三自由度圆柱坐标型工业机器人
MKq?MKa?MKf?M0?41.17?0.550?1.428?43.148??cm
初选电机型号应满足步进电机所需空载启动力矩小于步进电机名义启动转矩，即
MKq?Mmq 见《机电综合设计指导》公式（2-31）P32
从上式可知电机初步满足要求。
C、启动矩频特性校核
步进电机启动有突跳启动和升速启动。突跳启动很少使用。升速启动是步进电机从静止状态开始逐渐升速，在零时刻，启动频率为零。在一段时间内，按一定的升速规律升速。启动结束时，步进电机达到了最高运行速度。
查看《机电综合设计指导》图2-21 P36，从90BF001矩特性图中，可查得： 纵向：空载启动力矩MKq＝43.148??cm对应的允许启动频率fyq?2100HZ。查《机电综合设计指导》表2-11 P34，步进电机150BF002启动频率fq?2000HZ?fyq， 所以所选电机不会丢步。
D、运行矩频特性校核
步进电机的最高快进运行频率fKJ可按下式计算：
fKZ?1000vmax 见《机电综合设计指导》公式（2-36）P36
60?P式中：vmax为运动部件最大快进速度。算得fKZ?8333.33HZ。
快进力矩MKJ的计算公式：
MKJ?MKf?M0 见《机电综合设计指导》公式（2-37）P37
式中：M0 为附加摩擦力矩， MKf 为快进时，折算到电机轴上的摩擦力矩。算得：
MKJ?MKf?M0＝0.55＋1.428＝1.978??cm。
查看《机电综合设计指导》图2-22 P36，从90BF001运行矩频特性图中，可知： 快进力矩MKJ＝1.978??cm＝0.01978??m对应的允许快进频率fyKJ?fKJ； 所以,所用的电机都满足快速进给运行矩频特性要求。
综上所述，所选用的步进电机90BF001符合要求，可以使用。 3.2.3.3 轴承的选取
a、环形轴承3作为机座的支承原件，是为机器人研制的专用轴承，具有宽度小、直径大、精度高、刚度大、承载能力高（可承受径向力、轴向力和倾覆力矩）、装置方便等特点价格高。
b、丝杠下部装有圆锥滚子轴承，型号为30204， 它的有关参数如下：
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轴承代号 30204 基本额定 动载荷Ca /KN 28.2 静载荷C0a /KN 30.5 极限转速 r/min 脂润滑 8000 油润滑 10000 3.3 工业机器人的机械传动装置的选择
3.3.1 滚珠丝杠的选择
估算：等效载荷 Fm = 1000 N , 丝杆有效行程420 mm , 等效转速 nm = 1500 r/min , 要求使用寿命Lh = 15000 h 左右，工作温度低于100℃，可靠度95%，精度为3级精度。
A、 计算载荷 Fc = KFKaKRKtFm
查<机电液设计手册> 上册，表15-21得
'KF= 1.1 ， Ka= 1.0 ，KR=1.61 ， Kt= 1
Fc = KFKaKRKtFm = 1.1?1.0?1.61?1?1000 = 1771 N
'C a =
3nmL'hFc
1.67?1041500?15000?1771
1.67?104
=
3 = 19559 N
B、 选择滚珠丝杆副的型号 主要尺寸为：
按Ca= 19559N，查《机电一体化设计基础》表2-9，选用汉江机床厂C1型滚珠丝杠，
'系列代号为FYC1-4008-2.5。
D0= 40 mm , Pn=8 mm , Dw=4 mm , d = 39mm，滚珠直径d0=3.969mm 滚道半径 R=0.52?d0?0.52?3.969mm?2.064mm
偏心距 e==0.07(R?d03.969)0.07?(2.064?)?5.6?10?2mm 22丝杠内径 d1?D0?2e?2R?(40?2?5.6?10?2?2?2.064)mm?35.76mm
d'≤27 mm , Ca=24000 N , KC=1880 N
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螺旋导程角 γ = arctan
6Pn = arctan = 3o38′
