自動(dòng)上下料機(jī)械手的主要零部件設(shè)計(jì)及三維造型

1、.1. - . 可修編.摘要本次設(shè)計(jì)的課題是自動(dòng)上下料機(jī)械手的主要零部件設(shè)計(jì)及三維造型，確定了機(jī)械手的座標(biāo)型式和自由度，確定了機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)。 機(jī)械手能代替人工操作，起到減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約加工時(shí)間，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)本錢的特點(diǎn)。在實(shí)用根底上，對(duì)自動(dòng)上下料機(jī)械手直臂與夾持部件進(jìn)展三維設(shè)計(jì)，其中分為三個(gè)局部：手爪、手腕、直臂。整體機(jī)械手為直角坐標(biāo)型，驅(qū)動(dòng)均為電機(jī)驅(qū)動(dòng)，構(gòu)造簡(jiǎn)單可靠，精度高。設(shè)計(jì)了手爪為平移型夾持式手爪，傳動(dòng)構(gòu)造為滑動(dòng)絲桿；手腕為回轉(zhuǎn)型，轉(zhuǎn)動(dòng)角度為0-180，傳動(dòng)構(gòu)造為蝸輪蝸桿；設(shè)計(jì)了機(jī)械手的手腕構(gòu)造，計(jì)算出了手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)力矩；畫出機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖；對(duì)工作機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)

2、系統(tǒng)進(jìn)展設(shè)計(jì)計(jì)算，包括主要部件的設(shè)計(jì)計(jì)算、強(qiáng)度校核和運(yùn)動(dòng)分析；設(shè)計(jì)繪制起升裝置的總圖和主要零件工作圖；利用三維CAD軟件對(duì)主要零件進(jìn)展實(shí)體設(shè)計(jì)和造型。關(guān)鍵詞：直臂與夾持部件；機(jī)械手；CAD二維設(shè)計(jì)；Pro/e三維設(shè)計(jì).1AbstractThe topic of this design is the main ponent of the automatic up-down material manipulator design and 3 d modelling, determine the coordinates of the manipulator type and degree of fr

3、eedom, determine the technical parameters of the manipulator. Robots can replace manual operation, reduce labor intensity, save processing time, improve the production efficiency, reduce the production cost. On the basis of practical, automatic manipulator arm straight up and down and clamping parts

4、 for 3 d design, which is divided into three parts: hand, wrist, arm straight. Integral type manipulator for rectangular coordinates, drive for motor drive, structure simple, reliable and high precision. Design hand claw clamping type gripper for translation, the transmission structure for sliding s

5、crew; Wrist for transformation, rotation Angle of 0-180 , for the worm gear and worm drive structure; Manipulator wrist structure was designed, calculated the wrist when the driving moment; Draw the manipulator kinematic sketch; The working mechanism and transmission system design and calculation, i

6、ncluding design calculation, intensity and the movement of the main parts of analysis; Design drawing general layout and main parts of lifting device working drawing; Using three-dimensional CAD software for the main parts for physical design and modelling. Key word: Straight arm and clamping parts;

7、 Manipulator; 2 d CAD design;Pro/e 3 d design.1 . 可修編.目 錄 HYPERLINK l _Toc13502 摘要I HYPERLINK l _Toc13502 AbstractIITOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc21133 Abstract PAGEREF _Toc21133 I HYPERLINK l _Toc31985 1緒論 PAGEREF _Toc31985 1 HYPERLINK l _Toc2718 1.1前言和意義 PAGEREF _Toc2718 1 HYPERLINK l _Toc25717 1.

8、2 工業(yè)機(jī)械手的簡(jiǎn)史 PAGEREF _Toc25717 1 HYPERLINK l _Toc4618 1.3 國(guó)外研究現(xiàn)狀和趨勢(shì) PAGEREF _Toc4618 3 HYPERLINK l _Toc19698 2機(jī)械手直臂局部的總體設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc19698 5 HYPERLINK l _Toc12917 2.1 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇 PAGEREF _Toc12917 5 HYPERLINK l _Toc23462 2.2 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇 PAGEREF _Toc23462 6 HYPERLINK l _Toc15764 2.3傳動(dòng)構(gòu)造的選擇 PAGEREF _Toc15764

9、6 HYPERLINK l _Toc32573 2.4 機(jī)械手的根本形式選擇 PAGEREF _Toc32573 8 HYPERLINK l _Toc17435 2.5 機(jī)械手直臂局部的主要部件及運(yùn)動(dòng) PAGEREF _Toc17435 8 HYPERLINK l _Toc22373 2.6 機(jī)械手的技術(shù)參數(shù) PAGEREF _Toc22373 9 HYPERLINK l _Toc14727 3機(jī)械手手爪的三維設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc14727 11 HYPERLINK l _Toc14860 3.1 手部設(shè)計(jì)根本要求 PAGEREF _Toc14860 11 HYPERLINK l _

10、Toc4847 3.2 典型的手部構(gòu)造 PAGEREF _Toc4847 11 HYPERLINK l _Toc19296 3.3 機(jī)械手手爪的設(shè)計(jì)計(jì)算 PAGEREF _Toc19296 11 HYPERLINK l _Toc8559 3.3.1選擇手爪的類型和夾緊裝置 PAGEREF _Toc8559 11 HYPERLINK l _Toc1807 3.3.2 手爪夾持圍計(jì)算 PAGEREF _Toc1807 12 HYPERLINK l _Toc11509 3.3.3 滑動(dòng)絲杠設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc11509 13 HYPERLINK l _Toc19553 3.3.4 直齒輪設(shè)

11、計(jì) PAGEREF _Toc19553 15 HYPERLINK l _Toc14968 3.3.5電機(jī)選型 PAGEREF _Toc14968 16 HYPERLINK l _Toc19472 3.4 機(jī)械手手爪的三維出圖及其主要零部件出圖 PAGEREF _Toc19472 17 HYPERLINK l _Toc225 4機(jī)械手手腕局部的三維設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc225 20 HYPERLINK l _Toc28183 4.1腕部設(shè)計(jì)的根本要求 PAGEREF _Toc28183 20 HYPERLINK l _Toc27174 4.2 腕部的構(gòu)造以及選擇 PAGEREF _Toc

12、27174 20 HYPERLINK l _Toc14035 4.2.1 典型的腕部構(gòu)造 PAGEREF _Toc14035 20 HYPERLINK l _Toc10865 4.2.2 腕部構(gòu)造和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇 PAGEREF _Toc10865 20 HYPERLINK l _Toc11801 4.3 腕部的設(shè)計(jì)計(jì)算 PAGEREF _Toc11801 21 HYPERLINK l _Toc8256 4.3.1 蝸輪軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 PAGEREF _Toc8256 21 HYPERLINK l _Toc227844.3.2 蝸輪齒輪設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc22784 22 HYPERL

13、INK l _Toc4136 4.3.3 步進(jìn)電機(jī)選型 PAGEREF _Toc4136 23 HYPERLINK l _Toc2853 4.4 手腕局部出圖及主要零部件出圖 PAGEREF _Toc2853 24 HYPERLINK l _Toc10947 5 直臂局部的三維設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc10947 31 HYPERLINK l _Toc1113 5.1 手臂的構(gòu)造的選擇及其驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) PAGEREF _Toc1113 31 HYPERLINK l _Toc20404 5.2 滾珠絲杠設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc20404 31 HYPERLINK l _Toc8447 5.

