存取邮件机器人系统设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 摘要 机器人是在自动操作机基础上发展起来的一种能模仿人的某些动作和功能，可以用于移动各种材料、零件、工具等的多种功能。它综合了精密机械、控制传感和自动控制技术等领域的最新成果，并广泛应用到工农业生产和军事等领域。本设计为三自由度坐标型存取邮件机器人， 详尽的讨论了机器人伸缩，升降、行走这三个运动方向的主要部件的结构设计。 其工作方向为两个直线方向和一个转向。在控制器的作用下，它执行将包裹从货架上搬运到交付站，或是将包裹存放进货架的简单动作，本文是对整个设计工作较全面的介绍和总结。 关键词 ： 三自由度，坐标型，存取 邮件机器人 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 is a It of be to of so It It is in an to of of It of of It a s it to or is a of to 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 目 录 1 绪 论 误 !未定义书签。 器人的应用 . 错误 !未定义书签。 器人的分类 . 错误 !未定义书签。 业机器人的定义 .取邮件机器人国内外研究现状和发展趋势 .课题设计要求 . 存取邮件机器人的总体设计 取邮件机器人的组成及各部分关系概述 .取邮件机器人的设计分析 .取邮件机器人技术参数列表 .章小节 . 存取邮件机器人的系统设计 0 取邮件机器人的的系统分析 .取邮件机器人的执行机构设计 .取邮件机器人传动装置的选择 .承的选取与校核 .向装置与配重块 .章小结 . 存取邮件机器人控制系统设计 4 取邮件机器人的工作原理 .制系统的组件 .片机的程序设计 .用说明 .章小节 . 结论 2 参考文献 3 致谢 4 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 绪论 机器人工程是近二十多年来迅速发展起来的综合学科。它集中了机械工程、电子工程、计算机工程、自动控制工程以及人工智能等多种学科的最新研究成果，是当代科学技术发展最活跃的领域之一，也是我国科技界跟踪国际高科技发展的重要方面。机器人的研究、制造和应用水平，是一个国家科技水平和经济实力的象征，正受到许多国家的广泛重视 1。 器人的应用 机器人是一种很特别的生产工具，因此，机器人应用的范围十分广泛。这些应用可以被划分为 3 类：材料处理、材料搬运和装配。 在材料处理中，机器人用工具来加工和处理原材料。例如，机器人工具可包括钻头，从而可以在原始材料上执行钻孔操作。 材料搬运包括装载、卸载和转移制造设备上的加工零件。这些操作可以由机器人可靠地重复执行，因此提高了质量，减少了废料损失。 装配是机器人技术的另一个广泛应用。自动装配系统能合并自动测试、机器人自动控制和机械处理，以减少劳动成本，提高产量，消除人工操作的危险性 2。 器人的分类 机器人在尺寸、形状、坐标数量、自由度和设计构造上都多种多样。每个因素都影响着机器人的工作范围或它能够运动和执行指定任务的空间区域。广义的机器人分类如下所述。 操作型机器人：能自动控制，可重复编程，多功能，有几个自由度，可固定或运动，用于相关自动化系统中。 程控型机器人：按预先要求的顺序及条件，依次控制机器人的机械动作。 示教再现型机器人：通过引导或其它方式，先教会机器人动作，输入工作程序，机器人则自动重复进行作业。 数控型机器人：不必使机器人动作，通过数值、语言等对机器人进行示教，机器 人根据示教后的信息进行作业。 感觉控制型机器人：利用传感器获取的信息控制机器人的动作。 适应控制型机器人：机器人能适应环境的变化，控制其自身的行动。 学习控制型机器人：机器人能 “体会 ”工作的经验，具有一定的学习功能，并将所 “学 ”的经验用于工作中。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 固定顺序和可变顺序的机器人。