两自由度机械手设计

黄山学院二自由度机械手臂设计与加工学院：信息工程学院专业： 09机械名：梁龙学号： 209060710533/4/6目录1整体方案设计整体方案设计.1.2自由度机器人系统设计思想. _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ .1.4自由度自动机械手的数学说明.机器选择机.2 2手动蜗杆， 齿轮部件设计.2.5资料和内容选择.2.6机器人虚拟组件.参考文献参考文献. _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 2自由度机器人设计和加工1整体方案设计整体方案设计1.11.1自由度机器人系统设计2自由度机器人系统设计2自由度机器人系统由机械主体结构、伺服驱动系统、西门子810D数控系统等构成。 1.1.1机械主体结构从机械结构学的角度分析，机械手的机械结构可以看作是一系列连杆通过旋转关节(或移动关节)连接的开放运动链。 1.1.2关节伺服驱动系统关节伺服驱动系统机器人主体的机械结构动作为关节驱动，机器人的关节驱动多基于闭环控制的原理进行。 一般的驱动单元为各种伺服电机，一般的伺服电机的输出转速高(1000r/min10000r/min )，因此输出转矩小，但关节上的负载转速不高，但负载转矩不小。 因此，在电动机和负载之间用一组传动装置进行转速和转矩的匹配。 本文仅研究机械手的机械系统设计与加工。 1.21.2二自由度机器人机械系统设计思想二自由度机器人机械系统设计思想首先以UG三维制图软件为辅助设计工具进行二自由度机器人的机械零件设计，建立三维模型。 并在虚拟组装后，利用UG软件生成虚拟样机，进行机械系统的虚拟样机分析，分析其运动轨迹与机械零件的干扰现象。 最后利用UG软件的数控加工模块编制机械零件的数控加工程序。 通过以上工作，可以实际加工物理原型。 1.31.3两自由度机器人的整体2自由度机器人的整体方案1.3.1机器人自由度的选择机器人自由度的选择机器人运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式被称为机器人的自由度。 自由度是机器人设计的重要参数。自由度越大，机器人的灵活性越大，通用性越广，结构也越复杂。 在考虑到机器人的用途、成本、技术难易度等的基础上，本论文将机器人的自由度设为2个，使末端执行器(夹具)能够自由开闭，能够进行物体的把持、移载、移载动作。 机器人的原理如图1所示。 1.3.2机器人机械系统的整体设计机器人机械系统的整体设计本论文设计的两个自由度机器人由底座、马达、蜗杆、齿轮、左右支承臂、臂、旋转盘、轴、卡盘可动节、卡盘固定节、丝杠等部件构成，机器人整体的结构如图2所示图2机器人结构图1.41.4二自由度机器人的数学描述二自由度机器人的数学描述机器人具有两个自由度，其末端驱动器的位置相对于机械主体不断变化。 为了精确控制末端效应器，必须精确描述其空间位置。 应用齐次坐标变换不仅可以描述坐标，还可以表达控制算法、计算机视觉、计算机图形等问题5。 222自由度机器人零件的设计2自由度机器人零件的设计2.12.1机器人驱动电机选型机器人驱动电机在本论文中为机器人的关节驱动机构选型交流伺服电机，学校提供的3种机型为1FK7032-5AK71-1AG0西门子交流伺服电机。 西门子1FK7032-5AK71-1AG0型电机参数电机外形尺寸图2.2.2 2机器人蜗杆、齿轮零件设计机器人的关键零件为蜗轮、齿轮传动设计，是根据电机外形尺寸描绘其结构设计的蜗杆， 蜗轮参数如下： (1)基本参数： (1)在模块m和压力角:中间平面，为了确保蜗轮的传动的正确啮合，蜗轮的轴向模块ma1和压力角a1分别与蜗轮的法线模块mt2和压力角a1对应即，ma1=mt2=m a1=t2蜗杆轴方向压力角与法线压力角关系为： tga=tgn/cos式中：-导程角. (2)为了保证蜗杆的分度圆直径d1和直径系数q蜗杆与蜗轮的正确啮合，用与蜗杆相同大小的蜗轮加工蜗轮。 因为是同一个模块，所以有很多不同的蜗杆直径，所以需要根据蜗杆直径准备很多蜗轮滚刀。 显然，这是不经济的。 为了减少蜗轮滚刀的数量，使滚刀的标准化变得容易，对每个标准的模块规定一定数量的滚刀的分度圆直径d1，将分度圆直径与模块之比称为蜗杆直径系数q。 即，q=d1/m所常用的标准模块m、蜗杆分度圆直径d1和直径系数q参照匹配表。 (3)蜗杆头数z1和蜗轮的齿数z2蜗杆头数可根据所要求的齿轮比和效率进行选择，一般设为z1=1-10，推荐设为z1=1、2、4、6。 选择的原则是，在要求传动大的情况下，或者在要求传动大的扭矩的情况下，z1取小的值，在要求传动自锁时要求取z1=1的高传动效率，或者要求高速传动时，z1取大的值。 