畢業(yè)設(shè)計(jì)----多自由度鋁合金機(jī)械手的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、<p>　　多自由度鋁合金機(jī)械手的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)</p><p>　　作 者 姓 名 </p><p>　　專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 </p><p>　　指導(dǎo)教師姓名 </p><p>　　專業(yè)

2、技術(shù)職務(wù) 講 師 </p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　摘 要 ………………………………………………………………… 3</p><p>　　第一章 前言 ………………………………………………… 4</p><p>　　1.1工業(yè)機(jī)械手

3、概述 ………………………………………………… 5</p><p>　　1.2機(jī)械手的組成和分類 …………………………………………… 5</p><p>　　1.2.1機(jī)械手的組成 ………………………………………………… 5</p><p>　　1.2.2機(jī)械手的分類  ………………………………………………… 6</p><p&g

4、t;　　1.3國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r ………………………………………………… 6</p><p>　　1.3.1機(jī)械手發(fā)展歷史 ……………………………………………… 6</p><p>　　1.3.2機(jī)械手發(fā)展趨勢(shì) ……………………………………………… 7</p><p>　　1.4 本論文研究的內(nèi)容及意義 ……………………………………… 8</p>

5、<p>　　第二章 工業(yè)機(jī)械手的總體設(shè)計(jì) …………………………… 9</p><p>　　2.1機(jī)械手基本形式的選擇 ………………………………………… 9</p><p>　　2.2機(jī)械手的主要部件及運(yùn)動(dòng) ……………………………………… 9</p><p>　　2.3驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇 ………………………………………………… 9</p&g

6、t;<p>　　2.4機(jī)械手主要技術(shù)參數(shù)指標(biāo) ……………………………………… 11</p><p>　　第三章 機(jī)械手的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì) …………………………… 12</p><p>　　3.1機(jī)械手的手部設(shè)計(jì)基本要求  …………………………………… 12</p><p>　　3.2機(jī)械手典型的手部結(jié)構(gòu) ……………………………………

7、…… 12</p><p>　　3.3 機(jī)械手手抓的設(shè)計(jì)計(jì)算 ………………………………………… 12</p><p>　　3.3.1選擇機(jī)械手手抓的類型及夾緊裝置 ………………………… 12</p><p>　　3.3.2手抓的力學(xué)分析 ……………………………………………… 123.3.3手抓夾緊力及驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算 ………………………………… 13&

8、lt;/p><p>　　3.3.4手抓夾持范圍計(jì)算 …………………………………………… 14</p><p>　　3.4銷軸的選擇與校核 ……………………………………………… 15</p><p>　　第四章 機(jī)械手驅(qū)動(dòng)裝置的選擇 …………………………… 16</p><p>　　4.1機(jī)械手夾緊氣缸的選擇 ………………………………

9、………… 16</p><p>　　4.1.1氣缸直徑的計(jì)算 ……………………………………………… 17</p><p>　　4.1.2氣缸型號(hào)的確定 ……………………………………………… 17</p><p>　　4.2機(jī)械手上升氣缸的選擇 ………………………………………… 17</p><p>　　4.2.1手部重量的估算

10、 ……………………………………………… 17</p><p>　　4.2.2上升氣缸型號(hào)的選擇 ………………………………………… 18</p><p>　　4.2.3氣缸控制回路原理圖 ………………………………………… 18</p><p>　　4.3電機(jī)的選擇 ……………………………………………………… 19</p><p>

11、　　4.3.1電機(jī)的類型及作用 …………………………………………… 19</p><p>　　4.3.2電機(jī)的選擇 …………………………………………………… 20</p><p>　　4.4軸承的選擇 ……………………………………………………… 21</p><p>　　4.4.1軸承的類型及特點(diǎn) …………………………………………… 21</p

12、><p>　　4.4.2軸承的選擇 …………………………………………………… 21</p><p>　　4.5軸的設(shè)計(jì) ………………………………………………………… 22</p><p>　　第五章 總結(jié)與展望 ………………………………………… 23</p><p>　　參考文獻(xiàn) ………………………………………………………………

13、25</p><p>　　致 謝 ………………………………………………………………… 26</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　機(jī)械手主要由手部和運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。手部是用來抓持工件（或工具）的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使手部完成各

14、種轉(zhuǎn)動(dòng)（擺動(dòng)）、移動(dòng)或復(fù)合運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作，改變被抓持物件的位置和姿勢(shì)。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動(dòng)方式，稱為機(jī)械手的自由度 。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有6個(gè)自由度。自由度是機(jī) 械手設(shè)計(jì)的關(guān) 鍵參數(shù)。自由 度越多，機(jī)械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。一般專用機(jī)械手有2～3個(gè)自由度。</p><p>　　本畢業(yè)設(shè)計(jì)中，采用直角坐標(biāo)和關(guān)節(jié)坐標(biāo)相結(jié)合的框架式機(jī)械結(jié)構(gòu)形式，這種方式能

15、夠提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和操作靈活性。傳動(dòng)裝置是將驅(qū)動(dòng)元件的動(dòng)力傳遞給機(jī)器人機(jī)械手相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)各種必要的運(yùn)動(dòng)，傳動(dòng)方式上采用結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)比大的蝸輪蝸桿傳動(dòng)和將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)的螺旋傳動(dòng)。機(jī)械手驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)往往受到作業(yè)環(huán)境條件的限制，同時(shí)也要考慮價(jià)格因素的影響以及能夠達(dá)到的技術(shù)水平。由于步進(jìn)電機(jī)能夠直接接收數(shù)字量，響應(yīng)速度快而且工作可靠并無累積誤差，常用作數(shù)字控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)力元件，因此，在驅(qū)動(dòng)裝置中采用由步進(jìn)電機(jī)構(gòu)成的

16、開環(huán)控制方式，這種方式既能滿足控制精度的要求，又能達(dá)到經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用化目的，在此基礎(chǔ)上，對(duì)步進(jìn)電機(jī)的功率計(jì)算及選型問題經(jīng)行了分析。</p><p>　　關(guān)鍵詞：機(jī)械手 自由度 電機(jī) 執(zhí)行機(jī)構(gòu) </p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　The manipulator is mainly composed o

17、f the hand and the motion. The hand is uses for to grasp holds the work piece (or tool) the part, according to is grasped holds the thing shape, the size, the weight, the material and the work request has many kinds of s

