玻璃自動(dòng)送料機(jī)械手說明書DOC

1、目錄摘要1前言2機(jī)械手設(shè)計(jì)任務(wù)1.1 機(jī)械手國內(nèi)外發(fā)展和分類1.2 本課題內(nèi)容和要求3設(shè)計(jì)方案論證2.1 機(jī)械手的總體設(shè)計(jì)2.2 機(jī)械手腰座設(shè)計(jì)2.3 機(jī)械手手部設(shè)計(jì)2.4 機(jī)械手小臂設(shè)計(jì)2.5 機(jī)械手大臂設(shè)計(jì)4理論分析和設(shè)計(jì)計(jì)算3.1 手部設(shè)計(jì)計(jì)算3.2 腰身設(shè)計(jì)計(jì)算3.3 大臂設(shè)計(jì)計(jì)算3.4 小臂設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)論摘要在當(dāng)今大規(guī)模制造業(yè)中，企業(yè)為保障產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，普遍重視生產(chǎn)過程的自動(dòng)化程度高低，工業(yè)機(jī)器人作為自動(dòng)化生產(chǎn)線上的重要部分，已經(jīng)逐漸被企業(yè)所認(rèn)同并采用。工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用程度和技術(shù)水平在一定程度上反映了一個(gè)國家工業(yè)自動(dòng)化的水平。機(jī)械手是在自動(dòng)化生產(chǎn)過程中使用的一種具有抓取和移動(dòng)

2、工件功能的自動(dòng)化裝置，它是在機(jī)械化、自動(dòng)化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。由于在工業(yè)生產(chǎn)中玻璃的加工需要短距離送料，人工既費(fèi)時(shí)費(fèi)力又危險(xiǎn)易碎，因此利用機(jī)械手裝置進(jìn)行玻璃的自動(dòng)送料是能提高生產(chǎn)效率和降低破損率和減少危險(xiǎn)的。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)即為玻璃自動(dòng)送料機(jī)械手的設(shè)計(jì)，采用直角坐標(biāo)型的結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)三個(gè)自由度，即升降、伸縮，直線送料三個(gè)運(yùn)動(dòng)。機(jī)械手手部采用氣流負(fù)壓式洗盤裝置，小臂為液壓缸裝置升降控制送料高度，大臂用絲桿螺母機(jī)構(gòu)控制送料位置，腰身為齒輪齒條機(jī)構(gòu)控制機(jī)械手送料直線運(yùn)動(dòng)。通過資料收集，方案確定，設(shè)計(jì)計(jì)算、ProE三維建模以及工程圖繪制以達(dá)到本次設(shè)計(jì)要求和目的。【關(guān)鍵詞】機(jī)械手、送料、ProEA

3、bstractIntoday'smassmanufacturing,theenterprisestoensureproductquality,improveproductionefficiency,generallyattachesgreatimportancetotheproductionprocessofhighandlowdegreeofautomation,industrialrobotasanimportantpartofautomaticproductionline,hasgraduallybecometheenterpriseisacceptedandadopted.Ap

4、plicationlevelandtechnicalleveloftheindustrialrobottoacertainextentreflectsacountry'sindustrialautomationlevel.Manipulatorisusedintheautomaticproductionprocessofakindofwhichhasthefunctionofgrabandmovetheworkpieceautomaticdevice,itisintheprocessofmechanization,automationproduction,developedanewty

5、peofdevice.Becausetheglassintheindustrialproductionprocessingofshortfeeding,artificialbothlaboriousanddangerisfragile,sotheuseofautomaticfeedingmanipulatordeviceforglassistobeabletoimproveproductionefficiencyandreducethedamagerateandreducetherisk.Thegraduationdesignistheglassautomaticfeedingmanipula

6、torisdesigned,usingrectangularcoordinatestypestructure,designofthreedegreesoffreedom,namely,lifting,telescopic,linearfeedthreesports.Airsuctionwashingplatedevicefortherobothand,forearmforhydrauliccylinderliftingdevicefeedheight,armwithcontrolfeedscrewnutmechanism,girthgearrackmechanismforcontrolfeed

7、ingmanipulatorlinearmotion.Throughdatacollection,thescheme,designcalculation,ProE3dmodelingandengineeringinordertoachievethepurposeofthedesignrequirementsanddrawing.【Keywords】manipulator；feeding；ProE1.前言機(jī)械手自問世以來，經(jīng)過了40多年的發(fā)展，已廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。機(jī)械手最早應(yīng)用于制造工業(yè)，常用于噴漆、焊接、搬運(yùn)和上下料。機(jī)械手可代替人從事危險(xiǎn)、有毒、有害、高溫、高壓、重載、噪音、粉塵和低溫等惡

