自動(dòng)機(jī)器人組裝機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)[帶圖紙]

1、<p><b>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　自動(dòng)機(jī)器人組裝機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　院（系、部）名 稱(chēng) ： 機(jī)電工程學(xué)院 </p><p>　　專(zhuān) 業(yè) 名 稱(chēng)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 </p><p>　　學(xué) 生 姓 名：

2、 </p><p>　　學(xué) 生 學(xué) 號(hào)： </p><p>　　指 導(dǎo) 教 師： </p><p>　　2011年 5 月25 日</p><p><b>　　學(xué) 術(shù) 聲 明</b></p&

3、gt;<p>　　本人呈交的學(xué)位論文，是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果，所有數(shù)據(jù)、圖片資料真實(shí)可靠。盡我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本學(xué)位論文的研究成果不包含他人享有著作權(quán)的內(nèi)容。對(duì)本論文所涉及的研究工作做出貢獻(xiàn)的其他個(gè)人和集體，均已在文中以明確的方式標(biāo)明。本學(xué)位論文的知識(shí)產(chǎn)權(quán)歸屬于河北科技師范學(xué)院。</p><p>　　本人簽名：

4、日期： </p><p>　　指導(dǎo)教師簽名： 日期： </p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　本論文在綜述近年來(lái)機(jī)器人技術(shù)研究和發(fā)展?fàn)顩r的基礎(chǔ)上，結(jié)合自動(dòng)組裝用機(jī)器人的設(shè)計(jì)，對(duì)機(jī)器人技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)的分析，提出了整體結(jié)構(gòu)

5、、執(zhí)行部件和上料裝置的設(shè)計(jì)方案。</p><p>　　本文結(jié)合螺釘?shù)男螤睢⒀b配位置和精度的各方面的要求以及機(jī)器人擰緊過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，參考近幾年機(jī)器人技術(shù)研究和發(fā)展的狀況，在充分發(fā)揮機(jī)、電、軟、硬件各自特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的基礎(chǔ)上，對(duì)裝配用擰緊螺釘機(jī)器人的整體機(jī)械結(jié)構(gòu)、傳動(dòng)系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行了分析和設(shè)計(jì)，提出了一套整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案和傳動(dòng)方案。采用直角坐標(biāo)的框架式機(jī)械結(jié)構(gòu)形式，這種方式能夠提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和操作靈活性，并

6、對(duì)它的三個(gè)坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)；采用自我設(shè)計(jì)的自動(dòng)送料裝置；最后采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，導(dǎo)軌和滾珠絲杠傳動(dòng)力和扭矩。</p><p>　　通過(guò)以上各部分的工作，得出了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)用化、自動(dòng)上料的裝配用機(jī)器人的整體設(shè)計(jì)方案和執(zhí)行部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，它對(duì)其他類(lèi)型的數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也有一定的借鑒價(jià)值。</p><p>　　關(guān)鍵詞： 自動(dòng)組裝 螺釘 機(jī)器人 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) </p><p&g

7、t;<b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　In this paper, a robot whole mechanical configuration , execute part and deliver goods is provided based on the research and development of robot in recent years and

8、connected with the design of the automatic assemble screw. With the analysis of the problems in the design of the automatic assemble screw and synthesizing the robot research and development condition in recent years, a

9、economic scheme is concluded on the basis of the analysis of mechanical configuration, transform system, drive dev</p><p>　　According to the analysis of above parts, configuration simple , practicality and

10、the automatic assemble screw is concluded which will be value to other type of robot’s mechanical design and control system research.</p><p>　　Keyword: automatic assemble screw robot design of the config

11、uration</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1本課題的提出和研究意義1</p><p>　　1.2機(jī)器人的基本結(jié)構(gòu)及其分類(lèi)1</p><p>　　1.3本論文主要研究?jī)?nèi)容2&l

12、t;/p><p>　　2. 自動(dòng)組裝作業(yè)用機(jī)器人總體方案設(shè)計(jì)2</p><p>　　2.1機(jī)器人的任務(wù)要求和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2</p><p>　　2.2傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)3</p><p>　　2.3驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)性能分析與方案設(shè)計(jì)7</p><p>　　2.4控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)9</p><p>　　3.傳

13、動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)10</p><p>　　3.1滾珠絲杠副的特點(diǎn)10</p><p>　　3.2設(shè)計(jì)條件11</p><p>　　3.3導(dǎo)向精度與軸向間隙的確定12</p><p>　　3.4絲杠軸的確定12</p><p>　　3.5螺母的確定13</p><p>　　3.6定位精度的確

14、定16</p><p>　　3.7回轉(zhuǎn)扭矩的確定16</p><p>　　4.導(dǎo)軌的受力分析17</p><p>　　4.1使用條件18</p><p>　　4.2滑塊作用載荷18</p><p>　　5.導(dǎo)軌的剛性設(shè)計(jì)25</p><p>　　5.1預(yù)壓的選定25</p&g

15、t;<p>　　5.2考慮預(yù)壓載荷的壽命25</p><p><b>　　結(jié)論29</b></p><p><b>　　致謝31</b></p><p><b>　　1 緒論 </b></p><p>　　1.1本課題的提出和研究意義</p>

16、<p>　　在組裝體系中，以前的人工操作已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代企業(yè)高精度、高效率、低成本生產(chǎn)方式的要求[1]。隨著相關(guān)學(xué)科的發(fā)展及各種先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用，組裝機(jī)器人的研究與開(kāi)發(fā)越來(lái)越受到廣泛的重視，組裝機(jī)器人已經(jīng)成為先進(jìn)制造業(yè)不可缺少的自動(dòng)化裝備，研究開(kāi)發(fā)的組裝用機(jī)器人得到了廣泛的應(yīng)用，利用組裝用機(jī)器人進(jìn)行工作可以實(shí)現(xiàn)典型的組裝動(dòng)作,如抓取,插入和擰緊等動(dòng)作。</p><p>　　一個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)一般由操作機(jī)（機(jī)械

17、本體）、驅(qū)動(dòng)單元、控制器和為機(jī)器人進(jìn)行作業(yè)而連接的外部設(shè)備組成。操作機(jī)是機(jī)器人完成作業(yè)的實(shí)體，它具有與人手臂相似的動(dòng)作功能；驅(qū)動(dòng)單元是用來(lái)為操作機(jī)及各部件提供動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的裝置；控制器是對(duì)機(jī)器人的起動(dòng)、停止等進(jìn)行操作的裝置，它指揮機(jī)器人按規(guī)定的要求動(dòng)作；人工智能系統(tǒng)是智能機(jī)器人所具有的，它包括了感覺(jué)系統(tǒng)和決策、規(guī)劃智能系統(tǒng)。</p><p>　　裝配機(jī)器人的機(jī)構(gòu)合理，性能完善，必將加速產(chǎn)品化的進(jìn)程；改善工人的勞動(dòng)環(huán)

18、境，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度；大大提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率。這將意味著裝配工作的生產(chǎn)自動(dòng)化的開(kāi)始，開(kāi)辟了工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用的新領(lǐng)域。</p><p>　　1.2機(jī)器人的基本結(jié)構(gòu)及其分類(lèi)</p><p>　　機(jī)器人作為典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，其控制方式經(jīng)歷了三代發(fā)展:第一代是示教再現(xiàn)式可編程機(jī)器人，具有記憶、存儲(chǔ)功能，能按照作者在示教階段給出的軌跡重復(fù)進(jìn)行特定的作業(yè)過(guò)程，但對(duì)周?chē)h(huán)境基本上沒(méi)有感知和環(huán)境信息反

