汽车挡风玻璃自动装配机构设计 - 图文

摘要

装配机器人现在已经在工业生产中扮演着一个重要的角色。本文针对汽车装配行业的生产使用要求，同时结合机器人的发展情况，对用于装配汽车玻璃的机器人的结构进行了设计说明。本次设计基于机器人结构紧凑、工作可靠、结构简单、易于装配和控制的设计原则，对机器人的手部、腕部、小臂、大臂、底座的结构分别进行了设计和强度校核。该机器人可以在微机的控制下通过编程，驱动直流司服电机工作，进而带动各关节的运动，实现对汽车玻璃的准确装配。

本文对汽车装配机器人进行了较全面的设计，对机械系统的各部分的系统结构进行了详细的介绍和设计，并对系统的通用性、可靠性以及经济性进行了分析。

关键词：谐波减速器 装配机器人 喷气式吸盘 自由度

I

Abstract

In industry, the robot assembles now already play a char- acter of an important role.This text aims at requests of usage and profession of the production in the car assemble, And joining together the development circumstance of the combina- tine designed a robot construction useding for assembling cars the vitreous at the same time.This design according to the principle of construction tightly packed, working dependable, the construction simple and apting to design,assembling with the control, proceededing the design with the construction of the bottom respectively to the hand, wrist a conjunction for, small arm with big and brachial conjunction, big arm with bottom of the robot.The robot of this design under the control of the tiny machine can pass to weave the distance, driving the direct current department an electrical engineering work, then arousing the sport of each joint, realizing to the vitr- eous and accurate assemble in car.

This text assembles to the car the design that robot proceeded more completely, proceeded the detailed introduc- tion to each part of systems construction of the machine system with design, and proceeded the analysis to the in general use, dependable and economic of the system.

Key words :Overtone reduction gear The robot of assemble

The type sucker of blowing out gas Free degree

II

目录

摘要 .................................................... I ABSTRACT ............................................... II 第1章 绪论 ............................................. 1 1.1机器人的概念 ........................................ 1 1.2装配机器人的结构 .................................... 1 1.3选题背景 ............................................ 2 1.3.1装配机器人的发展 ................................ 2 1.3.2 装配机器人的发展方向 ............................ 3 1.4 装配机器人研究的意义 ............................... 3 第2章 装配机器人的总体设计方案 ......................... 4 2.1 设计目标和研究内容 ................................. 4 2.2设计方案 ............................................ 5 2.2.1运动方案的确定 .................................. 5 2.2.2传动方式的选择 .................................. 5 2.2.3驱动电机的选择 .................................. 6 第3章 装配机器人各部分的结构设计 ....................... 6 3.1 基本设计参数 ........................................ 6 3.2 载荷的初步确定 ...................................... 7 3.3手部结构的设计 ...................................... 7 3.3.1手部的分类及工作原理 ............................ 7 3.3.2末端执行器的设计要求 ............................ 8 3.3.3吸盘吸力的计算 .................................. 8 3.3.4吸盘式手爪结构的确定 ............................ 9 3.3.5手部及载荷总体质量的确定 ........................ 9 3.4腕部的结构设计 ..................................... 10 3.4.1腕部的概况及设计要求 ........................... 10 3.4.2腕部结构的确定 ................................. 10

a

3.4.3驱动电机的选择 ................................. 11 3.4.4锥齿轮的设计计算 ............................... 14 3.4.5轴的强度校核 ................................... 19 3.4.6传动同步带的选择 ............................... 24 3.5手臂的结构设计 ..................................... 26 3.5.1手臂的设计要求 ................................. 26 3.5.2小臂的结构确定 ................................. 26 3.5.3电机的选择 ..................................... 26 3.5.4联轴器的选择 ................................... 29 3.5.5传动同步带的选择 ............................... 29 3.5.6轴的校核 ....................................... 30 3.5.7小臂的强度校核 ................................. 33 3.6大臂的结构设计 ..................................... 34 3.6.1大臂的结构确定 ................................. 34 3.6.2驱动电机的选择 ................................. 35 3.6.3平衡汽缸的选择 ................................. 36 3.7底座的结构设计 ..................................... 37 3.7.1底座的结构确定 ................................. 37 3.7.2电机的选择 ..................................... 38 3.7.3传动直齿轮的设计 ............................... 39 第4章 装配机器人的使用和维护 .......................... 41 4.1使用规程 ........................................... 41 4.2维护和保养 ......................................... 42 第5章 经济分析 ........................................ 42 第6章 致谢 ............................................ 44 结论 ................................................... 44 参考文献 ............................................... 45 附录1 .................................................. 46 基本行为的隐含设计及其在机器人足球系统中的应用 ......... 46

b

附录2 .................................................. 55 BEHAVIOR-BASED IMPLICIT PLANNING METHODAND ITS APPLICATION TO ROBOT SOCCER SYSTEM .................................... 55 附录3 .................................................. 68 机器人参数的初步确定 ...................................

c

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第1章 绪论

1.1机器人的概念

机器人是一种自动化的机器，所不同的是这种机器具备一些与人或生物相似的智能能力，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力，是一种具有高度灵活性的自动化机器。在研究和开发未知及不确定环境下作业的机器人的过程中，人们逐步认识到机器人技术的本质是感知、决策、行动和交互技术的结合。随着人们对机器人技术智能化本质认识的加深，机器人技术开始源源不断地向人类活动的各个领域渗透。结合这些领域的应用特点，人们发展了各式各样的具有感知、决策、行动和交互能力的特种机器人和各种智能机器，如移动机器人、微机器人、水下机器人、医疗机器人、军用机器人、空中空间机器人、娱乐机器人等。对不同任务和特殊环境的适应性，也是机器人与一般自动化装备的重要区别。这些机器人从外观上已远远脱离了最初仿人型机器人和工业机器人所具有的形状，更加符合各种不同应用领域的特殊要求，其功能和智能程度也大大增强，从而为机器人技术开辟出更加广阔的发展空间。

细分析以上定义，可以看出，针对同一对象所做的定义，其内涵有很大的区别。虽然现在还没有一个严格而准确的普遍被接受的机器人定义，但我们还是希望能对机器人做某些本质性的把握：

首先，机器人是机器而不是人，它是人类制造的替代人类从事某种作业的工具，它只能是人的某些功能的延伸，在某些方面，机器人可具有超越人类的能力，但从本质上说机器人永远不可能全面超越人类。

其次，机器结构上具有一定的仿生性。很多工业机器人模仿人的手臂或躯体结构，以求动作的灵活。海洋机器人则在一定程度上模仿的鱼类结构，以期得到最小的水流阻力。

第三，现代机器人是一种机电一体化的自动装置，其典型特征之一是机器人受微机控制，具有（重复）编程控制的功能。

1.2装配机器人的结构

机器人一般可理解为：一种可编程的通过自动控制去完成某些操作和移动作业的机器。机器人的一般结构框图如图：（图1-1）

机器人整机，基本上由两部分组成，一是操作机，一是控制装置，操作机是机器人的本体结构，包括：基座、驱动器或驱动单元、手臂、手腕、末端执行器、行走机构以及安装在操作机上的各种感受装置等。控制装置一般包括计算机控制系统、司服驱动系统、电源装置以及与操作者联系的装置等。

驱动器或驱动单元是机器人的动力执行机构，根据动力源的类别不同，可分为电机驱动，液压驱动和气动驱动三类。电动驱动在多数情况下采用直流、交流司服电机，也可采用力矩电机、步进电机等。

手臂和手腕是机器人操作机中的基本部件，它由旋转运动和往复运动的机构组成。其结构形式是多种多样的，但多数机器人的手臂和手腕是由关节和杆件构成的空间机构，一般有3—10个自由度组成，工业机器人一般有3—6个

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自由度，由于机器人具有多自由度手臂、手腕的机构，使操作运动具有通用性和灵活性，这也是区别于一般自动机的特点。

末端执行器是机器人手腕末端机械接口所连接的直接参与作业的机构，如夹持器，焊钳，焊枪，喷枪或其他作业工具，传感器等。

行走装置分轮式、履带式和步行式等几种，也可用采用螺旋桨式或其他形式的推进机构，工业机器人多采用轮式机构。

1.3选题背景

1.3.1装配机器人的发展

1.世界装配机器人的发展状况

从装配机器人的推广应用角度来看，机器人的发展大致经历了技术发展和探索的“起步”阶段，在技术有所突破之后的“推广”应用阶段和被产业界接受之后的“普及”阶段，只不过因为各个国家情况不同，机器人发展过程中这三个阶段的时间先后和各阶段时间的长短并不一样，下面两个图说明了一些国家的机器人的发展情况。可以看出，中国的机器人技术和机器人应用水平总体上还处于很落后的状态。

各国机器人的发展阶段表：

表1-1 各国机器人的发展阶段表 国别 A B C 美国 1966 1973 1982 日本 1971 1974 1979 瑞典 1970 1980 1990 中国 1983 1995 ？

机器人数量如图：（图1-1）

图1-1 各国机器人的数量

2.装配机器人在中国的发展情况

我国在上世纪七十年代就开是装配机器人的研究工作，由于种种原因，机器人技术研究及应用推广十分缓慢。直到九十年代，情况才有所好转。早期的“863”计划已经把机器人技术作为重要的攻关内容。到目前为止，我国在机

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器人的技术研究方面已经相继取得了一些重要成果，在某些技术领域已经接近国际前沿水平。但从总体上看，我国在智能机器人方面的研究可以说还是刚刚起步，机器人传感技术和机器人专用控制系统等方面的研究还比较薄弱。另外在机器人的应用方面，我国就显得更为落后。

值得一提的是，最近几年，我国在汽车、电子行业相继引进了不少生产线，其中就有不少配套的机器人装置。 另外，国内的一些大专院校和科研单位也购买了一些国外的机器人，这些“洋机器人”的引入，也为我国在相关领域的研究工作提供了许多借鉴。