18、tructural styles, like the clamp, the request hold and the adsorption and so on. The motion, causes the hand to complete each kind of rotation (swinging), the migration or the compound motion realizes the stipulation mov

19、ement, changes is graspe</p><p>　　In this article, the mechanical configuration combines the character of direction coordinate and the arthrosis coordinate which can improve the stability and operation flexi

20、bility of the system. The main function of the transmission mechanism is to transmit power to implement department and complete the necessary movement. In this transmission structure, the screw transmission mechanism tra

21、nsmits the rotary motion into linear motion. Worm gear can give vary transmission ratio. Both of the transm</p><p>　　Key words：manipulator; degree-of-freedom; motor; implement department</p><p>

22、<b>　　第一章 前言</b></p><p>　　1.1工業(yè)機(jī)械手概述</p><p>　　機(jī)械工業(yè)是國民的裝備部，是為國民經(jīng)濟(jì)提供裝備和為人民生活提供耐用消費(fèi)品的產(chǎn)業(yè)。不論是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，還是新興產(chǎn)業(yè)，都離不開各種各樣的機(jī)械裝備，機(jī)械工業(yè)所提供裝備的性能、質(zhì)量和成本，對(duì)國民經(jīng)濟(jì)各部門技術(shù)進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)效益有很大和直接的影響。機(jī)械工業(yè)的規(guī)模和技術(shù)水平是衡量國家經(jīng)濟(jì)實(shí)力和

23、科學(xué)技術(shù)水平的重要標(biāo)志。因此，世界各國都把發(fā)展機(jī)械工業(yè)作為發(fā)展本國經(jīng)濟(jì)的戰(zhàn)略重點(diǎn)之一。</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)化生產(chǎn)設(shè)備。工業(yè)機(jī)械手是工業(yè)機(jī)器人的一個(gè)重要分支。它的特點(diǎn)是可通過編程來完成各種預(yù)期的作業(yè)任務(wù)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的特點(diǎn)，尤其體現(xiàn)了人的智能和適應(yīng)性。機(jī)械手作業(yè)的準(zhǔn)確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景。</p>

24、<p>　　機(jī)械手是在機(jī)械化、自動(dòng)化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。在現(xiàn)代生產(chǎn)過程中，機(jī)械手被廣泛的運(yùn)用于自動(dòng)生產(chǎn)線中，機(jī)器人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)，迅速發(fā)展起來的一門新興的技術(shù)，它更加促進(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展，使得機(jī)械手能更好的實(shí)現(xiàn)與機(jī)械化和自動(dòng)化的有機(jī)結(jié)合。機(jī)械手雖然目前還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復(fù)工作和勞動(dòng)，不知疲倦，不怕危險(xiǎn)，抓舉重物的力量比人手力大的特點(diǎn)，因此，機(jī)械手已受到許多部門的重視，并越來越廣

25、泛的得到了應(yīng)用。</p><p>　　機(jī)械手技術(shù)涉及到力學(xué)、機(jī)械學(xué)、電氣液壓技術(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)。</p><p>　　1.2 機(jī)械手的組成和分類</p><p>　　1.2.1機(jī)械手的組成</p><p>　　工業(yè)機(jī)械手是由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)所組成，如圖1-1所示。</p>&

26、lt;p>　　a. 執(zhí)行機(jī)構(gòu)：執(zhí)行機(jī)構(gòu)由抓取部分（手部），腕部，肩部和行走機(jī)構(gòu)等運(yùn)動(dòng)部件組成。 </p><p>　　b. 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)：有氣動(dòng)，液動(dòng)，電動(dòng)和機(jī)械式四種形式。</p><p>　　控制系統(tǒng)：有點(diǎn)動(dòng)控制和連續(xù)控制兩種方式，大多數(shù)用插銷板進(jìn)行點(diǎn)位程序控制，也有采用可編程序控制器控制、微型計(jì)算機(jī)數(shù)字控制，采用凸輪、磁盤磁帶、穿孔卡等記錄程序，主要控制的是坐標(biāo)位置

27、，并注意其加速度特性。</p><p>　　基體（機(jī)身）：基體是整個(gè)機(jī)械手的基礎(chǔ)。</p><p>　　圖1-1 工業(yè)機(jī)械手各部分的組成</p><p>　　1.2.2機(jī)械手的分類</p><p>　　機(jī)械手一般分為三類：第一類是不需要人工操作的通用機(jī)械手。它是一種獨(dú)立的不附屬于某一主機(jī)的裝置。它可以根據(jù)任務(wù)的需要編制程序，以完成各種規(guī)定的操

28、作。它的特點(diǎn)是具備普通的機(jī)械性能之外，還具備通用機(jī)械、記憶智能的三元機(jī)械。第二類是需要人工才做的，稱為操作機(jī)。他起源于原子、軍事工業(yè)，首先是通過操作機(jī)來完成特定的作業(yè)，后來發(fā)展到用無線電訊號(hào)操作機(jī)來進(jìn)行探測(cè)月球等。工作中采用的鍛造操作機(jī)也屬于之一范疇。第三類是用專用機(jī)械手，主要附屬于自動(dòng)機(jī)床或自動(dòng)線上，用以解決機(jī)床上下料和工件輸送。這種機(jī)械手在國外稱為“Mechanical Hand”，它是為主機(jī)服務(wù)的，由主機(jī)驅(qū)動(dòng)；除少數(shù)以外，工作程序

29、一般是固定的，因此是專用的。</p><p>　　在國外，目前主要是搞第一類通用機(jī)械手，國外稱為機(jī)器人。本課題所做的機(jī)械手屬于第三類機(jī)械手。</p><p>　　1.3 國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r</p><p>　　1.3.1機(jī)械手發(fā)展歷史</p><p>　　機(jī)械手是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。它的結(jié)構(gòu)是：機(jī)

30、體上安裝一個(gè)回轉(zhuǎn)長臂，頂部裝有電磁塊的工件抓放機(jī)構(gòu)，控制系統(tǒng)是示教形的。</p><p>　　1963年，美國聯(lián)合控制公司在上述方案的基礎(chǔ)上又試制成一臺(tái)數(shù)控示教在現(xiàn)行機(jī)械手。商名為Unimate（即萬能自動(dòng)）。運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)仿照坦克炮塔，臂可以回轉(zhuǎn)、仰俯、伸縮、用液壓驅(qū)動(dòng)；控制系統(tǒng)用磁鼓作為存儲(chǔ)裝置。不少球坐標(biāo)通用機(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，專門生產(chǎn)工業(yè)機(jī)械手。<

