三自由度工业机器人的结构设计【3D】【通过答辩毕业论文+CAD图纸】

买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985毕业设计（论文）题目三自由度工业机器人的结构设计作者学院专业学号指导教师买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985毕业设计（论文）任务书机电工程学院院机械制造系（教研室）系（教研室）主任（签名）年月日学生姓名学号专业机械设计制造及其自动化1设计（论文）题目及专题三自由度工业机器人的结构设计2学生设计（论文）时间3设计（论文）所用资源和参考资料1三自由度工业机器人的结构设计，立柱升降400MM，大臂小臂长度分别为400MM、300MM，转角120O，搬运重物2KG；2机械设计手册及相关资料。4设计（论文）应完成的主要内容1传动系统原理简图2大臂小臂采用步进电机驱动传动机构的设计和计算3主要零部件的选择和校核4总体装配图的设计5三维图的绘制5提交设计（论文）形式（设计说明与图纸或论文等）及要求1装配图、主要零件的零件图、运动原理简图等（不少于25张A0图纸）；2设计说明书（不少于40页）；3一篇不少于1500字的外文文献翻译；6发题时间指导教师（签名）学生（签名）买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985毕业设计（论文）指导人评语主要对学生毕业设计（论文）的工作态度，研究内容与方法，工作量，文献应用，创新性，实用性，科学性，文本（图纸）规范程度，存在的不足等进行综合评价指导人（签名）年月日指导人评定成绩买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985毕业设计（论文）评阅人评语主要对学生毕业设计（论文）的文本格式、图纸规范程度，工作量，研究内容与方法，实用性与科学性，结论和存在的不足等进行综合评价评阅人（签名）年月日评阅人评定成绩买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985毕业设计（论文）答辩记录日期学生学号班级题目提交毕业设计（论文）答辩委员会下列材料1设计（论文）说明书共页2设计（论文）图纸共页3指导人、评阅人评语共页毕业设计（论文）答辩委员会评语主要对学生毕业设计（论文）的研究思路，设计（论文）质量，文本图纸规范程度和对设计（论文）的介绍，回答问题情况等进行综合评价答辩委员会主任（签名）委员（签名）（签名）（签名）（签名）答辩成绩总评成绩买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985摘要本文简单介绍了本课题的来源、意义和内容，回顾了国内外机械手的发展概况，介绍了目前机器人的几种分类形式，列出了在生产、生活上和高科技领域中几种常见的机器人。本机械手的主要工作是在控制器的作用下将工件从一条流水线搬运到另一条流水线这一简单的动作，通过综合考虑选择了三自由度平面关节型机械手，采用两个回转关节和一个移动关节，两个回转关节控制前后左右运动，而移动关节则实现上下运动，结构简单，成本低，而且针对不同类型的零件可配置不同的末端执行器，减少了闲置率，提高了工作效率。本文对机械手的机械传动部分进行了设计，对驱动、传动系统进行了方案设计并进行了气压缸，步进电机等主要部件的选取和校核。最后用AUTOCAD、SOLIDWORKS等绘制相关工程图。关键词三自由度；机械手；搬运步进电机买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985ABSTRACTTHEARTICLEINTRODUCESTHERESOURCE,CONTENTANDPRACTICALAPPLICATIONVALUEOFTHETHESIS,ANDREVIEWSTHEDEVELOPMENTOFROBOTSINSIDEANDABROAD,ANDINTRODUCESTHESORTOFROBOTS,ANDENUMERATESSEVERALHACKNEYEDROBOTSINMANUFACTURE,LIFEANDHIGHTECHTHEMAINWORKOFTHEMANIPULATORISTHATPUTTHEWORKPIECEFROMALINETOANOTHERLINETHESIMPLEACTIONUNDERTHEFUNCTIONOFTHECONTROLLERTHROUGHTHECOMPREHENSIVECONSIDERCHOOSETHREEDEGREESOFFREEDOMSELECTIVECOMPLIANCEASSEMBLYROBOTARM,SELECTIVECOMPLIANCEASSEMBLYROBOTARMHAVETWOSLEWJOINTSANDONEMOVEJOINTS,TWOSLEWJOINTSCONTROLTHEMOVINGOFTHEFRONTANDBACKLEFTANDRIGHTTHEMOVEJOINTSCONTROLTHEMOVINGOFUPANDDOWN，SIMPLESTRUCTURE,LOWCOSTANDACCORDINGTODIFFERENTTYPESOFPARTADDAENDEFFECTOR,REDUCINGTHEUNEMPLOYMENT,IMPROVINGTHEWORKINGEFFICIENCYTHEARTICLEMAINDESIGNTHEMECHANICALTRANSMISSIONPARTSOFTHEMANIPULATOR,THEWRITERDESIGNSTHEPROJECTOFDRIVINGSYSTEMANDTRANSMISSIONSYSTEM,SELECTSANDCHECKSAIRCYLINDERMAGNETIC，STEPPINGMOTOR，ANDSOONTHELASTDRAWTHERELEVANTDRAWINGSINAUTOCAD,SOLIDWORKS,ETCKEYWORDSTHREEDEGREESOFFREEDOMMANIPULATORHANDLING；MAGNETICSTEPPINGMOTOR买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985目录第一章绪论111工业机器人运用情况112国内外工业机器人的发展现状113工业机器人的发展趋势3第二章工业机器人的总体设计621设计要求622总体方案设计623运动原理简图及主要技术参数7第三章工业机器人的结构设计931小臂的机构设计及计算9311驱动方式及计算10312小臂的结构设计及计算13313轴和轴承的选择和校核1532大臂的机构设计及计算22321驱动方式及计算22322大臂的结构设计及计算25323轴和轴承的选择和校核2733立柱的机构设计及计算34331驱动方式的比较和选择34332气压系统的设计和计算3534机座的机构设计和计算36第四章结论38参考文献39致谢40附录A41买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985I第1章买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985II买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985III买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或119709850第2章绪论工业机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的现代制造业重要的自动化装备。自从1962年美国研制出世界上第一台工业机器人以来，机器人技术及其产品发展很快，已成为柔性制造系统FMS、自动化工厂FA、计算机集成制造系统CIMS的自动化工具。广泛采用工业机器人，不仅可提高产品的质量与产量，而且对保障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动强度，提高劳动生产率，节约原材料消耗以及降低生产成本，有着十分重要的意义。和计算机、网络技术一样，工业机器人的广泛应用正在日益改变着人类的生产和生活方式。11工业机器人的应用情况经过五十多年的发展，工业机器人已在越来越多的领域得到了应用。在制造业中，尤其是在汽车产业中，工业机器人得到了广泛的应用。如在毛坯制造、机械加工、焊接、热处理、表面涂覆、上下料、装配、检测及仓库堆垛等作业中，机器人都已逐步取代了人工作业。随着工业机器人向更深更广方向的发展以及机器人智能化水平的提高，机器人的应用范周还在不断地扩大，已从汽车制造业推广到其他制造业，进而推广到机械加工行业、电子电气行业、橡胶及塑料工业、食品工业、木材与家具制造业等领域中。在工业生产中，弧焊机器人、点焊机器人、分配机器人、装配机器人、喷漆机器人及搬运机器人等工业机器人都已被大量采用。机器人正在为提高人类的生活质量发挥着重要的作用。各种工业机器人可以以单机形式使用，也可以作为生产系统中的一个构成部分使用。随着社会需求发展的变化，工业生产向多品种小批量方向发展，对制造系统的柔性要求越来越高。工业机器人的灵活性好，因此在柔性自动化制造系统中应用越来越多。12国内外工业机器人的发展现状1、国外工业机器人的发展现状在国外，工业机器人技术日趋成熟，已经成为一种标准设备被工业界广泛应用。从而，相继形成了一批具有影响力的、著名的工业机器人公司，它们包括瑞典的ABBROBOTICS，日本的FANUC、YASKAWA，德国的KUKAROBOTER，美国的ADEPTTECHNOLOGY、AMERICANROBOT、EMERSONINDUSTRIALAUTOMATION、STROBOTICS，这些公司已经成为其所在地区的支柱性产业。国外专家预测，机器人产业是继汽车、计算机之后出现的一种新的大型高技术产业。据联合国欧洲经济委员会UNECE和国际机器人联合会IFR的统计，世界机器人市场前景看好，从20世纪下半叶起，世界机器人产业一直保持着稳步增长的良好势头1。买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或119709851在发达国家中，工业机器人自动化生产线成套设备已成为自动化装备的主流。国外汽车行业、电子电器行业、工程机械等行业已经大量使用工业机器人自动化生产线，以保证产品质量，提高生产效率，同时避免了大量的工伤事故。像国际上著名公司ABB、COMAU、KUKA、BOSCH、NDC、SWISSLOG、村田等都是机器人自动化生产线及物流与仓储自动化设备的集成供应商。目前，日本、意大利、德国、欧盟、美国等国家产业工人人均拥有工业机器人数量位于世界前列，全球诸多国家近半个世纪的工业机器人的使用实践表明，工业机器人的普及是实现自动化生产，提高社会生产效率，推动企业和社会生产力发展的有效手段。2、国内工业机器人的发展现状在降低制造成本，解决用工严重不足等口号的呼喊下，近年来机器人产业在全世界范围内兴起。中国作为世界工厂，面临的形式更是尤为的严重。