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包装袋码垛机器人机械臂的设计说明书,装袋,码垛,机器人,机械,设计,说明书
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包装袋码垛机器人机械臂的设计摘 要机器人技术是机电一体化产品，码垛机器人成为一个领先的研究课题。运用在不同领域，如机械，电子，信息理论，人工智能，生物学和计算机，知识等诸多领域的发展机械接头端的设计，机器人也导致了这些学科的发展。码垛型机器人是一种典型的机电一体化产品，工艺多码垛运动的一个机械臂运动更多的领域进行合作研究。机械，电子，信息理论，人工智能，知识和生物和计算机许多学科，但其发展的多机构衔接所需组合码垛也促成了这些学科的发展。本文采用在结构设计上的10KG包装袋码垛机器人，并完成图纸和零件图总装配图。为机器人模型的要求被分析以估计电机的每个码垛，充分的设得所需要的转矩和功率。完成码垛型机器人的程序设计，总体设计，结构设计，运动学模型操盘分析，检查，分析机器人模型，设计和生产机器人模型做的过程中强度的关键部件，绘制3D图。关键词：机械臂，结构设计，10KG包装袋码垛机器人，机械臂，电机AbstractRobotics is a mechatronic products, palletizing robot into a leading research. Used in different fields, such as machinery, electronics, information theory, artificial intelligence, biology and computer knowledge, and many other developments in the field of mechanical coupling end design, the robot also led to the development of these disciplines. Palletizing robot is a typical mechatronic products, processes more than a hot arm palletizing motion movement more areas of collaborative research. Many disciplines mechanics, electronics, information theory, artificial intelligence, knowledge and biological and computer, but the development of its multi-agency convergence desired combination of stacking also contributed to the development of these disciplines.In this paper, the structural design of lightweight gypsum wallboard palletizing robot and complete drawings and part drawings assembly drawing. To require each robot model are analyzed to estimate the motor palletizing, full set was required torque and power. Complete palletizing robot programming, design, structural design, manipulator kinematics model analysis, inspection, analysis robot models, key components design and production process of doing robot model intensity, plotted in Fig. 3D.Keywords: arm, structural design, lightweight gypsum wallboard palletizing robot motor目 录摘 要IIAbstract11 绪论31.1课题的背景、来源及意义31.2码垛机器人的发展进程及发展趋势31.3课题的设计内容42 总体方案设计52.2 码垛码垛机器人工程概述52.3 工业码垛码垛机器人总体设计方案论述52.4 码垛机器人机械传动原理62.5 码垛机器人总体方案设计72.6 本章小结83 码垛机器人大臂部结构93.1 大臂部结构设计的基本要求93.2 大臂部结构设计103.3 大臂电机及减速器选型103.4 减速器参数的计算113.5承载能力的计算143.5.1 柔轮齿面的接触强度的计算143.5.2 柔轮疲劳强度的计算154 小臂结构设计204.1 手指的相关设计与计算204.2 手爪结构设计与校核204.3 结构分析214.4计算分析224.5 腕部设计234.5.1 手腕偏转驱动计算234.5.2 手腕俯仰驱动计算324.5.3 电动机的设得324.6 小臂部结构设计334.7 小臂电机及减速器选型334.7.1.