M40型工業(yè)機(jī)器人小車傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)【說(shuō)明書(shū)+CAD】

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The industrial robot industry development as the background, through the investigation and Analysis on the history and current status of the development of domestic and foreign industrial robot, report the current domestic and foreign industrial robot industry development level and direction and the existing problems. This design mainly completed the M40 type industrial robot car transmission device structure design, robot motion principle and related technical requirements through the analysis and calculation, draw the car related technical requirements and parameters, to complete the main parts of the car gear output shaft gear transmission shaft design: a. And check the strength of key parts, to ensure the reliability of the driving device for work.Key words: industrial； robot drive；shaft ；gear湖 南 科 技 大 學(xué)英文文獻(xiàn)翻譯學(xué) 生 姓 名： 秦 湘 斌 學(xué) 院： 機(jī)電工程學(xué)院 專業(yè)及班級(jí)： 11機(jī)設(shè)6班 學(xué) 號(hào)： 1103010618 指 導(dǎo) 教 師： 廖先祿 2015年3月20日Robots First, I explain the background robots, robot technology development. It should be said it is a common scientific and technological development of a comprehensive results, for the socio-economic development of a significant impact on a science and technology. It attributed the development of all countries in the Second World War to strengthen the economic input on strengthening the countrys economic development. But they also demand the development of the productive forces the inevitable result of human development itself is the inevitable result then with the development of humanity, people constantly discuss the natural process, in understanding and reconstructing the natural process, people need to be able to liberate a slave. So this is the slave people to be able to replace the complex and engaged in heavy manual labor, People do not realize right up to the worlds understanding and transformation of this technology as well as people in the development process of an objective need. Robots are three stages of development, in other words, we are accustomed to regarding robots are divided into three categories. is a first-generation robots, also known as teach-type robot, it is through a computer, to control over one of a mechanical degrees of freedom Through teaching and information stored procedures, working hours to read out information, and then issued a directive so the robot can repeat according to the people at that time said the results show this kind of movement again, For example, the car spot welding robots, only to put this spot welding process, after teaching, and it is always a repeat of a work It has the external environment is no perception that the force manipulation of the size of the work piece there does not exist, welding 0S It does not know, then this fact from the first generation robot, it will exist this shortcoming, it in the 20th century, the late 1970s, people started to study the second-generation robot, called Robot with the feeling that This feeling with the robot is similar in function of a certain feeling, for instance, force and touch, slipping, visual, hearing and who is analogous to that with all kinds of feelings, say in a robot grasping objects, In fact, it can be the size of feeling out, it can through visual, to be able to feel and identify its shape, size, color Grasping an egg, it adopted a acumen, aware of its power and the size of the slide. Third-generation robots, we were a robotics ideal pursued by the most advanced stage, called intelligent robots, So long as tell it what to do, not how to tell it to do, it will be able to complete the campaign, thinking and perception of this man-machine communication function and function Well, this current development or relative is in a smart part of the concept and meaning But the real significance of the integrity of this intelligent robot did not actually exist, but as we continued the development of science and technology, the concept of intelligent increasingly rich, it grows ever wider connotations. Now, I would like to briefly outline some of the industrial robot situation. So far, the industrial robot is the most mature and widely used category of a robot, now the worlds total sales of 1.1 million Taiwan, which is the 1999 statistics, however, 1.1 million in Taiwan have been using the equipment is 75 million, this volume is not small. Overall, the Japanese industrial robots in this one, is the first of the robots to become the Kingdom, the United States have developed rapidly. Newly installed in several areas of Taiwan, which already exceeds Japan, China has only just begun to enter the stage of industrialization, has developed a variety of industrial robot prototype and small batch has been used in production. Spot welding robot is the auto production line, improve production efficiency and raise the quality of welding car, reduce the labor intensity of a robot. It is characterized by two pairs of robots for spot welding of steel plate, bearing a great need for the welding tongs, general in dozens of kilograms or more, then its speed in meters per second a 5-2 meter of such high-speed movement. So it is generally five to six degrees of freedom, load 30 to 120 kilograms, the great space, probably expected that the work of a spherical space, a high velocity, the concept of freedom, that is to say, Movement is relatively independent of the number of components, the equivalent of our body, waist is a rotary degree of freedom We have to be able to hold his arm, Arm can be bent, then this three degrees of freedom, Meanwhile there is a wrist posture adjustment to the use of the three autonomy, the general robot has six degrees of freedom. We will be able to space the three locations, three postures, the robot fully achieved, and of course we have less than six degrees of freedom. Have more than six degrees of freedom robot, in different occasions the need to configure. The second category of service robots, with the development of industrialization, especially in the past decade, Robot development in the areas of application are continuously expanding, and now a very important characteristic, as we all know, Robot has gradually shifted from manufacturing to non-manufacturing and service industries, we are talking about the car manufacturer belonging to the manufacturing industry, However, the services sector including cleaning, refueling, rescue, rescue, relief, etc. These belong to the non-manufacturing industries and service industries, so here is compared with the industrial robot, it is a very important difference. It is primarily a mobile platform, it can move to sports, there are some arms operate, also installed some as a force sensor and visual sensors, ultrasonic ranging sensors, etc. Its surrounding environment for the conduct of identification, to determine its campaign to complete some work, this is service robots one of the basic characteristics. For example, domestic robot is mainly embodied in the example of some of the carpets and flooring it to the regular cleaning and vacuuming. The robot it is very meaningful, it has sensors, it can furniture and people can identify, It automatically according to a law put to the ground under the road all cleaned up. This is also the home of some robot performance. Robot is mankinds right-hand man; friendly coexistence can be a reliable friend. In future, we will see and there will be a robot space inside, as a mutual aide and friend. Robots will create the jobs issue. We believe that there would not be a robot appointment of workers being laid off situation, because people with the development of society, In fact the people from the heavy physical and dangerous environment liberated, so that people have a better position to work, to create a better spiritual wealth and cultural wealth.