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基于Solidworks的抓物机器车机构设计及运动仿真【机械毕业设计含18张CAD图+说明书1.5万字47页，带三维】

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三维图
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上车身.SLDPRT
下车身.SLDPRT
丝杆.SLDPRT
丝杆螺母.SLDPRT
中间板.SLDPRT
固定架.SLDPRT
地面.SLDPRT
套筒.SLDPRT
支板1.SLDPRT
支板2.SLDPRT
板.SLDPRT
板2.SLDPRT
爪子.SLDPRT
物体.SLDPRT
螺杆.SLDPRT
螺母-螺杆.SLDPRT
螺钉3.SLDPRT
装配体1.IGS
装配体1.SLDASM
转臂.SLDPRT
轮子.SLDPRT
轴啊.SLDPRT
连杆.SLDPRT
连杆盘.SLDPRT
仿真视频
爆炸.avi
爆炸1.avi
爆炸2.avi
装配1.avi
装配体1.avi
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A0装配图.dwg
上车身.dwg
下车身.dwg
丝杆.dwg
丝杆螺母.dwg
中间板.dwg
固定架.dwg
大齿轮.dwg
套筒.dwg
所有A3图.dwg
支板1.dwg
支板2.dwg
爪子.dwg
螺杆.dwg
螺母-螺杆.dwg
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基于 solidworks 机器 机构 设计 运动 仿真 机械 毕业设计 18 cad 说明书 仿单 47 三维
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丝杆螺母.dwg

中间板.dwg

固定架.dwg

大齿轮.dwg

套筒.dwg

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设计说明书.doc[15000字，47页]

摘  要


很多地方是我们人类没法进去的，因为其中的一些东西已经对我们造成了生命的威胁，但我们又有必须进去的理由。在这种场合下，机械就能为我们解决这些问题，因为它可以代替我们进行一些危险操作，用来取代人力来工作。我们设计的抓物机器车是在机械化，自动化生产过程中发展起来的一种将机械手和搬运车联系为一体的产品。使其能抓物运动，可以在地形复杂或恶劣、危险的环境里替人完成物体的搬运或者障碍的清除等工作。

抓物机器车的设计主要是通过无线通信来控制小车的前进、后退或者转弯，并由螺杆转动，带动螺杆上的螺母上下移动，再通过连杆结构实现抓爪的闭合，从而实现抓物动作。丝杆竖直放置，转臂固定在丝杆螺母上，步进电机带动丝杆旋转，螺母会上下移动，转臂也会上下移动，也就是机械手上下移动，满足了机械手降下抓物，升高移动物体的情况。机械手的转动，在由齿轮带动固定丝杆的中间件转动而实现的。

关键词：机器车；抓物；丝杆


Abstract


Many things that we humans can not go , because some of these things have been a threat to our life , but the reason we have to go in there . In this case , our machinery will be able to solve these problems.Because it can replace us doing some dangerous operation, to replace manpower to work.Because it can replace us some dangerous operation, to replace manpower to work. We have designed the Grasping machine car that developed in the mechanization and automation of the production process and the robot van combined into one product. So that it can catch things exercise can help people complete the removal of an object or obstacle clearance work in complex terrain or harsh, dangerous environment.

Grasping machine car designed primarily controlled by a wireless communication car forward, backward, or turn.by the screw rotates, driven to move up and down the screw on the nut, and then realize gripper closure through the link structure to realize grasping objects actions .Screw placed vertically, and the arm is fixed on  screw nut, stepper motor driven rotary screw, nut meeting next move, the arm will move up and down, which is under the robot moves down to meet the robot grasping objects, elevated movement of the object. Turn the robot, driven by fixed-gear screw rotation middleware

implementation. 

