數(shù)控機(jī)床上下料機(jī)械手設(shè)計(jì)【畢業(yè)論文+CAD圖紙全套】

買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 摘要 通過(guò)大學(xué)本科四年對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)的所學(xué)知識(shí)進(jìn)行整理，對(duì)工業(yè)機(jī)器人各部分機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和功能的論述和分析，設(shè)計(jì)了一種的用于機(jī)床上下料的機(jī)械手。 本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是 5R 關(guān)節(jié)型機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，上下料機(jī)械手的主要任務(wù)是在各個(gè)加工工序的數(shù)控機(jī)床和自動(dòng)生產(chǎn)線上運(yùn)送工件，能實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)工序上下料自動(dòng)化。針對(duì)各個(gè)關(guān)節(jié)處采用獨(dú)立的電機(jī)驅(qū)動(dòng)。各個(gè)操作臂由五個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副串聯(lián)而成，操作臂包括基座、腰部、手臂、腕部、手爪。并對(duì)各關(guān)節(jié)的伺服電機(jī)的選擇和傳動(dòng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算，對(duì)進(jìn)行主要零件校核計(jì)算。 關(guān)鍵詞 : 關(guān)節(jié)型 ; 機(jī) 械手 ; 多自由度 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 of to of of a of is R of NC in of to of a by of in of of 文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 目 錄 第一章引言 . 1 題背景 . 1 械手的發(fā)展動(dòng)態(tài) . 2 械手的分類 . 3 題研究的意義 . 4 第二章機(jī)械手結(jié)構(gòu)原理和工作要求分析 . 5 械手結(jié)構(gòu)原理及 工作要求 . 5 械手機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析 . 6 械手上下料工作空間軌跡分析 . 8 第三章機(jī)械手各結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) . 10 爪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) . 10 爪的設(shè)計(jì)要求 . 10 爪的分類 . 10 爪結(jié)構(gòu)的確定 . 10 腕的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) . 11 腕的設(shè)計(jì)要求 . 11 腕的結(jié)構(gòu)確定 . 11 臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) . 11 臂的設(shè)計(jì)要求 . 12 、小手臂的結(jié)構(gòu) . 12 臂結(jié)構(gòu)形式的確定 . 12 座結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) . 13 座結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求 . 13 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 臂后箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) . 13 桿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) . 13 第四章機(jī)械手關(guān)鍵軸的校核 . 14 部輸入軸的結(jié)構(gòu) . 14 部輸入軸的校核 . 15 第五章機(jī)械手動(dòng)力參數(shù)的計(jì)算 . 17 服電機(jī)的選型 . 17 步估計(jì)機(jī)械手的質(zhì)量 . 17 算各個(gè)軸的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩 . 18 算伺服電機(jī)的功率 . 20 齒輪設(shè)計(jì) . 21 輪精度、材料 . 21 齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核 . 21 齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) . 22 齒輪參數(shù)計(jì)算 . 23 步帶輪的設(shè)計(jì) . 23 步齒形帶傳動(dòng)計(jì)算 . 23 輪幾何尺寸的計(jì)算 . 25 速器的設(shè)計(jì) . 26 速器減速比的計(jì)算 . 26 速器輸出軸徑的計(jì)算 . 27 結(jié)論 . 28 參考文獻(xiàn) . 29 致 謝 . 30 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 1 第一章 引言 題背景 工業(yè)機(jī)器人是一種新興的機(jī) 電一體化生產(chǎn)的工具之一，屬于現(xiàn)代化、自動(dòng)化裝備包括機(jī)械制造、人工智能、計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制、傳感器等多種學(xué)科的先進(jìn)技術(shù)。