機(jī)器人首先我介紹一下機(jī)器人產(chǎn)生的背景，機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，它應(yīng)該說(shuō)是一個(gè)科學(xué)技術(shù)發(fā)展共同的一個(gè)綜合性的結(jié)果，同時(shí)，為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生了一個(gè)重大影響的一門(mén)科學(xué)技術(shù)，它的發(fā)展歸功于在第二次世界大戰(zhàn)中各國(guó)加強(qiáng)了經(jīng)濟(jì)的投入，就加強(qiáng)了本國(guó)的經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。另一方面它也是生產(chǎn)力發(fā)展的需求的必然結(jié)果，也是人類自身發(fā)展的必然結(jié)果，那么隨著人類的發(fā)展，人們?cè)诓粩嗵接懽匀贿^(guò)程中，在認(rèn)識(shí)和改造自然過(guò)程中，需要能夠解放人的一種奴隸。那么這種奴隸就是代替人們?nèi)ツ軌驈氖聫?fù)雜和繁重的體力勞動(dòng)，實(shí)現(xiàn)人們對(duì)不可達(dá)世界的認(rèn)識(shí)和改造，這也是人們?cè)诳萍及l(fā)展過(guò)程中的一個(gè)客觀需要。機(jī)器人有三個(gè)發(fā)展階段，那么也就是說(shuō)，我們習(xí)慣于把機(jī)器人分成三類，一種是第一代機(jī)器人，那么也叫示教再現(xiàn)型機(jī)器人，它是通過(guò)一個(gè)計(jì)算機(jī)，來(lái)控制一個(gè)多自由度的一個(gè)機(jī)械，通過(guò)示教存儲(chǔ)程序和信息，工作時(shí)把信息讀取出來(lái)，然后發(fā)出指令，這樣的話機(jī)器人可以重復(fù)的根據(jù)人當(dāng)時(shí)示教的結(jié)果，再現(xiàn)出這種動(dòng)作，比方說(shuō)汽車的點(diǎn)焊機(jī)器人，它只要把這個(gè)點(diǎn)焊的過(guò)程示教完以后，它總是重復(fù)這樣一種工作，它對(duì)于外界的環(huán)境沒(méi)有感知，這個(gè)力操作力的大小，這個(gè)工件存在不存在，焊的好與壞，它并不知道，那么實(shí)際上這種從第一代機(jī)器人，也就存在它這種缺陷，因此，在20世紀(jì)70年代后期，人們開(kāi)始研究第二代機(jī)器人，叫帶感覺(jué)的機(jī)器人，這種帶感覺(jué)的機(jī)器人是類似人在某種功能的感覺(jué)，比如說(shuō)力覺(jué)、觸覺(jué)、滑覺(jué)、視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)和人進(jìn)行相類比，有了各種各樣的感覺(jué)，比方說(shuō)在機(jī)器人抓一個(gè)物體的時(shí)候，它實(shí)際上力的大小能感覺(jué)出來(lái)，它能夠通過(guò)視覺(jué)，能夠去感受和識(shí)別它的形狀、大小、顏色。抓一個(gè)雞蛋，它能通過(guò)一個(gè)觸覺(jué)，知道它的力的大小和滑動(dòng)的情況。第三代機(jī)器人，也是我們機(jī)器人學(xué)中一個(gè)理想的所追求的最高級(jí)的階段，叫智能機(jī)器人，那么只要告訴它做什么，不用告訴它怎么去做，它就能完成運(yùn)動(dòng)，感知思維和人機(jī)通訊的這種功能和機(jī)能，那么這個(gè)目前的發(fā)展還是相對(duì)的只是在局部有這種智能的概念和含義，但真正完整意義的這種智能機(jī)器人實(shí)際上并沒(méi)有存在，而只是隨著我們不斷的科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，智能的概念越來(lái)越豐富，它內(nèi)涵越來(lái)越寬。下邊我簡(jiǎn)單介紹一下工業(yè)機(jī)器人的一些情況。到目前為止，工業(yè)機(jī)器人是最成熟，應(yīng)用最廣泛的一類機(jī)器人，世界總量目前已經(jīng)銷售110萬(wàn)臺(tái)，這是1999年的統(tǒng)計(jì)，但這110萬(wàn)臺(tái)在已經(jīng)進(jìn)行裝備使用的是75萬(wàn)臺(tái)，這個(gè)量也是不小的?？傮w情況看，日本在工業(yè)機(jī)器人這一塊，是首位的，成為機(jī)器人的王國(guó)，美國(guó)發(fā)展也很迅速，目前在新安裝的臺(tái)數(shù)方面，已經(jīng)超過(guò)了日本，中國(guó)剛開(kāi)始進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化的階段，已經(jīng)研制出多種工業(yè)機(jī)器人樣機(jī)，已有小批量在生產(chǎn)中使用。點(diǎn)焊機(jī)器人主要是針對(duì)汽車生產(chǎn)線，提高生產(chǎn)效率，提高汽車焊接的質(zhì)量，降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度的一種機(jī)器人。它的特點(diǎn)是通過(guò)機(jī)器人對(duì)兩個(gè)鋼板進(jìn)行點(diǎn)焊的時(shí)候，需要承載一個(gè)很大的焊鉗，一般在幾十公斤以上，那么它的速度要求在每秒鐘一米五到兩米這樣的高速運(yùn)動(dòng)，所以它一般來(lái)說(shuō)有五到六個(gè)自由度，負(fù)載三十到一百二十公斤，工作的空間很大，大概有兩米，這樣一個(gè)球形的工作空間，運(yùn)動(dòng)速度也很高，那么自由度的概念，就是說(shuō)，是相對(duì)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的部件的個(gè)數(shù)，就相當(dāng)于我們?nèi)梭w，腰是一個(gè)回轉(zhuǎn)的自由度，我們大臂可以抬起來(lái)，小臂可以彎曲，那么這就三個(gè)自由度，同時(shí)腕部還有一個(gè)調(diào)整姿態(tài)來(lái)使用的三個(gè)自由度，所以一般的機(jī)器人有六個(gè)自由度，就能把空間的三個(gè)位置，三個(gè)姿態(tài)，機(jī)器人完全實(shí)現(xiàn)，當(dāng)然也有小于六個(gè)自由度的，也有多于六個(gè)自由度的機(jī)器人，只是在不同的需要場(chǎng)合來(lái)配置。第二類是服務(wù)機(jī)器人，隨著工業(yè)化的發(fā)展，尤其近十年以來(lái)，機(jī)器人的發(fā)展的應(yīng)用領(lǐng)域在不斷拓寬，目前一個(gè)很重要的特征，大家都知道，機(jī)器人已經(jīng)從制造業(yè)逐漸轉(zhuǎn)向了非制造業(yè)和服務(wù)行業(yè)，剛才談的汽車制造屬于是制造業(yè)，但服務(wù)行業(yè)包括清潔、加油、救護(hù)、搶險(xiǎn)、救災(zāi)這些等等，都屬于非制造行業(yè)和服務(wù)行業(yè)，那么這里邊跟工業(yè)機(jī)器人相比，它有一個(gè)很重要的不同，它主要是一個(gè)移動(dòng)平臺(tái)，它能夠移動(dòng)、去運(yùn)動(dòng)，上面有一些手臂進(jìn)行操作，同時(shí)還裝有一些像力覺(jué)傳感器和視覺(jué)傳感器、超聲測(cè)距傳感器等等。它對(duì)周邊的環(huán)境進(jìn)行識(shí)別，來(lái)判斷它的運(yùn)動(dòng)，完成某種工作，這是服務(wù)機(jī)器人的基本的一個(gè)特點(diǎn)。例如，家務(wù)機(jī)器人主要體現(xiàn)在像一些對(duì)地毯和地板定期的它能夠進(jìn)行清掃和吸塵，它這個(gè)機(jī)器人很有意思，它有傳感器，它能夠把家具和人能識(shí)別出來(lái)，它自動(dòng)的按照一種規(guī)律，能根據(jù)路徑把地面全部的清掃干凈，這也是家務(wù)中一些機(jī)器人的表現(xiàn)。機(jī)器人是人類的得力助手，能友好相處的可靠朋友，將來(lái)我們會(huì)看到人和機(jī)器人會(huì)存在一個(gè)空間里邊，成為一個(gè)互相的助手和朋友。機(jī)器人會(huì)不會(huì)產(chǎn)生飯碗的問(wèn)題。我們相信不會(huì)出現(xiàn)“機(jī)器人上崗，工人下崗”的局面，因?yàn)槿藗冸S著社會(huì)的發(fā)展，實(shí)際上把人們從繁重的體力和危險(xiǎn)的環(huán)境中解放出來(lái)，使人們有更好的崗位去工作，去創(chuàng)造更好的精神財(cái)富和文化財(cái)富。湖 南 科 技 大 學(xué)開(kāi)題報(bào)告學(xué) 生 姓 名： 秦 湘 斌 學(xué) 院： 機(jī)電工程學(xué)院 專業(yè)及班級(jí)： 11機(jī)設(shè)6班 學(xué) 號(hào)： 1103010618 指 導(dǎo) 教 師： 廖先祿 2015年3月20日湖南科技大學(xué)2015屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告題 目M40型工業(yè)機(jī)器人小車傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)作者姓名秦湘斌學(xué)號(hào)1103010618所學(xué)專業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化1、 研究的意義，同類研究工作國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀、存在問(wèn)題（列出主要參考文獻(xiàn)）研究的意義： 首先，工業(yè)機(jī)器人是指面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機(jī)械手或多自由度的機(jī)器裝置，它能自動(dòng)執(zhí)行完成工作，是靠自身動(dòng)力和控制能力來(lái)實(shí)現(xiàn)各種功能的一種機(jī)器。它可以接受人類指揮，也可以按照預(yù)先編排的程序運(yùn)行，現(xiàn)代的工業(yè)機(jī)器人還可以根據(jù)人工智能技術(shù)制定的原則綱領(lǐng)行動(dòng)。目前來(lái)說(shuō)，工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)普遍運(yùn)用于工業(yè)生產(chǎn)，工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)用顯著的提高了產(chǎn)品的生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量。工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域分為很多種類，從常用的機(jī)器人系列和市場(chǎng)占有率來(lái)看，焊接、切割、裝配、搬運(yùn)、上料、卸料、鑄造、沖壓和噴漆是主要的工業(yè)機(jī)器人品種。隨著工業(yè)機(jī)器人的產(chǎn)生和迅速發(fā)展以及工業(yè)機(jī)器人普遍運(yùn)用于工業(yè)生產(chǎn)，國(guó)家的工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展水平已經(jīng)成為了衡量一個(gè)國(guó)家制造業(yè)水平和科技水平的重要標(biāo)志。提高工業(yè)機(jī)器人的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)水平是重塑我國(guó)制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的重要工具和手段，也是加快我國(guó)工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的務(wù)實(shí)之選。就本題目來(lái)說(shuō)，小車傳動(dòng)裝置是將原動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳給工作機(jī)構(gòu)的中間裝置，其設(shè)計(jì)過(guò)程要綜合考慮機(jī)器人整體結(jié)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)(機(jī)械手腕)的要求，是一次綜合性比較高的設(shè)計(jì)。通過(guò)對(duì)M40型工業(yè)機(jī)器人總體結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的分析,完成M40型工業(yè)機(jī)器人小車傳動(dòng)裝置總體以及重要的傳動(dòng)零件設(shè)計(jì),能夠加深設(shè)計(jì)者對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化的專業(yè)知識(shí)的理解以及提高其專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)的實(shí)際綜合應(yīng)用的能力。同類研究工作國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀、存在問(wèn)題:國(guó)外機(jī)器人研究現(xiàn)狀:美國(guó)1959年研究出了第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人，目前美國(guó)仍然是世界上實(shí)力最強(qiáng)機(jī)器人大國(guó)，尤其是在航空航天以及生物仿生機(jī)器人方面代表著世界最先進(jìn)水平。此外，日本在工業(yè)機(jī)器人，仿人型機(jī)器人的研究走在世界的前端。而歐盟等西方發(fā)達(dá)國(guó)家則在工業(yè)機(jī)器人和醫(yī)療機(jī)器人等領(lǐng)域有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。現(xiàn)如今，世界各國(guó)都推行出結(jié)合本國(guó)情況的機(jī)器人戰(zhàn)略部署，美國(guó)推行“再工業(yè)化”戰(zhàn)略，大力發(fā)展工業(yè)機(jī)器人，希望重振制造業(yè)。日本2004年5月發(fā)布的“新產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略”明確了機(jī)器人產(chǎn)業(yè)等7個(gè)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域?yàn)橹攸c(diǎn)發(fā)展產(chǎn)業(yè)。近兩年又開(kāi)始重新審視機(jī)器人產(chǎn)業(yè)政策。韓國(guó)：2009年公布智能機(jī)器人基本計(jì)劃，2012年10月發(fā)布了“機(jī)器人未來(lái)戰(zhàn)略展望2022”，將政策焦點(diǎn)放在了擴(kuò)大韓國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)并支持國(guó)內(nèi)機(jī)器人企業(yè)進(jìn)軍海外市場(chǎng)方面。