传动结构形式的设得344.7.2.几何参数的计算354.8 凸轮波发生器及其薄壁轴承的计算354.8.1柔轮齿面的接触强度的计算364.8.2柔轮疲劳强度的计算364.9 轴结构尺寸设计384.10 轴的受力分析及计算384.11轴承的寿命校核39总 结42参考文献43致 谢441 绪论1.1课题的背景、来源及意义在过去的几十年里，经济的可持续发展和中国先进的科学技术，机器人码垛机，焊接，涂装，焊接，在码垛，由涂料行业的测量，得到了越来越广泛的应用。这个机器人，但你必须从三维的自由程度，你将能够实现机器的许多拟人化的操作和功能。工业机器人是在工业应用中的机器人，它是一种典型的机电装置。工具工业机器人，将在托盘和重新编程的多功能泰国宫机器人管理等材质的一部分使用。这是采用全自动控制，推动人工智能等多学科，传感器信息，微电子，计算机和组合的最新研究机加工，是精密的机器。基于所谓堆栈码垛技术，它编码该材料堆，以达到一个单位，这是自动化技术物流一种新技术，层压板材的响应，堆叠，运输的特定图案的堆叠我们想起来，被整合装卸，储存等物流活动的单位。传输对象，它是要在一个堆栈和零件的形式，以及正常的对象中，除了对象和液体散装以节省更多的项目，要，可以节省空间。快速的物流，技术开发的快速发展，而且比堆叠技术更广泛，尤其是在恶劣的环境中，人为的或困难的局面。包装该堆栈从机器人操作，工厂环境和用户，安全性，和其他对象类型的需求的各个方面，克服这些困难，变得越来越困难的任务，码垛设备，如这一点，总是，比如我们的软件，我们努力提高的电流需求改善的灵活性。它是垂直多关节机器人饮料，特殊功能，并会在其他领域，广泛码垛机器人石油，化工，食品加工中使用。在该顺序层叠，可以配置其他参数，以满足要求的包装材料的包装盘主类型。机器人码垛技术是开发高性能的堆叠技术要求的封装技术用于自动自动化材料处理称重，要提出的改进是重要的设备之一。为了防止对弹性变形并码垛的机器人手臂的损坏，就必须有一定量的刚性和强度的。堆叠手腕高的要求，重量其准确性。为了满足您的堆叠和产品的机械设计的一部分，机器人码垛堆放要求的要求，生产线自动化。基于经济一套机械结构的与它的强度，机械，电子，软件，硬件，和整体堆垛机器人，和分析传输系统设计的组合的功能设计。1.2码垛机器人的发展进程及发展趋势80年代以来，随着码垛机器人，“七月”的状态下，中国通过“8 5”科技的协助下，经过10多年的发展，中国在机器人技术领域取得了巨大成就。机器人，机器人的开发过程中，可分为三代。第一个机器人，或NC教育播放设备，还是没有方案的可能，外部环境，以及内部和外部传感器的一代，第二代机器人没有反馈任何东西，你得到的信息你可以。有没有在人工智能应用在那里，你可以机器人 - 不仅与环境的强相互作用，网上适应性;第三代机器人，智能，能够感测与外部环境的信息传感器，可以让你了解。堆垛机器人当前使用主要有以下两个方面。恶劣和危险的工作环境条件。有害于企业的健康要做到这一点，很多人的工作，闪烁，或不会威胁到生命安全的区域，有什么不适合。例如，匹配新闻管理，采矿，锻造等。第二个是自动化生产。为了，以便机器人码垛卸载，在抓取部件等操作，重新取向，以便加载和卸载，可以使用堆叠。机器人的简单的挑选和地方操作，作业的机器人导向部分，你必须是太自由，你是为了增加它的灵活性，它需要大量的自由。工业机器人需要消除不良工作位置，降低劳动成本，提高生产效率，提高产品质量，提高制造过程的灵活性，减少废物管理，速度更快，成本减少，存货周转率和风险。工业机器人，发达国家，工业机器人的进取发展，创新发展，目前的发展是在生产$ 4。两年销售阶段是高达10十亿日元巨大的产业，工业机器人的世界这是。尽管如此，工业机器人产业，我们将继续扩大，我们将进入一个新的领域。中国的工业机器人的应用前景非常广阔。然而，相对薄弱的工业基础，廉价的劳动力，丰富，带来了工业机器人的发展有些困难。沿着中国国情，只是为了推广，推动产业机器人的开发和应用。为了降低成本，提高的重要途径，以提高机器人的动作速度准确性及模块化特征标准工业机器人的可靠性。近几年，中国将继续把重点放在模块化工业机器人的发展。这是通过使用从零件和组件装配标准化模块进行。除了各种工业机器人，伺服马达，传感器，手臂，手腕，在体内使用时，它已经被标准化。该机器人操作的复杂性，新的微观机制日益复杂的工作，以确保自由的新的移动装备的发展程度，手臂和手指的发展是经营环境的改善，以满足机器人操作关节的精确度，需要的是准确的迫切需要。1.3课题的设计内容作为这种设计，和设计的主要的内容，是机器人码垛的研究，1）机器人发展历史，了解当前形势和未来发展趋势，把握码垛机器人的基本组件的机械和结构特性。2）码垛机器人，我们可以设计的整体方案。最好的选择使用，比较设计的一部分。该程序后，请检查所有的设计细节。的材料，设计臂，应力分析的共同选择，手腕电机，轴承的设计中，一个耦合的选择包括，销连接，选择检查轴承，和选择驱动器系统的螺钉，检查的轴承;：电机，滚动耦合引导和滑动的选择。选择臀部电机，联轴器，轴承类型。2 总体方案设计2.2 码垛码垛机器人工程概述码垛码垛机器人是一个技术集成的跨学科，涉及计算机技术和自动化技术的机器，机制，机械，气动，液压技术，检测技术等领域。在科人找出有效解决组合问题综合工程被称为“系统工程”。手臂多码垛运动设计，例如，系统工程，应作为一个综合的方法来系统设计对外关系的系统，并从整个有机联系的手臂运动环境的研究，开发和应用根据系统的内部部分多接头。