由于工業(yè)機(jī)械手具有各種特性和優(yōu)點(diǎn)，可以更好的服務(wù)于我們的學(xué)習(xí)和生活。被廣泛運(yùn)用與生物科技和生產(chǎn)制造以及醫(yī)學(xué)技術(shù)上等。 美國(guó)的科學(xué)家曾對(duì)傳統(tǒng)觀念上的機(jī)器人進(jìn)行了更深的解讀，突破了傳統(tǒng)，打破了就觀念，提出了機(jī)器人不應(yīng)該僅僅局限于模仿人的形狀，只要是可以控制并能夠代替人類完成我們生產(chǎn)、生活所需工作即可。隨著科技技術(shù)的進(jìn)步，在實(shí)際生產(chǎn)制造和我們?nèi)粘Ｉ钪?，能?jiǎn)單代替人工完成工作的機(jī)器人已經(jīng)滿足不了人類 的需求，現(xiàn)代的機(jī)器人的發(fā)展成為一種擁有人類敏捷反應(yīng)、分析判斷能力和機(jī)器本身可在惡劣環(huán)境中保持高精度并持續(xù)工作的特長(zhǎng)于一身的電子機(jī)械裝置。因?yàn)楝F(xiàn)代社會(huì)的迅速發(fā)展，現(xiàn)代機(jī)器人在制作業(yè)中運(yùn)用越來(lái)越廣泛，與此同時(shí)研發(fā)出來(lái)了各種機(jī)器人應(yīng)用于除制造業(yè)以外的各行各業(yè)，例如服務(wù)型機(jī)器人、農(nóng)業(yè)機(jī)器人、水下探測(cè)機(jī)器人、醫(yī)療應(yīng)用機(jī)器人、軍事機(jī)器人等等。工業(yè)機(jī)器人是機(jī)器人在工業(yè)生產(chǎn)中的運(yùn)用尤為重要，尤其是可在高溫高壓、多粉多塵、易燃易爆、放射性等惡劣環(huán)境以及笨重單調(diào)、操作頻繁中代替人類完成工作，如電焊、氬弧焊、裝配、搬運(yùn)、上下料、 激光加工等等，對(duì)提高生產(chǎn)效率、保證產(chǎn)品質(zhì)量、改善工作環(huán)境起到了重要的作用，所以得到人類日益的青睞。而多自由度關(guān)節(jié)型機(jī)械手是工業(yè)機(jī)器人的一個(gè)重要部分，通常由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)和控制系統(tǒng)以及傳感器裝置構(gòu)成，是模仿人類手部進(jìn)行工作的，可以按照給定的程序進(jìn)行自動(dòng)控制，可以完成可重復(fù)的動(dòng)作，可以在三維空間實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓取、搬運(yùn)等各種動(dòng)作。本設(shè)計(jì)正是研究工業(yè)上下料多自由度關(guān)節(jié)型機(jī)械手。 械手的發(fā)展動(dòng)態(tài) 隨著科技的不斷進(jìn)步發(fā)展，機(jī)械手的性能也不斷升級(jí)，從可以重復(fù)指定動(dòng)作發(fā)展到可以通過(guò)運(yùn)用傳感技術(shù)對(duì)某些外面的信息進(jìn)行反饋 調(diào)節(jié)的感覺(jué)型機(jī)械手，再到可以買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 2 像人一樣根據(jù)理解與感知進(jìn)行判斷不同環(huán)境的變化，并且可以順利完成任務(wù)的智能機(jī)器人。這個(gè)發(fā)展的過(guò)程標(biāo)志著人類文明的不斷進(jìn)步和發(fā)展，現(xiàn)在智能機(jī)器人仍然處于實(shí)驗(yàn)研究的階段。 機(jī)器人誕生于美國(guó)，并且美國(guó)的機(jī)器人技術(shù)在機(jī)器人發(fā)展中一直保持著世界領(lǐng)先水平。 1958 年美國(guó)研制出第一臺(tái)機(jī)械手。但在 1967這個(gè)時(shí)間段美國(guó)的機(jī)器人技術(shù)發(fā)展處于初級(jí)階段，這是因?yàn)闄C(jī)器人適應(yīng)性差以及造價(jià)非常昂貴以及政府并不是太重視機(jī)器人的發(fā)展，最后導(dǎo)致美國(guó)機(jī)器人的發(fā)展比較緩慢。隨著科技的發(fā)展，為了迎合市場(chǎng)的多變 性以及高效的生產(chǎn)，美國(guó)的各個(gè)部門開始重視機(jī)器人的發(fā)展，研發(fā)出了比較自動(dòng)化的機(jī)器人，并且主動(dòng)的推廣機(jī)器人技術(shù)。 德國(guó)是從 1970 年開始應(yīng)用的機(jī)械手。重點(diǎn)用于在運(yùn)輸貨物、上下料、焊接等工作。日本、瑞士等國(guó)也開始重視機(jī)械手的研究。尤其是日本，日本的機(jī)器人發(fā)展過(guò)程主要分為三個(gè)階段，（ 1） 20 世紀(jì) 60 年代萌芽期，（ 2） 70 年代的實(shí)際應(yīng)用階段（ 3）80 年代的推廣和提高階段。日本首先引進(jìn)美國(guó)的機(jī)器人，后來(lái)美國(guó)與日本達(dá)成了技術(shù)合作協(xié)議，引進(jìn)了日本的機(jī)器人，在短短的幾年時(shí)間里日本在機(jī)器人這一領(lǐng)域發(fā)生了巨大的反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)了真正的 國(guó)產(chǎn)化。 工業(yè)機(jī)器人發(fā)展得很快，發(fā)展至今在國(guó)際上主要是歐系和日系的機(jī)器人占主導(dǎo)地位。歐系中主要有瑞典的 國(guó)的 司等，日系中主要包括不二越、川崎、安川、松下、 司等，這些公司的產(chǎn)品都比較先進(jìn)。 