基于單片微機(jī)控制的機(jī)械手設(shè)計

基于單片微機(jī)控制的機(jī)械手設(shè)計（機(jī)械結(jié)構(gòu)）

摘要在工業(yè)生產(chǎn)中，機(jī)械手系統(tǒng)有著廣泛的應(yīng)用，如工件轉(zhuǎn)移、工件裝配、加工中心刀庫換刀等，作為一種相對較新的機(jī)電一體化設(shè)備，它正開始改變現(xiàn)代化工業(yè)面貌。本設(shè)計為三自由度圓柱坐標(biāo)型工業(yè)機(jī)械手，其工作方向為兩個直線方向和一個旋轉(zhuǎn)方向。本機(jī)械手使用氣動夾緊裝置，兩直線方向的運(yùn)動由兩對絲杠螺母機(jī)構(gòu)完成，通過步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動，一個旋轉(zhuǎn)方向的運(yùn)動也由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動,因為使用單片機(jī)可以較容易地控制步進(jìn)電機(jī)。在控制器的作用下，機(jī)械手執(zhí)行將工件從一個位置拿到另一個位置這一動作。本機(jī)械手系統(tǒng)具有較大的柔性：控制方面，因機(jī)械手可以較容易地與PC機(jī)通信；上位機(jī)程序通過VB語言編寫，可以通過改寫上位機(jī)程序，比如增加可以調(diào)用的子程序、數(shù)據(jù)庫等，使機(jī)械手實現(xiàn)更加強(qiáng)大地功能；機(jī)械結(jié)構(gòu)方面，本機(jī)械手的末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以更換，可以通過更換末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)使機(jī)械手完成不同的任務(wù)。本文的主要內(nèi)容包括：機(jī)械手總體結(jié)構(gòu)方案的選型、機(jī)械手的動力學(xué)參數(shù)計算、機(jī)械手的運(yùn)動學(xué)設(shè)計、運(yùn)動部件的設(shè)計與校核、結(jié)構(gòu)設(shè)計等。本文是對整個設(shè)計工作較全面的介紹和總結(jié)。關(guān)鍵詞：機(jī)械手自由度結(jié)構(gòu)目錄摘要…………………………Ⅰ目錄…………………………Ⅱ第一章前言 1第二章機(jī)械手總體結(jié)構(gòu)的確定 42.1機(jī)械手自由度的確定 42.2工作空間和額定負(fù)載的確定 42.3確定分辨率、重復(fù)性 42.4機(jī)械手結(jié)構(gòu)形式的確定 5第三章動力學(xué)參數(shù)計算 73.1末端夾持系統(tǒng)的設(shè)計 73.1.1手爪夾持裝置的機(jī)構(gòu)選型 73.1.2夾持氣缸的選用 83.2水平運(yùn)動機(jī)構(gòu)動力學(xué)參數(shù)計算 103.2.1螺紋傳動的強(qiáng)度設(shè)計與校核 103.2.2水平運(yùn)動步進(jìn)電機(jī)的選擇 123.3豎直運(yùn)動機(jī)構(gòu)力學(xué)參數(shù)計算 133.3.1螺紋傳動的強(qiáng)度設(shè)計與校核 133.3.2豎直運(yùn)動步進(jìn)電機(jī)的選型 143.4轉(zhuǎn)盤運(yùn)動機(jī)構(gòu)動力學(xué)參數(shù)計算 15第四章運(yùn)動學(xué)設(shè)計 184.1手爪部件及水平運(yùn)動部件的設(shè)計 184.1.1手爪部件的設(shè)計與校核 184.1.2水平運(yùn)動部件的設(shè)計與校核 194.2豎直運(yùn)動部件的設(shè)計 23第五章傳動部件的設(shè)計 255.1傳動軸的設(shè)計與校核 255.1.1傳動軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 255.1.2傳動軸的強(qiáng)度校核 255.2軸承的選用與校核 275.2.1水平絲桿外端軸承的選用與校核 275.2.2豎直運(yùn)動處絲桿與轉(zhuǎn)盤連接處軸承的選用與校核 295.3鍵連接的選用與校核 315.3.1傳動軸與轉(zhuǎn)盤連接處鍵連接的選用與校核 315.3.2豎直運(yùn)動處絲桿與齒輪處鍵連接的選用與校核 315.4傳動齒輪的設(shè)計與校核 335.4.1水平運(yùn)動傳動齒輪副的設(shè)計與校核 33第六章機(jī)械手部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 376.1水平運(yùn)動部件結(jié)構(gòu)設(shè)計 376.2運(yùn)動箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計 38第七章總結(jié) 41致謝…………………………44參考文獻(xiàn)………………………45第一章前言基于單片機(jī)控制的機(jī)械手，就其本質(zhì)上來說，屬于工業(yè)機(jī)器人的范疇，機(jī)器人工程是近二十多年來迅速發(fā)展起來的綜合學(xué)科。它集中了機(jī)械工程、電子工程、計算機(jī)工程、自動控制工程以及人工智能等多種學(xué)科的最新研究成果，是當(dāng)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展最活躍的領(lǐng)域之一，也是我國科技界跟蹤國際高科技發(fā)展的重要方面。工業(yè)機(jī)器人的研究、制造和應(yīng)用水平，是一個國家科技水平和經(jīng)濟(jì)實力的象征，正受到許多國家的廣泛重視。目前，工業(yè)機(jī)器人的定義，世界各國尚未統(tǒng)一，分類也不盡相同。最近聯(lián)合國國際標(biāo)準(zhǔn)化組織采納了美國機(jī)器人協(xié)會給工業(yè)機(jī)器人下的定義：工業(yè)機(jī)器人是一種可重復(fù)編程的多功能操作裝置，可以通過改變動作程序，來完成各種工作，主要用于搬運(yùn)材料，傳遞工件。參考國外的定義，結(jié)合我國的習(xí)慣用語，對工業(yè)機(jī)器人作如下定義：工業(yè)機(jī)器人由操作機(jī)（機(jī)械本體）、控制器、伺服驅(qū)動系統(tǒng)和檢測傳感裝置構(gòu)成，是一種仿人操作、自動控制、可重復(fù)編程、能在三維空間完成各種作業(yè)的機(jī)電一體化自動化生產(chǎn)設(shè)備。特別適合于多品種、變批量的柔性生產(chǎn)。它對穩(wěn)定、提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，改善勞動條件和產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代起著十分重要的作用。工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展，由簡單到復(fù)雜，由初級到高級逐步完善，它的發(fā)展過程可分為三代：第一代工業(yè)機(jī)器人就是目前工業(yè)中大量使用的示教再現(xiàn)型工業(yè)機(jī)器人，它主要由手部、臂部、驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。它的控制方式比較簡單，應(yīng)用在線編程，即通過示教存貯信息，工作時讀出這些信息，向執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，執(zhí)行機(jī)構(gòu)按指令再現(xiàn)示教的操作。第二代機(jī)器人是帶感覺的機(jī)器人。它具有尋力覺、觸覺、視覺等進(jìn)行反饋的能力。其控制方式較第一代工業(yè)機(jī)器人要復(fù)雜得多，這種機(jī)器人從1980年開始進(jìn)入了實用階段，不久即將普及應(yīng)用。第三代工業(yè)機(jī)器人即智能機(jī)器人。這種機(jī)器人除了具有觸覺、視覺等功能外，還能夠根據(jù)人給出的指令認(rèn)識自身和周圍的環(huán)境，識別對象的有無及其狀態(tài)，再根據(jù)這一識別自動選擇程序進(jìn)行操作，完成規(guī)定的任務(wù)。并且能跟蹤工作對象的變化，具有適應(yīng)工作環(huán)境的功能。這種機(jī)器人還處于研制階段，尚未大量投入工業(yè)應(yīng)用。國外機(jī)器人領(lǐng)域發(fā)展近幾年有如下幾個趨勢：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10.3萬美元降至97年的6.5萬美元。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，控制柜越來越小巧，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)，目前已基本掌握了機(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(yùn)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(yùn)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)器人已應(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，我國已安裝的國產(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，一個客戶，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。