SCARA工業(yè)機器人設(shè)計計算說明書

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上Harbin Institute of Technology綜合課程設(shè)計報告題目：SCARA工業(yè)機器人設(shè)計院系： 機電工程學(xué)院 班級： * 姓名： * 學(xué)號： * 指導(dǎo)教師： * 哈爾濱工業(yè)大學(xué)2017年10月26日專心-專注-專業(yè)目錄第1章 SCARA機器人簡介（老師評價：設(shè)計的很笨。 嚶嚶嚶。）SCARA機器人，又稱選擇順應(yīng)性裝配機器手臂，是一種圓柱坐標(biāo)型的特殊類型的工業(yè)機器人。SCARA機器人有3個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，其軸線相互平行，在平面內(nèi)進(jìn)行定位和定向。另一個關(guān)節(jié)是移動關(guān)節(jié)，用于完成末端件在垂直于平面的運動。手腕參考點的位置是由兩旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的角位移1和2，及移動關(guān)節(jié)的位

2、移z決定的，即p=f(1,2,z)，如圖所示。這類機器人的結(jié)構(gòu)輕便、響應(yīng)快，例如Adept1·用于平面定位，垂直方向進(jìn)行裝配的作業(yè)。1978年，日本山梨大學(xué)牧野洋發(fā)明SCARA，該機器人具有四個軸和四個運動自由度，(包括沿X,Y,Z方向的平移和繞Z軸的旋轉(zhuǎn)自由度)。SCARA系統(tǒng)在x,y方向上具有順從性，而在Z軸方向具有良好的剛度，此特性特別適合于裝配工作，例如將一個圓頭針插入一個圓孔，故SCARA系統(tǒng)首先大量用于裝配印刷電路板和電子零部件；SCARA的另一個特點是其串接的兩桿結(jié)構(gòu)，類似人的手臂，可以伸進(jìn)有限空間中作業(yè)然后收回，適合于搬動和取放物件，如集成電路板等。如今SCARA機器

3、人還廣泛應(yīng)用于塑料工業(yè)、汽車工業(yè)、電子產(chǎn)品工業(yè)、藥品工業(yè)和食品工業(yè)等領(lǐng)域。它的主要職能是搬取零件和裝配工作。它的第一個軸和第二個軸具有轉(zhuǎn)動特性，第三和第四個軸可以根據(jù)工作的需要的不同，制造成相應(yīng)多種不同的形態(tài)，并且一個具有轉(zhuǎn)動、另一個具有線性移動的特性。由于其具有特定的形狀，決定了其工作范圍類似于一個扇形區(qū)域。SCARA機器人可以被制造成各種大小，最常見的工作半徑在100毫米至1000毫米之間，此類的SCARA機器人的凈載重量在1千克至200千克之間。第2章SCARA機器人的總體設(shè)計SCARA機器人之所以能夠在平面內(nèi)靈活定位，依靠的是三個軸線相互平行的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)。同理，之所以能夠在垂直方向上定位

4、是因為擁有一個移動自由度。SCARA機器人的1個移動自由度和3個旋轉(zhuǎn)自由度使其能滿足要求的情況下完成一系列復(fù)雜的運動。2.1 SCARA機器人的驅(qū)動方式SCARA機器人的驅(qū)動方式可分為液壓，氣動和電動三種基本類型。2.1.1液壓驅(qū)動液壓傳動機械手有很大的抓取能力，抓取力可高達(dá)上百公斤，液壓力可達(dá)7MPa，液壓傳動平穩(wěn)，動作靈敏，但對密封性的要求高，不宜在高或低溫現(xiàn)場工作，需配備一套液壓系統(tǒng)。液壓驅(qū)動有以下特點：（1）輸出功率大；（2）控制精度較高，可無極調(diào)速，反應(yīng)靈敏，可實現(xiàn)連續(xù)軌跡控制；（3）結(jié)構(gòu)適當(dāng)，執(zhí)行機構(gòu)可標(biāo)準(zhǔn)化，模擬化，易實現(xiàn)直接驅(qū)動；（4）液壓系統(tǒng)可實現(xiàn)自我潤滑，過載保護(hù)方便，使用

