買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 I 焊接機(jī)器人小臂腕部結(jié)構(gòu)設(shè)計 摘 要 介紹了焊接 機(jī)器人技 術(shù)發(fā)展的 歷程及我 國焊接機(jī)器 人技術(shù)研 究的現(xiàn)狀 和發(fā) 展前景。針對焊接機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化中涉及到的新型結(jié)構(gòu)本體設(shè)計、高性能機(jī)器人控 制器技術(shù)及免維護(hù)系統(tǒng)設(shè)計等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究，結(jié)合 接機(jī) 器人，介紹了采用諧波齒輪減速器及交流伺服電機(jī)等精密傳動部件進(jìn)行機(jī)器人小 臂 和腕部結(jié)構(gòu)設(shè)計， 使得機(jī)器人結(jié)構(gòu)變 得越來越簡單 ,傳 動環(huán)節(jié)減少，提高 了系 統(tǒng)的精度，減少維護(hù)，同時也簡化了生產(chǎn)工藝，降低了生產(chǎn) 成本。 我國焊接機(jī)器人的應(yīng)用主要集中在汽車、摩托車、工程機(jī)械、鐵路機(jī)車等幾 個主要行業(yè)。汽車是焊接機(jī)器人的最大用戶，也是最早用戶。早在 70 年代末， 上海電焊機(jī)廠與上海電動工具研究所，合作研制的直角坐標(biāo)機(jī)械手，成功地應(yīng)用 于上海牌轎車底盤的焊接。我國到 1997 年底僅有焊接機(jī)器人 500 臺，多為弧焊 和點(diǎn)焊機(jī)器人，而且集中于汽車、摩托車和工程機(jī)械三個制造行業(yè)，因此我國焊 接機(jī)器人的發(fā)展應(yīng)首先擴(kuò)大應(yīng)用數(shù)量和應(yīng)用領(lǐng)域。同時也要盡快建立有我國自主 知識產(chǎn)權(quán)的機(jī)器人生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)。 關(guān)鍵詞：弧焊焊接機(jī)器人、小臂 腕部結(jié)構(gòu)、交流伺服系統(tǒng) I 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 接機(jī)器人小臂腕部結(jié)構(gòu)設(shè)計 a s p he of s 1970s, to to 997 00 s s ： AC 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 焊接機(jī)器人小臂腕部結(jié)構(gòu)設(shè)計 目 錄 第一章 前言 .題背景 .接機(jī)器人畢業(yè)設(shè)計問題的提出 .究的基本內(nèi)容，擬解決的主要問題 . 4 究步驟、方 法 . 4 第二章 焊接機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計 .臂腕及結(jié)構(gòu)設(shè)計 .接機(jī)器人小臂及腕部結(jié)構(gòu)設(shè)計方案 . 6 臂及腕部整體機(jī)構(gòu)的工作原理 . 7 機(jī)的選擇 .齒圓錐齒輪設(shè)計： .動比的選擇 . 9 開線直齒圓錐齒輪幾何計算 . 9 的選擇及鏈輪設(shè)計 . 11 傳動的特點(diǎn) . 11 動鏈的分類 . 12 的選擇 . 13 承的分類介紹 . 14 臂腕部結(jié)構(gòu)設(shè)計中必要的強(qiáng)度校核 . 16 錐齒輪強(qiáng)度校核 . 16 的強(qiáng)度校核 . 17 第三章 諧波減速器 .波減速器的發(fā)展 .波減速器的應(yīng)用 .波減速器的組成及工作原理 .輪常見的結(jié)構(gòu)形式 . 29 發(fā)生器常見的結(jié)構(gòu)型 . 30 波減速器的工作原理 . 30 剛輪諧波減速器 . 32 波齒輪傳動特點(diǎn) .波減速器產(chǎn)品系列及結(jié)構(gòu)的特點(diǎn) .波減速器的選擇 .波減速器的安裝使用與維護(hù)（本此設(shè)計所需系列） .第四章 經(jīng)濟(jì)性分析 .致謝 .參 考 文 獻(xiàn) .聲明 .文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 焊接機(jī)器人腕小臂結(jié)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計 第一章 前 言 機(jī)器人是一種在生產(chǎn)中能靈活完成特定操作，并有多種功能的機(jī) 器。 機(jī)器人一般由以下幾部分組成：控制系統(tǒng)，驅(qū)動系統(tǒng)，執(zhí)行 (運(yùn)動 )裝置，檢測系 統(tǒng)。機(jī)器人的控制系統(tǒng)包括：控制電腦和伺服控制器。機(jī)器人的動力驅(qū)動主要有： 電動、氣動、液壓驅(qū)動等。機(jī)器人的執(zhí)行 (運(yùn)動 )部分主要指機(jī)器人用于完成任務(wù) 的機(jī)體裝置，主要由機(jī)械傳動系統(tǒng)和末端執(zhí)行器組成。傳動機(jī)構(gòu)用于把驅(qū)動器產(chǎn) 生的動力傳遞到機(jī)器人的各個關(guān)節(jié)和動作部位，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人平穩(wěn)運(yùn)動。