本畢業(yè)設(shè)計是基于單片機(jī)控制的機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計，機(jī)械手各活動部件采用伺服電機(jī)驅(qū)動，單片機(jī)發(fā)送的控制信號經(jīng)過功率放大，轉(zhuǎn)換后，控制伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動與停止，各個電機(jī)的協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)動，完成機(jī)械手的升降，左右旋轉(zhuǎn)，伸縮等功能，可實現(xiàn)手動和自動程序控制兩種功能?？梢?，單片機(jī)控制的機(jī)械手并不是在簡單意義上代替人工的勞動，而是綜合了人的特長和機(jī)器特長的一種擬人的電子機(jī)械裝置，既有人對環(huán)境狀態(tài)的快速反應(yīng)和分析判斷能力，又有機(jī)器可長時間持續(xù)工作、精確度高、抗惡劣環(huán)境的能力，從某種意義上說它也是機(jī)器的進(jìn)化過程產(chǎn)物，它是工業(yè)以及非產(chǎn)業(yè)界的重要生產(chǎn)和服務(wù)性設(shè)備，也是先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的自動化設(shè)備，除替代人工操作外，還有以下優(yōu)點：提高生產(chǎn)率提高產(chǎn)品質(zhì)量增加生產(chǎn)的連貫性方便生產(chǎn)加工的控制提高生產(chǎn)的可靠性提高生產(chǎn)的安全性減少廢料及重復(fù)性工作機(jī)械手的機(jī)械部分包括底座，可旋轉(zhuǎn)的基座、一級手臂、二級手臂、手爪等部分。設(shè)計的基本內(nèi)容包括：機(jī)械手總體運(yùn)動方案的選型，基座旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計，一級手臂運(yùn)動機(jī)構(gòu)的設(shè)計，二級手臂伸縮機(jī)構(gòu)的設(shè)計及手爪抓取與放松機(jī)構(gòu)的設(shè)計與選型。設(shè)計難度較大的部分，一是手爪動作的實現(xiàn)，伺服電機(jī)輸出軸的旋轉(zhuǎn)要轉(zhuǎn)換成手爪的合攏與放開，但每次夾持的工件尺寸不同，電機(jī)旋轉(zhuǎn)的角度要自動調(diào)節(jié)，防止過載。可以在手爪上設(shè)置受力傳感器，反饋給控制器，實現(xiàn)這一功能。二是設(shè)計要求能夾持重量100克的物體，而機(jī)械手的兩級手臂為懸臂機(jī)構(gòu)，夾持物體以后系統(tǒng)剛度較差，可以通過改變第二級手臂的結(jié)構(gòu)解決這一問題。本機(jī)械手系統(tǒng)具有較大的柔性：控制方面，因機(jī)械手可以較容易地與PC機(jī)通信；上位機(jī)程序通過VB語言編寫，可以通過改寫上位機(jī)程序，比如增加可以調(diào)用的子程序、數(shù)據(jù)庫等，使機(jī)械手實現(xiàn)更加強(qiáng)大地功能；機(jī)械結(jié)構(gòu)方面，本機(jī)械手的末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以更換，可以通過更換末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)使機(jī)械手完成不同的任務(wù)，比如將手爪更換成焊槍，即可以將其變成一臺自動化程度很高的焊接機(jī)器人。基于單片微型計算機(jī)的機(jī)械手系統(tǒng)還可以用于工業(yè)生產(chǎn)線，完成工件轉(zhuǎn)移、零件裝配、檢測以及危險環(huán)境中替代人完成簡單精確的勞動等很多工作，提高裝備的自動化水平；系統(tǒng)還可以較容易地實現(xiàn)與PC機(jī)的通信，實現(xiàn)計算機(jī)集中控制生產(chǎn)設(shè)備；另外，該系統(tǒng)價格便宜，組成靈活，具有較高的推廣應(yīng)用價值。第二章機(jī)械手總體結(jié)構(gòu)的確定2.1機(jī)械手自由度的確定自由度是指描述物體運(yùn)動所需的獨立坐標(biāo)數(shù)，三維空間需要6個自由度。所謂機(jī)械手的運(yùn)動自由度是指確定一個機(jī)械手操作位置時所需的獨立運(yùn)動參數(shù)，它表示機(jī)械手動作的靈活程度。一般固定程序的機(jī)械手，動作比較簡單，自由度數(shù)較少。工業(yè)機(jī)器人自由度數(shù)較多，動作靈活性和通用性較大。一般說來，機(jī)器人靠近機(jī)座的3個自由度是用來實現(xiàn)手臂末端的空間位置的，再用幾個自由度來定出末端執(zhí)行器的方位；7個以上的自由度是冗余自由度，是用來躲避障礙物的。自由度的選擇也與生產(chǎn)要求有關(guān)，若批量大，操作可靠性要求高，運(yùn)行速度快，周圍設(shè)備構(gòu)成比較復(fù)雜，工件質(zhì)量輕時，機(jī)械手的自由度數(shù)可少；如果要便于產(chǎn)品更換，增加柔性，則機(jī)械手的自由度要多一些。計算機(jī)械手的自由度時，末端執(zhí)行器的夾持器動作是不計入的，因為這個動作不改變工件的位置和姿態(tài)。在滿足機(jī)械手工作要求前提下，為簡化機(jī)械手的結(jié)構(gòu)和控制，應(yīng)使自由度數(shù)最少。本設(shè)計的機(jī)械手力求結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，因此，自由度選擇為3個自由度。2.2工作空間和額定負(fù)載的確定工作空間是指機(jī)械手正常工作時，手腕參考點在空間活動的最大范圍，根據(jù)機(jī)械手工作范圍和運(yùn)動軌跡確定。工作空間大小不僅與機(jī)器人各桿件尺寸有關(guān)，而且也與它的總體構(gòu)形有關(guān)。在工作空間內(nèi)要考慮桿件自身的干涉，防止與作業(yè)環(huán)境發(fā)生碰撞。此外在工作空間內(nèi)某些位置，機(jī)械手不可能達(dá)到預(yù)定的速度，甚至不能在某些方向上運(yùn)動，即所謂工作空間的奇異性。本機(jī)械手的工作空間要求不十分嚴(yán)格，初步選定為：300mm×300mm×300mm的自由空間。承載能力說明機(jī)械手搬運(yùn)重物的能力，負(fù)載大小主要考慮機(jī)械手各運(yùn)動軸上的受力和力矩，末端執(zhí)行器的重量，抓取工件的重量，以及由運(yùn)動速度變化而產(chǎn)生的慣性力和慣性力矩。考慮末端執(zhí)行器的重量及各運(yùn)動軸上的受力和力矩，以及考慮足夠的安全系數(shù)，初步確定設(shè)計負(fù)載為500g。機(jī)械手的工作空間為300mm×300mm0.3/15=0.02m/s2.3確定分辨率、重復(fù)性分辨率是指機(jī)械手各運(yùn)動軸能實現(xiàn)的最小移動距離或最小轉(zhuǎn)動角。在相同條件下用同—方法操作，重復(fù)多次所獲結(jié)果的不一致性稱為重復(fù)性?？紤]機(jī)械傳動誤差等影響因素，初步確定機(jī)械手的分辨率為0.1mm，0.1mm的分辨率對于一般工件的搬運(yùn)、裝配都足夠。參照表表2-1常見機(jī)械設(shè)備的重復(fù)性任務(wù)機(jī)床上下料點焊模鍛噴涂裝配重復(fù)性(mm)±(0.05～1)±1±0.12±3±(0.01～0.5)2.4機(jī)械手結(jié)構(gòu)形式的確定本畢業(yè)設(shè)計是應(yīng)用于生產(chǎn)線上的上下料機(jī)械手，要求有較高的定位精度和較高的耐用度。就現(xiàn)在工業(yè)產(chǎn)品市場情況來看，機(jī)械手的結(jié)構(gòu)形式方案一般有一下幾種：表2-2機(jī)械手結(jié)構(gòu)選型表結(jié)構(gòu)形式方案特點優(yōu)缺點結(jié)構(gòu)簡圖1直角坐標(biāo)型操作機(jī)的手臂具有三個移動關(guān)節(jié)，其關(guān)節(jié)軸線按直角坐標(biāo)配置結(jié)構(gòu)剛度較好，控制系統(tǒng)的設(shè)計最為簡單，但其占空間較大，且運(yùn)動軌跡單一，使用過程中效率較低2圓柱坐標(biāo)型操作機(jī)的手臂至少有一個移動關(guān)節(jié)和一個回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，其關(guān)節(jié)軸線按圓柱坐標(biāo)系配置結(jié)構(gòu)剛度較好，運(yùn)動所需功率較小，控制難度較小，但運(yùn)動軌跡簡單，使用過程中效率不高3球坐標(biāo)型操作機(jī)的手臂具有兩個回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和一個移動關(guān)節(jié)，其軸線按極坐標(biāo)系配置結(jié)構(gòu)緊湊，但其控制系統(tǒng)的設(shè)計有一定難度，且機(jī)械手臂的剛度不足，機(jī)械結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜4關(guān)節(jié)型操作機(jī)的手臂類似人的上肢關(guān)節(jié)動作，具有三個回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)運(yùn)動軌跡復(fù)雜，結(jié)構(gòu)最為緊湊，但控制系統(tǒng)的設(shè)計難度大，機(jī)械手臂的剛度差初步確定選用圓柱坐標(biāo)型機(jī)械手。機(jī)械手的結(jié)構(gòu)簡圖如下圖所示：1運(yùn)動箱體，2豎直運(yùn)動導(dǎo)向桿，3上部限位蓋，4豎直運(yùn)動絲杠，5水平限位塊，6夾持手爪，7水平運(yùn)動絲杠，8水平運(yùn)動導(dǎo)向桿，9轉(zhuǎn)盤，10底座，M1轉(zhuǎn)盤步進(jìn)電機(jī)，M2豎直絲杠步進(jìn)電機(jī)，M3水平絲杠步進(jìn)電機(jī)。