赵金彪毕业设计全向移动搬运车说明书0424

1、学校代码： 10128学 号： 201230101113本科毕业设计说明书题 目：全向移动搬运车的设计 学生姓名：赵金彪学 院：机械学院系 别：机械系专 业：机械设计制造及其自动化班 级：机制12-5指导教师：姜广君 副教授二 一 六 年 六 月摘要随着机器人时代的到来，智能化家具，工业机器人，服务型机器人的飞速发展，随之而来的便是智能化机器人走进生产车间，来代替人的劳作，给人们到来方便快捷的服务，且缩短工作时间。全向移动搬运车应用于生产中的物料搬运，全方位、气动夹手定点搬运，全向移动与全场定位已经成为当今机器人运动系统的主要动力系统。本课题来源于现实工厂棒料定点搬运，根据要求所设计的全向移动

2、搬运车和双轴机械臂源于大量文献资料和实物，在了解其结构与功能后，将机械设计、计算机辅助设计等技术引入，通过理论计算获得零部件参数，其主要零部件包括双轴机械臂、气动夹手和全向移动底盘，当理论数据与实际数据相冲突时运用理论数据进行设计；利SolidWorks三维建模软件计对全向移动搬运车和装配体进行的建模；本次设计中全向移动搬运车在车体上安装手机机械臂和气动夹手，实现整个厂区的散件物料灵活搬运，可以大大提高搬运的效率，提高企业的综合竞争力。关键词：全向移动；设计；机械；机器人；定点； AbstractWith the advent of the era of robots, intelligent

3、 furniture, industrial robots, the rapid development of humanoid robot, the subsequent is intelligent robot into the production workshop, instead of a person's work, give people coming fast and convenient service, and shorter working hours. Omnidirectional mobile carrier used in production of ma

4、terials handling, omni-directional, pneumatic clamp hand fixed-point handling, omnidirectional mobile with localization has become the current robot motion system of the main power system.This topic is derived from the real factory bar fixed-point handling, designed according to the requirement of o

5、mnidirectional mobile carrier and biaxial mechanical arm are derived from a large number of literature data and in-kind, after knowing the structure and function, such as mechanical design, computer aided design technology, introducing parts were obtained through the theoretical calculation of param

6、eters, its main components include biaxial mechanical arm, pneumatic clamp hand and omnidirectional mobile chassis, when data conflicts with the actual data theory using the theoretical data to carry on the design; The SolidWorks 3 d modeling software project of omnidirectional mobile carrier and as

7、sembly modeling; Omni-directional mobile carrier in the design of the mobile manipulator installed on the car body and pneumatic clamp hand, realize flexible bulk material handling of the entire plant, can greatly improve the efficiency of handling, improve the comprehensive competitiveness of enter

8、prise.Key words: omnidirectional mobile; Design; Machinery; Robot; Fixed point;目录第一章 绪论51.1研究目的和意义51.2国内外研究现状61.3全向移动搬运机械发展趋势71.4研究内容8第二章全向移动搬运车基座的设计92.1全向轮轮子的选择92.1.1轮系布局基本形式及选择92.1.2 底盘运动电机计算及选择102.1.3.底盘联轴器选型与计算14第三章双轴机械臂的设计183.1机械臂整体结构设计183.1.1类型183.1.2设计要求183.1.3全向搬运车功能193.2气动夹手的设计203.2.1气动夹手设计

9、方案203.3气动元件的选择与计算213.3.1气缸的使用环境和特点213.3.3双作用气缸的选取213.4 Z轴的驱动方式的选择与计算223.4.1双轴机械臂的设计采用同步带驱动223.4.2确定带轮的节圆直径243.4.3同步带宽度计算253.5 Y轴的驱动方式的选择与计算25第四章 基于SOLIDWORKS、三维模型设计284.1 SolidWorks简介284.2 solidworks建模294.2.1 草图绘制294.2.2拉伸特征29第五章 总结与展望31致 谢32参考文献33第一章 绪论1.1研究目的和意义21世纪科技的不断发展不断更新，智能化机器人智能家具的用途应用于生活的各个