Keywords: machine car; grasping objects; screw



目录

引言 1

1 设计方案 2

1.1 设计内容 2

1.2 设计目的 2

1.3 方案的选择 2

2 机械手的设计 3

2.1 抓手结构的设计 3

2.2 爪片的设计 5

2.3 螺杆的设计 7

2.3.1确定螺纹中径 8

2.3.2螺杆的强度计算 9

2.3.3螺母螺纹牙的强度计算 9

2.4 连杆盘的设计 10

2.5 套筒的设计 11

2.5.1套筒的尺寸 11

2.5.2螺栓的选择 11

2.5.3螺纹连接的防松 13

3 转臂的设计 13

3.1 受力分析 13

3.2 转臂的尺寸计算 14

3.3 螺栓的设计 15

3.3.1螺栓组结构设计 15

3.3.2螺栓受力分析 15

4 滑动丝杆的设计 16

4.1 螺纹牙型的选择 16

4.2 螺距选择 16

4.3 丝杆直径的确定 16

4.4 螺杆的强度计算 17

4.5 螺母螺纹牙的强度计算 17

4.6 丝杆的长度 18

4.7 丝杆螺母的传动形式 18

4.8 丝杆的固定 19

4.9 轴承的选择 19

4.10 固定板的设计 21

4.10.1固定板的结构 22

4.10.2固定架的固定 22

5 转盘的设计 23

5.1 中间板的设计 23

5.2 键的选择 25

5.3 齿轮的设计 25

5.3.1选定齿轮类型，精度等级，材料及模数 25

5.3.2按齿面接触疲劳强度设计 26

5.3.3按齿根弯曲疲劳强度设计 27

5.3.4几何尺寸计算 27

5.4 轴的设计 28

6 车身的设计 30

6.1 上车身的设计 30

6.2 下车身的设计 31

6.3 支板的设计 35

6.3.1支板的结构 35

6.3.2尺寸计算 35

6.3.3支板的连接 36

6.3.4轮子孔的设计 36

7  solidworks的建模和仿真 37

8  总结 38

谢辞 39

参考文献 40


内容简介：
编号： 毕业设计 (论文 )外文翻译 （ 原 文） 院 （系）： 机电工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 学生姓名： 韦子亮 学 号： 1000110130 指导教师单位： 桂林电子科技大学 姓 名： 彭晓楠 职 称： 副教授 2014 年 5 月 23 日 of he of of or be to a as in an to a in a of In no be as to of be in a of of in a on of of on of On if is or if is a as in be of of to to or in in it be on it of of on of as by A of to of as to in In it as a on of a As is a of As it of an of is a of of in of is a of to at or If a of a be a is a it is be to as as of of is an it to In of a to In of on in of it is a so be a be as a on an at On a be no a An is of in of is of a is of a is as as be is is or to be is In of of as to of of of he be (1) (2) (3) or be or of is be in s as of to in in a in of a is by by of of is a is a in a A to or it is of is it be op to a of p. is by a in . of up to is of p. In s is to in of (is In of is at a of be to of of is in of to be at of is of is A is to is . to i. e., is y. of . in is by of At is of by of is to as of or u. is to in of an is be of of on of it to is is , at in at so in to a at is in so is T. at . in in or of