畢 業(yè) 設 計（論 文）大 綱
設計(論文)題目：三自由度Delta并聯(lián)機器人的設計與仿真
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1． 概述
Delta機器人屬于高速、輕載的并聯(lián)機器人，一般通過示教編程或視覺系統(tǒng)捕捉目標物體，由三個并聯(lián)的伺服軸確定抓具中心（TCP）的空間位置，實現目標物體的運輸，加工等操作。Delta機器人主要應用于食品、藥品和電子產品等加工、裝配。Delta機器人以其重量輕、體積小、運動速度快、定位精確、成本低、效率高等特點，正在市場上被廣泛應用。
2． 三自由度Delta并聯(lián)機器人關鍵技術的分析
三自由度Delta并聯(lián)機器人是由基座、末端執(zhí)行器、臂桿（機械臂）、電動機等四個部分組成。Delta機器人整體結構精密、緊湊，驅動部分均布于固定平臺，有著承載能力強、剛度大、自重負荷比小、動態(tài)性能好，并行三自由度機械臂結構，重復定位精度高，超高速拾取物品，一秒鐘多個節(jié)拍的特點。因此Delta機器人的整體布局直接影響著機器人的工作效率，應在Delta機器人的設計過程應該將實際工作環(huán)境與理論知識合理地進行資源整合，通過一系列的技術指導來提升Delta機器人的整體工作性能。
3． 三自由度Delta并聯(lián)機器人設計
三自由度Delta并聯(lián)機器人的設計主要分為6個設計環(huán)節(jié)：基座的設計、電動機的選型、末端執(zhí)行器的設計、傳動鏈的選擇、主機械臂的設計，以及副機械臂的設計。各個環(huán)節(jié)有著緊密而不可分割的關系，在設計的過程中既要做到宏觀調控設計進度，又要做好每一個設計參數的正確選擇，并且能過根據實際工作需要對選取的參數進行允許范圍內的調整，做到經濟與技術的有機融合。在保證設計質量的前提下，努力提高設計的創(chuàng)新性和可持續(xù)發(fā)展性。
4． 三自由度Delta并聯(lián)機器人的實體建模及仿真
實體建模首先采用CAD進行2D制圖，在2D制圖完全結束后，根據2D制圖的結果，采用CREO軟件，進行3D實體建模。Delta并聯(lián)機器人的實體建模主要包括基座的造型、末端執(zhí)行器的造型、主機械臂的造型、副機械臂的造型這四個建模環(huán)節(jié)，然后通過Delta并聯(lián)機器人總裝圖的造型呈現，就能了解到Delta并聯(lián)機器人的整體模型。最后運用3D運動仿真技術，把Delta并聯(lián)機器人的運動軌跡呈現出來，就能了解到Delta并聯(lián)機器人的基本工作原理。
畢 業(yè) 設 計 說 明 書
設計(論文)題目： 三自由度Delta并聯(lián)機器人的設計與仿真
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目錄
摘要 2
第1章 引言 3
1.1. 我國機器人研究現狀 3
1.2. 工業(yè)機器人概述： 4
1.3. 本論文研究的主要內容 4
第2章 機器人方案的設計 9
2.1. 機器人機械設計的特點 9
2.2. 與機器人有關的概念 10
2.3. 工業(yè)機器人的組成及各部分關系概述 12
2.4. 工業(yè)機器人的設計分析 13
2.5. 方案設案 13
2.6. 自由度分析 14
2.7. 機械傳動裝置的選擇 15
2.7.1. 滾珠絲杠的選擇 15
第3章 零部件設計與建模 18
3.1. Croe軟件介紹 18
3.2. 關鍵零部件建模 18
3.3. 各部分的裝配關系 25
第4章 仿真分析 29
第5章 致謝 33
參考文獻 33
摘要
并聯(lián)機器人是人類全新的機器人,它具有剛度大!承載能力強!精度高!自重負荷比小!動力性能好等一系列優(yōu)點,與目前廣泛應用的串聯(lián)機器人在應用上構成互補關系,因而擴大了機器人的應用領域"Delta并聯(lián)機器人是最典型的空間三自由度移動的并聯(lián)機構,Delta機構整體結構簡單!緊湊,驅動部分均布于固定平臺,這些特點使它具有良好的運動學和動力學特性,實驗條件下末端控制加速度可高達5.09-(重力加速度)"大量的實踐證明,Delta機構是迄今為止設計最成功的并聯(lián)機構之一"目前,Delta并聯(lián)機器人己經廣泛應用于化妝品!食品和藥品的包裝和電子產品的裝配"機器人的運動學是機器人動力學!機器人控制和規(guī)劃的基礎,在機器人研究中占有重要的地位"運動學研究內容包括正向運動學和反向運動學,對于并聯(lián)機器人,其反向運動學相對簡單而正向運動學復雜"本文對三自由度Delta機器人運動學進行了研究"通過對Delta機器人結構的分析,建立了運動學模型,確定了各個構件的空間位姿"基于動平臺與靜平臺之間的矢 量關系以及機構的約束方程,建立了該機構的運動學方程,推導出位置反解公式,同時給出了位置正解的數值解法"在位置反解方程的基礎上,分析了Delta機器人的工作空間,推導出該機構的雅可比矩陣,并對速度和加速度進行了求解.。
關鍵詞： 機器人，方案，設計，仿真
第1章 引言
近二十年來，機器人技術發(fā)展非常迅速，各種用途的機器人在各個領域廣泛獲得應用。我國在機器人的研究和應用方面與工業(yè)化國家相比還有一定的差距，因此研究和設計各種用途的機器人特別是工業(yè)機器人、推廣機器人的應用是有現實意義的。
1.1. 我國機器人研究現狀