10、领域，智能化机器人越来越多的应用于服务行列，这些也象征着一个国家高科技综合水平的体现，随着智能化家具的发展，机器人时代的不断到来，智能机械化也将不断取代人工的劳作，设计研究一种工厂应用型全向搬运车，为生产提供快捷的服务。全向搬运机器人一般应用于物料的近地点转运，工作范围小，掉头半径要求难度较大，运动区域内有比较多的障碍物，因此需要设计研究解决一系列的问题包括: 环境识别、任务规划、运动规划、运动控制、路径规划等，其中底盘运动控制、抓取机构的设计，又是这些问题中最基本的问题，所有的任务最终都是通过机器人的运动来实现的。在实际的设计中还需要考虑系统整体性能，如速度、加速度、能量消耗、姿态稳定等因素

11、。本设计的移动机构是基于工厂物料搬运机器人所设计的一款定点搬运的机器人，控制上采用STM32F103 作为控制芯片，通过串口或CAN 总线与上位机通信获得速度或路径参数，通过速度解算将分别对每个轮子进行速度控制，在动态环境中对速度或路径实现精确、快速、实时的跟踪。应用型机器人的驱动方式主要有轮式、履带式、腿式等，由于轮式机构其机构简单、运动稳定和容易控制等特点而被广泛应用于机器人的底盘设计。轮式运动系统又可按照平面内移动的方向分为全方位移动和非全方位移动。全方位移动机构指在平面内可以有前后、左右、转动这3 个或3 个以上的自由度运动的机构，当在平面内运动少于3 个自由度时则为非全向移动机构。1

12、非全向移动机构的典型应用如汽车等。如果移动机构具有了完全的3 个自由度则可以在狭窄的空间范围中自由移动，典型的全方位移动机构一般由3 个或3 个以上的全向轮组成。全向轮有效避免了普通轮子由于不能侧滑带来的非完整性运动限制，使得移动机构理论上能够在平面上以任何角度和速度运动。1根据以上全向移动机构与非全向移动机构分析，轮式全向移动机构是工厂内全向移动搬运机器人移动机构的最佳选择。全向轮设计者对全向移动机构做了大量的研究，分析了全向运动模型，实现了基本的运动控制，比如目前的足球机器人、亚太机器人大赛的全场定位、羽毛球机器人。服务机器人在运动过程中要求有时需要保证正面始终与运动方向一致，而在全向移动

13、平台中陀螺仪的加入对这种运动方式进行矫正即陀螺仪一个正面做为机器人的正面当车体有偏转时陀螺仪会矫正偏差。全向移动机构结合了差速控制和全向控制，可以控制机器人实现符合要求的路径或速度跟踪即定位。1.2国内外研究现状全向移动机构国内的研究始于上世纪90年代，主要集中集中在Mecanum螺旋滚轮在机器人领域的应用研究。进入21世纪，万向移动机构在搬运机械领域的应用研究开始多了起来，国内先后有多家科研院所、企业针对Mecanum螺旋滚轮以及全向轮在搬运机械领域的应用展开研究，并开发出多种产品，有些已经推向市场2。（1）叉车最早的全向移动叉车在Mecanum螺旋滚轮发明后就被设计出来。1997年美国AI

14、RTRAX公司联合其他公司购得该专利的使用权，并研发出叉车、手动托盘搬运车、万向移动升降平台等产品，图3为AIRTRAX公司生产的SIDEWINDER系列万向叉车。该叉车额定载荷3000磅，采用三级门架，动力源为48V铅酸蓄电池，最高车速9.6km/h，采用全交流驱动，通过手柄控制车辆行驶方向和速度。3（2）搬运平台以全向轮作为搬运平台的传动机构或行走机构，可以使搬运平台上的物资实现万向移动，或使搬运平台具备万向移动功能。最早的搬运平台由美国海军研制，其设计意图是提供一种能在航母等大型水面舰船上使用的物资载运工具。其后，人们利用全向轮的万向运动原理研制出来机场使用的万向装卸平台，该平台不可以万

