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1、摘 要要在社会不不断发展展的今天天，机器器人在工工业现场场中的应应用也越越来越广广泛，用用机器的的力量代代替人力力，而将将人类从从繁重的的体力劳劳动中解解放出来来是历史史发展的的趋势。近十几年年来，机机器人的的开发不不仅越来来越优化化，而且且涵盖了了许多领领域，应应用的范范畴十分分广阔。在工业上上，自动动控制系系统有着着广泛的的应用，如如工业自自动化机机床控制制，计算算机系统统，机器器人等。而而工业机机器人是是相对较较新的电电子设备备，它正正开始改改变现代代化工业业面貌。本设计的的机械手手是基于于提高劳劳动生产产率、产产品质量量和经济济效益，减减轻工人人劳动强强度而设设计的。在在某些劳劳动条件
2、件极其恶恶劣的条条件下，工工人难以以用手工工工作，可可用本机机械手代代替人力力劳动。本设计为为四自由由度圆柱柱坐标型型工业机机械手，其其工作方方向为两两个直线线方向和和两个旋旋转方向向。本设计中中的四自自由度棒棒料搬运运机械手手，主要要是针对对质量少少于2KKG的圆圆形棒料料的搬运运。通过过气爪手手指的不不同选择择可满足足直径小小于600mm的的棒料的的搬运。在控制器器的作用用下，机机械手执执行将工工件从一一条流水水线拿到到另一条条流水线线并把工工件翻转转过来这这一简单单的动作作。 关键词词：四自自由度；机械手手；搬运运；工业业机器人人AbsttracctTodaay tthatt deeve
3、llop conntinnuouuslyy inn thhe ssociietyy, TThe robbot aree moore andd moore Usiing at inddusttry sceene apppliccatiion. Reeplaacess thhe mmanppoweer wwithh thhe mmachhinee sttrenngthh, IItss thhe hhisttoriicall deevellopmmentt teendeencyy thhat libberaatess thhe hhumaanitty ffromm thhe aarduuouss p
4、hhysiicall laaborr. In thee reecennt sseveerall yeearss, tthe robbot devveloopmeent nott onnly morre aand morre ooptiimizzes, buut aalsoo mooreooverr haas ccoveeredd maany dommainns.Induustrriallly, auutommatiic cconttroll syysteems aree fooundd inn nuumerrouss apppliicattionns, succh aas aautoomatt
5、ionn maachiine toool cconttroll, ccompputeer ssysttemss annd rrobooticcs. Inddusttriaal rroboots aree reelattiveely neww ellecttrommechhaniicall deevicces thaat aare begginnningg too chhangge tthe apppearrancce oof mmodeern inddusttry.Thiss paaperr deesiggn ffor enhhancces thee laaborr prroduuctiivi
6、tty, prooducct qquallityy, eeconnomiic eeffiicieencyy annd rreduucess thhe wworkker labbor inttenssityy. SSomee joob wworkkingg att exxtreemelly bbad envviroonmeent, thhat peooplee caantt woork in hannd, so thee roobotts ccan repplacce wworkker to do it.Thiss scchemme iintrroduucedd a cyllinddriccal
7、 robbot forr foour deggreee off frreeddom. Itt iss coompoosedd off twwo llineear axees aand twoo rootarry aaxiss cuurreent Thiss paaperr maainlly uuse at thee trranssporrtinng oof ccircculaar ggoodd maaterriall thhat quaalitty iis sshorrt tto 22KG. Thhe ddifffereent finngerrnaiil ffingger wass Chhoi
8、cce ffor traanspporttingg thhe ggoodd maaterriall thhat diaametter is smaalleer tthann 600mm.Undeer cconttrolllerr fuuncttionn thhe rroboot mmovee thhe ccompponeentss frrom onee asssemmblyy liine to othher asssembbly linne aand turrn ooverr itt inn sppacee, pperfformm reelattiveely simmplee taakess.