19、饋控制的能力[2]。隨著傳感器技術(shù)包括視覺(jué)傳感器、非視覺(jué)傳感器(力覺(jué)、觸覺(jué)、接近覺(jué)等)以及信息處理技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了第二代機(jī)器人—具有感覺(jué)功能的自適應(yīng)機(jī)器人，在獲取作業(yè)環(huán)境和作業(yè)對(duì)象的部分有關(guān)信息的基礎(chǔ)上，能夠進(jìn)行一定的適時(shí)處理、按照固定的邏輯發(fā)出動(dòng)作命令。第三代是智能機(jī)器人，該種機(jī)器人不僅具有第二代機(jī)器人更完善的環(huán)境感知功能，而且具有邏輯思維、學(xué)習(xí)、判斷和決策功能，可根據(jù)作業(yè)要求和環(huán)境信息自主的進(jìn)行工作，該機(jī)器人目前正處于研制和開(kāi)發(fā)過(guò)

20、程中，預(yù)計(jì)到21世紀(jì)初期將進(jìn)入普及階段。盡管機(jī)器人的外觀、形狀和功能各異，但它們的主要構(gòu)成基本上是一致的，從控制觀點(diǎn)上講，機(jī)器人系統(tǒng)可分為四部分:人機(jī)接口、控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。</p><p>　　按機(jī)械結(jié)構(gòu)坐標(biāo)形式將機(jī)器人分為直角坐標(biāo)型、圓柱坐標(biāo)型、球坐標(biāo)型、水平多關(guān)節(jié)型和關(guān)節(jié)型等幾種。直角坐標(biāo)型機(jī)器人具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)高定位精度、空間軌跡易于求解、三個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)相互獨(dú)立，其間沒(méi)有耦合，不影響末端

21、手爪的姿態(tài)，不產(chǎn)生奇異狀態(tài)，運(yùn)動(dòng)和控制都比較簡(jiǎn)單，但機(jī)體所占空間體積大，動(dòng)作范圍小，操作靈活性差。圓柱坐標(biāo)型和球坐標(biāo)型機(jī)器人占地面積小，動(dòng)作范圍大，在空間中定位比較直觀，但存在移動(dòng)關(guān)節(jié)不容易保護(hù)的問(wèn)題。SCARA型機(jī)器人的主要特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)便，響應(yīng)快，最適用于在垂直方向上完成零件的裝配作業(yè)。關(guān)節(jié)型機(jī)器人雖然運(yùn)動(dòng)學(xué)分析比較復(fù)雜，控制難度大，但與其他形式的機(jī)器人相比較操作靈活性強(qiáng)，因而其應(yīng)用日益廣泛[3]。</p><p&

22、gt;　　1.3本論文主要研究?jī)?nèi)容</p><p>　　隨著機(jī)器人技術(shù)的迅速發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的不斷深化，不但要求機(jī)器人控制可靠性強(qiáng)、使用靈活性高和操作方便性好，還要求降低生產(chǎn)成本，開(kāi)發(fā)經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)的機(jī)器人系統(tǒng)更具有現(xiàn)實(shí)意義。結(jié)合自動(dòng)組裝作業(yè)用機(jī)械人的特點(diǎn)和性能，本論文主要研究以下幾個(gè)方面的問(wèn)題:</p><p>　　(1)自動(dòng)組裝作業(yè)用機(jī)械人總體方案的確定</p><p>

23、;　　機(jī)器人是典型的機(jī)電一體化裝置，必須采用系統(tǒng)的觀點(diǎn)，立足全局，對(duì)機(jī)器人各功能模塊進(jìn)行合理劃分。首先根據(jù)設(shè)計(jì)要求從理論上分析工作狀況，然后提出設(shè)計(jì)思路，包括傳動(dòng)方式、控制方式等，在綜合分析的基礎(chǔ)上，整體規(guī)劃?rùn)C(jī)械手的整體結(jié)構(gòu)形式、驅(qū)動(dòng)裝置、傳動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)，從而選定最優(yōu)方案。</p><p>　　(2)自動(dòng)組裝作業(yè)用機(jī)器人傳動(dòng)方案確定</p><p>　　怎樣把驅(qū)動(dòng)的力和扭矩精確地傳遞給

24、執(zhí)行部件，是機(jī)器人的主要設(shè)計(jì)方面，本文結(jié)合工業(yè)要求，采用滾珠絲杠和LM型導(dǎo)軌作為傳動(dòng)元件。</p><p>　　(3)上料裝置的設(shè)計(jì)</p><p>　　機(jī)器人最大的特點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，而實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)是它的發(fā)展方向，參考國(guó)內(nèi)外的自動(dòng)送料裝置并結(jié)合本設(shè)計(jì)的實(shí)際情況，通過(guò)分析進(jìn)行創(chuàng)新，設(shè)計(jì)出能滿足該設(shè)計(jì)要求的專(zhuān)用送料裝置。該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能可靠成本低。</

25、p><p>　　2. 自動(dòng)組裝作業(yè)用機(jī)器人總體方案設(shè)計(jì)</p><p>　　機(jī)器人是典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，合理分配機(jī)械、電子、硬件、軟件各部分所承擔(dān)的任務(wù)和功能，對(duì)提高系統(tǒng)的整體性能、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化、成本降低起著舉足輕重的作用[4]。因此，對(duì)擰緊螺釘用裝配機(jī)器人采用系統(tǒng)的觀點(diǎn)進(jìn)行整體功能分析，可以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，是實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性、靈活性和高可靠性系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)和關(guān)鍵步驟。</p><

26、;p>　　2.1機(jī)器人的任務(wù)要求和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　為提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，加快產(chǎn)品的生產(chǎn)速度。要求機(jī)器人工作部件取出螺釘然后進(jìn)行定位擰緊裝配，即機(jī)器人手部完成定位—下降—頂出螺釘一旋轉(zhuǎn)一定位擰緊螺釘—上升—定位這樣反復(fù)工作過(guò)程。</p><p>　　機(jī)械結(jié)構(gòu)是自動(dòng)組裝擰緊螺釘機(jī)器人是最終的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，是機(jī)器人賴(lài)以實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)動(dòng)的實(shí)體，機(jī)械結(jié)構(gòu)的布局、類(lèi)型、傳動(dòng)方式以及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)

27、計(jì)直接關(guān)系著機(jī)器人的工作性能。機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)按坐標(biāo)形式主要有直角坐標(biāo)型、球坐標(biāo)型、圓柱坐標(biāo)型、SCARA型和關(guān)節(jié)型等。直角坐標(biāo)型機(jī)器人操作臂的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、剛度高，三個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)相互獨(dú)立，其間沒(méi)有耦合，不影響末端手爪的姿態(tài)，不產(chǎn)生奇異狀態(tài)，運(yùn)動(dòng)和控制都比較簡(jiǎn)單;缺點(diǎn)是占地面積大，動(dòng)作范圍小，操作靈活性差。球坐標(biāo)機(jī)器人和圓柱坐標(biāo)機(jī)器人占地面積小，工作空間較大，在空間中的定位也比較直觀，但是它們的移動(dòng)關(guān)節(jié)不容易防護(hù)，極坐標(biāo)型機(jī)器人也存在

28、移動(dòng)關(guān)節(jié)不易防護(hù)的問(wèn)題，它們多用于一些特殊的作業(yè)環(huán)境。SCARA型機(jī)器人的主要特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)輕便，響應(yīng)快，最適用于在垂直方向完成零件的裝配作業(yè)。關(guān)節(jié)型機(jī)器人操作臂的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，動(dòng)作靈活，在作業(yè)空間內(nèi)手臂的干涉最小，工作空間大;缺點(diǎn)是進(jìn)行控制時(shí)計(jì)算量比較大，確定末端執(zhí)行部件的位姿不直觀。綜上所述，直角坐標(biāo)型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且剛性很好，因而它的應(yīng)用日益廣泛[4]。</p><p>　　針對(duì)該自動(dòng)組裝作業(yè)用機(jī)器

