買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 摘要 機器人是在自動操作機基礎上發(fā)展起來的一種能模仿人的某些動作和功能，可以用于移動各種材料、零件、工具等的多種功能。它綜合了精密機械、控制傳感和自動控制技術等領域的最新成果，并廣泛應用到工農業(yè)生產和軍事等領域。本設計為三自由度坐標型存取郵件機器人， 詳盡的討論了機器人伸縮，升降、行走這三個運動方向的主要部件的結構設計。 其工作方向為兩個直線方向和一個轉向。在控制器的作用下，它執(zhí)行將包裹從貨架上搬運到交付站，或是將包裹存放進貨架的簡單動作，本文是對整個設計工作較全面的介紹和總結。 關鍵詞 ： 三自由度，坐標型，存取 郵件機器人 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 is a It of be to of so It It is in an to of of It of of It a s it to or is a of to 文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 目 錄 1 緒 論 誤 !未定義書簽。 器人的應用 . 錯誤 !未定義書簽。 器人的分類 . 錯誤 !未定義書簽。 業(yè)機器人的定義 .取郵件機器人國內外研究現狀和發(fā)展趨勢 .課題設計要求 . 存取郵件機器人的總體設計 取郵件機器人的組成及各部分關系概述 .取郵件機器人的設計分析 .取郵件機器人技術參數列表 .章小節(jié) . 存取郵件機器人的系統(tǒng)設計 0 取郵件機器人的的系統(tǒng)分析 .取郵件機器人的執(zhí)行機構設計 .取郵件機器人傳動裝置的選擇 .承的選取與校核 .向裝置與配重塊 .章小結 . 存取郵件機器人控制系統(tǒng)設計 4 取郵件機器人的工作原理 .制系統(tǒng)的組件 .片機的程序設計 .用說明 .章小節(jié) . 結論 2 參考文獻 3 致謝 4 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 1 緒論 機器人工程是近二十多年來迅速發(fā)展起來的綜合學科。它集中了機械工程、電子工程、計算機工程、自動控制工程以及人工智能等多種學科的最新研究成果，是當代科學技術發(fā)展最活躍的領域之一，也是我國科技界跟蹤國際高科技發(fā)展的重要方面。機器人的研究、制造和應用水平，是一個國家科技水平和經濟實力的象征，正受到許多國家的廣泛重視 1。 器人的應用 機器人是一種很特別的生產工具，因此，機器人應用的范圍十分廣泛。這些應用可以被劃分為 3 類：材料處理、材料搬運和裝配。 在材料處理中，機器人用工具來加工和處理原材料。例如，機器人工具可包括鉆頭，從而可以在原始材料上執(zhí)行鉆孔操作。 材料搬運包括裝載、卸載和轉移制造設備上的加工零件。這些操作可以由機器人可靠地重復執(zhí)行，因此提高了質量，減少了廢料損失。 裝配是機器人技術的另一個廣泛應用。自動裝配系統(tǒng)能合并自動測試、機器人自動控制和機械處理，以減少勞動成本，提高產量，消除人工操作的危險性 2。 器人的分類 機器人在尺寸、形狀、坐標數量、自由度和設計構造上都多種多樣。每個因素都影響著機器人的工作范圍或它能夠運動和執(zhí)行指定任務的空間區(qū)域。廣義的機器人分類如下所述。 操作型機器人：能自動控制，可重復編程，多功能，有幾個自由度，可固定或運動，用于相關自動化系統(tǒng)中。 程控型機器人：按預先要求的順序及條件，依次控制機器人的機械動作。 示教再現型機器人：通過引導或其它方式，先教會機器人動作，輸入工作程序，機器人則自動重復進行作業(yè)。 