两自由度机械手设计.docVIP

黄 山 学 院 两自由度机械手腕设计与加工 学院： 信息工程学院 专业： 09机械 姓名： 梁龙 学号： 20906071033 2012/4/6  目　录 1总体方案设计 1.两自由度机械手系统设计 1.2两自由度机械手机械系统设计思想 1.3两自由度机械手的总体方案 1.4两自由度机械手的数学描述 2两自由度机械手零部件的设计 2.1机械手驱动电机选型机 2.2械手蜗轮蜗杆、齿轮零部件设计 2.3机械手轴零部件设计 2.4机械手其它零部件设计 2.5材料及标准件的选择 2.6机械手的虚拟装配 参考文献 两自由度机械手设计与加工 1总体方案设计 1.1两自由度机械手系统设计 两自由度机械手系统由机械本体结构、伺服驱动系统、西门子810D数控系统等部分组成。 1.1.1机械本体结构 从机构学的角度来分析，机器手机械结构可以看作由一系列连杆通过旋转关节（或移动关节）连接起来的开式运动链。 1.1.2关节伺服驱动系统 机械手本体机械结构的动作靠的是关节驱动，机器人的关节驱动大多是基于闭环控制的原理来进行的。常用的驱动单元是各种伺服电机，由于一般伺服电机的输出转速很高(1000r/min~10000r/min)，输出转矩小，而关节需带动的负载的转速不高，负载力矩却不小。因此，在电机与负载之间用一套传动装置来进行转速和转矩的匹配。 本论文仅讨论机械手的机械系统设计与加工。 1.2两自由度机械手机械系统设计思想 首先利用UG三维制图软件作为辅助设计工具进行两自由度机械手的机械零件设计，建立三维模型。然后，经虚拟装配后，利用UG软件，生成虚拟样机，进行机械系统虚拟样机分析，分析其运动轨迹及机械零部件的干涉现象。最后，利用UG软件中的数控加工模块，编写机械零部件的数控加工程序。根据以上工作，便可以实际加工出物理样机。 1.3两自由度机械手的总体方案 1.3.1机械手自由度的选择 1所示。 1.3.2机械手机械系统的整体设计 2所示。 图2 机械手结构视图 1.4两自由度机械手的数学描述 机械手具有个自由度，其末端执行机构位置相对于机械本体不断的变化如果要对末端执行器进行精确的控制则要对其空间位置进行精确的描述。应用齐次坐标变换不仅能够对坐标进行描述，也能够表达控制算法、计算机视觉和计算机图形学等问题。本论文对于机械手的关节驱动机构选用交流伺服电机，由学校提供的3个型号为1FK7032-5AK71-1AG0西门子交流伺服电机。 西门子1FK7032-5AK71-1AG0型电机参数 电机外型尺寸图 2.2械手零部件设计1．基本参数： （1）模数m 和压力角α： 在中间平面中，为保证蜗杆蜗轮传动的正确啮合，蜗杆的轴向模数ma1 和压力角αa1 应分别 相等于蜗轮的法面模数mt2 和压力角αt2，即 ma1=mt2=m αa1=αt2 蜗杆轴向压力角与法向压力角的关系为: tgαa=tgαn/cosγ 式中：γ-导程角。 （2）蜗杆的分度圆直径d1 和直径系数q 为了保证蜗杆与蜗轮的正确啮合，要用与蜗杆尺寸相同的蜗杆滚刀来加工蜗轮。由于相同 的模数，可以有许多不同的蜗杆直径，这样就造成要配备很多的蜗轮滚刀，以适应不同的蜗 杆直径。显然，这样很不经济。 为了减少蜗轮滚刀的个数和便于滚刀的标准化，就对每一标准的模数规定了一定数量的蜗 杆分度圆直径d1，而把及分度圆直径和模数的比称为蜗杆直径系数q，即： q=d1/m 常用的标准模数m 和蜗杆分度圆直径d1 及直径系数q，见匹配表。 （3）蜗杆头数z1 和蜗轮齿数z2 蜗杆头数可根据要求的传动比和效率来选择，一般取z1＝1-10，推荐z1＝1，2，4，6。 选择的原则是：当要求传动比较大，或要求传递大的转矩时，则z1 取小值；要求传动自 锁时取z1＝1；要求具有高的传动效率，或高速传动时，则z1 取较大值。 蜗轮齿数的多少，影响运转的平稳性，并受到两个限制：最少齿数应避免发生根切与干涉， 理论上应使z2min≥17，但z2＜26 时，啮合区显著减小，影响平稳性，而在z2≥30 时，则 可始终保持有两对齿以上啮合，因之通常规定z2＞28。另一方面z2 也不能过多，当z2＞80 时(对于动力传动)，蜗轮直径将增大过多，在结构上相应就须增大蜗杆两支承点间的跨距， 影响蜗杆轴的刚度和啮合精度；对一定直径的蜗轮，如z2 取得过多，模数m 就减小甚多， 将影响轮齿的弯曲强度；故对于动力传动，常用的范围为z2≈28-70。对于传递运动的传动， z2 可达200、300，甚至可到1000。z1 和z2 的推荐值见下表。 4）导程角γ 蜗杆的形成原理与螺