14、3 錐齒輪設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc8447 33 HYPERLINK l _Toc8180 5.4 電機(jī)選型 PAGEREF _Toc8180 35 HYPERLINK l _Toc25545 5.5 機(jī)械手直臂局部三維出圖及主要零部件出圖 PAGEREF _Toc25545 36 HYPERLINK l _Toc19106 6. 總結(jié) PAGEREF _Toc19106 40 HYPERLINK l _Toc25018 7.致 PAGEREF _Toc25018 42 HYPERLINK l _Toc20851 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc20851 43.11緒論1.1前言和意

15、義作為本次畢業(yè)設(shè)計(jì)研究的課題，此項(xiàng)研究是檢驗(yàn)學(xué)生在校學(xué)習(xí)成果的重要措施，也是提高教學(xué)質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。是對(duì)大學(xué)幾年所學(xué)的專業(yè)知識(shí)的一次整體的回憶，它將所學(xué)的機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械原理、機(jī)械加工工藝、機(jī)械制造裝配設(shè)計(jì)等有關(guān)的機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)主要課程嚴(yán)密的聯(lián)系在一起；真正利用所學(xué)的專業(yè)知識(shí)來(lái)解決實(shí)際的生產(chǎn)問題，很好的將理論設(shè)計(jì)與實(shí)際應(yīng)用結(jié)合起來(lái)，考慮多方面的問題，諸如本錢，可行性，設(shè)備的平安性，使用壽命，工作效率等的；在研究的過程當(dāng)中，通過不斷的遇到問題并設(shè)法解決之，可以培養(yǎng)我們的個(gè)人獨(dú)立思考的能力和創(chuàng)新的意識(shí)；提高個(gè)人分析問題、解決實(shí)際問題的能力；此外，該通過對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)大學(xué)本科

16、四年的所學(xué)知識(shí)進(jìn)展整合，完成一個(gè)特定功能、特殊要求的上下料機(jī)械手的設(shè)計(jì)，能夠比較好地表達(dá)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)生的理論研究水平，實(shí)踐動(dòng)手能力以及專業(yè)精神和態(tài)度，具有較強(qiáng)的針對(duì)性和明確的實(shí)施目標(biāo)，能夠?qū)崿F(xiàn)理論和實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合。本次設(shè)計(jì)也要培養(yǎng)自己的自學(xué)與創(chuàng)新能力。因此本次設(shè)計(jì)綜合性和實(shí)踐性強(qiáng)、涉及知識(shí)面廣。所以在設(shè)計(jì)中既要注意根本概念、根本理論，又要注意生產(chǎn)實(shí)踐的需要，只有將各種理論與生產(chǎn)實(shí)踐相結(jié)合，才能很好的完本錢次設(shè)計(jì)。這對(duì)我們將來(lái)所從事的行業(yè)有莫大的幫助。大學(xué)生在畢業(yè)前都必須完成畢業(yè)論文的撰寫任務(wù)。 大學(xué)生撰寫畢業(yè)論文的目的，主要有兩個(gè)方面；一是對(duì)學(xué)生的知識(shí)相能力進(jìn)展一次全面考核。

17、二是訓(xùn)練學(xué)生對(duì)進(jìn)展科學(xué)研究的根本功，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)獨(dú)立地分析問題和解決問題的能力，為以后撰寫專業(yè)學(xué)術(shù)論文打下良好的根底。自動(dòng)上下料機(jī)械手的主要零部件設(shè)計(jì)及三維造型是在學(xué)完了機(jī)械制圖、機(jī)械制造技術(shù)根底、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械工程材料等進(jìn)展設(shè)計(jì)之后的下一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)。本次設(shè)計(jì)也要培養(yǎng)自己的自學(xué)與創(chuàng)新能力。因此本次設(shè)計(jì)綜合性和實(shí)踐性強(qiáng)、涉及知識(shí)面廣。所以在設(shè)計(jì)中既要注意根本概念、根本理論，又要注意生產(chǎn)實(shí)踐的需要，只有將各種理論與生產(chǎn)實(shí)踐相結(jié)合，才能很好的完本錢次設(shè)計(jì)。1.2 工業(yè)機(jī)械手的簡(jiǎn)史 現(xiàn)代工業(yè)機(jī)械手起源于20世紀(jì)50年代初，具有多自由度動(dòng)作功能的柔性自動(dòng)化產(chǎn)品。當(dāng)時(shí)數(shù)字計(jì)算機(jī)已經(jīng)出現(xiàn)，電子技

18、術(shù)也有了長(zhǎng)足的開展，在產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域出現(xiàn)了受計(jì)算機(jī)控制的可編程數(shù)控機(jī)床，與機(jī)器人技術(shù)相關(guān)的控制技術(shù)和零部件加工也已有了扎實(shí)的根底。另外，人類需要開發(fā)自動(dòng)機(jī)械，替代人去從事一些惡劣環(huán)境下的作業(yè)。正是在這一背景下，機(jī)器人技術(shù)的研究與應(yīng)用得到了快速開展。 以以下舉了現(xiàn)代機(jī)器人工業(yè)史上的幾個(gè)標(biāo)志性事件。 1954年：美國(guó)人戴沃爾G.C.Devol制造出世界上第一臺(tái)可編程的機(jī)械手，并注冊(cè)了專利。這種機(jī)械手能夠按照不同的程序從事不同的工作，因此具有通用性和靈活性。 1959年：戴沃爾G.C.Devol與美國(guó)創(chuàng)造家英格伯格Ingerborg聯(lián)手制造出第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人。隨后，成立了世界上第一個(gè)機(jī)器人制造工廠Unim

19、aton公司。由于英格伯格對(duì)工業(yè)機(jī)器人富有成效的研究和宣傳，他被成為“工業(yè)機(jī)器人之父。 1962年：美國(guó)AMF公司生產(chǎn)出萬(wàn)能搬運(yùn)Versatran機(jī)器人，與Unimaton公司生產(chǎn)的萬(wàn)能伙伴Unimate機(jī)器人一樣成為真正商業(yè)化的工業(yè)機(jī)器人，并出口到世界各國(guó)，掀起了全世界對(duì)機(jī)器人和機(jī)器人研究的熱潮。1967年：日本川崎重工公司和豐田公司分別從美國(guó)購(gòu)進(jìn)了工業(yè)機(jī)器人Unimate和Verstran的生產(chǎn)許可證，日本從此開場(chǎng)了對(duì)機(jī)器人的研究和制造。20世紀(jì)60年代后期，噴漆弧焊機(jī)器人問世并逐步開場(chǎng)應(yīng)用與工業(yè)生產(chǎn)。1968年：美國(guó)斯坦福研究所公布他們研發(fā)成功的機(jī)器人Shakey。它帶有視覺傳感器，能根

20、據(jù)人的指令發(fā)現(xiàn)并抓取積木，不過控制它的計(jì)算機(jī)有一個(gè)房間則大。Shakey可以成為世界上第一臺(tái)智能機(jī)器人，由此拉開了第三代機(jī)器人研發(fā)的序幕。1969年：日本早稻田大學(xué)加藤一郎實(shí)驗(yàn)室研發(fā)出第一臺(tái)以雙腳走路的機(jī)器人。加藤一郎長(zhǎng)期致力于研發(fā)仿人機(jī)器人，被譽(yù)為“仿人機(jī)器人之父。日本專家一向以研發(fā)仿人機(jī)器人和娛樂機(jī)器人的技術(shù)見長(zhǎng)，后來(lái)更進(jìn)一步，催生出本田公司的ASIMO機(jī)器人和索尼公司的QRIO機(jī)器人。1973年：世界上機(jī)器人和小型計(jì)算機(jī)第一次攜手合作，單身了美國(guó)Cincinnati Milacron公司的機(jī)器人T3。1979年：美國(guó)Unimaton公司推出通用工業(yè)機(jī)器人PUMA，這標(biāo)志著工業(yè)機(jī)器人技術(shù)已

