《上下料機(jī)械手設(shè)計(jì)11000字（論文）》

年，濟(jì)南二機(jī)床廠與美國ISI公司合作，生產(chǎn)了我國第一條自動(dòng)化生產(chǎn)線，隨后在哈飛汽車公司正式運(yùn)作。這是我國首次釆用具備世界先進(jìn)水平的自動(dòng)化生產(chǎn)線，標(biāo)志著我國同世界先進(jìn)水平接軌[15]。2007年，濟(jì)南二機(jī)床廠自主研發(fā)的自動(dòng)化生產(chǎn)線成功，并于2007年在榮成華泰有限公司正式運(yùn)作，這是我國國內(nèi)第一條具備自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、制造的自動(dòng)化生產(chǎn)線，奠定了我國的沖壓自動(dòng)化技術(shù)的基礎(chǔ)[16][17],打破了一直以來外國企業(yè)的壟斷，具有非常重大的意義。2011年，濟(jì)南二機(jī)床廠成功攻克了“大型快速高效數(shù)控全自動(dòng)沖壓生產(chǎn)線”國家科技重大專項(xiàng)，并通過了國家的驗(yàn)收[18]。它的效率非常高，工作節(jié)拍可達(dá)每分鐘15次，整條生產(chǎn)線包括一臺(tái)LS4-1800B閉式四點(diǎn)多連桿壓力機(jī)、三臺(tái)J39-800C閉式四點(diǎn)壓力機(jī)和雙臂快速送料系統(tǒng)[18]。1.3上下料機(jī)械手發(fā)展趨勢(shì)隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)推動(dòng)著各行各業(yè)進(jìn)行著自動(dòng)化的技術(shù)革新，沖壓技術(shù)也不例外，也在向著自動(dòng)化的道路前進(jìn)。它的發(fā)展趨勢(shì)主要有以下三方面[19-21]：高精度化：高精度化主要體現(xiàn)在兩方面，一方面是運(yùn)動(dòng)部件的位置控制，它的實(shí)現(xiàn)主要是因?yàn)橛?jì)算機(jī)技術(shù)的興起，使得加工精度得到很好的保證，同時(shí)位置誤差補(bǔ)償技術(shù)在各個(gè)精密行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，使得現(xiàn)在許多的高精密件的誤差可以控制在微米的范圍內(nèi)；另一方面是送料的精確度。高速度化：企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)越來越激烈，只有提高生產(chǎn)效率才能更好地和世界先進(jìn)技術(shù)接軌，因此提高生產(chǎn)效率具有重大意義。高自動(dòng)化：自動(dòng)化是各行各業(yè)面臨的發(fā)展趨勢(shì)，沖壓行業(yè)也不例外，高自動(dòng)化不僅提高了生產(chǎn)效率，減少了人在生產(chǎn)中的參與，同時(shí)降低了安全隱患，更加便于管理。1.4主要研究?jī)?nèi)容本文設(shè)計(jì)的是一款結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、應(yīng)用普遍的上下料擺臂式機(jī)械手。通過查閱資料進(jìn)行科學(xué)系統(tǒng)分析,提出設(shè)計(jì)的方案,進(jìn)行合理設(shè)計(jì),借助三維繪圖軟件設(shè)計(jì)上下料機(jī)械手的機(jī)構(gòu)。具體研究?jī)?nèi)容如下:(1).借助三維建模軟件,設(shè)計(jì)出上下料機(jī)械手的結(jié)構(gòu),分析裝配結(jié)構(gòu)的合理性,是否存在干涉情況等。(2)將不同的設(shè)計(jì)方案對(duì)比分析,包括結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性、功能的穩(wěn)定性等。得出一套最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。1.5本章小結(jié)本章主要通過收集資料、查閱文獻(xiàn)說明了上下料機(jī)械手的研究背景和研究意義，并對(duì)國內(nèi)外機(jī)械手的發(fā)展進(jìn)行了詳細(xì)介紹，最后明確的本課題的主要研究?jī)?nèi)容和研究方向。