有数据显示中国每年工业机器人的装机量约占全球的1/8，仅次于日本、韩国，预计2015年中国的装机量会超过这两个国家，成为世界上使用工业机器人最多的国家。自2009年以来，中国机器人市场持续快速增长，工业机器人年均增长速度超过40，到目前为止，中国工业机器人市场份额约占全球市场的1/5；以教育、清扫等为代表的服务机器人在国内也在逐步进入市场。随着我国门户的逐渐开放，国内的工业机器人产业将面对越来越大的竞争与冲击，因此，掌握国内工业机器人市场的实际情况，把握我国工业机器人研究的相关进展，显得十分重要。2012年，四种新型工业机器人在中国哈尔滨研制成功。专家们认为这标志着我国已经掌握了第一代工业机器人的生产技术，新的机器人产业已经在我国诞生。这四种工业机器人分别是哈尔滨工业大学和哈尔滨风华机器厂等单位研制的华宇型弧焊机器人，华宇型点焊机器人，哈尔滨工业大学与航天部811厂等单位联合研制的东方1号喷漆机器人和国营星光机器厂研制的星光型直角坐标点焊机器人。近年来，中国河南洛阳市越来越多的企业开始引进工业机器人等智能设备，但目前国内使用的机器80是国外制造。位于洛阳工业园区的沃德福集团高端智能装备制造基地项目，总投资1。5亿元，将研发制造6轴工业机器人等高端智能设备，达到年产1万台工业机器人的生产、装配能力。该项目计划2014年建成投产，预计年产值20亿元，不久将在这里首次实现先进工业机器人大批量生产制造。随着便宜劳动力时代的结束，可以预计工业机器人将迎来一个伟大的时代，不仅在工业上，而且在服务、医疗等领域都有广泛的应用，从而推动一大批行业的发展，如高端制造业、制造业的个性化、医疗图像处理以及航空航天等。近十年以来，在“十五”、“十一五”攻关计划和863计划等科技计划的支持下，我国有组织、有计划地发展工业机器人产业，通过研制、生产、应用等多个层面的不断探索，在技术攻关和设计水平上有了长足的进步。总的来看，已经掌握了工业机器买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或119709852人的设计、制造、应用过程中的多项关键技术，能够生产出部分机器人关键元器件，开发出弧焊、点焊、码垛、装配、搬运、注塑、冲压、喷漆等工业机器人2。一些相关科研机构和企业已掌握了工业机器人操作机的优化设计制造技术；工业机器人控制、驱动系统的硬件设计技术；机器人软件的设计和编程技术、运动学和轨迹规划技术；弧焊、点焊及大型机器人自动生产线工作站与周边配套设备的开发和制备技术等，某些关键技术已达到或接近了国际先进水平，中国工业机器人在世界工业机器人领域已占有一席之地。13工业机器人的发展趋势工业机器人在许多生产领域的使用实践证明，它在提高生产自动化水平，提高劳动生产率和产品质量以及经济效益，改善工人劳动条件等方面，有着令世人瞩目的作用，引起了世界各国和社会各层人士的广泛关注。1、国外发展趋势日本将机器人列为战略产业，韩国将机器人作为“增长发动机产业”，各发达国家政府早年通过制定政策，采取一系列措施鼓励企业应用机器人，设立科研基金鼓励机器人的研发设计，从政策上、资金上给予大力支持，工业机器人的应用和研究走在世界的前列。世界工业机器人市场普遍看好，各国都在期待机器人的应用研究有技术上的突破。从近几年世界机器人推出的产品来看，工业机器人技术正在向智能化、模块化和系统化的方向发展，其发展趋势主要为结构的模块化和可重构化；控制技术的开放化、PC化和网络化；伺服驱动技术的数字化和分散化；多传感器融合技术的实用化；工作环境设计的优化和作业的柔性化以及系统的网络化和智能化等方面3。国外机器人领域发展近几年有如下几个趋势1工业机器人性能不断提高，而单机价格不断下降。2机械结构向模块化、可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位一体化；由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机；国外已有模块化装配机器人产品问市。3工业机器人控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化；器件集成度提高，控制柜日见小巧，且采用模块化结构；大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。（4）机器人中的传感器作用日益重要，装配、焊接机器人采用了位置、速度、加速度视觉、力觉等传感器，而遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制；多传感器融合配置技术在产品化系统中已有成熟应用。5虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制，如使遥控买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或119709853机器人操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操纵机器人。6当代遥控机器人系统的发展特点不是追求全自治系统，而是致力于操作者与机器人的人机交互控制，即遥控加局部自主系统构成完整的监控遥控操作系统，使智能机器人走出实验室进入实用化阶段。美国发射到火星上的索杰纳机器人就是这种系统成功应用的最著名实例。7机器人化机械开始兴起。从94年美国开发出虚拟轴机床以来，这种新型装置已成为国际研究的热点之一，纷纷探索开拓其实际应用的领域4。