工业机器人机械手的执行机构设计讲解

1、摘要数控机床上下料机械手是工业机器人机械手的一种， 机械手在工业生产中能代替 人手做某些单调、频繁和重复的长时间作业，或是危险、恶劣环境下的作业，例如在 冲压、压力铸造、热处理、焊接、涂装、塑料制品成形、机械加工和简单装配等工序上，以及在原子能工业等部门中，完成对人体有害物料的搬运或工艺操作【数控机床上下料机械手主要由手部和运动机构组成。手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形 式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸 缩、旋转等

2、独立运动方式，称为机械手的自由度。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。自由度是机 械手设计的关 键参数。自由 度越多，机械 手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用机械手有23个自由度。机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按 适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制 和连续轨迹控制机械手等。【2】数控机床上下料机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。 数控 机床上下料机械手的是工业机器人的一个重要分支。 它的特点是可通过编程来完成各 种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，

3、 尤其体现了人的智能 和适应性。机械手作业的准确性和各种环境中完成作业的能力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景。在工业上，自动控制系统有着广泛的应用，如工业自动化机床控制，计算机系统， 机器人等。而工业机器人是相对较新的电子设备， 它正开始改变现代化工业面貌。 实 际的机器人由带有腕（或称为手臂）的主机身和机身端部的工具（通常是某些类型的夹 持器）组成,同时也包括一个辅助动力系统。本文是对整个设计工作较全面的介绍和总 机械手技术涉及到力学、机械学、电气液压技术、自动控制技术、传感器技术和计算 机技术等科学领域，是一门跨学科综合技术。关键词：手臂夹持器工业机器人AbstractIn dustr

4、ial mach ine hand in in dustrial product ion can replace hand to do some drab, freque nt and repeat the long operati on, or dan ger, harsh en vir onment, such as the homework in press ing, weldi ng, casti ng, heat stress, coati ng, plastic formi ng, mach ining and assembli ng process such as simple,

5、 and in the atomic en ergy in dustry departme nts, complete harmful material han dli ng or process operati on. Mani pulator hand and moveme nt mai nly by in stituti ons. Hand is used to catch the workpiece (or tools), accord ing to the parts of the object was caught the shape, size, weight, material

6、s and operational requirements and has a variety of structural forms, such as the type of clamping, and adsorpti on type, etc. Sports orga ni zatio ns and finish all kinds of rotati ng (ha nd), moving or composite swing motion to realize, change the position of the object was caught and posture. The

7、 lift ing mecha ni sm, and the in depe ndence moveme nt of the man ipulator, called freedom .In order to grab arbitrary positi on and orie ntati on of the object, n eed to have six degrees. Freedom is the desig n of hand machi ne armed key parameters. The freedom of the mani pulator, the degree of f

8、lexibility, the greater the uni versality and broader, its structure is more complex. Gen eral special man ipulator has 2-3 degrees.Accord ing to the types of the man ipulator, driv ing mode can be divided into hydraulic, pn eumatic, electric type, mecha ni cal mani pulator, Accord ing to the scope

9、and special mani pulator can be divided in to two man ipulators, Accord ing to the trajectory con trol mode can be divided into positi on con trol and con ti nu ous trajectory con trol man ipulator, etc.Robots are usually used or other mach ine tools, such as additi onal device in automatic machine

10、or automatic production line, loading and unioading workpieces relay in machining center, the replacement of tools is not independent control device. Some operati ons to direct man ipulati on by device, such as atomic en ergy sector also dan gerous goods masterslave gunner also ofte n called the man

11、 ipulator.In dustrial robot developed in rece nt years is a high-tech automati on producti on equipme nt. I ndustrial robots is an importa nt branch of in dustrial robots. Its characteristic is accomplished by program ming task, various expected in the structure and performa nee of the respective ad

12、vantages of both human beings and machines, particularly reflected people's intelligenee and adaptability. Manipulator and the accuracy of all sorts of homework assig nmen tsi n the en vir onment of n ati onal economy, in the field has broad prospects for development. In industry, the automatic