2.方案設(shè)計(jì)2.1機(jī)械手的工作原理、組成及其分類2.1.1機(jī)械手的工作原理機(jī)械手的工作原理是在PLC程序操控的條件下，用氣壓傳動(dòng)、液壓驅(qū)動(dòng)或電力驅(qū)動(dòng)的方法，完成執(zhí)行機(jī)構(gòu)的相對(duì)應(yīng)部位發(fā)作需求，有次序，有運(yùn)動(dòng)軌道，有必定速度和時(shí)刻的動(dòng)作。根據(jù)控制系統(tǒng)的信息，向執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，必要時(shí)對(duì)機(jī)械手位置進(jìn)行追蹤，動(dòng)作出現(xiàn)錯(cuò)誤或故障時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。方位檢測(cè)設(shè)備會(huì)隨時(shí)將執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際方位反饋給控制系統(tǒng)，與設(shè)定方位進(jìn)行比較，然后通過控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)達(dá)到一定精度的設(shè)定方位。2.1.2機(jī)械手的組成圖2-1機(jī)械手的組成方框圖機(jī)械手的整體結(jié)構(gòu)主要部分包括自動(dòng)執(zhí)行器、驅(qū)動(dòng)繼電系統(tǒng)、控制器、以及自動(dòng)定位器和檢查器等裝置。各個(gè)網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)的相互關(guān)系框圖如以下方框中的圖2.1所示。圖2-1機(jī)械手的組成方框圖1)執(zhí)行機(jī)構(gòu)機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要包括手部、腕部、臂部、腰座和行走機(jī)構(gòu)，手部主要實(shí)現(xiàn)機(jī)械手對(duì)工件的抓取或吸放功能；腕部可以實(shí)現(xiàn)手部整體自由度的變化，它將手部和臂部連接與一體，可以更靈活的調(diào)節(jié)手部工件的方位；臂部是機(jī)械手的重要支持部分，它可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械手主要空間運(yùn)動(dòng)，同時(shí)也是驅(qū)動(dòng)或傳動(dòng)機(jī)構(gòu)安裝和工作的重要位置；基座可以支撐機(jī)械手的整體結(jié)構(gòu)，也是機(jī)械手內(nèi)部電器設(shè)備和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的重要安裝部位；根據(jù)環(huán)境需要，機(jī)械手可以加裝行走機(jī)構(gòu)，以提高機(jī)械手的工作范圍。各個(gè)結(jié)構(gòu)相互連接和配合，才能成為機(jī)械手完整的執(zhí)行系統(tǒng)[20]。2）驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)可以作為工業(yè)機(jī)械手的重要?jiǎng)恿碓?，根?jù)負(fù)載和工作情況等要求機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要包括液壓驅(qū)動(dòng)、氣壓驅(qū)動(dòng)、電氣驅(qū)動(dòng)和復(fù)合驅(qū)動(dòng)[20]。3）控制系統(tǒng)和反饋系統(tǒng)：機(jī)械手的控制可以釆用PC上位機(jī)、專用控制器或可編程控制器。機(jī)械手的工作往往分為連續(xù)工作和點(diǎn)動(dòng)工作，這就需要系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際要求，設(shè)置控制參數(shù)和編寫相應(yīng)的程序。根據(jù)控制要求，也可以加入反饋元件如傳感器，組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，以完成更加精確可靠的操作任務(wù)[22]。