5、壽命慈航；（5）適用于低速，重載傳動。2.1.2氣壓驅(qū)動氣壓傳動機械手結(jié)構(gòu)簡單，動作迅速，價格低廉，由于空氣可壓縮，所以工作速度穩(wěn)定性差，氣壓一般為0.7MPa，因而抓取力小，只有幾十到幾百牛。氣壓驅(qū)動具有以下特點：（1）輸出功率大；（2）氣體壓縮性能大，精度低，阻尼效果差，低速不易控制，難以實現(xiàn)高速高精度的連續(xù)軌跡控制；（3）結(jié)構(gòu)適當(dāng)，執(zhí)行機構(gòu)可標(biāo)準(zhǔn)化，模擬化，易實現(xiàn)直接驅(qū)動；（4）適用于中小負(fù)載驅(qū)動，精度要求較低的有限點位程序控制機器人。2.1.3電力驅(qū)動電力驅(qū)動是目前在工業(yè)機器手中用的最多的一種。早期多采用步進(jìn)電機驅(qū)動，后來發(fā)展了直流伺服電機，現(xiàn)在交流伺服電機驅(qū)動也開始廣泛使用。上述驅(qū)動

6、單元有的直接驅(qū)動機構(gòu)運動，有的通過諧波減速 器裝置來減速，結(jié)構(gòu)簡單緊湊。電動驅(qū)動的控制精度高，功率較大，能精確定位，反應(yīng)靈敏，可實現(xiàn)高速、 高精度的連續(xù)軌跡控制，伺服特性好，控制系統(tǒng)復(fù)雜。適用于中小負(fù)載、要求具 有較高的位置控制精度和軌跡控制精度、速度較高的機械手，如AC伺服噴涂機 械手、點焊機械手、弧焊機械手、裝配機械手等。電力驅(qū)動可分為普通交流電動機驅(qū)動，交、直流伺服電動機驅(qū)動和步進(jìn)電動 機驅(qū)動。各種電機驅(qū)動的特點：(1)普通交、直流電動機驅(qū)動需加減速裝置，輸出力矩大，但控制性能差， 慣性大，適用于中型或重型機械手。(2)直流伺服電動機：直流伺服電動機具有良好的啟動、制動和調(diào)速特性， 可很

7、方便地在較寬范圍內(nèi)實現(xiàn)平滑的無級調(diào)速，動態(tài)響應(yīng)特性和穩(wěn)定性好，可適 應(yīng)頻繁啟動、反向、制動等工作狀況。直流伺服電動機按勵磁方式不同，有永磁 式和電磁式之分；按轉(zhuǎn)速高低及轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量大小，有高速、小慣量（小慣量 直流伺服電動機有多種：無槽電樞直流伺服電動機，繞組鐵芯細(xì)長，故轉(zhuǎn)動慣量 小，其功率較大；空心杯轉(zhuǎn)子直流伺服電動機，轉(zhuǎn)動慣量很小，靈敏度更高，功 率較??；印制繞組直流伺服電動機，可承受頻繁的起動、換向，切率中等。這類 電動機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量小，電感小，故換向性能好，動態(tài)響應(yīng)快，快速性能好， 低速無爬行）和低速、大慣量（大慣量直流伺服電動機有永磁式和電磁式兩種， 其中永磁式用得較多，它的低速

8、性能好，輸出轉(zhuǎn)矩大，調(diào)速范圍寬，轉(zhuǎn)子慣量大， 受負(fù)載影響小，故可與絲杠直接連接，承受過載、重載能力強）之分。(3)交流伺服電動機：交流伺服電動機幾乎具有直流伺服電動機的所有優(yōu) 點，且結(jié)構(gòu)簡單，制造、維護(hù)簡單，具有調(diào)速范圍寬、穩(wěn)速精度高，動態(tài)響應(yīng)特 性更好等技術(shù)特點，可達(dá)到更大的功率和更高的轉(zhuǎn)速。隨著計算機控制技術(shù)、電 子技術(shù)的發(fā)展，交流伺服電動機已廣泛取代直流伺服電動機。(4)步進(jìn)電動機：步進(jìn)電動機是由電脈沖信號控制的，它可將電脈沖信號 轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或直線位移，有回轉(zhuǎn)式和直線式兩種。步進(jìn)電動機結(jié)構(gòu)簡單、 控制簡便、價格較低，但易失步，具有轉(zhuǎn)子慣量低、反應(yīng)靈敏、能提供較大的低速轉(zhuǎn)矩、無漂移