固定顺序机器人（也称为拾取和定位机器人）是为完成一系列特定的操作而进行编程实现的。它的运动是点到点的，并且可以不断循环。可变顺序机器人是为完成特定顺序的操作进行编程实现的，也可为其它系列操作重新编程。 学演机器人。操作者可以按照期望路径 引导学演机器人和其终端执行机构运动。机器人可以记忆和记录运动的顺序和路径，并能在没有操作者的进一步引导和示范的情况下连续重复这些动作。 智能机器人。智能机器人能够执行一些人才能完成的功能和任务。它可以配备各种传感器以具备视觉和触觉功能 3。 业机器人的定义 目前，工业机器人的定义，世界各国尚未统一，分类也不尽相同。最近联合国国际标准化组织采纳了美国机器人协会给工业机器人下的定义：工业机器人是一种可重复编程的多功能操作装置，可以通过改变动作程序，来完成各种工作，主要用于搬运材料，传递工件。参考国外 的定义，结合我国的习惯用语，对工业机器人作如下定义： 工业机器人是一种机体独立，动作自由度较多，程序可灵活变更，能任意定位，自动化程度高的自动操作机械。主要用于加工自动线和柔性制造系统中传递和装卸工件或夹具。 工业机器人以刚性高的手臂为主体，与人相比，可以有更快的运动速度，可以搬运更重的东西，而且定位精度相当高，它可以根据外部来的信号，自动进行各种操作。 工业机器人的发展，由简单到复杂，由初级到高级逐步完善，它的发展过程可分为三代： 第一代工业机器人就是目前工业中大量使用的示教再现型工业机器人，它主要由手部 、臂部、驱动系统和控制系统组成。它的控制方式比较简单，应用在线编程，即通过示教存贮信息，工作时读出这些信息，向执行机构发出指令，执行机构按指令再现示教的操作。 第二代机器人是带感觉的机器人。它具有寻力觉、触觉、视觉等进行反馈的能力。其控制方式较第一代工业机器人要复杂得多，这种机器人从 1980 年开始进入了实用阶段，不久即将普及应用。 第三代工业机器人即智能机器人。这种机器人除了具有触觉、视觉等功能外，还能够根据人给出的指令认识自身和周围的环境，识别对象的有无及其状态，再根据这一识别自动选择程序进行操作，完成规 定的任务。并且能跟踪工作对象的变化，具有适应工作环境的功能。这种机器人还处于研制阶段，尚未大量投入工买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 业应用 4。 取邮件机器人国内外研究现状和发展趋势 我国邮政部门的邮件收寄、给付存取作业大多靠人工完成。当邮件较多时 ,工人劳动强度大 ,用户等候时间长。为了解决这一问题 , 80 年代初 ,浙江省邮电科研所曾研制了邮件取包机械手用于邮件的存取 ,并取得了一定的应用成果。但由于受当时条件的限制 ,没能推广使用。日前 , 结合中国邮电博物馆计算机集成柔性运输包裹分拣系统演示项目的开发 , 研制了新型邮件取包机械 手 ,试运行情况良好。 为了实现邮件的自动化存取 ,他们设计了由新型邮件取包机械手、计算机网络系统、数据库技术等组成的邮件自动存取系统。该系统采用星形网络拓扑结构 , 还留有通过路由器与综合网相连的接口。立体库中的货位信息、邮件存取信息存放在数据库中。邮政支局中的一台 (或数台 ) 营业窗口计算机可以兼作立体库管理计算机 ,通过访问服务器 ,获得货位和邮件信息 , 向邮件取包机械手的 制器发出指令信息 ,控制邮件取包机械手完成邮件的出入库动作 ,实现邮件的 自动存取。同时还具有邮件收寄、给付、邮件查询、催领制单等功能。邮件送至寄达局后 , 操作人员利用 形码扫描器 (或键盘 ) 将邮件上的条形码信息通过立体库管理计算机输入到数据库 , 应用程序根据邮件大小和一定的控制规则 , 从立体库的货位信息库中选择最合适的空闲货位 , 计算机发出指令控制邮件取包机械手将邮件送入立体库货架上 , 包裹单由投递员送至收件人。用户来取邮件时 , 操作人员利用 形码扫描器 (或键盘 ) 读取包裹单上的邮件信息 , 然后通过立体库管理计算机查询数据库确定存放该邮件的货位 , 立体库管理计算 机发出指令控制邮件取包机械手将邮件从立体库取出 ,送至营业窗口交给用户。