常見的傳 動機(jī)構(gòu)有以下幾種： a、齒輪傳動 b、絲杠傳動機(jī)構(gòu) c、皮帶傳動和鏈傳動機(jī) d、 流體傳動 e、連桿傳動：機(jī)器人的檢測系統(tǒng)是指機(jī)器人身上的各種 傳感器。機(jī)器 人最常采用的基本傳感器有：視覺傳感器、力覺傳感器、觸覺傳感器、位移傳感 器、速度傳感器、加速度傳感器等。傳感器是機(jī)器人的感覺器官機(jī)器人工作時， 電腦根據(jù)傳感器獲得的信息控制機(jī)器人動作。它主要分為內(nèi)部傳感器和外部傳感 器兩大類。工業(yè)機(jī)器人是一種能自動控制、可重復(fù)編程、具有多功能多自由度的 操作機(jī)，是機(jī)器人家族中最重要的成員，主要由機(jī)械手臂、控制裝置、機(jī)座、能 源裝置和驅(qū)動裝置等幾部分構(gòu)成從結(jié)構(gòu)上分為：模仿人類關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的關(guān)節(jié)型工業(yè) 機(jī)器人、直角坐標(biāo)型機(jī)器人、圓柱坐標(biāo)型機(jī)器人、球坐標(biāo)機(jī)器人。從用途上 可分 為：焊接機(jī)器人、機(jī)器加工機(jī)器人、裝配機(jī)器人、噴漆機(jī)器人、檢查、測量機(jī)器 人、移動式搬運(yùn)機(jī)器人等等。焊接機(jī)器人主要包括弧焊機(jī)器人和點(diǎn)焊機(jī)器人。有 用 于大工件 焊接的大型 焊接機(jī)器 人，也有 用于小工件 焊接的精 巧小型焊 接機(jī)器 人；有單臺操作，也有兩臺以上的組合操作。 經(jīng)過四十多年的發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人已在越來越多的領(lǐng)域得到了應(yīng)用。在制造 業(yè)中， 尤其是在汽車產(chǎn)業(yè)中，工業(yè)機(jī)器人得到了廣泛的 應(yīng)用。如在毛坯制造 (沖 壓、壓 鑄、鍛造等 )、機(jī)械加工、焊接、熱處理、表面 涂覆、上下料、裝配、檢 測及倉庫堆垛 等作業(yè)中，機(jī)器人都已逐步取代了人工作業(yè) 。 題背景 隨著工業(yè)機(jī)器人向更深更廣方向的發(fā)展以及機(jī)器人智能化水平的提高，機(jī)器 人的應(yīng)用范周還在不斷地擴(kuò)大，已從汽車制造業(yè)推廣到其他制造業(yè)，進(jìn)而推廣到 諸 如采礦機(jī) 器人、建筑 業(yè)機(jī)器人 以及水電 系統(tǒng)維護(hù)維 修機(jī)器人 等各種非 制造行 業(yè)。此外，在國防軍事、醫(yī)療衛(wèi)生、生活服務(wù)等領(lǐng)域機(jī)器人的應(yīng)用也越來越多， 如無人偵察機(jī) (飛行器 )、警備機(jī)器人、醫(yī)療機(jī)器人、家政服務(wù)機(jī)器人等均有應(yīng)用 - 1 - 12 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 焊接機(jī)器人腕小臂結(jié)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計 實(shí)例。機(jī) 器人正在為提高人類的生活質(zhì)量發(fā)揮著重要的作用。 據(jù)不完全統(tǒng)計，全世界在役的工業(yè)機(jī)器人中大約有將近一半的工業(yè)機(jī)器人用 于各種形式的焊接加工領(lǐng)域，焊接機(jī)器人應(yīng)用中最普遍的主要有兩種方式，即點(diǎn) 焊和電弧焊。這兩種焊接機(jī)器人在工業(yè)機(jī)器人中所占的大致比例。我們所說的焊 接機(jī)器人其實(shí)就是在焊接生產(chǎn)領(lǐng)域代替焊工從事焊接任務(wù)的工業(yè)機(jī)器人。這些焊 接機(jī)器人中有的是為某種焊接方式專門設(shè)計的，而大多數(shù)的焊接機(jī)器人其實(shí)就是 通用的工業(yè)機(jī)器人裝上某種焊接工具而構(gòu)成的。在多任務(wù)環(huán)境中，一臺機(jī)器人甚 至可以完成包括焊接在內(nèi)的抓物、搬運(yùn) 、安裝、焊接、卸料等多種任務(wù)，機(jī)器人 可以根據(jù)程序要求和任務(wù)性質(zhì)，自動更換機(jī)器人手腕上的工具，完成相應(yīng)的任務(wù)。 因此，從某種意義上來說，工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展歷史就是焊接機(jī)器人的發(fā)展歷史。 工 業(yè)機(jī)器人 在焊接領(lǐng) 域的應(yīng)用 最早是從 汽車裝配 生產(chǎn)線上 的電阻點(diǎn) 焊開始 的。原因在于電阻點(diǎn)焊的過程相對比較簡單，控制方便，且不需要焊縫軌跡跟蹤， 對機(jī)器人的精度和重復(fù)精度的控制要求比較低。點(diǎn)焊機(jī)器人在汽車裝配生產(chǎn)線上 的大量應(yīng)用大大提高了汽車裝配焊接的生產(chǎn)率和焊接質(zhì)量，同時又具有柔性焊接 的特點(diǎn)，即只要改變程序， 就可在同一條生產(chǎn)線上對不同的車型進(jìn)行裝配焊接。 在西方國家，由于勞動力成本的提高為企業(yè)帶來了不小的壓力，而機(jī)器人價 格指數(shù)的降低又恰巧為其進(jìn)一步推廣應(yīng)用帶來了契機(jī)。