1.3.2 装配机器人的发展方向

机器人技术涉及很多科学领域，是多学科综合交叉的边缘学科，机器人技术的发展依赖于很多相关技术的进步。

首先，从技术角度而言，智能化无疑是一个重要的发展方向。智能机器人的高境界应该是使之具有与人类类似的逻辑推理和问题求解能力，面对非结构性的复杂环境和任务，能够自主寻求解决方案并加以执行。

其次，从应用的角度来说，产业领域更多地体现出多机协调作业的特征，这是现代生产规模不断扩大所决定的。在大型生产线上，往往是很多机器人共同完成一个生产过程，因而每一个机器人的控制就不单纯是自身的控制问题，还需要多机协调。

再者，标准化工作是一项十分重要而艰巨的任务。不同厂家生产的机器人相互之间很难进行部件互换，这给机器人的使用、维护和更新换代带来了很大的麻烦。然而由于标准化工作会牵涉到各家公司的利益得失，因而近期很难形成技术上或零件上的世界标准。

最后，机器人的微型化也是一个重要的研究领域，微电子技术的发展，使得成千上万的电子元件在很小的空间内集成已经成为现实。受其启发，人们开始设想将微型传感器、微处理器、微执行机构等在极小的空间内进行集成，组成微型机电系统或微型机器人。

1.4 装配机器人研究的意义

机器人的应用已经涉及到工业、农业、林业、医疗、海洋探测、太空、娱乐等很多领域。一方面，机器人作为一种特殊的自动机器在工业领域几乎已经无所不在，很多大公司甚至把机器人作为一个新产业在抢占制高点；另一方面，科学家们正在让机器人更加人性化，给机器人赋予更多的智慧和情感。

机器人在生产中的应用，对提高劳动生产率，提高产品质量，改善劳动条件，提高企业的竞争能力和应变能力，促进新产业的建立和发展，改变劳动结构，以及促进相关学科的技术进步，均发挥了重大的社会效益和经济效益。

目前，在汽车装配行业中，人工已逐渐被自动化的生产线所取代，在挡风玻璃的装配中，由于汽车挡风玻璃宽大，人工不易安装和操作的特点，为适应时代的发展，减少工人的劳动强度和劳动量，节约劳动成本，改善工作环境，保证安全操作，促进文明生产。

随着机器人技术的不断发展和完善，以及机器人成本的进一步降低，可以预料，今后将开拓更多的机器人应用领域，尤其是在制造业以外的领域中，机

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器人将会有很好的应用前景。

第2章 装配机器人的总体设计方案

本章对汽车挡风玻璃自动安装机器人的工作模式、总体结构进行了分析与设计。结合具体的使用过程，对系统实现的功能和可靠性要求等方面进行了简要介绍。

2.1 设计目标和研究内容

本次设计的最终目的是在确保汽车挡风玻璃安全搬运的情况下，实现挡风玻璃准确安装的机器人自动化安装，实现汽车装配行业生产的完全自动化。在本次设计中，需要完成机器人各部分的结构设计和部分之间的准确连接；选择合适的传动方式和驱动电机，实现准确的传动精度和运行的平稳性；设计合理的末端执行器用以完成对玻璃的安全操作；选择合适的减速器在保证合适传动比的情况下，实现结构的紧凑。

其所要解决的主要问题是：三自由度腕部的结构设计，腕部的传动方法的结构设计；各部分的结构设计；在保证结构紧凑的情况下，各部分相互连接的结构设计；底座驱动的结构设计和各件的安装等。

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2.2设计方案

2.2.1运动方案的确定

根据主要的运动参数选择运动形式是结构设计的基础。常见机器人的运动形式有五种：直角坐标型、圆柱坐标型、极坐标性、关节型和SCARA型，同一种运动形式为适应不同生产工艺的需要，可采用不同的结构。所选用的运动形式，在满足需要的情况下，应使自由度最少、结构最简单。

在以上这些运动形式中，关节机器人由2个肩关节和1个肘关节进行定位，由2个或3个腕关节进行定向。其中，一个肩关节绕铅直轴线旋转，另一个肩关节实现仰俯。这两个肩关节正交。肘关节平行于第二个肩关节轴线。这种结构形式动作灵活，工作空间大，在作业空间内手臂的干涉最小，结构紧凑，占地面积小，关节上相对运动部位容易密封防尘。并考虑到汽车装配的工作环境和工作要求，本次设计选定机器人的运动形式为关节式机器人。其结构简图如下：（图2-1）

图 2-1 关节型机器人的结构简图

2.2.2传动方式的选择

传动机构用来把驱动器的运动传递到关节和动作部位。机器人中常用的传动机构有：齿轮传动、螺旋传动、皮带及链传动、流体传动和连杆机构与凸轮传动。

1. 齿轮传动

机器人中常用的齿轮传动机构是行星齿轮传动机构和谐波传动机构。电动机是高转速、小力矩的驱动器，而机器人通常却要求低转速、大力矩，因此，常用行星齿轮机构和谐波传动机构减速器来完成速度和力矩的变换和调节。此外，由于谐波传动的结构简单、体积小，重量轻、传动精度高、承载能力大、传动比大，且具有高阻尼特性。因此，在本次的设计中选用谐波传动。

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2. 皮带传动与链传动

皮带和链传动用于传递平行轴间的回转运动，或把回转运动转换成直线运动。机器人中的皮带和链传动分别通过皮带或链轮传递回转运动，有时还用来驱动平行轴之间的小齿轮。

由于齿形带具有在传动时无滑动，初始张力小，被动轴的轴承不易过载。因无滑动，它除了用做动力传动外还适用于定位。齿形带属于低惯性传动，适合于马达和高速比减速器之间使用。皮带上面安上滑座可完成与齿轮齿条机构同样的功能。并且惯性小，且有一定的刚度等优点，所以适合于机器人的机械传动。因此，在本次的设计中采用齿形带传动。

2.2.3驱动电机的选择

直流电机便于调速，且具有较好的机械特性，所以很早就用于机床主传动系统，以实现无级调速。但一般的直流电动机转动惯量过大，而且输出转矩相对过小，动态特性较差，尤其在低速运转条件下更为突出，因此不是很理想的伺服电机。

70年代研制成的大惯量调速伺服电动机，它在结构上采取了一些措施，尽量提高转矩，改善了动态特性，它既具有一般直流电动机的各项优点，又具有小惯量直流电动机的快速响应性能，易与较大的负载惯量匹配，能较好地满足伺服驱动的要求，因此在数控机床、工业机器人等机电一体化产品中得到了广泛的应用。

大惯量宽调速直流伺服电动机的特点： 1、电动机输出力矩大 2、电动机过载能力大 3、动态响应性能好 4、低速运转平稳 5、易于调试

由于直流伺服电机具有以上优点，因此在本次的设计中采用直流伺服电机作为驱动电机。

第3章 装配机器人各部分的结构设计

3.1 基本设计参数

1、结构形式：关节式 2、自由度数：6

3、驱动方式：直流伺服电机

4、各轴运动范围、 速度、 功率、 转矩（图2-1） 1轴：±135? 70?/s 0.604KW 125.82Nm 2轴：±60? 80?/s 0.647KW 134.86Nm

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3轴：±110? 102?/s 1.2KW 249.76Nm 4轴：±180? 110?/s 0.65KW 142.77Nm 5轴：±100? 100?/s 6.4KW 1534.22Nm 6轴：±180? 100?/s 5.53KW 1200.25Nm 5、最大持重：100Kg 6、环境温度：0～50?C

7、电源： 3相；380V/50Hz

3.2 载荷的初步确定

根据机器人的工作条件和工作对象，经对多种车辆前挡风玻璃的实际测量，和设计的通用性原则，取玻璃为矩形结构，其长a=1500mm，宽b=1000mm，厚度h=70mm，密度 ?=2.64g/cm3。由质量的计算公式：

m?abh? （3-1）

?100?150?0.7?2.64?30kg

因此，确定机器人的工作载荷为30kg

3.3手部结构的设计

3.3.1手部的分类及工作原理

手部按夹持原理分手指式和吸盘式，手指式和吸盘式按不同发方式又可进行分类：

1.手指式手爪

手指式手爪按夹持方式分外夹持式、内撑式、内夹持式。手指按运动形式可分为：回转型、平动型和平移型。

（1）回转型：

当手爪夹紧和松开物体时，手指作回转运动。当被抓取物体的直径大小变化时，需要调整手爪的位置才能保持物体的中心位置不变。

（2）平动型：

手指由平行四杆机构传动，当手爪夹紧和松开物体时，手指姿态不变，作平动和回转型手爪一样，夹持中心随被夹物体直径的大小而改变。

（3）平移型：

当手爪夹紧和松开工件时，手指作平移运动，并保持中心固定不变，不受工件直径变化的影响。

2.吸盘式手爪

它由吸盘、吸盘架及气路系统组成。可用于吸附平整光滑、不漏气的各种板材和薄壁零件，如玻璃、陶瓷等制品。

当吸盘内抽成负压时，吸盘外部的大气压力将把吸盘紧紧地压在被吸附的物体上。吸盘负压的产生方法有如下方法：

（1）挤压排气式

靠外力将吸盘皮碗压向被吸物体表面，吸盘内腔空气被挤压出去，形成内

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腔负压，吸盘从而吸住物体。这种方式所形成的吸力不大，而且也不可靠。

（2）真空泵排气式

当控制阀将吸盘与真空泵联通时，真空泵将盘内空气抽出，形成吸盘内腔负压，吸盘吸住物体，当控制阀将吸盘与大气联通时，吸盘失去吸力，被吸物体脱离吸盘。

（3）气流负压式

控制阀将来自气泵的压缩空气接通至喷嘴，压缩空气通过形成高速射流，吸盘腔内的空气被带走，在吸盘内腔形成负压，吸盘吸住物体。当控制阀切断通往喷嘴的压缩空气，并使吸盘内腔与大气相通，吸盘便释放物体。吸盘的吸力F要大于被吸附物体的重力，其所需吸盘的面积S，可用一个吸盘或数个吸盘实现。

