下围棋机器人手臂设计【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  据统计现在世界下围棋的人数正在不断增加，而且不仅仅是传统的对弈，还有网络围棋也在兴起。随着机器人技术的发展，其应用领域正在逐渐扩大，从传统的工业领域走向娱乐领域，于是产生了各种棋类机器人。 有理由认为，围棋机器人系统的开发有广阔的市场前景。对照目前世界上陆续出现的象棋和国际象棋机器人等下棋机器人娱乐设备，围棋机器人方面仍显空白，其人机交互功能方面也有所欠缺。原因有三点：一是由于象棋和国际象棋长期以来在国内和国际占据统治地位，而国粹又过分阳春白雪；二是由于围棋的特殊性，如棋盘点多格密 (定位精度要求高 )，一 开局就没有固定的棋子位置(棋子需要从棋罐中抓取 )，棋子形状  (夹持装置 )，棋子越下越多且位置和数量随机 (图像识别构成闭环系统，国际象棋、象棋系统可以采用开环控制 )，有提子 (需要敏捷的提子装置 )、打劫、多种禁着 (游戏程序的复杂性 )等特殊的对弈规则，因此动作控制系统与象棋有较大差别；三是下棋机器人相关设备还只作为高科技玩具来开发，实际使用较少，没有重视交互性。  本次我设计的是下围棋的机器人手臂，机器人手臂是机器人的主要部件，如何让机器人的动作更加人性化，更加高效、稳定一直是机器人手臂研究的主要内容之一。这次我设 计的围棋机器人手臂包括五个自由度，采用关节式坐标系，动作关节采用步进电机驱动谐波减速器减速，避免了液压驱动的清洁性问题和气动的不稳定问题。手爪抓取动作由一个电磁体进行驱动，所有的电机和 运动控制卡 控制。  关键字 ：围棋，机器人手臂，五自由度，步进电机，谐波减速器买文档就送您 纸全 套， Q 号交流 401339828 或 11970985 to o in is Go of to so a of is to of a in of Go in of is to of as  a is no of a a  a  of a be  to  a of of so as a to of is no on I o is of to s is of o I of of to of to by an of   of   文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 目录  1. 绪论  . 1 引言  . 1 国内外发展概况  . 1 2. 总体方案  . 5 电机种类的选择及传动方案的确定  . 5 驱动电机种类的选择  . 5 机械结构传动方案  . 6 3. 机械结构的设计  . 7 机器人手爪的设计  . 7 手指的设计  . 7 锥形块的设计及弹簧的选择  . 7 电磁铁的选择  . 8 手爪外壳尺寸设计  . 8 腕部的设计  . 9 腕部角度电机的选择  . 9 联轴器选用  . 10 连接轴 5 的设计  . 12 腕部垂直电机 4 的选用  . 15 肘部的设计  . 21 小臂的设计  . 21 肘部电机 3 的选择  . 21 肩部的设计  . 26 大臂的设计  . 26 肩部电机 2 的设计  . 27 底座的设计  . 32 肩板的设计  . 32 底座电机 1 的设计  . 32 4. 控制部分设计  . 33 控制方案的总体设计  . 33 围棋软件  . 33 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 机械手的工作的流程  . 34 机械手的简介  . 35 机械臂的机构和传动系统  . 35 步进电机驱动部分  . 36 手腕角度步进电机 5 驱动器的选择  . 37 带谐波减速器的步进电机驱动器的选择  . 37 步进电机的制动  . 38 棋盘信号检测和反馈  . 39 运动控制卡的选用  . 40 运动控制卡型号  . 41 5. 结论  . 42 6. 参考文献  . 43 7. 致谢  . 