从复杂机械系统，包括一定的规则的功能系统结合多个子系统，它是一个不可分割的整体。如果你失去了开放的系统，可根据特定的一组。因此，在一个复杂的机械设计，概念启动机器，系统必须具有以下特征：1.机械系统完整的完整性机械系统由几个子系统具有不同的整体性能应具有的特定功能。2.作用的子系统之间的有机联系，包括有机，相互关联的。3.每个目标系统必须具有明确的目标和系统的功能，结构，功能，目标和手段，决策系统的各个子系统结合起来。4.系统对环境的适应是适应环境在某些情况下，我们必须能够适应变化的外部环境中。所以，在设计机器人时，不仅要注意码垛运动系统的部件的整个多部件设计臂应根据视工程系统的角度来看，这取决于一个单一的多码垛臂的动作的功能要求，子系统，多臂码垛，合理，产品的性能，需要在多码垛臂的动作的作业的所有组件。一般来说，最复杂的行业手臂码垛如下：在操作机器，是最大的，单臂多码垛的运动来完成的任务，式子里，包括基地，手臂，手腕，副作用机构。传输系统，式子里，包括几个传输零点电源，控制，驱动系统和伺服驱动系统。所述控制系统包括电子控制装置的操作，记忆功能（计算机或其它版本控制装置可编程），操作员接口装置（键盘，鼠标等），数据处理装置和各种传感器，放大离线传输，传感器编程接口设备通信的I / O 14内部和外部传感器和其他设备（一般或特别。特征行业臂多码垛运动是普遍的调整，灵活的臂工业多码垛运动可有效地用于柔性生产系统关键部件的发送处理单元组件或材料或其它柔性制造系统（例如，机床，锻压，焊接，装配等生产设备），辅助设备，控制系统，多码垛臂运动，各种不同形式的运动系统的组建多联技术工艺机械行业其他生产部门。生产，如建筑，开采，生产和输送臂移动多码垛是参考系统。2.3 工业码垛码垛机器人总体设计方案论述（一）确定负载设计一种码垛机器人机械臂，前端负载30KG。机器人动作范围高度1.8米 水平1.8米左右，工作效率180袋/小时。机械臂由大臂与小臂构成，大臂长1900mm，小臂长1800mm，要求选择大臂和小臂的电机功率，设计大、小臂的机械结构。为了保持机构稳定性，大臂设计程平行四连杆机构。负载的大小主要取决于由于运动的沿的作用力和夫妇的机械接口上的多码垛臂的运动的方向。式子里，下臂应该包括端部执行器的更码垛运动（重量），和工件的重量或处理对象接缝预定速度和加速度的条件下，产生的惯性力等。该项目的数据参考设计初步估算表明，这一项目可能属于一个小负荷。（二）驱动系统由于伺服电机具有良好的控制性能，检查的灵活性，允许速度，位置，环境，体积小，效率高，适用于更为苛刻的运动控制没有影响的精确控制小臂运动多企业等特点，因此，该项目采用的是伺服电机。（三）传动系统动臂多码垛运动可以紧凑，重量轻，惯性小，传动链条应考虑采取措施缩小差距，提高手臂多的移动和位置创业精密运动控制。臂传递机构机械运动多码垛通常使用齿轮，蜗杆，滚珠丝杠，皮带，链条传动，行星齿轮，传动齿轮和谐波钢等，由于传动齿轮具有效率高，准确，结构紧凑，工作可靠，寿命长等优点，与大学学习和掌握更扎实的传输，所以这个设计设得的旅行。（四）工作范围操作过程中的工业手臂动作的工作范围是多码垛的多码垛臂的运动取决于所述扇区的操作领域和确定的轨迹，用表示的工作空间。形状和有关该结构的工作空间的大小坐标运动的多码垛码垛机器人，其大小和在数量和程度每个臂的自由操纵器公共轴线的长度的变化程度和所设得的码垛轴的每个角的（五）运动速度每个铰接机械臂更坚定的臂的最大行程，按照循环时间来确定每个操作的时间的运动后，可以进一步确定每个动作的速度，单位为米/秒（）/ s的，时间每个运动分配考虑在顺序地或同时地等进行许多因素，如每个操作序列之间的周期的总时间长度。表做他们的操作时间，操作时间分配之外的运动进行比较，以考虑分配请求有关的过程，它也必须考虑惯性的行程的大小和驱动和控制，定位和精度要求。2.4 码垛机器人机械传动原理码垛码垛机器人的本体结构组成如图：图2.2码垛码垛机器人本体组成本节描述的所有以下列方式的组件和功能。基本单位：基座构件包括底座，齿轮传动件，轴承，步进马达。基本作用是支持构件，所述支承构件旋转臂，承受的工作负载的总重量和码垛机器人，所述碱必须具有足够的强度，刚度和负荷能力。此外，该碱也需要一个足够大的安装基础，以确保在工作场所码垛机器人的稳定运行。码垛机器人臂，通常会导致驱动臂运动（例如，液压，气动或一个马达）和一个驱动源（例如，燃料箱，燃料箱，齿轮齿条机构，连杆机构，螺旋机构或凸轮机构等各种运动臂组成的组件的）手臂大臂和小臂。繁荣的成员如下：动臂和齿轮件，驱动电机。在臂构件：臂，驱动轴，皮带，定时等，以手腕运动用步进固定臂的电动机驱动的一端。腕部分：包含列表壳体，传动齿轮和轴，所述机械接口。2.5 码垛机器人总体方案设计码垛码垛机器人的结构形式的机器人形结构，并调整圆柱形结构，球面坐标的结构，该多接头结构4。的结构和它们的相应特征中的每一个，如下所述3。1.直角坐标结构 运动空间直角坐标机器人，它是那么容易落实到闭环位置控制的线性运动，由于如图2-1（一），直角坐标机器人可以达到非常高的位置，实现各有三个其他存在的由垂直的直线运动精度（中号步骤）。然而，直角坐标相对于空间机器人的运动有关的机器人的结构的尺寸，这是比较小的。因此，为了实现恒定的空间运动，大于机器人比其他类型的矩形机器人结构尺寸的组织尺寸坐标。直角坐标机器人的工作区是矩形空间。直角坐标机器人主要用于组装和码垛，直角坐标机器人的业务，它具有悬臂门，三起重机类型的结构。2.圆柱坐标结构如在图2-1（B）中，空间气缸所示，调整直线运动的运动并实现两个旋转运动和机器人。