印刷業(yè)直角坐標(biāo)型碼垛機(jī)器人手臂及抓取部分設(shè)計(jì)說明書[帶圖紙]

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　工業(yè)機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動(dòng)生產(chǎn)設(shè)備，也是工業(yè)機(jī)器人的一個(gè)重要分支。他的特點(diǎn)是可以通過編程來完成各種預(yù)期的機(jī)械加工作業(yè),在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn),尤其體現(xiàn)在人的智能和適應(yīng)性。機(jī)械手有著加工的準(zhǔn)確性和在惡劣環(huán)境中完成作業(yè)的能力,因此機(jī)械手在國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域有著廣泛的發(fā)展空間。</p><

2、p>　　本次碼垛機(jī)器人手臂及抓取部分的設(shè)計(jì)，是根據(jù)給定的要求，綜合運(yùn)用所學(xué)的基本理論、基本知識(shí)和相關(guān)的機(jī)械設(shè)計(jì)專業(yè)知識(shí)，完成搬運(yùn)機(jī)械手的理論方案的設(shè)計(jì)，并繪制必要的零部件圖，其中包括機(jī)器裝置的原理方案構(gòu)思和擬定；原理方案的實(shí)現(xiàn)、傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)；solidworks三維建模設(shè)計(jì)，對(duì)其力學(xué)分析與結(jié)構(gòu)分析</p><p>　　關(guān)鍵詞：機(jī)械手 直角坐標(biāo) 碼垛 solidworks</p><

3、p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　Industrial manipulator is developed in recent decades as a high-tech automated production equipment, it is also an important branch of industrial robots. They are

4、the characteristics that can be programmed to accomplish various desired machining operations, both in structure and performance advantages of their own people and machines, especially embodied in the person's intell

5、igence and adaptability. Manipulator has a processing accuracy and operation in harsh environments the ability to complet</p><p>　　The project of arm and capture part of the palletizing robot is according to

6、 the requirements of a given, composite use the basictheory . basic knowledge and correability and train of thought of arm, according to regulation actions ordlated machinery project subject knowledge, complete the desig

7、n of rectangular coordinates of palletizing robot arm and capture part, and protract necessary spare part drawing ,consist of principle scheme design and draw up; realize of principle scheme、 project of p</p><

8、p>　　Key Words: manipulator；Cartesian coordinates；Palletizing solidworks</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　第一章 緒論5</b></p><p>　　1.1工業(yè)機(jī)器人簡介5</p><

9、p>　　1.2世界機(jī)器人的發(fā)展6</p><p>　　1.3我國工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展8</p><p>　　1.4 工業(yè)機(jī)械手在生產(chǎn)中的應(yīng)用9</p><p>　　1.5 本課題的研究意義：10</p><p>　　1.6本課題的內(nèi)容11</p><p>　　第二章 系統(tǒng)方案及功能原理設(shè)計(jì)12</

10、p><p>　　2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)分析12</p><p>　　2.1.1 產(chǎn)品功能分析12</p><p>　　2.1.2 碼垛機(jī)的技術(shù)要求12</p><p>　　2.1.3 運(yùn)動(dòng)要求分析13</p><p>　　2.2機(jī)械手的夾持裝置的選擇13</p><p>　　2.3 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選

11、擇13</p><p>　　2.4 機(jī)械手參數(shù)列表13</p><p>　　2.5 機(jī)械手的總功能14</p><p>　　2.6 機(jī)械手的功能分析14</p><p>　　2.6.1 動(dòng)力裝置選擇16</p><p>　　2.6.2 傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)16</p><p>　　2.7 傳

12、動(dòng)系統(tǒng)方案及評(píng)價(jià)16</p><p>　　2.8 本章小結(jié)18</p><p>　　第三章 機(jī)械手手部的設(shè)計(jì)計(jì)算19</p><p>　　3.1手部設(shè)計(jì)基本要求19</p><p>　　3.2 典型的手部結(jié)構(gòu)19</p><p>　　3.3 機(jī)械手手爪的設(shè)計(jì)計(jì)算19</p><p>

13、　　3.3.1選擇手爪的類型及夾緊裝置19</p><p>　　3.3.2 手爪的力學(xué)分析20</p><p>　　3.3.3 夾緊力及驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算21</p><p>　　3.3.4 手爪夾持范圍計(jì)算22</p><p>　　3.3.5夾持手指設(shè)計(jì)23</p><p>　　3.3.6 齒輪及齒條設(shè)計(jì)25&

14、lt;/p><p>　　3.4 軸的設(shè)計(jì)26</p><p>　　3.5 液壓缸的設(shè)計(jì)26</p><p>　　3.6 solidworks建模簡介28</p><p>　　3.7 本章小結(jié)30</p><p>　　第四章 機(jī)械手機(jī)械系統(tǒng)主要零部件強(qiáng)度校核計(jì)算31</p><p>　　

15、4.1 齒條的計(jì)算與校核31</p><p>　　4.2 齒輪的校核與計(jì)算34</p><p>　　4.2.1.設(shè)計(jì)對(duì)象與已知參數(shù)：34</p><p>　　4.2.2.選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù)35</p><p>　　4.2.3.齒輪受力分析35</p><p>　　4.2.4. 幾何尺寸計(jì)算3

16、9</p><p>　　4.3推桿的強(qiáng)度校核40</p><p>　　第五章 設(shè)計(jì)總結(jié)41</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)42</b></p><p><b>　　致 謝43</b></p><p>　　附錄A譯文.錯(cuò)誤!未定義書簽。</p>&

17、lt;p>　　附錄B 原文錯(cuò)誤!未定義書簽。</p><p>　　4.3推桿的強(qiáng)度校核40</p><p>　　第五章 設(shè)計(jì)總結(jié)41</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)42</b></p><p><b>　　致 謝43</b></p><p><b&

18、gt;　　第一章 緒論</b></p><p>　　1.1工業(yè)機(jī)器人簡介</p><p>　　幾千年前人類就希望能夠制造出一種像人一樣的機(jī)器，以便將人類從繁重的勞動(dòng)中解脫出來，以及高工作效率。早在兩千年前就開始出現(xiàn)了自動(dòng)木人和一些簡單的機(jī)械偶人。</p><p>　　到了近代，機(jī)器人一詞的出現(xiàn)和世界上第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人問世之后，不同功能的機(jī)器人也相繼出現(xiàn)并

19、且活躍在不同的領(lǐng)域，從天上到地下，從工業(yè)拓廣到農(nóng)業(yè)、林、牧、漁，甚至進(jìn)入尋常百姓家。機(jī)器人的種類之多，應(yīng)用之廣，影響之深，是我們始料未及的。</p><p>　　用于再現(xiàn)人手的的功能的技術(shù)裝置稱為機(jī)械手,機(jī)械手是模仿著人手的部分動(dòng)作,按給定程序、軌跡和要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓取、搬運(yùn)或操作的自動(dòng)機(jī)械裝置。在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的機(jī)械手被稱為工業(yè)機(jī)械手。工業(yè)機(jī)械手是近代自動(dòng)控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項(xiàng)新技術(shù)，并已成為現(xiàn)代機(jī)械制造生產(chǎn)系統(tǒng)中

20、的一個(gè)重要組成部分,這種新技術(shù)發(fā)展很快,逐漸成為一門新興的學(xué)科——機(jī)械手工程。機(jī)械手涉及到力學(xué)、機(jī)械學(xué)、電器液壓技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感器技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域,是一門跨學(xué)科綜合技術(shù)。工業(yè)機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動(dòng)生產(chǎn)設(shè)備，也是工業(yè)機(jī)器人的一個(gè)重要分支。他的特點(diǎn)是可以通過編程來完成各種預(yù)期的機(jī)械加工作業(yè),在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn),尤其體現(xiàn)在人的智能和適應(yīng)性。機(jī)械手有著加工的準(zhǔn)確性和在惡劣環(huán)境中完成作業(yè)的能力