44 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1. 绪论  引言  近年来，各个国家和众多研究机构都在积极投入机器人的研究，覆盖各个领域。机器人作为 20 世纪人类最伟大的发明之一，是现代机械学、自动控制学、计算机科学与工程学、人工智能学、微电子学、光学、通讯技术、仿生技术、社会学等多种学科和技术发展和结合的产物。即机器人技术是一门建立在机械、微电子、控制、人工智能技术等基础上的高度综合的先进科学技术。最初的机器人诞生于本世纪 60 年代，目前已经发展到第三代 (智能机器人 )。纵观机器人的发展史 和科学技术的发展趋势，可以确定，机器人必将成为现代化发展中不可缺少的工具。故当今世界各国都在竞相发展机器人技术，使得机器人技术无论在技术的成熟度上、数量上还是其应用领域上都有前所未有的发展，因此一个世界范围的机器人研制热潮必将掀起。研究仿人机械手的目的，在于克服目前一般机器人末端操作手爪的局限性，扩大智能机器人在实际生产生活中的应用范围，使机器人能够真正灵巧地进行精细的、复杂的操作作业。  国内外发展概况  (1) 2002 年 12 月上海交通大学杨汝清、王春香、张伟军发明了一个象棋大师机器人。这个发明主要包括：计算机、机 器人手臂机器人控制器、棋盘、棋子及光电传感器，其连接方式为：计算机通过并行端口与机器人手臂控制器连接，棋盘上有棋子，棋盘上的网格共有 90 个交点，每个网格交点处都设置光电传感器，棋盘上 90 个光电传感器为阵列式分布 1。  (2) 2003 年 8 月上海交通大学王春香、杨汝清、贺继林申请了一个名为“机器人电子专用棋盘”的发明项目。这个发明由棋盘和棋子组成，将霍尔元件阵列式排布在棋盘上，该棋盘共有 M 行、 N 列，在棋盘基座背面每个格子的交叉点处有一个方孔，作为霍尔元件定位用，孔底距离棋盘基座正面约 个孔内放置一个霍尔 元件，共有 霍尔元件，棋盘基座的每一列处开一窄槽，在棋盘行向中间处开一宽槽，作为总出线接口 2。  (3) 2004 年 6 月上海交通大学黄立波、夏庭锴、王春香、赵维江发表了一篇名为“实时环境下的对弈机器人控制系统设计与分析”的文章，该对弈机器人主要由工控机、控制柜和机器人本体三大部分组成，机器人手臂采用了 构，大小手臂的电机同轴安装在基座上，以减小手臂转动惯量，提高手臂的快速运动能力。手臂末端安装的手爪可以完成上下运动（接近和离开棋盘）和开合运动（放下和抓起棋子）。机器人本体前方平台上安放有电子棋盘 ，可感知棋局变化。控制柜中安装有电机驱动器、继电器组、电源等。系统软件采用了基于 单处理器体系结构 3。  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 (4) 2004 年 9 月上海交通大学王春香、杨汝清、赵维江发明了一个“象棋大师机器人专用手爪”。该发明包括：直流电机，电机座，角架，连接套，导轨，升降螺钉，固定螺母，销钉，螺母，电磁铁，行程开关，电机设置在电机座上，角架、电机座、直流电机通过螺钉连接在一起，电机轴和连接套通过锥端紧固螺钉固定，连接套通过螺纹和升降螺钉连接，固定螺母通过锥端紧固螺钉和升降螺钉固定，销钉通过螺纹和固定螺母连接，导轨通过螺钉固 定在角架上，销钉在导轨导向槽内滑动，行程开关通过螺钉设置在导轨的导向槽两端，电磁铁通过螺纹和升降螺钉连接在一起 4。  (5) 2004 年在上海电器技术上，同济大学的俞清发表了一个基于单片机的围棋机器人驱动模块设计。针对围棋中独有的多子、提子现象以及围棋子的特点，他开发了一种新颖实用的围棋机器人 (统。整套系统由落提子执行机构、单片机驱动模块、棋盘图像实时采集处理系统、网络对弈系统、智能围棋决策系统和语音交互系统组成。其中，单片机驱动模块用于驱动落、提子执行机构准确有序的动作。在落、提子执行机 构中，由两台步进电机控制 机械臂的转动，实现机械手的x Y 定位；由第三台步进电机实现机械手绕 Z 轴的转动，使机械手上按棋格位置均布的 9 只机械指与棋盘纵横线对正，从而实现高效提子。