畢業(yè)論文-磁吸式機(jī)械手設(shè)計【圖紙丟失、只有論文了】

買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 摘   要  隨著工業(yè)自動化發(fā)展的需要，機(jī)械手在工業(yè)應(yīng)用中越來越重要。文章主要敘述了磁吸式機(jī)械手的設(shè)計計算過程  。  首先，本文介紹機(jī)械手的作用，機(jī)械手的組成和分類。  文章中介紹了磁吸式機(jī)械手的設(shè)計理論與方法。全面詳盡的討論了磁吸式機(jī)械手的手部、腕部、手臂以及機(jī)身等主要部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計。  對于即將畢業(yè)的學(xué)生來說，本次設(shè)計的最大成果就是：綜合運用機(jī)械設(shè)計、機(jī)械制圖、機(jī)械制造基礎(chǔ)、金屬材料與熱處理、公差與技術(shù)測量、理論力學(xué)、材料力學(xué)、機(jī)械原理、計算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)以及工藝、夾具等基礎(chǔ)理論、工程技術(shù)和生產(chǎn)實踐知識。掌握機(jī)械設(shè) 計的一般程序、方法、設(shè)計規(guī)律、技術(shù)措施，并與生產(chǎn)實習(xí)相結(jié)合，培養(yǎng)分析和解決一般工程實際問題的能力，具備了機(jī)械傳動裝置、簡單機(jī)械的設(shè)計和制造的能力。  關(guān)鍵詞 ： 機(jī)械手；磁吸式機(jī)械手；電磁鐵；行程開關(guān)；齒輪齒條；  買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 in is of of of s of s of so on as as 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 目    錄  摘   要  . I .   緒   論  . 1 言  . 1 業(yè)機(jī)械手的簡史  . 1 業(yè)機(jī)械手在生產(chǎn)中的應(yīng)用  . 3 械手的組成  . 3 業(yè)機(jī)械手的發(fā)展趨勢  . 5 文主要研究內(nèi)容  . 5 章小結(jié)  . 6 2  磁吸式機(jī)械手的總體設(shè)計方案  . 7 . 7 . 7 章小結(jié)  . 7 3  機(jī)械手手部的設(shè)計計算  . 8 件尺寸  . 9 . 8 . 9 . 11 章小結(jié)  . 11 4  腕部的設(shè)計計算  . 12 部設(shè)計的基本要求  . 12 部的結(jié)構(gòu)設(shè)計  . 12 章小結(jié)  . 12 5  臂部的設(shè)計及有關(guān)計算  . 13 部設(shè)計的基本要求  . 13 臂的典型機(jī)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)的選擇  . 13 . 14 6  機(jī)身的設(shè)計計算  . 15 身的整體設(shè)計  . 15 動系統(tǒng)設(shè)計計算  . 24 章小結(jié)  . 25 結(jié)   論  . 26 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 致   謝  . 27 參考文獻(xiàn)  . 28 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 1 1  緒   論  用于再現(xiàn)人手的的功能的技術(shù)裝置稱為機(jī)械手。機(jī)械手是模仿著人手的部分動作，按給定程序、軌跡和要求實現(xiàn)自動抓 取、搬運或操作的自動機(jī)械裝置。在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的機(jī)械手被稱為工業(yè)機(jī)械手。  工業(yè)機(jī)械手是近代自動控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項新技術(shù)，并已成為現(xiàn)代機(jī)械制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個重要組成部分，這種新技術(shù)發(fā)展很快，逐漸成為一門新興的學(xué)科 機(jī)械手工程。機(jī)械手涉及到力學(xué)、機(jī)械學(xué)、電器液壓技術(shù)、自動控制技術(shù)、傳感器技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域，是一門跨學(xué)科綜合技術(shù)。  工業(yè)機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動生產(chǎn)設(shè)備。工業(yè)機(jī)械手也是工業(yè)機(jī)器人的一個重要分支。他的特點是可以通過編程來完成各種預(yù)期的作業(yè)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的 優(yōu)點，尤其體現(xiàn)在人的智能和適應(yīng)性。機(jī)械手作業(yè)的準(zhǔn)確性和環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域有著廣泛的發(fā)展空間。  