二自由度機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與仿真

1、自由度機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與仿真學(xué)院：機(jī)械與車(chē)輛學(xué)院專(zhuān)業(yè)：機(jī)械電子工程姓 名：學(xué) 號(hào)：指導(dǎo)老師：職 稱(chēng)： 教授二自由度機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與仿真摘要并聯(lián)機(jī)器人有著用聯(lián)機(jī)器人所不具有的優(yōu)點(diǎn)，在應(yīng)用上與串聯(lián)機(jī)器人形成互補(bǔ)關(guān) 系。二自由度并聯(lián)機(jī)器人是并聯(lián)機(jī)器人家族中的重要組成部分，由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制方 便和造價(jià)低等特點(diǎn)，有著重要的應(yīng)用前景和開(kāi)發(fā)價(jià)值。本論文研究了一種新型二自由度 平移運(yùn)動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)，該并聯(lián)機(jī)構(gòu)采用類(lèi)五桿機(jī)構(gòu)，平行四邊形剛架結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，可有效 地消除錢(qián)鏈間隙，提高動(dòng)平臺(tái)的工作性能，同時(shí)有抵抗切削顛覆力矩的能力。根據(jù)該二自由度平面機(jī)構(gòu)的工作空間，利用平面幾何的方法求得連桿的長(zhǎng)度，并通 過(guò)Pro/E

2、軟件進(jìn)行仿真檢驗(yàn)，并通過(guò)軟件仿真的方式，優(yōu)化連桿長(zhǎng)度，排除奇異點(diǎn)，同 時(shí)合理設(shè)計(jì)機(jī)械結(jié)構(gòu)的尺寸，完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。對(duì)該二自由度并聯(lián)機(jī)器人，以Pro/E為平臺(tái)，建立兩自由度平移運(yùn)動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人運(yùn) 動(dòng)仿真模型，驗(yàn)證了機(jī)構(gòu)的實(shí)際工作空間和運(yùn)動(dòng)情況。最后指出了本機(jī)構(gòu)的在實(shí)際中的 應(yīng)用。并使用AutoCAD軟件進(jìn)行了重要裝置和關(guān)鍵零彳的工程圖繪制工作，利用 ANSYS 軟件分析了核心零件的力學(xué)性能。研究結(jié)果表明，本文所設(shè)計(jì)的二自由度機(jī)器人性能良 好、工作靈活，很好地滿(mǎn)足了設(shè)計(jì)指標(biāo)要求，并已具備了一定的實(shí)用性。關(guān)鍵詞：二自由度；并聯(lián)機(jī)器人；仿真；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)； Pro/E2-DOF robot structure

3、design and simulationAbstractParallel robot has a series of advantages of the robot does not have to form a complementary relationship between the application and the series robot. The 2-DOF parallel robot is an important part of the family of parallel robots. The structure is simple, convenient and

4、 cost control and low, with significant potential applications and the development value. In this thesis, a new 2- DOF translational motion parallel mechanism, the analogous mechanismfor class five institutions, parallelogram frame structure, which can effectively eliminate the hinge gap and improve

5、 the performance of the moving platform, while resistance to cutting subvert the torque capacity.The working space of the 2-DOF planar mechanism, the use of plane geometry to obtain the length of the connecting rod, and the Pro/E software simulation test, and software simulationto optimize the conne

6、cting rod length,excludingthe singular point, while the size of the rational design of mechanical structure, complete the structural design. And important equipment and key parts of the engineering drawings using AutoCAD software, using ANSYS software to analyze the mechanical properties of the core

7、 parts.The 2-DOF parallel robot to the Pro/E platform, the establishment of the 2-DOF of translational motion parallel robot simulation model to verify the organization's actual work space and movement. Finally, this institution in the practical application. The results show that the combination

8、 of good motor performance of the 2-DOF parallel robot , good to meet the index requirements, and already have a certain amount of practicality.Keywords: 2-DOF; parallel robot; simulation; structural design; Pro/E1前言11.1 本課題的研究背景及意義 11.1.1 什么是機(jī)器人 11.1.2 機(jī)器人技術(shù)的研究意義 11.2 機(jī)器人的歷史與發(fā)展現(xiàn)狀 21.2.1 機(jī)器人的發(fā)展歷程 21

9、.2.2 機(jī)器人的主要研究工作 31.2.3 少自由度機(jī)器人的發(fā)展歷程 41.3 本課題的研究容 52二自由度機(jī)器人系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 72.1 二自由度并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)介 72.2 執(zhí)行機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)及分析 73二自由度機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)分析 83.1 已知設(shè)計(jì)條件及參數(shù) 83.1.1 連桿機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算 83.1.2 五桿所能達(dá)到的位置計(jì)算 83.2 對(duì)機(jī)構(gòu)主體部分的運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解分析 103.2.1 位置分析 103.2.2 速度與加速的分析 113.3 受力分析 124基于Pro/E軟件環(huán)境下二自由度機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 164.1 Pro/E軟件簡(jiǎn)介 164.2 驅(qū)動(dòng)元器件的選擇 174.2.1

10、 步進(jìn)電機(jī)的選擇 174.2.2 聯(lián)軸器選擇 184.3 平面連桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)確定 194.4 輸入軸的設(shè)計(jì) 204.5 安裝支架的參數(shù)確定 215基于Pro/E軟件環(huán)境下的機(jī)器人裝配及動(dòng)態(tài)仿真 235.1 虛擬裝配過(guò)程 235.1.1 連桿機(jī)構(gòu)的裝配 235.1.2 安裝支架的裝配 245.1.3 完成二自由度機(jī)器人的最終裝配 245.2 基于Pro/E軟件環(huán)境下的動(dòng)態(tài)仿真 256基于AutoCAD軟件環(huán)境下的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 316.1 AutoCAD軟件簡(jiǎn)介 316.2 平面連桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 326.3 機(jī)架的結(jié)構(gòu)部件圖繪制 336.4 二自由度機(jī)器人工程圖繪制 347基于Ansys軟件

11、環(huán)境下的有限元分析 367.1 Ansys軟件簡(jiǎn)介 367.2 對(duì)輸入軸的有限元分析 377.3 對(duì)輸入連桿的有限元分析 378總結(jié)與展望408.1 課題研究工作總結(jié) 408.2 研究展望 41參考文獻(xiàn)42致 44附錄（一） 45附錄（二）53機(jī)器人技術(shù)是一門(mén)光機(jī)電高度綜合、交叉的學(xué)科，它涉及機(jī)械、電氣、 力學(xué)、控 制、通信等諸多方面。機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)該說(shuō)是利用科學(xué)技術(shù)發(fā)展的一個(gè)綜合性的 結(jié)果，同時(shí)，也是為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生了重大影響的一門(mén)科學(xué)技術(shù)。隨著社會(huì)的發(fā)展， 人們不斷探討自然、改造自然、認(rèn)識(shí)自然過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)人們對(duì)不可達(dá)世界的認(rèn)識(shí)和改造， 這也是人們?cè)诳茖W(xué)技術(shù)發(fā)展過(guò)程中的一個(gè)客觀需要。