同时 ,立体库货位信息库中该货位置空 , 邮件信息库中该邮件信息加注已取走内容 ,以示该邮件已经完成邮寄。利用数据库查询技术还可以按照邮件到达日期检索 , 当邮件存放超过一定日期后自动打印催领单 , 通知用户来领取邮件。用户交寄邮件时 , 营业人员将邮件信息通过键盘输入到营业计算机 , 通过网络在服务器的数据库中添加该邮件的信息记录 , 条形码打印机打印出该邮件的条形码 ,分别贴在邮件和包裹单上 ,供以后分拣、查询、领取邮件时使用。立体库控制计算机控制邮件取 包机械手 , 将邮件送至集装箱中等待运输。营业结束或将集装箱运走之前 ,由计算机自动打印出路单和清单 ,通过网络将邮件信息传送给邮件分拣中心 , 供分拣时使用。这样 ,就可以实现邮件信息一次输入重复使用 ,避免重复劳动 ,提高生产效率 ,实现邮件收寄、给付、查询的自动化。 新型邮件取包机械手采用 系统的可靠性、抗干扰性大大提买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 高 ; 采用交流变频传动技术 , 提高了驱动装置的可靠性 , 减少了维护工作量 ; 增加了位置闭环和速度闭环控制 , 提高了系统的精度和稳定性。采用了新型的双层双侧可伸缩的梳状货叉 , 结构简单 , 性能可靠。同时 , 取消了货叉的回转运动 , 使两排相对货架之间的距离得以缩短 , 可以更有效地利用空间。邮件自动存取系统现已通过调试运行。使用该系统可以充分利用立体空间 ,节约支局存储邮件的面积 ,减轻工人劳动强度 , 缩短用户等待时间 , 提高服务质量 ,使邮政生产的自动化程度达到新水平 5。 课题设计要求 本课题将要完成的主要任务如下： （一）新型邮件取包机器人主要适用邮政部门的包裹，箱子的存取。 （二）选取机器人的坐标形式和自由度。 （三）设计出机器人的各执行机构，包括：伸缩手臂，升降支架，电动小车等 。 （四）滚珠丝杠的设计，本课题将设计出机器人，各个自由度的转动系统，包括滚珠丝杠的选择，轴承的选择等。 （五）机器人的控制系统设计，本机器人采用单片机对进行控制，选取单片机的型号，根据机器人的工作流程编制出单片机程序流程图。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 存取邮件机器人的总体设计 取邮件机器人的组成及各部分关系概述 升降支架伸缩手臂电动小车电机驱动驱动机构执行机构智能系统控制系统机械系统存取邮件机器人图 2存取邮件机器人的组成图 它主要由机械系统 (执行系统、驱动 系统 )、控制检测系统及智能系统组成。 （一）执行机构 执行系统是机器人完成提取工件，实现各种运动所必需的机械部件，它包括手部、腕部、机身等。 手部：又称手爪或抓取机构，它直接抓取、搬运物体。 腕部：又称手腕，是连接手部和臂部的部件，其作用是调整或改变手部的工作方位。 臂部：是支承腕部的部件，作用是承受工件的负荷，并把它传递到预定的位置。 机身：是支承手臂的部件，其作用是带动臂部自转、升降或俯仰运动。 （二）驱动系统 驱动系统是驱动工业机械手执行机构运动的。它由动力装置、调节装置和辅买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 助装置组成。常用的驱动系统 有液压传动、 气压传动、机械传动。 （三）控制系统 控制系统是支配着机器人按规定的要求运动的系统。目前机器人的控制系统一般由程序控制系统和电气定位 (或机械挡块定位 )系统组成。该机械手采用的是单片机 程序控制系统，它支配着手部按规定的程序运动，并记忆人们给予机器人的指令信息 (如动作顺序、运动轨迹、运动速度及时间 )，同时按其控制系统的信息对执行机构发出指令，必要时可对机器人的动作进行监视，当动作有错误或发生故障时即发出报警信号。 （四）位置检测装置 控制机器人执行机构的运动位置，并随时将执行机构的实际位置反馈给控 制系统，并与设定的位置进行比较，然后通过控制系统进行调整，从而使执行机构以一定的精度达到设定位置 6。 