3.3.2末端执行器的设计要求

机器人末端执行器是安装在机器人手腕上用于进行某种操作或作业的附加装置。机器人末端执行器的种类很多，以适应机器人的不同作业及操作要求。在设计机器人末端执行器时，应该注意事项：

1、 机器人的末端执行器是根据机器人的作业要求来设计的。根据作业的需要和人们的想象力而创造的新的机器人末端执行器，将不断扩大机器人的应用领域。

2.、机器人末端执行器的重量，被抓取物体的重量及操作力的总合不应超过机器人允许的负荷力。因此，要求机器人末端器重量轻、结构紧凑。

3、 机器人末端执行器的万能性与专用性是矛盾的。从工业实际出发，应着重开发各种各样专用的、高效的末端执行器，加之以末端执行器的快速更换装置，以实现机器人的多种多样的作业功能。

4、 通用性和完能性是两个概念，万能性是指一机多能的概念，而通用性是指功能有限的末端执行器，可适用于不同的机器人，这就要求末端执行器有标准的机械接口。

3.3.3吸盘吸力的计算

在本次设计中，末端执行器采用吸盘式手爪，吸盘采用喷气式吸盘，吸盘的吸力是由吸盘皮碗的内、外压力差造成的吸盘的吸力F可根据下式求得：

S1F?(P0?P) （3-2）

K1K2K3 f式中：P0 ——大气压力 N/cm2

P ——内腔压力 N/cm2

S ——吸盘负压腔在工件表面上的吸附面积 cm2 K1——安全系数，一般取K1=1.2--2 K2——工作情况系数，一般取K2=1—3 K3——姿态系数：

当吸盘表面处于水平位置时，取1

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1 f f为吸盘与被吸取物体的摩擦系数，

玻璃和橡胶的摩擦系数f=0.53。

已知载荷的重量G=300N，大气的压力为P0=1.01?105Pa，内腔压力在0.15—1Mpa之间，取P=0.2MPa。由以上条件计算吸盘的吸附面积S。

由公式（3-2）得：

1GK1K2K3?S

f(P0?P)1即： S?GK1K2K3

f(P0?P)11 ??300?1.5?2?0.53?(10?2)0.53 =400.5cm2

初步选定由四个吸盘完成玻璃的吊装，因此，所需每个吸盘的面积为 S=100.1 cm2，考虑到工作环境的变化，取每个吸盘的面积S=120 cm2。因此吸盘的直径D=12.36cm。取D=13.00cm，即D=130mm。

当吸附表面处于垂直位置时，取

3.3.4吸盘式手爪结构的确定

吸盘式手爪与机器人的连接采用标准法兰盘结构，支撑架与法兰盘的连接采用焊接结构。末端执行器的结构：图（3-1）

图3-1 末端执行器的结构

3.3.5手部及载荷总体质量的确定

考虑到在计算中的误差和工作中的不确定因素，机器人手爪和载荷的总体质量载荷的设定在100Kg。

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3.4腕部的结构设计

3.4.1腕部的概况及设计要求

腕部是臂部与手部的连接部件，起支撑手部和改变手部姿态的作用。为了使手部能处于空间任意方向，要求腕部能实现对空间三个坐标X、Y、Z的转动，即具有偏转、俯仰和回转三个自由度。手腕是机器人操作机的最末端，它与机器人手臂配合运动，实现机器人手腕上安装的末端执行器的空间运动轨迹与运动姿态，完成所需要的作业动作。

手腕按自由度个数可分为但自由度手腕，二自由度手腕和三自由度手腕。采用几个自由度的手腕应根据机器人的工作性能来确定。在有些情况下，腕部具有二个自由度：回转和俯仰或回转和偏转。一些专用机器人甚至没有腕部，但有的腕部为了特殊要求还有横向移动的自由度。其设计要求如下：

1、结构紧凑、重量轻。

2、动作灵活、平稳，定位精度高。 3、强度、刚度高。

4、设计合理的与臂和手部的连接部位以及传感器和驱动装置的布局和安装。

5、机器人手腕的自由度数，应根据作业需要来设计。

6、机器人腕部安装在机器人手臂的末端，在设计机器人手腕时，应力求减少其重量和体积，结构力求紧凑。并选用高强度铝合金制造。

7、机器人手腕要与末端执行器相连，因此，要有标准的连接法兰，结构上要便于装卸末端执行器。

8、机器人的手腕机构要有足够的强度和刚度，以保证力与运动的传递。 9、要设有可靠的传动间隙调整机构，以减少空回间隙，提高传动精度。 10、手腕各关节轴转动要有限位开关，并设置硬限位，以防止超限造成机器损坏。

3.4.2腕部结构的确定

在本次设计中，腕摆和腕转均采用齿形带传动和谐波减速器传动。腕部驱动电机与腕部分别安置在小臂关节轴的两端，使小臂达到质量平衡。

小臂和腕关节为4R机构，具有4个自由度，三个驱动电机均集中布置在小臂的后端，在其三个自由度的运动传动过程中，均采用了谐波减速器，其动力轮与传动轴和回转套联在一起，带动腕部的转动。这种传动方案的优点是：1、腕部尺寸较小，重量较轻；2、由于腕部属于3R球腕机构，故便于调整姿态，进行编程；3、因腕关节的两个驱动电机均放在小臂后端，有利于小臂自身的重力平衡；4、有利于迅速制动，保证安全。腕关节二个自由度的驱动电机为司服电机，为保证制动迅速，在电机输出轴上均装有电磁制动器；当电机不转动时，可保证关节轴牢固不动，以避免控制系统出错时发生危险。腕部结构图如下：图（3-2）

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图3-2 腕部结构简图

3.4.3驱动电机的选择

1.腕部输出轴驱动电机的选择 （1）载荷绕腕部各轴的转动惯量

①载荷绕Z轴如图（3-2）的转动惯量：

设定腕部Z轴的转动角速度为：w=100?/s=1.92rad/s=18.34r/min 载荷的整体尺寸为矩形。矩形绕中心轴的转动惯量计算如下式：

m Jz=(a2?b2) （3-3）

12100=(1?1.52)=27.08Kgm2 12②载荷绕Y轴如图（3-20）的转动惯量： 设定腕部绕Y轴的转动角速度为：

w=100?/s=1.92rad/s=18.34r/min

由平移轴定理得：载荷的转动惯量为

m Jy1?a2 （3-4）

12100 ??1.52?18.75Kgm2

12 Jy?Jy1?md2 （3-5）

?27.75Kgm2

因此，载荷绕Z轴的转动力矩为：（假定重心无偏移）

总力矩： Mq?Kf(Mm?Mp?Mg) （3-6）

f(N1D1?N2D2) （3-7） 2w惯性力矩： Mg?J （3-8）

t其中，Kf为载荷系数，f为摩擦系数，取：Kf?1.2，f=0.02，选择此处的

摩擦力矩： Mm?轴承为圆锥滚子轴承，轴承直径D1=D2=0.035m，

已知此轴的转速为：w=115.2rad/min=1.92rad/s，假设轴的加速过程为匀加速，取匀加速启动时间：t=0.5s

（2） 对轴进行受力分析

此轴受重力和两个轴承的支撑力的作用，其受力图如下：图（3-3）

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图3-3 输出轴的受力分析

根据轴的受力平衡得：

G?N1?N21000?N1?N2 ｛＝＞｛

1000*0.0369?N1?0.0517Gl1?Nl2N1?713.7N＝＞｛

N2?1731.7N由公式（3-7）得：

0.02Mm??(713.7?0.035?1713.7?0.035)?0.85Nm

2由公式（3-8）得：

1.92Mg?27.08??104Nm

0.5由公式（3-6）此轴总的驱动力矩是：

Mq?1.2?(Mm?Mg)

?1.2?(0.85?104)?125.82Nm

（3）电机的选择 选择直流伺服电机

Mw Pm?2?LPLP （3-9）

η式中：MLP 负载峰值力矩单位是Nm wLP 负载峰值转速单位是rad/s

η 传动效率 取η=0.8 所以：电机的所需功率是：

125.82?1.92P=2??603.94w

0.8选取电机的型号为：130SYX其额定功率为Pm=1.2Kw，额定转速n=3000r/min，约为n=314rad/s，额定转矩W=4Nm。

由输出轴的转速和电机的转速比为u=160，选取谐波减速器XB3100，其传动比u=160，输出转矩T=150Nm，输入功率P=0.524KW，最高输入转速n=3000r/min（半流体润滑脂）。

2.腕部摆动驱动电机的选择

Y轴是腕部的摆动轴，它在电机的驱动下，可以带动载荷绕Y轴的摆动。 （1）腕部自身相对于Y轴的转动惯量计算

设定腕部摆动的角速度w=100?/s=1.92rad/s=18.34r/min，把腕部看作一个绕Y轴转动的圆柱体，圆柱体的转动惯量计算公式如下：

1Jy?mR2 （3-10）

12初步估测腕部的质量m：

12

腕部圆柱体的几何尺寸：R=85mm，?=7.8g/m3，h=185mm

m??R2h?2m?3.14?8.5?18.45?7.8?32.5kg由公式（3-10）得：

1Jy??32.5?0.0852?0.019kgm2

12载荷绕Y轴的转动惯量：由平移轴定理得：

Jzy?J1?md2

载荷绕与Y轴平行自身轴的转动惯量J1：

mJ1?a2

12100 ??1.52?18.75kgm2

12md2?100?0.32?9kgm2

因此，在载荷对Y轴总的转动惯量为：

Jzy?J1?md2?27.75kgm2 所以作用在Y轴的总的转动惯量为：

J?Jzy?Jy?27.77kgm2

（2）力矩的计算

其所承受总的力矩：Mq?kf(Mm?Mg) （3-11）

f(N1D1?N2D2) （3-12） 2w惯性力矩： Mg?J （3-13）

t其中取：Kf?1.2，f=0.02，轴承选择深沟球轴承：轴承直径D1?D2?166mm

摩擦力矩： Mm?对轴进行受力分析得：图（3-4）

图3-4 腕部摆动轴的受力分析

摆动轴在载荷作用下的弯矩： M=mg?L 取载荷到摆动轴的作用力距： L=255mm，

则弯矩： M=1000?255=25500Nm=25.5Nm

N1?147.6mm=M ＝＞N1=1727.64N

因为轴主要受载荷的弯矩作用，且由轴承1和2承受，所以N1=N2 所以，由公式（3-11） （3-12） （3-13）得

13

Mm?0.02?(1727.64?0.166?2)?5.74Nm 21.92Mg?27.77??106.64Nm

0.5Mq?1.2(5.74?106.64)?134.86Nm

（3）电机的选择

电机的类型为直流司服电机，

?134.86?1.92?2??647.33w

0.8选取电机的型号为：130SYX其额定功率为Pm=1.2Kw，额定转速n=3000r/min 约为n=314rad/s，额定转矩W=4Nm。取传动比u=160，则所需输入力矩T=1.65Nm

由输出轴的转速和电机的转速比为u=160，选取谐波减速器XB3100，其传动比u=160，输出转矩T=150Nm，输入功率P=0.524KW，最高输入转速n=3000r/min（半流体润滑脂）。

Pm?(1.5??2.5)MLPwLP （3-14）

3.4.4锥齿轮的设计计算

1.腕部输出轴锥齿轮的设计计算

（1）锥齿轮各尺寸的计算

在锥齿轮的设计计算当中，以锥齿轮大端为标准值，以中径尺寸为计算量。

Zd设锥齿轮的传动比：ｕ＝2?2?tg?=1 ??45?