數控型機器人：不必使機器人動作，通過數值、語言等對機器人進行示教，機器 人根據示教后的信息進行作業(yè)。 感覺控制型機器人：利用傳感器獲取的信息控制機器人的動作。 適應控制型機器人：機器人能適應環(huán)境的變化，控制其自身的行動。 學習控制型機器人：機器人能 “體會 ”工作的經驗，具有一定的學習功能，并將所 “學 ”的經驗用于工作中。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 固定順序和可變順序的機器人。固定順序機器人（也稱為拾取和定位機器人）是為完成一系列特定的操作而進行編程實現的。它的運動是點到點的，并且可以不斷循環(huán)?？勺冺樞驒C器人是為完成特定順序的操作進行編程實現的，也可為其它系列操作重新編程。 學演機器人。操作者可以按照期望路徑 引導學演機器人和其終端執(zhí)行機構運動。機器人可以記憶和記錄運動的順序和路徑，并能在沒有操作者的進一步引導和示范的情況下連續(xù)重復這些動作。 智能機器人。智能機器人能夠執(zhí)行一些人才能完成的功能和任務。它可以配備各種傳感器以具備視覺和觸覺功能 3。 業(yè)機器人的定義 目前，工業(yè)機器人的定義，世界各國尚未統(tǒng)一，分類也不盡相同。最近聯(lián)合國國際標準化組織采納了美國機器人協(xié)會給工業(yè)機器人下的定義：工業(yè)機器人是一種可重復編程的多功能操作裝置，可以通過改變動作程序，來完成各種工作，主要用于搬運材料，傳遞工件。參考國外 的定義，結合我國的習慣用語，對工業(yè)機器人作如下定義： 工業(yè)機器人是一種機體獨立，動作自由度較多，程序可靈活變更，能任意定位，自動化程度高的自動操作機械。主要用于加工自動線和柔性制造系統(tǒng)中傳遞和裝卸工件或夾具。 工業(yè)機器人以剛性高的手臂為主體，與人相比，可以有更快的運動速度，可以搬運更重的東西，而且定位精度相當高，它可以根據外部來的信號，自動進行各種操作。 工業(yè)機器人的發(fā)展，由簡單到復雜，由初級到高級逐步完善，它的發(fā)展過程可分為三代： 第一代工業(yè)機器人就是目前工業(yè)中大量使用的示教再現型工業(yè)機器人，它主要由手部 、臂部、驅動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。它的控制方式比較簡單，應用在線編程，即通過示教存貯信息，工作時讀出這些信息，向執(zhí)行機構發(fā)出指令，執(zhí)行機構按指令再現示教的操作。 第二代機器人是帶感覺的機器人。它具有尋力覺、觸覺、視覺等進行反饋的能力。其控制方式較第一代工業(yè)機器人要復雜得多，這種機器人從 1980 年開始進入了實用階段，不久即將普及應用。 第三代工業(yè)機器人即智能機器人。這種機器人除了具有觸覺、視覺等功能外，還能夠根據人給出的指令認識自身和周圍的環(huán)境，識別對象的有無及其狀態(tài)，再根據這一識別自動選擇程序進行操作，完成規(guī) 定的任務。并且能跟蹤工作對象的變化，具有適應工作環(huán)境的功能。這種機器人還處于研制階段，尚未大量投入工買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 業(yè)應用 4。 取郵件機器人國內外研究現狀和發(fā)展趨勢 我國郵政部門的郵件收寄、給付存取作業(yè)大多靠人工完成。當郵件較多時 ,工人勞動強度大 ,用戶等候時間長。為了解決這一問題 , 80 年代初 ,浙江省郵電科研所曾研制了郵件取包機械手用于郵件的存取 ,并取得了一定的應用成果。但由于受當時條件的限制 ,沒能推廣使用。日前 , 結合中國郵電博物館計算機集成柔性運輸包裹分揀系統(tǒng)演示項目的開發(fā) , 研制了新型郵件取包機械 手 ,試運行情況良好。 