15、向移动，而平台上的物资可以在万向滚轮的支撑下万向移动。4（3）机器人大赛应用在全国大学生机器人大赛中，全向移动底盘的应用，采用全向轮加全场定位实现全向移动底盘的快速精准多方位，和精准的定位。如图1所示。图1.全向移动在机器人大赛中的应用1.3全向移动搬运机械发展趋势纵观国外、国内全向移动搬运机械的发展历程及综合技术特点，经过研究有以下几个方面发展趋势：1.广泛采用Mecanum螺旋滚轮车轮的转向相对于偏转车轮转向方式，Mecanum螺旋滚轮车轮结构紧凑、传动可靠、控制精度高，其应用越来越广泛。2.采用直流驱动控制技术全向移动机械广泛采用直流电机驱动控制技术，其特点具有充足动力、结构简易、基本不

16、需要维护的特点，适合蓄电池机械驱动技术的发展方向。3.采用CAN总线技术全向移动机械控制手柄、中央控制器、电机控制器、仪表间采用CAN总线进行通信，整体结构简单，中间环节少，可靠性高，精度和实时性好。4.应用多种控制及驱动方式现有万向运动机构及相关技术不仅能应用于仓储装卸搬运机械领域，还可通过将手控改为遥控或线控操纵，将电机驱动改为液压马达驱动，加装防爆装置改进设计，将该技术推广到防爆、排爆、交通、医疗、玩具等特殊领域中。55.采用先进动力源电源系统可选用锂电池组，相比于铅酸蓄电池组，具有重量轻、体积小、寿命长的优点。1.4研究内容全向移动搬运车是一个集软件、硬件为一体的复杂半自动化系统，集成

17、了许多先进的控制原理技术，包括：计算机、无线通讯、电机驱动与控制、运动的合成与分解、气动夹手控制、全向移动搬运等。本课题是研究设计面比较广，内容比较全面的课题，在工程上全向搬运车的搬运有着非常重要的意义。本课题研究的全向移动搬运车性能与技术指标如下：（1） 车体的载重量为100kg，搬运方式为抓取式；（2） 搬运物体的尺寸为200×200×200mm，也可为圆柱体；（3） 全向移动搬运车车体尺寸1.5m×1.5m×1.5m(长×宽×高)；（4） 行走方式采用全向轮三轮运动合成，三轮夹角为120°，最大行驶5m/s：（5） 夹

18、持机构为X、Y双轴的气动夹具工作幅度1000mm×500mm；本设计主要进行了以下几个方面的研究：（1） 全向移动搬运车基座的设计（2） 全向移动运动合成的设计（3） 双轴机械臂抓取机构设计；（4） 车体尺寸的设计 第二章 banyun基座设计2.1全向轮轮子的选择根据全向轮在现实生活及机器人大赛中的应用主要有两种类型： 全向轮 麦克纳姆轮全向轮包含90度全向轮和45度全向轮，其中45度全向轮又叫麦克姆轮，麦克纳姆轮通常最少4个为一组，分两个左旋和两个右旋才能使用。因此在实际应用中选择90度全向轮做为全向移动搬运车的轮系支撑。2.2全向移动搬运车基座的设计2.2.1轮系布局基本形式及

19、选择根据全向轮的应用和机器人运动学原理可得：全向轮排布分为三轮排布与四轮排布。其中三轮排布方式如图2-1.2-2所示。图2-1.三轮排布的方式1 图2-2.三轮排布的方式2四轮排布方式如图2-3所示。 （a）第一种排布方式 （b）第二种排布方式（c）第三种排布方式 （d）第四种排布方式 图2-3四轮分布方式本设计根据全向移动底盘的工作环境以及运动合成，本设计的选择三轮排布方式的第一种，特点运动和成容易计算，易于程序的编写2.2.2 底盘运动电机计算及选择在全向移动搬运车的设计中，底盘的运动为合成运动，底盘采用三电机分别成120°夹角；因此车体的整体的前进、后退、选转都是运动的合成，这

20、对电机的精准度有一定的要求，需要电机码盘编码器的校准，并回馈到控制，根据全向移动搬运车的设计，电机有以下设计要求。asfdfasdfaf（1）设计要求机器人最大重量 ：M=8kg+ 搬运1.5kg=9.5kg需要达到的最大加速度为 ：a=2m/s2需要达到的最大运行速度 ：v=3m/s= 轮子直径为 ：r=120mm驱动方式 ：三轮驱动 .（2）计算过程 (1) 最大驱动力queding.dfdfadfadfasdsfasdfadfdfadfasdfasdfasdfsdfsadf. 驱动力安全系数.(2) 驱动功率.必要性以及原因。具体计算如下：机器人匀速运动需要的最大驱动力：系数：=0.05