機(jī)械手的發(fā)展是由于它的積極作用正日益為人們所認(rèn)識：其一、它能部分的代替人工操作；其二、它能按照生產(chǎn)工藝的要求，遵循一定的程序、時間和位置來完成工件的傳送和裝卸；其三、它能操作必要的機(jī)具進(jìn)行焊接和裝配，從而大大的改善了工人的勞動條件，顯著的提高了勞動生產(chǎn)率，加快實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動化的步伐。因而，受到很多國家的重視，投入大量的人力物力來研究和應(yīng)用。尤其是在高溫、高壓、粉塵、噪音以及帶有放射性和污 染的場合，應(yīng)用的更為廣泛。在我國近幾年也有較快的發(fā)展，并且取得一定的效果，受到機(jī)械工業(yè)的重視。    機(jī)械手是一種能自動控制并可從新編程以變動的多功能機(jī)器，他有多個自由度，可以搬運物體以完成在不同環(huán)境中的工作。  機(jī)械手的結(jié)構(gòu)形式開始比較簡單，專用性較強(qiáng)。  隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，制成了能夠獨立的按程序控制實現(xiàn)重復(fù)操作，適用范圍比較廣的“程序控制通用機(jī)械手”，簡稱通用機(jī)械手。由于通用機(jī)械手能很快的改變工作程序，適應(yīng)性較強(qiáng)，所以它在不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量生產(chǎn)中獲得廣泛的引用。  業(yè)機(jī)械手的簡史  現(xiàn)代工業(yè)機(jī) 械手起源于 20 世紀(jì) 50 年代初，是基于示教再現(xiàn)和主從控制方式、能適應(yīng)產(chǎn)品種類變更，具有多自由度動作功能的柔性自動化 4產(chǎn) 品 。  買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 2 機(jī)械手首先是從美國開始研制的。 1958 年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺機(jī)械手。他的結(jié)構(gòu)是：機(jī)體上安裝一回轉(zhuǎn)長臂，端部裝有電磁鐵的工件抓放機(jī)構(gòu)，控制系統(tǒng)是示教型的。  1962 年，美國機(jī)械鑄造公司在上述方案的基礎(chǔ)之上又試制成一臺數(shù)控示教再現(xiàn)型機(jī)械手。商名為 萬能自動 )。運動系統(tǒng)仿造坦克炮塔，臂回轉(zhuǎn)、俯仰，用液壓驅(qū)動；控制系統(tǒng)用磁鼓 最存儲裝置。不少球坐標(biāo)式通用機(jī)械手就是在這個基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。同年該公司和普魯曼公司合并成立萬能自動公司（ ,專門生產(chǎn)工業(yè)機(jī)械手。  1962 年美國機(jī)械鑄造公司也試驗成功一種叫 械手，原意是靈活搬運。該機(jī)械手的中央立柱可以回轉(zhuǎn)，臂可以回轉(zhuǎn)、升降、伸縮、采用液壓驅(qū)動，控制系統(tǒng)也是示教再現(xiàn)型。雖然這兩種機(jī)械手出現(xiàn)在六十年代初，但都是國外工業(yè)機(jī)械手發(fā)展的基礎(chǔ)。  1978 年美國 司和斯坦福大學(xué)、麻省理工學(xué)院聯(lián)合研制一種工業(yè)機(jī)械手，裝有小型 電子計算機(jī)進(jìn)行控制，用于裝配作業(yè)，定位誤差可小于 1 毫米。  美國還十分注意提高機(jī)械手的可靠性，改進(jìn)結(jié)構(gòu)，降低成本。如 司建立了 8 年機(jī)械手試驗臺，進(jìn)行各種性能的試驗。準(zhǔn)備把故障前平均時間（注：故障前平均時間是指一臺設(shè)備可靠性的一種量度。它給出在第一次故障前的平均運行時間），由 400小時提高到 1500 小時，精度可提高到 米。  德國機(jī)器制造業(yè)是從 1970 年開始應(yīng)用機(jī)械手，主要用于起重運輸、焊接和設(shè)備的上下料等作業(yè)。德國 司還生產(chǎn)一種點焊機(jī)械手，采用關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)和程序控制。  瑞士 司生產(chǎn)一種涂漆機(jī)械手，采用示教方法編制程序。  瑞典安莎公司采用機(jī)械手清理鑄鋁齒輪箱毛刺等。  日本是工業(yè)機(jī)械手發(fā)展最快、應(yīng)用最多的國家。自 1969 年從美國引進(jìn)二種典型機(jī)械手后，大力研究機(jī)械手的研究。據(jù)報道， 1979 年從事機(jī)械手的研究工作的大專院校、研究單位多達(dá) 50 多個。 1976 年個大學(xué)和國家研究部門用在機(jī)械手的研究費用 42%。 1979年日本機(jī)械手的產(chǎn)值達(dá) 443 億日元，產(chǎn)量為 14535 臺。其中固定程序和可變程序約占一半，達(dá) 222 億日元，是 1978 年的二倍。具有記憶功能的機(jī)械手產(chǎn)值約為 67 億日元，比1978 年 增長 50%。智能機(jī)械手約為 17 億日元，為 1978 年的 6 倍。截止 1979 年，機(jī)械手累計產(chǎn)量達(dá) 56900 臺。在數(shù)量上已占世界首位，約占 70%，并以每年 50% 60%的速度增長。使用機(jī)械手最多的是汽車工業(yè)，其次是電機(jī)、電器。預(yù)計到 1990 年將有 55 萬機(jī)器人在工作。  第二代機(jī)械手正在加緊研制。它設(shè)有微型電子計算機(jī)控制系統(tǒng)，具有視覺、觸覺能力，甚至聽、想的能力。