圖2-1機(jī)械手結(jié)構(gòu)簡圖選用圓柱坐標(biāo)型運(yùn)動機(jī)構(gòu)的原因：因本次設(shè)計的機(jī)械手是機(jī)電一體化產(chǎn)品，因此在進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計時必須兼顧控制部分的要求。直角坐標(biāo)型機(jī)械手的控制系統(tǒng)的設(shè)計最為簡單，但其占空間較大，且運(yùn)動軌跡單一，使用過程中效率較低；球坐標(biāo)型機(jī)械手結(jié)構(gòu)緊湊，但其控制系統(tǒng)的設(shè)計有一定難度，且機(jī)械手臂的剛度不足；關(guān)節(jié)型機(jī)械手的運(yùn)動軌跡復(fù)雜，結(jié)構(gòu)最為緊湊，但控制系統(tǒng)的設(shè)計難度最大，機(jī)械手臂的剛度很差。綜合看來，圓柱坐標(biāo)型機(jī)械手結(jié)構(gòu)剛度較好，控制難度較小，用于本次畢業(yè)設(shè)計的選型比較合適。如圖中所示，轉(zhuǎn)盤9由步進(jìn)電機(jī)M1通過齒輪帶動，通過轉(zhuǎn)盤的旋轉(zhuǎn)，使機(jī)械手爪可以在360°角度范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動；豎直運(yùn)動絲杠4由步進(jìn)電機(jī)M2通過齒輪帶動旋轉(zhuǎn)，螺母安裝在箱體1上，這樣箱體1就可以在一定范圍內(nèi)豎直運(yùn)動，由四根光桿2起到支撐和導(dǎo)向的作用；水平運(yùn)動絲杠7由步進(jìn)電機(jī)M3通過齒輪帶動旋轉(zhuǎn)，末端執(zhí)行部件上安裝有螺母，手爪6就可以做水平運(yùn)動，另外由兩根導(dǎo)向桿8起到支撐和導(dǎo)向的作用。這樣的結(jié)構(gòu)就構(gòu)成了三自由度圓柱坐標(biāo)型機(jī)械手。第三章動力學(xué)參數(shù)計算3.1末端夾持系統(tǒng)的設(shè)計3.1.1手爪夾持裝置的機(jī)構(gòu)選型手爪夾持裝置是一種用來抓取和握持工件的末端執(zhí)行裝置，機(jī)械手用它來夾持、移動或放置工件。夾持器可分為手爪式夾持器和非手爪式夾持器。前者是用手指夾持工件，后者是無指夾持工件，其夾持方式有：真空吸附式、磁力吸附式、靜電懸浮式、鏟挖式、鉤吊式、刺穿式和粘著式等。夾持裝置的機(jī)構(gòu)類型主要有以下幾種：表3-1手爪夾持機(jī)構(gòu)選型表夾持機(jī)構(gòu)類型主要特點結(jié)構(gòu)簡圖1.連桿式手爪機(jī)構(gòu)由簡單桿件構(gòu)成，可把活塞的直線運(yùn)動變成手指的夾持動作。夾持器工作時，卡爪作平行開合，而指端運(yùn)動軌跡為一圓弧。2.凸輪式手爪機(jī)構(gòu)當(dāng)活塞左右運(yùn)動時．通過凸輪和連桿的組合，實現(xiàn)卡爪的圓弧開合，但平行運(yùn)動中摩擦阻力較大。3.齒輪－齒條式手爪機(jī)構(gòu)當(dāng)活塞桿左右運(yùn)動時，活塞桿末端的齒條帶動齒輪旋轉(zhuǎn)，通過齒輪旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)手指齒條的平行運(yùn)動,從而實現(xiàn)手指的開合運(yùn)動。4.螺旋式手爪機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)通過馬達(dá)驅(qū)動單頭或雙頭螺桿，將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)變成手爪的開合運(yùn)動。5.繩輪式手爪機(jī)構(gòu)該機(jī)構(gòu)通過牽引繩索實現(xiàn)手爪的開合。若將繩輪作成非圓輪或采用鏈傳動．則機(jī)構(gòu)作非均勻牽引運(yùn)動。手爪在夾持工件時，由于不同工件的尺寸不同，因此每次夾持時，主動運(yùn)動機(jī)構(gòu)的運(yùn)動行程也應(yīng)該不同，否則會出現(xiàn)夾持不到位或夾持電機(jī)燒毀等現(xiàn)象，為避免這種現(xiàn)象，夾持機(jī)構(gòu)需有過載保護(hù)功能。表中4螺旋式手爪機(jī)構(gòu)和5繩輪式手爪機(jī)構(gòu)都是將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)變成手爪的開合運(yùn)動，顯然這樣的機(jī)構(gòu)本身沒有過載保護(hù)，要實現(xiàn)過載保護(hù)功能，必須在手爪上安裝受力傳感器，把受力狀況轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號傳遞給控制系統(tǒng)，實時調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)動狀態(tài)。這兩種機(jī)構(gòu)需要安裝傳感器，從而使控制系統(tǒng)的設(shè)計變得復(fù)雜，而且由于安裝電機(jī)，使夾持部分結(jié)構(gòu)重量增大，使本身就是懸臂的末節(jié)運(yùn)動機(jī)構(gòu)剛度變差。顯然這兩種機(jī)構(gòu)不可取。表中1連桿式手爪機(jī)構(gòu)、2凸輪式手爪機(jī)構(gòu)、3齒輪－齒條式手爪機(jī)構(gòu)都是將主動運(yùn)動機(jī)構(gòu)的往復(fù)運(yùn)動轉(zhuǎn)變成手爪的開合運(yùn)動，我們可以選擇氣缸作為主動部件，這樣機(jī)構(gòu)本身就具有了過載保護(hù)功能。再比較這幾種機(jī)構(gòu)，我們發(fā)現(xiàn)齒輪－齒條式手爪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高，重量大，而且運(yùn)動阻力較大，不適合使用推力較小的氣缸驅(qū)動；凸輪式手爪機(jī)構(gòu)雖然結(jié)構(gòu)重量有所減小，但凸輪在使用中磨損較大，也不理想。連桿式手爪機(jī)構(gòu)具有阻力小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉等優(yōu)點，所以最終選用連桿式手爪機(jī)構(gòu)作為夾持裝置。3.1.2夾持氣缸的選用手爪連桿受力分析如圖3－1所示：機(jī)械手要能夾持100g的物體，而夾持力主要來自工件與手爪夾持部分的摩擦力，為增大摩擦，選用摩擦系數(shù)較大的橡膠作為手爪與工件接觸部分的材料。假設(shè)工件材料為鋼，查手冊可知橡膠與鋼的摩擦系數(shù)為μ＝0.17。工件質(zhì)量為G=m×g=0.1kg×10N/kg=1N根據(jù)下圖可知：圖3-1夾持桿件受力分圖假定在∠A=30°時手爪開始夾持工件，則可見，隨著∠A的增大，變小，因此可以得出被夾持工件的最大尺寸為∠A=30°時，兩爪間的距離L。L=2×30×cos30°≈52mm可知機(jī)械手能夾持的最大工件尺寸為52mm。根據(jù)杠桿原理，可知=18N考慮摩擦造成的阻力及安全系數(shù)，取選用型號為QCJ2B10－50型雙作用微型氣缸。氣缸的各項參數(shù)如表3－2所示：表3-2QCJ2B10－50型微型氣缸參數(shù)表缸徑/mm活塞行程/mm工作介質(zhì)動作型式工作壓力使用速度接管口徑1050潔凈壓縮空氣雙動0.8MPa300mm/sM5×0.8氣缸安裝尺寸如圖3－2所示：圖3-2QCJ2系列雙作用微型氣缸安裝尺寸圖校核氣缸所能提供的拉力大小。使用壓力為0.8MPa，氣缸內(nèi)徑為10mm，活塞桿直徑為4mm,=52.75N>30N,所以可以認(rèn)為氣缸的選用是合適的。3.2水平運(yùn)動機(jī)構(gòu)動力學(xué)參數(shù)計算3.2.1螺紋傳動的強(qiáng)度設(shè)計與校核執(zhí)行部件的水平運(yùn)動由絲杠螺母運(yùn)動副來實現(xiàn)，根據(jù)設(shè)計手冊中螺紋傳動的有關(guān)說明，選用梯形螺紋，初步確定絲杠大徑為12mm。初定螺母高度為H=15mm圖3-3梯形螺紋牙型(GB/T5796.1-1986)表3-3水平運(yùn)動梯形螺紋基本尺寸(GB/T5796.3-1986)公稱直徑螺距(粗牙)中徑大徑小徑dP12310.512.58.59.0圖3-4螺紋連接受力分析圖前面的設(shè)計已假設(shè)執(zhí)行部件的總重量為500g現(xiàn)就一圈螺紋連接進(jìn)行分析。螺母高度為H=15mm，則螺紋工作圈數(shù)為,則每圈螺紋的承載重量為500g/5=100gG=m×g=0.1kg×10N/kg=1N查表5-13得滑動螺旋副材料為鋼螺桿－青銅螺母，許用壓力[p]=7.5MPa,中徑系數(shù)=1\*GB3①.耐磨性校核∠B=arctan(3/10.5)=15.95°實際壓力為：查表5-13得許用壓力[P]=7.5MPaP=0.0006MPa<[P]=7.5MPa可知耐磨性條件滿足使用要求。=2\*GB3②.校核螺旋副是否滿足自鎖條件許用螺紋升角為=arctan=arctan0.35=19.65°實際螺紋升角為可知螺旋副滿足自鎖條件。=3\*GB3③.螺母螺紋牙的強(qiáng)度校核螺紋牙危險截面的剪切強(qiáng)度條件為：設(shè)計的螺紋牙危險截面的剪切應(yīng)力為：查得許用剪切應(yīng)力為120MPa，0.0137MPa<120MPa,因此，螺紋牙危險截面滿足剪切強(qiáng)度條件。螺紋牙危險截面的彎曲強(qiáng)度條件為：設(shè)計的螺紋牙危險截面的彎曲應(yīng)力為：=0.078MPa查得許用彎曲應(yīng)力為150MPa，0.078MPa<250MPa,因此，螺紋牙危險截面滿足彎曲強(qiáng)度條件。