21、經(jīng)完全成熟。PUMA至今仍然工作在生產(chǎn)第一線，許多機(jī)器人技術(shù)的研究都一概機(jī)器人為模型和對(duì)象。1979年：日本山梨大學(xué)牧野洋創(chuàng)造了平面關(guān)節(jié)型SCARA機(jī)器人，該型機(jī)器人在此后的裝配作業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。1980年：工業(yè)機(jī)器人在日本開場(chǎng)普及。隨后，工業(yè)機(jī)器人在日本得到了巨大開展，日本也因此而贏得了“機(jī)器人王國(guó)的美稱。1984年：英格伯格再次推出機(jī)器人Helpmate，這種機(jī)器人能夠在醫(yī)院里為病人送飯、送藥、送。同年，英格伯格還預(yù)言：我要讓機(jī)器人擦地板、做飯、出去幫我洗車、檢查平安。1996年：本田公司推出仿人型機(jī)器人P2，使雙足行駛機(jī)器人的研究到達(dá)了一個(gè)新的水平。隨后許多國(guó)家著名企業(yè)爭(zhēng)相研制代表

22、自己公司形象的仿人型機(jī)器人，以展示公司的科研實(shí)力。1998年：丹麥樂高公司推出機(jī)器人Mind-storms套件，讓機(jī)器人制造變得跟搭積木一樣，相對(duì)簡(jiǎn)單又能任意拼裝，是機(jī)器人開場(chǎng)走入個(gè)人世界。1999年：日本索尼公司推出機(jī)器人狗愛寶AIBO，當(dāng)即銷售一空，從此娛樂機(jī)器人邁進(jìn)普通家庭。2002年：美國(guó)iRobot公司推出了吸塵器機(jī)器人Roomba，它是目前世界上銷量最大、商業(yè)化最成功的家用機(jī)器人。2006年：微軟公司推出Microsoft Robotics Studio機(jī)器人，從此機(jī)器人模塊化、平臺(tái)統(tǒng)一化的趨勢(shì)越來(lái)越明顯。比爾蓋茨語(yǔ)言，家用機(jī)器人將很快席卷全球。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，推動(dòng)著機(jī)器人

23、技術(shù)不斷開展和完善；機(jī)器人技術(shù)的開展和廣泛應(yīng)用，又促進(jìn)了人民生活的的改善，推動(dòng)著生產(chǎn)力的提高和整個(gè)社會(huì)的進(jìn)步。機(jī)器人技術(shù)作為當(dāng)今科學(xué)技術(shù)開展的前沿科學(xué)，將成為未來(lái)社會(huì)和生活中不可或缺的一門技術(shù)。1.3 國(guó)外研究現(xiàn)狀和趨勢(shì) 目前，在國(guó)外各種機(jī)器人和機(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(shì)如下： 1.工業(yè)機(jī)械手性能不斷提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修)，而單機(jī)價(jià)格不斷下降。 2.機(jī)械構(gòu)造向模塊化、可重構(gòu)化開展。例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機(jī)、減速機(jī)、檢測(cè)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)械手整機(jī);國(guó)外已有模塊化裝配機(jī)器人產(chǎn)品問市。 3.工業(yè)機(jī)械手控制系統(tǒng)向基于P

24、C機(jī)的開放型控制器方向開展，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，且采用模塊化構(gòu)造;大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。 4.機(jī)械手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)械手還應(yīng)用了視覺、力覺等傳感器，而遙控機(jī)械手則采用視覺、聲覺、力覺、觸覺等多傳感器的融合技術(shù)來(lái)進(jìn)展環(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(shí)技術(shù)在機(jī)械手中的作用已從仿真、預(yù)演開展到用于過程控制，如使遙控機(jī)械手操作者產(chǎn)生置身于遠(yuǎn)端作業(yè)環(huán)境中的感覺來(lái)操縱機(jī)械手?？偟膩?lái)說，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

25、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，在滿足工作要求的根底上，追求系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)潔、可靠，大量采用工業(yè)控制器，市場(chǎng)化、模塊化的元件。我國(guó)的機(jī)器人技術(shù)起步較晚，從二十世紀(jì)八十年代才開場(chǎng)。我國(guó)早就把機(jī)器人列入國(guó)家重點(diǎn)科研規(guī)劃容，在一系列方案的支持下，機(jī)器人根底理論和根底元、器件研究全面展開。目前我國(guó)已經(jīng)根本掌握了機(jī)器人的設(shè)計(jì)制造技術(shù)、控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)根底、運(yùn)動(dòng)學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù)，生產(chǎn)了局部機(jī)器人關(guān)鍵元器件。在以后的機(jī)器人設(shè)計(jì)制造技術(shù)中，我國(guó)逐步縮小了與世界先進(jìn)水平的差距。2機(jī)械手直臂局部的總體設(shè)計(jì)2.1 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇

26、 1手部是裝在工業(yè)機(jī)器人手腕上直接抓握工件或執(zhí)行作業(yè)的部件。分為機(jī)械鉗爪式手部構(gòu)造和吸附式手部構(gòu)造。具有以下特點(diǎn)：1手部與腕部相連處可拆卸，手部與手腕有機(jī)械接口，也可能有電、汽、液接頭，當(dāng)工業(yè)機(jī)器人作業(yè)對(duì)象不同時(shí)，可以方便的拆卸和更換手部。2手部是工業(yè)機(jī)器人的末端操作器。它可以像人手那樣具有手指，也可以不具備手指；可以是類人的手爪，也可以是進(jìn)展專業(yè)操作的工具，如裝在機(jī)器人手腕上的噴漆槍、焊接工具等。3手部的通用性比較差。工業(yè)機(jī)器人的手部通常是專用的裝置，一種手爪往往只能抓我一種工件或幾種在形狀、尺寸、質(zhì)量等方面相近似的工件，只能執(zhí)行一種作業(yè)任務(wù)。4手部是一個(gè)獨(dú)立的部件，假設(shè)把手腕歸屬于臂部，則

27、工業(yè)機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)的三大件就是機(jī)身、臂部、和手部。手部是決定整個(gè)工業(yè)機(jī)器人作業(yè)完成好壞、作業(yè)柔性好壞的關(guān)鍵部件之一。 2腕部是連接手部和臂部的部件，起支撐和改變手部姿態(tài)的作用。機(jī)器人操作臂將末端工具至于其工作的三維空間的任意點(diǎn)需要三個(gè)自由度。為了進(jìn)展實(shí)際操作，它應(yīng)該能夠獎(jiǎng)工具置于任意的方位，同時(shí)需要一個(gè)腕部，一般還需要三個(gè)自由度，即回轉(zhuǎn)、俯仰和擺動(dòng)。腕部可具有不同的自由度數(shù)目和不同的構(gòu)造。腕部所需要的自由度根據(jù)機(jī)器人的工作性能來(lái)確定，在多數(shù)情況下，玩不具有兩個(gè)自由度，即回轉(zhuǎn)和俯仰或擺動(dòng)。腕部可用安裝在連接處的驅(qū)動(dòng)器直接驅(qū)動(dòng)，也可以從底座的動(dòng)力源經(jīng)鏈條、同步齒形帶、連桿或其他機(jī)構(gòu)遠(yuǎn)程驅(qū)動(dòng)。直接驅(qū)

28、動(dòng)一般采用液壓或氣動(dòng)，具有較高的驅(qū)動(dòng)力和強(qiáng)度，但增加了機(jī)械手的質(zhì)量和慣性。遠(yuǎn)程驅(qū)動(dòng)可降低機(jī)械手的慣性，但需要傳動(dòng)裝置，設(shè)計(jì)較為復(fù)雜。 3臂部是機(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(dòng)他們做空間運(yùn)動(dòng)。臂部運(yùn)動(dòng)的目的：把手部送到空間運(yùn)動(dòng)圍任意一點(diǎn)。如果改變手部的姿態(tài)方位，則用腕部的自由度加以實(shí)現(xiàn)。因此，一般來(lái)說臂部具有三個(gè)自由度才能滿足根本要求，即手臂的伸縮、左右旋轉(zhuǎn)、升降或俯仰運(yùn)動(dòng)。手臂的各種運(yùn)動(dòng)通常用驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)如液壓缸或者氣缸和各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)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(dòng)載荷，而且自身運(yùn)動(dòng)較為多，受力復(fù)雜。因此，它的構(gòu)造、工作圍、靈