機器人是一種能夠進行編程在自動控制下執(zhí)行某種操作或移動作業(yè)任務的機械裝置。機器人技術綜合了機械工程、電子工程、計算機技術、自動控制及人工智能等多種科學的最新研究成果，是機電一體化技術的典型代表，是當代科技發(fā)展最活躍的領域。機器人的研究、制造和應用正受到越來越多的國家的重視。近十幾年來，機器人技術發(fā)展非常迅速，各種用途的機器人在各個領域廣泛獲得應用。我國是從 20 世紀80 年代開始涉足機器人領域的研究和應用的。1986年，我國開展了“七五”機器人攻關計劃。1987 年，我國的“863”計劃將機器人方面的研究列入其中。目前，我國從事機器人的應用開發(fā)的主要是高校和有關科研院所。最初我國在機器人技術方面的主要目的是跟蹤國際先進的機器人技術，隨后，我國在機器人技術及其應用方面取得了很大成就。主要研究成果有：哈爾濱工業(yè)大學研制的兩足步行機器人，北京自動化研究所1993 年研制的噴涂機器人，1995 年完成的高壓水切割機器人，國家開放實驗和研究單位沈陽自動化研究所研制的有纜深潛300m 機器人，無纜深潛機器人，遙控移動作業(yè)機器人，2000 年國防科技大學研制的兩足類人機器人，北京航空航天大學研制的三指靈巧手，華南理工大學研制的點焊、弧焊機器人，以及各種機器人裝配系統(tǒng)等。我國目前擁有機器人 4000 臺左右，主要在工業(yè)發(fā)達地區(qū)應用，而全世界應用機器人數量為83 萬臺，其中主要集中在美國、日本等工業(yè)發(fā)達國家。在機器人研究方面，我國與發(fā)達國家還有一定差距。機構學形成并發(fā)展于十八世紀下半葉，迄今創(chuàng)造了各種新型機構，被廣泛地應用在工業(yè)、農業(yè)、國防以及日常生活等諸多領域[1]。常用的機構有連桿機構、凸輪機構、齒輪機構、撓性機構等[2-4]。其中，連桿機構應用最為廣泛。按照構件之間的相對運動為平面運動和空間運動，連桿機構可以分為平面連桿機構和空間連桿機構。空間連桿機構可分為開鏈機構和閉鏈機構。閉鏈機構分為單閉環(huán)鏈和多閉環(huán)鏈機構。無懸桿的單閉合運動鏈有相同數目的構件和運動副，運動鏈是否能夠運動決定于構件及運動副的類型和數目[5]?？臻g單閉鏈連桿機構運動巧妙，獲得許多學者的關注。機器人機構學是機構學研究的一個分支。兩足機器人是機器人學研究的主要對象之一，其系統(tǒng)全面研究開始于二十世紀60年代[6-9]，研究主要集中在仿人機器人[10-18]、輔助行走機器人[19-21]和被動行走兩足機器人[22-26]領域。本文的研究動機是試圖將傳統(tǒng)的機構學應用在兩足機器人領域，嘗試拓展機構學的應用空間，同時嘗試提出兩足機器人的新構型和新應用。以下分別介紹空間單閉鏈連桿機構和兩足機器人的研究概況。
1.2. 工業(yè)機器人概述：
在工業(yè)領域廣泛應用著工業(yè)機器人。工業(yè)機器人一般指在工廠車間環(huán)境中，配合自動化生產的需要，代替人來完成材料或零件的搬運、加工、裝配等操作的一種機器人。工業(yè)機器人的定義為：“一種自動定位控制、可重復編程的、多功能的、多自由度的操作機。能搬運材料、零件或操持工具，用以完成各種作業(yè)。”操作機定義為：“具有和人的手臂相似的動作功能，可在空間抓放物體或進行其它操作的機械裝置?！盵3]一個典型的機器人系統(tǒng)由本體、關節(jié)伺服驅動系統(tǒng)、計算機控制系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)、通訊接口等幾部分組成。一般多自由度串聯(lián)機器人具有4～6 個自由度，其中2～3 個自由度決定了末端執(zhí)行器在空間的位置，其余2～3 個自由度決定了末端執(zhí)行器在空間的姿態(tài)。
1.3. 本論文研究的主要內容
作者系統(tǒng)學習了機器人技術的知識，查閱了大量的文獻資料，對國內外機器人、主要是工業(yè)機器人的現狀有了比較詳細的了解。在此基礎上，結合作者本人的設想，和設計工作中需要解決的任務，主要進行以下幾項工作：
(1) 進行機器人本體結構的方案創(chuàng)成、分析和設計
1.1 空間單閉鏈機構研究概況
在機構學中，通常采用符號表示運動副類型。運動副符號R、C、P、S、H分別表示轉動副、圓柱副、移動副、球面副、螺旋副。空間單閉鏈機構通常用一串運動副符號來表示，例如RSSR。這不僅方便，而且反映了空間機構的主要特點。第一位符號表示連接機架和輸入桿（主動件）的運動副，最后一個則是連接輸出件（被動件）的運動副[27]。
在空間機構的研究過程中，提出了各類空間單閉鏈連桿機構以及過約束機構[5,27-33]，為連桿機構研究提供理論基礎，也為該類連桿機構的實際應用提供了備選方案。張啟先[5]對自由度為1的空間單閉鏈的機構進行綜合，如表1-1所示。其中運動副類別是按照自由度數目進行分類，由此表可知：在閉合約束數相同的機構中，所含運動副的類別越高，組成機構所需的構件數越少；相同個數的構件或運動副，只有滿足某些特殊的幾何條件，才能組成約束數不同的機構[5]。空間單閉鏈機構主要應用：1.在一些輕工業(yè)機械上（例如在縫紉機、紡織機、制鞋機等中有著廣泛的應用）。2. 在農業(yè)機械上。3.在一些飛機和汽車上（主要用來作為飛機的翼面操作、機輪縮放和汽車的傳動、轉向機構）。4.作為軸向活塞機械（例如在活塞式壓氣機、發(fā)動機及軸向柱塞式油泵中應用廣泛）。5.在其它機械和儀表中[5]。
1.1.1 空間三桿機構及其應用
空間三桿機構是最簡單的單閉鏈空間機構。如圖1-1所示為典型的空間三桿CSS和CCS機構[34]，其中圖1-1a為空間三桿CSS機構，兩個球面副間有局部自由度。圖1-1b為空間三桿CCS機構，能實現某種需要的球面軌跡[5]，可用于需要球面軌跡的場合。
1.1.2 空間四桿機構及其應用
常見的空間四桿機構有4R[35]、RCSR[36]、RSSP[37]、RCCC[38-45]、RCCR[44, 46-53]、RSCR[54]、RRSS[55-58]、RSSR[38, 59-66]、RSCP[54, 67]、RRSC[34, 67, 68]、RCCP[44, 69]、RPSC[28,70]、CSSP[54]、CSSP[54]、RSSP[37, 71, 72]。圖1-2所示為其中的四種，其中圖1-2a為球面4R機構，圖1-2b為RCCC機構，圖1-2c為RSSR機構，圖1-2d為RSSP機構。
空間四桿機構的應用較為廣泛。RCCR和RSSR為雙曲柄機構；球面4R機構滿足特殊幾何條件時為萬向聯(lián)軸器機構；RCCC滿足特殊的幾何條件時，可以看做是萬向聯(lián)軸器機構；RSSP為曲柄滑塊機構；PSSP為雙滑塊機構；RSPC、RRSC、RSCC
為曲柄轉移機構。以下列舉了幾類四桿機構的典型應用示例。
(1) 空間四桿RSCS 機構
如圖1-4所示，將空間RSCS機構用作為一種飛機起落架收放機構。當桿2和桿3在液壓油作用下伸縮時，桿1繞斜軸擺動，從而達到收放機輪的目的。這里，桿2和桿3各有一個可繞自身軸線轉動的局部自由度[5]。
