机器人腕部结构设计项目说明指导书.doc

摘 要为了提高生产效率，满足某些特定工作规定，本题设计关节型机器人手腕用于焊接、喷漆等方面。通过合理设计计算，拟定了手腕传动途径，选用直流电动机，合理布置了电机、轴和齿轮，设计了齿轮和轴构造，实现了摆腕、转腕和提腕三个自由度规定。设计中大多采用了原则件和惯用件，减少了设计和制导致本。核心词：自由度，关节型机器人，手腕ABSRACTIn order to improve production efficiency and meet some of the specific requirements，design of ontology of robot wrist joints used for welding，paint，etc. Through the reasonable design calculation，the transmission path，choose the wrist，reasonable decorate a dc motor，gear axle and gear axle，design and realization of the structure，the pendulum wrist，turn the wrist and wrist three degrees of freedom. In the design of the standard and common people，the design and manufacturing cost.Keywords：freedom，Joint robot，The wrist目录1 绪论11.1 选题背景及意义11.2 文献综述（国内外发展和研究现状）21.3 机器人现状与发展32手腕构造拟定73.基本参数拟定4电机选取83.1提腕电机选取83.2摆腕和转腕电机选取85总传动比拟定及传动比分派94.1各级传动比计算94.2传动比分派96齿轮设计105.1偏转某些齿轮设计5.2摆腕某些齿轮设计5.3转腕某些齿轮设计7轴设计与校核6.1轴构造设计6.2轴校核计算8控制系统设计7.1控制办法拟定7.3 PLCIO图绘制7.4 PLC梯形图设计结论参照文献道谢1绪论1.1 选题背景及其意义 本题设计是关节型机器人腕部构造，重要是整体方案设计和手腕构造设计及控制系统设计，此课题来源于实际生产，对于当前手工电弧焊接效率低，操作环境差，并且对操作员技术纯熟成都规定高，因而采用机器人技术，实现焊接生产操作柔性自动化，提高产品质量与劳动生产力，实现生产过程自动化，改进劳动条件。题目规定是：动作范畴：手腕回转,摆动,旋转。各轴最大速度规定：。额定载荷，最大速度。2、腕部最大负荷：5kg。机器人是近30年发展起来一种典型、机电一体化、独立自动化生产工具。在制造工业中，应用工业机器人技术是提高生产过程自动化，改进劳动条件，提高产品质量和生产效率有效手段之一，也是新技术革命一种重要内容。自古以来,人们所设想机器人普通是一种在外形和功能上均能模仿人类智能机器。特别是在20世纪代先后,捷克和美国某些科幻作家创作了一批关于将来机器人与人类共处中也许发生故事之类文学作品,更使机器人在人们思想中成为一种无所不能“超人”。在现实生活中,某些民间工匠依照这些文学描绘,也制造出某些仿人或仿生机器人。然而在当时科技条件下,要使机器人具备某种特殊“智能”而成为“超人”,显然是不也许。美国戴沃尔设想了一种可控制机械手,她一方面突破了对机器人老式观点,提出机器人并不一定必要像人,但是必要能做某些人工作。