29、人，為了使它具有一定的操作靈活性和較好的使用性能，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上采用直角坐標(biāo)型。它的整體布局結(jié)構(gòu)合理，如圖2.1。整個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)為五個(gè)自由度，將運(yùn)動(dòng)分解為兩部分:移動(dòng)部分和操作部分。移動(dòng)部分占兩個(gè)自由度，包括左右和前后的移動(dòng)機(jī)構(gòu) ，這兩個(gè)自由度之間沒(méi)有耦合，相互不干擾；操作部分占三個(gè)自由度，包括上下運(yùn)動(dòng)和兩個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。</p><p><b>　　2.2傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)</b></p

30、><p>　　傳動(dòng)裝置的作用主要是將驅(qū)動(dòng)元件的動(dòng)力傳遞給機(jī)器人相應(yīng)的執(zhí)行部件，以實(shí)現(xiàn)各種預(yù)定的運(yùn)動(dòng)。目前常用的傳動(dòng)方式有:皮帶輪傳動(dòng)、鏈條傳動(dòng)、齒輪齒條傳動(dòng)、蝸輪蝸桿傳動(dòng)、行星齒輪傳動(dòng)、諧波減速傳動(dòng)以及螺旋傳動(dòng)等。諧波齒輪傳動(dòng)具有體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、效率高、能獲得大的傳動(dòng)比等優(yōu)點(diǎn)，但存在扭轉(zhuǎn)剛度較低且傳動(dòng)比不能太小的缺點(diǎn)。行星齒輪傳動(dòng)具有結(jié)構(gòu)緊湊、效率高的優(yōu)點(diǎn)是用于中等減速比傳動(dòng)，但存在齒輪間隙，難以實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)過(guò)程中精

31、確位置要求，因此限制了它的廣泛應(yīng)用。蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)常用于要求有大的傳動(dòng)比且傳動(dòng)過(guò)程中要求機(jī)構(gòu)自鎖的場(chǎng)合，這種方式安全性能高，但同樣存在齒側(cè)間隙，而且效率較低。皮帶輪傳動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)，可是存在彈性滑動(dòng)，和鏈傳動(dòng)一樣使用一段時(shí)間后易松弛，傳動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中還產(chǎn)生動(dòng)載荷，因此，二者常用于傳動(dòng)精度要求不高的場(chǎng)合。滾珠絲杠傳動(dòng)具有傳動(dòng)效率高、摩擦阻力小、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)且能夠有效消除傳動(dòng)間隙，無(wú)傳動(dòng)“爬行”現(xiàn)象和不自鎖等優(yōu)點(diǎn)，但是價(jià)格較高。因此滾珠絲杠螺母

32、被廣泛應(yīng)用于要求較高的數(shù)控傳動(dòng)系統(tǒng)中。另外，在數(shù)控傳動(dòng)系統(tǒng)中，同步齒形帶傳動(dòng)由于其具有穩(wěn)定的工作性能也得到了廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　圖2.1 總體布局圖</p><p>　　(1)機(jī)器人移動(dòng)部分傳動(dòng)</p><p>　　由于機(jī)器人精度要求不是很高，在滿足性能的基礎(chǔ)上考慮到經(jīng)濟(jì)性要求，所以，上下移動(dòng)機(jī)構(gòu)選用螺旋傳動(dòng)，由一對(duì)絲杠螺母螺旋副來(lái)承擔(dān)將電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)

33、動(dòng)轉(zhuǎn)換為機(jī)器人的直線移動(dòng)。此時(shí)應(yīng)充分考慮自鎖問(wèn)題，選擇執(zhí)行機(jī)構(gòu)空手時(shí)上升，抓取螺釘后下降，從而可保證移動(dòng)長(zhǎng)度合乎要求時(shí)能盡量短。另外，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，為減少懸置部分總的質(zhì)量，將控制執(zhí)行部件的電動(dòng)機(jī)安置在立柱上。機(jī)械手旋轉(zhuǎn)臂的運(yùn)動(dòng)，則選用鍵和套筒傳動(dòng)，由于其結(jié)構(gòu)緊湊、可以實(shí)現(xiàn)大的傳動(dòng)比等優(yōu)點(diǎn)。直角坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)的二維運(yùn)動(dòng)，如圖2.2。</p><p>　　圖2.2 X-Y運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)圖</p><p&g

34、t;　　(2)機(jī)器人執(zhí)行部分傳動(dòng)</p><p>　　考慮到機(jī)器人移動(dòng)部分的操作誤差和取螺釘時(shí)的準(zhǔn)確性，機(jī)器人的執(zhí)行部分由兩部分組成，一部分是機(jī)構(gòu)可以上下自由移動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人放置螺釘時(shí)的位置調(diào)整，這部分由滾珠絲杠傳動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的功能傳遞；另一部分是機(jī)器人的旋轉(zhuǎn)擰緊螺釘?shù)倪\(yùn)動(dòng)，這部分由鍵連接電動(dòng)機(jī)，帶動(dòng)軸一起旋轉(zhuǎn)，它的扭矩和力的傳遞由一對(duì)聯(lián)軸器傳遞。它的結(jié)構(gòu)如圖2.3。</p><p>

35、　　(3)送料裝置的設(shè)計(jì)</p><p>　　本次設(shè)計(jì)的目的是利用機(jī)器人完成自動(dòng)組裝任務(wù)，在設(shè)計(jì)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)完成后，要考慮物料的送給問(wèn)題，根據(jù)查閱資料，利用自我設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)來(lái)完成上料。這種裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便。如圖2.4。</p><p>　　圖2.3 Z軸運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)圖</p><p>　　圖2.4 執(zhí)行部件的位置圖</p><p>　　2.

36、3驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)性能分析與方案設(shè)計(jì)</p><p>　　機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)往往要受到作業(yè)環(huán)境條件的限制，同時(shí)還要考慮價(jià)格因素的影響以及所能達(dá)到的技術(shù)水平[5]。目前機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)方式主要有液壓驅(qū)動(dòng)、氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)和電氣驅(qū)動(dòng)三種形式[]6。液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能夠提供較大的驅(qū)動(dòng)壓力和功率，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定等特點(diǎn)，液壓伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)響應(yīng)速度快，可達(dá)到較高的定位精度和剛度，但油路系統(tǒng)復(fù)雜，工作性能受環(huán)境影響較大，移動(dòng)性能差，且易造成泄

37、漏現(xiàn)象，常用于要求提供較大驅(qū)動(dòng)力矩、對(duì)移動(dòng)性能要求差的特大功率機(jī)器人系統(tǒng)中。氣動(dòng)系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)作迅速，可在惡劣的環(huán)境中工作，但氣動(dòng)裝置也存在噪聲問(wèn)題，只適用于精度要求不高的點(diǎn)位系統(tǒng)中。電氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有精度高、控制準(zhǔn)確、響應(yīng)迅速等優(yōu)點(diǎn)。綜合考慮各種驅(qū)動(dòng)式的優(yōu)缺點(diǎn)，選用電氣驅(qū)動(dòng)方式。</p><p>　　電氣驅(qū)動(dòng)方式包括普通電機(jī)、直流伺服電機(jī)、交流伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)以及力矩電機(jī)等驅(qū)動(dòng)方式。伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子慣量小、動(dòng)

38、態(tài)特性好，由伺服電動(dòng)機(jī)所構(gòu)成的機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有運(yùn)行精度高、調(diào)速范圍廣、速度運(yùn)行平滑、具有高可靠性并易于控制等優(yōu)點(diǎn)，交直流伺服電動(dòng)機(jī)己成為機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的主流，直流伺服電動(dòng)機(jī)的電刷易磨損形成電火花，限制了其應(yīng)用范圍。近年來(lái)隨著交流調(diào)速技術(shù)的迅速發(fā)展，交流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用，但是交流伺服電機(jī)必須采用閉環(huán)控制方式，這種復(fù)雜的控制系統(tǒng)造成控制成本大大提高。隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，伺服系統(tǒng)的價(jià)格在大幅度降低，可靠性也得到了提高。&l

