機械手課程設計說明書

1、 機械原理課程設計說明書設計題目：裝箱機械手機構設計及分析 學生班級： 學生姓名： 學 號： 指導教師： 楊德勇 2014年1月8日 目錄第一章 設計任務書2第二章 題目分析、機械系統(tǒng)整體方案的設計3第三章 機械執(zhí)行系統(tǒng)方案的設計7第四章 機械傳動系統(tǒng)方案設計8第五章 運動循環(huán)圖設計11第六章 設計小結14第七章 參考資料15第一章 設計任務書設計題目：裝箱機械手機構設計及分析已知條件：在某裝箱機械手機構中，要求其手的運動按簡圖所示JKLM，MLKJ線路重復運動。其中JK段為取物料上升（物料來自傳送帶）；KL段為物料水平移動；LM段為手抓放物料于箱內(nèi)，故對其直線要求較高。KL段若較平直可提高裝

2、箱穩(wěn)定性，但稍有誤差問題不大。JK是從輸送帶上抓取物料，其直線度要求不高，只要能將物料提高到C的高度即可。返回時要求按原來路線逆著走。尺寸參數(shù)為：a=120mm；b=600mm；c=50mm；d=1000mm。物料提升重量為2千克。設計任務：* 根據(jù)上述設計要求，每人至少提出兩種不同設計方案，選取其中最優(yōu)的方案，進行機構簡圖設計。對主體機構進行運動位置分析,并按尺寸繪出相應位置時機構運動簡圖。（一號圖紙）（尺寸要準確） * 對手爪中手指的開合機構進行機構運動方案設計。（二號圖紙:含結構圖,機構圖） * 每人編制一份設計說明書，設計方案均應寫入說明書（封面、目錄、內(nèi)容、后記、參考書目等）內(nèi)。 設

3、計盡量考慮用已學過的機構或幾種機構的組合來實現(xiàn)位置要求，還應考慮力求使機構運動性、加工特性、使用性能、經(jīng)濟性等要好。第二章 題目分析、機械系統(tǒng)整體方案的設計題目分析：從題目可以知道，要實現(xiàn)機械手的一系列運動需要各個機構之間的完美配合。其中所設計的裝箱機械手機構中主要分為三個步驟，抓取移動放置。進行動作分解即有抓、上下移動、左右移動和放共6個動作。時間分配和各動作分配是這次設計的一個重點，當然設計怎樣的機構來完成各項動作也是其中必須要完成的任務。機械手工作流程： 原位 夾緊 上升 左移下降 右移 上升 放開 下降總的來說機械手整套裝置可分解為簡單的四個動作：抓取、放開、橫移和豎移。 1.抓取：由

4、圖分析可知抓取過程為J點處，由于物體是在傳送帶上，因此在抓取過程中給機械爪手預留時間較短，即在抓取的時候動作要迅速，這就對我們設計機械手的時候提出了具體的新要求。同時，在抓的過程保證機械手不能有左右移動和上下移動，以此來保證抓取位置的準確性。 2.放開：相對抓取過程，放開過程相對容易一點，但在放開的同時要保證機械手的靜止性，或者說穩(wěn)定性。這對整個過程是至關重要的一個部分，能否正確的放置物件關系整個裝置的成敗。在這里我們可以考慮利用機械手的自動控制，即當物品到達指定位置后能自動的將物品放開，這里需要我們?nèi)⒖紮C械手自動抓取的相關設計。3. 橫移：橫移過程是在這機構設計要求中位移量最大，這里要考慮

5、用運動放大裝置來縮小原動件的動作范圍，同時考慮到在橫移過程中穩(wěn)定性是很重要的一點，如果移動不穩(wěn)定，會對整個機械手成功運輸物品造成不利的影響。根據(jù)機械手運動軌跡圖，在K點后，機械手由豎移轉(zhuǎn)向橫移，在L點，運動由橫移轉(zhuǎn)向豎移，所以運動方向的轉(zhuǎn)換也是我們考慮的重點，利用凸輪傳動，曲柄滑塊都是可以完成這樣的方向轉(zhuǎn)換的。 4.豎移：豎移時，在下放其直線度是題目中特別要求的，因此我們可以考慮用滑塊機構來保證其直線度。其次，對速度的控制也是需要考慮的，這對提起或放置過程中保證物體被成功夾起或放開有著不可忽視的作用。機械系統(tǒng)整體方案的設計: 第一種方案：此方案采用的是曲柄滑塊和凸輪的相互組合，適當?shù)脑O置滑桿的