研究安裝各種傳感器，把感覺到的信息反饋，使機(jī)械手具有感覺機(jī)能。目前國外已經(jīng)出現(xiàn)了觸覺和視覺機(jī)械手。  買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 3 第三代機(jī)械手（機(jī)械人）則能獨立地完成工作過程中的任務(wù)。它 與電子計算機(jī)和電視設(shè)備保持聯(lián)系。并逐步發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng) 柔性制造單元 (重要一環(huán)。  業(yè)機(jī)械手在生產(chǎn)中的應(yīng)用  機(jī)械手是工業(yè)自動控制領(lǐng)域中經(jīng)常遇到的一種控制對象。機(jī)械手可以完成許多工作，如搬物、裝配、切割、噴染等等，應(yīng)用非常廣泛 5廣 泛 。  在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程中的自動化已成為突出的主題。各行各業(yè)的自動化水平越來越高，現(xiàn)代化加工車間 ，常配有機(jī)械手，以提高生產(chǎn)效率，完成工人難以完成的或者危險的工作?？稍跈C(jī)械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)很大程度上不是連續(xù)的。據(jù)資料介紹，美國生產(chǎn)的全部工業(yè)零件中，有 75%是小批量生產(chǎn)；金屬加工生產(chǎn)批量中有四分之三在50 件以下，零件真正在機(jī)床上加工的時間僅占零件生產(chǎn)時間的 5%。從這里可以看出，裝卸、搬運等工序機(jī)械化的迫切性，工業(yè)機(jī)械手就是為實現(xiàn)這些工序的自動化而產(chǎn)生的。目前在我國機(jī)械手常用于完成的工作有：注塑工業(yè)中從模具中快速抓取制品并將制品傳誦到下一個生產(chǎn)工序；機(jī)械手加工行業(yè)中用于取料、送料；澆鑄行業(yè)中用于提取 高溫熔液等等。  工業(yè)機(jī)械手由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動機(jī)構(gòu)和控制機(jī)構(gòu)三部分組成組成。  行機(jī)構(gòu)  （ 1）手部  既直接與工件接觸的部分，一般是回轉(zhuǎn)型或平動型（多為回轉(zhuǎn)型，因其結(jié)構(gòu)簡單）。手部多為兩指（也有多指）；根據(jù)需要分為外抓式和內(nèi)抓式兩種；也可以用負(fù)壓式或真空式的空氣吸盤（主要用于吸冷的，光滑表面的零件或薄板零件）和電磁吸盤。  傳力機(jī)構(gòu)形式教多，常用的有：滑槽杠桿式、連桿杠桿式、斜槭杠桿式、齒輪齒條式、絲杠螺母式、彈簧式和重力式。  （ 2）  腕部  是連接手部和臂部的部件，并可用來調(diào)節(jié)被 抓物體的方位，以擴(kuò)大機(jī)械手的動作范圍，并使機(jī)械手變的更靈巧，適應(yīng)性更強(qiáng)。手腕有獨立的自由度。有回轉(zhuǎn)運動、上下擺動、左右擺動。一般腕部設(shè)有回轉(zhuǎn)運動再增加一個上下擺動即可滿足工作要求，有些動作較為簡單的專用機(jī)械手，為了簡化結(jié)構(gòu)，可以不設(shè)腕部，而直接用臂部運動驅(qū)動手部搬運工件。  買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 4 （ 3）臂部   手臂部件是機(jī)械手的重要握持部件。它的作用是支撐腕部和手部（包括工作或夾具），并帶動他們做空間運動。  臂部運動的目的：把手部送到空間運動范圍內(nèi)任意一點。如果改變手部的姿態(tài)（方位），則用腕部的自由度加以實現(xiàn)。因此，一般來說臂部具 有三個自由度才能滿足基本要求，即手臂的伸縮、左右旋轉(zhuǎn)、升降（或俯仰）運動。  手臂的各種運動通常用驅(qū)動機(jī)構(gòu)（如液壓缸或者氣缸）和各種傳動機(jī)構(gòu)來實現(xiàn)，從臂部的受力情況分析，它在工作中既受腕部、手部和工件的靜、動載荷，而且自身運動較為多，受力復(fù)雜。因此，它的結(jié)構(gòu)、工作范圍、靈活性以及抓重大小和定位精度直接影響機(jī)械手的工作性能。  （ 4）  行走機(jī)構(gòu)  有的工業(yè)機(jī)械手帶有行走機(jī)構(gòu)，我國的正處于仿真階段。  動機(jī)構(gòu)  驅(qū)動機(jī)構(gòu)是工業(yè)機(jī)械手的重要組成部分。根據(jù)動力源的不同 , 工業(yè)機(jī)械手的驅(qū)動機(jī)構(gòu)大致可分為液壓、 氣動、電動和機(jī)械驅(qū)動等四類。采用電動機(jī)構(gòu)驅(qū)動機(jī)械手 ,結(jié)構(gòu)簡單、尺寸緊湊、重量輕、控制方便。  制系統(tǒng)分類  在機(jī)械手的控制上，有點動控制和連續(xù)控制兩種方式。大多數(shù)用插銷板進(jìn)行點位控制，也有采用可編程序控制器控制、微型計算機(jī)控制，采用凸輪、磁盤磁帶、穿孔卡等記錄程序。主要控制的是坐標(biāo)位置，并注意其加速度特性。  業(yè)機(jī)械手的發(fā)展趨勢  (1)工業(yè)機(jī)器人性能不斷提高 (高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修 )，而單機(jī)價格不斷下降，平均單機(jī)價格從 91 年的 美元降至 97 年的 美元。  (2)機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展。