減少員工與增加機(jī)器人的 設(shè)備投資，在兩者費(fèi)用達(dá)到某一平衡點(diǎn)的時候，采用機(jī)器人的利顯然要比采用人 工所帶來的利大，它一方面可大大提高生產(chǎn)設(shè)備的自動化水平，從而提高勞動生 產(chǎn)率，同時又可提升企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量，提高企業(yè)的整體競爭力。雖然機(jī)器人一次 性投資比較大，但它的日常維護(hù)和消耗相對于它的產(chǎn)出遠(yuǎn)比完成同樣任務(wù)所消耗 的人工費(fèi)用小。因此，從長遠(yuǎn)看，產(chǎn)品的 生產(chǎn)成本還會大大降低。而機(jī)器人價格 的降低使一些中小企業(yè)投資購買機(jī)器人變得輕而易舉。因此，工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用 在各行各業(yè)得到飛速發(fā)展。根據(jù) 統(tǒng)計， 2001 年全世界有 75 萬臺工業(yè)機(jī) 器人用于工業(yè)制造領(lǐng)域，其中 在日本、 在歐盟、 9 萬在北美， 在其余國家。至 2004 年底全世界在役的工業(yè)機(jī)器人至少有約 100 萬。 我國焊接機(jī)器人的應(yīng)用主要集中在汽車、摩托車、工程機(jī)械、鐵路機(jī)車等幾 個主要行業(yè)。汽車是焊接機(jī)器人的最大用戶，也是最早用戶。早在 70 年代末， 上海電焊機(jī)廠與上海電動工具研究所，合作研制的直角坐標(biāo)機(jī)械手，成功地應(yīng)用 于 上海牌轎 車底盤的 焊接。“ 一汽”是我 國最早引 進(jìn)焊接機(jī) 器人的企 業(yè)， 1984 起先后從 司引進(jìn)了 3 臺點(diǎn)焊機(jī)器人，用于當(dāng)時“紅旗牌”轎車的車身焊 接和“ 解放牌”車身頂蓋的焊接。 1986 年成功將焊接機(jī) 器人應(yīng)用于前圍總成的 焊接，并于 1988 年開發(fā)了機(jī)器人車身總焊線 。 - 2 - 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 焊接機(jī)器人腕小臂結(jié)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計 當(dāng)前，焊接機(jī)器人的發(fā)展主要集中于提高智能化水平。通過在機(jī)器人上安裝 如視覺、力 覺、聽覺等傳感器，使機(jī)器人能根據(jù)工件和環(huán)境的變化，自動修正運(yùn) 動路徑、焊槍姿態(tài)、焊接參數(shù)，使之具有更強(qiáng)的自適應(yīng)能力。另一一方面是開發(fā) 功能更多、更強(qiáng)的機(jī)器人離線編程軟件。隨著機(jī)器人在生產(chǎn)中應(yīng)用的增多，離線 編程變得十分必要。當(dāng)前，國際市場上出售的焊接機(jī)器人離線編程軟件功能還不 多離線編程過程操作人員需要較多地參與。今后的發(fā)展方向，主要是賦予軟件 更多的自主功能，如具有優(yōu)化避免碰撞的路徑、焊槍姿態(tài)、焊接參數(shù)的自主規(guī)劃 的功能，并使焊槍能連續(xù)而穩(wěn)定地運(yùn)動，即機(jī)器人的關(guān)節(jié)在運(yùn)動時盡可能遠(yuǎn)離其 極限位置和奇異空間 。焊接機(jī)器人的發(fā)展還需依賴工業(yè)機(jī)器人本身的發(fā)展，這方 面主要是提高機(jī)器人運(yùn)動軌跡的精度和穩(wěn)定性，特別是用于精密激光焊接與切割 的機(jī)器人對這些性能要求更高。眾所周知，焊接加工一方面要求焊工要有熟練的 操作技能、豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、穩(wěn)定的焊接水平；另一方面，焊接又是一種勞動條 件差、煙塵多、熱輻射大、危險性高的工作。工業(yè)機(jī)器人的出現(xiàn)使人們自然而然 首先想到用它代替人的手工焊接，減輕焊工的勞動強(qiáng)度，同時也可以保證焊接質(zhì) 量和提高焊接效率。 然而，焊接又與其它工業(yè)加工過程不一樣，比如，電弧焊 過程中，被焊工件由于局 部加熱熔化和冷卻產(chǎn)生變形，焊縫的軌跡會因此而發(fā)生 變化。手工焊時有經(jīng)驗(yàn)的焊工可以根據(jù)眼睛所觀察到的實(shí)際焊縫位置適時地調(diào)整 焊槍的位置、姿態(tài)和行走的速度，以適應(yīng)焊縫軌跡的變化。然而機(jī)器人要適應(yīng)這 種變化，必須首先像人一樣要“看”到這種變化，然后采取相應(yīng)的措施調(diào)整焊槍 的位置和狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對焊縫的實(shí)時跟蹤。由于電弧焊接過程中有強(qiáng)烈弧光、電弧 噪音、煙塵、熔滴過渡不穩(wěn)定引起的焊絲短路、大電流強(qiáng)磁場等復(fù)雜的環(huán)境因素 的存在，機(jī)器人要檢測和識別焊縫所需要的信號特征的提取并不像工業(yè)制造中其 它加工過程的檢測那么容易。焊接 機(jī)器人的應(yīng)用，不但改善了勞動環(huán)境、減輕勞 動強(qiáng)度、提高升產(chǎn)效率，更主要原因是焊接機(jī)器人工作的穩(wěn)定性和焊接產(chǎn)品質(zhì)量 的一致性，這對于保證批量生產(chǎn)的產(chǎn)品焊接質(zhì)量至關(guān)重要。