機械手機械設計課程設計---六自由度機械手

1、<p>　　機械設計課程設計說明書</p><p><b>　　六自由度機械手</b></p><p>　　河南科技大學機械工程學院</p><p>　　專業(yè) 機械工程與自動化 </p><p>　　指導老師: 李友亞</p><p><b>　　2010.6.

2、16</b></p><p><b>　　前言</b></p><p>　　在工資水平較低的中國，制造業(yè)盡管仍屬于勞動力密集型，機械手的使用已經(jīng)越來越普及。那些電子和汽車業(yè)的歐美跨國公司很早就在它們設在中國的工廠中引進了自動化生產(chǎn)。但現(xiàn)在的變化是那些分布在工業(yè)密集的華南、華東沿海地區(qū)的中國本土制造廠也開始對機械手表現(xiàn)出越來越濃厚的興趣，因為他們要面對工人流

3、失率高，以及交貨周期縮短帶來的挑戰(zhàn)。</p><p>　　機械手可以確保運轉(zhuǎn)周期的一貫性，提高品質(zhì)。另外，讓機械手取代普通工人從模具中取出零件不僅穩(wěn)定，而且也更加安全。同時，不斷發(fā)展的模具技術(shù)也為機械手提供了更多的市場機會。</p><p>　　可見隨著科技的進步，市場的發(fā)展，機械手的廣泛應用已漸趨可能，在未來的制造業(yè)中，越來越多的機械手將被應用，越來越好的機械手將被創(chuàng)造，毫不夸張地說，機

4、械手是人類是走向先進制造的一個標志，是人類走向現(xiàn)代化、高科技進步的一個象征。 因此如何設計出一個功能強大，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的機械手變成了迫在眉睫的問題。</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　設計要求和功能分析 4</p><p>　　基座旋轉(zhuǎn)機構(gòu)軸的設計及強度校核 5

5、</p><p>　　液壓泵俯仰機構(gòu)零件設計和強度校核 8</p><p>　　左右搖擺機構(gòu)零件設計和強度校核 11</p><p>　　連腕部俯仰機構(gòu)零件設計和強度校核 14</p><p>　　旋轉(zhuǎn)和夾緊機構(gòu)零件設計和強度校核 19</p><p>　　機

6、構(gòu)各自由度的連接過程 25</p><p>　　設計特色 28</p><p>　　心得體會 28</p><p>　　參考文獻 30</p&

7、gt;<p>　　任務分工 31</p><p>　　附錄（零件及裝配圖） 31</p><p><b>　　設計要求</b></p><p>　　該機械臂用于物流生產(chǎn)線上物品的抓取和易位。整個機械臂安裝在一個回轉(zhuǎn)支座上，回轉(zhuǎn)角度范

8、圍為360度；小臂相對于大臂可擺動，擺動范圍為60-120度；小臂末端的手腕也可以擺動，擺動范圍為-60度到+60度；手腕的末端安裝一機械手，機械手具有開閉能力，用于直徑30-45mm工件的抓取，工件長度350mm，重量8kg。</p><p><b>　　功能分析</b></p><p>　　系統(tǒng)共有6個自由度，分別是夾緊、旋轉(zhuǎn)、俯仰（1）、左右搖擺、俯仰（2）及基

9、座的回轉(zhuǎn)。</p><p>　　基座的回轉(zhuǎn)自由度可以進行360度的回轉(zhuǎn)；與基座相連的俯仰機構(gòu)（包含液壓缸）可進行俯仰動作，幅度較大，可以滿足60-120度的俯仰要求，與此相連部分為左右搖擺機構(gòu)，能夠完成-60~60度的左右來回擺動，接著下去的是俯仰機構(gòu)，與搖擺機構(gòu)內(nèi)部類似，亦可完成-60~60度的上下俯仰動作，最后的是旋轉(zhuǎn)部分與手指部分，旋轉(zhuǎn)部分可以正反旋轉(zhuǎn)，手指部分通過在手腕上滑槽來控制收放動作。機構(gòu)采用液壓控