并聯(lián)機器人相對于目前廣泛應用的串聯(lián)機器人來講， 具有剛度強、精度高、自重負荷比小、速度高等顯著的優(yōu)點；但也有其不足之處，如同樣的結構尺寸，并聯(lián)機器人的工作空間小，存在桿件空間的干涉、奇異位置等問題，結構設計理論分析復雜。由于并聯(lián)機構動力學特性具有高度非線性、強耦合的特點，使其控制較為復雜?？傮w來講，并聯(lián)機器人與串聯(lián)機器人構成互補的關系， 擴大了整個機器人的應用領域。并聯(lián)機器人機構多種多樣，Clavel 提出了一種稱為Delta 的三維移動機構。Delta 機構是最典型的空間三自由度移動的并聯(lián)機構，大多數空間三自由度并聯(lián)機構都是從Delta 機構衍生的。Delta 機器人是一種具有3 個平動自由度的高速并聯(lián)機器人，也是商業(yè)應用最成功的并聯(lián)機器人之一。目前，并聯(lián)機器人廣泛應用于飛行器對接、外科手術和數控加工等眾多領域。食品制藥領域普遍采用流水線生產，個別產品包裝環(huán)節(jié)還離不開人工操作。由于環(huán)境復雜、產品特殊，傳統(tǒng)機構很難滿足靈活高效的要求，而并聯(lián)機構在這些場合能充分發(fā)揮其優(yōu)勢。本文主要針對包裝堆垛機器人的機構設計進行探討和分析。
由于結構中有空間平行四邊形存在，限制了機構的三個轉動自由度，僅僅留下三個平動自由度。于是設計了如下的并聯(lián)機器人，如圖
機構的特點如下：
（1）并聯(lián)機器人采用四臂對稱結構，每個臂為串并混聯(lián)分支。
（2）四個伺服電機和減速器安裝在上平臺上,主要的質量和慣性集中在上部，末端執(zhí)行器由八桿相連，慣性小，速度快，效率高。
（3）上平臺為箱式結構，在箱體的內部可以安放驅動電路、控制電路等。
（4）末端執(zhí)行器由八桿球鉸聯(lián)接，安裝電控吸盤，用于抓取物體。
（5）球鉸由彈簧拉緊。
（6）上平臺為齒輪齒條機構，實現機器人整體移動。目的是擴大并聯(lián)機器人工作范圍，也可根據情況不使用。
此機構在運動過程中，末端執(zhí)行器只有平動自由度，沒有轉動自由度。
第2章 機器人方案的設計
2.4. 機器人機械設計的特點
串聯(lián)機器人機械設計與一般的機械設計相比，有很多不同之處。首先，從機構學的角度來看，機器人的結構是由一系列連桿通過旋轉關節(jié)（或移動關節(jié)）連接起來的開式運動鏈。開鏈結構使得機器人的運動分析和靜力分析復雜，兩相鄰桿件坐標系之間的位姿關系、末端執(zhí)行器的位姿與各關節(jié)變量之間的關系、末端執(zhí)行器的受力和各關節(jié)驅動力矩（或力）之間的關系等，都不是一般機構分析方法能解決得了的，需要建立一套針對空間開鏈機構的運動學、靜力學方法。末端執(zhí)行器的位置、速度、加速度和各個關節(jié)驅動力矩之間的關系是動力學分析的主要內容，在手臂開鏈結構中，每個關節(jié)的運動受到其它關節(jié)運動的影響，作用在每個關節(jié)上的重力負載和慣性負載隨手臂位姿變化而變化，在高速情況下，還存在哥氏力和離心力的影響。因此，機器人是一個多輸入多輸出的、非線性、強耦合、位置時變的動力學系統(tǒng)，動力學分析十分復雜，因此，即使通過一定的簡化，也需要使用不同于一般機構分析的專門分析方法。其次，由于開鏈機構相當于一系列懸臂桿件串聯(lián)在一起，機械誤差和彈性變形的累積使機器人的剛度和精度大受影響。因此在進行機器人機械設計時特別要注意剛度和精度設計。再次，機器人是典型的機電一體化產品，在進行結構設計時必須要考慮到驅動、控制等方面的問題，這和一般的機械產品設計是不同的。另外，與一般機械產品相比，機器人的機械設計在結構的緊湊性、靈巧性方面有更高的要求。
2.5. 與機器人有關的概念
以下是本文中涉及到的一些與機器人技術有關的概念。
1 自由度：工業(yè)機器人一般都為多關節(jié)的空間機構，其運動副通常有移動副和轉動副兩種。相應地，以轉動副相連的關節(jié)稱為轉動關節(jié)。以移動副相連的關節(jié)稱為移動關節(jié)。在這些關節(jié)中，單獨驅動的關節(jié)稱為主動關節(jié)。主動關節(jié)的數目稱為機器人的自由度。
2 機器人的分類
機器人分類方法有多種。
(1) 按機器人的控制方法的不同，可分為點位控制型（PTP），連續(xù)軌跡控制型（CP）：
（a）點位控制型（Point to Point Control ）：機器人受控運動方式為自一個點位目標向另一個點位目標移動，只在目標點上完成操作。例如機器人在進行點焊時的軌跡控制。
（b）連續(xù)軌跡控制型（Continuous Path Control ）：機器人各關節(jié)同時做受控運動，使機器人末端執(zhí)行器按預期軌跡和速度運動，為此各關節(jié)控制系統(tǒng)需要獲得驅動機的角位移和角速度信號，如機器人進行焊縫為曲線的弧焊作業(yè)時的軌跡控制。
(2) 按機器人的結構分類，可分為四類：
（a）直角坐標型：該型機器人前三個關節(jié)為移動關節(jié)，運動方向垂直，其控制方案與數控機床類似，各關節(jié)之間沒有耦合，不會產生奇異狀態(tài)，剛性好、精度高。缺點是占地面積大、工作空間小。
（b）圓柱坐標型：該型機器人前三個關節(jié)為兩個移動關節(jié)和一個轉動關節(jié)，以q, r, z為坐標，位置函數為P = f (q, r, z) ,其中，r 是手臂徑向長度，z 是垂直方向的位移，q 是手臂繞垂直軸的角位移。這種形式的機器人占用空間小，結構簡單。
（c）球坐標型：具有兩個轉動關節(jié)和一個移動關節(jié)。以q,f, y 為坐標，位置函數為P = f (q ,f, y)，該型機器人的優(yōu)點是靈活性好，占地面積小，但剛度、精度較差。
（d）關節(jié)坐標型：有垂直關節(jié)型和水平關節(jié)型（SCARA 型）機器.人。前三個關節(jié)都是回轉關節(jié)，特點是動作靈活，工作空間大、占地面積小，缺點是剛度和精度較差。
(3) 按驅動方式分類：
按驅動方式可分為：（a）氣壓驅動；（b）液壓驅動；（c）電氣驅動。電氣驅動是 20 世紀90 年代后機器人系統(tǒng)應用最多的驅動方式。它有結構簡單、易于控制、使用方便、運動精度高、驅動效率高、不污染環(huán)境等優(yōu)點。