歐盟2011年8月通過(guò)了一份發(fā)展制造業(yè)計(jì)劃，提出新工業(yè)革命概念，以機(jī)器人和信息技術(shù)為支撐，實(shí)現(xiàn)制造模式的變革。國(guó)內(nèi)機(jī)器人研究現(xiàn)狀:國(guó)內(nèi)在機(jī)器人的研究方面起步比發(fā)達(dá)國(guó)家要晚很多，但是發(fā)展迅速，經(jīng)過(guò)30多年的發(fā)展，我國(guó)機(jī)器人數(shù)量也達(dá)到了一定的規(guī)模，目前已基本掌握了機(jī)器人的基本技術(shù)，機(jī)器人的研究在一些方面也已經(jīng)達(dá)到了世界先進(jìn)水平，但在整體水平上與發(fā)達(dá)國(guó)家相比仍然有很大差距。仔細(xì)觀察，不難發(fā)現(xiàn)的事實(shí)是：我國(guó)在機(jī)器人的研究方面采取的方法主要是借鑒外國(guó)的先進(jìn)技術(shù)，然后再進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，自主創(chuàng)新開(kāi)發(fā)的技術(shù)少，這就造成了我國(guó)自身創(chuàng)新技術(shù)較少，制約了機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展?？傮w上來(lái)說(shuō)，我國(guó)目前已基本掌握了機(jī)器人操作機(jī)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)、控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)技術(shù)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù)，生產(chǎn)了部分機(jī)器人關(guān)鍵元器件，開(kāi)發(fā)出噴漆、鑄造、弧焊、電焊、裝配、搬運(yùn)等機(jī)器人。也有一些產(chǎn)品的技術(shù)水平已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，但在總體技術(shù)上還有很大差距，僅相當(dāng)于國(guó)外90年代中期的水平。伴隨我國(guó)工業(yè)機(jī)器人需求的迅猛增長(zhǎng)，實(shí)力良莠不齊的企業(yè)紛紛進(jìn)入工業(yè)機(jī)器人生產(chǎn)市場(chǎng)，勢(shì)必造成質(zhì)低價(jià)廉的惡性競(jìng)爭(zhēng)；雖然我國(guó)有近百家從事工業(yè)機(jī)器人研究生產(chǎn)的高校院所和企業(yè)，但現(xiàn)行的體制造成研究形式上過(guò)于獨(dú)立封閉、內(nèi)容上較為分散，難以形成合力，造成重復(fù)研究與時(shí)間、經(jīng)費(fèi)的浪費(fèi)；多數(shù)企業(yè)熱衷于大而全，一些關(guān)鍵部件研發(fā)生產(chǎn)的企業(yè)紛紛轉(zhuǎn)入整機(jī)的生產(chǎn)，難以形成研發(fā)、生產(chǎn)、制造、銷售、集成、服務(wù)等有序、細(xì)化的產(chǎn)業(yè)鏈。因此，工業(yè)機(jī)器人的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展有待規(guī)范。國(guó)內(nèi)機(jī)器人研究存在問(wèn)題:1.市場(chǎng)需求量激增，但大部分(尤其是高精尖設(shè)備)仍只能靠進(jìn)口。2.擁有自主創(chuàng)新技術(shù)的產(chǎn)品少，普遍沿用國(guó)外落后和淘汰的技術(shù)。3.整體技術(shù)水平低，缺乏核心技術(shù)，沒(méi)有擁有核心競(jìng)爭(zhēng)力的技術(shù)和產(chǎn)品。4.機(jī)器人行業(yè)缺乏規(guī)范，沒(méi)有合適的技術(shù)交流和共享平臺(tái)，抄襲現(xiàn)象嚴(yán)重。主要參考文獻(xiàn):1 熊有倫，丁 漢，劉恩滄. 機(jī)械人學(xué). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20102 楊文玉，尹周平，孫容磊. 數(shù)字制造基礎(chǔ). 北京：北京理工大學(xué)出版社，20123 羅 璟，趙克定，陶湘廳. 機(jī)器人的控制策略探討J. 機(jī)床與液壓，2008(10)4 單金鳳. 石材立體工藝制品雕刻機(jī)器人的設(shè)計(jì)與研究D. 山東大學(xué)，2011(17)5 肖 斌，賈劍平. 探討未來(lái)機(jī)器人的發(fā)展方向和應(yīng)用J. 科技致富向?qū)В?011(20) 2、 研究目標(biāo)、內(nèi)容和擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題（根據(jù)任務(wù)要求進(jìn)一步具體化）研究目標(biāo)：小車傳動(dòng)裝置是工業(yè)機(jī)器人的動(dòng)力傳動(dòng)裝置，是將原動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳給工作機(jī)構(gòu)的中間裝置，是機(jī)器人運(yùn)動(dòng)部件工作的動(dòng)力傳動(dòng)和控制中心。小車傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)，要綜合機(jī)器人的總體結(jié)構(gòu)以及機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)情況來(lái)綜合考慮分析。研究?jī)?nèi)容:通過(guò)對(duì)機(jī)器人的總體結(jié)構(gòu)分析和機(jī)器人運(yùn)動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)的分析，得到機(jī)器人的小車傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)參數(shù)和技術(shù)要求參數(shù)等，然后根據(jù)得來(lái)的數(shù)據(jù)和參數(shù)對(duì)小車傳動(dòng)裝置總體結(jié)構(gòu)及重要零件進(jìn)行設(shè)計(jì)。另外，小車傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)還包括對(duì)小車傳動(dòng)裝置中重要零件的設(shè)計(jì)，其中最重要的是傳動(dòng)齒輪和傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)，如何選取合適的零件的技術(shù)參數(shù)達(dá)到正常傳動(dòng)的技術(shù)要求也是小車傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)的一部分。關(guān)鍵問(wèn)題:設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于如何合理的結(jié)合機(jī)器人總體結(jié)構(gòu)和機(jī)器人運(yùn)動(dòng)部件的提供的技術(shù)參數(shù)要求，如何正確合理的綜合兩者的技術(shù)要求選取小車傳動(dòng)裝置的技術(shù)參數(shù)是設(shè)計(jì)好小車傳動(dòng)裝置的難點(diǎn)和關(guān)鍵部分。3、 特色與創(chuàng)新之處M40型工業(yè)機(jī)器人主要用于數(shù)控金屬切削機(jī)床，工業(yè)機(jī)器人裝備有定位式數(shù)控裝置，使之能夠?qū)崿F(xiàn)沿三個(gè)坐標(biāo)軸的給定程序的位移，并且完成大量控制工業(yè)機(jī)器人本身以及看過(guò)的工藝裝備的工作循環(huán)指令。完成M40型工業(yè)機(jī)器人的整體設(shè)計(jì)，以及工業(yè)機(jī)器人中小車傳動(dòng)裝置的詳細(xì)設(shè)計(jì)和小車傳動(dòng)裝置重要零件的設(shè)計(jì)是一次跨越多科目的知識(shí)的大型設(shè)計(jì),整個(gè)設(shè)計(jì)主要涉及到的知識(shí)內(nèi)容有了機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械原理、機(jī)械工程材料、機(jī)械精度設(shè)計(jì)與檢測(cè)等機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化這個(gè)專業(yè)的主要必修課程。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我們會(huì)用到大學(xué)所學(xué)專業(yè)課程中的機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械原理、機(jī)械工程材料、機(jī)械精度設(shè)計(jì)與檢測(cè)等主修課程中的專業(yè)知識(shí)，并且這次設(shè)計(jì)會(huì)將相關(guān)的知識(shí)綜合起來(lái)運(yùn)用。這對(duì)我們之前所學(xué)的專業(yè)課程知識(shí)不僅是一個(gè)全面的復(fù)習(xí)，加深我們對(duì)專業(yè)課程知識(shí)的理解程度，并且會(huì)很大程度的提高我們對(duì)專業(yè)課程知識(shí)綜合運(yùn)用的能力。另外，這次設(shè)計(jì)的任務(wù)還包括對(duì)機(jī)器人整體結(jié)構(gòu)圖、小車傳動(dòng)裝置的裝配圖、以及傳動(dòng)裝置零件圖的繪制。圖紙的工作量在2.5張零號(hào)圖以上，這對(duì)我們的繪圖能力和讀圖能力也會(huì)是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)和提升機(jī)會(huì)。4、 擬采取的研究方法、步驟、技術(shù)路線（1）收集資料，調(diào)查相關(guān)研究工作現(xiàn)狀，科技文獻(xiàn)翻譯。（2）M40型工業(yè)機(jī)器人總體設(shè)計(jì):機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)簡(jiǎn)圖繪制 （3）M40型工業(yè)機(jī)器人總體設(shè)計(jì):機(jī)器人總體結(jié)構(gòu)圖繪制。（4）機(jī)器人小車傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì):小車傳動(dòng)裝置總體設(shè)計(jì)。（5）機(jī)器人小車傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì):小車傳動(dòng)裝置裝配圖的繪制。（6）小車傳動(dòng)裝置零件的設(shè)計(jì):小車傳動(dòng)裝置零件的設(shè)計(jì)。（7）小車傳動(dòng)裝置零件的設(shè)計(jì):小車傳動(dòng)裝置零件零件圖的繪制。（8）撰寫(xiě)機(jī)器人的設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)以及整理、檢查、修改圖紙。5、 擬使用的主要儀器設(shè)備、試劑和藥品計(jì)算機(jī): 使用WPS office軟件進(jìn)行機(jī)器人設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的編寫(xiě)修改。使用AutoCAD計(jì)算機(jī)繪圖軟件完成裝配圖和零件圖的繪制。6、參考文獻(xiàn)1 濮良貴，紀(jì)名剛，陳國(guó)定. 機(jī)械設(shè)計(jì)(第八版). 北京：高等教育出版社，2012 2 潘存云，尹喜云，林國(guó)湘. 機(jī)械原理(第二版). 長(zhǎng)沙：中南大學(xué)出版社，20133 肖銀鈴，朱 靜，陸瑞紅. 機(jī)械制圖(第六版). 北京：高等教育出版社，20074 關(guān)慧貞，馮辛安，黃玉美. 機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20095 王積偉，章宏甲，黃 誼. 液壓傳動(dòng)(第二版). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20106 索羅門(mén)采夫，干東英，安永辰. 工業(yè)機(jī)器人圖冊(cè). 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社，19937 李必文，胡華榮. 機(jī)械精度設(shè)計(jì)與檢測(cè)(第二版). 長(zhǎng)沙：中南大學(xué)出版社，20128 高為國(guó)，鐘利萍，夏卿坤. 機(jī)械工程材料(第二版). 長(zhǎng)沙：中南大學(xué)出版社，20129 高 志，黃純穎，盧 廣. 機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)(第二版). 北京：高等教育出版社，201010 劉小年，唐開(kāi)明，龔伶俐. AutoCAD計(jì)算機(jī)繪圖基礎(chǔ). 長(zhǎng)沙：湖南大學(xué)出版社，2010注：1、開(kāi)題報(bào)告是本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的一個(gè)重要組成部分。學(xué)生應(yīng)根據(jù)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)的要求和文獻(xiàn)調(diào)研結(jié)果，在開(kāi)始撰寫(xiě)論文之前寫(xiě)出開(kāi)題報(bào)告。2、參考文獻(xiàn)按下列格式（A為期刊，B為專著）A：序號(hào)、作者（外文姓前名后，名縮寫(xiě)，不加縮寫(xiě)點(diǎn)，3人以上作者只寫(xiě)前3人，后用“等”代替。）、題名、期刊名（外文可縮寫(xiě)，不加縮寫(xiě)點(diǎn)）年份、卷號(hào)（期號(hào)）：起止頁(yè)碼。B：序號(hào)、作者、書(shū)名、版次、（初版不寫(xiě)）、出版地、出版單位、出版時(shí)間、頁(yè)碼。3、表中各項(xiàng)可加附頁(yè)。