9、Key worrds: foour deggreees oof ffreeedomm; rroboot; traanspporttingg; IInduustrriall roobottIII棒料搬运机械手设计目 录录摘 要要IVAbsttracctV目 录录.VVII1 绪论论1 1.1 工工业机器器人的技技术与发发展1 1.2 本本设计中中的四自自由度棒棒料搬运运机械手手所实现现的功能能2 1.3 本本设计中中的四自自由度棒棒料搬运运机械手手设计的的意义222 机械械手的总总体设计计3 2.1设计计要求33 2.2 机机械手的的组成33 2.3 总总方案的的拟定44 2.4机器器人的工工作
10、空间间4 2.5 机机械手驱驱动系统统的设计计5 2.55.1 机械手手驱动器器5 2.55.2 机械手手传动机机构53 机械械手的传传动设计计7 3.1 滚滚珠丝杠杠的选择择7 3.2 谐谐波齿轮轮减速器器参数的的确定884 机械械手的各各电机选选择122 4.1 机机械手手手臂升降降步进点点击的选选择122 4.2 机机械手底底座回转转驱动电电动机的的选择1145 机械械手各气气动件的的设计计计算188 5.1 气气爪夹紧紧力的起起算与气气爪的选选择188 5.11.1 气爪夹夹紧力的的要求118 5.11.2 缸径的的确定119 5.11.3 行程的的确定220 5.11.4 气缸的的动
11、速度度20 5.11.5 摆动动气缸的的选择221 5.2 手手臂伸缩缩气缸的的选择2236 机器器人控制制系统的的设置226 6.1 机机械手控控制器的的选择226 6.2 机机械手控控制系统统的特点点及对控控制功能能的基本本要求226 6.3 控控制系统统的总体体设计2277 手臂臂验算与与机械手手参数.229 7.1 手手臂平衡衡的验算算29I 7.2 机机械手参参数3008 结论论与展望望31 8.1 结结论311 8.2 不不足之处处及未来来展望331致 谢谢32参考文献献33I1 绪论论1.1工工业机器器人的技技术与发发展机器人人（又称称机械手手，机械械人，英英文名称称：Roobo
12、tt），在在人类科科技发展展史上其其来有自自，早在在三国时时代，诸诸葛亮发发明的木木牛流马马即是古古代中国国人的智智能结晶晶。随着着近代的的工业革革命，机机器产业业的不断断发展成成为近代代工业的的主要支支柱。机器人的的研究从从一开始始就是拟拟人化的的，所以以才有机机械手、机机械臂的的开发与与制作，也也是为了了以机械械来代替替人去做做人力所所无法完完成的劳劳作或探探险。但但近十几几年来，机机器人的的开发不不仅越来来越优化化，而且且涵盖了了许多领领域，应应用的范范畴十分分广阔。工业机器器人是典典型的机机电一体体化高技技术产品品。在许许多生产产领域，它它对于提提高生产产自动化化水平，提提高劳动动生产
13、率率、产品品质量和和经济效效益，改改善工人人劳动条条件的作作用日见见显著。不不少劳动动条件恶恶劣、生生产要求求苛刻的的场合，工工业机器器人代替替人力劳劳动已是是必然的的趋势。工业机器器人是一一种机体体独立，动动作自由由度较多多，程序序可灵活活变更，能能任意定定位，自自动化程程度高的的自动操操作机械械。主要用用于加工工自动线线和柔性性制造系系统中传传递和装装卸工件件或夹具具。工业机器器人以刚刚性高的的手臂为为主体，与与人相比比，可以以有更快快的运动动速度，可可以搬运运更重的的东西，而而且定位位精度相相当高，它它可以根根据外部部来的信信号，自自动进行行各种操操作。工业机器器人的发发展，由由简单到到