3.2.2水平運(yùn)動步進(jìn)電機(jī)的選擇由圖3.4可知，要驅(qū)動絲杠，電機(jī)轉(zhuǎn)矩的最小值近似為：出于安全考慮，所選步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的最小值應(yīng)大于30N·mm根據(jù)機(jī)械手上電機(jī)安裝空間及轉(zhuǎn)矩、步距角要求，選用混合式步進(jìn)電機(jī)，初步確定型號為42BYG017，電機(jī)參數(shù)如下表所示：表3-442BYG017步進(jìn)電機(jī)性能參數(shù)電壓電流電阻最大靜力矩定位力矩轉(zhuǎn)動慣量重量VAN·mmN·mmg·kg6.30.421514015200.2其他參數(shù)：步距角為1.8°環(huán)境溫度為－25～＋40溫升85K此電機(jī)與水平運(yùn)動絲杠通過減速比為2的齒輪連接，由此可知水平運(yùn)動精度為：,0.0075mm<0.1mm,水平運(yùn)動精度符合要求，因此可以認(rèn)為水平運(yùn)動步進(jìn)因絲杠螺母機(jī)構(gòu)具有自鎖功能，因此，只要步進(jìn)電機(jī)的靜力矩大于30N·mm，就能滿足使用要求。電機(jī)要達(dá)到的最大轉(zhuǎn)速為電機(jī)安裝尺寸如下頁圖3－5所示：圖3-542BYG017步進(jìn)電機(jī)安裝尺寸圖3.3豎直運(yùn)動機(jī)構(gòu)力學(xué)參數(shù)計算3.3.1螺紋傳動的強(qiáng)度設(shè)計與校核運(yùn)動箱體的豎直運(yùn)動由絲杠螺母運(yùn)動副來實現(xiàn)，根據(jù)設(shè)計手冊中螺紋傳動的有關(guān)說明，選用梯形螺紋，初步確定絲杠大徑為20mm。初定螺母工作高度為H=2表3-5豎直運(yùn)動梯形螺紋基本尺寸(GB/T5796.3-1986)公稱直徑螺距(粗牙)中徑大徑小徑dP2041820.515.516前面的設(shè)計已假設(shè)執(zhí)行部件的總重量為500g，豎直絲杠要承載的重量包括水平絲杠、水平導(dǎo)向桿、箱體和水平限位塊，其總重量初步定為2000g現(xiàn)就一圈螺紋連接進(jìn)行分析螺母的工作高度為H=25mm，則螺紋工作圈數(shù)為,則每圈螺紋的承載重量為2000g/5G=m×g=0.3637kg×10N/kg≈3.7N查表得滑動螺旋副材料為鋼螺桿－青銅螺母，許用壓力[p]=7.5MPa,中徑系數(shù)=1\*GB3①.耐磨性校核絲杠軸向力:實際壓力為：查表得許用壓力[P]=7.5MPaP=0.0026MPa<[P]=7.5Mpa，可知耐磨性條件滿足使用要求。=2\*GB3②.校核螺旋副是否滿足自鎖條件許用螺紋升角為=arctan=arctan0.35=19.65°實際螺紋升角為，可知螺旋副滿足自鎖條件。=3\*GB3③.螺母螺紋牙的強(qiáng)度校核螺紋牙危險截面的剪切強(qiáng)度條件為：設(shè)計的螺紋牙危險截面的剪切應(yīng)力為：查得許用剪切應(yīng)力為120MPa，0.024MPa<120MPa,因此，螺紋牙危險截面滿足剪切強(qiáng)度條件。螺紋牙危險截面的彎曲強(qiáng)度條件為：設(shè)計的螺紋牙危險截面的彎曲應(yīng)力為：=0.163MPa查得許用彎曲應(yīng)力為150MPa，0.163MPa<150MPa,因此，螺紋牙危險截面滿足彎曲強(qiáng)度條件。3.3.2豎直運(yùn)動步進(jìn)電機(jī)的選型豎直螺紋連接受力分析如右圖所示：圖3-6豎直螺紋連接受力分析圖已知，則由圖可知：豎直運(yùn)動絲杠與步進(jìn)電機(jī)通過減速比為2的齒輪副連接，電機(jī)轉(zhuǎn)矩的最小值近似為：，根據(jù)機(jī)械手上電機(jī)安裝空間及轉(zhuǎn)矩、步距角要求，初步選用混合式步進(jìn)電機(jī)，型號42BYG504，電機(jī)參數(shù)如下表所示：表3-642BYG504步進(jìn)電機(jī)性能參數(shù)電壓電流電阻最大靜力矩定位力矩轉(zhuǎn)動慣量重量VAN·mmN·mmg·kg121.2101100150800.8其他參數(shù)：步距角為1.8°環(huán)境溫度為－25～＋40溫升85K此電機(jī)與豎直運(yùn)動絲杠通過減速比為2的齒輪副連接，由此可知豎直運(yùn)動精度為：,豎直運(yùn)動精度為0.01mm<0.1mm,符合運(yùn)動精度要求，因此可以認(rèn)為豎直因絲杠螺母機(jī)構(gòu)具有自鎖功能，因此，只要步進(jìn)電機(jī)的靜力矩大于850N·mm，就能滿足使用要求。由此可知，步進(jìn)電機(jī)42BYG504可以滿足使用要求。電機(jī)安裝尺寸同42BYG017，但尺寸L比電機(jī)42BYG017的要大的多。電機(jī)要達(dá)到的最大轉(zhuǎn)速為,則絲杠的最大轉(zhuǎn)速為150r/min。3.4轉(zhuǎn)盤運(yùn)動機(jī)構(gòu)動力學(xué)參數(shù)計算根據(jù)上面所做的設(shè)計，可以推知轉(zhuǎn)盤以及轉(zhuǎn)盤以上的部件總重量：其中＝2000g為箱體及水平運(yùn)動部件的重量，＝800g為豎直運(yùn)動步進(jìn)電機(jī)的重量，為其他部件重量，比如上蓋板、豎直運(yùn)動絲杠、導(dǎo)向桿、轉(zhuǎn)盤等部件重量之和?！?000g前面的設(shè)計已確定轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)速為0.02m/s=20mm/s,由此可知轉(zhuǎn)盤運(yùn)動部件的轉(zhuǎn)動慣量：參見設(shè)計裝配圖，我們可以看到，雖然水平運(yùn)動是懸臂結(jié)構(gòu)，但M1電機(jī)距離支撐桿距離很近，結(jié)構(gòu)剛度較好，因此轉(zhuǎn)盤運(yùn)動部件可以近似地認(rèn)為是直桿，L=350mm。轉(zhuǎn)動慣量為：轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)軸與步進(jìn)電機(jī)通過減速比為2的齒輪副連接，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動慣量的最小值近似為：考慮安全系數(shù)以及傳動中的能量損失，根據(jù)機(jī)械手上電機(jī)安裝空間及轉(zhuǎn)矩、步距角要求，初步選用混合式步進(jìn)電機(jī)，型號57BYGH803，電機(jī)參數(shù)如下表示：表3-757BYGH803步進(jìn)電機(jī)性能參數(shù)電壓電流電阻最大靜力矩轉(zhuǎn)動慣量重量VAN·mmg·kg121.54.214004401.1其他參數(shù)：步距角為1.8°環(huán)境溫度為－25～＋40轉(zhuǎn)盤運(yùn)動精度為0.9°,則末端執(zhí)行部件的精度為<0.1mm符合精度要求，因此可以認(rèn)為轉(zhuǎn)盤運(yùn)動步進(jìn)電機(jī)的選擇是合理的。步進(jìn)電機(jī)安裝尺寸如圖3－7所示：圖3-757BYGH803步進(jìn)電機(jī)安裝尺寸圖第四章運(yùn)動學(xué)設(shè)計4.1手爪部件及水平運(yùn)動部件的設(shè)計4.1.1手爪部件的設(shè)計與校核如圖4－1所示，連接鉸鏈1與氣缸的活塞桿連接，鉸鏈2是自由的，轉(zhuǎn)軸3的軸心固定在水平運(yùn)動部件上。手爪與工件接觸的部分有防滑橡膠4，增大摩擦阻力。夾持部件采用鋁合金材料經(jīng)機(jī)械加工制成，裝配時通過螺釘與桿件連接，這樣的設(shè)計降低了加工成本，同時又減輕了結(jié)構(gòu)重量。鋁合金材料選用鑄造鋁合金ZAlSi7Mg，該鋁合金的特性如表4－1所示：圖4-1手爪部件設(shè)計圖表4-1鑄造鋁合金ZAlSi7Mg的特性牌號主要化學(xué)成分,%力學(xué)性能，≥特性和用途SiMgAl/MPa/%HBS耐蝕性、鑄造性能好、易氣焊；用于制作形狀復(fù)雜的零件，在海水中使用時，銅含量≤0.1％ZAlSi7Mg6.5-7.50.25-0.45余量155250因本設(shè)計中的機(jī)械手夾持工件重量較小，手爪夾持部受力較小，因此該材料的力學(xué)性能能夠滿足使用要求。為減輕重量以及降低成本，桿件都采用不銹鋼薄板沖壓成形。不銹鋼型號選用1Cr18Ni9Ti，鋼板厚度均為1mm，其他尺寸如圖4-1所4.1.2水平運(yùn)動部件的設(shè)計與校核水平運(yùn)動部件包括水平運(yùn)動絲杠、螺母和水平導(dǎo)向桿等。=1\*GB3①.水平運(yùn)動絲杠設(shè)計如圖4－2所示：圖4-2水平運(yùn)動絲杠設(shè)計圖圖中，軸段B、K均是軸承安裝軸段，軸段D處安裝齒輪，軸段C為卡環(huán)安裝部位，卡環(huán)與右側(cè)的軸肩為齒輪提供軸向定位；軸段H為絲杠段，長度為135mm。因此可知水平運(yùn)動部件的最大運(yùn)動范圍為135mm，因為機(jī)械手每次使用之前都要回參考點，因此，實際運(yùn)動范圍必須小于因為箱體由2mm厚不銹鋼板A經(jīng)板金彎折而成，為便于水平絲杠及其支撐軸承的安裝，在箱體上焊接軸承座M，軸承裝在上面。為保證傳動精度，制造過程中先將軸承座M的毛坯與箱體焊接在一起，再加工組件。在運(yùn)動箱體和水平定位塊上都應(yīng)有相應(yīng)的定位裝置。因機(jī)械手的控制是通過單片機(jī)系統(tǒng)來完成的，所以定位裝置要提供一定的電流給控制系統(tǒng)。選用光電開關(guān)作為定位裝置。光電開關(guān)型號選用EE－SPX740，通過螺釘安裝在水平定位板上。