(4) 按用途分類：
可分為搬運機器人、噴涂機器人、焊接機器人、裝配機器人、切削加工機器人和特種用途機器人等。
2.6. 工業(yè)機器人的組成及各部分關系概述
圖2-1 工業(yè)機器人的組成圖
它主要由機械系統(tǒng)(執(zhí)行系統(tǒng)、驅動系統(tǒng))、控制檢測系統(tǒng)及智能系統(tǒng)組成。
A、 執(zhí)行系統(tǒng)：執(zhí)行系統(tǒng)是工業(yè)機器人完成抓取工件，實現各種運動所必需的機械部件，它包括手部、腕部、機身等。
（1） 手部：又稱手爪或抓取機構，它直接抓取工件或夾具。
（2） 腕部：又稱手腕，是連接手部和臂部的部件，其作用是調整或改變手部的工作方位。
（3） 臂部：是支承腕部的部件，作用是承受工件的負荷，并把它傳遞到預定的位置。
（4） 機身：是支承手臂的部件，其作用是帶動臂部自轉、升降或俯仰運動。
B、 驅動系統(tǒng)：為執(zhí)行系統(tǒng)各部件提供動力，并驅動其動力的裝置。常用的機械傳動、液壓傳動、氣壓傳動和電傳動。
C、 控制系統(tǒng)：通過對驅動系統(tǒng)的控制，使執(zhí)行系統(tǒng)按照規(guī)定的要求進行工作，當發(fā)生錯誤或故障時發(fā)出報警信號。
D、 檢測系統(tǒng)：作用是通過各種檢測裝置、傳感裝置檢測執(zhí)行機構的運動情況，根據需要反饋給控制系統(tǒng)，與設定進行比較，以保證運動符合要求。
圖2-2 各部分關系圖
2.7. 工業(yè)機器人的設計分析
2.2.1 設計要求
綜合運用所學知識,搜集有關資料獨立完成三自由度圓柱坐標型工業(yè)機器人操作機和驅動單元的設計工作。
原始數據：自動線上有Ａ，Ｂ兩條輸送帶之間距離為1.5m，需設計工業(yè)機器人將一零件從A帶送到B帶。
零件尺寸：內孔 ￠100，壁厚 10，高 100。
零件材料：45鋼。
2.2.2 總體方案擬定
在工業(yè)機器人的諸多功能中，抓取和移動是最主要的功能。這兩項功能實現的技術基礎是精巧的機械結構設計和良好的伺服控制驅動。本次設計就是在這一思維下展開的。根據設計內容和需求確定圓柱坐標型工業(yè)機器人，利用步進電機驅動和諧波齒輪傳動來實現機器人的旋轉運動；利用另一臺步進電機驅動滾珠絲杠旋轉，從而使與滾珠絲杠螺母副固連在一起的手臂實現上下運動；考慮到本設計中的機器人工作范圍不大，故利用液壓缸驅動實現手臂的伸縮運動；末端夾持器則采用內撐連桿杠桿式夾持器，用小型液壓缸驅動夾緊。
2.8. 方案設案
設計一種直線型Delta并聯(lián)機器人，動平臺與靜平臺之間通過三條支鏈連接。通過安裝在固定框架上的三個直流電機結合滾珠絲杠副產生的直線運動，使動平臺具有一個平動自由度和兩個轉動自由度。每個電機安裝有編碼器用于檢測其轉角，通過機構運動學建?？捎嬎愠鰟悠脚_的位姿信息，并用于實現對機器人的控制。
設計要求：
?1.外形尺寸600x600x800；
?2.豎直方向平移范圍：±100mm，水平方向轉動范圍：±15°；
?3.動平臺最大承載5kg；
2.9. 自由度分析
在自由度的分析中，一般涉及閑置自由度、冗余自由度、過約束、公共約束等問題。對較復雜的并聯(lián)機構自由度分析，一般用螺旋理論進行分析。delta 型并聯(lián)器人，在運動過程中，四個支臂始終保持空間平行四邊形。根據螺旋理論分析末端執(zhí)行器運動，可知螺旋系約束了繞三個軸的轉動，說明此機構只有三個方向的平動自由度，沒有轉動自由度。
機器人方案圖
機器人結構圖
2.10. 機械傳動裝置的選擇
2.10.1. 滾珠絲杠的選擇
估算：等效載荷 Fm = 1000 N , 絲桿有效行程420 mm , 等效轉速 nm = 1500 r/min , 要求使用壽命Lh = 15000 h 左右，工作溫度低于100℃，可靠度95%，精度為3級精度。
A、 計算載荷
Fc =
查<機電液設計手冊> 上冊，表15-21得
= 1.1 ， = 1.0 ，=1.61 ， = 1
Fc =
= 1.11.01.6111000
= 1771 N
=
=
= 19559 N
B、 選擇滾珠絲桿副的型號
主要尺寸為：
按= 19559N，查《機電一體化設計基礎》表2-9，選用漢江機床廠C1型滾珠絲杠，系列代號為FYC1-4008-2.5。
= 40 mm , =8 mm , =4 mm , d = 39mm，滾珠直徑d0=3.969mm
滾道半徑 R=
偏心距 e==
絲杠內徑
≤27 mm , =24000 N , =1880 N
螺旋導程角 γ = arctan = arctan = 3o38′
螺桿不長，無需驗算穩(wěn)定性。
C、剛度驗算
按最不利情況考慮，即在螺距(導程)內受軸向力引起的彈性變形與受轉矩引起彈性變形方向一致，此時變形量為最大，計算公式為：
= +
式中 T1 = ··tan( γ+)
= 1000tan(+)
= 1321 N·mm
磨擦系數f = 0.025, 當量磨擦角 = ，
剪切彈性模量 G=8.33 N/mm2
所以：= +
= 0.0387 μm
其中，危險截面= 35.76，E = 2.06
每米螺桿長度上的螺矩的彈性變形
= = 6.6 /m < ()p = 15/m
因為滾球絲桿精度要求為3級精度，由表15-8查得
()p = 15/m
所以其剛度滿足要求。
D、計算效率
η= = = 0.960 = 96%
第3章 零部件設計與建模
3.11. Croe軟件介紹
3.12. 關鍵零部件建模
下面介紹了一些關鍵部件的三維幾何體和二維結構尺寸圖。
機器人大臂
機器人大臂端
機器人固定端
電機固定座
電機固定座
動盤座
帶輪
3.13. 各部分的裝配關系
在個關節(jié)出使用球約束使得他們之間有相對運動。
關節(jié)之間創(chuàng)建萬向約束
皮帶輪之間參與銷釘連接
總裝配圖
第4章 仿真分析
首先進入到仿真界面中：
對電動機軸添加伺服電機，產生動力。
設置位置做為電動機的變化量
選擇運行分析
創(chuàng)建測量項目
第5章 致謝
參考文獻
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[2]廖念釗,莫雨松,李碩根,楊興駿.互換性與技術測量第四版[M].北京:中國計量出版社,2000.