Z1d1分度圆直径d=74mm，模数m=2，

d齿数：z=?37

md2?2 （3-15） 锥距： R=

4=52.326（mm）

dR?0.5b平均分度圆直径： m? （3-16）

dRb传动齿宽系数： ?R? （3-17）

R其中?R=0.25—0.35取?R=1/3 齿宽取b=17mm

由公式（3-16）得：

dmR?0.5b=1-0.5?1/3=0.833 ?dR因此，锥齿轮的平均分度圆直径dm=d?0.833=61.64mm，锥齿轮的当量直齿圆柱齿轮的分度圆半径与平均分度圆直径：

14

dm （3-18） 2cos?61.64??43.586mm 2?cos45?因此，当量齿轮模数：mm?m(1?0.5?R)?2?(1?0.5?1/3)?1.67

dmrv?dv2r43.586?2?v??52 mmmm1.67zcos?1?1 取当量齿轮的齿数比：uv?2z1cos?2（2）锥齿轮的设计计算

2T圆周力： Ft?1 （3-19）

dm当量齿数： zv?垂直分度圆锥母线的力： F/?Fttg? 径向分力： Fr1?F/cos??Fa2 轴向力： Fa1?F/sin??Fr2

Ft?5773.4N cos?选取齿轮的齿合角?=20?， 已知作用在齿轮上的力矩T=125.8Nm

2?125.82因此， Ft??4082.414N

0.06164F/?Fttg20??1485.88N

法向载荷： Fn?Fr1?F/cos??1050.68N

Fa1?Fr1?1050.68N

①齿根弯曲疲劳强度计算：

KFYtFaYsa?F????F? （3-20）

bmm载荷系数K?KAKVK?K?， 其中KA=1.0， KV=1.12，KF?=KH?=1，

KF?=KH?=1.5?1.5=2.25

所以，K=1.0?1.12?1?2.25=2.52

查表得：齿形系数YFa=2.24（机械设计第197页） 应力校正系数Ysa=1.75 由公式（3-20）得：

m?34KTYFaYSa?R(1?0.5?R)z22u?1??F?2 4?2.52?125.82?103?2.24?1.75= 3112?(1?0.5?)?372?2?62033?0.56〈m=2

故齿轮的弯曲疲劳强度是安全的。 ②齿面接触疲劳强度计算：

设在正常工作情况下，工作齿宽为锥齿轮齿宽b=17mm。

15

?

2?Z?KT （3-21） d?2.923?E???????(1?0.5?)2uR?H?R

式中：弹性影响系数：ZE=189.8

材料的许用应力：?Hlim?1100Mp

齿轮的应力循环次数：N=60njLh

=60?18.34?1?（2?8?300?10）=5.28?107 接触疲劳寿命系数：KHN?1.03 齿轮的安全系数：S=1

1.03*1100?1133Mp ??H??1因此，由公式（3-21）得：

?189.8?2.52?125.82?10d1?2.92???1311133??(1?0.5?)23323

3317.07?10d1?2.9230.028??98.68mm0.23③锥齿轮的基本尺寸：

d98.68齿数： Z1?1??50

m2分度圆直径： d=Zm=50?2=100mm

2d?70.7mm 21齿宽： ?RR??70?23.57mm

32.腕部摆动传动锥齿轮的设计计算 （1）锥齿轮各尺寸的计算

初设原始条件：传动比u=1，椎角??45?，齿型角?n?20?

锥距： R?模数m=2，分度圆直径d=55mm

d齿数： z??28，

m分度圆直径取： d=56mm

u2?11?1?56??39.6mm 锥距： R?d22dR?0.5b平均分度圆直径： m? （3-22）

dRb1取齿宽系数： ?R?? （3-23）

R3所以， dm=0.833d=46.648mm

当量直齿轮分度圆半径r?：

16

dm46.648??32.985mm 2cos?22?2当量齿轮模数（平均模数）mm，当量齿数zv ：

r??dv2r2?32.985?v??39.5mm mmmm1.671mm?m(1?0.5?R)?2(1?0.5?)?1.67

3z当量齿轮的齿数比： uv?2?1

z1（2）锥齿轮的设计计算

齿轮传递的扭矩为： T=1.65Nm

2T2?1.65圆周力： Ft???70.74N

dm0.046648垂直于分度圆锥母线的力：

F/?Fttg20??70.74tg20??25.75N

zv???18.21N 径向分力： Fr?F/cos??Fa?25.75cos45N1?28.213NFa?F/sind?Fr?18.21N 轴向力：

N2??95.023NF发向载荷： Fn?t?75.28N

cos?①齿面接触疲劳强度的设计：

?ZE?KT3 （3-24） d?2.92????????(1?0.5?)2uR?H?R齿轮的弹性影响系数： ZE=189.8

材料的许用应力： ?Hlim?1100Mp

2齿轮应力循环次数： N=60njLh

=60?18.34?1?（2?8?300?10）=5.28?107 接触疲劳寿命系数： KHN?0.9 齿轮传动安全系数： S=1

0.9?1100???990MPa ?H?1载荷系数： K=2.772 由公式（3-24）得：

3?189.8?2.772?1.65?10d?2.92??26.3mm ?311990??(1?)236取d=56?26.3， 故齿轮的接触疲劳强度是安全的 ②轮齿弯曲强度设计计算：

4KTYFaYSa （3-25） m?3222?R(1?0.5?R)zu?1??F?2 17

载荷系数： K?KAKvK?K? 查表得： KA?1 动载荷系数： Kv?1.27

?1.5?2.25齿向载荷分布系数： K??1.5KH??1.5

齿间载荷分配系数： K??1.1

载荷系数： K=1?1.27?2.25?1.1=2.772

齿形系数： YFa?2.4 应力校正系数： YSa?1.625 弯曲疲劳强度极限： ?F?620MPa 由公式（3-25）得：

4?2.772?1.65?1032.4?1.625m???0.765

3112620(1?0.5?)?282?12?133因齿轮模数m=2?0.765，故齿轮的弯曲疲劳强度是安全的。 3.腕部输出轴转动第二锥齿轮的设计计算 已知同步带所传递的力矩：

Mq?η603.94?0.8T???1.54N （3-26）

?3.14初设初始参数：传动比为：u=1， 锥角：??45? 齿形角：?n?20? 模数；m=2

d44初设分度圆直径： d=44mm 则齿数Z???22

m2u2?12?44??31.113mm 锥距： R?d22dR?0.5b由公式： m?

dR平均分度圆直径：dm?0.833d?0.833?44?25.92mm

1齿宽： b?R?R?R?10.371mm

3当量直齿轮分度圆半径rv：

dm25.92??18.33mm

2cos?22?2当量齿轮模数mm 当量齿数zv：

5mm?m(1?0.5?R)?2??1.67

6d2?18.33zv?v??21.95

mm1.67（2）锥齿轮的设计计算

已知锥齿轮传递的力矩为： T=1.54Nm

2T2?1.54??52.03N 圆周力： Ft?dm0.0592rv?

18

垂直于分度圆锥母线的力：

F/?Fttg??52.03?tg20??18.94N

??13.393N 径向分力： Fr?F/cos??18.94cos45N 轴向力： Fa?F/sin??Fr?13.393F发向载荷： Fn?t?55.37N

cos?①齿面接触疲劳强度计算：

?Z?KT （3-27） d?2.923?E???????(1?0.5?)2uR?H?R弹性影响系数： ZE=189.8

2材料的许用应力： ?Hlim?1100Mp 应力循环次数： N=60njLh

=60?18.34?1?（2?8?300?10）=5.28?107 接触疲劳寿命系数： KHN?0.9

锥齿轮传动的安全系数：S=1

0.9?1100?990MPa ??H??1载荷系数： K=2.772 由公式（3-27）得：

3?189.8?2.772?1.54?10d?2.92??25.72mm ?3119902??(1?)36取d=44mm?25.72mm，所以锥齿轮的接触疲劳强度是安全的。 ②齿轮弯曲强度设计计算：

4KTYFaYSa （3-28） m?3222?R(1?0.5?R)zu?1??F?2载荷系数： K?KAKvK?K?=2.772 齿形系数： YFa?2.72 应力校正系数： YSa?1.57 弯曲疲劳强度极限应力：?F?620MPa 由公式（3-28）得：

4?2.772?1.54?1032.72?1.57m???0.906

3112620(1?0.5?)?222?12?133因齿轮的设计模数m=2?0.906，故齿轮的弯曲疲劳强度是安全的。

3.4.5轴的强度校核

1.腕部输出轴的强度校核

材料取45钢调质，直径取d=35mm，其受力图如下：图（3-5）

19

图3-5 腕部输出轴的受力简图

（1）在径向力作用下的受力分析：图（3-6）

图3-6 腕部输出轴在径向力作用下的受力分析

根据轴的手力平衡得：

N1?N2?Fr?G{ 42.91N?(37.585?42.91)G??137.585GN1?N2?1050.68?1000＝＞{

49.21N2?80.495?1050.68??137.585?1000N1?5126.66N＝＞{

N2??5177.34N（2）在圆周力作用下的受力分析：图（3-7）

图3-7 腕部输出轴在圆周力作用下的受力分析

由轴的受力平衡得：

N1?N2?Ft?0{ 37.585Ft?42.91N1N1?3575.798N＝＞{

N2??7658.212N（3）力矩图如下:图（3-8）

20

图3-8 腕部输出轴的力矩图

在轴承2处的和力矩为：

M?M12?M22 （3-29）

39489.982?153437.492?158437.75Nmm

按照第三强度理论对轴进行强度校核：

1?ca?M2?T2????1? （3-30）

W3222?ca?158437.75?12580?48.08MPa 3?d?ca?48.08MPa????1??60MPa

?