A=(00% W=(00% 0 of A0 is of in If is a by a in if a to a in be at be to of be at or to s to or an to or to s of is to to if of be in a or as or of an to if of or is an of if is as or of be or of as in as as in as in is if an at is to of to of as In it be to or on or is of it be to by or to or of It is to to of is to if in in of in of or to be in to of it is to to of of to in to 编号： 毕业设计 (论文 )外文翻译 （译文） 院 （系）： 机电工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 学生姓名： 韦子亮 学 号： 1000110130 指导教师单位： 桂林电子科技大学 姓 名： 彭晓楠 职 称： 副教授 2014 年 5 月 23 日 机器零件的设计 相同的理论或方程可应用在一个一起的非常小的零件上，也可用在一个复杂的设备的大型相似件上，既然如此，毫无疑问，数学计算是绝对的和最终的。他们都符合不同的设想，这必须由工程量决定。有时，一台机器的零件全部计算仅仅是设计的一部分。零件的结构和尺寸通常根据实际考虑。另一方面，如果机器和昂贵，或者质量很重要，例如飞机，那 么 每一个零件都要设计计算。 当然，设计计算的目的是试图预测零件的应力和变形，以保证其安全的带 动负载，这是必要的，并且其也许影响到机器的最终寿命。当然，所有的计算依赖于这些结构材料通过试验测定的物理性能。国际上的设计方法试图通过从一些相对简单的而基本的实验中得到一些结果，这些试验，例如结构复杂的及现代机械设计到的电压、转矩和疲劳强度。 另外，可以充分证明，一些细节，如表面粗糙度、圆角、开槽、制造公差和热处理都对机械零件的强度及使用寿命有影响。设计和构建布局要完全详细地说明每一个细节，并且对最终产品进行必要的测试。 综上所述，机械设计是一个非常宽的工程技术领域。例如，从设计理念到设计分析的每一个阶段， 制造，市场，销售。以下是机械设计的一般领域应考虑的主要方面的清单： 最初的设计理念 受力分析 材料的选择 外形 制造 安全性 环境影响 可靠性及寿命 在没有破坏的情况下，强度是抵抗引起应力和应变的一种量度。这些力可能是： 渐变力 瞬时力 冲击力 不断变化的力 温差 如果一个机器的关键件损坏，整个机器必须关闭，直到修理好为止。设计一台新机器时，关键件具有足够的抵抗破坏的能力是非常重要的。设计者应尽可能准确 地确定所有的性质、大小、方向及作用点。机器设计不是这样，但精确的科学是这样，因此很难准确地确定所有力。另外，一种特殊材料的不同样本会显现出不同的性能，像抗负载、温度和其他外部条件。尽管如此，在机械设计中给予合理综合的设计计算是非常有用的。 此外，显而易见的是一个知道零件是如何和为什 么 破坏的设计师可以设计出需要很少维修的可靠机器。有时，一次失败是严重的，例如高速行驶的汽车的轮胎爆裂。另一方面，失败未必是麻烦。例如，汽车的冷却系统的散热器皮带管松开。这种破坏的后果通常是损失一些散热片，可以探测并改正过来。零件负 载类型是一个重要的标志。一般而言，变化的动负载比静负载会引起更大的差异。因此，疲劳强度必须符合。另一个关心的方面是这种材料是否直或易碎。例如有疲劳破坏的地方不易使用易碎的材料。一般的，设计师要靠考虑所有破坏情况，其包括以下方面： 应力 应变 外形 腐蚀 震动 外部环境破坏 紧固件的松脱 零件的尺寸和外形的选择也有很多因素。外部负荷的影响，如几何间断，由于轮廓而产生的残余应力和组合件干涉。 材料的机械性能 材料 的机械性能可以被分成三个方面：物理性能 ，化学性能，机械性能。 物理性能 密度或比重、温度等可以归为这一类。 化学性能 这一种类包括很多化学性能。其中包括酸碱性、化学反应性、腐蚀性。其中最重要的是腐蚀性，在外行人看来，腐蚀性被解释为在某处的零件抵抗腐蚀的能力。 机械性能 机械性能包括拉伸性能、压缩性能、剪切性能、扭转性能、冲击性能、疲劳性能和蠕变。材料的拉伸强度可以通过试件的横截面积出试件承受的最大载荷得到，这是在拉伸试验中，应力沿 Y 轴，应边沿 X 轴变化的曲线。一种材料加载时开始发生变化的初值取决于负载的大小。当负载去掉时可以看到变形消失。对于很多 材料而言，在达到弹性极限的一定应力值 A 之前，一直表现为这样。