4湖 南 科 技 大 學(xué)畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（ 論 文 ）題目M40型工業(yè)機(jī)器人小車傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)作者秦湘斌學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院專業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化學(xué)號(hào)1103010618指導(dǎo)教師廖先祿二一五年五月二十六日湖 南 科 技 大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)人評(píng)語(yǔ)主要對(duì)學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的工作態(tài)度，研究?jī)?nèi)容與方法，工作量，文獻(xiàn)應(yīng)用，創(chuàng)新性，實(shí)用性，科學(xué)性，文本（圖紙）規(guī)范程度，存在的不足等進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)指導(dǎo)人： （簽名）年 月 日 指導(dǎo)人評(píng)定成績(jī)： 湖 南 科 技 大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評(píng)閱人評(píng)語(yǔ)主要對(duì)學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的文本格式、圖紙規(guī)范程度，工作量，研究?jī)?nèi)容與方法，實(shí)用性與科學(xué)性，結(jié)論和存在的不足等進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)評(píng)閱人： （簽名）年 月 日 評(píng)閱人評(píng)定成績(jī)： 湖 南 科 技 大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯記錄日期： 學(xué)生： 學(xué)號(hào)： 班級(jí)： 題目： 提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會(huì)下列材料：1 設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū)共頁(yè)2 設(shè)計(jì)（論文）圖 紙共頁(yè)3 指導(dǎo)人、評(píng)閱人評(píng)語(yǔ)共頁(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會(huì)評(píng)語(yǔ)：主要對(duì)學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的研究思路，設(shè)計(jì)（論文）質(zhì)量，文本圖紙規(guī)范程度和對(duì)設(shè)計(jì)（論文）的介紹，回答問(wèn)題情況等進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)答辯委員會(huì)主任： （簽名）委員： （簽名）（簽名）（簽名）（簽名） 答辯成績(jī)： 總評(píng)成績(jī)： 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）目錄第一章 緒論11.1工業(yè)機(jī)器人及其發(fā)展歷史、現(xiàn)狀分析11.1.1 工業(yè)機(jī)器人11.1.2 國(guó)外機(jī)器人發(fā)展情況21.1.3 我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人31.1.4 工業(yè)機(jī)器人發(fā)展趨勢(shì)41.2工業(yè)機(jī)器人的組成和設(shè)計(jì)方案51.2.1 工業(yè)機(jī)器人的組成51.2.1 自由度和坐標(biāo)系的選擇71.2.3 機(jī)器人驅(qū)動(dòng)裝置和傳動(dòng)裝置91.2.4 機(jī)器人的控制系統(tǒng)9第二章 M40型工業(yè)機(jī)器人總體設(shè)計(jì)102.1機(jī)器人的總體結(jié)構(gòu)102.1.1 M40型工業(yè)機(jī)器人的總體結(jié)構(gòu)102.1.2 M40型工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)分析122.1.3 機(jī)器人驅(qū)動(dòng)方式的選擇132.2機(jī)器人的操作機(jī)構(gòu)162.2.1 操作機(jī)的整體結(jié)構(gòu)162.2.2 操作機(jī)的各部分的運(yùn)動(dòng)17第三章 小車傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)203.1總體方案的確定203.1.1 傳動(dòng)方式的確定203.2傳動(dòng)方案的確定213.2.1 傳動(dòng)比的確定213.2.2減速器相關(guān)數(shù)據(jù)的計(jì)算223.3減速器齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算233.3.1 高速軸齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算233.3.2 低速軸齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算273.4傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)計(jì)算313.4.1 傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)31ii3.4.2 傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)35第四章 總結(jié)39參 考 文 獻(xiàn)40致 謝41iiii第一章 緒論 1.1工業(yè)機(jī)器人及其發(fā)展歷史、現(xiàn)狀分析1.1.1 工業(yè)機(jī)器人工業(yè)機(jī)器人是面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機(jī)械手或多自由度的機(jī)器裝置，它能自動(dòng)執(zhí)行工作，是靠自身動(dòng)力和控制能力來(lái)實(shí)現(xiàn)各種功能的一種機(jī)器。它可以接受人類指揮，也可以按照預(yù)先編排的程序運(yùn)行，現(xiàn)代的工業(yè)機(jī)器人還可以根據(jù)人工智能技術(shù)制定的原則綱領(lǐng)行動(dòng)。工業(yè)機(jī)器人最顯著的特點(diǎn)有以下幾個(gè)：（1）可編程。生產(chǎn)自動(dòng)化的進(jìn)一步發(fā)展是柔性啟動(dòng)化。工業(yè)機(jī)器人可隨其工作環(huán)境變化的需要而再編程，因此它在小批量多品種具有均衡高效率的柔性制造過(guò)程中能發(fā)揮很好的功用，是柔性制造系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分。（2）擬人化。工業(yè)機(jī)器人在機(jī)械結(jié)構(gòu)上有類似人的行走、腰轉(zhuǎn)、手臂、手腕、手爪等部分，在控制上有電腦。此外，智能化工業(yè)機(jī)器人還有許多類似人類的“生物傳感器”，如皮膚型接觸傳感器、力傳感器、負(fù)載傳感器、視覺(jué)傳感器、聲覺(jué)傳感器、語(yǔ)言功能等。傳感器提高了工業(yè)機(jī)器人對(duì)周圍環(huán)境的自適應(yīng)能力。（3）通用性。除了專門(mén)設(shè)計(jì)的專用的工業(yè)機(jī)器人外，一般工業(yè)機(jī)器人在執(zhí)行不同的作業(yè)任務(wù)時(shí)具有較好的通用性。比如，更換工業(yè)機(jī)器人手部末端操作器（手爪、工具等）便可執(zhí)行不同的作業(yè)任務(wù)。（4）工業(yè)機(jī)器技術(shù)涉及的學(xué)科相當(dāng)廣泛，歸納起來(lái)是機(jī)械學(xué)和微電子學(xué)的結(jié)合-機(jī)電一體化技術(shù)。第三代智能機(jī)器人不僅具有獲取外部環(huán)境信息的各種傳感器，而且還具有記憶能力、語(yǔ)言理解能力、圖像識(shí)別能力、推理判斷能力等人工智能，這些都是微電子技術(shù)的應(yīng)用，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用密切相關(guān)。因此，機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展必將帶動(dòng)其他技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用水平也可以驗(yàn)證一個(gè)國(guó)家科學(xué)技術(shù)和工業(yè)技術(shù)的發(fā)展水平。當(dāng)今工業(yè)機(jī)器人技術(shù)正逐漸向著具有行走能力、具有多種感知能力、具有較強(qiáng)的對(duì)作業(yè)環(huán)境的自適應(yīng)能力的方向發(fā)展。目前，工業(yè)機(jī)器人的研究和改進(jìn)方案主要體現(xiàn)在下面四個(gè)方面: ：（1）技術(shù)先進(jìn)工業(yè)機(jī)器人集精密化、柔性化、智能化、軟件應(yīng)用開(kāi)發(fā)等先進(jìn)制造技術(shù)于一體，通過(guò)對(duì)過(guò)程實(shí)施檢測(cè)、控制、優(yōu)化、調(diào)度、管理和決策，實(shí)現(xiàn)增加產(chǎn)量、提高質(zhì)量、降低成本、減少資源消耗和環(huán)境污染，是工業(yè)自動(dòng)化水平的最高體現(xiàn)。（2）技術(shù)升級(jí)工業(yè)機(jī)器人與自動(dòng)化成套裝備具備精細(xì)制造、精細(xì)加工以及柔性生產(chǎn)等技術(shù)特點(diǎn)，是繼動(dòng)力機(jī)械、計(jì)算機(jī)之后，出現(xiàn)的全面延伸人的體力和智力的新一代生產(chǎn)工具，是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)字化、自動(dòng)化以及智能化的重要手段。（3）應(yīng)用領(lǐng)域廣泛工業(yè)機(jī)器人與自動(dòng)化成套裝備是生產(chǎn)過(guò)程的關(guān)鍵設(shè)備，可用于制造、安裝、檢測(cè)、物流等生產(chǎn)環(huán)節(jié)，并廣泛應(yīng)用于汽車整車及汽車零部件、工程機(jī)械、軌道交通、低壓電器、電力、IC裝備、軍工、煙草、金融、醫(yī)藥、冶金及印刷出版等眾多行業(yè)，應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛。（4）技術(shù)綜合性強(qiáng)工業(yè)機(jī)器人與自動(dòng)化成套技術(shù)，集中并融合了多項(xiàng)學(xué)科，涉及多項(xiàng)技術(shù)領(lǐng)域，包括工業(yè)機(jī)器人控制技術(shù)、機(jī)器人動(dòng)力學(xué)及仿真、機(jī)器人構(gòu)建有限元分析、激光加工技術(shù)、模塊化程序設(shè)計(jì)、智能測(cè)量、建模加工一體化、工廠自動(dòng)化以及精細(xì)物流等先進(jìn)制造技術(shù)，技術(shù)綜合性強(qiáng)。1.1.2 國(guó)外機(jī)器人發(fā)展情況機(jī)器人首先是從美國(guó)開(kāi)始研制的，1958年美國(guó)聯(lián)合控制公司研制出第一臺(tái)機(jī)器人。它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是機(jī)體上安裝一回轉(zhuǎn)長(zhǎng)臂，端部裝有電磁鐵的工件抓放機(jī)構(gòu)，控制系統(tǒng)是示教型的。日本是工業(yè)機(jī)器人發(fā)展最快、應(yīng)用最多的國(guó)家。自1969年從美國(guó)引進(jìn)兩種典型機(jī)器人后，大力從事機(jī)器人的研究。當(dāng)前，對(duì)全球機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展最有影響的國(guó)家是美國(guó)和日本。美國(guó)在工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的綜合研究水平上仍處于領(lǐng)先地位，而日本生產(chǎn)的工業(yè)機(jī)器人在數(shù)量、種類方面則居世界首位，而歐盟等西方發(fā)達(dá)國(guó)家則在工業(yè)機(jī)器人和醫(yī)療機(jī)器人等領(lǐng)域有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力?，F(xiàn)如今，世界各國(guó)都推行出結(jié)合本國(guó)情況的機(jī)器人戰(zhàn)略部署，美國(guó)推行“再工業(yè)化”戰(zhàn)略，大力發(fā)展工業(yè)機(jī)器人，希望重振制造業(yè)。日本2004年5月發(fā)布的“新產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略”明確了機(jī)器人產(chǎn)業(yè)等7個(gè)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域?yàn)橹攸c(diǎn)發(fā)展產(chǎn)業(yè)。近兩年又開(kāi)始重新審視機(jī)器人產(chǎn)業(yè)政策。韓國(guó)：2009年公布智能機(jī)器人基本計(jì)劃，2012年10月發(fā)布了“機(jī)器人未來(lái)戰(zhàn)略展望2022”，將政策焦點(diǎn)放在了擴(kuò)大韓國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)并支持國(guó)內(nèi)機(jī)器人企業(yè)進(jìn)軍海外市場(chǎng)方面。歐盟2011年8月通過(guò)了一份發(fā)展制造業(yè)計(jì)劃，提出新工業(yè)革命概念，以機(jī)器人和信息技術(shù)為支撐，實(shí)現(xiàn)制造模式的變革。目前工業(yè)機(jī)器人大部分還屬于第一代，主要依靠人工進(jìn)行控制；控制方式則為開(kāi)環(huán)式，沒(méi)有識(shí)別能力；改進(jìn)的方向主要是降低成本和提高精度。第二代機(jī)器人已經(jīng)投入使用，它設(shè)有微型電子計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，具有視覺(jué)、觸覺(jué)能力，甚至聽(tīng)、想的能力。研究安裝各種傳感器，把感覺(jué)到的信息進(jìn)行反饋，使機(jī)器人具有感覺(jué)機(jī)能。第三代機(jī)器人則能獨(dú)立地完成工作過(guò)程中的任務(wù)，更加智能化和復(fù)雜化，能夠?qū)崿F(xiàn)加工和生產(chǎn)的自動(dòng)化，它與電子計(jì)算機(jī)和電視設(shè)備保持聯(lián)系，能夠自動(dòng)檢查工作情況并做出反饋和調(diào)整，并逐步發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng)FMS(Flexible Manufacturing System)和柔性制造單元FMC(Flexible Manufacturing Cell)中的重要一環(huán)。1.1.3 我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人我國(guó)工業(yè)機(jī)器人是從二十世紀(jì)八十年代開(kāi)始起步，經(jīng)過(guò)二十多年的努力，已經(jīng)形成了一些具有競(jìng)爭(zhēng)力的工業(yè)機(jī)器人研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)。先后研發(fā)出弧焊、電焊、裝配、工業(yè)、注塑、沖壓及噴漆等工業(yè)機(jī)器人。近幾年，我國(guó)工業(yè)機(jī)器人及含工業(yè)機(jī)器人的自動(dòng)化生產(chǎn)線相關(guān)的產(chǎn)品的年銷售額已突破10億元。目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)年需求量在3000臺(tái)左右，年銷售額在20億元以上。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，中國(guó)市場(chǎng)上工業(yè)機(jī)器人總共擁有量近萬(wàn)臺(tái)，占全球總量的0.56%，其中完全國(guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人(行業(yè)規(guī)模比較大的前三家工業(yè)機(jī)器人企業(yè))行業(yè)集中度占30%左右，其余都是從日本、美國(guó)、瑞典、德國(guó)、意大利等20多個(gè)國(guó)家引進(jìn)的。國(guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人目前主要以國(guó)內(nèi)市場(chǎng)應(yīng)用為主，年出口量為100臺(tái)左右，年出口額為0.2億元以上。 國(guó)內(nèi)在機(jī)器人的研究方面起步比發(fā)達(dá)國(guó)家要晚很多，但是發(fā)展迅速，經(jīng)過(guò)30多年的發(fā)展，我國(guó)機(jī)器人數(shù)量也達(dá)到了一定的規(guī)模，目前已基本掌握了機(jī)器人的基本技術(shù)，機(jī)器人的研究在一些方面也已經(jīng)達(dá)到了世界先進(jìn)水平，但在整體水平上與發(fā)達(dá)國(guó)家相比仍然有很大差距。