12、1.1 本課題的研究背景及意義1.1.1 什么是機(jī)器人機(jī)器人（Robot）的研究是由仿生學(xué)、機(jī)械工程學(xué)和控制工程學(xué)等多學(xué)科相互融合而 形成的一門(mén)綜合性學(xué)科，它代表了機(jī)電一體化的最高成就，所研究的機(jī)器人是一種能夠 代替人從事多類(lèi)工作的高度靈活的自動(dòng)化機(jī)械，而機(jī)器人技術(shù)研究的一個(gè)主要目的就是使其能夠代替人勞動(dòng)，能夠靈活自如地完成人所能完成的和難以勝任的工作。1.1.2 機(jī)器人技術(shù)的研究意義機(jī)器人技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展不僅使傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)發(fā)生根本性的變化，而且對(duì)人類(lèi)的社會(huì)生活也產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。最初人們應(yīng)用開(kāi)環(huán)串聯(lián)作為機(jī)器人操作機(jī)，因?yàn)樗鼈兙?有像人手臂一樣的廣闊運(yùn)動(dòng)空間以及靈活機(jī)動(dòng)性等優(yōu)點(diǎn)，但由于它們是

13、懸臂結(jié)構(gòu)，故承 載能力差，在重載情況下容易彎曲變形，在高速運(yùn)動(dòng)時(shí)容易振動(dòng)，且精確定位能力也不 理想；后來(lái)人們觀察生物世界，發(fā)現(xiàn)動(dòng)物肢體由多個(gè)并行的腿支撐，負(fù)載時(shí)平穩(wěn)，人類(lèi) 自身用雙手配合拿起重物時(shí)也較單臂時(shí)輕松，三個(gè)并行手指精確的使用能夠完成像書(shū)寫(xiě) 這樣的精細(xì)工作，人類(lèi)從中受到啟迪，開(kāi)始研制并聯(lián)機(jī)器人，并希冀并聯(lián)機(jī)器人具有較 好的剛性和定位能力，從而更大限度滿(mǎn)足人們生活?yuàn)蕵?lè)的需要 10近20年來(lái)并聯(lián)機(jī)器人備受人們關(guān)注，越來(lái)越多的國(guó)外學(xué)者開(kāi)始從不同方向從事并 聯(lián)機(jī)器人技術(shù)的研究工作，越來(lái)越多的并聯(lián)機(jī)器人在機(jī)械加工、仿生、軍事、醫(yī)療、生 物、宇航和海洋工程等領(lǐng)域得到應(yīng)用作為一種先進(jìn)的生產(chǎn)工具，利用

14、機(jī)器人不僅能夠完 成大量簡(jiǎn)單重復(fù)性工作，而且可以完成許多以前必須通過(guò)人工才能完成的復(fù)雜工作，在 提高效率的同時(shí)改善了質(zhì)量。但傳統(tǒng)的串聯(lián)機(jī)器人存在關(guān)節(jié)誤差累積效應(yīng)、末端執(zhí)行器 剛度較低和負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力有限等問(wèn)題，這都限制了串聯(lián)機(jī)器人在實(shí)際應(yīng)用中的性能。為了彌補(bǔ)串聯(lián)機(jī)器人的不足，人們提出了一種新型的具有多運(yùn)動(dòng)鏈結(jié)構(gòu)的機(jī)器人一一并聯(lián)機(jī)器人。從機(jī)構(gòu)學(xué)上看，并聯(lián)機(jī)器人具有運(yùn)動(dòng)慣量低、剛度大、負(fù)載能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，這 恰恰彌補(bǔ)了串聯(lián)機(jī)器人的不足，使得并聯(lián)機(jī)器人成為一個(gè)潛在的高性能運(yùn)動(dòng)平臺(tái)。由于實(shí)際應(yīng)用的需要，目前對(duì)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、驅(qū)動(dòng)元件少、成本低、工作空間比較大的 少自由度機(jī)構(gòu)的研究，已成為機(jī)構(gòu)學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題

15、。目前，國(guó)際學(xué)術(shù)界和工程界 對(duì)研究和開(kāi)發(fā)并聯(lián)機(jī)床非常重視，對(duì)這種新型數(shù)控裝備的工程應(yīng)用前景和市場(chǎng)潛力極為 樂(lè)觀，紛紛投入人量人力和物力競(jìng)相開(kāi)發(fā)，并從 20世紀(jì)90年代初以來(lái)相繼推出多種結(jié) 構(gòu)相似而名稱(chēng)各異的產(chǎn)品化樣機(jī)。隨著并聯(lián)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)因其 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，引起了許多學(xué)者的廣泛興趣。1.2 機(jī)器人的歷史與發(fā)展現(xiàn)狀1.2.1 機(jī)器人的發(fā)展歷程并聯(lián)機(jī)器人的出現(xiàn)可以追溯至 20世紀(jì)30年代。1931年，Gwinnett2在其專(zhuān)利中提 出了一種基于球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)的娛樂(lè)裝置，如圖1.1所示；1940年，Pollard 3在其專(zhuān)利中提出了一種空間工業(yè)并聯(lián)機(jī)構(gòu)，用于汽車(chē)的噴漆；如圖 1

16、.2所示；之后，Gough4在 1962年發(fā)明了一種基于并聯(lián)機(jī)構(gòu)的六自由度輪胎檢測(cè)裝置；如圖 1.3所示；三年后， Stewart 5首次對(duì)Gough發(fā)明的這種機(jī)構(gòu)進(jìn)行了機(jī)構(gòu)學(xué)意義上的研究，并將其推廣應(yīng)用為 飛行模擬器的運(yùn)動(dòng)裝置，如圖1.4所示，且把它命名為 Gough-Stewart機(jī)構(gòu)或Stewart 機(jī)構(gòu)，目前“ Stewart Platform ”已成為并聯(lián)機(jī)器人領(lǐng)域中使用最多的名詞之一。圖1.3 Gough并聯(lián)機(jī)構(gòu)圖1.4 Stewart并聯(lián)機(jī)構(gòu)近幾十年來(lái)，德國(guó)、意大利、法國(guó)及英國(guó)的機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展比較快。目前，世界上機(jī)器人無(wú)論是從技術(shù)水平上，還是從己裝備的數(shù)量上，優(yōu)勢(shì)集中在以美日為代