2.1.3機(jī)械手的分類1)根據(jù)作業(yè)特點(diǎn)可以分為：承擔(dān)搬運(yùn)工作的機(jī)械手，該機(jī)械手可以為加工設(shè)備裝卸需要的毛胚、夾具或工件。生產(chǎn)工業(yè)用的機(jī)械手，例如焊接機(jī)械手、裝配或切割機(jī)械手。通用工業(yè)機(jī)械手，用途廣泛，適用于各種生產(chǎn)作業(yè)。2)根據(jù)功能分：專用機(jī)械手，該機(jī)械手針對(duì)性強(qiáng)，通常采用固定程序在專門的加工設(shè)備中使用，同時(shí)它可以實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)，動(dòng)作雖然簡(jiǎn)單，但實(shí)用可靠。如柱銷加工裝卸機(jī)械手。通用機(jī)械手，該機(jī)械手往往安裝獨(dú)立控制系統(tǒng)，可以因加工場(chǎng)合不同而變換不同的加工程序，所以其適用范圍廣，通用性強(qiáng)，而且可以實(shí)現(xiàn)一定的批量生產(chǎn)。如本機(jī)械手。示教再現(xiàn)機(jī)械手，就是釆用示教法編程的通用機(jī)械手，按照既定的演示規(guī)則操作工作。3)按控制方式：固定程序機(jī)械手，機(jī)械手控制程序單一，不可變，適用于針對(duì)性加工設(shè)備?？删幊虣C(jī)械手，往往會(huì)有一個(gè)可編程控制器，依據(jù)實(shí)際工作要求，編寫相應(yīng)的控制程序。4)按坐標(biāo)形式：機(jī)械手一般可分為關(guān)節(jié)坐標(biāo)型、球坐標(biāo)型、直角坐標(biāo)型和圓柱坐標(biāo)型等方式[20]。2.2運(yùn)動(dòng)方式設(shè)計(jì)為了能夠?qū)ぜM(jìn)行有效定位,抓取被加工件放置到?jīng)_壓線上進(jìn)行沖壓,需要抓取、平移、旋轉(zhuǎn)這三個(gè)動(dòng)作[23],為更直觀的表述，建立如圖2-2所示的模型,,該模型主要由底座、伸降軸、中心旋轉(zhuǎn)、伸縮軸和末端五部分組成。該上下料機(jī)械手有4個(gè)自由度,分別為前后伸縮軸F1、中心旋轉(zhuǎn)軸F2、上下升降軸F3、末端旋轉(zhuǎn)軸F4。前后伸縮軸F1的傳動(dòng)方式為：伸縮軸電機(jī)B→伸縮軸同步帶→線性滑臺(tái)→伸縮軸。啟動(dòng)伸縮軸電機(jī)B時(shí)，通過同步輪帶動(dòng)同步帶，使得線性滑臺(tái)能夠同伸縮軸在導(dǎo)軌上進(jìn)行前后伸縮運(yùn)動(dòng)。中心旋轉(zhuǎn)軸F2的傳動(dòng)方式為：旋轉(zhuǎn)軸電機(jī)A→旋轉(zhuǎn)同步輪→旋轉(zhuǎn)軸，啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸電機(jī)A時(shí)，旋轉(zhuǎn)同步輪帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸整體進(jìn)行旋轉(zhuǎn)動(dòng)作。上下升降軸F3的傳動(dòng)方式為：升降軸電機(jī)D→升降軸同步輪→絲杠→伸縮軸和旋轉(zhuǎn)軸。升降軸電機(jī)D帶動(dòng)同步輪轉(zhuǎn)動(dòng),,從同步輪軸連接絲桿進(jìn)而轉(zhuǎn)動(dòng),絲桿螺母固定在機(jī)械手整體上下升降。末端旋轉(zhuǎn)軸F4的傳動(dòng)方式為：末端旋轉(zhuǎn)電機(jī)C→末端同步帶→末端，末端旋轉(zhuǎn)電機(jī)C驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸從而帶動(dòng)末端旋轉(zhuǎn)。圖2.2機(jī)械手結(jié)構(gòu)圖2.2機(jī)械手結(jié)構(gòu)2.3方案設(shè)計(jì)機(jī)械手的基本要求是能夠快速、準(zhǔn)確地拾取、和運(yùn)輸物體，這就要求機(jī)械手具有較高的定位精度、快速的響應(yīng)和反饋能力、足夠的承載能力、和運(yùn)動(dòng)所需空間。