搬箱機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)搬箱機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)搬箱機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)題目名稱(chēng)：搬箱機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)任務(wù)內(nèi)容（包括內(nèi)容、計(jì)劃、時(shí)間安排、完成工作量與水平具體要求）一 具體任務(wù)1 運(yùn)動(dòng)功能方案設(shè)計(jì)2 傳動(dòng)系統(tǒng)方案 設(shè)計(jì)3 結(jié)構(gòu)布局方案設(shè)計(jì)4 設(shè)計(jì)參數(shù)：紙箱尺寸 522 419122mm 紙箱重量 5kg 最大工作半徑 900mm 最大上升范圍 300mm 二 時(shí)間安排1 1-3 周 調(diào)研、撰寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告24 周畢業(yè)實(shí)習(xí)35-6 周 熟悉軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境，確定設(shè)計(jì)方案 47-10 周 設(shè)計(jì)搬箱機(jī)械手，確定各零部件尺寸 511-12 周 對(duì)搬箱機(jī)械手各零部件進(jìn)行設(shè)計(jì)建模，并裝配成整體模型，導(dǎo)出整 體裝配圖613-15

2、周 撰寫(xiě)畢業(yè)論文716 周 準(zhǔn)備答辯 三完成工作量1）畢業(yè)實(shí)習(xí)報(bào)告、開(kāi)題報(bào)告一份、設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)一份、論證報(bào)告一份。2）搬箱機(jī)械手設(shè)計(jì)二維 CAD、手繪 A1圖紙一份、零件圖數(shù)份。3）設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份。 四水平具體要求： 1）綜合運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)解決實(shí)際工程設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)研究課題； 2）能獨(dú)立設(shè)計(jì)計(jì)算、分析、繪圖、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理撰寫(xiě)技術(shù)報(bào)告； 3）學(xué)習(xí)機(jī)械設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)方法和科學(xué)研究的基本方法，學(xué)會(huì)查閱科學(xué)文獻(xiàn)、論文資料、機(jī)械手冊(cè) 工具書(shū)等。4）對(duì)總體方案設(shè)計(jì)及研究的確定與實(shí)施，確定主要系統(tǒng)和主要部件的設(shè)計(jì)依據(jù)。 其中： 參考文獻(xiàn)篇數(shù)： 10 篇以上說(shuō) 明 書(shū) 字 數(shù) ： 6 000字以上圖 紙 張 數(shù) ： 折

3、合 A0 圖紙 4 張，其中至少 1 張裝配圖專(zhuān)業(yè)負(fù)責(zé)人意見(jiàn)簽名：年月日搬箱機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)摘要鑒于目前我國(guó)的發(fā)展?fàn)顩r，對(duì)外對(duì)內(nèi)經(jīng)濟(jì)的繁榮發(fā)展，對(duì)于物流運(yùn)輸越來(lái)越依賴(lài)，運(yùn)輸 的自動(dòng)化提高對(duì)于目前國(guó)內(nèi)發(fā)展情況的提高至關(guān)重要。因此工業(yè)機(jī)器人在工業(yè)生產(chǎn)、運(yùn)輸中 更多更靈活的運(yùn)用就是最好的提高方法。工業(yè)機(jī)器人種類(lèi)繁多功能各不同。根據(jù)本設(shè)計(jì)需 要，參考紙箱重量、紙箱尺寸，工作范圍合理選擇傳動(dòng)與驅(qū)動(dòng)裝置，從而設(shè)計(jì)出一種搬運(yùn)紙 箱的機(jī)械手。最終完成任務(wù)實(shí)現(xiàn)了預(yù)期目標(biāo)設(shè)計(jì)出可靠可行的搬箱機(jī)械手。本機(jī)械手結(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 單、制造、裝配方便成本較低、占空間較小、工作范圍較大、運(yùn)動(dòng)靈活、操作簡(jiǎn)便，可大批 量生產(chǎn)用于搬運(yùn)工作，

4、柔性度較高，可匹配多種負(fù)載。 矚慫潤(rùn)厲釤瘞睞櫪廡賴(lài)。本題目涉及到理論力學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)、工程材料、工程制圖、互換性測(cè)量、液壓與氣壓傳 動(dòng)、機(jī)械原理、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)等方面的知識(shí)內(nèi)容。 聞創(chuàng)溝燴鐺險(xiǎn)愛(ài)氌譴凈。關(guān)鍵詞： 機(jī)械手；搬箱；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)The structural design ofmanipulator for moving boxAbstractIn view of the present state of developmenti n China.The internal and external economic prosperity.More and more dependent on

5、logistics and transport.Transportationa utomations improvment of the domestic development is essential to improve the current situation.So its the best way to use industrial robot in industrial production and transportation more and flexibler.Industrial robots have a lot of variety and feature.Accor

6、ding to the design requirement and weig、htsize of boxes,working range choose the transmission and drive device in reason to design out a manipulator for moving boxes.At last complete the task and achieve the desired objectives to design reliable and feasible to move the box manipulator.The manipulat

7、or is simple,easy to manufacture and rig out,low price .Can be used for handling high-volume work and many situat殘io騖n樓. 諍錈瀨濟(jì)溆塹籟。The completing design manipulator has the small covered area,big working range,simple structure,low cost,merits of the vivid movement and simple operation etc.Therefore,it

8、s suitable for use in reality production釅.錒極額閉鎮(zhèn)檜豬訣錐。Keywords： Manipulator;Moving box;Structure design目錄摘要Abstract1 緒論 彈. 1貿(mào)攝爾霽斃攬磚鹵廡。1.1 工業(yè)機(jī)器人定義 1 謀蕎摶篋飆鐸懟類(lèi)蔣薔。1.2 工業(yè)機(jī)械手的組成與分類(lèi) 1 廈礴懇蹣駢時(shí)盡繼價(jià)騷。1.2.1 工業(yè)機(jī)械手的組成 1.煢 楨廣鰳鯡選塊網(wǎng)羈淚。1.2.2 工業(yè)機(jī)械手的分類(lèi) 1.鵝 婭盡損鵪慘歷蘢鴛賴(lài)。1.3 選題背景 2籟叢媽羥為贍僨蟶練淨(jìng)。1.4 設(shè)計(jì)目的 2預(yù)頌圣鉉儐歲齦訝驊糴。2 總體設(shè)計(jì)方案論證 滲 4

9、釤嗆儼勻諤鱉調(diào)硯錦。2.1 機(jī)械手的總體方案 4鐃誅臥瀉噦圣騁貺頂廡。2.1.1 機(jī)械手總體結(jié)構(gòu)方式 4. 擁締鳳襪備訊顎輪爛薔。2.1.2 確定方案 5.贓 熱俁閫歲匱閶鄴鎵騷。2.2 機(jī)械手腰部方案確定 5 壇摶鄉(xiāng)囂懺蔞鍥鈴氈淚。2.2.1 機(jī)械手腰部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求 5. 蠟變黲癟報(bào)倀鉉錨鈰贅。2.2.2 確定方案 5.買(mǎi) 鯛鴯譖曇膚遙閆擷凄。2.3 機(jī)械手手臂方案確定 6 綾鏑鯛駕櫬鶘蹤韋轔糴。2.3.1 機(jī)械手手臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求 6. 驅(qū)躓髏彥浹綏譎飴憂錦。2.3.2 確定方案 6.貓 蠆驢繪燈鮒誅髏貺廡。2.4 機(jī)械手手腕連接方式 7 鍬籟饗逕瑣筆襖鷗婭薔。2.5 機(jī)械手手部方案確定 7