13、control system in a wide range of applicati ons, such as in dustrial automatio n con trol, computer systems, machi ne, etc. In dustrial robot is a relatively new electr onic equipme nt, it is beg inning to cha nge the face of moder n in dustry. The actual robot with a wrist (or called by the host bo

14、dy and arms) at the end of the fuselage of tool (usually a certain types of grippers), also include an auxiliary power system. This is the desig n of the whole work is in troduced and the total mani pulator tech no logy invo Ives mecha ni cs, mecha ni cal, electrical and hydraulic tech no logy, auto

15、matic con trol tech no logy, the sen sor tech no logy and computer tech no logy, scie nee, is an in terdiscipli nary comprehe nsive tech no logy.Key words： arm grippers in dustrial robots摘 要 IASTRACT II1. 绪论 51.1选题背景 11.2设计目的 11.3国内外研究现状和趋势业 22. 工业机器人机械手的总体设计 32.1工业机器人的组成及各部分的关系概述 32.2工业机器人机械手设计分析 3

16、3. 工业机器人机械手的运动系统分析 63.1工业机器人的运动自由度 63.2机器人的运动空间和机械结构类型 64. 工业机器人机械手的执行机构设计 84.1末端执行机构设计 84.2手臂机构的设计 114.3腰部和基座设计 14总 结 19参考文献 20致 谢 21附录 251绪论1.1选题背景机械手是在自动化生产过程中使用的一种具有抓取和移动工件功能的自动化装 置，它是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。近年来，随着电子 技术特别是电子计算机的广泛应用，机器人的研制和生产已成为高技术领域内迅速发 展起来的一门新兴技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机 械化

17、和自动化的有机结合。机械手能代替人类完成危险、重复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，提高劳动生 产力。机械手越来越广泛的得到了应用，在机械行业中它可用于零部件组装，加工工件的搬运、装卸，特别是在自动化数控机床、组合机床上使用更普遍。目前，机械手已发展成为柔性制造系统 FMS和柔性制造单元FMC中个重要组成 部分。把机床设备和机械手共同构成一个柔性加工系统或柔性制造单元，它适应于中、小批量生产，可以节省庞大的工件输送装置，结构紧凑，而且适应性很强。当工件变 更时，柔性生产系统很容易改变，有利于企业不断更新适销对路的品种， 提高产品质 量，更好地适应市场竞争的需要。而目前我国的工业机器人技术及其工程应

18、用的水平 和国外比还有一定的距离，应用规模和产业化水平低，机械手的研究和开发直接影响 到我国自动化生产水平的提高，从经济上、技术上考虑都是十分必要的。因此，进行 机械手的研究设计是非常有意义的。1.2设计目的目前，在国内很多工厂的生产线上数控机床装卸工件仍由人工完成， 劳动强度大、 生产效率低。为了提高生产加工的工作效率，降低成本，并使生产线发展成为柔性制造 系统,适应现代自动化大生产，针对具体生产工艺，利用机器人技术，设计用一台装卸 机械手代替人工工作，以提高劳动生产率。本机械手主要与数控车床（数控铣床，加工中心等）组合最终形成生产线，实现 加工过程（上料、加工、下料）的自动化、无人化。目前

19、，我国的制造业正在迅速发 展，越来越多的资金流向制造业，越来越多的厂商加入到制造业。 本设计能够应用到 加工工厂车间，满足数控机床以及加工中心的加工过程安装、卸载加工工件的要求， 从而减轻工人劳动强度，节约加工辅助时间，提高生产效率和生产力。1.3国内外研究现状和趋势目前，在国内外各种机器人和机械手的研究成为科研的热点，其研究的现状和大 体趋势如下：A.机械结构向模块化、可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、减速机、 检测系统三位一体化；由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机。B .工业机器人控制系统向基于 PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网 络化；器件集成度提高，控制柜日见