21、,因此機(jī)械手在國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域有著廣泛的發(fā)展空間。</p><p>　　機(jī)械手的發(fā)展是由于它的積極作用正日益為人們所認(rèn)識(shí)：其一、它能部分的代替人工操作；其二、它能按照生產(chǎn)工藝的要求,遵循一定的程序、時(shí)間和位置來完成工件的傳送和裝卸；其三、它能操作必要的機(jī)具進(jìn)行焊接和裝配,從而大大的改善了工人的勞動(dòng)條件，顯著的提高了勞動(dòng)生產(chǎn)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。因而,受到很多國家的重視,投入大量的人力物力來研究和應(yīng)

22、用。尤其是在高溫、高壓、粉塵、噪音以及帶有放射性和污染的場合,應(yīng)用的更為廣泛。在我國近幾年也有較快的發(fā)展,并且取得一定的效果,受到機(jī)械工業(yè)的廣泛應(yīng)用。機(jī)械手是一種能自動(dòng)控制并可從新編程以變動(dòng)的多功能機(jī)器,他有多個(gè)自由度,可以搬運(yùn)物體以完成在不同環(huán)境中的工作。機(jī)械手的結(jié)構(gòu)形式開始比較簡單,專用性較強(qiáng)。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展,制成了能夠獨(dú)立的按程序控制實(shí)現(xiàn)重復(fù)操作,適用范圍比較廣的“程序控制通用機(jī)械手”,簡稱通用機(jī)械手。由于通用機(jī)械手能很快的改

23、變工作程序,適應(yīng)性較強(qiáng),所以它在不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量生產(chǎn)中獲得廣泛的引用【1】。</p><p>　　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(dòng)系統(tǒng)和檢測傳感裝置構(gòu)成，是一種仿人操作、自動(dòng)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(dòng)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(duì)穩(wěn)定、提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，改善勞動(dòng)條件和產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代起著十分重要的作用。</p>

24、<p>　　機(jī)器人并不是在簡單意義上代替人工的勞動(dòng)，而足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(duì)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(shí)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(dòng)化設(shè)備。</p><p>　　1.2世界機(jī)器人的發(fā)展</p><

25、;p>　　現(xiàn)代工業(yè)機(jī)械手起源于20世紀(jì)50年代初,是基于示教再現(xiàn)和主從控制方式、能適應(yīng)產(chǎn)品種類變更，具有多自由度動(dòng)作功能的柔性自動(dòng)化。

26、 </p><p>　　機(jī)械手首先是從美國開始研制的。1958年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺(tái)機(jī)械手。他的結(jié)構(gòu)是：機(jī)體上安裝一個(gè)回轉(zhuǎn)長臂,端部裝有電磁鐵的工件抓放機(jī)構(gòu),控制系統(tǒng)是示教型的。1962年,美國機(jī)械鑄造公司在上述方案的基礎(chǔ)之上又試制成一臺(tái)數(shù)控示教再現(xiàn)型機(jī)械手,商名為Unimate(即萬能自動(dòng))。運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)仿造坦克炮塔,臂回轉(zhuǎn),俯仰,用液壓驅(qū)動(dòng)；控制系統(tǒng)用磁鼓存儲(chǔ)裝置。不少球坐標(biāo)式通

27、用機(jī)械手就是在這個(gè)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。同年該公司和普魯曼公司合并成立萬能自動(dòng)公司（Unimaton）,專門生產(chǎn)工業(yè)機(jī)械手。1962年美國機(jī)械鑄造公司也試驗(yàn)成功一種叫Versatran機(jī)械手,原意是靈活搬運(yùn)。該機(jī)械手的中央立柱可以回轉(zhuǎn),臂可以回轉(zhuǎn)、升降、伸縮、采用液壓驅(qū)動(dòng),控制系統(tǒng)也是示教再現(xiàn)型。雖然這兩種機(jī)械手出現(xiàn)在六十年代初，但都是國外工業(yè)機(jī)械手發(fā)展的基礎(chǔ)。1978年美國Unimate公司和斯坦福大學(xué)、麻省理工學(xué)院聯(lián)合研制一種Unima

28、te-Vic-arm型工業(yè)機(jī)械手,裝有小型電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制,用于裝配作業(yè),定位誤差可小于±1毫米。美國還十分注意提高機(jī)械手的可靠性,改進(jìn)結(jié)構(gòu),降低成本。如Unimate公司建立了8年機(jī)械手試驗(yàn)</p><p>　　德國機(jī)器制造業(yè)是從1970年開始應(yīng)用機(jī)械手,主要用于起重運(yùn)輸、焊接和設(shè)備的上下料等作業(yè)。德國KnKa公司還生產(chǎn)一種點(diǎn)焊機(jī)械手,采用關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)和程序控制。瑞士RETAB公司生產(chǎn)一種涂漆機(jī)械手,

29、采用示教方法編制程序。瑞典安莎公司采用機(jī)械手清理鑄鋁齒輪箱毛刺等。日本是工業(yè)機(jī)械手發(fā)展最快、應(yīng)用最多的國家。自1969年從美國引進(jìn)二種典型機(jī)械手后,大力研究機(jī)械手的研究。據(jù)報(bào)道,1979年從事機(jī)械手的研究工作的大專院校、研究單位多達(dá)50多個(gè)。1976年200個(gè)大學(xué)和國家研究部門用在機(jī)械手的研究費(fèi)用42%。1979年日本機(jī)械手的產(chǎn)值達(dá)443億日元，產(chǎn)量為14535臺(tái)。其中固定程序和可變程序約占一半,達(dá)222億日元,是1978年的二倍。具有

30、記憶功能的機(jī)械手產(chǎn)值約為67億日元,比1978年增長50%。智能機(jī)械手約為17億日元，為1978年的6倍。截止1979年，機(jī)械手累計(jì)產(chǎn)量達(dá)56900臺(tái)。在數(shù)量上已占世界首位，約占70%，并以每年50%～60%的速度增長。使用機(jī)械手最多的是汽車工業(yè),其次是電機(jī)、電器。預(yù)計(jì)到1990年將有55萬機(jī)器人在工作。</p><p>　　第二代機(jī)械手正在加緊研制。它設(shè)有微型電子計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng),具有視覺、觸覺能力,甚至聽、想的

31、能力。研究安裝各種傳感器,把感覺到的信息反饋,使機(jī)械手具有感覺機(jī)能。目前國外已經(jīng)出現(xiàn)了觸覺和視覺機(jī)械手。第三代機(jī)械手（機(jī)械人）則能獨(dú)立地完成工作過程中的任務(wù)。它與電子計(jì)算機(jī)和電視設(shè)備保持聯(lián)系,并逐步發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng)FMS(Flexible Manufacturing system)和柔性制造單元(Flexible Manufacturing Cell)中重要一環(huán)。隨著工業(yè)機(jī)器手研究制造和應(yīng)用的擴(kuò)大,國際性學(xué)術(shù)交流活動(dòng)十分活躍,歐美各

32、國和其他國家學(xué)術(shù)交流活動(dòng)開展很多。</p><p>　　國外機(jī)器人領(lǐng)域發(fā)展近幾年有如下幾個(gè)趨勢(shì)：</p><p>　　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</p><p>　　修），而單機(jī)價(jià)格不斷下降，平均單機(jī)價(jià)格從91年的10.3萬美元降至97年的6.5萬美元。</p><p>　　2．機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)

33、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。</p><p>　　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。</p><p>　　4．機(jī)器人中的傳感器作用日益重要，