这种机器人的结构相对简单，并且能够在精度一般操作的处理中使用。它的工作空间是圆柱形的空间。3.球坐标结构如图2-1（c）中，该空间的运动是球形坐标机器人组成的直线运动实现两个旋转运动的。这个简单的机器人结构，成本低，精度不高。它将在主要业务的处理中使用。他们的工作空间是球形的空间。4. 码垛型结构如在2-1（d）所示，为了实现一个空间移动码垛机器人包括三个旋转运动。多码垛机器人的运动是一个灵活，结构紧凑，占地面积小。规模相对码垛机器人本体，其相对较大的工作空间。这种码垛机器人是广泛焊接，涂装，码垛，组装，以及使其它操作被广泛用于在这种类型的机器人的，它是在工业中使用。码垛型码垛机器人结构，有水平码垛型和垂直码垛型两种。(a) 直角坐标型 (b) 圆柱坐标型 (c) 球坐标型 (d) 码垛型图2-1 四种码垛机器人坐标形式根据任务书和具体要求，我们，事实上，设得了码垛型（D）。特定的形状和特定的要求机器人数控机布局，设计要求兼顾处理工件到5KG质量能够简化结构，降低只要，由于考虑到会议系统的技术要求的前提下，以改善这种设计的可靠性和具体的成本。大机器人臂的运动范围和更高的定位精度，用一个腰部转动自由度六个自由度，以及自由设计的悬臂和臂腕音调的转动节距自由前臂，转动自由度的码垛机器人。在本文的臂结构的设计要求的尺寸，因此，需要实现一个大俯仰自由，在该臂的详细设计的旋转臂机构的自由。2.6 本章小结为了确定解决方案，才能做出最终决定，通过设得多种方案，完成设计的机器人系统，本章后面英寸如，以确定机器人的整体设计，机器人，手臂，手腕，端部的腰部，中详细做了的设计的各个部分。3 码垛机器人大臂部结构3.1 大臂部结构设计的基本要求臂部件的主要成分是码垛机器人。它的作用是支持的手，带领他们腾出运动。臂移动类型：任意点的运动的空间范围内的一个手柄部。如果你已经改变了手（方位）合资的态度，以手臂来实现的自由。因此，我们设计成一般臂的基本要求。1.手臂，能力，需要加载刚度好，重量轻它通常是在臂，不仅弯曲（在一个方向上，而不是仅仅弯曲），由反向，由需要设得的高弯曲和横截面形状的抗扭刚度。显然，基本相同的按横截面，钢铁，工程单位重量的面积槽钢的转动惯量，比圆形大得多。因此，在码垛机器人的无缝钢管，不仅提高了在许多情况下导杆，如工字钢，或所述臂的刚度，非常减少臂的重量，中空只更确切地说，被用作支撑槽钢，内置驱动器，因此，清爽使在紧凑，以及传输管道的外观，它可以被放置。2.在臂的速度高时，也有小的惯性在统一的手臂一般，运动，请求启动和力臂端，移动的减速时间开始，否则，冲击和振动，加速度和终止请求之前没有太大的影响为了减少，它已经改变了。为了减小转动惯量，必须采取以下措施。（A）成分，降低臂的重量以移动使用铝等轻质高强度材料。（B）以减少手臂运动部件的总体尺寸（C）减少转弯半径（D）驱动系统中设有缓冲装置（3）的运动的臂应该是灵活的。为了减少摩擦和滑动摩擦的运动部件之间的摩擦力尽可能臂滚动代替。（4）位置精度要高。最困难的码垛转移机器人控制的位置，精度很差，通常是高直角坐标加上设置装置，用于码垛机器人的圆筒形位精度，检测臂上这意味着位置，可以控制一个更好的位置精度。铸件尺寸 铸钢 灰铸铁 球墨铸铁 可锻铸铁 铝合金 铜合金 200200 200200500500 500500 58 1012 1520 35 410 1015 46 812 1220 35 68 - 33.5 46 - 35 68 - 在本文中，其它机器人臂的刚度，减少了电机负载的底部接头，减少了臂的重量，以确保它能够提高机器人手臂的动态响应，一方面，薄铝设计合金构件。铸造铸型砂的设计的最小厚度。最小壁厚：具有其铸造合金，分别不同的铸造合金铸造的合适的厚度，“最小厚度可以是”浇铸，取决于类型的尺寸和合金铸件，相同是否，见表4.1所示：表4.1 砂型铸造铸件最小壁厚计（mm）它简单地砂铸造厂的结构设计，一个特殊的铸造工艺，铸造结构对应于每个不同的铸件和特性应根据来设计。在本文中，通过使用铸铝外壳手臂。具体尺寸，请参阅总装图。3.2 大臂部结构设计大臂壳体采用铸铝，方形结构，质量轻，强度大。3.3 大臂电机及减速器选型假设小臂及腕部绕第二码垛轴的重量：J2=M2L42+M3L52=10.0972+40.1942=0.16kg.m2大臂速度是10r/min ，则旋转开始时的转矩用以下式表达：式子里，T - 旋转开始时转矩 N.mJ - 转动惯量 kg.m2- 角加速度rad/s2使码垛机器人大臂从到需要的用时：则： (3.4)鉴于关于重心的机器人手臂的转动惯量的摩擦转矩轴的各个部分的，开始转动10N.m起动转矩，可以假设2的安全指数，期望的输出的谐波减速器最小转矩为： (3.5)设得谐波减速器：型号：XB3-50-120 （XB3型扁平式谐波减速器）额定输出转矩：20N.m 减速比：i1=120 设谐波减速器的的传递效率为：，步进电机应输出力矩为： (3.6)设得BF反应式步进电机型号：55BF003静转矩：0.686N.m步距角：1.53.4 减速器参数的计算刚轮、柔轮的材料都是锻钢，小齿轮用45的材质，硬度250HBS。 刚轮材料为45钢（调质），硬度220HBS。1.齿数的确定柔轮齿数：刚轮齿数： 已知模数：，则柔轮分度圆直径：钢轮分度圆直径：柔轮齿圈处的厚度：重载时，为了增大柔轮的刚性， 允许将1计算值增加20%，即柔轮筒体壁厚： 为了提高柔轮的刚度，取 轮齿宽度：轮毂凸缘长度：取柔轮筒体长度：轮齿过渡圆角半径：为了减少应力集中，以提高柔轮抗疲劳能力，取2.