20、小巧，且采用模块化结构；大大提高了系统的可 靠性、易操作性和可维修性。C机器人中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感 器外，装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器，而遥控机器人则采用视觉、 声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行决策控制；多传感器融合配置技术成 为智能化机器人的关键技术。D. 关节式、侧喷式、顶喷式、龙门式喷涂机器人产品标准化、通用化、模块化、 系列化设计；柔性仿形喷涂机器人开发，柔性仿形复合机构开发，仿形伺服轴轨迹规 划研究，控制系统开发；E. 焊接、搬运、装配、切割等作业的工业机器人产品的标准化、通用化、模块 化、系列化研究；以及离线示教编程和

21、系统动态仿真。总的来说，大体是两个方向：其一是机器人的智能化，多传感器、多控制器，先 进的控制算法，复杂的机电控制系统；其二是与生产加工相联系，满足相对具体的任 务的工业机器人，主要采用性价比高的模块，在满足工作要求的基础上，追求系统的 经济、简洁、可靠，大量采用工业控制器，市场化、模块化的元件。【3】2工业机器人机械手的总体设计2.1工业机器人的组成及各部分关系概述它主要由机械系统（执行系统、驱动系统）、控制检测系统及智能系统组成。执行系统：执行系统是工业机器人完成抓取工件，实现各种运动所必需 的机械部件，它包括手部、腕部、机身等。手部：机器人为了进行作业而配置的操作机构，又称手爪或抓取机构

22、，它直接抓取工件或夹具。腕部：又称手腕，是连接手部和臂部的部件，其作用是调整或改变手部的工作方 位。臂部：联接机座和手部的部分，是支承腕部的部件，作用是承受工件的管理管理 荷重，改变手部的空间位置，满足机器人的作业空间，将各种载荷传递到机座。机身：机器人的基础部分，起支撑作用，是支撑手臂的部件，其作用是带动臂部自转、 升降或俯仰运动。驱动系统：为执行系统各部件提供动力，并驱动其动力的装置。常用的有 机械传动、液压传动、气压传动和电传动。控制系统：通过对驱动系统的控制，使执行系统按照规定的要求进行工作，当发生 错误或故障时发出报警信号。检测系统：作用是通过各种检测装置、传感装置检测执行机构的运动

23、情况， 根据需要 反馈给控制系统，与设定进行比较，以保证运动符合要求。【4】2.2工业机器人机械手的设计分析设计要求通过设计机械手，培养综合运用所学过的基本理论、基本知识和基本方法分析能 力和解决问题的能力。有关数据：设计一机械手、将铝活塞铸造毛坯从模具中取出，并运送到离模具2米远处的铝活塞毛坯箱里。零件尺寸：外孔C 101.6，高106。零件材料：铝。222总体方案拟定在工业机器人的诸多功能中，抓取和移动是最主要的功能。这两项功能实现的技 术基础是精巧的机械结构设计和良好的伺服控制驱动。 本次设计就是在这一思维下展 开的。根据设计内容和需求确定工业机器人工作方式，利用步进电机驱动和锥齿轮传

24、动来实现机器人的旋转运动；利用一个液压缸，使手臂实现上下运动；考虑到本设计 中的机器人工作范围不大，故利用液压缸驱动实现手臂的伸缩运动； 末端夹持器则采 用滑槽杠杆式回转型夹持器，用小型液压缸驱动夹紧。 呵图2-1机器人外形图工业机器人机械手主要技术性能参数工业机器人的技术参数是说明其规格和性能的具体指标。主要技术参数有如下：a. 抓取重量：抓取重量是用来表明机器人负荷能力的技术参数，这是一项主要参数。这项参数与机器人的运动速度有关，一般是指在正常速度下所抓取的重量。b抓取工件的极限尺寸：抓取工件的极限尺寸是用来表明机器人抓取功能的技术参数，它是设计手部的基础。c坐标形式和自由度:说明机器人机