17、表的少數(shù) 幾個(gè)發(fā)達(dá)的工業(yè)化國(guó)家。我國(guó)工業(yè)機(jī)器人起步于20世紀(jì)70年代初，大致可分為三個(gè)階段：70年代萌芽期，80年代的開(kāi)發(fā)期，90年代的實(shí)用化期。1965年美國(guó)的D.Stewart發(fā)明了六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)并用于飛行模擬器中訓(xùn)練飛行 員；澳大利亞著名機(jī)構(gòu)學(xué)教授 K.H.Hunt6在1978年提出可以應(yīng)用6自由度的Stewart 平臺(tái)機(jī)構(gòu)作為機(jī)器人機(jī)構(gòu)將并聯(lián)機(jī)構(gòu) Parallel Manipulator用于機(jī)器人手臂并提出多種形式的并聯(lián)結(jié)構(gòu)對(duì)其可行性進(jìn)行了系統(tǒng)研究。自1978年Hunt提出并聯(lián)機(jī)器人結(jié)構(gòu)模型以來(lái)，并聯(lián)機(jī)器人的研究受到許多學(xué)者的關(guān)注，美國(guó)、日本先后有 Rooney Ficher、 Du

18、ffy Sugimoto 等一批學(xué)者從事研究；英國(guó)、彳惠國(guó)、俄羅斯等一批歐洲國(guó)家也在研究 Ficher對(duì)六自由度并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)理論、基本結(jié)構(gòu)及其奇異性等。國(guó)燕山大學(xué)的 黃真教授自1982年以來(lái)在美國(guó)參加了此項(xiàng)容的研究，并于1983年取得了突破性的進(jìn)展。 在國(guó)，黃真教授在并聯(lián)機(jī)器人方面做出了較突出的貢獻(xiàn)，1991年他研制出我國(guó)第一臺(tái)六 自由度并聯(lián)機(jī)器人樣機(jī)，如圖1.5所示；1994年又研制出柔性銀鏈并聯(lián)式六自由度機(jī)器 人誤差補(bǔ)償器，如圖1.6所示；然后在1997年出版了我國(guó)第一部關(guān)于并聯(lián)機(jī)器人理論 及技術(shù)的專(zhuān)著。圖1.5并聯(lián)機(jī)器人樣機(jī)圖1.6機(jī)器人誤差補(bǔ)償器迄今為止，多自由度機(jī)械手的樣機(jī)各

19、種各樣，包括平面、空間不同的自由度的機(jī)構(gòu) 以及超多自由度并串聯(lián)機(jī)構(gòu)。大致說(shuō)來(lái)，60年代曾用來(lái)開(kāi)發(fā)飛行模擬器，70年代提出 并聯(lián)機(jī)械手的概念，80年代末期開(kāi)始研制并聯(lián)機(jī)器人機(jī)床，90年代利用并聯(lián)機(jī)構(gòu)開(kāi)發(fā) 起重機(jī)。日本的田和雄、山勝等人則利用并聯(lián)機(jī)構(gòu)開(kāi)發(fā)宇宙飛船空間對(duì)接器等。1.2.2 機(jī)器人的主要研究工作多自由度機(jī)械手的理論研究涉及到許多現(xiàn)代控制、現(xiàn)代測(cè)量、建模仿真等科技。因 此，有大量理論研究工作在深入進(jìn)行。目前，主要的研究工作有以下幾個(gè)方面：1 .設(shè)計(jì)理論研究。由于有些機(jī)械手具有作業(yè)空間小和奇異點(diǎn)多的不足，目前理論的研究有是圍繞著擴(kuò)大作業(yè)空間、改善靈活性、回避奇異點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)特性和運(yùn)動(dòng)規(guī)律，這涉

20、 及到結(jié)構(gòu)學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、機(jī)構(gòu)學(xué)、數(shù)學(xué)等研究領(lǐng)域。2 .控制技術(shù)研究。目前對(duì)控制方法、控制精度、數(shù)控編程等方面分別進(jìn)行了研究， 其關(guān)鍵技術(shù)是通過(guò)機(jī)械手各個(gè)驅(qū)動(dòng)桿的控制，實(shí)現(xiàn) X軸、Y軸和Z軸的控制，使指定點(diǎn) 精確地到達(dá)指定位置。3 .誤差分析研究。由于存在著許多其它影響精度的因素，如制造和安裝誤差，連接 桿上下較接處的間隙，桿長(zhǎng)偏差對(duì)動(dòng)平臺(tái)位置精度的影響等等。一些學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了專(zhuān) 門(mén)的研究并建立了相應(yīng)的精度分析模型。近年來(lái)，隨著控制控制理論和計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，以機(jī)器人為核心的自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備成為現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)的一個(gè)重要支柱，它大大提高了生產(chǎn)的質(zhì)量和效率。由于機(jī)器人 在生產(chǎn)、生活等方面的廣泛應(yīng)用

21、，對(duì)機(jī)器人的控制研究一直是該領(lǐng)域?qū)＜业难芯恐攸c(diǎn)。1.2.3 少自由度機(jī)器人的發(fā)展歷程在并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)體系中，有著多種機(jī)構(gòu)種類(lèi)劃分方法，按照自由度劃分，有 2個(gè) 自由度、3個(gè)自由度、4個(gè)自由度、5個(gè)自由度和6個(gè)自由度并聯(lián)機(jī)器人，其中25個(gè)自 由度機(jī)器人被稱(chēng)為少自由度機(jī)器人；按照機(jī)器人機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)劃分，可分為平面結(jié)構(gòu)機(jī)器人、 球面結(jié)構(gòu)機(jī)器人和空間結(jié)構(gòu)機(jī)器人。多自由度機(jī)械手以其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和先進(jìn)的控制技 術(shù)，其在生產(chǎn)生活中的地位越來(lái)越重要。當(dāng)制造業(yè)面臨全球市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，必須以快速響應(yīng) 求生存、求發(fā)展的時(shí)候，機(jī)械手的一些優(yōu)點(diǎn)具有明顯的市場(chǎng)潛力和良好的發(fā)展前景就顯 現(xiàn)了出來(lái)。現(xiàn)代社會(huì)對(duì)工業(yè)機(jī)器人的操作性能和運(yùn)行速