6、長度，使其能滿足上下位移為50、120mm，橫向滑桿可以滿足其其左右移動600mnm，在上下移動時采用杠桿放大機構是為了減小凸輪的空間大小，減少加工量，節(jié)約材料。采用此種方案的缺點是需要兩個電機獨立控制曲柄和凸輪的運動，其中控制曲柄的電機為了實現(xiàn)整個機構的可逆性還需要正反轉(zhuǎn)這對電機的壽命有很大的影響，同時也給控制方面提出了難題，增加了操作的復雜性。第一方案圖第二種方案：本方案是利用滑塊在特制導軌中的滑動來達到傳送機械手的目的。利用凸輪加一個杠桿機構來完成來回擺動，擺桿帶動滑塊在導軌中運動。滑塊上連接了一個滾子，利用滾子在導軌中的滾動來代替滑塊的直接滑動，有效減小了摩擦。本方案的優(yōu)點是只需要一個

7、原動機就能帶動機構循環(huán)工作運行，而且機構簡單，成本低，具有很高的經(jīng)濟效益。本方案的不足之處也有不少，滑塊的運行速度不均勻，需特制導軌，凸輪形狀復雜，有些點受力較大，易磨損等。再加上這樣思路已經(jīng)被太多人使用過，在此我們不列為最優(yōu)方案。第二方案圖第三種方案：本方案是我們的最優(yōu)方案。本方案最大特點是利用圓柱凸輪和盤式凸輪相結合的方式來完成機械手的橫移和豎移，從而只需要一個原電機就可以完成機械手復雜的循環(huán)往復運動。而且通過圓柱凸輪和盤式凸輪上軌道的巧妙配合使得橫移和豎移不相互沖突，即在橫移時，豎直方向沒有位移，在豎移是時，水平方向靜止。同時，為了減小凸輪的制造面積，我們采用了杠桿放大原理，將凸輪產(chǎn)生的

8、較小位移放大為機械手較大的移動。為減小凸輪所受沖擊和磨損，我們在設計盤型凸輪形狀時產(chǎn)用的是簡諧運動規(guī)律來設計。這種方案也有不足之處，例如體積偏大，結構稍顯復雜，有一定的加工難度。 第三方案圖第3章 機械執(zhí)行系統(tǒng)方案的設計在考慮裝箱機械手裝置的設計時，我們使其滿足了在往上提起碰到重物時將其抓緊，在往下輸送時遇到平面即重物停止不動時將其放開。具體裝置結構如下：本裝置是利用齒輪與齒條的相互嚙合來實現(xiàn)手爪的開張與閉合。在進行抓緊物料時，手爪依靠自身重力向內(nèi)收縮，此時手爪之間距離大于19mm,分別位于重物兩側(cè)，碰到兩側(cè)壁時，由于收縮受阻手爪將越抓緊，從而實現(xiàn)抓緊的目的，接下就可以往上提起重物，由于重物自

9、重緣故，重物有向下運動趨勢，手爪將一直存在向內(nèi)的抓緊力以此來保證在移動過程重物不脫落。在放開重物的時候手爪動作機理如下：當重物已經(jīng)到了指定位置，即重物不能再有向下的運動了，而此時機械手還有向下運動趨勢，所以手爪在齒輪的嚙合作用下將向外張開，從而完成放開重物的動作。 此機械手的優(yōu)點是不須再外加電源而自動實現(xiàn)抓緊和放開，并且能保證在移動時重物依舊被抓牢，其結構簡單，操作方便。第4章 機械傳動系統(tǒng)方案設計我們的裝箱機械手的傳動系統(tǒng)方案如下所示：我們運用圓柱凸輪與盤式凸輪相結合的方式，將兩個從動滾子的上下和左右運動結合到了一個轉(zhuǎn)動機構上，從而 D 杠桿2 O2 E C A O1 B 杠桿1實現(xiàn)了以一個