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摘要
并聯(lián)機器人是人類全新的機器人,它具有剛度大!承載能力強!精度高!自重負荷比小!動力性能好等一系列優(yōu)點,與目前廣泛應用的串聯(lián)機器人在應用上構成互補關系,因而擴大了機器人的應用領域"Delta并聯(lián)機器人是最典型的空間三自由度移動的并聯(lián)機構,Delta機構整體結構簡單!緊湊,驅動部分均布于固定平臺,這些特點使它具有良好的運動學和動力學特性,實驗條件下末端控制加速度可高達5.09-(重力加速度)"大量的實踐證明,Delta機構是迄今為止設計最成功的并聯(lián)機構之一"目前,Delta并聯(lián)機器人己經廣泛應用于化妝品!食品和藥品的包裝和電子產品的裝配"機器人的運動學是機器人動力學!機器人控制和規(guī)劃的基礎,在機器人研究中占有重要的地位"運動學研究內容包括正向運動學和反向運動學,對于并聯(lián)機器人,其反向運動學相對簡單而正向運動學復雜"本文對三自由度Delta機器人運動學進行了研究"通過對Delta機器人結構的分析,建立了運動學模型,確定了各個構件的空間位姿"基于動平臺與靜平臺之間的矢 量關系以及機構的約束方程,建立了該機構的運動學方程,推導出位置反解公式,同時給出了位置正解的數值解法"在位置反解方程的基礎上,分析了Delta機器人的工作空間,推導出該機構的雅可比矩陣,并對速度和加速度進行了求解.。
關鍵詞： 機器人，方案，設計，仿真
目錄
摘要 2
第1章 引言 3
1.1. 我國機器人研究現狀 3
1.2. 工業(yè)機器人概述： 4
1.3. 本論文研究的主要內容 4
第2章 機器人方案的設計 9
2.1. 機器人機械設計的特點 9
2.2. 與機器人有關的概念 10
2.3. 工業(yè)機器人的組成及各部分關系概述 12
2.4. 工業(yè)機器人的設計分析 13
2.5. 方案設案 13
2.6. 自由度分析 14
2.7. 機械傳動裝置的選擇 15
2.7.1. 滾珠絲杠的選擇 15
第3章 零部件設計與建模 18
3.1. Croe軟件介紹 18
3.2. 關鍵零部件建模 18
3.3. 各部分的裝配關系 25
第4章 仿真分析 29
第5章 致謝 33
參考文獻 33
第1章 引言
近二十年來，機器人技術發(fā)展非常迅速，各種用途的機器人在各個領域廣泛獲得應用。我國在機器人的研究和應用方面與工業(yè)化國家相比還有一定的差距，因此研究和設計各種用途的機器人特別是工業(yè)機器人、推廣機器人的應用是有現實意義的。
1.1. 我國機器人研究現狀
機器人是一種能夠進行編程在自動控制下執(zhí)行某種操作或移動作業(yè)任務的機械裝置。機器人技術綜合了機械工程、電子工程、計算機技術、自動控制及人工智能等多種科學的最新研究成果，是機電一體化技術的典型代表，是當代科技發(fā)展最活躍的領域。機器人的研究、制造和應用正受到越來越多的國家的重視。近十幾年來，機器人技術發(fā)展非常迅速，各種用途的機器人在各個領域廣泛獲得應用。我國是從 20 世紀80 年代開始涉足機器人領域的研究和應用的。1986年，我國開展了“七五”機器人攻關計劃。1987 年，我國的“863”計劃將機器人方面的研究列入其中。目前，我國從事機器人的應用開發(fā)的主要是高校和有關科研院所。最初我國在機器人技術方面的主要目的是跟蹤國際先進的機器人技術，隨后，我國在機器人技術及其應用方面取得了很大成就。主要研究成果有：哈爾濱工業(yè)大學研制的兩足步行機器人，北京自動化研究所1993 年研制的噴涂機器人，1995 年完成的高壓水切割機器人，國家開放實驗和研究單位沈陽自動化研究所研制的有纜深潛300m 機器人，無纜深潛機器人，遙控移動作業(yè)機器人，2000 年國防科技大學研制的兩足類人機器人，北京航空航天大學研制的三指靈巧手，華南理工大學研制的點焊、弧焊機器人，以及各種機器人裝配系統(tǒng)等。我國目前擁有機器人 4000 臺左右，主要在工業(yè)發(fā)達地區(qū)應用，而全世界應用機器人數量為83 萬臺，其中主要集中在美國、日本等工業(yè)發(fā)達國家。在機器人研究方面，我國與發(fā)達國家還有一定差距。機構學形成并發(fā)展于十八世紀下半葉，迄今創(chuàng)造了各種新型機構，被廣泛地應用在工業(yè)、農業(yè)、國防以及日常生活等諸多領域[1]。常用的機構有連桿機構、凸輪機構、齒輪機構、撓性機構等[2-4]。其中，連桿機構應用最為廣泛。按照構件之間的相對運動為平面運動和空間運動，連桿機構可以分為平面連桿機構和空間連桿機構?？臻g連桿機構可分為開鏈機構和閉鏈機構。閉鏈機構分為單閉環(huán)鏈和多閉環(huán)鏈機構。無懸桿的單閉合運動鏈有相同數目的構件和運動副，運動鏈是否能夠運動決定于構件及運動副的類型和數目[5]。空間單閉鏈連桿機構運動巧妙，獲得許多學者的關注。機器人機構學是機構學研究的一個分支。兩足機器人是機器人學研究的主要對象之一，其系統(tǒng)全面研究開始于二十世紀60年代[6-9]，研究主要集中在仿人機器人[10-18]、輔助行走機器人[19-21]和被動行走兩足機器人[22-26]領域。本文的研究動機是試圖將傳統(tǒng)的機構學應用在兩足機器人領域，嘗試拓展機構學的應用空間，同時嘗試提出兩足機器人的新構型和新應用。以下分別介紹空間單閉鏈連桿機構和兩足機器人的研究概況。
1.2. 工業(yè)機器人概述：