21、l Fmax=M×g×=9.5×10×0.05=4.75´´=´´=l系数0.05 为维持机器人匀速运动需要的驱动力系数 1）匀速行驶时 每个轮子的驱动力 ：Ft=Fmax3=4.753=1.58N=取驱动力安全系数为 ：=1.5d实际轮子的设计驱动力 ：Ft=Ft,×=1.58N×1.5=2.37N=´=´匀速行驶的驱动功率 ：Pout=Ft×v=2.37×3=7.11W=´=´= 匀速行驶的电机功率 ： PIN=Pout0.6=7.

22、110.6=11.8W= 电机额定电压：U=12V= 电机额定电流：I= P U =11.812=0.9875A= 2）加速时 加速度 ：a=2m/s2 驱动力 ：Fa=ma=9.5×2=19N=´=加速时间 ：t=v/a=3/2=1.5s = 行驶距离：s=12at2=0.5×2×1.5×1.5=2.25m´´= 每个轮子的驱动力 ：FX=Fa3=6.33N/=地面静摩擦力：F=mg=0.5×9.5×10=47.5N 动能守恒：12mv2=Pt-fs 驱动功率（电机的输出功率）：Pout=1212mv2

23、+fst=1212×9.5×3×47.5×12.5=135.375w电机功率（电机的输入功率）：Pin=Pout0.6=225.625w电机额定电压：U=12V= 启动冲击电流：I= P U =225.62512=18A=综上：每个轮子的最大驱动力 F=Ft+FX=6.33+2.37=8.9N=+=+=轮子的设计转速 n=60v2r=3033.14×0.12=238r/min´= p 驱动力矩：M=F×r=8.9×0.12=1.068Nm=1068mm=´=´=3） 所以我们需要的电机为：P=1

24、00W , n=238 转/分钟，额定输出转矩>0.56N.m 4） 以下电机参数为：额定电压12V，P=156W , n=238 转/分钟，额定输出转矩8.9N.m，最大输出转矩8.9N.m 左右。功率比我们需要的稍大，能满足我们的设计要求。 摩擦因数=0.5手动机器人底盘电机：手动机器人重量：m=10kg 驱动：三全向轮驱动，120°布置轮 驱动轮所受摩擦力f=12××m×g=0.5×0.5×9.5×10=23.75N=´´´= 假定机器人匀速运动，电机提供驱动力为：F=f=35N电机

25、提供扭矩为：T=9.55×Pn=F×r电机功率为：P=F×r×n/9.55取电机直径r=50 则Pn=23.75×0.059.55=0.1243机器人运动速度：v=3m/s=电机转速：v=rw，w=60v/2r=3033.14×0.05=573r/min电机功率：P=0.1243×570=70.8w 额定电压： U=12V额定电流：I=P/U=70/12=5.9A（3）选择电机类型：本设计中使用的电动机经常有起动、制动和反转等情况，按工作要求和条件，选用步进电机。之所以选择步进电机，是因为它具有转速范围大，可无级调节，很容易

26、获得低速，尤其在起停阶段和微升阶段，步进电机本身还有制动功能，不需设置减速。根据所求得电机参数选用德国冯哈勃Faulhaber2342CR012，电机关键技术参数如表2-4所示。电机结构如图2-5所示。表2-4电机相关参数表产地德国品牌Faulhaber额定电压（V）12V额定电流（mA）1400MA空载电流（mA）75MA转速（转/分）300R电机总长（mm）85mm电机直径（mm）30mm长度（mm）42mm减速箱直径（mm）34mm长度（mm）25mm轴径（mm）6mm轴长（mm）35mm编码器（光电）输出：AB双路输出每圈脉冲：12CPR图2-5电机结构2.3底盘联轴器选型与计算凸缘联

27、轴器属于刚性联轴器，是把两个带有凸缘的半联轴器用普通平键分别与两轴连接，然后用螺栓把两个半联轴器连成一体，以传递运动和转矩。  凸缘联轴器对两轴对中性的要求很高，当两轴有相对位移存在时，就会在机件内引起附加载荷，使工作情况恶化，这是它的主要缺点，但由于结构简单、成本低、可传递较大转矩，故当转速低、无冲击、轴的刚性大。凸缘联轴器的材料可用灰铸铁或碳钢，重载时或圆周速度大于30米/秒时应用铸钢或锻钢。凸缘联轴器对两轴对中性的要求很高，当两轴有相对位移存在时，就会在机件内引起附加载荷，使工作情况恶化，这是它的主要缺点。但由于结构简单、成本低、可传递较大转矩，故当转速低、无冲击、轴