31、/p><p>　　1962年美國機(jī)械制造公司也試驗(yàn)成功一種叫Vewrsatran機(jī)械手。該機(jī)械手的中央立柱可以回轉(zhuǎn)、升降采用液壓驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)也是示教再現(xiàn)性。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)。</p><p>　　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Unimate-Vicarm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)

32、，定位誤差小于±1毫米。聯(lián)邦德國機(jī)械制造業(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)。</p><p>　　聯(lián)邦德國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。</p><p>　　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)兩種機(jī)械手后大力從事機(jī)械手的研究。</p><p>　　前蘇聯(lián)自六

33、十年代開始發(fā)展應(yīng)用機(jī)械手，至1977年底，其中一半是國產(chǎn)，一般是進(jìn)口。目前，工業(yè)機(jī)械手大部分還屬于第一代，主要依靠工人進(jìn)行控制；改進(jìn)的方向主要是降低成本和提高精度。</p><p>　　第二代機(jī)械手正在加緊研制。他沒有微型電子計(jì)算控制系統(tǒng)，具有視覺、觸覺能力，甚至聽、想的能力。研究安裝各種各種傳感器，把感覺到的信息反饋，使機(jī)械手具有感覺機(jī)能。</p><p>　　第三代機(jī)械手則能獨(dú)立完成工

34、作過程中的人物。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和柔性制造單元FMC中的重要一環(huán)。</p><p>　　1.3.2機(jī)械手發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　目前工業(yè)機(jī)械手主要用于機(jī)械加工、鑄造、熱處理、等方面，無論數(shù)量、品種和性能方面還是不能滿足工業(yè)發(fā)展的需要。</p><p>　　在國內(nèi)主要是逐步擴(kuò)大應(yīng)用范圍，重點(diǎn)發(fā)展鑄造、熱處理方面的

35、機(jī)械手，以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，改善作業(yè)條件，在應(yīng)用專用機(jī)械手的同時(shí)，相應(yīng)的發(fā)展通用機(jī)械手，有條件的還要研究示教式機(jī)械手、計(jì)算機(jī)控制機(jī)械手和組合機(jī)械手等。將機(jī)械手各運(yùn)動(dòng)構(gòu)建，如伸縮、擺動(dòng)、升降、橫移、仰臥等機(jī)構(gòu)以及根據(jù)不同類型的夾緊裝置，設(shè)計(jì)成典型的通用機(jī)構(gòu)，所以便根據(jù)不同的作業(yè)要求選擇不同類型的夾緊裝置，即可組成不同用途的機(jī)械手。既便于設(shè)計(jì)制造，又便于更換工件，擴(kuò)大應(yīng)用范圍。同時(shí)要提高速度，減少?zèng)_擊，正確定位，以便更好的發(fā)揮機(jī)械手的作用。&l

36、t;/p><p>　　此外還應(yīng)大力研究伺服型、記憶再現(xiàn)型，以及具有觸覺和視覺等性能的機(jī)械手，并考慮與計(jì)算機(jī)連用，逐步成為整個(gè)機(jī)械制造系統(tǒng)中的一個(gè)基本單元。</p><p>　　在國外機(jī)械制造業(yè)中工業(yè)機(jī)械手應(yīng)用較多，發(fā)展較快。目前主要用于機(jī)床、橫鍛壓力機(jī)的上下料，以及點(diǎn)焊、噴漆等作業(yè)，他可按照事先指定的作業(yè)程序來完成規(guī)定的作業(yè)。</p><p>　　此外，國外機(jī)械手的發(fā)展

37、趨勢(shì)是大力研制某種智能機(jī)械手。使它具有一定的傳感能力，能反饋外界條件的變化，作相應(yīng)的變更。如位置發(fā)生稍許偏差時(shí)，既能更正并自行檢測(cè)，重點(diǎn)是研究視覺功能和觸覺功能，目前已經(jīng)取得一定成績。</p><p>　　視覺功能即在機(jī)械手上安裝有電視照相機(jī)和光學(xué)測(cè)距儀以及微型計(jì)算機(jī)。工作是電視照相機(jī)將物體形象變成視頻信號(hào)，然后送給計(jì)算機(jī)，以便分析物體的種類、大小、顏色和位置，并發(fā)出指令控制機(jī)械手進(jìn)行操作。</p>

38、<p>　　觸覺功能即是在機(jī)械手上安裝有觸覺反饋控制裝置。工作時(shí)機(jī)械手首先伸出手指尋找工作，通過安裝在手指內(nèi)的壓力敏感元件產(chǎn)生觸覺作用，然后伸向前方，抓住工件。手的抓力大小通過裝在手指內(nèi)的敏感元件來控制，達(dá)到自動(dòng)調(diào)整握力的大小?？傊?，隨著傳感技術(shù)的發(fā)展機(jī)械手裝配作業(yè)的能力也將進(jìn)一步提高。</p><p>　　更重要的是將機(jī)械手、柔性制造系統(tǒng)和柔性制造單元相結(jié)合，從而根本改變目前機(jī)械制造系統(tǒng)的人工操作狀

39、態(tài)。</p><p>　　1.4本論文研究的內(nèi)容及意義</p><p>　　隨著工業(yè)機(jī)械化和自動(dòng)化的發(fā)展以及氣動(dòng)技術(shù)自身的一些優(yōu)點(diǎn)，氣動(dòng)機(jī)械手已經(jīng)廣泛應(yīng)用在生產(chǎn)自動(dòng)化的各個(gè)行業(yè)。</p><p>　　近20年來，氣動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域迅速拓寬，尤其是在各種自動(dòng)化生產(chǎn)線上得到廣泛應(yīng)用。電氣可編程控制技術(shù)與氣動(dòng)技術(shù)相結(jié)合，使整個(gè)系統(tǒng)自動(dòng)化程度更高，控制方式更靈活，性能更加可

