dòng)的效果；將一小功率伺服電機(jī)和行星齒輪減速器連接，固定在水平手臂支撐板的一端，實(shí)現(xiàn)末端操縱器的旋轉(zhuǎn)。主要結(jié)構(gòu)件設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的機(jī)器人主要結(jié)構(gòu)包括旋轉(zhuǎn)平臺(tái)、滾珠絲杠、中間連接器、和外包裝。2旋轉(zhuǎn)平臺(tái)結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)平臺(tái)是腰部旋轉(zhuǎn)的實(shí)現(xiàn)的根底，一般要求有足夠的穩(wěn)定性，結(jié)構(gòu)要求便于裝修。它將基座和上方的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)連接起來(lái)，承載運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的重量，旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)對(duì)于機(jī)器人的平衡性有很大影響。 旋轉(zhuǎn)平臺(tái)結(jié)構(gòu)如下列圖所示，1〕套筒2〕PX85減速器3〕向心圓柱滾柱軸承4〕內(nèi)支撐套5〕外支撐套6〕加強(qiáng)筋7〕傳動(dòng)法蘭盤8〕固定套筒9〕固定墊片10〕止推軸承圖2.5旋轉(zhuǎn)平臺(tái)結(jié)構(gòu)圖內(nèi)支撐套支撐機(jī)身重量，外支撐套帶動(dòng)腰部轉(zhuǎn)動(dòng)。內(nèi)支撐套和外支撐套間的連接通過(guò)兩個(gè)軸承實(shí)現(xiàn)：止推軸承承受整個(gè)機(jī)身的重力，向心圓柱滾柱軸承起到防止機(jī)構(gòu)徑向力失衡的作用。傳動(dòng)法蘭盤用螺栓連接在外支撐套上，其內(nèi)圈有鍵槽，配合減速器輸出軸，輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)法蘭盤和外支撐套轉(zhuǎn)動(dòng)。減速器用螺栓連接至內(nèi)支撐套上，輸出軸伸出，旋上螺母，壓緊內(nèi)外支撐套,實(shí)現(xiàn)腰部的軸向固定。2滾珠絲杠結(jié)構(gòu)滾珠絲杠結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了手臂的上下和前后平移，結(jié)構(gòu)如下圖：圖2.6滾珠絲杠機(jī)構(gòu)絲杠安裝采用兩端支撐方式，兩端各裝有一個(gè)角接觸球軸承(22-8-7,32-15-9)，軸承由其兩端的軸承座固定，軸承座安裝應(yīng)使絲杠軸線與支撐板平行。軸承座自行設(shè)計(jì)，其三維模型如下列圖：圖2.7軸承座導(dǎo)軌為滾珠絲杠結(jié)構(gòu)提供了足夠的支撐力。導(dǎo)軌首先選擇滾珠型直線導(dǎo)軌，主要考慮其軌寬和軌長(zhǎng)，滑塊主要是確定類型和數(shù)量。導(dǎo)軌選擇軌寬15mm，軌長(zhǎng)根據(jù)工作行程需求選擇600mm。滑塊選擇四方型滑塊，其結(jié)構(gòu)及總體尺寸如下列圖所示：圖2.8四方型滑塊由于支撐板是主要承載部件，需要校核支撐板的受壓穩(wěn)定性。分析支撐板受力，支撐板可以看作下端固定上端自由的壓桿，壓力為機(jī)身的重力，作用點(diǎn)在機(jī)身的中心位置，如下列圖所示：圖2.9支撐板壓桿模型臨界壓力的公式為(1)式中：Fcr是臨界壓力；E是支撐板材料45鋼的彈性模量，一般是196-216GPa；I是支撐板的慣性矩，可由三維模型的質(zhì)量屬性得到，40067kg·mm2；μ是長(zhǎng)度系數(shù)，對(duì)于一端固定一端自由的情況，μ值為2.1；L是支撐板長(zhǎng)度600mm。計(jì)算得到，F(xiàn)cr=4.98×1010N，遠(yuǎn)大于實(shí)際所受重力。2中間連接器〔1〕中間連接器的設(shè)計(jì)中間連接器是連接水平絲杠和豎直絲杠的裝置，它將由豎直絲杠螺母機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的豎直方向的位移，傳遞給水平絲杠螺母機(jī)構(gòu)，使得手臂能夠正常上下移動(dòng)。中間連接器由兩個(gè)螺母滑塊連接器和一塊中間連接板組成，相互之間用內(nèi)六角螺栓連接，其結(jié)構(gòu)如下列圖所示。圖2.10中間連接器螺母滑塊連接器自行設(shè)計(jì)，材料選擇45鋼，其制造工藝流程簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)是鑄造、銑平面、鉆孔、攻螺紋。