由上知，轴的最大作用应力小于材料的许用应力值，所以轴的强度是安全的。

2.腕部摆动第二锥齿轮轴的强度校核 对其进行受力分析得受力图：图（3-9）

图3-9 腕部摆动第二锥齿轮轴的受力图

其在径向力作用下的受力分析：图（3-10）

图3-10 腕部摆动第二锥齿轮轴径向力作用下的受力分析

21

根据轴的受力平衡原则得：

Fzr?N1?N2?Fdr?0{ 13.365Fzr?38.76N2?(44.28?38.76)Fdr?018.21?N1?N2?48.6?0＝＞{

18.21?19.365?38.76N2?4035.744?0N1?28.213N＝＞{

N2??95.023N轴在周向力作用下的受力分析：图（3-11）

图3-11 腕部摆动第二锥齿轮轴圆周力作用下的受力分析

根据轴的受力平衡得：

19.365Ft?38.76N2?0{ Ft?N1?N2?0N1??106.08N＝＞{

N2?35.34N其力矩图如下：图（3-12）

图3-12 腕摆第二锥齿轮轴的力矩图

在第一轴承作用点的和力矩为：

M?M12?M22 ?352.642?1369.882?1414.54Nmm

其和力矩小于第二轴承处的作用力矩T=2152Nmm，故选取第二轴承处的作用力矩作为轴承的校核力矩。

根据第三强度理论得：

22

?ca1M2?T2????1? （3-31） W32?ca?21522?16502?1.022MPa 3?d????1??60MPa计算应力小于材料的许用应力，故轴的强度是符合强度理

?ca?论的。

3.腕部输出第二锥齿轮轴的强度校核

轴的材料选用45钢调质，轴径定位d=25mm 轴的受力图如下：图（3-13） 图3-13 腕部输出轴第二锥齿轮轴的受力分析

其在径向力作用下的受力分析：图（3-14）

图3-14 腕部输出轴第二锥齿轮轴径向受力分析

根据轴的受力平衡原则：

F?N1?N2?Fr?0{ 29.84F?45.5N2?(29.52?45.5)Fr?045.34?N?N?13.393?0＝＞{

45.34?29.84?45.5N?1004.74?0N??83.76N＝＞{

N?51.82N圆周力作用下的受力分析：图（3-15）

图3-15 腕部输出轴第二锥齿轮轴周向受力分析

根据轴的受力平衡原则：

Ft?N1?N2?0{ 29.52Ft?45.5N1?0

23

＝＞{＝＞{

52.03?N1?N2?052.03?29.52?45.5N1?0N1?33.757NN2??85.787N

轴的力矩图：图（3-16）

图3-16 腕部输出轴第二锥齿轮轴的力矩图

作用在第二轴承处的和力矩是：

M?M12?M22 （3-32）

?1535.992?395.362?1586.01Nmm

根据第三强度理论得：

1?ca?M2?T2????1? （3-33）

W32?ca?31586.012?15402?1.44MPa，

?d?ca????1??60MPa，轴的计算应力小于材料的许用应力值，因此，轴的强度

是符合强度理论的

3.4.6传动同步带的选择

选择同步带的型号为L型，采用标准的带轮和标准 1.腕部摆动同步带的选择

初选标准带轮直径：d=84.89mm 传动比为： u=1

?dn3.14?84.89?3000所以带速： ????13.32m/s

60?100060?1000初定轴间距： a0=221mm

(d1?d2)2?带长： L0?2a0?(d1?d2)? （3-34）

24a0

24

3.14?84.89?2?708.55mm 2mm 标准节线长： LP?723.9因d1=d2，所以， L?2?221??实际轴间距：（当轴间距可以调整时） LP?L0 （3-35） a?a0?2723.9?708.55?221??228.675mm

21000Pd1000?0.64733作用在轴上的力：Fr???48.6N

?13.32P带宽： bs?bs01.14d （3-36）

k2P0 其中，K2=1 基本带宽：bs0=25.4， 基本带宽功率：

(Tg?m?2)? （3-37） P0?1000(245?0.096?13.322)?13.32??3.036m/s

1000由公式（3-36）得：

所以带宽： b?25.4?1.140.64733?6.55mm

3.036取标准带宽： b=14mm 2.腕部输出轴同步带选择

同步带轮选用与上一传动相同，传动比u=1， 故其带速： v=13.32m/s 轴间距初定为： a0?184mm 由公式（3-34）得：L0?2a0??23.14?2?184??84.89?2?635.55mm

2标准节线长； Lp?635mm

(d1?d2)

所以实际轴间距（轴间距可调的情况下）；由公式（3-35）

Lp?L0a?a0?

2635?635.55?184??184.255mm

2考虑他们传动力矩相差不大，且都取同样的带轮所以其带宽同上 作用在轴上力的计算：

1000Pd1000?0.60394Fr???45.34N

?13.32 25

3.5手臂的结构设计

3.5.1手臂的设计要求

1.应尽可能使机器人手臂各关节轴相互平行；相互垂直的轴应尽可能相交于一点，这样可以使机器人运动学正逆运算简化，有利于机器人的控制。

2.机器人手臂的结构与尺寸应满足机器人工作空间的要求。

3.为保证机器人的运动速度和控制精度，应在保证机器人手臂有足够强度与刚度的条件下，尽可能从结构与材料上设法减轻手臂的重量。力求选用高强度的轻质材料，通常采用高强度铝合金制造机器人手臂。

4.机器人各关节的轴承间隙应尽可能小，以减小机械间隙所造成的运动误差。因此，各关节都应有工作可靠、便于调整的轴承间隙调整机构。

5.机器人的手臂相对其关节回转轴应尽可能在重量上平衡，这对减小电机负荷和提高机器人手臂运动的响应速度是有益的。

6.机器人手臂在机构上要考虑各关节的限位开关和具有一定缓冲能力的机械限位块，以及驱动装置、传动机构及内部电缆等的安装。

3.5.2小臂的结构确定

机器人是手臂结构采用电机和执行器的分端布置，这样使小臂达到重量的平衡。如图（3-17）

图3-17 小臂的结构简图

3.5.3电机的选择

1.小臂绕Z轴旋转驱动电机的选择

（1）当载荷的轴线和小臂的轴线同轴时： 载荷对Z轴的转动惯量JZ1=27.08Kgm2，

（2）当载荷的轴线和小臂的轴线垂直时： 载荷对Z轴的转动惯量JZ2=27.75Kgm2

26

（3）小臂自身对Z轴的转动惯量为： 初设小臂的参量：长度为：L=1000mm

1直径：D=280mm，质量：m??D2h??480Kg

4小臂绕Z轴的转动惯量：

11Jz?mR2??480?0.282?18.8Kgm2

22选择较大的载荷计算值对轴进行强度校核计算：

所以总的转动惯量是：

J?J2?Jz?27.75?18.8?46.55Kgm2

已知参量：平均加速时间：?t?0.5s

旋转角速度： w?110?/s?1.92 rad/s所以作用在小臂上的惯性力矩：由公式（3-8）得：

w1.92Mg?J?46.55??176.2Nm

?t0.5（4）轴的力矩计算

对轴进行受力分析得：选择轴承为深沟球轴承，轴承直径初选D=180mm 其受力图如下：图（3-18）

图3-18 小臂绕Z轴旋转轴的受力分析

根据轴的受力平衡的原则得：

N1?N2?G{ 110G?490N2?0N1?N2?5800＝＞{

5800?110?490N2?0N1?7120N＝＞{

N2??1302N所以小臂的摩擦力矩是：由公式（3-7）得：

0.02Mm?(N1D1?N2D2)

20.02 ?(7102?0.18?1302?0.18)?15.13Nm

2总的驱动力矩为：由公式（3-6）得：

Mq?1.3(Mm?Mg)

?1.3(15.93?176.2)?249.76Nm

（5）电机的选择：

Mqw Pm?(1.5?2.5) （3-38）

? 27

249.76?1.92?1.198Kw

0.8选取电机的型号为：130SYX，额定功率为Pm=1.5Kw，额定转速n=3000r/min 约为n=314rad/s，额定转矩W=4Nm。

由于在减速器的前一级经过同步带的减速，且同步带的传动比为：u=2，故输入减速器的转速为n=1500r/min。由输出轴的转速和电机的转速比为u=80，选取谐波减速器XB3160，其传动比u=80，输出转矩T=480Nm，输入功率P=1.420KW，最高输入转速n=1750r/min（半流体润滑脂）。

2.小臂摆动驱动电机的选择

对小臂采用重力平衡机构，初步估算小臂加载荷的重量为1000Kg，小臂的平均直径D=250mm，

取小臂的长度： L=2000mm。

小臂的驱动力矩计算： Mq?Mg?Mm （3-39）

?2?f(N1D1?N2D2) （3-40） 2因为采用了重力平衡机构，轴只有一个，

f所以， Mm?N1D1

2N1=G=10000N，D=260mm

摩擦力矩： Mm?所以摩擦力矩为：

f0.02?ND??10000?0.26?26N 22手臂摆动的速度： w?102?/s?1.78rad/s

初选电机的转速为：n=1500r/min，取标准传动比u=100，因此，实际小臂的摆动速度w=1.5rad/s=90?/s。

w小臂的惯性力矩为： Mg?Jy

t其中：Jy为惯性矩，其计算公式如下：

M?3m(4r2?l2) （3-41） 803 ??1000?(4?0.252?22)?47.59Kgm2

80因此，此轴的惯性力矩为：

w1.5Mg?Jy?47.59??142.77Nm

t0.5所以小臂需要的总的驱动力矩为：由公式（3-39）得：

MwPm?(1.5?3.5)LPLP

Jy??168.77?1.5?0.6485Kw

0.8选取电机的型号为：176SYX，额定功率为Pm=2.4Kw，额定转速n=1500r/min，额定转矩W=16Nm。

由于结构的设计要求和工作传递力矩的需要，选择减速器的类型为杯型减速器，其型号为XB-160-100B，传动比为：u=100，额定输出转矩W=1000Nm，额定输入转速n=1500r/min。

?2?