在应力 是可以用线性关系来描述的。这之后又一个小的偏移。 在弹性范围内，达到应力的极限之前，应力和应变是成比例的，这被称为比例极限 这个区域，零件符合胡克定律，即应力与应变是成比例的，在弹性范围内（材料能完全恢复到最初的尺寸，当负载去掉时）。曲线中的实际点，比例极限在弹性极限处。这可以认为是材料恢复初值时落后于前者。这种影响在不含铁的材料中经常提到。 铁和镍有明显的弹性范围，而铜、锌、锡等，即使在相对低的应力下也表现为不完全弹性。实际上，能否清楚地分辩弹性极限和比例极限取决于测量设备的灵敏度。 当负载超过弹性极限时，塑性变形开始，逐渐的试件被硬化。变形比负载增加得更快时的点被称成为屈服点 Q。金属开始抵抗负载转变成快速变形，这时的屈服力成为屈服极限 试件的延伸率 继续由 Q 到 T 再到，在这种塑性流动时，应力 应变关系在曲线上处于 域。在点，试件破坏且这种负载称为破坏负载。最大负载 定义为这种金属的最终拉伸极限或试样的拉伸强 度 按逻辑说，在应力不增加的情况下，一旦超出弹性极限，金属开始屈服，并最终破坏。但是当超出弹性极限后，在纪录曲线上应增大。 这种变化主要有两个原因： 材料的应力硬化 由于塑性变形而引起的试件横截面积的变小 由于加工硬化，金属塑性变化越大，硬化越严重。金属拉伸越长，他的直径（横截面积）越小。直到到达点为止。点之后，减少的速率开始变化，超过了应力增加的速率，应变很大以至于在局部的某些点的面积减少，被称为颈缩。横截面积减少得非常快，以至于抗负载的能力下降，即 段。破坏发生在 T 点。延伸率 A 和截面积变化 率 u 被描述成材料的延展性和塑性： a=(00% u=(00% 在这里， L 分别是试件的最初和最终长度， A 分别是试件的最初截面积和最终截面积。 质量保证与控制 产品质量是生产中最重要的。如果放任质量恶化下去，生产者会很快发现销售量锐减，可能从而会导致产业的失败。用户期望他们买的产品质量性能好，而且如果制造商想建立并维持其信誉，必须在产品制造前制造过程中及制造过程后进行质量控制和质量保证。一般来说，质量保证包括所有的活动，其包括质量建立和质量控制。质量保证 可以被分为三个主要领域，他们如下所述： 制造之前的原材料的检查 在制造加工过程中的质量控制 制造之后的质量保证 生产制造后的质量控制包括保证书和面对产品用户的服务。 生产制造之前的原材料检验 质量保证常常在实际生产制造之前就开始了。这些都是生产者在供应原材料、散件或配件的车间里进行检验。生产制造公司的原材料检验员到供应厂并且检查原材料及于制造的另配件。原材料检验为生产者提供了一次机会，那就是在原料及散件被运到生产车间之前先进行挑选淘汰。原料检察员的责任是去检查原料和零件是否达到设计规格并且淘汰那些未达 到特殊指标的原料。原料检验有很多于检查产品相同的检验。其如下所述： 目测 冶金测试 尺寸测试 损伤检验 性能检验 目测 目测检验一种产品或原料的某些特征，如颜色、纹理、表面光洁度或部件的总体外观，从而判断其是否具有明显的缺损。 冶金测试 冶金测试常常是原料间严厉的一个很重要的部分，尤其是像棒料、建筑材料毛坯一些原材料。金属测试包含所有主要的检验类型，其中有目测，化学检验，光谱检验和机械性能检验，其包括硬度、伸缩性能、剪切性能、压缩性能和合成成分的光谱分析。冶金测试既可用于成品件也可用于预制件。 尺寸检验 质量控制的一些领域是重要的生产件的要求尺寸。尺寸在检验过程中，像其在生产过程中一样重要。如果这些零件是为总成供应的，那尺寸尤其严格。一些尺寸在生产车间用标准测量工具进行检验，像特种接头、造型和需求的功能标准度量。符合尺寸规格对所制造多部件的互换性和对多部件成功组装成复杂的装置，如汽车、轮船、飞机和其他多部件产品都地极其重要的。 损伤检验 在一些情况下，对原材料或零部件采取损伤测试的原始测验是很必要的。特别是涉及到大批的原材料时。例如，在被运到生产车间作最终机器之前，对铸件进行 磁离子、染 色渗透剂技术的探伤是很必要的，又对机器总成的电子或持久运作测试而确定的规格，是无损测试的又一例证。有时，对材料及零件的测试是很必要的，但由于无损测试的花费和成本及时间不是任何时候都允许的。 例如，有压力测试决定在设计中其是否安全。损伤测试经常用于设计样机的测试，而不是原材料或零件的常规检验。一旦设计达到了所希望的材料强度，通常对零件做进一步的损伤测试是不必要的，除非他们确实存在疑点。 性能测试 性能测试在零部件被其他产品被安装之前，检查部件的功能，尤其是那些机械构造复杂的部件。例如电子设备零件，飞机 和汽车发动机，泵、阀及其他需要在装运和最后安装前进行性能测验的机械系统。 