在工業(yè)領域廣泛應用著工業(yè)機器人。工業(yè)機器人一般指在工廠車間環(huán)境中，配合自動化生產的需要，代替人來完成材料或零件的搬運、加工、裝配等操作的一種機器人。工業(yè)機器人的定義為：“一種自動定位控制、可重復編程的、多功能的、多自由度的操作機。能搬運材料、零件或操持工具，用以完成各種作業(yè)。”操作機定義為：“具有和人的手臂相似的動作功能，可在空間抓放物體或進行其它操作的機械裝置?！盵3]一個典型的機器人系統(tǒng)由本體、關節(jié)伺服驅動系統(tǒng)、計算機控制系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)、通訊接口等幾部分組成。一般多自由度串聯(lián)機器人具有4～6 個自由度，其中2～3 個自由度決定了末端執(zhí)行器在空間的位置，其余2～3 個自由度決定了末端執(zhí)行器在空間的姿態(tài)。
1.3. 本論文研究的主要內容
作者系統(tǒng)學習了機器人技術的知識，查閱了大量的文獻資料，對國內外機器人、主要是工業(yè)機器人的現狀有了比較詳細的了解。在此基礎上，結合作者本人的設想，和設計工作中需要解決的任務，主要進行以下幾項工作：
(1) 進行機器人本體結構的方案創(chuàng)成、分析和設計
1.1 空間單閉鏈機構研究概況
在機構學中，通常采用符號表示運動副類型。運動副符號R、C、P、S、H分別表示轉動副、圓柱副、移動副、球面副、螺旋副?？臻g單閉鏈機構通常用一串運動副符號來表示，例如RSSR。這不僅方便，而且反映了空間機構的主要特點。第一位符號表示連接機架和輸入桿（主動件）的運動副，最后一個則是連接輸出件（被動件）的運動副[27]。
在空間機構的研究過程中，提出了各類空間單閉鏈連桿機構以及過約束機構[5,27-33]，為連桿機構研究提供理論基礎，也為該類連桿機構的實際應用提供了備選方案。張啟先[5]對自由度為1的空間單閉鏈的機構進行綜合，如表1-1所示。其中運動副類別是按照自由度數目進行分類，由此表可知：在閉合約束數相同的機構中，所含運動副的類別越高，組成機構所需的構件數越少；相同個數的構件或運動副，只有滿足某些特殊的幾何條件，才能組成約束數不同的機構[5]?？臻g單閉鏈機構主要應用：1.在一些輕工業(yè)機械上（例如在縫紉機、紡織機、制鞋機等中有著廣泛的應用）。2. 在農業(yè)機械上。3.在一些飛機和汽車上（主要用來作為飛機的翼面操作、機輪縮放和汽車的傳動、轉向機構）。4.作為軸向活塞機械（例如在活塞式壓氣機、發(fā)動機及軸向柱塞式油泵中應用廣泛）。5.在其它機械和儀表中[5]。
1.1.1 空間三桿機構及其應用
空間三桿機構是最簡單的單閉鏈空間機構。如圖1-1所示為典型的空間三桿CSS和CCS機構[34]，其中圖1-1a為空間三桿CSS機構，兩個球面副間有局部自由度。圖1-1b為空間三桿CCS機構，能實現某種需要的球面軌跡[5]，可用于需要球面軌跡的場合。
1.1.2 空間四桿機構及其應用
常見的空間四桿機構有4R[35]、RCSR[36]、RSSP[37]、RCCC[38-45]、RCCR[44, 46-53]、RSCR[54]、RRSS[55-58]、RSSR[38, 59-66]、RSCP[54, 67]、RRSC[34, 67, 68]、RCCP[44, 69]、RPSC[28,70]、CSSP[54]、CSSP[54]、RSSP[37, 71, 72]。圖1-2所示為其中的四種，其中圖1-2a為球面4R機構，圖1-2b為RCCC機構，圖1-2c為RSSR機構，圖1-2d為RSSP機構。
空間四桿機構的應用較為廣泛。RCCR和RSSR為雙曲柄機構；球面4R機構滿足特殊幾何條件時為萬向聯(lián)軸器機構；RCCC滿足特殊的幾何條件時，可以看做是萬向聯(lián)軸器機構；RSSP為曲柄滑塊機構；PSSP為雙滑塊機構；RSPC、RRSC、RSCC
為曲柄轉移機構。以下列舉了幾類四桿機構的典型應用示例。
(1) 空間四桿RSCS 機構
如圖1-4所示，將空間RSCS機構用作為一種飛機起落架收放機構。當桿2和桿3在液壓油作用下伸縮時，桿1繞斜軸擺動，從而達到收放機輪的目的。這里，桿2和桿3各有一個可繞自身軸線轉動的局部自由度[5]。
并聯(lián)機器人相對于目前廣泛應用的串聯(lián)機器人來講， 具有剛度強、精度高、自重負荷比小、速度高等顯著的優(yōu)點；但也有其不足之處，如同樣的結構尺寸，并聯(lián)機器人的工作空間小，存在桿件空間的干涉、奇異位置等問題，結構設計理論分析復雜。由于并聯(lián)機構動力學特性具有高度非線性、強耦合的特點，使其控制較為復雜。總體來講，并聯(lián)機器人與串聯(lián)機器人構成互補的關系， 擴大了整個機器人的應用領域。并聯(lián)機器人機構多種多樣，Clavel 提出了一種稱為Delta 的三維移動機構。Delta 機構是最典型的空間三自由度移動的并聯(lián)機構，大多數空間三自由度并聯(lián)機構都是從Delta 機構衍生的。Delta 機器人是一種具有3 個平動自由度的高速并聯(lián)機器人，也是商業(yè)應用最成功的并聯(lián)機器人之一。目前，并聯(lián)機器人廣泛應用于飛行器對接、外科手術和數控加工等眾多領域。食品制藥領域普遍采用流水線生產，個別產品包裝環(huán)節(jié)還離不開人工操作。由于環(huán)境復雜、產品特殊，傳統(tǒng)機構很難滿足靈活高效的要求，而并聯(lián)機構在這些場合能充分發(fā)揮其優(yōu)勢。本文主要針對包裝堆垛機器人的機構設計進行探討和分析。
