trickery-总冠军
沈阳理工大学课程设计专用纸
绪论
1946
年第一台电子计算机的问世以后，使得机器人这个概念
有了从戏剧走向现实的可能，随
着大批量生产以及恶劣条件对自
动化程度高的操作机械的迫切需求，
1954
年，美国的戴沃尔最早
提出了工业机器人的概念，
并申请了专利。该专利的要点是借助
伺服技术控制机器人的关节，利用人手对机器人进行
动作示教，
机器人能实现动作的记录和再现。
这就是所谓的示教
再现机器人，
现有的机器人差不多都是采用的这种控制方式。
现今，工业机器人的概念是指由操作机
(
机械本体
)
、控制器、
伺服驱动系统
和检测传感装置构成，
是一种仿人操作、
自动控制、
可重复编程、
能在三维空间完成各种作业的机电一体化生产设备。
按照机器人从低级到高级的发展程度，可以把机器人分成三
代。
第一代机器人，主要指只能以“示教—再现
”方式工作的机
器人。
这类机器人的本体是一直类似于人的上肢
功能的机械手臂，
末端是手爪等操作机构。
< br>第二代机器人，是指基于传感器来工作的机器人。它依靠简
单的感觉装置获取作业
环境和对象的简单信息，通过对这些信息
的分析、处理，做出一定的判断，对动作进行反
馈控制。
第三代机器人，既智能机器人，这是一类具有高度适
应性的
有一定自主能力的机器人。
目
前世界上
90%
以上的工业机器人都属于第一代机器人。真
正具有只能的、
理想的、
完整的智能机器人
目前还处在研究阶段。
本次设计的焊接机器人也属于第一代机
器人，设计其腰部的
回转台和内部系统。
1
沈阳理工大学课程设计专用纸
1
传动装置的分析及确定
由题目分析得，焊接机器人的腰部做回转运动。本方案是大<
/p>
齿轮与机器人底座由螺栓固定在一起，小齿轮与大齿轮啮合，并
带
动转台做回转运动，电机相对于转台静止。见图
1-1
。
本系统由电动机提供动力，由谐波减速器减速，带动小齿轮
绕固定的大齿轮做回转运动。
图
1-1
箱体内部传动简图
1
—电动机；
2
—谐波减速器；
3
—小齿轮；
4
—大齿轮
已知条件为：焊接机
器人腰部底座高
300mm
，大臂长
1
000mm
，
转轴位置在高
600mm
处，
直径
200mm
< br>，
小臂长
1500mm
处，转轴
在
300mm
处，直径
150mm
。
2
沈阳理工大学课程设计专用纸
2.1
机器人各项参数的确定
2.1.1
确定机器人的重量
首先确定焊接机器人整体的形状及数据，根据已知条件画出
焊接机器人的大致整体图，见图
2-
1
。
图
2-1
焊接机器人
1
—
机座；
2
—转台；
3
—腰座；
4
—腕部法兰；
5
—小臂；
6
—大臂；
7
—腰转电
机
腰部上方的大臂为直径
200mm
，内径
180mm
，高度为
1000mm
的箱体，
小臂及手部腕部看成直径为
150mm
，内径为
140mm
，长度为
150
0mm
的箱体，选用材料为铸钢，密度为
3
7850
kg
/
m
。
3
2
动力装置的的选择
沈阳理工大学课程设计专用纸
m
?
?
V
?
??
(
D
2
?
d
2
)
h
（
2.1
）
由公式
（
2.1
）计算其大臂重量为：
计算重量
m
大
?
7850
?
3
.
14
?
(
0
.
2<
/p>
2
?
0
.
18
2
)
?
1
?
187
.
3
kg
再整合起内部
的零件大概估算一下重量应该在
250kg
。
< br>
由公式（
2.1
）计算起小臂重量为：
m
大
?
187
.
3
kg
m
小
?
7850
?
3<
/p>
.
14
?
(
0
.
15
2
?
0
.
13
2
)
?
1
.
5
?
107
.
2
kg
再整合起内部的零件大概估算一下重量应该在
200kg
。
设电机座的质量为
80kg
。
设其腰部的回转速度为
?
=30
°
/s
。
启动时间
?
t
?
0
.
1
s
。
m
小
?
107
.