從 20 世紀(jì) 70 年代開始，我國(guó)機(jī)器人的發(fā)展大概包括一下三個(gè)階段：第一階段為70 年代的搖籃期，我國(guó)在 1972 年開始研發(fā)自己的產(chǎn)品，在 1980 年制作出來(lái)第一臺(tái)機(jī)器人的樣機(jī)。第二階段為 80 年代的發(fā)展期，在改革開放的影響下，隨著高新技術(shù)的不斷發(fā)展以及國(guó)家對(duì)科技研究的大力支持，我國(guó)的機(jī)器人技術(shù) 受到了社會(huì)各界的大力支持和高度的關(guān)注。第三階段為 90 年代的適用期，在我們國(guó)家經(jīng)濟(jì)等各個(gè)方面的不斷發(fā)展以及在高新技術(shù)的大力沖擊下，我國(guó)工業(yè)機(jī)器人的研發(fā)有了質(zhì)的飛躍，通過(guò)不斷地實(shí)踐操作研制出了適用于上下料、搬運(yùn)、裝配、裝卸等各種工業(yè)機(jī)器人。 我國(guó)工業(yè)機(jī)器人發(fā)展事件 年代 事件 1980 研制成中國(guó)第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人樣機(jī) 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 3 年代 事件 1985 中國(guó)第一臺(tái)水下機(jī)器人“海人一號(hào)” 1986 中國(guó)第一臺(tái)下水機(jī)器人深海實(shí)驗(yàn)成功 1988 中國(guó)第一臺(tái)中型水下機(jī)器人投入使用 1989 水下機(jī)器人首次出口于美國(guó) 1990 中國(guó)第一臺(tái)通用工業(yè)機(jī)器人控制器研制成功 1992 第一次運(yùn)用于柔性制造 1993 中國(guó)唯一的國(guó)家工程研究中心成立主要用于研究機(jī)器人技術(shù) 1994 中國(guó)第一臺(tái)高壓水切割機(jī)器人投入使用（ 5R） 1994 中國(guó)第一臺(tái) 1000 米水下機(jī)器人海試成功 1995 中國(guó)第一臺(tái)點(diǎn)焊機(jī)器人開發(fā)成功（ 4R） 1995 自主開發(fā) 術(shù)出口韓國(guó) 1995 中國(guó) 第一臺(tái) 6000 米水下機(jī)器人海試成功（ 1997 自主版權(quán)的高性能機(jī)器人控制器批量生產(chǎn) 1997 自主開發(fā)的沖壓自動(dòng)化線用于一汽大眾生產(chǎn)線 1998 中國(guó)第一臺(tái)激光加工機(jī)器人研發(fā)成功 械手的分類 機(jī)械手一般分為三類：（ 1）無(wú)需人工參與操作的一般機(jī)械手。是一種獨(dú)立的、不需要依附屬于主機(jī)的裝置。根據(jù)編制程序來(lái)完成各項(xiàng)規(guī)定的操作。它的優(yōu)點(diǎn)是具有普通的機(jī)械性能以外，同時(shí)還具有普通機(jī)械、擁有智能記憶的三元機(jī) 械。（ 2）需要人工參與操作的，叫做操作機(jī)。起源于與軍事有關(guān)的工業(yè)，首先通過(guò)操作機(jī)來(lái)完成特定的工作，然后發(fā)展到用無(wú)線電信號(hào)操作機(jī)來(lái)進(jìn)行探測(cè)工作等。在工業(yè)中用的鍛造 操作機(jī)也屬于這一范圍。（ 3）是用專用機(jī)械手，主要依屬于數(shù)控機(jī)床或生產(chǎn)線上，用來(lái)解決數(shù)控機(jī)床上下料和工件配送。為附屬的主機(jī)服務(wù)的，并由主機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)；其工作程序通常是固定的，所以是專用的。本次設(shè)計(jì)的機(jī)械手就屬于第三類機(jī)械手。 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 4 題研究的意義 工業(yè)機(jī)器人開始運(yùn)用于汽車制造業(yè)中，充分發(fā)揮人的各個(gè)功能，代替人完成壞境惡劣的工作，以及人類無(wú)法完成 的工作，但目前，在國(guó)內(nèi)工業(yè)生產(chǎn)整體的自動(dòng)化程度相對(duì)較差，工件上下料生產(chǎn)線的自動(dòng)化技術(shù)水平低下是主要原因之一。我國(guó)的很多工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)的工件是由人手工完成的，再生產(chǎn)過(guò)程中存在相當(dāng)大的安全隱患，其生產(chǎn)效率也較低，而且成本費(fèi)用很高，原材料的消耗也大，對(duì)企業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步都有巨大的影響。對(duì)于生產(chǎn)設(shè)備自動(dòng)化程度較高的工業(yè)車間，研發(fā)一套較好的自動(dòng)生產(chǎn)線可以有效的提高企業(yè)的生產(chǎn)效率，上下料的搬運(yùn)關(guān)節(jié)型機(jī)械手是自動(dòng)化生產(chǎn)線開發(fā)的核心組成部分，本文就主要對(duì)自動(dòng)生產(chǎn)線中上下料的機(jī)械手進(jìn)行設(shè)計(jì)和研究，其流程圖如下： 圖 下料流程圖 該設(shè)計(jì)對(duì)提高生產(chǎn)效率，改善產(chǎn)品質(zhì)量，提高原材料的利用率，避免工人出現(xiàn)安全隱患具有深遠(yuǎn)的意義。買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 5 第二章 機(jī)械手結(jié)構(gòu)原理和工作要求分析 械手結(jié)構(gòu)原理及工作要求 該設(shè)計(jì)的機(jī)械手在滿足工作任務(wù)要求的前提下還要保證機(jī)械手爪可以精確的到達(dá)指定位置。