例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機(jī)、減速機(jī)、檢測系統(tǒng)三位一體化 :由關(guān)節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造機(jī)器人整機(jī) ;國外已有模塊化裝配機(jī)器人產(chǎn)品問市。  (3)工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)向基于 的開放型控制器方向發(fā)展，便于標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化 ;器件集成度提高，控制柜日見小巧，且采用模塊化結(jié)構(gòu) :大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。  (4)機(jī)器人中的傳感器作用日益重要，除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器外，裝配、焊接機(jī)器人還應(yīng)用了視覺、力覺等傳感器，而遙控機(jī)器人則采用視覺、聲覺、力買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 5 覺、觸覺等 多傳感器的融合技術(shù)來進(jìn)行環(huán)境建模及決策控制多傳感器融合配置技術(shù)在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟應(yīng)用。  (5)虛擬現(xiàn)實技術(shù)在機(jī)器人中的作用已從仿真、預(yù)演發(fā)展到用于過程控制如使遙控機(jī)器人操作者產(chǎn)生置身于遠(yuǎn)端作業(yè)環(huán)境中的感覺來操縱機(jī)器人。  (6)當(dāng)代遙控機(jī)器人系統(tǒng)的發(fā)展特點不是追求全自治系統(tǒng)，而是致力于操作者與機(jī)器人的人機(jī)交互控制，即遙控加局部自主系統(tǒng)構(gòu)成完整的監(jiān)控遙控操作系統(tǒng)，使智能機(jī)器人走出實驗室進(jìn)入實用化階段。美國發(fā)射到火星上的“索杰納”機(jī)器人就是這種系統(tǒng)成功應(yīng)用的最著名實例。  (7)機(jī)器人化機(jī)械開始興起。從 94 年美 國開發(fā)出“虛擬軸機(jī)床”以來，這種新型裝置已成為國際研究的熱點之一，紛紛探索開拓其實際應(yīng)用的領(lǐng)域。我國的工業(yè)機(jī)器人從80 年代“七五”科技攻關(guān)開始起步，在國家的支持下，通過“七五”、“八五”科技攻關(guān)，目前己基本掌握了機(jī)器人操作機(jī)的設(shè)計制造技術(shù)、控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計技術(shù)、運動學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù)，生產(chǎn)了部分機(jī)器人關(guān)鍵元器件，開發(fā)出噴漆、弧焊、點焊、裝配、搬運等機(jī)器人 ;其中有 130 多臺套噴漆機(jī)器人在二十余家企業(yè)的近 30 條自動噴漆生產(chǎn)線(站 )上獲得規(guī)模應(yīng)用，弧焊機(jī)器人己應(yīng)用在汽車制造廠的焊裝線上。但總的來看，我國的工業(yè) 機(jī)器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國外比還有一定的距離，如 :可靠性低于國外產(chǎn)品 :機(jī)器人應(yīng)用工程起步較晚，應(yīng)用領(lǐng)域窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與國外比有差距 ;在應(yīng)用規(guī)模上，我國己安裝的國產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人約 200 臺，約占全球已安裝臺數(shù)的萬分之四。以上原因主要是沒有形成機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，當(dāng)前我國的機(jī)器人生產(chǎn)都是應(yīng)用戶的要求，“一客戶，一次重新設(shè)計”，品種規(guī)格多、批量小、零部件通用化程度低、供貨周期長、成本也不低，而且質(zhì)量、可靠性不穩(wěn)定。因此迫切需要解決產(chǎn)業(yè)化前期的關(guān)鍵技術(shù)，對產(chǎn)品進(jìn)行全面規(guī)劃，搞好系列化、通用化、模塊化設(shè)計，積極推進(jìn)產(chǎn)業(yè) 化進(jìn)程 863”計劃的支持下，也取得了不少成果。其中最為突出的是水下機(jī)器人， 6000m 水下無纜機(jī)器人的成果居世界領(lǐng)先水平，還開發(fā)出直接遙控機(jī)器人、雙臂協(xié)調(diào)控制機(jī)器人、爬壁機(jī)器人、管道機(jī)器人等機(jī)種 :在機(jī)器人視覺、力覺、觸覺、聲覺等基礎(chǔ)技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用上開展了不少工作，有了一定的發(fā)展基礎(chǔ)。但是在多傳感器信息融合控制技術(shù)、遙控加局部自主系統(tǒng)遙控機(jī)器人、智能裝配機(jī)器人、機(jī)器人化機(jī)械等的開發(fā)用方面則剛剛起步，與國外先進(jìn)水平差距較大，需要在原有成績的基礎(chǔ)上，有重點地系統(tǒng)攻關(guān)，才能形成系統(tǒng)配 套可供實用的技術(shù)和產(chǎn)品，以期在“十五”后期立于世界先進(jìn)行列之中。  