28、的刚性大、对中性较好时常采用。 凸缘联轴器有两种主要的结构形式：  1.靠铰制孔用螺栓来实现两轴对中和靠螺栓杆承受挤压与剪切来传递转矩；  2.靠一个半联轴器上的凸肩与另一个半联轴器上的凹槽相配合而对中。  连接两个半联轴器的螺栓可以采用A级和B级的普通螺栓，转矩靠两个半联轴器结合面的摩擦力矩来传递。凸缘联轴器的材料可用灰铸铁或碳钢，重载时或圆周速度大于30米/秒时应用铸钢或锻钢。GY、GYS、GYH型凸缘联轴器基本参数和主要尺寸（GB/T 5843-2003）（单位：mm）型号公称转矩Tn(N.m)许用转速nr/min 轴孔直径 轴孔长度 D b b1

29、 S 转动惯量Kg.m2 质量kg。如图2-6,2-7所示。d1 d2 Y型 J1型    GY1     GYS1      GYH1 25 12000 12,14 32 27 80 26 42 6 0.0008 1.16     16,18,19 42 30      GY2     GYS2     GYH2 63 1000 16,

30、18,19 42 30 90 28 44 6 0.0015 1.72     20,22,24 52 38      25 62 44      GY3     GYS3     GYH3 112 9500 20,22,24 52 38 100 30 46 6 0.0025 2.38     62 44      25

31、,28      GY4     GYS4     GYH4 224 9000 25,28 62 44 105 32 48 6 0.003 3.15     30,32,35 82 60      GY5     GYS5     GYH5 400 8000 30,32,35,38 82 60 120 36 52 8

32、0.007 5.43     40,42 112 84      GY6     GYS6     GYH6 900 6800 38 82 60 140 40 56 8 0.015 7.59     40,42,45,48,50 112 84      GY7     GYS7   

33、60; GYH7 1600 6000 48,50,55,56 112 84 160 40 56 8 0.031 13.1     60,63 142 107      GY8     GYS8     GYH8 3150 4800 60,63,65,70,71,75 142 107 200 50 68 10 0.103 27.5     80 172 132    &

34、#160; GY9     GYS9     GYH9 6300 3600 75 142 107 260 66 84 10 0.319 47.8     80,85,90,95 172 132      100 212 167      GY10     GYS10     GYH10 10000 3200 90,95

35、 172 132 300 72 90 10 0.720 82.0     100,110,120,125 212 167      GY11     GYS11     GYH11 25000 2500 120,125 212 167 380 80 98 10 2.278 162.2     130,140,150 252 202      160 302

36、242      GY12     GYS12     GYH12 50000 2000 150 252 202 460 92 112 12 5.923 285.6     160,170,180 302 242      190,200 352 282      GY13     GYS13  &

37、#160;  GYH13 100000 1600 190,200,220 352 282 590 110 130 12 19.978 611.9     240,250      410 330      质量、转动惯量是按GY型联轴器Y/J1轴孔组合和最小轴孔直径计算的图2-6.GS型凸缘联轴器图2-7 GYS型有对中撑凸缘联轴器由于电机伸出轴长只有35mm，故联轴器（单个）长度不能超过35mm。为传递扭矩考虑，长度L越长越好。与此同时为了防止摩擦，长度L选取20

38、mm。 由选取的Faulhaber2342CR012电动机的参数可知，该电动机伸出轴径为6mm。图2-8 联轴器本设计将凸缘联轴器拆分使用将圆盘一端与全向轮轮毂链接为了能让扭矩充分传递，b选取5mm,D选取35mm。 为了保证联轴器的强度，使联轴器能安全的传递扭矩，D1选 取15mm。 与电机的链接方式采用插销方式链接，使电机与联轴器之间更好的传递转矩。 第三章双轴机械臂的设计3.1机械臂整体结构设计 3.1.1类型机械臂在实际生产生活中应用的越来越广泛，随着机器人时代的到来，大部分机器人取代了人的劳作，全向移动搬运车双轴机械臂的设计就是本着。工厂生产过程中一种毛佩或零件的定点自动搬