啮合参数的计算由于采用压力角的渐开线齿廓，传动的啮合参数请看以下式子。因轮齿扭矩的因素，使轮齿间隙减小的值为： （扭转弹性模数G=80GPa）式子里，： W0m=0.89810-5Zr2Cnmaxm为了消除在的情况下进入啮合的齿顶干涉，则必须使最大侧隙大于由于齿轮扭转减小的侧隙后，还应保证存在有侧隙值。 式子里，： 径向变形系数：则： 径向变形系数：柔轮的变位系数： 刚轮的变位系数： 验算相对啮入深度： 如果计算找出的，继续计算，设得2。如果出现，为了传递动力，应适当增加值重新计算，使。柔轮齿根圆直径： 式子里，齿顶高系数;径向间隙系数柔轮齿顶圆直径： 式子里，（找到相应表格设出）相对啮入深度和轮齿过渡曲线深度系数之和应符合两个不等式验算公式。即：刚轮齿顶圆直径： 刚轮齿根圆直径： 设出插齿刀齿数，插齿刀变位系数，插齿刀原始齿形压力角，则刚轮和插齿刀的制造啮合角：找到渐开线函数表和三角函数的表格设出那么刚轮和插齿刀的制造中心距：插齿刀的齿顶圆直径：刚轮齿根圆直径：验算刚轮齿根圆和柔轮齿顶圆的径向间隙：即：可见沿波发生器长轴,在刚轮齿根圆与柔轮齿顶圆之间存在径向间隙。 3.凸轮波发生器及其薄壁轴承的计算滚珠直径： 柔轮齿圈处的内径：那么：轴承外环厚度：由于工艺上的要求，可将外环做成无滚道的轴承内环厚度： 内环滚道深度：式子里的是考虑到外环无滚道而内环滚道加深量。 轴承内外环宽度：所用为滚珠轴承，近似等于齿宽 轴承外环外径： 轴承内环内径：为了便于制造，采用双偏心凸轮波发生器。则凸轮圆弧半径：式子里，是偏心距：（-刚轮分度圆直径，-柔轮分度圆直径）则凸轮圆弧半径： 凸轮长半轴：凸轮短半轴：3.5承载能力的计算3.5.1 柔轮齿面的接触强度的计算按照在非常靠近柔轮直线的谐波传动齿轮比特性和刚性轮比的齿数多的齿。因此，通过工作表面的齿侧的最大接触应力，主要的负载能力的实际谐波驱动的限制软。因此，谐波传动齿轮齿的软边，应符合下列条件的接触强度。接触力计算公式： -输出转矩-柔轮节圆半径-柔轮轮齿宽-刚轮压力角-接触系数（0.40.9）对于一般双波传动，轮齿宽许用接触应力: 则： 所以满足齿面的接触强度要求。3.5.2 柔轮疲劳强度的计算柔轮材料采用 ,调制硬度229269。计算柔轮在反复弹性变形状态下工作时所产生的交变应力幅和平均应力为:截面处正应力：切应力：由扭矩产生的剪切应力：式子里： 则：验算安全系数：疲劳极限应力：应力安全系数：式子里，抗拉屈服极限： 剪切应力集中系数：达到疲劳强度要求。轴的计算校核画轴的受力分析图，轴的受力图请见下图：已知：作用在刚轮上的圆周力径向力法相力1) 算出垂直面的支撑反力：2) 水平面的支撑反力： 3） F在支撑点产生的反力： 外力F作用方向与传动的布置有关，在具体位置尚未确定前，可按最不利的情况考虑，见（7）的计算4） 绘垂直面的弯矩图： 5) 绘水平面的弯矩图： 6) F产生的弯矩图： a-a截面F力产生的弯矩为： 7) 算出合成弯矩图： 按最坏的状态，把与直接相加MA=+MAF= +41.1=70.1 N.mMA=+MAF= +41.1=62.57 N.m8) 算出轴传递的转矩： N.mm9) 算出危险截面的当量转矩 请见下图，a-a截面最危险，其当量转矩为：如认为轴的扭切应力是脉动循环应变力，设折合系数a=0.6，带入式子得出：10） 算出危险截面处轴的直径轴是45钢材，调质处理，从表格14-1找到并设出B=650Mp,从表格 14-3找到并设出-1b=60Mpa,则：考虑到键槽对轴的消弱，将d值加大5%，由此得出：d=22.8*1.05=24mm32mm满足条件因a-a处剖面左侧弯矩大，同时作用有转矩，且有键槽，故a-a左侧为危险截面。它的弯曲截面系数是：抗扭截面系数为：弯曲应力为：扭切应力为：按弯扭合成强度进行校核计算，对于单向转动的转轴，转矩按脉动循环处理，故取折合系数a=0.6则当量应力为：，从表格找到并设出45钢，调质处理，抗拉强度极限=640Mpa，则从表格找到并设出轴的许用弯曲应力-1b=60Mpa,-1b,强度满足要求。4 小臂结构设计4.1 手指的相关设计与计算除了当满足抓取要求的设计的手中，不仅满足下列要求。1.，从而使手指抓握的大小适合确定握指（即夹紧力），它要么必须做缓慢的工作，以确保它不会脱落，但生产操作或发送工作过程中，应考虑和振动的重量和惯性力，握太浪费，可能会伤害到工作。2.，它必须确保它是可能的，或者离开工作进入一个手指来平滑伸缩手指容易抓地力，以确保有足够的夹紧间隔为工件的释放，其必须足够大以容纳直径大的开口角的范围。机动颚足够大范围的移动。（3）具有其自身的重量和足够的强度和刚性的光当由等于惯性力在工件运动，振动，被夹持在的反应的影响，但有足够的强度和刚度抵抗弯曲或断裂，需要机器人，结构简单紧凑，它必须是重量轻，并且手腕的扭转力矩，以便最小化，并且集中在旋转手腕轴。（4），该操作是快速，灵活，精确，它也有必要容易地交换普遍码垛机器人这可以根据手，手吸附或把持类应用的手的专用工具（喷枪，扳手，焊接工具）的种类进行划分。您正在使用的夹式设计，这样的分析和比较后的手中。手，从而形成结构类型的多样性，机器人直接抓取把手（或吸附）对象或特殊工具，部件应基于任务的工作的要求来设计，结构，手的大小它是执行把持作业的任务。手可以模仿动作已被安装在臂的前端。握持手型工件的夹手抓取形状具有很大的适应性，它已被广泛使用。这将随着钢丝钳或类似设备移动。二，结构剪辑手柄汽车，传输和手指（或脚），它意味着它是其它组分。