文主要研究內(nèi)容  本文研究了國內(nèi)外機(jī)械手發(fā)展的現(xiàn)狀，通過學(xué)習(xí)機(jī)械手的工作原理，熟悉了磁吸式機(jī)械手的運動機(jī)理。在此基礎(chǔ)上，確定了磁吸式機(jī)械手的基本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，對磁吸式機(jī)械買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 6 手的運動進(jìn)行了簡單的分析，完成了磁吸式機(jī)械手機(jī)械方面的設(shè)計工作（包括傳動部分、執(zhí)行部分、驅(qū)動部分）的設(shè)計工作。  章小結(jié)  本章簡要的介紹了機(jī)械手的基本概念。在機(jī)械手的組成上，系統(tǒng)的從執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動機(jī)構(gòu)以及控制部分三個方面說明。比較細(xì)致的介紹了機(jī)械手的發(fā)展趨勢，簡要 的敘述了本文研究的內(nèi)容。  買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 7 2 磁吸式機(jī)械手的總體設(shè)計方案  本課題是磁吸式機(jī)械手的設(shè)計。本設(shè)計主要任務(wù)是完成機(jī)械手的結(jié)構(gòu)以及傳動方面設(shè)計。在本章中對機(jī)械手的驅(qū)動機(jī)構(gòu)等進(jìn)行了確定。因此，在機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳動機(jī)構(gòu)是本次設(shè)計的主要任務(wù)。  械手的主要部件及運動  根據(jù)設(shè)計任務(wù)，為了滿足設(shè)計要求，本設(shè)計中機(jī)械手能夠作垂直運動。  本設(shè)計機(jī)械手主要由 4 個大部件組成：（ 1）手部，采用四個吸盤，通過采用電磁鐵使吸盤內(nèi)產(chǎn)生磁力來搬運工件。（ 2）  腕部，采用四根支架來固定吸盤以及通過焊接和臂部相聯(lián)。（ 3）臂部，采用鋁 合金手臂，通過焊接與手腕聯(lián)結(jié)，通過螺釘與齒條聯(lián)結(jié)。（ 4）機(jī)身，采用齒輪齒條機(jī)構(gòu)實現(xiàn)機(jī)械手的垂直運動。  通過 V 帶將電動機(jī)的轉(zhuǎn)動傳遞給軸上的齒輪，再通過齒輪齒條將回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為垂直運動，從而使磁吸式機(jī)械手做垂直運動。  動機(jī)構(gòu)的選擇  驅(qū)動機(jī)構(gòu)是工業(yè)機(jī)械手的重要組成部分 , 工業(yè)機(jī)械手的性能價格比在很大程度上取決于驅(qū)動方案及其裝置。根據(jù)動力源的不同 , 工業(yè)機(jī)械手的驅(qū)動機(jī)構(gòu)大致可分為液壓、氣動、電動和機(jī)械驅(qū)動等四類。采用電動機(jī)構(gòu)驅(qū)動機(jī)械手 ,結(jié)構(gòu)簡單、尺寸緊湊、重量輕、控制方便，驅(qū)動力大等優(yōu)點。因此，機(jī)械手的驅(qū)動 方案選擇電動驅(qū)動。電動機(jī)的型號為 額定功率為 11定轉(zhuǎn)速為 1500r/ 章小結(jié)  本章對機(jī)械手的整體部分進(jìn)行了總體設(shè)計，選擇了機(jī)械手的基本形式以及主要部件，確定了本設(shè)計采用電動驅(qū)動。下面的設(shè)計計算將以次進(jìn)行。  買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 8 3  機(jī)械手手部的設(shè)計計算  件尺寸  工件的尺寸為 150 100 3。材料為鋼，鋼的密度為 ，常用的工業(yè)機(jī)械手手部 ,按握持工件的原理 ,分為夾持和吸附兩大類。吸附式常用于抓取工件表面平整、面積較大的板狀物體 ,適合用于本方案。通過綜合考慮，本設(shè)計選擇吸盤作為磁吸式機(jī)械手的手抓。為了使機(jī)械手能夠平穩(wěn)的搬動工件，所以選擇四個吸盤，吸盤內(nèi)的磁力由電磁鐵提供。  抓的力學(xué)分析  1、首先是電源設(shè)計，即線圈兩端的電壓。建議使用直流電源，因為直流電流可以保證次吸力穩(wěn)定，沒有交變。介于你設(shè)計的磁吸力小，可選用 5流電源（電壓越大，反應(yīng)速度越快）。   2、繞線組材料的選取，如果設(shè)計要求繞線組質(zhì)量輕，則可選擇漆包鋁線。一般情況下，選擇漆包銅線，因為銅的電阻率低。   3、考慮繞線組的發(fā)熱，繞線組是有電阻的，其發(fā)熱功率 P=U*U/R（ U 為電源電壓）。   4、選用橫截面積合適的導(dǎo)線作為繞線組。   5、磁吸力 F磁感應(yīng)強(qiáng)度 B，而 B I*N（電流與匝數(shù)的乘積）  ，而 I=U/R，且 R N。（復(fù)雜吧，簡化一下）   具體公式： B=u*I*N/2； R= *L/S= * *D*N/S；（ u 是輪子的磁導(dǎo)率、是導(dǎo)線的電阻率、 S 是導(dǎo)線的橫截面積、 D 是線圈的平均直徑 32N 20、L 是導(dǎo)線總長  。注意： S 的單位是平方毫米；的單位是歐姆毫米）   則： B u*S/ (可以看出只要繞線區(qū)域一定， B 與 N 無關(guān)。 )  看線圈發(fā)熱功率： P=U*U/R (S2)；所以導(dǎo)線橫截面積 S 盡量取小，但 S 過小會買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 9 導(dǎo)致磁吸力變化速度慢。    選擇每個吸盤的直徑相同， d= 20工件的質(zhì)量 m= v=150 100 3g=          (3所以根 據(jù)平衡公式得  G=4F F 即每個電磁吸盤的磁力：  F=N=             (3磁鐵選擇  磁鐵簡介  內(nèi)部帶有鐵芯的通電螺線管叫電磁鐵。電磁鐵是利用載流鐵心線圈產(chǎn)生的電磁吸力來操縱機(jī)械裝置，以完成預(yù)期動作的一種電器。它是將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的一種電磁元件。當(dāng)在通電螺線管內(nèi)部插入鐵芯后，鐵芯被通電螺線管的磁場磁化。磁化后的鐵芯變成了一個磁體，這樣由于兩個磁場互相疊加 ，從而使螺線管的磁性大大增強(qiáng)。為了使電磁鐵的磁性更強(qiáng)，通常將鐵芯制成蹄形。但要注意蹄形鐵芯上線圈的繞向相反，一邊順時針，另一邊必須逆時針。如果繞向相同，兩線圈對鐵芯的磁化作用將相互抵消，使鐵芯不顯磁性。另外，電磁鐵的鐵芯用軟鐵制做，而不能用鋼制做。否則鋼一旦被磁化后，將長期保持磁性而不能退磁，則其磁性的強(qiáng)弱就不能用電流的大小來控制，而失去電磁鐵應(yīng)有的優(yōu)點  1822 年，法國物理學(xué)家阿拉戈和呂薩克發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電流通過其中有鐵塊的繞線時，它能使繞線中的鐵塊磁化。這實際上是電磁鐵原理的最初發(fā)現(xiàn)。 1823 年，斯特金也做了 一次類似的實驗：他在一根并非是磁鐵棒的 U 型鐵棒上繞了 18 圈銅裸線，當(dāng)銅線與伏打電池接通時，繞在 U 型鐵棒上的銅線圈即產(chǎn)生了密集的磁場，這樣就使 U 型鐵棒變成了一塊“電磁鐵”。這種電磁鐵上的磁能要比永磁能大放多倍，它能吸起比它重 20 倍的鐵塊，而當(dāng)電源切斷后， U 型鐵棒就什么鐵塊也吸不住，重新成為一根普通的鐵棒。   斯特金的電磁鐵發(fā)明，使人們看到了把電能轉(zhuǎn)化為磁能的光明前景，這一發(fā)明很快在英國、美國以及西歐一些沿海國家傳播開來。   1829 年，美國電學(xué)家亨利對斯特金電磁鐵裝置進(jìn)行了一些革新，絕緣導(dǎo)線代替裸銅導(dǎo)線，因此 不必?fù)?dān)心被銅導(dǎo)線過分靠近而短路。由于導(dǎo)線有了絕緣層，就可以將它們一圈圈地緊緊地繞在一起，由于線圈越密集，產(chǎn)生的磁場就越強(qiáng)，這樣就大大提高了把電能轉(zhuǎn)化為磁能的能力。到了 1831 年，亨利試制出了一塊更新的電磁鐵，雖然它的體積買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 10 并不大，但它能吸起 1 噸重的鐵塊。  電磁鐵是一種把電能轉(zhuǎn)化為直線運動機(jī)械能的電器元件 成本低 ,噪音小 ,壽命長 ,力度可精確地數(shù)碼控制 玩具 ,機(jī)車 ,工業(yè)自動化等需要把電能轉(zhuǎn)化為直線運動機(jī)械能 ,或電能轉(zhuǎn)化為吸力 ,制動力 ,加速能量的部件上 . 吸盤式電磁鐵是根據(jù)電磁轉(zhuǎn)換的原理，在通電狀態(tài)下產(chǎn)生強(qiáng)大的電磁吸力，以控制物件的前進(jìn)或停止?fàn)顟B(tài)。該電磁鐵結(jié)構(gòu)簡單緊湊，線圈置于軟磁材料外殼之中并以環(huán)氧澆封，具有體積小，吸力大，牢固，可靠，全密封，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等特點，該系列電磁鐵可進(jìn)行遠(yuǎn)程操作，動作簡單靈敏，功能穩(wěn)定可靠。被廣泛應(yīng)用在自動化作業(yè)線上作為材料或產(chǎn)品的輸送控制件，在機(jī)械手、食品機(jī)械、醫(yī)療機(jī)械、自動化控制系統(tǒng)中亦有應(yīng)用  磁鐵分類  電磁鐵的結(jié)構(gòu)形式很多，按磁路系統(tǒng)形式可分為拍合式、盤式、 E 形和螺管式。按銜鐵運動方式可分為轉(zhuǎn)動式和直 動式。   按其線圈電流的性質(zhì)可分為直流電磁鐵和交流電磁鐵；按用途不同可分為牽引電磁鐵、制動電磁鐵、起重電磁鐵及其他類型的專用電磁鐵。   牽引電磁鐵主要用于自動控制設(shè)備中，用來牽引或推斥機(jī)械裝置，以達(dá)到自控或遙控的目的；制動電磁鐵是用來操縱制動器，以完成制動任務(wù)的電磁鐵；  起重電磁鐵是用于起重、搬運鐵磁性重物的電磁鐵。   另外，電磁鐵根據(jù)所用電源的不同，有以下三種：   交流電磁鐵。閥用交流電磁鐵的使用電壓一般為交流 220V，電氣線路配置簡單。交流電磁鐵啟動力較大，換向時間短。但換向沖擊大，工作時溫升高 (外殼 設(shè)有散熱筋 )；當(dāng)閥芯卡住時，電磁鐵因電流過大易燒壞，可靠性較差，所以切換頻率不許超過 30 次 命較短。   直流電磁鐵。直流電磁鐵一般使用 24V 直流電壓，因此需要專用直流電源。其優(yōu)點是不會因鐵芯卡住而燒壞 (其圓筒形外殼上沒有散熱筋 )，體積小，工作可靠，允許切換頻率為 120 次 向沖擊小，使用壽命較長。但啟動力比交流電磁鐵小。   本整型電磁鐵。本整型指交流本機(jī)整流型。這種電磁鐵本身帶有半波整流器，可以在直接使用交流電源的同時，具有直流電磁鐵的結(jié)構(gòu)和特性。   