A0-支座和手臂装配图.dwg
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A1-终端执行器.dwg
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A2-工作空间图.dwg
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A2-支座.dwg
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A2-转动壳体.dwg
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A3-支架.dwg
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A4-导向套.dwg
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A4-机构简图.dwg
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工作空间图.dwg
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工作空间图+支架.dwg
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三自由度圆柱坐标型工业机器人设计.ppt
支架.dwg
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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。
本设计中手臂由滚珠丝杠驱动实现上下运动，结构简单，装拆方便，还设计有两根导柱导向，以防止手臂在滚珠丝杠上转动，确保手臂随机座起转动。
它的结构如下图。
图手臂结构图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起转动。
.伸缩液压油缸的选择选液压缸型号为，它的主要技术参数如表。
表冶金设备标准液压油技术规格缸径活塞杆直径油口直径速度比通径联接螺纹.活塞杆的强度校核末端执行器的重量为.。
工件重量为.。
由静力平衡方••••求得支反力为以点为坐标原点，得剪力图和弯矩图如下由表得活塞杆，.则在处横截面上的剪应力为安全。
在处的弯应力为安全。
腰部和基座设计.结构设计通过安装在支座上的步进电机和谐波齿轮直接驱动转动机座转动，从而实现机器人的旋转运动，通过安装在顶部的步进电机和联轴器带动滚珠丝杠转动实现手臂的上下移动。
采用了双导柱导向，以防止手臂在滚珠丝杠上转动，确保手臂随机座起转动。
支撑梁采用槽钢，以减轻重量和节省材料，它的结构如图。
该种设计采用了环形轴承的机器人支承结构。
它由电动机直接驱动杯形柔轮谐波减速器。
这种谐波减速器只有刚轮柔轮和谐波发生器三大件，而无单独的外壳这种结构有利于传动系统的小型化轻型化。
由柔轮输出低速的回转运动带动与之固联的机座回转壳体实现手臂的回转运动。
齿形皮带传动和位置传感器作为机座用来检测手臂机座的角位移。
支座，步进电机，谐波齿轮，转动机座支承工字梁，滚珠丝杠，导向柱，锥环无键联轴器图腰部和基座结构图支座，电机，轴承，带传动，壳体位置传感器，柔轮，波发生器，刚轮图环形轴承的机器人机座.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作为驱动方式的依据。
表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输出力矩输出力矩较大输出力可较大输出力矩较小气体压力小，输出力矩小，如需输出力矩较大，结构尺寸过大液体压力高，可以获得较大的输出力控制性能速度可高，速度和加速度均由机构控制，定位精度高，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，但控制系统复杂可高速，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应用范围适用于自由度少的专用机械手，高速低速均能适用适用于抓取重量大和速度低的专用机械手可用于程序复杂和运动轨迹要求严格的小型通用机械手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。
初选电机为反应式步进电机，型号为。
它的有关技术参数如下表表电机型号相数步距角电压最大静转矩••最高空载启动频率运行频率转子转动惯量•分配方式质量.四相八拍．传动系统等效转动惯量计算传动系统的转动惯量是种惯性负载，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。
电机转子转动惯量的折算由机电综合设计指导表查出.•联轴器转动惯量的折算式中为圆柱质量，为圆柱体直径，为圆柱体长度。
对于钢材，材料密度为，把数据代入上式得滚珠丝杠转动惯量的折算查机电综合设计指导表，得出长的滚珠丝杠的转动惯量为.•，丝杠长度，所以滚珠丝杠转动惯量.•手臂转动惯量的折算工作台是移动部件，其移动质量折算到滚珠丝杠轴上的转动惯量可按下式进行计算见机电综合设计指导公式式中，为丝杠导程为工作台质量。
所以系统等效转动惯量计算验算矩频特性步进电机最大静转矩是指电机的定位转矩，从机电综合设计指导表中查得。
步进电机的名义启动转矩与最大静转矩的关系为见机电综合设计指导公式查机电综合设计指导表得.。
所以，步进电机空载启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见机电综合设计指导公式式中为空载启动力矩•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•为空载时折算到电机轴上的摩擦力矩•有关的各项力矩值计算如下加速力矩见机电综合设计指导公式和式中为传动系统等效转动惯量为电机最大角加速度为与运动部件最大快进速度对应的电机最大转速为运动部件从静止启动加速到最大快进速度所需的时间，为运动部件最大快进速度为初选步进电机的步距角为脉冲当量。
空载摩擦力矩见机电综合设计指导公式式中为运动部件的总重量为导轨摩擦系数齿轮传动降速比为传动系数总效率，取.为滚珠丝杠的基本导程。
附加摩擦力矩见机电综合设计指导公式式中为滚珠丝杠预紧力为滚珠丝杠未预紧时的传动效率，现取.。
所以，步进电机所需空载启动力矩初选电机型号应满足步进电机所需空载启动力矩小于步进电机名义启动转矩，即见机电综合设计指导公式从上式可知电机初步满足要求。
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。
在段时间内，按定的升速规律升速。
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，从矩特性图中，可查得纵向空载启动力矩对应的允许启动频率。
查机电综合设计指导表，步进电机启动频率，所以所选电机不会丢步。
运行矩频特性校核步进电机的最高快进运行频率可按下式计算见机电综合设计指导公式式中为运动部件最大快进速度。
算得。
快进力矩的计算公式见机电综合设计指导公式式中为附加摩擦力矩，为快进时，折算到电机轴上的摩擦力矩。
算得。
查看机电综合设计指导图，从运行矩频特性图中，可知快进力矩对应的允许快进频率所以，所用的电机都满足快速进给运行矩频特性要求。
综上所述，所选用的步进电机符合要求，可以使用。
.轴承的选取环形轴承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。
丝杠下部装有圆锥滚子轴承，型号为，它的有关参数如下轴承代号基本额定极限转速动载荷静载荷脂润滑油润滑.工业机器人的机械传动装置的选择滚珠丝杠的选择估算等效载荷，丝杆有效行程，等效转速，要求使用寿命左右，工作温度低于，可靠度，精度为级精度。
计算载荷查机电液设计手册上册，表得.，.，.，.选择滚珠丝杆副的型号主要尺寸为按，查机电体化设计基础表，选用汉江机床厂型滚珠丝杠，系列代号为.。
滚珠直径.滚道半径偏心距丝杠内径螺旋导程角螺杆不长，无需验算稳定性。
刚度验算按最不利情况考虑，即在螺距导程内受轴向力引起的弹性变形与受转矩引起弹性变形方向致，此时变形量为最大，计算公式为式中•••磨擦系数.，当量磨擦角，剪切弹性模量.所以.其中，危险截面.，.每米螺杆长度上的螺矩的弹性变形.因为滚球丝杆精度要求为级精度，由表查得所以其刚度满足要求。
计算效率η.谐波齿轮的选择谐波齿轮的特点，与般齿轮传动相比，有如下特点传动比大。
级谐波齿轮减速比可以在之间，在只传递运动的装置中可达。
采用多级或复波式传动时，传动比可以更大。
这种传动同时啮合的齿数多，可达总齿数的。
故承载能力大。
运动误差小，无冲击，齿的磨损小，传动精度高，传动平稳。
效率高减速传动下，般可达，结构简单，零件少，重量轻。
在承载能力和传动比相同的条件下，比般齿轮减速器的体积和重量约减少。
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