1954年,她根据这一想法设计制作了世界上第一台机器人实验装置,刊登了合用于重复作业通用性工业机器人一文,并获得了美国专利。戴沃尔将遥控操纵器关节型连杆机构与数控机床伺服轴联结在一起,预定机械手动作一经编程输入后,机械等就可以离开人辅助而独立运营。这种机器人也可以接受示教而完毕各种简朴任务。示教过程中操作者用手带动机械手依次通过工作任务各个位置，这些位置序列记录在数字存储器中，任务执行过程中，机器人各个关节在伺服驱动下再现出那些位置序列。1.2 文献综述（国内外研究现状与发展趋势） 随着全球能源短缺、环境污染以及温室效应等问题日益突显。寻找可持续能源近年来，工业机器人应用越来越广泛，种种迹象表白工业自动化时代已经到来，工业机器人极有也许成为下一种迎来爆发式增长新兴产业。另一方面，中华人民共和国工业机器人产业正处在前所未有机遇期，政策红利、工业转型升级需求释放等机遇叠加，但中华人民共和国工业机器人产业化发展却不尽如人意，产业化进程发展缓慢。工业机器人是生产过程中核心设备，可用于安装、制造、检测、物流等生产环节，并广泛应用于汽车及汽车零部件、电气电子、化工、工程机械、轨道交通、低压电器、电力、IC装备、军工、烟草、金融、医药、冶金及印刷出版等众多行业，应用领域广泛。产业具备加速发展条件，中华人民共和国工业机器人规模、分布、技术、应用是产业加速发展基本和条件。总体来看，中华人民共和国工业机器人产业处在起步期，整体规模较小；受产业发展阶段影响，龙头公司多分布在研发集中东北地区；技术投入虽逐年增长，但核心技术尚未产业化；人力代替需求旺盛，市场应用前景辽阔。国际工业机器人协会记录资料显示，国内工业机器人平均每年安装量约15000台，新安装量24800台。工业机器人产业通过20近年发展，基本实现了从实验、引进到自主开发转变。中华人民共和国当前已基本掌握了机器人操作机设计制造、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术，生产了某些机器人核心元器件，开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人。但国内工业机器人技术及其工程应用水平和国外比尚有一定差距，重要体当前：产品可靠性、精准度低于国外产品；机器人应用领域较窄，生产线系统技术与国外比仍有差距；自主创新局限性，诸多技术方面停留在仿制层面，核心零部件依赖进口，特别是在高性能交流伺服电机和高精密减速器方面差距尤为明显；在加工工艺方面，国内厂商热解决技术较弱，直接影响工业机器人控制精度。当前，国内机器人生产品种规格多、批量小、零部件通用化限度低、供货周期长、成本高，并且质量、可靠性都不稳定。因而迫切需要解决产业化前期核心技术，对产品进行全面规划，搞好系列化、通用化、模块化设计，积极推动产业化进程。当前，工业机器人产业发展处在内外部机遇叠加重要发展期，工业转型升级推动装备产业发展、人口增长趋势有助于释放市场容量、商业模式创新活跃。同步，工业机器人产业通过初期技术积累和产品市场规模不断扩大，正逐渐接近产业化迅速发展临界点。工业机器人是国内制造业转型升级必不可少高品位装备，是国内“十二五”规划中重点发展七大战略性新兴产业之一，也是其她新兴产业发展重要基本。随着国内产业转型升级逐渐推动，对以工业机器人为代表智能装备需求，将呈爆发式增长。 工业机器人产业作为战略性新兴产业，其产业化迅速发展与商业模式创新密不可分。工业机器人产业已经具备了基本技术条件，足以支撑产业化迅速发展。商业模式建立有助于加快形成工业机器人产业体系，变化原有产业形态。