蜗轮齿数的多少影响驾驶的稳定性，受到两个限制：最低齿数应避免切根和干涉，理论上为z2min17，但z280情况下(动力传递的情况下)，蜗轮的直径过多，结构上必须增大蜗杆的两个支承点间的跨距，相对于影响蜗杆轴的刚性和啮合精度的一定直径的蜗轮，z2过多时，模块m 对于传送运动的传动，z2可以到达200、300甚至1000。 z1和z2的推荐值如下表所示。4 )导程角蜗杆的形成原理与螺旋相同，因此蜗杆轴向间距pa与蜗杆导程pz的关系为pz=z1pa，tan=pz /d1=z1pa /d1=z1m/d1=z1/q导程角的范围为3.533 . 导程角的大小与效率有关。 导程角大时效率好，通常=15- 30。 多采用多头蜗杆。 但是，导程角过大，蜗杆车削困难。 导程角小时，效率低，但能够自锁，通常=3.5-4.5)齿轮比I齿轮比i=n主动1/n从动2蜗杆在主动减速运动中i=n1/n2=z2/z1=u式： n1 -蜗杆转速； n2-蜗轮转速。 减速运动的动力蜗轮通常为5u70，优选为15u50的增速传动5u15。 普通圆柱蜗杆的基本尺寸和参数与蜗轮参数的对应表。 名称符号计算关系式说明中心距离aa=(d1 d2 2x2m)/2规定选择蜗杆头数z1，规定选择蜗轮的齿数z2，通过齿轮比决定齿形角a=20。 或n=20。 由蜗杆类型决定的模数mm=ma=mn/cos是以规定的选择激活齿轮比ii=n1/n2=z2/z1的蜗杆的蜗轮位移系数x2x2=a/m-(d1 d2)/2m蜗杆直径系数qq=d1/m蜗杆轴间距pxpx=m蜗杆导向件pzpz=mz1蜗杆分度圆直径d1d1=mq按照规定选择蜗杆齿顶圆直径da1da1=d12ha*的m蜗杆的齿根圆直径df1df1=d1-2hf1=da-2(ha*m c )的齿顶间隙cc=c*m 规定渐开线蜗杆的齿根圆直径db1db1=d1.tg/tgb=mz1/tgb蜗杆的齿根高度ha1ha1=ha*m=1/2(da1-d1)为规定蜗杆的齿根高度hf1hf1=(ha* c*)m=1/ 2(d1-df1)蜗杆2(da1-df1)蜗杆导程角tg=mz1/d1=z1/ q渐开线蜗杆基准圆导程角bcosb=cos.cosn蜗杆齿宽b1， 根据设计，蜗轮分度圆直径d2d2=mz2=2a-d1-2x2m蜗轮的喉径da2da2=d2 2ha2蜗轮的齿根圆直径df2df2=d2-2hf2蜗轮的齿顶高度ha2h2a2=1/2(da2-D2 ) 被决定为蜗轮齿根高HF2HF2=1/2(d2- df2) =m (h a *-x2c * )蜗轮齿高h2h2=ha2 hf2=1/2(da2-df2)蜗轮喉部的母圆半径rg2rg2=a-1/(2da2) 蜗轮齿宽b2是由设计决定蜗轮齿宽角=2arcsin(b2/d1)、蜗杆轴向齿厚sasa=1/ (2m )蜗杆法的齿厚snsn=sacos蜗轮的齿厚st， 以蜗杆节圆的轴向的齿槽宽度ea决定蜗杆节圆直径d1d1=d1 2x2m=m(q 2x2)蜗杆节圆直径d2d2=d2的一般圆筒蜗轮的几何学尺寸计算1，根据上述式将选择的蜗轮的参数归纳如下： (1) (2)蜗杆、蜗轮的系数为m=3，(3)中心距离选择=53.5mm。 (4)热头数量z1=1。 (5)涡轮齿数： Z2=27 (6)齿形角a=20 (7)蜗杆引线P=3 (8)蜗杆分度圆d1=mz/tan7=24.433 (9)涡轮分度圆直径： d2=mZ2=81 2，圆筒齿轮设计与计算圆筒齿轮的齿轮方向与圆筒的线材方向一致时表10.1.2-1所示为正齿圆柱齿轮各部分的名称和基本参数。 表10.1.2-1直齿圆筒齿轮各部名称和基本参数名称符号说明模式齿数z的系数md=zp，d=p/z m=p/齿顶圆da通过齿轮齿顶部的圆周径的齿根圆df通过齿轮齿根部的圆周径的分度圆d的齿厚， 从槽宽度中圆周径的齿高h齿顶圆和齿根圆的径向距离齿顶高ha分度圆到齿顶圆的径向距离齿根高hf分度圆到齿根圆的径向距离齿距p与分度圆上相邻的两齿形对应点的弧长(齿厚槽宽)相等两齿轮的齿形为连心线O1O2上的接触点c，两齿轮的圆周速度相等，将以O1C和O2C为半径的两个圆称为对应齿轮的节圆。 压力角齿轮传动时，齿轮(从动轮)的齿形在分度圆上的点c受到的力的方向和运动方向所夹的锐角称为压力角。 在我国标准压力角为20。 啮合角是在点c两齿轮受力的方向和运动方向的角度系数m是设计制造齿轮的重要参数。 不同模块的齿轮必须用不同的工具加工制造。为了便于设计和加工，模块的数值被标准化，其数值如表10.1.2-2所示。 表10.1.2-2齿轮模块标准系列(摘录GB/T1357-1987 ) 第1系列1.251.52.5345252