8、劣環(huán)境中的工作；代替人完成單調(diào)重復(fù)和繁重的勞動(dòng)，不僅減少了人力資源的浪費(fèi)，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，而且大大改善了工人的勞動(dòng)條件，提高了生產(chǎn)效率和生產(chǎn)自動(dòng)化水平。目前機(jī)械手主要用于以下幾個(gè)方面。(1) 惡劣的工作環(huán)境和危險(xiǎn)的工作在核工業(yè)中，核反應(yīng)堆內(nèi)具有較強(qiáng)的放射性，為了人員的安全，經(jīng)常需要機(jī)械手來完成相關(guān)的清理工作，另外在壓鑄、沖壓、熱處理、鍛造、噴漆車間以及有強(qiáng)烈紫外線照射的電弧焊等危險(xiǎn)領(lǐng)域的作業(yè)中也經(jīng)常需要用到機(jī)械手。(2) 自動(dòng)化生產(chǎn)領(lǐng)域目前研制出了搬運(yùn)機(jī)械手、碼垛機(jī)械手、汽車座椅裝配機(jī)械手、點(diǎn)膠機(jī)械手等各類工業(yè)機(jī)械手，主要用于生產(chǎn)上實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。如當(dāng)末端夾持焊槍時(shí)，可以對(duì)汽車或摩托車的車體進(jìn)行點(diǎn)

9、焊或弧焊作業(yè)；當(dāng)末端安裝噴槍時(shí)可以進(jìn)行噴涂作業(yè)；當(dāng)末端安裝手鉗時(shí)，可以給壓鑄機(jī)或成型機(jī)進(jìn)行上下料作業(yè)或者用來裝配機(jī)械零部件。目前我國已經(jīng)建成的自動(dòng)生產(chǎn)線有很多，如沈陽水泵廠的環(huán)類深井泵軸承體加工自動(dòng)線、上海動(dòng)力機(jī)廠的箱體類氣缸蓋加工自動(dòng)線、大連電機(jī)廠的軸類4號(hào)和5號(hào)電動(dòng)機(jī)軸加工自動(dòng)線、上海拖拉機(jī)齒輪廠的盤類齒坯加工自動(dòng)線等等1。(3) 在特殊作業(yè)場合進(jìn)行極限作業(yè)在一些極地探索、火山探險(xiǎn)、空間探索、深海探密等領(lǐng)域經(jīng)常要用到機(jī)器人去探索，目前研制出了螃蟹機(jī)器人，用于水下勘測任務(wù)操作，它的身體結(jié)構(gòu)接近于螃蟹，能夠完成指定的指令，也可以用于海洋搜尋及石油天然氣的勘測。還有用于國際空間站的機(jī)器人，可以對(duì)

10、空間站的外表面進(jìn)行檢測。(4) 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)目前研制出了太陽能農(nóng)用機(jī)器人，他可以找到隱藏在農(nóng)作物中的雜草，這主要依賴于它的視覺系統(tǒng)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有別于農(nóng)作物的植物時(shí)，它便利用數(shù)據(jù)庫提供的植物的特性與目標(biāo)植物加以比較，當(dāng)確定為雜草時(shí)，就會(huì)用機(jī)械手割斷雜草，同時(shí)還可以噴灑除草劑。(5) 軍事應(yīng)用在軍事應(yīng)用中，軍人執(zhí)勤經(jīng)常會(huì)遇到危險(xiǎn)，這就需要機(jī)器人幫助完成執(zhí)勤任務(wù)，給機(jī)器人配備軍用機(jī)槍，利用機(jī)器人完成炸彈清除工作。機(jī)械手在控制器的控制下，可以、仿人的手、腕、臂的動(dòng)作，按照固定的動(dòng)作流程進(jìn)行工作。我國絕大多數(shù)農(nóng)民工就業(yè)于勞動(dòng)密集型行業(yè)，勞動(dòng)密集型行業(yè)中絕大多數(shù)工作是簡單的、重復(fù)性作業(yè)，這些工作沒有多少技術(shù)，農(nóng)民

11、工很容易學(xué)會(huì)，但這些工作對(duì)從業(yè)者的體力反應(yīng)靈敏度或操作精確度有比較高的要求，因此，青年農(nóng)民工從事這些工作時(shí)勞動(dòng)生產(chǎn)率比較高，但是非技術(shù)農(nóng)民工進(jìn)入中年后，體力、反應(yīng)靈敏度和操作精確度下降，勞動(dòng)生產(chǎn)率逐年降低。因此使用機(jī)械手，不但降低了人的體力勞動(dòng)，減少人力資源的浪費(fèi)，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，而且大大改善了工人的勞動(dòng)條件，提高了工作效率，加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化的步伐，為企業(yè)帶來更大的經(jīng)濟(jì)效益，更有利于企業(yè)的發(fā)展。尤其是在高溫、高壓、重載、粉塵、噪音以及帶有放射性和污染的危險(xiǎn)環(huán)境中應(yīng)用更為普遍(袋裝碼垛機(jī)械手設(shè)計(jì))2. 機(jī)械手設(shè)計(jì)任務(wù)2.1 機(jī)械手國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和分類1. 機(jī)械手國內(nèi)外研究現(xiàn)狀工業(yè)機(jī)