在運(yùn)送工件的過(guò)程中需要保證運(yùn)動(dòng)的靈活性和連續(xù)性 ，所以在設(shè)計(jì)時(shí)需要減輕重量、減少自身體積，簡(jiǎn)化傳動(dòng)裝置但要保證傳動(dòng)的穩(wěn)定性。本文設(shè)計(jì)的關(guān)節(jié)型機(jī)械手在上下料工作中主要技術(shù)參數(shù)： 自由度數(shù)目： 5 個(gè) 坐標(biāo)形式：垂直關(guān)節(jié)型 額定載荷： 5大活動(dòng)半徑： 1200據(jù)主要技術(shù)參數(shù)和通過(guò)查閱相關(guān)的資料進(jìn)行分析研究，本設(shè)計(jì)采用 5R 關(guān)節(jié)型的結(jié)構(gòu)， 其結(jié)構(gòu)原理簡(jiǎn)圖如下： 圖 節(jié)型機(jī)械手的結(jié)構(gòu)原理簡(jiǎn)圖 該關(guān)節(jié)型機(jī)械手由五部分組成。分別為基座、大臂、小臂、腕部、手爪。各部分的驅(qū)動(dòng)方式如下： （ 1） 基座回轉(zhuǎn)的腰關(guān)節(jié)：由安裝在基座內(nèi)的電機(jī)帶動(dòng)整個(gè)機(jī)械手作 360 度的旋轉(zhuǎn)運(yùn)買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 6 動(dòng)。 （ 2） 大臂回轉(zhuǎn)的肩關(guān)節(jié)：由伺服交流電機(jī)帶動(dòng)齒輪減速器運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)大臂以上的結(jié)構(gòu)繞肩關(guān)節(jié)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，即產(chǎn)生俯仰運(yùn)動(dòng) 。 （ 3） 小臂回轉(zhuǎn)的肘關(guān)節(jié)：由伺服交流電機(jī)帶動(dòng)齒輪減速器運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)大臂以上的整體作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，即產(chǎn)生俯仰運(yùn)動(dòng)。 （ 4） 腕部腕關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)：由腕內(nèi)部的伺服電機(jī)帶動(dòng)機(jī)械手作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，即回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 （ 5）腕部腕關(guān)節(jié)的上下運(yùn)動(dòng)：由腕內(nèi)部的交流伺服電機(jī)帶動(dòng)腕整體作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，即 俯仰運(yùn)動(dòng)。 該關(guān)節(jié)型機(jī)械手的 5 個(gè)自由度，分別為：底座作 360 度的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；大臂的旋轉(zhuǎn) 運(yùn)動(dòng)（左右運(yùn)動(dòng)）；小臂的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（上下運(yùn)動(dòng)）；腕部的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（手爪轉(zhuǎn)動(dòng)）；腕 部的上下運(yùn)動(dòng)。 械手機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析 5 個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副串聯(lián)成的，一端固定在基座上，另一端裝有抓取工件用的機(jī)械手爪。通過(guò)驅(qū)動(dòng)器來(lái)驅(qū)動(dòng)各個(gè)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)使機(jī)械手按照提前設(shè)定的運(yùn)動(dòng)軌跡實(shí)現(xiàn)上下料運(yùn)動(dòng)。 機(jī)械手的機(jī)構(gòu)組成有 5 個(gè)連桿和 5 個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)，各個(gè)連接桿件包括腰部、大小手臂、腕部、手爪。假設(shè)腰部為 1 個(gè)連桿、大小手臂分別為 2、 3 連桿，腕部為 4 連桿，手爪為 5 連桿，基座不看做連桿，假設(shè)為 0 連桿，其中關(guān)節(jié) 2、關(guān)節(jié) 3、關(guān)節(jié) 4 可以使其機(jī)械手的工作空間形成靈活空間。 1 關(guān)節(jié)連接 1連桿于基座 0,2 關(guān)節(jié)連接 2 連桿于 1 連桿， 3 關(guān)節(jié)連接 3 連桿于 2 連桿， 4 關(guān)節(jié)連接 4 連桿與 3 連桿 ， 5 關(guān)節(jié)連接 5連桿與 4 連桿。機(jī)械手初位圖如下： 圖 械手的初位圖 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 7 在機(jī)械手上建立各個(gè)坐標(biāo)系分別與各連桿固定連接，如下圖所示： 圖 各連桿固定連接空間坐標(biāo)系 圖 i 為繞 轉(zhuǎn)時(shí)22 、分別為 1 連桿、 2 連桿和 3 連桿的長(zhǎng)度。根據(jù)圖中對(duì)機(jī)械手的建立的各坐標(biāo)系進(jìn)行分析得出各關(guān)節(jié)變量和各參數(shù)如下表所示。 