29、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。2.2 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是工業(yè)機(jī)械手的重要組成局部。根據(jù)動(dòng)力源的不同, 可分為以下四類：1氣壓傳動(dòng)機(jī)械手 氣壓機(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。其特點(diǎn)為：輸出力大、易于保養(yǎng)、動(dòng)作迅速、構(gòu)造簡(jiǎn)單本錢低。但是由于空氣具有可壓縮的特性，工作速度的穩(wěn)定性較差、沖擊力大、定位精度一般、抓取力小。2液壓傳動(dòng)機(jī)械手 是以油液壓縮的壓力來(lái)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手。其特點(diǎn)為：輸出力大、傳動(dòng)平穩(wěn)、構(gòu)造緊湊、動(dòng)作靈敏、抓取力大。但是這種機(jī)械手對(duì)密封性要求很高、不易于保養(yǎng)與維護(hù)、受到液體本身的屬性影響，不宜在高溫或者低溫的環(huán)境下工作、油的泄

30、漏會(huì)導(dǎo)致對(duì)其工作性能產(chǎn)生很大的影響、油液過濾要求非常嚴(yán)格，本錢高。3機(jī)械驅(qū)動(dòng)機(jī)械手 它是由機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手，是一種附屬于工作主機(jī)的專用機(jī)械手，動(dòng)力是由工作機(jī)械提供的。其主要特點(diǎn)為：運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確，動(dòng)作頻率大，定位精度高。但是構(gòu)造較大，保養(yǎng)需求高。4電氣驅(qū)動(dòng)機(jī)械手 它是由電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手。其特點(diǎn)為：運(yùn)動(dòng)速度快，行程長(zhǎng)，定位精度高，易于維護(hù)、使用方便、節(jié)能環(huán)保。但是其技術(shù)還不夠成熟、構(gòu)造較復(fù)雜、本錢也較高。 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是工業(yè)機(jī)械手的重要組成局部, 工業(yè)機(jī)械手的性能價(jià)格比在很大程度上取決于驅(qū)動(dòng)方案及其裝置?？紤]機(jī)械手的工作環(huán)境以及各驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)我們采用電動(dòng)驅(qū)動(dòng)。2.3傳動(dòng)構(gòu)造的選擇1齒

31、輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)圓柱齒輪，圓錐齒輪，諧波齒輪蝸輪蝸桿及，擺線針輪傳動(dòng)等是在工業(yè)機(jī)器人中經(jīng)常使用的幾種齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。2諧波齒輪傳動(dòng)諧波齒輪傳動(dòng)具有構(gòu)造簡(jiǎn)單、體積小重量輕，傳動(dòng)比大幾十到幾百，傳動(dòng)精度高、回程誤差小、噪音低、傳動(dòng)平穩(wěn)，承載能力強(qiáng)、效率高等一系列優(yōu)點(diǎn)。故在工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。諧波齒輪傳動(dòng)與少齒差行星齒輪傳動(dòng)十分相似，它是依靠柔性齒輪產(chǎn)生的可控變形波引起齒間的相對(duì)錯(cuò)齒來(lái)傳遞動(dòng)力與運(yùn)動(dòng)的，故諧波齒輪傳動(dòng)與一般的齒輪傳動(dòng)具有本質(zhì)上的差異。3螺旋傳動(dòng)螺旋傳動(dòng)及絲杠螺母，它主要是用來(lái)將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變換為直線運(yùn)動(dòng)或?qū)⒅本€運(yùn)動(dòng)變換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。螺旋傳動(dòng)有傳遞能量為主的，如螺旋壓力機(jī)、千斤頂?shù)?；有?/p>

32、傳遞運(yùn)動(dòng)為主的，如機(jī)床工作臺(tái)的進(jìn)給絲杠。絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)分為普通絲杠滑動(dòng)摩擦和滾珠絲杠滾動(dòng)摩擦，前者構(gòu)造簡(jiǎn)單、加工方便、制造本錢低，具有自鎖能力；但是摩擦阻力矩大、傳動(dòng)效率低30%40%。后者雖然構(gòu)造復(fù)雜、制造本錢高，但是其最大的優(yōu)點(diǎn)是摩擦阻力矩小、傳動(dòng)效率高92%98%，其運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性好，靈活度高。通過預(yù)緊，能消除間隙、提高傳動(dòng)剛度；進(jìn)給精度和重復(fù)定位精度高。使用壽命長(zhǎng)；而且同步性好，使用可靠、潤(rùn)滑簡(jiǎn)單，因此滾珠絲杠在機(jī)器人中應(yīng)用很多。由于滾珠絲杠傳動(dòng)返行程不能自鎖；因此在用于垂直方向傳動(dòng)時(shí)，須附加自鎖機(jī)構(gòu)或制動(dòng)裝置。4同步帶傳動(dòng)同步帶傳動(dòng)是綜合了普通帶傳動(dòng)和鏈輪鏈條傳動(dòng)優(yōu)點(diǎn)的一種新型傳動(dòng)，它在帶

33、的工作面及帶輪外周上均制有嚙合齒，通過帶齒與輪齒作嚙合傳動(dòng)。為保證帶和帶輪作無(wú)滑動(dòng)的同步傳動(dòng)，齒形帶采用了承載后無(wú)彈性變形的高強(qiáng)力材料，無(wú)彈性滑動(dòng)，以保證節(jié)距不變。同步帶具有傳動(dòng)比準(zhǔn)確、傳動(dòng)效率高可達(dá)98%、節(jié)能效果好；能吸振、噪聲低、不需要潤(rùn)滑；傳動(dòng)平穩(wěn)，能高速傳動(dòng)可達(dá)40m/s、傳動(dòng)比可達(dá)10，構(gòu)造緊湊、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，故在機(jī)器人中使用很多。其主要缺點(diǎn)是安裝精度要求高、中心距要求嚴(yán)格，同時(shí)具有一定的蠕變性。同步帶帶輪齒形有梯形齒形和圓弧齒形。5鋼帶傳動(dòng)鋼帶傳動(dòng)的特點(diǎn)是鋼帶與帶輪間接觸面積大，是無(wú)間隙傳動(dòng)、摩擦阻力大，無(wú)滑動(dòng)，構(gòu)造簡(jiǎn)單緊湊、運(yùn)行可靠、噪聲低，驅(qū)動(dòng)力矩大、壽命長(zhǎng)，鋼帶無(wú)蠕變、傳

34、動(dòng)效率高。6)鏈傳動(dòng)機(jī)器人的手腕傳動(dòng)采用鏈傳動(dòng)，考慮到降低機(jī)器人尾端的重量，經(jīng)常將腕關(guān)節(jié)處的驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝在大臂關(guān)節(jié)處或小臂后端。7)鋼絲繩輪傳動(dòng)鋼絲繩輪傳動(dòng)的有點(diǎn)有傳動(dòng)剛度大、構(gòu)造柔軟、本錢較低、構(gòu)造簡(jiǎn)單等。其缺點(diǎn)有加速度不宜太高、帶輪較大、安裝面積大等。2.4 機(jī)械手的根本形式選擇根據(jù)手臂的動(dòng)作形態(tài)分析,常見的工業(yè)機(jī)械手按坐標(biāo)形式大致可以分為以下4種: (1)直角坐標(biāo)型機(jī)械手;(2)圓柱坐標(biāo)型機(jī)械手; (3)球坐標(biāo)(極坐標(biāo))型機(jī)械手; (4)多關(guān)節(jié)型機(jī)機(jī)械手。圖2.1 機(jī)械手根本形式按照此次設(shè)計(jì)機(jī)械手的工作環(huán)境選用直角坐標(biāo)型機(jī)械手，其特點(diǎn)是構(gòu)造簡(jiǎn)單緊湊，定位精度高，比較滿足設(shè)計(jì)要求。2.5