最活塞筒驱动单元。公共传输链路机构，滑动机构，齿条和小齿轮机构或类似物可以被提及。两个手指共同手指，并且有许多其它形式的装置。手指的手指，工件和直接接触，形状结构的一部分，或者根据工件的形状被夹紧。通过模仿手指时，旋转运动的手的人力资源结构，可分为便携形式。分析，并在此设计选定的移动齿条 - 小齿轮手的比较。4.2 手爪结构设计与校核手爪类别分为：1.连杆杠杆式手爪夹紧夹具（放松）为该夹持器，连接杆的运动，杠杆发力由活塞推力放大，夹持器产生杠杆，以便能够产生大的夹紧力。在一般情况下，它与弹簧结合使用。2.楔块杠杆式手爪它是在为了实现爬行工作，以实现疏松夹持器，请使用楔和杠杆开启。3.齿轮齿条式手爪活塞架，这种夹持器，以产生一个夹持器夹紧和松开的行为由齿条驱动齿轮的旋转驱动。4.滑槽式手爪当活塞向前移动时，推夹持器销，当活塞已经移动向后夹持器释放，夹紧力和钳位操作的结果，并通过合并滑动。大为了应付这种夹持器开口和不同尺寸的关闭行程的对象的抓取。5.杠杆平行气爪轨比是在夹持导轨摩擦小得多平行移动，因此，不需要能够保证在两个手指夹持器平行移动的平行四边形机构。与特定的工作条件相结合，可使用夹持器的连杆的类型。活塞往复，活塞杆端的齿条，以驱动手指以打开或关闭的中间机架和机架风扇。它被设置为通过手指工件的最小孔径。设计成根据与绳索绑使用50毫米设计的最大重量的直径。A.适当的夹紧力手在工作场所，不会对工件加工表面的损伤，以保证小的变形的一个稳定可靠的抓地力，必须具有适当的夹紧力。对于工件的夹紧力刚性差的大小应该被认为是一种安全自锁装置应设计成可调笨重的工件。B.有足够的空间用于打开和关闭操作上，手指张开，闭合位置打开和关闭被称为范围内的最大变化量。手指握住手，你将有开闭装置。可用的快门角度和表示的长度的指握结束。开口和旋转手手指闭范围，在要求的相关的一些因素的手指的开闭范围C.它是一种结构简单，重量轻，请在小运动以引导整个液压码垛机器人，重把持，影响定位精度，速度和其它性能，结构的结构，不同的重量和体积时。由于在手腕的前沿手，在设计的手工作，它是一种结构简单，重量轻，必须是一个小的尺寸。D.手指必须有一定的强度和刚度从而馈送两个的手指的最常用盒之外使用，单作用液压缸中，当释放时，根据工件的形状，液压操纵夹具，其常闭弹簧夹具夹紧爪的方法。这样的结构是很容易简单的制造。汽缸油的右腔室时，油被释放到工件中，当停止液压缸右腔室。4.3 结构分析码垛机器人是最重要的执行，并用于容纳所述工件的部分。其原理可分为两类的保持吸附类型，普通手柄，这个主题采用了夹持手。它抽搐，手牵手，你可以把Puropufukku和春季。抽搐选题是，它是工业机器人手的最常见形式。手旋转致动器可分为平动式及面包的类型。对象背部过渡的特征在于，所述夹持器夹紧，释放手指旋转运动时。改变捕获的直径的物体，以保持不变的对象的中心位置，如果有必要调整把持位置。翻译类型平行四指传动机构，夹持器夹持的功能，用于翻译，被释放的对象，相同的手指的手势。和，旋转夹紧器作为保持中心向对象的大小被夹紧直径的变化。翻译类型是独立的在特性的变化和时间的工件直径工件保持夹具，以释放手指的平移运动，它会继续保持在固定的中心。为了便于麻烦固定中心的保持，如图4-1，使用翻译类型，翻译槽是通过保持手指引导。图4-1 手部装配图4.4计算分析根据工件体重增加率由于夹紧力的计算的情况下线性和机器人臂以基于状态的停止的旋转运动的组合包括这样的速度和加速度。工作的加速度按体重而变化，并且。在驱动力的中心线的长度方向机器人手部是P，让我们应用于P使用压力=气缸有效横截面面积。 （沿着手指的移动方向）作用在指尖夹紧力Q.你的手指，摩擦Q，让我们的工作重量G =毫克黛咪。拾取单个手指工件被计算，有必要强制问答图2-2，创建不对应于式必须建立一个工作，显示了工件的垂直加速度上升.得代入数据，得设出活塞杆直径d=0.5D,设得油缸工作压力P=0.81MPa, 根据表4.1（JB826-66），设出液压缸内径为：D=63mm则活塞杆内径为:D=630.5=31.5mm，设出d=32mm为了保证手抓张开角为，活塞杆运动长度为34mm。手抓夹持范围，手指长100mm,当手抓没有张开角的时候，如图3.2（a）所示，根据机构设计，它的最小夹持半径，当张开时，如图3.2（b）所示，最大夹持半径计算如下： 码垛机器人的夹持半径从20-30mm。4.5 腕部设计手腕和手，并支持机械臂连接，改变手的态度。手腕的设计要求如下。结构紧凑，重量轻，动作灵活，平稳，定位精度高，材料强度，高刚度，手臂和码垛的手结构合理，传感器和执行器和设备的合理布局安装。4.5.1 手腕偏转驱动计算腕偏转来实现偏压的变化，通过步进电动机的驱动器，它设置在后臂的下方，并随后通过一个锥齿轮传动接合两个链条驱动滑轮。从步进电动机驱动的手腕力，需要的扭矩偏转计算的第一腕部，并计算马达的输出转矩，它计算与步进电机式的驱动器和链传动伞齿轮的设计参数相关联的尺寸然后，它被确定。1.步进电动机设置腕偏转，摩擦力矩，以克服的工作负载电阻扭矩和手腕的启动的转动惯量。根据转矩的计算公式15： （3.1） （3.2） （3.3） （3.4） （3.5） （3.6） （3.7） （3.8）式子里， -手腕偏转所需力矩（Nm）；-摩擦阻力矩（Nm）；-负载阻力矩（Nm）；-手腕偏转启动时惯性阻力矩（Nm）；-工件负载对手腕回转轴线的转动惯量（kgm2）；-手腕部分对回转轴线的转动惯量（kgm2）；-手腕偏转角速度（rad/s）；-手腕质量（kg）；-负载质量（kg）；-启动时间（s）；-手腕部分材料密度（kg/m3）；-手腕部分外径和内径（m）；-手腕的长度（m）；-手腕偏转末端的线速度（m/s）。