表 械手連桿參數(shù)和關(guān)節(jié)變量 i(關(guān)節(jié)數(shù)） 1i i關(guān)節(jié)變化范圍 1 0 0 0 1 180180 2 0 90 2d 2 9090 3 2a 0 0 3 1800 4 3a0 0 4 18090 5 0 90 0 5 180180 表中：11i x i 到的距離單位為毫米； 11i x i 到的角度單位為度； 方向測(cè)量的i 到的距離單位為毫米； 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 8 軸旋轉(zhuǎn)的i 到的角度單位為度。 第 1、 2 和 3 關(guān)節(jié)主要用來(lái)確定機(jī)械手的末端執(zhí)行器在空間的位置，關(guān)節(jié) 4、 5組成手腕機(jī)構(gòu)用來(lái)確定末端執(zhí)行器的姿態(tài)。 械手上下料工作空間軌跡分析 在機(jī)械手完成上下料的任務(wù)之前，要根據(jù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)機(jī)械手 的操作步驟、運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行預(yù)期估計(jì)，要考慮到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際工作情況，比如有時(shí)需要躲避障礙物等。按照工業(yè)機(jī)械手的作業(yè)方式可分為點(diǎn)位走也機(jī)械手和路徑連續(xù)運(yùn)動(dòng)機(jī)械手， 5R 關(guān)節(jié)型機(jī)械手實(shí)現(xiàn)上下料的運(yùn)動(dòng)屬于點(diǎn)到點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)，所以需要描述出機(jī)械手末端執(zhí)行器的起始位置姿態(tài)和目標(biāo)位置和姿態(tài)。 本次設(shè)計(jì)選在直角坐標(biāo)系中先確定機(jī)械手運(yùn)動(dòng)軌跡的方程，在將直角坐標(biāo)軌跡轉(zhuǎn)換成關(guān)節(jié)空間中各關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)軌跡，并在空間中用曲線擬定運(yùn)動(dòng)曲線。在這其中需要保證機(jī)械手運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性。上下料空間工作路徑如圖 下料空間工作路徑圖 機(jī)械手各桿的結(jié)構(gòu)尺寸由工作空間確定，本設(shè)計(jì)確定的五自由度關(guān)節(jié)型機(jī)器人的 具體結(jié)構(gòu)和主要尺寸如圖 示 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 9 圖 械手的主要尺寸買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 10 第三章 機(jī)械手各關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 爪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 爪的設(shè)計(jì)要求 因?yàn)橐瓿缮舷铝系墓ぷ?，所以手爪的手指間要張開一定的角度；要保持夾持位置的精度；可以保證工件的準(zhǔn)確定位；滿足一定的剛度和強(qiáng)度；滿足上下料要求的夾持力；在滿足上述要求的同時(shí)應(yīng)使機(jī)械手手爪的結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、緊湊、 重量較輕，這樣可以減輕手臂的載荷 。 爪的分類 按不同的原理，可分為多種類型的手爪：機(jī)械手爪、磁力吸盤、真空式吸盤。 爪結(jié)構(gòu)形式的確定 圖 械手爪結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 手爪的結(jié)構(gòu)形式與質(zhì)量主要取決與工件的形狀與質(zhì)量。本次采用的機(jī)械手爪如圖為氣動(dòng)式 V 字型手爪。 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 11 腕的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 械手腕設(shè)計(jì)的要求 手腕的設(shè)計(jì)要求：由于腕部位置在手臂的末端，所以為了減輕手臂的負(fù)荷，應(yīng)該盡量讓腕部有結(jié)構(gòu)緊湊的部 件，盡量減少其重量與體積；合理的選擇腕部的自由度數(shù)；提高腕部的精度與傳動(dòng)的剛度，減少機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中由于間隙產(chǎn)生的反轉(zhuǎn)誤差。 該機(jī)械手的腕部結(jié)構(gòu)采用兩自由度，分別為手爪的轉(zhuǎn)動(dòng)與腕關(guān)節(jié)的擺動(dòng)，從而滿足上下料作業(yè)時(shí)的工作空間要求。將腕關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)放置在小臂內(nèi)可以使腕部的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊。通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)腕部結(jié)構(gòu)繞腕關(guān)節(jié)軸實(shí)現(xiàn)擺動(dòng)。 