仔細(xì)觀察，不難發(fā)現(xiàn)的事實(shí)是：我國(guó)在機(jī)器人的研究方面采取的方法主要是借鑒外國(guó)的先進(jìn)技術(shù)，然后再進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，自主創(chuàng)新開(kāi)發(fā)的技術(shù)少，這就造成了我國(guó)自身創(chuàng)新技術(shù)較少，制約了機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展。總體上來(lái)說(shuō)，我國(guó)目前已基本掌握了機(jī)器人操作機(jī)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)、控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)技術(shù)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù)，生產(chǎn)了部分機(jī)器人關(guān)鍵元器件，開(kāi)發(fā)出噴漆、鑄造、弧焊、電焊、裝配、搬運(yùn)等機(jī)器人。也有一些產(chǎn)品的技術(shù)水平已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，但在總體技術(shù)上還有很大差距，僅相當(dāng)于國(guó)外90年代中期的水平。伴隨我國(guó)工業(yè)機(jī)器人需求的迅猛增長(zhǎng)，實(shí)力良莠不齊的企業(yè)紛紛進(jìn)入工業(yè)機(jī)器人生產(chǎn)市場(chǎng)，勢(shì)必造成質(zhì)低價(jià)廉的惡性競(jìng)爭(zhēng)；雖然我國(guó)有近百家從事工業(yè)機(jī)器人研究生產(chǎn)的高校院所和企業(yè)，但現(xiàn)行的體制造成研究形式上過(guò)于獨(dú)立封閉、內(nèi)容上較為分散，難以形成合力，造成重復(fù)研究與時(shí)間、經(jīng)費(fèi)的浪費(fèi)；多數(shù)企業(yè)熱衷于大而全，一些關(guān)鍵部件研發(fā)生產(chǎn)的企業(yè)紛紛轉(zhuǎn)入整機(jī)的生產(chǎn)，難以形成研發(fā)、生產(chǎn)、制造、銷售、集成、服務(wù)等有序、細(xì)化的產(chǎn)業(yè)鏈。因此，工業(yè)機(jī)器人的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展有待規(guī)范。在我國(guó)，工業(yè)機(jī)器人的最初應(yīng)用是在汽車和工程機(jī)械行業(yè)，主要用于汽車及工程機(jī)械的噴涂及焊接。目前，由于機(jī)器人技術(shù)及研發(fā)的落后，工業(yè)機(jī)器人還主要應(yīng)用在制造業(yè)，非制造業(yè)使用的較少。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，近幾年國(guó)內(nèi)廠家所生產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人有超過(guò)一半是提供給汽車行業(yè)。由此可見(jiàn)，汽車工業(yè)的發(fā)展是近幾年我國(guó)工業(yè)機(jī)器人增長(zhǎng)的原動(dòng)力之一。工業(yè)機(jī)器人在實(shí)際的工作中就是一個(gè)機(jī)械手，機(jī)械手的發(fā)展是由于它的積極作用正日益為人們所認(rèn)識(shí)：其一、它能部分的代替人工操作；其二、它能按照生產(chǎn)工藝的要求，遵循一定的程序、時(shí)間和位置來(lái)完成工件的傳送和裝卸；其三、它能操作必要的機(jī)具進(jìn)行焊接和裝配，從而大大的改善了工人的勞動(dòng)條件，顯著的提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化的步伐。因而，受到很多國(guó)家的重視，投入大量的人力物力來(lái)研究和應(yīng)用。尤其是在高溫、高壓、粉塵、噪音以及帶有放射性和污染的場(chǎng)合，應(yīng)用的更為廣泛。在我國(guó)近幾年也有較快的發(fā)展，并且取得一定的效果，受到機(jī)械工業(yè)的重視。機(jī)械手的結(jié)構(gòu)形式開(kāi)始比較簡(jiǎn)單，專用性較強(qiáng)。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，制成了能夠獨(dú)立的按程序控制實(shí)現(xiàn)重復(fù)操作，適用范圍比較廣的“程序控制通用機(jī)械手”，簡(jiǎn)稱通用機(jī)械手。由于通用機(jī)械手能很快的改變工作程序，適應(yīng)性較強(qiáng)，所以它在不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量生產(chǎn)中獲得廣泛的引用。國(guó)內(nèi)機(jī)器人研究存在問(wèn)題:1.市場(chǎng)需求量激增，但大部分(尤其是高精尖設(shè)備)仍只能靠進(jìn)口。2.擁有自主創(chuàng)新技術(shù)的產(chǎn)品少，普遍沿用國(guó)外落后和淘汰的技術(shù)。3.整體技術(shù)水平低，缺乏核心技術(shù)，沒(méi)有擁有核心競(jìng)爭(zhēng)力的技術(shù)和產(chǎn)品。4.機(jī)器人行業(yè)缺乏規(guī)范，沒(méi)有合適的技術(shù)交流和共享平臺(tái)，抄襲現(xiàn)象嚴(yán)重。1.1.4 工業(yè)機(jī)器人發(fā)展趨勢(shì)隨著現(xiàn)代化生產(chǎn)技術(shù)的提高，機(jī)器人設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力進(jìn)一步得到加強(qiáng)，尤其當(dāng)機(jī)器人的生產(chǎn)與柔性化制造系統(tǒng)和柔性制造單元相結(jié)合，從而改變目前機(jī)械制造的人工操作狀態(tài)，提高了生產(chǎn)效率。就目前來(lái)看，總的來(lái)說(shuō)現(xiàn)代工業(yè)機(jī)器人有以下幾個(gè)發(fā)展趨勢(shì)：（1) 提高運(yùn)動(dòng)速度和運(yùn)動(dòng)精度，減少重量和占用空間，加速機(jī)器人功能部件的標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化，將機(jī)器人的各個(gè)機(jī)械模塊、控制模塊、檢測(cè)模塊組成結(jié)構(gòu)不同的機(jī)器人；（2) 開(kāi)發(fā)各種新型結(jié)構(gòu)用于不同類型的場(chǎng)合，如開(kāi)發(fā)微動(dòng)機(jī)構(gòu)用以保證精度；開(kāi)發(fā)多關(guān)節(jié)多自由度的手臂和手指；開(kāi)發(fā)各類行走機(jī)器人，以適應(yīng)不同的場(chǎng)合；（3) 研制各類傳感器及檢測(cè)元器件，如，觸覺(jué)、視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、味覺(jué)、和測(cè)距傳感器等，用傳感器獲得工作對(duì)象周圍的外界環(huán)境信息、位置信息、狀態(tài)信息以完成模式識(shí)別、狀態(tài)檢測(cè)。并采用專家系統(tǒng)進(jìn)行問(wèn)題求解、動(dòng)作規(guī)劃，同時(shí)，越來(lái)越多的系統(tǒng)采用微機(jī)進(jìn)行控制。1.2工業(yè)機(jī)器人的組成和設(shè)計(jì)方案1.2.1 工業(yè)機(jī)器人的組成工業(yè)機(jī)器人通常由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)一傳動(dòng)裝置和控制系統(tǒng)三部分組成(如圖1.1所示)。這些部分之間的相互作用可用圖1.2所示的方框圖表示 圖1.1 機(jī)器人的組成圖1.2 機(jī)器人各組成部分之間的關(guān)系執(zhí)行機(jī)構(gòu)(也稱操作機(jī))是機(jī)器人賴以完成工作任務(wù)的實(shí)體，通常由桿件和關(guān)節(jié)組成。從功能的角度，執(zhí)行機(jī)構(gòu)可分為：手部、腕部、臂部、腰部和基座等部分，如圖1.3所示。（1）手部手部既直接與工件接觸的部分，一般是回轉(zhuǎn)型或平動(dòng)型（多為回轉(zhuǎn)型，因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單）。手部多為兩指（也有多指）；根據(jù)需要分為外抓式和內(nèi)抓式兩種；也可以用負(fù)壓式或真空式的空氣吸盤(pán)（主要用于可吸附的，光滑表面的零件或薄板零件）和電磁吸盤(pán)。傳力機(jī)構(gòu)形式較多，常用的有：滑槽杠桿式、連桿杠桿式、斜楔杠桿式、齒輪齒條式、絲杠螺母式、彈簧式和重力式。本次設(shè)計(jì)的手部選擇夾持類回轉(zhuǎn)型結(jié)構(gòu)手部。本次設(shè)計(jì)的工業(yè)機(jī)器人手部執(zhí)行部件如圖1.3。圖1.3工業(yè)機(jī)器人手部執(zhí)行部件示意圖如圖1.3的機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖，手部執(zhí)行依靠桿的伸縮運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)其張合運(yùn)動(dòng)，桿的動(dòng)力源來(lái)自后續(xù)驅(qū)動(dòng)源的液壓缸，該液壓缸采用的是伸縮式液壓缸，該液壓缸能夠節(jié)省橫向的工作空間。（2）腕部腕部是連接手部和臂部的部件，并可用來(lái)調(diào)節(jié)被抓物體的方位，以擴(kuò)大機(jī)械手的動(dòng)作范圍，并使機(jī)械手變的更靈巧，適應(yīng)性更強(qiáng)。手腕有獨(dú)立的自由度。有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、上下擺動(dòng)、左右擺動(dòng)。一般腕部設(shè)有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)再增加一個(gè)上下擺動(dòng)即可滿足工作要求，有些動(dòng)作較為簡(jiǎn)單的專用機(jī)械手，為了簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，可以不設(shè)腕部，而直接用臂部運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)手部工業(yè)工件。目前，應(yīng)用最為廣泛的手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)為回轉(zhuǎn)液壓（氣）缸，它的結(jié)構(gòu)緊湊，靈巧但回轉(zhuǎn)角度?。ㄒ话阈∮?70），并且要求嚴(yán)格密封，否則就難保證穩(wěn)定的輸出扭矩。因此在要求較大回轉(zhuǎn)角的情況下，采用齒條傳動(dòng)或鏈輪以及輪系結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)的工業(yè)機(jī)器人的腕部的運(yùn)動(dòng)為一個(gè)自由度的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)參數(shù)是實(shí)現(xiàn)手部回轉(zhuǎn)的角度控制在0-180范圍內(nèi)。腕部的驅(qū)動(dòng)方式采用直接驅(qū)動(dòng)的方式，由于腕部裝在手臂的末端，所以必須設(shè)計(jì)的十分緊湊可以把驅(qū)動(dòng)源裝在手腕上。機(jī)器人手部的張合是由雙作用單柱塞液壓缸驅(qū)動(dòng)的；而手腕的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)則由回轉(zhuǎn)液壓缸實(shí)現(xiàn)。將夾緊活塞缸的外殼與擺動(dòng)油缸的動(dòng)片連接在一起；當(dāng)回轉(zhuǎn)液壓缸中不同的油腔中進(jìn)油時(shí)即可實(shí)現(xiàn)手腕不同方向的回轉(zhuǎn)。（3）臂部手臂部件是機(jī)械手的重要握持部件。它的作用是支撐腕部和手部（包括工作或夾具），并帶動(dòng)他們做空間運(yùn)動(dòng)。臂部運(yùn)動(dòng)的目的：把手部送到空間運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)任意一點(diǎn)。如果改變手部的姿態(tài)（方位），則用腕部的自由度加以實(shí)現(xiàn)。因此，一般來(lái)說(shuō)臂部具有三個(gè)自由度才能滿足基本要求，即手臂的伸縮、左右旋轉(zhuǎn)、升降（或俯仰）運(yùn)動(dòng)。手臂的各種運(yùn)動(dòng)通常用驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)（如液壓缸或者氣缸）和各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，從臂部的受力情況分析，它在工作中既受腕部、手部和工件的靜、動(dòng)載荷，而且自身運(yùn)動(dòng)較為多，受力復(fù)雜。因此，它的結(jié)構(gòu)、工作范圍、靈活性以及抓重大小和定位精度直接影響機(jī)械手的工作性能。（4）機(jī)座機(jī)座是機(jī)身機(jī)器人的基礎(chǔ)部分，起支撐作用。對(duì)固定式機(jī)器人，直接聯(lián)接在地面上，對(duì)可移動(dòng)式機(jī)器人，則安裝在移動(dòng)結(jié)構(gòu)上。機(jī)身由臂部運(yùn)動(dòng)（升降、平移、回轉(zhuǎn)和俯仰）機(jī)構(gòu)及其相關(guān)的導(dǎo)向裝置、支撐件等組成。并且，臂部的升降、回轉(zhuǎn)或俯仰等運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置或傳動(dòng)件都安裝在機(jī)身上。臂部的運(yùn)動(dòng)越多，機(jī)身的結(jié)構(gòu)和受力越復(fù)雜。1.2.1 自由度和坐標(biāo)系的選擇機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)自由度是指各運(yùn)動(dòng)部件在三維空間相當(dāng)于固定坐標(biāo)系所具有的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)數(shù)，對(duì)于一個(gè)構(gòu)件來(lái)說(shuō)，它有幾個(gè)運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)就稱其有幾個(gè)自由度。各運(yùn)動(dòng)部件自由度的總和為機(jī)器人的自由度數(shù)。機(jī)器人的手部要像人手一樣完成各種動(dòng)作是比較困難的，因?yàn)槿说氖种浮⒄?、腕、臂?9個(gè)關(guān)節(jié)組成，共有27個(gè)自由度。而生產(chǎn)實(shí)踐中不需要機(jī)器人的手有這么多的自由度一般為3-6個(gè)。工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)形式主要有直角坐標(biāo)結(jié)構(gòu)、圓柱坐標(biāo)結(jié)構(gòu)、球坐標(biāo)結(jié)構(gòu)、關(guān)節(jié)型結(jié)構(gòu)四種。各結(jié)構(gòu)形式及其相應(yīng)的特點(diǎn)，分別介紹如下：（1）直角坐標(biāo)機(jī)器人結(jié)構(gòu)直角坐標(biāo)機(jī)器人的空間運(yùn)動(dòng)是用三個(gè)相互垂直的直線運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，如圖1.4所示。由于直線運(yùn)動(dòng)易于實(shí)現(xiàn)全閉環(huán)的位置控制，所以，直角坐標(biāo)機(jī)器人有可能達(dá)到很高的位置精度（m級(jí)）。