25、身、手部、腕部等共有的自由度数及它们组成的坐标系特征d运动行程范围：指执行机构直线移动距离或回转角度的范围，即各运动自由度的运动量。根据 运动行程范围和坐标形式就可确定机器人的工作范围。e运动速度：是反映机器人性能的重要参数。通常所指的运动速度是机器人的最大运动速度。 它与抓取重量、定位精度等参数密切有关，互相影响。目前，国内外机器人的最大直 线移动速度为1000mm/s左右，一般为200400mm/s回转速度最大为180o/s , 一般 为 50o/s。f定位精度和重复定位精度：定位精度和重复定位精度是衡量机器人工作质量的一项重要指标。g编程方式和存储容量：本设计中的三自由度圆柱坐标型工业机

26、器人的有关技术参数见表2-1。机械手类型三自由度圆柱坐标型抓取重量2.38Kg自由度3个（1个回转2个移动）机座内部回转运动，回转角 0° -180。，步进电机驱动腰部机构伸缩运动，升降范围 400mm液压缸驱动手臂机构伸缩运动，伸缩范围 70mm液压缸驱动末端执行器液压缸驱动表2-1工业机器人的技术参数3.工业机器人机械手的运动系统分析工业机器人的运动，可从工业机器人的自由度，工作空间和机械结构类型等三方 面来讨论。3.1工业机器人的运动自由度所谓机器人的运动自由度是指确定一个机器人操作位置时所需要的独立运动参 数的数目，它是表示机器人动作灵活程度的参数。本设计的工业机器人具有四转

27、动副和移动副两种运动副，具有手臂伸降，旋转, 前后往复三自由度。3.2机器人的工作空间和机械结构类型工作空间工作空间是指机器人正常运行时，手部参考点能在空间活动的最大范围，是机器人的主要技术参数，工作空间图如图3-1 o心点工作范围图3-1工作空间图机械结构类型圆柱坐标型为本设计所采用方案，这种运动形式是通过一个转动，两个移动，共三个自由度组成的运动系统（代号 RPP，工作空间图形为圆柱形。它与直角坐标型 比较，在相同的工作条件下，机体占体积小，而运动范围大。二机器人的运动过程分析工业机器人的运动过程中各动作如图 3-2和表3-1 o* 再|四工歩四- 匸歩八丄步一 工玲二匸歩三=kT匸曲九Y

28、图3-2运动过程表3-1运动过程工序机器人开机，处于 A点工步一手臂上升工步二，工步七，工步十三旋转至B点工步三手臂伸出工步四，工步十手臂下降工步五，工步十夹紧工件工步六手臂收缩工步八，工步十-四旋转至C点工步九放松工件工步十二实现运动过程中的各工步是由工业机器人的控制系统和各种检测原件来实现的,这是本次设计成败之关键所这里尤其要强调的是机器人对工件的定位夹紧的准确性,84工业机器人机械手的执行机构设计4.1末端执行机构设计工业机器人的末端执行机构设计是用来抓持工件或工具的部件。 手部抓持工件的 迅速、准确和牢靠程度都将直接影响到工业机械手的工作性能， 它是工业机械手的关 键部件之一。设计时要

29、注意的问题：a. 末端执行机构应有足够的夹紧力，为使手指牢靠的夹紧工件，除考虑夹持工 件的重力外，还应考虑工件在传送过程中的动载荷。b. 末端执行机构应有一定的开闭范围。其大小不仅与工件的尺寸有关，而且应 注意手部接近工件的运动路线及其方位的影响。c. 应能保证工件在末端执行机构内准确定位。d. 结构尽量紧凑重量轻，以利于腕部和臂部的结构设计。总体结构设计此处省略 NNNNNNNNNN字N如需要完整说明书和设计图纸等.请联系 扣扣：九七一九二零八零零另提供全套机械毕业设计下载！该论文已经通过答辩采用滑槽杠杆式回转型夹持器，用小型液压缸驱动夹紧，它的结构形式如图4-1。 滑槽杠杆式回转型夹持器，