EE－SPX740光電開關(guān)的技術(shù)參數(shù)及安裝尺寸如下所示：表4-2EE－SPX740光電開關(guān)技術(shù)參數(shù)表檢測距離標(biāo)準(zhǔn)檢測物體誤差距離應(yīng)答頻率電源電壓耐沖擊3.6mm不透明1×0.5mm以上小于0.05mm1KHzDC5-24V±10%500圖4-3EE－SPX740光電開關(guān)安裝尺寸圖光電開關(guān)要與控制系統(tǒng)進(jìn)行連接，因此需要知道光電開關(guān)的接線圖：*為連接電晶體回路時的電壓輸出圖4-4EE－SPX740光電開關(guān)接線圖為保證導(dǎo)向桿的導(dǎo)向精度，以及提高機(jī)械手的可維護(hù)性，將一對青銅導(dǎo)向套通過螺釘固定在鋁合金材料的水平運(yùn)動板上，這樣，如果長期使用導(dǎo)致導(dǎo)向套磨損，可以較容易地進(jìn)行更換。兩水平導(dǎo)向桿末端都加工有螺紋，通過六角螺母將水平導(dǎo)向桿與水平限位板連接，便于安裝、拆卸，并且便于調(diào)節(jié)軸向距離。1水平限位板，2青銅導(dǎo)套=1\*ROMANI，3水平導(dǎo)桿=1\*ROMANI，4青銅螺母，5水平絲杠，6青銅導(dǎo)套=2\*ROMANII，7水平導(dǎo)桿=2\*ROMANII，8手爪安裝板。圖4-5水平導(dǎo)向部件說明圖=2\*GB3②.校核水平導(dǎo)向桿的強(qiáng)度及剛度：水平導(dǎo)向桿是懸臂結(jié)構(gòu)，當(dāng)手爪部件在最外端極限位置時，部件的剛度最差，校核這種情況下水平導(dǎo)向桿的剛度。包含被夾持工件的末端總重量約為G＝1kg＝10N，單根導(dǎo)向桿的重量為＝0.065兩根導(dǎo)向桿與手爪部件的載荷分析如圖4-6所示：圖4-6水平運(yùn)動部件載荷分布圖可知近似認(rèn)為部件的重心在O處，即圖形的幾何中心處，而兩導(dǎo)向桿對于重心成對稱分布，因此可以認(rèn)為重物的重量平均分擔(dān)在2根導(dǎo)向桿上，即。而導(dǎo)向同時還受到自身重力的作用，因此，水平導(dǎo)向桿的總撓度可以認(rèn)為是重物所造成的撓度與導(dǎo)向桿自身重力造成撓度的疊加。計算重物所造成的撓度圖4-7水平導(dǎo)向桿受力及剪力、彎矩圖1圖4-8水平導(dǎo)向桿受力及剪力、彎矩圖2，其中，為重物所造成的撓度，E為導(dǎo)向桿材料的彈性模量，查表得E＝210GPa，l為導(dǎo)向桿長度，l=165mm=0.165m，F(xiàn)=5N，I為桿件的截面極慣性矩，實心圓柱彎曲時的，可知撓度為：計算水平導(dǎo)向桿自重所造成的撓度，其中，為水平導(dǎo)向桿自重所造成的撓度，實際載荷為均布載荷q，，E為導(dǎo)向桿材料的彈性模量，查表得E＝210GPa，l為導(dǎo)向桿長度，l=165mm=0.165m，F(xiàn)=5N，I為桿件的截面極慣性矩，實心圓柱彎曲時的，可知撓度為：可知水平導(dǎo)向桿的總撓度為：手冊規(guī)定的導(dǎo)軌許用撓度為0.05mm，0.017856mm<0.05mm,=3\*GB3③.水平導(dǎo)向套的設(shè)計水平導(dǎo)向套尺寸見圖4－9： 內(nèi)壁尺寸為，水平導(dǎo)向套與導(dǎo)向桿有相對運(yùn)動，因此要選用間隙配合，這個間隙配合需要較高的精度，同時又考慮要提高加工經(jīng)濟(jì)性，配合選用間隙配合mm，內(nèi)壁需要很小的表面粗糙度，選用表面粗糙度，外壁尺寸為，因水平導(dǎo)向套與水平運(yùn)動部件的配合不需要高的精度，主要考慮要提高加工經(jīng)濟(jì)性和拆卸維護(hù)方便，配合選用間隙配合mm，外壁對表面粗糙度無過多要求，選用表面粗糙度，其他未標(biāo)注表面。如圖4-9所示：圖4-9水平導(dǎo)向套尺寸圖4.2豎直運(yùn)動部件的設(shè)計豎直運(yùn)動部件包括豎直運(yùn)動絲杠、螺母、豎直導(dǎo)向桿等。因為箱體及水平運(yùn)動部件的重量由豎直運(yùn)動螺紋牙承擔(dān)，在螺紋的設(shè)計中已做過校核，因此，認(rèn)為蓋板及步進(jìn)電機(jī)的重量由兩根支撐桿承擔(dān)，要校核支撐桿的強(qiáng)度和壓桿穩(wěn)定性。支撐桿的材料為45鋼，查閱資料得45鋼的材料力學(xué)性能：表4-345鋼的材料力學(xué)性能屈服強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度斷面收縮率彈性模量E(GPa)35359816200=1\*GB3①.支撐桿的強(qiáng)度校核：蓋板及其上面的步進(jìn)電機(jī)的總重量為1.6kg<,因此，兩支撐桿的強(qiáng)度是合格的。=2\*GB3②.支撐桿的穩(wěn)定性校核：可以認(rèn)為支撐桿是一端固定，一端鉸支的結(jié)構(gòu)，壓桿長度因數(shù)見下表：表4-4壓桿的長度因數(shù)壓桿的約束條件長度因數(shù)兩端鉸支一端固定，另一端自由兩端固定一端固定，另一端鉸支可知，每根支撐桿分擔(dān)的重量為0.8kg=8N。材料柔度為：支撐桿截面為圓形，所以，圓形截面支撐桿柔度為：，，因此，歐拉公式可以使用。許用壓力為，實際壓力為8N，因此可以算得實際安全系數(shù)為：，支撐桿的穩(wěn)定性是合格的。第五章傳動部件的設(shè)計5.1傳動軸的設(shè)計與校核5.1.1傳動軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計傳動軸的材料選用45鋼，查表得＝110已知傳動軸傳遞的扭矩為2.8N·m，因此：軸徑d≥==7.3mm，即軸徑最小處應(yīng)大于7.3mm。而實際的最小軸徑為18mm，擬定軸上各周段的直徑及軸的結(jié)構(gòu)如下圖所示：圖5－1傳動軸設(shè)計圖圖中，軸段A為平鍵安裝軸段，通過這個平鍵連接傳動軸與轉(zhuǎn)盤，選用A型平鍵，長度為16mm，軸段A也為平鍵安裝軸段，通過這個平鍵連接傳動軸與傳動齒輪,選用B型平鍵，鍵槽長度為7mm，鍵長6mm；軸段B為彈性擋圈安裝軸段，根據(jù)GB/T894.1-86的規(guī)定，選用槽寬為1mm，為便于安裝彈性擋圈，軸上槽寬尺寸公差選為H8；軸段G為軸承安裝軸段，軸承安裝公差尺寸為mm，尺寸如圖。5.1.2傳動軸的強(qiáng)度校核軸的校核公式均引自《機(jī)械設(shè)計》傳動軸傳遞的轉(zhuǎn)矩為2.8N·m大齒輪的分度圓直徑為=1×58=58mm則作用在軸上齒輪的力為：周向力：徑向力：傳動軸的彎矩和轉(zhuǎn)矩圖見圖5－2。圖5－2傳動軸的受力分析圖從上圖可以得出危險截面的支反力、彎矩值列于表5－1。表5－1傳動軸危險截面的支反力、彎矩值載荷水平面H垂直面V支反力F彎矩M總彎矩扭矩TT=2800按彎扭合成應(yīng)力校核傳動軸的強(qiáng)度只校核危險截面的強(qiáng)度，?。?.6，軸的計算應(yīng)力為：＝＝6.38MPa已選定的傳動軸材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，查得許用應(yīng)力＝60MPa，實際安全系數(shù)S=60/6.38=9.4，因此傳動軸的強(qiáng)度是合格的。5.2軸承的選用與校核機(jī)械手中各個軸承的選用見表5－2，現(xiàn)對其中的兩個比較危險的軸承進(jìn)行校核。表5－2軸承選用列表零件號軸承類型國標(biāo)代號軸承安裝位置1圓錐滾子軸承30203GB/T297-1994固定底座中心11圓錐滾子軸承32920GB/T297-1994轉(zhuǎn)盤與殼體連接處15圓錐滾子軸承30203GB/T297-1994豎直運(yùn)動絲杠與轉(zhuǎn)盤連接處24圓錐滾子軸承30302GB/T297-1994豎直運(yùn)動絲杠與蓋板連接處45深溝球軸承61800GB/T276-1994水平運(yùn)動絲杠與水平限位板連接處49深溝球軸承61803GB/T276-1994水平運(yùn)動絲杠與運(yùn)動箱體連接處5.2.1水平絲桿外端軸承的選用與校核水平絲杠的運(yùn)動沒有軸向載荷，只有徑向載荷，選用深溝球軸承，裝配圖上零件號為45，安裝軸徑為10mm,根據(jù)設(shè)計手冊中GB/T276-1994的規(guī)定，選用型號為61800的深溝球軸承。圖5-3水平絲杠外端球軸承安裝圖深溝球軸承61800的各項參數(shù)如表5－3所示：表5－3深溝球軸承61800參數(shù)列表基本尺寸d=10mmD=19mmB=11mm安裝尺寸damin=12.4mmDamax=16.6mmRasmax=0.3mm基本額定載荷基本額定載荷Cr=1.4kNCor=0.75kN極限轉(zhuǎn)速\脂N=26000r/min極限轉(zhuǎn)速\油N=34000r/min重量0.005kg校核計算：計算方法及公式均摘自參考文獻(xiàn)[4]初步計算當(dāng)量動載荷P，由式5-1-1得：式中：為載荷性質(zhì)系數(shù)，因水平絲杠的運(yùn)動屬于輕微沖擊，查表5-1-19得：＝1.1為軸承所受的徑向載荷，可知，為水平絲杠轉(zhuǎn)矩，為絲杠小徑，＝32.9N為軸承所受的軸向載荷，近似為0X為徑向系數(shù)，Y為軸向系數(shù)，查得X＝1，Y＝0當(dāng)量動載荷軸承的基本額定壽命為式中為軸承工作轉(zhuǎn)速，已知＝400r/min,為所選軸承的基本額定載荷，＝1.4KN，ε為軸承的壽命系數(shù)，對于球軸承，ε＝3機(jī)械手的預(yù)計壽命為20000h，2410167h>20000h,因此軸承的選用是合格的。5.2.2豎直運(yùn)動處絲桿與轉(zhuǎn)盤連接處軸承的選用與校核此處的軸承既有徑向載荷，又有軸向載荷，選用圓錐滾子軸承，裝配圖上零件號為15，安裝軸徑為10mm,根據(jù)設(shè)計手冊中GB/T297-1994圓錐滾子軸承30203的各項參數(shù)如表5－4所示：表5－4圓錐滾子軸承30203參數(shù)列表安裝尺寸damin=21mmDamax=36mmRasmax=1mm基本額定載荷Cr=20.7kNCor=21.9kN極限轉(zhuǎn)速\脂N=9000r/min極限轉(zhuǎn)速\油N=12000r/min計算系數(shù)e=0.35續(xù)表5－4基本尺寸d=17D=40T=14.25校核計算：計算方法及公式均摘自參考文獻(xiàn)[4]初步計算當(dāng)量動載荷P，由式5-1-1得：式中：為載荷性質(zhì)系數(shù)，因豎直運(yùn)動絲杠的運(yùn)動屬于輕微沖擊，查表得：＝1.1為軸承所受的徑向載荷，可知，為豎直運(yùn)動絲杠轉(zhuǎn)矩，為絲杠小徑，＝15.5mm，為圓錐滾子軸承所受的軸向載荷為水平運(yùn)動系統(tǒng)及蓋板、豎直運(yùn)動步進(jìn)電機(jī)重量的總和，=2kg+0.8kg+0.15kg=2.95kg,考慮安全系數(shù)，取=3.2kg＝32NX為徑向系數(shù)，Y為軸向系數(shù)，首先計算，0.225<e=0.35,據(jù)此可以查得X＝1，Y＝0當(dāng)量動載荷軸承的基本額定壽命為式中為軸承工作轉(zhuǎn)速，已知＝150r/min,為軸承的基本額定載荷，＝20.7KNε為軸承的壽命系數(shù)，對于滾子軸承，ε＝10/3≈3.3機(jī)械手的預(yù)計壽命為20000h，1120242985h>20000h,因此軸承的選用是合格的。5.3鍵連接的選用與校核表5-5機(jī)械手中兩個較危險的鍵連接選擇列表安裝位置公稱直徑d公稱尺寸b×h公稱長度l聯(lián)接類型傳動軸與轉(zhuǎn)盤連接20mm6×610mm較緊聯(lián)接豎直運(yùn)動絲杠與齒輪聯(lián)接20mm6×66mm較緊聯(lián)接