機(jī)械手設(shè)計(jì)的基本原則和方法是：通過對(duì)操作對(duì)象技術(shù)要求的分析，在滿足系統(tǒng)功能和環(huán)境條件要求的前提下，制定出最合理的操作規(guī)程和制造工藝；確定與工件結(jié)構(gòu)形狀和材料性能有關(guān)的參數(shù)，進(jìn)一步明確了對(duì)機(jī)械手結(jié)構(gòu)和操作過程的要求；盡量選擇市場(chǎng)上現(xiàn)有的零部件和模塊，從而大大簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)和制造工藝，節(jié)約成本。2.3.1手部設(shè)計(jì)手部通常是直接接觸工件，一般采用旋轉(zhuǎn)式或平移式。機(jī)械手手部是根據(jù)被抓取物體的外觀、形狀、尺寸、重量、材質(zhì)和抓取等要求，設(shè)計(jì)用于移動(dòng)和抓取工具上的物體和零件的各種機(jī)械結(jié)構(gòu)，如夾緊式、支撐式、吸附式等。其中，最常見的抓取方式有吸附式和夾緊式。吸附式主要用于一些光滑、重量輕的工件或材料，夾緊式主要用于圓柱形，特別是一些形狀復(fù)雜的工件或材料。在本產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中，設(shè)定沖壓件為板料，沖壓后的表面基本平整。因此，在這里選擇的手部為吸附式手部。2.3.2腕部設(shè)計(jì)機(jī)械手的腕部是用于連接手部和手臂的部件，起著支撐和調(diào)節(jié)手部的位置的作用。它可以拓寬機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)范圍，使機(jī)械手具有更大的靈活性和適應(yīng)性。他們的手腕有獨(dú)立的自由度。一般情況下，手腕配有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，再加上一次上下擺動(dòng)即可滿足操作要求。有些操作是相對(duì)簡(jiǎn)單的機(jī)械手。為了降低操作的復(fù)雜度，即不需要增加手腕，直接利用手臂的運(yùn)動(dòng)來驅(qū)動(dòng)機(jī)械手來搬運(yùn)工件。腕部是一種連接手部和臂部的組成零件,起到了支撐和調(diào)整手部位置的作用,可以拓寬機(jī)械手的移動(dòng)范圍,使得機(jī)械手能夠變得更靈巧,適應(yīng)力也更強(qiáng)。它們的手腕都有著獨(dú)立的自由度。一般在腕部設(shè)有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)再額外增加一個(gè)上下擺動(dòng)就能夠滿足操作的要求,有些操作較為簡(jiǎn)單的是機(jī)械手,為了減少操作的復(fù)雜性,也就是可以不再考慮加設(shè)腕部,而是直接利用臂部的運(yùn)動(dòng)來驅(qū)動(dòng)手部對(duì)于搬運(yùn)的工件。在本課題設(shè)計(jì)中,為了讓機(jī)械手手部可以更加靈活的夾取零件,可以適應(yīng)不同零件位置,因此我們使其具有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。2.3.3臂部設(shè)計(jì)機(jī)械臂是機(jī)械手用于支撐手腕和手臂（包括工作裝置或夾具）的重要支撐部件，并帶動(dòng)它們做空間運(yùn)動(dòng)。手臂運(yùn)動(dòng)功能：將手柄送至空間運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)的任意點(diǎn)。通常情況下，手臂一般有三個(gè)自由度，這樣才能滿足基本的運(yùn)動(dòng)要求，即手臂伸縮運(yùn)動(dòng)、左右擺臂和上下運(yùn)動(dòng)。手臂運(yùn)動(dòng)一般由驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和各種傳動(dòng)裝置或手臂組合來實(shí)現(xiàn)。根據(jù)手臂的受力狀態(tài)，在操作過程中，手腕、手等工件經(jīng)常受到靜、動(dòng)載荷的作用。此外，手臂承受的壓力更大，手臂上受力也很復(fù)雜。本課題設(shè)計(jì)中,我們要求機(jī)械手的手臂要有縱向伸縮、左右移動(dòng)擺臂及上下升降的功能。