因此，汽車制造業(yè)成 為焊接機(jī)器人應(yīng)用的主要行業(yè)。國外一些年產(chǎn) 20 萬輛以上的大型汽車制造廠及 其不見生產(chǎn)廠，一般都有 300各種類型的機(jī)器人在生產(chǎn)中服務(wù)。在汽車 行業(yè)的 機(jī)器人應(yīng)用中以焊接機(jī)器人和噴涂機(jī)器人為主 ，其中焊接機(jī)器人占 75 以上。國際上發(fā)達(dá)工業(yè)國家的機(jī)器人使用密度非常高，在汽車行業(yè)尤其如此，它 是一般制造業(yè)機(jī)器人 使用密度的 5 10 倍。由于我國機(jī)器人技術(shù)發(fā)展的時間較 短，無論是一般制造業(yè)還是汽車制造業(yè)，其機(jī)器人的使用密度都非常低，所擁有 的機(jī)器人數(shù)量與工業(yè)發(fā)達(dá)國家的平均水平相比都還具有相當(dāng)大的發(fā)展空間。由于 機(jī)器人控制速度和精度的提高，尤其是電弧傳感器的開發(fā)并在機(jī)器人焊接中得到 - 3 - 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 焊接機(jī)器人腕小臂結(jié)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計 應(yīng)用，使機(jī)器人電弧焊的焊縫軌跡跟蹤和控制問題在一定程度上得到很好解決， 機(jī) 器人焊接 在汽車制造 中的應(yīng)用 從原來比 較單一的汽 車裝配點(diǎn) 焊很快發(fā) 展為汽 車零部件和裝配過程中的 電弧焊。機(jī)器人電弧焊的最大的特點(diǎn)是柔性，即可通過 編程隨時改變焊接軌跡和焊接順序，因此最適用于被焊工件品種變化大、焊縫短 而多、形狀復(fù)雜的產(chǎn)品。這正好又符合汽車制造的特點(diǎn)。尤其是現(xiàn)代社會汽車款 式的更新速度非?？欤捎脵C(jī)器人裝備的汽車生產(chǎn)線能夠很好地適應(yīng)這種變化。 另外，機(jī)器人電弧焊不僅用于汽車制造業(yè)，更可以用于涉及電弧焊的其它制造業(yè)， 如造船、機(jī)車車輛、鍋爐、重型機(jī)械等等。因此，機(jī)器人電弧焊的應(yīng)用范圍日趨 廣泛，在數(shù)量上大有超過機(jī)器人點(diǎn)焊之勢 。 接機(jī)器人畢業(yè)設(shè)計問題的提出 究的基本內(nèi)容，擬解決的主要問題 機(jī)器人主體的關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)由腰部、大臂、小臂、腕部等幾部分組成，如圖 示。設(shè)計任務(wù)主要是焊接機(jī)器人小臂和腕部結(jié)構(gòu)的設(shè)計，莫托曼焊接機(jī)器人外 形尺寸的基礎(chǔ)上，設(shè)計其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。 機(jī) 器人的小臂和腕部 結(jié)構(gòu)主要包括 :電機(jī)、諧波減 速器、圓錐齒輪 、鏈輪、 鏈、諧波減速器幾個部分組成。 對機(jī)器人的電機(jī)進(jìn)行選擇，電機(jī)是機(jī)器人運(yùn)轉(zhuǎn)的動力源，機(jī)器人最早使用的 電機(jī)是步進(jìn)電機(jī)，后來又發(fā)展到直流伺服電機(jī)。焊接機(jī)器人每一個關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)速度 均較低，所以在電機(jī)選擇過程中功率要求小， 主要考慮電機(jī)的尺寸是否滿足焊接 機(jī)器人外形尺寸的要求。 由于焊接機(jī)器人要求速度較低，由電機(jī)轉(zhuǎn)速要經(jīng)過大減速比的減速器減速后 才能達(dá)到焊接機(jī)器人速度要求，因此減速器選擇減速比范圍較大的。諧波減速器 具有結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，體積小，傳動比范圍大，承載能力高，損耗小，效率高， 齒的磨損小且均勻等許多特點(diǎn)。 鏈的選擇及鏈輪的設(shè)計，鏈傳動是屬于具有中間撓性件的嚙合傳動，主要由 主動鏈輪、鏈條和從動鏈輪組成，鏈傳動的制造與安裝精度要求低，安裝與維修 簡便，鏈輪齒受力較小、強(qiáng)度較高、磨損較輕，有較好的緩沖、吸振能力。 最后是對小臂和腕部結(jié)構(gòu)設(shè)計中必要的地方，進(jìn)行強(qiáng)度校核。 究步驟、方法 1、首 先確定設(shè)計課題：焊接機(jī)器人小臂腕部結(jié)構(gòu)設(shè)計 ，機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)分 析； - 4 - 34 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 焊接機(jī)器人腕小臂結(jié)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計 2、通 過互聯(lián)網(wǎng)、圖書館書庫、圖書館數(shù)據(jù)庫和實(shí)地調(diào) 研等等手段查詢相關(guān) 資料，了解國內(nèi)外的研究情況； 3、機(jī)器人小臂系統(tǒng)設(shè)計； 4、焊接機(jī)器人手部的逆運(yùn)算程序及結(jié)果仿真， 5、進(jìn)行總體價格估計，對其經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行分析。 