其安裝尺寸由上述滾珠絲杠的螺母及滑塊位置決定，外形如下列圖所示。圖2.11螺母滑塊連接器圖2.12中間連接板 〔2〕中間連接板的強(qiáng)度校核中間連接板主要需校核其與螺栓接觸面上的擠壓應(yīng)力，擠壓的強(qiáng)度條件是(2)式中：Fbs是擠壓力，Abs是擠壓面面積，[σbs]是擠壓許用應(yīng)力。由中間連接器的三維模型可知，工作中的連接板與16個(gè)螺栓相互接觸，螺栓直徑3mm，連接板厚度5mm，單個(gè)螺栓對(duì)連接板的擠壓面的面積Abs為15×10-6m2。圖2.13連接板受力圖總的擠壓力F為水平手臂的重力，由Solidworks三維建模，經(jīng)過(guò)測(cè)量得到質(zhì)量m不大于15kg，因此單個(gè)螺栓孔受到擠壓力為Fbs(3)因此，運(yùn)算得到擠壓許用應(yīng)力[σbs]≥0.613MPa(4)查表，可知鋼材的擠壓許用應(yīng)力[σbs]≈355MPa，遠(yuǎn)大于最低要求。2外殼設(shè)計(jì)機(jī)器人外殼外形圖如下圖，其主要作用是滾珠絲杠的防塵，導(dǎo)線線路的排布和整體機(jī)型的美觀。外殼采用鋁合金蒙皮包裝，蒙皮厚度為3mm，質(zhì)量輕。材料塑性好，采用鍛壓加工工藝，鍛壓成型。再以鉆頭打螺栓孔，以便于安裝固定。為方便制造，將整體的外殼分成三段，分別制造。外殼及其總體尺寸如下列圖所示：圖2.14外殼圖受載變形校核可簡(jiǎn)單的由模型模擬機(jī)器人的末端受載時(shí)的撓度，得到形變偏移值。應(yīng)用SolidworksSimulation的有限元分析功能，簡(jiǎn)單分析彎曲變形。根據(jù)機(jī)器人結(jié)構(gòu)受力情況分析，主要是支撐板、絲杠、導(dǎo)軌等結(jié)構(gòu)同時(shí)承載負(fù)載重量，因此受載的模型可簡(jiǎn)化如下列圖：圖2.15簡(jiǎn)化的受載模型下端做固定端，右上端的伸出端受向下的負(fù)載3kg，及30N的力，材料統(tǒng)一選擇合金鋼，其彈性模量是2.1×1011N/m2。運(yùn)行結(jié)果為最大位移量0.0392mm，根本滿足重復(fù)定位精度±0.1mm的要求。詳見(jiàn)附錄1。第三章傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要是傳動(dòng)方式確實(shí)定，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇，減速器的選擇以及其他輔助傳動(dòng)件的設(shè)計(jì)與選擇。本次設(shè)計(jì)的機(jī)器人平移自由度均采用滾珠絲杠螺母實(shí)現(xiàn)，旋轉(zhuǎn)自由度均采用行星齒輪減速器實(shí)現(xiàn)。電機(jī)的選擇有步進(jìn)電機(jī)和交流伺服電機(jī)，考慮到步進(jìn)電機(jī)精度缺乏，步進(jìn)電機(jī)加速性能一般，易產(chǎn)生丟步和過(guò)沖。所設(shè)計(jì)的機(jī)械手臂起動(dòng)頻率高，要求快速啟停，且需到達(dá)一定傳動(dòng)精度，因此選擇交流伺服電機(jī)。腰部旋轉(zhuǎn)采用行星齒輪減速器傳動(dòng)。圖3.1腰部減速器減速器輸出軸上有鍵槽，可直接連接在底盤的傳動(dòng)法蘭盤上，帶動(dòng)腰部的上平臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)。3.1.1減速器選擇因?yàn)闄C(jī)器人腰部的旋轉(zhuǎn)相對(duì)伺服電機(jī)較慢，傳動(dòng)比大，再考慮到機(jī)器人腰部尺寸較大，可采用行星齒輪減速器，能實(shí)現(xiàn)較大傳動(dòng)比的傳動(dòng)。為減小整個(gè)機(jī)器人手臂的體積，盡量使機(jī)構(gòu)緊湊，在減速器型號(hào)選擇方面，均選擇彈性齒輪軸套空心輸入，實(shí)心軸輸出方式?！?〕確定驅(qū)動(dòng)設(shè)備所需功率P2：P2=KMgvμ(5)式中：m通過(guò)三維實(shí)體模型腰部以上旋轉(zhuǎn)局部質(zhì)量的測(cè)量為kg，近似取m≈33kg，加上運(yùn)行所需末端操縱器和3kg重物，總質(zhì)量取M=40kg；；g是重力加速度；v是機(jī)構(gòu)運(yùn)行速度，取2m/s；μ是摩擦系數(shù)，μ=0.15。計(jì)算得P2?！?〕確定減速器的傳動(dòng)比i：(6)式中：n1是電機(jī)轉(zhuǎn)速，n2是腰部轉(zhuǎn)速。腰部轉(zhuǎn)動(dòng)最大角速度為ω2=2rad/s，轉(zhuǎn)速n2ω2，伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速n1=3000r/min，那么i=3000/19.1=157，取i=120，三級(jí)傳動(dòng)?！?