*哈尔滨商业大学本科毕业设计（论文）*

三自由度机器人的设计及Soildworks二次开发

学生姓名：侯耀辉

指导教师：晏祖根

专业班级：机械设计制造及其自动化一班

学号： 201613015053

学院：轻工学院

二〇二〇年五月二十四日

*UndergraduateGraduationProject(Thesis)*

*HarbinUniversityofCommerce*

Redevelopment of three degree of freedom robot on soildwork

Student	HouYaohui
Supervisor	YanZugen
SpecialtyandClass	MechanicalDesignmanufactureandAutomationMajorClass1
StudentID	201613015053
School	SchoolofLightIndustry

2020-05-24

摘要

机器人工业化智能化是未来社会发展的主要趋势,通过对我国的发展现状、趋势的调查以及对国外研究已经取得的成果的分析，针对我国市场小型化的需求特点和各位学者的研究成果，提出相应的三自由度机器人设计方案，并利用计算机辅助设计软件Soildworks的二次开发技术进行了机器人模型三维绘制、结构的受力以及应用设计与分析，缩短产品开发的周期、提高产品设计制造质量。

截止到2017年，中国工业机器人的发展速度与日俱增，再全世界范围内始终保持着最快的速度再增长，根据目前的发展速度以及产业体量规模可以预计到，在不久的将来我国的机器人产业将会以最快的速度得到完善和发展。尤其是服务机器人的领域，有着很大的市场空间和发展路程。

本次设计的主角为三自由度机器人，主要功能是聚焦于手机生产线上零件位置的调动，当前设计的主流方法通常是用过计算机CAD、CAE技术辅助设计来实现对零件模型的设计以及优化，同时参考行业内对此类设计的设计经验和要求，本次设计将会采用Solidworks软件进行模拟设计。

整个模拟流程不单有助于我的知识实践，也为该类设计工作提供数据经验支持。

关键词：三自由度机器人、三维模型、soildworks软件；校核；机械设计；计算机辅助

Abstract

Intelligent robot industrialization is the main trend of social development in the future, Based on the investigation of the development status and trend of our country and the analysis of the achievements of foreign research, according to the demand characteristics of the miniaturization of our market and the research results of various scholars, this paper puts forward the corresponding 4-DOF robot design scheme, and uses the secondary development technology of the computer-aided design software SolidWorks to carry out the three-dimensional drawing of the robot model and the stress of the structure As well as the application of design and analysis, shorten the cycle of product development and improve the quality of product design and manufacturing.

Up to 2017, the development speed of China’s industrial robots is increasing day by day, and the world has always maintained the fastest growth rate. According to the current development speed and industrial volume scale, it can be predicted that China’s robot industry will be improved and developed at the fastest speed in the near future. Especially in the field of service robots, there is a large market space and development path.

The protagonist of this design is a four degree of freedom robot, whose main function is to focus on the mobilization of parts position on the mobile phone production line. Currently, the mainstream method of design is usually to use CAD and CAE technology to realize the design and optimization of parts model. At the same time, referring to the industry’s design experience and requirements for such design, this design will be carried out with Solidworks software Simulationdesign.

**Keywords:**FourDegreeofFreedomRobot.,Three-dimensionalModel,SoildworksSoftware,Checking,MechanicalDesign

1绪论

1.1工业机器人的介绍

工业机器人是当前最具发展优势以及发展需求的工业产品，各国对这个概念有着不同的定义，但是它们的含义大底是不变的。来自国际标准化得组织曾经这样定义它为：“一个操作机器具有了可以自己控制自己的功能和可以完成各种各样的操作，并且可编程的机器。”日本工业标准（JIS）完全采纳了这个定义，并且将这个定义阐述的更为明确：“工业机器人是一个可以自己执行各种各样动作形态的很多自由度的自动化机器。它们可以顺序控制自己的动作。机器人关节的角度和轨迹的路线可以让编辑程序和传感器传感进行调整，而没有必要进行外力人工调整；工业机器人具有如下的性质：可以制造的执行机器，一个独立的开发工具和辅助的工具，可以独自处理材料和操作制造。[1,14,15]