2.3.4機(jī)械手的基本形式選擇設(shè)計(jì)根據(jù)運(yùn)動(dòng)方向和形式，常見的工業(yè)機(jī)器手手臂可分為以下四種類型：A.圓柱坐標(biāo)型機(jī)械手；B.直角或坐標(biāo)機(jī)器手；C.多關(guān)節(jié)機(jī)械手；D.球坐標(biāo)（極坐標(biāo)）式機(jī)械手（見圖2.3）。這四類機(jī)械手的特點(diǎn)如下：1）直角坐標(biāo)型：各個(gè)自由度所行成的空間夾角為直角，其占用的空間相對(duì)較大，因?yàn)榈鬃还潭?，所以其工作范圍存在一定的局限性。常見的有天車式、龍門式以及懸臂式。2）圓柱坐標(biāo)型：它的運(yùn)動(dòng)包含一個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)跟兩個(gè)直線運(yùn)動(dòng)，它占用的空間相對(duì)較小,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，常用于搬運(yùn)作業(yè)。3）球坐標(biāo)（極坐標(biāo)）型:它的操作空間相對(duì)較小,工作空間是一個(gè)類球型的空間，自由度高,但是操作精度不高。4多關(guān)節(jié)型：擁有多個(gè)自由度，因此工作更加靈活，但結(jié)構(gòu)也更加復(fù)雜。由于本課題設(shè)計(jì)的機(jī)械手的功能主要是實(shí)現(xiàn)在沖壓生產(chǎn)線上板料的運(yùn)送，工作空間相對(duì)較小，所需的功能要求和自由度也相對(duì)較小。因此，在設(shè)計(jì)中，考慮到上述幾種機(jī)械手的工作特性、成本和實(shí)現(xiàn)的難度，選擇了圓柱坐標(biāo)機(jī)械手。圖2.4機(jī)械手機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖①2.3.5機(jī)械手主要部件及運(yùn)動(dòng)圖2.4機(jī)械手機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖①在選定機(jī)械手為圓柱坐標(biāo)式后，由于設(shè)計(jì)受到空間使用的限制，機(jī)械手應(yīng)放置在兩個(gè)沖床之間，要求機(jī)械手要有左右擺臂、上下升降、前后移動(dòng)的功能。必須有一個(gè)左右移動(dòng)臂，而且它們可以上下移動(dòng)，左右移動(dòng)手臂升降，所以機(jī)械手要有3個(gè)主要的自由度，即手臂的前后伸展，手臂的上下運(yùn)動(dòng)，手臂的左右移動(dòng)。整個(gè)機(jī)構(gòu)及其結(jié)構(gòu)的精確原理圖如2-4所示。2.3.6機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)因本課題所所設(shè)計(jì)機(jī)械手為理論研究，并未根據(jù)具體的工作環(huán)境進(jìn)行研究，故計(jì)算方面給定如下參數(shù)自由度：3個(gè)自由度2)坐標(biāo)類型：圓柱坐標(biāo)型3)機(jī)械手承載板料最大質(zhì)量：mmax≤4kg4)機(jī)械手旋轉(zhuǎn)半徑：1250mm6)手臂伸縮運(yùn)動(dòng)參數(shù):包括手臂伸縮運(yùn)動(dòng)行程:600mm;手臂伸縮運(yùn)動(dòng)速度:1000mm/s7)手臂的上下運(yùn)動(dòng)參數(shù):手臂的升降運(yùn)動(dòng)行程:350mm;升降速度:200mm/s8)手臂運(yùn)動(dòng)參數(shù):旋轉(zhuǎn)范圍:±120°;旋轉(zhuǎn)速度:360°/s2.4本章小結(jié)本章從一個(gè)宏觀的角度針對(duì)上下料沖壓機(jī)械手作品進(jìn)行了整個(gè)總體方案的設(shè)計(jì)和分析,經(jīng)過不同方面的對(duì)比和考慮最終確定了機(jī)械手的基本形態(tài)以及其自由度,并且清楚地給出了機(jī)械手作品在設(shè)計(jì)時(shí)所應(yīng)用到的一些重要技術(shù)參數(shù)。下面的設(shè)計(jì)和計(jì)算會(huì)以此為例。3.