39、运，机械臂的基本类型有四种：a直角坐标机械臂、b圆柱坐标型机械臂、c关节运动型机械臂、d球坐标型机械臂。机构简图如图3-1所示。 图3-1.机械臂的基本类型本设计为全向移动底盘，因此选用直角坐标型机械臂，双轴机械臂与全向移动结合进行定点的物料搬运，方便快捷，可操作性强。3.1.2设计要求本设计为全向移动搬运车与双轴机械臂的结合，实现定点搬运，搬运物品为圆柱状棒料定点往复，从棒料出口搬运至储存口，发挥全向移动的优势使全向移动搬运车更充分的代替人工搬运。设计参数：（1） 机械臂坐标形式：直角坐标式（2） 棒料尺寸：50mm-120mm（3） 长度：30mm-800mm（4） 棒料质量（尼龙棒的密度

40、=1.1g/cm3）质量在1253g-3051g按3100计算（5） 最大加持直径：1500mm（6） 底盘高度：150mm（7） X轴：300mm（8） Y轴600mm（9） 加持最大滑动距离：1500 图3-2车体总设计结构3.1.3全向搬运车功能机械手共有3个自由度，分别是气动机械手、X丝杠平移、Y方向同步带控制升降，全向轮底盘实现360°全向移动。如图3-2所示。Y方向运动可实现0-600mm往复运动，X方向实现0-300mm平移运动，气动卡具可实现行程为0-150mm的加持口径。在与向移动底盘的配合下实现无死角式夹取和搬运。3.2气动夹手的设计3.2.1气动夹手设计方案 本

41、设计的气动机械夹手主要用于工程上圆柱棒料的夹取，机械手的工业上的应用主要分为提挂型、吸附型、加持型。提挂型用于所提取的物料是预留提挂接口的，吸附型则多用于有平面机构、体积小、质量小的物料。加持型则应用广泛，不受材料等方面的限制。综合考虑，设计出滑轨气动夹手，采用气缸做为夹取动力，夹具两侧分别用两个气缸，在经过光电传感器的感应到被夹取物体在气缸的收缩作用下将物体夹持住后自锁。气动机械手简图如图3-2所示。 图3-2.气动机械手简图如图 1.夹手固定板2.气缸固定架3.气缸4.滑轨5.气缸夹手固定架6.夹手3.3气动元件的选择与计算3.3.1气缸的使用环境和特点1.气缸的使用环境：气缸使用于存在火

42、灾和爆炸危险的场合，除几种特殊的气缸外，其结构类型与液压缸基本相同。2.由于气体的压缩性大，气缸的速度和位置控制精度不高。同事气压系统的压力较低，气缸的输出功率较小。气缸如图3-4示意图。气缸的基本类型： a.单作用气缸 b.双作用气缸 c.特殊气缸本设计采用双作用气缸3.3.3双作用气缸的选取根据所需双作用气缸的活塞的推力F1以及拉力F2进行以下计算。F1=1/4××D2×P×F2=1/4××(D2-d2）×p×F1双作用单活塞杆气缸的输出推力（N）      F

43、2双作用单活塞杆的输出拉力（N） D活塞直径（m)   d活塞杆直径（m）    p气缸工作压力（pa)为载荷率，与气缸压力有关，反应出活塞的运动速度和气缸的效率。若气缸动态参数要求较高，且工作频率高，其载荷率一般取值为（0.30.5），速度高的时候取较小的数值，速度较低时取较大的数值；若气缸动态参数要求一般，且工作频率低，基本是匀速运动，可只考虑其总阻力，载荷率可取为（0.70.85）。当气缸速度有要求时，的取值范围如表3-3。表3-3气缸运动状态与速度的关系负载运动状态静负载如夹紧、低速压铆动载荷气缸速度<100m

44、m/s气缸速度100500mm/s气缸速度>500mm/s负载率80%65%50%30%F2=1/4××(D2-d2）×p×F1为气缸推力根据所加持的物体的重量为1253g-3100g mg=2N(取0.5) 12.53<N<31(N)所以12.53N<F1<31NF1=1/4××D2×P× 即12.53<1/4××D2×P×<3112.53×4DP<D<41×4DP 25<D<50根据计算