在信息技术、互联网技术基本上积累商业模式创新经验，为工业机器人产业发展提供了可资借鉴良好经验。机器人应用，是从特种作业领域，逐渐向工业装备领域进行大规模市场拓展，当前在众多领域已呈爆发式增长。同步，中华人民共和国工业机器人面临巨大挑战。产业发展缺少战略层面规划，难以适应现阶段产业化加速发展规定；技术创新能力薄弱，核心零部件仍难以走出实验室实现产业化，缺少核心竞争力；在国外公司垄断全球市场格局下，老式模仿跟随发展途径与加速做大总量现实需求不匹配。产业发展政策与产业发展阶段不协调。众多国家级重大项目涉及机器人领域，各地方政府也在大力投资机器人产业。但当前工业机器人还没有建立起产业体系，管理缺失，导致产业规划、政策研究、原则体系建设等行业重点工作存在缺位。2手腕构造拟定手腕是联接手臂和末端执行器部件，处在机器人操作机最末端，其功能是在手臂和腰部实现了末端执行器在作业空间三个坐标位置基本上，再由手腕来实现末端执行器在作业空间三个姿态坐标，即实现三个自由度。如下图所示，三个电机成三角形分布。 图21 传动原理图基本参数拟定空间构造和手腕构造拟定，那么手腕回转、手腕摆动、和手腕旋转三个姿态自由度也得到了实现。表3-2 机器人重要规格参数动作范畴手腕回转手腕摆动手腕旋转额定载荷最大速度4手腕详细设计阐明 本课题机器人将采用直流伺服电动机。由于它具备体积小、转矩大、输出力矩和电流成比例、伺服性能好、反映迅速、功率重量比大，稳定性好等长处。4.1手腕电机选取4.1.1提腕电机选取手腕最大负荷重量，初估腕部重量，最大运动速度V=3m/s 功率取安全系数为1.2，考虑到传动损失和摩擦，最后电机功率。执行机构最大转速为n=r/min经查表按推荐传动比合理范畴i=,电动机转速范畴是n=1988到11440r/min选取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 （V）额定转矩(N/m)额定转速 (r/m)参照功率 (W)重量 (kg)Z200/20-400 200 2.86 600 5.54.1.2摆腕和转腕电机选取依照设计规定取相似型号电机，选取Z型并励直流电动机，型号为Z200/20-400。 4.2传动比拟定4.2.1总传动比拟定 转腕传动比拟定 由上面算n=286。47r/min最后求得总传动比i总8 取整i总=8同理：提腕腕传动比拟定i总16 摆腕腕传动比：i总144.3传动比分派a转腕传动比分派 b提腕传动比分派 C摆腕传动比分派 5.齿轮设计5.1提腕某些齿轮设计 A. 第一极圆柱齿轮传动齿轮采用45号钢，锻造毛坯，正火解决后齿面硬度170190HBS，齿轮精度级别为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设计表达式 （41）其中， ， 选取材料接触疲劳极根应力为： 选取材料接触疲劳极根应力为： 应力循环次数N由下列公式计算可得 （4-2） 则 接触疲劳寿命系数,弯曲疲劳寿命系数接触疲劳安全系数，弯曲疲劳安全系数,又，试选。求许用接触应力和许用弯曲应力：将关于值代入（41）得：则 动载荷系数；使用系数；动载荷分布不均匀系数；齿间载荷分派系数，则修正 取原则模数。 c.计算基本尺寸d. 校核齿根弯曲疲劳强度复合齿形系数， 取 校核两齿轮弯曲强度 （43） 因此齿轮完全达到规定。 表51 齿轮几何尺寸名称符号公式分度圆直径齿顶高齿根高齿全高 齿顶圆直径 齿根圆直径 基圆直径 齿距齿厚齿槽宽中心距顶隙由于小齿轮分度圆直径较小，考虑到构造，小齿轮将做成齿轮轴。B. 