10、 構(gòu)氽頑黌碩飩薺齦話騖。2.5.1 機(jī)械手手部設(shè)計(jì)要求 7. 輒嶧陽(yáng)檉籪癤網(wǎng)儂號(hào)澩。2.5.2 機(jī)械手夾持器的運(yùn)動(dòng)和驅(qū)動(dòng)方式 7. 堯側(cè)閆繭絳闕絢勵(lì)蜆贅。2.5.3 機(jī)械手夾持器的典型結(jié)構(gòu) 7. 識(shí)饒鎂錕縊灩筧嚌儼淒。2.5.4 確定方案 9.凍 鈹鋨勞臘鍇癇婦脛糴。2.6 機(jī)械手機(jī)械傳動(dòng)方案確定 9 恥諤銪滅縈歡煬鞏鶩錦。2.6.1 機(jī)械手傳動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問(wèn)題 9. 鯊腎鑰詘褳鉀溈懼統(tǒng)庫(kù)。2.6.2 機(jī)械手傳動(dòng)機(jī)構(gòu)常見(jiàn)形式 9. 碩癘鄴頏謅攆檸攜驤蘞。2.6.3 確定方案 1.0 閿擻輳嬪諫遷擇楨秘騖。2.7 機(jī)械手驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)方案確定 10 氬嚕躑竄貿(mào)懇彈瀘頷澩。2.7.1 機(jī)械手各類(lèi)驅(qū)動(dòng)

11、系統(tǒng)的特點(diǎn) 1. 0釷鵒資贏車(chē)贖孫滅獅贅。2.7.2 確定方案 1.1 慫闡譜鯪逕導(dǎo)嘯畫(huà)長(zhǎng)涼。2.8 機(jī)械手手臂平衡機(jī)構(gòu)選擇 12 諺辭調(diào)擔(dān)鈧諂動(dòng)禪瀉類(lèi)。3 主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 1嘰3覲詿縲鐋囁偽純鉿錈。3.1 液壓缸氣缸設(shè)計(jì)計(jì)算 13 熒紿譏鉦鏌觶鷹緇機(jī)庫(kù)。3.1.1 手部氣缸設(shè)計(jì)計(jì)算 1.3 鶼漬螻偉閱劍鯫腎邏蘞。3.1.2 手臂液壓缸設(shè)計(jì)計(jì)算 1.5 紂憂蔣氳頑薟驅(qū)藥憫騖。3.1.3 升降液壓缸設(shè)計(jì)計(jì)算 1.7 穎芻莖蛺餑億頓裊賠瀧。3.2 電機(jī)選型參數(shù)計(jì)算 19 濫驂膽閉驟羥闈詔寢賻。3.2.1 相關(guān)參數(shù)的計(jì)算 1.9 銚銻縵嚌鰻鴻鋟謎諏涼。3.2.2 電機(jī)型號(hào)選擇 2.2 擠貼綬電麥結(jié)

12、鈺贖嘵類(lèi)。3.3 齒輪傳動(dòng)強(qiáng)度校核 23 賠荊紳諮侖驟遼輩襪錈。結(jié)論 塤25礙籟饈決穩(wěn)賽釙冊(cè)庫(kù)。參考文獻(xiàn) 裊26樣祕(mì)廬廂顫諺鍘羋藺。致謝 錯(cuò). 誤！未定義書(shū)簽。 倉(cāng)嫗盤(pán)紲囑瓏詁鍬齊驁。1 緒論1 緒論1.1 工業(yè)機(jī)器人定義機(jī)器人是一個(gè)擁有很多自由度的，能夠?qū)崿F(xiàn)許多模擬人動(dòng)作和肢體結(jié)構(gòu)功能的機(jī) 器；工業(yè)機(jī)器人則是在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用的機(jī)器人。 綻萬(wàn)璉轆娛閬蟶鬮綰瀧。1.2 工業(yè)機(jī)械手的組成與分類(lèi)1.2.1 工業(yè)機(jī)械手的組成各類(lèi)工業(yè)機(jī)器人一般都由操作機(jī)(執(zhí)行機(jī)構(gòu))、驅(qū)動(dòng)裝置、控制系統(tǒng)組成。(1) 操作機(jī)(執(zhí)行機(jī)構(gòu)) 操作機(jī)具有和人臂相似的功能，是可在空間抓放物體或進(jìn)行其他操作的機(jī)械裝置。 包括機(jī)座、手

13、臂、手腕和末端執(zhí)行器。 驍顧燁鶚巰瀆蕪領(lǐng)鱺賻。1) 末端執(zhí)行器(手部) 是執(zhí)行最重要?jiǎng)幼鞯牟僮鳈C(jī)部件，能裝配夾持機(jī)構(gòu)、執(zhí)行 機(jī)構(gòu)等構(gòu)件。夾持器可分為機(jī)械加緊、真空抽吸、液壓張緊和磁力等多種。 瑣釙濺曖惲錕縞 馭篩涼。2) 手腕 是用來(lái)支承并調(diào)整手部姿態(tài)，擁有 23 個(gè)自由度的起連接作用的部件，可 增大手部的轉(zhuǎn)動(dòng)范圍。有的專(zhuān)用機(jī)器人可以沒(méi)有手腕而直接降末端執(zhí)行器安裝在手臂的 端部。常采用齒條傳動(dòng)及輪系結(jié)構(gòu)。 鎦詩(shī)涇艷損樓紲鯗餳類(lèi)。3) 手臂 是由操作機(jī)的連接桿件和關(guān)節(jié)組成，用于支持和協(xié)調(diào)手腕及末端執(zhí)行器的 位置。手臂有時(shí)不止一條，還可以包括肘關(guān)節(jié)和肩關(guān)節(jié)。一般將靠近末端執(zhí)行器的一節(jié) 稱(chēng)為小臂，靠

14、近機(jī)座的稱(chēng)為大臂。手臂與機(jī)座間用關(guān)節(jié)連接，因而擴(kuò)大了末端執(zhí)行器姿 態(tài)的運(yùn)動(dòng)范圍。 櫛緶歐鋤棗鈕種鵑瑤錟。4) 腰部 稱(chēng)為立柱，是承載手臂的元件，手臂依靠它來(lái)位移，用來(lái)擴(kuò)大手臂地工作 半徑。5) 機(jī)座 是固定不動(dòng)并承受各種應(yīng)力、力的的元件。分為固定式和移動(dòng)式兩類(lèi)，移 動(dòng)式機(jī)座下部安裝行走機(jī)構(gòu)，可擴(kuò)大機(jī)器人的工作范圍；行走機(jī)構(gòu)多為滾輪或履帶，分 為有軌與無(wú)軌兩種。近些年來(lái)發(fā)展的步行機(jī)器人，其行走機(jī)構(gòu)多為連桿機(jī)構(gòu)。 轡燁棟剛殮 攬瑤麗鬮應(yīng)。(2) 驅(qū)動(dòng)裝置 機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)設(shè)備用來(lái)驅(qū)動(dòng)機(jī)器人工作，根據(jù)能量源的不同分為電子式、液壓式和 氣壓式三種，其中執(zhí)行機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)、液壓缸和氣缸可以與操作機(jī)直接相連，也可