9、、無積累定位誤差等優(yōu)良性能，其控制線路簡單，不需反饋編碼 器和相應(yīng)的電子線路。步進(jìn)電動機輸出轉(zhuǎn)角與輸入脈沖個數(shù)成嚴(yán)格正比關(guān)系，轉(zhuǎn) 子速度主要取決于脈沖頻率，故控制簡便。步進(jìn)電動機系統(tǒng)主要由步進(jìn)控制器、 功率放大器及步進(jìn)電動機組成。純硬件的步進(jìn)電動機控制器由脈沖發(fā)生器、環(huán)形 分配器、控制邏輯等組成，它的作用就是把脈沖串分配給步進(jìn)電動機的各個繞組， 使步進(jìn)電動機按既定的方向和速度旋轉(zhuǎn)。若采用微機技術(shù)，用軟件與硬件相結(jié)合， 則控制器不僅可在硬件上簡化線路，降低成本，而且又提高可靠性。2.2 SCARA機器人驅(qū)動方式的確定對于SCARA機器人的驅(qū)動裝置的一般的要求：(1)驅(qū)動裝置的質(zhì)量要盡可能的輕，但

10、是單位質(zhì)量的輸出功率（功率/質(zhì)量m的比）要高，效率也要高；(2)反應(yīng)的速度需要快些，也就是力/質(zhì)量和力矩/轉(zhuǎn)動慣量比直要大些；(3)動作要平滑，不產(chǎn)生沖擊；(4)控制應(yīng)要盡可能的靈活，位移和速度的偏差要小些；(5)驅(qū)動裝置要安全可靠；(6)驅(qū)動裝置要操作方便和它的維護(hù)也很方便；(7)它對環(huán)境無污染或污染很少，噪音也要??；(8)經(jīng)濟(jì)要便宜些，最主要的是要盡量減少它的占地面積。綜合考慮所設(shè)計的SCARA機器人的參數(shù)和所需要完成的工作條件，所以本次設(shè)計的關(guān)節(jié)都選擇交流伺服電機驅(qū)動系統(tǒng)。2.3 SCARA機器人的減速器選擇現(xiàn)在，在機器人的傳動系統(tǒng)中最常使用的有RV減速器和諧波減速器，根據(jù)設(shè)計要求選擇了

11、斯諾伐克Spinea諧波減速器。減速器的類型和特點：諧波減速器RV減速器：該減速器具有較大的傳動比和較大的承載能力，而且它的傳動精度也比較高，傳動中比較的平穩(wěn)，傳動的效率比較的理想，它的結(jié)構(gòu)簡單、體積比較小質(zhì)量又輕，它的制造的成本價格要比RV減速器制造的成本價格要低的很多。RV減速器：該減速器一般應(yīng)用于負(fù)載比較大，速度和精度要求比較高的場合等特點。2.4 SCARA機器人傳動機構(gòu)的對比與分析SCARA工業(yè)機械手的傳動系統(tǒng)要求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、轉(zhuǎn)動慣量和體積小， 要求消除傳動間隙，提高其運動和位置精度。工業(yè)機械手傳動裝置除齒輪傳動， 蝸桿傳動，鏈傳動和行星齒輪傳動外，還常用滾珠絲杠、諧波齒輪、鋼

12、帶、同步 齒形帶和繩輪傳動，以下就是工業(yè)機械手常用的傳動方式及其特點：(1)滾珠絲杠：傳動效率高，達(dá)0.9-0.98,有利于主機的小型化和減輕勞動 強度；摩擦力矩小，接觸鋼度高，使溫升及熱變形減小，有利于改善主機的動態(tài) 特性和提高工作精度；工作壽命長，傳動無間隙，無爬行傳動精度高，具有很好 的高速性能；抗沖擊振動性能差，承受徑向載荷能力差。(2)同步帶：靠齒嚙合傳動，傳動比準(zhǔn)確，傳動效率高，初張緊力最小， 瞬間速度均勻，單位質(zhì)量傳遞的功率最大；與鏈和齒輪傳動相比，噪聲小，不需 潤滑，傳動比、線速度范圍大，傳遞功率大；耐沖擊振動較好，維修簡便、經(jīng)濟(jì)。 廣泛應(yīng)用于各種機械傳動。(3)諧波齒輪傳動：

