多關(guān)節(jié)SCARA四軸機(jī)器人底座設(shè)計(jì)

1、課程名稱(chēng)：機(jī)械綜合應(yīng)用設(shè)計(jì)年 月曰課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)專(zhuān)業(yè)姓名學(xué)號(hào)開(kāi)題日期：年月日完成日期： 年月日題 目多關(guān)節(jié)SCARA四軸機(jī)器人底座部分設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)的目的通過(guò)本次設(shè)計(jì)了解并熟悉設(shè)計(jì)原理、設(shè)計(jì)步驟；熟悉并掌握多關(guān)節(jié) SCARA四軸機(jī)器人底座部分驅(qū)動(dòng)部分、傳動(dòng)部分的元器件; 熟悉并掌握多關(guān)節(jié) SCARA四軸機(jī)器人底座部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和建模并進(jìn)行校核。二、設(shè)計(jì)的內(nèi)容及要求設(shè)計(jì)多關(guān)節(jié) SCARA四軸機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)方案和傳動(dòng)方案；通過(guò)計(jì)算選岀相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)和傳動(dòng)裝置；實(shí)現(xiàn)多關(guān)節(jié) SCARA四軸機(jī)器人底座部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，給定具體尺寸并實(shí)現(xiàn)建模, 最后給岀整體裝配和底座部分工程圖；選擇關(guān)鍵零件部位進(jìn)行強(qiáng)度校核并說(shuō)明

2、尺寸參數(shù)。三、指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)四、成 績(jī)指導(dǎo)教師（簽章）年 月 日摘要平面關(guān)節(jié)型機(jī)器人，即SCARA （Selectively Complianee Assembly Robot Arm ，選擇性裝配關(guān)節(jié)機(jī)器臂）型，是一種由四個(gè)自由度（三個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度，一個(gè)移動(dòng)自由度）組成的平面關(guān)節(jié)型機(jī)器人。它的前兩個(gè)關(guān)節(jié)可以在水平面上左右自由旋轉(zhuǎn)。第三個(gè)關(guān)節(jié)由一個(gè)金屬桿和夾持器組成，該金屬桿可 以在垂直平面內(nèi)向上和向下移動(dòng)或圍繞其垂直軸旋轉(zhuǎn)，但不能傾斜。這種獨(dú)特的設(shè)計(jì)使四軸機(jī)器人具 有很強(qiáng)的剛性，可控制機(jī)器人實(shí)現(xiàn)高速點(diǎn)位運(yùn)動(dòng)，空間直線插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)，空間圓弧插補(bǔ)等功能，從而使 它們能夠勝任高速和高重復(fù)性的工作。它的主要

3、作用是可以完成精密儀器和物體的搬運(yùn)和移動(dòng)。由于 體積小，傳動(dòng)原理簡(jiǎn)單，SCARA機(jī)器人被廣泛運(yùn)用于電子電氣業(yè)、家用電器業(yè)、精密機(jī)械業(yè)等領(lǐng)域。本論文著重研究 SCARA機(jī)器人底座部分的設(shè)計(jì)、關(guān)節(jié)1的設(shè)計(jì)，即底座部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、大臂和底座的連接設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)過(guò)程中，先確定設(shè)計(jì)方案，對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)和傳動(dòng)裝置進(jìn)行計(jì)算并選擇。然后對(duì)大臂與 底座的連接部分進(jìn)行選擇和強(qiáng)度校核。其次，利用SOLIDWORKS對(duì)底座部分進(jìn)行建模，包括臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)和減速器的建模、大臂和底座連接方式的建模和底座部分的外殼建模。最后，利用軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)材 料的選擇和強(qiáng)度校核。同時(shí)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也要考慮與大臂設(shè)計(jì)部分相配合，其中包括尺寸、接口參數(shù)和

4、形狀。關(guān)鍵詞：SCARA機(jī)器人；底座部分；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；大臂和底座的連接；強(qiáng)度校核AbstractSCARA robot, namely SCARA (Selectively Compliance Assembly Robot Arm, selective assembly joint robot arm), is a kind of four degrees of freedom (three rotational degrees of freedom, a freedom of movement) SCARA robot.The first two joints can rotate free