39、t;/p><p>　　步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種可以直接將數(shù)字脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械位移的機(jī)電執(zhí)行元件，具有控制簡(jiǎn)單、響應(yīng)速度快、工作可靠、無(wú)累計(jì)誤差等優(yōu)點(diǎn)。它能夠直接接受數(shù)字信號(hào)，無(wú)需中間轉(zhuǎn)換，直接輸出的位移量與輸入數(shù)字脈沖量相對(duì)應(yīng)，能實(shí)現(xiàn)直接的數(shù)字控制。步進(jìn)電機(jī)以開(kāi)環(huán)方式工作，可省去伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置中位置檢測(cè)與反饋部分以及A/D, D/A轉(zhuǎn)換，從而簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，使控制成本大大降低。另外，步進(jìn)電機(jī)的抗干擾能力強(qiáng)、無(wú)累計(jì)定位誤差

40、，可重復(fù)反轉(zhuǎn)而不損壞，并且步進(jìn)電機(jī)的位置和速度控制簡(jiǎn)單，具有一定精度，使用與維護(hù)都很方便。傳統(tǒng)觀念認(rèn)為步進(jìn)電機(jī)的控制性能差、難以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的空間軌跡控制，因而步進(jìn)電機(jī)很少用于機(jī)器人的軌跡控制?？紤]到步進(jìn)電機(jī)的輸出不是連續(xù)量，為了達(dá)到某些系統(tǒng)較高的定位精度要求，可以對(duì)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行細(xì)分控制，也可以采用閉環(huán)控制方式獲得更高的驅(qū)動(dòng)性能。由于步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)具有較好的經(jīng)濟(jì)性，隨著電機(jī)制造技術(shù)的提高，尤其是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)的革命性變化，步進(jìn)電機(jī)

41、也己經(jīng)被廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床、復(fù)印機(jī)、打印機(jī)以及機(jī)器人關(guān)節(jié)臂的驅(qū)動(dòng)上。平面關(guān)節(jié)型機(jī)器人多采用步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)方式，不但可以節(jié)省機(jī)械傳動(dòng)裝置，而且可以有效的消除機(jī)械減</p><p>　　在步進(jìn)電機(jī)的選型上，考慮到步進(jìn)電機(jī)品種規(guī)格較多，仔細(xì)分析它們的特點(diǎn)，來(lái)恰到好處的選擇。</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)按結(jié)構(gòu)和工作原理可分為反應(yīng)式、永磁式以及混合式等幾種。</p><p&g

42、t;　　反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī):又稱(chēng)可變磁阻型(VR-VariableResistance)，多為單極性勵(lì)磁，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，精度容易保證，步距角小，啟動(dòng)和運(yùn)行頻率較高，但勵(lì)磁電流較大，電機(jī)內(nèi)部阻尼小，低頻時(shí)容易產(chǎn)生振蕩，斷電后無(wú)定位轉(zhuǎn)矩。</p><p>　　永磁式步進(jìn)電機(jī)(PM--Permanent Magnet Type):步距角大，啟動(dòng)頻率較低，但控制功率較小，效率高，造價(jià)便宜，內(nèi)部阻尼大，不易振蕩，斷電后有定位轉(zhuǎn)矩。

43、與VR相比轉(zhuǎn)矩大，但轉(zhuǎn)子慣性也較大。</p><p>　　混合式步進(jìn)電機(jī)(HT--Hybrid Type):是永磁式和反應(yīng)式相結(jié)合的一種形式。兼有磁阻式步距角小、響應(yīng)頻率高和永磁式勵(lì)磁功率小、效率高的優(yōu)點(diǎn)。但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要正反脈沖供電，成本較高[8]。</p><p>　　根據(jù)幾種常用電機(jī)的性能、特點(diǎn)分析，對(duì)該機(jī)械手的控制移動(dòng)部分升降和控制手爪微量旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)由于其要求既具有較高的控制性能

44、，又具有定位轉(zhuǎn)矩，所以均選用混合式步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)選型時(shí)還需要考慮實(shí)際工作需要，在初期確定減速比(電機(jī)轉(zhuǎn)速/負(fù)載轉(zhuǎn)速)之后，通?？紤]以下幾方面的問(wèn)題:</p><p>　　1、選擇步進(jìn)電機(jī)的步距角b，要求bI min ，</p><p>　　其中min 為負(fù)載軸要求的脈沖當(dāng)量</p><p>　　2、選擇步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩</p><p>　　

45、初步選擇步進(jìn)電機(jī)時(shí)，可按下式選擇步進(jìn)電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩 Τm</p><p>　　T L為折算到電機(jī)軸上的總負(fù)載轉(zhuǎn)矩，包括負(fù)載的阻尼轉(zhuǎn)矩和加速轉(zhuǎn)矩。</p><p>　　K一系數(shù) ，一般取2~3. 5</p><p>　　3、步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行頻率 f為 :f==</p><p>　　式中: n一所要求的電機(jī)軸的轉(zhuǎn)速;</p><p

46、>　　nL一負(fù)載軸的轉(zhuǎn)速;</p><p><b>　　b一步距角</b></p><p>　　4、步進(jìn)電機(jī)的矩頻特性</p><p>　　一般步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩隨運(yùn)行頻率升高而迅速下降，經(jīng)過(guò)改進(jìn)的步進(jìn)電機(jī)可以在一個(gè)很寬的范圍內(nèi)保持轉(zhuǎn)矩在一個(gè)很小的幅度內(nèi)變化。但是必須保證在實(shí)際運(yùn)行工況下，選用的電機(jī)可以給出足夠轉(zhuǎn)矩。</p>&l

47、t;p>　　2.4控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)</p><p>　　計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是整個(gè)機(jī)器人控制系統(tǒng)核心部分，結(jié)構(gòu)和功能的劃分以及設(shè)計(jì)的合理性直接影響著整個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)具有較強(qiáng)的可靠性、較高的運(yùn)行速度以及較好的性能價(jià)格比，在滿足工作性能要求基礎(chǔ)上體現(xiàn)出較好的經(jīng)濟(jì)性要求。</p><p><b>　　(1)硬件平臺(tái)選擇</b></p>&

48、lt;p>　　在主控計(jì)算機(jī)的選用上存在兩種解決方案，即采用單片機(jī)并自行設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)各種功能模塊構(gòu)成主控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和基于工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(如PC總線工控機(jī)或STD總線工控機(jī)等)并開(kāi)發(fā)必要的專(zhuān)用功能模塊接口板(或者利用現(xiàn)成的專(zhuān)用功能模塊接口板)。機(jī)器人控制部分的主控計(jì)算機(jī)選用PC工控機(jī)與采用單片機(jī)構(gòu)成的廉價(jià)控制系統(tǒng)方案相比較，性能差別主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:</p><p>　　1、一般情況下，機(jī)器人關(guān)節(jié)間的運(yùn)動(dòng)

49、存在級(jí)間耦聯(lián)現(xiàn)象，在關(guān)節(jié)位置和速度的控制上必須滿足適時(shí)性控制要求，因此存在大量的數(shù)據(jù)運(yùn)算和處理過(guò)程，在編程上，體現(xiàn)為大量的浮點(diǎn)運(yùn)算和程序上占用大量的內(nèi)存空間。單片機(jī)由于可尋址的存儲(chǔ)容量范圍有限，可能存在不能達(dá)到性能要求和編程復(fù)雜、開(kāi)發(fā)工作量大等缺點(diǎn)，而PC機(jī)在數(shù)據(jù)運(yùn)算和處理方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，且開(kāi)發(fā)工作量較小。</p><p>　　2、機(jī)器人控制系統(tǒng)不僅要求具有高可靠性的硬件支持，而且要求在軟件上能實(shí)現(xiàn)各種控制功能