12、械手起源于20世紀(jì)50年代，最初是用來示教再現(xiàn)，這類機(jī)械手沒有任何的傳感器，它的工作路徑和運(yùn)動(dòng)參數(shù)都是操作人員通過編程來設(shè)定的。后來出現(xiàn)了感覺型機(jī)械手，這類機(jī)械手配備了簡單的內(nèi)、外部傳感器，具有部分適應(yīng)外部環(huán)境的能力，可以感知部分物理量并進(jìn)行反饋。再后來出現(xiàn)了智能型機(jī)械手，這類機(jī)械手可以對(duì)外部環(huán)境信息進(jìn)行感知、提取、處理并做出適當(dāng)?shù)臎Q策，可以自主的完成某一項(xiàng)任務(wù)，至今仍處于研究和發(fā)展階段。目前，機(jī)械手在技術(shù)水平上優(yōu)勢集中于日美等幾個(gè)發(fā)達(dá)的工業(yè)化國家。1958年，創(chuàng)建世界上第一個(gè)機(jī)器人公司的JosephF.EngelBerger被譽(yù)為“工業(yè)機(jī)器人之父”，他參與設(shè)計(jì)了第一臺(tái)機(jī)器人-Unimate機(jī)

13、器人，后來AMF公司研制的Versatran機(jī)器人也相繼問世，它主要用于機(jī)器之間的物料運(yùn)輸，20世紀(jì)60年代，美國斯坦福研究所研制了機(jī)器人Shakey。1986年，美國研制出了第一臺(tái)擬人型兩足步行機(jī)器人SD-2,8個(gè)自由度，可以靜態(tài)行走，1987年P(guān)acificNorthwest實(shí)驗(yàn)室研制出38個(gè)自由度的液壓驅(qū)動(dòng)擬人機(jī)器人2。隨后，在美國的工業(yè)生產(chǎn)中，工業(yè)機(jī)械手得到了大力發(fā)展和廣泛應(yīng)用，日本機(jī)器人的發(fā)展經(jīng)歷了20世紀(jì)60年代的搖籃期、70年代的實(shí)用化時(shí)期以及80年代的普及期三個(gè)時(shí)期。1967年，日本東京機(jī)械貿(mào)易公司從美國AMF公司引進(jìn)了Versatran機(jī)器人，后來日本川崎重工業(yè)公司從美國引進(jìn)

14、了Unimation機(jī)器人，1980年被日本人稱為“日本的機(jī)器人元年”，在這一年，日本的機(jī)器人技術(shù)得到了極大的成功和普及。1997年，日本本田公司研制出了世界上第一臺(tái)類人型步行機(jī)器人樣機(jī)，2002年，該公司又研制出Asimo機(jī)器人?，F(xiàn)在，日本擁有的工業(yè)機(jī)器人數(shù)量約占世界總數(shù)量的65%。我國的工業(yè)機(jī)器人起步于20世紀(jì)70年代初期，經(jīng)過20多年的發(fā)展，大致經(jīng)歷了三個(gè)時(shí)期：70年代的萌芽期、80年代的開發(fā)期和90年代的適用化期。1990年，國防科技大學(xué)研制出了我國第一臺(tái)類人型機(jī)器人，命名為：先行者。1989年，我國成功的將自主研發(fā)的水下機(jī)器人出口到美國。1990年，我國又成功研制出了深潛6000米的

15、水下機(jī)器人，同年我國自主開發(fā)的機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)一AGV技術(shù)出口韓國3。近幾年，我國實(shí)施了“863”計(jì)劃，培養(yǎng)了一大批機(jī)器人方面的專業(yè)技術(shù)人員，我國又斥資5800萬元在沈陽建立機(jī)器人“機(jī)器人技術(shù)國家工程研究中心”和“智能機(jī)器人中心”，這充分說明了我國對(duì)工業(yè)機(jī)器人的重視。目前我國建立了多條工業(yè)機(jī)械手生產(chǎn)線，包括：弧焊機(jī)械手生產(chǎn)線、裝配機(jī)械手生產(chǎn)線、噴涂生產(chǎn)線和焊裝生產(chǎn)線等，我國的機(jī)械手技術(shù)取得了許多前所未有的成果。但是盡管如此，我國的工業(yè)機(jī)械手技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國外相比還有一定的差距，因此，我國應(yīng)該加快工業(yè)化進(jìn)程，提高關(guān)鍵技術(shù)，培養(yǎng)更多的專業(yè)化人才（袋裝碼垛機(jī)械手設(shè)計(jì)）目前，在國內(nèi)外各種機(jī)器人

16、和機(jī)械手的研究成為科研的熱點(diǎn)，其研究的現(xiàn)狀和大體趨勢如下：A. 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)。B. 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)向基于PC機(jī)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。C. 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、力覺、觸覺等多傳感器的融合技術(shù)來進(jìn)行決策控制；多傳感器融合配置技術(shù)成為智能化機(jī)