28

3.5.4联轴器的选择

由电机选择可知，电机的转速为3000r/min，转速很高，在各种型号的联轴器中，膜片联轴器易平衡，且易保持平衡精度，不需润滑，对环境的适应性强，且具有较好的补偿两轴相对位移的性能，径向载荷能力大，可在很高的转速下运转，但扭转刚度大，缓冲减振效果差，通常使用于高速传动及伺服传动中。

膜片联轴器采用一种厚度很薄的弹簧片，制成各种形状，用螺栓分别与主从动轴上两半联轴器联接，其中弹性元件为若干多边形的膜片，在膜片的圆周上有若干螺栓孔。为防止膜片在高速运转的时发生的微动磨损，导致膜片螺栓孔出现微裂纹而损坏，可在膜片之间涂上二硫化钼等固体润滑剂，或对膜片表面进行减磨涂层处理。

3.5.5传动同步带的选择

1.同步带1的选择

同步带的型号选择L型，初选小带轮节线圆直径：d1?66.7mm

因为同步带的传动比u=2，且根据标准带轮直径的尺寸系列，所以大同步带轮的尺寸d2?133.4mm 因此，实际传动比：u=2.18

轴间距初步定位： a0?180mm 带长：由公式（3-34）得：

(d2?d1)2?L0?2a0?(d1?d2)?24a03.14(145.53?66.7)2?2?180??(66.7?145.53)?

24?180?701.83mm根据标准节线长： LP?685.8mm

因此，实际轴间距为：由公式（3-35）得：

L?L0a?a0?P2 685.8?701.83?180??171.985mm2作用在轴上的力：

1000Pd1000?1.167Fr???111.46N

?10.47?d1n1带速： ??

60?10003.14?66.7?3000??10.47m/s

60000L型同步带的基本额定功率：Tg?245

P0?

(Tg?m?2)?1000

29

(245?0.096?10.472)?10.47??2.455kw

1000所以同步带的带宽是：其中K2=1

bs?bs01.14Pd K2P0?25.4?1.141.167?13.33mm

1?2.4552.同步带2的选择

由于第二同步带的驱动电机相对中心轴的位置和第一同步带的驱动电机的位置象同，即两轴对中心轴的距离相同。又因他所传递的力矩略小于第一同步带，此第二同步带采用第一同步带的宽度，其强度是可以保证的。

3.5.6轴的校核

1.小臂1轴的强度校核

轴原始尺寸的确定：轴径初选d=20mm，长度为L=1350mm ，材料选择45钢

（1）对轴进行受力分析

作用在轴上的力：锥齿轮传动产生的作用在轴上的轴向力Fa，由安装在锥齿轮一端的滚动轴承所承受，因此，轴的受力仅为扭矩和在重力。如图：图（3-19）

图3-19 小臂第一传动轴的受力简图

由受力分析得：对轴主要进行扭曲应力和弯曲变形的校和。 已知：轴所传递的扭矩T=1.54Nm

T轴的最大切应力： ?max? （3-42）

Wt实心轴的抗扭截面系数：

?D31Wt???3.14?203?1570 （3-43）

1616T1540??0.98MPa 所以轴的最大切应力为： ?max?Wt157045钢材料的许用应力： ????40MPa

?max????计算应力值小于许用应力值， 所以轴的抗扭强度是可靠的。 （2）小臂1轴（图3-17）的扭曲变形计算

已知初始条件：45钢材的G值取80Gpa，轴的安全扭转变形为20mm。

/?单位长度上的扭转角： ?????1.5?/m

30

由公式： ?/max?D?4Tmax180/????? 得： （3-44） ??GIP?32Tmax?180 2/G??????32?1.54?180?0.0093m 9280?10?3.14?1.59.3mm〈20mm，所以轴的扭曲变形在允许的范围内是合格的。 （3）小臂1轴（图3-17）在重力作用下的挠度计算

?4估算轴的重力： G?G??4D2h?g （3-45）

1?3.14?22?135?7.8?10?3?10?33N 4重力在轴上的平均作用力为：

G33q???24.4N/m

l1.355ql4平均作用力下的轴的最大挠度: wmax?? （3-46）

384EI钢材的弹性模量： E?210MPa

?d43.14I???0.024?7?10?9

6464所以，轴的最大挠度为：由公式（3-36）得：

5?24.4?1.354?0.00072m wmax??9?9384?210?10?7?10计算得，小臂轴1的挠度非常小，以至可以忽略不考虑，因此重力作用下的弯曲变形在允许的情况下是安全。

2. 小臂2轴的强度校核

设定初始条件：材料选择为45钢，轴承直径初选：D=30mm， 长度设定为L=1200mm， 其受力和上一轴相似。 对其进行受力分析：如图：图（3-20）

图3-20 小臂2轴的受力分析

其所传递的力矩为： T=1.65Nm （1）最大切应力计算

T最大切应力： ?max?

Wt空心轴的抗扭截面系数： Wt?

?D316d20????0.67

D3031

(1??4) （3-47）

3.14?303由公式（3-47）： Wt?(1?0.674)?4230?10?9

161.65轴的最大切应力为： ?mzx??0.39MPa ?94230?10因45钢调质许用切应力为：????40MPa，?max????所以轴的切应力强度是

安全的。

（2）轴的扭曲变形的计算

抗扭刚度为：GIP，其中空心轴：IP??D432/轴在单位长度上的扭转角为： ??????1.5?/s

(1??4) （3-48）

最大扭转角为： ?/max?D?4Tmax180/????? ??GIP?32?180Tmax 24/??G?(1??)???4 ?32?1.65?180?9.7mm 42480?10?3.14?1.5?(1?0.67)轴的初始直径D大于计算直径9.7mm，所以轴的变形在允许的范围内是安全的。

（3）轴的挠度计算：

空心轴所承受的重力：G?G??4(D2?d2)h?g

1?3.14?(32?22)?120v7.8?10?3?10?44.89N 4G44.89轴上的平均作用力为： q???37.4N/m

L1.2在重力作用下的轴的最大挠度为：

5ql4wmax??

384EI45钢的弹性模量：E=210Gpa

1I??D4(1??4)

641 ??3.14?0.034?(1?0.674)?3.5?10?8

645?37.4?1.24?0.00014m 最大挠度是： wmzx??384?210?109?3.5?10?8轴在重力作用下的挠度很小，一致可以忽略不记，因此轴在重力作用下的弯曲变形是不影响其工作的。

3. 小臂3轴的强度校核

此轴不仅承受传递扭矩的作用，同时也对其它两个轴提供支撑，因此对它的校核需要从强度方面进行计算：

初设轴的内外径分别为： d=160mm，D=180mm 其所传递的扭矩为： T=249.76Nm 对其进行受力分析得：如图（3-21）

32

图3-21 小臂3轴（图3-17）的受力分析

其力矩和弯矩图如下：图（3-22） 图3-22小臂3轴的弯矩图

按照第三强度理论进行计算得：

1?ca?M2?T2W3222?ca?M?T 34?D(1??)3222?ca?249.76?638?5.46MPa343.14?0.18(1?0.89)因，材料的最大应力值为60Mpa，其值大于计算值，所以轴的强度在交变应力的作用下是安全的。

3.5.7小臂的强度校核

1. 弯曲变形计算

小臂几何尺寸的规范话：取小臂较长的一端进行校核，初始取其长度为： L=1500mm，含载荷的总重量为：m=500Kg，假设质心的位置在距回转轴1000mm处。小臂可简化为一悬臂梁切载荷分布均匀。

G5000其平均载荷为： q???3.33N/m

l1500在重力作用下的最大挠度为：

ql43.33?103?1.54wmax????