??40?d0螺杆不长，无需验算稳定性。 C、刚度验算
按最不利情况考虑，即在螺距(导程)内受轴向力引起的弹性变形与受转矩引起弹性变形
2方向一致，此时变形量为最大，计算公式为：
16TP4FPn
?S= 21n4 + 2
?Gd1?Ed1
式中 T1 = Fm·
d0·tan( γ+?v) 240?'''' = 1000?tan(3?38+840)
2 = 1321 N·mm
'''4剪切弹性模量 G=8.33?10 N/mm2
磨擦系数f = 0.025, 当量磨擦角 ?v= 840，
4?1000?816?1321?82所以：?S= 2 +
??2.06?105?35.762??8.33?104?35.764
= 0.0387 μm
其中，危险截面d1= 35.76，E = 2.06
每米螺杆长度上的螺矩的弹性变形
?s?s0.0387?m = = 6.6 /m < ()p = 15?m/m
ss6?10?3?s)p = 15?m/m s因为滚球丝杆精度要求为3级精度，由表15-8查得
(
所以其刚度满足要求。 D、计算效率
η=
tan3?38'tan? = = 0.960 = 96% ''''tan????v?tan3?38?840??3.3.2 谐波齿轮的选择
谐波齿轮的特点，与一般齿轮传动相比，有如下特点： a、 b、 c、 d、
传动比大。一级谐波齿轮减速比可以在50～500之间，在只传递运动的装置中可达1000。采用多级或复波式传动时，传动比可以更大。
这种传动同时啮合的齿数多，可达总齿数的30%～40%。故承载能力大。 运动误差小，无冲击，齿的磨损小，传动精度高，传动平稳。
效率高（减速传动下，一般可达0.7～0.9），结构简单，零件少，重量轻。在承载能力和传动比相同的条件下，比一般齿轮减速器的体积和重量约减少
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1/2～1/3。
e、
缺点是起动力矩大，柔轮易疲劳损坏，故柔轮的材料和热处理条件要求高。传动比小于35时不能采用谐波传动。
由于谐波减速传动装置明显的优点，已广泛用于机器人和其它机电一体化机械设备中。 本设计中的谐波齿轮采用带杯形柔轮的谐波传动组合件。它是由三个基本构件构成
的，带凸缘的环形刚轮，杯形的柔轮和柔性轴承、椭圆盘构成的波发生器。
型号XB1-80-100-2-3/3
机型号100，既柔轮的公称内径为80mm 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） 3.3.3
联轴器的选择
该机构利用锥环对之间的磨擦实现与毂之间的无间隙连接传递转矩，且可任意调节两面联接件之间的角度位置。通过选择所用锥环的对数，可传递不同大小的转矩。图2-12所示为采用锥环（锥环夹紧环）无键消隙联轴器，可使动力传递没有反向间隙。螺钉5通过压圈3施加轴向力时，由于锥环之间的楔紧作用，内外环2分别产生径向弹性变形，消除轴4与套筒1之间的配合间隙，并产生接触压力，通过磨擦传递转矩，而且套筒1与轴4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，传递功率大、转速高、使用寿命长，具有过载保护能力，能在受振动和冲击载荷等恶劣环境下连续工作，安装、使用和维护方便，作用于系统中的载荷小、噪声低。
1——套筒，2——内外环，3——压圈，4——轴，5——螺栓 图 3-12 消隙联轴器
第章 工业机器人的计算机控制系统概述
4.1 工业机器人控制系统的特点及对控制功能的基本要求
工业机器人具有多个自由度，每个自由度一般包括一个伺服机构，它们必须协调起来，
组成一个多变量控制系统。这种多变量的控制系统，一般要用计算机来实现。因此，机器人控制系统也是一个计算机控制系统。控制系统的功能是控制机器人操作机的运动和操作以满足作业的要求。在作业中机器人的工作任务是要求操作机的末端执行器按点位或轨迹运动，并保持设定的姿态。在运动中或在规定的某点位执行作业规定的操作。对工业机器人的控制
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