13、傳動比大、范圍寬；元件少，體積小，重量輕；同時 嚙合的齒數(shù)多，承載能力高；且誤差能互相補償，故運動精度高?？刹捎谜{(diào)整波 發(fā)生器達(dá)到無側(cè)隙嚙合；運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪音低，傳動效率也比較高，且傳動比大時， 效率并不顯著下降，但主要零件一柔輪的制造工藝比較復(fù)雜。(4)蝸桿傳動：傳動比大，工作平穩(wěn)，噪聲較小，結(jié)構(gòu)緊湊，在一定條件 下有自鎖性，效率低。根據(jù)設(shè)計任務(wù)書的要求，對SCARA機器人的各個關(guān)節(jié)的傳動方式進(jìn)行合理的選擇，為后續(xù)的關(guān)節(jié)電機型號的選擇和具體計算校核提供基礎(chǔ)。各關(guān)節(jié)的傳動 方案決定了整體機器人的結(jié)構(gòu)，是SCARA機器人能否傳輸運動、精準(zhǔn)定位的一大參考值，因而在傳動方案的選擇中，查詢國內(nèi)典型工業(yè)機

14、器人圖冊的機器 人傳動的經(jīng)典傳動方案，現(xiàn)給出傳動方案如下：第一二關(guān)節(jié)自由度均選擇交流伺服電機傳動，不僅保證了傳動精度，而且在效率和振動方面，也有良好的提高，此外，模塊化的產(chǎn)品也市場化，所以易購買，而且安裝也較為方便；第三關(guān)節(jié)和第四關(guān)節(jié)選擇滾珠絲桿滾珠花鍵以及同步帶傳動，在結(jié)構(gòu)緊湊的基礎(chǔ)上，保證了設(shè)計任務(wù)書中對三，四關(guān)節(jié)速度及運動范圍的要求。最終的傳動方案如表2-1所示：關(guān)節(jié)傳動方案大臂回轉(zhuǎn)伺服電機1à諧波減速器à大臂小臂回轉(zhuǎn)伺服電機2à諧波減速器à小臂Z軸方向直線運動伺服電機3à同步齒形帶à絲桿螺母à主軸Z軸回轉(zhuǎn)運動伺服電機

15、4à同步齒形帶à花鍵à主軸表2-1 傳動方案2.5 SCARA機器人機構(gòu)桿件參數(shù)初定由于scara是相對成熟的工業(yè)級產(chǎn)品，因此可參考具體的實機進(jìn)行參數(shù)初定。這里選用ABB公司3公斤級臂展550mm的SCARA機器人作為參考，其外形圖如圖2-1所示。 圖2-1 IRB 910SC - 3/0.55 外形圖任務(wù)書要求最大展開半徑要求為560mm，初定大臂325mm，小臂235mm。2.6 SCARA機器人運動空間計算利用Matlab結(jié)合DH法計算SCARA機器人運動空間，計算程序如下所示。運動空間如圖2-2所示。%前置法計算scara運動空間 L1=325;%大臂長度

16、L2=235;%小臂長度a=;%空矩陣保存解點坐標(biāo)theta1_max=130;%關(guān)節(jié)1最大運動范圍theta2_max=125;%關(guān)節(jié)2最大運動范圍theta3_max=180;%關(guān)節(jié)3最大運動范圍d1=0; d2=0; d3=0;%建立DH坐標(biāo)參數(shù) 參數(shù)取決于機器人關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)暫取0 不會影響最終成圖形狀d4_max=80;%關(guān)節(jié)4最大運動范圍deg2rad=pi/180;N=10;%設(shè)置循環(huán)次數(shù) 嵌套循環(huán)運算量大 求解費時r=10; %設(shè)執(zhí)行器距關(guān)節(jié)四在x方向上偏移量為rA=r;0;0;1;%執(zhí)行器坐標(biāo)原點在第四關(guān)節(jié)坐標(biāo)中表示%機器人學(xué)中的算法for i=-N:N theta1=i*thet

