件的夹持。
(3) 夹紧力的校验 (a)零件的计算
假设零件的密度为25QQkg/m3，半径为6Qmm高度为IQQmrp则
V
R2h
3.14 6Q2 1QQ
113Q4QQ(mm ) m v
c cc 113Q4QQ c c c …、
G mg vg 25QQ 9.8 27.7(N) 9
3
其中g取，则G=28( N)。
(b)夹紧力的计算：
要夹持住零件必须满足条件:
2fN G ；
F是机械手指与夹持工件的静摩擦系数，手指为钢材，设
G
f=[6]，N是手臂作
28
93.3(N)
用在零件壁上压力，G是零件本身的重力。所以N
2 f 2 0.15
取N=100(N)o所以可假设设计时必须要码垛的零件重力为 IQQNo
手臂机构的设计
(1) 手臂的设计要求
手臂的结构和尺寸应满足机器人完成作业任务提出的工作空间要求
根据所承载物体的特点和手臂的结构， 选择合理的臂截面形状， 选择使用高 强度的轻质材料。 减小臂的转动惯量和关节的相对旋转轴， 以减小驱动装置的压 力，减小运动的动载荷的影响， 并提高手臂运动的响应速度。 尽量减少机械间隙 引起的运动误差， 提高运动精度和运动刚度。 使用缓冲和定位装置来提高定位精 度。本设计中手臂在滚珠丝杆上下运动时，结构简单，拆装方便，设计带有两根 导向柱导向，防止手臂在滚珠丝杆上转的，保证手臂随机座转动。 。
腰部和基座设计
(1) 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旋转架旋转， 从而实现机 器人的旋转运动， 通过安装在顶部的进电机和联轴器带动滚珠丝杠转动， 以实现 手臂向上和向下。 使用双导向柱， 以防止手臂上在滚珠丝杆上转动， 确保手臂随 机座旋转。使用钢支撑梁，以减轻重量，节约材料，其结构如图所示。
采用环形轴承设计了机器人的结构。 它由 2 个电机直接驱动一个杯形的柔性 轮谐波减速器。本次谐波减速器只有刚轮 9，挠性轮 7和谐波发生器 8 三大件， 且无单独壳体(此结构有利于传动系统的小型化，轻型化) 。该柔性轮 7 输出低 速的旋转运动驱动与之固定的机座旋转壳体 5实现旋转运动臂。 齿形皮带传动 4 和位置传感器 6 作为机座用来检测手臂机座的角位移。 (2) 步进电机的选取
工业机器人的旋转和上下运动由步进电机驱动，下面是各种驱动方式的比 较，可作为选取步进电机作为驱动方式的依据。
由上表可以看出， 使用步进电机驱动工业机器人的优点是无可替代的， 比如 有较好的控制性能， 定位精确， 较小的体积可用于程序复杂和运动轨迹要求较严 格的小型通用机械手等，下面就选取本次设计使用的步进电机的型号。
预选电机为BF反应式步进电机，型号为：90BF001。
工业机器人的机械传动装置的选择
滚珠丝杠的选择
先进行估算：等效载荷 Fm =1000N丝杆的有效行程 420mm等效转速 nm=1500r/min,要求使用寿命 L'h=15000h左右，工作温度低于 100C，可靠度 95%，精度为 3 级精度[6] 。
谐波齿轮的选择
谐波齿轮的特性，与一般的齿轮传动相比，具有以下特点： （ 1 ）大传动比， 一级谐波齿轮减速比可以在50?500之间，在只传输运动的设备可以达到1000。 多
阶段或复杂类型的传输， 传动比更大。 这这种传动同时啮合的齿数多， 最多至 总齿数的 30%~40%。因此，承载能力大。运动误差小，无冲击，齿磨损小，传动 精度高，传动平稳。效率高（减速驱动，一般可达?） ，结构简单，零件小，重 量轻。在相同的承载能力和传动比的情况下， 齿轮减速器的体积和重量减少了约 2 / 1 至1 / 3 。（2）缺点是起动转矩大，柔性轮容易损坏，所以柔轮的材料和 热处理条件很高。当传动比小于 35时，不能使用谐波传动。由于谐波传动装置 具有明显的优点，谐波传动装置已广泛应用于机器人及其它机械和电气设备中。 本设计的谐波齿轮采用了带杯形柔性轮的谐波传动装置。 波形发生器由三个基本 组成部分， 一个带凸缘的环形的刚性轮， 一个杯形的柔性轮和一个灵活的轴承和 一个椭圆形的波发生器。
型号XB/3机型号100,既柔轮的公称内径为80mn减速比100,三大件订货 精度等级，最大空回小于 3分（角） /最大传动误差小于 3分（角）。
联轴器的选择
该机构利用锥环对之间的摩擦实现与毂之间的无缝连接传递扭矩， 可以调整 两面连接件之间的角度位置。通过选择锥环的对数，可以传递不同大小的转矩。 图显示了使用锥环（锥环夹紧环）无键消隙联轴器，可使功率转移无反向间隙。 5螺杆通过一个压环 3被施加到轴向力，由于锥换之间的楔紧作用，内外环 2分 别产生径向弹性变形， 消除了轴 4和套筒 1 的间隙， 产生接触压力， 通过摩擦传 递力矩，套筒 1 和4轴之间的角度位置可以任意调节。
这种联轴器定心性好，承载能力高，传动功率大，寿命长，具有过载保护能 力，可连续工作在振动和冲击载荷等恶劣环境中，安装、使用和维护方便，对系 统负载影响小，噪音低。
1——套筒， 2——内外环， 3——压圈， 4——轴， 5——螺栓
图 消隙联轴器
本章小结
搬运机器人的手腕运动比较简单， 只有一个旋转运动。 设计的关键是保证轴 的转速和旋转精度。通过本章对腕关节的详细设计计算，确定了由一个减速器、 套筒联轴器、轴承选择角接触球轴承轴承。
腰部设计计算主要是为了实现腰部的运动， 带动整个机器人的运动。 由于腰
部的旋转速度低，选择使用 YD系列低速电机。通过对电机的选择、联轴器的计 算和选择，最终确定了处理机器人的腰部设计。
4码垛机器人手臂结构
平面机构受力分析
搬运机器人在实现搬运的运动过程中，水平方向的滚珠丝杠副主要承受摩擦 力，而垂直方向的滚珠丝杠副主要承受 Z轴方向的载荷。则当机构的小臂处于水 平方向、前后大臂与之垂直时，两个方向的滚珠丝杠副受力最大。 具体位置如图 所示。
图码垛机器人运动位置
根据搬运机器人运动学分析，可设各臂长分别为：AB=1170mm BC=260mm, CD =1080mm DE =240mm A点到图4-1中心线的距离d = 150mm。处于图4-1 位置时小臂的受力情况见图4-2。
图小臂受力图
图中，G1为负载和电机的重力，搬运的负载最大为 100N腕部减速机的重 力约为100N则G=200N M为负载和电机共同的转矩，
M G1 d 200 150 10 3
30N m ；小臂材料为45号钢，重量约为50N;
对小臂列受力方程如下：
F 0 M (A)
0
F1 F2 G G1 0 M F1 1170 G (4-1)
解得 F1=，F2=
1170 260
F2 (1170 260)
0
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