22、度的要求不斷提高，實(shí)際工程應(yīng) 用的要求促使人們?nèi)パ芯烤哂袆偠群谩⑦\(yùn)行速度快負(fù)載能力強(qiáng)的新型機(jī)器人。80年代以來(lái)世界各國(guó)紛紛開(kāi)展基于并聯(lián)機(jī)構(gòu)機(jī)器人的研究與開(kāi)發(fā)并在部分場(chǎng)合得到了應(yīng)用。但是目前仍然存在著工作空間較小、運(yùn)動(dòng)圍有限的缺點(diǎn)。因此，如何做工作空間較大的工 業(yè)機(jī)器人臂、如何開(kāi)發(fā)具有高速重載特點(diǎn)的機(jī)器人，也就是說(shuō)具有新的功能特點(diǎn)的并用 聯(lián)復(fù)合機(jī)器人，這是個(gè)值得深入研究和探討的問(wèn)題。由于多自由度的機(jī)器人存在建模困難、運(yùn)動(dòng)耦合和對(duì)元件精度要求高等不足，而且 在許多情況下用戶(hù)并不需要六自由度機(jī)械手，低于六自由度即可滿(mǎn)足實(shí)際要求。因此， 近年來(lái)一些少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)成為新的研究熱點(diǎn)，少自由度機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)

23、簡(jiǎn)單、造價(jià)低 等特點(diǎn)，在實(shí)際領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用前景。許多學(xué)者研究了少自由度機(jī)構(gòu)，有兩轉(zhuǎn)動(dòng) 一平動(dòng)、三轉(zhuǎn)動(dòng)兩平動(dòng)、兩轉(zhuǎn)動(dòng)兩平動(dòng)機(jī)構(gòu)等，科技大學(xué)研制并出了平面2自由度驅(qū)動(dòng)冗余并聯(lián)機(jī)器人樣機(jī)，如圖1.7所示，通過(guò)增加一個(gè)串聯(lián)分支同時(shí)增加一個(gè)驅(qū)動(dòng)，構(gòu) 建了平面2自由度驅(qū)動(dòng)冗余并聯(lián)機(jī)器人，這種驅(qū)動(dòng)冗余并聯(lián)機(jī)器人的特點(diǎn)在于能克服瞬 時(shí)自運(yùn)動(dòng)奇異而改善機(jī)構(gòu)的靈巧性，同時(shí)減小了原非驅(qū)動(dòng)冗余機(jī)構(gòu)的理論可達(dá)工作空 問(wèn)。由于驅(qū)動(dòng)冗余可以改善機(jī)器人力傳遞的一致性，既減少了工作空間的奇異，同時(shí)增加了機(jī)器人的承載能力和剛度，能夠有效完成非冗余并聯(lián)機(jī)器人的工作任務(wù)，所以,平面2自由度驅(qū)動(dòng)冗余并聯(lián)機(jī)器人可以完成平面上點(diǎn)的定

24、位，實(shí)現(xiàn)平面任意軌跡圖1.7平面2自由度驅(qū)動(dòng)冗余樣機(jī)圖1.8汽車(chē)變速器球面機(jī)器人機(jī)構(gòu)是一種各轉(zhuǎn)動(dòng)軸線(xiàn)相交于一點(diǎn)的空間機(jī)構(gòu)，由于制造相對(duì)簡(jiǎn)單經(jīng) 濟(jì)，結(jié)構(gòu)緊湊，特別適用于空間姿態(tài)變化的地方，因而球面機(jī)構(gòu)在工業(yè)上得到了比較廣 泛的應(yīng)用，如廣泛使用的萬(wàn)向節(jié)就是最典型的球面四桿機(jī)構(gòu)，大多數(shù)實(shí)用的機(jī)器人的手 腕就是一個(gè)球面三桿開(kāi)鏈機(jī)構(gòu)，如圖 1.8所示的作為汽車(chē)變速器為一種球面 5R并聯(lián)機(jī) 構(gòu)。這些少自由度機(jī)構(gòu)的出現(xiàn)，大大豐富了并聯(lián)機(jī)器人的機(jī)理，拓寬了這些新機(jī)犁的應(yīng) 用前景。但有些少自由度機(jī)構(gòu)的許多結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)學(xué)等辦面的性質(zhì)尚未被認(rèn)識(shí)，目前國(guó)外 現(xiàn)有的空間機(jī)構(gòu)綜臺(tái)與組成原理上不成熟，仍存在許多及待解決的問(wèn)題

25、。因此分析少自 由度機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特性及運(yùn)動(dòng)特性，對(duì)少自由度機(jī)構(gòu)的應(yīng)用具有重要的理論意義，而且具 有極高的研究?jī)r(jià)值7 。1.3 本課題的研究容本課題的預(yù)期目標(biāo)是首先對(duì)兩自由度平移運(yùn)動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)進(jìn)行理論上的 證明和仿真驗(yàn)證。在此基礎(chǔ)上對(duì)機(jī)器人工作空間進(jìn)行詳細(xì)分析，研究工作空間的區(qū)域， 面積與機(jī)構(gòu)尺寸間的關(guān)系，并根據(jù)各項(xiàng)性能跟機(jī)器人機(jī)構(gòu)尺寸的關(guān)系，進(jìn)行并聯(lián)機(jī)器人 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。最后對(duì)其進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)的仿真，驗(yàn)證并聯(lián)機(jī)器人的工作空間和運(yùn)動(dòng)情況。本論 文的主要研究容如下：第1部分闡述課題的研究背景和意義，綜述國(guó)外相關(guān)領(lǐng)域研究情況，論述了本課題 研究的主要容。第2部分介紹了兩自由度平移運(yùn)動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人結(jié)構(gòu)，

26、并對(duì)它的自由度進(jìn)行了理論證 明和仿真驗(yàn)證，確定機(jī)構(gòu)的執(zhí)行方案及機(jī)械系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方案，為具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)做好準(zhǔn)備。第3部分在機(jī)構(gòu)尺寸模型的基礎(chǔ)上，詳細(xì)地討論了有效工作空間的形狀，面積大小 與機(jī)構(gòu)尺寸的關(guān)系，求出機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)平面的等效桿長(zhǎng)，并在 Pro/E軟件環(huán)境下，建立模 型，通過(guò)計(jì)算、仿真優(yōu)化機(jī)構(gòu)尺寸。最后設(shè)計(jì)整體機(jī)械結(jié)構(gòu)，并使用 Pro/E模擬仿真。第4部分AutoCAD件環(huán)境下對(duì)各個(gè)機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)， 并確定該并聯(lián)二自由度機(jī) 構(gòu)的驅(qū)動(dòng)元件。第5部通過(guò)以Ansys,對(duì)主要機(jī)構(gòu)，即連桿機(jī)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行分析驗(yàn)證。最后指出了本高剛度兩自由度平移運(yùn)動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人的實(shí)際應(yīng)用。2二自由度機(jī)器人系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)2.1 二自