15、通過(guò)齒 輪、諧波減速器和鏈條裝置等傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與操作機(jī)連接。 峴揚(yáng)斕滾澗輻灄興渙藺。(3) 控制裝置 控制系統(tǒng)根據(jù)動(dòng)作要求可分為開(kāi)環(huán)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。很多工業(yè)機(jī)器人采用計(jì)算機(jī)控 制，一般分為決策級(jí)、策略級(jí)和執(zhí)行級(jí)三級(jí)。決策級(jí)的功能是識(shí)別環(huán)境，建立模型，將 作業(yè)任務(wù)分解為基本動(dòng)作序列；策略級(jí)將基本動(dòng)作變?yōu)殛P(guān)節(jié)坐標(biāo)協(xié)調(diào)變化的規(guī)律，分配 給各關(guān)節(jié)的伺服系統(tǒng)；執(zhí)行級(jí)給出各關(guān)節(jié)伺服系統(tǒng)執(zhí)行給定的指令。 詩(shī)叁撻訥燼憂毀厲鋨驁。1.2.2 工業(yè)機(jī)械手的分類(lèi)(1) 按用途分機(jī)械手可分為專(zhuān)用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種 :1) 專(zhuān)用機(jī)械手 它是附屬于主機(jī)的、具有固定程序而無(wú)獨(dú)立控制系統(tǒng)的機(jī)械裝置。專(zhuān)用機(jī)械手具有東北林業(yè)大學(xué)

16、本科設(shè)計(jì)動(dòng)作少、工作對(duì)象單一、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用可靠和造價(jià)低等特點(diǎn)。 則鯤愜韋瘓賈暉園棟瀧。2) 通用機(jī)械手 它是一種具有獨(dú)立控制系統(tǒng)的程序可變的、動(dòng)作靈活多樣的機(jī)械手。通用機(jī)械手的 工作范圍大定位精度高通用性強(qiáng)，適用于不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量自動(dòng)化的生產(chǎn)。 脹鏝彈奧秘孫戶孿釔賻。(2) 按驅(qū)動(dòng)方式分1) 液壓傳動(dòng)機(jī)械手 是以液壓的壓力來(lái)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手。其主要特點(diǎn)是: 抓重可達(dá)幾百公斤以上、傳動(dòng)平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)緊湊、動(dòng)作靈敏。 鰓躋峽禱紉誦幫廢掃減。2) 氣壓傳動(dòng)機(jī)械手 是以壓縮空氣的壓力來(lái)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手。其主要特點(diǎn)是 : 介質(zhì)李源極為 方便，輸出力小，氣動(dòng)動(dòng)作迅速，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本

17、低。 稟虛嬪賑維嚌妝擴(kuò)踴糶。3) 機(jī)械傳動(dòng)機(jī)械手 即由機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手。它是一種附屬于工作主機(jī)的專(zhuān)用機(jī)械手，其動(dòng)力 是由工作機(jī)械傳遞的。它的主要特點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確可靠，動(dòng)作頻率大，但結(jié)構(gòu)較大，動(dòng)作 程序不可變。它常被用于工作主機(jī)的上、下料。 陽(yáng)簍埡鮭罷規(guī)嗚舊巋錟。4) 電力傳動(dòng)機(jī)械手 即有特殊結(jié)構(gòu)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、直線電機(jī)或功率步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī) 械手，因?yàn)椴恍枰虚g的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，故機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。此類(lèi)機(jī)械手目前還不多，但有發(fā) 展前途。 溈氣嘮戇萇鑿鑿櫧諤應(yīng)。(3) 按控制方式分1) 點(diǎn)位控制 它的運(yùn)動(dòng)為空間點(diǎn)到點(diǎn)之間的移動(dòng)，只能控制運(yùn)動(dòng)過(guò)程中幾個(gè)點(diǎn)的位置，不能控制 其運(yùn)動(dòng)軌跡。若欲

18、控制的點(diǎn)數(shù)多，則必然增加電氣控制系統(tǒng)的復(fù)雜性。 鋇嵐縣緱虜榮產(chǎn)濤團(tuán) 藺。2) 連續(xù)軌跡控制 它的運(yùn)動(dòng)軌跡為空間的任意連續(xù)曲線，其特點(diǎn)是設(shè)定點(diǎn)為無(wú)限的，整個(gè)移動(dòng)過(guò)程處 于控制之下，可以實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)和準(zhǔn)確的運(yùn)動(dòng)，并且使用范圍廣，但電氣控制系統(tǒng)復(fù)雜。 懨 俠劑鈍觸樂(lè)鷴燼觶騮。1.3 選題背景 鑒于目前我國(guó)的發(fā)展?fàn)顩r，對(duì)外對(duì)內(nèi)經(jīng)濟(jì)的繁榮發(fā)展，對(duì)于物流運(yùn)輸越來(lái)越依賴(lài)， 運(yùn)輸?shù)淖詣?dòng)化提高對(duì)于目前國(guó)內(nèi)發(fā)展情況的提高至關(guān)重要。因此工業(yè)機(jī)器人在工業(yè)生 產(chǎn)、運(yùn)輸中更多更靈活的運(yùn)用就是最好的方法。鑒于現(xiàn)如今工業(yè)的自動(dòng)化程度體現(xiàn)了一 個(gè)國(guó)家的整體工業(yè)現(xiàn)代化水平，因此對(duì)于工業(yè)自動(dòng)化的多樣性、靈活性等體現(xiàn)明顯的工 業(yè)機(jī)械手就

19、成為世界主流的發(fā)展方向。工業(yè)的現(xiàn)代化體現(xiàn)一個(gè)國(guó)家是否強(qiáng)大，能否抵御 外敵讓百姓過(guò)上和平快樂(lè)安逸富足的生活。目前中國(guó)消費(fèi)者網(wǎng)上購(gòu)物的次數(shù)是歐洲消費(fèi) 者的 4 倍，是美國(guó)和英國(guó)消費(fèi)者的兩倍左右。在 2012 年前 3 季度，中國(guó)網(wǎng)上購(gòu)物市場(chǎng) 交易規(guī)模達(dá) 7788 億元人民幣，超 2011 年的全年總數(shù) ;2013 年網(wǎng)上零售總額將占整體社 會(huì)消費(fèi)品零售總額 6%左右。由此可見(jiàn)，市場(chǎng)對(duì)于工業(yè)機(jī)械手的需求量如此之大，如此 大的產(chǎn)業(yè)需要有充沛的“后勤”保障，對(duì)于機(jī)械手的設(shè)計(jì)是非常有意義的。 謾飽兗爭(zhēng)詣繚鮐 癩別瀘。1.4 設(shè)計(jì)目的現(xiàn)在，機(jī)械手以不僅僅應(yīng)用于生產(chǎn)在物流領(lǐng)域里也應(yīng)用廣泛。為了能夠靈活迅速的1

20、 緒論運(yùn)輸商品不僅需要快速的傳送軌道，還要有穩(wěn)定靈活的搬運(yùn)機(jī)器人完成運(yùn)輸不同階段的交接。本次設(shè)計(jì)就是要設(shè)計(jì)一個(gè)搬運(yùn)紙箱的機(jī)械手，在結(jié)構(gòu)上力求簡(jiǎn)單實(shí)用滿足結(jié)構(gòu)剛度和強(qiáng)度要求，來(lái)完成目前繁忙的搬運(yùn)工作，節(jié)約了勞動(dòng)力的同時(shí)提高了搬運(yùn)效率，減少諸多不確定且對(duì)人體健康不利的因素。運(yùn)用大學(xué)四年學(xué)習(xí)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)完成本次畢業(yè)設(shè) 計(jì)，體現(xiàn)出機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)學(xué)生的素質(zhì)也是本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的之一。 咼 鉉們歟謙鴣餃競(jìng)蕩賺。沿 列。 鏇轎騍鐐縛縟糶。圖 2-1 直角坐標(biāo)機(jī)械手東北林業(yè)大學(xué)本科設(shè)計(jì)2 總體設(shè)計(jì)方案論證2.1 機(jī)械手的總體方案2.1.1 機(jī)械手總體結(jié)構(gòu)方式 工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)形式主要有直角坐標(biāo)式，圓