50、。單片機(jī)可直接利用的現(xiàn)成軟件資源較少，而PC系列計(jì)算機(jī)目前具有豐富的支持軟件，使程序設(shè)計(jì)更加方便靈活而且軟件的移植靈活性好，因此基于PC系列計(jì)算機(jī)進(jìn)行程序開(kāi)發(fā)可以避免重復(fù)性工作，并且具有完備的編程語(yǔ)言和開(kāi)發(fā)環(huán)境。</p><p>　　3、采用單片機(jī)進(jìn)行一個(gè)完整的控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，雖然目標(biāo)系統(tǒng)成本較低，但試制階段的費(fèi)用并不低廉，更為重要的是在開(kāi)發(fā)硬件系統(tǒng)時(shí)工作量大、開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)，而且硬件的可靠性和抗干擾性能難以達(dá)到較高要

51、求。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步，PC系列工控機(jī)具有較高的可靠性和可維護(hù)性能，同時(shí)價(jià)格在大幅度降低，采用PC工控機(jī)進(jìn)行機(jī)器人控制系統(tǒng)的研制和開(kāi)發(fā)，可以有效地縮短開(kāi)發(fā)周期并能降低成本，對(duì)經(jīng)濟(jì)型機(jī)器人控制系統(tǒng)是一個(gè)優(yōu)選的硬件解決方案[9]。</p><p>　　在機(jī)器人控制方式上，目前主要有集中式控制、主從式控制和分級(jí)控制三種方式。對(duì)于多關(guān)節(jié)機(jī)器人，每個(gè)關(guān)節(jié)對(duì)應(yīng)一個(gè)處理器，將機(jī)器人控制中計(jì)算量最大的動(dòng)力學(xué)方程按關(guān)節(jié)進(jìn)行分

52、解，作為各個(gè)子算法分布在各關(guān)節(jié)處理器上同時(shí)進(jìn)行計(jì)算，然后輸出到主控制器中，這種采用模塊化結(jié)構(gòu)、主從方式組成分布式多處理系統(tǒng)，是多關(guān)節(jié)機(jī)器人控制系統(tǒng)發(fā)展的方向，目前應(yīng)用最為廣泛的是兩級(jí)或兩級(jí)以上計(jì)算機(jī)構(gòu)成的分布式控制方式。集中式系統(tǒng)是最典型、結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)，它將所有的信息輸入、處理、控制均集中在一臺(tái)計(jì)算機(jī)上，因而對(duì)該計(jì)算機(jī)的性能要求較高，而分布式系統(tǒng)則降低了對(duì)計(jì)算機(jī)性能的要求，且系統(tǒng)可擴(kuò)充性能好，易于維護(hù)，但故障率比集中式控制方式高

53、得多。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展和存儲(chǔ)技術(shù)的日新月異，許多微型機(jī)在速度和性能上己經(jīng)接近甚至超過(guò)小型機(jī)，并且在價(jià)格上大幅度降低，可靠性增強(qiáng)，使用和維護(hù)更加方便。同時(shí)，隨著各種技術(shù)支持軟件的豐富，使編程方便易行、軟件的可移植性高，因而采用高性能價(jià)格比的微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)型機(jī)器人的集中式控制己成為可能。在微型機(jī)領(lǐng)域，IBM-PC機(jī)在結(jié)構(gòu)、性能、價(jià)格特別是軟件技術(shù)支持方面都有很多優(yōu)點(diǎn)，使它在工業(yè)控制系統(tǒng)中</p><p>

54、<b>　　(2)軟件系統(tǒng)</b></p><p>　　硬件系統(tǒng)是控制功能賴(lài)以實(shí)現(xiàn)的物質(zhì)基礎(chǔ)，軟件則是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)協(xié)調(diào)各部件完成控制功能的神經(jīng)中樞。軟件功能的劃分與結(jié)構(gòu)上的實(shí)現(xiàn)在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中具有極其重要的作用。軟件設(shè)計(jì)的目標(biāo)是依據(jù)需要完成整體功能以最優(yōu)的方式把軟件各部分內(nèi)容有機(jī)組織起來(lái)，使整個(gè)系統(tǒng)具有較高的運(yùn)行效率、可靠性、靈活性和操作實(shí)用性。該機(jī)械手軟件系統(tǒng)主要承擔(dān)的功能包括:運(yùn)動(dòng)學(xué)運(yùn)算

55、、路徑規(guī)劃、參數(shù)輸入、人機(jī)接口控制以及故障報(bào)警和處理系統(tǒng)，在功能的實(shí)現(xiàn)上應(yīng)使系統(tǒng)具有較好的人機(jī)界面和靈活的操作控制功能[11]。</p><p><b>　　3.傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.1滾珠絲杠副的特點(diǎn)</p><p>　　一、滾珠絲杠與滑動(dòng)絲杠副相比驅(qū)動(dòng)扭矩為1/3。</p><p>　　由于滾

56、珠絲杠副的絲杠軸與絲母之間有滾珠雜做滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)，所以能得到較高的運(yùn)動(dòng)效率，與過(guò)去的滑動(dòng)絲杠副相比，驅(qū)動(dòng)扭矩達(dá)到1/3以下。因此，不僅能把回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，也能容易地將直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榛剞D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　圖3.1滾珠絲杠示意圖</p><p><b>　　二、高精度的保證。</b></p><p>　　滾珠絲杠副是在嚴(yán)格進(jìn)行溫度管理

57、的工廠內(nèi)，用最高水平的機(jī)械設(shè)備進(jìn)行研削，直到裝配、檢查，均在完善的品質(zhì)管理體制下進(jìn)行，因而確保了精度。</p><p><b>　　三、微進(jìn)給可能</b></p><p>　　滾珠絲杠副由于是利用滾珠運(yùn)動(dòng)，所以起動(dòng)扭矩極小，不會(huì)出現(xiàn)滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)那樣的爬行現(xiàn)象，能保證實(shí)現(xiàn)精確的微進(jìn)給。</p><p><b>　　四、無(wú)側(cè)隙、剛性高<

58、/b></p><p>　　滾珠絲杠副可以加予壓，由于預(yù)壓可使軸向間隙達(dá)到負(fù)值，進(jìn)而得到較高的剛性。它由于運(yùn)動(dòng)效率高、發(fā)熱小，所以可實(shí)現(xiàn)高速進(jìn)給。</p><p><b>　　3.2設(shè)計(jì)條件</b></p><p>　　滾珠絲杠行程長(zhǎng) ls=1200mm 最大速度 vmax=250m/s</p><p&g

59、t;　　加速時(shí)間 t1=0.05s 減速時(shí)間 t3=0.15s</p><p>　　每分鐘往復(fù)次數(shù) n=8 回復(fù)間隙 0.15mm</p><p>　　位置決定精度 0.015mm/1000mm 操作位置決定精度 0.001mm</p><p>　　最小進(jìn)給量 s=0.02.mm/脈沖 驅(qū)動(dòng)電機(jī)

60、額定回轉(zhuǎn)數(shù) 3000r/pm</p><p>　　電機(jī)慣性力 Jm=110-3kg/m2 減速機(jī)構(gòu) A=1</p><p>　　導(dǎo)向面摩擦系數(shù) μ=0.01 導(dǎo)向面無(wú)載荷時(shí)摩擦力f=15N</p><p>　　3.3導(dǎo)向精度與軸向間隙的確定</p><p>　　一、導(dǎo)向精度的確定：</p&g

61、t;<p>　　滾珠絲杠副的導(dǎo)程精度按JIS規(guī)格進(jìn)行管理。為了滿足位置決定精度0.015mm/1000mm：0.015 /1000=0.045/3000 。所以必須選擇0.045mm/3000mm以內(nèi)的導(dǎo)向精度。根據(jù)滾珠絲杠的精度等級(jí)，選定C7等級(jí)，即積累導(dǎo)向誤差為0.045mm/3000mm。精度等級(jí)C7的軋制滾珠絲杠與精度滾珠絲杠，選擇價(jià)格較低的軋制滾珠絲杠來(lái)使用[12]。</p><p>&

