平面關(guān)節(jié)型機械手設(shè)計畢業(yè)設(shè)計

1、平面關(guān)節(jié)型機械手設(shè)計目錄第1章緒論1第2章機械手整體方案設(shè)計21. 整體方案分析22. 整體結(jié)構(gòu)分析3第3章機械手整體結(jié)構(gòu)設(shè)計6機械手手部設(shè)計6移動關(guān)節(jié)的設(shè)計9小臂的設(shè)計11大臂的設(shè)計16機身的設(shè)計18終止語 21參考文獻22平面關(guān)節(jié)型機械手設(shè)計第一章緒論隨著我國工業(yè)生產(chǎn)的飛躍進展，自動化程度的迅速提高，實現(xiàn)工件的裝卸、 轉(zhuǎn)向、輸送或籌劃焊槍、噴槍、扳手等工具進行加工、裝配等作業(yè)的自動化， 已愈來愈引發(fā)人們的重視。機械手是仿照著人手的部份動作，給定程序、軌跡和要求實現(xiàn)自動抓取、 搬運或操作的自動機械裝置。在工業(yè)生產(chǎn)中應用的機械手被稱為“工業(yè)機械手”。 生產(chǎn)中應用實現(xiàn)平安生產(chǎn)；尤其在高溫、高壓、

2、低溫、低壓、粉塵、易爆、有 毒氣體和放射性等惡劣環(huán)境中，它代替人進行正常的工作，意義更為重大。因 此，在機械加工、沖壓、鑄、鍛、焊接、熱處置、電鍍、噴漆、裝配和輕工業(yè)、 交通運輸業(yè)等方面取得愈來愈普遍的應用。機械手的結(jié)構(gòu)形式開始比較簡單，專業(yè)性較強，僅為某臺機床的上下料裝 置，是附屬于該機床的專用機械手。隨著工業(yè)技術(shù)的進展，制成了能夠獨立的 按程序操縱實現(xiàn)重復操作，利用范圍比較廣的“程序操縱通用機械手”，簡稱通 用機械手。由于通用機械手能專門快地改變工作程序，適應性較強，因此它不 斷變換生產(chǎn)品種的中小批量生產(chǎn)中取得普遍的應用。本次課程設(shè)計的平面關(guān)節(jié)型機械手是應用于上下料、搬運環(huán)類零件，從內(nèi)孔夾

3、持工件，代替人手的繁重勞動，減輕工人的勞動強度，改善勞動條件，提 高勞動生產(chǎn)率。本次課程設(shè)計是通過設(shè)計平面關(guān)節(jié)型機械手，培育綜合運用所學知識，分析問題和解決問題的能力。第二章平面關(guān)節(jié)型機械手整體方案設(shè)計平面關(guān)節(jié)型機械手又稱SCARA型裝配機械手，是Selective ComplianceAssembly Robot Arm的縮寫，意思是具有選擇柔順性的裝配機械人手臂。在水平方向有柔順性，在垂直方向有較大的剛性。它結(jié)構(gòu)簡單,動作靈活，多用于 裝配作業(yè)中，專門適合小規(guī)格零件的插接裝配，如在電子工業(yè)零件的插接、裝 配中應用普遍。平面關(guān)節(jié)型機械手整體方案分析2. 1.1設(shè)計任務本次課程設(shè)計整體設(shè)計的任

4、務是：上下料搬運機械手，3個自由度，平面 關(guān)節(jié)型；需要搬運的工件：環(huán)類零件，內(nèi)孔直徑50mm ；高150mm，厚10mm, （只能從內(nèi)孔夾持工件），材料40鋼，將工件從一條輸送線搬運到與之平行的 另一條輸送線上，（兩輸送線距離為，高度差）。本次課程設(shè)計的要緊技術(shù)參數(shù)見表表機械手類型平面關(guān)節(jié)型抓取最大重量自由度3個（2個回轉(zhuǎn)1個移動）大臂長658mm,回轉(zhuǎn)運動，回轉(zhuǎn)角240,步進電機驅(qū)動單片機控制小臂-K 564mm,回轉(zhuǎn)運動，回轉(zhuǎn)角240,步進電機驅(qū)動單片機控制移動關(guān)節(jié)氣缸驅(qū)動行程開關(guān)控制手指氣缸驅(qū)動行程開關(guān)控制3. 1.2方案選擇依照設(shè)計設(shè)計要分析出，抓取和轉(zhuǎn)動是最要緊的功能。這兩項功能實現(xiàn)