34、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。</p><p>　　5．虛擬現(xiàn)實(shí)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。</p><p>　

35、　6．當(dāng)代遙控機(jī)器人系統(tǒng)的發(fā)展特點(diǎn)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(shí)驗(yàn)室進(jìn)入實(shí)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)用酌最著名實(shí)例。</p><p>　　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(diǎn)之一，紛紛探索開拓其實(shí)際應(yīng)用的領(lǐng)域。</p&

36、gt;<p>　　1.3我國工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展</p><p>　　有人認(rèn)為，應(yīng)用機(jī)器人只是為了節(jié)省勞動(dòng)力，而我國勞動(dòng)力資源豐富，發(fā)展</p><p>　　機(jī)器人不一定符合我國國情。這是一種誤解。在我國，社會(huì)主義制度的優(yōu)越性決定了機(jī)器人能夠充分發(fā)揮其長處。它不僅能為我國的經(jīng)濟(jì)建設(shè)帶來高度的生產(chǎn)力和巨大的經(jīng)濟(jì)效益，而且將為我國的宇宙開發(fā)、海洋開發(fā)、核能利用等新興領(lǐng)域的發(fā)展做出卓越

37、的貢獻(xiàn)。</p><p>　　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(jì)制造技術(shù)、控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)技術(shù)、運(yùn)動(dòng)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(diǎn)焊、裝配、搬運(yùn)等機(jī)器人；其中有130多臺(tái)套噴漆機(jī)器人在二十余家企業(yè)的近30條自動(dòng)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

38、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(tái)，約占全球已安裝臺(tái)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，“一客戶，一次重新設(shè)計(jì)”，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

39、。因此迫切需要解決產(chǎn)業(yè)化前期的關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行全面規(guī)劃，搞好系列化、通用化、?；O(shè)計(jì)，積極推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。</p><p>　　我國的智能機(jī)器人和特種機(jī)器人在“863”計(jì)劃的支持下，也取得了不少成果。其中最為突出的是水下機(jī)器人，6000米水下無纜機(jī)器人的成果居世界領(lǐng)先水平，還開發(fā)出直接遙控機(jī)器人、雙臂協(xié)調(diào)控制機(jī)器人、爬壁機(jī)器人、管道機(jī)器人等機(jī)種；在機(jī)器人視覺、力覺、觸覺、盧覺等基礎(chǔ)技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用上開展了不少工

40、作，有了一定的發(fā)展基礎(chǔ)。但是在多傳感器信息融合控制技術(shù)、遙控加局部自主系統(tǒng)遙控機(jī)器人、智能裝配機(jī)器人、機(jī)器人化機(jī)械等的開發(fā)應(yīng)用方面則剛剛起步，與國外先進(jìn)水平差距較大，需要在原有成績的基礎(chǔ)上，有重點(diǎn)地系統(tǒng)攻關(guān)，才能形成系統(tǒng)配套可供實(shí)用的技術(shù)和產(chǎn)品，以期在“十五”后期立于世界先進(jìn)行列之中。</p><p>　　1.4 工業(yè)機(jī)械手在生產(chǎn)中的應(yīng)用</p><p>　　機(jī)械手是工業(yè)自動(dòng)控制領(lǐng)域中經(jīng)

41、常遇到的一種控制對(duì)象。機(jī)械手可以完成許多工作,如搬物、裝配、切割、噴染等等,應(yīng)用非常廣泛。</p><p>　　在現(xiàn)代工業(yè)中,生產(chǎn)過程中的自動(dòng)化已成為突出的主題。各行各業(yè)的自動(dòng)化水平越來越高，現(xiàn)代化加工車間，常配有機(jī)械手，以提高生產(chǎn)效率，完成工人難以完成的或者危險(xiǎn)的工作?？稍跈C(jī)械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)很大程度上不是連續(xù)的。據(jù)資料介紹，美國生產(chǎn)的全部工業(yè)零件中，有75%是小批量生產(chǎn)；金屬加工生產(chǎn)批量中有四分之三在

42、50件以下，零件真正在機(jī)床上加工的時(shí)間僅占零件生產(chǎn)時(shí)間的5%。從這里可以看出，裝卸、搬運(yùn)等工序機(jī)械化的迫切性，工業(yè)機(jī)械手就是為實(shí)現(xiàn)這些工序的自動(dòng)化而產(chǎn)生的。目前在我國機(jī)械手常用于完成的工作有：注塑工業(yè)中從模具中快速抓取制品并將制品傳誦到下一個(gè)生產(chǎn)工序；機(jī)械手加工行業(yè)中用于取料、送料；澆鑄行業(yè)中用于提取高溫熔液等等。</p><p>　　1.5 本課題的研究意義：</p><p>　　由于我

43、國人口結(jié)構(gòu)的變化，導(dǎo)致勞動(dòng)力市場每年新增勞動(dòng)力絕對(duì)數(shù)逐年減少，今后我國勞動(dòng)力短缺的趨勢(shì)不可避免；從當(dāng)前務(wù)工人數(shù)來看，能夠到大城市從事制造業(yè)和服務(wù)業(yè)的基本都是年輕人，而農(nóng)村人口日益老齡化很難為以后提供更多的勞動(dòng)力；制造業(yè)工人工資不斷增長，這就意味著企業(yè)要支付更高的勞動(dòng)工資。而對(duì)于印刷業(yè)這樣流水線作業(yè)、產(chǎn)量巨大的行業(yè)來說，勞動(dòng)力更是影響巨大。</p><p>　　機(jī)械手是工業(yè)自動(dòng)控制領(lǐng)域中經(jīng)常遇到的一種控制對(duì)象。機(jī)械

44、手可以完成許多工作,如搬物、裝配、切割、噴染等等,應(yīng)用非常廣泛。</p><p>　　在現(xiàn)代工業(yè)中,生產(chǎn)過程中的自動(dòng)化已成為突出的主題。各行各業(yè)的自動(dòng)化水平越來越高，現(xiàn)代化加工車間，常配有機(jī)械手，以提高生產(chǎn)效率，完成工人難以完成的或者危險(xiǎn)的工作?？稍跈C(jī)械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)很大程度上不是連續(xù)的。據(jù)資料介紹，美國生產(chǎn)的全部工業(yè)零件中，有75%是小批量生產(chǎn)；金屬加工生產(chǎn)批量中有四分之三在50件以下，零件真正在機(jī)床

45、上加工的時(shí)間僅占零件生產(chǎn)時(shí)間的5%。從這里可以看出，裝卸、搬運(yùn)等工序機(jī)械化的迫切性，工業(yè)機(jī)械手就是為實(shí)現(xiàn)這些工序的自動(dòng)化而產(chǎn)生的。目前在我國機(jī)械手常用于完成的工作有：注塑工業(yè)中從模具中快速抓取制品并將制品傳誦到下一個(gè)生產(chǎn)工序；機(jī)械手加工行業(yè)中用于取料、送料；澆鑄行業(yè)中用于提取高溫熔液等等。</p><p>　　碼垛機(jī)器人的產(chǎn)生緩解了印刷業(yè)對(duì)于人員數(shù)量的要求，碼垛機(jī)器人具有、效率高、性能穩(wěn)定、節(jié)省勞動(dòng)力、可連續(xù)工作

46、等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用。隨著機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，直角坐標(biāo)機(jī)器人技術(shù)在碼垛機(jī)上的使用越來越多。直角坐標(biāo)機(jī)器人作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，具用控制方便，執(zhí)行動(dòng)作靈活，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的空間軌跡控制。</p><p>　　機(jī)械臂和抓取部分是碼垛機(jī)最重要的組成部分，一組合理的機(jī)械臂和機(jī)械手，不僅可以替代人工進(jìn)行碼垛，還可以使工作效率得到數(shù)倍的提高，本課題通過對(duì)印刷業(yè)生產(chǎn)狀況的調(diào)查，利用直角坐標(biāo)設(shè)計(jì)一種碼垛機(jī)的機(jī)械臂及抓取部分，在保證碼垛機(jī)穩(wěn)定性的