14、复杂，由由初级到到高级逐逐步完善善，它的的发展过过程可分分为三代代：第一代工工业机器器人就是是目前工工业中大大量使用用的示教教再现型型工业机机器人，它它主要由由手部、臂臂部、驱驱动系统统和控制制系统组组成。它它的控制制方式比比较简单单，应用用在线编编程，即即通过示示教存贮贮信息，工工作时读读出这些些信息，向向执行机机构发出出指令，执执行机构构按指令令再现示示教的操操作。第二代工工业机器器人是带带感觉的的机器人人。它具具有寻力力觉、触触觉、视视觉等进进行反馈馈的能力力。其控控制方式式较第一一代工业业机器人人要复杂杂得多，这这种机器器人从119800年开始始进入了了实用阶阶段，不不久即将将普及应应
15、用。第三代工工业机器器人即智智能机器器人。这这种机器器人除了了具有触触觉、视视觉等功功能外，还还能够根根据人给给出的指指令认识识自身和和周围的的环境，识识别对象象的有无无及其状状态，再再根据这这一识别别自动选选择程序序进行操操作，完完成规定定的任务务。并且且能跟踪踪工作对对象的变变化，具具有适应应工作环环境的功功能。这这种机器器人还处处于研制制阶段，尚尚未大量量投入工工业应用用。世界上工工业机器器人萌芽芽于500年代的的美国，经经过400多年的的发展，已已被不断断地应用用于人类类社会很很多领域域，正如如计算机机技术一一样，机机器人技技术正在在日益改改变着我我们的生生产方式式。进入900年代，世
16、世界机器器人工业业继续稳稳步增长长，每年年增长率率保持在在10%左右，世世界上已已拥有机机器人数数量达到到70万万台左右右，19992、119933年世界界机器人人市场曾曾一度出出现小的的低谷，近近年除日日本外，欧欧美机器器人市场场也开始始复苏，并并日益兴兴旺。与与全球机机器人市市场一样样，中国国机器人人市场也也逐渐活活跃，119977年上半半年，我我国从事事机器人人及相关关技术产产品研制制、生产产的单位位已达2200家家，研制制生产的的各类工工业机器器人约有有4100台，其其中已用用于生产产的约占占3/44。目前前全国约约有机器器人用户户5000家，拥拥有的工工业机器器人总台台数约为为120
17、00台，其其中从440家外外国公司司进口的的各类机机器人占占2/33以上，并并每年以以10001550台的的速度增增加。从机器人人的应用用与发展展来看，在在很多方方面工业业机器人人代替人人力劳动动已是必必然的趋趋势，工工业机器器人将来来必定有有广阔的的发展前前景。1.2 本设计计中的四四自由度度棒料搬搬运机械械手所实实现的功功能本设计中中的四自自由度棒棒料搬运运机械手手，主要要是针对对质量少少于2KKG的圆圆形棒料料的搬运运。本设计中中的机械械手有四四个自由由度，由由底座的的旋转，手手臂的升升降，手手臂的伸伸缩，手手爪的旋旋转组成成。本设设计中的的机械手手是一种种通用型型棒料搬搬运机械械手。通
18、通过气爪爪手指的的不同选选择可满满足小于于直径660mmm的棒料料的搬运运。通过过示教再再现或程程序的直直接控制制可实现现在机械械手工作作范围内内把棒料料从指定定点搬运运到另一一指定点点，并把把棒料翻翻转过来来。通过过对机械械手的相相应控制制还可实实现对棒棒料的排排列。1.3 本设计计中的四四自由度度棒料搬搬运机械械手设计计的意义义机器人工工程是近近二十多多年迅速速发展起起来的，目目前已应应用与许许多生产产领域。由由目前的的发展状状况看，在在可预见见的将来来它将在在生产中中扮演越越来越重重要的角角色。本本机械手手就是基基于此并并为提高高劳动生生产率、产产品质量量和经济济效益，减减轻工人人劳动强