45、气缸选择d=8mm D=45 图3-4.气缸结构示意图3.4 Z轴的驱动方式的选择与计算3.4.1双轴机械臂的设计采用同步带驱动同步带传动的优点：（1）工作时无滑动，有准确的传动比同步带传动是一种啮合传动，虽然同步带是弹性体，但由于其中承受负载的承载绳具有在拉力作用下不伸长的特性，故能保持带节距不变，使带与轮齿槽能正确啮合，实现无滑差的同步传动，获得精确的传动比。   （2）传动效率高，节能效果好由于同步带作无滑动的同步传动，故有较高的传动效率，一般可达0.98。它与三角带传动相比，有明显的节能效果，可用如下实例作证明。从以上数例看出，同步带传动在节能上有很大潜力，因此采用

46、同步带传动可获得较高的经济效益。  （3）传动比范围大，结构紧凑同步带传动的传动比一般可达到10左右，而且在大传动比情况下，其结构比三角带传动紧凑。因为同步带传动是啮合传动，其带轮直径比依靠摩擦力来传递动力的三角带带轮要小得多，此外由于同步带不需要大的张紧力，使带轮轴和轴承的尺寸都可减少。所以与三角带传动相比，在同样的传动比下，同步带传动具有较紧凑的结构。  （4）维护保养方便，运转费用低由于同步带中承载绳采用伸长率很小的玻璃纤维、钢丝等材料制成，故在运转过程中带仲长很小，不需要像三角带、链等经常调整张紧力。此外，同步带在运转中也不需要任何润滑，所以维护保养很方便，运转费用

47、比三角带、链、齿轮要低碍多。 （5）恶劣环境条件下能正常工作在具有灰尘杂质、水及腐蚀介质的恶劣工作条件下，链条易生锈、磨损，三角带会产生打滑，而同步带传动却能适应这些条件。由于它是啮合传动，在有雨水情况下不会打滑，而且水是橡胶良好的润滑剂，反而可减少带的磨损。在有灰尘杂质时，由于同步带带齿进入带轮轮槽时，带齿将挤压原留在轮槽内的空气，使受压的空气向轮槽两侧排出，这种空气挤压将同时起到清理啮合表面、带走灰尘杂质的作用，从而减少了同步带的磨损。此外同步带有较高的耐腐蚀性，耐热性，在高温、有腐蚀气体情况下仍能正常工作。机构如图3-5所示。图3-5.同步带出送机构简图目前我们使用较多的同步带齿型为T型

48、尺同步带，这种带的选择主要取决于节距，也就是说这种同步带主要以尺间的间距为规格的标准。结构如图3-6。 图3-6.T型同步带外形结构与截行结构 此齿形带为梯形，齿型夹角为40°，带的尺高、节距以及厚度可在标准件表中查到查（例：型号为X的T型齿同步带，其节距为9.525mm齿高为0.51带厚为1.14mm）。实质上，这种节距制传动带是一种英制标准，一英寸等于25.4mm。确定同步带传动的设计功率PdPd=KPmK为载荷修正系数，K的决定因素由机器的类型和运转周期来决定，次系数采用日本JISK6372-82的数值，见下表3-7所示。 表3-7载荷修正系数3.4.2确定带轮的节圆直径在同步

49、带传动的节距和带轮齿数确定后，可根据公式d0=PbZ/求得带轮的节圆直径，式中Pb为同步带节距。带轮的外圆直径d0=d-2t，同步带节线长度的确定根据两带轮的周长长度来计算带的节线长度可根据以下公式求： Lp=2acos+d2+d12+（d2-d1）/180 （3-1）Lp带的节线长（mm）；a 两轮中心距计算Lp的辅助角=sin-1d2-d12a（度）设a为初选中心距0.7(d1+d2)<a<2(d1+d2)当已知中心距，可直接带入中心距计算公式本设计中心距为800mm。（1）计算同步带的齿数Zb=Lp-Pb（2）传动中心距确定节线长度Lp、齿数Zb确定后，可根据图3-8所示的关