8EI8?210?109?I设小臂在支点处的截面为空心矩形，壁厚取H=15mm，截面的高b=250mm，宽为a=240mm

33

b1h1b2h2 （3-49） ?12121?(0.24?0.253?0.225?0.2353)?42?10?6 12所以在重力作用下的悬臂梁的最大挠度为：

ql4 wmax??8EI3.33?103?1.54???0.00028m 9?68?210?10?42?10由于挠度在零点几毫米级的范围内，其变形不影响小臂的工作精度，所以在重力作用下的小臂是精确的。

2.小臂切应力的计算 小臂的截面积为：

A=（0.25?0.24-0.235?0.225）=0.00713m2

所以在重力作用下的最大切应力为：

G5000?max???0.814MPa

A0.00713材料的许用切应力为：????600MPa

所以： Iz?最大切应力远小于许用切应力，所以轴的剪切强度是安全的。 3.小臂弯曲应力的计算

My由最大弯曲应力公式得：?max?maxmax （3-50）

Izql23.33?1.52Mmax???4350Nm，

22ymax?0.25m

所以：由公式（3-50） ?max?Mmaxymax4350?0.25??25MPa 6Iz42?10材料的许用弯曲应力为：????60MPa

计算弯曲应力小于许用应力值，所以小臂在满载荷的情况下是安全的。

3.6大臂的结构设计

3.6.1大臂的结构确定

考虑到装配的需要和重量的要求，大臂加工成两个分割的部分，中间用隔

板连接，大臂的结构尺寸设定为：如图：图（3-23）大臂的材料选择高强度铝合金

34

图3-23 大臂的结构

3.6.2驱动电机的选择

初始条件设定，大臂的长度定为：L=1000mm，与基座连接轴承D=360mm 经计算大臂的质量为： m=70.8Kg

Mq?Mm?Mg 总的驱动力矩：

作用在轴承上的总的作用力N：

N?G1?G2?10000?708?10708N 所以摩擦力矩为：

f0.02DN??10708?0.36?38.54Nm 22由平移轴定理得：小臂对大臂的转动惯量为：

Jy?Jy1?md2?47.59?1000?1047.59Kgm2

Mm?大臂自身的转动惯量：

m1Jz?l2??70.8?1?23.6Kgm2

33所以机器人手臂对机座总的转动惯量为：

J?Jy?Jz?1047.59?23.6?1071.2Kgm2 初定大臂的摆动速度为：w?80?/s?1.4rad/s 平均启动时间： ?t?1s 所以大臂的惯性力矩为：

w1.4Mg?J?1071.2??1499.68Nm

?t1大臂总的驱动力矩为：

Mq?Mm?Mg?38.54?1499.68?1534.22Nm 电机的选择：

Pm?(1.5?3.5)MLPwLP?

1538.22?1.4?6.388kw

0.8选取电机的型号为：176SYX，额定功率为Pm=7.5Kw，额定转速n=1500/min，额定转矩W=48.8Nm

由于结构的设计要求和工作传递力矩的需要，选择减速器的类型为杯型减速器，其型号为XB-200-200B，传动比为：u=200，额定输出转矩W=2000Nm，

?2?

35

额定输入转速n=1500r/min。

3.6.3平衡汽缸的选择

大臂上装有气缸平衡机构，使驱动力矩减小，气缸平衡装置产生与大臂转动方向相反的平衡力矩，从而使大臂关节得以平衡。

大臂平衡气缸的选择计算： 其原理如图：图（3-24）

图3-24 大臂平衡汽缸的工作原理图

图中，F为活塞推力，F为恒定值。 平衡力矩按下式计算：

1C/?Fl/ecos? （3-51）

/2/2(lcos?)?(lsin??e)不平衡力矩 ： C?C1?C2

其中： C1——臂的静不平衡力矩

C2——臂的惯性力矩

1、 静力平衡条件： C/?C1，由公式（3-51）

1cos??mgl （3-52） 即 Fl/e/2/2(lcos?)?(lsin??e)当 (l/cos?)2?(l/sin??e)2?l/ 时

??0? C/?Fe

这时平衡条件为 Fe?mgl 由公式（3-52）

mgl10708?1所以： F???53540N?53.54kN

e0.22、 动平衡条件： C/?C1?C2

1Fl/ecos??mglcos??Ie （3-53）

/2/2(lcos?)?(lsin??e) 36

F0.7?0.2?1(0.7cos45?)?(0.7sin45??0.2)22cos45?

?10708?1?cos45??1499.68＝＞F?52799 N?52.799kN由上计算所得：在静平衡条件下所需的气缸支持力最大，所以以静平衡条件下的作用力作为选择气缸的条件，

气缸选择SG1系列，气缸内径D=80mm，工作压强为P=16Mpa，工作行程在200-1000mm。

3.7工业机器人底座的结构设计

3.7.1底座的结构确定

机器人的运动部分全部安装在腰部上，它承受了机器人的全部重量。在设计机器人的腰部结构时，要注意以下原则：

1、 腰座要有足够的安装基面，以保证机器人在工作时整体安装的稳定性。

2、 腰座要承受机器人的全部重量和载荷，因此，机器人的基座和腰部轴及轴承的结构要有足够的强度和刚度，以保证其承载能力。

3、 机器人的腰座是机器人的第一回转关节，它对机器人末端的运动精度影响最大，因此，在设计时要特别注意腰部轴系及传动链的精度与刚度的保证。

4、 为保证机器人的外部电缆不随机器人的运动而摆动，所以，机器人的外部电缆都是安装在不运动的机器人基座上，并通过机器人腰部传到机器人的各运动关节。因此，机器人的基座与腰部结构要便于电缆的通过，并要解决固定端与运动端的连接问题。

5、 腰部的回转运动要有相应的驱动装置，它包括驱动器及减速器。驱动器一般都带有速度与位置传感器，以及制动闸。

6、 腰部结构要便于安装、调整。腰部与机器人手臂的连接要有可靠的定位基准面，以保证各关节的相互位置精度。要设有调整机构，用来调整腰部轴承间隙及减速器的传动间隙。

7、 为了减轻机器人的运动部分的惯量，提高机器人的控制精度，一般腰部回转运动部分的壳体是由比较小的铝合金材料制成的，而不运动的基座是用铸铁或铸钢材料制成的。 腰部的支撑结构：

腰部回转由一级齿轮传动和谐波齿轮传动组成。在结构布置上，电机、谐波减速器和小齿轮均固定在腰部座上，随腰座一起回转；而大齿轮固定在机座上。这样的布局对装修、润滑方便，但增加了腰部回转的转动惯量。

采用了环形轴承，该轴承精度高、刚度大、负荷力大、装配方便，可以承受径向力，轴向力及倾覆力矩，许多机器人都采用了这种支撑方式，但环形轴承的价格较高。

腰部电缆的安装方式：电缆由机器人的腰部回转轴中心穿过，在这种安装方式下，在腰部回转时，在轴中心穿过的电缆则被拧成麻花，因此，腰部的回

37

转角度不能太大，中心通孔的直径要足够大，电缆要柔软易弯曲。

3.7.2电机的选择

机身的总重量为m=1070.8Kg，展开时手臂的长度L=2.5m，大臂的摆动角度为±45度。

1.当手臂伸到最远处时的总的转动惯量

此时把臂等效为一个竿件。 由叠加原理得：

m1Jz?l2??1070.8?(2.5?cos45?)2?1118.23kgm2

3311Jy?mR2??1070.8?0.152?12.04kgm2

22所以总的转动惯量为；

J?Jy?Jz?1118.23?12.04?1130.27kgm2

2.当大臂竖立且小臂和大臂成直角时的转动惯量

由平移轴定理得： J?J1?J2?md2 （3-56）

由于小臂的重心在大臂的竖直线上，所以md2=0。 小臂绕竖子轴的转动惯量：

3J1?m(4r2?l2)

8032 ??1000?(4?0.15?22?)153.36kgm2

80大臂绕竖子轴的转动惯量：

mJ2?(a2?b2)

121??70.8?(0.92?0.342)?6.45kgm2 12所以总的转动惯量为：由公式（3-56）得：

J?J1?J2?153.36?6.45?159.81kgm2

因，在第一种情况下的转动惯量最大，所以以第一种情况作为计算依据。 3.作用在底座上的力矩计算 （1）手臂的惯性力矩为：

设底座的旋转角速度为：w?70?/s=1.22rad/s 平均启动时间： ?t?1s 由公式（3-8）得：

w1.22Mg?J?1118.23??1364.23Nm

?t1（2）摩擦力矩的计算： 重力对底座所产生的弯矩：

M?Glcos45?

?10000?1?cos45??7070.6Nm N1?N2?G{ 0.3N1?M

38

N2??13890N0.02所以， Mm??27340?0.3?82.02Nm

2所以底座所需总的驱动力矩为：

Mq?Mg?Mm?1118.23?82.02?1200.25Nm 所需电机的功率为：

Pm?(1.5?3.5)MLPwLP＝＞{

N1?27340N?

1200.25?1.22?5.533kw

0.8选取电机的型号为：176SYX，额定功率为Pm=7.5Kw，额定转速n=1500/min，额定转矩W=48.8Nm

由于结构的设计要求和工作传递力矩的需要，选择减速器的类型为杯型减速器，其型号为XB-200-200B，传动比为：u=200，额定输出转矩W=2000Nm，额定输入转速n=1500r/min。

?2?3.7.3传动直齿轮的设计

初始条件选：传动比：u=1.6，小齿轮分度圆直径：d=316mm， 齿轮模数：m=2，小齿轮的转速：n=18r/min。

齿轮材料：小齿轮40Cr调质，硬度为280HBS，大齿轮为45钢调质，硬度240HBS，齿轮精度为7级精度。

1.由齿面接触强度设计计算

KTu?1ZE2dt?2.323tt() （3-57）

?du??H?

其中：载荷系数： Kt=1.3

1814.05小齿轮传递的扭矩： T??1133.78Nm

1.6齿宽系数： ?d?0.5

材料的弹性模量： ZE?189.8MP

小齿轮的接触疲劳强度极限：?Hlim?600MPa 大齿轮的接触疲劳强度极限：?Hlim?550MPa 应力循环次数：假设机器人的工作寿命为10年 N1?60njLh

?60?18.75?1?(2?8?300?10)?5.4?107

12N15.4?107??3.375?107 大齿轮的应力循环次数：N2?u1.6接触疲劳寿命系数： KHN1?1.05 KHN2?1.06

计算接触疲劳许用应力：

39

取齿轮传动的失效概率为：0.01，安全系数：S=1

K?1.05?600?630MPa??H?1?HN1Hlim1?S1

KHN2?Hlim21.06?550??583MPa??H?2?S1代入??H?较小的一个值，计算小齿轮分度圆的直径：

dt?2.323?2.32?3KtTtu?1ZE2()?du??H?

1.3?1133.781.6?1189.82??()?185mm0.51.6583故取分度圆直径d=316mm是安全的。 计算齿轮的圆周速度：?