2、国内发展趋势中国工业机器人在“七五”、“九五”、“十五”期间研究取得了较大进展，我国在关键技术上有所突破，但还缺乏整体核心技术的突破，应用遍及各行各业，但进口机器人占了绝大多数。科学院机器人“十二五”规划研究目标开展高速、高精、智能化工业机器人技术的研究工作，建立并完善新型工业机器人智能化体系结构；研究高速，高精度工业机器人控制方法并研制高性能工业机器人控制器，实现高速，高精度的作业；针对焊接，喷涂等作业任务，研究工业机器人的智能化作业技术，研制自动焊接工业机器人，自动喷涂工业机器人样机，并在汽车制造行业，焊接行业开展应用示范。国家下一步的发展思路，将发展以工业机器人为代表的智能制造，以高端装备制造业重大产业长期发展工程为平台和载体，系统推进智能技术、智能装备和数字制造的协调发展，实现我国高端装备制造的重大跨越。具体分两步进行第一步，20122020年，基本普及数控化，在若干领域实现智能制造装备产业化，为我国制造模式转变奠定基础；第二步，20212030年，全面实现数字化，在主要领域全面推行智能制造模式，基本形成高端制造业的国际竞争优势。工业机器人市场竞争越来越激烈，中国制造业面临着与国际接轨、参与国际分工的巨大挑战，加快工业机器人的研究开发与生产是使我国从制造业大国走向制造业强国的重要手段和途径。未来几年，国内机器人研究人员将重点研究工业机器人智能化体系结构，高速高精度控制，智能化作业，形成新一代智能化工业机器人的核心关键技术体系，并在相关行业开展应用示范和推广。1工业机器人智能化体系结构标准研究开放式，模块化的工业机器人系统结构，工业机器人系统的软硬件设计方法，形成切实可行的系统设计行业标准、国家标准和国际标准，以便于系统的集成，应用与改造。2工业机器人新型控制器技术研制具有自主知识产权的先进工业机器人控制器。研究具有高实时性的，多处理买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或119709854器并行工作的控制器硬件系统；针对应用需求，设计基于高性能，低成本总线技术的控制和驱动模式。深入研究先进控制方法，策略在工业机器人中的工程实现，提高系统高速，重载，高追踪精度等动态性能，提高系统开放性。通过人机交互方式建立模拟仿真环境，研究开发工业机器人自动/离线编程技术，增强人机交互和二次开发能力。3工业机器人智能化作业技术实现以传感器融合，虚拟现实与人机交互为代表的智能化技术在工业机器人上的可靠应用，提升工业机器人操作能力。除采用传统的位置，速度，加速度等传感器外，装配，焊接机器人还应用了视觉，力觉等传感器来进行实现协调和决策控制，基于视觉的喷涂机器人姿态反馈控制；研究虚拟现实技术与人机交互环境建模系统。4成线成套装备技术针对汽车制造业，焊接行业等具体行业工艺需求，结合新型控制器技术和智能化作业技术的研究，研究与行业密切相关的工业机器人应用技术，以工业机器人为核心的生产线上的相关成套装备设计技术，开发弧焊机器人用激光视觉焊缝跟踪装置，喷涂线的喷涂设备的研制以及相关功能部件并加以集成，形成我国以智能化工业机器人为核心的成线成套自动化制造装备。5系统可靠性技术可靠性技术是与设计、制造、测试和应用密切相关的。建立工业机器人系统的可靠性保障体系是确保工业机器人实现产业化的关键。在产品的设计环节、制造环节和测试环节，研究系统可靠性保障技术，从而为工业机器人广泛应用提供保证。我国的机器人产业化必须由市场来拉动。机器人作为高技术，它的发展与社会的生产、经济状况密切相关。机器人的研制、开发只有从技术上实现可能性大为原则选择机器人优先应用的领域，并以此为突破口，向其他领域渗透、扩散至为重要。综合国内外工业机器人研究和应用现状，工业机器人的研究正在超智能化、模块化、系统化、微型化、多功能化及高性能、自诊断、自修复趋势发展，以适应多样化、个性化的需求向更大更宽广的应用领域发展。买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或119709855第二章工业机器人整体设计21设计要求1设计（论文）所用资源和参考资料（1）三自由度工业机器人的结构设计，立柱升降400MM，大臂小臂长度分别为400MM、300MM，转角120O，搬运重物2KG；（2）机械设计手册及相关资料。2设计（论文）应完成的主要内容运动原理简图，大臂小臂采用步进电机驱动传动机构的设计和计算，总体装配图的设计；3提交设计（论文）形式及要求装配图、主要零件的零件图、运动原理简图等；设计说明书（不少于40页）；一篇不少于1500字的外文文献翻译；22总体方案设计平面关节型机器人又称SCARA型装配机器人，是SELECTIVECOMPLIANCEASSEMBLYROBOTARM的缩写，意思是具有选择柔顺性的装配机器人手臂。在水平方向有柔顺性，在垂直方向有较大的刚性。它结构简单，动作灵活，多用于装配作业中，特别适合小规格零件的插接装配，如在电子工业零件的插接、装配中应用广泛。总体设计的任务包括进行机械手的运动设计，确定主要工作参数，选择驱动系统和电控系统，整体结构设计，最后绘出方案草图。根据参数拟定设计方案各主要零部件的结构设计及计算查阅国内外相关资料买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985623传动原理简图及主要参数设计传动原理简图图21主要技术参数机械手类型平面关节型抓取重量2KG自由度3个（2个回转1个移动）大臂长400MM，回转运动，回转角240，步进电机驱动单片机控制小臂长300MM，回转运动，回转角240，步进电机驱动单片机控制主要零件的零件图绘制及整体的装配图绘制资料文件的整理及编写设计说明书买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或119709857移动关节气缸驱动行程开关控制整体效果图图22买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或119709858第3章工业机器人的结构设计工业机器人机械结构系统由机座、手臂、手腕、末端执行器和移动装置组成。