10、電機的轉(zhuǎn)動完成兩種不同的運動。由于機械手的運動軌跡相對來說較長，例如橫向移動長達600mm,為了減小凸輪的面積，我們采取了杠桿機構，利用杠桿的放大原理，將凸輪的上的微小移動放大，從而使機械手有較大的位移。 機械手裝置傳動系統(tǒng)機構簡圖根據(jù)杠桿原理， 所以有: ； (、分別表示A、B、C、D四點的位移） 根據(jù)a=120mm；b=600mm；c=50mm；所以由得最后我們設定： 盤式凸輪的形狀如下： 圓柱凸輪側(cè)面展開圖如下： O O 工作原理： 當盤式凸輪繞著O旋轉(zhuǎn)時，從，凸輪推動滾子E將從左向右運動，即B點也是從左向右運動，通過杠桿后，A點將從右向左運動。當從時，A點的運動將會與上所述剛好相反，從

11、而完成橫向移動的可逆過程。 當圓柱凸輪也繞著O軸旋轉(zhuǎn)時，C點的運動隨著圓柱上軌道的上下而上下運動，而通過杠杠后，D點的運動方向剛好與C點相反，這樣完成從原動件的旋轉(zhuǎn)運動傳遞到了機械手的上下運動。一個周期后機械手從原點開始經(jīng)歷上下運動之后又回到了原點。 當盤式向右或向左推動滾子時圓柱凸輪上的軌跡為水平線，即圓柱上滾子不做上下運動，這樣機械手只做橫向移動，并不上下移動；當圓柱上的滾子做上下運動，盤式凸輪的運轉(zhuǎn)情況是滾子在等直徑圓弧上運動，即凸輪并不推動或拉動滾子向左向右運動，這樣機械手就只做上下運動。 盤式和圓柱凸輪的準確搭配使得機械手能精確的完成設定的運動實現(xiàn)抓、放、橫移豎移。 第五章 運動循環(huán)

12、圖設計 機械手先從JK段取物料上升（物料來自傳送帶）；KL段為物料水平移動；LM段為抓手放物料于箱內(nèi)。機械手放下物料后，沿ML段上升a距離，再沿LK段往前運動b距離，到達K點后，下降c距離，完成一次運動循環(huán)。返回的時候軌跡為。給定預期軌跡的尺寸分別為：a=120mm；b=600mm；c=50mm；根據(jù)機械手循環(huán)軌跡繪制各點位移如下表： 各點位移 mm 各點 J-KK-LL-MM-LL-KK-J E （+向左，-向右）0-6000+600 A （+向左，-向右）0+60000-6000 C （+向上，-向下）-16.70+40-400+16.7 D （+向上，-向下）+500-120+1200-

13、50 機械手 軌跡 機械手 軌跡繪制C點在圓柱面上運動軌跡如下圖：C點的軌跡即是圓柱面上的軌道跡線。 盤式凸輪從動滾子位移跡線如下圖： 為了避免凸輪與滾子之間產(chǎn)生剛性沖擊，我們對滾子的變速過程采用了簡諧運動，同時也避免柔性沖擊，這樣能大大延長凸輪的使用壽命，也是機械手在運作過程中更為平穩(wěn)，噪聲小。根據(jù)各點運動循環(huán)圖表，軌跡圖，我們可以看出，當滾子完成半個周期時，機械手完成抓、移、放的過程。后半個周期，機械手沿著前半個周期走過的軌跡逆向返回。第六章 設計小結 所謂實習，就是讓我們通過實踐，通過自己實際動手動腦來將自己所學融匯貫通并進一步實現(xiàn)創(chuàng)新。通過這次課程設計，讓我收獲很多。首先，通過這一次的

14、課程設計， 所學的基本理論得到了一步鞏固和加深，讓我對自己所學的基本概念和基本知識有了更深層次的了解，知道了原來所學的知識是可以利用在各種場合，只要你有心去發(fā)現(xiàn)，去觀察，你會看到其實在我么日常生活中處處有著課本上那些知識的影子。同時，培養(yǎng)了自己分析和解決相關機械原理所涉及的問題的能力。讓我對平面連桿機構，杠桿和凸輪有了更加深刻的理解，進一步增強了自己的設計和分析能力。其次，這次課程設計過程中，是六個人一組，我們通過與同學們的激烈討論和相互探討，一步一步從初始方案到最佳方案，將團結合作的精神發(fā)揮的淋漓盡致，感受到了團隊的力量。 最后通過這次課程設計，是我們對裝箱機械手的工作原理以及機構選型、運動方案的確定以及對凸輪機構進行運動分析有了較為深刻的了解，這都將為我以后參加工作實踐打下了基礎，同時也激發(fā)了我的興趣，原來機械設計也并不是那么枯燥的，它自有它動人之處讓你印象深刻。 同時在課程設計的過程中也存在