圖 接機(jī)器人 - 5 - 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 焊接機(jī)器 人腕小臂結(jié)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計 第二章 焊接機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計 小臂及腕部結(jié)構(gòu)設(shè)計 2. 接機(jī)器人小臂及腕部結(jié)構(gòu)設(shè)計方案 以前我 們所接觸到型號較老的焊接機(jī)器人 ,所需的電機(jī) 由于型號類型比較少 , 體積和 重量都比較大 ,所以安裝的位置大部分都選擇在 機(jī)器人的后部和結(jié)構(gòu)腹腔 內(nèi) ,但 是隨著進(jìn)口品牌的進(jìn)駐 ,國外的許多型號先進(jìn)的 電機(jī)被引入 ,完全可以滿足 現(xiàn)在工 業(yè)設(shè)計中 ,各種不同的需求。我在設(shè)計中所選取 的電機(jī)是由蘭州電機(jī)廠經(jīng) 德國西門子公司許可，按其技術(shù)制造的各種型號的電機(jī)，電機(jī)的功率 從幾十瓦到 上千瓦，尺寸從幾十毫米到上百毫米，可以滿足不同領(lǐng)域的不用需求，所以在機(jī) 器人小臂及腕部的設(shè)計中，選擇了適合的電機(jī)，安裝在了關(guān)節(jié)的附近，可以更好 的實(shí)現(xiàn)焊接過程中，機(jī)器人的傳動。避免了使用以前體積和重量都很大的電機(jī)， 減化了設(shè)計的過程，也是結(jié)構(gòu)設(shè)計更為合理。 我們所設(shè)計的焊接機(jī)器人是關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，每一部分都采取關(guān)節(jié)設(shè)計，有六個不 同的自由度，每一關(guān)節(jié)都裝置有角度零位及正負(fù)方向限位開關(guān)。 設(shè)計任務(wù)主要是焊接機(jī)器人小臂和腕部結(jié)構(gòu)的設(shè)計，已知實(shí)驗(yàn)室莫托曼焊接 機(jī)器人外形尺寸的基礎(chǔ)上，設(shè)計其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。第一 種小臂和腕部設(shè)計方案：小臂 和腕部部分共有三個自由度，小臂的旋轉(zhuǎn)、腕部的仰擺、腕部的旋轉(zhuǎn)。小臂旋轉(zhuǎn) 處結(jié)構(gòu)采用交流伺服電機(jī)經(jīng)諧波減速器減速直接驅(qū)動小臂旋轉(zhuǎn)，腕部仰擺采用交 流伺服電機(jī)經(jīng)諧波減速器驅(qū)動圓錐齒輪軸轉(zhuǎn)動，由與之嚙合的圓錐齒輪帶動套在 軸上的腕部旋轉(zhuǎn)，腕部的旋轉(zhuǎn)直接由交流伺服電機(jī)經(jīng)諧波減速器驅(qū)動，與小臂旋 轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)類似，如圖 示。 1電機(jī) 5. 電機(jī) 圖 計方案一 - 6 - 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 焊接機(jī)器人腕小臂結(jié)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計 第二種小臂和腕部設(shè)計方案：手腕的仰擺采用交流伺服電機(jī)經(jīng)諧波減速器減 速，帶動圓錐齒輪軸轉(zhuǎn)動，再經(jīng)過鏈輪、鏈傳動驅(qū)動安裝了手腕的軸旋轉(zhuǎn)，使腕 部與軸一起轉(zhuǎn)動，從而達(dá)到腕部的仰擺。此方案中小臂旋轉(zhuǎn)和腕部旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)與 設(shè)計方案一中相同，如圖 示。 1電機(jī) 7. 電機(jī) 圖 計方案二 對兩種方案進(jìn)行比較后得知：第一種方案的結(jié)構(gòu)簡單，需要的零部件少，圓 錐齒輪傳動精確，從腕部旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動器交流伺服電機(jī) 到腕部仰擺處距離大，需要 設(shè)計一根細(xì)長軸，造成小臂外殼材料的浪費(fèi)，而且直接嚙合的圓錐齒輪會影響到 腕部仰擺的角度范圍。第二種方案是在第一種方案的基礎(chǔ)上，在圓錐齒輪傳動后 增加了鏈傳動，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但在腕部旋轉(zhuǎn)處可以為手腕留出一定的空間，保證腕 部仰擺的角度范圍。所以從結(jié)構(gòu)設(shè)計合理和經(jīng)濟(jì)的兩方面綜合考慮，選擇第二種 方案來進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計 。 臂及腕部整體機(jī)構(gòu)的工作原理 大部分機(jī)器人腕關(guān)節(jié)是由伺服電機(jī)帶動諧波減速器直接驅(qū)動的。