移动装置只在要求的空间很大时才有用。手臂、手腕由驱动系统通过传动机构带动，以实现机器人末端执行器在空间中所要求的位置和姿态。由于目前工业机器人的市场基本成熟，可以根据自身需要去配置不同的腕部及末端执行器等部件，降低闲置率，实现功能的最大化，所以此课题主要针对臂部、立柱等主要结构进行设计。31小臂的机构设计和计算工业机器人的手臂由动力关节和连接杆件构成，用以支撑和调整手腕和末端执行器的位置。手臂部件一般具有23个自由度（回转、俯仰、升降或伸缩），包括驱动装置、传动机构、定位导向装置、支承连接件和检测元件等，手臂部件自身质量大，还要承受手腕、末端执行器和工件的重力，以及在运动中产生的动载荷，故其受力状况也比较复杂。手臂结构形式应根据其自由度数、运动形式、承受的载荷和运动精度要求的因素来确定。机器人手臂通常支承在机座上，机座主要有回转机座和升降机座两种，用以实现手臂的整体回转或升降，机座也可视为一种特殊的手臂。臂部是机械手的主要执行部件，其作用是支撑手部和腕部，主要用来改变工件的位置。手部在空间的活动范围主要取决于臂部的运动形式。手臂结构一般的设计要求有（1）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。工作空间的形状和大小与手臂的长度手臂关节的转角范围密切相关。2刚度要好，根据手臂所受载荷和结构的特点，合理选择手臂截面形状和高强度轻质材料，合理选择臂部的截面形状和轮廓尺寸，空心杆比实心杆刚度大的多，常用钢管做臂部和导向杆，用工字钢和槽钢左支撑板，以保证有足够的刚度。3偏重力矩要小，偏重力矩时指臂部的总重量对其支撑或回转轴所产生的力矩。4重量要轻，惯量要小，为了减轻运动时的冲击，除采取缓冲外，力求结构紧凑，重量轻，以减少惯性力。5导向性要好。（6）尽量减小手臂质量和相对其关节回转轴的转动惯量和偏心力矩，以减小驱动装买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或119709859置的负荷，减小运转的动载荷和冲击，提高手臂运动的响应速度。（7）要设法减小机械间隙引起的运动误差，提高运动的精确性和运动刚度。采用缓冲和限位装置提高定位精度。311驱动方式及计算工业机器人的驱动系统是带动操作机各运动副的动力源，常用的驱动方式包括电动机驱动、液压、气动三种。小臂部分因为所需驱动力小，精度要求不是很高，所以选择控制方便，输出转角无长期积累误差的步进电机。步进电动机是专门工厂批量生产的标准部件，设计时要选出具体型号以购置。选择步进电动机包括确定型号、结构、步距角、功率和转速，并在产品目录中查出其尺寸和型号。步进电动机又称脉冲电动机或为阶跃电动机，步进电机有三大部分组成步进电动机本体，步进电动机控制器及步进电动机驱动器。如图31所示。选择步进电机时，首先要保证步进电机的输出功率大于负载所需的功率。而在选用功率步进电机时，首先要计算机械系统的负载转矩，电机的矩频特性能满足机械负载并有一定的余量保证其运行可靠。在实际工作过程中，各种频率下的负载力矩必须在矩频特性曲线的范围内。应使步距角和机械系统匹配，这样可以得到工作台所需的脉冲当量。图31步进电机步进电机的选择步距角要小，要满足最大静转矩，因为转速低不考虑矩频特性（1）步进电机启动力矩计算步进电机选用三相步进电动机，初选步进电机步距角B3。设步进电机等效负载力矩为T，负载力为P，根据能量守恒原理，电机做的功与负载力做的功有如式（31）关系式（31）S式中电机转角；买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098510S转动部件的相应位移；机械传动效率。若取B，则SB，且PPZ（GW2），所以式（32）BWGPZT）（式中G转动部件负载，N；W转动部件重量，N；PZ与中立方向一致的作用在转动部件上的负载力，N；摩擦系数；B步进电机步距角，RAD；T电机轴负载力矩，NCM。取003，096，PZ100N。可求得MN1C109631250T）（不考虑启动时运动部件的惯性影响，启动力矩为TMT/（0305）2NM（取安全系数05）步进电机为三相六拍的电机MN312860TMAX（2）步进电机最大转速为了提高精度，采用一级齿轮传动5312ZI的齿数为20，的齿数为70。1Z2Z按标准模数系列表（GB135787）取M125，取02则5101MZD8722HA买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或119709851125101MCHAF齿轮宽度计算按机械设计表107圆柱齿轮的齿宽度系数D两支承相对小齿轮作对称布置取0914,此处取1则MDB25101根据臂部最大转速与传动比I35，可得R/S74N臂120R/MINR/S电机所以，步进电机的选择的最大转速R/IMAX电机电机（3）步进电机最大频率根据步进电机的步距角，可得3B与步进电机最大转速S/R2N电机STEP/4021电机F所以步进电机选择最高的频率STEP/402MAX电机电机FF（4）步进电机型号由于步进电机步距角，步进电机最高转速，步进电机3B120R/MINMAX电机最高频率，步进电机最大转矩，选择的步进电机STEP/402MAX电机FN3T型号参数如表31所示。