40、靠；氣動(dòng)機(jī)械手、柔性自動(dòng)生產(chǎn)線的迅速發(fā)展，對(duì)氣動(dòng)技術(shù)提出了更多更高的要求；微電子技術(shù)的引入，促進(jìn)了電氣比例伺服技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，使氣動(dòng)技術(shù)從開關(guān)控制進(jìn)入閉環(huán)比例伺服控制，控制精度不斷提高；由于氣動(dòng)脈寬調(diào)制技術(shù)具有結(jié)構(gòu)簡單、抗污染能力強(qiáng)和成本低廉等特點(diǎn)，國內(nèi)外都在大力開發(fā)研究。 </p><p>　　從各國的行業(yè)統(tǒng)計(jì)資料來看，近30多年來，氣動(dòng)行業(yè)發(fā)展很快。20世紀(jì)70年代，液壓與氣動(dòng)元件的產(chǎn)值比約為

41、9:1，而30多年后的今天，在工業(yè)技術(shù)發(fā)達(dá)的歐美、日本等國家，該比例已達(dá)到6:4，甚至接近5:5。我國的氣動(dòng)行業(yè)起步較晚，但發(fā)展較快。從20世紀(jì)80年代中期開始，氣動(dòng)元件產(chǎn)值的年遞增率達(dá)20%以上，高于中國機(jī)械工業(yè)產(chǎn)值平均年遞增率。隨著微電子技術(shù)、PLC技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，氣動(dòng)技術(shù)已成為實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代傳動(dòng)與控制的關(guān)鍵技術(shù)之一。</p><p>　　本畢業(yè)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是多自由度

42、鋁合金機(jī)械手，能夠?qū)崿F(xiàn)三個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)，采用電機(jī)與氣缸相結(jié)合的控制方法。在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空間狹窄的場(chǎng)合中，用人手直接操作是有危險(xiǎn)或根本不可能的，而應(yīng)用機(jī)械手即可部分或全部代替人安全的完成作業(yè)，使勞動(dòng)條件得以改善。而在一些簡單、重復(fù)，特別是較笨重的操作中，以機(jī)械手代替人進(jìn)行工作，可以避免由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。</p><p>　　第二章 工

43、業(yè)機(jī)器人的總體設(shè)計(jì)</p><p>　　本課題是輕型平動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手的設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)主要任務(wù)是完成機(jī)械手的結(jié)構(gòu)方面設(shè)計(jì)，因此對(duì)機(jī)械手的坐標(biāo)形式、自由度、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)等進(jìn)行了確定。</p><p>　　2.1機(jī)械手基本形式的選擇</p><p>　　常見的工業(yè)機(jī)械手根據(jù)手臂的動(dòng)作形態(tài)，按坐標(biāo)形式大致可以分為以下幾種：（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)

44、型機(jī)械手；（4）多關(guān)節(jié)型機(jī)械手。其中圓柱坐標(biāo)型機(jī)械手結(jié)構(gòu)簡單緊湊，定位精度較高，占地面積小，因此本設(shè)計(jì)采用圓柱坐標(biāo)型。</p><p>　　2.2機(jī)械手的主要部件及運(yùn)動(dòng)</p><p>　　在圓柱坐標(biāo)型機(jī)械手的基本方案選定后，根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，為了滿足設(shè)計(jì)要求，本設(shè)計(jì)關(guān)于機(jī)械手具有3個(gè)自由度：手抓張合、手臂伸縮和機(jī)身回轉(zhuǎn)。</p><p>　　本設(shè)計(jì)機(jī)械手主要由3大部件

45、和2個(gè)氣缸組成：（1）手部：采用一個(gè)直線氣缸，通過機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)手抓的張合。（2）臂部：采用一個(gè)直線氣缸來實(shí)現(xiàn)手臂的升降。（3）機(jī)身：采用一個(gè)電機(jī)帶動(dòng)止推軸承來實(shí)現(xiàn)手臂的回轉(zhuǎn)。</p><p>　　2.3驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇</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。驅(qū)動(dòng)件主要有四種：氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)、電氣驅(qū)動(dòng)、機(jī)械驅(qū)動(dòng)和液壓驅(qū)動(dòng)。其

46、中以液壓、氣動(dòng)用的最多，占90%以上；電動(dòng)、機(jī)械驅(qū)動(dòng)用的較少。</p><p>　　氣壓驅(qū)動(dòng)所采用的元件為氣壓缸、氣壓馬達(dá)、氣閥等。一般采用4-6個(gè)大氣壓，個(gè)別的達(dá)到8-10個(gè)大氣壓。它的優(yōu)點(diǎn)是氣源方便，維護(hù)簡單，成本低。缺點(diǎn)是出力小，體積大。由于空氣的可壓縮性大，很難實(shí)現(xiàn)中間位置的停止，只能用于點(diǎn)位控制，而且潤滑性較差，氣壓系統(tǒng)容易生銹。為了減少停機(jī)時(shí)產(chǎn)生的沖擊，氣壓系統(tǒng)裝有速度控制機(jī)構(gòu)或緩沖機(jī)構(gòu)。通用機(jī)械手則

47、考慮采用同一種形式的動(dòng)力，出力比較大；缺點(diǎn)是控制響應(yīng)速度比較慢。</p><p>　　機(jī)械驅(qū)動(dòng)只用于固定的場(chǎng)合。一般用凸輪連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作。它的優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)作確實(shí)可靠，速度高，成本低；缺點(diǎn)是不易調(diào)整。</p><p>　　液壓驅(qū)動(dòng)主要是通過油缸、閥、油泵和油箱等實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)。它利用油缸、馬達(dá)加上齒輪、齒條實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)；利用擺動(dòng)油缸、馬達(dá)與減速器、油缸與齒條、齒輪或鏈條、鏈輪等實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。液

48、壓驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是壓力高、體積小、出力大、運(yùn)動(dòng)平緩，可無級(jí)變速，自鎖方便，并能在中間位置停止。缺點(diǎn)是需要配備壓力源，系統(tǒng)復(fù)雜成本較高。</p><p>　　采用氣壓機(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)力大等優(yōu)點(diǎn)，因此本設(shè)計(jì)中機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)采用氣壓和電動(dòng)。圖2-1為機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)控制路線圖。</p><p>　　圖2-1 機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)控制流程圖</p><p