第二极圆柱齿轮传动 齿轮采用45号钢，调质解决后齿面硬度180190HBS，齿轮精度级别为7极。取.在上面已经算出模数m=2,因此第二级齿轮参数如下： 表52 齿轮几何尺寸名称符号公式分度圆直径齿顶高齿根高齿全高 齿顶圆直径 齿根圆直径 基圆直径 齿距齿厚齿槽宽中心距顶隙 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设计表达式 （44）其中， ，选取材料接触疲劳极根应力为： 选取材料接触疲劳极根应力为： 应力循环次数N由下式计算可得 （4-5） 则 接触疲劳寿命系数,弯曲疲劳寿命系数接触疲劳安全系数，弯曲疲劳安全系数,又，试选。求许用接触应力和许用弯曲应力：将关于值代入（44）得：则 动载荷系数；使用系数；齿向载荷分布不均匀系数；齿间载荷分派系数取，则修正 取原则模数。 c.计算基本尺寸d. 校核齿根弯曲疲劳强度复合齿形系数， 取 校核两齿轮弯曲强度 （4-6） 因此齿轮完全达到规定。表53齿轮几何尺寸符号公式分度圆直径 齿顶高齿根高齿顶圆直径 齿根圆直径齿顶角齿根角分度圆锥角顶锥角根锥角锥距齿宽由于小齿轮分度圆直径较小，因此作成齿轮轴。5.2提腕腕某些齿轮设计第一极圆柱齿轮传动：齿轮采用45号钢，调质解决后齿面硬度180190HBS，齿轮精度级别为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设计表达式 （41）其中， ，P=mgV=10*10*3=300w/s n=150r/s 选取材料接触疲劳极根应力为： 选取材料接触疲劳极根应力为： 应力循环次数N由下列公式计算可得 （4-2） 则 接触疲劳寿命系数,弯曲疲劳寿命系数接触疲劳安全系数，弯曲疲劳安全系数,又，试选。求许用接触应力和许用弯曲应力：将关于值代入（41）得：则 动载荷系数；使用系数；动载荷分布不均匀系数；齿间载荷分派系数，则修正 取原则模数。 c.计算基本尺寸d. 校核齿根弯曲疲劳强度复合齿形系数， 取 校核两齿轮弯曲强度 （43） 因此齿轮完全达到规定。名称符号公式分度圆直径齿顶高齿根高齿全高 齿顶圆直径 齿根圆直径 基圆直径 齿距齿厚齿槽宽中心距顶隙 表54齿轮几何尺寸第二级传动使用圆柱齿轮传动，齿轮采用45号钢，调质解决后齿面硬度180190HBS，齿轮精度级别为7极。取。经计算齿轮满足规定。名称符号公式分度圆直径齿顶高齿根高齿全高 齿顶圆直径 齿根圆直径 基圆直径 齿距齿厚齿槽宽中心距顶隙 表55齿轮几何尺寸5.3摆腕腕某些齿轮设计第一极圆柱齿轮传动：齿轮采用45号钢，调质解决后齿面硬度180190HBS，齿轮精度级别为7极。取。经计算齿轮满足规定。小齿轮作成齿轮轴。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设计表达式 （41）其中， ，P=mgV=10*10*3=300w/s n=150r/s 选取材料接触疲劳极根应力为： 选取材料接触疲劳极根应力为： 应力循环次数N由下列公式计算可得 （4-2） 则 接触疲劳寿命系数,弯曲疲劳寿命系数接触疲劳安全系数，弯曲疲劳安全系数,又，试选。求许用接触应力和许用弯曲应力：将关于值代入（41）得：则 动载荷系数；使用系数；动载荷分布不均匀系数；齿间载荷分派系数，则修正 取原则模数。 c.计算基本尺寸d. 校核齿根弯曲疲劳强度复合齿形系数， 取 校核两齿轮弯曲强度 （43） 因此齿轮完全达到规定。 表56齿轮几何尺寸名称符号公式分度圆直径齿顶高齿根高齿全高 齿顶圆直径 齿根圆直径 基圆直径 齿距齿厚齿槽宽中心距顶隙第二极圆锥齿轮传动：齿轮采用45号钢，调质解决后齿面硬度180190HBS，齿轮精度级别为7极。