47、前提下，能夠高效快速的完成碼垛任務(wù)。</p><p><b>　　1.6本課題的內(nèi)容</b></p><p>　　工業(yè)機(jī)械手由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制機(jī)構(gòu)三部分組成。本課題主要研究印刷業(yè)直角坐標(biāo)型碼垛機(jī)器人的手臂及抓取部分，即執(zhí)行機(jī)構(gòu)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)通常主要由三部分組成：（1）手部 既直接與工件接觸的部分，一般是回轉(zhuǎn)型或平動(dòng)型（多為回轉(zhuǎn)型，因其結(jié)構(gòu)簡單）。手部多為兩指（也有

48、多指）；根據(jù)需要分為外抓式和內(nèi)抓式兩種；也可以用負(fù)壓式或真空式的空氣吸盤（主要用于吸冷的，光滑表面的零件或薄板零件）和電磁吸盤。</p><p>　　傳力機(jī)構(gòu)形式較多，常用的有：滑槽杠桿式、連桿杠桿式、斜拉杠桿式、齒輪齒條式、絲杠螺母式、彈簧式和重力式。</p><p>　?。?）腕部 是連接手部和臂部的部件，并可用來調(diào)節(jié)被抓物體的方位，以擴(kuò)大機(jī)械手的動(dòng)作范圍，并使機(jī)械手變的更靈巧，適應(yīng)性

49、更強(qiáng)。手腕有獨(dú)立的自由度。有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、上下擺動(dòng)、左右擺動(dòng)。一般腕部設(shè)有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)再增加一個(gè)上下擺動(dòng)即可滿足工作要求，有些動(dòng)作較為簡單的專用機(jī)械手，為了簡化結(jié)構(gòu)，可以不設(shè)腕部，而直接用臂部運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)手部搬運(yùn)工件。</p><p>　　目前，應(yīng)用最為廣泛的手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)為回轉(zhuǎn)液壓（氣）缸，它的結(jié)構(gòu)緊湊，靈巧但回轉(zhuǎn)角度?。ㄒ话阈∮?270°）,并且要求嚴(yán)格密封，否則就難保證穩(wěn)定的輸出扭距。因此在要求較大回轉(zhuǎn)角的

50、情況下，采用齒條傳動(dòng)或鏈輪以及輪系結(jié)構(gòu)。</p><p>　?。?）臂部 手臂部件是機(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)。</p><p>　　臂部運(yùn)動(dòng)的目的：把手部送到空間運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)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，一般來說臂部具有三個(gè)自由度才能滿足基本要求，即手臂的伸縮、左右旋轉(zhuǎn)、升降（或俯仰）運(yùn)動(dòng)。

51、</p><p>　　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，它的結(jié)構(gòu)、工作范圍、靈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。</p><p>　　本文研究了國內(nèi)外機(jī)械手發(fā)展的現(xiàn)狀，通過學(xué)習(xí)機(jī)械手的工作原理，熟悉了機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)機(jī)理。在此基礎(chǔ)上，確定了

52、紙垛夾持機(jī)械手的基本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，運(yùn)用solidworks軟件對(duì)其進(jìn)行三維建模，對(duì)紙垛夾持機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了簡單的力學(xué)模型分析，完成了機(jī)械手傳動(dòng)部分、執(zhí)行部分的設(shè)計(jì)工作。</p><p>　　第二章 系統(tǒng)方案及功能原理設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)分析</p><p>　　2.1.1 產(chǎn)品功能分析</p><p>　　碼垛機(jī)用于各種包

53、裝線末端將已裝入容器的紙箱，按一定排列碼放在托盤（木質(zhì)）上，進(jìn)行自動(dòng)堆碼，可堆碼多層，然后推出，便于叉車運(yùn)至倉庫儲(chǔ)存。</p><p>　　碼垛機(jī)應(yīng)具有一定智能，可根據(jù)不同的工藝流程要求，將不同規(guī)格的紙質(zhì)或木質(zhì)包裝箱按預(yù)先設(shè)定的位置（可編程），整齊地堆放在托盤上。</p><p>　　本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題任務(wù)的內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求等）設(shè)計(jì)印刷行業(yè)用直角坐標(biāo)碼垛機(jī)器

54、人機(jī)器人手臂及抓取部分設(shè)計(jì)，包括系統(tǒng)設(shè)計(jì)、包括方案設(shè)計(jì)、機(jī)構(gòu)選擇、自由度設(shè)計(jì)、強(qiáng)度、剛度計(jì)算。</p><p>　　2.1.2 碼垛機(jī)的技術(shù)要求</p><p>　　碼垛機(jī)器人具體參數(shù)要求：</p><p>　　1、搬運(yùn)工件要求：紙箱類包裝品;</p><p>　　2、工件尺寸：可按用戶的工件大小設(shè)計(jì),最大1.2*0.9m;</p>

55、;<p>　　3、工件重量：最大100kg;</p><p>　　4、工件移動(dòng)范圍：x、y、z方向的運(yùn)動(dòng)行程分別為3m、1.5m、1.5m,可按用戶要求設(shè)計(jì);</p><p>　　5、機(jī)器人自由度：1-4個(gè);</p><p>　　6、機(jī)器人重復(fù)精度：±0.1mm;</p><p>　　7、抓手形式：機(jī)械式。</p

56、><p>　　2.1.3 運(yùn)動(dòng)要求分析</p><p>　　根據(jù)上述任務(wù)要求，需要碼垛機(jī)的機(jī)械手能夠?qū)崿F(xiàn)空間的三維運(yùn)動(dòng)，并且有一定的運(yùn)動(dòng)精度和重復(fù)定位精度。同時(shí)要求機(jī)械手抓取紙箱，經(jīng)運(yùn)動(dòng)到指定位置后放開紙箱。</p><p>　　2.2機(jī)械手的夾持裝置的選擇</p><p>　　典型的物體夾持裝置分為機(jī)械式夾緊的夾持裝置和真空及磁性夾持裝置?！?

57、】</p><p>　　在選擇工業(yè)機(jī)器人的夾持裝置類型時(shí)，必須考慮以下原始數(shù)據(jù)：【3】</p><p>　　1）工業(yè)機(jī)器人所服務(wù)的基本和輔助工藝裝備的類型和結(jié)構(gòu)；</p><p>　　2）操作物體的特征；</p><p>　　3）工業(yè)機(jī)器人自身結(jié)構(gòu)和形式；</p><p>　　4）機(jī)器人技術(shù)綜合裝置所完成的工藝過程特點(diǎn)

58、；</p><p>　　由于本設(shè)計(jì)要求的精度機(jī)械式夾緊夾持裝置可以滿足，并且真空及磁性夾持裝置的造價(jià)較高，不便于廣泛生產(chǎn)，所以本設(shè)計(jì)采用機(jī)械式夾緊夾持裝置。機(jī)械式夾緊夾持裝置備有鉗口，凸輪，V形鐵等形式的夾持工作元件，本次設(shè)計(jì)擬定選用鉗口夾持，此類夾持元件結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格便宜，適宜于此類碼垛機(jī)械手。</p><p>　　2.3 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇</p><p>　　夾持