〕確定使用系數(shù)f1：查減速器技術(shù)手冊(cè)，假設(shè)均衡負(fù)載下啟動(dòng)次數(shù)少，每日工作12小時(shí)，f1?！?〕被驅(qū)動(dòng)設(shè)備的扭矩T2：T2=9550×P2/n2(7)式中：P2是驅(qū)動(dòng)設(shè)備所需功率，n2是腰部最大轉(zhuǎn)速。計(jì)算得T2=70.5N·m?！?〕減速器輸出扭矩T2N：T2N≥T2×f1=88.1N·m(8)根據(jù)傳動(dòng)比i、減速器輸出扭矩T2N≥88.1N·m，查詢減速器技術(shù)手冊(cè)，選擇減速器：px-85-120-S，減速器相關(guān)技術(shù)參數(shù)如下表：表3.1腰部減速器技術(shù)參數(shù)減速器型號(hào)減速比i滿載效率額定輸出扭矩T2N/N·m轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J/(kg·cm2)最大徑向力Fr/N最大軸向力Fa/NPX-85-120-S12090％1000.7440420〔6〕減速器徑向、軸向力校核：減速器軸在徑向不受外力作用，因此不用校核。軸向有緊固螺釘對(duì)軸的拉力，考慮到緊固螺釘?shù)淖饔脙H僅是防止機(jī)身徑向不平衡，所受軸向力很小，軸向力可不用校核。3.1.2伺服電機(jī)選擇〔1〕電機(jī)所需功率P1N：P1N≥K·P2÷η×f1=193.7W(9)式中：K是平安系數(shù)，P2是驅(qū)動(dòng)設(shè)備所需功率，η是滿載效率，f1是設(shè)備使用系數(shù)。查伺服電機(jī)和減速器的技術(shù)手冊(cè)，所選減速器對(duì)應(yīng)電機(jī)的安裝尺寸為Φ90mm，對(duì)應(yīng)伺服電機(jī)功率750W，因此選擇電機(jī)型號(hào)：MSME082G1，相關(guān)技術(shù)參數(shù)見(jiàn)下表：表3.2腰部伺服電機(jī)技術(shù)參數(shù)電機(jī)型號(hào)功率P/W交流電源/V額定轉(zhuǎn)速n/(r·min-1)最大轉(zhuǎn)速nmax/(r·min-1)額定轉(zhuǎn)矩T/(N·m)最大轉(zhuǎn)矩Tmax/(N·m)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JM/(kg·cm2)MSME082G1750AC20030006000〔2〕伺服電機(jī)慣量比校核：估算負(fù)載慣量：(10)式中：估算電機(jī)和減速器的慣量：(11)計(jì)算得：J負(fù)載慣量/J電機(jī)+減速器=倍<20倍(12)慣量比滿足要求?！?〕伺服電機(jī)轉(zhuǎn)矩校核：根據(jù)傳動(dòng)比i、減速器輸出扭矩T2N≥88.1N·m，可以計(jì)算得到伺服電機(jī)最小所需的輸出扭矩T電機(jī)：T電機(jī)=T2N÷i÷η≥0.81N·m(13)N·m>T電機(jī)，所以轉(zhuǎn)矩滿足要求。 傳動(dòng)法蘭盤連接PX85行星齒輪減速器和腰部旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，與行星齒輪減速器的輸出軸用鍵連接，與腰部旋轉(zhuǎn)平臺(tái)用螺栓連接，將行星齒輪減速器的扭矩傳遞給腰部旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，使腰部旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)得以實(shí)現(xiàn)。 傳動(dòng)法蘭盤的設(shè)計(jì)圖如下：圖3.2傳動(dòng)法蘭盤豎直平移傳動(dòng)方式選擇滾珠螺母絲杠〔圖片〕。伺服電機(jī)需要安裝在頂部，為防止機(jī)械手臂自重下滑，伺服電機(jī)應(yīng)帶有制動(dòng)器。滾珠螺母絲杠的絲杠一端連接聯(lián)軸器，伺服電機(jī)輸出軸連接聯(lián)軸器另一端。滾珠絲杠及螺母選擇〔1〕選擇螺母型號(hào)由三維實(shí)體所建立的模型，可選擇法蘭式單螺母，F(xiàn)型，切邊六孔。圖3.3絲杠螺母〔2〕確定絲杠導(dǎo)程BP由傳動(dòng)關(guān)系圖可得(14)式中：vmax是工作臺(tái)最大平移速度1m/s；i是傳動(dòng)比，i=1；nmax是電機(jī)最大轉(zhuǎn)速6000r/min，計(jì)算可得導(dǎo)程Bp等于10mm?！?