由于結構中有空間平行四邊形存在，限制了機構的三個轉動自由度，僅僅留下三個平動自由度。于是設計了如下的并聯(lián)機器人，如圖
機構的特點如下：
（1）并聯(lián)機器人采用四臂對稱結構，每個臂為串并混聯(lián)分支。
（2）四個伺服電機和減速器安裝在上平臺上,主要的質量和慣性集中在上部，末端執(zhí)行器由八桿相連，慣性小，速度快，效率高。
（3）上平臺為箱式結構，在箱體的內部可以安放驅動電路、控制電路等。
（4）末端執(zhí)行器由八桿球鉸聯(lián)接，安裝電控吸盤，用于抓取物體。
（5）球鉸由彈簧拉緊。
（6）上平臺為齒輪齒條機構，實現機器人整體移動。目的是擴大并聯(lián)機器人工作范圍，也可根據情況不使用。
此機構在運動過程中，末端執(zhí)行器只有平動自由度，沒有轉動自由度。
第2章 機器人方案的設計
2.4. 機器人機械設計的特點
串聯(lián)機器人機械設計與一般的機械設計相比，有很多不同之處。首先，從機構學的角度來看，機器人的結構是由一系列連桿通過旋轉關節(jié)（或移動關節(jié)）連接起來的開式運動鏈。開鏈結構使得機器人的運動分析和靜力分析復雜，兩相鄰桿件坐標系之間的位姿關系、末端執(zhí)行器的位姿與各關節(jié)變量之間的關系、末端執(zhí)行器的受力和各關節(jié)驅動力矩（或力）之間的關系等，都不是一般機構分析方法能解決得了的，需要建立一套針對空間開鏈機構的運動學、靜力學方法。末端執(zhí)行器的位置、速度、加速度和各個關節(jié)驅動力矩之間的關系是動力學分析的主要內容，在手臂開鏈結構中，每個關節(jié)的運動受到其它關節(jié)運動的影響，作用在每個關節(jié)上的重力負載和慣性負載隨手臂位姿變化而變化，在高速情況下，還存在哥氏力和離心力的影響。因此，機器人是一個多輸入多輸出的、非線性、強耦合、位置時變的動力學系統(tǒng)，動力學分析十分復雜，因此，即使通過一定的簡化，也需要使用不同于一般機構分析的專門分析方法。其次，由于開鏈機構相當于一系列懸臂桿件串聯(lián)在一起，機械誤差和彈性變形的累積使機器人的剛度和精度大受影響。因此在進行機器人機械設計時特別要注意剛度和精度設計。再次，機器人是典型的機電一體化產品，在進行結構設計時必須要考慮到驅動、控制等方面的問題，這和一般的機械產品設計是不同的。另外，與一般機械產品相比，機器人的機械設計在結構的緊湊性、靈巧性方面有更高的要求。
2.5. 與機器人有關的概念
以下是本文中涉及到的一些與機器人技術有關的概念。
1 自由度：工業(yè)機器人一般都為多關節(jié)的空間機構，其運動副通常有移動副和轉動副兩種。相應地，以轉動副相連的關節(jié)稱為轉動關節(jié)。以移動副相連的關節(jié)稱為移動關節(jié)。在這些關節(jié)中，單獨驅動的關節(jié)稱為主動關節(jié)。主動關節(jié)的數目稱為機器人的自由度。
2 機器人的分類
機器人分類方法有多種。
(1) 按機器人的控制方法的不同，可分為點位控制型（PTP），連續(xù)軌跡控制型（CP）：
（a）點位控制型（Point to Point Control ）：機器人受控運動方式為自一個點位目標向另一個點位目標移動，只在目標點上完成操作。例如機器人在進行點焊時的軌跡控制。
（b）連續(xù)軌跡控制型（Continuous Path Control ）：機器人各關節(jié)同時做受控運動，使機器人末端執(zhí)行器按預期軌跡和速度運動，為此各關節(jié)控制系統(tǒng)需要獲得驅動機的角位移和角速度信號，如機器人進行焊縫為曲線的弧焊作業(yè)時的軌跡控制。
(2) 按機器人的結構分類，可分為四類：
（a）直角坐標型：該型機器人前三個關節(jié)為移動關節(jié)，運動方向垂直，其控制方案與數控機床類似，各關節(jié)之間沒有耦合，不會產生奇異狀態(tài)，剛性好、精度高。缺點是占地面積大、工作空間小。
（b）圓柱坐標型：該型機器人前三個關節(jié)為兩個移動關節(jié)和一個轉動關節(jié)，以q, r, z為坐標，位置函數為P = f (q, r, z) ,其中，r 是手臂徑向長度，z 是垂直方向的位移，q 是手臂繞垂直軸的角位移。這種形式的機器人占用空間小，結構簡單。
（c）球坐標型：具有兩個轉動關節(jié)和一個移動關節(jié)。以q,f, y 為坐標，位置函數為P = f (q ,f, y)，該型機器人的優(yōu)點是靈活性好，占地面積小，但剛度、精度較差。
（d）關節(jié)坐標型：有垂直關節(jié)型和水平關節(jié)型（SCARA 型）機器.人。前三個關節(jié)都是回轉關節(jié)，特點是動作靈活，工作空間大、占地面積小，缺點是剛度和精度較差。
(3) 按驅動方式分類：
按驅動方式可分為：（a）氣壓驅動；（b）液壓驅動；（c）電氣驅動。電氣驅動是 20 世紀90 年代后機器人系統(tǒng)應用最多的驅動方式。它有結構簡單、易于控制、使用方便、運動精度高、驅動效率高、不污染環(huán)境等優(yōu)點。
(4) 按用途分類：
可分為搬運機器人、噴涂機器人、焊接機器人、裝配機器人、切削加工機器人和特種用途機器人等。
2.6. 工業(yè)機器人的組成及各部分關系概述
圖2-1 工業(yè)機器人的組成圖
它主要由機械系統(tǒng)(執(zhí)行系統(tǒng)、驅動系統(tǒng))、控制檢測系統(tǒng)及智能系統(tǒng)組成。
A、 執(zhí)行系統(tǒng)：執(zhí)行系統(tǒng)是工業(yè)機器人完成抓取工件，實現各種運動所必需的機械部件，它包括手部、腕部、機身等。