圖5-4平鍵連接示意圖5.3.1傳動軸與轉(zhuǎn)盤連接處鍵連接的選用與校核傳動軸與轉(zhuǎn)盤聯(lián)接，軸徑為20mm，根據(jù)手冊選得公稱尺寸b×h＝6×6，鍵的有效長度位l＝10mm，根據(jù)GB/T1096－1979,選用A型平鍵，尺寸如圖5圖5－5平鍵尺寸圖1鍵連接的強(qiáng)度校核:已知工作條件:轉(zhuǎn)矩為豎直運(yùn)動步進(jìn)電機(jī)扭矩的2倍，則：，接觸高度為k=0.5h=0.5×6mm=3mm,工作長度為l＝10mm，軸徑d＝為鍵、軸、輪轂中最弱材料的許用擠壓應(yīng)力，查資料得到45鋼的＝120MPa實際應(yīng)力為9.33MPa<＝120MPa,因此強(qiáng)度安全，此處平鍵聯(lián)接的選用是合格的。5.3.2豎直運(yùn)動絲桿與齒輪連接處鍵連接的選用與校核傳動軸與轉(zhuǎn)盤聯(lián)接，軸徑為20mm，根據(jù)手冊選得公稱尺寸b×h＝6×6，受機(jī)構(gòu)限制，鍵長l＝6mm，根據(jù)GB/T1096－1979,選用B型平鍵，尺寸如圖5－6圖5－6平鍵尺寸圖2鍵連接的強(qiáng)度校核:已知工作條件:轉(zhuǎn)矩為豎直運(yùn)動步進(jìn)電機(jī)扭矩的2倍，則：，接觸高度為k=0.5h=0.5×6mm=3mm,工作長度為l＝6mm，軸徑d＝為鍵、軸、輪轂中最弱材料的許用擠壓應(yīng)力，查資料得到45鋼的＝120MPa實際應(yīng)力為12.2MPa<＝120MPa,因此強(qiáng)度安全，此處平鍵聯(lián)接的選用是合格的。5.4傳動齒輪的設(shè)計與校核5.4.1水平運(yùn)動傳動齒輪副的設(shè)計與校核已知工作條件：輸出功率，考慮傳動過程中的摩擦等因素造成的功率損失和安全系數(shù)，取P＝1.5w。大齒輪轉(zhuǎn)速400r/min,初定傳動比i＝2，則小齒輪轉(zhuǎn)速為200r/min.選材料，定等級小齒輪選用(調(diào)質(zhì))，硬度為280HBS。大齒輪選用45鋼(調(diào)質(zhì))，硬度為240HBS。根據(jù)工作條件，定為8級精度，選小齒輪齒數(shù)，則大齒輪齒數(shù)。因齒面為軟齒面，故應(yīng)按齒面接觸強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計，按齒根彎曲強(qiáng)度進(jìn)行校核。由設(shè)計計算公式進(jìn)行試算：設(shè)計計算公式均摘自《機(jī)械設(shè)計實用手冊》表5－6齒輪設(shè)計過程列表計算項目計算內(nèi)容計算結(jié)果（1）初步計算轉(zhuǎn)矩齒寬系數(shù)由表9.3-11查取接觸疲勞極限由圖9.3-22b初步計算需用接觸應(yīng)力動載荷系數(shù)續(xù)表5—6初步計算小齒輪直徑取初步齒寬（2）校核計算圓周速度精度等級由表9.3-1選擇8級精度齒數(shù)、模數(shù)取初取，m=1使用系數(shù)由表9.3-6原動機(jī)均勻平穩(wěn)，工作機(jī)有中等沖擊動載系數(shù)由圖9.3-6由表9.3-7，非硬齒面直齒輪，精度等級8級齒向載荷分布系數(shù)區(qū)域系數(shù)由圖.3-17查出彈性系數(shù)由表9.3-11查出齒形系數(shù)由圖9.3-19,查得應(yīng)力修正系數(shù)由圖9.3-20查得螺旋角系數(shù)由圖9.3-21查取齒向載荷分布系數(shù)由圖9.3-9查取續(xù)表5—6許用彎曲應(yīng)力試驗齒輪的齒根彎曲疲勞極限由表9.3-14查最小安全系數(shù)由圖9.3-26確定尺寸系數(shù)由圖9.3-25確定彎曲壽命系數(shù)另外取驗算合格（4）許用接觸應(yīng)力驗算許用接觸應(yīng)力由表9.3-14取最小安全系數(shù)總工作時間應(yīng)力循環(huán)次數(shù)（單向運(yùn)轉(zhuǎn)取）接觸壽命系數(shù)由圖9.3-23查出齒面工作硬化系數(shù)接觸強(qiáng)度尺寸系數(shù)由表9.3-15按調(diào)質(zhì)鋼查潤滑油膜影響系數(shù)取為續(xù)表5—6驗算合格（3）確定主要傳動尺寸中心距取整分度圓徑齒寬（5）小結(jié)：齒輪主要傳動尺寸列表模數(shù)1壓力角分度圓直齒頂高1齒根高1.25齒頂間隙0.25齒根圓直中心距44齒寬齒頂圓直因為此處的轉(zhuǎn)矩與速度為最大，齒輪模數(shù)m＝1可以滿足強(qiáng)度要求，因為其他齒輪傳動處的轉(zhuǎn)矩和速度均較小，所以其他齒輪模數(shù)選用m＝1也可以滿足強(qiáng)度要求。為實現(xiàn)較高的互換性，其他傳動齒輪的小齒輪齒數(shù)＝29，大齒輪齒數(shù)＝58，機(jī)械手部件的加工工藝性較好第六章機(jī)械手部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計6.1水平運(yùn)動部件結(jié)構(gòu)設(shè)計水平運(yùn)動部件結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖4－13所示：圖中，1為水平運(yùn)動板，2為螺母，3為水平運(yùn)動絲杠，4為導(dǎo)向套，5為水平導(dǎo)向桿，6為手爪安裝板。為降低加工成本,將水平運(yùn)動板和手爪安裝板分開加工，再通過焊接的方法將其連接在一起，為保證加工工藝性能，水平運(yùn)動板和手爪安裝板的材料選用同種易焊接的材料，都是鑄造鋁合金ZAlSi7Mg。導(dǎo)向套通過螺紋連接在水平運(yùn)動板上，通過導(dǎo)向套與導(dǎo)向桿的相對滑動實現(xiàn)導(dǎo)向功能。導(dǎo)向套與導(dǎo)向桿的配合屬于精密配合，參照有圖6－1水平運(yùn)動部件結(jié)構(gòu)設(shè)計圖關(guān)手冊，配合精度選用mm，而導(dǎo)向套與運(yùn)動箱體的配合主要考慮安裝及調(diào)整方便，配合精度選用mm。導(dǎo)向套與導(dǎo)向桿的相對運(yùn)動摩擦較大，需要潤滑，導(dǎo)軌用潤滑劑分為三大類：（1）導(dǎo)軌油（滑道機(jī)油）（2）液壓導(dǎo)軌兩用油（3）潤滑脂。導(dǎo)軌油最主要的特性是有極強(qiáng)的粘附性和耐水沖洗性能以及極強(qiáng)的抗極壓性能。導(dǎo)軌的負(fù)荷一般在10～100KPa，精密機(jī)床在30KPa左右，中等負(fù)荷在350KPa，最大的導(dǎo)軌負(fù)荷有1KPa以上的。導(dǎo)軌油的目的在于保護(hù)導(dǎo)軌及滑塊，套環(huán)不被磨損，長時間保護(hù)導(dǎo)軌的最佳精度。導(dǎo)軌有時會有水接觸，生產(chǎn)中，經(jīng)常有水會濺到導(dǎo)軌上，若導(dǎo)軌油的分水性能不佳就會被水分解，油滴到切削液中，會造成切削液污染，所以導(dǎo)軌的分水性能極重要。表6－1導(dǎo)軌潤滑的粘度選擇列表導(dǎo)軌油粘度適用額定壓力適用滑動速度32<7MPa可用于>10m/min68<70KPa可用于>10m/min150>400KPa<10m/min220>400KPa<10m/min本機(jī)械手的導(dǎo)向系統(tǒng)負(fù)載較小，滑動速度適中，而工業(yè)生產(chǎn)中68#潤滑油應(yīng)用最為廣泛，因此，潤滑油選用68#，為實現(xiàn)較高的互換性，豎直導(dǎo)向系統(tǒng)及兩個絲杠螺母選用的潤滑油也選用68#。6.2運(yùn)動箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計為減輕結(jié)構(gòu)重量，運(yùn)動箱體的材料選用不銹鋼板材板金加工成型，材料型號為1Cr18Ni9Ti。因箱體同時作為豎直運(yùn)動部件和水平運(yùn)動部件的支撐部分，因此箱體的剛度很重要，為提高支撐剛度，豎直方向上，兩支撐桿成對角布置，兩導(dǎo)向桿也按對角布置，這樣水平運(yùn)動部件的重量就能均勻分布在各個桿件和絲杠上。水平方向上，水平絲杠和導(dǎo)向桿均為懸臂結(jié)構(gòu)，為提高剛度，兩導(dǎo)向桿同樣是對角布置，水平絲杠位置在箱體中心處，剛度最佳。詳細(xì)設(shè)計請參閱下頁設(shè)計圖6－2、圖6－3、圖6－4。運(yùn)動箱體上Φ12mm的4個孔都是支撐桿穿過的通孔，因支撐桿直徑為Φ10mm，因此，Φ12mm孔的尺寸公差要求較低，尺寸公差按未注公差原則。