19、强度而设设计的。在在某些劳劳动条件件极其恶恶劣的条条件下，工工人难以以用手工工工作，可可用本机机械手代代替人力力劳动。在在社会不不断发展展的今天天，机器器人在工工业现场场中的应应用也越越来越广广泛，用用机器的的力量代代替人力力，而将将人类从从繁重的的体力劳劳动中解解放出来来是历史史发展的的趋势。2 机械械手的总总体设计计2.1 设计要要求要求：本本毕业设设计要求求学生掌掌握机器器人或工工业机械械手的结结构及工工作原理理，实现现机械手手的上升升、下移移、左移移、右移移抓紧和和放松等等多个自自由度，完完成一四四自由度度搬运机机器人设设计，要要求所设设计机器器人能抓抓取一定定质量的的工件并并到达规规
20、定的地地点。气爪旋转机构2.2 机械手手的组成成执 行 机 构伸缩机构升降机构机 械 系 统底座驱 动 机 构电器混合驱动机 械 手控 制 系 统图2.11机械手手的组成成图本机械手手由机械械系统(执行系系统、驱驱动系统统)、控控制检测测系统组组成。机械系统统：1.执行行系统：执行系系统是工工业机器器人完成成抓取工工件，实实现各种种运动所所必需的的机械部部件，它它包括气气爪、手手臂升降降、手臂臂伸缩、底底座旋转转。2.驱动动系统：为执行行系统各各部件提提供动力力，并驱驱动其动动力的装装置。本本设计选选用机械械传动、气气压传动动和电机机驱动。控制系统统：通过对驱驱动系统统的控制制，使执执行系统统
21、按照规规定的要要求进行行工作，当当发生错错误或故故障时发发出报警警信号。2.3 总方案案的拟定定由设计要要求本设设计机械械手实现现的作用用：自动动线上有有，两条输输送带，之之间距离离为0.7m，现现设计机机械手将将一棒料料工件从从A带送送到B带带并将棒棒料翻转转过来。 确定为为四自由由度的机机械手。其其中2个个为旋转转，2个个为平移移。在工业机机器人的的诸多功功能中，抓抓取和移移动是最最主要的的功能。这这两项功功能实现现的技术术基础是是精巧的的机械结结构设计计和良好好的伺服服控制驱驱动。本本次设计计就是在在这一思思维下展展开的。根根据设计计内容和和需求确确定机械械手，利利用步进进电机驱驱动和谐
22、谐波齿轮轮传动来来实现机机器人的的旋转运运动；利利用另一一台步进进电机驱驱动滚珠珠丝杠旋旋转，从从而使与与滚珠丝丝杠螺母母副固连连在一起起的手臂臂实现上上下运动动；考虑虑到本设设计中的的机械手手工作范范围不大大，故利利用气缸缸驱动实实现手臂臂的伸缩缩运动；末端夹夹持器则则选用气气爪来做做夹持器器，用小小型气缸缸驱动夹夹紧。气气爪的旋旋转则由由与气爪爪连接的的摆动气气缸实现现。其外观与与工作移移动方位位如图22-2图2.22机器人人外形图图2.4 机器人人的工作作空间本机械手手底座采采用圆柱柱坐标型型结构，其其工作空空间是一一个具有有一定角角度的绕绕机械手手转动轴轴的扇形形体立体体空间。机机器人