但是，這種直角坐標(biāo)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)空間相對(duì)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)尺寸來(lái)講，是比較小的。因此，為了實(shí)現(xiàn)一定的運(yùn)動(dòng)空間，直角坐標(biāo)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)尺寸要比其他類型的機(jī)器人的結(jié)構(gòu)尺寸大得多2。直角坐標(biāo)機(jī)器人的工作空間為一空間長(zhǎng)方體。直角坐標(biāo)機(jī)器人主要用于裝配作業(yè)及工業(yè)作業(yè)，直角坐標(biāo)機(jī)器人有懸臂式、龍門(mén)式、天車式三種結(jié)構(gòu)。（2）圓柱坐標(biāo)機(jī)器人結(jié)構(gòu)圓柱坐標(biāo)機(jī)器人的空間運(yùn)動(dòng)是用一個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)及兩個(gè)直線運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，如圖1.4（b）。這種機(jī)器人構(gòu)造比較簡(jiǎn)單，精度還可以，常用于工業(yè)作業(yè)。其工作空間是一個(gè)圓柱狀的空間。（3）球坐標(biāo)機(jī)器人結(jié)構(gòu)球坐標(biāo)機(jī)器人的空間運(yùn)動(dòng)是由兩個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和一個(gè)直線運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，如圖1.4（c）。這種機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低，但精度不很高。主要應(yīng)用于工業(yè)作業(yè)。其工作空間是一個(gè)類球形的空間。（4）關(guān)節(jié)型機(jī)器人結(jié)構(gòu)關(guān)節(jié)型機(jī)器人的空間運(yùn)動(dòng)是由三個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的，如圖1.4（d）。關(guān)節(jié)型機(jī)器人動(dòng)作靈活，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小。相對(duì)機(jī)器人本體尺寸，其工作空間比較大。此種機(jī)器人在工業(yè)中應(yīng)用十分廣泛，如焊接、噴漆、工業(yè)、裝配等作業(yè)，都廣泛采用這種類型的機(jī)器人。關(guān)節(jié)型機(jī)器人結(jié)構(gòu)，有水平關(guān)節(jié)型和垂直關(guān)節(jié)型兩種。根據(jù)要求及在實(shí)際生產(chǎn)中的用途，本次設(shè)計(jì)的工業(yè)機(jī)器人采用圓柱坐標(biāo)。圖1.4四種機(jī)器人坐標(biāo)形式1.2.3 機(jī)器人驅(qū)動(dòng)裝置和傳動(dòng)裝置工業(yè)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)一傳動(dòng)裝置包括驅(qū)動(dòng)器和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)兩個(gè)部分，它們通常與執(zhí)行機(jī)構(gòu)連成一體。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)常用的有諧波減速器、滾珠絲杠、鏈、帶以及各種齒輪輪系。驅(qū)動(dòng)器通常有電機(jī)(直流伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、交流伺服電機(jī))、液動(dòng)或氣動(dòng)裝置，目前使用最多的是交流伺服電機(jī)。1.機(jī)器人驅(qū)動(dòng)類型（1）氣動(dòng)式工業(yè)機(jī)器人這類工業(yè)機(jī)器人以壓縮空氣來(lái)驅(qū)動(dòng)操作機(jī)，其優(yōu)點(diǎn)是空氣來(lái)源方便，動(dòng)作迅速，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單造價(jià)低，無(wú)污染，缺點(diǎn)是空氣具有可壓縮性，導(dǎo)致工作速度的穩(wěn)定性較差，又因氣源壓力一般只有6kPa左右，所以這類工業(yè)機(jī)器人抓舉力較小。（2）液壓式工業(yè)機(jī)器人液壓壓力比氣壓壓力高得多，一般為70kPa左右，故液壓傳動(dòng)工業(yè)機(jī)器人具有較大的抓舉能力，可達(dá)上千牛頓。這類工業(yè)機(jī)器人結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)平穩(wěn)，動(dòng)作靈敏，但對(duì)密封要求較高，且不宜在高溫或低溫環(huán)境下工作。（3）電動(dòng)式工業(yè)機(jī)器人這是目前用得最多的一類工業(yè)機(jī)器人，不僅因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)品種眾多，也因?yàn)樗鼈兛梢赃\(yùn)用多種靈活控制的方法。早期多采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，后來(lái)發(fā)展了直流伺服驅(qū)動(dòng)單元，目前交流伺服驅(qū)動(dòng)單元也在迅速發(fā)展。這些驅(qū)動(dòng)單元或是直接驅(qū)動(dòng)操作機(jī)，或是通過(guò)諧波減速器等裝置來(lái)減速后驅(qū)動(dòng)，結(jié)構(gòu)十分緊湊、簡(jiǎn)單。2.傳動(dòng)方式的選擇：機(jī)械設(shè)備中常用的傳動(dòng)方式主要有帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、蝸桿傳動(dòng)四種傳動(dòng)方式。帶傳動(dòng)：撓性傳動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳動(dòng)平穩(wěn)、價(jià)格低廉和緩沖吸振等特點(diǎn)，傳動(dòng)中有彈性滑動(dòng)，傳動(dòng)比不能保持恒定，傳動(dòng)中心距較大。鏈傳動(dòng)：撓性傳動(dòng)，與摩擦型帶傳動(dòng)相比，鏈傳動(dòng)無(wú)彈性打滑和整體打滑現(xiàn)象，但其瞬時(shí)速度不均勻，有沖擊，動(dòng)載和噪聲。齒輪傳動(dòng)：適用功率和速度范圍廣，效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)比穩(wěn)定、工作可靠、壽命長(zhǎng)。但其對(duì)制造和安裝精度要求較高，成本較高。蝸桿傳動(dòng)：傳動(dòng)比大、結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲小。但其傳動(dòng)效率低，不適用于低速大功率傳動(dòng)。且其制造和安裝精度要求也高，成本較高。1.2.4 機(jī)器人的控制系統(tǒng)控統(tǒng)一般由控制計(jì)算機(jī)和伺服控制器組成。前者發(fā)出指令協(xié)調(diào)各關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器之間的運(yùn)動(dòng)，同時(shí)還要完成編程、示教/再現(xiàn)以及和其他環(huán)境狀況(傳感器信息)、工藝要求、外部相關(guān)設(shè)備(如電焊機(jī))之間的信息傳遞和協(xié)調(diào)工作。后者控制各關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器，使各桿按一定的速度、加速度和位置要求進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。第二章 M40型工業(yè)機(jī)器人總體設(shè)計(jì)2.1機(jī)器人的總體結(jié)構(gòu)2.1.1 M40型工業(yè)機(jī)器人的總體結(jié)構(gòu)M40型專用工業(yè)機(jī)器人是一款擁有5個(gè)自由度搬運(yùn)機(jī)器人，它用于各種工藝設(shè)備上，其中包括組成柔性自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)控金屬切削機(jī)床。工業(yè)機(jī)器人裝備有定位式數(shù)控裝置和電氣自動(dòng)控制裝置，使之能夠?qū)崿F(xiàn)沿三個(gè)坐標(biāo)軸的給定程序的位移，并且完成大量控制機(jī)器人本身及其看管的工藝裝備的工作循環(huán)指令。工業(yè)機(jī)器人裝備有自動(dòng)可換夾持器的裝置，其中雙夾持器的裝置用來(lái)保證同時(shí)操作毛坯和在機(jī)床上的加工。工業(yè)機(jī)器人操作機(jī)結(jié)構(gòu)還可以在其上安裝附加機(jī)構(gòu)和裝置。例如：為毛坯定基準(zhǔn)面的檢驗(yàn)、測(cè)量在機(jī)床上加工零件的直徑、清洗機(jī)床和工藝裝備的基準(zhǔn)表面。圖2.1 M40型機(jī)器人的總體結(jié)構(gòu)正視圖 門(mén)架1，小車2，滑板3，手臂4，手腕5，夾持器6，單軌7，電氣控制機(jī)8，數(shù)控裝置柜9。圖2.2 M40型機(jī)器人的總體結(jié)構(gòu)左視圖工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)參數(shù)：1. 承載能力40kg2. 自由度數(shù)5個(gè)3. 最大位移:小車沿單軌10800mm，手臂在垂直方向的位移420mm，手臂轉(zhuǎn)動(dòng)100，手腕轉(zhuǎn)動(dòng)90，手腕相對(duì)縱軸轉(zhuǎn)動(dòng)90，180。4. 小車位移最大速度0.8m/s。手臂在垂直方向最大速度0.8m/s手腕及手轉(zhuǎn)動(dòng)90/s。5. 定位精度1mm6. 重量(數(shù)控裝置除外)3000kg。2.1.2 M40型工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)分析圖2.3 M40型機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)簡(jiǎn)圖小車1，單軌2，滑板6，手臂7，手腕8，夾持器9，滑板機(jī)體13，連桿14，線性電液步進(jìn)式驅(qū)動(dòng)裝置，15，齒輪條16如圖機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)簡(jiǎn)圖2.3示，M40型機(jī)器人主要的運(yùn)動(dòng)元件有：帶動(dòng)操作機(jī)（機(jī)械手）橫向移動(dòng)的小車1，以及由滑板6，手臂7，手腕8，和夾持器9組成的操作機(jī)，以及小車運(yùn)動(dòng)的軌道單軌2，以及負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)和控制機(jī)器人各部分運(yùn)動(dòng)的液壓元件和電氣控制機(jī)和數(shù)控裝置柜。M40型工業(yè)機(jī)器人一共有五個(gè)自由度：小車1帶動(dòng)操作機(jī)的X軸方向上橫向左右移動(dòng)，滑板6帶動(dòng)操作機(jī)在Z軸方向的上下移動(dòng)，手臂7相對(duì)其縱軸在的擺動(dòng)，手腕8相對(duì)其縱軸的擺動(dòng)，以及手腕8相對(duì)縱軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。為了方便實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制和提高操作精度，操作機(jī)各桿件的驅(qū)動(dòng)方式是液壓式的，機(jī)器人設(shè)有液壓站，然后由多個(gè)液壓馬達(dá)或者液壓缸驅(qū)動(dòng)和控制各個(gè)部分（手臂6、手腕7、夾持器8等）的運(yùn)動(dòng)，小車裝置中的傳動(dòng)裝置也是用液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。M40型工業(yè)機(jī)器人的操作機(jī)是可以移動(dòng)的，并為其在X軸方向上的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)有門(mén)架結(jié)構(gòu)，使之能夠在一組帶有水平主軸的金屬切削機(jī)床上工作。在門(mén)架上裝有可以移動(dòng)的小車1，它支撐著手臂垂直縮進(jìn)機(jī)構(gòu)滑板6，小車沿國(guó)定在門(mén)架上的單軌2移動(dòng)。M40型工業(yè)機(jī)器人的工作方式是小車1帶動(dòng)操作機(jī)在安裝在門(mén)架上的導(dǎo)軌2沿X軸移動(dòng)，當(dāng)操作機(jī)在X軸方向上移動(dòng)到指定的位置時(shí)，操作機(jī)通過(guò)滑板6在Z軸方向上垂直上下移動(dòng)、以及在手臂7和手腕8在YZ平面內(nèi)完成手臂7的擺動(dòng)7、手腕8的擺動(dòng)，以及手腕相對(duì)縱軸轉(zhuǎn)動(dòng)等運(yùn)動(dòng)的組合從而完成工件的抓取或者擺放等工作。小車1在X軸方向上的移動(dòng)距離是10800mm，小車1在X方向軸上移動(dòng)的最大速度為0.8m/s；操作機(jī)在Z軸方向上下移動(dòng)由滑板6帶動(dòng)，Z軸方向上下移動(dòng)的行程是420mm，滑板6在Z軸上下移動(dòng)的最大移動(dòng)是0.8m/s；此外手臂4和手腕8可以在YZ平面內(nèi)擺動(dòng)，手臂4擺動(dòng)的角度為100，手腕8擺動(dòng)的角度為90，這兩個(gè)擺動(dòng)角的中心線都是同一條與Z軸平行的線；手腕8相對(duì)縱軸傳動(dòng)的角度90和180，所有手臂7和手腕8轉(zhuǎn)動(dòng)和擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)的角速度都是90/s。2.1.3 機(jī)器人驅(qū)動(dòng)方式的選擇目前所采用的的方式有電動(dòng)機(jī)、液壓和氣壓驅(qū)動(dòng)三種類型，三種方式的特點(diǎn)比較見(jiàn)表2.1表2.1 工業(yè)機(jī)器人主要驅(qū)動(dòng)方式性能特點(diǎn)比較驅(qū)動(dòng)方式氣壓驅(qū)動(dòng)液壓驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)輸出功率和使用范圍氣壓較低，輸出功率小，當(dāng)輸出功率增大時(shí)，結(jié)構(gòu)尺寸將過(guò)大只適于中小型，快速驅(qū)動(dòng)油壓高，可獲得較大的輸出功率，傳動(dòng)平穩(wěn)，無(wú)沖擊，適用于重型，低速驅(qū)動(dòng)適合中小功率傳動(dòng)，傳動(dòng)平穩(wěn)，靈活，速度快控制性能壓縮性大，對(duì)速度、位置的精確控制困難，阻尼效果差，低速不易控制，排氣有噪聲，泄漏對(duì)環(huán)境無(wú)影響液體不可以壓縮，壓力、流量易控制，反應(yīng)靈敏，可無(wú)級(jí)調(diào)速，能實(shí)現(xiàn)速度、位置的精確控制，傳動(dòng)平穩(wěn)，泄漏會(huì)污染環(huán)境交、直流普通電動(dòng)機(jī)控制比較簡(jiǎn)單，控制效果較差，步進(jìn)、伺服電動(dòng)機(jī)控制比較復(fù)雜，速度和位置都可以控制到精確值快速響應(yīng)性能較高很高很高效率效率低(0.15-0.2)效率中等(0.5-0.6)效率中等0.5左右安全性能防爆性能好防爆性能好，液壓油泄漏后有發(fā)生火災(zāi)的危險(xiǎn)交流電機(jī)防爆性能好，直流電動(dòng)機(jī)電刷產(chǎn)生火花，不防爆結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)性能執(zhí)行機(jī)構(gòu)(直線氣缸、氣壓馬達(dá))可做成獨(dú)立的標(biāo)準(zhǔn)件，易于實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動(dòng)；壓力小，輸出力?。