2
kg
2.1.2
腰部回转运动驱动力矩的计算
臂部回转运动驱动力矩应根据启动时产生的惯性力矩与回转
部件支承处得摩擦力矩来计算。由于启动过程一般不是等加速运
动，
故最大驱动力矩要比理论平均值大一些，
< br>一般取平均值的
1.3
倍。故驱动力矩
T
q
可按下式计算
[3]
：
T
q
=1.3
(
T<
/p>
m
?
T
g
)
（
2.2
）
式中
T
m
——各支承处德宗摩擦阻力矩；<
/p>
T
g
——启动时的惯性力矩，可按下式计算
[3]
；
J
?
T
g
?
（
2.3
）
?
t
式中
J
——手臂部件对其回转轴线的转动惯量（
kg
< br>?
m
2
）；
?
——回转臂的工作角速度（
rad
/
s
）
；
?
t<
/p>
——回转臂启动时间；
4
沈阳理工大学课程设计专用纸
图
2-2
焊接机器人力学模型
根据计算：
J
=252.4
kg
?
m
2
J
?
< br>252
.
4
Kg
.
m
2
?
=0.16
rad
/
s
?
t
=0.1s
?
=0.16
T
g
?
252
.
4
?
0
.
16
< br>?
403
.
84
N
?
m
0
.
1
rad
/
s
?
t
=0.1s
T
g
?
403
.
84
<
/p>
T
m
=
1000
N
?
m
)
?
1825
N<
/p>
?
m
T
q
=
1
.
3
?
(
403
.
84
?
1000
功率公式
[3]
N.m
T
q
=1825
N.m
p
Ⅲ
?
T
q
?<
/p>
（
2.4
）
Ⅲ轴上的功率由公式（
2.4
）得
p
Ⅲ
?
292
w
p
Ⅲ
?
1825
N
?
m
?
0
.
16
rad
/
s
?
292
w
算上齿轮的功率损失，轴承的功率损失，
Ⅱ轴输出功率
P
W
Ⅱ
?
350
n
Ⅱ
?
15
r
/
min
T
Ⅱ
?
608
.
3
N
.
m
P
W
；输出
转速
n
Ⅱ
?
1
5
r
/
min
;
输出转矩
Ⅱ
?
350
T
Ⅱ
?
608
.
3
N
?
m
5
沈阳理工大学课程设计专用纸
根据以上三个数据选择合适的谐波减速器，查得机械设计手
册得，选得：
C
—
160
—
160
—
2
谐波减速器，符合要求
，减速比
160
。
W
；
由谐波
减速器的效率计算得电动机的输出功率
P
Ⅰ
?
500
?
2400
r
/
< br>min
输入转速
n
；
Ⅰ
则所选择的谐波减速器符合设计要求。
2.3
电动机的选择
根据以上两个数据选择电动机型号，查得机械设计手册得，
选得：
Y90L
—
2
异步电动机符合要求，额定功率
p
?
2
.
2
kW
，满
载转
速
n
?
2840
r
/
min
，额定转速
n
?
2400
r
/
min
则电动机的选择符合设计要求。
2.2
谐波减速器的选择
6
沈阳理工大学课程设计专用纸
3
齿轮的设计
3.1
齿轮中心距的计算
模数初步选择：
m=6mm;
齿轮精度：
8
级
设计中心距公式
[2]
：
a
?
?
< br>u
?
1
?
3
KT
1
?
Z
H
Z
E
Z<
/p>
?
?
2
?
a
u
?
?
?
?
H
?
?
?
?
?
2
式中
Z
H
——节点区域系数，
（
3.1
）
Z
H
?
2
.
49
Z
H
?
2
?
2
.
49
< br>sin
?
cos
?
其中
?
=20
°
?
=20°
Z
E
?
188
.
0
MPa
Z
E
<
/p>
——弹性系数，因齿轮选用
45
号钢，所
以
Z
E
?<
/p>
188
.
0
MP
a
；
T
t
Z
?
2
t
——综合系数，选用
1.5
；
T
t
Z
< br>?
2
t
?
1
.
5
?
a
?
0
.
3
u
——齿数比，
< br>u
=3
；
[2]
?
?
H
?
——许用接触应力
：
?
H
lim
?
?
H
?
?
Z
N
Z
X
Z
W
Z
LVR
（
3.2
）
S
H
lim
式中
?
H
lim
——试验齿轮的齿面接触疲劳
极限。查图得
450MPa
S
?
a
<
/p>
——齿宽系数，选用
0.3
；
H
lim
?
1
S
H
lim
——接触强度计算的最小安全系数。取
1
；
Z
N
?
1
.
15
Z
X
?