10、制各自由度的動作，簡單方便且功率大，各自由度之間相互聯(lián)系且獨立，動作時互不干涉。</p><p>　　基座旋轉(zhuǎn)機構(gòu)軸的設計及強度校核</p><p>　　液壓泵俯仰機構(gòu)零件設計及強度校核</p><p>　　左右搖擺機構(gòu)設計及強度校核</p><p>　　連腕部俯仰機構(gòu)零件設計及強度校核</p><p>　　旋轉(zhuǎn)和夾緊

11、的設計及強度校核</p><p>　　一.機械手指部基座與回轉(zhuǎn)體的螺栓連接</p><p>　　將前部指部和輪胎簡化為一簡支梁結(jié)構(gòu)，在其質(zhì)心處受到一集中力。</p><p><b>　　機構(gòu)簡圖:</b></p><p>　　二.手部旋轉(zhuǎn)液壓缸葉片與夾緊缸連接螺釘?shù)脑O計</p><p>　　手部旋

12、轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)液壓缸剖視圖:</p><p>　　備注：葉片寬度b=110mm</p><p>　　三.機械手指部設計及夾緊力計算</p><p>　　機械手指部機構(gòu)簡圖:</p><p>　　機械手指部夾緊力的計算</p><p>　　機構(gòu)各自由度的連接過程</p><p>　　1.手指和活塞（Fin

13、ger and piston）</p><p>　　2.旋轉(zhuǎn)機構(gòu)（ratatable institution）</p><p>　　3. 俯仰機構(gòu)（swing_institution）</p><p>　　4.搖擺機構(gòu)（Waver_institution）</p><p>　　5.液壓泵俯仰機構(gòu)（hydraulic_pressure_Pitc

14、hing）</p><p>　　6.總裝（Total Assembling）</p><p><b>　　設計特色</b></p><p>　　該機構(gòu)是一個六自由度的工業(yè)機械手，能完成夾緊、旋轉(zhuǎn)、俯仰、搖擺以及回轉(zhuǎn)動作，可用于工業(yè)流水線上的操作。我們主要針對設計的是在轎車生產(chǎn)過程中，后車箱備胎的放置，機構(gòu)簡便、效率高，可控范圍大，沉重量大，基座

15、運用齒輪傳動，效率高，強度大，液壓泵俯仰機構(gòu)承載性強，可調(diào)角度大，回轉(zhuǎn)機構(gòu)和俯仰機構(gòu)都是-60度到60度。機構(gòu)所用零件便于加工，標準件較多，便于機構(gòu)的組裝，相應的成本也不高。</p><p><b>　　心得體會</b></p><p>　　從開學時接受設計任務到現(xiàn)在的即將答辯，不知不覺已經(jīng)過去了三個多月了，這三個月我們小組五人都在交流溝通中進步著，每一周的設計進程，

16、我們都十分用心的去做，雖然我們上學期做了機械原理的課程設計，但是涉及到的只是機構(gòu)的選擇，而這一次更多的是對機構(gòu)強度的校驗和工程圖的繪制，難免會有些紕漏，在設計時，我們本著互相探討，共同設計的原則，在許多方面取得了成績。</p><p>　　雖然課程設計的題目是開學時布置的，可是那時候機械零件的課程還沒學習，而且工程圖的繪制也沒有學習，因此相對來說，進程并不是很快，我們只是在機構(gòu)的選擇和機械手的原理上進行探討。隨著

17、時間的推移，尤其是在12周工程圖的課程結(jié)束后，我們開始全面的行動起來。</p><p>　　雖然設計是通過我們五個人最終確定的，但設計的實施我們卻有著明確的分工，我們每個人負責一個自由度的三維實體建模、零件圖的繪制以及相應文檔的整理，李晶負責夾緊和旋轉(zhuǎn)自由度，童幸和彭敏勤負責俯仰(連腕部)和左右搖擺自由度的設計，李然負責俯仰(含液壓泵)機構(gòu)自由度的設計，潘楷負責最后底座回轉(zhuǎn)自由度的設計。而部件圖由李晶繪制，ppt