（1） 手部：又稱手爪或抓取機構，它直接抓取工件或夾具。
（2） 腕部：又稱手腕，是連接手部和臂部的部件，其作用是調整或改變手部的工作方位。
（3） 臂部：是支承腕部的部件，作用是承受工件的負荷，并把它傳遞到預定的位置。
（4） 機身：是支承手臂的部件，其作用是帶動臂部自轉、升降或俯仰運動。
B、 驅動系統(tǒng)：為執(zhí)行系統(tǒng)各部件提供動力，并驅動其動力的裝置。常用的機械傳動、液壓傳動、氣壓傳動和電傳動。
C、 控制系統(tǒng)：通過對驅動系統(tǒng)的控制，使執(zhí)行系統(tǒng)按照規(guī)定的要求進行工作，當發(fā)生錯誤或故障時發(fā)出報警信號。
D、 檢測系統(tǒng)：作用是通過各種檢測裝置、傳感裝置檢測執(zhí)行機構的運動情況，根據需要反饋給控制系統(tǒng)，與設定進行比較，以保證運動符合要求。
圖2-2 各部分關系圖
2.7. 工業(yè)機器人的設計分析
2.2.1 設計要求
綜合運用所學知識,搜集有關資料獨立完成三自由度圓柱坐標型工業(yè)機器人操作機和驅動單元的設計工作。
原始數據：自動線上有Ａ，Ｂ兩條輸送帶之間距離為1.5m，需設計工業(yè)機器人將一零件從A帶送到B帶。
零件尺寸：內孔 ￠100，壁厚 10，高 100。
零件材料：45鋼。
2.2.2 總體方案擬定
在工業(yè)機器人的諸多功能中，抓取和移動是最主要的功能。這兩項功能實現的技術基礎是精巧的機械結構設計和良好的伺服控制驅動。本次設計就是在這一思維下展開的。根據設計內容和需求確定圓柱坐標型工業(yè)機器人，利用步進電機驅動和諧波齒輪傳動來實現機器人的旋轉運動；利用另一臺步進電機驅動滾珠絲杠旋轉，從而使與滾珠絲杠螺母副固連在一起的手臂實現上下運動；考慮到本設計中的機器人工作范圍不大，故利用液壓缸驅動實現手臂的伸縮運動；末端夾持器則采用內撐連桿杠桿式夾持器，用小型液壓缸驅動夾緊。
2.8. 方案設案
設計一種直線型Delta并聯(lián)機器人，動平臺與靜平臺之間通過三條支鏈連接。通過安裝在固定框架上的三個直流電機結合滾珠絲杠副產生的直線運動，使動平臺具有一個平動自由度和兩個轉動自由度。每個電機安裝有編碼器用于檢測其轉角，通過機構運動學建?？捎嬎愠鰟悠脚_的位姿信息，并用于實現對機器人的控制。
設計要求：
?1.外形尺寸600x600x800；
?2.豎直方向平移范圍：±100mm，水平方向轉動范圍：±15°；
?3.動平臺最大承載5kg；
2.9. 自由度分析
在自由度的分析中，一般涉及閑置自由度、冗余自由度、過約束、公共約束等問題。對較復雜的并聯(lián)機構自由度分析，一般用螺旋理論進行分析。delta 型并聯(lián)器人，在運動過程中，四個支臂始終保持空間平行四邊形。根據螺旋理論分析末端執(zhí)行器運動，可知螺旋系約束了繞三個軸的轉動，說明此機構只有三個方向的平動自由度，沒有轉動自由度。
機器人方案圖
機器人結構圖
2.10. 機械傳動裝置的選擇
2.10.1. 滾珠絲杠的選擇
估算：等效載荷 Fm = 1000 N , 絲桿有效行程420 mm , 等效轉速 nm = 1500 r/min , 要求使用壽命Lh = 15000 h 左右，工作溫度低于100℃，可靠度95%，精度為3級精度。
A、 計算載荷
Fc =
查<機電液設計手冊> 上冊，表15-21得
= 1.1 ， = 1.0 ，=1.61 ， = 1
Fc =
= 1.11.01.6111000
= 1771 N
=
=
= 19559 N
B、 選擇滾珠絲桿副的型號
主要尺寸為：
按= 19559N，查《機電一體化設計基礎》表2-9，選用漢江機床廠C1型滾珠絲杠，系列代號為FYC1-4008-2.5。
= 40 mm , =8 mm , =4 mm , d = 39mm，滾珠直徑d0=3.969mm
滾道半徑 R=
偏心距 e==
絲杠內徑
≤27 mm , =24000 N , =1880 N
螺旋導程角 γ = arctan = arctan = 3o38′
螺桿不長，無需驗算穩(wěn)定性。
C、剛度驗算
按最不利情況考慮，即在螺距(導程)內受軸向力引起的彈性變形與受轉矩引起彈性變形方向一致，此時變形量為最大，計算公式為：
= +
式中 T1 = ··tan( γ+)
= 1000tan(+)
= 1321 N·mm
磨擦系數f = 0.025, 當量磨擦角 = ，
剪切彈性模量 G=8.33 N/mm2
所以：= +
= 0.0387 μm
其中，危險截面= 35.76，E = 2.06
每米螺桿長度上的螺矩的彈性變形
= = 6.6 /m < ()p = 15/m
因為滾球絲桿精度要求為3級精度，由表15-8查得
()p = 15/m
所以其剛度滿足要求。
D、計算效率
η= = = 0.960 = 96%
第3章 零部件設計與建模
3.11. Croe軟件介紹
3.12. 關鍵零部件建模
下面介紹了一些關鍵部件的三維幾何體和二維結構尺寸圖。
機器人大臂
機器人大臂端
機器人固定端
電機固定座
電機固定座
動盤座
帶輪
3.13. 各部分的裝配關系
在個關節(jié)出使用球約束使得他們之間有相對運動。
關節(jié)之間創(chuàng)建萬向約束
皮帶輪之間參與銷釘連接
總裝配圖
第4章 仿真分析
首先進入到仿真界面中：
對電動機軸添加伺服電機，產生動力。
設置位置做為電動機的變化量
選擇運行分析
創(chuàng)建測量項目
第5章 致謝
參考文獻
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