腕結(jié)構(gòu)形式的確定 圖 腕內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 如圖夾持臂通過(guò)伺服電機(jī)為動(dòng)力繞自身旋轉(zhuǎn)，伺服電機(jī)帶動(dòng)同步 齒形帶轉(zhuǎn)動(dòng)，然后通過(guò)多級(jí)錐齒輪帶動(dòng)夾持臂的轉(zhuǎn)動(dòng)。 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 12 臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 臂的設(shè)計(jì)要求 臂部的設(shè)計(jì)要求：（ 1）臂部的結(jié)構(gòu)和尺寸應(yīng)該滿足設(shè)計(jì)任務(wù)所需要的工作空間要求；（ 2）根據(jù)手臂所受額定載荷，較合理的通過(guò)手臂的截面形狀選擇強(qiáng)度高、質(zhì)量輕的材料；（ 3）為了減少驅(qū)動(dòng)裝置的負(fù)荷，應(yīng)盡量減少手臂重量和相對(duì)其關(guān)節(jié)回轉(zhuǎn)軸的力矩與轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；（ 4）為了提高運(yùn)動(dòng)速度，應(yīng)減少運(yùn)轉(zhuǎn)的沖擊和動(dòng)載荷；（ 5)為了提高運(yùn)動(dòng)精度和剛度，定位精度，應(yīng)減少間隙引起的運(yùn)動(dòng)誤差。 本設(shè)計(jì)機(jī)械手的大臂與小臂的結(jié)構(gòu)采用兩自由度，分別為大 臂與小臂的兩個(gè)俯仰自由度，從而滿足上下料搬運(yùn)作業(yè)時(shí)所要求的空間任務(wù)?？紤]到其性能參數(shù)和需要完成的任務(wù)要求本設(shè)計(jì)選用鋁合金材料。考慮轉(zhuǎn)矩、慣性和平衡性要求，為了實(shí)現(xiàn)機(jī)械手大臂與小臂圍繞各自關(guān)節(jié)的俯仰運(yùn)動(dòng)，將各關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)源分別放在前一關(guān)節(jié)處，這樣就能通過(guò)傳動(dòng)裝置帶動(dòng)大、小臂繞各自關(guān)節(jié)軸實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)。 、小手臂的結(jié)構(gòu) 機(jī)械手臂包括以下幾部分結(jié)構(gòu)：臂桿、傳動(dòng)裝置、驅(qū)動(dòng)裝置、定位裝置連接裝置及檢測(cè)裝置。按其運(yùn)動(dòng)形式分為： 手臂俯仰運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu) 機(jī)械手的俯仰運(yùn)動(dòng)可通過(guò)液壓缸和連桿組合來(lái)達(dá)到目的，也可以直接通 過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)大臂作俯仰運(yùn)動(dòng)。 臂結(jié)構(gòu)形式的確定 圖 臂的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 13 小臂的作用是連接大臂與腕關(guān)節(jié)，也是使腕關(guān)節(jié)實(shí)現(xiàn)擺動(dòng)的重要零件。可以將驅(qū)動(dòng)腕關(guān)節(jié)作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與俯仰運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)伺服電機(jī)安裝在小臂內(nèi)部。從而達(dá)到運(yùn)動(dòng)目的。 座結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 座結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求 基座設(shè)計(jì)的要求：由于基座承受著機(jī)械手的全部重量，運(yùn)動(dòng)部分全安裝在基座，所以要求有足夠大的安裝基面，保證搬運(yùn)工作時(shí)的整體穩(wěn)定性；要有足夠高的強(qiáng)度和剛度保證其承載能力。其材料選用鑄鐵或鑄鋼材料制成。 臂后箱體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 小臂后箱體的作用：一方面起連接大臂與小臂的作用，另一方面安裝在小臂后箱體內(nèi)部的伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)小臂繞自身軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 小臂后箱體結(jié)構(gòu)形式的確定： 圖 臂后箱體結(jié)構(gòu)圖 桿結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 連桿的作用：一方面起連接大臂與小臂的作用，另一方面能夠使小臂的運(yùn)動(dòng)范圍買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 14 更大，轉(zhuǎn)動(dòng)的更加靈活。 連桿結(jié)構(gòu)形式的確定： 圖 接桿件的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 15 第四章 機(jī)械手關(guān)鍵軸的校核 部輸入軸的結(jié)構(gòu) 初步確定于從動(dòng)輪相連接的軸的直徑，由公式： 30 選擇其軸的材料腕為 45鋼，經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)處理，查表知0A=112。 