59、裝置的結(jié)構(gòu)由執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)裝置的馬達(dá)所決定，它將驅(qū)動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)閵A持器工作元件所必須的位移。在夾持裝置中，通過各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)將驅(qū)動(dòng)裝置輸出桿件的直線和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)以固定的比例變?yōu)楣ぷ髟闹本€移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)。</p><p>　　驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是工業(yè)機(jī)械手的重要組成部分, 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。根據(jù)動(dòng)力源的不同, 工業(yè)機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)大致可分為液壓、氣動(dòng)、電動(dòng)和機(jī)械驅(qū)動(dòng)等四類。采用液壓機(jī)構(gòu)驅(qū)

60、動(dòng)機(jī)械手,結(jié)構(gòu)簡單、尺寸緊湊、重量輕、控制方便，驅(qū)動(dòng)力大等優(yōu)點(diǎn)。因此，機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方案選擇液壓驅(qū)動(dòng)。</p><p>　　2.4 機(jī)械手參數(shù)列表</p><p>　　一、用途：夾持紙箱類包裝品</p><p><b>　　二、設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)：</b></p><p>　　1、夾持紙垛外形尺寸為1.2*0.9m；</p

61、><p>　　2、夾持紙垛最大重量100kg；</p><p>　　三、對(duì)研究方法和研究手段的要求：</p><p>　　1、運(yùn)用大學(xué)所學(xué)基礎(chǔ)理論及專業(yè)知識(shí)，進(jìn)行正確計(jì)算分析；</p><p>　　2、結(jié)構(gòu)方案論證及設(shè)計(jì)計(jì)算；</p><p>　　3、運(yùn)用solidworks軟件進(jìn)行編建模分析。</p>&l

62、t;p>　　2.5 機(jī)械手的總功能</p><p>　　對(duì)于本次設(shè)計(jì)的機(jī)械手來說，其總功能為：實(shí)現(xiàn)紙垛的夾持功能。</p><p>　　不同的功能原理所需要的工藝動(dòng)作，以及所設(shè)計(jì)的機(jī)械在工作性能、工作品質(zhì)和和使用場合等方面會(huì)有很大差異。功能原理設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于提出創(chuàng)新構(gòu)思，使思維盡量“發(fā)散”，力求提出較多的解以便比較和選優(yōu)。對(duì)構(gòu)件的具體結(jié)構(gòu)、材料和制造工藝等則不一定要有成熟的考慮。由此

63、可見，功能原理設(shè)計(jì)的特點(diǎn)如下【4】：</p><p>　　1）功能原理設(shè)計(jì)往往是用一種新的物理效應(yīng)來代替舊的物理效應(yīng)，使機(jī)器的工作原理發(fā)生根本變化的設(shè)計(jì)。</p><p>　　2）功能原理設(shè)計(jì)中往往要引入某種新技術(shù)，新材料和新工藝，特別是計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)的應(yīng)用。但首先要求設(shè)計(jì)人員要有新的構(gòu)思，否則即使新技術(shù)放到面前也不會(huì)把它運(yùn)用到設(shè)計(jì)中去。</p><p>　　3）

64、功能原理設(shè)計(jì)使機(jī)器品質(zhì)發(fā)生質(zhì)的變化。例如，機(jī)械表不論在技術(shù)上如何改進(jìn)，其精確性不可能與石英電子表比美。</p><p>　　2.6 機(jī)械手的功能分析</p><p>　　夾持紙垛機(jī)械手的基本工作方式是通過液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定工作，提供給系統(tǒng)穩(wěn)定的動(dòng)力，液壓缸的推桿將動(dòng)力給傳動(dòng)裝置，傳動(dòng)裝置通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)把運(yùn)動(dòng)的形式和能量傳遞給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)機(jī)械手對(duì)紙箱類工件的夾持功能。</p>

65、<p>　　機(jī)械手的正常工作受多方面的影響。首先，動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置是否能夠正常工作是機(jī)械手能夠完成正常工作的前提。當(dāng)開機(jī)指令發(fā)出后，液壓伺服器必須先進(jìn)行必要的預(yù)熱，以求工作時(shí)能夠達(dá)到最佳的工作狀態(tài)。開始工作后，機(jī)械手必須首先回到坐標(biāo)的起始位置，再按照預(yù)定的程序進(jìn)行。機(jī)械手爪是否到達(dá)指定位置，需要一個(gè)位置傳感器進(jìn)行檢測，并且將信號(hào)傳輸給控制機(jī)構(gòu)。當(dāng)控制機(jī)構(gòu)得到復(fù)位完成指令后，發(fā)出工作指令，機(jī)械手開始正常運(yùn)行。運(yùn)行結(jié)束后，控制裝置

66、發(fā)出停機(jī)指令，機(jī)械手停止工作。工作得以正常運(yùn)行的另一個(gè)關(guān)鍵，就是PLC程序控制裝置的編制是否完善，當(dāng)接收到正常信號(hào)的時(shí)候，發(fā)出正常指令，當(dāng)收到異常工作信號(hào)的時(shí)候，發(fā)出終止命令，以保證工作正常，有序的進(jìn)行。</p><p>　　機(jī)械手工作流程分為幾個(gè)步驟。首先，當(dāng)開機(jī)命令發(fā)出后，伺服液壓油電機(jī)啟動(dòng)，進(jìn)入預(yù)熱階段，當(dāng)預(yù)熱完成后，機(jī)械手爪在液壓缸提供的液壓推力作用下復(fù)位到初始位置。當(dāng)傳感器檢測到手爪完成初始位置移動(dòng)后，

67、發(fā)送復(fù)位結(jié)束信號(hào)給PLC，PLC發(fā)出開始工作指令，機(jī)械手開始正常工作，開始夾持紙垛，并移動(dòng)到所需位置，放下工件，傳感器獲得工件已經(jīng)放下時(shí)，發(fā)送到達(dá)信號(hào)給PLC，PLC發(fā)出返回指令，機(jī)械手返回到上一個(gè)夾持位置，一個(gè)工作循環(huán)結(jié)束。當(dāng)一個(gè)工作循環(huán)結(jié)束后，PLC自動(dòng)發(fā)出重復(fù)工作指令，機(jī)械手繼續(xù)從初始位置工作。當(dāng)工作結(jié)束后，PLC發(fā)送結(jié)束指令給機(jī)械手，機(jī)械手復(fù)位到初始位置，然后執(zhí)行關(guān)機(jī)命令。</p><p>　　當(dāng)發(fā)出意外

68、情況時(shí)，傳感器發(fā)出信號(hào)給PLC，PLC發(fā)出立即停機(jī)命令，機(jī)械手立刻停止運(yùn)轉(zhuǎn)，等待故障的解除。當(dāng)故障解除后，通過裝配機(jī)構(gòu)的調(diào)整，工人復(fù)位機(jī)械手。當(dāng)PLC收到復(fù)位命令后，重新執(zhí)行開機(jī)命令，進(jìn)行機(jī)械手的復(fù)位動(dòng)作，然后進(jìn)行正常的工作，這一系列的動(dòng)作由PLC的程序編制。</p><p>　　圖2.1 機(jī)械手工作流程圖</p><p>　　2.6.1 動(dòng)力裝置選擇</p><p&g

69、t;　　本設(shè)計(jì)采用液壓機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)機(jī)械手,結(jié)構(gòu)簡單、尺寸緊湊、重量輕、控制方便，驅(qū)動(dòng)力大方便使用，連接管路時(shí)較為簡單。液壓裝置可以直接將動(dòng)力通過推桿作用傳遞給傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。</p><p>　　2.6.2 傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)</p><p>　　本設(shè)計(jì)根據(jù)已有的機(jī)械手設(shè)計(jì)，本人在原有基礎(chǔ)上進(jìn)行了新的改進(jìn)，力求將新的技術(shù)應(yīng)用到紙垛夾持機(jī)械手上，使結(jié)構(gòu)更加簡單，使用時(shí)間更加長久，傳遞準(zhǔn)確性更高。設(shè)計(jì)中我采用