前面已提到：kg，m/s，m，m，m，s，手腕部分采用的材料假定为铸钢，密度kg/m3。把数值代到式子算出： kg r/s kgm2 kgm2 Nm Nm Nm因为腕部传动是通过两级带轮和一级锥齿轮实现的，所以找到对应书本15得：弹性联轴器传动效率：；滚子链传动效率：；滚动轴承传动效率：（一对）；锥齿轮传动效率：；计算得传动的装置的总效率：。电机在工作中实际要求转矩： Nm （3.9）根据计算得出的手腕偏转所需力矩，结合90系列的五相混合型步进电机的技术数据和矩频特性曲线，如图3.3和图3.4所示,设得90BYG5200B-SAKRML-0301型号的步进电机。图3.3 90BYG步进电机技术数据图3.4 90BYG5200B-SAKRML-0301型步进电机矩频特性曲线2.设计链传动（a） 计算、分配传动比对照电机的数据，所选步进电机工作转矩:4.5 Nm，对应的转速：r/min。由于腕部偏转的角速度r/s，已经算出，所以腕部末端偏转转速r/min，由此推出总的传动比。手腕的偏转是由极确定和驱动滑轮的链条驱动的伞齿轮必须是总比率分配。鉴于滑轮臂的内部空间的大小和结构，设小臂链传动比，大臂链传动比，锥齿轮传动比，。（b） 算出小臂链传动功率 kW （3.10） （c）设得带轮的齿数为使小臂中的两个带轮结构更加紧凑，设得小带轮齿数，大带轮齿数，、取奇数，链节数为偶数，可使链条和带轮轮齿磨损均匀。（d）设得链条类型从相关书本15进行链传动计算： kW （3.11） kW （3.12） mm ， （3.13） mm， （3.14） mm （3.15） mm （3.16） mm （3.17） mm （3.18） m/s （3.19） N （3.20） N （3.21）式子里，-工况系数； -主动带轮齿数系数； -单排链系数 ；-中心距计算系数；-设计功率（kW）； -特定条件下单排链条传递功率（kW）； -节距（mm）； -初定中心距（mm）； -链条节数； -链条长度（mm）； -计算中心距（mm）； -实际中心距（mm）； -链条速度（m/s）； -有效圆周力（N）； -作用在轴上的力（水平或倾斜传动）（N）。 经过上述计算，设得链号10B，节距mm的链条。（e）算出带轮主要尺寸根据所选滚子链的型号规格确定一对带轮基本参数： ，mm，mm，mm。带轮主要尺寸： （3.22） （3.23） （3.24） （3.25） （3.26）式子里，-分度圆直径； -齿顶圆直径； -齿根圆直径； -分度圆弦齿高； -齿侧凸缘直径。 把数值代到式子算出：mm mm mm mm mm mm mm mm mm（3）设计锥齿轮传动机器人根据工作要求大多数驱动器直齿锥齿轮的标准设计的腕底取小齿轮齿考虑原来的圈子可以锥形的键槽距离e1.6米的底部画，会这么小锥形轴的设计1圆锥齿轮单一的设计，材料的选择45号钢。选择硬化齿轮，由于齿轮的齿面的封闭和磨损，使该病症，齿轮的设计的种类的主要形式，弯曲疲劳强度设计计算时弯曲，这是一种疲劳断裂在，驱动器，宜设出较小的齿数，可取172015。（a）估算齿轮主要参数及尺寸齿数,：齿数比，所以设得,则。齿宽系数：，取。齿宽不能选太大，否则会引起小端齿顶过薄，齿根圆角半径过小，应力集中过大。从相关书本16，基于齿面接触的疲劳强度小齿轮大端分度圆直径和大端模数： （3.27） 式子里， -齿轮传递的扭矩； -工况系数；-动载系数； -齿宽系数； -试验齿轮的接触疲劳极限应力；从相关书本16找出，,MPa。由于 Nm，,。将数据代入，找出小齿轮大端分度圆直径mm。大端模数，设出。圆锥齿轮主要计算16： （3.28） （3.29） （3.30） （3.31） （3.32） （3.33） （3.34） 式子里，-大端分度圆直径； 、-节锥角； -锥距； -中点分度圆直径； -当量齿数； -平均模数。 齿宽，取mm。把数值代到式子算出：mm mm mm mm mm 根据大、小臂两级带轮的减速，锥齿轮传动中主动轮转速r/min。中点分度圆上的圆周力N。（b）基于齿面接触疲劳强度来验证计算接触用单位齿宽上的载荷 MPa （3.35） 查16手册，-齿向载荷分布系数，=1.2。计算接触疲劳应力 MPa （3.36） 计算齿轮的接触疲劳极限应力 （3.37）式子里， -寿命系数；-润滑剂系数；-齿面光洁度系数；-速度系数；-工作硬化系数；-尺寸系数。从相关书本16找出，。所以，MPa。计算接触安全系数，安全系数较高。所以，接触疲劳强度满足，参数合理。（c）基于齿根弯曲疲劳强度来验证计算弯曲用单位齿宽上的载荷MPa变位系数取，则。应力集中校正系数由及可找到相应表格，设出，由及可找到相应表格，设出。齿形系数由，据及可找到相应表格，设出，由及可找到相应表格，设出，而，所以：，。弯曲计算应力按式子： （3.38） （3.39） 把数值代到式子算出：MPa MPa设得安全系数值是找到相应书本，设得弯曲疲劳寿命系数，。找到相应书本，设得弯曲疲劳极限为MPa，MPa。许用应力： （3.40） （3.41）把数值代到式子算出：MPa MPa因此、，弯曲疲劳强度满足，参数合理17。4.5.2 手腕俯仰驱动计算通过将在驱动时，步进电机的相反侧悬臂的底部，手腕节距后两个滑轮链传动来实现。然后将相同的驱动方法和偏转计算手腕，以确定第一和链传动传输参数和步进电机选择顺序的相关尺寸。