將 P= =n=3000r/帶入上式，得 選取 0 ； 輸入軸軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖 部輸入軸的校核 帶輪傳遞給軸的的扭轉(zhuǎn)力矩為： 549 （ 4 力矩 和 /F 傳送的，應(yīng)有 /()2 （ 4 / 2 329 （ 4 已知： / 2 5 N 求得 F=， F=12 N 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 16 齒輪法向力 nF=5N。 （ 4 X 軸簡(jiǎn)化后，在軸線上的橫向力F、 /F 引起變形，然后分解成 X、 Y 軸的分量，結(jié)果如下： /c o s 2 0 4 2 . 2t a n 2 0 c o s 4 5 1 0 . 9t a n 2 0 s i n 4 5 1 0 . 9c o s 1 . 9 c o s 2 . 5 2 5 . 7 8s i n 1 . 9 s i n 2 . 5 0 . 9 3 F F F F N 做扭矩圖如下 ,可判定危險(xiǎn) 截面為 B，見下圖： 在截面 矩 分別為 ： 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 17 220 . 9 50 . 5 7 N 與第三強(qiáng)度理論進(jìn)行校核，得 222235 7 0 ( 0 . 6 9 5 0 )1 ( ) 4 . 6 7 ( )0 . 1 1 2 T M P a 材料為 45 鋼，經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)處理，由手冊(cè)可查 1 60M P a ，根據(jù) 1 ，故安全。 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 18 第五章 機(jī)械手動(dòng)力參數(shù)的計(jì)算 服電機(jī)的選型 相對(duì)于工業(yè)機(jī)械手這種機(jī)電一體化的產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，伺 服系統(tǒng)是非常重要的。要求伺服系統(tǒng)具有較快的速度，較高的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，即輸出量準(zhǔn)確可以迅速的響應(yīng)指令輸入量的變化。按照控制原理可分為開環(huán)、半閉環(huán)、閉環(huán)三大類。開環(huán)伺服系統(tǒng)的執(zhí)行元件大多采用步進(jìn)電機(jī)，閉環(huán)伺服系統(tǒng)的大多元件采用直流伺服電機(jī)和交流伺服電機(jī)。雖然兩者在控制方式上都是以脈沖串和方向信號(hào)來(lái)控制，但是在運(yùn)用性能和應(yīng)用場(chǎng)合上并不相同。第一，控制精度不同。交流伺服電機(jī)的控制精度是步距角為 步進(jìn)電機(jī)的脈沖當(dāng)量的 1/655，控制精度更高；第二，低頻特性不同。步進(jìn)電機(jī)在低速時(shí)易出現(xiàn)低頻振動(dòng)現(xiàn)象。交流伺服電 機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)，即使在低速時(shí)也不會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)現(xiàn)象；第三，矩頻特性不同。步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩隨轉(zhuǎn)速升高而下降，且在較高轉(zhuǎn)速時(shí)會(huì)急劇下降，所以其最高工作轉(zhuǎn)速一般在 300 600流伺服電機(jī)為恒力矩輸出，即在其額定轉(zhuǎn)速（一般為 2000 3000內(nèi)，都能輸出額定轉(zhuǎn)矩，在額定轉(zhuǎn)速以上為恒功率輸出；第四，過(guò)載能力不同。步進(jìn)電機(jī)一般不具有過(guò)載能力，而交流伺服電機(jī)具有較強(qiáng)的過(guò)載能力；第五，運(yùn)行性能不同。步進(jìn)電機(jī)的控制為開環(huán)控制，啟動(dòng)頻率過(guò)高或負(fù)載過(guò)大易出現(xiàn)丟步或堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，停止時(shí)轉(zhuǎn)速過(guò)高易出現(xiàn)過(guò)沖的現(xiàn)象 ，交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為閉環(huán)控制控制性能更為可靠；第六，速度響應(yīng)性能不同。步進(jìn)電機(jī)從靜止加速到工作轉(zhuǎn)速（一般為每分鐘幾百轉(zhuǎn)）需要 200 400毫秒。交流伺服系統(tǒng)的加速性能較好，以松下 00W 交流伺服電機(jī)為例，從靜止加速到其額定轉(zhuǎn)速 3000需幾毫秒，可用于要求快速啟停的控制場(chǎng)合。 總結(jié)上述材料，交流伺服系統(tǒng)在許多性能方面都優(yōu)于步進(jìn)電機(jī)。而本次設(shè)計(jì)的機(jī)械手要求運(yùn)行精度高，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，恒定功率輸出，有較強(qiáng)的過(guò)載能力，速度響應(yīng)快，所以選用交流伺服電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)源。 