编号： 毕业设计 (论文 )外文翻译 （译文） 院 （系）： 机电工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 学生姓名： 韦子亮 学 号： 1000110130 指导教师单位： 桂林电子科技大学 姓 名： 彭晓楠 职 称： 副教授 2014 年 5 月 23 日 轻量级丝杠作动器设计 在 便携的机器人 的 应用 机械设计报 凯文 托马斯 一个便携机器人是直接与它的用户联系的一个受控和开动的设备。 同样 ， 也 要求 这个设备 必须 也 是便携 的 ，轻量级 的， 最重要的是安全的 。 为 了 达到这些目标 。 标准丝杠的设计 通常 不能很好的 按要求 执行这些 。 典型的丝杠有 很 低投球角度和大 的 半径，从而产生 很 低 的 机械效率和 很 大的重量 。 可是 ，使用 文本中 的设计程序 ， 效率和重量 是被 改进 的 ; 因而 可以 产生 一种与人 的 肌肉 相似 的丝杠系统。例子 中 的 问题 说明 一个可行性的丝杠设计应该是 277 的功率质量比 ，接近 驱动它的马达，即 312W/且机械效率 为 动能 到 11.3 kN/杠设计。 1引言 在美国 ， 有 五分之一的人有不同形式的残疾 ， 这些人当中， 61的人患有感觉或身体残疾。 在老年人 中 ， 8 到 19 是 步态失调 。许多残疾人 可以 独立的 受益于某种形式 机器人 的 协助 。 一个 便携 机器人是一个 被 计算机控制和驱动 的 装置，是直接接触 用户 的 。 这种装置 的目的是 增强 用户 的 行 为 能力 。 在 病人 治疗 期间 ， 它可以用于训练， 或 是 仅仅当作 一 种 协助 病人完成日常生活 的装置 。 便携 的含义是 指 机器人必须携带方便，重量轻，而且 安全 是最重要的 。相比之下， 工厂车间 的 机器人是没有这些 功能 的 ，因此，要简单修改现有的技术是不可能 实现的 。 设计便携机器人的标准方法 有三大局限性 ; 1低电池功率密度 ； 2电机 的 低 强度质量比； 3重量和安全 性 的 机械传动系统。 这些 工作 的目的 是审查 丝杠驱动器 的设计过程 ;结 果显示 在 局限性 第三项方面有了重大改进， 即，重量和安全性的机械传动系统。 2 背景 有 趣 的是 ， 在 便携机器人学 领域 的研究已经超过了 过去十年 的 增长。 最近 ，浪涌 的 利益可以归因于 电子小型化、微处理器能力和无线技术扩散的推进 。 提高 便 携计算机控制 设备 的能力 的可行性 是可以实现的 。 然而，除便携式的计算平台的可及性之外，必须 谈 及物理机制的问题。 在便携 机器人发展 中， 主 要 的问题 是 强度质量比 、重量和安全。 有 多少 可利用的 动力 可 完成 机械功？ 机器人设备 有 多少 额 外的 力 给 人？ 还有 ， 如何 转移这 些动 力和怎么 一直 维护安全 等 ？ 用户和开动的机器 人 之间的安全互作用 在便携机器人 设计 中 是一个首要问题 。 一个便携的机器人系统的目的 是 将 操作员 通过 存贮设备 获得的努力和 能量 抵消 ，即，电池、燃料电池和空气坦克。作动器 的 效率 和整个系统 的 重量沉重影响分享在操作员和机器人之间的工作负担。 在很多情况下，机器人加给用户的额外力量 ， 能多完成 一项 测量 任务。 这意味着机器人 不仅 必须增添操作员的能力， 也必须 补尝它自己另外的重量。 动器 的 比较 。 很 多机器人作动器 被比作 成 人的骨骼肌 的 标准。 设计师 了 解 他们 好 的 功率强度比 和 优秀的 强制生产能力 就是为了 动作器 与 骨骼肌 相比拟 。为了匹配骨骼肌的性能， 重要的是 知道其中一些措施 。不幸地 是 ， 生物文学中的普遍 性 是 :被测 量的肌肉 参数 是 变化繁多 的 。虽然报告 参数 有一个宽 的 变化，这些 参数 一直能 给生物材料 行为 标 度的感觉。 制成表的数据和 几个原始 估计 数据 被用于描述人的肌肉表现 属性和结果 如表 1所示 。 表 1： 作动器比较： 通过 机械效率 ，势能，和校正动能对 各种各样的作动器类型 进行比较： 允许 与 有效能的运用 直接进行比较 。然而，在便携机器人作动器的发展 中这两个参量需要得到审查 。考虑 到 所有作动器在 100%效率 中运行 ，然后整个小组能直接地由他们各自的功率强度比 进行比较 。 可是 ，如果 势能中的动力 被提供给每台作动器，由于他们 各自 的 效率 仅仅是 输出 一小部分 动 力。所以，适当地比较上面被描述的作动器，他们校正的 势能 必须计算 ,即： (1) 机械效率和 率质量比 。 对各种动作器演算的结果如 表 1所示 表 1的内容 是 从文献或基于那些文献的估计中获得的 。 