表31步进电机参数主要技术参数外形尺寸/MM型号步距角/保持转矩/NM相数电压/V电流/A外径长度轴径重量/N买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或119709851228BYGH5013103120673051818312小臂的结构设计及计算小臂选取4040工业铝型材，这样抗弯系数大，截面面积小，质量轻，经济轻巧。理论重1252KG/M，,小臂长为300MMMDH40,较核851352小NMGG取6N其受力如下图图32其中F1G手腕G末端执行器G物14520165NFA6165171（N）267041652小1MNLGFM买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098513作剪力图弯矩图如下图33图34由图可得危险截面在A截面，按弯曲正应力的强度条件校核如下，MPAPAHBMW1751580672/MAXAX按材料力学弯曲切应力公式59MAX3FS/2BH买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098514所以MPAAHBFS19516040273313轴和轴承的选择和校核轴是组成机器的主要零件之一，一切回转运动的传动零件（例如齿轮、蜗轮等），都必须安装在轴上才能进行运动和动力的传递。因此轴的主要功用是支承回转零件及传递运动和动力。轴的设计也和其他零件的设计相似，包括结构设计和工作能力计算两方面的内容。轴的结构设计是根据轴上零件的安装、定位以及轴的制造工艺等方面的要求，合理的确定轴的结构形式和尺寸。轴的结构设计不合理，会影响到州的工作能力和轴上零件的工作可靠性，还会增加轴的制造成本和轴上零件装配的困难等。因此，轴的结构设计是轴设计中的重要内容。具体设计如下1求输出轴上的功率P1，转速，转矩1N2TPP804W7892R/MIN229550TMNN970849502求作用在齿轮上的力已知低速级大齿轮的分度圆直径为902D而FT2DTN621098FFRTON083CSTANCOSAFFTAN2160246734533NAT轴的载荷分析图如下买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098515图353初步确定轴的最小直径先按式152初步估算轴的最小直径,选取轴的材料为45钢,调质处理,根据课本取315表12OAMNPDO32MIN输出轴的最小直径显然是安装螺母处的直径,为了使所选的轴与螺母吻合,故需同D时选取螺母的型号查机械设计手册选取型号为GB_HEXAGON_TYPE2M12X125C的螺母，故直径取12MM。D4轴的结构设计买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985161轴上零件的装配方案如下,图36根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度初步选择滚动轴承因轴承同时受有径向力和轴向力的作用,故选用单列深沟球轴承参照工作要求并根据,由轴承产品目录中初步选取0基本游隙组标准精度MDVI20级的单列深沟球轴承ROLLINGBEARINGS16004GB27694对于选取的单向深沟球轴承其尺寸为的,故MBDD842而DVI20LVI8右端滚动轴承采用轴肩进行轴向定位由手册上查得7010C型轴承定位轴肩高度MM,32,3,70因此取DMH取安装齿轮处的轴段齿轮的左端采用螺母定位已知齿轮的宽度为I0毂24MM,为了使螺母端面可靠地压紧齿轮,此轴段应略短于轮毂宽度,故取LI20右轴承端盖的总宽度为9MM由机架及轴承端盖的结构设计而定根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求,取端盖的外端面与轴承右端面间的距离,故M16取LIV18小臂连接处取,MDVI26LVI4至此,已初步确定了轴的各端直径和长度买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985175求轴上的载荷首先根据结构图作出轴的计算简图,确定顶轴承的支点位置时,查机械设计手册20149表2067对于ROLLINGBEARINGS16004GB27694型的深沟球轴承,A167MM,因此,做为简支梁的轴的支承跨距取F负载300N,列平衡方程求得如下MLVI4NFNH186532NV912从轴的结构图以及弯矩和扭矩图中可以看出截面C是轴的危险截面。计算截面C处的MH、MV及M的值，NH286V3MNVH296328216按弯曲扭转合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（及危险截面C）的强度。根据式（155）及以上数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取06，轴的计算应力CAWTM22MPA54702618993前已选轴材料为45钢，调质处理。