畢業(yè)設計（論文）-機械手結(jié)構(gòu)的總體方案設計（全套圖紙） .doc

沈陽理工大學學士學位論文I摘要隨著機器人在各個領(lǐng)域應用的日益廣泛，許多場合要求機器人具有力控制的能力。此次設計是針對回轉(zhuǎn)殼體內(nèi)自動粘貼膠片的任務，設計一個3DOF平面關(guān)節(jié)型機械手（包括1個移動關(guān)節(jié)，2個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)和末端執(zhí)行機構(gòu)），配合殼體驅(qū)動系統(tǒng)來實現(xiàn)此任務。在機械手工作過程中，通過伺服電機帶動絲杠轉(zhuǎn)動，從而來完成機械手水平方向的移動，旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)1通過鏈傳動來完成平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)動作，旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)2直接在伺服電機的驅(qū)動下完成平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)動作，這樣機械手可以伸入口徑較小的回轉(zhuǎn)殼體內(nèi)完成粘貼膠片的任務。本次設計工作首先對機械手進行了運動學分析（包括運動學方程的建立，運動學方程的正問題、逆問題及其解）。設計內(nèi)容包括機械手的移動關(guān)節(jié)、旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)設計，傳動部分的設計等。其中，重點是對伺服進給系統(tǒng)的設計（包括工作臺的設計，絲杠的設計，直線導軌、伺服電機和減速器的選取等）。最后對系統(tǒng)中主要部件的剛度、強度等性能參數(shù)進行了計算與校核。關(guān)鍵詞：機械手；自由度；運動學分析；伺服電機；直角減速器沈陽理工大學學士學位論文IIAbstractWiththeincreasingapplicationofrobotinvariousindustrialfields,itisrequestedthatrobothastheabilitytocontrolpower.Accordingtothecontacttaskofrotaryhull,a3-DOFrobotmanipulatorisdesignedinordertoaccomplishstickingofthecolloid.Therobotmanipulatorconsistsofatransferjointandtworevolutejointsandrobotend-effector.Therobotmanipulatorcouldrealizethecontactingtaskcombiningwiththedrivingsystemofrotaryhull.Theconcreteprocessingcomprisingofdrivingscrewtransmissionwiththeservomotor.Inthisway,robotmanipulatorcouldcompletemovementinhorizontaldirection,therevolutejointcouldbeabletoaccomplishrevolutemotionoftwodimension-spacethroughachaindriving,therevolutejointofend-effectorcompletesdirectlyrevolutemotionwiththeservomotor.Firstly,thisdesignhasbeencarriedonthekinematicsanalysisinordertothemanipulator,whichconsistsofincludingtheestablishmentofkinematicsequation,thepositivesolutionsofthekinematicsequation,thecorrespondinginversesolutions.Secondly,thetransferjoint,revolutejointandthetransmissionpartaredesigned.Theimportantpartisthedesignofservofeedingsystem,whichconsistsofthedesignoftheplatformandthescrew,theselectionoflinearguideway,servomotorandreducer,etc.Finally,thecorrespondingcalculationsaredoneconsideringthesystemsmainguidelinesuchascomponentsstiffness,strengthandotherperformanceparameters.Keywords:Robotmanipulator；Freedom；Kinematicsanalysis；Servomotor；Right-anglereducer沈陽理工大學學士學位論文III目錄1引言.11.1課題背景和意義.11.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀.11.3工業(yè)機械手的用途.32機械手結(jié)構(gòu)的總體方案設計.42.1課題的主要內(nèi)容.42.2課題的研究方案.42.3機械手結(jié)構(gòu)的總體設計.42.3.1主要技術(shù)指標設計.42.3.2機械手的結(jié)構(gòu)設計.43機械手運動學分析.63.1機械手運動學方程的建立.63.2運動學方程的正解.73.3運動學方程的逆解.84傳動裝置的設計.104.1伺服電機及減速器的選擇.104.1.1機電領(lǐng)域中伺服電機的選擇原則.104.1.2旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)驅(qū)動電機及減速器的選擇.104.2鏈輪的設計及鏈條的選擇.114.2.1滾子鏈傳動的設計.114.2.2鏈輪的設計.134.2.3滾子鏈的靜強度計算.144.2.