30、当驱动器推动杆2向上运动时，圆柱销3在两杆4的滑槽 中移动，迫使与支架1相铰接的两手指（钳爪）产生夹紧动作和夹紧力。当杆 2向下 运动时，手指松开。K支架 乙杆 3r圆柱销 4r杠杆5.活塞工件 S弹簧片图4-1末端执行器4.1.3液压油缸的选择和夹紧力的校验a. 初选油缸型号考虑到所要夹持的是比较小的零件，最大工作载荷很小，故初选液压缸型号为Y-HG1-C40/22X 25LF2HL1Qb. 夹紧力校验1)零件的计算V 二：R 2 h二 3.1450.8 21063=858940( mm )m = v一858940G = mg =vg = 27809 9.8= 23.4( N )(4-1 )

31、图4-2零件实体图其中g取9.8 取 G=24 (N)紧力的计算：要夹持住零件必须满足条件：2 fFN _ Gf为手指与工件的静摩擦系数，工件材料为铝，手指为钢材，查机械零件手册 表2-5 f=0.15 ，N为作用在零件内壁上压紧力，G为零件重力。G 24所以Fn80（ N）（4-2）2f 2215取 Fn =80（ N）由机械制造装备式4-56可知驱动力的计算公式为：2 1P = 2IFn cos（ 4-3）图4-3滑槽杠杆式回转型夹持器:为斜面倾角，:=49°，为传动机构的效率，这里为平摩擦传动，查机械零件手册表 2-2=0.85 -0.92这里取0.85b=90.8mm,l=1

32、54.53mm所以1P=2 154.53 80 cos2 49°137.88（4-4）0.890.8取 p=150（N）按液压传动与气压传动公式2：D(4-5)D为汽缸的内径（m）, P为工作压力（Pa）,由液压传动与气压传动表 4-1 表4-1液压传动与气压传动负载F/N<5000500010000 20000 30000>5000010000200003000050000工作压力p/MPa<0.8 11.5 22.5 33445>57取p=0.5MPs。由液压系统设计可查得：m=0.90.95,二D23.14 (40 10")240.5 1060

33、.9 =565N(4-6)所以由以上计算可知液压缸能产生的推力 F=565N大于夹紧工件所需的推力 P=150N 所以该液压缸能够满足要求。10（3）弹性爪的强度校验当弹性手工作时，由于夹过程具有弹性，就可以避免易损零件被抓伤，变形和 损。工件与弹簧片间的力：由上节可知F=80N则弹簧爪截面上的剪应力为t =30MPat =Q/A=2 8033 =4MPa ：2 20 10 1 10(4-7)故弹性爪满足强度要求。4.2手臂机构的设计4.2.1. 手臂的设计要求a. 手臂的结构和尺寸应满足机器人完成作业任务提出的工作空间要求b. 根据手臂所受载荷和结构的特点，合理选择手臂截面形状和高强度轻质材

34、料c. 尽量减小手臂重量和相对其关节回转轴的转动惯量和偏重力矩，以减小驱动装 置的负荷；减少运动的动载荷与冲击，提高手臂运动的响应速度。d. 要设法减小机械间隙引起的运动误差， 提高运动的精确性和运动刚度。采用缓 冲和限位装置提高定位精度。本设计手臂直接联接在底座升降液压缸上，结构简单，装拆方便，尾部设置导向杆，以防止活塞杆转动，确保手臂随机座一起转动。它的结构如下图。图4-4 手臂结构图手臂与末端执行器的联结结构如图 4-5所示：选用轴向脚架型液压缸，活塞杆末端为外螺纹结构，手臂与末端执行器连同活塞杆一起转动。11图4-5手臂与末端执行器的联结结构伸缩液压油缸的选择选液压缸型号为Y-HG1-

35、C50/36X 40LF4HL1Q它的主要技术参数如表4-2缸径/mm活塞杆直径/mm油口直径速度比通径/mm联接螺纹1.46250283610M18X1.5表4-2冶金设备标准液压油技术规格活塞杆的强度校核末端执行器的重量约为：12Kg<工件重量为：2.38Kg'Qr AB1150一 130 ¥由静力平衡方 工MB=0 R i LAB Q- LBC=0艺 M=0 R2 LAB Q LAC=O求得支反力为：R=292NR2=628.93N以A点为坐标原点，得剪力图和弯矩图如下：(4-8)(4-9)4C°J，333292由表得活塞杆t =140MPa, （T =