各部分关系如图 2示： 图 2各部分关系图 取邮件机器人的设计分析 体方案拟定 在机器人的诸多功能中，抓取和移动是最主要的功能。这两项功能实现的技术基础是精巧的机械结构设计和良好的伺服控制驱动 7。本次设计就是在这一思维下展开的。根据设计内容和需求确定坐标系机器人，利用步进电机驱动实现机器人的各个方向运动。利用步进电机驱动滚珠丝杠，从而使与滚珠丝杠螺母副固连在一起的 手臂和支架实现上下，前后运动；底盘设计是利用电机带动带轮的一个电动小车，实现转弯，前后动作。图 2初步形成的机器人外形图。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 图 2机器人外形图 器人基本形式的选择 常见的机器人根据手臂的动作形态 ,按坐标形式大致可以分为以下 4 种，如图 2示 : (1)直角坐标型机器人； (2)圆柱坐标型机器人； ( 3)球坐标 (极坐标 )机器人； (4)多关节型机器人 8。 图 2机器人坐标形式的种类 其中坐标系机器人在 X， Y， Z 轴上的运动是独立的，运动方程可独立处理，且方程是线性的；容易 通过计算机控制实现，对于给定的结构长度，刚性最大；它的精度和位置分辨率不随工作场合而变化，容易达到精度，因此本设计采用坐标系机器人 9。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 动系统的选择 驱动机构是机器人的重要组成部分 , 机器人的性能价格比在很大程度上取决于驱动方案及其装置。根据动力源的不同 , 机器人的驱动方式共有三种方式 :气动方式 ,液压方式 ,电驱动方式。 （ 1）气动方式： 成本低 ,出力小 ,噪声大 ,控制简单。但难以准确控制位置和速度。属于简单非伺服型。 （ 2）液压方式： 功率重量比大 ,低速平稳 ,需液压动力源 ,漏油和油性变化会影 响系统 ,各轴耦合较强 ,成本较高。可用于易爆的环境。 （ 3）电驱动方式 : A 步进驱动： 功率小 ,开环控制 ,控制简单 ,可能失步。 B 直流驱动： 调速性能好 ,功率较大 ,效率较高 ,但换向器需维护 ,不易用于易爆 ,多粉尘的环境。 C 交流驱动：维护简单 ,使用环境不受限制 ,成本较低 ,调速性差。 根据设计内容和需求确定坐标系机器人，利用步进电机驱动滚珠丝杠，来实现机器人手臂上下运动；利用步进电机驱动滚珠丝杠，来实现支架的上下运动；考虑到本设计中的机器人工作范围大，故设计了电动小车，由步进电机驱动， 而实现 转弯，行走的动作 10。 取邮件机器人的技术参数列表 途 存取邮件 :用于邮局包裹的提取，搬运。 提取，搬运货架上的大型包裹，可以实现邮件信息一次输入重复使用，避免重复劳动，提高工作效率，实现邮件收寄、给付、查询的自动化。 计参数 存取邮件机器人的技术参数是说明其规格和性能的具体指标。主要技术参数有如下： （ 1）提取重量 提取重量是用来表明机器人负荷能力的技术参数，这是一项主要参数。这项参数与机器人的运动速度有关，一般是指在正常速度下所搬运的重量。 （ 2） 极限尺寸 提取包 裹极限尺寸是用来表明机器人搬运功能的技术参数，它是设计手部的基础。 （ 3） 坐标形式和自由度 说明机器人机身、手部、腕部等共有的自由度数及它们组成的坐标系特征。 （ 4） 运动行程范围 指执行机构直线移动距离或回转角度的范围，即各运动自由度的运动量。根买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 据运动行程范围和坐标形式就可确定机器人的工作范围。 （ 5） 运动速度 是反映机器人性能的重要参数。通常所指的运动速度是机器人的最大运动速度。它与提取重量、定位精度等参数密切有关，互相影响。 （ 6） 定位精度和重复定位精度 定位精度和重复定位精度是衡量机器人工作质量的一项 重要指标 11。 本设计中的三自由度坐标型工业机器人的有关技术参数如下： 1. 机械手最大抓重 : 20. 自由度数 : 3 个自由度 3. 坐标型式 : X， Y， Z 坐标 4. 手臂运动参数 伸缩行程： 500缩速度： 200mm/s 升降行程： 1800降速度： 200mm/s 行走速度： 100mm/s 5. 