〕確定絲杠公稱直徑BDμ是摩擦系數(shù)0.03；WA是負(fù)載質(zhì)量，可由三維實(shí)體建模測(cè)量得出WA=20kg；g是重力加速度，計(jì)算導(dǎo)向面的摩擦力Fa：Fa=μ·WA×20×9.8=49N(15)因此絲杠旋轉(zhuǎn)需承受的推力F：F=Fa+WAg=676.2N(16)乘以平安系數(shù),得F1=K·F=811.44N(17)查閱該公司提供的產(chǎn)品相關(guān)資料，絲杠直徑BD=12mm時(shí)，絲杠動(dòng)載荷Ca是，Ca>F1，滿足要求?！?〕確定絲杠長(zhǎng)度絲杠總長(zhǎng)一般是工作行程、螺母長(zhǎng)度、安裝長(zhǎng)度、連接長(zhǎng)度和余量的總和。由所建立的三維實(shí)體模型可知絲杠總長(zhǎng)為650mm。〔5〕確定滾珠絲杠精度在無(wú)特殊要求的情況下，根據(jù)一般選取的經(jīng)驗(yàn)，選用C7標(biāo)準(zhǔn)。C7標(biāo)準(zhǔn)表示選取絲杠精度等級(jí)為7級(jí)，300mm的絲杠長(zhǎng)度上，行程誤差不超過(guò)0.050mm。〔6〕校核扭矩克服摩擦力Fa，也就是產(chǎn)生所需推力的驅(qū)動(dòng)扭矩T：(18)式中：Bη是進(jìn)給絲杠的效率，取Bη=。計(jì)算可得T=9.75N·mm，遠(yuǎn)小于伺服電機(jī)所能提供的扭矩，所以校驗(yàn)合格。綜上，所選擇的螺母絲杠技術(shù)參數(shù)如下表：表3.3絲杠螺母技術(shù)參數(shù)螺母型號(hào)直徑BD/mm導(dǎo)程BP/mm絲杠總長(zhǎng)度BL/mm絲杠動(dòng)載荷Ca/KN絲杠質(zhì)量BW/kg12×10-2F型切邊六孔1210650〔1〕伺服電機(jī)功率確定估算出伺服電機(jī)的最大功率P：P=K(1+μ)WA·gv(19)式中：WA是水平手臂質(zhì)量，通過(guò)三維實(shí)體模型建立可得WA=20kg；μ是摩擦系數(shù)0.1；v是平移最大速度1m/s；K是平安系數(shù)，取K=1.2。計(jì)算得P=W，取功率P=400W的交流伺服電機(jī)，可選電機(jī)型號(hào)：MSME042G1，它的有關(guān)技術(shù)參數(shù)如下表：表3.4豎直移動(dòng)伺服電機(jī)技術(shù)參數(shù)電機(jī)型號(hào)功率P/W交流電源/V額定轉(zhuǎn)速n/(r·min-1)最大轉(zhuǎn)速nmax/(r·min-1)額定轉(zhuǎn)矩T/(N·m)最大轉(zhuǎn)矩Tmax/(N·m)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JM/(kg·cm2)有無(wú)制動(dòng)器MSME042G1400AC20030006000有〔2〕伺服電機(jī)慣量比校核測(cè)量絲杠的三維模型，得滾珠絲杠的質(zhì)量BW，那么負(fù)載局部的慣量：JL=JC+JB=JC+1/8·BW×BD2+WA·BP2/(4π2)(20)式中：JC是所選聯(lián)軸器的慣量，JC=3.2×10-5kg·m2，WA是水平手臂質(zhì)量，通過(guò)三維實(shí)體模型建立可得WA=20kg，計(jì)算可得JL=1.19×10-4kg·m2。預(yù)選電機(jī)的慣量JM=0.28×10-4kg·m2，那么慣量比：JL/JM倍<30倍(21)〔3〕伺服電機(jī)轉(zhuǎn)矩校核一般伺服電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)模式如圖：圖3.4伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)模式由最大速度1m/s，移動(dòng)距離為0.5m，可假設(shè)：加速時(shí)間ta，勻速時(shí)間tb，減速時(shí)間td=0.1s，循環(huán)時(shí)間tc=1.2s。移動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tf：(22)式中：Bη是進(jìn)給絲杠的效率，取0.96；μ是摩擦系數(shù)，取0.1；其他參數(shù)可由前面的表格得到，計(jì)算上式得TfN·m。加速時(shí)轉(zhuǎn)距Ta：(23)式中：JL和JM分別是負(fù)載局部的慣量和預(yù)選電機(jī)的慣量，N是電機(jī)最高轉(zhuǎn)速100r/s，計(jì)算得Ta=0.956N·m。減速時(shí)轉(zhuǎn)矩Td：(24)式中：JL和JM分別是負(fù)載局部的慣量和預(yù)選電機(jī)的慣量，N是電機(jī)最高轉(zhuǎn)速100r/s，計(jì)算得Td=0.891N·m。因此，最大轉(zhuǎn)矩就是加速時(shí)的轉(zhuǎn)矩Ta=0.956N·m，，TaK=1.15N·m<3.8N·m〔400W電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩〕。確認(rèn)有效轉(zhuǎn)矩Trms：(25)乘以K，TrmsKN·m<1.3N·m(400W電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩)。根據(jù)以上計(jì)算可知功率750W電機(jī)滿足轉(zhuǎn)矩和慣量比要求，適合選用。3.2.3聯(lián)軸器選擇：〔1〕選擇聯(lián)軸器首先確定聯(lián)軸器的力矩TT=T1×K1×K2×K3(26)式中：T1是伺服電機(jī)的力矩，選擇伺服電機(jī)時(shí)可在手冊(cè)上查得，值為1.27N·m；K1、K2、K3是聯(lián)軸器的工況系數(shù)；假定：負(fù)載變動(dòng)較大，K1取，每天運(yùn)轉(zhuǎn)8h，K2取1.00，每小時(shí)啟停120次，K3取的條件下，T=3.24N·m，力矩不大，聯(lián)軸器可初步選擇夾緊式聯(lián)軸器。夾緊式聯(lián)軸器是一種金屬?gòu)椥月?lián)軸器，軸拆裝方便，但正常工作承受的力矩有限，對(duì)同軸度要求不是很高，并且該聯(lián)軸器正反轉(zhuǎn)時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)特性一致，非常適用于機(jī)器人等頻繁啟停的場(chǎng)合。伺服電機(jī)的輸出軸徑Φ14mm和絲杠的輸入軸徑Φ10mm，由此選擇聯(lián)軸器型號(hào)TS4C-40-1014，如下列圖。圖3.5鋁合金彈性聯(lián)軸器〔2〕校核力矩查閱企業(yè)聯(lián)軸器產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)[9]，TS4C-40-1014型聯(lián)軸器的擰緊力矩達(dá)4N·m，大于聯(lián)軸器實(shí)際工作時(shí)所承受的力矩T=3.24N·m，滿足實(shí)際要求。水平平移傳動(dòng)機(jī)構(gòu)采用滾珠絲杠。螺母水平方向固定不動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)的絲杠帶動(dòng)整個(gè)機(jī)械手臂相對(duì)于螺母前后平移，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手臂的水平平移。水平平移和豎直平移采用相同的傳動(dòng)方式，運(yùn)動(dòng)參數(shù)一致，因此絲杠螺母、伺服電機(jī)和聯(lián)軸器選擇方法一致，不同在于水平平移不用克服機(jī)械手臂的重力，消耗功率減小，因此電機(jī)選擇的功率有所變動(dòng)。3滾珠螺母絲杠選擇水平平移自由度滾珠絲杠選擇同豎直平移，詳細(xì)技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表3-3?！?〕伺服電機(jī)功率確定估算出伺服電機(jī)的最大功率P：P=KμWA·gv(27)式中：WA是水平手臂質(zhì)量，通過(guò)三維實(shí)體模型建立可得WA=20kg；μ是摩擦系數(shù)0.1；v是平移最大速度1m/s；K是平安系數(shù)，取K=1.2。計(jì)算得P=24W，取功率P=200W的交流伺服電機(jī)，可選電機(jī)型號(hào)：MSME022G1，它的有關(guān)技術(shù)參數(shù)如下表：表3.5水平移動(dòng)伺服電機(jī)技術(shù)參數(shù)電機(jī)型號(hào)功率P/W交流電源/V額定轉(zhuǎn)速n/(r·min-1)最大轉(zhuǎn)速nmax/(r·min-1)額定轉(zhuǎn)矩T/(N·m)最大轉(zhuǎn)矩Tmax/(N·m)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JM/(kg·cm2)MSME022G1200AC20030006000〔2〕伺服電機(jī)慣量比校核測(cè)量絲杠的三維模型，得滾珠絲杠的質(zhì)量BW，那么負(fù)載局部的慣量：JL=JC+JB=JC+1/8·BW×BD2+WA·BP2/(4π2)(28)式中：JC是所選聯(lián)軸器的慣量，JC=3.2×10-5kg·m2，WA是水平手臂質(zhì)量，通過(guò)三維實(shí)體模型建立可得WA=20kg，計(jì)算可得JL=1.19×10-4kg·m2。預(yù)選電機(jī)的慣量JM=0.14×10-4kg·m2，那么慣量比：JL/JM倍<30倍(29)〔3〕伺服電機(jī)轉(zhuǎn)矩校核伺服電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)模式同豎直平移的運(yùn)轉(zhuǎn)模式：加速時(shí)間ta，勻速時(shí)間tb，減速時(shí)間td=0.1s，循環(huán)時(shí)間tc=1.2s。