27、由度并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)介二自由度并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)（如圖2.1 ）,將兩電機(jī)設(shè)置在固定支架上，固定平臺(tái)與作 兩自由度平移運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)平臺(tái)通過(guò)兩條運(yùn)動(dòng)支鏈并形成一個(gè)封閉的結(jié)構(gòu)。 可以在水平面 的X和Y軸上移動(dòng)，并保證平面上的一點(diǎn)可以到達(dá)一定圍（200M80/長(zhǎng)X寬）的任何一 個(gè)位置。該機(jī)構(gòu)中有兩根桿是平行四邊形桿，用以保證平面的運(yùn)動(dòng)形式。圖2.1二自由度并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖2.2 執(zhí)行機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)及分析移動(dòng)架的主體部分是由主動(dòng)連桿和中間連桿組成的。主動(dòng)連桿有兩根，安裝在連桿 安裝座上。一側(cè)的主動(dòng)連桿是一個(gè)平行四邊形機(jī)構(gòu)，用以保證運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確性。主動(dòng)連桿 由電機(jī)驅(qū)動(dòng)。系統(tǒng)的主體部分是一個(gè)二自由度的類(lèi)五桿機(jī)

28、構(gòu)，由于其特殊的結(jié)構(gòu)，它具有以下特 點(diǎn)' 八、1 .根據(jù)結(jié)構(gòu)布局特點(diǎn)，四根連桿近似成對(duì)稱(chēng)分布，便于加工、裝配和保證配精度要 求。2 .采用平行四邊形剛架結(jié)構(gòu)，可有效地消除錢(qián)鏈間隙，提高動(dòng)平臺(tái)的工作性能。同 時(shí)有抵抗切削顛覆力矩的能力，進(jìn)而有利于改善整機(jī)結(jié)構(gòu)的靜、動(dòng)態(tài)特性。3 .該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，具有較高的實(shí)用價(jià)值。3二自由度機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)分析3.1 已知設(shè)計(jì)條件及參數(shù)根據(jù)平面連桿機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖和已知的工作空間參數(shù)200M80mm經(jīng)過(guò)計(jì)算、分析，設(shè)定其他已知參數(shù)，如兩電機(jī)間距、初始位置以及主動(dòng)桿件的擺角圍等，求解連 桿長(zhǎng)度。3.1.1 連桿機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算小叫那

29、叫圖3.1連桿機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖類(lèi)五桿并聯(lián)連桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖 3.1所示，工作機(jī)構(gòu)位于中間三角形部分，為 滿(mǎn)足工作條件，需要L1, L4兩個(gè)桿件主動(dòng)運(yùn)動(dòng)，即可控制工作機(jī)構(gòu)在所需空間運(yùn)動(dòng)。由圖3-1可知，本機(jī)構(gòu)包括8個(gè)活動(dòng)構(gòu)件，11個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，由自由度的計(jì)算公式 F=3n-(2Pl+Ph)可知，整體自由度為F=3>8-2 X1=2。機(jī)構(gòu)整體自由度為2,符合要求。 3.1.2五桿所能達(dá)到的位置計(jì)算選取圖3.2所示五連桿為模型。已知五桿桿長(zhǎng) AB BG CD DE EA分別為L(zhǎng)1、L2、 L3、L4、L5在五連桿運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，欲求出點(diǎn) C的運(yùn)動(dòng)軌跡域，需先找出點(diǎn) C的幾個(gè)極 值位置的點(diǎn)，分析可知點(diǎn)C

30、可達(dá)到的距固定較支點(diǎn)A的最遠(yuǎn)距離為以點(diǎn)A為圓心以11+ 12 為半徑的圓，同樣可達(dá)到的距較支點(diǎn) E的最遠(yuǎn)距離為以E點(diǎn)為圓心，以l3+ l 4為半徑的 圓，而點(diǎn)C可達(dá)到的距固定較支點(diǎn) A的最近距離為以點(diǎn)A為圓心以1i-12為半徑的圓區(qū) 域，同樣可達(dá)到的距較支點(diǎn) E的最近距離為以E點(diǎn)為圓心，以l 3-14為半徑的圓，如圖rl| l2 l13.2所示，現(xiàn)令2r3l2 l1l3 l4r4l3l4根據(jù)上述原理，選定工作空間為200 X180mm對(duì)4桿進(jìn)行研究，L1的工作空 間是半徑為L(zhǎng)1的圓域（設(shè)為圓1）, L2 的工作空間在以半徑L1+L2為半徑的圓 2和圓1間，L3的工作空間是半徑 為L(zhǎng)3的圓域（設(shè)

31、為圓3）, L4的工作空 間在以半徑L3+L4為半徑的圓4和圓3 間。由于三角形連接中的工作空間已知， 又機(jī)構(gòu)做平動(dòng)，由上述約束條件加上實(shí) 際情況的附加條件可得到一系列的驅(qū)動(dòng)尺寸,圖3.2類(lèi)五桿機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖最后得到從動(dòng)尺寸L1、L2和H （矩形工作空間下邊線(xiàn)與水平軸L5的垂直距離。作圖過(guò)程中，需要考慮桿會(huì)干涉的點(diǎn)）。作圖步驟：建立200M 80mmi勺矩形ABCD使AB=CD=180mm#慮到工作面是個(gè)三角形，估ABCD向右平移25mml到L2端點(diǎn)的工作空間。以O(shè)為端點(diǎn)建立水平軸，以。為圓心，以L(fǎng)1和L2為（目前均未知）半徑畫(huà)同心圓， 其中圓2過(guò)BC中點(diǎn)。L2端點(diǎn)的工作空間就在圓1和圓2間。同理在

32、水平軸上取一點(diǎn)為 圓心做半徑為L(zhǎng)3, L4的同心圓，使圓 4距AB邊20mm在上述約束條件下，驅(qū)動(dòng)L1、L2以及AD與水平軸的垂直距離H有了取值方向，考 慮到實(shí)際情況中，桿間角度不宜過(guò)小，甚至干涉。做兩處調(diào)整：使約束 L2端點(diǎn)的工作 空間與圓1有一定距離，從而避免L1和L2干涉，考慮到L3和L4的平行桿間比L1和 L2更容易干涉，使整體工作空間往左偏移中線(xiàn) 20mm通過(guò)上述尺寸預(yù)算，再經(jīng)過(guò)Pro/E的模擬，進(jìn)行尺寸的確定、驗(yàn)證、排除奇異點(diǎn)等。 最后確定各值如圖3-3。由圖 3.3 可知，L1=243mm L2=237mm L3=175mm L4=195mm L5=690mm圖3.3連桿長(zhǎng)度示意