17、a1_max*deg2rad/N; A01=cos(theta1) -sin(theta1) 0 0 sin(theta1) cos(theta1) 0 0 0 0 1 d1 0 0 0 1 ; for j=-N:N theta2=j*theta2_max*deg2rad/N; A12=cos(theta2) -sin(theta2) 0 L1 sin(theta2) cos(theta2) 0 0 0 0 1 d2 0 0 0 1 ; for k=-N:N theta3=k*theta3_max*deg2rad/N; A23=cos(theta3) -sin(theta3) 0 L2 sin

18、(theta3) cos(theta3) 0 0 0 0 1 d3 0 0 0 1; for p=0:N d4=p*d4_max/N; A34=1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 d4 0 0 0 1; T04=A01*A12*A23*A34; a=a T04*A; end end endendscatter3(a(1,:),a(2,:),a(3,:);%繪三維散點圖axis equal; 圖2-2 SCARA機器人運動空間2.7 SCARA機械臂材料初定機械臂的材料要根據(jù)工作狀況來選擇，SCARA機械臂具有體積小，重量輕的特點，對于實現(xiàn)運動的機械臂來說，在滿足輕度和剛度的條件下，零部

19、件越輕越好。通常情況下，可以從以下大類材料中選取: （1）合金鋼（2）經(jīng)過熱處理的優(yōu)質(zhì)鋼（3）輕型合金，如鋁合金綜上，本次設(shè)計擬定大臂、小臂材料為鋁合金1060。第3章 SCARA機器人關(guān)節(jié)元件設(shè)計計算經(jīng)查詢市場上現(xiàn)有SCARA機器人的各項參數(shù)，主要是負(fù)載和本體質(zhì)量的對比，發(fā)現(xiàn)任務(wù)書所提負(fù)載所對應(yīng)的本體質(zhì)量余量很大，所以此次設(shè)計按照從末端開始設(shè)計的思路來進(jìn)行設(shè)計。3.1 滾珠絲桿滾珠花鍵的計算及選型相比于傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，新一代的SCARA機器人使用了滾珠絲桿花鍵由絲桿螺母、花鍵螺母、絲桿三部分組成。由于絲桿中的鋼球在螺母與絲桿之間來回滑動，保證了其傳動的高效性，與過去的滑動絲桿相比，其驅(qū)動扭矩

20、僅占傳統(tǒng)絲桿的三分之一3.1.1 計算滾珠絲桿花鍵的負(fù)載由于 3軸是豎直安裝，滾珠絲桿的負(fù)載力主要包括手腕和負(fù)載本身的重力和加速運動時產(chǎn)生的慣性力。如前所述，設(shè)手腕的質(zhì)量為4.5kg，負(fù)載質(zhì)量為1.5kg ，第3軸的運動直線加速度最大設(shè)為a=25m/s，則機器人手腕加速度時產(chǎn)生的慣性力為 手腕的重力為 聯(lián)立式子可得絲杠軸所受的最大負(fù)載力為 3.1.2 計算滾珠絲杠花鍵的轉(zhuǎn)速設(shè)計要求3軸的直線運動速度500mm/s ，取絲杠導(dǎo)程為20mm ，則絲杠的轉(zhuǎn)速由 計算得出 3.1.3 螺母的選擇根據(jù)滾珠絲桿中鋼球循環(huán)方式的不同，絲桿螺母分為:彎管式、循環(huán)器式、端蓋式，這里選擇彎管式，它通過彎管讓鋼球進(jìn)

21、行循環(huán)，鋼球經(jīng)過絲桿軸的溝槽滑 入彎管，接著滾進(jìn)溝槽中，循環(huán)往復(fù)。3.1.4 計算滾珠絲杠花鍵的最大動載荷根據(jù)負(fù)載力的大小，可由下列式子計算出滾珠絲桿的最大動載荷：式中：為滾珠絲桿的壽命，且，其中，T為使用壽命普通機械取，設(shè)計任務(wù)書要求年限壽命為3年，按一年365天，每天3班制，計算得26280h；n為絲桿的轉(zhuǎn)速1500(r/min) ；為載荷系數(shù)。參考表，這里取=1。 為硬度系數(shù)。當(dāng)絲桿硬度>58HRC時，取=1.0；當(dāng)絲桿的硬度>55 HRC 時，取=1.11；當(dāng)絲桿的硬度> 50HRC時，取=1.56；當(dāng)絲桿的硬度>45HRC 時，取=2.4；Fm為滾珠絲桿的最大