17、器人的關(guān)鍵技術(shù)。D. 關(guān)節(jié)式、側(cè)噴式、頂噴式、龍門式噴涂機(jī)器人產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、模塊化、系列化設(shè)計(jì)；柔性仿形噴涂機(jī)器人開發(fā)，柔性仿形復(fù)合機(jī)構(gòu)開發(fā)，仿形伺服軸軌跡規(guī)劃研究，控制系統(tǒng)開發(fā)；E. 焊接、搬運(yùn)、裝配、切割等作業(yè)的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、模塊化、系列化研究；以及離線示教編程和系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真?？偟膩碚f，大體是兩個(gè)方向：其一是機(jī)器人的智能化，多傳感器、多控制器，先進(jìn)的控制算法，復(fù)雜的機(jī)電控制系統(tǒng)；其二是與生產(chǎn)加工相聯(lián)系，滿足相對(duì)具體的任務(wù)的工業(yè)機(jī)器人，主要采用性價(jià)比高的模塊，在滿足工作要求的基礎(chǔ)上，追求系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)、簡潔、可靠，大量采用工業(yè)控制器，市場化、模塊化的元件。2. 機(jī)械手分類

18、（1、）根據(jù)所承擔(dān)的作業(yè)的特點(diǎn)，工業(yè)機(jī)械手可分為以下三類： 承擔(dān)搬運(yùn)工作的機(jī)械手：這種機(jī)械手在主要工藝設(shè)備運(yùn)行時(shí)，用來完成輔助作業(yè)，如裝卸毛坯、工件和工夾具。 生產(chǎn)工業(yè)用機(jī)械手：可用于完成工藝過程中的主要作業(yè)，如裝配、焊接、涂漆、彎曲、切斷等。 通用工業(yè)機(jī)械手：其用途廣泛，可以完成各種工藝作業(yè)。（2、）按功能分類 專用機(jī)械手：它是附屬于主機(jī)的具有固定程序而無獨(dú)立控制系統(tǒng)的機(jī)械裝置。專用機(jī)械手具有動(dòng)作少，工作對(duì)象單一，結(jié)構(gòu)簡單，實(shí)用可靠和造價(jià)低等特點(diǎn)，適用于大批大量的自動(dòng)化生產(chǎn)，如自動(dòng)機(jī)床，自動(dòng)線的上、下料機(jī)械手和“加工中心”附屬的自動(dòng)換刀機(jī)械手。 通用機(jī)械手：又稱工業(yè)機(jī)器人。它是一種具有獨(dú)立控

19、制系統(tǒng)的機(jī)械裝置。具有程序可變、工作范圍大、定位精度高、通用性強(qiáng)的特點(diǎn)，適用于不斷變換品種的中小批量自動(dòng)化的生產(chǎn)。 示教再現(xiàn)機(jī)械手：采用示教法編程的通用機(jī)械手。所謂示教，即由人通過手動(dòng)控制，“拎著”機(jī)械手做一遍操作示范，完成全部動(dòng)作后，其儲(chǔ)存裝置即能記憶下來。機(jī)械手可按示范操作的程序行程進(jìn)行重復(fù)的再現(xiàn)工作。（3、）按驅(qū)動(dòng)方式分 液壓傳動(dòng)機(jī)械手 氣壓傳動(dòng)機(jī)械手 機(jī)械傳動(dòng)機(jī)械手（4、）按控制方式分 固定程序機(jī)械手：控制系統(tǒng)是一個(gè)固定程序的控制器。程序簡單，程序數(shù)少，而且是固定的，行程可調(diào)但不能任意點(diǎn)定位。 可編程序機(jī)械手：控制系統(tǒng)是一個(gè)可變程序控制器。其程序可按需要編排，行程能很方便改變。手部執(zhí)行

20、機(jī)構(gòu)腕部臂部機(jī)器人腰部基座部（固定或移動(dòng)）驅(qū)動(dòng)-傳動(dòng)系統(tǒng)電、液或氣驅(qū)動(dòng)裝置單關(guān)節(jié)伺服控制器控制系統(tǒng)關(guān)節(jié)協(xié)調(diào)及其它信息交換計(jì)算機(jī)圖1-1機(jī)器人的一般組成1位形檢測J控制系統(tǒng)（二）一驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)裝置執(zhí)行機(jī)構(gòu)智能系統(tǒng)+工作對(duì)象控制系統(tǒng)（一圖1-2機(jī)器人各組成部分之間的關(guān)系2.2 本課題內(nèi)容及要求本課題旨在設(shè)計(jì)一種玻璃自動(dòng)送料的機(jī)械手裝置，使在玻璃生產(chǎn)加工中能對(duì)玻璃進(jìn)行小范圍的送料。該機(jī)械手工作范圍為1500mm寬x2500mm長x1200mm高，抓取的為片狀玻璃，重量小于5kg。工作過程為吸盤吸取玻璃，小臂提升玻璃至安全高度，大臂橫向移動(dòng)到指定位置，機(jī)身縱向直線運(yùn)動(dòng)至目的地上方，小臂向下放料，機(jī)械手按送