取。经计算齿轮满足规定。小齿轮作成齿轮轴。 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设计表达式 （44）其中， ，P=w/s n=143r/min选取材料接触疲劳极根应力为： 选取材料接触疲劳极根应力为： 应力循环次数N由下式计算可得 （4-5） 则 接触疲劳寿命系数,弯曲疲劳寿命系数接触疲劳安全系数，弯曲疲劳安全系数,又，试选。求许用接触应力和许用弯曲应力：将关于值代入（44）得：则 动载荷系数；使用系数；齿向载荷分布不均匀系数；齿间载荷分派系数取，则修正 取原则模数。 c.计算基本尺寸d. 校核齿根弯曲疲劳强度复合齿形系数， 取 校核两齿轮弯曲强度 （4-6） 因此齿轮完全达到规定。表57齿轮几何尺寸名称符号公式分度圆直径 齿顶高齿根高齿顶圆直径 齿根圆直径齿顶角齿根角分度圆锥角顶锥角根锥角锥距齿宽6轴设计和校核轴构造决定于受力状况、轴上零件布置和固定方式、轴承类型和尺寸、轴毛坯，制造和装配工艺、以及运送、安装等条件。轴构造，应使轴受力合理，避免或减轻应力集中，有良好工艺性，并使轴上零件定位可靠、装配以便。对于规定刚度大轴，还应当从构造上考虑减少轴变形。6.1摆腕输入轴设计a:轴材料为45号刚，调制解决。（1）求输入功率，转速和转矩。依照电机基本参数可以懂得p1=0.6kwn1=r/min T1=N/mm2初步拟定轴最小直径。 取A0=112，于是得dmin=A0=112=10mm依照联轴器型号选轴最小直径是12mmb：各段轴径和长度拟定初估轴径后，就可按照轴上零件安装顺序从处开始逐段拟定轴径，上面计算是轴段1直径d1=12mm，L1=10mm。 轴段2要起到过度作用，因此取d2=22mm,L2=33mm。轴段3d3=30mm,L3=5mm。轴段4要做成齿轮轴因此取d4=44mm,L4=42mm。轴段5，d5=d3=30mm,L5=20mm。轴段6考虑要安装轴承，内径要符合轴承安装条件，因此取d6=25mm,L6=16mm。（2）轴强度校核 轴在初步完毕构造设计后，进行校核计算。计算准则是满足轴强度或刚度规定。进行轴强度校核计算时，应依照轴详细受载及应力状况，采用相应办法，并恰本地选用其许用应力，对于用于传递转矩轴应按扭转强度条件计算，对于只受弯矩轴（心轴）应按弯曲强度条件计算，两者都具备按疲劳强度条件进行精准校核等。 图42轴受力分析和弯扭矩图a 轴上转矩T：主轴上传递功率：P轴kw （4-8）求作用在齿轮上力：Nb 画轴受力简图 见图42c 计算轴支撑反力在水平面上FNH2在垂直面上d 画弯矩图 见图42在水平面上，剖面左侧剖面右侧在垂直面上 合成弯矩，剖面左侧 剖面右侧 e 画转矩图 见图42 f. 判断危险截面 截面左右合成弯矩左侧相对右侧大些，扭矩为T，则判断左侧为危险截面，只要左侧满足强度校核就行了。g.轴弯扭合成强度校核许用弯曲应力， 截面左侧 h. 轴疲劳强度安全系数校核查得抗拉强度 ，弯曲疲劳强度，剪切疲劳极限，等效系数， 截面左侧查得，；查得绝对尺寸系数，；轴经磨削加工，表面质量系数。则弯曲应力 ，应力幅 平均应力 切应力 安全系数 查许用安全系数，显然，则剖面安全。 6.2提腕输入轴设计与校核。a:轴材料为45号刚，调制解决。 1 求输入功率，转速和转矩。 依照电机基本参数可以懂得p1=0.6kw n1=r/min T1=N/mm 2初步拟定轴最小直径。 取A0=112，于是得dmin=A0=112=10mm 依照联轴器型号选轴最小直径是12mm。