包括人和搬运机器人在内的四种主要类型的工业机器人已经成熟并形成了工业规模，这有利地促进了制造业的发展。为了进一步提高产品质量和市场竞争力，已经成功开发了组装机器人和柔性组装线。纵观全球机器人的发展历史：1960年代发明并创造了机器人：1970年代，机器人投入实际使用和工业化。初始阶段：1980年代，机器人迅速普及并工业化：1990年代，机器人进入了智能发展阶段，机器人已被广泛使用并扩展到非制造领域。[4-10]

1.2机器人的大致分类

1.2.1大致分类

*1.按照应用的行业来分别，机器人广泛使用于工业领域，服务和特殊领域*等

(1)工业制造机器人。（图1-1）包括这些功能，如搬运、焊接、装配、喷漆等，主要目前应用于工厂和加工系统来实现自动化。

（图1-1）

(2)极限操作机器人。极限操作机器人（图1-2）包括建筑、农业等操作类型的机器人，目前主要自己应用于人们普遍难以进入深海、宇宙等场合。

（图1-2）

(3)娱乐机器人。娱乐机器人（图1-3）包括弹奏乐队的机器人、多个舞蹈机器人、服务玩具机器人等(有很大程度上的通用性)。

（图1-3）

1.3国内外手机夹取机器人现状及

1.3.1国内手机夹取机器人研究现状

一份数据来自国际机器人联合会（IFR）表示，2016年的中国地区工业机器人总销售数量达到了惊人的58,000台，约占全世界总销量的三分之一，远远超过日本，已经成为世界上最大的机器人销售服务市场。自2018年以来，中国机器人市场上的工业制造机器人销售的年增长率平均为38.1％，而2018年则高达到56.7％。随着国内装机数量的不断快速增长，机器人服务行业也在越来越扩大。这些年来，在市场经济的政策的推动下，在中国的政策的鼎立扶持下，机器人制造的产业的越来越成熟，整体环境越来越良好。在如今的世界中，中国公司还积极的整合了很多科研资本和其他科研资源，努力学习先进的制造知识，以求在未来激烈的市场中进行竞争。[11-13]

1.3.2国内手机夹取机器人应用现状

目前，中国公司得机器人制造一直在盈利得业务是系统集成业务。机器人的三个核心组件-伺服电机，减速器，控制系统和其他关键组件没有真正地本地化，致使机器人的家用化所花的钱大大高于国外家用机器人，以至于难以扩展业务。尤其是减速器，国内企业购买减速机所需的价格是外国公司购买价格的五倍以上。所使用的伺服电机和减速器等重要零部件的价格也远远高于国外的同类质量产品。

1.4本文主要研究内容

1.根据目标零件图，做出工艺性能的分析，并且最终通过soildwors进行3D模型的建立。

2.分析机器人结构，选择合适的材料，进行结构方案的确定

3.确定设计整体方案之后，进行轴承的选择与校核。确定装配精度。

4.完成机器人结构的各类计算与校核。

5.运用计算机辅助作图绘制二维装配图、非标零件工程图，采用soildworks软件完成机器人的三维建模。

6.设计完成的机器人需要满足实践生产需求。

2三自由度机器人的设计

对机器人的基本要求是能快速，准确的拣取物件，搬运物件，将运送物品准确的放置到对应位置，这就要求他们具有高精度、快速抓取、不能损坏物、一定载荷能力、以及能在足够工作空间上有足够灵活的自由度的特点，并且要求结实耐用、工作较长时间不变形的特点。

按机器人的手臂的不同运动状态，将其设计成圆柱坐标式、直角坐标式、关节式三种。由于本设计在上下料时需要电机旋转转动底座，手臂进行上下运动、回缩以及让末端法兰进行水平活动，所以，我们采用圆柱坐标类型设计。相应的机器人已经具有三个自由度。为了增加一个竖直运动方向上的自由度，此设计增加了一个手臂摆动机构，加起来共有4个自由度。

2.1三自由度机器人总体组成

2.1.1总体组成

例如图2-1所示，是本次毕业设计所设计的三自由度机器人，所建立的机构的SolidWorks三维实体模型。设备主要由回转底座、支撑、俯仰减速器、旋转减速器、机械手臂、末端法兰等组成。