21、料動(dòng)作反向回到原處，完成一個(gè)周期的工作。本設(shè)計(jì)需要完成機(jī)械手手部，小臂，大臂，腰身，機(jī)架等的設(shè)計(jì)計(jì)算，并通過三維建模完成各部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使得該設(shè)計(jì)滿足自動(dòng)送料基本功能，然后繪制工程圖，最后書寫說明書。3. 設(shè)計(jì)方案論證3.1機(jī)械手總體設(shè)計(jì)對(duì)于一般送料機(jī)械手而言，要求實(shí)現(xiàn)拾料送料放料回程等過程，在機(jī)械加工中需要準(zhǔn)確，快速得實(shí)現(xiàn)這些動(dòng)作就要求機(jī)械手具有很高的精度，靈活的自由度，足夠的活動(dòng)范圍以及一定的承載能力，此外還需要靈活有效的控制系統(tǒng)。而本課題為玻璃的自動(dòng)送料機(jī)械手，是一種對(duì)玻璃等易碎片狀物料的專用機(jī)械手，因此要求定位準(zhǔn)確，沖擊小，足夠的送料活動(dòng)空間。設(shè)計(jì)玻璃自動(dòng)送料機(jī)械手首先通過資料收集了

22、解目前送料機(jī)械手發(fā)展?fàn)顩r，機(jī)械手基本結(jié)構(gòu)功能以及機(jī)械設(shè)計(jì)一般原則。其次，明確作業(yè)對(duì)象技術(shù)要求和作業(yè)環(huán)境，確定大致作業(yè)工序。明確作業(yè)對(duì)象材料形狀和特點(diǎn)，送料過程受力特性和質(zhì)量參數(shù)等，進(jìn)一步確定機(jī)械手結(jié)構(gòu)。最后綜合考慮機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)和所選零件，使其在滿足基本傳動(dòng)，力學(xué)等要求上盡量簡便經(jīng)濟(jì)，盡量使用標(biāo)準(zhǔn)件簡化設(shè)計(jì)制造過程，降低零件制造難度。通過上述過程便可以確定機(jī)械手整體合格部分結(jié)構(gòu)，采用直角坐標(biāo)的型式，因此具有橫向直線送料，縱向升降，大臂伸縮三個(gè)自由度。確定機(jī)械手腰身，大臂，小臂，手部分別采用齒輪齒條結(jié)構(gòu)，絲杠螺母結(jié)構(gòu)，氣動(dòng)裝置，負(fù)壓式吸盤結(jié)構(gòu)?？紤]到采用步進(jìn)式電機(jī)的經(jīng)濟(jì)實(shí)用，因此腰身移動(dòng)和大臂伸縮

23、分別用兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)作為電源。3.2機(jī)械手腰身設(shè)計(jì)考慮到簡便制造容易，安裝方便等，腰身直線送料采用齒輪齒條結(jié)構(gòu)。齒條用螺釘安裝在由型材鋼焊接而成的機(jī)架上，電機(jī)通過以及減速將扭矩傳輸?shù)窖睚X輪上，與齒條配合實(shí)現(xiàn)直線送料。并在機(jī)架上安裝一導(dǎo)向桿，既能準(zhǔn)確導(dǎo)向，又能分擔(dān)機(jī)械手重量，平衡受力。3.3機(jī)械手手部設(shè)計(jì)機(jī)械手作業(yè)對(duì)象為片狀玻璃，設(shè)計(jì)質(zhì)量為5kg,材料易碎，因此機(jī)械手手部采用負(fù)壓式吸盤結(jié)構(gòu)，吸盤口為軟膠類材料使其為柔性接觸，安全可靠。3.4 機(jī)械手小臂設(shè)計(jì)豎直安裝的小臂需要在抓去物料時(shí)短距離的上升和下降的運(yùn)動(dòng)，考慮到液壓裝置結(jié)構(gòu)簡單，驅(qū)動(dòng)力足，便于控制，故采用液壓裝置。3.5 機(jī)械手大臂設(shè)計(jì)機(jī)械

24、手大臂具有伸縮的運(yùn)動(dòng)，需要一定的定位精度和承載能力，選擇絲桿螺母結(jié)構(gòu)，并輔以一與絲桿同長度的導(dǎo)向桿起到導(dǎo)向和分擔(dān)受力的左右。設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù):1、抓重5公斤（氣流負(fù)壓式吸盤）2、自由度數(shù)3個(gè)自由度3、座標(biāo)型式直角座標(biāo)4、最大工作范圍2500mm長x1500mm寬x500mm高5、手臂最大中心高1000mm6、手臂運(yùn)動(dòng)參數(shù)伸縮行程1400mm伸縮速度500mm/s升降行程500mm升降速度300mm/s送料行程2500mm送料速度500mm/s7、定位方式行程開關(guān)或可調(diào)機(jī)械擋塊等8 緩沖方式液壓緩沖器9 驅(qū)動(dòng)方式步進(jìn)電機(jī)氣壓傳動(dòng)10 控制方式點(diǎn)位程序控制（采用PLC）4. 理論分析和設(shè)計(jì)計(jì)算4.1手