這時由于腕 關(guān) 節(jié)中的每一個轉(zhuǎn)動 軸都是直接由各作 動器驅(qū)動的 ,因 而腕關(guān)節(jié)的各個轉(zhuǎn) 動軸都 彼此獨(dú)立 ,于是腕關(guān) 節(jié)的姿態(tài)、方位控 制就變得比較容 易解決。腕關(guān)節(jié)能完成擺 動、附仰、轉(zhuǎn)動運(yùn)動 ,如圖 示 ,小臂連接一個轉(zhuǎn)動副 ,使其手部實(shí)現(xiàn)擺動。 接著再 與轉(zhuǎn)動副連接 , 使其手部實(shí)現(xiàn)附仰。然后 ,再與 轉(zhuǎn)動副連接 , 實(shí)現(xiàn)手部的 轉(zhuǎn)動。實(shí)現(xiàn)手部擺動的具體結(jié)構(gòu)。如該圖所示 ,電機(jī) 2 與剛輪 5 固連在小臂 1 上 , 擺動軸 6 與轉(zhuǎn)動的小臂 7 相固連 ;實(shí)現(xiàn)手部俯仰的具體結(jié)構(gòu)又如該圖所示 ,電機(jī) 8 與擺動的小臂 7 相固連 ,經(jīng)諧波減速器 9、圓錐齒輪 10,運(yùn)動改 變方向。輸出軸 11 在附仰的小臂 12 上轉(zhuǎn)動。 - 7 - 56 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 焊接機(jī)器人腕小臂結(jié)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計 (二柔輪固連 ); 圖 臂及腕關(guān)節(jié)傳動示意圖 如果輸出軸 11 與附仰的小臂 12 傳動距離太遠(yuǎn) ,可用齒形鏈傳動來加長距離 ; 實(shí)現(xiàn)手部轉(zhuǎn)動 具體結(jié)構(gòu)再如該圖所示 , 電機(jī) 18 與轉(zhuǎn)動的小臂 19(即手部 )及復(fù)波 式諧波減速器的剛輪 16 相固連 ,另一剛輪 13(剛輪 13 與 16 是分離的 )與附仰的小 臂 12 相固連。當(dāng)電機(jī) 18 軸轉(zhuǎn)動時 , 復(fù)波式諧波減速器的發(fā)生器 15 轉(zhuǎn)動 ,柔輪 14 和 15(柔輪 14 和 15 相固連 )轉(zhuǎn)動 ,由于受 到與附仰的小臂 12 相固接的剛輪 13 傳動的干擾 , 剛輪 16 運(yùn)動 ,轉(zhuǎn)動小臂 19(手部 )也運(yùn)動。由上分析可知 ,當(dāng)伺服電 機(jī) 2、 8、 18 轉(zhuǎn)動時 , 轉(zhuǎn)動小臂 19(手部 )就可以獲得擺動、 附仰、轉(zhuǎn)動的運(yùn)動。 機(jī)的選擇 在本次設(shè)計中，我所設(shè)計部分所采取的電機(jī)是 1列交流伺服電機(jī)。它 包括電機(jī)的定子、轉(zhuǎn)子和一個檢測電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子位置的無刷反饋系統(tǒng)。采用稀 土電磁材料（釤鈷合金）形成轉(zhuǎn)子中的激磁磁場。高質(zhì)量材料的應(yīng)用帶來以下優(yōu) 點(diǎn)： （ 1） 高功率密度，長度短和重量輕 （ 2） 轉(zhuǎn)子慣性小 （ 3） 抗退磁性高 （ 4） 扭矩的溫度穩(wěn)定性高 （ 5） 電流一扭矩關(guān)系在很大范圍內(nèi)為線性 - 8 - 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 焊接機(jī)器人腕小臂結(jié)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計 1機(jī)的連續(xù)扭矩和過載力幾乎在整個扭矩范圍內(nèi)為 常數(shù)，采用相應(yīng)的 6體管脈寬調(diào)制變頻器。它的過載能力可適應(yīng)驅(qū)動裝置的動態(tài)需求和驅(qū)動 裝置的總慣性矩。 1列交流伺服電機(jī)的靜扭矩范圍從 90定轉(zhuǎn)速從 1200 到 6000r /了適應(yīng)不同的安裝條件，這種電機(jī)具有標(biāo)準(zhǔn)型 和短型兩種不同的 結(jié)構(gòu)形式。 在標(biāo)準(zhǔn)型和短型電機(jī)沒有風(fēng)冷，防護(hù)等級為 阻作為過熱保護(hù)的標(biāo)準(zhǔn)元件。對于有個別需求的，可以加風(fēng)冷裝置，以獲得較大 的扭矩。 1列交流伺服電機(jī)可與諧波齒輪箱連接成為一個緊湊的單獨(dú)驅(qū)動裝置， 可以獲得較高的齒輪傳動降速比。且質(zhì)量平衡，因而傳動平穩(wěn)，振動小，輸出軸 的軸承能承受徑向和軸向載荷，潤滑脂能維持 200000 工作或五年以內(nèi)，外形尺 寸小，重量輕的多重特點(diǎn)。 