為了實現郵件的自動化存取 ,他們設計了由新型郵件取包機械手、計算機網絡系統(tǒng)、數據庫技術等組成的郵件自動存取系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用星形網絡拓撲結構 , 還留有通過路由器與綜合網相連的接口。立體庫中的貨位信息、郵件存取信息存放在數據庫中。郵政支局中的一臺 (或數臺 ) 營業(yè)窗口計算機可以兼作立體庫管理計算機 ,通過訪問服務器 ,獲得貨位和郵件信息 , 向郵件取包機械手的 制器發(fā)出指令信息 ,控制郵件取包機械手完成郵件的出入庫動作 ,實現郵件的 自動存取。同時還具有郵件收寄、給付、郵件查詢、催領制單等功能。郵件送至寄達局后 , 操作人員利用 形碼掃描器 (或鍵盤 ) 將郵件上的條形碼信息通過立體庫管理計算機輸入到數據庫 , 應用程序根據郵件大小和一定的控制規(guī)則 , 從立體庫的貨位信息庫中選擇最合適的空閑貨位 , 計算機發(fā)出指令控制郵件取包機械手將郵件送入立體庫貨架上 , 包裹單由投遞員送至收件人。用戶來取郵件時 , 操作人員利用 形碼掃描器 (或鍵盤 ) 讀取包裹單上的郵件信息 , 然后通過立體庫管理計算機查詢數據庫確定存放該郵件的貨位 , 立體庫管理計算 機發(fā)出指令控制郵件取包機械手將郵件從立體庫取出 ,送至營業(yè)窗口交給用戶。同時 ,立體庫貨位信息庫中該貨位置空 , 郵件信息庫中該郵件信息加注已取走內容 ,以示該郵件已經完成郵寄。利用數據庫查詢技術還可以按照郵件到達日期檢索 , 當郵件存放超過一定日期后自動打印催領單 , 通知用戶來領取郵件。用戶交寄郵件時 , 營業(yè)人員將郵件信息通過鍵盤輸入到營業(yè)計算機 , 通過網絡在服務器的數據庫中添加該郵件的信息記錄 , 條形碼打印機打印出該郵件的條形碼 ,分別貼在郵件和包裹單上 ,供以后分揀、查詢、領取郵件時使用。立體庫控制計算機控制郵件取 包機械手 , 將郵件送至集裝箱中等待運輸。營業(yè)結束或將集裝箱運走之前 ,由計算機自動打印出路單和清單 ,通過網絡將郵件信息傳送給郵件分揀中心 , 供分揀時使用。這樣 ,就可以實現郵件信息一次輸入重復使用 ,避免重復勞動 ,提高生產效率 ,實現郵件收寄、給付、查詢的自動化。 新型郵件取包機械手采用 系統(tǒng)的可靠性、抗干擾性大大提買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 高 ; 采用交流變頻傳動技術 , 提高了驅動裝置的可靠性 , 減少了維護工作量 ; 增加了位置閉環(huán)和速度閉環(huán)控制 , 提高了系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性。采用了新型的雙層雙側可伸縮的梳狀貨叉 , 結構簡單 , 性能可靠。同時 , 取消了貨叉的回轉運動 , 使兩排相對貨架之間的距離得以縮短 , 可以更有效地利用空間。郵件自動存取系統(tǒng)現已通過調試運行。使用該系統(tǒng)可以充分利用立體空間 ,節(jié)約支局存儲郵件的面積 ,減輕工人勞動強度 , 縮短用戶等待時間 , 提高服務質量 ,使郵政生產的自動化程度達到新水平 5。 課題設計要求 本課題將要完成的主要任務如下： （一）新型郵件取包機器人主要適用郵政部門的包裹，箱子的存取。 （二）選取機器人的坐標形式和自由度。 （三）設計出機器人的各執(zhí)行機構，包括：伸縮手臂，升降支架，電動小車等 。 （四）滾珠絲杠的設計，本課題將設計出機器人，各個自由度的轉動系統(tǒng)，包括滾珠絲杠的選擇，軸承的選擇等。 （五）機器人的控制系統(tǒng)設計，本機器人采用單片機對進行控制，選取單片機的型號，根據機器人的工作流程編制出單片機程序流程圖。