5、ly on the horizontal plane. The third joint consists of a metal rod and holder, which can move up and down in a vertical plane or rotate around its vertical axis, but it can t tilt.This unique design makes the four axis robot has strong rigidity, can control the robot to realize high speed point-to-

6、point movement, space linear interpolation, circular interpolation function space, so that they can be qualified for high speed and high repetitive work. Its main function is to complete the movement and movement of precision instruments and objects. Because of its small size and simple driving prin

7、ciple, SCARA robot has been widely used in electronic and electrical industry, household appliance industry, precision machinery industry and other fields.This thesis focuses on the design of the base of the SCARA robot and the design of the joint 1, that is, the structural design of the base part a

8、nd the connection design of the big arm and the base. In the design process, the design scheme is determined first, and the drive motor and transmission device are calculated and selected. Then, the connecting part of the large arm and the base is selected and checked for strength. Secondly, the SOL

9、IDWORKS is used to model the base part, including the modeling of the arm drive motor and reducer, the modeling of the connection mode of the large arm and the base and the shell modeling of the base part. Finally, the software is used to select the structure material and strength check. At the same

10、 time, the structural design should also be considered in conjunction with the large arm design, which includes dimensions, interface parameters, and shapes.Keyword : SCARA robot; Base part; Structural design; The connection of the large arm and the base;Strength checking 目錄 第 1 章 緒論 錯(cuò)誤 ! 未定義書(shū)簽。SCAR

11、A工業(yè)機(jī)器人概述錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽設(shè)計(jì)的目的與意義錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。設(shè)計(jì)任務(wù)錯(cuò)誤 ! 未定義書(shū)簽。設(shè)計(jì)思路錯(cuò)誤 ! 未定義書(shū)簽。第 2 章 底座的設(shè)計(jì)方案錯(cuò)誤 ! 未定義書(shū)簽底座部分的設(shè)計(jì)方法錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽設(shè)計(jì)方案的選擇 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽?？傮w傳動(dòng)方案的比較 驅(qū)動(dòng)電機(jī)類(lèi)型的比較 減速器類(lèi)型的比較 機(jī)械傳動(dòng)方案的確定 第 3 章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。錯(cuò)誤 ! 未定義書(shū)簽大臂關(guān)鍵零部件的計(jì)算錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽驅(qū)動(dòng)電機(jī)的計(jì)算和選擇錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽諧波減速器的計(jì)算和選擇錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽底座外殼的設(shè)計(jì) 錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。

12、底座的元器件安裝結(jié)構(gòu)錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽第4章 強(qiáng)度校核 錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。底座大臂連接強(qiáng)度校核錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽底座外殼應(yīng)變 錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。第5章 裝配關(guān)系 錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。底座元器件 錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。底座具體連接錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。底板的連接錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。諧波減速器的固定錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽減速器與電機(jī)的連接錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽后蓋的連接錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽 其他部件錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。第6章結(jié)論錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽 總結(jié)錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。展望錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。參考文獻(xiàn)錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。依靠一個(gè)移動(dòng)關(guān)節(jié)和一個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)在Z方向上做伸縮和 R方向上做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。這種結(jié)構(gòu)特性使得scara機(jī)器人擅長(zhǎng)從一點(diǎn)抓取物

13、體，然后快速的安放到另一點(diǎn)，因此SCARA機(jī)器人在自動(dòng)裝配生產(chǎn)線上得到了廣泛的應(yīng)用。它有以下特點(diǎn)：（1）適應(yīng)工業(yè)場(chǎng)合，能夠穩(wěn)定的長(zhǎng)時(shí)間無(wú)故障運(yùn)行；（2）能夠大批量生產(chǎn)；（3） 價(jià)格上適應(yīng)我國(guó)國(guó)情，滿足企業(yè)成本核算需求；_（4）適用于簡(jiǎn)單、重復(fù)的小載荷搬運(yùn)工位，效率高，節(jié)省成本。 它的系統(tǒng)特點(diǎn)如下：（1）采用眾為興高性能控制器，可控制機(jī)器人實(shí)現(xiàn)高速點(diǎn)位運(yùn)動(dòng)，空間直線插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)，空間圓弧插補(bǔ)等功能；系統(tǒng)擴(kuò)展性強(qiáng)，參數(shù)配置簡(jiǎn)單，易于維護(hù)；（2）基于高性能處理芯片的機(jī)器人功能部件保證了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制與調(diào)度，實(shí)現(xiàn)多伺服功能部件的 聯(lián)動(dòng)與插補(bǔ)；（3）系統(tǒng)界面簡(jiǎn)潔大方，提供豐富的顯示及監(jiān)控信息；（4 ）機(jī)器人