5、的 技術(shù)基礎(chǔ)是精致的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計和良好的伺服操縱驅(qū)動。本次設(shè)計確實是在這 一思維下展開的。依照設(shè)計內(nèi)容和需求確信圓柱坐標型三自由度機械人，利用 步進電機驅(qū)動和齒輪減速傳動來實現(xiàn)大臂的旋轉(zhuǎn)運動；利用另一臺步進電機驅(qū) 動小臂旋轉(zhuǎn)，從而使小臂與移動關(guān)節(jié)連在一路實現(xiàn)上下運動；考慮到本設(shè)計中 的機械人工作范圍不大，故利用氣缸驅(qū)動實現(xiàn)手臂的伸縮運動；結(jié)尾夾持器那 么采納內(nèi)撐式夾持器，用小型氣缸驅(qū)動夾緊。平面關(guān)節(jié)型機械手整體結(jié)構(gòu)分析4. 2.1結(jié)構(gòu)特點分析依照設(shè)計要求和參數(shù)表分析得出，機械手分為機身、大臂、小臂、上下移 動關(guān)節(jié)、手指部五部份組成，其中機身與大臂、大臂與小臂連接處安置電機， 小臂連接移動關(guān)節(jié)帶

6、動手指上下搬運環(huán)類工件，結(jié)構(gòu)特點實體圖如下“圖2-所 示。圖2-1結(jié)構(gòu)實體圖依如實體圖觀看及設(shè)計要求描述，繪制機構(gòu)簡圖，91為大臂回轉(zhuǎn)角，由電 動機驅(qū)動，以為小臂回轉(zhuǎn)角，移動關(guān)節(jié)上下移動，共三個自由度，簡圖如圖“2- 2”所不。由“圖2-1。及設(shè)計要求分析，大臂和小臂可回轉(zhuǎn)240度，在兩條輸送帶間工 作，將工件從一條輸送線搬運到與之平行的另一條輸送線上，分析出工作空間 如以下圖“圖2-3”所示。圖2-2機構(gòu)簡圖2. 2. 2工作原理分析本次設(shè)計的機械手大臂通過轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)與機身連接，關(guān)節(jié)處安放驅(qū)動裝置, 由電動機驅(qū)動，為提高精度采納一級齒輪聯(lián)接減速，帶動大臂轉(zhuǎn)動，速度、頻 率又單片機操縱；大臂與小

7、臂亦通過轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)連接，關(guān)節(jié)處轉(zhuǎn)配驅(qū)動裝置，結(jié) 構(gòu)與大臂關(guān)節(jié)處相同；移動關(guān)節(jié)與小臂固定連接，移動關(guān)節(jié)利用氣缸或液壓缸, 活塞桿連接手指上下移動；手指通過氣缸驅(qū)動操縱夾具指，使夾具體從內(nèi)部抓 取環(huán)類工件。傳動原理圖如以下圖“圖2-4”所示。網(wǎng)一圖2-3工作空間圖圖2-4傳動原理圖第三章平面關(guān)節(jié)型機械手整體結(jié)構(gòu)設(shè)計此處省略NNNNXNXNNNNN字。如需要完整說明書和設(shè)計圖 紙等.請聯(lián)系 扣扣：九七一九二零八零零另提供全套機械畢業(yè)設(shè) 計下載！該論文已經(jīng)通過答辯機械手手部設(shè)計工業(yè)機械手的手部是用來抓持工件或工具的部件。手部抓持工件的迅速、 準確和牢靠程度都將直接阻礙到工業(yè)機械手的工作性能，它是工業(yè)機械

8、手的關(guān) 鍵部件之一。3. 1.1設(shè)計時要注意的問題(1)手指應有足夠的夾緊力，為使手指牢靠的夾緊工件，除考慮夾持工件的 重力外，還應考慮工件在傳送進程中的動載荷。(2)手指應有必然的開閉范圍。其大小不僅與工件的尺寸有關(guān)，而且應注意 手部接近工件的運動線路及其方位的阻礙。(3)應能保證工件在手指內(nèi)準確信位。(4)結(jié)構(gòu)盡可能緊湊重量輕，以利于腕部和臂部的結(jié)構(gòu)設(shè)計。(5)依照應用條件考慮通用性。3.1.2 工件重量的計算其中g(shù)取10m/s:取 G=22 (X)3.1.3 手指夾緊力的計算(3-1)f為手指與工件的靜摩擦系數(shù)，工件材料為40號鋼，手指為鋼材，查機械零件手冊表2-5 , f二。因此產(chǎn)取