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 2 存取郵件機器人的總體設計 取郵件機器人的組成及各部分關系概述 升降支架伸縮手臂電動小車電機驅動驅動機構執(zhí)行機構智能系統(tǒng)控制系統(tǒng)機械系統(tǒng)存取郵件機器人圖 2存取郵件機器人的組成圖 它主要由機械系統(tǒng) (執(zhí)行系統(tǒng)、驅動 系統(tǒng) )、控制檢測系統(tǒng)及智能系統(tǒng)組成。 （一）執(zhí)行機構 執(zhí)行系統(tǒng)是機器人完成提取工件，實現各種運動所必需的機械部件，它包括手部、腕部、機身等。 手部：又稱手爪或抓取機構，它直接抓取、搬運物體。 腕部：又稱手腕，是連接手部和臂部的部件，其作用是調整或改變手部的工作方位。 臂部：是支承腕部的部件，作用是承受工件的負荷，并把它傳遞到預定的位置。 機身：是支承手臂的部件，其作用是帶動臂部自轉、升降或俯仰運動。 （二）驅動系統(tǒng) 驅動系統(tǒng)是驅動工業(yè)機械手執(zhí)行機構運動的。它由動力裝置、調節(jié)裝置和輔買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 助裝置組成。常用的驅動系統(tǒng) 有液壓傳動、 氣壓傳動、機械傳動。 （三）控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)是支配著機器人按規(guī)定的要求運動的系統(tǒng)。目前機器人的控制系統(tǒng)一般由程序控制系統(tǒng)和電氣定位 (或機械擋塊定位 )系統(tǒng)組成。該機械手采用的是單片機 程序控制系統(tǒng)，它支配著手部按規(guī)定的程序運動，并記憶人們給予機器人的指令信息 (如動作順序、運動軌跡、運動速度及時間 )，同時按其控制系統(tǒng)的信息對執(zhí)行機構發(fā)出指令，必要時可對機器人的動作進行監(jiān)視，當動作有錯誤或發(fā)生故障時即發(fā)出報警信號。 （四）位置檢測裝置 控制機器人執(zhí)行機構的運動位置，并隨時將執(zhí)行機構的實際位置反饋給控 制系統(tǒng)，并與設定的位置進行比較，然后通過控制系統(tǒng)進行調整，從而使執(zhí)行機構以一定的精度達到設定位置 6。 各部分關系如圖 2示： 圖 2各部分關系圖 取郵件機器人的設計分析 體方案擬定 在機器人的諸多功能中，抓取和移動是最主要的功能。這兩項功能實現的技術基礎是精巧的機械結構設計和良好的伺服控制驅動 7。本次設計就是在這一思維下展開的。根據設計內容和需求確定坐標系機器人，利用步進電機驅動實現機器人的各個方向運動。利用步進電機驅動滾珠絲杠，從而使與滾珠絲杠螺母副固連在一起的 手臂和支架實現上下，前后運動；底盤設計是利用電機帶動帶輪的一個電動小車，實現轉彎，前后動作。圖 2初步形成的機器人外形圖。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 圖 2機器人外形圖 器人基本形式的選擇 常見的機器人根據手臂的動作形態(tài) ,按坐標形式大致可以分為以下 4 種，如圖 2示 : (1)直角坐標型機器人； (2)圓柱坐標型機器人； ( 3)球坐標 (極坐標 )機器人； (4)多關節(jié)型機器人 8。 圖 2機器人坐標形式的種類 其中坐標系機器人在 X， Y， Z 軸上的運動是獨立的，運動方程可獨立處理，且方程是線性的；容易 通過計算機控制實現，對于給定的結構長度，剛性最大；它的精度和位置分辨率不隨工作場合而變化，容易達到精度，因此本設計采用坐標系機器人 9。