14、語(yǔ)言指令系統(tǒng)簡(jiǎn)單易學(xué)，能滿足絕大部分工業(yè)需求。設(shè)計(jì)的目的與意義工業(yè)機(jī)器人根據(jù)機(jī)械結(jié)構(gòu)和坐標(biāo)系特點(diǎn)可分為直角坐標(biāo)型、圓柱坐標(biāo)型、球坐標(biāo)型和關(guān)節(jié)坐標(biāo)型的機(jī)器人。關(guān)節(jié)坐標(biāo)型機(jī)器人的結(jié)構(gòu)類(lèi)似于人手臂，其位置和姿態(tài)完全由 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)，而平面關(guān)節(jié)型機(jī)器人，即SCARA機(jī)器人可看作關(guān)節(jié)坐標(biāo)型機(jī)器人的特例。機(jī)器人如圖、圖所示具有四個(gè)關(guān)節(jié)，三個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)軸線相互平行，實(shí)現(xiàn)平面內(nèi)定位和定向，此外，附 加一個(gè)滑動(dòng)關(guān)節(jié)，實(shí)現(xiàn)末端件垂直運(yùn)動(dòng)。它最顯著的特點(diǎn)是在水平方向上的運(yùn)動(dòng)具有較大的柔性，而垂直方向具有很強(qiáng)的剛性，這種選擇性的柔性，被廣泛用于高效率的裝配、焊接、密封和搬運(yùn)等領(lǐng)域。 同時(shí)，它還具有動(dòng)作快、重復(fù)精度高、部

15、件少、多種安裝方式、基本免維修等優(yōu)點(diǎn)。JL2U11 IEud EJYdikHJMir 4Abaseffjf.圖 SCARS機(jī)器人圖SCARA機(jī)器人簡(jiǎn)圖目前，應(yīng)用于裝配作業(yè)的還有六軸機(jī)器人，雖然它可能更加迅速和低廉，但在動(dòng)作相對(duì)簡(jiǎn)單，而又需 要有高產(chǎn)量的環(huán)境中，四軸機(jī)器人具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，因?yàn)槠溥\(yùn)動(dòng)軌跡為圓柱型，相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡成球型的 六軸機(jī)器人而言，它更加適應(yīng)那些需要往返運(yùn)動(dòng)的工作環(huán)境。并且，新一代的機(jī)器人，不僅整合了智 能技術(shù)，更換了流線型部件，而且它能夠移動(dòng)的有效載荷更大，電纜更簡(jiǎn)介，空間更節(jié)省，比如即公 司的機(jī)器人和最新公布的型重型機(jī)器人。設(shè)計(jì)任務(wù)如圖表是本次設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)要求及設(shè)計(jì)參考參數(shù)表SC

16、ARAB軸機(jī)器人設(shè)計(jì)參考參數(shù)規(guī)格參數(shù)X軸臂長(zhǎng)/回轉(zhuǎn)范圍350mm、土 115o軸規(guī)格-Y軸臂長(zhǎng)/回轉(zhuǎn)范圍350mm、土 115oZ軸有效行程300mmR軸回轉(zhuǎn)范圍 360oX、Y軸合成s速度Z速度1m/sR速度360 /sX400w由機(jī)規(guī)格-Y200w電/|機(jī)規(guī)/I格Z200w（帶剎車(chē)R100wX重復(fù)定位精度-Y重復(fù)定位精度ZR最大負(fù)載j5KG本體重量26KG本次設(shè)計(jì)要求完成底座部分的設(shè)計(jì)，具體任務(wù)包括：（1）收集相關(guān)資料，確定設(shè)計(jì)思路；（2）通過(guò)分析SCARA機(jī)器人的結(jié)構(gòu)，確定設(shè)計(jì)方案；（3）對(duì)底座部分進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；（4）對(duì)大臂與底座連接部分等進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算；（5）采用有限元分析軟件對(duì)主要受力