33、圖3.2 對(duì)機(jī)構(gòu)主體部分的運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解分析圖3.4五桿構(gòu)件運(yùn)動(dòng)學(xué)分析參考圖3.2.1 位置分析如圖3.4所示，由于機(jī)才的特殊性，。點(diǎn)平動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)和受力同C點(diǎn)一致，為了簡(jiǎn) 化計(jì)算過(guò)程，可分析C代替。點(diǎn)，期中11, 12, 13, 14, 15代表五桿桿長(zhǎng)，兩原動(dòng)件相位角為1和4,角速度為1和4,角加速為1和4。C點(diǎn)的位置為Xc,yc ,則C點(diǎn)的位置方程為xcxb l2 cos 2 xd l3 cos 3(3.1 )已知：原動(dòng)件為桿1和桿4, l 1, I2,|3, l 4和| 5為五桿構(gòu)件的桿長(zhǎng)尺寸，運(yùn)動(dòng)輸出點(diǎn)C的位置xc, yc、速度Xc，Vc和加速度Xc，yc ,求兩原動(dòng)件的位置，角速度1、

34、4,角加速為由圖3.2可知,B點(diǎn)的位置坐標(biāo)為XbXaVbVa11 cos11 sin(3.(2)Xc2XaVcVa12 ll;BoxcXal1 ；CoVcVa(3.1 )和式（3.2）聯(lián)立可得AoBo cos 1 Co sin 1 0(3.(3)Vc Vbl2sin 2Vd hsin 3tan 1/2 ,并將其帶入式（3.3）,可得CC2 B2 A2A B4,這樣也就求出了 B D2arctanT ,1有兩組解。同理可以求出 2點(diǎn)的坐標(biāo)。形式。因?yàn)槲鍡U機(jī)構(gòu)的位置逆解是唯一的，取哪一組解取決于五桿機(jī)構(gòu)的初始位置3.2.2 速度與加速的分析對(duì)式（3.1 ）和式（3.2）求導(dǎo)，聯(lián)立得XcXa1l1

35、sin 12l2 sin 2VcVa1l1 cos 2212 cos 2(3.4)由式（3.4）可得yc Va sin 2XcxA cos 22l2sin 22l 2 cos 22.2l2 cos 212對(duì)式1ycVa11sin 1 sin 1Xc2Xa COs 12(3.4)求導(dǎo)，Xc XaVc Va11sin1覆 w111 sin111 cos1122.111 cos 12.111 sin 12.2l2sin 2(3.5)由式(3.5)可得Vayc sin 2 XaXc cos 221l1cos 12l22 l211l1 sin12同理可以求得4和4的值。通過(guò)Pro/E仿真模擬可以得到速度

36、與加速的值3.3 受力分析下圖，圖3.5為帶有牛頓參考系的二自由度平面五桿機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)建模簡(jiǎn)圖，e、62、e3為空間3個(gè)方向的單位矢量.已知各桿桿長(zhǎng)為:、I2、I3、I4和I5,假設(shè)質(zhì)心位置處于桿長(zhǎng)的1/2處，載荷F作用在C點(diǎn)處，大小不變，方向與C點(diǎn)的速度方向相反.，且 已知主動(dòng)件（兩連架桿）的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，構(gòu)件的質(zhì)量和繞質(zhì)心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。我們的目的是 通過(guò)列出動(dòng)力學(xué)方程來(lái)求出作用在驅(qū)動(dòng)桿件上的平衡力矩。約定各構(gòu)件質(zhì)心代號(hào)為1、2、3、4,求解過(guò)程如下。1.求各質(zhì)心點(diǎn)、外力作用點(diǎn)的偏速度和各剛體偏角速度。以構(gòu)件11、14的角位移14為獨(dú)立變量可構(gòu)成完整的多剛體系統(tǒng),Kane方程用廣義速率u11、U24

37、來(lái)描述系統(tǒng)。10U©得iie3 ,12U11U24©3U233 得414U10，424U2e3又由質(zhì)心1處的速度V1Ui 卜 e2 cos21 e sin 1 得V11l1e2 cos 1 e sin 1 2V12V1U2V41V414u2e2 cos2V43V4U214e2 cos 4 2e1 sin 4構(gòu)件3、4的偏速度、偏角速度可由約束條件獲得，把機(jī)構(gòu)虛擬成封閉的矢量圖,可得對(duì)式11 cos11 sin12 cos 212 sin 215 14cos 4 13 cos 314 sin 4 13sin(3.6)(3.6)兩端求導(dǎo)得111sin 1212 sin111co

38、s 1212 cos2414sin 42414 c0s 43I3 cos3(3.7)3由式(3.7)可得e3u214 sin43u111sin 112sin 23u111 sin12u214 sin243;:QLsin 32從而212u111 sin12sin 23e33222U214 sin412 sin23-e33313U111 sin 1Isin2e32323U214 sin13 sin4一e32因?yàn)閂2Vb122 e2 cos 22e1 sinVb11 1e，cos 1e sin 1所以v2111cos 112221 cos 2e211 sin12221 sin122同理可得22 e2

39、 cose1 sinvC111cos 1 1221cos 2e211 sin 11221sin 2vC21222e2 cose1 sinv3113231% cose1 21 sinv3214 cos 432 cos 3 %214 sin13232 sin2.廣義主動(dòng)力、廣義慣性力和 Kane方程在Kane方程中，理想約束力所對(duì)應(yīng)的廣義主動(dòng)力等于零。五桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)副中的約束為理想約束，即不計(jì)算接觸處的摩擦力的光滑 表面。所以，在計(jì)算廣義主動(dòng)力時(shí)，可以將理想約束力排除。作用在五桿機(jī)構(gòu)上的主動(dòng)力分別有阻力 F,兩驅(qū)動(dòng)力矩Ma、Me。廣義主動(dòng)力Fi和F2為FiFF2FvC1MvC2MA 11A 12M,

40、ME 41E 42(3.8)廣義慣性力的求解略復(fù)雜,它包括各構(gòu)件的慣性力和慣性力矩。 對(duì)應(yīng)于Ur的廣義慣性力Fr為4*Frj 1*Fj vjr Tj jr ， r=1,2(3.9)式中Fr、Tj分別為構(gòu)件j的慣性力和慣性力矩設(shè)五桿機(jī)構(gòu)中桿件j是均質(zhì)桿，桿的質(zhì)量為mj,繞質(zhì)心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為Ij,則有一*Fjmjajmj"em,j 1,K ,4m 1,2,3*TjIj jIj j與，j 1,K ,4m 1,2,3將式(3.8),式(3.9)代入Kane方程Fr*Fr 0r 1,2 得F VciMa411 Me 41mjVjem Vj1j 1I j jemj1F Vc2 Ma412 Me 4