图2-1 4自由度手机机器人的SolidWorks实体三维模型截图

2.1.2三自由度机器人工作流程

机械设计过程是一个物化过程，对该过程的掌握直接影响设计目标的实现。因为设计过程是复杂且相互关联的，所以设计过程中的每个步骤都必须具有某些集成步骤，以实现最终的设计目标。如图2-2所示，它是三自由度机器人的处理流程。

根据机器人总体的设计要求，具体如下所示：

1、具备良好的承载能力、较高的刚性、较轻的自重

2、一定程度上控制运动速度及惯性

3、手臂动作要灵活

2.1.3主要技术参数及应用领域

对于手机搬运机器人来说关节自由度、定位精度等是其设计优化之前最先考虑的因素，根据相关企业的相关设备需求，有其机器人设备参数指标为（见表2-1）。

表2-1 手机搬运机器人主要技术参数

*参数名称*	*参数要求*
*搬运**材料*	合金钢
*被**搬运**物*	苹果华为等智能手机
*手机**形式*	水平放置
*搬运速度*	6个/min
*搬运**尺寸*	长宽：100mm-200mm100mm-120mm
*计量范围*	1000-500g
*电源*	驱动电源：AC380V；控制电源：DC24V
*电机功率*	主驱动电机：0.75KW 4P AC380V
*电机选择*	安川电机

企业现有三自由度机器人如今已广泛应用在手机制造、物流运输等行业，主要通过搭配不同的末端法兰实现对糖果、手机、快递等固体、规则的物体的自动搬运。

2.2机器人的执行部件

2.2.1手臂机构

本次设计的主体是主要由底座支架，旋转底座，大臂，小臂，腕部和端部法兰组成。它得自由度有4个。旋转底座与底座支架连接，旋转底座与大臂连接，大臂与小臂连接以及手腕与末端法兰连接是本次设计拥有的四个关节。底座支架是整个机械的承重能部分，固定在水泥地面上。旋转基座是主动端大臂的支撑部分，可实现机器人的水平旋转。大臂和小臂的摆动可以改变末端法兰在水平方向上的相对位置，而臂的俯仰可以改变末端法兰在垂直方向上的相对位置。端部法兰的旋转关节可以调节目标手机的相对地面得角度和位置。

图2-1机器人手臂

机器人的主要部分由硬质的铸铝AL12材料和连杆式铰接机构制成。它们均采用CAD，soildworks有限元技术进行优化设计，具有较高的机械强度和抗震性能。针对不同类型的产品和包装，还设计了各种智能末端执行器，例如真空固定和夹紧。机器人本体的结构图如上（图2-1）。

这种设计的工业机器人具有两种运动对，即四旋转对和运动对，并具有四个自由度的手臂伸展，旋转，来回往返。为了使机器人更具通用性，将机器人的手部结构设计为可替换的结构。当工件为条形时，使用夹紧手。如果有实际需要，也可以用气动吸盘结构代替。

2.2.2自由度结构简图

为了更好地了解机器人手臂的工作原理，本次设计将机器人部件实物转变成简图如下图2-2，通过分析机构简图，直观的了解到机器人的工作过程，每个关节所拥有的自由度，为了接下来的关节部位的校核提供了理论依据，通过计算得出本次设计完全满足论文设计要求。

（图2-2）

注：1一底座支架，2一旋转底座，3一大臂.4一小臂，5一腕部，6一主动短连杆.7一从动连杆，8一主动端辅助连杆.9一辅助支架.10一被动端辅助连杆

通过设计要求，三自由度机器人各个关节旋转角度如表2-2

表2-2搬运机器人各个关节的设计参数

机器人本体规格

负载	2KG
重魚定位精度*1	±0.5mm
动作范围	S轴（旋转）	-180°〜+180°
1.轴（下臂）	—15°〜+90°
U轴（上臂）	-120°〜+15.5°
T轴（手腕回转）	-360°〜+360°
最大速度	S轴（旋转）	].67rad/s,90°/s
1.轴（下臂）	L75rad/s,100°/s
U轴（上臂）	L92rad/s,110°/s
T轴（手腕回转）	3.40rad/s,195°/s
容许惯性矩（GDV4）	T轴（手腕回转）	50kg•m’
本体取量	1820kg
安装环境	温度	O’+45°C
湿度	20~80%RH（无结露）
振动	4.9m/s2以下
其他	远离辐射性气体或液体，易燃气体。
保持环境远离水，油和粉尘。
远离电气噪声源。
电源	380V交流电