数 是 : 传动箱组合 的参数 在 004编目 中 能够 找到。一台电系列有弹性作动器 的 参数 用于估计这些参 数 。然而，一个 一般 大小的丝杠系统可能有更好的 强度质量比 ， 因为 它 有很高的 负 载 能力 ，并且 有很 低的重量。对于 空气肌肉， 从 各种各样 文 献中发现了 描述它 的 相关 方法 。 比较中显然显示的 是校正 功率质量比 ， ， 空气肌肉 和 人的骨骼肌是 都是简单 匹配 的 。 然而， 马达上一旦加上额外的硬件 ，它的 执行力 会 极大减 小 。 基于动作器的重量， 如果 能 修改 一个 不是很大的 量的机械传动系统，则 它接近于 人的骨骼肌的功能可 能 会实现 。 3丝杠设计 如上所见 ， 当一个典型丝杠系统 与其他便携 机器人作动器 在 概念 上进行 比较 时 ，它的性能 是有限的 。 产生这种 低性能的主要原因是 它的 机械效率 很低 。 如果 在一个标准丝杠系统 中使用 大约是 =会有更好的润滑效果 。 相反，典型的球螺丝系统有非常好机械效率。 滚珠轴承的滚动接触对这个系统的摩擦作用 会保持 很 低。 然而， 效率 虽然 有了改进 ，球螺丝作动器的 然低于那骨骼肌， 这 是因为 球螺丝系统 的重量 很大 。 如果 改进球螺丝的 性能 ， 那么 重量的减少就 可以 实现 了 。 机械设计学报 图 1 丝杠 外形 ; 主角 l 在 一个 单 一螺旋螺丝 中是等效的 用于设计 围拢丝杠的基本数学 也适用于球螺丝系统。 这两 个 机械传输之间的 主要 差别是他们的摩擦系数。在以下部分 会 考虑 影响 丝杠 重量和 机械效率 的 设计参数 ，并且对 它 的 进行改进 。 形 在图 1显示 的 是普通 丝杠 的 基本 外形 。 丝杠的关键参量是主角 l， 螺丝半径 。主角 进达到的位移数量， 一个高精度螺丝有非常 小 或 非常好 的 主角 。在图 1的正三角 形显示 的 螺丝 的 唯一 一次改进被剥开的构造 。前置角 代表螺纹的斜面或倾斜 度 。 三角 的基础 是螺丝轴的圆周，三角 形 的右 腿 是它的主角 ， 螺线螺纹的弦 代表 路径长度。 并且在正三角形 中 看 出 使螺母 举 起 负 载 的强大的力 。 负 载的力量显示 为 F ，螺丝的扭矩 强度 是 F ,在螺丝 螺纹 上 的正常反作用力是 N，并且摩擦力是 N。从这张图 中 ， 举起 的扭矩的 等式就可以是： (2) 对 R。 还 考虑 ，丝杠的 外形 在图 1可以显示 主角 描述的。这些可 改变 量 之间的关系 是： (3) (4) 公式 4的 意思 是 r、螺丝半径和 ，前置角， 都 是 需 要 螺丝 主角 这意味着 在 之间 存 在 一个连续的关系。虽然 存在 这个连续的关系，多数螺丝系统 还是 被 设计 成 非常小 的 前置角。 从 首 选 螺丝大小的 经验来看 ，虽然各自的直径 都在 变化， 但 前置角 都小于 3。 在 公式 4种显 示 对所 有螺丝主角 的需求 ，各种各样的半径 都 可 以 使用。 这个意义在于 螺丝半径 螺丝的重量 是 通过 的 。因此， 要 补尝小螺丝半径， 必须考虑前置角 这个参数。 前角， 图 2丝杠系统机械效率： 遮蔽一部分的图表多数 是丝杠 的典型设计区域 。 是小的，半径大，重量大，并且效率是 较 低的。在图表的未遮住的区域设计， 是大 的 ，暗示更小的半径、更低的重量和 更 高 的 效率。 对于一个便携 机器人 的 设计，不仅 丝杠作动器的重量 是一个重 要问题， 而且 作动器的 效率也是 非常 关键的。 如上所述，螺丝半径的减 小可以使动作器的重量大大减小 。 然而， 要 减小 螺丝半径，必须增加前置角 ， 以保持 恒定的 主角 。当看 公式 2时 ，可以 看 出 要求 承受负载的 力 矩 决于两前置角 和 摩擦系数 . 影响 螺丝效率 的是 前置角和摩擦系数，图 2显示对 摩擦系数 _和前置角 _的冲击 在 于 丝杠系统的效率 (5) 在图 2的每条线 是基于 摩擦系数不同的 参 数 。 几份 普通 的工程材料 作为 例子给读者 一个在丝 杠系统中能有不同物质或涂层的作用 的感觉 。这个图表示，当前置角增加，机械效率 就增加 ; 或者至少 到达一个峰值。 理论上， 选择 最大效率采摘角度是有利的。 一个丝杠系统在高效率运行时需要使负载力矩达到最小 在高峰值 效率发生的角度可以取决于 与 角度 效率 有关 的 参数 ，结果 是可以看到的。 (6) 虽然一个高前置角可能 提高 效率， 但 它 也 可能导致 反驱动 系统。一个 反驱动 系统是 一种负 载 力矩 ， 没有 力 矩 协助 的 情况下，螺丝可能 自转 ，因而允许 负 载 自我降低 。 反驱动 丝杠 不适合应用于 汽车起重器，但是 可 以应用于 便携 机器人 当中 。 