41、2mjVjem Vj2j 1I j j emj2由上式可知,Kane方程中有兩個(gè)驅(qū)動(dòng)力矩,通過(guò)二元一次方程組即可求解出這兩個(gè)驅(qū)動(dòng)力矩8-174基于Pro/E軟件環(huán)境下二自由度機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本章采用Pro/E軟件對(duì)二自由度機(jī)器人的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過(guò)對(duì)零部件的設(shè)計(jì)，再 通過(guò)裝配，最后形成二自由度機(jī)器人的完整結(jié)構(gòu)， 通過(guò)導(dǎo)出裝配圖和主要零部件工程圖， 最終完成結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。4.1 Pro/E軟件簡(jiǎn)介Pro/E 是美國(guó) Parametric Technology Corporation (簡(jiǎn)稱(chēng) PTC冰司的重要產(chǎn)品。在目前的三維造型軟件領(lǐng)域中占有著重要地位,并作為當(dāng)今世界機(jī)械CAD/CAE/CA頓域的

42、新標(biāo)準(zhǔn)而得到業(yè)界的認(rèn)可和推廣，是現(xiàn)今最成功的CAD/CA瞰件之一。Pro/E作為三維造型設(shè)計(jì)系統(tǒng)，是一套由設(shè)計(jì)至生產(chǎn)的機(jī)械自動(dòng)化軟件，其功能強(qiáng) 大，用途廣泛，是新一代 CAD/CA陳統(tǒng)軟件。它以尺寸驅(qū)動(dòng)、特征建模、全參數(shù)設(shè)計(jì)、 單一全關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)庫(kù)、虛擬現(xiàn)實(shí)及多數(shù)據(jù)接口等優(yōu)點(diǎn)改變了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)觀念，使設(shè)計(jì)工 作直觀化、高效化、精確化和系統(tǒng)化，成為目前機(jī)械CAC®域的新標(biāo)準(zhǔn)。與傳統(tǒng)的CAD系統(tǒng)僅提供繪圖工具不同，Pro/E提供了一套完整的機(jī)械產(chǎn)品解決方案， 包括工業(yè)設(shè)計(jì)、 機(jī)械設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)、鉞金設(shè)計(jì)、加工制造、機(jī)構(gòu)分析、有限元分析和產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫(kù)管理， 甚至包括了產(chǎn)品生命周期，是多項(xiàng)技術(shù)的集

43、成產(chǎn)品。Pro/E的主要特征有：1 .三維實(shí)體模型；2 .單一數(shù)據(jù)庫(kù)；3 .基于特征的參數(shù)化實(shí)體建模；4 .行為建模技術(shù)；5 .機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)；6 .強(qiáng)大的裝配功能；7 .NC加工；8 .二次開(kāi)發(fā)技術(shù)。Pro/E在各行各業(yè)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛、 越來(lái)越深入，雖然和AUTOCAD二維繪 圖 軟件相比，Pro/E使使用相對(duì)要難得多，但這并沒(méi)有阻止人們對(duì)它的學(xué)習(xí)、 使用及開(kāi)發(fā)。 這也充分說(shuō)明了 Pro/E具有人們所渴望的優(yōu)良的性能和靈活多變的開(kāi)發(fā)方法。美國(guó)PTC公司提出的單一數(shù)據(jù)庫(kù)、參數(shù)化、基于特征、全相關(guān)的概念已成為當(dāng)今世界機(jī)械 CAD/CAM/CA領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)?；诖碎_(kāi)發(fā)出來(lái)的第三代機(jī)械 CAD/C

44、AM/CAE品Pro/E在 當(dāng)今同類(lèi)產(chǎn)品中代表著較高的水平。該系統(tǒng)全方位地提供了從產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)、精確設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)到模具型腔數(shù)控加工一整套功能，極縮短了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的周期，提高了產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。從大量文獻(xiàn)中可以看出，Pro/E在它所觸及的各行各業(yè)中的應(yīng)用程度及深 度雖然各不相同，但其成果是可喜的，效益是顯著的！相信隨著社會(huì)的發(fā)展，其參數(shù)化快速設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)又會(huì)越來(lái)越明顯，今后會(huì)在更多的領(lǐng)域得到更廣泛的應(yīng)用18 04.2 驅(qū)動(dòng)元器件的選擇4.2.1 步進(jìn)電機(jī)的選擇考慮到五桿機(jī)構(gòu)重心偏向右側(cè)，右側(cè)所需力矩大于左側(cè)，參考表 4.1 ,在這里，左 側(cè)選擇 56BYG250C-BASSBL-0241右側(cè)選擇 56

45、BYG250C-SASSBL-0241電機(jī)型號(hào)具體說(shuō)明，如表4.2所示。典型工況下，步進(jìn)電機(jī)的脈沖頻率分別為：fxVx60二103160 0.05310333.3p/sfyvy607103160 0.05103 333.3p/s經(jīng)驗(yàn)算，該型號(hào)步進(jìn)電機(jī)可滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求步進(jìn)電機(jī)的具體尺寸如圖4.3所示。表4.1部分電機(jī)參數(shù)觥箱型號(hào)柜&靜志目脆 里 曲百電顯(mH)依特諾 矩 (Nbm)電 :Nrn)率 泮步向 (KHz)垂呈 (kgj晝 (g-cm2)56BVG250B-SASSBL-O241z2A155240.6S0.03270.4818015&BVG250B-BASSBL-O34

46、1£0.5/i-a24(55240.650.032.7GMISO255BVG250C-&ASS3L 02412%卯132A1.24j01.040.042AO.e2D10YG25OC BASS&L 0241z2AL24 JOL042君口總之破Z5 &eVG250D-SASSBL-024121D.9爐：.4可541.72007箱1460156B/G250D-BASSBL-O2410.9/132A1.5541.720.373j01於02S65CD125月24541.720.07工01460T襄 PKG Z 50E-5A5 SBL-0W1260.51-B2.50.12