70、了齒輪-齒條式的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，并考慮到機(jī)械手的壽命問題，采用可拆卸互換齒輪-齒條的結(jié)構(gòu)，如此可使得機(jī)械手的壽命成倍增長，這樣既能滿足準(zhǔn)確性的要求，也能滿足工藝上和經(jīng)濟(jì)上的條件。</p><p>　　2.7 傳動(dòng)系統(tǒng)方案及評(píng)價(jià)</p><p>　　根據(jù)前述的功能的分析，本設(shè)計(jì)可以采用許多種不同的傳動(dòng)系統(tǒng)方案</p><p>　　方案一 ：齒輪齒條式傳動(dòng)</p>

71、<p>　　圖2.2 齒輪齒條式機(jī)械手示意圖</p><p>　　齒輪齒條式傳動(dòng)方案，計(jì)劃采用雙面齒條帶動(dòng)兩側(cè)齒輪，齒輪上面固定機(jī)械手的手爪，當(dāng)液壓缸帶動(dòng)推桿推動(dòng)齒條運(yùn)動(dòng)時(shí)，兩側(cè)的齒輪隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)手爪的開合，達(dá)到夾持紙垛的功能。</p><p>　　這種結(jié)構(gòu)形式的特點(diǎn)是具有被夾持工件的最大外形尺寸，通過齒輪齒條的傳動(dòng)來實(shí)現(xiàn)鉗口的開合，實(shí)現(xiàn)不同規(guī)格的紙垛。</p&g

72、t;<p>　　兩個(gè)杠桿與夾緊鉗口作成一體，自由地裝在軸上。在杠桿上做出扇形齒。與齒條成對(duì)地嚙合，齒條與杠桿相連，以形成鉸鏈平行四邊形。鉸鏈平行四邊形能保證每一對(duì)夾緊杠桿獨(dú)立工作，而且能保證夾緊紙垛。</p><p>　　此種設(shè)計(jì)能夠滿足功能要求，并且實(shí)現(xiàn)起來要求精度水平能夠達(dá)到，是較為理想的方案，我的設(shè)計(jì)采用了這種方式。</p><p>　　方案二 ：滑槽杠桿式手部結(jié)構(gòu)&l

73、t;/p><p>　　在這種方案中，液壓缸推動(dòng)推桿，推桿推動(dòng)兩個(gè)杠桿的交點(diǎn)，杠桿在推桿的作用下運(yùn)動(dòng)，杠桿的另外兩端連接機(jī)械手的手爪，由于杠桿的運(yùn)動(dòng)，引起手爪的開合運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械手爪的夾持功能。</p><p>　　圖2.3 滑槽杠桿式手部結(jié)構(gòu)</p><p>　　機(jī)械手爪 2.杠桿連接點(diǎn) 3.液壓缸作用的推桿</p><p>　　此設(shè)計(jì)

74、方案的優(yōu)點(diǎn)在于方便實(shí)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)簡單，但缺點(diǎn)是摩擦阻力較大，如果長時(shí)間使用的話磨損較為嚴(yán)重，對(duì)于經(jīng)濟(jì)性方面有一定的缺陷。</p><p><b>　　2.8 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章對(duì)機(jī)械手機(jī)械系統(tǒng)方案和功能原理方面進(jìn)行了設(shè)計(jì)，主要進(jìn)行了夾持裝置、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇和總體的功能原理分析，各部件的組成和基本傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)。對(duì)后面的具體傳動(dòng)方案的選定和設(shè)計(jì)工作提

75、供了必要的依據(jù)。</p><p>　　第三章 機(jī)械手手部的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　3.1手部設(shè)計(jì)基本要求</p><p>　?。?）應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膴A緊力和驅(qū)動(dòng)力。應(yīng)當(dāng)考慮到在一定的夾緊力下，不同的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)所需的驅(qū)動(dòng)力大小是不同的。</p><p>　?。?）手指應(yīng)具有一定的張開范圍，手指應(yīng)該具有足夠的開閉角度（指從張開到閉合繞支點(diǎn)所轉(zhuǎn)過的

76、角度），以便于抓取工件。</p><p>　?。?）要求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、效率高，在保證本身剛度、強(qiáng)度的前提下，盡可能使結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕，以利于減輕手臂的負(fù)載。</p><p>　　（4）應(yīng)保證手抓的夾持精度。</p><p>　　3.2 典型的手部結(jié)構(gòu)</p><p>　?。?）回轉(zhuǎn)型 包括滑槽杠桿式和連桿杠桿式兩種。</p>

77、;<p>　?。?）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)。</p><p><b>　　（3）平面平移型。</b></p><p>　　3.3 機(jī)械手手爪的設(shè)計(jì)計(jì)算 </p><p>　　3.3.1選擇手爪的類型及夾緊裝置 </p><p>　　本設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)軸類零件夾持機(jī)械手的設(shè)計(jì)，考慮到所要達(dá)到

78、的原始參數(shù)。常用的工業(yè)機(jī)械手手部,按握持工件的原理,分為夾持和吸附兩大類。吸附式結(jié)構(gòu)簡單,但造價(jià)較高，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。平移型手指的張開閉合靠手指的平行移動(dòng),這種手指結(jié)構(gòu)簡單, 適于夾持平板方料,其理論夾持誤差零。若采用典型的平移型手指, 驅(qū)動(dòng)力需加在手指移動(dòng)方向上,這樣會(huì)使結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜且體積龐大。顯然是不合適的，因此不選擇這種類型。</p><

79、p>　　在選擇工業(yè)機(jī)械人夾持裝置類型時(shí)，必須考慮以下原始數(shù)據(jù)：</p><p>　　1）工業(yè)機(jī)器人所服務(wù)的基本和輔助工藝裝備的類型和結(jié)構(gòu)</p><p><b>　　2）操作物體的特征</b></p><p>　　3）工業(yè)機(jī)器人自身結(jié)構(gòu)和形式</p><p>　　4）機(jī)器人技術(shù)綜合裝置所完成的工藝過程特點(diǎn)</

80、p><p>　　通過綜合考慮，本設(shè)計(jì)選擇二指回轉(zhuǎn)型手抓，采用齒輪齒條這種結(jié)構(gòu)方式。夾緊裝置選擇閉合式夾緊裝置，機(jī)械手手指完全受齒條控制張開或者閉合。這種結(jié)構(gòu)可以保證在較大尺寸范圍內(nèi)可靠的夾持操作物體，能保證工件的定心而與直徑無關(guān)。它是靠夾持器鉗口輪廓來達(dá)到較高的安裝穩(wěn)定性。驅(qū)動(dòng)裝置采用液壓缸驅(qū)動(dòng)，液壓推桿直接作用于齒條，減少了中間傳遞的能量損耗。</p><p>　　3.3.2 手爪的力學(xué)分析

81、</p><p>　　下面對(duì)其基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)分析：齒輪齒條式為常見的夾持工件機(jī)械手手部結(jié)構(gòu)。</p><p>　　在推桿的作用下，齒條向上的拉力為F，并通過齒輪齒條接觸點(diǎn)OO1,OO2點(diǎn)，兩手指1的2齒輪對(duì)齒條的反作用力為F1和F2，由于F1和F2力大小相等，方向與豎直線之間夾角相等，故作用點(diǎn)簡化為中心點(diǎn)O，因此F1、F2、F的作用點(diǎn)等效為為O點(diǎn)。</p><p>

82、;　　圖3.2機(jī)械手受力示意圖</p><p>　　由=0 可得： </p><p>　　F1=F2 (3-1)</p><p><b>　　由 可得：</b></p><p><b>

83、　　(3-2)</b></p><p>　　式中α——齒輪齒條嚙合時(shí)齒輪上的力受力方向與豎直方向的夾角。</p><p>　　由分析可知，當(dāng)驅(qū)動(dòng)力F一定時(shí)，角增大，則F1和F2隨之增大，水平方向上的力也變大，即加持力增大。但α角過大會(huì)導(dǎo)致拉桿行程過大，以及手部結(jié)構(gòu)增大，因此，通過查取齒輪嚙合傳動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)壓力角，取α=200。</p><p>　　3.3.