23、具具有较大大的相对对工作空空间和绝绝对工作作空间，所所谓相对对工作空空间是指指手腕端端部可抵抵达的最最大空间间体积与与机器人人本体外外壳体积积之比，绝绝对工作作空间是是指手腕腕端部可可抵达的的最大空空间体积积，只要要工件搬搬运点都都在此范范围内即即可实现现搬运。下图2-3描述述了本机机械手的的工作空空间，是是顶视图图。高度度即为手手臂可升升降的高高度。图2.33工作空空间图2.5机机械手驱驱动系统统的设计计2.5.1机械械手驱动动器机械手驱驱动系统统包括驱驱动器和和传动机机构,它它们常和和执行器器联成一一体,驱驱动臂，杆杆和载荷荷完成指指定的运运动。常常用的驱驱动器有有电机、液液压和气气动等驱
24、驱动装置置，其中中采用电电机驱动动器是最最常用的的驱动方方式，包包括直流流伺服电电机，交交流伺服服电机及及其步进进电机等等。本设设计中底底座的旋旋转与手手臂升降降都是采采用步进进电机作作为驱动动器（在在第5章章计算说说明步进进电机的的选择），而而手臂的的伸缩则则选用七七缸作为为驱动器器。气爪爪的翻转转是通过过摆动气气缸来作作为驱动动器。102.5.2 机机械手传传动机构构手臂的升升降是步步进电机机通过联联轴器直直接与丝丝杆连接接。手臂臂上安装装丝杆螺螺母副，从从而驱动动手臂的的升降。手臂的伸伸缩是通通过气缸缸杆直接接连接装装有摆动动气缸的的摆动气气缸安装装板，从从而实现现伸缩运运动的。 气爪的
25、的旋转是是摆动气气缸通过过气爪的的连接附附件直接接相连接接。55如下下图2.4图2.44 气爪爪连接示示图底座的旋旋转是通通过步进进电机联联接谐波波齿轮直直接驱动动转动机机座转动动，从而而实现机机械手的的旋转运运动。5如如下图22.5：1支支座，22电电机，33轴轴承，44带带传动，55壳壳体6位位置传感感器，77柔柔轮，88波波发生器器，9刚轮轮 图22.5机机械手底底座传动动示图本设计中中的四自自由度棒棒料搬运运机械手手的有关关技术参参数见表表2-11。机械手类类型四自由度度圆柱坐坐标型抓取重量量2Kg自由度4个（22个回转转2个移移动）底座长2900mm，回回转运动动，回转转角2440，
26、步步进电机机驱动 PLCC控制手臂升降降机构长5500mm，升升降运动动，升降降范围4400mmm，步步进电机机驱动 PLCC控制手臂伸缩缩机构长8266mm，伸伸缩运动动，伸缩缩范围2270mmm，气气缸驱动动 活塞塞位置控控制气爪旋转转机构旋转运动动，旋转转角1880o，气气缸驱动动，行程程开关控控制表2-11机械手手参数表表3 机械械手的传传动设计计3.1 滚珠丝丝杠的选选择丝杆所受受载荷主主要是手手臂的重重力，设设计的手手臂质量量约为225KGG即等效效载荷。丝丝杆选为为有效行行程4550mmm , 由前电电机选择择的计算算丝杆转转速 , 设计计使用寿寿命取LL=2771066r ，工
27、工作温度度低于1100，可靠靠度955%，精精度为33级精度度。11计算工作作载荷： 式中： K颠覆覆力矩影影响的实实验系数数，设计计取为11.2 =1.2 2245 = 2294 N最大动负负载C的的计算 最大动动负载CC的计算算公式： 12 查机机电综合合设计指指导书式式2-114得式中： LL工工作寿命命，单位位为1006r，本本设计取取为2771066r fmm运运转状态态系数，无无冲击取取，本设设计取11.2 Fmm滚滚珠丝杆杆工作载载荷（NN）； 把以上上数据代代入得：选择滚珠珠丝杆副副的型号号C=10058.4N按按，查机机电综合合设计指指导书表表2-77，选用用汉江机机床厂FF