21、柱坐標(biāo)式，球坐標(biāo)式，關(guān)節(jié)型結(jié)構(gòu)四 各個(gè)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)與形式，介紹如下。 瑩諧齷蘄賞組靄縐嚴(yán)減。(1) 直角坐標(biāo)式機(jī)械手 如圖 2-1，其手臂的運(yùn)動(dòng)方式由直線位移構(gòu)成，即沿 X 軸的伸縮、沿 Z 軸的升降、麩肅鵬Y 軸的橫移。它特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，定位精度高，適用于的場(chǎng)合是主機(jī)的坐標(biāo)規(guī)律排 但是它的占地面積較大而工作范圍較小且運(yùn)動(dòng)不太靈活導(dǎo)致它的使用率不高。(2) 圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手如圖 2-2，其手臂運(yùn)動(dòng)方式由直線位移和旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)構(gòu)成，即朝X 軸的遠(yuǎn)近位移，朝Z 軸的上下位移和繞 Z 軸的旋轉(zhuǎn)。它占用底層水平二維空間小、工作空間大、機(jī)構(gòu)不復(fù) 雜可以完成比較高的定位精度應(yīng)用廣泛。 納疇鰻吶鄖禎銣膩鰲錟。(3

22、) 球座標(biāo)式機(jī)械手如圖 2-3，其手臂的運(yùn)動(dòng)方式由直線位移和圓周擺動(dòng)構(gòu)成，即 X 軸的位移、繞 Y 軸 的俯仰、繞 Z 軸的旋轉(zhuǎn)。這種機(jī)械手動(dòng)作靈活、工作范圍大、占地面積小。它適用于沿 伸縮方向向圓周外側(cè)作業(yè)的傳動(dòng)形式。 風(fēng)攆鮪貓鐵頻鈣薊糾廟。(4) 關(guān)節(jié)式機(jī)械手如圖 2-4，其機(jī)械手可以做幾個(gè)自由度的旋轉(zhuǎn)，它由大臂和小臂以及腰部組成，大 小兩臂的連接為肘關(guān)節(jié)，大臂與立柱的鏈接為肩關(guān)節(jié)，各關(guān)節(jié)均由鉸鏈構(gòu)成以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn) 動(dòng)，手臂的運(yùn)動(dòng)系由三個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)所組成，即大臂的俯仰、小臂的俯仰、大臂的回轉(zhuǎn)。 它工作范圍大、動(dòng)作靈活、通用性強(qiáng)，能夠繞過(guò)機(jī)體與工作主機(jī)抓取物體。它的手指控 制位置精度不高，需要多個(gè)關(guān)

23、節(jié)同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)提供姿態(tài)并且其輔助設(shè)施、結(jié)構(gòu)都較很復(fù) 雜。 滅噯駭諗鋅獵輛覯餿藹。緒論圖 2-3 球坐標(biāo)機(jī)械手圖 2-4 關(guān)節(jié)式機(jī)械手 鐒鸝餉飾鐔閌貲諢癱騮2.1.2 確定方案具體到本設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)為搬運(yùn)尺寸 522 419 122 、毛重 5kg 紙箱，用傳送帶運(yùn)輸， 考慮在滿足要求的前提下，盡量簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，以減小成本、提高可靠度。根據(jù)動(dòng)作要求， 把紙箱從一個(gè)傳送帶上抓取下來(lái)放到更大的紙箱中進(jìn)行裝箱，在裝箱的過(guò)程中要求有 X 軸的伸縮來(lái)排列紙箱，要求有繞 Z 軸的旋轉(zhuǎn)來(lái)完成從傳送帶上去下紙箱并進(jìn)行裝箱，要 求要有沿 Z 軸的升降來(lái)完成對(duì)紙箱進(jìn)行層層碼垛，并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單為宜便于安裝維修，同 時(shí)對(duì)于手部的設(shè)

24、計(jì)要求可以根據(jù)紙箱的不同位置可以用不同的姿態(tài)來(lái)完成抓取，即手腕 處要求有一個(gè)繞 Z 軸的旋轉(zhuǎn)。綜上所述，要求的自由度為 3 個(gè)外加一個(gè)手腕的旋轉(zhuǎn)自由 度，所以選擇圓柱坐標(biāo)式即一個(gè)繞 Z 軸的旋轉(zhuǎn)、一個(gè)沿 Z 軸的上下移動(dòng)、一個(gè)沿 X 軸 的伸縮，其特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，手臂運(yùn)動(dòng)范圍大，且有較高的定位準(zhǔn)確度。 攙閿頻嶸 陣澇諗譴隴瀘。2.2 機(jī)械手腰部方案確定2.2.1 機(jī)械手腰部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求(1) 要有足夠大的安裝基面，以保證機(jī)器人工作時(shí)的穩(wěn)定性(2) 腰部承受機(jī)器人全部重力和工作載荷，應(yīng)保證足夠的強(qiáng)度、剛度和承載能力。(3) 腰部軸系及傳動(dòng)鏈的精度和剛度對(duì)末端執(zhí)行器的運(yùn)動(dòng)精度影響最大。因此，

25、腰部 與手臂的連接要有可靠的定位基準(zhǔn)面，要有調(diào)整軸承間隙和傳動(dòng)間隙的調(diào)整機(jī)構(gòu)。 趕輾雛 紈顆鋝討躍滿賺。2.2.2 確定方案 腰座回轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)形式只有電機(jī)減速機(jī)構(gòu)以及擺動(dòng)液壓缸或液壓馬達(dá)。因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)驅(qū) 動(dòng)系統(tǒng)采用低轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、大轉(zhuǎn)矩交直流伺服電動(dòng)機(jī)及其配套的伺服驅(qū)動(dòng)器，又具有不需 要能量轉(zhuǎn)換、使用方便控制靈活等特點(diǎn)。考慮到腰座的回轉(zhuǎn)對(duì)機(jī)械手的最終精度影響 大，故采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)腰部的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。經(jīng)考慮采用大傳動(dòng)比的齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行 減速和扭矩的放大。選用一級(jí)齒輪傳動(dòng)來(lái)減小齒側(cè)間隙導(dǎo)致的誤差，并且為了減少空間 加強(qiáng)機(jī)械手的整體結(jié)構(gòu)，齒輪采用高強(qiáng)度、高硬度的材料，高精度加工制造。腰部升降 的驅(qū)動(dòng)形式采

26、用液壓升降，因?yàn)橐簤焊准仁球?qū)動(dòng)元件又是執(zhí)行元件，并且液壓缸的液壓 桿自帶導(dǎo)程無(wú)需額外的光杠輔助導(dǎo)程，液壓缸的強(qiáng)度也很大可以保證機(jī)械手因旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生 的扭矩，且動(dòng)力大能夠承受機(jī)械手的全部重量，技術(shù)成熟并且便于用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)直接控 制。腰部具體結(jié)構(gòu)如圖 2-5 所示。 夾覡閭輇駁檔驀遷錟減。東北林業(yè)大學(xué)本科設(shè)計(jì)1.齒輪 2.圓錐滾子軸承 3.鎖緊螺母 4.回轉(zhuǎn)電機(jī) 5.升降液壓缸圖 2-5 機(jī)械手腰部結(jié)構(gòu)2.3 機(jī)械手手臂方案確定2.3.1 機(jī)械手手臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求(1) 手臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要符合動(dòng)作需求。(2) 根據(jù)手臂所受載荷和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，合理選擇手臂截面形狀和高強(qiáng)度材質(zhì)材料。(3) 要設(shè)法減小機(jī)械間隙引起