買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 11 程開關(guān)的選擇  行程開關(guān)又 稱為限位開關(guān)，是一種利用生產(chǎn)機(jī)械某些運動部件的碰撞來發(fā)出控制命令的主令電器。用于控制生產(chǎn)機(jī)械的運動方向，速度，行程大小或位置的一種自動控制器件。  行程開關(guān)廣泛應(yīng)用于各類機(jī)床，起重機(jī)以及輕工業(yè)機(jī)械的行程控制。當(dāng)生產(chǎn)機(jī)械運動到某一預(yù)定位置時，行程開關(guān)通過機(jī)械可動部分的動作，將機(jī)械信號轉(zhuǎn)換為電信號，以實現(xiàn)對生產(chǎn)機(jī)械的控制，限制它們的動作和位置，借此對生產(chǎn)機(jī)械以必要的保護(hù)。  行程開關(guān)按其結(jié)構(gòu)可分為直動式（如 列），滾輪式（如 微動式（如 列）三 種。  直動式行程開關(guān)的動作原理與按鈕相同。但它的缺點是分合速度取決于生產(chǎn)機(jī)械的移動速度，當(dāng)移動速度低于時，觸點分?jǐn)嗵资茈娀龘p。此時，應(yīng)采用有盤形彈簧機(jī)構(gòu)瞬時動作的滾輪式行程開關(guān)。當(dāng)生產(chǎn)機(jī)械的行程比較小且作用力也很小時，可采用具有瞬時動作和微小行程的微動式行程開關(guān)。  在本設(shè)計中，電磁鐵使吸盤產(chǎn)生磁力，從而吸盤將工件吸起。當(dāng)工件被搬運到預(yù)定位置時，通過撞擊行程開關(guān)，使吸盤與大氣相連，從而使吸盤放下工件。  通過綜合考慮，選擇滾輪式行程開關(guān) 列，其觸點為常閉觸點。行程開關(guān)放在機(jī)械手的手臂上，這樣可 以使行程開關(guān)隨機(jī)械手一起運動。  章小結(jié)  通過本章的設(shè)計計算，先通過工件計算了吸盤內(nèi)所需達(dá)到的壓強(qiáng)，然后依此選擇了真空泵的型號，行程開關(guān)的型號以及行程開關(guān)的位置。  買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 12 4  腕部的設(shè)計計算  部設(shè)計的基本要求  （ 1）  力求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕  腕部處于手臂的最前端，它連同手部的靜、動載荷均由臂部承擔(dān)。顯然，腕部的結(jié)構(gòu)、重量和動力載荷，直接影響著臂部的結(jié)構(gòu)、重量和運轉(zhuǎn)性能。因此，在腕部設(shè)計時，必須力求結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕。  （ 2）結(jié)構(gòu)考慮，合理布局  腕部作為機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，又承擔(dān)連接和支撐 作用，除保證力和運動的要求外，要有足夠的強(qiáng)度、剛度外，還應(yīng)綜合考慮，合理布局，解決好腕部與臂部和手部的連接。  （ 3）  必須考慮工作條件  對于本設(shè)計，機(jī)械手的工作條件是在工作場合中搬運加工的工件，因此不太受環(huán)境影響，沒有處在高溫和腐蝕性的工作介質(zhì)中，所以對機(jī)械手的腕部沒有太多不利因素。  部的結(jié)構(gòu)設(shè)計  腕部采用平面式，用四根支架作成。下面采用兩根支架 ,支架上面再放兩根支架，四根支架上都不采用實體式，如果吸盤的位置正好吸在工件孔的位置，這樣就會導(dǎo)致機(jī)械手不能搬動工件。采用此設(shè)計，可以人工調(diào)整機(jī)械手手部 的位置來解決此問題。上面和下面的支架通過手部吸盤上的螺栓進(jìn)行連接。跟螺栓進(jìn)行連接的墊片采用快換墊片，這樣可以迅速地調(diào)整機(jī)械手的手部位置。  章小結(jié)  本章根據(jù)機(jī)械手手腕需達(dá)到的要求，選擇了平面結(jié)構(gòu)的腕部結(jié)構(gòu)。并對組成腕部的支架采用非實體式以及采用快換墊片的優(yōu)點進(jìn)行了敘述。  買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 13 5  臂部的設(shè)計及有關(guān)計算  手臂部件是機(jī)械手的主要握持部件。它的作用是支撐腕部和手部（包括工件或工具），并帶動它們作空間運動。手臂的各種運動通常用驅(qū)動機(jī)構(gòu)和各種傳動機(jī)構(gòu)來實現(xiàn)，從臂部的受力情況分析，它在工作中即直接承受腕部、手部 、和工件的靜、動載荷，而且自身運動較多。因此，它的結(jié)構(gòu)、工作范圍、靈活性等直接影響到機(jī)械手的工作性能。   部設(shè)計的基本要求  一、  臂部應(yīng)承載能力大、剛度好、自重輕  根據(jù)受力情況，合理選擇截面形狀和輪廓尺寸。  提高支撐剛度和合理選擇支撐點的距離。  合理布置作用力的位置和方向。  注意簡化結(jié)構(gòu)。  提高配合精度。  二、  臂部運動速度要高，慣性要小  三、手臂動作應(yīng)該靈活  總結(jié)：以上要求是相互制約的，應(yīng)該綜合考慮這些問題，只有這樣，才能設(shè)計出完美的、性能良好的機(jī)械手。  臂的典型機(jī)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)的選擇  臂的典型運動機(jī)構(gòu)  常見的手臂伸縮機(jī)構(gòu)有以下幾種：  雙導(dǎo)桿手臂伸縮機(jī)構(gòu)。  