28、N型滚滚珠丝杠杠，系列列代号为为FN-25006-224。12其中= 255 mmm , =6mmm ,螺杆不长长，变形形量不大大无需验验算。 效率计算算 螺旋导导程角 = = = 357 效率的的计算公公式： 112 查机机电综合合设计指指导书式式2-115得式中：丝杆杆螺旋导导程角有有前计算算的摩擦擦角丝杆杆副摩擦擦系数为为，其摩摩擦角为为把以上数数据代入入得： 3.2 谐波齿齿轮减速速器参数数的确定定一般一级级谐波齿齿轮减速速比可以以在5005000之间间，谐波波齿轮结结构简单单，零件件少，重重量轻，运运动误差差小，无无冲击，齿齿的磨损损小，传传动精度度高，传传动平稳稳。谐波波齿轮减减速
29、传动动装置明明显的优优点，已已广泛用用于机器器人和其其它机电电一体化化机械设设备中。本设计的的底座旋旋转采用用谐波齿齿轮减速速器传动动。谐波齿轮轮采用带带杯形柔柔轮的谐谐波传动动组合件件。它是是由三个个基本构构件构成成的，带带凸缘的的环形刚刚轮，杯杯形的柔柔轮和柔柔性轴承承、椭圆圆盘构成成的波发发生器。谐波齿轮轮的设计计基本参参数如下下：传动比：；柔轮变形形波数：U=22 ；柔轮齿数数：；刚轮齿数数：；模数：；柔轮臂厚厚：；尺宽：；其中，柔柔轮与柔柔轮的啮啮合参数数经计算算分别确确定如下下： 全齿齿高：； ； 分度度圆直径径：； ； 齿顶顶圆直径径：； ； 齿根根圆直径径：； ； 齿形形角：；
30、 ； 变位位系数： ； ；柔轮与刚刚轮均采采用渐开开线齿形形，波发发生器采采用控制制式发生生器，其其中长轴轴2a=59.9mmm ，短短轴2bb=588.2mmm ，并并且采用用具有223个直直径为77.144mm滚滚珠的薄薄臂轴承承。谐波齿轮轮轮齿的的耐磨计计算：由于谐波波齿轮的的柔轮和和刚轮的的齿数均均很多，两两齿形曲曲线半径径之差很很小，所所以轮齿齿工作时时很接近近面接触触，则轮轮齿工作作表面的的磨损可可由齿面面的比压压P来控控制。轮轮齿工作作表面的的耐磨损损能力可可由下式式计算：7式中：TT作作用在柔柔轮上的的转矩（），由前计算取得；柔轮轮分度圆圆直径，本本设计中中取为 =800mm
31、；最大大啮入深深度，近近似取=（）mm，本设设计中取取 ； b 齿宽宽（mmm），设设计中取取为b=20mmm ；当量量于沿齿齿廓工作作段全啮啮合的工工作齿数数 ，一一般可取取；K载载荷系数数，取 ，设计计中取为为K=11.5 ；齿宽宽许用比比压 ，对对于无润润滑条件件下工作作的调质质柔轮，取取=8MMPA ；所以，代代入得： 因满足，所所以符合合耐磨性性要求 。柔轮强度度计算：谐波齿轮轮工作时时，柔轮轮筒体处处于变应应力状态态，其正正应力基基本上是是对称变变化的，而而切应力力则呈脉脉动变化化，若以以分别表表示正应应力和切切应力的的应力幅幅和平均均应力。11（1）正正应力的的应力幅幅和平均均应
32、力分分别为：（2）由由变形和和外载荷荷所引起起的切应应力分别别为：则，切应应力的应应力幅和和平均应应力为：以上式中中：T柔轮轮工作转转矩（），由由前计算算取为：T=22 ；柔轮轮齿根处处的臂厚厚（mmm），设设计中取取为：=0.66mm ；计算算平均直直径（mmm），设设计中为为： ； E弹性模模量（），设设计中为为E =20660000 ；变形形量（mmm），本设计中为=80.8880=00.8mmm ；将具体数数据代分分别代入入上式中中得：柔轮工作作条件较较恶劣，为为使柔轮轮在额定定载荷下下不产生生塑性变变形和疲疲劳破坏坏，并考考虑加工工工艺较较高的要要求，决决定选用用30CCrMnnSi