机械指的升降通过牵线电磁铁驱动，机械指对含铁棋子的吸合通过吸合式电磁铁驱动。单片机驱动模块对执行机构的驱动是通过对步进电机和电磁铁的控制实现的 5。  (6) 2005 年 6 月哈尔滨理工大学学报上张韦唯，张永德发表了一篇名为下棋机器人操作臂及手爪的计算机辅助设计的文章。该计算机辅助系统以 器人为载体，下棋机器人采用 3 个自由度的 器人，其中有 2 个回转关节， 1 个移动关节。移动关节采用的是螺母丝杠形式，实现手爪抓棋子的时候上下移动。共有 4 个电机，其中 3 个步进电机， 1 个直流电机。型号为 35步进电机控制第 1 个回转关节， 28步进电机控制第二个回转关节， 25制第三个移动关节，直流电机控制手爪的开合 6。  (7) 2005 年在青少年科技博览上刊登了一篇名为“弈行天下”象棋机器人的报道。“博弈天行”象棋机器人，是北京师范大学附属实验中学郑鑫、  王晨谷和鲍等三名同学在刘海欧老师的指导下，研制成功的一 款能真正与人对弈的第三代象棋机器人。他们的这一作品，荣获第十九届全国青少年科技创新大赛二等奖 7。  (8) 2006 年 3 月同济大学机械工程大学王四灵的硕士学位论文设计了一个 4 自由度的围棋机器人的动作控制系统。该围棋机器人机构由机座、手臂和末端执行器组成。主要由回转副和移动副组成的具有 4 个自由度、能实现落子和提子操作的功能的平面关节型机器人。其中，机座采用步进电机驱动，丝杠螺母传动实现机器人整体的升降运动；  大臂使用齿轮减速器，小臂使用同步带传动，都采用步进电机，大臂和小臂共同实现机器人在平面内的定位；末端执行器采 用气动装置直接驱动，工作行程比较小，主要实现对围棋棋子的吸合和松开。动作控制系统采用上位机和下位机两买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 级控制方式实现末端执行器的落子和提子的动作。图像传感器将棋盘的信息反馈给上位机，下位机主要将上位机传送的步进电机脉冲数转化为步进电机的转动，并附有棋钟电路和中断电路等 8。  (9) 2007 年在上海电器技术上，同济大学的陈李、刘帅设计了一个用于围棋机器人的光电感应棋盘。该光电棋盘为机器人提供了一种新的外部信息获取方式。它采用红外光电耦合的原理，采集对应棋盘位置的电压信号值。该电压信号通过模数转换器后，由单片机进 行数据分析，单片机则根据预存的信号值范围“判断”落子位置与棋子颜色，从而完成对棋盘信息的读取 9。  (10) 2007 年 9 月安徽大学电子科学与技术学院、中国科技大学精密机械与精密仪器系赵吉文、张志伟、谢芳、刘永斌、程蒲在系统仿真学报上发表了名为“基于  仿人对弈机器人视觉图像处理”的文章。该视觉系统针对对弈的实际状况，采用彩色空间变换，阈值分割、形态学骨架化及霍夫变换等图像处理技术，对棋局中的棋子进行检测、定位和分割。通过提取棋子旋转不变的径向像素点数特征，克服了棋子方向随意性。而后采用支持向量机分类方 法，对棋子信息进行分类识别，同时分析处理了误差对识别准确率的影响。实验表明，该方法能够实现定位、分割、识别棋子准确无误 10。  (11) 2008 年 2 月中国科学技术大学精密机械与精密仪器系张志伟、孔凡让、赵吉文、  何清波、吴增荣在计算机与软件上发表了名为“对弈机器人的视觉图像处理和识别”的文章。其视觉系统提出了彩色空间变换 ,阈值分割、形态学骨架化及霍夫变换等图像处理技术对棋局中的棋子进行检测、定位和分割的方法。在棋子识别过程中 ,为克服棋子摆放方向的随意性 ,提取棋子旋转不变的径向像素点数特征 ;用  ,并采用贝叶斯正则化方法提高了网络的推广性。实验表明 ,该方法定位、分割棋子准确无误 ,识别率较高 11。  (12) 2009年 6月青岛大学赵艳云在其名为“机器人手臂下棋运动的逆运动学分析与仿真”中设计了这样一个机器人。