35、機(jī)械手直臂局部的主要部件及運(yùn)動(dòng)在直角坐標(biāo)型機(jī)械手的根本方案選定后，根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，為了滿足設(shè)計(jì)要求，關(guān)于機(jī)械手具有4個(gè)自由度 即：手爪合；手腕回轉(zhuǎn)；直臂升降；橫臂平移4個(gè)主要運(yùn)動(dòng)。機(jī)械手主要由3個(gè)大部件和4個(gè)電機(jī)組成：1手部，采用滑動(dòng)絲桿構(gòu)造，通過電機(jī)帶動(dòng)實(shí)現(xiàn)手抓的合。2 腕部，采用一個(gè)步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)蝸輪蝸桿實(shí)現(xiàn)手部回轉(zhuǎn)01803臂部，采用滾珠絲杠，電機(jī)帶動(dòng)絲桿使螺母在橫臂上移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)手臂平動(dòng)，帶動(dòng)絲桿螺母使絲桿在直臂上移動(dòng)實(shí)現(xiàn)手臂升降。圖2.2 機(jī)械手直臂與夾持部件總裝三維圖圖2.3 二維示意圖2.6 機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)1用途：自動(dòng)上下料2設(shè)計(jì)技術(shù)的參數(shù):1、抓取重量:600g (夾持式手爪)2、

36、自由度數(shù):4個(gè)自由度3、坐標(biāo)型式:直角坐標(biāo)型4、橫臂手臂的長(zhǎng)度:2000mm5、手臂最大的高度:3000mm6、手臂運(yùn)動(dòng)的參數(shù)升降行程：950mm升降速度：150mm/s7、手腕運(yùn)動(dòng)的參數(shù)回轉(zhuǎn)的圍:0-1803機(jī)械手手爪的三維設(shè)計(jì)3.1 手部設(shè)計(jì)根本要求1應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膴A緊力及驅(qū)動(dòng)力。應(yīng)考慮到在一定的夾緊力的條件下，不同的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)需要不同大小的的驅(qū)動(dòng)力。2為了方便的抓取工件，手指必須能夠開足夠的圍以到達(dá)所需的開閉角度即手指從開到閉合繞支點(diǎn)所轉(zhuǎn)過的角度。3手部設(shè)計(jì)應(yīng)該做到構(gòu)造緊湊、效率高、重量輕，在保證本身剛度、強(qiáng)度的前提下，盡可能使構(gòu)造緊湊、重量輕，以利于減輕手臂的負(fù)載。4應(yīng)保證手抓的夾持精度。

37、3.2 典型的手部構(gòu)造1回轉(zhuǎn)型 包括滑槽杠桿式和連桿杠桿式兩種。2移動(dòng)型 移動(dòng)型即兩手指相對(duì)支座作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。3 平面平移型。3.3 機(jī)械手手爪的設(shè)計(jì)計(jì)算選擇手爪的類型和夾緊裝置本設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)抓取圓柱形物塊的機(jī)械手。常用的工業(yè)機(jī)械手手爪按握持工件的原理,分為吸附和夾持兩大類。吸附式常用于抓取工件外表平整、面積較大的板狀物體,不適合用于本方案。本設(shè)計(jì)機(jī)械手采用夾持式手指,夾持式機(jī)械手按運(yùn)動(dòng)形式可分為回轉(zhuǎn)型和平移型。平移型手指的開閉合靠手指的平行移動(dòng),這種手指構(gòu)造簡(jiǎn)單, 適于夾持平板和圓柱類材料, 且工件徑向尺寸的變化不影響其軸心的位置, 其理論夾持誤差為零。通過綜合考慮，本設(shè)計(jì)選擇平移型夾持式手爪，

38、采用滑動(dòng)絲桿這種傳動(dòng)構(gòu)造方式。運(yùn)行方式為電機(jī)帶動(dòng)直齒輪使絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)而帶動(dòng)手爪接觸塊移動(dòng)，從而形成手爪的合，當(dāng)手爪抓到零件時(shí)，電機(jī)停頓轉(zhuǎn)動(dòng)，手爪產(chǎn)生自鎖，在機(jī)械手臂的帶動(dòng)下帶動(dòng)零件移動(dòng)。圖3.1 二維手爪構(gòu)造圖 手爪夾持圍計(jì)算1、加工毛坯尺寸：20mm-30mm 2、長(zhǎng)度：100mm上下 3、毛坯質(zhì)量以鋼材密度計(jì)算：約250g-550g按最大600g計(jì)算 4、裝夾深度：約 25mm 5、縱向定位精度：0.1mm 6、橫向定位精度：1mm手爪接觸塊為橡膠制品，橡膠具有定伸強(qiáng)度高，彈性大，電絕緣性優(yōu)良和抗撕裂性，耐旱性良好和加工性佳，耐磨性等特點(diǎn)。圖3.2 手爪橡膠 滑動(dòng)絲杠設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)條件：1、需自鎖

39、 2、絲杠長(zhǎng)度 145mm 3、最大質(zhì)量共計(jì)約1100g。 4、絲杠載荷：絲杠豎直時(shí)承受最大軸向力為，G=mg (g取10N/kg)。設(shè)計(jì)計(jì)算：牙型、材料和許用應(yīng)力采用梯形單頭螺紋螺桿材料選45鋼，經(jīng)調(diào)制處理，由機(jī)械手冊(cè)查表可得許用拉應(yīng)力為 3.1手爪局部為輕載，螺母材料選擇耐磨鑄鐵。由機(jī)械手冊(cè)查表可得許用彎曲應(yīng)力為， 取 ；許用剪應(yīng)力為由機(jī)械手冊(cè)查表可得許用壓強(qiáng)為，其中取按耐磨性計(jì)算螺桿的中徑由表中公式得， 3.2采用整體式螺母，其中取，由GB/T 5796.3-1986，可選用，的梯形螺紋、中等精度。螺桿左右兩端分別采用不同的旋轉(zhuǎn)方向，螺旋副標(biāo)記分別為：，。螺母高度為，其中取則螺紋圈數(shù)為圈

40、自鎖性驗(yàn)算由于是單頭螺紋，導(dǎo)程為，故螺紋升角為 3.3由機(jī)械手冊(cè)查表可得耐磨鑄鐵和鋼的，取，可得 3.4，所以自鎖可靠。螺桿的強(qiáng)度校核由機(jī)械手冊(cè)查表可得，螺紋摩擦力矩為， 3.5代入以下公式可得.3.6螺母螺紋的強(qiáng)度校核由于螺母材料強(qiáng)度低于螺桿，故只需校核螺母螺紋的強(qiáng)度即可。由機(jī)械手冊(cè)查表可得牙根寬度為，根本牙高為代入以下中的公式得 3.7 3.8橫向振動(dòng)校核對(duì)于鋼制螺桿 3.9應(yīng)滿足轉(zhuǎn)速n使效率由回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)時(shí)有 3.10所以效率取為 直齒輪設(shè)計(jì)表3.1 直齒輪參數(shù)表項(xiàng) 目符號(hào)齒輪1單位單位齒 輪2單位幾何參數(shù)：齒 數(shù)Z2035法 向模 數(shù)m n1.5毫米法 向 壓 力 角n20度

41、有 效 齒 寬b12毫米齒 頂 高 系 數(shù)ha*1頂 隙 系 數(shù)c*0.25標(biāo) 準(zhǔn) 中 心 距a041.2毫米中 心 距a42毫米分 度 圓 直 徑d30毫米52.5毫米基 圓 直 徑d b28.191毫米49.33毫米頂 圓 直 徑d a33毫米57毫米根 圓 直 徑d f26.25毫米50.34毫米齒 頂 高h(yuǎn) a1.452毫米2.25毫米齒 根 高h(yuǎn) f1.875毫米1.077毫米全 齒 高h(yuǎn) t3.33毫米弧 齒 厚S t2.356毫米2.93毫米名 義 轉(zhuǎn) 矩T0.0539Nm0.09Nm名 義 功 率P0.02Kw0.04Kw轉(zhuǎn) 速n3500r / min1998r / min材