50、系确定中心距：a=Pbz2-z12cos按inV=(Zb-Z2)/(Z2-Z1)当传动轮大小一致齿数比例接近于1时需要用以下公式进行计算a=M+M2-18Pb(Z2-Z1)2 M=pb(2Zb-Z1-Z2)/8 3.4.3同步带宽度计算（1） 所选型号的同步带的基准额定功率 P0=Ta-mv2v1000 kwV=PbZ1×10-32(m/sec) 图3-8传动辅助角 （2）计算齿轮的啮合齿数Zm Zm=z12=PbZ122a（Z2-Z1）经过计算皮带皮带宽度15mm3.5 Y轴的驱动方式的选择与计算在本设计中Y轴运动是机械臂在水平方向的微调动，为了夹取目标物体临近的物体，因此选择丝杠

51、传动，丝杠采用螺杆和螺母构成。它能将旋转运动转变为直线运动，当螺旋升角大于摩擦角时，也可将直线运动转变为旋转运动，若小于则不能，即具有自锁功能；能用较小的转矩获得很大的推力；可获得很大的传动比；有较高的运动精度，且传动平稳。螺旋传动是一种应用较为广泛的传动机构，特别是将旋转运动变为直线运动。在各种机构中，它最为简单而又可靠。如图3-9所示。 图3-9滚珠丝杠副简图（1）丝杠空载摩擦阻力和负载移动时的摩擦阻力Fjf=（3+5）××g+5×=8×0.1×9.8+5×0.1=8.34（N）（2）计算丝杠副的导程。根据本设计要求，电机机通过联

52、轴器直接与丝杠副连接，其传动比为1。则有： l0=vmaxnmax=203000=0.0015m=1.5mm根据国际标准ISO/DIS 3408-2-1991或GB/T17587.2-1998，确定丝杠的基本导程为大于1.5mm。（3）根据平均负载计算丝杠副的最大动载荷，硬度系数取1.0。设丝杠副在工作时的平均工作载荷为。则丝杠副的寿命系数则有：（4）结合最大静载荷，从附表中选择丝杠并写出丝杠的参数：丝杠的型号，公称直径、丝杠底径、导程、循环圈数、额定动载荷、额定静载荷、螺母的总长。最大静载荷Fmax=Ff+Fj=7.84+8.5=16.34N所以选择：丝杠型号：PDG40-08；公称直径10

53、mm、丝杠底径8mm、导程1.5mm、循环圈数3圈、额定动载荷2000(N)、额定静载荷5000(N)、螺母的总长30mm。（5）确定丝杠的螺纹长度（单边预留余量为50mm）。（6）选定滚珠丝杠符的精度等级（根据国标JB/T3162.2-1982）。因为给定：l200=0.02mm;ls=0.07(mm)当选定4级精度时l200=0.016mm,满足要求，但ls=0.024mm>0.02(mm)不能满足要求。当选定3级精度时，满足要求，但满足要求。所以选择3级精度。如图3-10所示 图3-10丝杠设计与应用第四章 基于SolidWorks、三维模型设计4.1 SolidWorks简介美国

54、SolidWorks公司是一家专门从事开发三维机械设计软件的高科技公司，公司宗旨是使每位设计工程师都能在自己的微机上使用功能强大的世界最新CAD/CAE/CAM/PDM系统，公司主导产品是世界领先水平的SolidWorks软件。 90年代初，国际微机市场发生了根本性的变化，微机性能大幅提高，而价格一路下滑，微机卓越的性能足以运行三维CAD软件。为了开发世界空白的基于微机平 台的三维CAD系统，1993年PTC公司的技术副总裁与CV公司的副总裁成立SolidWorks公司，并于1995年成功推出了SolidWorks 软件，引起世界相关领域的一片赞叹。在SolidWorks软件的促动下，1998年开始，国内、外也陆续推出了相关软件；原来运行在UNIX操作系统的 工作站CAD软件，也从1999年开始，将其程序移植到Windows操作系统中。 SolidWorks软件是世界上第一个基于Windows开发的三维CAD系统，该系统在1995-1999年获得全球微机平台CAD系统评比第一名，从1995年至今，已经累计获得十七项国际大奖 第一个基于Windows平台的三维机械CAD软件l 第一个创造了FeatureManager特征管理员的设计思想l 第一个在Windows平台下实现的