27、的運(yùn)動(dòng)誤差，提高運(yùn)動(dòng)的精準(zhǔn)性和運(yùn)動(dòng)剛度。采用緩沖 和限位裝置提高定位精度。2.3.2 確定方案手臂的運(yùn)動(dòng)是沿 X 軸的伸縮運(yùn)動(dòng)，是直線運(yùn)動(dòng)。直線運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)一般是氣動(dòng)傳動(dòng)， 液壓傳動(dòng)以及電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠來(lái)實(shí)現(xiàn)。氣壓傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性不高，對(duì)于本次設(shè)計(jì) 的精度考慮不宜采用，電機(jī)驅(qū)動(dòng)精度高但是電機(jī)本身無(wú)法直接完成動(dòng)作需要另外的執(zhí)行 元件，因此結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜且成本較高。液壓驅(qū)動(dòng)穩(wěn)定性好，精度較高，主要是液壓元件 既是驅(qū)動(dòng)元件又是可以執(zhí)行元件較之電動(dòng)元件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單節(jié)約了空間，而且液壓缸有良好 的剛度符合本次設(shè)計(jì)對(duì)于機(jī)械手手臂剛度的要求。液壓缸的驅(qū)動(dòng)力較大，能夠提供很好 的伸縮運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力。對(duì)于不同級(jí)別的負(fù)載更

28、換元件也比較方便。所以手臂采用液壓缸驅(qū) 動(dòng)。 視絀鏝鴯鱭鐘腦鈞欖糲。2 總體設(shè)計(jì)方案論證2.4 機(jī)械手手腕連接方式通過(guò)對(duì)實(shí)際情況分析，機(jī)械手手部與手臂連接無(wú)需自由度，采用固連即可。本設(shè)計(jì) 通過(guò)中心孔帶有螺紋的法蘭與手部用螺栓連接，手臂與法蘭螺紋連接并通過(guò)鎖緊螺母使 手部保持豎直狀態(tài)。具體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖 2-6 所示。 偽澀錕攢鴛擋緬鐒鈞錠。1.法蘭 2.鎖緊螺母 3.活塞桿 圖 2-6 手腕連接方式2.5 機(jī)械手手部方案確定2.5.1 機(jī)械手手部設(shè)計(jì)要求(1) 末端執(zhí)行器要能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)作需要的夾持力以及按要求可以達(dá)到的位置精度。(2) 應(yīng)盡可能使末端執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、質(zhì)量輕，以減輕手臂的負(fù)荷

29、。提倡設(shè) 計(jì)可快速更換的系列化、通用化專(zhuān)用末端執(zhí)行器。 緦徑銚膾齲轎級(jí)鏜撟廟。(3) 夾持范圍要與工件相適應(yīng)，動(dòng)作要快速靈活。(4) 結(jié)構(gòu)應(yīng)簡(jiǎn)單、重量輕、強(qiáng)度可靠、易磨損處應(yīng)便于更換。2.5.2 機(jī)械手夾持器的運(yùn)動(dòng)和驅(qū)動(dòng)方式 工業(yè)機(jī)器人中應(yīng)用的夾持器多為雙指手抓式，按其手爪的運(yùn)動(dòng)方式可分為平移型和 回轉(zhuǎn)型。回轉(zhuǎn)型手爪又可分為單支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型和雙支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型，按夾持方式可分為外夾式 和內(nèi)撐式。機(jī)械式夾持器按驅(qū)動(dòng)方式可分為電動(dòng)(或電磁)、液壓和氣動(dòng)三種。 騅憑鈳銘 僥張礫陣軫藹。2.5.3 機(jī)械手夾持器的典型結(jié)構(gòu)(1) 楔塊杠桿式夾持器 利用楔塊與連桿的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)手爪的張、緊來(lái)完成抓取工件的動(dòng)作。(

30、2) 連桿杠桿式夾持器 這種手爪在活塞的推力下，連桿和杠桿使手爪產(chǎn)生夾緊(放松)運(yùn)動(dòng)，由于杠桿的 力放大作用，這種手爪有可能產(chǎn)生較大的夾緊力。通常與彈簧一起使用。 癘騏鏨農(nóng)剎貯獄顥幗 騮。(3) 齒輪齒條平行連桿式夾持器 這種手爪通過(guò)活塞推動(dòng)齒條，齒條帶動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生手爪的夾緊與松開(kāi)動(dòng)作。(4) 平行杠桿式夾持器 采用平行四邊形機(jī)構(gòu)，不需要導(dǎo)軌就可以保證手爪的兩手指保持平行運(yùn)動(dòng)，但是比東北林業(yè)大學(xué)本科設(shè)計(jì)帶有導(dǎo)軌的平行移動(dòng)手爪的摩擦力要小很多鏃鋝過(guò)潤(rùn)啟婭澗駱讕瀘。2 總體設(shè)計(jì)方案論證2.5.4 確定方案 結(jié)合具體的工作情況，本次設(shè)計(jì)任務(wù)為搬運(yùn)兩側(cè)為平面的紙箱，因此選擇齒輪齒條 平行連桿式夾持

31、器較為合適，通過(guò)對(duì)齒條的驅(qū)動(dòng)可以使帶有齒輪的連桿繞定軸轉(zhuǎn)動(dòng)，通 過(guò)平面機(jī)構(gòu)帶動(dòng)夾塊的移動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)紙箱的夾緊，由于這種夾持方式對(duì)紙箱的夾緊力有限 所以在夾持器下方選擇有帶翻邊的夾塊。具體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖2-7 所示。 榿貳軻謄壟該檻鯔塏賽。1.平行連桿 2.吊環(huán) 3.扇形齒輪連桿 4.諧波減速器5.回轉(zhuǎn)電機(jī)圖 2-7 末端夾持器結(jié)構(gòu)圖2.6 機(jī)械手機(jī)械傳動(dòng)方案確定2.6.1 機(jī)械手傳動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問(wèn)題(1) 為了提高并控制機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)速度及準(zhǔn)確度，要求機(jī)械手各元件的質(zhì)量小。因 此，機(jī)器人的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)要力求結(jié)構(gòu)緊湊，質(zhì)量輕，體積小。 邁蔦賺陘賓唄擷鷦訟湊。(2) 傳動(dòng)部件應(yīng)盡量降低靜摩擦力，保證小的正

32、斜率動(dòng)摩擦否則會(huì)出現(xiàn)爬行現(xiàn)象，傳 動(dòng)精度失準(zhǔn)。因此，要采用低摩擦阻力的傳動(dòng)部件和導(dǎo)向支承部件，如滾珠絲杠副、滾 動(dòng)導(dǎo)向支承等。 嶁硤貪塒廩袞憫倉(cāng)華糲。(3) 采取消除傳動(dòng)間隙、減少支承變形等措施縮小反向死區(qū)誤差。2.6.2 機(jī)械手傳動(dòng)機(jī)構(gòu)常見(jiàn)形式(1) 帶傳動(dòng)帶傳動(dòng)又分為平帶傳動(dòng)、 V 帶傳動(dòng)和多楔帶傳動(dòng)1) 平帶傳動(dòng)應(yīng)用較多的情況為傳動(dòng)中心距較大的情況。常用的平帶有橡膠布帶、縫合棉布帶、 棉織帶和毛織帶等數(shù)種。其中以橡膠布帶應(yīng)用廣泛。 該櫟諼碼戇沖巋鳧薩錠。東北林業(yè)大學(xué)本科設(shè)計(jì)2) V 帶傳動(dòng)V 帶傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)更緊湊， V 帶已經(jīng)大量標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)且可以承受較大的傳動(dòng)比等優(yōu) 點(diǎn)，因而 V 帶傳動(dòng)的