4鏈傳動的張緊.154.2.5鏈傳動的潤滑.155軸的設計與驗算.165.1軸的結(jié)構(gòu)設計.16沈陽理工大學學士學位論文IV5.1.1選擇軸的材料.165.1.2初步估計軸徑.175.2軸的校核.186軸上零件的選擇與計算.256.1鍵的選擇與鍵聯(lián)接強度校核.256.1.1大臂末端電機軸上鍵的選擇與校核.256.1.2軸上矩形花鍵的選擇與校核.266.1.3小臂電機軸上鍵的選擇與校核.266.2滾動軸承的驗算.266.2.1確定軸承的承載能力.276.2.2計算當量動載荷.286.2.3校核軸承壽命.287伺服進給系統(tǒng)的設計與計算.297.1滾珠絲杠的設計.297.1.1材料的選擇.297.1.2耐磨性計算.297.1.3螺桿的強度計算.307.1.4螺桿的穩(wěn)定性計算.307.2絲杠副的選擇計算.317.2.1螺母的疲勞壽命計算.327.2.2螺母螺紋牙的強度計算.337.2.3螺母凸緣的強度計算.347.3絲杠驅(qū)動電機的選擇.347.4機械導軌的選擇.357.5聯(lián)軸器的選擇與計算.367.5.1選擇聯(lián)軸器的類型.367.5.2聯(lián)軸器的主要參數(shù).377.5.3聯(lián)軸器的計算扭矩.37結(jié)論.39沈陽理工大學學士學位論文V致謝.40參考文獻.41附錄A.42附錄B.48沈陽理工大學學士學位論文11引言1.1課題背景和意義機器人技術(shù)，應該說是一個伴隨著科學技術(shù)的進步而發(fā)展起來的一項綜合性的成果。同時，也是對社會經(jīng)濟發(fā)展產(chǎn)生了重大影響的一門科學技術(shù)。它的發(fā)展歸功于在第二次世界大戰(zhàn)中各國加強了經(jīng)濟的投入。比如說日本，戰(zhàn)爭以后開始發(fā)展汽車工業(yè)，那么這時候由于它人力的缺乏，迫切需要一種機器人來進行大批量的制造，提高生產(chǎn)效率降低人的勞動強度，這是社會發(fā)展本身的一個需求。另一方面它也是生產(chǎn)力發(fā)展需求的必然結(jié)果，還是人類自身發(fā)展的必然結(jié)果。隨著人類社會的發(fā)展，人們在不斷認識和改造自然的過程中，需要能夠解放人的一種奴隸。這種奴隸要能夠代替人們?nèi)氖聫碗s和繁重的體力勞動，實現(xiàn)人們對不可達到世界的認識和改造，這也是人們在科技發(fā)展過程中的一個客觀需要。但另一方面，盡管人們有各種各樣的好的想法，機器人技術(shù)仍歸功于電子技術(shù)，計算機技術(shù)以及制造技術(shù)等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，需要其提供強大的技術(shù)保證。隨著社會的進步，不僅工業(yè)機器人技術(shù)在制造業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的應用，同時，特種機器人的用途也越來越廣泛，機器人每年收獲的農(nóng)作物達數(shù)十億噸。有的機器人可以上山伐木，有的可以擠牛奶，有的則可以擦玻璃、洗汽車和洗飛機。機器人技術(shù)作為20世紀人類最偉大的發(fā)明之一，自20世紀60年代初問世以來，經(jīng)歷40余年的發(fā)展已取得長足的進步。走向成熟的工業(yè)機器人及各種用途的特種機器人的應用，昭示著機器人技術(shù)燦爛的明天。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在1947年產(chǎn)生了世界上第一臺主從遙控的機器人，1947年以后是計算機電子技術(shù)發(fā)展比較迅速的時期，因此各國已經(jīng)開始利用當時的一些現(xiàn)代的技術(shù)，進行了機器人研究。在1962年美國研制成功PUMA通用示教再現(xiàn)型機器人，那么這就標志著機器人走向成熟，應該說第一臺可用的機器人在1947年產(chǎn)生，而真正意義的機器人在1962年產(chǎn)生。相繼不久，在英國等國家，也相繼研究出一些機器人，那么到了20世紀60年代末，日本人將它的國民經(jīng)濟的汽車工業(yè)與機器人進行結(jié)合，它購買了美國的專利，在日本進行了再次開發(fā)和生產(chǎn)機器人。到沈陽理工大學學士學位論文220世紀70年代，日本已經(jīng)將這種示教再現(xiàn)型的機器人進行了工業(yè)化，出現(xiàn)了很多公司，現(xiàn)在的像ABB，MOTOMAN，安川公司，還有很多機器人公司像OTC等公司。它們都已經(jīng)將機器人進行了工業(yè)化，進行了批量生產(chǎn)，而且成功的用于了汽車工業(yè)，使機器人正式走向應用。在20世紀70年代到20世紀80年代初期，工業(yè)機器人變成產(chǎn)品以后，得到全世界的普遍應用以后，那么很多研究機構(gòu)開始研究第二代具有感知功能的機器人，出現(xiàn)了瑞典的ABB公司，德國的KUKA機器人公司和日本的FUNAC公司。它們都在工業(yè)機器人方面具有很大的作為，同時我們也看到機器人的應用在不斷拓寬，它已經(jīng)從工業(yè)上的一些應用，擴展到了服務行業(yè)，并且擴展了它的作業(yè)空間，已經(jīng)在海洋空間和服務醫(yī)療等行業(yè)的進行使用。我們國家在機器人的研究，是在20世紀70年代后期，當時我們在國家北京舉辦一個日本的工業(yè)自動化產(chǎn)品展覽會，在這個會上有兩個產(chǎn)品，一個是數(shù)控機床，一個是工業(yè)機器人，這個時候，我們國家的許多學者，看到了這樣一個方向，開始進行了機器人的研究，但是這時候研究，基本上還局限于理論的探討階段，那么真正進行機器人研究的時候，是在七五、八五、九五、十五將近這二十年的發(fā)展。發(fā)展最迅速的時候，是在1986年我們國家成立了863計劃是高技術(shù)發(fā)展計劃，就將機器人技術(shù)作為一個重要的發(fā)展的主題，國家投入將近幾個億的資金開始進行了機器人研究，使得我們國家在機器人這一領(lǐng)域得到很快地、迅速地發(fā)展。目前主要單位像中科院沈陽自動化所，原機械部的北京自動化所，像哈爾濱工業(yè)大學，北京航空航天大學，清華大學，還包括中科院北京自動化所等等的一些單位都做了非常重要的研究工作，也取得了很多的成果，而且目前這幾年來看，我們國家在高校里邊，有很多單位從事機器人研究，很多研究生和博士生都