因此 反驱动 的前置角 是 ： (7) 不管 产生多么 高 的 负 载力量 ，多么 低 的 摩擦系数系统 ， 前置角和摩擦系数 总 是影响这 些条件 的 ，例如球螺丝， 反驱动 是一个必然结果。 4 实用考虑 理论上，如 先前的文献 所显示 ，是希望 螺丝半径 甚至 到一个几乎微观 尺度 。然而，从设计和制造业方面 来讲， 这不是一种实用 的 解 决方案 。虽然 从重量和效率的角度 来讲 小螺丝 的 直径和高前置角 是极其重要的 ， 但 他们可能不允许设计师适应物理系统的力量需要。 例如轴向产生，压缩折和机制困境 都 需要被考虑。 考虑 到 单 一 的 超薄的螺丝也许是轻量级 的 ， 它 可能没有 一个 系统 所 需要 足够的负 载 能力 。 但 可以 使用 单 一 的， 或几个螺丝， 就会有足够大 的负载能力 。 用几个小螺丝 承受 大 载 荷 是没有重量优势的 ， 作为 因 计算 一个螺丝断面产生的重量和压强 。 然而，使用几个小螺丝 承受 载 荷 可能允许对高前置角的持续 使用 和 在高效率 中运行 ，甚 至 在 很高负载 。 通过推挤丝杠原材料物产极限， 可以达到 轴向 很高的 负载 。这种 工作 方法 的 好处在于 一个紧张系统比它压缩轴承更好运作 的 系统。 当考虑到减小 一个 既长 又细的 螺丝 的负载时 ， 类似 于 （ 丝杠作动器能被设计负担仅紧张装载 ） ，因而消 除 共折的考虑。 在一个便携 机器人 中 创建紧张 驱动系统 不一定意味着需要一个对抗性。 实际上， 与 一个 协助机器人 相比 ， 残疾人 在 做单一的直接动作时，肌肉存在 弱点，因此， 这些人是非常需要动作器帮助的。 对于 那些 推挤螺丝半 径 和因 此导致 前置角 的极限超过 最大 效率 的设计师，摩擦 极 限角度多 少 是 可以 倾斜的。 所有这些 的物理解释是系 统捆绑 或锁 ， 由 导出的 公式 2可以 看见。 一 个由 公式（ 2） 导出 ， 可以 产生以下 关系 (8) 除被列出的实用考虑之外 ， 还 可能 存在着 许多其他问题。包括扭转力僵硬或 屈服力 甚至热扩散 等 。这些因素中的每一个 都 是重要的并且 都需要我们考虑 。可是 ， 这个练习 的目的 是展示 选择一个 设计或选择螺丝系统 的 典型方法。 这个 选择方法的好处是 可 直接适用 于一个便携 机器人系统的设计 。 5 例子 中的 问题 展示一 份 粗 糙 设计 报告 ，考虑高峰距小腿关节扭矩在 到一个有能力装载 80 且 是 步频率 期间的连接扭矩 。 在步态期间的 脚腕扭矩 峰值 大约 是 100毫微米。 这个峰 值 大致 发生在 45%的 步态周期 。步态周期 是指 一只脚 跟 的停止到 这支脚跟下一次停止的时间 。 脚趾 是承受 另一只 腿重力和开始摇摆的点 。 摇摆阶段 的判断是 步态再 次 安置脚回到脚跟 停止 位置 时，然后 下 一 个 步态周期 开始。 例如，让我们考虑修造 一个 脚腕步态协助丝杠作动器。我们假设 协助水平在 30%左右和到小腿关节是 12厘米的 力矩臂。 表 2作动器 问题 比较 ： 丝杠设计 的肌肉 的 效率 比较 ， 对势能的比较 ，校正 势能和动能的 措施的 比较。 这些 参数都可以根据自己的个人经验并且在合理的范围内进行修改和变化。参数 和 可用的 参量 接近于 即 这个例子中， 主角长度的范围 已经确定 了 ;它的范围可以 是 解 决设计两 个丝杠 的 问题 :第一个设计 问题是 解决最大效率 。假设 是 2 =丝 在 =半径是 地方 产生的效率是 90%。 这样 小的 一条半径， 需要多个螺丝承受负载 。即使如此， 估计 作动器 的势能 是 280 W/ 通过马达重量和预测的传输系统， 划分需要的 功率 峰值就可以得出势能的 大小 。我们 从 以前的工作 知道了 ，辅助组分的重量成比例 可以减小螺丝和螺钉的重量 。 第 二个设计，丝杠 商业供营商 得到可利用的维度 。 螺丝 的 = 更 大一些 的维度 也可行 ， 动作器的势能 最好是 277 W/为了达到比较的目的， 这个例子出现的 问题结果 制成了表格 。表 2显示两个 丝杠设计 方案 的数字结果。 这些 参数 与 先前的 数 和人的骨骼肌的估计 值进行 比较。 通过例子，动能大小是基于力的峰值进行计算的 。 6 讨论 在 分析解决最大效率的方案上 ，丝杠设计 一个 单 一小半径螺丝永远不会处理 所要求的 负 载 。 可是 ， 多个 螺 丝 同时 平行执行那项任务 会有 同样高 的 效率。 虽然 使用典型的技术 不容易制造出 一个 螺丝， 但用 这种方法 是 可以实现的（即 ，使用多个 螺丝产生高效率） 。 