33、AA作为柔柔轮材料料。30CrrMnSSiA的的力学性性能如下下：66 ，球化化处理后后硬度为为 ，且，取：柔轮正应应力安全全系数和和切应力力安全系系数分别别为：柔轮的安安全系数数：此数值大大于许用用安全系系数1.5，则则柔轮强强度满足足要求。4 机械械手的各各电机选选择进电动机机又称脉脉冲电动动机，是是一种把把电脉冲冲信号转转换成与与脉冲数数成正比比的角位位移或直直线位移移的执行行电机。本本机械手手系统所所要求的的定位精精度较高高，而步步进电机机对系统统位置控控制比较较准确且且控制易易于实现现。故本本机械手手选用的的驱动电电机都是是步进电电机。4.1 机械手手手臂升升降步进进点击的的选择机械
34、手手手臂升降降用步进进电机来来驱动，通通过丝杆杆传动来来实现升升降。初选步进进电机8由前计算算丝杆导导程为 本设计机机械手手手臂升降降速度选选定为 所以丝杆杆转速： 回转转矩矩： 式中： 机机械手手手臂升降降相对丝丝杆的回回转力矩矩 ； 机机械手手手臂升降降相对丝丝杆的摩摩擦阻力力矩 ；机械械手手臂臂升降在在停止（制制动）过过程中相相对与丝丝杆的惯惯性力矩矩 ；其中： ，式中：手臂臂升降启启动或制制动过程程中角速速度的变变化量，也也就是工工作的角角速度：； 手臂臂升降启启动或制制动的时时间：本本设计取取为；手臂臂升降时时各部件件对回转转轴线的的转动惯惯量，其中： 式式中：丝杆杆对其转转动轴的的
35、转动惯惯量， 其中中：式中：丝杆杆的公称称直径由由前计算算得丝杆杆的长度度本设计计取为00.6(m) 代入入得： 升降降电机与与丝杆间间的联轴轴器的转转动惯量量 查机机械设计计手册(软件版版)R22.0得得；步进进电机转转子的转转动惯量量 查查机电综综合设计计指导书书表2-18得得；代入得：把以上代代入得：其中 ；式中： G手臂臂的自重重约为2200NN f丝杆杆螺母副副与丝杆杆间的摩摩擦系数数f=00.088 查机械械设计手手册(软软件版)R2.0得代入得：得： 电机与丝丝杆直接接联接所所以i=1；所以 上式中：负负载峰值值转速（rrad/s），如如上计算算 ：；负载载峰值力力矩（），如如上
36、计算算：电动机的的功率计计算式： 上式中：计计算系数数，其中中一般，本本设计中中取：；丝杆杆传动装装置的效效率，一一般取，本本设计中中取：；代入以上上数据得得：根据负载载峰值力力矩最大大静转矩矩，选用用步矩角角为步进进电机，其其最大静静转矩为为0.8882，满满足负载载峰值力力矩最大大静转矩矩的要求求。112表4-11 电机机参数电机型号号相数步距角/（）电压/V最大静转转矩/Nmm(ccm)最高空载载启动频频 率/HZ运行频率率/HZ转子转动动惯量10Kggm分配方式式质量/Kg75BFF00333 330 008882（99）1250016000015668三相六拍拍15884.2机机械手
37、底底座回转转驱动电电动机的的选择机械手机机身安装装在底座座上所以以底座作作旋转时时将手臂臂与机身身一起旋旋转机械手底底座转速速：设计计选取为为即旋转转18000的时间间为3ss；回转转矩矩： 式中： 机机械手整整体相对对底座回回转轴的的回转力力矩 ； 机机械手整整体相对对底座回回转轴的的摩擦阻阻力矩 ；机械械手底座座在停止止（制动动）过程程中相对对与丝杆杆的惯性性力矩 ；其中： ，式中： 底底座旋转转在启动动或制动动过程中中角速度度的变化化量，也也就是工工作角速速度：；底座座旋转启启动或制制动的时时间：本本设计中中； 与与的转化化系数：，本设设计中取取手臂臂、机身身、转轴轴对底座座旋转轴轴线的