小臂及腕部所用的三個電機(jī)型號選擇如下： 小臂旋轉(zhuǎn)處選用 1 功率為 400w 轉(zhuǎn)速 3000手腕仰俯所用電機(jī)選用 1率為 200w 轉(zhuǎn)速 3000手腕旋轉(zhuǎn)所用電機(jī)選 用 1(此款電機(jī)為 1列交流伺服電 機(jī)中的短型電機(jī)，體積小，適合放在手腕處 )，功率為 50w 轉(zhuǎn)速 3000齒圓錐齒輪設(shè)計 動比選擇 因?yàn)槭滞蟛扛┭?B 軸允許的最大轉(zhuǎn)速為 s,電機(jī)轉(zhuǎn)速為 3000 諧波減速器 50 以 80 的減速比減速后，速度已經(jīng)滿足 B 軸轉(zhuǎn)速要求，所以 在齒輪傳動處選擇較小的傳動比， i 開線直齒圓錐齒輪幾何計算 表 漸開線直齒圓錐齒輪幾何計算 名稱 分度圓直徑 齒數(shù) 代號 d Z 小齒輪 40 20 大齒輪 40 60 30 - 9 - 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 焊接機(jī)器人腕小臂結(jié)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計 大端模數(shù) 節(jié)錐角 錐距 齒高 周節(jié) 變位系數(shù) m R b P X 1 m 1 2 2 2 1 2 1 1 2 2 b= R R=P= m= (2) 齒頂高 齒根高 齒頂間隙 m(1 m(m(1 m(=齒根角 齒頂角 e f e=f1=） = 2 2 (正常 收縮齒 ) 齒頂圓錐角 (正常收縮齒 ) a a1=） =1 1 1 a2=） =2 2 2 齒根圓錐角 f 1 1 齒頂圓直徑 節(jié)錐頂點(diǎn)到輪 2k =d /2 ha =2k =d /2 ha =冠距離 大端分度圓弧 1 2 1 1 2 1 2 2 齒厚 S S1=m（ 2 +2 + 1=2 2 分度圓弦齒厚 S S 1 =1(1 S 1 /6 )=S 2 = S 2 /6 )=分度圓齒高 /4 /4由于小齒輪總體尺寸很小，所以將圓錐齒輪中的小齒輪直接設(shè)計成齒輪軸， 以滿足齒輪的強(qiáng)度要求，大齒輪則通過鍵與軸連接固定。 2 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 10 - 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 焊接機(jī)器人腕小臂結(jié)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計 的選擇及鏈輪設(shè)計 傳動的特點(diǎn) 鏈傳動是一種應(yīng)用較廣的一種機(jī)械傳動。它是由鏈條和主、從動鏈輪所組成。 鏈輪上制有特殊齒 形的齒，依靠鏈輪輪齒與鏈節(jié)的嚙合來傳遞運(yùn)動和動力。 鏈傳動是屬于帶有中間擾性的嚙合傳動。與屬于摩擦傳動的帶傳動相比，鏈 傳動無彈性滑動和打滑現(xiàn)象，因而能保持準(zhǔn)確的傳動比，傳動效率較高；又因鏈 條不需要象帶那樣張得很緊，所以作用于軸上的徑向壓力較小；在同樣使用條件 下，鏈傳動結(jié)構(gòu)較為緊湊。同時鏈傳動能在高溫及速度較低的情況下工作。與齒 輪傳動相比，鏈傳動的制造與安裝精度要求較低，成本低廉；在遠(yuǎn)距離傳動（中 心距離最大可達(dá)十多米）時，其結(jié)構(gòu)比齒輪傳動輕便得多。鏈傳動的主要缺點(diǎn)是： 在兩根平行軸間只能用于同向回 轉(zhuǎn)的傳動；運(yùn)轉(zhuǎn)時不能保持恒定的瞬時傳動比； 磨損后易發(fā)生跳齒；工作時有噪聲；不宜在載荷變化很大和急速反向的傳動中應(yīng) 用。 鏈傳動主要在要求工作可靠，且兩軸相距較遠(yuǎn)，以及其他不宜采用齒輪傳動 的場合。例如：在摩托車上應(yīng)用了鏈傳動，結(jié)構(gòu)上大為簡化，而且使用方便可靠。 鏈傳動還可用于低速重型及極為惡劣的工作條件下，例如掘土機(jī)的運(yùn)行機(jī)構(gòu)，雖 受到土塊、泥漿及瞬時過載等影響，但仍能很好的工作。 按用途不同，鏈可分為：傳動鏈、輸送鏈和起重鏈。輸送鏈和起重鏈主要用 在運(yùn)輸和起重機(jī)械中，而在一般機(jī)械傳動中，常用的是傳動 鏈。 傳動鏈傳遞的功率一般在 100下，鏈速一般不超過 15m/s ，推薦使用 的最大傳 動比 稱滾 子鏈）、齒形鏈等類 型。其中滾子鏈?zhǔn)褂米顝V，齒形鏈?zhǔn)褂幂^少。 1與齒輪傳動比較： （ 1）鏈傳動的制造與安裝精度要求低，安裝與維修簡便。 （ 2 ）鏈輪齒受力較小、強(qiáng)度較高、磨損較輕。通常鏈 輪由較多的齒同時與 鏈條嚙 合，接觸位置接近結(jié)根，而且齒槽圓弧半徑大， 齒根應(yīng)力集中小，所以 鏈輪齒承載能力較大，齒面磨損也比齒輪輕。 （ 3）鏈傳動有較好 的緩沖、吸振能力。 （ 4 ）鏈傳動中心距適應(yīng)范圍大，特別在中心距較大或 在多軸傳動中，鏈傳 動易于布置、安裝、調(diào)節(jié)。 （ 5 ）在鏈條上安裝適當(dāng)?shù)母郊梢詫?shí)現(xiàn)輸送功能。但 在要求中心距小，瞬 - 11 - 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 焊接機(jī)器人腕小臂結(jié)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計 時傳動 比恒定，傳動比大、轉(zhuǎn)速高、噪聲小時，鏈傳動 的使用性能不如齒輪傳 動。 2與帶傳動比較： （ 1）鏈傳動的轉(zhuǎn)速比準(zhǔn)確，傳動效率高。 （ 2）鏈條對軸的作用力小。 （ 3 ）鏈傳動的尺寸較緊湊，在傳遞功率相同的情況下 ，鏈條傳動比常用的 膠帶要窄些， 鏈輪直徑也比帶輪直徑要小，所以機(jī)構(gòu)尺寸比帶傳動緊湊。 （ 4）鏈條拆裝方便。 （ 5）鏈傳動能在較大的傳動比和較大的中心距下工作。 （ 6）鏈傳動的環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)。 （ 7）鏈條的磨損伸長比較緩慢。 （ 8 ）鏈傳動在可燃?xì)怏w下工作安全可靠，因?yàn)椴灰装l(fā) 生摩擦生電現(xiàn)象，不 會引起燃燒。