该机器人有一个五自由度机器人手臂，主体关节结构由回转底座、大臂、小臂、腕部、手指等组成，共有 5 个关节自由度，类似人的腰部和手臂部分。机器人手臂的底座水平旋转实现机器人手臂的整体回转。大臂的上端关节用于支撑小臂，大小臂可做上下俯仰运动。机器人的腕部位于小臂臂体的前端，具有手腕的回转和俯仰转动 12。  (13) 2011 年 4 月华南理工大学林颖、庄剑毅申请的名为“象棋机器人棋盘识别装置”的发明专利。其结构为：棋盘上每个棋位开有一个小通孔，电路板安装在棋盘底部，光敏电阻分布在每个棋位的小孔里，与二极管、普通电阻逐一串联焊接于电路板上，16 通道数字控制模拟开关、单片机系统也焊接在电路板上。机器人所持的棋子为透光材料，单片机系统通过光敏电阻电压的变化获知期盼的动态 13。  (14) 1997 年， M 公司的超级计算机“深蓝”与当时的国际象棋世界冠军卡斯帕罗夫进买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 行了一场大肆渲染的比赛。这次被卡斯帕罗夫称作“终于来临的一天”的比赛以卡氏 的失败而告终。 司将“深蓝”的获胜称作是人工智能领域的一个里程碑。并且这场比赛取得的宣传效果好得出奇，大概没有多少人不知道“深蓝”了；而卡斯帕罗夫虽败尤荣，无数对国际象棋一无所知的人们也因此知道了卡氏的大名。但是“深蓝”只是一个超级计算机，一台只负责策略计算的计算机而不是机器人 14。  (15) 乌克兰州立海运大学 (   2000 年设计了一台能与人对弈国际象棋的机器人。这个机器人的机械部分是一套液压系统来驱动一个机械手爪的移动，由电机驱动手爪上 F 移动和开合，从 而实现棋了的移动功能。电气部分由一个计算机控制，程序可以运行在 者 作系统下。虽然用的是普通的国际象棋棋盘和棋子，但这个机器人还不算真的与人对弈，因为机器人无法自己获得玩家的棋子移动信息，而必须玩家在计算机上输入棋子移动信息，然后由计算机计算对策，接着控制机器人移动棋子 15。  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2. 总体方案  机器人的机械部分通常包括执行机构和驱动装置。  执行机构即机器人本体，为了让机器人能够自己抓放棋盘内所有位置的棋子，机器人手臂须到达任意棋盘上点的上方，并且可 以到达棋篓所在位置的上方以及完成靠进期盼的垂直方向的动作。手爪部分为了能够顺利抓取棋子，并且保持在运动中棋子不会掉落，所以要求手爪要足够细巧且结实，并能完成 90 度的旋转。由于棋盘空间限制，同时要求机械部分占用空间不能过大。  其臂部一般采用空间开链连杆机构，其中的运动副（转动副或移动副）常称为关节，关节个数通常即为机器人的自由度数。根据关节配置型式和运动坐标形式的不同，机器人执行机构可分为直角坐标式、圆柱坐标式、极坐标式和关节坐标式等类型。出于拟人化的考虑，常将机器人本体的有关部位分别称为基座、腰部、臂部、腕 部、手部（夹持器或末端执行器）和行走部（对于移动机器人）等。  驱动装置是驱使执行机构运动的机构，为了使机器人在运动中能够到达系统指定的位置且在运动中棋子不掉落，要求机器人手臂及手爪的驱动装置运动平稳，惯性小，可控性高，最好具有反馈功能。  按照控制系统发出的指令信号，借助于动力元件使机器人进行动作。它输入的是电信号，输出的是线、角位移量。机器人使用的驱动装置主要是电力驱动装置，如步进电机、伺服电机等，此外也有采用液压、气动等驱动装置。  电机种类的选择及传动方案的确定  驱动电机种类的选择  关节机器人驱动系统包括 驱动器和传动机构，它们常和执行机构联成一体，驱动臂杆和载荷完成动作。通常的驱动方式有四种 :  (1) 步进电机驱动：可以直接实现数字控制、控制结构简单、控制性能好，而且成本低廉。通常不需要反馈就能对位置和速度进行控制。但这也是他的缺点，由于采用开环控制，没有误差校正的能力，故而运动精度较差，负载和冲击震动过大时会造成“失步”的现象。   (2) 直流伺服电机驱动：直流伺服电机有很好的调速特性，较大的启动力矩，相对较大的功率及快速响应等特点，并且控制技术成熟。其安装维修方便，成本低廉。  (3) 交流伺服电机驱动：交流伺服电机结构简单， 运行可靠，使用方便，与步进电机相比要贵一些。随着可关断晶闸管 功率晶闸管 效应管 电力电子器件、脉冲调宽技术 (计算机控制技术的发展，交流伺服电机在调速性能方面已经可以与直流电机相媲美。  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 (4) 液压伺服马达驱动：液压伺服马达有较大的功率，运动平稳，定位精度较高，负载能力也比较大，能够抓住重负载而不发生滑动，从体积、重量及功率这几项关键技术考虑，不失为一个合适的选择方案。但是，其费用较高，其液压系统经常出现漏油现象。为避免本系统也出现同类问题，在可能的前提下，本系统将尽量避免使用该种驱动方式。  常见的驱动器有电机和液压、气动驱动装置等。其中采用电机驱动是最常用的。电机驱动具有精度高，可靠性好，能以较大的变速范围满足机器人的要求等特点。所以在这次设计中我选择了步进电机作为动力源驱动。因为它具有体积小、转矩大、输出力矩和电流成比例、反应快速、功率重量比大，稳定性也好。  机械结构传动方案  要实现总体机构在空间位置提供的 5 个自由度，可以有不同的运动组合，出于围棋机器人手臂拟人化的考虑，同时又要让机器人在对弈的时候不至于占用太大的空间而给对手造成压迫感，现将其设计成手臂伸缩性较好的关节坐标型 机器人。这种机器人的关节都是旋转的类似于人的手臂，所有关节都是回转关节，这种机器人一般由立柱和大小臂组成，立柱即为腰关节，可以回转，立柱与大臂间形成肩关节，大臂和小臂间形成肘关节，可以使大臂和小臂作俯仰摆动，小臂和手腕之间组成腕关节，实现手腕的俯仰，同时手腕自身可以回转。其特点是工作空间范围大，动作灵活，通用性强、能抓取近距离的物体，工艺操作精度高。手爪部分采用四爪开合式的原因是考虑到围棋棋盘上棋子分部的密集度。出于控制精度和方便性的考虑，以上所有关节驱动均采用步进电机驱动，使用谐波齿轮减速机构减速。  图 2械传动方案  腰  大臂  小臂  腕  手爪  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3. 机械结构的设计  机器人手爪的设计  (1) 原始数据：围棋棋子的尺寸：常用的围棋棋子直径 d=23度 h=5 6量根据棋子的材质不同约在 5间  围棋棋格的尺寸：横向纵向 =23 242) 手指的动力源设计：分别使用四根弹簧和一个锥形块顶住手指，用电磁铁带动锥形块上下移动，进而完成手爪的开合，开合量为单向 5 手指的设计  现设计爪子为 4 个，承正方形布置，爪子使用 金属片弯曲而成，具体形状和尺寸见图纸。手爪 滑槽上挡块尺寸数据详见图纸。  锥形块的设计及弹簧的选择  (1) 锥形块外形  图 3形块尺寸  顶角取 60 度  圆锥直径 d=14柱部分高度 10部螺纹孔用来连接电磁铁  锥形块的质量  m=V* =2*               （ 2 (2) 弹簧的选用：  设计的手爪的宽度 此查资料选取弹簧 数如下图所示  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 表 3簧的参数  线径  外径  内径  自由长  最大负载  受力长度  建议孔径  产品编号  20730 对弹簧做力的分析：  图 3簧受力分析  F 总 = ）（ 3*2/             （ 3       单个弹簧：             （ 3 所以锥形块在每个弹簧上施加的水平力为 簧的预变形量为  L'=                      （ 3 电磁铁的选择  电磁铁的选 用：  F 总 '=5*=               （ 3 F=  =2                  （ 3 根据设计的工作情况电磁铁通电率约在 25% 所以选用  推式电磁铁（详细参数见附表）  手爪外壳尺寸设计  外壳材料选用：由机械设计手册 2008 版查得  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 表 3根据零件工作条件推荐选用的工程塑料品种  机械零件类型  典型产品名称  工作条 件  对材料的性能要求  推荐使用的工程塑料品种  一般结构零件  壳体、盖板、外罩、支架、手柄、手轮、导管、管接头、方向盘、一般紧固件等  不承受或只承受很小的负载，工作环境温度不高  只要求较低的强度和耐热性能，但因用量较大，还要求成型工艺好，成本低廉  低压聚乙烯、聚苯乙烯、改性聚苯乙烯，聚丙烯、聚氯乙烯、尼龙、   故而选用低压聚乙烯为手爪外壳材料（密度   腕部的设计  手腕部件设置于手部和臂部之间，它的作用主要是在臂部运动的基础上进一步改变或调整手部在空间的位置，以扩大机械 手的动作范围，并使机械手变的更灵巧，适应性更强。  腕部角度电机的选择  (1) 手爪的连接部轴直径 d=10 电磁铁 G=511g 灰铸铁 密度 2) 计算手爪部分的重量  ：  手爪壁厚为 =5边长 A=60度 H=170mm m 手爪 =v （ 602 170 101=97.7 g 0.1        （ 3 G 手爪 =m=                                         （ 3 (3) 计算锥形块的重量  m 锥 =v =（ 72 10+1/3 72 12） 103 (4) 计算导轨上压块的重量  m=v =25 24 6 8 10         （ 3 (5) m 总 11+07=                                 （ 3 由于其他零部件重量影响取  m 总 =1                                                （ 3 (6) 外壳与轴 的连接：  由于手爪较轻，总重量不超过 1冲击，低转速，所以选用圆锥销连接  圆锥销尺寸如下：  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 d=5mm,a =26 3锥销  (7) 计算并选取腕部角度步进电机 5：  腕部旋转直接用步进电机驱动，设手爪及物体的 为一个细长矩形杆 ，则转动惯量为：  2221 2122 )(12 )3(m 爪               （ 3                                                                              设转速为： s/303 ，加速时间  ，得电机输出转矩为：   爪爪        （ 3                  选择电机型号： (选自东方马达公司的步进电机）  由于负载很小且电机的转动角度范围很小所以此步进电机的校核省略  联轴器选用  弹性联轴器  (1) 备有最适合搭配控制用电动机的 弹性联轴器。  选好电动机 /减速机的种类或用途后，即能轻松地选择  联轴器尺寸。对包含减速机型电动机等所有电动机轴  径均能对应。  (2) 轴器的特点  利用铝合金制轮毂与树脂制星形轮构成的 3 片结构的联轴器  （ 构造简单且能确实传送减速机型的高转矩。以星形  轮的适度弹性抑制电动机的振动。  1 能对应减速机型电动机，实现高强度。  2 利用聚氨酯制星形轮来抑制电动机产生的振动。  3 齿隙 0。  (3) 联轴方式  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 夹钳型  此联轴器是利用螺丝的锁紧力量使转孔径收缩达到与转轴连结的安装方式。  因此，不会损坏转轴而且安装 、拆卸都很容易。螺丝的紧固转矩请  参考下表值。