17、構(gòu)件進(jìn)行強(qiáng)度校核；（6）繪制底座部分工程圖；（7）完成設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的書(shū)寫(xiě)。設(shè)計(jì)思路設(shè)計(jì)過(guò)程中，先確定設(shè)計(jì)方案，對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)和傳動(dòng)裝置進(jìn)行計(jì)算并選擇。然后對(duì)大臂與底座的連接部分進(jìn)行選擇和強(qiáng)度校核。其次，利用SOLIDWORKS對(duì)底座部分進(jìn)行建模，包括臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)和減速器的建模、大臂和底座連接方式的建模和底座部分的外殼建模。最后，利用軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)材料的選擇和強(qiáng) 度校核。同時(shí)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也要考慮與大臂設(shè)計(jì)部分相配合，其中包括尺寸、接口參數(shù)和形狀。第2章底座的設(shè)計(jì)方案底座部分的設(shè)計(jì)方法本次設(shè)計(jì)的底座裝置是指底座部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，也包括底座與大臂部分的連接問(wèn)題。因此本次設(shè)計(jì)主要負(fù)責(zé)第一關(guān)節(jié)即表中 X軸的設(shè)計(jì)。驅(qū)動(dòng)

18、第一關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)需要驅(qū)動(dòng)電機(jī)。大臂末端速度為(2-1)(2-2)v r 2 nr由公式(2-1 )得，大臂旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為60v60* 3.3nr/min 90r/min2 r 2* * 0.35而實(shí)際電機(jī)轉(zhuǎn)速 nN 90r / min，因此需要減速裝置。在選定驅(qū)動(dòng)電機(jī)和減速器以后按照考慮到它們的尺寸再預(yù)留一定電纜的空間以實(shí)現(xiàn)控制器安置的原則 確定底座外殼內(nèi)徑尺寸。然后根據(jù)要求確定外徑尺寸?？紤]到該機(jī)器人本要應(yīng)用于工廠裝配、物料搬運(yùn)，一般安裝在工作臺(tái)上，確定底座部分與工作臺(tái)的連 接，設(shè)計(jì)連接部分，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的固定。確定底座材料和加工工藝。減速器頂部設(shè)有連接部分，選擇相應(yīng)連接方式實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度校核。設(shè)計(jì)方案的選

19、擇總體傳動(dòng)方案的比較總體傳動(dòng)方案初步選擇兩種傳動(dòng)方案。方案一：第一二旋轉(zhuǎn)自由度均選擇減速電機(jī)傳動(dòng)，精度高，傳動(dòng)比高，效率高，噪音小，振動(dòng)小，傳 動(dòng)部分的零件都是標(biāo)準(zhǔn)件，易購(gòu)買(mǎi)，安裝方便。第三移動(dòng)和第四旋轉(zhuǎn)自由度選擇同步帶傳動(dòng)，傳動(dòng)精 度高，結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)比恒定，傳動(dòng)功率大，效率高，但安裝要求高，負(fù)載能力有限。方案二：第一旋轉(zhuǎn)自由度選擇齒輪減速傳動(dòng)，第二旋轉(zhuǎn)自由度采用二級(jí)同步齒形帶傳動(dòng)，但安裝都要 求較高，結(jié)構(gòu)也較復(fù)雜。第三移動(dòng)自由度選擇步進(jìn)減速電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)，變旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)為直 線運(yùn)動(dòng)，但相對(duì)同步齒形帶重量較大，需要電機(jī)輸岀轉(zhuǎn)矩較大，加工要求高。第四自由度設(shè)計(jì)同方案。兩種方案理論上均可實(shí)