22、工作載荷(N)。運動狀態(tài)平穩(wěn)或輕度沖擊1.01.2中等沖擊1.21.5較大沖擊或振動1.52.5代入公式計算3.1.5 剛度的驗算由于滾珠絲杠花鍵部和滾珠絲杠部間距很小，且滾珠絲杠長度受行程限制長度不會太長，且沒有兩軸端壓力的產(chǎn)生，不會有失穩(wěn)的可能性，所以剛度不驗算。3.1.6 計算傳動效率滾珠絲桿的傳動效率一般在 0.80.9，可計算得出: 式中：為絲杠的螺旋升角，為導(dǎo)程，為滾珠絲杠軸外徑。為摩擦角，一般取10°。由此可以計算出滾珠絲杠花鍵的傳動效率。 傳動效率較高。3.1.7滾珠絲杠花鍵選擇綜上，選擇THK公司的BNS-2020A型的滾珠絲杠花鍵。詳細(xì)數(shù)據(jù)由附錄1給出。3.1.8

23、 滾珠絲杠花鍵驅(qū)動電機的選擇與計算由于負(fù)載力不大，動絲桿進(jìn)行直線運動。因此 3 軸和 4 軸可以不采用減速器，采用同步帶傳動同時利用其減速，減速比均為2。根據(jù)功率相等的原則，有如下式子： 式中： 軸向力； 電機力矩； 直線運動速度； 電機轉(zhuǎn)速； 絲杠的傳動效率；又由式子：最終推導(dǎo)如下公式：代入公式計算的（3軸）（4軸）考慮到同步帶的傳動效率，安全系數(shù)為2，則電機的最小轉(zhuǎn)矩（3軸）（4軸）所需功率為P=230W（3軸）P=0.524W（4軸）3軸選擇安川SGM7J系列，為了保持絲杠斷電后的狀態(tài)，選擇帶保持制動器的電機，詳細(xì)代號為SGM7J04A7C6E。.4軸選擇安川SGM7J系列，詳細(xì)代號為S

24、GM7JA5A7A61。詳細(xì)數(shù)據(jù)見附錄2。3.2 3軸同步齒形帶的設(shè)計與選型為了減小機器人總體設(shè)計外形尺寸，使結(jié)構(gòu)緊湊，3軸和4軸均通過同步帶傳遞運動與力矩，下面進(jìn)行他們的選擇與計算。根據(jù)選擇的關(guān)節(jié) 3 軸的電機型號，結(jié)合同步帶不僅改變傳動方向的作用而且改變了輸出力矩的特性可以計算功率等參數(shù)。3.2.1 確定同步齒形帶的計算功率 考慮到速度增減、功率的高低、載荷的大小和預(yù)緊力對帶輪的影響，其功率計算公式為式中：考慮載荷性質(zhì)和運轉(zhuǎn)時間的工況修正系數(shù)；傳遞的功率載荷變化情況瞬時峰值載荷及額定工作載 荷每天工作小時數(shù)/h<101016>16平穩(wěn)1.21.41.5小150%1.41.61.

25、7較大150%250%1.61.71.85很大250%450%1.71.852大而且頻繁>450%1.8522.05表 3-1 同步帶的工況修正系數(shù)由表3-1 得=2，根據(jù)所選用電機得傳遞功率P=230w，計算得3.2.2 選定帶型和節(jié)距參考如圖 3-1 所示的圓弧齒同步帶選型圖，依據(jù)上述計算的功率 Pd，轉(zhuǎn)速 n， 據(jù)此可以選擇同步齒形帶。圖3-1 圓弧齒同步帶選型圖選定同步齒形帶帶型為3M3.2.3 大小帶輪齒數(shù)及節(jié)圓半徑。根據(jù)帶輪轉(zhuǎn)速和帶型，根據(jù)表3-2可確定小帶輪的最小齒數(shù)。此設(shè)計中， 由于安裝尺寸限制，3 軸選擇小帶輪。帶輪轉(zhuǎn)速（r/min-1）帶型3M5M8M14M20M&l