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 動系統(tǒng)的選擇 驅動機構是機器人的重要組成部分 , 機器人的性能價格比在很大程度上取決于驅動方案及其裝置。根據動力源的不同 , 機器人的驅動方式共有三種方式 :氣動方式 ,液壓方式 ,電驅動方式。 （ 1）氣動方式： 成本低 ,出力小 ,噪聲大 ,控制簡單。但難以準確控制位置和速度。屬于簡單非伺服型。 （ 2）液壓方式： 功率重量比大 ,低速平穩(wěn) ,需液壓動力源 ,漏油和油性變化會影 響系統(tǒng) ,各軸耦合較強 ,成本較高。可用于易爆的環(huán)境。 （ 3）電驅動方式 : A 步進驅動： 功率小 ,開環(huán)控制 ,控制簡單 ,可能失步。 B 直流驅動： 調速性能好 ,功率較大 ,效率較高 ,但換向器需維護 ,不易用于易爆 ,多粉塵的環(huán)境。 C 交流驅動：維護簡單 ,使用環(huán)境不受限制 ,成本較低 ,調速性差。 根據設計內容和需求確定坐標系機器人，利用步進電機驅動滾珠絲杠，來實現機器人手臂上下運動；利用步進電機驅動滾珠絲杠，來實現支架的上下運動；考慮到本設計中的機器人工作范圍大，故設計了電動小車，由步進電機驅動， 而實現 轉彎，行走的動作 10。 取郵件機器人的技術參數列表 途 存取郵件 :用于郵局包裹的提取，搬運。 提取，搬運貨架上的大型包裹，可以實現郵件信息一次輸入重復使用，避免重復勞動，提高工作效率，實現郵件收寄、給付、查詢的自動化。 計參數 存取郵件機器人的技術參數是說明其規(guī)格和性能的具體指標。主要技術參數有如下： （ 1）提取重量 提取重量是用來表明機器人負荷能力的技術參數，這是一項主要參數。這項參數與機器人的運動速度有關，一般是指在正常速度下所搬運的重量。 （ 2） 極限尺寸 提取包 裹極限尺寸是用來表明機器人搬運功能的技術參數，它是設計手部的基礎。 （ 3） 坐標形式和自由度 說明機器人機身、手部、腕部等共有的自由度數及它們組成的坐標系特征。 （ 4） 運動行程范圍 指執(zhí)行機構直線移動距離或回轉角度的范圍，即各運動自由度的運動量。根買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 據運動行程范圍和坐標形式就可確定機器人的工作范圍。 （ 5） 運動速度 是反映機器人性能的重要參數。通常所指的運動速度是機器人的最大運動速度。它與提取重量、定位精度等參數密切有關，互相影響。 （ 6） 定位精度和重復定位精度 定位精度和重復定位精度是衡量機器人工作質量的一項 重要指標 11。 本設計中的三自由度坐標型工業(yè)機器人的有關技術參數如下： 1. 機械手最大抓重 : 20. 自由度數 : 3 個自由度 3. 坐標型式 : X， Y， Z 坐標 4. 手臂運動參數 伸縮行程： 500縮速度： 200mm/s 升降行程： 1800降速度： 200mm/s 行走速度： 100mm/s 5. 機器人（重復）定位精度： 章小結 本章 主要介紹了存取郵件機器人的總體設計方案，通過對各種方案的優(yōu)缺點進行比較分析，得出最適合本次設計要求的方案。機器人的結構 X 方向的小臂，末端執(zhí)行器， Y 方向支架，電動小車組成坐標系機器人，最后根據其具體工作要求確定本次設計的參數。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 3 存取郵件機器人的機械系統(tǒng)設計 器人的運動系統(tǒng)分析 器人的運動概述 機器人的運動，可從機器人的自由度，工作空間和機械結構類型等三方面來討論。 如圖 3示，為機器人機構的簡圖。 圖 3存取郵件機器人的機構簡圖 （ 1）機器人的運動自由度 所謂機器人的運動自由度是指確定一個機器人操作位置時所需要的獨立運動參數的數目，它是表示機器人動作靈活程度的參數。 