手臂的典型運動形式有：直線運動，如手臂的伸縮，升降和橫向移動；回轉(zhuǎn)運動，如手臂的左右擺動，上下擺動；符合運動，如直線運動和回轉(zhuǎn)運動組合，兩直線運動的雙層液壓缸空心結(jié)構(gòu)。  雙活塞桿液壓崗結(jié)構(gòu)。  活塞桿和齒輪齒條機(jī)構(gòu)。  臂運動機(jī)構(gòu)的選擇  買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 14 通過以上，綜合考慮，本設(shè)計要求機(jī)械手垂直移動，選擇齒輪齒條機(jī)構(gòu)。  臂部采用鋁合金材料，這樣可以減少手臂運動件的重量，可以減少臂部的慣量。臂部通過焊接與腕部相連，再通過焊接與齒 條外面的端板相連接。通過 螺釘將外端板與齒條相聯(lián)接。這樣當(dāng)齒條磨損后，可以換新的齒條。  章小結(jié)  本章設(shè)計了機(jī)械手的手臂結(jié)構(gòu)，手臂采用齒輪齒條機(jī)構(gòu)，對手臂與手腕以及與齒條聯(lián)結(jié)的方式做了介紹。  買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 15 6  機(jī)身的設(shè)計計算  機(jī)身是直接支撐和驅(qū)動手臂的部件。一般實現(xiàn)手臂的回轉(zhuǎn)和升降運動，這些運動的傳動機(jī)構(gòu)都安在機(jī)身上，或者直接構(gòu)成機(jī)身的軀干與底座相連。因此，臂部的運動越多，機(jī)身的機(jī)構(gòu)和受力情況就越復(fù)雜。機(jī)身是可以 固定的，也可以是行走的，還可以沿地面或架空軌道運動。  身的整體設(shè)計  按照設(shè)計要求，機(jī)械手要實現(xiàn)手臂的水平運動，實現(xiàn)手臂的回轉(zhuǎn)運動機(jī)構(gòu)一般設(shè)計在機(jī)身處。為了設(shè)計出合理的運動機(jī)構(gòu)，就要綜合考慮，分析。  機(jī)身承載著手臂，做垂直運動，是機(jī)械手的重要組成部分。常用的機(jī)身結(jié)構(gòu)有以下幾種：  （ 1）  回轉(zhuǎn)缸置于升降之下的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)優(yōu)點是能承受較大偏重力矩。其缺點是回轉(zhuǎn)運動傳動路線長，花鍵軸的變形對回轉(zhuǎn)精度的影響較大。  （ 2）  回轉(zhuǎn)缸置于升降之上的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)采用單缸活塞桿，內(nèi)部導(dǎo)向，結(jié)構(gòu)緊湊。但回轉(zhuǎn)缸與臂部一起升降，運動部 件較大。  （ 3）  活塞缸和齒條齒輪機(jī)構(gòu)。手臂的回轉(zhuǎn)運動是通過齒條齒輪機(jī)構(gòu)來實現(xiàn)：齒輪的往復(fù)回轉(zhuǎn)帶動與手臂連接的齒條的往復(fù)運動，從而使作水平運動。  分析：  經(jīng)過綜合考慮，本設(shè)計選用齒條齒輪結(jié)構(gòu)。齒輪通過鍵與軸相連接，電動機(jī)再通過V 帶輪帶動軸轉(zhuǎn)動，從而帶動齒輪轉(zhuǎn)動，齒輪將運動傳遞給齒條，最終通過齒條使機(jī)械手能夠作垂直運動。  動系統(tǒng)設(shè)計計算  軸的設(shè)計計算  軸是組成機(jī)器的主要零件之一 ,一切作回轉(zhuǎn)運動的傳動零件 (例如齒輪 ,蝸輪等 ),都必須安裝在軸上才能進(jìn)行運動及動力的傳遞。因此軸的主要功用是支撐回轉(zhuǎn) 零件及傳遞運動和動力。  在此次設(shè)計中，選擇 45 鋼作為軸的材料。因為碳鋼比合金鋼價廉，對應(yīng)力集中的敏感性較低，同時也可以用熱處理或化學(xué)熱處理的辦法提高其耐磨性和抗疲勞強(qiáng)度，所以碳鋼制造軸尤為廣泛。  買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 16 選擇軸徑：  軸的直徑30 (6因為軸的材料為 45 鋼，所以 1031260 150 的電動機(jī)型號為 2，額定功率 1速 500r/因為傳遞的效率 =以軸上的輸入功率 P= =11     0 轉(zhuǎn)速 n=(1500/r/60r/           (6所以 d 1 0101 15 3 以取軸的最小軸徑 d=35 軸的設(shè)計結(jié)構(gòu)見下圖  圖  6  買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 17 V 帶的設(shè)計計算  帶傳動是由固聯(lián)于主動軸上的帶輪，固聯(lián)于從動軸上的帶輪和緊套在兩輪上的傳動帶組成的。當(dāng)原動機(jī)驅(qū)動主動輪轉(zhuǎn)動時，由于帶和帶輪間的摩擦（或嚙合），便拖動從動輪一起轉(zhuǎn)動，并傳遞一定動力。帶傳動具有結(jié)構(gòu)簡單，傳動平穩(wěn)，造價低廉以及緩沖吸振等特點，在近代機(jī)械中被廣泛應(yīng)用。  在一般機(jī)械傳動中，應(yīng)用最廣的是 V 帶傳動。 V 帶的橫截面呈等腰梯形，帶輪 上也做出相應(yīng)的輪槽。傳動時， V 帶只和輪槽的兩個側(cè)面接觸，即以兩側(cè)面為工作面。根據(jù)槽面摩擦的原理，在同樣的張緊力下， V 帶傳動較平帶傳動能產(chǎn)生更大的摩擦力。這是V 帶傳性能上的最主要優(yōu)點，再加上 V 帶傳動允許的傳動比較大，結(jié)構(gòu)較緊湊，以及 而 V 帶傳動的應(yīng)用比平帶傳動廣泛得多。因此采用V 帶傳動。  因為電動機(jī)型號為 2，額定功率 11速 500r/動比i=天運轉(zhuǎn) &nb