9、N=40 (N)驅(qū)動力的計算：(3-2)a圖3-10為斜面傾角，岡曰坐傳動機構(gòu)的效率，那個地址為平摩擦傳動，查機械零件手冊表2-2 |區(qū) af那個地址取,因此回取 p=50(N)活塞手抓重量的估算:艮回 r為桿的半徑，h為長度，g取lOm/s"3.1. 4氣缸的設(shè)計因為氣壓工作壓力較低，對氣動組件的材質(zhì)和精度要求較液壓底，無污染, 動作迅速反映快，保護簡單，利用平安。而且此處作使勁不大，因此選氣壓傳 動。氣缸內(nèi)型選擇：由于行程短，選單作用活塞氣缸，借彈簧復位。氣缸的計算:氣壓缸內(nèi)徑D的計算:按液壓傳動與氣壓傳動公式13-1。(3-3)D為氣缸的內(nèi)徑（m）i P為工作壓力（Pa），住屋

10、J負載率，負載率與氣缸工作壓力有關(guān)，取|囚T 查液壓傳動與氣壓傳動表13-2直 由于氣缸垂直安裝，因此取P,按液壓傳動與氣壓傳動表13-3選取32mm.活塞桿直徑d的計算:一樣國,此選按液壓傳動與氣壓傳動表13-4選取8mm 氣缸壁厚堂）計算按液壓傳動與氣壓傳動表13-5查得國房 彈簧力的F的估算：因此選擇區(qū)T的彈簧件。移動關(guān)節(jié)的設(shè)計3. 2.1驅(qū)動方式的比較機械手的驅(qū)動系統(tǒng)有液壓驅(qū)動，氣壓驅(qū)動，電機驅(qū)動，和機械傳動四種。一臺機械手能夠只用一種驅(qū)動，也能夠用幾種方式聯(lián)合驅(qū)動，各類驅(qū)動的特點見表表3-1比較內(nèi) 容驅(qū)動方式機械傳動電機驅(qū)動氣壓傳動液壓傳動異步電機， 直流電機步進或伺服 電機輸出力

11、矩輸出力矩較大輸出力可較 大輸出力矩較 小氣體壓力小， 輸出力矩小， 如需輸出力矩 較大，結(jié)構(gòu)尺 寸過大液體壓力高，可以 獲得較大的輸出力控制性 能速度可高，速度 和加速度均由機 構(gòu)控制，定位精 度高，可與主機 嚴格同步控制性能較 差，慣性 大，步易精 確定位控制性能 好，可精確 定位，但控 制系統(tǒng)復雜可高速，氣體 壓縮性大，阻 力效果差，沖 擊較嚴重，精 確定位較困 難，低速步易 控制油液壓縮性小，壓 力流量均容易控 制，可無級調(diào)速， 反應靈敏，可實現(xiàn) 連續(xù)軌跡控制體積當自由度多時， 機構(gòu)復雜，體積 液較大要油減速裝 置，體積較 大體積較小體積較大在輸出力相同的條 件下體積小維修使用維修使用

12、方便維修使用方 便維修使用較 復雜維修簡單，能 在局溫，粉塵 等惡劣環(huán)境種 使用，泄漏影 響小維修方便，液體對 溫度變化敏感，油 液泄漏易著火應用范 圍適用于自由度少 的專用機械手， 高速低速均能適適用于抓取 重量大和速 度低的專用可用于程序 復雜和運動 軌跡要求嚴中小型專用通 用機械手都有中小型專用通用機 械手都有，特別時 重型機械手多用用機械手格的小型通 用機械手成本結(jié)構(gòu)簡單，成本 低，一般工廠可 以自己制造成本低成本較高結(jié)構(gòu)簡單，能 源方便，成本低液壓元件成本較 高，油路也較復雜3. 2. 2氣缸的設(shè)計因為氣壓工作壓力較低，對氣動組件的材質(zhì)和精度要求較液壓底，無污染, 動作迅速反映快，保

13、護簡單，利用平安。而且此處作使勁不大，因此選氣壓傳 動。氣缸內(nèi)型選擇：因為活塞行程較長，往復運動，因此選雙作用單活塞氣缸, 利用緊縮空氣使活塞向兩個方向運動。初選活塞桿直徑d=12mm,估算其重量取為5N取為80氣壓缸內(nèi)徑D的計算按液壓傳動與氣壓傳動公式13-1兇(3-4)D為氣缸的內(nèi)徑(m), P為工作壓力(Pa),在營負載率，負載率與氣缸工作壓 力有關(guān)，力囚麗T 查液壓傳動與氣壓傳動表13-2 |囚1由于氣缸垂直安裝，因此取P，一樣區(qū)1,此選按液壓傳動與氣壓傳動表13-3選取40mmo一樣回=|,此選區(qū)| -扁氣缸壁厚密計算：按液壓傳動與氣壓傳動表13-5查得百星.氣缸重量的計算：其中：R