本設計的機器人主要的以移動副為主，具有手臂伸縮，支架的升降，電動小車的前后往復三自由度。 （ 2）機器人的工作空間和機械結構類型 工作空間 :工作空間是指機器人正常運行時，手部參考點能在空間活動的最大范圍，是機器人的主要技術參數 12。 機械結構類型 :坐標型為本設計所采用方案，這種運動形式是通過三個 移動，共三個自由度組成的運動系統(tǒng)。它與直角坐標型比較，在相同的工作條件下，運動范圍更大。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 器人的執(zhí)行機構設計 體的設計 圖 3貨架上的單位箱體 箱子尺寸：長 400寬 400高 400壁厚 2 箱子材料：紙 端執(zhí)行器 圖 3末端執(zhí)行器 零件計算 3V 2 0 4 8 0 4 8 0 2 0 4 6 0 4 6 08 8 4 0 0 0 0 m m （ ）m g = v 鏟（ 3 其中 g 取 10 N/ 988400007 8 0 0 1 0 6 8 . 9 510 鏟買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 綜合該方向鏟子，導軌等質量，再加上本生需要提取包裹，郵件的質量 20算該方向總的質量為 300N。 器人的傳動裝置的選擇 滾珠絲杠的選擇（ Z 方向） 載荷 300 絲桿有效行程 500 最大伸縮速度 s=12m/選導程 6hP 轉速 10002000r/ 要求使用壽命 L h = 15000 h 左右。 （ 1）工作載荷的計算 1（ 3 載荷系數 硬度影響系數 1K 行程系數 查袖珍機械設計師手冊表 191919： 1 3 0 0 1 1 . 1 1 3 3 0 ( )F c N （ 2）最大動載荷（ 3 L 工作壽命，單位為 61060 絲杠轉速 )r 沖擊取 ，一般情況取 666 0 2 0 0 0 1 5 0 0 0 1 8 0 0 ( 1 0 )10 3 1 8 0 0 3 3 0 1 . 3 5 2 1 8 . 5 ( ) （ 3）初選滾珠絲杠 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 主要尺寸：按 aC = 袖珍機械設計師手冊表 19 選用 滾珠絲杠副，其公稱直徑為 40本導程 6螺母滾珠總圈數為 3 2 圈 =6 圈，精度等級取四級，額定動載荷為 13200N，滿足要求。 （ 4）傳動效率計算 將公稱直徑0 40d 基本導程 6hP 代入 0a r c t a n () （ 3 得絲杠螺旋升角 2 44 。 為摩擦角，滾珠絲杠副的滾動摩擦系數 03.0f ，其摩擦角約等于 10 ，代入 t a n / t a n ( ) （ 3 得傳動效率 t a n / t a n ( ) 9 4 . 2 % （ 5）剛度的驗算 滾珠直徑 杠底徑 =公稱直徑 杠的拉壓變形量 1 滾珠絲杠應計算滿 載時拉壓變形量： )(1 m （ 3 1 在工作載荷 用下絲杠總長度上的拉伸或壓縮變形量 （ 絲杠的工作載荷 （ N） L 滾珠絲杠兩端支撐間的受力長度（ E 材料的彈 性模量，鋼 M ； A 滾珠絲杠按內徑確定的截面積 （ 2， “ +” 用于拉伸， “ -” 用于壓縮 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 2 2 21 3 . 1 4 3 6 . 0 3 1 2 1 0 1 9 . 1 244dA m m （ 3 1 43 0 0 5 0 0 0 . 7 ( )2 0 . 6 1 0 1 0 1 9 . 1 2 m（ 5） 滾珠絲杠與螺紋滾道間的接觸變形量 2 有預緊時 ： 3 22 0 01 3 為滾珠直徑 （ Z 滾珠總數量 Z 為一圈的滾珠數 滾 珠絲杠的公稱直徑（ 預緊力為工作載 荷的 1/3，絲杠預緊采用雙螺母墊片預緊方式 列數圈數 3 . 