84、3 夾緊力及驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算</p><p>　　鉗口加在工件上的夾緊力，是設(shè)計(jì)手部的主要依據(jù)。必須對(duì)大小、方向和作用點(diǎn)進(jìn)行分析計(jì)算。一般來說，需要克服工件重力所產(chǎn)生的靜載荷以及工件運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化的慣性力產(chǎn)生的載荷，以便工件保持可靠的夾緊狀態(tài)。</p><p>　　手指對(duì)工件的夾緊力可按公式計(jì)算，通過查取參考文獻(xiàn)查得： </p><p><b>　?。?-3）&

85、lt;/b></p><p>　　式中 K1——安全系數(shù)，通常1.2-2.0；</p><p>　　K2——工作情況系數(shù) </p><p>　　K3——方位系數(shù)，根據(jù)手指與工件位置不同進(jìn)行選擇。</p><p>　　G——被抓取工件所受重力（N）。</p><p>　　計(jì)算：設(shè)α=200;機(jī)械手夾持的紙垛質(zhì)量

86、為100Kg，求夾緊力FN和驅(qū)動(dòng)力F。</p><p>　　通過查表可得：K1=1.5，K2=1.02, K3=0.5</p><p>　　G=mg=1009.8=980N （3-4） </p><p>　　根據(jù)公式，將已知條件帶入：</p><p>　　FN=1.51.

87、020.5980=749.7N （3-5）</p><p>　?。?）根據(jù)驅(qū)動(dòng)力公式得：</p><p><b>　　(3-6)</b></p><p>　?。?）取η=0.85,</p><p><b>　　(3-7)</b></p><p

88、>　　3.3.4 手爪夾持范圍計(jì)算</p><p>　　為了保證手爪夾持范圍達(dá)到設(shè)計(jì)要求，預(yù)設(shè)手抓張開角為1600，由設(shè)計(jì)要求手爪夾持范圍為900-1200mm，根據(jù)是手爪的設(shè)計(jì)形式，假設(shè)設(shè)手爪的末端到轉(zhuǎn)動(dòng)軸的距離為手指長度，預(yù)設(shè)手指長480mm,當(dāng)手抓沒有張開角的時(shí)候，如圖3.3所示，根據(jù)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，它的最小夾持半徑L=900mm，滿足手爪夾持的最小直徑要求。</p><p>　　當(dāng)

89、手爪張開1600時(shí)，如圖4.3(b)所示，最大夾持寬度L計(jì)算如下：</p><p>　　L=2*480*cos20°+ 120=1210mm (3-8)</p><p>　　所以機(jī)械手的夾持寬度為從900-1200mm。</p><p>　　圖3.3 手抓張開示意圖</p><p>　　3.3.5夾持

90、手指設(shè)計(jì)</p><p>　　為了能夠穩(wěn)定的夾持工件，設(shè)計(jì)的手爪必須保持一定的精度，而且同步性一定要好。夾持手爪必須適合范圍內(nèi)的各種尺寸，不能有特殊情況發(fā)生。針對(duì)本設(shè)計(jì)，由于工件長度為1200mm，工件較大，所以要保證夾持的穩(wěn)定性，我準(zhǔn)備才有兩對(duì)機(jī)械手爪，每對(duì)手爪夾持一個(gè)位置，兩個(gè)不同位置可以穩(wěn)定的夾持工件。兩對(duì)機(jī)械手爪同步，保證穩(wěn)定性。通過以上計(jì)算，我設(shè)計(jì)了以下的手爪結(jié)構(gòu)。</p><p&g

91、t;　　圖3.4 手抓示意圖</p><p>　　如上圖所示，手爪上5為夾持器的頂部夾緊板，便面不滿橫向條紋，增加工件表面粗糙程度，防止工件脫落。1為定位孔，可以防止手爪張開過度，無法收回。4為傳動(dòng)不完全齒齒輪，用于動(dòng)力的傳動(dòng)，從而使機(jī)械手爪轉(zhuǎn)動(dòng)，其與手爪為分離式的，磨損后可以更換一對(duì)齒輪-齒條的運(yùn)動(dòng)副，可增加機(jī)械手的整體壽命。</p><p>　　經(jīng)過以上的夾持范圍計(jì)算，a為預(yù)設(shè)的480

92、mm，由此計(jì)算b值。b值的選定必須以能夠滿足夾持工件尺寸才基礎(chǔ)，在最小夾持直徑時(shí)，雙爪閉合，力求節(jié)省空間；當(dāng)夾持最大工件直徑時(shí)，兩爪達(dá)到最大張開位置，四指用夾緊力和摩擦力穩(wěn)定工件。</p><p>　　圖3.5 手抓加持最小工件示意圖</p><p>　　由上圖可以看出，當(dāng)夾持最小工件時(shí)，手爪上頂塊下端與方形工件的平面接觸，此時(shí)夾持的工件寬度為850mm，預(yù)設(shè)下底板的角度為與水平成450，

93、由此可以計(jì)算b值。</p><p>　　由上圖，根據(jù)勾股定理，可計(jì)算b值為:</p><p><b>　　(3-9)</b></p><p>　　上擋板在夾持工件時(shí)始終與工件相切，才能保證工件的穩(wěn)定。所以設(shè)計(jì)時(shí)只需要設(shè)計(jì)最大夾持位置和最小夾持位置，中間以光滑圓弧連接即可。但確定圓弧的半徑無疑成為本設(shè)計(jì)內(nèi)容的重點(diǎn)。</p><

94、p>　　從上圖可以看出，基本尺寸a，b值均已確定，定位孔R(shí)1的尺寸可以根據(jù)實(shí)際情況確定，并不是十分重要。因此，預(yù)設(shè)R3=30mm。</p><p>　　接下來就差最后一個(gè)頂部的安裝齒輪的圓設(shè)計(jì)了。</p><p>　　圖3.5 手抓頂圓示意圖</p><p>　　根據(jù)前面所設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)，預(yù)設(shè)齒頂圓的有效齒輪距離占總圓周長的1/3,即旋轉(zhuǎn)角度為1200，根據(jù)角度和

95、夾持直徑的范圍，可以計(jì)算出頂圓的半徑：</p><p>　　圖3.6 頂圓設(shè)計(jì)</p><p>　　R1=（198-200×sin30°）+200×cos600=198mm</p><p>　　3.3.6 齒輪及齒條設(shè)計(jì)</p><p>　　由以上計(jì)算，齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)角度為推桿帶動(dòng)齒條運(yùn)動(dòng)的行程，根據(jù)齒輪上頂圓的半徑

96、以及轉(zhuǎn)動(dòng)角度，可以計(jì)算出推桿運(yùn)動(dòng)的行程</p><p><b>　　(3-11)</b></p><p>　　α—齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，l—齒條運(yùn)動(dòng)的行程</p><p>　　初步選擇齒輪基本尺寸查文獻(xiàn)[1,表11-2]，根據(jù)前面機(jī)械手手爪的設(shè)計(jì)，齒頂圓的半徑為25mm，選取模數(shù)m=2 ，根據(jù)齒輪計(jì)算公式</p><p>　　