20、現(xiàn)，但方案一結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，部件少且較多標(biāo)準(zhǔn)件，較易實(shí)現(xiàn)。方案二結(jié)構(gòu)復(fù)雜， 較多使用齒輪，需專(zhuān)門(mén)設(shè)備加工，且定位部件形狀多不規(guī)則，加工和安裝均比較復(fù)雜。綜合考慮，本 機(jī)器人總體設(shè)計(jì)初選方案一，如圖2-1 o |圖2-1總體設(shè)計(jì)示意圖第一自由度和第二自由度回轉(zhuǎn)范圍都為士115 ，可設(shè)置限位開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人控制軸的相對(duì)位置定位,并確保關(guān)節(jié)軸不超過(guò)其行程范圍，保證了機(jī)器人本體和操作者的安全。驅(qū)動(dòng)電機(jī)類(lèi)型的比較 在機(jī)器人驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選用方面，目前機(jī)器人電機(jī)主要如表四種:表機(jī)器人電機(jī)的對(duì)比電機(jī)名稱(chēng)步進(jìn)電機(jī)直流伺服電機(jī)交流伺服電機(jī)液壓伺服馬達(dá)性能特點(diǎn)可直接實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制性能 好，成本低廉；通常不需要反

21、饋就能對(duì)位置 和速度進(jìn)行控制，可以以實(shí)現(xiàn)自鎖功能，轉(zhuǎn) 矩恒定；位置誤差不會(huì)積累；定位性能好。 調(diào)速特性好，啟動(dòng)力矩大，相對(duì)功率大，快 速響應(yīng)。但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，需要外圍 轉(zhuǎn)換電路與微機(jī)配合實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制，同時(shí)電 刷放電對(duì)實(shí)際工作有影響。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，使用維修方便，價(jià)格 較昂貴。調(diào)速性能好，響應(yīng)速度快。增量式 碼盤(pán)的反饋可達(dá)到很高的精度?？梢詫?shí)現(xiàn)很 大的啟動(dòng)功率，提供很高的響應(yīng)速度。具有較大的功率體積比，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，定位精 度高，負(fù)載能力大，能夠抓住重負(fù)載而不產(chǎn) 生滑動(dòng)。但是，定位精度低，其費(fèi)用較高， 其液壓系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)漏油現(xiàn)象。應(yīng)用場(chǎng)合在控制領(lǐng)域應(yīng)用較為廣 泛，適于傳動(dòng)功率不大的 關(guān)節(jié)或

22、小型機(jī)器人。各類(lèi)數(shù)字控制系統(tǒng)中的對(duì) 驅(qū)動(dòng)裝置的轉(zhuǎn)速有較高的 控制要求和精度的裝備。各類(lèi)數(shù)字和運(yùn)動(dòng)控制系 統(tǒng)。大功率機(jī)械裝備。參考本課題技術(shù)要求和設(shè)計(jì)用途主要是裝配作業(yè)，機(jī)器人負(fù)載不大，要求整機(jī)重量輕，且作業(yè)范圍不 大，要求機(jī)器人體積小的特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)中機(jī)器人四個(gè)關(guān)節(jié)均選用交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。減速器類(lèi)型的比較在減速器選用方面，目前機(jī)器人的傳動(dòng)系統(tǒng)中主要采用減速器或諧波減速器。減速器是近幾年發(fā)展起來(lái)的以?xún)杉?jí)減速和中心圓盤(pán)支撐為主的全封閉式擺線針輪減速器，與其它減速 方式相比，減速器具有減速比大、同軸線傳動(dòng)、傳動(dòng)精度高、剛度大、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)，適用于重載、 高速和高精度場(chǎng)合。諧波減速器也具有傳動(dòng)比大，承

23、載能力大，傳動(dòng)精度高，傳動(dòng)平穩(wěn)，傳動(dòng)效率高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小, 重量輕等優(yōu)點(diǎn)，而且相對(duì)于減速器，其制造成本要低很多，所以本設(shè)計(jì)中采用諧波減速機(jī)。機(jī)械傳動(dòng)方案的確定由于主軸處于機(jī)器人小臂末端，相對(duì)線速度大，對(duì)重量與慣量特別敏感，所以傳動(dòng)方式要求同時(shí)實(shí)現(xiàn) 軸方向直線運(yùn)動(dòng)和繞軸的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并要求其結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕。因此，三四關(guān)節(jié)的傳動(dòng)設(shè)計(jì)需重點(diǎn) 考慮，根據(jù)以上方案初選，結(jié)合本項(xiàng)目特點(diǎn)，最終選擇同步齒形帶聯(lián)合滾珠絲杠以實(shí)現(xiàn)軸垂直運(yùn)動(dòng)， 而用同步齒形帶聯(lián)合帶鍵的滑動(dòng)軸套來(lái)實(shí)現(xiàn)軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。各關(guān)節(jié)的傳動(dòng)方案最終確定如下：1軸（大臂回轉(zhuǎn)）：伺服電機(jī)1-諧波減速器-大臂。2軸（小臂回轉(zhuǎn)）：伺服電機(jī)1-諧波減速器