49、>　　由于氣缸只能承受軸向力，而不能承受徑向力，所以氣缸在運(yùn)動(dòng)過程中需要有固定元件進(jìn)行固定，以消去徑向力的影響。在本設(shè)計(jì)中，采用了一個(gè)軸，軸的一端鉆一個(gè)螺紋孔，把氣缸的活塞桿與軸的內(nèi)螺紋孔連接緊后，用活塞桿的力推動(dòng)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　氣缸選定之后采用腳座固定，固定于底盤上，圖2-2為底盤的形狀。</p><p><b>　　圖2-2 底盤</b>&

50、lt;/p><p>　　2.4機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)指標(biāo)</p><p>　　一、用途：用于車間搬運(yùn)</p><p><b>　　二、設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)：</b></p><p>　　1、抓重：20㎏（夾持式手部）</p><p>　　2、自由度數(shù)：3個(gè)自由度</p><p>　　3、坐標(biāo)

51、型式：圓柱坐標(biāo)</p><p>　　4、最大工件半徑：90㎜</p><p>　　5、手臂最大中心高：30 ㎜</p><p><b>　　6、手臂運(yùn)動(dòng)參數(shù)</b></p><p>　　伸縮速度：0.2m/s</p><p>　　旋轉(zhuǎn)速度：3.2 r/min</p><p>

52、;　　第三章 機(jī)械手的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1手部設(shè)計(jì)基本要求：</p><p>　　1、應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膴A緊力和驅(qū)動(dòng)力。應(yīng)當(dāng)考慮在一定的夾緊力下，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>　　2、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（手指從張開到閉合繞支點(diǎn)所轉(zhuǎn)過的角度）△γ，以便于抓取工件。</p>&l

53、t;p>　　3、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，盡可能是結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕，以利于減輕手臂的負(fù)載。</p><p>　　3.2典型的手部結(jié)構(gòu)</p><p>　　1、回轉(zhuǎn)型 包括滑槽杠桿式和連桿杠桿式兩種</p><p>　　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)</p><p><b>　

54、　3、平面平移型</b></p><p>　　3.3機(jī)械手手抓的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　3.3.1選擇機(jī)械手手抓的類型及夾緊裝置</p><p>　　本設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)平動(dòng)搬運(yùn)型機(jī)械手，考慮到所要達(dá)到的原始參數(shù)：手抓張開角△γ=，夾取重量為20㎏。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。吸附式常用于抓取工件表面平整、面積較大的板狀物

55、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，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。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，顯然是不適合的，因此不選這種類型。</p><p>　　通過綜合考慮，本設(shè)計(jì)選擇二指回轉(zhuǎn)型手抓，采用滑槽

56、杠桿這種結(jié)構(gòu)方式。</p><p>　　3.3.2手抓的力學(xué)分析</p><p>　　在進(jìn)行手部設(shè)計(jì)時(shí)，要對(duì)手部進(jìn)行受力分析，如圖3-1所示。</p><p>　　圖3-1 手抓的受力分析圖</p><p>　　在上圖中，1為手指，2為銷軸，3為杠桿。</p><p>　　在杠桿3的作用下，銷軸3受到向上的拉力F，并通

57、過銷軸中心O點(diǎn)，兩手指1的滑槽對(duì)銷軸的作用力為F和F,其力的方向垂直于滑槽的中心線OO和OO，</p><p>　　由∑F=0 得 F=F</p><p>　　∑F=0 得 F=</p><p><b>　　F=－F′</b></p><p>　　由∑M（F）=0 得F′=</p><

58、;p><b>　　∵h(yuǎn)=</b></p><p><b>　　∴F=</b></p><p>　　式中 a——手指的回轉(zhuǎn)中點(diǎn)到對(duì)稱中心的距離（㎜），</p><p>　　——工件被夾緊時(shí)手指的滑槽方向與兩回轉(zhuǎn)支點(diǎn)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，則握力F也隨之

59、增大，但角過大會(huì)導(dǎo)致拉桿行程過大，以及手部結(jié)構(gòu)增大，因此最好=30°～40°。</p><p>　　3.3.3夾緊力及驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算</p><p>　　手指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>&l

60、t;p>　　手指對(duì)工件的夾緊力可按公式計(jì)算：F≥KKG</p><p>　　式中 K——安全系數(shù)，通常1.2～2.0</p><p>　　K——工作情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響，K可近似按下式計(jì)算：K=1+，其中=</p><p>　　——運(yùn)載時(shí)工件最大上升速度</p><p>　　——系統(tǒng)達(dá)到最高速度的時(shí)間，一般選取0.03～0.

61、5s</p><p>　　G——被抓取工件所受的重力（N）</p><p>　　計(jì)算：設(shè)a=50mm，b=200mm，10°≤≤40°，機(jī)械手達(dá)到最高響應(yīng)時(shí)間為0.5s，v=0.2m/s求夾緊力F和驅(qū)動(dòng)力F。</p><p>　　解：（1）設(shè)K=1.5</p><p>　　K=1+1+=1.04</p>&l

62、t;p>　　根據(jù)公式將已知條件帶入：</p><p>　　∴F=1.5×1.04×10×9.8=152.86 N</p><p>　?。?）根據(jù)驅(qū)動(dòng)力公式得：</p><p>　　F=30°152.86 N=917.28 N</p><p>　?。?）取η=0.85</p><

63、p>　　F==1079.15 N</p><p>　　3.3.4手抓夾持范圍計(jì)算</p><p>　　為了保證手抓張開角為60°，活塞桿運(yùn)動(dòng)長度為34mm。手抓夾持范圍，手指長200mm，如圖3-2所示。當(dāng)手抓沒有張開角的時(shí)候，如圖(a)所示，根據(jù)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，它的最小夾持半徑R=40mm，當(dāng)張開角60°時(shí)，如圖（b）所示，最大夾持半徑R計(jì)算如下：</p>

64、<p><b>　　R=≈121mm</b></p><p>　　∴機(jī)械手的夾持半徑從40mm～121mm。</p><p>　　圖3-2 機(jī)械手的夾持精度圖</p><p>　　3.4銷軸的選擇與校核</p><p>　　銷軸的材料為45鋼，許用切應(yīng)力=80MPa，許用擠壓應(yīng)力=120MPa，選取銷軸的型

65、號(hào)為GB/T 882 870</p><p>　　銷軸的抗剪強(qiáng)度公式：</p><p>　　銷軸的抗壓強(qiáng)度公式：</p><p>　　抗剪強(qiáng)度=10.7MPa</p><p>　　抗壓強(qiáng)度=1.3MPa ，因此銷軸合適。</p><p>　　設(shè)計(jì)完手部結(jié)構(gòu)后，將手部的部件進(jìn)行裝配，裝配圖如圖3-3所示。</p&g