25、部設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)械手的手部通常有夾鉗式、吸附式、專用操作器及轉(zhuǎn)換器、仿生多指靈巧手等種類。其中吸附式手部靠吸附力取料，利用吸盤內(nèi)的壓力和大氣壓力之間的壓力差來吸附物體，具有結(jié)構(gòu)簡單、吸附力分布均勻、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，但要求所吸附表面平整光滑、無孔和無油。吸附式手部分為氣吸附和磁吸附兩種，主要用于大平面、易碎、易破、微小不易抓取的物體。氣流負(fù)壓式吸盤是利用吸盤（即用橡膠或軟性塑料制成皮腕）內(nèi)形成負(fù)壓將工件吸住。它適用于搬運(yùn)一些薄片形狀的工件，如薄鐵片、板材、紙張以及薄壁易碎的玻璃器皿、弧形殼體零件等，尤其是玻璃器皿及非金屬薄片，吸附效果更為明顯。由于作業(yè)對(duì)象為玻璃，是薄片狀易碎材料，因此選用氣流負(fù)壓式吸

26、盤。按形成負(fù)壓（或真空）的方法，氣流負(fù)壓式手部可分為真空式、氣流負(fù)壓式和擠壓排氣式吸盤。在本機(jī)械手中，擬采用噴射式氣流負(fù)壓吸盤。圖3-3噴射氣流原理圖Fig.3-3PrincipiumDiagramOfEjectAirflow噴射式氣流負(fù)壓吸盤的工作原理如圖3-3所示，根據(jù)流體力學(xué)，氣體在穩(wěn)定流動(dòng)狀態(tài)下，單位時(shí)間內(nèi)氣體經(jīng)過噴嘴的每一個(gè)截面的氣體質(zhì)量均相等。因此，在最簡單的情況下，低流速（高壓強(qiáng)）截面的噴嘴應(yīng)當(dāng)具有大面積，而高流速（低壓強(qiáng)）截面的噴嘴應(yīng)當(dāng)具有小面積。所以，壓縮空氣由噴嘴進(jìn)口處A進(jìn)入后，噴嘴開始一段由大到小逐漸收縮，而氣流速度逐漸增大，當(dāng)沿氣流流動(dòng)方向截面收縮到最小處X時(shí)即臨界面積

27、），流速達(dá)到臨界速度即音速，此時(shí)壓力近似為噴嘴進(jìn)口處的壓力之半，即人=0.528P,。為了使噴嘴出口處的壓力低于Pk,必須在噴嘴臨界面以后再加一段漸擴(kuò)段，這樣可以在噴嘴出口處獲得比音速還要大的流速西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書即超音速，并在該處建立低壓區(qū)域，使C處的氣體不斷的被高速流體卷帶走，如C處形成密封空腔，就可使腔內(nèi)壓力下降而形成負(fù)壓。當(dāng)在C處連接橡膠皮腕吸盤，即可吸住工件。圖3-4所示為可調(diào)的噴射式負(fù)壓吸盤結(jié)構(gòu)圖。為了使噴嘴更有效地工作，噴嘴口與噴嘴套之間應(yīng)當(dāng)有適當(dāng)?shù)拈g隙，以便將被抽氣體帶走。當(dāng)間隙太小時(shí)，噴射氣流和被抽氣體將由于與套壁的摩擦而使速度降低，因而降低了抽氣速率;當(dāng)間隙太大時(shí)，離噴

28、射氣體越遠(yuǎn)的氣體被帶著向前運(yùn)動(dòng)的速度就越低，同時(shí)間隙過大，從噴嘴套出口處反流回來的氣體就越多，這就使抽氣速率大大的降低。因此間隙要適宜，最好使噴嘴與噴嘴套之間的間隙可以調(diào)節(jié)，以便噴嘴有效地工作。在圖3-4中，噴嘴5與噴嘴套6的相對(duì)位置是可以調(diào)節(jié)的，以便改變間隙的大小。1.株膠吸盤2.吸盤芯子3.通氣壞打4.吸盤體5.噴嘴6.噴嘴套圖3-4可調(diào)噴射式負(fù)壓吸盤結(jié)構(gòu)（機(jī)械手設(shè)計(jì)）本課題設(shè)計(jì)玻璃自動(dòng)送料機(jī)械手作業(yè)對(duì)象為小塊片狀玻璃，重量不超過5kg則負(fù)壓式吸盤吸力可由下列計(jì)算公式計(jì)算：西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書n兀D2p=4kkk123式中:P吸盤吸力(N),本機(jī)械手的吸盤吸力為50N,故P=50N;D吸

29、盤直徑(cm).N分吸盤數(shù)量，本機(jī)械手吸盤數(shù)量為4;K吸盤吸附工件在起動(dòng)時(shí)的安全系數(shù)，在此取K=1.5;11K工作情況系數(shù)。若板料間有油膜存在則要求吸附力大些;若裝有分2料器，則吸附力就可小些。另外工件從模具取出時(shí)，也有摩擦力的作用，同時(shí)還應(yīng)考慮吸盤在運(yùn)動(dòng)過程中由于加速運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的慣性力影響。因此，應(yīng)根據(jù)工作條件的不同，選取工作情況系數(shù)一般可在(13)的范圍內(nèi)選取。在此，取K=1.5:2k工件情況系數(shù)。吸盤在運(yùn)動(dòng)過程中會(huì)由于加速運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生慣性力影響，3因此，根據(jù)工作條件的不同,一般在1-3的范圍內(nèi)選取工件情況系數(shù)。在此，取k=2；3帶入數(shù)據(jù)得：iPx4xKxKxKD=123兀n：50x4x1.