14、為氣缸外徑，r為氣缸內(nèi)徑，h為氣缸長度，g取10,哥氣缸材料密度,回取25N。小臂的設(shè)計臂部是機械手的要緊執(zhí)行部件，其作用是支撐手部和腕部，要緊用來改變 工件的位置。手部在空間的活動范圍要緊取決于臂部的運動形式。3.3.1設(shè)計時注意的問題(1)剛度要好，要合理選擇臂部的截面形狀和輪廓尺寸，空心桿比實心桿剛 度大的多,經(jīng)常使用鋼管做臂部和導向桿.用工字鋼和槽鋼左支撐板，以保證 有足夠的剛度。(2)偏重力矩要小，偏重力矩時指臂部的總重量對其支撐或回轉(zhuǎn)軸所產(chǎn)生的 力矩。(3)重量要輕，慣量要小，為了減輕運動時的沖擊，除采取緩沖外，力求結(jié) 構(gòu)緊湊，重量輕，以減少慣性力。(4)導向性要好。3. 3.3小

15、臂結(jié)構(gòu)的設(shè)計把小臂的截面設(shè)計成工字鋼形式，如此抗彎系數(shù)大，使截面面積小，從而 減輕小臂重量，使其經(jīng)濟、輕巧。初選10號工字鋼。理論重囚一較核：a小臂長為564mmo(X)取75N。其受力如以下圖:圖3-2F=75+105=180 (N)a按材料力學公式(3-5)其中h為工字鋼的高度，b為工字鋼的腰寬，Q為所受的力。因此選10號工字鋼適合。3. 3.4軸的設(shè)計計算大軸的直徑取25mm,材料為45號鋼。受力如以下圖:圖3-3驗算:F=180N因此適合。3. 3. 5軸承的選擇因為上軸承只受徑向，下軸經(jīng)受軸向力和徑向力，因此選用圓錐滾子軸承, 按機械零件手冊表9-6 - 1 (GB 297-84 )

16、選7304E , d=25mm , 軸承的校核：因為此處軸承做低速的擺動，因此其失效形式是，接觸應力過大，產(chǎn)生永 久性的過大的凹坑（即材料發(fā)生了不許諾的永久變形），按軸承靜載能力選擇的 公式為：機械設(shè)計13-17 舊一”f其中國內(nèi)當量靜載荷，回為軸承靜強度平安系數(shù)，取決于軸承的利用條件。 按機械設(shè)計表3-8作擺動運動軸承，沖擊及不均勻載荷，國三習此處取。上軸經(jīng)受純徑向載荷,舊一因此|回因此軸承適合。下軸經(jīng)受徑向和軸向載荷,|國1 ；R為徑向載荷；A為軸向載荷；X Y別離為徑向軸向載荷系數(shù)，其值按機械設(shè)計表13 - 5查取因為|網(wǎng)因此畫叫巨時畫 -因此回因此軸承適合，小軸經(jīng)受力很小，因此不用校核

17、。3. 3.6軸承摩擦力矩的計算：若是 眄力（C為大體額定動載荷，P為所受當量動載荷），可按機械 設(shè)計手冊第二版公式：岡_一十估算其中:Egp轉(zhuǎn)動軸承摩擦因數(shù)，F(xiàn)為軸承載荷，d為軸承內(nèi)徑。查表機械設(shè)計手冊第二版表得叵三三寸。3,因此也能夠用此公式估算。因此I區(qū)I查表機械設(shè)計手冊第二版表得叵三三）;因,因此也能夠用此公式估算因此I區(qū)I因因為摩擦力矩小于，因此忽略不計。3. 3. 7驅(qū)動選擇因為所需驅(qū)動力小，精度要求不很高，因此選擇操縱方便，輸出轉(zhuǎn)角無長 期積存誤差的步進電機。步進電機的選擇：步距角要小，要知足最大靜轉(zhuǎn)矩，因為轉(zhuǎn)速低不考慮矩 頻特性，按機電綜合設(shè)計指導表2-11 BF反映式步進電動