< br>1
.
01
Z
N
——接
触强度计算的寿命系数。查表得
1.15
；
Z
X
——接触强度计算的尺寸系
数。计算得
1.01
；
7
沈阳理工大学课程设计专用纸
<
/p>
Z
W
——工作硬化系数。计算得
1.0
；
Z
W
?
1
.
0
Z
LVR
?
1
.
0
< br>
Z
LVR
< br>——润滑油膜影响系数。取
1.0
；
由公式
(3.2)
?
?
H
?
?
450
?
1
?
1
.
15
?
1
.
01
?
< br>1
?
1
?
522
.
7
MPa
< br>
1
?
?
H
?
?
522
.
7
MPa
由公式（
3.1
）
a
?
?
3
?
1
?
3
1
.
5
?
18
25
?
2
.
4
9
?
188
?
?
?
2
?
0<
/p>
.
3
?
3
?
522
.
7
?
2
?
43
.<
/p>
7
m
m
由于焊接机器人腰部的外部结构和电机的摆放尺寸，最终选
定的中心距
为
360mm
。
a
?
360
m
m
3.2
齿轮宽度的确定
齿轮宽度计算公式
[2]
?
a
取
0.2
b
?
a
?
（
3.3
）
a
由公式（
3.3
）得
b
?
0
.
2
?
360
?
72
mm
应为小齿轮的宽度要大于大齿轮宽度
5mm
，
所以确定小齿轮
的齿宽
b
1<
/p>
?
65
mm
，大
齿轮的齿宽
b
2
?
60
mm
b
1
?
65
mm
b
2
?
60
mm
3.3
大小齿轮的各项系数
分度圆的计算
[1]
r
1
?
mz
< br>1
/
2
?
6
?
30
/
2
?
90
mm
r
2
?
mz<
/p>
2
/
2
?
6
?
90
/
2
?
270
mm
齿顶圆计算
*<
/p>
r
a
1
?
r
1
?
h
a
m
?
90
?
1
?
6
< br>?
96
mm
< br>*
r
a
2
?
r
2
?
h
a
m
?
270
?
1
?
6
?
276
mm
<
/p>
[1]
r
1
?<
/p>
90
mm
<
/p>
r
2
?
270<
/p>
mm
r
a
1
?
96
mm
r
a
2
?
276
m
m
8
沈阳理工大学课程设计专用纸
齿顶压力角计算
[1]
?
a
——齿
顶压力角，由下式计算
?
a
1
?
arccos(
r
1
cos
?
/
r
a
1
)
?
arccos(
90
?
cos
20
/
96
)
?
28
?
14
?
?
a
1
?
28
?
14
?
?
a
2
?
arccos(
r
2
cos
?
/
r
a
2
)
?
arccos(
270
?
cos<
/p>
20
/
276
)
?
23
?
10
?
齿轮的重合度计算
[1]
?
a
2
?
23
?
10
?
?
a
?
?
z
1
?
tan
?
a
1
?
tan
?
?
?
z
2<
/p>
(tan
?
a
2
?
tan
?
)
?
/
?
2
?
?
?
1
.
74
（
3.4
）
?
a
?
1
.
74
9
沈阳理工大学课程设计专用纸
4
轴的设计
?
b
?
650
MPa
4.1
Ⅱ轴的物理数据
< br>轴的材料：该轴无特殊要求，因而选用
45
钢调至处理。
查得
?<
/p>
b
?
650
MP
a
?
s
?
360
MPa
< br>?
s
?
360
< br>MPa
?
?
1
< br>?
300
MPa
?
?
1
?
300
MPa
?
?
1
?
650
MPa
确定轴最小直径公式：
[3]
?
?
1
?
650
MPa
p
d
0
?
A
3
2
（
4.1
）
n
2
查表得
A=107~118
由公式（
4.1
）得，
d
0
?
30.6mm
根据轴的设计准测：
1.
轴应便于加工，轴上零件便于安装，调整和拆卸。
2.
轴的手里要合理，应力集中小。
3.
轴上零件应定位准确，固定可靠。
4.
轴的加工工艺性好。
d
0
?
30.6mm
4.2
Ⅱ轴具体尺寸及确定
10
trickery-总冠军
trickery-总冠军
trickery-总冠军
trickery-总冠军
trickery-总冠军
trickery-总冠军
trickery-总冠军
trickery-总冠军
-
上一篇：Vdbench For Linux简明操作手册
下一篇：机票黑屏日常工作流程