因此轴段1d1=12mm,L1=39mm.轴段2是齿轮轴，依照齿轮尺寸拟定d2=40mm,L2=33mm。2.2轴强度校核a 轴上转矩T：主轴上传递功率：P轴kw （4-8）求作用在齿轮上力： N Nb 画轴受力简图 见图42c 计算轴支撑反力在水平面上FNH1在垂直面上d 画弯矩图 见图42在水平面上，剖面左侧剖面右侧在垂直面上 合成弯矩，剖面左侧 剖面右侧 e 画转矩图 见图42 f. 判断危险截面 截面左右合成弯矩左侧相对右侧大些，扭矩为T，则判断左侧为危险截面，只要左侧满足强度校核就行了。g.轴弯扭合成强度校核许用弯曲应力， 截面左侧 h. 轴疲劳强度安全系数校核查得抗拉强度 ，弯曲疲劳强度，剪切疲劳极限，等效系数， 截面左侧查得，；查得绝对尺寸系数，；轴经磨削加工，表面质量系数。则弯曲应力 ，应力幅 平均应力 切应力 安全系数 查许用安全系数，显然，则剖面安全。6.3提腕输出轴设计。a:轴材料为45号刚，调制解决。 （1）. 求输出轴上功率P3，转速n3和转矩T3 取每级齿轮传动效率（涉及轴承效率在内），则KW r/min （2）初步拟定轴最小直径 取A0=112，于是得dmin=A0=112=18mm输出轴最小直径显然是安装轴承直径d1=20mm,L1=16mm。轴段2直径d2依照齿轮尺寸选取d2=39mm,L2=36mm。轴段3由于轴段3要固定在箱体上并且要起到连接转腕某些箱体，因此考虑下来选取d3=20mm,L3=65mm。（3）轴强度校核a 轴上转矩T：主轴上传递功率：KW r/min 求作用在齿轮上力： N Nb 画轴受力简图 见图42c 计算轴支撑反力在水平面上FNH2在垂直面上d 画弯矩图 见图42在水平面上，剖面左侧剖面右侧在垂直面上 合成弯矩，剖面左侧 剖面右侧 e 画转矩图 见图42 f. 判断危险截面 截面左右合成弯矩左侧相对右侧大些，扭矩为T，则判断左侧为危险截面，只要左侧满足强度校核就行了。g.轴弯扭合成强度校核许用弯曲应力， 截面左侧 h. 轴疲劳强度安全系数校核查得抗拉强度 ，弯曲疲劳强度，剪切疲劳极限，等效系数， 截面左侧查得，；查得绝对尺寸系数，；轴经磨削加工，表面质量系数。则弯曲应力 ，应力幅 平均应力 切应力 安全系数 查许用安全系数，显然，则剖面安全。6.4转腕输入轴设计与校核。a:轴材料为45号刚，调制解决。 1 求输入功率，转速和转矩。 依照电机基本参数可以懂得p1=0.6kw n1=r/min T1=N/mm 2初步拟定轴最小直径。 取A0=112，于是得dmin=A0=112=10mm 依照联轴器型号选轴最小直径是10mm。因此轴段1d1=10mm,L1=21mm.轴段2是齿轮轴，依照齿轮尺寸拟定d2=56mm,L2=32mm。a 轴上转矩T：主轴上传递功率：P轴kw （4-8）求作用在齿轮上力： N N b 画轴受力简图 见图42c 计算轴支撑反力在水平面上FNH139.6N 在垂直面上d 画弯矩图 见图42在水平面上，剖面左侧剖面右侧在垂直面上 合成弯矩，剖面左侧 剖面右侧 e 画转矩图 见图42 f. 判断危险截面 截面左右合成弯矩右侧相对右侧大些，扭矩为T，则判断右侧为危险截面，只要右侧满足强度校核就行了。g.轴弯扭合成强度校核许用弯曲应力， 截面右侧 h. 轴疲劳强度安全系数校核查得抗拉强度 ，弯曲疲劳强度，剪切疲劳极限，等效系数， 截面右侧查得，；查得绝对尺寸系数，；轴经磨削加工，表面质量系数。则弯曲应力 ，应力幅 平均应力 切应力 安全系数 查许用安全系数，显然，则剖面安全6.5转腕输出轴设计与校核。