注*1:符合JIS118432标准;

3机器人的驱动部件与控制部件

3.1驱动系统组成和工作原理

完成搬运机器人系统的总体规划和方案设计后。除了确定驱动方法之外，还需要确定驱动系统的特定参数，例如每个电动机的驱动转矩值和功率与气动和液压驱动方式相比得比值，使电动机驱动器具有更快的移动速度，更高的定位精度，更高的驱动效率，对温度变化不敏感以及相对较低的噪音和污染。

根据实际需要，选择电机驱动方式。

3.2电机

本次设计对电机的要求应满足以下条件：

（1）反应快速性

从命令信号所需的时间完成的工作条件的顺序应该是短的。命令的响应得时间越短,说明灵敏度越高，系统的快速响应性能就越好。一般来说,机电伺服电机的常数大小可以说明伺服电机性能的快速反应性能的优劣。

（2）起动转矩惯量

在负载情况下，机器人应用的工作的伺服电动机较大的起动转矩，较小的转动惯量。

（3）理论上连续的变化的电动机的转速。

（4）特别宽的调速的范围

（5）理论上的小体积、较小总体质量、较短空间尺寸。

（6）可以承受很严苛的操作条件,可以很频繁的改变方向和进行减速操作,可以在短时间内承受一般的过载。

依据负载转矩对电机进行选择

依据查询得知的伺服电机工作曲线显示，负载转矩应该符合如下条件：当空载运行机器时，伺服电机轴上的负载转矩小于额定转矩，即在特性曲线的允许范围内去确定最大负载转矩，负载周期和过载时间。

现在国际范围内，小型的工业机器人一般使用电动伺服的驱动系统。典型的品牌包括西门子，安川，法国的Fanac等。在这些供应商中，安川电机的瞬时转矩大且易于启动。调整很简单。出色的可扩展性，配备了各种型号和螺丝配件。因此，本设计最终选择了安川旋转伺服电机SGMPH-08A，电机1600r/min，如图（3-1）该电机具有体积小，重量轻，尺寸减小1＃和重量减轻约20％的特点。转子惯性与以前的型号相同，只是使用了小型编码器连接器。通过使用新的联轴器，具有很强的抗震性，可以达到标准的5G抗震性能。编码器分辨率为1048576脉冲/转。

3-1本次设计使用的安川电机SGMPH-08A

3.4减速器

机器人末端法兰的运动通过每个关节的旋转产生。末端法兰的运行精度被驱动装置以及传动装置的运行精度所决定。本次设计的的谐波减速器具有以下几个特点：减速比很大，输出扭矩比较大，倾覆力矩满足要求，返回间隙比较小。

谐波减速机械（图3-2）：一种传动机构，由谐波发生器（椭圆形凸轮和薄壁轴承），柔性轮（在柔性材料上切割齿形）和与其啮合的钢轮组成。

谐波减速器的工作原理：柔性轮的齿轮的齿数比钢轮的齿轮的齿数少两个齿。随着谐波发生器发生旋转，柔性轮和钢轮的齿也依次进行啮合。将钢轮看作相对静止，发现柔性轮沿相反方向进行旋转。例如，将100齿的钢轮和98齿的软轮组合起来，每周将产生1/100的旋转差，从而导致大的减速比。

谐波减速机的优点：结构十分紧凑，可以实现同轴输出，减速比大；在同一时间，啮合齿数大（30％+），承载力大，传动精度高；运动比较平稳，传动效率很高（70％）。

图3-2谐波减速机结构图和实物图

综上考虑，本次设计共需要两种减速器，一种为控制末端法兰上下升降的俯仰减速器如图3-3，俯仰减速器位于旋转底座上左右对称放置，输出端分别与主动短连杆和主动长连杆连接固定，从而通过旋转连杆带动末端法兰的上下位移；另一种为控制机械手臂沿底座轴进行旋转的旋转减速器如图3-4，旋转减速器位于底座支架内，通过螺栓与旋转底座连接，当电机通过旋转减速器转动时，带动旋转底座转动，从而实现了机械手臂在水平面上的回转。