36、240MPa.则在B处横截面上的剪应力为：(4-10)t B= P/A=二 1.02MPa ： 安全4（28 10 ）2在B处的弯应力为:(4-11 )(T b= MB/A= 94.34=21.89MPa c<r安全。存28池节4.3腰部和基座设计4.3.1. 结构设计通过安装在支座上的步进电机和锥齿轮直接驱动转动机座转动， 从而实现机器人 的旋转运动，通过安装在顶部的液压缸带动横梁转动实现手臂的上下移动。采用了导向杆导向，确保手臂随机座一起转动。它的结构如装配图。4.3.2. 步进电机的选取工业机器人的旋转和上下移动采用了步进电机驱动，下面就给出各种驱动方式的 比较，以作为选取步进电机

37、作为驱动方式的依据。表4-3各种驱动方式比较比较内容驱动方式机械传动电机驱动气压传动液压传动异步电机， 直流电机步进或伺服 电机控制性 能速度可咼，速度 和加速度均由机 构控制，定位精 度咼，可与主机 严格同步控制性能 较差，惯性 大，步易精 确定位控制性能好， 可精确定位， 但控制系统 复杂可咼速，气体压 缩性大，阻力效 果差，冲击较严 重，精确定位较 困难，低速步易 控制油液压缩性小，压 力流量均容易控 制,可无级调速， 反应灵敏，可实现 连续轨迹控制体积当自由度多时， 机构复杂，体积 液较大要油减速 装置，体积 较大体积较小体积较大在输出力相同的条 件下体积小维修使 用维修使用方便维修使

38、用方便维修使用较 复杂维修简单，能在 高温，粉尘等恶 劣环境种使用， 泄漏影响小维修方便，液体对 温度变化敏感，油 液泄漏易着火应用范围适用于自由度少 的专用机械手，适用于抓取重量大可用于程序 复杂和运动中小型专用通 用机械手都有中小型专用通用机 械手都有，特别时高速低速均能适 用和速度低 的专用机 械手轨迹要求严 格的小型通 用机械手重型机械手多用由上表可知步进电机应用于驱动工业机器人有着许多无可替代的优点，如控制性能好，可精确定位，体积较小可用于程序复杂和运动轨迹要求严格的小型通用机械手等，下面就对步进电机的型号进行选取。初选电机为BF反应式步进电机，型号为：90BF001。它的有关技术参

39、数如下表:表4-4反应式步进电机的参数电机 型号相 数步距 角/ （°）电 压 /V最大静转矩/N m(Kgf cm)最高空 载启动 频率/HZ运行 频率/HZ转子转 动惯量10 厘 Kg2m分配 方式质 量/Kg90BF00140 . 9803.922000800017.64四相八拍4. 5A、传动系统等效转动惯量计算传动系统的转动惯量是一种惯性负载，在电机选用时必须加以考虑。由于传动系 统的各传动部件并不都与电机轴同轴线，还存在各传动部件转动惯量向电机轴折算的 问题。最后，要计算整个传动系统折算到电机轴上的总转动惯量，即传动系统等效转动惯量。（1）、电机转子转动惯量Jd的折算 由

40、机电综合设计指导表 2-18查出Jd =1.764 kg?cm2 （2 ）、联轴器转动惯量Jl的折算Jl = M ；D（鱼 / cm2）（4-12 ）式中：Mc为圆柱质量（Kg）, D为圆柱体直径（cm）丄为圆柱体长度。对于钢材，材料密度为7.8 10 4 Kg cm3）,把数据代入上式得：JlZ82= 2.99(Kg cm )(4-13)（3）、手臂转动惯量Jg的折算工作台是移动部件，其移动质量折算到活塞轴上的转动惯量Jg可按下式进行计算：JG =（土）2m ;见机电综合设计指导公式（2-6）P8式中，Lo为活塞工2兀作长度（cm）； M为工作台质量（kg）。所以：jG =（土）2M =0.