62、lt;b>　　二、軸向間隙的確定</b></p><p>　　為了滿足回復(fù)間隙為0.15mm的要求，因此選擇軸向間隙必須低于0.15mm。根據(jù)滿足軋制滾珠絲杠的軸向間隙要小于0.15mm，所以選擇軸徑低于36mm,精度等級(jí)為C7的軋制滾珠絲杠。</p><p><b>　　3.4絲杠軸的確定</b></p><p><b

63、>　　一、絲杠軸的選擇</b></p><p>　　根據(jù)工作任務(wù)，以及滾珠絲杠的精度等級(jí)要求，選擇軸徑d=36,導(dǎo)程l=8，全長(zhǎng)為1500的滾珠絲杠。</p><p>　　二、絲杠軸支撐方法的選擇</p><p>　　因?yàn)闈L珠絲杠的行程長(zhǎng)1200mm,最大速度為250mm/s，所以絲杠軸的支撐方法有固定—固定型和固定—支撐型，但是，固定—固定型的構(gòu)

64、造比較復(fù)雜，而且部件精度和組裝精度的要求非常高，所以絲杠軸徑的支撐方法選擇：固定—支撐型。</p><p>　　三、容許軸向載荷的確定</p><p>　　搬送質(zhì)量 m=3200kg 工作面的摩擦系數(shù) μ=0.01</p><p>　　工作面無(wú)負(fù)載時(shí)阻力 f=15N 最高速度 vmax=250m/s </p><p

65、>　　加速時(shí)間 t1=0.05s</p><p>　　加速度 a= vmax/ t1=250 10-3/0.05=5m/s2</p><p><b>　　進(jìn)程加速時(shí)： </b></p><p>　　Fa1=μ× mg＋f＋ma=0.0132009.8+15+32005=16328.6N

66、.</p><p>　　進(jìn)程等速時(shí)的軸向負(fù)載：</p><p>　　Fa2=μ× mg＋f=0.0132009.8+15=328.6N</p><p>　　進(jìn)程減速時(shí)的軸向負(fù)載：</p><p>　　Fa3=μ×mg＋ f-ma=0.0132009.8+15-32005=-15671.4N.</p><

67、p>　　返程減速時(shí)的軸向負(fù)載：Fa4=－μ×mg－f－ma= －16328.6N.</p><p>　　返程等速時(shí)的軸向負(fù)載：Fa5=－μ×mg－f= －328.6N</p><p>　　返程減速時(shí)的軸向負(fù)載：Fa6=－μ×mg－f＋ma = 15671.4N.</p><p>　　因此滾珠絲杠上作用的最大軸向載荷為16328.6

68、N</p><p>　　絲杠軸的彎曲載荷： </p><p><b>　　m——導(dǎo)程</b></p><p><b>　　d1——絲杠軸外徑</b></p><p><b>　　ls——絲杠長(zhǎng)度</b></p><p>　　絲杠軸的許用拉壓載荷 : &

69、lt;/p><p>　　絲杠軸的彎曲載荷與許用拉壓載荷在使用上都能滿足要求。</p><p><b>　　3.5螺母的確定</b></p><p>　　3.5.1滾珠絲杠螺母型號(hào)的選擇</p><p>　　經(jīng)查表并計(jì)算后選擇BNF型螺母。</p><p>　　3.5.2靜態(tài)安全系數(shù)</p>

70、<p>　　滾珠絲杠副在靜止或運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)下受到過(guò)大的載荷及很大的沖擊負(fù)載時(shí)，會(huì)在溝道滾動(dòng)面和滾珠表面形成永久性變形。</p><p>　　（1） 基本額定靜負(fù)載。</p><p>　　在承受到最大應(yīng)力的接觸部位上使?jié)L珠的永久性變形量和溝道滾動(dòng)面的永久性變形量之和，達(dá)到滾珠直徑的0.0001倍的方向和大小一定的靜止負(fù)載叫做基本額定靜負(fù)載。</p><p>

71、;　?。?） 靜態(tài)安全系數(shù)。</p><p>　　所謂基本額定靜負(fù)載（Coa），一般的作為滾珠絲杠副的容許軸向載荷。根據(jù)使用條件在計(jì)算載荷時(shí)有必要考慮下述的靜態(tài)安全系數(shù)。因?yàn)闈L珠絲杠副在靜止或運(yùn)動(dòng)中會(huì)承受由于沖擊或啟動(dòng)停止而發(fā)生慣性力等，想不到的外力作用，要特別注意[14]。</p><p><b>　　——容許軸向載荷</b></p><p>

72、;　　——基本額定靜負(fù)載，查得=95.1</p><p>　　——靜態(tài)安全系數(shù)。查得=3.0</p><p>　　=95.1/3.0=31.7=31700N與最大軸向載荷16328.6N比較大，因此許用軸向載荷適合。</p><p><b>　　3.5.3壽命分析</b></p><p>　?。?） 滾珠絲杠副的壽命&l

73、t;/p><p>　　滾珠絲杠副受外部負(fù)載而運(yùn)動(dòng)時(shí)，溝道滾動(dòng)面及滾珠會(huì)不斷地受到循環(huán)應(yīng)力的作用，達(dá)到臨界值時(shí)，滾動(dòng)面就會(huì)產(chǎn)生疲勞破損，表面的一部分會(huì)發(fā)生魚(yú)鱗狀剝落。所謂滾珠絲杠副的壽命指的是滾動(dòng)面或滾珠其中任一由于材料的滾動(dòng)疲勞而最初產(chǎn)生表面剝落為止的總會(huì)轉(zhuǎn)數(shù)[15]。</p><p>　　滾珠絲杠副的壽命具有很大的分散性，即使同批制造的產(chǎn)品，在同樣運(yùn)動(dòng)條件下使用，壽命也會(huì)有很大差別。因此為了

74、確定直線運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的壽命，一般使用額定壽命，其定義如下：</p><p>　　額定壽命指的是讓一批同樣的滾珠絲杠副在同一條件下分別運(yùn)動(dòng)，其中10%發(fā)生表面剝落時(shí)達(dá)到的總轉(zhuǎn)數(shù)。</p><p>　?。?） 基本額定動(dòng)負(fù)載Ca</p><p>　　基本額定負(fù)載（Ca）用于滾珠絲杠副在受到負(fù)載而運(yùn)動(dòng)時(shí)的壽命計(jì)算。</p><p>　　基本額定動(dòng)負(fù)載（

75、Ca）指是讓一批同樣的滾珠絲杠副分別運(yùn)動(dòng)時(shí)，使額定壽命達(dá)到L=106的方向與大小不變的負(fù)載。</p><p><b>　?。?） 壽命計(jì)算</b></p><p><b>　　平均軸向載荷</b></p><p><b>　　加速時(shí)行走的距離：</b></p><p><

76、b>　　減速時(shí)行走的距離：</b></p><p><b>　　等速時(shí)行走的距離：</b></p><p><b>　　平均軸向負(fù)載</b></p><p><b>　　故額定壽命：</b></p><p>　　——基本額定動(dòng)負(fù)載。查得=48.3KN</

77、p><p>　　——承載系數(shù)，查表取=1.1</p><p><b>　　壽命時(shí)間：</b></p><p><b>　　3.5.4剛性檢驗(yàn)</b></p><p>　　選為選定條件的剛性的規(guī)格，無(wú)需檢驗(yàn).</p><p>　　3.6定位精度的確定</p><

78、p>　　3.6.1定位精度誤差的主要因素：</p><p>　　定位精度發(fā)生誤差的主要因素有導(dǎo)程精度、軸向間隙、進(jìn)給絲杠系的軸向剛性等。其它的重要因素還有發(fā)熱引起的熱變位、導(dǎo)向系引起的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的姿勢(shì)變化等[16]。</p><p>　　3.6.2導(dǎo)向精度的確定： </p><p>　　在前邊已經(jīng)選擇為精度等級(jí)C7，累積導(dǎo)向誤差為。</p>&l