图3-3俯仰减速器

图3-4旋转减速器

4关于Soildworks二次开发

4.1程序

Dim swApp As Object

Dim Part As Object

Dim boolstatus As Boolean

Dim longstatus As Long, longwarnings As Long

Sub main()

Set swApp = _

Application.SldWorks

Set Part = swApp.OpenDoc6(“C:\Users\Administrator\Desktop\机器人打包\手机装配机器人.SLDASM”, 2, 0, “”, longstatus, longwarnings)

swApp.ActivateDoc2 “手机装配机器人.SLDASM”, False, longstatus

Set Part = swApp.ActiveDoc

Dim myModelView As Object

Set myModelView = Part.ActiveView

myModelView.FrameLeft = 0

myModelView.FrameTop = 0

Set myModelView = Part.ActiveView

myModelView.FrameState = swWindowState_e.swWindowMaximized

Set myModelView = Part.ActiveView

myModelView.FrameState = swWindowState_e.swWindowMaximized

End Sub

4.2运行截图

本次程序设计为直接打开特定三维模型，本次程序需要调动soildworks的api数据库，其中细分的数据库包括Dim swApp As Object，Dim Part As Object，Dim boolstatus As Boolean，Dim longstatus As Long, longwarnings As Long共4种数据库，主程序Sub main()以下设置变量swApp和Part，然后将Part变量设置为API中程序swApp.OpenDoc6，这个程序是将装配体打开，其中括号里的(“C:\Users\Administrator\Desktop\机器人打包\手机装配机器人.SLDASM”, 2, 0, “”, longstatus, longwarnings)表示本次模型的路径，swApp.ActivateDoc2 表示激活装配体，将装配体手机机器人设置为激活状态，为后续的修改提供方便。Set myModelView = Part.ActiveView这个程序命令行则是将打开的激活视图设置为三维视图，并且后续修改了一些模型观察位置的参数，更好的方便操作者观察。

5关键零部件的校核

5.1.轴承校核

5.1.1.基本概念

因为在轴承制造期间，材料的装配具有不均匀性，所以推测得知组装导致轴承寿命不一定满足本文要求。最长的寿命和最短寿命之间的差距可以差距数百个小时，有效的处理方法主要采取为统计方法。

本次校核主要校核以下两方面（1）基本额定寿命（2）支撑力的大小是否符合标准

5.1.2.寿命校核计算公式

图4-1

滚动轴承的寿命-载荷的关系曲线如图4-1所示 17-6，其曲线方程为

曲线公式表示为

其中P为当量动载荷（N）；为寿命指数，p为当量动载荷，对于球轴承=3，实际计算中，用小时数表示方便。令转速为n，则公式为

疲劳寿命校核应该满足约束条件为：Lh>=Lh’

式中,Lh’为轴承预期计算寿命，如表4-1所示。

表4-1

5.1.3支撑力校核

图（4-2）

（一）轴向力的计算

角接触轴承的轴向载荷的分析方法，我十分认真的考虑到沿着轴径向上的径向力和作用在轴上的轴向力引起的附加轴向力，并且考虑到应根据具体情况来计算力的平衡属性关系。

在图4-3中，图中标志的力FR和FA分别是作用在轴上的径向和轴向上的载荷力，这两个分别叫做轴向力和径向力，并且由此可以推测出，设两个轴承径向上的反作用力分别命名为为Fr1和Fr2。

因为要考虑轴质心和轴承的平衡关系，根据我找到的以下公式可以分析得出轴承Ⅰ和Ⅱ上的轴向力关系：

当轴收到的力满足下面公式FS1 + FA> Fs2时，轴向右移动会很明显，因此轴承Ⅱ被向右移动时，这是校核轴的右端会受到反作用力Fs2’的反作用力作用。这时候通过轴承Ⅱ的轴向力可以表述为如下公式