66、t;<p>　　圖3-3 機(jī)械手手部裝配圖</p><p>　　第四章 機(jī)械手驅(qū)動(dòng)裝置的選擇</p><p>　　4.1機(jī)械手夾緊氣缸的選擇</p><p>　　氣缸一般分為單作用氣缸和雙作用氣缸兩類。</p><p>　　單作用氣缸的特點(diǎn)是：（1）缸內(nèi)安裝彈簧、膜片等，一般行程較短；與相同體積的雙作用氣缸相比，有效行程小一些

67、；（2）用彈簧力或膜片力等復(fù)位，壓縮空氣能量的一部分用于克服彈簧力或膜片張力，因而減小了活塞桿的輸出力；（3）僅一端進(jìn)（排）氣，結(jié)構(gòu)簡單，耗氣量??；（4）氣缸復(fù)位彈簧、膜片的張力均隨變形大小變化，因而活塞桿的輸出力在行進(jìn)過程中是變化的。由于以上特點(diǎn)，單作用活塞氣缸多用于短行程。其推力及運(yùn)動(dòng)速度均要求不高場(chǎng)合，如氣吊、定位和夾緊等裝置上。單作用柱塞缸則不然，可用在長行程、高載荷的場(chǎng)合。</p><p>　　雙作用氣

68、缸指兩腔可以分別輸入壓縮空氣，實(shí)現(xiàn)雙向運(yùn)動(dòng)的氣缸。其結(jié)構(gòu)可分為雙活塞桿式、雙活塞式、單活塞桿式、緩沖式和非緩沖式等。此類氣缸使用最為廣泛。雙活塞桿雙作用氣缸有缸體固定和活塞桿固定兩種。缸體固定時(shí)，其所帶載荷與氣缸兩活塞桿連成一體，壓縮空氣依次進(jìn)入氣缸兩腔（一腔進(jìn)氣另一腔排氣），活塞桿帶動(dòng)工作臺(tái)左右運(yùn)動(dòng)，工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)范圍等于其有效行程的3倍。安裝所占空間大，一般用于小型設(shè)備上?；钊麠U固定時(shí)，為管路連接方便，活塞桿制成空心，缸體與載荷連成一體

69、，壓縮空氣從空心活塞桿的左端或右端進(jìn)入氣缸兩腔，使缸體帶動(dòng)工作臺(tái)向左或向左運(yùn)動(dòng)，工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)范圍為其有效行程的2倍。適用于中、大型設(shè)備。</p><p>　　本設(shè)計(jì)中機(jī)械手的夾緊和上升采用氣缸控制，而手臂的旋轉(zhuǎn)采用電機(jī)控制。</p><p>　　4.1.1氣缸直徑D的計(jì)算</p><p>　　氣缸的工作壓力在0.6～0.8Mpa內(nèi)，取p=0.6Mpa，</p&

70、gt;<p>　　活塞桿直徑d=0.5D</p><p><b>　　∵F=</b></p><p><b>　　∴D==</b></p><p><b>　　=55.26㎜</b></p><p>　　選取氣缸標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)徑為：D=63 ㎜</p>&l

71、t;p>　　則活塞桿內(nèi)徑為d=63×0.5=31.5 ㎜，選取d=32 ㎜。</p><p>　　4.1.2確定氣缸的型號(hào)</p><p>　?。?）氣缸作用力的計(jì)算</p><p>　　F= p×=1387 N＞F</p><p><b>　　因此氣缸的直徑合適</b></p>

72、<p>　?。?）氣缸行程的確定</p><p>　　由于=30°，當(dāng)爪部轉(zhuǎn)動(dòng)30°時(shí)，兩連接桿水平，所以氣缸的行程為s=a×tan30°=28.86㎜，</p><p>　　連桿中導(dǎo)軌可運(yùn)動(dòng)的長度為L=-=7.8㎜</p><p>　?。?）選擇氣缸 </p><p>　　由D=63 ㎜

73、，s=28.86 ㎜，p=0.8Mpa選擇氣缸的型號(hào)為CA1BN63-50</p><p>　　4.2機(jī)械手上升氣缸的選擇</p><p>　　4.2.1手部重量的估算</p><p>　　由于上升氣缸支持著氣缸以上的所有工件的重量，因此選擇此氣缸應(yīng)先估算氣缸以上的所有工件的重量。</p><p>　　取鋁合金的密度為2.7g/cm,手部的質(zhì)

74、量為：22.7 g/cm[106.42.3+1.2 </p><p>　　1.6+（10.7+12.5）1.8+8.22-3.112]cm=1.31㎏</p><p>　　手部與氣缸之間的連接部件的重量為：7.85 g/cm[8.712.52+6912.6 </p><p>　　+6122]=5.89㎏</p><p>　　氣缸的重量為：1.

75、5㎏</p><p>　　與氣缸和機(jī)械手相連的底部托盤的重量為：7.85g/cm17.512.51=1.72㎏</p><p>　　軸的重量為：7.85g/cm </p><p>　　(3.149.95-15153+3.1496.6+3.142.51+3.143=22㎏</p><p>　　軸承的重量為：18.1㎏</p>&l

76、t;p>　　與下氣缸相連的底盤的重量為：2.7g/cm（3.141920-3.1415.117）=28.35㎏</p><p>　　抓取物品的重量為20㎏</p><p>　　4.2.2確定氣缸的型號(hào)</p><p>　　氣缸上部的總重量為1.31+5.89+1.5+22+20=50.7㎏</p><p>　　作用于氣缸上的力為F=Km

77、g=1.04527.28N</p><p>　　機(jī)械手上升的高度為30 ㎜ </p><p>　　因此選擇氣缸的型號(hào)與水平放置氣缸的型號(hào)相同，為CA1BN63-50</p><p>　　4.2.3氣缸控制回路原理圖</p><p>　　在4-1為氣缸的控制回路原理圖，1——?dú)怦R達(dá)；2——總閥；3——分水濾氣器；4——油霧器；5——單向閥；6

78、、7——調(diào)速閥；8、9——三位四通換向閥；10、11——?dú)飧?lt;/p><p>　　圖4-1 氣缸控制回路原理圖</p><p><b>　　4.3電機(jī)的選擇</b></p><p>　　4.3.1電機(jī)的類型及特點(diǎn)</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。通俗一點(diǎn)講：當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)