18、機技術(shù)參數(shù)表查 取，選45BF005國其要緊參數(shù)如下：步矩角度，電壓27伏，最大靜轉(zhuǎn)矩，質(zhì)量，外徑45mm，長度58mm，軸徑4mm。精度險證：0能夠知足精度要求，為了提高精度，采納一級齒輪傳動囚”15。回的齒數(shù)為20,國的齒數(shù)為70。按機械原理表8-2標準模數(shù)系列表(GB1357-87)取取回三.貝I區(qū)I舊網(wǎng)一國齒輪寬度計算：按機械設(shè)計表10-7圓柱齒輪的齒寬度系數(shù)國j兩支承相對小齒輪 作對稱布置取一，此處取1。則I回為了避免兩齒輪因裝配后軸向稍有錯位而致使嚙合齒寬減少，要適當加寬, 因此取24mmo大臂的設(shè)計3.4.1 結(jié)構(gòu)的設(shè)計把大臂的截面設(shè)計成工字鋼形式，如此抗彎系數(shù)大，使截面面積小，

19、從而 減輕小臂重量，使其經(jīng)濟、輕巧。，小臂選14號工字鋼。理論重因 長為658mm。較核：a(N)取 140N其受力如圖:圖3-4F=75+105+140=320 (N)按材料力學公式(3-6)其中h為工字鋼的高度，b為工字鋼的腰寬，Q為所受的力。依照0 .一因此選10號工字鋼適合。3.4.2 軸的設(shè)計計算 軸的直徑取25mm,材料為45號鋼。其受力如以下圖:圖3-5驗算：3F二320Na因此適合。3. 4. 3軸承的選擇大軸軸承的選擇：因為上軸承只受徑向，下軸經(jīng)受軸向力和徑向力，因此 選用圓錐滾子軸承，按機械零件手冊表9-6-1 (GB 297-84)選7304E, d二2。咂 |j * I

20、eo軸承的校核因為此處軸承做低速的擺動，因此其失效形式是，接觸應力過大，產(chǎn)生永 久性的過大的凹坑(即材料發(fā)生了不許諾的永久變形)，按軸承靜載能力選擇的 公式為：機械設(shè)計13T7f其中回內(nèi)當量靜載荷，國為軸承靜強度平安系數(shù)，取決于軸承的利用條 件。按機械設(shè)計表3-8作擺動運動軸承，沖擊及不均勻載荷,|回一.一一二此處。上軸經(jīng)受純徑向載荷,舊因此I區(qū)因此軸承適合。下軸經(jīng)受徑向和軸向載荷,I區(qū)1;R為徑向載荷；A為軸向載荷；x Y別離為徑向軸向載荷系數(shù)，其值按機械設(shè)計表13 - 5查取因為|網(wǎng) ；因此兇麗國詢*國 因此國 因此軸承適合，小軸經(jīng)受力很小，因此不用校核。3.4.4軸承摩擦力矩的計算若是

21、H （c為大體額定動載荷，P為所受當量動載荷），可按機械 設(shè)計手冊第二版公式：岡十估算其中:國旅轉(zhuǎn)動軸承摩擦因數(shù)，F(xiàn)為軸承載荷，d為軸承內(nèi)徑。查表機械設(shè)計手冊第二版表得|回一;3,因此也能夠用此公式估算因此I區(qū)I查表機械設(shè)計手冊第二版表得向三三二；回，因此也能夠用此公式估算因此I區(qū)I國此處摩擦力矩亦小于，忽略不計。3. 4. 5伺服系統(tǒng)的選擇因為所需驅(qū)動力小，精度要求不很高，因此選擇操縱方便，輸出轉(zhuǎn)角無長 期積存誤差的步進電機。步進電機的選擇：步距角要小，要知足最大靜轉(zhuǎn)矩，因為轉(zhuǎn)速低不考慮矩 頻特性，按機電綜合設(shè)計指導表2-11 BF反映式步進電動機技術(shù)參數(shù)表查 取，選45BF005國其要緊參數(shù)如下：步矩角度，電壓27伏，最大靜轉(zhuǎn)矩，質(zhì)量，外徑45mm，長度58mm，軸徑4mm。 精度險證：兇因此不能知足精度要求,不能直接傳動,要變速機構(gòu)在此選用直齒圓柱齒輪為了提高精度，采納一級齒輪傳動兇.5?；氐凝X數(shù)為20, 邳齒數(shù)為70。按機械原理表8-2標準模數(shù)系列表(GB1357-87)取取回三號則叵1 . 一 a|聞一一齒輪寬度計算：按機械設(shè)計表10-7圓柱齒輪的齒寬度系數(shù)畫 兩支承相對小齒輪作對稱布置取一,此