Fa2=Fs2+Fs2’=Fs1+FA

但是，因为轴承Ⅰ只受垂直方向力的考虑，故

Fa1=FS1

如果FS1+FA<Fs2，轴有就会向左进行移动，这时候就会压迫轴，让轴感受到压力，此时，轴上的套环如果将通过轴承Ⅰ上承载的反力Fs1’进行卸载，通过这样的方法，我们可以轻松的计算出两个轴承上拥有的轴向力分别为

Fa1=Fs1+FS1’=Fs2-FA

Fa2=Fs2

通过以上的计算过程我们得知，深沟球轴承内所套的轴想要计算轴上收到的力可以概括如下几个步骤:

确定轴上的总轴向力(包括外部负载轴承和附加轴向力方向,并且根据这个可以得知受压力端的轴承。
受力端轴承的轴向力=除了自己以外的所有附加轴向力的代数和。
另一端轴承轴向力不严谨的等于和自己的附加轴向力相加的得到的代数和相等,如图(4 - 3)。

图4-3

（二）静载荷及极限转速计算公式

静载荷计算

由于静载荷轴承套圈在轴承负荷的时候把力向下传导的原因，导致限制下的深沟球轴承轴承的静态负荷过多，以至于负荷力的对轴产生了永久变形,经过我们多方面的慎重考虑，并且态负荷计算基本公式,选择根据额定静载荷的轴承如下

式中C0-基本额定静载荷

静止的深沟球轴承，其安全系数可参考表4-2 17-9选取。旋转轴承的安全系数 S0参考表17-10。若轴承转速较低，对运转精度和摩擦力矩要求不高时，允许有较大的接触应力，可取 S0<1。推力调心滚子轴承，不论是否旋转，均应取 S0≥4。

表4-2旋转轴承的安全系数 S0

5.2小臂杆校核

（图4-4）

由（图4-4）设计可知，可将连杆看作为长方体，有长方体转动惯量计算公式可知

对于长方体

当回转轴为长方体中心轴时。

初步设计杆9重量为1.5kg，L1为800mm，L2为24mm。如图4-5

（图4-5）

算得Lc=0.0875N.M.

因为小臂由三根方形杆杆构成，符合平行轴定理

平行轴定理：定理设定普通的刚体的质量为m，它自己的绕质心某个方向旋转的转动惯量为Ic，轴沿任意方向移动的距离d，则我们最后可以得到新轴整体的理论转动惯量I符合公式：

这个定理我们大家称之为平行轴定理。

设大臂、小臂和末端法兰各自的转动惯量分别为L2、L3、L4，根据平行轴定理，绕轴9的转动惯量用以下公式计算：

I=0.0875+0.12=0.4475N.M

上式中，9kg为大臂、小臂和末端法兰以及手机大约得质量，需要重点观察的是旋转底座的质量有T轴关节、减速机和负载的质量。数值分别为1.5Kg、3Kg和1Kg。

首先确认作用于减速机的负载转矩的状态，。

根据生产需要，确定加速时间为0.35s，9轴的速度和加速度分别为

100/5=1.75rt/<7/s=16.7/7min

a2=5rad/s

Tl=4998.75NM	T2=999.75NM	73=2999.25NM	Tem=13996.5NM
t!=0.35s	t2=ls	t3=0.35s	tem-0.Is
Nl=8.35r/min	N2=16.7r/min	N3=8.35r/min	Nem=16.7r/min

5.3电机选型

电机选型的设计说明

主伺服电机经过我慎重的考虑是安川的旋转伺服电机SGMGH-08A。它的额定输出功率规定为2KW，电机的额定输出扭矩为28.4N·m，预计的最大扭矩为60N·m，电机的额定转速符合本文要求为1500r / min，转速最大值一般为3000T/min。

9轴减速器输出端到电机端的负载惯量转换为：

机器人系统对惯性的要求是负载惯性与伺服电机惯性之比小于15，并且由上式计算得出的比率小于5。

RV-320E在16.7r / min的速度下的效率为90％。减速器末端由伺服电机所提供的最大扭矩为：

T2nax = 10942.29 / Vm> 3413N.M

减速器末端由伺服电机提供给的速度为

n = 2222r / min> 16.7r / min

负载启动时得所需的启动转矩范围不大于减速器末端的最大转矩范围，并且减速器末端由伺服电机提供得转速应该大于最大旋转角关节的速度。因此，选择的伺服电机和减速器是合适的。下表5-3中显示了旋转接头的I轴电机和减速器的参数