42、質(zhì)支 承 形 式非對(duì)稱支承電機(jī)選型計(jì)算條件：空行程最長(zhǎng)為，夾緊時(shí)間不應(yīng)超過1.2s設(shè)計(jì)計(jì)算：電機(jī)選型局部根據(jù)計(jì)算需要而定螺母移動(dòng)平均速度為， 3.11絲杠的平均轉(zhuǎn)速為摩擦轉(zhuǎn)矩有3.12 3.13故3.14選用轉(zhuǎn)速為的直流電機(jī)，速比為齒輪傳動(dòng)效率為、滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)效率為總效率為電機(jī)軸驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩： 3.15電機(jī)軸輸出功率： 3.16電機(jī)選用40ZY-02型號(hào)直流電動(dòng)機(jī)3.4 機(jī)械手手爪的三維出圖及其主要零部件出圖圖3.3 手爪三維圖圖3.4 直齒輪絲桿圖3.5 電機(jī)齒輪圖3.6 齒輪箱圖3.7 手爪接觸塊連接件和絲桿螺母圖3.8 手爪裝配件4機(jī)械手手腕局部的三維設(shè)計(jì)4.1腕部設(shè)計(jì)的根本要求1 力求重量

43、輕、構(gòu)造緊湊腕部處于機(jī)械手臂的最前端，它連同手部的動(dòng)、靜載荷且均由臂部承擔(dān)。顯然，腕部的重量、構(gòu)造和動(dòng)力載荷，直接影響著臂部的重量、構(gòu)造和運(yùn)轉(zhuǎn)性能。所以，在設(shè)計(jì)機(jī)械手腕部時(shí)，必須力求重量輕，構(gòu)造緊湊。2構(gòu)造考慮，合理布局 腕部作為機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)之一，又承擔(dān)支撐和連接的作用，除保證力和運(yùn)動(dòng)的要求以外，要有足夠的剛度、強(qiáng)度外，還應(yīng)該綜合考慮，合理布局，解決好腕部與手部和臂部的連接。3 必須考慮工作的條件對(duì)于此次設(shè)計(jì)，機(jī)械手的工作條件是在工作場(chǎng)合中搬運(yùn)加工過程中產(chǎn)生的棒料，因此不太受環(huán)境的影響，沒有處在腐蝕性和高溫的工作介質(zhì)中，所以對(duì)機(jī)械手的腕部材料沒有太多的不利因素。4.2 腕部的構(gòu)造以及選擇

44、典型的腕部構(gòu)造(1) 具有一個(gè)自由度的回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動(dòng)的典型腕部構(gòu)造。它具有靈活、構(gòu)造緊湊等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛運(yùn)用，總力矩M，需要抑制以下幾種阻力：抑制啟動(dòng)慣性所用?；剞D(zhuǎn)角的極限值由動(dòng)片和靜片之間允許回轉(zhuǎn)的角度來(lái)決定一般小于270。(2) 齒條活塞驅(qū)動(dòng)的腕部構(gòu)造。在要求回轉(zhuǎn)角大于270的情況下，可采用齒條活塞驅(qū)動(dòng)的腕部構(gòu)造。這種構(gòu)造外形尺寸比較大，一般適用在懸掛式臂部構(gòu)造中。(3) 具有兩個(gè)自由度的回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的腕部構(gòu)造。它使腕部具有垂直和水平轉(zhuǎn)動(dòng)的兩個(gè)自由度。(4) 機(jī)-液結(jié)合的腕部構(gòu)造。 腕部構(gòu)造和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇此次設(shè)計(jì)要求手腕的回轉(zhuǎn)角度為90或180，則腕部構(gòu)造則選擇具有一個(gè)自由度的回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)腕部構(gòu)造。步

45、進(jìn)電機(jī)是一種利用電磁鐵的作用原理將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為線位移或角位移的電機(jī)。將數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)再根據(jù)給定的數(shù)據(jù)和要求進(jìn)展運(yùn)算，而后發(fā)出電脈沖信號(hào)，計(jì)算機(jī)每發(fā)出一個(gè)脈沖，步進(jìn)電機(jī)便轉(zhuǎn)過一定角度，又步進(jìn)電機(jī)通過傳動(dòng)裝置來(lái)控制腕部轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)很小角度。脈沖接著一個(gè)一個(gè)的發(fā)來(lái)，步進(jìn)電機(jī)便一步一步的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)手腕轉(zhuǎn)動(dòng)到所需要的角度。 因此手腕構(gòu)造為步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)渦輪蝸桿運(yùn)動(dòng)的構(gòu)造：其主要功能是控制手爪的轉(zhuǎn)向，從而使其能準(zhǔn)確的抓取零件和放置零件。運(yùn)行方式為步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)蝸輪蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)，繼而控制手腕的轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)到一定的角度(90或180)時(shí)電機(jī)停頓轉(zhuǎn)動(dòng)，手爪產(chǎn)生自鎖，進(jìn)而完成手腕的轉(zhuǎn)動(dòng)功能。4.3 腕部的設(shè)計(jì)計(jì)算

46、計(jì)算條件：夾取工件重量600g左右，回轉(zhuǎn)角度為180。 蝸輪軸的設(shè)計(jì)計(jì)算設(shè)計(jì)計(jì)算：1選擇軸的材料軸的材料選擇為45鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理。由機(jī)械手冊(cè)表6-1-1查得：，2初步確定最小軸徑按表選取由機(jī)械手冊(cè)查得 4.13軸的構(gòu)造設(shè)計(jì)圖4.1 蝸輪軸構(gòu)造圖4鍵的選擇與校核1、蝸輪連接鍵選擇普通平鍵為由機(jī)械手冊(cè)可查得 4.2由機(jī)械手冊(cè)可查得所以2、軸端連接鍵選擇普通平鍵為。由機(jī)械手冊(cè)可查得 4.3由機(jī)械手冊(cè)可查得所以5軸的強(qiáng)度校核其條件為 4.4其中 軸的計(jì)算應(yīng)力，MPa； M 軸所受的彎矩，Nmm ； 4.5 T 軸所受的扭矩，Nmm； W 軸的抗彎截面系數(shù)，； 對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力時(shí)軸的許用彎曲應(yīng)力，其值按表

47、計(jì)算4.6即270MPa，故所設(shè)計(jì)的軸平安。蝸輪齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算條件：蝸輪軸輸出功率為，轉(zhuǎn)速為，負(fù)載轉(zhuǎn)矩為，傳動(dòng)比為。工作壽命為設(shè)計(jì)計(jì)算：1選擇材料和加工精度蝸桿材料選用45鋼、蝸輪材料選用ZCuAl10Fe3、加工精度為7級(jí)初選幾何參數(shù)，計(jì)算蝸輪蝸桿傳動(dòng)效率和蝸桿輸入轉(zhuǎn)矩粗算傳動(dòng)效率為 4.7蝸輪輸出轉(zhuǎn)矩為 4.8蝸桿輸入轉(zhuǎn)矩為 4.9確定許用接觸應(yīng)力蝸桿輸入功率為 4.10滑動(dòng)速度為、 4.11 4.12求載荷系數(shù)K動(dòng)載荷系數(shù)為、嚙合質(zhì)量系數(shù)為、小時(shí)載荷率為、小時(shí)載荷率系數(shù)為、環(huán)境溫度系數(shù)為、工作情況系數(shù)為由于不帶風(fēng)扇，所以： 4.13計(jì)算m和q值 4.14其中取 ，167.蝸輪齒面接觸強(qiáng)度的