79、t;p>　　3.6.3軸向間隙的確定：軸向間隙雖然不是影響往一方向進(jìn)給時(shí)定位精度的主要因素，但在進(jìn)給方向逆轉(zhuǎn)或軸向負(fù)載逆轉(zhuǎn)情況下產(chǎn)生齒隙。從一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)到另一個(gè)方向的位置精度已經(jīng)選定，因此不需要校核。BNF型軸向間隙為0.15mm。</p><p>　　四、熱變形對(duì)位置精度的影響：絲杠軸的溫度在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中上升，導(dǎo)致絲杠軸因熱而伸長(zhǎng)，從而是其的定位精度降低，假設(shè)使用時(shí)溫度上升5℃[18] ，</p>

80、;<p>　　3.7回轉(zhuǎn)扭矩的確定</p><p>　　3.7.1外部載荷與回轉(zhuǎn)扭矩</p><p>　　3.7.2 加速時(shí)所必須的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量</p><p><b>　　轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J=</b></p><p><b>　　角加速度：</b></p><p>　

81、　因此加速時(shí)必要的扭距：</p><p>　　加速時(shí)：Tk=T1＋T2=0.46＋25.52=25.98 N/m</p><p>　　等速時(shí)：Tt=T1=0.46 N/m</p><p>　　減速時(shí)：Tg= T1－T2=0.46－25.52=-25.06 N/m</p><p><b>　　4.導(dǎo)軌的受力分析</b>&l

82、t;/p><p>　　工業(yè)機(jī)器人己得到廣泛應(yīng)用。由工業(yè)機(jī)器人與其他設(shè)備組成的生產(chǎn)線已經(jīng)成百倍地提高了企業(yè)的勞動(dòng)生產(chǎn)率，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，大大縮短了產(chǎn)品史新?lián)Q代的周期。自動(dòng)裝配機(jī)器人可以完成典型的裝配任務(wù)，它的精度要求很高，本次的自動(dòng)裝配機(jī)器人設(shè)計(jì)利用滾珠絲杠和導(dǎo)軌作為傳動(dòng)元件，要保證機(jī)器人的裝配精度，必須很好的設(shè)計(jì)導(dǎo)軌。導(dǎo)軌的受力分析如圖4.1。</p><p>　　圖4-1 導(dǎo)軌受力分析圖&l

83、t;/p><p><b>　　4.1使用條件</b></p><p>　　使用型號(hào)：SHS（基本額定動(dòng)載荷： C= 22.3KN ）</p><p>　?。ɑ绢~定靜載荷： C0= 38.4KN）</p><p>　　荷重：W1=13317N W2= 16268N </p><p><

84、;b>　　速度：</b></p><p>　　時(shí)間：t1=0.05s t2=2.8s t3=0.15s</p><p>　　行程：ls=1300mm</p><p>　　距離： </p><p><b>　　重力加速度：</b></p>

85、;<p><b>　　4.2滑塊作用載荷</b></p><p>　　1. 等速時(shí)：徑向作用載荷</p><p><b>　　=7396.25</b></p><p>　　2.左加速時(shí)：徑向作用載荷</p><p><b>　　軸向作用載荷：</b></p&

86、gt;<p>　　3. 左減速時(shí)：徑向作用載荷 </p><p><b>　　軸向作用載荷 ：</b></p><p>　　4.右加速時(shí)：徑向作用載荷：</p><p><b>　　軸向作用載荷：</b></p><p>　　5. 右減速時(shí)：徑向作用載荷</p><

87、;p><b>　　軸向作用載荷：</b></p><p><b>　　3. 合成載荷</b></p><p>　?。?）等速時(shí)：PE1=PE2=PE3=PE4=P1=7396.25N</p><p><b>　?。?）左行加速時(shí)：</b></p><p><b>

88、;　?。?）左行減速時(shí)：</b></p><p><b>　?。?）右行加速時(shí)：</b></p><p><b>　?。?）右行減速時(shí)：</b></p><p><b>　　4. 平均載荷：</b></p><p>　　5. 額定壽命 （）</p>

89、<p><b>　　壽命為</b></p><p><b>　　6. 靜安全系數(shù)</b></p><p>　　根據(jù)上面的計(jì)算，滑塊的最大載荷為NO.1右行加速時(shí)的載荷</p><p><b>　　5.導(dǎo)軌的剛性設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　5.1

90、預(yù)壓的選定</b></p><p>　　滾動(dòng)體和導(dǎo)軌面之間預(yù)加一定載荷，可增加滾動(dòng)體和導(dǎo)軌面接觸，以減小導(dǎo)軌面平面度，滾子直線度及滾動(dòng)體直徑不一致性誤差的影響，使大多數(shù)滾動(dòng)體均能參加工作。由于有預(yù)加接觸變形，因而提高了導(dǎo)軌的剛度和精度。阻尼性能也有所增加。提高了導(dǎo)軌的抗振性。垂直配置的滾動(dòng)導(dǎo)軌預(yù)加載荷后可預(yù)止?jié)L動(dòng)體在導(dǎo)軌之間下滑成歪斜。預(yù)壓約為動(dòng)載荷的1/10，為2230N。</p>&

91、lt;p>　　5.2考慮預(yù)壓載荷的壽命</p><p>　　5.2.1 預(yù)壓載荷系數(shù)</p><p><b>　　含有預(yù)壓的作用載荷</b></p><p>　?。汉蓄A(yù)壓的作用載荷 （N）</p><p>　?。侯A(yù)壓載荷 （N）</p><p><b>　?。狠d荷

92、系數(shù)</b></p><p><b>　?。骸啊迸c“”的比值</b></p><p><b>　　5.2.2 計(jì)算</b></p><p>　?。?） 使用條件：同前， 預(yù)壓：2230N</p><p>　?。?） 各滑塊作用合成載荷 （N）</p><p>　　

93、表5.1各滑塊作用合成載荷</p><p>　　5.2.3 考慮預(yù)壓時(shí)的作用載荷</p><p><b>　?。?）等速時(shí)：</b></p><p><b>　?。?）左加速時(shí)：</b></p><p><b>　?。?）左減速時(shí)：</b></p><p&g

94、t;<b>　?。?）右加速時(shí)：</b></p><p><b>　?。?）右減速時(shí)：</b></p><p>　　5.2.4 平均荷重：</p><p><b>　　5.2.5壽命計(jì)算</b></p><p><b>　　壽命為.</b></p&g

95、t;<p>　　5.2.6 安全系數(shù)</p><p><b>　　滑塊的最大載荷為</b></p><p>　　根據(jù)以上驗(yàn)算，導(dǎo)軌滿足使用要求。</p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　本文在參考近幾年機(jī)器人領(lǐng)域取得重大成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合“螺釘自動(dòng)上料”和“螺釘擰

96、緊機(jī)器人”這個(gè)課題，對(duì)自動(dòng)裝配螺釘機(jī)器人進(jìn)行了機(jī)電一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、同時(shí)，對(duì)傳動(dòng)方式和控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究和分析，本論文的研究主要取得了以下成果:</p><p>　　1. 對(duì)自動(dòng)組裝螺釘機(jī)器人采用機(jī)械電子學(xué)思想進(jìn)行了總體設(shè)計(jì)。立足于機(jī)電一體化的觀點(diǎn)，對(duì)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)形式、驅(qū)動(dòng)裝置、傳動(dòng)方式等各組成部分進(jìn)行了較為全面的分析，最后得出自動(dòng)組裝螺釘機(jī)器人的總體方案，提出用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，用滾珠絲杠和LM導(dǎo)軌傳動(dòng)力和扭矩。

97、</p><p>　　2.根據(jù)自動(dòng)組裝螺釘機(jī)器人的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)執(zhí)行部件的運(yùn)動(dòng)方式和特點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)的分析。采用彈簧和扭矩傳遞器來(lái)防止扭矩和力過(guò)大，使旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)損壞。 </p><p>　　3.通過(guò)參考國(guó)內(nèi)外的自動(dòng)送料裝置結(jié)構(gòu)，結(jié)合自己的一些創(chuàng)新，設(shè)計(jì)出本機(jī)器人的自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便，成本低，性價(jià)比較好。</p><p>　　通過(guò)以上的工作，從總體結(jié)構(gòu)分