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1手腕部分的設(shè)計(jì)手腕結(jié)構(gòu)位于第二十一章的正如圖2.2上④所示的主要位置,其中運(yùn)動(dòng)手腕結(jié)構(gòu)是在一個(gè)運(yùn)動(dòng)手臂之上,具體的機(jī)械結(jié)構(gòu)原理是由一臺(tái)伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)經(jīng)過自動(dòng)減速器傳遞攜帶的機(jī)械動(dòng)力,并且通過傳遞動(dòng)力到運(yùn)動(dòng)手腕的各個(gè)運(yùn)動(dòng)部分。然后手腕末端就可以進(jìn)行一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)具體結(jié)構(gòu)如下圖3.1所示:圖3.1手腕部分圖3.1手腕部分3.1.1手腕處軸承的選擇根據(jù)本課題設(shè)計(jì)，選用內(nèi)徑FORMTEXTd=25mm的深溝球軸承，轉(zhuǎn)速約FORMTEXT30r/min，其軸向載荷約，徑向載荷約FORMTEXTFr=100N，工作壽命（為機(jī)器工作壽命，系數(shù)0.5是根據(jù)機(jī)械手工作時(shí)間內(nèi)手腕工作時(shí)間所占比例）。計(jì)算過程：查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（成大先第五版）》軸承選型表，擬選取代號(hào)為61805的軸承，內(nèi)徑為FORMTEXTd=25mm，滾珠直徑為，其額定動(dòng)載荷為，額定靜載荷，滾珠數(shù)量為。,查表可得：軸徑載荷比，，F(xiàn)ORMTEXTX==0.56,Y=2.022，徑向當(dāng)量動(dòng)載荷：查表得：沖擊載荷因數(shù)為，溫度因數(shù)為，速度因數(shù)為，壽命因數(shù)為，力矩載荷因數(shù)為軸承的動(dòng)載荷，滿足要求，因此選取合適。對(duì)軸承的額定靜載荷進(jìn)行如下校核：，取，取，，故軸承61805滿足要求。3.1.2手腕驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)與減速器的選擇由于結(jié)構(gòu)的限制擬采用伺服電機(jī)帶動(dòng)減速器，減速器通過安裝的同步帶輪傳動(dòng)至手腕處。計(jì)算條件：手腕處加以抓重預(yù)估計(jì)重量為，估計(jì)工件直徑，手腕處轉(zhuǎn)速最高。設(shè)計(jì)計(jì)算：計(jì)算工件轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：假設(shè)減速器連同同步帶輪總共減速比為,則折算到伺服電機(jī)上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為。按照負(fù)載慣量＜3倍電機(jī)轉(zhuǎn)子慣量的原則：查相關(guān)產(chǎn)品手冊(cè)，選用電機(jī)，，則,,，取校核輸出轉(zhuǎn)速：，滿足要求。因?yàn)槭褂脳l件扭矩很小，故忽略扭矩計(jì)算?？紤]盡可能選取級(jí)數(shù)較低的減速器，以便減少重量以及空間占用量，同時(shí)保證較高的精度，根據(jù)結(jié)構(gòu)選擇一級(jí)減速器直角型，查相關(guān)手冊(cè)，一級(jí)減速器最高減速比為，故應(yīng)設(shè)計(jì)同步帶輪減速比為。3.1.3傳動(dòng)同步帶的選擇計(jì)算條件：由上一節(jié)知，同步帶輪減速比為2，工件由靜止加速至轉(zhuǎn)速30r/min即其角速度為時(shí)，大約需要時(shí)間為，則所需要做的功為平均功率，最大功率約為。設(shè)計(jì)計(jì)算：計(jì)算設(shè)計(jì)功率(為工況系數(shù)）擬選用圓弧型同步帶，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，由及,選擇帶節(jié)距為的同步帶。確定小帶輪齒數(shù)：，查相關(guān)圖表，最少齒數(shù)為，根據(jù)相關(guān)結(jié)構(gòu)選擇小帶輪齒數(shù)為。