41、8' x71 =1.15kg cm2（4-14）2兀迄汉3.14丿（4）系统等效转动惯量J计算J= Jd Jl Js Jg =1.764 2.99 0.39 1.15 = 6.294 kg cm2（ 4-15）B验算矩频特性步进电机最大静转矩Mjmax是指电机的定位转矩，从机电综合设计指导表2-21 中查得M j max二3.9 m。步进电机的名义启动转矩 M mq与最大静转矩M j max的关系 为：MmqM jmax见机电综合设计指导公式（2-29）P32查机电综合设计指导表 2-12 P35得 = 0.707。所以，M mq 二 0.707 3.92 =2.77、m步进电机空载启

42、动是指电机在没有外加工作负载下的启动。步进电机所需空载启动力矩可按下式计算：M Kq二M Ka M Kf M 0见机电综合设计指导公式（2-30 ） P32式中：M Kq为空载启动力矩（N?cm）; M ka为空载启动时运动部件由静止升速到 最大快进速度，折算到电机轴上的加速力矩（N?cm）; MKf为空载时折算到电机轴上 的摩擦力矩（N?cm）;有关M Kq的各项力矩值计算如下：（1）加速力矩n maxM KaV max 二 bp 3602；. n maxz_6or10-(4-16)(4-17)见机电综合设计指导公式（2-32 ）和（2-33） P32式中：J二为传动系统等效转动惯量；为电机

43、最大角加速度；nmax为与运动部件最大 快进速度对应的电机最大转速；t为运动部件从静止启动加速到最大快进速度所需的 时间，Vmax为运动部件最大快进速度； 入为初选步进电机的步距角；:p为脉冲当量。n maxVmax 入、.p36050000.90.01360=1250 r / min(4-18)MKa =60T 1宀6.294 2 I。1"。；250 1=41-1 cm(4-19)(2) 、空载摩擦力矩kfGfL°2二 i(4-20)见机电综合设计指导公式（2-34） P35式中：G为运动部件的总重量；为导轨摩擦系数；i齿轮传动降速比；为传动系数总效率，取 =0.8 ；

44、L°为活塞工作长度。kf71 9.8 0.005 0.82 3.14 0.8 1= 0.55匚 cm(4-21)C启动矩频特性校核步进电机启动有突跳启动和升速启动。突跳启动很少使用。升速启动是步进电机 从静止状态开始逐渐升速，在零时刻，启动频率为零。在一段时间内，按一定的升速 规律升速。启动结束时，步进电机达到了最高运行速度。查看机电综合设计指导图 2-21 P36,从90BF001矩特性图中，可查得：纵向：空载启动力矩MKq = 43.148、cm对应的允许启动频率fyq =2100Hz。查 机电综合设计指导表2-11 P34,步进电机150BF002启动频率fq = 2000H

45、z " fyq, 所以所选电机不会丢步。D、运行矩频特性校核步进电机的最高快进运行频率fKJ可按下式计算:KZ1000 v m ax见机电综合设计指导公式（2-36） P36式中：Vmax为运动部件最大快进速度。算得fKZ = 8333.33Hz快进力矩M kj的计算公式:见机电综合设计指导公式（2-37）P37M KJ = M Kf M 0式中：M°为附加摩擦力矩，MKf为快进时，折算到电机轴上的摩擦力矩。算得:M KJ - M Kf M 0=0.55+1.428=1.978icm。综上所述，所选用的步进电机 90BF001符合要求，可以使用。143. 轴承的选取A、环形

46、轴承3作为机座的支承原件，是为机器人研制的专用轴承，具有宽度小、直径大、精度高、刚度大、承载能力高（可承受径向力、轴向力和倾覆力矩）、装置方便等特点价格高。B、止推轴承，型号为30204,它的有关参数如下：表4-5止推轴承的参数轴承代号基本额定极限转速r/mi n动载荷 Ca/KN静载荷 C0a/KN脂润滑油润滑30204，28.230.58000100004. 齿轮的选取齿轮的参数如下表所示表4-6齿轮的参数名称代号小齿轮大齿轮分度圆直径d80152齿数z2038大端模数m4节锥角627.759 062.241 o锥距R85.882齿宽b26齿距P12.56工作齿高h6.8齿高h7.552顶

