图3-5 肘关节部分
（5） 小手臂部分
小手臂部分包括腕部电机齿轮箱、手腕电机1、手腕电机2、手腕电机3、手腕减速器1、腕部直齿4<3>、腕部直齿3<1>、腕部中心轴2<1>、手腕6002轴承、手腕6002轴承、小手臂旋转法兰轴承隔套、手腕减速器2、手腕电机齿轮连接轴、手腕直齿4<1>、手腕直齿1<1>、腕部中心轴3<1>、手腕61902轴承、手腕61902轴承、手腕小齿、腕部中心轴前端锁帽、腕部中心轴前端锁帽<2>、前爪固定盘、前爪法兰、手腕大齿2<1>、手腕大齿2<1>、小手臂旋转轴承法兰、小手臂骨架油封、61908轴承、61908轴承、手腕减速器3、手腕电机齿轮连接轴2<1>、手腕直齿4<2>、手腕直齿2<1>、小手臂旋转后法兰、腕部中心轴、手腕61908轴承<3>、手腕61908轴承<5>、手腕61908轴承<4>、手腕61908轴承<2>、小手臂旋转法兰、轴承1<1>、轴承1<2>,如图3-6所示.非标准件的材质选用耐磨铸铁.
图3-6 手腕部分
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(6)手腕
为实现不同的功能,具有拾取不同形状的物体功能,设计不同的末端执行器.在抓取功能的实现中在指尖的平面上贴传感器片,进行抓力大小的控制. 手腕组成为手腕小齿、手腕轴1、手腕轴1、16011轴承、手臂前端旋转法兰、前爪法兰侧盘、小手腕旋转齿轮、小手腕锥齿轮旋转中心轴、6007轴承、手腕前端锥齿、手腕前端锥齿、腕部前端中心轴、前爪法兰侧板金盘、16011轴承、手腕前爪连接轴、6204轴承、手腕前端轴承顶套、手腕61907轴承、手腕61907轴承、腕部中心轴骨架油封.非标准件的材质选用耐磨铸铁. 3.3.2传动部分的计算
传动部分采用多种传动方式,包括直齿轮传动、锥齿轮传动、涡轮蜗杆传动.为了提高电机扭矩,达到设计目的,还安装了不同类型的减速器,主要包括RV减速器和谐波减速器.
RV减速机由行星齿轮减速器的一部分和摆针减速器的一部分构成,特点是结构小,传动比大,可以实现自锁,噪声小、耗能少.钢度大.谐波减速器性能与RV减速器相似.
图3-7 末端执行部分透视图
对于机械手本体齿类零件传动的计算,根据传动链,绘制出每个自由度的传动简图,并给出传动参数,如表3-1所示,为了方便表示,将各传动部件重新编号.
对于齿轮工艺参数的确定,因为机械手臂是一般机械,大小齿轮都采用45号钢,使用软齿面,小齿轮做调质处理,使用八级精度.
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表3-1 传动链参数统计
传动链简图 标记 1.1 1.2 模数 5.0 5.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 齿数 10 60 16 47 16 32 40 40 16 20 20 20 45 45 25 25 齿轮外径 齿顶角 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 1.25 2 2.9375 传动比 6 — — 32 94 32 64 4.1 4.2 5.1 5.2 5.3 5.4 — — 32 40 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 6.7 6.8 — — 90 90 — — 对于压力角α,根据我国国标,对于一般用途的齿轮传动桂东的压力角α=20.
对于齿数的选择,当中心距a相同,提高齿轮齿数,可以提高齿轮啮合的重合度、提高齿轮传动平稳性,减小模数降低齿轮高度,节省制造费用.同时降低齿高还可以减小滚动速度,减低磨损胶合的可能.随之模数的减小,齿轮厚度也会变薄,要求降低齿轮的弯曲程度,综上,当承载力取决于接触强度时,在一定Z范围内,应该增大齿数.
对于涡轮蜗杆传动,如图3-8所示,由于齿轮以软齿面开式传动,不会导致齿面点蚀.参照其他机械手的设计确定齿轮设计参数,并按照齿根疲劳强度校核齿
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轮传动的主要参数和尺寸.
图3-8 底盘涡轮蜗杆
3.4电机与减速器的选择
电机和减速器的选择主要参考伺服电机功率和转矩两方面的性能参数,由于机械手在位姿不同,其转动惯量不同,需要的电机转速和转矩都不相同,所以选取机械手最恶劣的工作姿态[5],计算电机功率或者扭矩,此时的扭矩或功率满足要求,则选取的电机可以满足要求.
首先要求出模型各个部分的质量,综合负载才能进行计算.利用Solidworks质量属性,可以计算出装配图的质量属性报告,为了更加逼真的反映转动过程中的转动惯量,分别设置第二、三电机质量为10KG,第二、三减速器的质量为6KG,第四、五、六电机的质量为3.2kg,第四、五、六减速器的质量为2KG,得到装配体质量300.16KG,利用同样方法求出机械手各部分质量,如表3-2所示.
表3-2 机械手各部分转动过程的等效质量
机械手部分 驱动臂座部分 大手臂部分 肘部部分 小手臂部分 手腕部分 底座部分 最大负载 22
对应质量(KG) 18+32=50 24 37 17 5 167 16
第一轴电机的选择,在机械手最恶劣的状态下(接近伸直),设驱动臂部分、大手臂部分、小手臂部分、手腕部分(包含最大负载)绕各自重心轴的转动惯量分别是：JG1、JG2、JG3、JG4,通过机器人静力学知识,得到环绕第一轴转动的最大等效转动惯量：
222J1= M1l12?M2l2?M3l3?M4l4?JG1?JG2?JG3?JG4
2222=50*0.47?24*0.66?17*1.13?21*1.40 =84.3667 KG?m
2其中,所以在质量参数的基础上取M1,M2,M3,M4(50,24,17,21)分别为驱动臂座部分、大手臂部分、小手臂部分、手腕部分(包含最大负载)的等效质量,l1、l2、l3、
l4分别表示各重心到第一关节原点的距离,其值大致为470 mm、660mm、
2221130mm、1400mm,JG1 ? M1l12,JG2?M2l2,JG3?M3l3,JG3?M4l4可忽略不
计.
222故J1=M1l12?M2l2=84.37Kg?m2 ?M3l3?M4l4电机转矩T1?J1??1,w1=2.72 rad/s ,取?t=1s ,则?1=2.72 rad/s2.
T1?J1??1=229.5N?m
考虑到蜗轮蜗杆摩擦力的存在,取安全系数为1.6,则T1=367N?m.
考虑到第一轴存在传动比为i10=6的涡轮蜗杆传动,设涡轮蜗杆传动效率为70%,该关节最大转速为12r/min,则减速减速器输入转速为72 r/min,
由于传动比为30时没有合适扭矩的减速器,选取帝人RV-20E -57 -25T型号减速器,传动比为57.则电机输出扭矩T1电机=87.4/57*0.8=2.0N?m,其中减速器传动效率?，是80%.
对于伺服电机的选择,根据功率P?Tn/9549=837w,(n=4000)输出转矩T1
电机
=87.4/57*0.8=2.0N?m两个参数确定伺服电机的型号南京华兴110ST-M04030,带电磁制动器, 使用南京华兴SD15M伺服控制器, 额定功率1200W,转速3000rpm,
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