机器人（重复）定位精度： 章小结 本章 主要介绍了存取邮件机器人的总体设计方案，通过对各种方案的优缺点进行比较分析，得出最适合本次设计要求的方案。机器人的结构 X 方向的小臂，末端执行器， Y 方向支架，电动小车组成坐标系机器人，最后根据其具体工作要求确定本次设计的参数。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 存取邮件机器人的机械系统设计 器人的运动系统分析 器人的运动概述 机器人的运动，可从机器人的自由度，工作空间和机械结构类型等三方面来讨论。 如图 3示，为机器人机构的简图。 图 3存取邮件机器人的机构简图 （ 1）机器人的运动自由度 所谓机器人的运动自由度是指确定一个机器人操作位置时所需要的独立运动参数的数目，它是表示机器人动作灵活程度的参数。 本设计的机器人主要的以移动副为主，具有手臂伸缩，支架的升降，电动小车的前后往复三自由度。 （ 2）机器人的工作空间和机械结构类型 工作空间 :工作空间是指机器人正常运行时，手部参考点能在空间活动的最大范围，是机器人的主要技术参数 12。 机械结构类型 :坐标型为本设计所采用方案，这种运动形式是通过三个 移动，共三个自由度组成的运动系统。它与直角坐标型比较，在相同的工作条件下，运动范围更大。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 器人的执行机构设计 体的设计 图 3货架上的单位箱体 箱子尺寸：长 400宽 400高 400壁厚 2 箱子材料：纸 端执行器 图 3末端执行器 零件计算 3V 2 0 4 8 0 4 8 0 2 0 4 6 0 4 6 08 8 4 0 0 0 0 m m （ ）m g = v 铲（ 3 其中 g 取 10 N/ 988400007 8 0 0 1 0 6 8 . 9 510 铲买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 综合该方向铲子，导轨等质量，再加上本生需要提取包裹，邮件的质量 20算该方向总的质量为 300N。 器人的传动装置的选择 滚珠丝杠的选择（ Z 方向） 载荷 300 丝杆有效行程 500 最大伸缩速度 s=12m/选导程 6hP 转速 10002000r/ 要求使用寿命 L h = 15000 h 左右。 （ 1）工作载荷的计算 1（ 3 载荷系数 硬度影响系数 1K 行程系数 查袖珍机械设计师手册表 191919： 1 3 0 0 1 1 . 1 1 3 3 0 ( )F c N （ 2）最大动载荷（ 3 L 工作寿命，单位为 61060 丝杠转速 )r 冲击取 ，一般情况取 666 0 2 0 0 0 1 5 0 0 0 1 8 0 0 ( 1 0 )10 3 1 8 0 0 3 3 0 1 . 3 5 2 1 8 . 5 ( ) （ 3）初选滚珠丝杠 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 主要尺寸：按 aC = 袖珍机械设计师手册表 19 选用 滚珠丝杠副，其公称直径为 40本导程 6螺母滚珠总圈数为 3 2 圈 =6 圈，精度等级取四级，额定动载荷为 13200N，满足要求。 （ 4）传动效率计算 将公称直径0 40d 基本导程 6hP 代入 0a r c t a n () （ 3 得丝杠螺旋升角 2 44 。 为摩擦角，滚珠丝杠副的滚动摩擦系数 03.0f ，其摩擦角约等于 10 ，代入 t a n / t a n ( ) （ 3 得传动效率 t a n / t a n ( ) 9 4 . 2 % （ 5）刚度的验算 滚珠直径 杠底径 =公称直径 杠的拉压变形量 1 滚珠丝杠应计算满 载时拉压变形量： )(1 m （ 3 1 在工作载荷 用下丝杠总长度上的拉伸或压缩变形量 （ 丝杠的工作载荷 （ N） L 滚珠丝杠两端支撑间的受力长度（ E 材料的弹 性模量，钢 M ； A 滚珠丝杠按内径确定的截面积 （ 2， “ +” 用于拉伸， “ -” 用于压缩 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 2 21 3 . 