47、3.11.57501表4.2型號(hào)說(shuō)明56BYG250C-SA設(shè)計(jì)代M相和T024； 2-4AMML,則出城.2梢4樓尺寸”.b： m機(jī)克熊狀Rr面觸寫(xiě)：方融F;峽星Si AW伸任度標(biāo);1B:常住編悼伸式S：?jiǎn)蝏： n粒身虻潑心門(mén)L行的：£0智舊融2：兩幅室梯崩就時(shí)犯臺(tái)式機(jī)座號(hào)午的目一號(hào)監(jiān)宇-1蠢目T GW 口耳向多爭(zhēng)目LUMT4111*B33圖4.1電動(dòng)機(jī)尺寸4.2.2 聯(lián)軸器選擇伺服電機(jī)的功率約為 R=55以 轉(zhuǎn)速ni=360r/min ,電動(dòng)機(jī)的軸直徑和輸入軸的直徑 在 6.5mm7.5mm一,p0 055轉(zhuǎn)矩T 9550-p 9550 0一 N m 1.46N m。由表4.3查

48、得，伺服電機(jī)工作機(jī)的 n360工況系數(shù)Ka 1.3,故計(jì)算轉(zhuǎn)矩TcKaT1.3 1.46N m 2.8N m表4.3工作情況系數(shù)Ka工作機(jī)原動(dòng)機(jī)為電動(dòng)機(jī)時(shí)轉(zhuǎn)矩變化很小的機(jī)械1.3轉(zhuǎn)矩變化較小的機(jī)械1.5轉(zhuǎn)矩變化中等的機(jī)械1.7轉(zhuǎn)矩及化和沖擊載荷中等的機(jī)械1.9轉(zhuǎn)矩變化和沖擊載荷大的機(jī)械2.3根據(jù)實(shí)際需要，采用一體化，小型，低慣量的彈性管STL3-6-7-J聯(lián)軸器，如圖4.2所示STL卷用性瞥醛告馴，d皿 z嚼一wee He coufi"精怠 SpeaaitySTL - 0. - d , . ； Jf. 1''.；,4 t hi.F(HTlXnrf計(jì) r h：riLq

49、:HL OrZSmenIvvMMA 0 l&mm 無(wú)門(mén)，也：/二 5 Lrnied ange de-nonan 5 t 評(píng) I 0星t d：0.25rnm UtMid nl« dwtabon t Q 25mm 1 - h-：d-, p"ii卜程科券發(fā)電電Mi廿 眠事I 察才Rm tltl xeM1Mmly Ea才由如Mid：t示記 R&mart.鐐仲，崎vtj«#r memehematy o«mp tw 卻h* Ml oM it*twi mH kw wm yMonetji風(fēng)動(dòng)HHIITthe 弧陽(yáng)1的* 畫(huà) downhe"F*4

50、輔禮降the of drrv« Ae witTjfpiHi STU也 km蟲(chóng)丸&nm.從延軸孔Swim 門(mén)6土耳式*口； 左小，STL3-6-8-JF Q HT1L J fyw jlrtu* hn* ftrnn。，5小 aiW hato Urrtm 胃晌 cAarnpriq tyi» rwrurk SH_3NB-®-J03TL熨律性管我茂本，購(gòu)及主要尺寸The baac parameler &rd crilicdl dimensHMi of STL lype txa>iond£y stil and mamterance-ff

51、1;事事。4或d.LS43»mn質(zhì)博mmsm 幅4次|54STL的 ；$a .屆fSTQ25B309WRTi.M38STI*®“_ IU看臺(tái)命AKiHlFMJPi g種JWJ了-.£*, Q.r /«野433 -2 2? 3u* 13.1圖4.2 STL型彈性管聯(lián)軸器4.3平面連桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)確定在其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，將連桿設(shè)計(jì)成兩邊不等高的結(jié)構(gòu)如圖 強(qiáng)度，使得其能更加實(shí)際的應(yīng)用到工作當(dāng)中。在連接兩桿時(shí), 圖4.4,提高傳動(dòng)效率，使得機(jī)構(gòu)有效承受徑向和軸向載荷, 的標(biāo)準(zhǔn)化程度高，成批生產(chǎn)，成本低19 o4.3 ,可有效的加強(qiáng)末端的 使用了雙軸承固定結(jié)構(gòu)如 簡(jiǎn)

52、化連桿機(jī)構(gòu)，并且軸承圖4.3連桿結(jié)構(gòu)圖4.4雙軸承螺栓固定4.4輸入軸的設(shè)計(jì)初始值：通過(guò)設(shè)計(jì)需求，擬定輸入軸上的功率R=55w,轉(zhuǎn)速ni=360r/min初定軸的最小直徑：選軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，C=107118取C=115,于是初步估算軸的最小直徑 dmin C3 麗 1153/0.055/ 360 6.14mmM dmin 6.5mm。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)20-231.擬定各軸段結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖4.5所示。圖4.5輸入軸結(jié)構(gòu)2.根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度。(1)考慮到軸的左端需要安裝聯(lián)軸器，根據(jù)聯(lián)軸器定直徑d=7mm為滿(mǎn)足軸承的軸向定位要求，軸段左端需制一軸肩，由連桿設(shè)計(jì)的綜合考慮

53、，故取輸出直徑從左至右分 別d1=6.5mm d2=10mm d3=16mm d4=12mm d5=10mm兩端均采用軸承與端蓋的配合定位。(2)軸段1部分安裝聯(lián)軸器，因?yàn)樵撦S段在軸承座，又根據(jù)初選型號(hào)為STL3-6-7-J 的聯(lián)軸器尺寸，確定l 1=25mm(3)初選滾動(dòng)軸承。因軸承受軸向力很小，故選用深溝球軸承。軸承定位分別采 用軸套和軸承端蓋及軸肩和箱體軸承孔，選取GB/T 276-1994_61800型深溝球軸承，參數(shù)如下基本尺寸：d>D >B=10mmi9mm5mm基本額定動(dòng)載荷：G=1.8kN基本額定靜載荷：C0r=0.93kN由于軸承軸向?qū)挾?mm根據(jù)實(shí)際裝配，軸段2長(zhǎng)度取l2=5mm(4)根據(jù)所設(shè)計(jì)的連桿，則軸段 3, 4, 5長(zhǎng)度分別取l3=2.5mm 14=65mm l 5=9mm4.5安裝支架的參數(shù)確定安裝支架主要以鋁型材構(gòu)成，如圖 4.6,用T型螺栓固定，用角件（圖4.7）加固 與傳統(tǒng)機(jī)械制造材料，如碳鋼和不銹鋼材料相比，使用高強(qiáng)度工業(yè)鋁擠壓型材具有以下 優(yōu)勢(shì)：1 .制作過(guò)程簡(jiǎn)單：只需設(shè)計(jì)、切斷/鉆孔、組合即可完成；而傳統(tǒng)材料通常要經(jīng)過(guò) 設(shè)計(jì)、切斷/鉆孔、焊接、噴沙/表面處理、表面噴涂等復(fù)雜過(guò)