表5-3回转关节L轴的所选电机和减速机参数

(a)电机参数

名称	伺服电机
型号	SGMPH-08A
额定功率/KW	2
额定转速/rpm	1500
转动惯量/10*g”/	76
重量,/KG	17.5
最大转速/rpm	3000
额定转矩/N・m	28.4
最大转矩/N•m	71.1

〔b）减速机参数

名称	RV减速机
型号	RV-320E-171-A-B
转动慣量	2.01
重S/KG	44.3
减速比	171
最大转速/rpm	35
额定转矩/N-in	3136
最大转矩/N-m	12250

5.4轴的校核

由于本次设计为机械手臂带动末端法兰运动，因此机械手臂需要频繁的上下运动，运动过程中，电机带动减速器转动，从而带动主动连杆运动，从而将电机发出来的扭力转变成连杆上的拉力，拉动辅助长连杆进行运动，从而影响末端法兰的升降，因此，通过分析可知，俯仰减速器输出轴受到的扭力最严重，对机械结构传动影响也最为严重。本次实验将选用俯仰减速器的输出轴如图5-6进行扭力校核，为了方便叙述，特将俯仰减速器输出轴命名为轴1,下面将对其进行校核：

1.选用轴的材料

因为减速器传递的功率不算大，扭力也不大，又很没有特别的技术要求的原因，在这种情况下，导致了浪费材料的不好的后果，所以经过多方面的综合考量，我决定选用的方法是，45号钢作正火处理，可以提高轴硬度。查得强度极限

2.按扭矩估算轴得最小直径

计算所得得最小直径处得直径为36.2，由于此段开有键槽，故考虑将轴颈扩大5%，计算得最小直径为38mm，与本轴对比，本轴符合最小直径。

用在输出端齿轮上的力

齿轮分度圆直径d=32mm

齿轮所受扭矩：Mt=9.55×P/N=35562N/mm

齿轮圆周作用力

齿轮径向力

轴向力

3计算轴承反力

水平方向：

4绘制弯矩图

5代入转矩公式

算得轴直径得大小

截面即使有键槽削弱，但计算所确定得直径为40mm，所以虽然强度足够，所以符合本次设计要求。

结论

毕业设计是大学学习的最后阶段。这是四年大学生涯的基础上简要评估知识和专业知识。这是一个综合研究,进一步改善的过程。这个过程可以帮助我们发展自主学习能力和全面的文献检索能力。

我选择三自由度机器人的设计机身的主题,这对我来说是一个新的挑战。学习“工业机器人”之后,我知道工业机器人的基本知识在毕业之前,工业机器人由于其任务,工作环境和操作对象的限制和有一定限制的结构和运动。高油价、复杂的结构和形状也限制了工业机器人的广泛应用。因此，迫切需要一种能够有效解决上述限制的新型机器人。模块化和可重构性是新型机器人（通用机器人）的特征。本次设计较好的解决了这一难题

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致谢

正文的研究是我的指导老师晏祖根的特别指导和严格要求下完成的。正是因为晏老师认真独特的工作方法,给我这次的论文写作和深入研究带来了很大的鼓舞和动力。并且在这个时间，老师不仅仅热情而迫切的对我的工作提出了切实可行的指导意见，这些知道使我在我的工作学习中时刻鞭策自己不断努力。

在这次毕业设计中，我的家人同学也给予了我很大的鼓励和帮助，如果没有他们，我很难完成这次的设计任务，最后，再次感谢对我提供帮助的老师和同学以及对论文进行最高评价和真诚感谢的专家。

*参数名称*	*参数要求*
*搬运**材料*	合金钢
*被**搬运**物*	苹果华为等智能手机
*手机**形式*	水平放置
*搬运速度*	6个/min
*搬运**尺寸*	长宽：100mm-200mm100mm-120mm
*计量范围*	1000-500g
*电源*	驱动电源：AC380V；控制电源：DC24V
*电机功率*	主驱动电机：0.75KW 4P AC380V
*电机选择*	安川电机