查表得60MP，此轴合理安全1AC17精确校核轴的疲劳强度判断危险截面截面A,B只受扭矩作用，虽然键、轴肩及过渡配合所引起的应力集中均将消弱轴的疲劳强度，但由于轴的最小直径是按扭转强度较为宽裕确定的，所以AB无需校核从应力集中对轴的疲劳强度的影响来看,截面和处过盈配合引起的应力集中最严重,从受载来看,截面C上的应力最大截面IV的应力集中的影响和截面V的相近,但是截面V不受扭矩作用,同时轴径也较大,故不必做强度校核截面C上虽然应力最大,但是应力集中不大,而且这里的直径最大,故C截面也不必做强度校核,截面VI和VII买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098518显然更加不必要做强度校核由第3章的附录可知,键槽的应力集中较系数比过盈配合的小，因而,该轴只需胶合截面IV左右两侧需验证即可截面IV左侧抗弯系数W01018003D3203M抗扭系数02021600TW截面IV的右侧的弯矩M为N7260截面上的扭矩为9800T截面上的弯曲应力WBPA790826截面上的扭转应力TMPA1609轴的材料为45钢。调质处理。查得AB640A2751AMPT15因DR52DD608经插入后得20131T轴性系数为085820QQK11821K1（1）126T所以67082092综合系数为K28K162碳钢的特性系数取01201取005105买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098519安全系数CASS2513MK1S1371TAKS15所以它是安全的C5102截面右侧抗弯系数W0101175763D3263M抗扭系数020235152TW截面右侧的弯矩M为M133560N截面上的扭矩为29493033T截面上的弯曲应力WBMPA24167580截面上的扭转应力TW3MPA582190KK6所以70820920综合系数为K28K162碳钢的特性系数取01取005201105安全系数CASS2513MK1S1371TAK买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098520S15所以它是安全的CAS5102传动部分效果图图37买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或119709852132大臂的机构设计及计算大臂同样是机械手的主要执行部件，其作用是支撑小臂、手部和腕部，主要用来改变工件的位置。臂部是机械手的主要执行部件，其作用是支撑手部和腕部，主要用来改变工件的位置。手部在空间的活动范围主要取决于臂部的运动形式。手部在空间的活动范围主要取决于臂部的运动形式。手臂结构一般的设计要求有1刚度要好，要合理选择臂部的截面形状和轮廓尺寸，空心杆比实心杆刚度大的多，常用钢管做臂部和导向杆，用工字钢和槽钢左支撑板，以保证有足够的刚度。2偏重力矩要小，偏重力矩时指臂部的总重量对其支撑或回转轴所产生的力矩。3重量要轻，惯量要小，为了减轻运动时的冲击，除采取缓冲外，力求结构紧凑，重量轻，以减少惯性力。（4）尽量减小手臂质量和相对其关节回转轴的转动惯量和偏心力矩，以减小驱动装置的负荷，减小运转的动载荷和冲击，提高手臂运动的响应速度。（5）要设法减小机械间隙引起的运动误差，提高运动的精确性和运动刚度。采用缓冲和限位装置提高定位精度。321驱动方式及计算因为所需驱动力小，精度要求不很高，所以选择控制方便，输出转角无长期积累误差的步进电机。步进电机的选择步距角要小，要满足最大静转矩，因为转速低不考虑矩频特性（1）步进电机启动力矩计算步进电机选用三相步进电动机，初选步进电机步距角B3。设步进电机等效负载力矩为T，负载力为P，根据能量守恒原理，电机做的功与负载力做的功有如式（31）关系式（31）S式中电机转角；S转动部件的相应位移；机械传动效率。若取B，则SB，且PPZ（GW2），所以买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098522式（32）BWGPZT）（式中G转动部件负载，N；W转动部件重量，N；PZ与中立方向一致的作用在转动部件上的负载力，N；摩擦系数；B步进电机步距角，RAD；T电机轴负载力矩，NCM。取003，096，PZ500N。可求得MN684C4689031260T）（不考虑启动时运动部件的惯性影响，启动力矩为TMT/（0305）468NM（取安全系数05）步进电机为三相六拍的电机MN435860TMAX（3）步进电机最大转速为了提高精度，采用一级齿轮传动5312ZI的齿数为20，的齿数为70。1Z2Z按标准模数系列表（GB135787）取M125，取02则5101MZD8722HA25101CF齿轮宽度计算买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098523按机械设计表107圆柱齿轮的齿宽度系数D两支承相对小齿轮作对称布置取0914,此处取1则MDB25101根据臂部最大转速与传动比I35，可得R/S74N臂120R/MINR/S电机所以，步进电机的选择的最大转速120R/INNMAX电机电机（3）步进电机最大频率根据步进电机的步距角，可得3B与步进电机最大转速S/R2电机STEP/4021电机F所以步进电机选择最高的频率STEP/402MAX电机电机FF（4）步进电机型号由于步进电机步距角，步进电机最高转速，步进电机3B120R/MINMAX电机最高频率，步进电机最大转矩，选择的步进电机STEP/402MAX电机FN435T型号参数如表32所示。表32步进电机参数主要技术参数外形尺寸/MM型号步距角/保持转矩/NM相数电压/V电流/A外径长度轴径重量/N买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或119709852428BYGH5013103120673051818322大臂的结构设计及计算大臂选取4080工业铝型材，这样抗弯系数大，截面面积小，质量轻，经济、轻巧。