1 4 3 6 . 0 3 1 2 1 0 1 9 . 1 244dA m m （ 3 1 43 0 0 5 0 0 0 . 7 ( )2 0 . 6 1 0 1 0 1 9 . 1 2 m（ 5） 滚珠丝杠与螺纹滚道间的接触变形量 2 有预紧时 ： 3 22 0 01 3 为滚珠直径 （ Z 滚珠总数量 Z 为一圈的滚珠数 滚 珠丝杠的公称直径（ 预紧力为工作载 荷的 1/3，丝杠预紧采用双螺母垫片预紧方式 列数圈数 3 . 1 4 4 0 3 . 9 6 8 8 3 2 (m 外 循 环 ） （ 3 3 2 9 (m 内 循 环 ） （ 3 圈 数 列 数 （ 3 2 9 3 2 1 7 4 2 3 23000 . 0 0 1 3 1 . 7 ( )3 . 9 6 8 8 1 0 0 1 7 4 m（ 6）滚珠丝杠副的刚度验算： 丝杠总变形量 21 应小于允许的变形量。 12 0 . 7 1 . 7 2 . 4 1 6 4 级精度滚珠丝杠任意 300向行程内的变动量允许 16m，而对跨度为500滚珠丝杠，总的变形量只有 见丝杠刚度足够。 （ 7）稳定性验算 滚珠丝杠通常属于 受轴向力的细长杆，若轴向工作负载过大，将使丝杠失去买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 稳定而产生纵向屈服，既失稳。失稳时的临界载荷 )(22 （ 3 E 丝杠材料弹性模量，对钢 M I 截面惯性矩，对丝杠圆截面 )(64 441 （ 1d 为丝杠底径） L 为丝杠最大工作长度，单位 mm 丝杠支撑方式系数，此处丝杠为一端固定一端简支，则 0.24 3 42 4 6323 . 1 4 3 6 . 9 6 8 8 ( 1 0 )2 3 . 1 4 2 0 . 6 1 0 1 064 1414938( 5 0 0 1 0 ) N 临界载荷果该丝杠不会失稳。因此滚珠丝杠的压杆稳定条件为： （ 3 一般 4 虑到丝杠自重对水平滚珠丝杠的影响可取 4 3 5 8 . 2 3 600 所以丝杠不会失效。 缩步进电机的选取 （ 1）计算加在步进电动机转轴上的总转动惯量 已知：滚珠丝杠的公称直径0 40d 总长 l =500程 6hP 材料密度 =10向移动 部见总重量 G =300N。 算得各个零部件的转动惯量如下： 滚珠丝杠的转动惯量可由 28s （ 3 式中 圆柱体质量这里指丝杠质量 D 圆柱体直径丝杠直径 40买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 求得 23 0 . 7 8sJ k g c m折算到丝杠上的转动惯量可由： 22 h （ 3 求得 22( 0 . 6 / 2 ) 6 0 0 5 . 4 7J k g c m 电动机转子自身的转动惯量3 2kg 则加在步进电动机转轴上的总转动惯量为： 21 5 . 4 7 3 0 . 7 8 3 6 . 2 5 J k g c m 23 6 . 2 5 3 3 6 9 . 2 5J k g c m 总 （ 2）计算加在步进电动机的等效负载转矩： 分快速空载启动和承受最大工作负载两种情况进行计算。 快速空载启动时电动机转轴所承受的负载转矩1移动部件运动时折算到电动机转轴上的摩擦转矩 滚珠丝杠预紧后折算到电动机转轴上的附加摩擦转矩0T。因为滚珠丝杠副传 动效率很高，0 小，可以忽略不计。 则有： 1T m a x fe q T a T（ 3 考虑横向传动链的总效率 ，计算快速空载启动时折算到电动机转轴上的最大加速转矩： ( 2 / 6 0 ) 1m a x J e q N m t （ 3 式中 对应横向空载最快移动速度的步进电动机最高转速，单位为r/ 步进电动机由静止到加速至转速 需的时间，单位为 s。 