步估計(jì)機(jī)械手的質(zhì)量 計(jì)算各 部分體積與質(zhì)量 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 19 機(jī)械手的材料為鋁合金，密度為 310 3m V(基 座 )=V（底座） +V（圓柱 1） +V(線盒 )=310 3m V（回轉(zhuǎn)頭） = V（底 2） +V（ 圓柱 2） = 222 2 2l h d=310 3m M (回轉(zhuǎn)頭 )=310 310 =(下臂 )=(=310 3m M (下臂 )= 310 310 =(上臂后箱體 )= + 0 7 =310 +310 =310 3m M （上臂后箱體） = (上臂 )= =310 3m V(減速器 )= 2=( =310 3m M (減速器 )= 、 S、 1M=7 2M=3T、 3M=機(jī)械手質(zhì)量 M = M (機(jī)座 )+ M （回轉(zhuǎn)頭） + M （下臂） + M （上臂后箱體） + M（上臂） +M （電機(jī)） +M （減速器） =文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 20 算各個(gè)軸的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩 轉(zhuǎn)速與角速度之間關(guān)系為： n=602 w（ 5 由 5各軸轉(zhuǎn)速： 2 2 2 2 2 2 軸的轉(zhuǎn)矩： 11 1 . 2U U L G L （ 5 =(7 ( 中 G 為物體重量，1 軸距離，1安全系數(shù)。 1 f T （ 5 = 1 . 2G u r G l =(7 ( 中軸摩擦力矩，u 為摩擦系數(shù)， l 為重物重心到手腕水平軸線的距離。 1 L （ 5 =7 文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 21 =中軸的距離。 11 1 f T （ 5 =中1 (7 T=7 ( ( 算伺服電機(jī)的功率 功率計(jì)算公式為： P T W （ 5 R R W=P= P = P =T P= P = 服電機(jī)采用安川電機(jī)，根據(jù)下表選取 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 22 U 軸采用 軸采用 軸采用 軸采用 軸采用 軸采用 其相應(yīng)配套伺服驅(qū)動(dòng)器型號(hào) U 軸 機(jī)選用 軸機(jī)選用 軸 機(jī)選用 軸機(jī)選用 軸 機(jī)選用 軸機(jī)選用 齒輪設(shè)計(jì) 輪精度、材料 機(jī)械手運(yùn)行要求平穩(wěn)而且有的地方轉(zhuǎn)速較高，所以選用 6 級(jí)精度，主動(dòng)輪采用40過(guò)調(diào)質(zhì) )，硬度為 280 動(dòng)輪材料為 45 鋼 (經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì) )，硬度為 240 者材料的硬度差為 40 齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核 由設(shè)計(jì)計(jì)算公式進(jìn)行 計(jì)算： 2 131 22 . 9 2 ( ) ( 1 0 . 5 ) Td u （ 5 計(jì)算 各式中未知量的數(shù)值： （ 1） H li S （ 5 通過(guò)機(jī)械手冊(cè)可知主動(dòng)輪與從動(dòng)輪的疲勞極限分別為： 1H=540 2H=517 2）彈性影響系數(shù)： 1 21 8 9 . 8 P a買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 23 （ 3）計(jì)算載荷系數(shù) K 由公式 a（ 5 得 K= 4）齒寬系數(shù)R取 1/3 （ 5）主動(dòng)輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 : 59 5 . 5 1 0 / 1 1 2 . 3T P n N 齒 輪綜上可求得：1 m m初取1d=40 6）校核，由公式： 1 2315 ( 1 0 . 5 ) （ 5 求得： 2 3 7 . 5P ， 符合要求。 齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算： 13 2 2 214(1 0 . 5 ) 1S a F （ 5 計(jì)算式中各未知量的數(shù)值： （ 1）計(jì)算彎曲疲勞應(yīng)力 F： F N F S （ 5 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可得主動(dòng)輪與從動(dòng)輪的接觸許用應(yīng)力分別為： 1F=2F= 2）求主從動(dòng)輪的齒形系數(shù)和應(yīng)力校正系數(shù)： 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 24 將以上數(shù)值帶入，可得： m= m= 3）校核： 由公式： (1 0 . 5 )t F a S Y （ 5 得 1 7 . 4 6 a 3 1 0 . 7 M P P ，符合要求。 齒輪參數(shù)計(jì)算 選擇齒形角 =20； 齒頂高系數(shù) * 1； 頂隙系數(shù) * ； 端面模數(shù) m= 齒數(shù)比為 1： 1； 設(shè)小齒輪的齒數(shù)1 16Z ，變位齒數(shù)120，120； 分錐角為 45； 小齒輪的分度圓直徑： 11d 6 40 （ 5 大齒輪的分度圓直徑： 22 2 . 5 1 6 4 0d m z 齒寬系數(shù) 13R ； 齒寬： （ 5 齒頂高： *1 2 1( ) 2 . 5a a ah h h x m （ 5 齒根高： 1 2 1 2 5 . 5 2 . 5f f a ah h h h h h =3 （ 5 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 25 齒頂圓直徑： 1 2 1 1 12 c o s 4 0 2 2 . 5 c o s 4 5a a ad d d h = （ 5 步帶輪的設(shè)計(jì) 步齒形帶傳動(dòng)計(jì)算