1 4 4 0 3 . 9 6 8 8 3 2 (m 外 循 環(huán) ） （ 3 3 2 9 (m 內 循 環(huán) ） （ 3 圈 數 列 數 （ 3 2 9 3 2 1 7 4 2 3 23000 . 0 0 1 3 1 . 7 ( )3 . 9 6 8 8 1 0 0 1 7 4 m（ 6）滾珠絲杠副的剛度驗算： 絲杠總變形量 21 應小于允許的變形量。 12 0 . 7 1 . 7 2 . 4 1 6 4 級精度滾珠絲杠任意 300向行程內的變動量允許 16m，而對跨度為500滾珠絲杠，總的變形量只有 見絲杠剛度足夠。 （ 7）穩(wěn)定性驗算 滾珠絲杠通常屬于 受軸向力的細長桿，若軸向工作負載過大，將使絲杠失去買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 穩(wěn)定而產生縱向屈服，既失穩(wěn)。失穩(wěn)時的臨界載荷 )(22 （ 3 E 絲杠材料彈性模量，對鋼 M I 截面慣性矩，對絲杠圓截面 )(64 441 （ 1d 為絲杠底徑） L 為絲杠最大工作長度，單位 mm 絲杠支撐方式系數，此處絲杠為一端固定一端簡支，則 0.24 3 42 4 6323 . 1 4 3 6 . 9 6 8 8 ( 1 0 )2 3 . 1 4 2 0 . 6 1 0 1 064 1414938( 5 0 0 1 0 ) N 臨界載荷果該絲杠不會失穩(wěn)。因此滾珠絲杠的壓桿穩(wěn)定條件為： （ 3 一般 4 慮到絲杠自重對水平滾珠絲杠的影響可取 4 3 5 8 . 2 3 600 所以絲杠不會失效。 縮步進電機的選取 （ 1）計算加在步進電動機轉軸上的總轉動慣量 已知：滾珠絲杠的公稱直徑0 40d 總長 l =500程 6hP 材料密度 =10向移動 部見總重量 G =300N。 算得各個零部件的轉動慣量如下： 滾珠絲杠的轉動慣量可由 28s （ 3 式中 圓柱體質量這里指絲杠質量 D 圓柱體直徑絲杠直徑 40買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 求得 23 0 . 7 8sJ k g c m折算到絲杠上的轉動慣量可由： 22 h （ 3 求得 22( 0 . 6 / 2 ) 6 0 0 5 . 4 7J k g c m 電動機轉子自身的轉動慣量3 2kg 則加在步進電動機轉軸上的總轉動慣量為： 21 5 . 4 7 3 0 . 7 8 3 6 . 2 5 J k g c m 23 6 . 2 5 3 3 6 9 . 2 5J k g c m 總 （ 2）計算加在步進電動機的等效負載轉矩： 分快速空載啟動和承受最大工作負載兩種情況進行計算。 快速空載啟動時電動機轉軸所承受的負載轉矩1移動部件運動時折算到電動機轉軸上的摩擦轉矩 滾珠絲杠預緊后折算到電動機轉軸上的附加摩擦轉矩0T。因為滾珠絲杠副傳 動效率很高，0 小，可以忽略不計。 則有： 1T m a x fe q T a T（ 3 考慮橫向傳動鏈的總效率 ，計算快速空載啟動時折算到電動機轉軸上的最大加速轉矩： ( 2 / 6 0 ) 1m a x J e q N m t （ 3 式中 對應橫向空載最快移動速度的步進電動機最高轉速，單位為r/ 步進電動機由靜止到加速至轉速 需的時間，單位為 s。 其中： （ 3 式中： 橫向空載最快移動速度，為 12000 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 橫向步進電動機步距角，為 ； 橫向脈沖當量， &=脈沖 由公式 360 （ 3 可得 i =i 小于 1 因此本結構可不采用減速裝置。 