其中： （ 3 式中： 横向空载最快移动速度，为 12000 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 横向步进电动机步距角，为 ； 横向脉冲当量， &=脉冲 由公式 360 （ 3 可得 i =i 小于 1 因此本结构可不采用减速装置。 将以上各值代 入 （ 3式中 ， 算得 240r/ 设步进电动机由静止到加速至 速所需时间 向传动 链总效率 = 则由式 （ 3求得： m 移动部件运动时，折算到电动机转轴上的摩擦转矩为 ( ) / 2f c G P i （ 3 式中 导轨的摩擦因数，滚动导轨取 前后方向的工作负载，空载时取 0； 横向传动链总效率，取 则由 （ 3式，得： 最后，求得快速空载启动时电动机转轴所承受的负载转矩为： 1 m a x 0 . 6 2 1 . 1 1 . 7 2fT e q T a T N m 最大工作负载状态下电动机转轴所承受的负载转矩2分：折算到电动机转轴上的最大工作负载转矩动部件运动时折算到电动机转轴上的摩擦转矩珠丝杠预紧后折算到电动机转轴上的附加摩擦转矩0T。相对于f 很小，可以忽略不计。 则有： 2f 其中，折算到电动机转轴上的最大工作负载转矩在对滚珠丝杠进行计算的时候，已知进给方向的最大工作载荷00N， 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 则有 /2t f P i 再计算承受最大工作负载情况下，移动部件运动时折算到电 动机转轴上的摩擦转矩： ( ) / 2f c G P i = 最后求得最大工作负载状态下电动机转轴所承受的负载转矩： 2f =m 经过上述计算后，得到加在步进电动机转轴上的最大等效负载转矩： 1 2 =m （ 3） 步进电动机最大静转矩的选定 考虑到步进电动机采用的是开环控制，当电网电压降低时，其输出转矩会下降，可能造成丢步，甚至堵转。因此，根据 选择步进电动机的最大静转矩时，需要考虑安全系数。则步进电动机的最大静转矩应满足： m a x 4 4 3 . 3 7 1 3 . 4 8 e q N m 对于前面预选的 130步进 电动机，其最大静转矩0，可见完全满足的要求。 （ 4） 步进电动机的性能校核 1）最快工进速度时电动机输出转矩校核 任务书给定最快工进速度m a x 1 2 0 0 0 / m i m m，脉冲当量 0 脉 冲，由式求出电动机对应的运行频率m a x 1 2 0 0 0 / ( 6 0 0 . 1 ) 2 0 0 0 z H z 。从 130动机的运行矩频特性曲线图可以看出， 在此频率下，电动机的输出转矩m a x 1 2 m，远远大于最大工作负载转矩2 3 m，满足要求。 2）最快空载移动时电动机输出转矩校核 任务书给定最快空载移动速度 m a x 3 0 0 0 0 / m i nv m m ，求出电动机对应的运行频率 m a x 3 0 0 0 0 / ( 6 0 0 . 1 ) 5 0 0 0f H z H z 。查得，在此频率下，电动机的输出转矩 T N m，大于快速空载起动时的负载转矩1 1 m，满足要求。 3）最快空载移动时电动机运行频率校核 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 与最快空载移动速度对应的电动机运行频率为 m a x 1 2 0 0 0 / m i nv m m 。查表可知 130动机的空载运行频率可达 2000可见没有超出上限。 4）起动频率的计算 已知电动机转轴上的总转动惯量 26 9 . 2 5k g c m，电动机转子的转动惯量233mJ kg ，电动机转轴不带任何负载时的空载起动频率 1800z 。则由式可以求出步进电动机克服惯性负载的起动频率： 1 0 2 2 . 5 81/q （ 3 上式说明，要想保证步进电动机起动时不失步，任何时候的起动频率都必须小于 实际上，在采用软件伸缩时，起动频率选得更低，通常只有100即 100 / ）。 综上所述，设计中工作台的进给传动选用 130进电动机，完全满足设计要求。 手臂机构的设计 手臂的设计要求： 手臂的结构和尺寸应满足机器人完成作业任务提出的工作空间要求 5