Φ15mmΦ35mm孔為軸承座安裝孔，因軸承座先焊接在箱體上，再進(jìn)行加工，因此對公差有一定要求，選用間隙配合mm,豎直導(dǎo)向桿和豎直絲杠與水平絲杠是機(jī)械手的兩個直線方向運(yùn)動機(jī)構(gòu)，要保證末端執(zhí)行器的定位和導(dǎo)向精度，兩個導(dǎo)向套安裝孔和豎直螺母安裝孔對于軸承座安裝孔Φ35mm都有垂直度要求，查資料，選用6級精度，垂直度公差為0.015mm。因水平導(dǎo)向桿要起到導(dǎo)向作用，因此兩導(dǎo)向桿與絲杠軸承座安裝孔必須有平行度要求，查資料，選用6級精度，平行度公差為0.015mm圖6－2運(yùn)動箱體前視圖圖6－3運(yùn)動箱體俯視圖圖6－4運(yùn)動箱體右視圖第七章總結(jié)本設(shè)計為三自由度圓柱坐標(biāo)型工業(yè)機(jī)械手，其工作方向為兩個直線方向和一個旋轉(zhuǎn)方向。在控制器的作用下，機(jī)械手可以執(zhí)行將工件從一條流水線拿到另一條流水線這一動作,還可以執(zhí)行其他簡單動作，本機(jī)械手有一定柔性，可以作為一個多功能的單片機(jī)控制運(yùn)動平臺，末端執(zhí)行部件可以更換，實現(xiàn)其他功能，因此，可以通過對本機(jī)械手的二次開發(fā)，對機(jī)械設(shè)計、單片機(jī)控制等學(xué)科進(jìn)行深入研究。旋轉(zhuǎn)運(yùn)動到直線運(yùn)動的轉(zhuǎn)換采用絲杠螺母傳動，因此成本較低，但工作過程中的潤滑必不可少，機(jī)械手的主要動力來自步進(jìn)電機(jī)，本設(shè)計選用的步進(jìn)電機(jī)都是市場上比較常見的、性能價格比比較高的產(chǎn)品，因此，采購容易，維護(hù)方便。本機(jī)械手的手爪使用氣動夾緊裝置，在一般企業(yè)里，氣源的提供較為豐富，機(jī)械手的工作容易進(jìn)行。另外，運(yùn)動箱體選用不銹鋼板金件，成本較低?；趩纹⑿陀嬎銠C(jī)的機(jī)械手系統(tǒng)還可以用于工業(yè)生產(chǎn)線，完成工件轉(zhuǎn)移、零件裝配、檢測以及危險環(huán)境中替代人完成簡單精確的勞動等很多工作，提高裝備的自動化水平；系統(tǒng)還可以較容易地實現(xiàn)與PC機(jī)的通信，實現(xiàn)計算機(jī)集中控制生產(chǎn)設(shè)備；另外，該系統(tǒng)價格便宜，組成靈活，具有較高的推廣應(yīng)用價值。總之，本次畢業(yè)設(shè)計的機(jī)械手是一個成本低、柔性大、功能強(qiáng)的機(jī)電一體化產(chǎn)品。致謝本次畢業(yè)設(shè)計是大學(xué)四年間所學(xué)知識的綜合運(yùn)用，通過這次設(shè)計把這四年所學(xué)的基礎(chǔ)理論和專業(yè)課程作了一個總結(jié)和回顧，加深了對理論的理解，能夠掌握機(jī)械設(shè)計的全套思路，為即將走上工作崗位和以后的發(fā)展打下了一定的基礎(chǔ)。在設(shè)計過程中，我查閱了大量資料，包括機(jī)械零件、材料力學(xué)、電氣控制、單片機(jī)電路等等，尤其是在從對各類設(shè)計手冊的查閱中，我的知識面得到了很大的提高；對該課題的獨立設(shè)計，使我對機(jī)電一體化產(chǎn)品有了一個更深的了解，也使我獨立設(shè)計的能力有了極大的提高。同時我還自學(xué)了部分非本專業(yè)的知識。這次設(shè)計工作量不小，由于屬于創(chuàng)新型的設(shè)計，因此有一定難度。在設(shè)計過程中，我得到了指導(dǎo)老師張錦萍老師的大力幫助，在此表示衷心的感謝。這次的設(shè)計我感到收獲最多的地方是通過這次設(shè)計教會作為一名即將走上工作崗位的設(shè)計人員應(yīng)有的工作態(tài)度。使我懂得了做任何一件事都要扎扎實實地認(rèn)真去完成，而且也要不斷地優(yōu)化改進(jìn)，在應(yīng)用所學(xué)的知識的過程中，我體會到了作為一名設(shè)計人員的成就感和滿足感。在以后的工作中，我會更加熱愛自己的工作，并且會以更加嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的態(tài)度來對待它。最后，我再次衷心地感謝給予我極大幫助和督促的張錦萍老師，正是由于她的耐心指導(dǎo)和細(xì)心答疑，才能使我順利地完成本次設(shè)計的內(nèi)容。參考文獻(xiàn)[1]濮良貴，紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計.第七版.北京：高等教育出版社，2001.[2]劉鴻文.材料力學(xué).北京：高等教育出版社，2003.[3]張建民.機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計.第二版.北京：高等教育出版社，2001.[4]吳宗澤.機(jī)械設(shè)計實用手冊.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1998.[5]鄭文緯，吳克堅.機(jī)械原理.第七版.北京：高等教育出版社，1996.[6]甘永立.幾何量公差與檢測.第七版.上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，2005.[7]鄭笑紅，唐道武.工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及應(yīng)用.北京：煤炭工業(yè)出版社，2004.[8]蔡鶴皋等.機(jī)電一體化技術(shù)手冊.第2版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.[9]楊光友，朱宏輝.單片微型計算機(jī)原理及接口技術(shù).北京：中國水利水電出版社，2002.[10]成大先等.機(jī)械設(shè)計手冊(單行本).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.[11]馬西秦.自動檢測技術(shù).第2版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.[12]大連理工大學(xué)工程畫教研室.機(jī)械制圖.第四版.北京：高等教育出版社，1993.[13]王章忠，喬斌.機(jī)械工程材料.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.[14]齊占慶.機(jī)床電氣控制技術(shù).第3版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.[15]許福玲，陳堯明.液壓與氣壓傳動.第2版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.[16]DavidG.Ullman.TheMechanicalDesignProcess.USA：Mcgraw-HillCompanies，2003.[17]SMC(中國)有限公司.現(xiàn)代實用氣動技術(shù).第2版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.[18]房小翠.單片微型計算機(jī)與機(jī)電接口技術(shù).北京：國防工業(yè)出版社，2002.

附錄資料：不需要的可以自行刪除如何防止電腦防輻射經(jīng)常在電腦面前工作,建議你用下方法進(jìn)行保護(hù):1：你可以穿防輻射服裝（防輻射工作服）。2：用防輻射護(hù)膚品。3：顯示器可以用電腦防輻射防護(hù)屏4:種些防輻射植物盆景（如仙人掌，石蓮，孖寶）5：在電腦前放些吸波材料，如竹炭6:用電腦輻射消除儀7平時注意多飲水每天最好是6杯水。飲茶能降低輻射的危害，茶葉中的脂多糖有抗輻射的作用。吃什么東西可以降低電腦對身體的輻射？吃一些對眼睛有益的食品，如雞蛋、魚類、魚肝油、胡蘿卜、菠菜、地瓜、南瓜、枸杞子、菊花、芝麻、蘿卜、動物肝臟等。多吃含鈣質(zhì)高的食品，如豆制品、骨頭湯、雞蛋、牛奶、瘦肉、蝦等。注意維生素的補(bǔ)充：多吃含有維生素的新鮮水果、蔬菜等。注意增強(qiáng)抵抗力：多吃一些增強(qiáng)機(jī)體抗病能力的食物，如香菇、蜂蜜、木耳、海帶、柑桔、大棗等。吃一些抗輻射的食品：電腦雖然對人體健康影響較小，但也應(yīng)預(yù)防。飲茶能降低輻射的危害，茶葉中的脂多糖有抗輻射的作用。螺旋藻、沙棘油也具有抗輻射的作用。另外，平時應(yīng)注意鍛煉身體.要及時用清水洗臉，這樣將使所受輻射減輕70％以上。如何防止電腦輻射使用電腦時，最好在顯示器前配備質(zhì)量較好的防輻射屏。注意酌情多吃一些胡蘿卜、豆芽、西紅柿、瘦肉、動物肝等富含維生素A、C和蛋白質(zhì)的食物，經(jīng)常喝些綠茶等等。對于生活緊張而忙碌的人群來說，抵御電腦輻射最簡單的辦法就是在每天上午喝2至3杯的綠茶，吃一個橘子。綠茶不但能消除電腦輻射的危害，還能保護(hù)和提高視力。如果不習(xí)慣喝綠茶，菊花茶同樣也能起著抵抗電腦輻射和調(diào)節(jié)身體功能的作用。電腦輻射是不可避免的，但可以減少。首先，應(yīng)盡可能購買新款的電腦，一般不要使用舊電腦，舊電腦的輻射一般較厲害，在同距離、同類機(jī)型的條件下，一般是新電腦的1－2倍。操作電腦時最好在顯示屏上安一塊電腦專用濾色板以減輕輻射的危害，室內(nèi)不要放置閑雜金屬物品，以免形成電磁波的再次發(fā)射。使用電腦時，要調(diào)整好屏幕的亮度，一般來說，屏幕亮度越大，電磁輻射越強(qiáng)，反之越小。不過，也不能調(diào)得太暗，以免因亮度太小而影響效果，且易造成眼睛疲勞。還要注意與屏幕保持適當(dāng)距離。離屏幕越近，人體所受的電磁輻射越大，因此較好的是距屏幕半米以外。。