33、應(yīng)用最廣泛。3) 多楔帶傳動(dòng) 結(jié)構(gòu)尺寸小，傳動(dòng)平穩(wěn)，常用于傳遞功率較大，有要求結(jié)構(gòu)緊湊的場(chǎng)合。(2) 鏈傳動(dòng) 由于沒(méi)有彈性滑動(dòng)和打滑現(xiàn)象，鏈傳動(dòng)比帶傳動(dòng)更能保持準(zhǔn)確的平均傳動(dòng)比；傳動(dòng) 效率高，能達(dá)到 98%；又因鏈條與鏈輪之間不用張得很緊，所以作用于軸上的壓力較 ??；在同樣使用條件下，鏈傳動(dòng)的承載能力也比帶傳動(dòng)強(qiáng)；適于遠(yuǎn)距離傳動(dòng)，中心距可 達(dá)十幾米；鏈傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)較為緊湊，且成本低廉，可在溫度較高、濕度較大、有油污、 腐蝕等惡劣條件下工作。 劇妝諢貰攖蘋(píng)塒呂侖廟。(3) 齒輪傳動(dòng)齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)： 1.效率高 2.結(jié)構(gòu)緊湊 3.工作可靠、壽命長(zhǎng) 4.傳動(dòng)比準(zhǔn)確、恒定 5. 適用的速度和功率范圍廣

34、6.要求加工精度和安裝精度較高，制造時(shí)需要專(zhuān)用工具和設(shè) 備，因此成本比較高。 7.不適合在兩軸中心距大的情況下使用。 臠龍訛驄椏業(yè)變墊羅蘄。(4) 蝸桿傳動(dòng) 可以達(dá)到大的傳動(dòng)比，噪音小，傳動(dòng)穩(wěn)定可靠，具有自鎖能力，但是安裝時(shí)對(duì)中心 距的尺寸精度要求較高。2.6.3 確定方案 具體到此次設(shè)計(jì)兩個(gè)直線自由度和一個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度，末端夾持器直線運(yùn)動(dòng)應(yīng)用氣動(dòng) 方式無(wú)需傳動(dòng)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)換，手臂直線自由度采用液壓缸驅(qū)動(dòng)直接當(dāng)作執(zhí)行元件無(wú)需傳動(dòng)機(jī) 構(gòu)簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)并且增強(qiáng)剛度，腰部的旋轉(zhuǎn)用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，必須要有傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)減速并增 大扭矩。經(jīng)分析采用圓柱齒輪，利用一級(jí)齒輪傳動(dòng)來(lái)減小齒輪傳動(dòng)因尺側(cè)間隙導(dǎo)致的傳 動(dòng)誤差，故齒輪需

35、要更高的強(qiáng)度來(lái)完成既定的動(dòng)作。 鰻順褸悅漚縫囅屜鴨騫。2.7 機(jī)械手驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)方案確定2.7.1 機(jī)械手各類(lèi)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)機(jī)械手關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)方式有液壓式、氣壓式和電動(dòng)式。(1) 液壓驅(qū)動(dòng) 機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方式采用液壓驅(qū)動(dòng)有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：1) 液壓容易達(dá)到較高的壓力，體積較小，可以獲得較大的推力或轉(zhuǎn)矩；2) 液壓系統(tǒng)介質(zhì)可壓縮性小，工作平穩(wěn)可靠，可以獲得較高的位置精度。3) 液壓傳動(dòng)中比較容易控制速度和力并使之自動(dòng)化。4) 液壓的介質(zhì)為油液，具備潤(rùn)滑和防銹能力，可以增加使用年限和提高機(jī)械效 率。液壓系統(tǒng)的不足之處是： 油液的黏度隨溫度變化而變化影響工作性能，高溫容易引起燃燒爆炸等危險(xiǎn)；造價(jià) 較高；容易引

36、起故障(2) 氣動(dòng)驅(qū)動(dòng) 與液壓驅(qū)動(dòng)相比，氣壓驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)是：1) 壓縮空氣黏度小容易達(dá)到高速2) 動(dòng)力來(lái)源易取得，可集中控制3) 空氣可應(yīng)用于高溫工作的情況- 10 -2 總體設(shè)計(jì)方案論證4）氣壓元件工作壓力低，故制造要求比液壓元件低 它的不足之處是：1）壓縮空氣常用壓力為 0.4 0.6Mpa 較低。2）空氣壓縮性大工作平穩(wěn)性差，速度控制困難，要達(dá)到準(zhǔn)確的位置控制很難3）除水問(wèn)題處理不當(dāng)會(huì)使鋼類(lèi)零件生銹，導(dǎo)致機(jī)械手失靈，排氣還會(huì)造成空氣污 染。（3）電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng) 電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)可分為普通交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，交、直流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū) 動(dòng)。普通交、直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)如果不加減速器無(wú)法提供足夠的有效力

37、矩，且運(yùn)動(dòng)不易控 制，適用于中型或重型機(jī)器人。伺服電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)輸出較小的力矩，慣性小易于 控制，可以實(shí)現(xiàn)速度與位置的精確控制，用于中小型機(jī)器人更合適。不同驅(qū)動(dòng)各種特點(diǎn) 見(jiàn)表 2-1。穡釓虛綹滟鰻絲懷紓濼。表 2-1 各種驅(qū)動(dòng)方式在不同方面的特點(diǎn)比較驅(qū)動(dòng)方式液壓驅(qū)動(dòng)氣壓驅(qū)動(dòng)電動(dòng)驅(qū)動(dòng)輸出力控制性能維修使用結(jié)構(gòu)體積使用范圍壓力高，輸出力大，穩(wěn) 定，容易控 制，可無(wú)級(jí)調(diào) 速維修方便，液在輸出力相 同的情況下 比氣壓驅(qū)動(dòng) 體積小中小型及可獲得大 的輸出力體對(duì)溫度變化 敏感重型機(jī)器 人可高速，沖擊維修簡(jiǎn)單，能壓力低，輸出力小大，精確定位 困難，阻尼在高溫，粉塵等惡劣環(huán)境下體積較大中小型機(jī) 器人差，低

38、速難控使用，泄漏無(wú)制污染輸出力較 大控制性能交需要減速裝速度低，差，慣性大，維修使用方便置，體積較特重大的不易精確定位大機(jī)器人輸出力較小或較大響應(yīng)快，定位 精度高，控制 系統(tǒng)復(fù)雜維修使用較復(fù) 雜體積較小程序復(fù) 雜，運(yùn)動(dòng) 軌跡要求 嚴(yán)格特點(diǎn)制造成本成本低成本較高異步、 直流電 機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 單，能源 方便，成 本低液壓元件 成本較 高，油路 比較復(fù)雜步進(jìn)、 伺服電 機(jī)2.7.2 確定方案 具體到本設(shè)計(jì)，考慮到腰部的回轉(zhuǎn)關(guān)聯(lián)末端執(zhí)行器的定位精度，所以應(yīng)用定位精度 高并且響應(yīng)速度快的步進(jìn)電機(jī)。回轉(zhuǎn)下方的升降元件用液壓元件，考慮到承載能力以及 垂直布置，可以利用重力實(shí)現(xiàn)下降，所以選用柱塞缸。手臂無(wú)法利用重