移動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tf不變，TfN·m。加速時(shí)轉(zhuǎn)距Ta：(30)式中：JL和JM分別是負(fù)載局部的慣量和預(yù)選電機(jī)的慣量，N是電機(jī)最高轉(zhuǎn)速100r/s，計(jì)算得Ta=0.868N·m。減速時(shí)轉(zhuǎn)矩Td：(31)式中：JL和JM分別是負(fù)載局部的慣量和預(yù)選電機(jī)的慣量，N是電機(jī)最高轉(zhuǎn)速100r/s，計(jì)算得Td=0.803N·m。因此，最大轉(zhuǎn)矩就是加速時(shí)的轉(zhuǎn)矩Ta=0.868N·m，，TaK=1.04N·m<1.91N·m〔400W電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩〕。確認(rèn)有效轉(zhuǎn)矩Trms：(32)乘以K，TrmsKN·m<0.64N·m(400W電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩)。根據(jù)以上計(jì)算可知，慣量比和功率雖然有較大余量，但根據(jù)轉(zhuǎn)矩選擇200W電機(jī)。〔1〕選擇聯(lián)軸器聯(lián)軸器仍選用夾緊式彈性聯(lián)軸器，選擇方法同上，首先確定聯(lián)軸器的力矩T：T=T1×K1×K2×K3(33)式中：T1是伺服電機(jī)的力矩，選擇伺服電機(jī)時(shí)可在手冊(cè)上查得，值為0.64N·m；K1、K2、K3是聯(lián)軸器的工況系數(shù)；假定：負(fù)載變動(dòng)較大，K1，每天運(yùn)轉(zhuǎn)8小時(shí)，K2=1.00，每小時(shí)啟停120次，K3的工況下，T=1.64N·m，伺服電機(jī)的輸出軸徑Φ11mm和絲杠的輸入軸徑Φ10mm，由此選擇聯(lián)軸器型號(hào)TS4C-40-1011。〔2〕校核力矩查閱企業(yè)聯(lián)軸器產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)，TS4C-40-1011型聯(lián)軸器的擰緊力矩達(dá)4N·m，大于聯(lián)軸器實(shí)際工作時(shí)所承受的最大力矩T=1.64N·m，滿足實(shí)際要求。末端操縱器由法蘭盤連接，需承載3kg重物，伺服電機(jī)連接行星齒輪減速器，減速器輸出軸直接連接法蘭盤，帶動(dòng)法蘭盤旋轉(zhuǎn)，如下列圖：圖3.6末端傳動(dòng)結(jié)構(gòu)圖預(yù)算法蘭盤連同末端操縱器和重物總共10kg。伺服電機(jī)和減速器的選擇方法同腰部電機(jī)和減速器的選擇，具體過(guò)程不再給出。經(jīng)估算，選擇電機(jī)功率100W，電機(jī)的相關(guān)參數(shù)如下表：表3.6末端伺服電機(jī)技術(shù)參數(shù)電機(jī)型號(hào)功率P/W交流電源/V額定轉(zhuǎn)速n/(r·min-1)最大轉(zhuǎn)速nmax/(r·min-1)額定轉(zhuǎn)矩T/(N·m)最大轉(zhuǎn)矩Tmax/(N·m)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JM/(kg·cm2)MSME012G1100AC200300060000.320.051經(jīng)估算，減速器選擇的型號(hào)是PL-50-120-S，相關(guān)技術(shù)參數(shù)如下表：表3.7末端行星減速器技術(shù)參數(shù)減速器型號(hào)減速比i滿載效率額定輸出扭矩T2N/(N·m)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J/(kg·cm2)最大徑向力Fr/N最大軸向力Fa/NPL-50-120-S12090％100.029440420 PL型減速器如下圖：圖3.7PL型行星齒輪減速器第四章輔助機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)4.1導(dǎo)線線路設(shè)計(jì) 機(jī)床等機(jī)械導(dǎo)線線路的鋪設(shè)一般是采用軟管或者坦克鏈等輔助件。坦克鏈?zhǔn)且话阊b在機(jī)床機(jī)械上，用于牽引和保護(hù)電纜及軟管的，形似坦克鏈的機(jī)械輔助裝置。坦克鏈一般用在往復(fù)運(yùn)動(dòng)較為頻繁的場(chǎng)合，用來(lái)牽引和保護(hù)導(dǎo)線及軟管。