要设计一个特殊的丝杠， 效率 是没有 极限的 。 丝杠设计 有 一种可行的解 决方案 可以解决脚腕的问题 ， 校正 功率质量比 参数使其 非常接近 于 人的肌肉。使用一种相似的方法，球 形 螺丝机制能有益于 它的 表现 ，一般方法是 创建 一个驱动的背面 ， 低重量和高效率 的 螺丝系统 可以使基于 机器人应用 有 一种 有力 解答。 图 3 原型作动器，高效率丝杠 前面提到， 一台便携机器人作动器 不仅 要 有好 的执行 能力， 而且还要对它的用户有一定的 安全 性 。 在考虑安全方面 时 ， （ 驾驶 ）是 便携 丝杠作动器 所需要的 。 （ 驾驶 ） 允许 操作者任意安装没有动力的螺钉，因而使 它的 阻碍减到最小。 另 一方面 ， 在螺丝的末端设计一块闲置的部分以防止马达和用户受 到损坏 。对人的损伤 可以 通过安置螺丝的末端范围在 用户 的生理 安全 极限内 来 避免 ，即一旦遇到危险强度，可以得到短期的脱离 。所有这些方法 都 需要 得到 重 点 考虑，并且应该 在 设计过程中 早期解决 。安置机械部件必须包括特别 的 防备措施。 防备措施必须超出软件或控制器范围 ; 因此，在 机械设计 中 应该包括他们。保证 用户 的安全是在 设计 所有协助机器人 时应该是 最优先考虑的事 ， 我们的实验室也调查了便携作动器的其他类型。看图 3。 这些技术 帮助 我们 保持 设备的 整体大小和重量 打 到最低。 7 结论 一台便携机器人作动器必须有好 的 功率势能比 ，好 的 机械效率， 好的 强度质量比 ，并且一定是安全的。对于一个 具有好的 功率 的 改进它 力量 的唯一方法是 增加传动系统。传统上，这 种方法 导致了 率质量比 的增加以至于它的执行力 笔直下降 。 可是，我们的方法可以用于设计丝杠和球形丝杠的力， 例如一个便携的协助机器人 。 编号： 毕业设计 (论文 )外文翻译 （ 原 文） 院 （系）： 机电工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 学生姓名： 韦子亮 学 号： 1000110130 指导教师单位： 桂林电子科技大学 姓 名： 彭晓楠 职 称： 副教授 2014 年 5 月 23 日 . . is a is in As of it be To of in of in a of an a a to 77 W/of dc 12 W/as as a a to 1.3 kN/ 1 ne in in of 1% of a or an % 9% by of A is a is in of a is of It be in in or as a to in of be In a is of so of is to 1 2 to 3 of a of is to of a of in , of 2 in of of be to in of a is to of of be in is to do to be to be in a of a is to or of by of a of is by to in of to a to s is by to is to In to of it is to of is a of a a of in to of of be . by to “to to to be of of to be in of a if to 00% be by to if in to to of a of be as to to ） be (1) is wt is to of of be . by or dc in 004 an to a a to to to is of a of in is to , of dc is to dc If a of dc of be 3 of a is to is of in a is = on if is In of on to an is of to of To of a a of be 1 as p l in a he of a to a is of In an of of a be to cbe 1 is of a of a is l, is on r, . l, is of of A a or 1 of a of a , or of of is of of is of on on a is a of is w, on , on of N, N. a be (2) . of a 1, it be is by . is 3) （ 4） q（ 4） is r, , to a l. a r . 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