幻芊鈫?wèn)題不突出，泄漏對(duì)環(huán)境無(wú)污染，需要?dú)鈮汗┙o系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)(直線缸、擺動(dòng)缸)可單獨(dú)做成標(biāo)注案件，易于實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動(dòng)；相同輸出條件下，重量輕、慣量??；密封間隙比較重要，泄漏會(huì)影響工作性能和污染環(huán)境；需要油源，單獨(dú)油源占面積大電機(jī)是標(biāo)準(zhǔn)件，結(jié)構(gòu)性能好，除特殊電機(jī)(直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)、大力矩電機(jī))外；電機(jī)都要加減速器，不能直接驅(qū)動(dòng)，加減速器后體積、慣量變大安裝維護(hù)安裝要求不高，能在高溫、多粉塵條件下工作；無(wú)發(fā)熱、爆炸、火災(zāi)等問(wèn)題；維護(hù)簡(jiǎn)單；要求過(guò)濾水分及注意系統(tǒng)潤(rùn)滑，防銹問(wèn)題。安裝維護(hù)要求高，溫度升高時(shí)，油液粘度降低，影響工作性能，需要冷卻裝置；油液需要定期過(guò)濾，更換；油液的泄漏會(huì)影響工作性能，易發(fā)生火災(zāi)安裝要求隨傳動(dòng)方式而不同，無(wú)管路系統(tǒng)，維護(hù)方便；對(duì)直流電機(jī)要求定時(shí)調(diào)整、更換電刷及注意防爆問(wèn)題。成本低高高應(yīng)用適用于小負(fù)荷(200N左右)的有限點(diǎn)位控制的上下料(搬運(yùn))機(jī)器人，如沖床上的快道上下料；手爪上的應(yīng)用尤其廣泛。適用于重負(fù)荷(1000N以上)的搬運(yùn)，點(diǎn)焊等機(jī)器人，以及連續(xù)軌跡伺服控制噴漆機(jī)器人(需要防爆性能)等。適用于中小負(fù)荷(幾十牛頓到幾千牛頓)的搬運(yùn)、焊接、噴漆(限交流電動(dòng)機(jī))、裝配、涂膠等各種伺服型機(jī)器人。機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)各有其優(yōu)缺點(diǎn)，通常對(duì)機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的要求有:(1) 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的質(zhì)量要盡可能輕，單位質(zhì)量的輸出功率要高，效率也要高。(2) 反應(yīng)速度要快，能夠進(jìn)行頻繁的啟動(dòng)、制動(dòng)，正、反轉(zhuǎn)。(3) 驅(qū)動(dòng)盡可能要靈活，位移偏量和速度偏差要小。(4) 安全可靠，操作和維護(hù)方便。(5) 對(duì)環(huán)境無(wú)污染，噪聲要小。(6) 經(jīng)濟(jì)上要合理，尤其要減少占地面積。根據(jù)M40型工業(yè)機(jī)器人的設(shè)計(jì)參數(shù)和工作條件: 最大承載能力40kg,并且能組成柔性自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)控金屬切削機(jī)床，完成大量控制工業(yè)機(jī)器人本身以及其看管的工藝裝備的循環(huán)指令。由此可知機(jī)器人要求方便實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，機(jī)器人的控制要靈敏且要能適應(yīng)不同的機(jī)床和最大承載能力內(nèi)的不同載荷的工作，并且操作機(jī)位移精度要求比較高(1mm)，液壓驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)平穩(wěn)載荷也能達(dá)到最大載荷需要的驅(qū)動(dòng)力，且能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，能夠?qū)崿F(xiàn)位置和速度的精確控制，本次設(shè)計(jì)液壓驅(qū)動(dòng)的方式對(duì)機(jī)器人進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。機(jī)器人可以搭配不同的機(jī)床和搬用不同載荷的物體，所以操作機(jī)移動(dòng)需要不同的運(yùn)動(dòng)速度，所以小車機(jī)構(gòu)不能使用液壓馬達(dá)直接驅(qū)動(dòng)，小車傳動(dòng)裝置里面應(yīng)該有減速器。2.2機(jī)器人的操作機(jī)構(gòu)2.2.1 操作機(jī)的整體結(jié)構(gòu)工業(yè)機(jī)器人的操作機(jī)（機(jī)械手）主要由手臂、手腕、夾持器以及驅(qū)動(dòng)這些部件運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。其機(jī)械簡(jiǎn)圖如圖2.4所示圖2.4操作機(jī)的整體結(jié)構(gòu)圖小車1，單軌2，滑板6，手臂7，手腕8，夾持機(jī)構(gòu)9，連桿14，滑板機(jī)體13，齒輪條162.2.2 操作機(jī)的各部分的運(yùn)動(dòng)（1）滑板(手臂)的上下運(yùn)動(dòng)如圖2.4所示，在小車1上固定著滑板的機(jī)體13，滑板6固定在滑板機(jī)體13上，它與線性電液步進(jìn)式驅(qū)動(dòng)裝置的連桿14相連，連桿14滑板控制滑板6的上下運(yùn)動(dòng)。滑板6上下運(yùn)動(dòng)的最大行程是420mm，滑板6上下移動(dòng)時(shí)速度最大值為0.8m/s。（2）手臂的擺動(dòng)在滑板6的下端軸上連接安裝有手臂7，它可以完成相對(duì)此軸的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)，此運(yùn)動(dòng)由線性電液步進(jìn)式驅(qū)動(dòng)裝置15來(lái)實(shí)現(xiàn)，它鉸接在滑板6的支架上，驅(qū)動(dòng)裝置15中液壓缸的活塞桿與手臂7的肩部相鉸接。手臂擺動(dòng)的最大角度為100，最大擺角的角平分線與地平面垂直，手臂轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為90/s。圖2.5平移機(jī)構(gòu)為保證手臂7擺動(dòng)時(shí)手腕8在空間位置的固定性，采用一種專用平移機(jī)構(gòu)，它由手臂的上鉸鏈中齒輪副Z17/Z18齒輪條16以及手臂下鉸鏈中同樣的齒輪副Z19/Z20所組成，并且上齒輪Z17，裝在手臂的擺動(dòng)軸上，而下齒輪Z20裝在手腕8的轉(zhuǎn)動(dòng)軸上。若上齒輪Z17保持不動(dòng)，則在手臂擺動(dòng)時(shí)，手腕8的軸將保持在空間的固定位置。（3）手腕的擺動(dòng)(相對(duì)縱軸的轉(zhuǎn)動(dòng))如圖2.5，手腕相對(duì)其縱軸的轉(zhuǎn)動(dòng)的液壓驅(qū)動(dòng)裝置包括液壓馬達(dá)10和傳動(dòng)比為17/3015/3015/54的三級(jí)減速器。手腕擺動(dòng)的最大角度為90，其軸線是其最大擺角的角平分線，手臂轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為90/s。圖2.5手腕和夾持器控制原理圖（4）手腕的轉(zhuǎn)動(dòng) 手腕的轉(zhuǎn)動(dòng)由隨動(dòng)閥控制，其壓桿17的滾輪沿裝在手腕轉(zhuǎn)動(dòng)部分法蘭上的靠模滾動(dòng)，按所需的轉(zhuǎn)角(90或者180)來(lái)選擇杠桿17軸的位置。（5）夾持器的控制 如圖2.5所示，夾持器9鉗口的驅(qū)動(dòng)裝置為液壓缸12，其活塞桿與夾持器的夾緊機(jī)構(gòu)拉桿相連。第三章 小車傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì) 3.1總體方案的確定3.1.1 傳動(dòng)方式的確定目前機(jī)械設(shè)備減速器中常見(jiàn)的傳動(dòng)方式主要有四種：帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、蝸桿傳動(dòng)。（1）帶傳動(dòng)：撓性傳動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳動(dòng)平穩(wěn)、價(jià)格低廉和緩沖吸振等特點(diǎn)，傳動(dòng)中有彈性滑動(dòng)，傳動(dòng)比不能保持恒定，傳動(dòng)中心距較大，有些類型的帶傳動(dòng)，傳動(dòng)中不產(chǎn)生震動(dòng)，但傳遞功率較小。（2）鏈傳動(dòng)：撓性傳動(dòng)，與摩擦型帶傳動(dòng)相比，鏈傳動(dòng)無(wú)彈性打滑和整體打滑現(xiàn)象，但其瞬時(shí)速度不均勻，傳動(dòng)比不能保持恒定，傳動(dòng)速度較低，有沖擊，動(dòng)載和噪聲。（3）齒輪傳動(dòng)：適用功率和速度范圍廣，效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、適用于近距離的傳動(dòng)，瞬時(shí)傳動(dòng)比穩(wěn)定、工作可靠、壽命長(zhǎng)。但其對(duì)制造和安裝精度要求較高，成本較高，無(wú)過(guò)載保護(hù)作用。（4）蝸桿傳動(dòng)：傳動(dòng)比大、結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲小。但其摩擦損失較大，傳動(dòng)效率低，不適用于低速大功率傳動(dòng)。且其制造和安裝精度要求也高，成本較高。與齒輪傳動(dòng)相比，帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)都沒(méi)有確定的瞬時(shí)傳動(dòng)比，而蝸桿差傳動(dòng)效率低，摩擦損失傳遞功率且為傳動(dòng)帶來(lái)危害。結(jié)合機(jī)器人的設(shè)計(jì)參數(shù)要求，機(jī)器人定位精度要求高，故應(yīng)該選擇傳動(dòng)比準(zhǔn)確可靠的傳動(dòng)；綜上所述，本次減速器設(shè)計(jì)傳動(dòng)方式選擇最穩(wěn)定可靠齒輪傳動(dòng)為小車傳動(dòng)裝置的減速器的傳動(dòng)方式。而對(duì)于齒輪傳動(dòng)，常用于減速器的常見(jiàn)齒輪類型有直齒圓柱齒輪，斜齒圓柱齒輪，圓錐齒輪。因?yàn)椴恍枰貍鬟f方向的改變，所以不需要使用使用圓錐齒輪，而斜齒圓柱齒輪與直齒圓柱齒輪相比，斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)時(shí)有軸向分力，傳遞效率不如直齒圓柱齒輪。所以，選擇直齒圓柱齒輪。 3.2傳動(dòng)方案的確定3.2.1 傳動(dòng)比的確定圖3.1減速器的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖減速器的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖如圖3.1所示，液壓馬達(dá)經(jīng)減速器后，在減速器輸出軸通過(guò)模數(shù)m=2.5，齒數(shù)z=24的齒輪5與齒輪齒條6連接。已知小車驅(qū)動(dòng)力F=2000N，小車由型號(hào)為JM21-D0.02的液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，傳動(dòng)的最大位移速度V=0.8m/s。表3.1 液壓馬達(dá)參數(shù)由表3.1可知，液壓馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)速為，又已知小車傳動(dòng)最大的位移速度。由此可知與齒輪條4嚙合的齒輪5的線速度。已知齒輪5的模數(shù)m=2.5,齒數(shù)z=24,所以可知齒輪5的半徑齒輪5的轉(zhuǎn)速所以減速器的總傳動(dòng)比為了不超過(guò)液壓馬達(dá)的額定轉(zhuǎn)速，取減速器總傳動(dòng)比擬定初級(jí)傳動(dòng)比=3.3，二級(jí)傳動(dòng)比為1.183.2.2減速器相關(guān)數(shù)據(jù)的計(jì)算（1）各傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速軸: 軸: （2）各軸的功率液壓馬達(dá)輸出功率，分別為軸承，齒輪傳動(dòng)，齒條傳動(dòng)的效率，分別取=0.99，=0.98，=0.97。軸:軸:（3）各軸的轉(zhuǎn)矩 液壓馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)矩軸:軸:表3.2 減速器各數(shù)據(jù)項(xiàng)目 液壓馬達(dá)軸軸轉(zhuǎn)速(r/min)1000303.03 256.80 功率(kw)1.77轉(zhuǎn)矩(Nm) 16.90Nm 54.12Nm 61.96Nm 傳動(dòng)比 3.3 1.18效率 0.97 0.97 3.3減速器齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算3.3.1 高速軸齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算1.選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù)（1）根據(jù)之前傳動(dòng)方式的選擇，選用直齒圓柱齒輪。（2）機(jī)器人要求傳動(dòng)平穩(wěn)，速度不高，選用7級(jí)精度(GB 1009588)。（3）材料選擇。由機(jī)械設(shè)計(jì)表10-1，選擇小齒輪材料為40Gr(調(diào)質(zhì))，硬度為280HBS，大齒輪材料為45鋼(調(diào)質(zhì))，硬度為240HBS，二者材料硬度差為40HBS。（4）初選小齒輪齒數(shù)=20，大齒輪齒數(shù)。2.按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)（1）由設(shè)計(jì)計(jì)算公式3.1進(jìn)行試算 (式3.1)（2）選定載荷系數(shù)=1.3（3）小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩（4）由機(jī)械設(shè)計(jì)表10-7,選取齒寬系數(shù)=0.5（5）由機(jī)械設(shè)計(jì)表10-6表查得材料的彈性影響系數(shù)=189.8M（6）由機(jī)械設(shè)計(jì)圖10-21d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限；大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限。（7）由機(jī)械設(shè)計(jì)10-13計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)（8）由機(jī)械設(shè)計(jì)圖10-19取接觸疲勞系數(shù)；。（9）計(jì)算接觸疲勞許應(yīng)力。取失效概率為1，安全系數(shù)S=1，3.計(jì)算（1）試計(jì)算小齒輪分度圓直徑,代入中較小的值。 計(jì)算圓周速度計(jì)算齒寬（2）計(jì)算齒寬與齒高之比模數(shù) （3）計(jì)算載荷系數(shù)，根據(jù)v=1.8m/s,7級(jí)精度，由機(jī)械設(shè)計(jì)圖10-8查得動(dòng)載荷系數(shù)，直齒輪=1 由機(jī)械設(shè)計(jì)表10-2查得使用系數(shù)由機(jī)械設(shè)計(jì)表10-4查得7級(jí)精度，小齒輪相對(duì)支撐做懸臂布置時(shí)。