理论重1252KG/M，,大臂长为400MMMDH40,8较核7610532小NMGG大取7N其受力如下图图38其中F1G手腕G末端执行器G物G小臂G电机1452054181722N取175NFA7175182（N）258907512小1MNLGFM大买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098525作剪力图弯矩图如下图39图310由图可得危险截面在A截面，按弯曲正应力的强度条件校核如下，MPAPAHBMW1756830172596/MAXAX按材料力学弯曲切应力公式59MAX3FS/2BH买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098526所以MPAAHBFS1951830423323轴和轴承的选择和校核轴的设计包括定出轴的合理外形和全部结构尺寸，轴的结构主要取决于以下因素轴在机器中的安装位置及形式轴上安装的零件的类型尺寸数量以及连接的方法；载荷的性质大小方向及分布情况；轴的加工工艺等。由于影响轴的结构的因素较多，且其结构形式又要随着具体情况的不同而异，所以轴并没有标准的结构形式。设计时必须针对不同情况进行具体的分析。但是不论任何具体条件，轴的结构应满足轴和安装在轴上的零件要有准确的工作位置；轴上的零件应便于装拆和调整；轴要有良好的制造工艺等。此处轴的设计如下1求输出轴上的功率P1，转速，转矩1N2TPP804W7892R/MIN229550TMNN970849502求作用在齿轮上的力已知低速级大齿轮的分度圆直径为902D而FT2DTN621098FFRTON083CSTANCOSAFFTAN2160246734533NAT轴的载荷分析图如下买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098527图3113初步确定轴的最小直径先按式152初步估算轴的最小直径,选取轴的材料为45钢,调质处理,根据课本取315表12OAMNPDO32MIN输出轴的最小直径显然是安装螺母处的直径,为了使所选的轴与螺母吻合,故需同D时选取螺母的型号查机械设计手册买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098528选取型号为GB_HEXAGON_TYPE2M12X125C的螺母，故直径取12MM。D4轴的结构设计轴上零件的装配方案如下,图312根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度初步选择滚动轴承因轴承同时受有径向力和轴向力的作用,故选用单列深沟球轴承参照工作要求并根据,由轴承产品目录中初步选取0基本游隙组标准精度MDVI20级的单列深沟球轴承ROLLINGBEARINGS16004GB27694对于选取的单向深沟球轴承其尺寸为的,故MBDD842而DVI20LVI8右端滚动轴承采用轴肩进行轴向定位由手册上查得7010C型轴承定位轴肩高度MM,32,3,70因此取DMH取安装齿轮处的轴段齿轮的左端采用螺母定位已知齿轮的宽度为I0毂24MM,为了使螺母端面可靠地压紧齿轮,此轴段应略短于轮毂宽度,故取LI20右轴承端盖的总宽度为9MM由机架及轴承端盖的结构设计而定根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求,取端盖的外端面与轴承右端面间的距离,M16故取LIV18买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098529小臂连接处取,MDVI26LVI8至此,已初步确定了轴的各端直径和长度5求轴上的载荷首先根据结构图作出轴的计算简图,确定顶轴承的支点位置时,查机械设计手册20149表2067对于ROLLINGBEARINGS16004GB27694型的深沟球轴承,A167MM,因此,做为简支梁的轴的支承跨距取F负载400N,列平衡方程求得如下MLVI8NFNH321647NV0192从轴的结构图以及弯矩和扭矩图中可以看出截面C是轴的危险截面。计算截面C处的MH、MV及M的值，H5V741MNVH987412952216按弯曲扭转合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（及危险截面C）的强度。根据式（155）及以上数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取06，轴的计算应力CAWTM22MPA251061899832前已选轴材料为45钢，调质处理。查表得60MP1A此轴合理安全CA7精确校核轴的疲劳强度判断危险截面截面A,B只受扭矩作用，虽然键、轴肩及过渡配合所引起的应力集中均将消弱轴的疲劳强度，但由于轴的最小直径是按扭转强度较为宽裕确定的，所以AB无需校核买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098530从应力集中对轴的疲劳强度的影响来看,截面和处过盈配合引起的应力集中最严重,从受载来看,截面C上的应力最大截面IV的应力集中的影响和截面V的相近,但是截面V不受扭矩作用,同时轴径也较大,故不必做强度校核截面C上虽然应力最大,但是应力集中不大,而且