79、，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度（及步進(jìn)角）?？梢酝ㄟ^控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。步進(jìn)電機(jī)分三種：永磁式（PM） ，反應(yīng)式（VR）和混合式（HB）。永磁式步進(jìn)電機(jī)一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進(jìn)角一般為7.5度 或15度；反應(yīng)式步進(jìn)一般為三相，可實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進(jìn)角一般為1.5度，但噪聲和振動(dòng)都很大。在歐美等發(fā)達(dá)國家80年

80、代已被淘汰；混合式步進(jìn)是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點(diǎn)。它又分為兩相和五相：兩相步進(jìn)角一般為1.8度而五相步進(jìn)角一般為 0.72度。這種步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用最為廣泛。</p><p>　　伺服電動(dòng)機(jī)又稱執(zhí)行電動(dòng)機(jī)，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件，把所收到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電動(dòng)機(jī)軸上的角位移或角速度輸出。分為直流和交流伺服電動(dòng)機(jī)兩大類，其主要特點(diǎn)是，當(dāng)信號(hào)電壓為零時(shí)無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，轉(zhuǎn)速隨著轉(zhuǎn)矩的增加而勻速下降。</p>

81、<p>　　同步電機(jī)分為同步發(fā)電機(jī)和同步電動(dòng)機(jī)?，F(xiàn)代發(fā)電廠中的交流機(jī)以同步電機(jī)為主。同步電機(jī)的主要運(yùn)行方式有三種，即作為發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)和補(bǔ)償機(jī)運(yùn)行。 作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行是同步電機(jī)最主要的運(yùn)行方式，作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行是同步電機(jī)的另一種重要的運(yùn)行方式。同步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)可以調(diào)節(jié)，在不要求調(diào)速的場(chǎng)合，應(yīng)用大型同步電動(dòng)機(jī)可以提高運(yùn)行效率。近年來，小型同步電動(dòng)機(jī)在變頻調(diào)速系統(tǒng)中開始得到較多地應(yīng)用。 同步電機(jī)還可以接于電網(wǎng)作為同步補(bǔ)償機(jī)。這

82、時(shí)電機(jī)不帶任何機(jī)械負(fù)載，靠調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子中的勵(lì)磁電流向電網(wǎng)發(fā)出所需的感性或者容性無功功率，以達(dá)到改善電網(wǎng)功率因數(shù)或者調(diào)節(jié)電網(wǎng)電壓的目的。</p><p>　　4.3.2電機(jī)的選擇</p><p>　?。?）各部件轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的估算</p><p>　　抓取零件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：J=20㎏0.39=3.04㎏</p><p>　　手部的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：J=1.31㎏

83、0.36=0.17㎏</p><p>　　連接部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：J=2.02㎏0.14=0.04㎏</p><p>　　與氣缸和機(jī)械手相連的底部托盤的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：J=7.85g/cm35.135.14（0.35+0.35）=0.79㎏</p><p>　　軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：J=0.08㎏</p><p>　　氣缸的重量和尺寸比較小，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可忽略&l

84、t;/p><p>　　所以總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為J= J+ J+ J+ J+ J=4.12㎏</p><p><b>　?。?）選擇電機(jī)</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)中采用斜齒-傘齒減速電機(jī)，其輸出轉(zhuǎn)速為3.2 r/min。</p><p>　　計(jì)算：已知電機(jī)效率為=0.75，物體的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為J=4.12㎏，物體的轉(zhuǎn)速為n=3

85、.2r/min，求電機(jī)的功率和扭矩。</p><p>　　解：由P得P===73.97 W </p><p>　　選取KA47R37DR63S4型號(hào)的電機(jī)，其功率為0.12kw，輸出轉(zhuǎn)速為n=3.2r/min，最大額定轉(zhuǎn)矩T=290N，m=32㎏</p><p>　　電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)矩T=9549=9549=20.89 N＜T，因此電機(jī)合適。</p>&

86、lt;p>　?。?）聯(lián)軸器的型號(hào)的選擇</p><p>　　電機(jī)與軸之間采用聯(lián)軸器，由國標(biāo)GB/T3852-1997選擇聯(lián)軸器的型號(hào)為YL3型凸緣聯(lián)軸器，重量為1.99㎏</p><p><b>　　4.4軸承的選擇</b></p><p>　　4.4.1軸承的類型及特點(diǎn)</p><p>　　一、深溝球軸承的特點(diǎn)：

87、（1）在結(jié)構(gòu)上深溝球軸承的每個(gè)套圈均具有橫截面大約為球周長的三分之一的連續(xù)溝型滾道。它主要用于承受徑向載荷，也可承受一定的軸向載荷；（2）在軸承的徑向游隙增大時(shí)，具有角接觸球軸承的性質(zhì)，可承受兩個(gè)方向交變的軸向載荷；（3）摩擦小，轉(zhuǎn)速高；（4）結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低，容易達(dá)到較高的制造精度；（5）一般采用沖壓浪形保持架，內(nèi)徑大于200mm或高速運(yùn)轉(zhuǎn)的軸承，采用車制實(shí)體保持架。</p><p>　　二、角接觸球軸承的

88、特點(diǎn)：可同時(shí)承受徑向負(fù)荷和軸向負(fù)荷，轉(zhuǎn)速較高，接觸角越大，軸向承載能力越高。單列軸承只能承受一個(gè)方向的軸向負(fù)荷，在承受徑向負(fù)荷時(shí)，將引起附加軸向力。 并且只能限制軸或外殼在一個(gè)方向的軸向位移。若是成對(duì)雙聯(lián)安裝，使一對(duì)軸承的外圈相對(duì)，即寬端面對(duì)寬端面，窄端面對(duì)窄端面。這樣即可避免引起附加軸向力，而且可在兩個(gè)方向使軸或外殼限制在軸向游隙范圍內(nèi)。角接觸球軸承的變型結(jié)構(gòu)多達(dá)70多種。（1）名義接觸角有15°、 25°、 40