30、5x1.5x2=3.14x4=8.46cm故吸盤直徑可選為10cm4.2 機(jī)械手腰身設(shè)計(jì)計(jì)算電機(jī)選型：機(jī)械手腰身與導(dǎo)軌為齒輪齒條配合，通過步進(jìn)電機(jī)經(jīng)過一級(jí)減速帶動(dòng)齒輪在固定齒條上做直線送料運(yùn)動(dòng)。設(shè)與導(dǎo)軌齒條配合的齒輪模數(shù)m=3,齒數(shù)z=18,壓力角8=2°°，齒寬b=50,haJ1,C*=°.25腰身移動(dòng)速度v=0.5m/s滑動(dòng)部分質(zhì)量w=50kg折算到電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩Tl,T/wg+卩xRxiL2兀耳，其中，卩一摩擦因數(shù)，在此設(shè)為卩=0.3R二mZ二0.027R齒輪分度圓半徑2耳一進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)總效率為耳=0.9i傳動(dòng)比，設(shè)i=5卩=軸向載荷0.3x50x9.

31、8+0x0.027x5二3.5Nm2x3.14x0.9J=JdJ11冗lpr413.14x0.05x0.0274x7x103齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J=一mr2=x=x=0.58x10-4kgm2g22g2由于有一級(jí)減速，增加兩個(gè)齒輪，設(shè)齒輪總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J=3J=3x0.58x10-4=1.74x10-4kgm2Gg估算聯(lián)軸器外徑D=0.04mM=0.2kg1011J=xMxD2=x0.2x0.042=0.4x10-4kgm2聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：c88J-1.74x10-4+0.4x10-4=2.14x10-4kgm2d電動(dòng)機(jī)軸上的加速轉(zhuǎn)矩avn=配合齒輪的轉(zhuǎn)速n為0.5m/s二160r/minm(z+2)兀

32、3x20x3.14t=0.1s加速時(shí)間a，因此2x3.14x160x(J+2.14x10-4)T二Ma60x0.1二167.4J+0.0358(Nm)MT折算到電動(dòng)機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)矩eq：T二T+T二3.5+0.0358+167.4JeqalM故：二3.5385+167.4JM電機(jī)選擇2S86Q-05180,保持轉(zhuǎn)矩為4.5N.m,轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J=1.4kg*曲則丁煜85+°.°234=®2Nm<4.5Nm符合條件工件最快速度對(duì)應(yīng)的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為nm二800r/mij則對(duì)應(yīng)的運(yùn)行頻率為.二化x3600二800x360c2667Hm60x060x1.8Z從2S86Q-0

33、5180的矩頻特性曲線上可以看出，此速度（或頻率）時(shí)電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩大于Teq，故此電動(dòng)機(jī)滿足要求。電機(jī)輸出軸的設(shè)計(jì)由于減速比i=5，則電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速nm二800r/minPT9.55x106t=占n占t設(shè)作用在軸上的最大轉(zhuǎn)矩為T,其扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為TWT0.2d3Tt式中T扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，MPa;T傳遞的轉(zhuǎn)矩，N*mW-抗扭截面系數(shù)，mm3,對(duì)實(shí)心軸W0.2d3;TT16P軸傳遞的功率，kW;d>由此可得軸徑的設(shè)計(jì)公式為t-軸材料的許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，MPT9.55x106A3式中"查表A取為105軸為45鋼Kt二25-4吧西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書T二9549xPnP二nTn95493.5x

34、8009549二0.2932kw輸出功率為：P=Pm=0.2932x0.97x0.97=0.276kw12d>105$0.276沁12.6mm,取d=13mm國160min軸的最小直徑顯然應(yīng)是安裝聯(lián)軸器處軸段的直徑，該直徑的選取必須與聯(lián)軸器孔徑相匹配。T=KTK=13選擇聯(lián)軸器型號(hào)。計(jì)算轉(zhuǎn)矩"ca-KaH，考慮到轉(zhuǎn)矩變化很小，故取KA-1則T=KT=1.3x3.5Nm=4.55NmcaA3根據(jù)計(jì)算轉(zhuǎn)矩Tca，查標(biāo)準(zhǔn)，選用GY1型聯(lián)軸器軸孔直徑14mm,軸孔長L=32mm,螺栓為M6,數(shù)量為三個(gè)，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J=0.0018kgm2。故選用電機(jī)輸出軸減速齒輪模數(shù)m=2,齒數(shù)z=17的