39、力且對(duì)于驅(qū)動(dòng)力 要求不是非常大選用單活塞液壓缸。末端執(zhí)行器的回轉(zhuǎn)也要求高定位精度，快速的反應(yīng) 能力、靈活的轉(zhuǎn)動(dòng)，輸出力要求不高選用步進(jìn)電機(jī)?？紤]到夾持器的驅(qū)動(dòng)氣壓元件垂直 放置而且對(duì)于工作環(huán)境要求較高，由于液壓元件的漏油是無(wú)法避免的元件的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致無(wú) 法經(jīng)常拆卸維護(hù)，所以選用單作用活塞桿式氣壓缸。氣缸通過(guò)活塞桿帶動(dòng)齒條使扇形齒 輪轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)完成手爪的擴(kuò)張合攏。 隸誆熒鑒獫綱鴣攣駘賽。- 11 -東北林業(yè)大學(xué)本科設(shè)計(jì)2.8 機(jī)械手手臂平衡機(jī)構(gòu)選擇除了關(guān)節(jié)坐標(biāo)機(jī)械手都可以通過(guò)合理布局，使手臂自身可能達(dá)到平衡。關(guān)節(jié)機(jī)器人 手臂一般都需要平衡裝置，以減小驅(qū)動(dòng)器的負(fù)荷，同時(shí)縮短啟動(dòng)時(shí)間。本設(shè)計(jì)采用圓柱 坐標(biāo)結(jié)

40、構(gòu)，由于手部結(jié)構(gòu)較多而且還有負(fù)載，考慮到機(jī)械手自身結(jié)構(gòu)根據(jù)實(shí)際情況選擇 配重塊平衡機(jī)構(gòu)。 浹繢膩叢著駕驃構(gòu)碭湊。- 12 -3 主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算3 主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算3.1 液壓缸氣缸設(shè)計(jì)計(jì)算3.1.1 手部氣缸設(shè)計(jì)計(jì)算（1）手爪氣缸驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算紙箱重量 G 5kg ，摩擦系數(shù)為 f 0.201）根據(jù)手部結(jié)構(gòu)，其驅(qū)動(dòng)力為 :FNFPR2 l cos3-1)得FP 2l cos FNR2 140 cos15 24594705( N )式中， FN為沿水平方向 X 軸作用于紙箱的力， NFP為氣缸沿 Z 軸的驅(qū)動(dòng)力， N l 為連桿的長(zhǎng)度， m R 為扇形齒輪的節(jié)圓半徑， m 為連桿與豎直方向的夾角

41、2）實(shí)際驅(qū)動(dòng)力 :3-2)FP實(shí)際 FP K1K 2因?yàn)閭鬟f力的機(jī)構(gòu)為齒輪齒條機(jī)構(gòu)，故取機(jī)械效率0.94 ，并取 K1 1.5。若被抓取工件的最大加速度 a 3g ，則: K 2 1 a 4g1.5 4FP實(shí)際 705 4.5（ KN ）0.94夾持工件時(shí)所需驅(qū)動(dòng)力為 4.5KN（2）氣缸的直徑的設(shè)計(jì) 本氣缸屬于單向作用氣缸。根據(jù)力平衡原理，氣缸活塞桿的輸出力需要克服彈簧的 反作用力和活塞桿工作時(shí)的總阻力，其公式為 : 鈀燭罰櫝箋礱颼畢韞糲。2D2PF1D P Ft Fz（3-3）4式中， F1 活塞桿上的推力， NFt 彈簧反作用力， NFz 氣缸工作時(shí)的總阻力， NP 氣缸工作壓力， Pa

42、彈簧反作用計(jì)算 :FtGf (1 s)（3-4）GfGd14（3-5）3D1 nGfGd143(3-6)8D1 n- 13 -東北林業(yè)大學(xué)本科設(shè)計(jì)式中， Gf彈簧剛度， N/ml 彈簧預(yù)壓縮量， ms 活塞行程， md1 彈簧鋼絲直徑， mD1 彈簧平均直徑， mn 彈簧有效圈數(shù)G 彈簧材料剪切模量，一般取 G 79.4 109 Pa 在設(shè)計(jì)中，必須考慮負(fù)載率 的影響，則 :F1Ft由以上分析得單向作用氣缸的直徑4(F1 Ft )p(3-7)(3-8)4Gd1Gf38D1 n代入有關(guān)數(shù)據(jù)，可得9379.4 109 (3.5 10 3)338 (30 10 3)3 153677.46(N /m)

43、Ft Gf (1 s)220.6(N)4 (490 220.6)0.5 1063677.46 60 10 3所以 D4(F1 Ft)pn 68.23(mm)查機(jī)械手冊(cè)圓整，得 D= 70mm由 d/D=0.30.5，可得活塞桿直徑 :d=( 0.30.5)D=2135mm 圓整后，取活塞桿直徑 d=20mm校核，按公式 F1 /( /4d2) 有: d (4F1 / )0.5其中， 120MPa ， F1 750N0.5則: d (4 490/ 120)0.52.28 20滿足設(shè)計(jì)要求。(3) 缸筒壁厚的設(shè)計(jì) 缸筒直接承受壓縮空氣壓力，必須有一定厚度。一般氣缸缸筒壁厚與內(nèi)徑之比小于 或等于 1

44、/10，其壁厚可按薄壁筒公式計(jì)算 : 愜執(zhí)緝蘿紳頎陽(yáng)灣熗鍵。DPv /2(3-9)式中， 缸筒壁厚， mmD 液壓缸內(nèi)徑， mmPp 實(shí)驗(yàn)壓力，取 Pp 1.5P, Pa 材料為: ZL3, =3MPa 代入己知數(shù)據(jù)，則壁厚為 :- 14 -3 主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算DPp /2 70 6 105 /(2 3 106 )7(mm)取 7.5mm ，則缸筒外徑為 :D1 70 7.5 2 85(mm)3.1.2 手臂液壓缸設(shè)計(jì)計(jì)算 做水平伸縮直線運(yùn)動(dòng)的液壓缸的驅(qū)動(dòng)力根據(jù)液壓缸運(yùn)動(dòng)時(shí)所克服的摩擦、慣性、密 封等幾個(gè)方面的阻力，來(lái)確定液壓缸所需要的驅(qū)動(dòng)力。 貞廈給鏌綞牽鎮(zhèn)獵鎦龐。(1) 液壓缸活塞的阻力的

45、計(jì)算F= F1F2+F3F4+F5+F 6(3-10)式中， F1作用在活塞桿上的工作阻力， N，無(wú)F2 液壓缸在啟動(dòng)制動(dòng)換向時(shí)的慣性阻力， F2=Ma,NM 活塞及運(yùn)動(dòng)部件總質(zhì)量， kg2a 加速度， m/s2F3 除液壓缸外運(yùn)動(dòng)元件的摩擦阻力， N，無(wú)F4 運(yùn)動(dòng)部件自重， NF5 活塞缸活塞及活塞桿處的密封摩擦力，一般由缸體的機(jī)械效率來(lái)表示，通 常取 m=0.95，NF6 回油背壓阻力， N，取 0.05F1) 手臂慣性力的計(jì)算本設(shè)計(jì)手臂平動(dòng)是 v=0.3m/s, 在計(jì)算慣性力的時(shí)候 , 設(shè)置啟動(dòng)時(shí)間 t 0.5s ，啟動(dòng)速度 v v 0.3m/s,G慣 vF22 g tG慣 v 196