97、齒數(shù): Z=d/m=12 (3-12)</p><p>　　模數(shù)m=2為預(yù)先設(shè)定，達(dá)到整齒數(shù)的要求。</p><p><b>　　選定齒輪基本參數(shù)：</b></p><p>　　齒輪齒數(shù): Z1=12；</p><p>　　齒輪分度圓:

98、 d2=198mm；</p><p>　　模數(shù): m=2</p><p>　　按照齒輪的有效轉(zhuǎn)動(dòng)角度α=1200，實(shí)際齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)的有效距離為</p><p>　　齒距: p=πm=3.14 2=6.28mm (3-13)</p><p>　　齒條上的齒數(shù)最小為Z2，為了

99、防止意外卡住，齒條齒數(shù)應(yīng)大于齒輪上的有效齒數(shù)，取 Z2=14 </p><p>　　條理論長度: l2=6.28×14=87.92mm (3-14) </p><p>　　取的實(shí)際距離應(yīng)大于最小有效距離，故取齒條上的有效長度為90mm</p><p>&

100、lt;b>　　3.4 軸的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　圖 3.10 豎軸設(shè)計(jì)圖</p><p>　　本設(shè)計(jì)共有三根軸，分為兩個(gè)機(jī)械手抓安裝軸和一根豎直方向的推拉力軸。推拉力軸所受的力為沿著軸線方向力，所以只要滿足拉壓桿件的力學(xué)要求即可。</p><p><b>　　最小工作直徑 </b></p><

101、;p>　　dmin=F/ [] (3-15)</p><p>　　F--軸向所受最大力； </p><p>　　[δ]—許用應(yīng)力強(qiáng)度；</p><p>　　根據(jù)經(jīng)濟(jì)性原則,選擇軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理,查表得[]=60Mpa , 根據(jù)前面計(jì)算，F(xiàn)=1621N<

102、;/p><p>　　d=F/ []=162160=27mm (3-16)</p><p>　　機(jī)械手安裝軸所受力不如推拉力軸大，為增大安全系數(shù)，取30mm也選用相同直徑的軸。</p><p>　　3.5 液壓缸的設(shè)計(jì)</p><p>　　根據(jù)前面的設(shè)計(jì)，拉桿的行程為50mm，拉桿的最大拉力為1621N

103、，預(yù)設(shè)的拉桿直徑為27mm，根據(jù)以上三個(gè)數(shù)據(jù)，選取液壓缸的基本參數(shù)。</p><p>　　圖 3.12 液壓缸的內(nèi)外徑尺寸系列</p><p>　　根據(jù)圖3.12中所列的內(nèi)外徑系列，根據(jù)已經(jīng)設(shè)計(jì)的參數(shù)，選取內(nèi)徑為25mm，外徑為32mm的液壓推力軸。</p><p>　　表3-1 液壓缸行程參數(shù)表</p><p>　　根據(jù)實(shí)際需求，從圖3.1

104、3中選取第二系列的液壓缸，有效行程為63mm。</p><p>　　由于實(shí)際的工作需要，液壓拉桿需要來回往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從液壓缸的類型圖中，根據(jù)實(shí)際需求，選取雙作用氣缸的單活塞桿類型的可調(diào)緩沖式液壓缸。這種液壓缸雙向運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生推拉力，活塞行程終了時(shí)減速制動(dòng)，減速值可以調(diào)節(jié)，滿足使用的要求。</p><p>　　表3-2 液壓缸的類型</p><p>　　3.6 solid

105、works建模簡介</p><p>　　本次設(shè)計(jì)在以上精確計(jì)算的情況下，首先在solidworks三維軟件環(huán)境下進(jìn)行建模，并在建模過程中對(duì)相關(guān)零部件不合理的部位給予改進(jìn)，下面簡述其建模過程。</p><p>　　首先是對(duì)基本結(jié)構(gòu)機(jī)械手拉桿和外壁軸套建模，這是關(guān)系整個(gè)機(jī)械手的動(dòng)力輸出的穩(wěn)定性和可靠性，建模過程中需注意兩者配合，并在保證其功能的情況下盡量減少自重，所見模型如下：</p&g

106、t;<p>　　圖3.11 軸套 圖3.12 拉桿</p><p>　　其次是傳動(dòng)部分，本此設(shè)計(jì)采用齒輪齒條傳動(dòng)來實(shí)現(xiàn)手爪隨著拉桿的伸縮而開合，齒輪齒條需要承受手爪在開合過程中的力的傳遞，在上面計(jì)算過程中已經(jīng)給出了計(jì)算結(jié)果。齒條的上端需要和拉桿的底端配合，此處采用螺紋連接和銷釘緊固的方式來實(shí)現(xiàn)，建模結(jié)果如下圖。采用可拆卸方式建模，在齒條

107、磨損厲害的情況下，可更換齒條來實(shí)現(xiàn)成倍增加機(jī)械手的使用壽命。</p><p>　　3.13 齒條部裝圖建模</p><p>　　齒輪齒條配合是建模過程中一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，由于齒條采用可拆卸方式，本次建模也將齒輪設(shè)計(jì)成可拆卸模式，如此才可通過更換零件的模式增機(jī)械手的使用壽命。整個(gè)齒輪和手爪的建模模型如下：</p><p>　　圖3.14 手爪部裝圖模型</p>

108、;<p>　　兩只同步運(yùn)動(dòng)的手爪利用連接板連接起來，以實(shí)現(xiàn)其在開合過程中的同步進(jìn)行，避免出現(xiàn)一快一慢的情況，從而避免在加緊時(shí)只有三只或者兩只手爪接觸工件表面，以此方式來增加機(jī)械手的可靠性。</p><p><b>　　3.7 本章小結(jié)</b></p><p>　　通過本章的設(shè)計(jì)計(jì)算，先對(duì)夾持機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)分析，然后分別對(duì)手部結(jié)構(gòu)的夾緊力、驅(qū)動(dòng)力

109、進(jìn)行計(jì)算，在滿足基本要求后，通過三維模型的運(yùn)動(dòng)，分析加持工件過程中的運(yùn)動(dòng)情況。</p><p>　　第四章 機(jī)械手機(jī)械系統(tǒng)主要零部件強(qiáng)度校核計(jì)算</p><p>　　4.1 齒條的計(jì)算與校核</p><p>　　設(shè)計(jì)對(duì)象與已知參數(shù)：</p><p>　　（1）設(shè)計(jì)對(duì)象：設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)中推桿帶動(dòng)的齒條傳動(dòng)。</p><p&g

110、t;　　（2）機(jī)械手為循環(huán)夾持，雙向運(yùn)動(dòng)，工作載荷較穩(wěn)定，無大的沖擊。</p><p>　　選擇齒條類型：根據(jù)GB/T10085-1988的推薦，采用漸開線直線式齒條（ZI）。選擇材料:</p><p>　　考慮齒條傳動(dòng)的功率，速度不快，故齒條材料采用45鋼；因希望效率高，耐磨性好，故齒條上面的齒面要求淬火，硬度為45～55HRC。齒面附著物用鑄錫磷青銅ZCuSnP1,金屬模鑄造。為了盡量

111、節(jié)約貴重有色金屬，僅外層用青銅制造，而中部采用灰鑄鐵HT100制造。</p><p><b>　　齒條受力分析：</b></p><p>　　在進(jìn)行齒條傳動(dòng)的受力分析時(shí)，由于機(jī)構(gòu)實(shí)施潤滑，通常不考慮摩擦力的影響。圖4.1所示是齒條主動(dòng)件，并沿圖示方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，齒條面上的受力情況。設(shè)Fn為集中作用于點(diǎn)P處的法向載荷，可分解為三個(gè)互相垂直的分力，即圓周力Ft、徑向力Fr和軸