坦克鏈由假設(shè)干的坦克鏈節(jié)連接而成，節(jié)與節(jié)可自由轉(zhuǎn)動(dòng)，導(dǎo)線在安裝和拆卸時(shí)，坦克鏈的節(jié)從兩側(cè)翻開(kāi)，方便導(dǎo)線放入。坦克鏈一節(jié)如下圖。圖4.1坦克鏈一節(jié) 一般在兩個(gè)連接點(diǎn)之間有電纜連接，并且兩點(diǎn)間有相對(duì)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)的情況下，考慮使用坦克鏈。線路簡(jiǎn)圖如下列圖所示：1是軟管，2、3、4是坦克鏈條，5是外殼內(nèi)布線圖4.2線路簡(jiǎn)圖所有導(dǎo)線聚集在基座下端，跟基座殼固連?；露说谝淮畏至?，連接基座內(nèi)的750W伺服電機(jī)。其余通過(guò)軟管連接到機(jī)器人腰部的外殼上，可以隨著腰部旋轉(zhuǎn)而彎曲伸縮。自腰部外殼出分流，一局部從機(jī)身外殼的卡線槽中走線，連接機(jī)器人頂端400W伺服電機(jī)，另一局部通過(guò)坦克鏈連接至豎直方向移動(dòng)的滑塊上，同滑塊一起上下移動(dòng)，坦克鏈上下伸縮移動(dòng)。水平放置的兩個(gè)伺服電機(jī)分別用坦克鏈連接至水平移動(dòng)的滑塊上，隨滑塊一起水平移動(dòng)伸縮。導(dǎo)線布置在軟管和坦克鏈中，并與軟管或者坦克鏈之間沒(méi)有相對(duì)移動(dòng)。注意的是，導(dǎo)線在坦克鏈中最多填滿90％的空隙，在軟管中最多填滿80％的空隙。一般機(jī)床等機(jī)構(gòu)剛啟動(dòng)時(shí)，要首先確定運(yùn)動(dòng)部件在整個(gè)機(jī)構(gòu)中的位置，及相對(duì)機(jī)構(gòu)機(jī)械零點(diǎn)的位置，方才好進(jìn)行下面的一系列由程序控制的操作。機(jī)構(gòu)零點(diǎn)的設(shè)計(jì)就是確定機(jī)構(gòu)的機(jī)械零點(diǎn)位置，并設(shè)計(jì)出發(fā)開(kāi)關(guān)和連接線路。選擇傳感器是機(jī)構(gòu)零點(diǎn)設(shè)計(jì)的主要問(wèn)題。可供選擇的傳感器有：光柵傳感器、位移傳感器、壓力傳感器、限制開(kāi)關(guān)等。微動(dòng)開(kāi)關(guān)是一種靠機(jī)械外力作用，通斷迅速的接點(diǎn)機(jī)構(gòu)，由于其價(jià)格廉價(jià)，使用廣泛，使用可靠，安裝方便，因此使用微動(dòng)開(kāi)關(guān)作為機(jī)器人的零點(diǎn)位置開(kāi)關(guān)。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下列圖所示：圖4.3微動(dòng)開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)圖上圖中：1)是操作體，2)是驅(qū)動(dòng)桿，3)是接點(diǎn)間隔，4)是端子，5)是可動(dòng)片，6)是安裝孔，7)是開(kāi)關(guān)外殼。在本次設(shè)計(jì)的機(jī)器人中，操作體是機(jī)械手臂上的外殼，外殼前進(jìn)壓上驅(qū)動(dòng)桿，驅(qū)動(dòng)桿傳導(dǎo)外力至內(nèi)部彈簧結(jié)構(gòu)，推動(dòng)可動(dòng)接點(diǎn)進(jìn)行開(kāi)關(guān)動(dòng)作。微動(dòng)開(kāi)關(guān)安裝位置如下列圖表示：1、2、3、4均為微動(dòng)開(kāi)關(guān)圖4.4微動(dòng)開(kāi)關(guān)安裝位置第五章總結(jié)與展望圓柱坐標(biāo)型搬運(yùn)機(jī)器人在工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域中有非常廣泛的應(yīng)用，這次設(shè)計(jì)的主要目的是結(jié)合實(shí)際工業(yè)需求，設(shè)計(jì)一種能夠自動(dòng)搬運(yùn)工件的工業(yè)機(jī)器人，該種機(jī)器人有四個(gè)自由度?？