48、校核驗(yàn)算 4.15所以接觸強(qiáng)度足夠。 步進(jìn)電機(jī)選型計(jì)算條件：手腕電機(jī)載荷約為85N，蝸輪軸轉(zhuǎn)速為設(shè)計(jì)計(jì)算：手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的時(shí)間約為，期間做功為 4.16蝸輪軸輸出功率為 4.17渦輪軸轉(zhuǎn)矩為 4.18電機(jī)軸輸出轉(zhuǎn)矩為 4.19電機(jī)軸輸出功率為 4.20步距角取。 4.21靜力矩為 4.22選用型號(hào)為57BYG450C的永磁感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)4.4 手腕局部出圖及主要零部件出圖圖4.2 手腕三維圖圖4.3 手腕法蘭圖4.4 蝸桿圖4.5 蝸輪圖4.6 蝸輪軸圖4.7 軸端法蘭圖4.8 蝸輪蝸桿箱體圖4.9 蝸輪蝸桿箱蓋圖4.10 蝸輪軸承蓋圖4.11 蝸輪軸承蓋開口圖4.12 嵌入式軸承蓋圖4.13

49、嵌入式軸承蓋開口5 直臂局部的三維設(shè)計(jì) 臂部運(yùn)動(dòng)的目的是把手部送到空間運(yùn)動(dòng)圍任意一點(diǎn)。如果需要改變手部的姿態(tài)方位，則利用腕部的自由度加以實(shí)現(xiàn)。因此，一般來(lái)說臂部應(yīng)該具備3個(gè)自由度才能滿足所需的根本要求，既手臂左右回轉(zhuǎn)、伸縮和升降運(yùn)動(dòng)。手臂的各種運(yùn)動(dòng)往往利用驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)所選為步進(jìn)電機(jī)和各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，由臂部的受力情況分析可知，它在工作中不僅直接承受手部、腕部和工件的靜、動(dòng)載荷，而且其自身運(yùn)動(dòng)也較多。因此，它的構(gòu)造、工作圍、靈活性等直接影響到機(jī)械手的工作性能。 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(dòng)它們作空間運(yùn)動(dòng)。手臂運(yùn)動(dòng)應(yīng)該包括3個(gè)運(yùn)動(dòng)：伸縮、回轉(zhuǎn)和升

50、降。本次設(shè)計(jì)主要講直臂的升降。5.1 手臂的構(gòu)造的選擇及其驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) 機(jī)械手的手臂升降伸縮運(yùn)動(dòng)都為直線運(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)。 我們選用滾珠絲杠構(gòu)造的手臂，螺母帶動(dòng)絲杠進(jìn)展升降和平移，采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)。構(gòu)造如以下列圖：中間為絲杠，兩邊為光桿。 運(yùn)行方式為電機(jī)帶動(dòng)錐齒輪，繼而帶動(dòng)絲杠螺母，絲杠螺母是固定點(diǎn)，相對(duì)的絲杠做上下移動(dòng)。5.2 滾珠絲杠設(shè)計(jì)1選取的滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)為磨制絲杠(右旋)上固定端到螺母間距離(臨界長(zhǎng)度)為 下固定端到螺母間距離(臨界長(zhǎng)度)為設(shè)計(jì)的后絲杠總長(zhǎng)為最大行程為支承方式設(shè)計(jì)為兩端固定定位精度： 由表查得，有效行程目標(biāo)行程公差為，

51、行程變動(dòng)量為 由表查得，任意300mm行程行程變動(dòng)量為，2弧度行程變動(dòng)量為 絲杠精度選擇5級(jí)，可靠性90%。2計(jì)算載荷手腕手爪局部重量為其中重力加速度取 5.1軸向載荷為3初算導(dǎo)程：絲杠螺母轉(zhuǎn)速為，直臂移動(dòng)速度為初算導(dǎo)程為，所以選取選工作壽命：5由表查得， 5.2式中，查機(jī)械手冊(cè)得，精度系數(shù)為查機(jī)械手冊(cè)得，可靠性系數(shù)為查機(jī)械手冊(cè)得，載荷性質(zhì)系數(shù)為查機(jī)械手冊(cè)得，預(yù)加載荷系數(shù)為所以，靜載計(jì)算：由機(jī)械手冊(cè)查得，式中 5.47選取滾珠絲杠型號(hào)：采用外循環(huán)導(dǎo)珠管埋入式CDM 1605-3.5-P5型。其中，故滿足承載能力要求。8計(jì)算預(yù)緊力：，5.59值校驗(yàn)由機(jī)械手冊(cè)查得，故符合要求。10臨界轉(zhuǎn)速校核 5

52、.6式中，查機(jī)械手冊(cè)得，故滿足轉(zhuǎn)速要求螺桿強(qiáng)度：螺桿材料為45鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，其許用應(yīng)力為螺桿當(dāng)量應(yīng)力為： 5.7式中，故符合強(qiáng)度要求(12)系統(tǒng)剛度計(jì)算機(jī)械剛度的指標(biāo)稱為剛性，滾珠絲杠的剛性取決于螺母與螺桿之間軸向負(fù)荷珠槽接觸剛性及由螺桿軸的剛性來(lái)決定。機(jī)械驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)總剛性的慣性經(jīng)由測(cè)試，可將螺帽螺桿及鋼珠珠槽兩者間的剛性合二為一，成為螺帽剛性，因此5.85.3 錐齒輪設(shè)計(jì) 錐齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)：圓錐齒輪的簡(jiǎn)稱是錐齒輪，它是用來(lái)實(shí)現(xiàn)兩相交軸之間的傳動(dòng)的,軸角稱為兩軸交角S，根據(jù)傳動(dòng)需要來(lái)確定它的值，一般情況下采用90。在截圓錐體之上排列著錐齒輪的輪齒，輪齒從齒輪的小端到大端逐漸延伸變大，如以下列圖

53、所示。由于這個(gè)特點(diǎn)，在圓柱齒輪中的每個(gè)有關(guān)圓柱的名稱在錐齒輪中就變成了圓錐，如節(jié)錐、基錐、分度錐、齒頂錐等。其輪齒有曲線齒、斜齒和直齒等形式。斜齒和直齒形式的錐齒輪計(jì)算設(shè)計(jì)、機(jī)械制造和安裝都比較簡(jiǎn)單，不過因?yàn)橛斜容^大的噪聲，所以多用在低速傳動(dòng)中5m/s；曲線齒錐齒輪具有噪聲小、傳動(dòng)平穩(wěn)和承載的能力相對(duì)較大等特點(diǎn)，多用于高速重載的場(chǎng)合。此次采用S=90的標(biāo)準(zhǔn)直齒錐齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)。圖5.4 錐齒輪計(jì)算條件：負(fù)載轉(zhuǎn)矩為，直線錐齒輪，傳動(dòng)比為為，錐齒輪轉(zhuǎn)速為材料選為45鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，齒面硬度為HBS=217255，齒面粗糙度為錐齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算：1.初步計(jì)算：電機(jī)軸端齒輪轉(zhuǎn)矩為載荷系數(shù)為齒數(shù)比為估算時(shí)，平

54、安系數(shù)取為，接觸疲勞強(qiáng)度極限知因此在估算時(shí)的齒輪的許用接觸應(yīng)力 5.9估算結(jié)果為：所以得考慮到絲杠需要從錐齒輪2的中心穿過，并且所選用絲杠的公稱直徑為，絲杠螺母為，因此取，2.幾何計(jì)算齒數(shù)：取大端模數(shù)：5.103.強(qiáng)度校核1.齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)其條件為 5.11其中 載荷系數(shù)為 為齒形系數(shù) 為應(yīng)力校正系數(shù) 為齒寬系數(shù)查機(jī)械手冊(cè)得 1 查圖得 1.09查機(jī)械手冊(cè)得 1.4 查表得 1.2可得 2.1可得 1.5其中取常用值1/3代人計(jì)算得 5.12即，故平安。2.齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算其條件為 5.13其中 為彈性影響系數(shù)查機(jī)械手冊(cè)得代人計(jì)算得 5.14即，所以設(shè)計(jì)平安。5.4 電機(jī)選型計(jì)算條件