18、由彭敏勤和潘楷制作，童幸負責最后的設計說明書的制作。</p><p>　　我們機械手的原型來自于寶馬汽車制造過程中安放輪胎的機械手，但是我們也有所改動，左右搖擺和俯仰機構(gòu)的位置變換了一下，這樣看上去更加實用和美觀。接下來是機構(gòu)內(nèi)部的設計，我們在圖書館找到了相應的書籍—工業(yè)機械手，考慮到安放輪胎的機械手功率相對比較大，我們選擇用液壓控制來實行機構(gòu)的動作。在參考資料的過程中，由于書中機構(gòu)相對介紹的不夠詳細，因此我們花

19、了很大力氣去消化，終于明白了原理。隨后是零件的計算和選擇，雖然我們學習了機械零件的課程，但是真正應用到實際中還是有很大的難度，對于不同連接位置的螺釘、銷，要滿足不同性質(zhì)的強度條件，計算繁瑣而且枯燥，但是最終我們還是克服了困難，把所有重要零件進行了校驗，并最終得到相應的數(shù)據(jù)。下一步是三維的實體建模，有了上一步的數(shù)據(jù)后，三維的建模就容易多了，我們使用的UG建模，UG建模比較容易，而且圖像非常直觀，而且還有標準零件庫，為最后的裝配圖的繪制做出

20、了很大的貢獻。零件圖的繪制又是一個難點，我們學過UG，但是工程圖卻沒有學習過，本來我們打算用CAD繪圖，但是我們的機構(gòu)內(nèi)部極其復雜，因此我們決定直接用UG導出來的方法得到最后的零件圖。而最后每個人各自數(shù)據(jù)的整理已經(jīng)最后</p><p>　　答辯馬上就要到來了，我們的設計也快結(jié)束了，當我們看著最后的成果，內(nèi)心不禁澎湃，我們看到的在設計的過程中，每個人的刻苦，每個人的努力，每個人的盡力而為。在設計的過程中我看到了te

21、amwork的強大和重要性，沒有合作的精神，就不可能會有最后的成功，李晶在繪圖經(jīng)常到凌晨兩三點，而李然則經(jīng)常在旁邊陪他一起繪圖；彭敏勤和童幸經(jīng)常在一起計算，一方面是由于兩人設計的機構(gòu)相似，更重要的是在計算過程中，兩個人在一起更能避免錯誤的產(chǎn)生，潘楷和彭敏勤聯(lián)手完成的ppt也非常完美。雖然這學期的設計就此結(jié)束，但是我們在這個過程中學習到的東西卻不會忘記，在下學期的機電課程設計中，相信這學期的設計一定會有很大的幫助。</p>

22、<p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　1.<<機械設計手冊>>第四版第2卷 主編:成大先 化學工業(yè)出版社 2002.1</p><p>　　2.<<工業(yè)機械手設計基礎(chǔ)>> 天津大學<<工業(yè)機械手設計基礎(chǔ)>>編寫組編 </p><p

23、>　　天津科學技術(shù)出版社 1980.8</p><p>　　3.<<機械手及其應用>> 王承義 機械工業(yè)出版社 1981.6</p><p>　　4.<<機械設計與理論>> 主編:李柱國 編者:高雪官 許敏等 科學出版社</p><p><b>　　2003.8</

24、b></p><p>　　5.<<現(xiàn)代機械工程圖學>> 蔣壽偉 強敏德 蔣 丹 高等教育出版社 1999.6</p><p>　　6.<<液壓與氣壓傳動>> 章洪甲 王積偉 黃誼 機械工業(yè)出版社 2005.6</p><p>　　6.<<UGNX CAD快速入門指導>>

25、 洪如謹 陳炎 清華大學出版社 2003.3</p><p>　　7.<<UGNX 高級開發(fā)實例>> 曾向陽 謝國明 王學平 電子工業(yè)出版社</p><p><b>　　2004.1</b></p><p><b>　　任務分工</b></p><p>　

26、　李 樂：前三個自由度的機構(gòu)設計及其零件的校核驗算；UG三維建模裝配；零件圖，裝配圖的繪制；前三個自由度的文檔整理</p><p>　　李 想：手臂俯仰機構(gòu)的設計和校驗；UG三維建模；及該自由度的文檔整理</p><p>　　張 良：手部左右搖擺機構(gòu)自由度的設計和校驗；UG三維建模，零件圖的繪制；</p><p>　　該自由度的文檔整理；最后設計說明書的匯總整