24、-小臂。3軸（主軸垂直直線運(yùn)動(dòng)）：伺服電機(jī)3-同步齒形帶-絲杠螺母-主軸。4軸（主軸旋轉(zhuǎn)）：伺服電機(jī)4-同步齒形帶-滾珠絲桿花鍵-主軸第3章結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算大臂關(guān)鍵零部件的計(jì)算設(shè)定各部分的質(zhì)量：機(jī)座m10kg，大臂質(zhì)量m,7kg，小臂質(zhì)量5kg，手腕質(zhì)量%3kg。工作載荷咖=驅(qū)。假設(shè)機(jī)器人大小臂及手腕相對(duì)于各自重心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量分別是b* ，、，由平行軸定理求得機(jī)座旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：11 Joi 十+ Joz + 叫 /（ 3-1）式中:|、呼為大臂、小臂、手腕的估計(jì)質(zhì)量；h、,.、h分別為各重心到關(guān)節(jié)1的距離，分別取為180mm， 450mm， 550mm。Joi 皿丄、/毗、以*，故bi、牯總

25、、沖這里忽略不計(jì)，所以軸的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為:3-2由式（3-2）計(jì)算得到人軸的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是2Ji 2. 15Kg ? m機(jī)器人大臂從00到1540 / S ,所需時(shí)間tis，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩為% =71=/i *百(3-3)由式（3-3）計(jì)算可得T120. 3N ? m考慮摩擦力矩 G、bJ叫 假設(shè)24N ? m(3-4)取電機(jī)的轉(zhuǎn)速為n電機(jī)=3000 r/min，大臂旋轉(zhuǎn)速度為1m/s大臂旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為60v60*1nr /min 27.3r /min(3-5)2 r 2* * 0.35取n=25r/min,則傳動(dòng)比為：i = n電機(jī) /n =3000/25=120(3-6)假設(shè)諧波減速器的傳動(dòng)效率為9

26、0%,取安全系數(shù)為，故電機(jī)輸岀端的負(fù)載力矩為out1T1*1.5i*24*1.5120* 0.90.33N ?m(3-7)諧波減速器的最小輸出轉(zhuǎn)矩為T(mén)mini1.5Ti36N ? m（ 3-8）驅(qū)動(dòng)電機(jī)的計(jì)算和選擇可選得大臂伺服電機(jī)型號(hào)為T(mén)S4609N7190，表是該伺服電機(jī)的參數(shù):表大臂伺服電機(jī)性能參數(shù)帶剎車(chē)，伺服驅(qū)動(dòng)器型號(hào)：QX04NH/QX04NP額定 轉(zhuǎn)矩額定額定 轉(zhuǎn)速額定法蘭規(guī)格額定功率線電線電轉(zhuǎn)子慣量軸徑機(jī)身長(zhǎng)流壓mmkwN?mAr/minV24kg?m *10mmmm60300020014諧波減速器的計(jì)算和選擇可選得諧波減速器型號(hào)是CSF-20-120-2UH-LW，表是該諧波減

27、速器的參數(shù):表CSF-20型號(hào)性能參數(shù)最高輸入轉(zhuǎn)速2000r/min 輸入啟停的峰平均負(fù)載轉(zhuǎn)矩瞬間容許（潤(rùn)滑脂潤(rùn) 滑）減速比時(shí)的瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩值轉(zhuǎn)矩的最大容許值最大轉(zhuǎn)矩N?mN?m|N?m|N?mr / min1204087491476500底座外殼的設(shè)計(jì)考慮到電機(jī)、諧波減速器的尺寸，還要預(yù)留一些控制線路的空間，設(shè)計(jì)內(nèi)徑為?160mm，夕卜徑為?180mm的底座外殼。底座外殼不存在強(qiáng)度問(wèn)題，只需要考慮其受壓。鋁合金強(qiáng)度高、塑性好且重量輕，因此，底座外殼的材料選擇為 A6061?？紤]其受壓情況，采用鑄造成型加工，厚度為10mm。底座的元器件安裝結(jié)構(gòu)圖3-1是底座元器件簡(jiǎn)易圖，由此可看岀元器件的擺放位置