在锁紧时，建议使用扭力扳手。  表 3性联轴器型号与紧固转矩的关系  型号  固转矩  N m  4)  校准作业  虽然弹性联轴器容许在校准偏差的情况下传导运转角度及转矩，但若偏差值超过容许范围，将会出现振动或急速缩短联轴器寿命的情况。因此，  请务必进行校准作业。  轴心的偏差具体表现为，偏心（两轴心的平行误差）、偏角（两轴心的角度误差）及轴向偏移（轴的轴向偏移）。为确保校准不超出容许值范围，  务请做好校准的确认与调整工作。  为尽可能延长使用寿命，请将偏差值控制在容许值的 1/3 以下。  图 3性联轴器的调准  (5) 请注意：  偏差值超过容许值或施加过大的转矩时，可能引起联轴器塑性变形，缩短产品的寿命。  运行时，若发现联轴器有异音（金属音），请立即停止运行，检查是否有偏差、轴干扰、螺丝松动等情形发生。  当负载变动较大时，为了防止联轴器的螺丝松动，请涂抹胶粘剂。  表 3性联轴器选用  速比  电机轴径用联轴器  被动轴径   5  4/5/6/文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 图 3性联轴器尺寸外形图  连接轴 5 的设计  (1) 机械材料选用  机械零件材料的选择是机械设计的一个重要问题，不同材料制造的零件具有不同的机械性能和加工工艺和结构形状。机械零件的常用材料有黑色金属、有色金属、非金属材料和其他各种复杂的复合材料等。材料的选用主要考虑以下三个方面：使用要求，工艺要求和经济性要求。传动轴的常用材料有碳素钢和合金钢。碳素钢对应力集中的敏感性较低，还可通过热处理改变其综合性能，价格也比合金钢低廉，因此应用较为广泛，常用 45 号钢。合金钢则具有更高的机械性能和更好的淬火性能。 因此，在传递大动力，并要求减小尺寸与质量，提高轴颈的耐磨性，以及处于高温或低温条件下工作的轴，常采用合金钢。在一般工作温度下碳素钢与合金钢的弹性模量基本相同。  综上所述，轴 5 的材料取 45 号钢，调质处理，查机械设计手册的 45 号调质钢的力学性能参数如下  图 35 号钢调质的力学性能  (2) 初算轴 5 的最小直径  m                 （ 3 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 轴工作简图如图如下：  图 3 5 的尺寸  首先确定个段直径  A 段： 1d =6联轴器选定    B 段： 2d =24轴肩 h（  段： 3d =20与轴承（圆锥滚子承 30206）配合，取轴承内径  第二、确定各段轴的长度  A 段： 1L =4 段  4             C 段  3) 轴 5 的强度校核  由于此轴最小轴径为 6以只对这一段进行 校核。轴的运动主要受到扭转力 ,所买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 以只对其扭转强度进行校核。  轴的扭转校核公式为 :                   （ 3 式中： T   扭转切应力，单位为 轴的抗扭截面系数，单位为  3轴的材料为 45 号钢 ,其允许扭转切应力为    T  可知步进电机 5 的扭矩为 段轴的抗扭截面系数位为：  163                         （ 3 将数值带入公式计算得：                         （ 3 则：     M P   35T （ 3 由此可知，设计的转轴强度满足要求，可以使用。  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 (4) 腕部角度电机轴承 5 的选用  51104 单向推力球轴承，脂润滑，参数如下  表 31104 单向推力球轴承参数表  轴承代号 |51000 型 :  51104 基本尺寸 /mm|d: 20 基本尺寸 /D:     35 基本尺寸