89、°三種，接觸角越大軸向承載能力越高。高精度和高速軸承通常取15°接觸角，在軸向力作用下，接觸角會(huì)增大；（2）一般為內(nèi)圈或外圈帶鎖口，內(nèi)、外圈不可分離。外圈加熱膨脹后與內(nèi)圈、滾動(dòng)體、 保持架組件裝配。裝球數(shù)比深溝球軸承多，額定負(fù)荷在球軸承中最大，剛性強(qiáng)，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)；（3）可以利用內(nèi)、外圈相互位移調(diào)整徑向游隙。常成對(duì)使用，并施加預(yù)負(fù)荷，以提高軸承剛性。</p><p>　　三、 圓柱滾子軸承的特點(diǎn)：

90、（1）滾子與滾道為線接觸，徑向承載能力大，適用于承受重負(fù)荷與沖擊負(fù)荷；（2）摩擦系數(shù)小，適合高速，極限轉(zhuǎn)速接近深溝球軸承；（3）N型及NU型可軸向移動(dòng)，能適應(yīng)因熱膨脹或安裝誤差引起的軸與外殼相對(duì)位置的變化，可作自由端支承使用。內(nèi)圈或外圈可分離，便于安裝和拆卸；（4）對(duì)軸和座孔的加工要求較高，軸承安裝后內(nèi)外圈軸線相對(duì)偏斜要嚴(yán)加控制，以免造成接觸應(yīng)力集中；（5）內(nèi)孔帶1：12錐度的雙列圓柱滾子軸承，徑向游隙可以調(diào)整，徑向剛度高，適應(yīng)于機(jī)床主

91、軸。</p><p>　　4.4.2軸承的選擇</p><p>　　在本設(shè)計(jì)中軸承需要承受很大的軸向力，所要承受的徑向力十分的小，因此選用了止推軸承和角接觸球軸承，而角接觸球軸承公稱接觸角為40°，可以承受很大的軸向力，采用角接觸球軸承的型號(hào)為7236AC。其外形如圖4-2所示。</p><p><b>　　圖4-2 軸承</b>&l

92、t;/p><p><b>　　4.5軸的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　在選定好軸承后，電動(dòng)機(jī)輸出地功率需要通過軸承與軸的連接傳遞到機(jī)械手，因此需要對(duì)軸進(jìn)行設(shè)計(jì)。</p><p>　　由于在本設(shè)計(jì)中軸只承受軸向力和扭轉(zhuǎn)，不承受徑向力，因此只需要對(duì)軸的扭轉(zhuǎn)進(jìn)行校核。當(dāng)軸的直徑最小處滿足扭轉(zhuǎn)條件時(shí)，整根軸就滿足扭轉(zhuǎn)條件。</p><

93、;p>　　抗扭截面系數(shù)W===134610 m</p><p>　　軸的最大切應(yīng)力為===15.5MPa</p><p>　　由于軸的材料為45鋼，=60MPa，所以，故此軸合適。</p><p>　　圖4-3是設(shè)計(jì)的軸的形狀。</p><p><b>　　圖4-3 軸</b></p><p&g

94、t;　　第五章 總結(jié)與展望</p><p>　　此次我們做的畢業(yè)設(shè)計(jì)是工業(yè)機(jī)械手結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，通過3個(gè)多月努力，設(shè)計(jì)終于順利完成。這次設(shè)計(jì)給了我們一個(gè)很好的機(jī)會(huì)，使我們了解了設(shè)計(jì)工作的基本流程和設(shè)計(jì)的方法以及理念。</p><p>　　在此次的畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我們遇到了許多以前從未遇到過的問題，但過通過指導(dǎo)教師的指導(dǎo)和我們的努力，這些問題都得到了很好的解決。</p><p&

95、gt;　　雖然我們?cè)O(shè)計(jì)的只是個(gè)簡單的機(jī)械手，但需要完成抓取，旋轉(zhuǎn)等功能，對(duì)應(yīng)分別要有抓取機(jī)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)等來實(shí)現(xiàn)。通過這些機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，使理論知識(shí)與實(shí)際相結(jié)合，鞏固和深化了所學(xué)過的專業(yè)理論知識(shí)。由于此次設(shè)計(jì)是次創(chuàng)新設(shè)計(jì)，為了設(shè)計(jì)的機(jī)械手具有合理的結(jié)構(gòu)和更高的性能，我們不斷學(xué)習(xí)和修改。自學(xué)了許多相關(guān)學(xué)科的內(nèi)容，求教了多位專業(yè)老師，上網(wǎng)或查閱大量相關(guān)資料。</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，我們?cè)讵?dú)立完成的同時(shí)也進(jìn)一步

96、加強(qiáng)了團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，取得了一定的成績。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我相信在以后的學(xué)習(xí)和工作過程中，一定可以好好的解決問題，提高自己的能力，較快地適應(yīng)工作和社會(huì)激烈的競爭。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]Craig, John J.Introduction to robotics[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2006.</p>

97、<p>　　[2]Basilio Bona，Aldo Curatella.Identification of Industrial Robot Parameters for Advanced Model-Based Controllers Design[C]. Proceedings of the 2005 IEEE International Conference on Robotics and Automation.

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104、鴻文.材料力學(xué) [M].北京：高等教育出版社，2004.</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　在本設(shè)計(jì)的開題論證、課題研究、論文撰寫和論文審校整個(gè)過程中，得到了xx老師的親切關(guān)懷和精心指導(dǎo)，使得本設(shè)計(jì)得以順利完成，其中飽含了xx老師的汗水和心血。老師敏銳的學(xué)術(shù)思想、嚴(yán)謹(jǐn)踏實(shí)的治學(xué)態(tài)度、淵博的學(xué)識(shí)、精益求精的工作作風(fēng)、誨人不倦的育人精神，將

105、永遠(yuǎn)銘記在學(xué)生心中，使學(xué)生終生受益。在此我們向xx老師表示衷心的感謝和崇高的敬意。</p><p>　　感謝學(xué)校給我們提供設(shè)計(jì)場(chǎng)地，和系領(lǐng)導(dǎo)的關(guān)心和指導(dǎo)，在設(shè)計(jì)過程中，結(jié)合工作體會(huì)和經(jīng)歷，提出了許多建設(shè)性的觀點(diǎn)，為我完成設(shè)計(jì)給予了極大的幫助。</p><p>　　感謝機(jī)械工程學(xué)院的領(lǐng)導(dǎo)和老師對(duì)我的關(guān)心和幫助。</p><p>　　再次感謝所有支持和幫助過我的領(lǐng)導(dǎo)、老