28、與連接關(guān)系。如圖所示，底板1與外殼2連接，外殼2與諧波減速器 4相連接。電機(jī) 3倒裝在最底部，電機(jī)輸岀軸插入諧波減速器4與減速器連接。諧波減速器通過(guò) 5螺釘組8*M8與大臂6相連實(shí)現(xiàn)第一關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)和運(yùn)動(dòng)的輸岀。1-底檢2-底座外殼 3-伺侵巨機(jī)4-謂渡誠(chéng)諫益5-S*MB*S釘6大臂圖3-1底座元器件簡(jiǎn)易圖圖3-2底座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)建模圖第4章強(qiáng)度校核底座大臂連接強(qiáng)度校核S-M8Tin=15kgKOf0I 0亠本次設(shè)計(jì)中大臂和底座連接選用的是8個(gè)按圓形陣列均勻分布的M8*25的螺釘組。表M8螺釘?shù)膮?shù)類(lèi)別規(guī)格牙距mm成品外徑mm線徑最大最厚0.02mm國(guó)際粗牙60M8把螺釘組的受力簡(jiǎn)化成圖所示。譜波減

29、速器圖底座與大臂連接螺釘組受力由圖可知，螺釘組受到轉(zhuǎn)矩，設(shè)大臂旋轉(zhuǎn)加速度為a = lm/sJ，L = 250mm，則轉(zhuǎn)矩T = FL=maL = 15*l * 0.25 =3.75N m（4-1）設(shè)螺釘預(yù)緊力為| ,各螺釘軸線到螺釘組中心的距離為r，即r=。則KsT|(4-2)其中，|一結(jié)合面的摩擦系數(shù)；第1個(gè)螺釘?shù)妮S線到螺釘組對(duì)稱(chēng)中心O的距離，mm ；螺釘數(shù)目；K：、一防滑系數(shù)。取心三1 h f=n.2|,由式（4-2）得F0S7 5No取安全系數(shù)S4。故螺釘材料的許用應(yīng)力為才240 Mia 60MPa4(4-3)選用螺釘材料為 Q235，性能等級(jí)為的螺釘。查得，Ts240MPa。M8螺釘小

30、徑為dl 6.647mm”站m=3 2SH(4-4 )所以，：；（.II，大臂與底座連接強(qiáng)度符合要求底座外殼應(yīng)變圖是外殼應(yīng)變情況。圖底座外殼應(yīng)變10mm，由鋁合金制造符合要求由圖可知，底座外殼應(yīng)變很小基本可以忽略不計(jì)，所以外殼厚度設(shè)為 第5章裝配關(guān)系底座元器件圖所示是底座部分整體爆炸圖。圖整體爆炸圖由節(jié)可知，可知道底板與外殼有連接關(guān)系，外殼與諧波減速器有連接關(guān)系。電機(jī)與諧波減速器有連接 關(guān)系。諧波減速器與大臂有連接關(guān)系。由于要安置控制線，需要添加一個(gè)外殼，后蓋與外殼有要添加 連接關(guān)系。底座具體連接底板的連接圖底板的連接關(guān)系如圖所示。底板與外殼連接時(shí)選用諧波減速器的固定圖減速器與外殼的連接如圖，諧波減速器自帶6個(gè)孔，此時(shí)，在外殼上方開(kāi)6個(gè)孔，用6*M6的沉頭螺釘組與諧波減速器法蘭相連起固定作用。減速器與電機(jī)的連接圖減速器與電機(jī)的連接電機(jī)和諧波減速器選用12*M6沉頭螺釘組連接。后蓋的連接由于要安置控制線路，設(shè)計(jì)在外殼底部加工岀一個(gè)類(lèi)似于矩形的截面的類(lèi)似梯形的通槽，然后設(shè)計(jì)一塊結(jié)合面與外殼