?d1n13.14?316?18.75????0.31m/s

60?100060000计算齿轮的宽度：b

b??bd?0.5?185?92.5mm

取齿宽b=100mm

2.按齿根弯曲强度计算得

2KT1YFaYSam?3() （3-58）

?dZ12??F?查小齿轮的弯曲疲劳强度极限：??FE1??500MPa 大齿轮的弯曲疲劳强度极限： ??FE2??380MPa

弯曲疲劳寿命系数： KFN1?0.92 KFN2?0.95 计算弯曲疲劳许用应力： 取弯曲疲劳安全系数：S=1.4

K?0.92?500?328.57MPa ??F?1?FN1FE1?1.41.4K?0.95?380?257.88MPa ??F?2?FN2FE2?1.41.4计算载荷系数： K?KAKVKF?KF?

查表得： KA=1 KV=1.04 KF? = 1 KF?=1.14 所以载荷系数： K?KAKVKF?KF??1?1.04?1?1.14?1.186 查取齿形系数： YFa1?2.14 YSa1?1.83 应力校正系数： YFa2?2.06 YSa2?1.97

YY计算大、小齿轮的FaSa并加以比较

??F?YFa1YSa1??F?1??2.14?1.83?0.01192

328.572.06?1.97?0.01574

257.8840

YFa2YSa2??F?2

齿轮的模数校核：代入

m??YFaYSa??F?的最小值

32KT1YFaYSa()?dZ12??F?9

2?1.186?1133.78?10?0.01574?0.1520.5?158齿轮的初始模数m=2大于0.15，所以齿轮的弯曲疲劳强度是安全的。

3

第4章 工业机器人的使用和维护

4.1使用规程

1、使用设备实行定人定机制，凭操作证操作设备。当有多人操作时，必须有专人进行指挥。

2、操作者要熟悉所使用设备的主要技术性能、结构、保养内容和完好标准。 3、工作前的准备工作

（1）检查设备的传动系统、操作系统、润滑系统、气动系统、各种开关起始位置、安全制动防护装置，电力稳压系统及电气指示等，上述系统要齐全、正确、灵敏、可靠、完好。紧固件连接件不应松动。

（2）按设备润滑图表注油润滑。

（3）以手动方式低速运转各伺服轴。 4、工作中的正确操作

（1）按设备说明书合理使用，正确操作。禁止超负荷、超性能、超规范使用。

（2）在第一次操作时，操作者要和编程人员密切配合，在确认程序无误后，方可转入正式加工。

（3）在操作过程中，操作者不得离开岗位，工作中严禁随意拉闸断电。 （4）设备运行中注意异常现象，发生故障及时停车，采取措施，并记录显示故障内容。发生事故，应立即断电，保护现场，及时上报，不得隐瞒，并配合主管部门做好分析调查工作。

5、工作后的保养

（1）操作者要及时清理设备上的杂物，整理工作现场，做好保养工作。 （2）设备保养完毕，操作者要将设备各开关手柄及部件归原位。按规定顺序切断电源。

（3）按交接班制度规定进行交接，并做好记录。

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4.2维护和保养

1、选择合适的使用环境

工业机器人的使用环境会直接影响机器人的正常运转，因此在安装时应严格做到机床说明书规定的安装条件和要求。

2、应为机器人配备专门的编程、操作和维修人员

这些人熟悉所用机器人的机械、控制系统、强电设备、液压、气压等部分及使用环境等，并能根据说明书的要求正确使用。

3、伺服电机的保养

对工业机器人、数控机床等机械的伺服电动机，要每10-12个月进行一次维护和保养。维护保养的主要内容有：用干燥的压缩空气吹除电刷的粉尘；检查电刷的磨损情况，如需要更换，选用规格型号相同的电刷，更换后要空载运行一定时间使其与换向器表面吻合；检查清扫电枢整流子以防止短路；清洗检查后，按原接线方法和顺序组装后进行检查。

4、电气柜的清扫

电气柜内的电路板和元器件上有灰尘、油污时，很容易引起设备故障。因此机器人的电气柜要根据使用环境定期清扫，一般情况下8-12个月清扫一次；如环境潮湿、灰尘较多，六个月必须清扫一次。

5、设备电缆线的检查

主要检查电缆线的移动头、拐弯处是否出现接触不良、断线或短路等故障。 6、长期不使用设备的保养

在机器人闲置不用时，应经常给设备通电，在机器人锁住的情况下，使其空运行。在空气潮湿的季节，应该天天通电，利用元器件本身的发热驱走设备内的潮气，以保证电子部件的性能稳定可靠。

第5章 经济分析

1. 经济性

1>铝合金才材料：东北铝合金厂生产铝合金人民币240.00/m元。 2>摩擦轮：以市面提供的摩擦轮价格为参考

产品名称 日式吊轮（红）

规格(承重) 50KG-70KG 42

单位 副 售价（元） 97 产地 台湾 德国战车 德国战车（消音） 普通型 滚针轴承 100KG-150KG 100KG-150KG 50KG-70KG 100KG-200KG 50KG-70KG 45KG-100KG 90KG-150KG 90KG-150KG 副 副 副 副 副 只 只 只 123 210 141 270 57 75 108 108 台湾 台湾 台湾 台湾 台湾 台湾 台湾 台湾 日式消音吊轮 轻型普通门吊轮 消音门轮 重型吊轮 重型万向轮 3>同步带: 设计的齿形同步带采用L型，材料的体积为45.464单位，体积原料费共需人民币223.21元，产品总成本318.872元。

4>同步带轮:主、从动轮，各35.00元。 6>螺栓、垫片、弹簧挡圈等成套零件：

M12每套2.40元、M8每套1.90元、M6每套1.50元、M5每套1.30元。

7>轴承，每个12.00元。

8>支座等各种铸铁件每件5.00元。 2．实用性

随着科技的不断进步，机器人技术的不断发展，机器人在我们的生活中起着越来越重要的作用。从以下数据我们可以看出，在未来的工厂作业当中，机器人代替人工是一种必然的趋势。1998年机器人销售7.l万台。1999年世界市场机器人年销售量达到 8.15万台，比上年增长15％。从1994－1999年，美国通用工业机器人的年销售量几乎翻了一番，达到1. 5万台，仅1999年一年就增长了38％。欧盟1999年通用工业机器的销售量增长16％，达到2.5万台。法国的增长率最高，比1998年增长近90%。在日本，1999年各类机器人（通用及专用工业机器人）的销售量比上年增加5％，约3.56万台。在韩国，1999年的销售量增加近70％，达到2400台。技术的进步推动了工业革命，机器人的发展必将推进下一场革命。

3．适用性

装配机器人已在越来越多的领域得到了应用，在制造业中，尤其是在汽车产业中，装配机器人得到了广泛的应用。如在毛坯制造(冲压、压铸、锻造等)、机械加工、焊接、热处理、表面涂覆、上下料、装配、检测及仓库堆垛等作业中，机器人都已逐步取代了人工作业。

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第6章 致谢

经过近三个多月,在指导教师王昕老师的精心指导、教研室各位老师的大力帮助，以及广大同学的帮助下，我顺利的结束了本次的设计。本次设计是对四年来学习知识的全面考查及实践总结，提高了我对专业知识与基础知识掌握的程度和运用能力，但由于本人的知识、精力和时间的限制，因此本系统的不足之处还需要在以后的实践中来不断完善。

在整个设计中，我查阅了大量的资料，多方查寻，同时经过各位老师的悉心指导，达到了理论与实践相结合的目的，整合了我的知识体系，将我学的理论知识应用到实际设计生产中，为今后进一步学习和工作奠定了坚实的基础。

本次设计中的有些知识，技术是我以前从未接触过的。王老师对我设计中遇到的瓶颈问题进行了精心指导，同时教研室的各位老师也给了我莫大的关怀和帮助，在此向各位老师致以亲切的谢意，同时，在设计过程中，各位老师广博的学识、严谨的治学态度、高度的责任心也给了我深刻的影响，将使我受益终身。还有同学们也给予了我很大的帮助、关心和鼓励，尤其各结构的设计当中我们互相讨论，研究解决了很多问题。

通过搜集资料，上网查询，以及老师和同学们的热心帮助我完成了此次设计任务。但是我知道我本身的知识和能力有限，实践经验的不足，设计时间的仓促，不可能尽善尽美，对我设计中存在的问题，在此恳请各位老师给予批评和指正，使我吸取经验，以便在以后的工作和学习中能够得以改正。

再次，向各位老师致以最诚挚的感谢和敬意！

结论

本次设计所完成的汽车装配机器人结构，在满足设计与开发的质量、工作效率、各种参数要求和使用稳定性等的前提下，基本上达到了设计的要求。我设计的机器人结合了意大利SMART6.50R通用机器人和日本PT-600型弧焊机器人的结构形式，在性能和结构上有了很大的提高，但在模型工作的过程中，由

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于工作环境、位置、所需元器件等因素，在实际的应用过程中仍存在一些问题。但已离期待目标很近了。

装配机器人已在越来越多的领域得到了应用，在制造业中，尤其是在汽车产业中，装配机器人得到了广泛的应用。如在毛坯制造(冲压、压铸、锻造等)、机械加工、焊接、热处理、表面涂覆、上下料、装配、检测及仓库堆垛等作业中，机器人都已逐步取代了人工作业。

随着装配机器人向更深更广方向的发展以及机器人智能化水平的提高，机器人的应用范周还在不断地扩大，已从汽车制造业推广到其他制造业，进而推广到诸如采矿机器人、建筑业机器人以及水电系统维护维修机器人等各种非制造行业。此外，在国防军事、医疗卫生、生活服务等领域机器人的应用也越来越多，如无人侦察机(飞行器)、警备机器人、医疗机器人、家政服务机器人等均有应用实例。机器人正在为提高人类的生活质量发挥着重要的作用。可以预言，在未来的工作环境中，机器人将取代人力。机器人在各行各业中的应用，不仅可提高生产率，提高产品质量，同时还可以节约劳动成本，提高企业在激烈的商品竞争中的生存能力。

目前市场上的机器人种类很多，它们的价格越来越低，但功能变的强大，用机器人进行汽车挡风玻璃的装配，不仅经济而且可靠。在控制中可以近乎完美达到所要实现的功能。

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