偨Y(jié)如下：〔1〕此次設(shè)計(jì)的任務(wù)是利用三維設(shè)計(jì)軟件，完成一種四自由度圓柱坐標(biāo)型機(jī)器人的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并對(duì)其進(jìn)行仿真分析，驗(yàn)證其正確性；〔2〕此次任務(wù)完成了以下內(nèi)容：完成機(jī)器人整機(jī)設(shè)計(jì)，包括基座、腰部旋轉(zhuǎn)平臺(tái)、豎直機(jī)身、水平手臂和末端旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)；完成對(duì)交流伺服電機(jī)、行星輪減速器減速、滾珠絲杠等的產(chǎn)品的選型；完成外殼的簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)，完成機(jī)構(gòu)零點(diǎn)和極限位置的微動(dòng)開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)；成機(jī)器人三維實(shí)體的裝配，并繪制出機(jī)器人的二維工程圖。〔3〕成果有以下幾個(gè)：三維零件模型圖紙假設(shè)干、三維機(jī)器人裝配圖一份、二維機(jī)器人裝配圖一份、二維零件圖假設(shè)干。 由于時(shí)間和本人能力有限，這次設(shè)畢業(yè)計(jì)還存在一些缺乏之處，還可以有所提高，展望如下：〔1〕由于時(shí)間有限，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)沒(méi)有設(shè)計(jì)機(jī)器人的控制局部，末端控制器的手爪局部也沒(méi)有設(shè)計(jì)，實(shí)際工程設(shè)計(jì)中控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)至關(guān)重要；〔2〕機(jī)器人的傳感器設(shè)計(jì)不豐富，僅設(shè)計(jì)了零點(diǎn)位置和極限位置的機(jī)械式限位開(kāi)關(guān)，如一些位置傳感器，速度傳感器以及力和觸覺(jué)傳感器都未有設(shè)計(jì)；〔3〕考慮到線速度要求較高，最大線速度有1m/s，造成選擇電機(jī)時(shí)會(huì)有較大的功率余量，機(jī)器人底座占用的空間變大，而實(shí)際小負(fù)載機(jī)器人的工程設(shè)計(jì)中，線速度要求沒(méi)有1m/s這么高；〔4〕工業(yè)機(jī)器人傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)效率是一個(gè)比擬重要的參數(shù)，在這方面未作考慮，實(shí)際工程設(shè)計(jì)上面需要考慮效率問(wèn)題；〔5〕機(jī)器人外殼設(shè)計(jì)不完善，未能將機(jī)器人內(nèi)部結(jié)構(gòu)完全包括在內(nèi)，實(shí)際應(yīng)用中會(huì)使用耐高溫帆布伸縮套和耐磨帆布軟連接，隨著機(jī)械手臂的運(yùn)動(dòng)而伸縮，并且起到封閉作用。參考文獻(xiàn)[1]張福學(xué).機(jī)器人技術(shù)及其應(yīng)用[M].第1版，北京：電子工業(yè)出版社，2000.7~40.[2]馬光,申桂英.工業(yè)機(jī)器人的現(xiàn)狀及開(kāi)展趨勢(shì)[J].組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2002(3):48-51.[3]曹文祥,馮雪梅.工業(yè)機(jī)器人研究現(xiàn)狀及開(kāi)展趨勢(shì)[J].機(jī)械制造，2023，49(558):41-43.[4]孫學(xué)儉,于國(guó)輝,周文喬,等.對(duì)世界工業(yè)機(jī)器人開(kāi)展特點(diǎn)的分析[J].機(jī)器技術(shù)與應(yīng)用，2002(3):8-9.[5]韓服善.基于Solidworks2000的圓柱坐標(biāo)型工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)[J].起重運(yùn)輸機(jī)械，2023〔12〕：42-44.[6]馮晉中.2023年中國(guó)工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)研究報(bào)告[R].MIR睿工業(yè),2023.[7]韓建海.工業(yè)機(jī)器人[M].武漢:華中科技大學(xué)出版社，2023:1-19.[8]陸正勇.我國(guó)工業(yè)機(jī)器人企業(yè)的機(jī)遇與挑戰(zhàn)[Z/OL][9]潘麗霞.論工業(yè)機(jī)器人的開(kāi)展與應(yīng)用[J].山西科技，2023，25(3):22-23.[10]河北滄州天碩聯(lián)軸器.精密聯(lián)軸器[Z].河北：河北滄州天碩聯(lián)軸器,2023.[11]珠海松下馬達(dá).PanasonicA5系列松下伺服馬達(dá)使用說(shuō)明書(shū)[Z].廣東：珠海松下馬達(dá),2000.[12]湖北星星傳動(dòng)設(shè)備.伺服減速機(jī)樣本