a:轴材料为45号刚，调制解决。（ 1）. 求输出轴上功率P3，转速n3和转矩T3 取每级齿轮传动效率（涉及轴承效率在内），则KW r/min （2）初步拟定轴最小直径 取A0=112，于是得dmin=A0=112=14.68mm输出轴最小直径显然是安装轴承直径d1=20mm,L1=16mm。轴段2直径d2依照齿轮和键尺寸选取d2=40mm,L2=33mm。轴段3由于轴段3要固定在箱体上并且要起到连接外部，也需要连接轴承，因此考虑下来选取d3=20mm,L3=78mm。（3）轴校核a 轴上转矩T：主轴上传递功率：KW r/min 求作用在齿轮上力： N Nb 画轴受力简图 见图42c 计算轴支撑反力在水平面上FNH2在垂直面上d 画弯矩图 见图42在水平面上，剖面左侧剖面右侧在垂直面上 合成弯矩，剖面左侧 剖面右侧 e 画转矩图 见图42 f. 判断危险截面 截面左右合成弯矩左侧相对右侧大些，扭矩为T，则判断左侧为危险截面，只要左侧满足强度校核就行了。g.轴弯扭合成强度校核许用弯曲应力， 截面左侧 h. 轴疲劳强度安全系数校核查得抗拉强度 ，弯曲疲劳强度，剪切疲劳极限，等效系数， 截面左侧查得，；查得绝对尺寸系数，；轴经磨削加工，表面质量系数。则弯曲应力 ，应力幅 平均应力 切应力 安全系数 查许用安全系数，显然，则剖面安全。7.电气控制7.1控制办法选取。 系统在本课题中，选取PLC进行系统控制，由于本课题设计只是关节型机器人手腕某些，并不是整个手臂设计，因此无法通过运动仿真来建立数学模型。相对于单片机来说，PLC有编程以便，控制原理以便等优势，因此在本课题中采用PLC来控制。7.2系统构造设计由于本课题采用是直流电机，因此在控制方面采用是双闭环直流调速系统。系统构造图如下图7-1系统构造图从图7-1中可见PLC要从外部输入电流反馈和转速信号，输出触发脉冲信号，其工作均在PLC内部完毕，数字给定也是用软件办法在PLC内设定。（1）转速给定环节速度给定信号是调速系统主令控制信号，模仿系统中惯用电位器调节给出：在PLC构成DDC系统中，则可以用FX2功能指令倾斜指令来完毕。（2）转速检测环节本系统速度检测采用主轴脉冲发生器作为速度反馈检测元件，它可将转速换成频率信号，以脉冲方式输入PLC，通过计数器定期计数即可测出电机主轴转速。在转速电流双闭环调速系统中，依照工程实际状况普通转速环采样周期取10ms，为此使用10ms定期计数办法来测量速度。在FX2系列PLC中，设有“速度检测”功能指令，它可测出10ms内脉冲数，并将其送给PLC内数据寄存器用于速度检测。调速系统中检测码盘装在电机主轴上，以速度N (rmin)转动，接近开头将转速换成脉冲信号送至FX2高速计数输入端X0号端子。（3）电流检测环节本系统电流检测采用VFC电压频率转换器将电流反馈电压转换成相应频率脉冲信号，通过测量单位时间内脉冲数，可计算出反馈电压Ui大小。此处选用NS公司31系列VFC典型器件。工程上电流环采样周期为13 ms，此处选采样周期为2 ms，由于电流反馈电压已转换成脉冲频率信号，可采用类似于转速检测办法实现电流反馈检测，将电流脉冲送入PLCX1高速计数端7.3 PLCIO图绘制做详细IO接线图如下图7-2，此处选取可编程控制器为三菱公司FX系列，此种可编程控制器具备性价比高，应用广泛等特点。详细型号为FX2N-64MR.图7-27.4 PLC梯形图设计按照设计规定，PLC梯形图如下图7-3梯形图PLC语句表如下图7-4图7-48夹持器设计依照焊枪轴径和机械接口构造设计了夹持器。本次设计使用焊枪