將以上各值代 入 （ 3式中 ， 算得 240r/ 設步進電動機由靜止到加速至 速所需時間 向傳動 鏈總效率 = 則由式 （ 3求得： m 移動部件運動時，折算到電動機轉軸上的摩擦轉矩為 ( ) / 2f c G P i （ 3 式中 導軌的摩擦因數，滾動導軌取 前后方向的工作負載，空載時取 0； 橫向傳動鏈總效率，取 則由 （ 3式，得： 最后，求得快速空載啟動時電動機轉軸所承受的負載轉矩為： 1 m a x 0 . 6 2 1 . 1 1 . 7 2fT e q T a T N m 最大工作負載狀態(tài)下電動機轉軸所承受的負載轉矩2分：折算到電動機轉軸上的最大工作負載轉矩動部件運動時折算到電動機轉軸上的摩擦轉矩珠絲杠預緊后折算到電動機轉軸上的附加摩擦轉矩0T。相對于f 很小，可以忽略不計。 則有： 2f 其中，折算到電動機轉軸上的最大工作負載轉矩在對滾珠絲杠進行計算的時候，已知進給方向的最大工作載荷00N， 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 則有 /2t f P i 再計算承受最大工作負載情況下，移動部件運動時折算到電 動機轉軸上的摩擦轉矩： ( ) / 2f c G P i = 最后求得最大工作負載狀態(tài)下電動機轉軸所承受的負載轉矩： 2f =m 經過上述計算后，得到加在步進電動機轉軸上的最大等效負載轉矩： 1 2 =m （ 3） 步進電動機最大靜轉矩的選定 考慮到步進電動機采用的是開環(huán)控制，當電網電壓降低時，其輸出轉矩會下降，可能造成丟步，甚至堵轉。因此，根據 選擇步進電動機的最大靜轉矩時，需要考慮安全系數。則步進電動機的最大靜轉矩應滿足： m a x 4 4 3 . 3 7 1 3 . 4 8 e q N m 對于前面預選的 130步進 電動機，其最大靜轉矩0，可見完全滿足的要求。 （ 4） 步進電動機的性能校核 1）最快工進速度時電動機輸出轉矩校核 任務書給定最快工進速度m a x 1 2 0 0 0 / m i m m，脈沖當量 0 脈 沖，由式求出電動機對應的運行頻率m a x 1 2 0 0 0 / ( 6 0 0 . 1 ) 2 0 0 0 z H z 。從 130動機的運行矩頻特性曲線圖可以看出， 在此頻率下，電動機的輸出轉矩m a x 1 2 m，遠遠大于最大工作負載轉矩2 3 m，滿足要求。 2）最快空載移動時電動機輸出轉矩校核 任務書給定最快空載移動速度 m a x 3 0 0 0 0 / m i nv m m ，求出電動機對應的運行頻率 m a x 3 0 0 0 0 / ( 6 0 0 . 1 ) 5 0 0 0f H z H z 。查得，在此頻率下，電動機的輸出轉矩 T N m，大于快速空載起動時的負載轉矩1 1 m，滿足要求。 3）最快空載移動時電動機運行頻率校核 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 與最快空載移動速度對應的電動機運行頻率為 m a x 1 2 0 0 0 / m i nv m m 。查表可知 130動機的空載運行頻率可達 2000可見沒有超出上限。 4）起動頻率的計算 已知電動機轉軸上的總轉動慣量 26 9 . 2 5k g c m，電動機轉子的轉動慣量233mJ kg ，電動機轉軸不帶任何負載時的空載起動頻率 1800z 。則由式可以求出步進電動機克服慣性負載的起動頻率： 1 0 2 2 . 5 81/q （ 3 上式說明，要想保證步進電動機起動時不失步，任何時候的起動頻率都必須小于 實際上，在采用軟件伸縮時，起動頻率選得更低，通常只有100即 100 / ）。 綜上所述，設計中工作臺的進給傳動選用 130進電動機，完全滿足設計要求。 手臂機構的設計 手臂的設計要求： 手臂的結構和尺寸應滿足機器人完成作業(yè)任務提出的工作空間要求 5