发布时间 : 星期四 文章高自由度机械手臂设计 - 图文更新完毕开始阅读ecce12a0af1ffc4fff47acc4
—工作係數，主要考慮慣性力的影響， ，或按估算，其中 a為最大加速度搬運物體，g為重力加速度
由公式：
—物件與手指接觸的正壓力； —單個手指應具有的計算握力。 根據手指的靜力距平衡條件得： 代入數據： 得
3.1.4 手部電機的選取
電機所需轉矩由計算可得，選擇SM80—024—30LFB交流伺服電機。功率0.75千瓦，額定轉矩2.4N·m，重量2.7Kg。
3.1.5 機械手滑動螺旋機構中螺杆的選型
手部夾緊動作採用滑動螺旋機構實現,螺杆軸向承載總和為:，螺杆和螺母材料均選低碳鋼。查《機械設計》可知，滑動螺旋的設計公式：
(3.1) —螺杆軸向力； —螺紋工作高度； —材料許用壓力；
—螺母高度與螺杆中徑之比； —螺紋螺距。
對於矩形和梯形螺紋的牙，，則： (3.2) 查《機械設計》表5—12，選取,。代入數據得：
初步選定單頭螺杆公稱直徑為，螺距為
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3.2 手腕的設計
3.2.1 電機轉矩計算
通過軟體分析計算可得夾持器 距中心距離
設手腕角速度為, 角速度從0到所需加速度時間△t=0.2s, 則伺服電機輸出轉矩為：
3.2.2 電機型號選取
選擇SM80—024—30LFB交流伺服電機。功率0.75千瓦，額定轉矩，重量。
3.3 大小臂的設計
3.3.1 設計說明
臂部的作用是支撐手部和手抓取的工件，並將被抓取的工件放到指定位置上，因此機械手的手臂需要有兩個自由度，即大臂的升降小臂的左右擺動。 設計時注意的問題：
A 剛度要好，要合理設計臂部的截面尺寸和輪廓形狀。
B 偏重力矩要小，偏重力矩時指臂部的總重量對其支撐或回轉軸所產生的力矩。 C 重量輕、慣性小，為了減少運動的影響，除了採取緩衝外，並努力爭取結構緊湊，重量輕，以減少慣性力。
D 導向性要好。
3.3.2 電機選型
電機選型:計算方法類似於手腕擺動的計算與選取。
3.3.3 小臂擺動的電機選型
計算方法類似於手腕擺動的計算，最終選取電機為：SM80—013—30LFB交流伺服電機。功率0.4千瓦，額定轉矩，重量。
3.4 升降結構的設計計算
初步選定X軸絲杠直徑為30mm、長為800mm、螺距為8mm。
假設工作臺有，由設計參有工作臺最大加速度為滾動導軌摩擦係數為0.005則摩擦力為。那麼絲杠受到的最大軸向力為=。最小軸向力為，所以平均軸力為,當工作臺快進時絲杠轉速為在一般情況下工況係數K取1.3
那麼絲杠的壽命是 所以：
查表有海特SFA3210-T40滿足要求。它的直徑為32mm導程為8mm,,剛度為。那麼絲
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杠額定最大轉速為 。
導軌選為BGXH30FL其額定動載為3927kgf,其額定靜載為7207kgf 絲杠的轉動慣量為
折算到電機上的轉動慣量為
折算到電機上的總轉動慣量為
若絲杠傳動效率為0.9由能守恆定律折算到電機上的加速力矩為
電機的啟動功率為：P= Ma×=0.25KW
那麼綜上可選電機為80SJT-M032C它的功率為,它的轉動慣量為額定轉矩為1.23
額定轉矩為
3.5 腰部和基座的設計
3.5.1 設計說明
通過安裝在支座上的伺服電機和蝸輪蝸杆機構轉動來帶動機座旋轉，從而實現機器人的轉，通過安裝在底部的步進電機帶動蝸杆軸轉動，蝸杆與蝸輪嚙合，蝸輪通過軸與機械手大臂連接，從而可實現腰部的轉動。
3.5.2 電機選取
電機的選擇：型號為120mb100a-001000，功率為1000W,額定轉矩為9.55n.m，額定轉速為，電機轉子慣量為，轉矩係數
,, 額定相電流
,,重量
。
3.5.3 蝸輪蝸杆的設計、校核及壽命計算
A 選擇蝸杆傳動類型：
根據GB/T10085-1988的推薦，採用漸開線蝸杆（ZI）; B 選擇材料：
考慮到蝸杆傳動功率和速率不是不大，蝸杆選用鑄鐵；要求高效率，良好的耐磨性，
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蝸杆螺旋齒面淬火硬度要求，適用於45-55HRC；渦輪鑄造錫磷青銅ZCuSn10P1，金屬膜鍛。為了經濟的節約，齒圈用青銅製造，輪芯用灰鑄鐵HT100製造輪芯。
C 按齒面接觸疲勞強度進行設計：
根據閉式蝸杆傳動設計的標準，先進行齒面接觸疲勞強度設計，再校核齒根彎曲疲勞強度。
由 (3.3) a 確定施加力在渦輪上的轉矩T?：
, 取效率，則
b 確定載荷係數K：
工作載荷比較穩定，取載荷分佈不均勻係數K=1;由表11-5所使用的係數，有因為轉速不高，衝擊影響不是太大，取動載係數;
;
則
c 確定彈性影響係數：
因採用的是鑄錫青銅渦輪和鋼蝸杆匹配，故 d 確定接觸係數
:
假設蝸杆分度圓直徑d1和中心距a的傳動比為
e 確定許用接觸應力
，從圖中可查的：
渦輪材料為鑄錫鋁青銅ZCuSn15P1, 屬於非有機材料的膜鍛造, 蝸杆螺旋齒面硬度為45-55HRC，從表11-7中查得渦輪的許用接觸應力
應力迴圈次數
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