47、圆锥角%30.777 063.756 o跟圆锥角25.742 o58.723 o齿顶圆直径dG88.014154.116冠顶距Ak73.89137.989大端分度圆弧齿厚s7.5834.977齿轮材料为20Cr且经渗碳淬火，接触材料系数：KHC=0.86弯曲材料系数 KFC=0.97 。随着毕业日子的到来，毕业设计也接近了尾声。经过几周的奋战我的毕业设计终 于完成了。在没有做毕业设计以前觉得毕业设计只是对这几年来所学知识的单纯总 结，但是通过这次做毕业设计发现自己的看法有点太片面。 毕业设计不仅是对前面所 学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。 通过这次毕业设计使我明确了 自己原来知

48、识还比较欠缺。自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都 会，什么东西都懂，有点眼高手低。通过这次毕业设计，我才明确学习是一个长期积 累的过程，在以后的工作生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。19992000199920001997参考文献1 顾崇衍机械制造工艺学陕西科技出版社，19962 周伯英工业机械人设计机械工业出版社，19953 龚振帮机械人机械设计电子工业出版社，19954 成大光机械设计图册（5）.化学工业出版社，1999 郑堤、唐可洪.机电一体化设计基础机械工业出版社，1997 张铁、谢存禧.机器人学华南理工大学出版社，20047 冯辛安机械制造装备设计机

49、械工业出版社，19998 沈鸿.机械工程手册机械工业出版社，19839 吴宗泽,罗圣国.机械设计课程设计手册第二版高等教育出版社，10 廖念钊，莫雨松等互换性与技术测量第四版中国计量出版社，11 陈锦昌，刘就女，刘林计算机工程制图华南理工大学出版社，12 濮良贵，纪名刚.机械设计高等教育出版社,199513 何立民.单片机高级教程：应用与设计北京航空航天大学出版社，14 哈尔滨工业大学理论力学教研室.理论力学高等教育出版社，15 余达太,马香峰.工业机器人应用工程.冶金工业出版社，2001。在此衷心感谢学校、学院各位老师三年来给我的教育和培养，特别要感谢李明达 老师在我的毕业设计期间，悉心指导

50、和不啬赐教，他于百忙中不忘记我提出的问题进 行耐心的解答与指导，并提出宝贵的意见。在此表示衷心的感谢！附录In dustrial robot man ipulator hand and arm can imitate some acti on accord ing to fixed program function and transporting or grab the operating tool for automatic operation device. It can replace human heavy labor to achieve production mechanizat

51、ion and automati on, can operate in harmful en vir onment to protect the pers onal safety and widely used in metallurgy, mach inery manu facturi ng, electr oni cs, light in dustry and atomic en ergy etc.Manipulator hand and movement mainly by institutions. Hand is used to catch the workpiece (or too

52、ls), accordi ng to the parts of the object was caught the shape, size, weight, materials and operati onal requireme nts and has a variety of structural forms, such as the type of clamping, and adsorption type, etc. Sports organizations and finish all kinds of rotati ng (ha nd), moving or composite s

53、wing moti on to realize, cha nge the positi on of the object was caught and posture. The lifting mecha ni sm, and the in depe ndence moveme nt of the mani pulator, called freedom.In order to grab arbitrary position and orientation of the object, need to have six degrees. Freedom is the desig n of ha

54、nd machi ne armed key parameters. The freedom of the mani pulator, the degree of flexibility, the greater the uni versality and broader, its structure is more complex. Gen eral special man ipulator has 2-3 degrees.Accord ing to the types of the mani pulator, driv ing mode can be divided into hydraul

55、ic, pn eumatic, electric type, mecha ni cal mani pulator, Accord ing to the scope and special mani pulator can be divided in to two man ipulators, Accord ing to the trajectory con trol mode can be divided into positi on con trol and con ti nu ous trajectory con trol man ipulator, etc.Robots are usually used or other machi ne tools, such as additi onal device in automatic machine or automatic production line, loading and unioading