46、0.3 F212N2 g t 9.8 0.5(3-11)2) 運(yùn)動(dòng)部件自重G mg 196N(3-12)3) 密封裝置的摩擦阻力F5 (1 0.95)F 0.05F(3-13)經(jīng)過(guò)以上分析計(jì)算最后計(jì)算出液壓缸的驅(qū)動(dòng)力(阻力) ：F F2 F4 F5 F6 12 196 0.05F 0.05F 231.1N(2) 液壓缸工作壓力和結(jié)構(gòu)的確定經(jīng)過(guò)上面的計(jì)算，確定了液壓缸的驅(qū)動(dòng)力F=231.1N，查表選擇液壓缸的工作壓力P=0.8MPa1) 確定液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸：液壓缸內(nèi)徑的計(jì)算，如圖 3-1 所示：圖 3-1 雙作用液壓缸示意圖- 15 -東北林業(yè)大學(xué)本科設(shè)計(jì)當(dāng)油進(jìn)入無(wú)桿腔，F(xiàn)P2Dp14(3-1

47、4)當(dāng)油進(jìn)入有桿腔中，F(xiàn)PP1D 2 d24(3-15)液壓缸的有效面積：故有(3-16)嚌鯖級(jí)廚脹鑲銦礦毀蘄。D 9F2P 式中， P活塞的驅(qū)動(dòng)力， NP1 油缸的工作壓力， MPa d活塞桿直徑， mm, 本案初設(shè) d=D/2 D 油缸內(nèi)徑， mm 油缸機(jī)械效率，在工程機(jī)械中用耐油橡膠可取有桿腔)(3-17)=0.96據(jù)上述計(jì)算， F=2311N P=0.8MPa，按有桿腔進(jìn)行計(jì)算，其結(jié)果必然滿足無(wú)桿腔的力學(xué)要求。將有關(guān)數(shù)據(jù)代入：D 9F 65.6mm2P3-18)式中，強(qiáng)度系數(shù) (當(dāng)為無(wú)縫鋼管時(shí)取值為 1)查表油缸內(nèi)徑系列( GB/T2348-93)，選擇標(biāo)準(zhǔn)液壓缸內(nèi)徑， D=72mm活

48、塞桿直徑 d=72/2=36mm2) 液壓缸外徑的設(shè)計(jì) 本案液壓缸考慮到具體結(jié)構(gòu)，最小壁厚不小于3mm，而驅(qū)動(dòng)力又偏低，故最大壁厚不超過(guò) 10mm。按中等壁厚進(jìn)行計(jì)算 (16D/3.2)：薊鑌豎牘熒浹醬籬鈴騫。P計(jì)D(2.3 P計(jì) )C計(jì)入管壁公差及侵蝕的附加厚度油缸材料的許用應(yīng)力 (MPa)；b /n，其中 b為材料的抗拉強(qiáng)度， n 為安全系數(shù)，一般 n=35 一般常用缸體材料的許用應(yīng)力 為： 鍛鋼110120MP a鑄鋼60M P a無(wú)縫管100110MP a代入數(shù)據(jù)：- 16 -緒論P(yáng)DC 3.6mm (2.3 P)圓整為 4mm，即缸體外徑 80mm3.1.3 升降液壓缸設(shè)計(jì)計(jì)算(1)

49、 計(jì)算升降液壓缸的總機(jī)械載荷 根據(jù)機(jī)構(gòu)的工作情況液壓缸所受的總機(jī)械載荷為：F Fw Fm Fsf F f Fb式中， Fw 外加的載荷；Fm 活塞上所受的慣性力；Fsf 密封阻力；Ff 導(dǎo)向裝置的摩擦阻力；Fb 回油被壓形成的阻力；1) Fm的計(jì)算GvFmgt式中， G 液壓缸的負(fù)載總重，取為 50kg；g 重力加速度， 9.80m/s2 ；v 速度變化量 , v 0.2m/s；t 啟動(dòng)或制動(dòng)時(shí)間，一般為 0.010.5s，取 0.2s將各未知數(shù)帶入上式，得： Fm 5.1N2)Fsf 的計(jì)算Fsfp f A13-19)3-20)3-21)式中， pf 克服液壓缸活塞及活塞桿處密封摩擦阻力所需

50、空載壓力，如該液壓缸工 作壓力16 MPa，查相關(guān)機(jī)械手冊(cè)取 0.2MPa ；齡踐硯語(yǔ)蝸鑄轉(zhuǎn)絹攤濼。A1 為進(jìn)油工作腔有效面積；啟動(dòng)時(shí)：Fsf 157.1N運(yùn)動(dòng)時(shí)：Fsf 101N3)Fb 的計(jì)算 回油背壓形成的阻力按下式計(jì)算：Fb pb A2式中， pb 為回油背壓，一般為 0.3 0.5MPa ，取0.3MPaA2 為有桿腔活塞面積，兩邊差動(dòng)比取 2；A2 (D2 d 2) 4 (1002 802) 4 2827.4mm2 將各值帶入上式有， Fb 848.2N 分析液壓缸各工作階段受力情況，作用在活塞上的總機(jī)械載荷為： F 1010.42 N(2) 液壓缸強(qiáng)度的較核1)缸筒壁厚的較核 當(dāng)

51、缸體由脆性材料制造時(shí)，液壓缸壁厚按第二強(qiáng)度理論計(jì)算：3-22)- 17 -東北林業(yè)大學(xué)本科設(shè)計(jì)D ( 0.4Py2 ( 1.3Py1)3-23)式中， D 為缸筒內(nèi)徑；- 18 -緒論P(yáng)y 為缸筒試驗(yàn)壓力，當(dāng)缸的額定壓力 pn 16MPa時(shí)，取 Py 1.5 pn ； 為缸筒材料的許用應(yīng)力， b /n ， b 為材料抗拉強(qiáng)度，經(jīng)查機(jī)械手冊(cè)取為 600MPa， n為安全系數(shù)，此處取 n=4； 帶入數(shù)據(jù)計(jì)算，上式成立。因此液壓缸壁厚強(qiáng)度滿足要求 2）活塞桿直徑的較核活塞桿直徑的較核公式為：3-24)式中， F為活塞桿上作用力； 為活塞桿材料的許用應(yīng)力，此處 b /1.5；帶入數(shù)值，計(jì)算校核上式成立

52、，因此活塞桿的強(qiáng)度能滿足工作要求3.2 電機(jī)選型參數(shù)計(jì)算3.2.1 相關(guān)參數(shù)的計(jì)算（1） 若傳動(dòng)負(fù)載作直線運(yùn)動(dòng)（滾珠絲杠）則有負(fù)載額定功率：P0W VL6 104負(fù)載加速功率：負(fù)載力矩（電機(jī)軸）： 負(fù)載 GD 2 （電機(jī)軸）： 起動(dòng)時(shí)間： 制動(dòng)時(shí)間：（2） 若傳動(dòng)負(fù)載作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)負(fù)載額定功率：負(fù)載加速功率：負(fù)載力矩（電機(jī)軸）：GDL2 N L23577 103 taW VL2 NMGDL2 W( NL Mtatd22(GDM2 GDL2 ) NM375(TP TL )(GDM2 GDL2 ) NM375(TP TL )P0T1 NL9550GDL2 N L23577 103 taNLTL NM L Tl（3-25）紳藪瘡顴訝標(biāo)販繯轅賽。（3-26）（3-27）（3-28）（3-29）（3-30）（3-31） 飪籮獰屬諾釙誣苧徑凜。（3-32）（3-33）- 19 -東北林業(yè)大學(xué)本科設(shè)計(jì)負(fù)載 GD（電機(jī)軸）：- 20 -3 主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算GDL2NLNM)2GDl2起動(dòng)時(shí)間：制動(dòng)時(shí)間：式中， P0 額定功率， Kw；Pa 加速功率， Kw；tatd22(GDM2 GDL2) NM375(TP TL )(GDM2 GDL2 ) NM375(TP TL )3-34)3-35)3-36)NL 負(fù)載軸回轉(zhuǎn)速度， r