关节型机器人腕部结构及控制系统设计
3.基本参数的确定
空间结构和手腕结构的确定，那么手腕回转、手腕摆动、和手腕旋转三个姿态的自由度也得到了实现。
表3-2 机器人的主要规格参数
动作范围 手腕回转 手腕摆动 手腕旋转 额定载荷 最大速度 150? 30?/s 30?/s 30?/s 90? 360? 5kg 3m/s
4手腕详细设计说明
本课题的机器人将采用直流伺服电动机。因为它具有体积小、转矩大、输出力矩和电流成比例、伺服性能好、反应快速、功率重量比大，稳定性好等优点。
4.1手腕电机的选择
4.1.1提腕电机的选择
手腕的最大负荷重量m1?5kg，初估腕部的重量m2?10kg，最大运动速度V=3m/s
W 功率p?FV?mgV?15?10?3?450取安全系数为1.2，p'?1.2p?1.2?450?540W 考虑到传动损失和摩擦，最终的电机功率p额＝600W。 执行机构的最大转速为
4
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n=
60?1000V?286r/min
?D经查表按推荐的传动比合理范围i=8到40,电动机转速范围是n=1988到11440r/min
选择Z型并励直流电动机，技术参数如下
表4-1 Z型并励直流电动机技术参数
型 号 额定电压 额定转矩（V） (N/m) 额定转速 参考功率 (r/m) (W) 重(kg) 量
Z200/20-400 200
2.86 2000 600 5.5
4.1.2摆腕和转腕电机的选择
根据设计要求取相同型号的电机，选择Z型并励直流电动机，型号为Z200/20-400。
4.2传动比的确定
4.2.1总传动比的确定
转腕传动比的确定
由上面算的n=286。47r/min
最后求得总传动比
i总＝
n2000＝?8 取整i总=8 n'286.47n2000＝?16 n'150n2000＝?14 n'143同理：提腕腕传动比的确定
i总＝
摆腕腕的传动比：
i总＝
5
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4.3传动比的分配
a转腕传动比的分配
高速级传动比为i12?2,低速级i34?4
b提腕传动比的分配
高速级传动比为i12?4,低速级i34?4
C摆腕传动比的分配
高速级传动比为i12?2,低速级i34?7
5.齿轮的设计
5.1提腕部分齿轮设计
A. 第一极圆柱齿轮传动
齿轮采用45号钢，锻造毛坯，正火处理后齿面硬度170~190HBS，齿轮精度等级为7极。取 。
a. 设计准则
按齿面接触疲劳强度设计，再按齿根弯曲疲劳强度校核。 b.按齿面接触疲劳强度设计
齿面接触疲劳强度条件的设计表达式
?ZHZEZ?3d1t???[?]H??2KT1u?1? （4－1） ??ud?2其中， ?d?0.8，u?2，
Z??0.90，ZE?189.8MPa，ZH?1.8，
P0.54?9.55?106?11667N?mm n286.47选择材料的接触疲劳极根应力为：
T1?9.55?106?H1lim?580MPa ?H2lim?560MPa
选择材料的接触疲劳极根应力为：
?F1lim?230MPa ?F2lim?210MPa 应力循环次数N由下列公式计算可得
6
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N1?60n1at （4-2）
?60?2000?300?8?16
?4.23?109
N14.23?109??2.16?109 则 N2?u2接触疲劳寿命系数ZN1?1.1,ZN2?1.02 弯曲疲劳寿命系数YN1?YN2?1
接触疲劳安全系数SHmin?1，弯曲疲劳安全系数SFmin?1.5,又YST?2.0，试选Kt?1.3。
求许用接触应力和许用弯曲应力：
??H1???H1limZN1?580?1.1?638MPaSHmin1??H2???HlimZN2?580?1.02?591.6MPaSHmin1??F1???F1limYSTYN1?230?2?1MPa?306.67MPaSFmin1.5
??F2???F2limYSTYN2?210?2?1MPa?280MPaSFmin1.5将有关值代入（4－1）得：
?ZHZEZ?d1t?3?????H2??2KtT1u?1???ud?22?1.8?189.8?0.9?2?1.3?116702?1?3??mm ?591.60.82???45.65mm则v1??d1tn160?1000???45.65?200060?1000?4.752m/s
z1v120?4.752?m/s?0.946m/s 100100动载荷系数Kv?1.0；使用系数KA?1；动载荷分布不均匀系数K??1.02；齿间载荷分配系数Ka?1，则KH?KAKvK?Ka?1.01?1.0?1.02?1.0?1.03
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修正d1?d1t3KH1.03?45.65?3?41.91mm Kt1.3m?d1z?41.91mm?2.09mm 120取标准模数m?2mm。 c.计算基本尺寸
d1?mz1?2?20?40mmd2?mz2?2?40?80mma?m?z1?z2??50?100?75mm 22d. 校核齿根弯曲疲劳强度
复合齿形系数YFS1?4.1，YFS2?3.8
取 Y??0.7 校核两齿轮的弯曲强度
?2KT1F1??dz23YFS1Y? 1m ?2?1.03?116700.8?202?2.53?4.1?0.7MPa?110.02MPa???F1?
?FS2F2??FY?110.02?3.81?Y4.1MPa?101.97MPa???F2?FS1所以齿轮完全达到要求。
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4－3）（