但是在要求噪聲小，不準(zhǔn)有潤滑油，中心距大，轉(zhuǎn)動速度很高的情 況下，鏈傳動的使用性能不如帶傳動。綜上所述，在手腕仰擺處選用鏈傳動。 動鏈的分類 傳動鏈按傳遞方式分摩擦傳動與嚙合傳動兩大類，按產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分傳動用短節(jié) 距滾子鏈、傳動用雙節(jié)距滾子鏈、傳動用套筒鏈、重載傳動用彎板滾子鏈、傳動 用齒形鏈、銷合鏈和無級變速鏈等。 傳動用短節(jié)距精密滾子鏈及套筒鏈節(jié)距從 03C） 72B）， 橫跨 A 系列和 B 系列的單排、雙排以及多排，是應(yīng)用最為廣泛的鏈條。根據(jù)不同 用途，配上各種附件，也可作為輸送鏈用。用在發(fā)動機(jī)里，又派生出摩托車傳動 鏈、發(fā)動機(jī)正時用鏈、以及石油鉆機(jī)傳動鏈等產(chǎn)品系列。 雙節(jié)距滾子鏈?zhǔn)嵌坦?jié)距滾子鏈派生出來的一種輕型鏈 條（節(jié)距增大一倍，滾 子套筒 銷軸都不變）。傳動用雙節(jié)距滾子鏈鏈板多為 形，應(yīng)用在中小載荷、中 低速和中心距較大的傳動裝置中。隨著鏈傳動的推廣，傳動用雙節(jié)距滾子鏈派生 出了一些特殊場合用鏈條，如不銹鋼鏈、高耐磨鏈、工程塑料鏈等。節(jié)距從 101. 60不等，傳動鏈加上不同的附件可作為輸送鏈用，并 且這種傳動鏈正越 來越多地被運(yùn)用在輸送設(shè)備上。 重載傳動用彎板滾子鏈適用于低速重載、有沖擊傳動工況，鏈板為彎鏈板， - 12 - 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 焊接機(jī)器人腕小臂結(jié) 構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計 易于拆裝，無內(nèi)外節(jié)之分。由于這種鏈條工作于重載工況下，多為大節(jié)距鏈。國 內(nèi)這種鏈條節(jié)距在 間。銷合鏈鏈節(jié)由可鍛鑄鐵鑄成并用銷軸連 接起來，沒有內(nèi)外鏈節(jié)之分，易于拆裝。由于結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，銷合鏈?zhǔn)窃?期使用較為廣泛的一種傳動鏈。加上特殊附件，也可作輸送鏈用。適用于中低速、 重低載荷以及工作環(huán)境比較臟污的工況。由于鑄件疲勞壽命較短，這種鏈條逐漸 地被重載彎板滾子鏈取代。 傳動用齒形鏈結(jié)構(gòu)簡單，沒有套筒和滾子，只有銷軸和鏈板。用于高速、低 噪聲等工 況，按導(dǎo)向形式分內(nèi)導(dǎo)式和外導(dǎo)式，按接觸方式分內(nèi)接觸式和外接觸式 兩種。節(jié)距從 數(shù)從 5 47 片不等。 無級變速鏈包括滑片鏈、擺銷鏈、滾柱鏈、套環(huán)鏈等四個種類，其中以滑片 式無級變速鏈?zhǔn)褂幂^為廣泛，應(yīng)用在各種型式的鏈?zhǔn)綗o級變速器內(nèi)。擺銷式無級 變速鏈主要應(yīng)用在國外一些轎車鏈?zhǔn)綗o級變速器及其他精密、大功率、高速機(jī)械 上。無級變速鏈由于其高強(qiáng)度、低噪音、耐磨損、壽命長等優(yōu)點(diǎn)，在無級變速的 應(yīng)用中正越來越多地擴(kuò)大應(yīng)用領(lǐng)域。 的選擇 本次設(shè)計中，所選的傳動 鏈?zhǔn)驱X形傳動鏈，齒形鏈上設(shè)有導(dǎo)板，可以防止鏈 條在工作時發(fā)生側(cè)向竄動，導(dǎo)板有內(nèi)導(dǎo)板和外導(dǎo)板兩種。內(nèi)導(dǎo)板可以較為精確的 把鏈定位于適當(dāng)?shù)奈恢?，所以?dǎo)向性好，工作可靠，適用于高速及重載傳動，外 導(dǎo)板齒形鏈，沒有開導(dǎo)向槽，結(jié)構(gòu)簡單，導(dǎo)向性差，外導(dǎo)板容易在銷軸連結(jié)處出 現(xiàn)松動。 齒 形鏈按 鉸接 結(jié)構(gòu)不 同可分 為：圓 銷式 、軸瓦 式和滾 柱式三 種，如 圖 圖 齒形鏈的分類 - 13 - 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 焊接機(jī)器人腕小臂結(jié)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計 圓銷式齒形鏈，鉸鏈 承壓面積小，壓力大，磨損嚴(yán)重，所 以不采用，軸瓦式 齒形鏈承壓面積大，壓力小，但因?yàn)檩S瓦與銷軸表面是滑動摩擦，所以磨損也較 為嚴(yán)重，經(jīng)過比較還是選用滾柱式齒形鏈，它的載荷沿全鏈均勻分布，以滾動摩 擦代替滑動摩擦，所以顯著地減小了有害阻力。 根據(jù)手冊查閱，選擇 內(nèi)導(dǎo)式滾柱式齒形鏈，基本參數(shù)和主要 要求尺寸，選擇鏈的型號為 排，節(jié)距 p 承的分類介紹 最具代 表性的滾動軸承，用途廣泛，可承受徑向負(fù)荷與 雙向軸向負(fù)荷 ，適 用于高 速旋轉(zhuǎn)及要求低噪聲、低振動的 場合 ，帶鋼板 防塵蓋或橡膠密封圈的密 封型軸 承內(nèi)預(yù)先充填了適量的潤滑脂 外圈帶止動環(huán)或 凸緣的軸承，即容易軸向 定位， 又便于外殼內(nèi)的安裝 最大負(fù)荷型軸承的尺寸與 標(biāo)準(zhǔn)軸承相同，但內(nèi)、外 圈有一處裝填槽，增加了裝球數(shù)，提高了額定負(fù)荷 。 套圈與球之間有接觸角，標(biāo)準(zhǔn)的接觸角為 15、 30和 40 ，接觸角越大軸