38、转转动惯量量 由由于本机机械手是是一个不不规则，不不均匀的的回转体体所以算算得转动动惯量并并不一定定十分准确确。在选选用电机机时相应应把最大大静转矩矩要求提提高来选选择。式中：手臂臂无气爪爪边的质质量（kkg），本本机械手手为 ；手臂臂有气爪爪边的质质量（kkg），本本机械手手为 ；其中：手手臂的质质量，手手臂两边边都看作作长杆来来计算转转动惯量量；机身身的质量量（kgg），本本机械手手为； 其中中：的转转动惯量量看作均均匀圆柱柱体来计计算；与相相对应的的长度（mm） 。把以上数数据代入入得：底座电机机通过谐谐波减速速器连接接转动轴轴，偕波波减速器器传动比比为i=1000。所以：上式中：负负载
39、峰值值转速（rrad/s），如如上计算算 ：；负载载峰值力力矩（），如如上计算算：电动机功功率的计计算公式式式： 式中： 步步进电动动机的功功率（WW） ； 负负载峰值值转速（rrad/s），由由前计算算 ：；负载载峰值力力矩（），由由前计算算： =0.7737（）； 计计算系数数，其中中一般，本本设计中中取：； 底底座传动动装置的的效率，估估算为，本本机械手手取为：。根据负载载峰值力力矩最大大静转矩矩，选用用步矩角角为的步步进电机机90BBF0003，其其最大静静转矩为为1.996，满满足要求求。表4-22电机参参数电机型号号相数步距角/（）电压/V最大静转转矩/Nmm(ccm)最高空载载启
40、动频频 率/HZ运行频率率/HZ转子转动动惯量10Kggm分配方式式质量/Kg90BFF00333 360 11966（200）150008000017664三相六拍拍425 机械械手各气气动件的的设计计计算5.1 气爪夹夹紧力的的起算与与气爪的的选择 5.1.11 气爪爪夹紧力力的要求求由设计任任务书的的要求气气爪连工工件的重重量为55KG，从从而确定定夹紧的的工件重重量约为为2kgg。本设计设设计的机机械手搬搬运的工工件定为为圆柱形形的棒料料。其加加紧视图图如图55-1图5-11工件夹夹紧视图图工件重力力 G=229.88=199.6NN夹起工件件主要是是靠气爪爪手指与与工件的的静摩擦擦力
41、克服服工件的的重力。气爪拿起起工件所所需的力力 1 式中中：G机器器人的手手爪抓取取的工件件的重力力（N），本本设计GG=199.6；安全全系数，一一般取,本设计计中取=1.22；机器器人的手手部工作作状况系系数，按按计算得得=1.2； aa为机器器人手爪爪运动加加速度的的绝对值值；方位位系数，根根据机器器人手爪爪与工件件形状选选=1把以上数数据代入入得：=1.221.22119.6 =228.2224NN气爪能拿拿起工件件所需的的夹紧力力：式中：钢与与钢接触触的摩擦擦系数=0.22查机械设设计手册册(软件件版)RR2.006得把以上数数据代入入得： 气缸的选选定中，首首先确定定其负载载的大小小，负载载决定了了缸径的的大小；其次要要确定其其行程、安安装形式式等。5.1.2缸径径的确定定缸径与所所使用的的气源的的压力有有关，同同时要确确定动作作方向是是推力还还是拉力力。本设计的的气爪气气缸工作作主要以以拉力。本设计满满足气缸缸理论推推力、拉拉力速度度为500-5000mmm/s的的范围，其其力学计计算公式式为： 拉力 式中中：D气缸缸直径（mm）,本本设计初初取为00.044m ；d气气缸活塞塞杆直径径（