由，查機(jī)械設(shè)計(jì)圖10-13得;故載荷系數(shù)（4）按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑（5）計(jì)算模數(shù)4按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)由式10-5，（1）由圖10-20c查得，小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限，大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限。（2）由圖10-18查得彎曲疲勞強(qiáng)度壽命系數(shù)，（3）計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力取彎曲疲勞安全系數(shù)S1.4，由式10-12得（4）計(jì)算大小齒輪的大齒輪的數(shù)據(jù)大設(shè)計(jì)計(jì)算對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法面模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法面模數(shù)，取2.0mm，已可滿足彎曲強(qiáng)度。但為了同時(shí)滿足接觸疲勞強(qiáng)度，須按接觸疲勞強(qiáng)度算得的分度圓直徑來(lái)計(jì)算應(yīng)有的齒數(shù)。為了避免因齒輪齒數(shù)過(guò)小而發(fā)生根切，所以小齒輪齒數(shù)應(yīng)取20-40，所以取小齒輪齒數(shù)=20。這樣設(shè)計(jì)出來(lái)的齒輪傳動(dòng)，既滿足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度，又滿足了齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，并且做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費(fèi)。5齒輪幾何尺寸的計(jì)算（1）計(jì)算分度圓直徑（2）計(jì)算中心距（3）計(jì)算齒寬 取3.3.2 低速軸齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算1.選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù)（1）選用直齒圓柱齒輪。（2）機(jī)器人要求傳動(dòng)平穩(wěn)，速度不高，選用7級(jí)精度(GB 1009588)。（3）材料選擇。為減少加工工藝和工序，降低制造成本，同一減速器大小齒輪的結(jié)構(gòu)和材料應(yīng)選擇一致。故選擇小齒輪材料為40Gr(調(diào)質(zhì))，硬度為280HBS，大齒輪材料為45鋼(調(diào)質(zhì))，硬度為240HBS，二者材料硬度差為40HBS。（4）初選小齒輪齒數(shù)=40，大齒輪齒數(shù)。2.按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)（1）由設(shè)計(jì)計(jì)算公式3.1進(jìn)行試算 (式3.1)（2）選定載荷系數(shù)=1.3（3）小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩（4）由機(jī)械設(shè)計(jì)表10-7,選取齒寬系數(shù)=0.5（5）由機(jī)械設(shè)計(jì)表10-6表查得材料的彈性影響系數(shù)=189.8M（6）由機(jī)械設(shè)計(jì)圖10-21d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限；大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限。（7）由機(jī)械設(shè)計(jì)10-13計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)（8）由機(jī)械設(shè)計(jì)圖10-19取接觸疲勞系數(shù)；。（9）計(jì)算接觸疲勞許應(yīng)力。取失效概率為1，安全系數(shù)S=1，3.計(jì)算（1）試計(jì)算小齒輪分度圓直徑,代入中較小的值。 計(jì)算圓周速度計(jì)算齒寬（2）計(jì)算齒寬與齒高之比模數(shù) （3）計(jì)算載荷系數(shù)，根據(jù)v=1.17m/s,7級(jí)精度，由機(jī)械設(shè)計(jì)圖10-8查得動(dòng)載荷系數(shù)，直齒輪=1 由機(jī)械設(shè)計(jì)表10-2查得使用系數(shù)由機(jī)械設(shè)計(jì)表10-4查得7級(jí)精度，小齒輪相對(duì)支撐做懸臂布置時(shí)。由，查機(jī)械設(shè)計(jì)圖10-13得;故載荷系數(shù)（4）按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑（5）計(jì)算模數(shù)4按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)由式10-5，（1）由圖10-20c查得，小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限，大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限。（2）由圖10-18查得彎曲疲勞強(qiáng)度壽命系數(shù)，（3）計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力取彎曲疲勞安全系數(shù)S1.4，由式10-12得（4）計(jì)算大小齒輪的大齒輪的數(shù)據(jù)大設(shè)計(jì)計(jì)算對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法面模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法面模數(shù)，取2.0mm，已可滿足彎曲強(qiáng)度。但為了同時(shí)滿足接觸疲勞強(qiáng)度，須按接觸疲勞強(qiáng)度算得的分度圓直徑來(lái)計(jì)算應(yīng)有的齒數(shù)。按實(shí)際載荷計(jì)算模數(shù)時(shí)，m=1.99，所以取小齒輪齒數(shù)=45這樣設(shè)計(jì)出來(lái)的齒輪傳動(dòng)，既滿足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度，又滿足了齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，并且做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費(fèi)。5齒輪幾何尺寸的計(jì)算（1）計(jì)算分度圓直徑（2）計(jì)算中心距（3）計(jì)算齒寬 取3.4傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)計(jì)算3.4.1 傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)1.傳動(dòng)軸=，轉(zhuǎn)速=，轉(zhuǎn)矩=2求作用在齒輪上的力高速大齒輪: 低速小齒輪: 3初定軸的最小直徑 選軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)表15-3，取，于是由式15-2初步估算軸的最小直徑這是安裝軸承處軸的最小直徑軸的結(jié)構(gòu)布局如下圖所示圖3.2 軸的結(jié)構(gòu)布局4.軸的受力分析、彎距的計(jì)算(1)計(jì)算支承反力：在水平面上 在垂直面上： 故 總支承反力：（2) 計(jì)算彎矩在水平面上：在垂直面上： 故 計(jì)算轉(zhuǎn)矩并作轉(zhuǎn)矩圖6作受力、彎距和扭距圖圖3.3 軸的受力、彎矩、扭矩圖7按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 由合成彎矩圖和轉(zhuǎn)矩圖知，2處當(dāng)量彎矩最大，并且有較多的應(yīng)力集中，為危險(xiǎn)截面根據(jù)式15-5，并取 由表15-1查得，校核安全。3.4.2 傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)1.傳動(dòng)軸=，轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)矩2第三軸上齒輪受力3初定軸的直徑軸的材料同上。由式15-2，初步估算軸的最小直徑mm4軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)擬定軸的結(jié)構(gòu)和尺寸（見(jiàn)下圖）圖3.4 軸的結(jié)構(gòu)布局5.軸的受力分析、彎距的計(jì)算（1）計(jì)算支承反力在水平面上 在垂直面上 故（2）計(jì)算彎矩水平面彎矩在C處，在B處，垂直面彎矩在C處 （3）合成彎矩圖在C處 在B處，（4）計(jì)算轉(zhuǎn)矩，并作轉(zhuǎn)矩圖 (CD段)6作受力、彎距和扭距圖圖3. 5 軸受力彎矩扭矩8按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 由合成彎矩圖和轉(zhuǎn)矩圖知，B處當(dāng)量彎矩最大，并且有較多的應(yīng)力集中，為危險(xiǎn)截面根據(jù)式15-5并取由表15-1查得，校核安全。3.3.4 潤(rùn)滑和密封 1潤(rùn)滑方式的選擇因?yàn)榇俗兯倨鳛殚]式齒輪傳動(dòng)，又因?yàn)辇X輪的圓周速度V12m/s，所以采用將大齒輪的輪齒浸入油池中進(jìn)行浸油潤(rùn)滑?？紤]到高速級(jí)大齒輪可能浸不到油，所以在大齒輪下安裝一小油輪進(jìn)行潤(rùn)滑。軸承利用大齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)把油濺到箱壁的油槽里輸送到軸承機(jī)型潤(rùn)滑。2密封方式的選擇由于I，II軸與軸承接觸處的線速度，所以采用氈圈密封。3潤(rùn)滑油的選擇因?yàn)樵摐p速器屬于一般減速器，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可選用工業(yè)齒輪油N200（SH0357-92）。第四章 總結(jié)通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，讓我對(duì)工業(yè)機(jī)器人這一課題有了更深入的了解，從工業(yè)機(jī)器人的類型，到工業(yè)機(jī)器人的工作方式以及工業(yè)機(jī)器人整體和結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)都有了一定的了解。工業(yè)機(jī)器人是一門(mén)內(nèi)容豐富的學(xué)科，現(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)已經(jīng)進(jìn)入了工業(yè)機(jī)器人時(shí)代，所以學(xué)習(xí)和研究工業(yè)機(jī)器人是結(jié)合機(jī)械專業(yè)與實(shí)際應(yīng)用不錯(cuò)的途徑。工業(yè)機(jī)器人的設(shè)計(jì)中，包括了機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械原理、液壓傳動(dòng)、機(jī)械公差、機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)、機(jī)械工程材料等機(jī)械專業(yè)主要專業(yè)課程的知識(shí)點(diǎn)，完成這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，也讓我很好的復(fù)習(xí)和深入學(xué)習(xí)了這些課程。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)還包括了工業(yè)機(jī)器人整體圖和傳動(dòng)裝置裝配圖和主要零件圖的繪制，總的繪圖工作量達(dá)到了2.5張A0圖紙。機(jī)器人整體圖和傳動(dòng)裝置裝配圖和主要零件圖的繪制對(duì)我的繪圖和讀圖能力也有了一個(gè)很大的提升?？偟膩?lái)說(shuō)，通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，不僅讓我結(jié)合主要專業(yè)課程完成了一次課堂知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用，也讓我認(rèn)識(shí)到了機(jī)械設(shè)計(jì)這個(gè)專業(yè)知識(shí)的廣袤和自己的不足，這將督促我繼續(xù)不斷的學(xué)習(xí)，來(lái)提高和充實(shí)自己。參 考 文 獻(xiàn)1 濮良貴，紀(jì)名剛，陳國(guó)定. 機(jī)械設(shè)計(jì)(第八版). 北京：高等教育出版社，2012 2 潘存云，尹喜云，林國(guó)湘. 機(jī)械原理(第二版). 長(zhǎng)沙：中南大學(xué)出版社，20133 肖銀鈴，朱 靜，陸瑞紅. 機(jī)械制圖(第六版). 北京：高等教育出版社，20074 關(guān)慧貞，馮辛安，黃玉美. 機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20095 王積偉，章宏甲，黃 誼. 液壓傳動(dòng)(第二版). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20106 索羅門(mén)采夫，干東英，安永辰. 工業(yè)機(jī)器人圖冊(cè). 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社，19937 李必文，胡華榮. 機(jī)械精度設(shè)計(jì)與檢測(cè)(第二版). 長(zhǎng)沙：中南大學(xué)出版社，20128 高為國(guó)，鐘利萍，夏卿坤. 機(jī)械工程材料(第二版). 長(zhǎng)沙：中南大學(xué)出版社，20129 高 志，黃純穎，盧 廣. 機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)(第二版). 北京：高等教育出版社，201010 劉小年，唐開(kāi)明，龔伶俐. AutoCAD計(jì)算機(jī)繪圖基礎(chǔ). 長(zhǎng)沙：湖南大學(xué)出版社，2010致 謝從這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的選題，到搜集資料，進(jìn)行正式的開(kāi)始設(shè)計(jì)，計(jì)算和繪圖以及其中的反復(fù)修改到最后的定稿，這段時(shí)間是我大學(xué)四年最忙碌但也是最充實(shí)的一段時(shí)光。雖然整個(gè)過(guò)程中伴隨著彷徨、喜悅和苦惱，但這也將是我大學(xué)最美的一段回憶。我要感謝我的指導(dǎo)老師廖先祿老師，感謝老師從選題到設(shè)計(jì)，到修改和定稿這一段時(shí)間孜孜不倦的輔導(dǎo)。我專業(yè)基礎(chǔ)不是很好，有些問(wèn)題可能比較基礎(chǔ)和簡(jiǎn)單，但老師每次都是有問(wèn)必答，并且愿意為我詳細(xì)的講解和輔導(dǎo)。老師認(rèn)真負(fù)責(zé)的態(tài)度也很好的督促我們完成了這次設(shè)計(jì)。我還要感謝姚果同學(xué)，這次設(shè)計(jì)，我們選的是同一個(gè)類型的題目，所以在完成設(shè)計(jì)的過(guò)程中，有不懂的地方，我也會(huì)和姚果同學(xué)一起探討。姚果同學(xué)比我基礎(chǔ)要好，專業(yè)知識(shí)更扎實(shí)，感謝姚果同學(xué)一直以來(lái)的照顧和指導(dǎo)。我還要感謝機(jī)六的所有同學(xué)，整個(gè)學(xué)期，大家在一起討論，互幫互助，相互鼓勵(lì)和學(xué)習(xí)，也讓我有了很大的進(jìn)步。- 41 -