55、：絲杠移動(dòng)速度為，絲杠軸向工作載荷約為圓錐齒輪傳遞效率為設(shè)計(jì)計(jì)算：絲杠工作的功率為： 5.15絲杠轉(zhuǎn)矩為電機(jī)選用同步轉(zhuǎn)速為的三相異步電機(jī)，速比為所以電機(jī)輸出軸的負(fù)載轉(zhuǎn)矩為：電機(jī)輸出軸功率為5.16所以選用型號(hào)為YS5012的三相異步電動(dòng)機(jī)5.5 機(jī)械手直臂局部三維出圖及主要零部件出圖圖5.1 直臂構(gòu)造三維圖圖5.2 直臂局部傳動(dòng)機(jī)構(gòu)三維圖圖5.3 滾珠絲桿螺母圖5.4 直臂套筒圖5.5 光桿絲桿連接件圖5.6 直臂箱體圖5.7 直臂箱蓋總結(jié)經(jīng)過近三個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)，通過資料的收集、方案的選擇比較和論證，到分析計(jì)算，再到工程圖紙的繪制以及畢業(yè)設(shè)計(jì)論文的撰寫等各個(gè)環(huán)節(jié)，使我對(duì)大學(xué)四年所學(xué)的知識(shí)有了一

56、個(gè)整體的深層次的理解，同時(shí)對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)這門專業(yè)的理解更加深刻和準(zhǔn)確。在設(shè)計(jì)過程中盡量使用標(biāo)準(zhǔn)的配件，降低本錢，每一個(gè)設(shè)計(jì)都小心慎重，仔細(xì)計(jì)算，最終能夠?qū)崿F(xiàn)與數(shù)控機(jī)床相配合，實(shí)現(xiàn)加工過程中上下料的自動(dòng)化。 機(jī)械制造業(yè)是制造具有一定形狀位置和尺寸的零件和產(chǎn)品，并把它們裝備成機(jī)械裝備的行業(yè)。機(jī)械制造業(yè)的產(chǎn)品既可以直接供人們使用，也可以為其它行業(yè)的生產(chǎn)提供裝備，社會(huì)上有著各種各樣的機(jī)械或機(jī)械制造業(yè)的產(chǎn)品。我們的生活離不開制造業(yè)，因此制造業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)開展的重要行業(yè)，是一個(gè)國(guó)家或地區(qū)開展的重要根底及有力支柱。從*中意義上講，機(jī)械制造水平的上下是衡量一個(gè)國(guó)家國(guó)民經(jīng)濟(jì)綜合實(shí)力和科學(xué)技術(shù)水平的重要指標(biāo)。自動(dòng)上下料

57、機(jī)械手的主要零部件設(shè)計(jì)及三維造型是在學(xué)完了機(jī)械制圖、機(jī)械制造技術(shù)根底、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械工程材料等進(jìn)展設(shè)計(jì)之后的下一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)。本次設(shè)計(jì)也要培養(yǎng)自己的自學(xué)與創(chuàng)新能力。因此本次設(shè)計(jì)綜合性和實(shí)踐性強(qiáng)、涉及知識(shí)面廣。所以在設(shè)計(jì)中既要注意根本概念、根本理論，又要注意生產(chǎn)實(shí)踐的需要，只有將各種理論與生產(chǎn)實(shí)踐相結(jié)合，才能很好的完本錢次設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)是大學(xué)學(xué)習(xí)中最重要的一門科目，它要求我們把大學(xué)里學(xué)到的幾乎所有知識(shí)系統(tǒng)的組織起來(lái)，進(jìn)展理論聯(lián)系實(shí)際的總體考慮，機(jī)械設(shè)計(jì)等專業(yè)知識(shí)有機(jī)的結(jié)合起來(lái)。同時(shí)也培養(yǎng)了自己的自學(xué)與創(chuàng)新能力。因此本次設(shè)計(jì)綜合性和實(shí)踐性強(qiáng)、涉及知識(shí)面廣。所以在設(shè)計(jì)中既了解了根本概念、根本理論，又注意了

58、生產(chǎn)實(shí)踐的需要，將各種理論與生產(chǎn)實(shí)踐相結(jié)合，來(lái)完本錢次設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí),發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實(shí)際問題,鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié),更是在學(xué)完大學(xué)所學(xué)的所有專業(yè)課及生產(chǎn)實(shí)習(xí)的一次理論與實(shí)踐相結(jié)合的綜合訓(xùn)練。這次設(shè)計(jì)雖然只有三個(gè)月時(shí)間，但在這三個(gè)月時(shí)間中使我對(duì)這次設(shè)計(jì)有了很深的體會(huì)。 這次設(shè)計(jì)培養(yǎng)了自己綜合運(yùn)用設(shè)計(jì)與工藝等方面的知識(shí)； 以及自己獨(dú)立思考能力和創(chuàng)新能力得到更進(jìn)一步的鍛煉與提高；再次體會(huì)到理論與實(shí)踐相結(jié)合時(shí)，理論與實(shí)踐也存在差異?；貞浧鸫舜卧O(shè)計(jì)，至今我仍感慨頗多，確實(shí)，從選題到完成定稿，從理論到實(shí)踐，在整整一學(xué)期的日子里，可以說學(xué)到了很多很多的的東西，同時(shí)穩(wěn)固了以前所

59、學(xué)過的知識(shí)，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識(shí)。通過這次設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來(lái)，從理論中得出結(jié)論，才能真正的實(shí)用，在生產(chǎn)過程中得到應(yīng)用。在設(shè)計(jì)的過程中遇到了許多問題，當(dāng)然也發(fā)現(xiàn)了自己的缺乏之處，對(duì)以前所學(xué)過的知識(shí)理解得不夠深刻，掌握得不夠結(jié)實(shí)，通過這次設(shè)計(jì)，讓自己把以前所學(xué)過的知識(shí)重新復(fù)習(xí)了一遍。7.致這次畢業(yè)設(shè)計(jì)是大學(xué)的最后一次設(shè)計(jì)，也是最重要的一次。這次設(shè)計(jì)是對(duì)我們大學(xué)四年所學(xué)知識(shí)的檢驗(yàn)，通過這次檢驗(yàn)我發(fā)現(xiàn)自己還有很多問題，需要繼續(xù)不斷的學(xué)習(xí)充實(shí)。本次主要進(jìn)展了自動(dòng)上下料機(jī)械手的主要零部件設(shè)計(jì)及三維造型

60、，在畢業(yè)實(shí)習(xí)時(shí)在武鋼軋板廠進(jìn)展了一些實(shí)際的了解，雖然不是很全面，但是對(duì)本次設(shè)計(jì)起到了很大的幫助作用。在此感武鋼為我們提供的良好的實(shí)習(xí)環(huán)境。本次設(shè)計(jì)是在藺教師的指導(dǎo)下進(jìn)展的，藺教師對(duì)我們提供了很大的幫助，在教師的指導(dǎo)下解決了設(shè)計(jì)過程中遇到的許多問題，在此感藺教師的無(wú)私教誨。同時(shí)還要感曾經(jīng)為我提供幫助和指導(dǎo)的一些教師和同學(xué)，他們的幫助和指導(dǎo)。最后，感母校理工學(xué)院，感學(xué)院為我大學(xué)四年的學(xué)習(xí)生活提供了一個(gè)良好的環(huán)境。愿母校的明天更加美好。參考文獻(xiàn)1于傳浩,章滌峰.一種氣動(dòng)機(jī)械手夾持機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)J.：化工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，2003.102何芹,原政軍 龍?jiān)? 用于方形物件裝卸液壓機(jī)械手的設(shè)計(jì)D.：建筑大學(xué)