经过设计计算，手腕俯仰驱动设得与手腕偏转驱动相同的步进电机型号90BYG5200B-SAKRML-0301。链传动参数与相关尺寸计算结果如下：带轮参数：，mm，mm，mm。带轮尺寸：mm mm mm mm mm mm mm mm mm4.5.3 电动机的设得设两臂及手腕绕各自重心轴的转动惯量分别为JG1、JG2、JG3，根据平行轴定理可得绕第一码垛轴的转动惯量为: （3-1） 、分别为10kg(包括负载2kg)、5kg、12kg。、分别为重心到第一码垛轴的距离，数值分别是185mm、800mm、1500mm，在式（3-1）中、故、可忽略不计。所以绕第一码垛轴的转动惯量为： （3-2） = =同理可得小臂及腕部绕第二码垛轴的转动惯量: = =式子里，-小臂重心距第二码垛轴的水平距离 。- 腕部重心距第二码垛轴的水平距离 。则旋转开始时的转矩用以下式表达： （3-3）式子里，-旋转开始的转矩 -角加速度 使机器人主轴从到/s所需时间为:则： 若考虑绕机器人手臂的各部分重心轴的转动惯量及摩擦力矩，则旋转开始时的启动转矩可假定为 电动机的功率可按下式估算 （3-4）式子里， -电动机功率 ； -负载力矩 ； -负载转速 ； -传动装置的效率，初步估算取0.9； 系数1.52.5为经验数据，取1.5估算后就可设出电机，使其额定功率满足下式 （3-5）设得QZD-08串励直流电动机表3-1 QZD-08串励直流电动机技术数据功率（W）额定电压（V）额定电流（A）额定转速（r/min）滤磁方式绝缘等级工作制（min）8002446.21750串励B604.6 小臂部结构设计小臂壳体采用铸铝，方形结构，质量轻，强度大。4.7 小臂电机及减速器选型如果轴承是光滑的，这两个自由度多码垛型机器人臂，静转矩小面旋转需要相对小的转动。扭矩臂，因为直线的惯性最大力矩拉伸，这样你就可以在旋转的开始产生步进电机的缺陷。 ，如图3-1所示提供武器和手腕各惯性中心轴的转动惯量分别为JG1、JG2、JG3，根据平行轴定理可得绕第一码垛轴的转动惯量为：J1=JG1+M1L12+JG2+M2L22+JG3+M3L32 （3.1）式子里，：M1，M2，M3分别为负载2Kg，手臂1Kg，腕部4Kg；L1，L2，L3分别其长度。JG1M1L12、JG2M2L22、JG3M3L32，忽略不计，以绕第一码垛轴的转动惯量为：J1= M1L12+M2L22+M3L32 (3.2)=40.1432+10.4452+40.5422=1.46kg.m2同理可得小臂及腕部绕第二码垛轴的转动惯量：M2=2Kg，L4=97mm；M3=4Kg，L5=194mm。J2=M2L42+M3L52 (3.3)=10.0972+40.1942=0.16kg.m2设小臂转速，角速度从0加到所需加速时间，则同步带应输出转矩为： (3.7)鉴于围绕旋转惯性摩擦转矩轴的机器人手臂的重心的各个部分的，扭矩可以假定在起动时，开始旋转10N.m，系数的值过于牢固地配置2你是，输出所需的谐波减速器最小扭矩： (3.5)设得谐波减速器：型号：XB3-50-100额定输出转矩：20N.m 减速比：i1=100 设谐波减速器的的传递效率为：，步进电机应输出力矩为： (3.6)设得BF反应式步进电机型号：55BF003静转矩：0.686N.m步距角：1.54.7.1.传动结构形式的设得波减速器是电气传动减速。需要驱动大结构简单高效率好普及高中的支撑力。因此，设计的结构是固定的波发生器活性，柔性车轮被选择，以形成一个更适合的驱动刚轮。为了便于使用标准工具进行加工柔轮的刚性轮，齿廓渐开线专案压力角。 4.7.2.几何参数的计算齿数的确定柔轮齿数：刚轮齿数： 已知模数：，则柔轮分度圆直径：钢轮分度圆直径：柔轮齿圈处的厚度：重载时，为了增大柔轮的刚性， 允许将1计算值增加20%，即柔轮筒体壁厚： 为了提高柔轮的刚度，取 轮齿宽度：轮毂凸缘长度：取柔轮筒体长度：轮齿过渡圆角半径：为了减少应力集中，以提高柔轮抗疲劳能力，取由于采用压力角的渐开线齿廓，传动的啮合参数可按考虑到构件柔度的计算公式，即按如下公式进行计算。4.8 凸轮波发生器及其薄壁轴承的计算滚珠直径： 柔轮齿圈处的内径：则：轴承外环厚度：由于工艺上的要求，可将外环做成无滚道的轴承内环厚度： 内环滚道深度：式中的是考虑到外环无滚道而内环滚道加深量。 轴承内外环宽度：所用为滚珠轴承，近似等于齿宽 轴承外环外径： 轴承内环内径：为了便于制造，采用双偏心凸轮波发生器。则凸轮圆弧半径：式子里，是偏心距：（-刚轮分度圆直径，-柔轮分度圆直径）则凸轮圆弧半径： 凸轮长半轴：凸轮短半轴：4.8.1柔轮齿面的接触强度的计算按照在非常靠近柔轮直线的谐波传动齿轮比特性和刚性轮比的齿数多的齿。因此，通过工作表面的齿侧的最大接触应力，主要的负载能力的实际谐波驱动的限制软。因此，谐波传动齿轮齿的软边，应符合下列条件的接触强度。接触力计算公式： -输出转矩-柔轮节圆半径-柔轮轮齿宽-刚轮压力角-接触系数（0.40.9）对于一般双波传动，轮齿宽许用接触应力 则： 所以满足齿面的接触强度要求。4.8.2柔轮疲劳强度的计算一个交变载荷，重复滑动接触和柔轮与摩擦牙齿表面接收：您其特征在于该谐波齿轮驱动齿的工作。为了能够在一个灵活的车轮操作周期的弹性变形下，除了穿满足，另外，它必须是灵活的，以计算出车轮的疲劳强度。柔轮材质是 调制硬度
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