26、t;90010142228349001200142028283412001800162432323818003600202836360048002230表 3-2 帶輪的最小齒數(shù)取小帶輪的齒數(shù)=25則小帶輪節(jié)圓直徑為則大帶輪的齒數(shù)=50則大帶輪節(jié)圓直徑為3.2.4 同步帶帶速計算3.2.5 初選中心距中心距滿足下述條件根據(jù)結(jié)構(gòu)尺寸要求取 3.2.6 帶長及齒數(shù)確定帶長的計算公式如下根據(jù)圓弧齒同步帶長度系列查得，其節(jié)線長，節(jié)線上齒數(shù)同步帶的實際中心距為 計算得a=73.28mm。3.2.7 基本額定功率基本額定功率是各種帶型對應(yīng)于基準(zhǔn)寬度的額定功率，為各帶型的許 用工作拉力，m 為寬度為的帶單位

27、長度的質(zhì)量，各參數(shù)見表 3-3 所示。項目帶型參數(shù)MXLXXLXLLHXHXXHbs0/mm6.46.49.525.476.2101.6127.0Ta/N273150245210040505400m/kgm-10.0070.010.0220.0960.4481.4842.473表 3-3 同步帶的基準(zhǔn)寬度、許用工作拉力和單位長度的質(zhì)量選擇L（輕型），算得3.2.8 帶寬計算同步帶帶寬計算公式如下式其中： 嚙合系數(shù)，因，取 =1；帶長系數(shù)，按表可查得=1；帶基準(zhǔn)寬度，查表確定；算得：取bs=19mm。3.2.9 作用于軸上的力計算 緊邊張力松邊張力最終根據(jù)以上計算參數(shù)選取寧波伏龍同步帶公司的26

28、1-3M同步帶。3.3 4軸同步齒形帶的設(shè)計與選型計算和選型過程基本與3軸相同。3.3.1 確定同步齒形帶的計算功率 功率計算公式為式中：考慮載荷性質(zhì)和運轉(zhuǎn)時間的工況修正系數(shù)；傳遞的功率由表3-1 得=1.5，根據(jù)所選用電機得傳遞功率P=0.524w，計算得3.3.2 選定帶型和節(jié)距參考如圖 3-1 所示的圓弧齒同步帶選型圖，依據(jù)上述計算的功率 Pd，轉(zhuǎn)速 n， 據(jù)此可以選擇同步齒形帶。選定同步齒形帶帶型為3M。3.3.3 大小帶輪齒數(shù)及節(jié)圓半徑。取小帶輪的齒數(shù)=25則小帶輪節(jié)圓直徑為則大帶輪的齒數(shù)=50則大帶輪節(jié)圓直徑為3.3.4 同步帶帶速計算3.3.5 帶長及齒數(shù)確定帶長的計算公式如下根

29、據(jù)圓弧齒同步帶長度系列查得，其節(jié)線長，節(jié)線上齒數(shù)同步帶的實際中心距為 計算得a=73.28mm。3.3.6 基本額定功率基本額定功率是各種帶型對應(yīng)于基準(zhǔn)寬度的額定功率，為各帶型的許用工作拉力，m 為寬度為的帶單位長度的質(zhì)量，各參數(shù)見表 3-3 所示。選擇MXL（超輕型），算得3.3.7 帶寬計算同步帶帶寬計算公式如下式取bs=8mm。3.3.8 作用于軸上的力計算 緊邊張力松邊張力最終根據(jù)以上計算參數(shù)選取寧波伏龍同步帶公司的261-3M同步帶。第4章 1軸和2軸電機及減速器的選擇與計算4.1 小臂驅(qū)動電機（2軸）及減速器的計算與選擇SCARA機器人小臂設(shè)計如圖4-1所示圖4-1 SCARA機器人小臂設(shè)計利用SolidWorks將此模型的質(zhì)量及繞2軸轉(zhuǎn)動慣量計算得出：質(zhì)量為m1=6.92kg繞2軸轉(zhuǎn)動慣量J1=0.303kg/m2由任務(wù)書可知，關(guān)節(jié)2最大運動速度w=450°/s，選擇加速時間為t=0.1s，則角加速度：=t=450°/s0.1s=78.54/s2則所需扭矩為T=J×=0.303×78.54=23.80Nm考慮到摩擦力矩，取安全系數(shù)為1.2則減速機輸出的最小轉(zhuǎn)矩為Tmin=1.2T/=1.2×23