針對每一種不同類型的皮膚，表現(xiàn)就不同：像油性膚質(zhì)，就會表現(xiàn)出油情況很嚴(yán)重，或者是出油的同時面部開始發(fā)干，也就是缺乏水份，起痘痘，毛孔粗大等；干性膚質(zhì)，則表現(xiàn)為：皮膚干燥，出現(xiàn)細(xì)紋，沒有光澤，以及有黑斑，嗯，這些都是常期坐在電腦面前而忽略了如何防護(hù)的結(jié)果哦~還有就是混合性膚質(zhì)了，這樣的膚質(zhì)，通常具備干性和油性兩種膚質(zhì)的特征，一般是T區(qū)油，兩頰干。面對電腦的話，兩種膚質(zhì)的特點就越發(fā)明顯了。再有就是眼部皮膚的加具老化，和眼部視神經(jīng)的模糊化。而電腦皮膚和我們的環(huán)境又有非常大的關(guān)系，比如，坐在寫字樓里的朋友，通常都是在空調(diào)環(huán)境下工作。面對電腦8個小時。而如果內(nèi)調(diào)方面和防輻射、以及補(bǔ)水和保濕的工作，做的不到位的話，皮膚就會變得干燥，無光澤，出油，甚至嚴(yán)重點的會呈現(xiàn)敏感性膚質(zhì)的特征哦！以上就是內(nèi)調(diào)部分。現(xiàn)在根據(jù)不同環(huán)境和膚質(zhì)看一下如何進(jìn)行外在的改善：1，針對油性膚質(zhì)，平時一定要做好充分的補(bǔ)水工作，無論你選擇的護(hù)膚品是什么樣的，重要的是以：清爽無油脂的補(bǔ)水。潔面的產(chǎn)品選擇弱酸性，不要選擇堿性的。因為堿性的當(dāng)時是會洗的很干凈，但1至2個小時以后皮膚出油的情況就會變得嚴(yán)重了，尤其是T區(qū)，和兩頰，這也是毛孔粗大的一點哦。所以飛揚(yáng)提醒大家，記得用弱酸性潔面產(chǎn)品~那如何來區(qū)別潔面產(chǎn)品的酸堿性呢，到藥店去找找PH值試紙吧。2，化妝水方面，使用非酒精性的，以及保濕和補(bǔ)水好的。其實油性肌膚是最需要補(bǔ)水的了。而不是控油。也只有補(bǔ)水才可以幫助表面控油。油份多了，那么水份相對來說就會分泌量減小，這也是為什么油性膚質(zhì)的人易變成油性缺水性膚質(zhì)的關(guān)鍵所在了。3，那，現(xiàn)在第三個就是就是痘痘了。油性皮膚的人無論是內(nèi)在方面也好外在方面也好，如果稍不注意，小痘痘就會趁機(jī)而入~從你美麗的肌膚內(nèi)，人家是破繭而出我們是破皮而出了。針對痘痘，我們要采取內(nèi)外兼攻的方法。內(nèi)在的除了加強(qiáng)飲水量，保持每日晨便，多以粗纖維為主，還要就是以蔬菜和水果多吃，少吃肉類、油膩的、甜食等。很多朋友不知道，其實甜食是最容易長痘痘的。因為甜食會引起體內(nèi)維它命B群的代謝變慢，會長出黑頭，因為T區(qū)是皮脂腺最豐富的地方，B群代謝減緩，那么T區(qū)就會更油了。所以杜絕甜食，也是很重要的一點哦！外在方面，使用清爽無油脂的，弱酸性的基礎(chǔ)護(hù)理套系，配合內(nèi)調(diào)。要知道，80%的內(nèi)在調(diào)養(yǎng)加上20%的外在保養(yǎng)，以及你的天天好心情，才會真正的改善皮膚。4，油性膚質(zhì)，還有一點，就是每周做去角質(zhì)的工作，以及清潔面膜。同時，別忘了給皮膚清爽的補(bǔ)水：）補(bǔ)水也會使毛孔收斂呢。現(xiàn)在說說干性膚質(zhì)，坐在電腦面前如何來改善呢？干性膚質(zhì)，在選擇基礎(chǔ)套系的時候注重含有長效保濕因子的成份，比如沙粒經(jīng)常會和朋友們分享一些保濕的明星成份，像：粘多糖、膠原蛋白、透明質(zhì)酸。啊，這個秀明質(zhì)酸應(yīng)該算是新晉的保濕明星了：）現(xiàn)在很多種護(hù)膚品中都含有它呢~保濕效果也對來說不錯哦！除了保濕，就是補(bǔ)水。而補(bǔ)水與保濕是完全不同的兩個概念。皮膚是要先補(bǔ)水，幫助細(xì)胞喝飽水份，再來進(jìn)行保濕，幫助水份長效留住水份。水份充足了，皮膚首先避免了敏感。而且為保濕做好了充足的準(zhǔn)備。同時，皮膚補(bǔ)水的工作做的好，也不容易引起，干性膚質(zhì)的脂肪粒的產(chǎn)生哦！說到脂肪粒，其實它的形成有一種原因就是因為皮膚干燥，有了小創(chuàng)口，而我們再使用保養(yǎng)皮的時候，引起了毛囊角質(zhì)化，也就是脂肪粒了。再說說保濕，選擇長效保濕因子，比如透明質(zhì)酸、尿囊素等。別看尿囊素這名字不好聽，可它是干性和敏感性膚質(zhì)的救星呢，可以起到非常好的安撫效果哦！還有洋甘菊這種菊類物質(zhì)，也是抗敏的。為什么要把干性和敏感性膚質(zhì)放在一起說呢？就是因為干性非常容易變成敏感性膚質(zhì)：）在此，外在保養(yǎng)方面注意補(bǔ)水和保濕。內(nèi)調(diào)方面，注意多多補(bǔ)充膠原蛋白的物質(zhì)，無論你是從水果的果膠中攝取，還是骨頭湯，或者是肉皮中攝取，都是非常好的。幫助皮膚有光澤，和保濕：）而混合性膚質(zhì)，偏油，就參照油性的做法，注意加上清爽補(bǔ)水；偏干，就參照干性膚質(zhì)的方法，注意長效保濕：）現(xiàn)在重點說一說，敏感性膚質(zhì)吧。這樣的膚質(zhì)最受不了干燥，和空調(diào)的環(huán)境了。皮膚會發(fā)干，而且容易遇冷和熱面部潮紅。起斑斑和痘痘。而對付這樣膚質(zhì)最關(guān)鍵的一點還是補(bǔ)水及保濕。因為敏感性膚質(zhì)的皮膚角質(zhì)偏薄，不太建議使用去角質(zhì)的東西，而注意補(bǔ)水和保濕，幫助細(xì)胞進(jìn)強(qiáng)抵抗能力，這樣即使面對空高和電腦，也不怕了~再配個噴霧吧：）舒緩和保濕類型的非常不錯。無論你是什么膚質(zhì)，噴上一噴，即可釋放你緊張的情緒哦。以上四種不同的膚質(zhì)，都不要忘了使用眼霜：）因為眼部肌膚的老化程度也是很快的。可以在眼部使用無酒精無香精不刺激的保濕和柔膚效果的水來打底，幫助眼部保濕。效果會非常好。這幾點都是要注意的：）其實還有一些也是很關(guān)鍵的，比如你可以買一些小的仙人掌放在輻射源旁邊可以幫助我們吸收一些輻射；每天使用隔離霜，可以幫助皮膚創(chuàng)造良好的環(huán)境，以及隔離臟空氣和彩妝；還有就是適當(dāng)吃一些海產(chǎn)品如海帶啊和螺旋藻之類的，都是非常好的抗輻射的食物呢。平時在食物中多以綠色為主，養(yǎng)成多吃弱堿性食物的好習(xí)慣：）用電腦時，化妝時用隔離霜，用完電腦要洗臉，補(bǔ)水。1.面部防護(hù)上網(wǎng)雖不致如臨大敵，但對厲害的電磁輻射還是應(yīng)做足面部功夫。屏幕輻射產(chǎn)生靜電，最易吸附灰塵，長時間面對面，更容易導(dǎo)致斑點與皺紋。因此上網(wǎng)前不妨涂上護(hù)膚乳液后加一層淡粉，以略增皮膚抵抗力。2.徹底潔膚上網(wǎng)結(jié)束后，第一項任務(wù)就是潔膚，用溫水加上潔面液徹底清洗面龐，將靜電吸附的塵垢通通洗掉，涂上溫和的護(hù)膚品。久之可減少傷害，潤膚養(yǎng)顏。這對上網(wǎng)的女性真可謂是小舉動大功效。3.養(yǎng)護(hù)明眸如果你不希望第二天見人時雙目紅腫、黑眼圈加上面容憔悴，切勿長時間連續(xù)作戰(zhàn)，尤其不要熬夜上網(wǎng)。平時準(zhǔn)備一瓶滴眼液，以備不時之需。上網(wǎng)之后敷一下黃瓜片、土豆片或凍奶、涼茶也不錯。其方法：將黃瓜或土豆切片，敷在雙眼皮上，閉目養(yǎng)神幾分鐘；或?qū)瞿虥霾栌眉啿冀穹笱?，可緩解眼部疲勞，營養(yǎng)眼周皮膚。4.增加營養(yǎng)對經(jīng)常上網(wǎng)的人，增加營養(yǎng)很重要。維生素B群對腦力勞動者很有益，如果睡得晚，睡覺的質(zhì)量也不好，應(yīng)多吃動物肝、新鮮果蔬，它們富含維生素B族；肉類、魚類、奶制品增加記憶力；巧克力、小麥面圈、海產(chǎn)品、干果可以增強(qiáng)神經(jīng)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)性，是上網(wǎng)時的最佳小零食。此外，不定時地喝些枸杞汁和胡蘿卜汁，對養(yǎng)目、護(hù)膚功效顯著。如果你在乎自己的容貌，就趕緊拋棄那些碳酸飲料，而改飲胡蘿卜汁或其他新鮮果汁。5.常做體操長時間上網(wǎng)，你可能會感覺到頭暈、手指僵硬、腰背酸痛，甚至出現(xiàn)下肢水腫、靜脈曲張。所以，平時要做做體操，以保持旺盛精力，如睡前平躺在床上，全身放松，將頭仰放在床沿以下，緩解用腦后腦供血供氧之不足；墊高雙足，平躺在床或沙發(fā)上，以減輕雙足的水腫，并幫助血液回流，預(yù)防下肢靜脈曲張；在上網(wǎng)過程中時不時伸伸懶腰，舒展筋骨或仰靠在椅子上，雙手用力向后，以伸展緊張疲憊的腰肌；做抖手指運(yùn)動，這是完全放松手指的最簡單方法。記住，此類體操運(yùn)動量不大，但遠(yuǎn)比睡個懶覺來得效果顯著。電腦對皮膚的3大致命傷害電腦對皮膚的傷害——第一：皮膚干燥有細(xì)紋膚色變黃。第二：長有斑點。第三：眼部有細(xì)紋、黑眼圈嚴(yán)重。許多朋友一直向我提出，長期的電腦工作，使皮膚出現(xiàn)了以上3點皮膚問題，希望得到解決。－－－－－－－－－－－－－－－－－－怎么保養(yǎng)自己的身體呢？面部防護(hù)上網(wǎng)雖不致如臨大敵，但對厲害的電磁輻射還是應(yīng)做足面部功夫。屏幕輻射產(chǎn)生靜電，最易吸附灰塵，長時間面對面，更容易導(dǎo)致斑點與皺紋。因此上網(wǎng)前不妨涂上護(hù)膚乳液后加一層淡粉，以略增皮膚抵抗力。2.徹底潔膚上網(wǎng)結(jié)束后，第一項任務(wù)就是潔膚，用溫水加上潔面液徹底清洗面龐，將靜電吸附的塵垢通通洗掉，涂上溫和的護(hù)膚品。久之可減少傷害，潤膚養(yǎng)顏。這對上網(wǎng)的女性真可謂是小舉動大功效。3.養(yǎng)護(hù)明眸如果你不希望第二天見人時雙目紅腫、黑眼圈加上面容憔悴，切勿長時間連續(xù)作戰(zhàn)，尤其不要熬夜上網(wǎng)。平時準(zhǔn)備一瓶滴眼液，以備不時之需。上網(wǎng)之后敷一下黃瓜片、土豆片或凍奶、涼茶也不錯。其方法：將黃瓜或土豆切片，敷在雙眼皮上，閉目養(yǎng)神幾分鐘；或?qū)瞿虥霾栌眉啿冀穹笱郏删徑庋鄄科?，營養(yǎng)眼周皮膚。4.增加營養(yǎng)對經(jīng)常上網(wǎng)的人，增加營養(yǎng)很重要。維生素B群對腦力勞動者很有益，如果睡得晚，睡覺的質(zhì)量也不好，應(yīng)多