35、標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪；軸2減速齒輪為模數(shù)m=2,齒數(shù)z=85的標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪。軸的校核：4.3 機(jī)械手大臂設(shè)計(jì)計(jì)算絲杠選擇機(jī)械手大臂做伸縮運(yùn)動(dòng)，采用絲杠螺母結(jié)構(gòu)，根據(jù)機(jī)械手作業(yè)范圍，設(shè)計(jì)大臂最大行程為1400mm；快速移動(dòng)的速度為0.5m/s；加減速時(shí)間常數(shù)t=0.15m/s；定位精度為±01mm；希望大臂能達(dá)到的工作壽命為20000小時(shí)；直線導(dǎo)軌摩擦系數(shù)卩=01；N=3000r/min最大轉(zhuǎn)速max；Vx600.5m/sx60P>max=10mm導(dǎo)程nN3000r/s導(dǎo)程max螺母計(jì)算西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書amaxM加速時(shí)的加速度t，軸向負(fù)載PaMI8；固定速度時(shí)的軸向負(fù)載Pb

36、卩Mg；減速時(shí)的軸向負(fù)載PC"a-卩Mg；其中M為工作臺(tái)質(zhì)量，M=40kg,t為加減速時(shí)間常數(shù)t=0.15s,r為工作臺(tái)與直線導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)卩=°.°2。數(shù)據(jù)帶入上式得a3.3m/s2,P140N,P8N,P124Nabc利用負(fù)載條件計(jì)算軸向平均負(fù)載Pm和平均轉(zhuǎn)速Nmp3Nt+p3Nt+p3Nt.1P(1_142H3_)3Nt+Nt+Nt112233“Nt+Nt+NtN112233mt+t+t123其中p140N,N1500r/min,t0.15s;111p8N,N3000r/min,t0.7s;222p124N,N1500r/min,t0.15s;333得P74

37、.3N,N2550r/min得mmL20000小時(shí)工作時(shí)間h0，60LNifC(h0m)3xPXwam106mfXf所以有am106mfaXfcf為精度系數(shù)，取f=1aa，f為可靠性系數(shù)，取f=1cc，f為負(fù)載因子，在五沖擊平滑運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)取f=1.0-1.2，ww在普通狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)取f=1.2-1.5，w在有沖擊和振動(dòng)的情況下取f=1.5-2.0,w因此取f=15代入式得C1618N,C'fC7281Nwamameamf為加載荷系數(shù)，取4.5e估算滾珠絲杠螺紋小徑d2md2ma0.02x40x16400.025=17.87mm卩-導(dǎo)軌靜摩擦因數(shù)，取卩=0.0；0ow工作臺(tái)質(zhì)量，取w=40k

38、g；L滾珠絲杠兩軸承支點(diǎn)間距離，取L=1640mm;5滾珠絲杠允許最大軸向變形，取§=24mm.mm根據(jù)計(jì)算結(jié)果選擇FFB型滾珠絲杠螺母副，型號(hào)為FFB2506-2，其公稱直徑4二?5mmD二4mmw基本導(dǎo)程L0二10mm，螺紋底徑“2=20.9mm，絲杠外徑d=23.9mm，鋼球直徑循環(huán)圈數(shù)2，滾珠絲杠安裝方式為一端固定一端游動(dòng)支撐方式，固定端軸承型號(hào)：2列組合60度接觸推力接觸求軸承（背靠背組配）760204TNI即內(nèi)徑d=20mm，D=47mm,寬度B=14mm,游動(dòng)端型號(hào)：兩個(gè)深溝球軸承組配6204，內(nèi)徑d=20mm，外徑D=47mm，寬度B=14mm。步進(jìn)電機(jī)的選擇根據(jù)以上

39、絲桿參數(shù)：工件最大速度0.5m/s滑動(dòng)部分質(zhì)量W=40kg絲杠導(dǎo)程P=10mm絲杠直徑d=0.025m絲杠上傳動(dòng)齒輪模數(shù)m=3,z=20摩擦因數(shù)卩=0.3加速時(shí)間ta=0.1S機(jī)械效率"=0.9電機(jī)轉(zhuǎn)速vmax0.6x600.01=3000r/min折算到電機(jī)軸上的負(fù)載慣量為Jd，Jd=Jg+Js+Jl，其中滑動(dòng)部分轉(zhuǎn)動(dòng)慣量二w(2)2二40x(0.01)22兀2兀=1.01x10-4kg嚴(yán)2西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量s兀=X7.87X103X1.4X0.025432=4.223x10-4kg嚴(yán)2（設(shè)滾珠絲杠的材料為鐵，密度為7.87X103kg/m）J=2xmr2齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量g2兀lpr43.14x0.03x03x7x103=0.534kg®2g10°折算到電機(jī)軸上的負(fù)載慣量：=J+J+J=5.767x10-4kg*2折算到電機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩T=卩mg+卩xpxi=2L2兀耳4X0Xooox=1o.N0m電動(dòng)機(jī)軸上的加速轉(zhuǎn)矩m6X00.1T=叱(J+J)=曲300<0Jm(+5.X76-7=1(31)J0+a60tmd6X00.1maJ-電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量m折算到電機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)矩TeqT=T+T=0.20+3140+1.=11J31+40N2m02(eqalmm電動(dòng)機(jī)的選擇：取安全系數(shù)k=2，則必需轉(zhuǎn)矩T=kT