98、析和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和制造，最終實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)裝配螺釘機(jī)器人的簡(jiǎn)單、實(shí)用的整體設(shè)計(jì)方案?？偨Y(jié)以前的研究工作，認(rèn)為有必要在以下幾個(gè)方面進(jìn)行進(jìn)一步的研究:</p><p>　　(1)提高機(jī)器人的操作精度的研究。機(jī)器人的操作精度很大程度上依賴(lài)于電機(jī)驅(qū)動(dòng)精度，如果僅僅依靠采用小步距角的步進(jìn)電機(jī)是不夠的?，F(xiàn)在步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)控制有許多提當(dāng)高精度的措施，如細(xì)分控制可以達(dá)到與閉環(huán)不相上下的精度。但是，在機(jī)器人中的應(yīng)用尚有待于進(jìn)一步的研究

99、。</p><p>　　(2)本文提出的自動(dòng)組裝螺釘機(jī)器人的整體方案對(duì)其它機(jī)器人的開(kāi)發(fā)也有借鑒意義，但是尚未形成完整的理論。如果能對(duì)機(jī)器人設(shè)計(jì)研究提出一般性的理論原則，必然能對(duì)我國(guó)機(jī)器人的開(kāi)發(fā)具有更大的推動(dòng)作用，這一問(wèn)題的研究也需大量的工作。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 孟威,張伯鵬,趙大泉,徐家球

100、，鄭力.《螺釘自動(dòng)抓拿認(rèn)扣裝置的設(shè)計(jì)》[J].清華大學(xué)學(xué)報(bào),2000,(8).</p><p>　　[2] 張效祖.《工業(yè)機(jī)器人的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)》[J].WMEM,2004,(5).</p><p>　　[3] 馮光濤,張偉軍，趙錫芳，秦志強(qiáng).《機(jī)器人裝配操作的規(guī)劃與控制》[J].機(jī)器人,2001,(1).[4] 蔣新松.《機(jī)器人與工業(yè)自動(dòng)化》[M].河北教育出版社，2003，4<

101、/p><p>　　[5] 蔡自新.《機(jī)器人原理及其應(yīng)用》[M].中南工業(yè)出版社，1988，8 </p><p>　　[6] 李繡峰,劉桂雄,李玩雪,謝存禧.《機(jī)器人裝配作業(yè)位置調(diào)整技術(shù)》[J].華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),1999,(1).</p><p>　　[7] 馬香峰.《機(jī)器人機(jī)構(gòu)學(xué)》[M].北京，機(jī)械工業(yè)出版社，1991，9.</p><

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103、lt;/p><p>　　[11] 費(fèi)仁元，張彗慧.《機(jī)器人機(jī)械設(shè)計(jì)和分析》[M].北京工業(yè)大學(xué)出版社，1998, 9.</p><p>　　[12]張進(jìn)平，馬若丁.農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（下）.北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)技術(shù)出版社2007：1062-1063.[13]趙滿全,竇衛(wèi)國(guó),趙世杰,杜文亮.4SW系列馬鈴薯挖掘機(jī)的研制.農(nóng)村牧區(qū)機(jī)械化,1999(4):15-16. [14]趙滿全,竇衛(wèi)國(guó),趙世杰,杜

104、文亮.機(jī)器人研制與開(kāi)發(fā).內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2000(2):91-96.[15]張興東,朱月玲. 工業(yè)機(jī)器人造型與虛擬樣機(jī)關(guān)鍵部件仿真[J]. 工業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào), 2005(11):64-67 .</p><p>　　[16] Li.S.P，Meng.Y.M，etc. Research on the working mechanism and virtual design for a brush shape cle

105、aning element of a sugarcane harvester［J］.Journal of Materials Processing Technology，129（2002）： 418~422.[17] “Take special precaution to keep robot removal equipment efficientAnd safe”,Cleaning&Maintenance Managemen

106、t,2001,37(9):17-35</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　通過(guò)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我掌握了機(jī)械設(shè)計(jì)的方法和各方面的要求，同時(shí)，熟練掌握了CAD制圖軟件，對(duì)以前所學(xué)習(xí)的機(jī)械專(zhuān)業(yè)課程得到了很好的鞏固。</p><p>　　本課題設(shè)計(jì)的所有工作，從課題的選擇、構(gòu)思、整體結(jié)構(gòu)的分析和研究，到論文的寫(xiě)作等階段都是在李

107、志紅老師和李錦澤老師的悉心指導(dǎo)下完成的。兩位老師對(duì)工作認(rèn)真負(fù)責(zé)，在我做畢業(yè)設(shè)計(jì)的每個(gè)階段，從課題選擇到查閱資料，設(shè)計(jì)草案的確定和修改，中期檢查，后期詳細(xì)設(shè)計(jì)，裝配草圖等整個(gè)過(guò)程中都給予了我很好的建議和指導(dǎo)。我的設(shè)計(jì)較為復(fù)雜煩瑣，但是老師仍然細(xì)心地糾正圖紙中的錯(cuò)誤。她們嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、淵博的學(xué)術(shù)知識(shí)、誨人不倦的敬業(yè)精神以及寬容的待人風(fēng)范使我獲益頗多。感謝我的指導(dǎo)師，她們的嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、一絲不茍的作風(fēng)一直是我工作、學(xué)習(xí)中的榜樣；她們循循善誘的教

108、導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無(wú)盡的啟迪。</p><p>　　通過(guò)四年的專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)，我對(duì)機(jī)械各方面的知識(shí)進(jìn)行了系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，更加熱愛(ài)這個(gè)專(zhuān)業(yè)，在這里，感謝所有指導(dǎo)和幫助我的老師。</p><p><b>　　河北科技師范學(xué)院</b></p><p><b>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)</b></p><p>　

109、　自動(dòng)機(jī)器人組裝機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　院（系、部）名 稱(chēng) ： 機(jī)電工程學(xué)院 </p><p>　　專(zhuān) 業(yè) 名 稱(chēng)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 </p><p>　　學(xué) 生 姓 名： 宋宗南 </

110、p><p>　　學(xué) 生 學(xué) 號(hào)： 0412070115 </p><p>　　指 導(dǎo) 教 師： 李志紅 李錦澤 </p><p>　　2010 年 12 月 1日</p><p>　　河北科技師范學(xué)院教務(wù)處制 </

111、p><p>　　指導(dǎo)教師簽名： 教研室主任審查簽名： </p><p><b>　　河北科技師范學(xué)院</b></p><p>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告</p><p>　　自動(dòng)機(jī)器人組裝機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>

112、　　院（系、部）名 稱(chēng) ： 機(jī)電工程學(xué)院 </p><p>　　專(zhuān) 業(yè) 名 稱(chēng)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 </p><p>　　學(xué) 生 姓 名： 宋宗南 </

113、p><p>　　學(xué) 生 學(xué) 號(hào)： 0412070115 </p><p>　　指 導(dǎo) 教 師： 李志紅 李錦澤 </p><p>　　2011 年 3 月 15 日</p><p>　　河北科技師范學(xué)

114、院教務(wù)處制</p><p><b>　　河北科技師范學(xué)院</b></p><p>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)中期檢查表</p><p><b>　　河北科技師范學(xué)院</b></p><p>　　本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）答辯記錄表</p><p><b>　　河北科技師范學(xué)院<

115、;/b></p><p>　　本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）成績(jī)?cè)u(píng)定匯總表</p><p><b>　　河北科技師范學(xué)院</b></p><p>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)工作總結(jié)</p><p>　　自動(dòng)機(jī)器人組裝機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　院（系、部）名 稱(chēng) ： 機(jī)電工程學(xué)