小帶輪節(jié)圓直徑帶速：（為允許最大轉(zhuǎn)速），故帶速齒數(shù)合適。由傳動(dòng)比，得大帶輪齒數(shù)大輪節(jié)圓直徑根據(jù)結(jié)構(gòu)需要初定中心距約為，則初定帶節(jié)線長度查設(shè)計(jì)手冊(cè)，得同步帶節(jié)圓長，齒數(shù)。為使得同步帶可以良好配合于帶輪，故將其設(shè)計(jì)為中心距可調(diào)的結(jié)構(gòu)，則實(shí)際中心距小帶輪嚙合齒數(shù)，故選擇合適。查表得基準(zhǔn)額定功率，查表得圓弧齒帶長系數(shù),小齒輪嚙合系數(shù)。查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得基準(zhǔn)帶寬，故帶寬查相應(yīng)表格，選定帶寬為15mm。3.2手臂伸縮部分的設(shè)計(jì)手腕位于第二章圖2.2上③所示位置，其位于立柱之上，具體結(jié)構(gòu)為伸縮軸電機(jī)啟動(dòng)帶動(dòng)伸縮軸同步輪，帶動(dòng)同步帶傳遞動(dòng)力給滑塊，然后滑塊就能在直線導(dǎo)軌上進(jìn)行一個(gè)伸縮運(yùn)動(dòng)。具體結(jié)構(gòu)如下圖3.2所示：圖3.2手臂部分圖3.2手臂部分圖3.1速度時(shí)間關(guān)系圖3.2.1直線導(dǎo)軌與滑塊的選擇圖3.1速度時(shí)間關(guān)系圖計(jì)算條件：由上一章計(jì)算選型結(jié)果可知工件連同手腕組件質(zhì)量為，伺服電機(jī)與減速機(jī)質(zhì)量，滑塊上固定板質(zhì)量約。按設(shè)計(jì)要求，滑塊的最大速度，滑塊運(yùn)動(dòng)時(shí)由靜止至最大速度時(shí)間，勻速時(shí)間，減速時(shí)間，運(yùn)動(dòng)行程，加速度，；距離，，，，，，。速度時(shí)間關(guān)系圖如圖3.1所示，設(shè)計(jì)計(jì)算：由已知條件可計(jì)算出，，。（一）每個(gè)滑塊負(fù)荷的大小計(jì)算1)等速時(shí)，徑向負(fù)荷大小 2)左行加速時(shí)，徑向負(fù)荷大小3)左行減速時(shí)，徑向負(fù)荷大小4)右行加速時(shí)，徑向負(fù)荷大小5)右行減速時(shí)，徑向負(fù)荷大?。ǘ┑刃ж?fù)荷的計(jì)算1)等速時(shí)2)左行加速時(shí)3)左行減速時(shí)4)右行加速時(shí)5)右行減速時(shí)（三）擬選用導(dǎo)軌滑塊型號(hào)為H20FN（TBI直線導(dǎo)軌手冊(cè)）基本額定動(dòng)負(fù)荷:,基本額定靜負(fù)荷：。（四）靜安全系數(shù)計(jì)算由以上計(jì)算可以得知，最大等效負(fù)載為,故安全系數(shù)應(yīng)為：（五）每個(gè)滑塊的平均負(fù)荷計(jì)算（六）額定壽命的計(jì)算表4.1負(fù)載系數(shù)振動(dòng)·沖擊速度（V）振動(dòng)（G）微小大查負(fù)載系數(shù)表4.1，取負(fù)載系數(shù)。根據(jù)直線導(dǎo)軌的額定壽命計(jì)算公式，分別計(jì)算各導(dǎo)軌滑塊的壽命如下：故直線導(dǎo)軌的壽命為：。按每分鐘往復(fù)次數(shù)，折算成壽命時(shí)間為：滿足需求。3.2.2傳動(dòng)同步帶選擇傳動(dòng)同步帶的選擇根據(jù)實(shí)際結(jié)構(gòu)情況選為：周節(jié)制帶L型，帶寬為19.1mm。圖3.3伸縮軸傳動(dòng)結(jié)構(gòu)圖3.2.3伺服電機(jī)的選擇圖3.3伸縮軸傳動(dòng)結(jié)構(gòu)圖計(jì)算條件：由上幾節(jié)計(jì)算，導(dǎo)軌滑塊上移動(dòng)單位質(zhì)量共約，運(yùn)輸同步帶輪直徑為，負(fù)載與滑臺(tái)摩擦系數(shù)，電機(jī)處帶輪齒數(shù)比為，負(fù)載最高速度，加速度。傳動(dòng)結(jié)構(gòu)圖如圖3.3所示：設(shè)計(jì)計(jì)算：（一）計(jì)算折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量按照負(fù)載慣量＜3倍電機(jī)轉(zhuǎn)子慣量的原則，則（二）計(jì)算電機(jī)驅(qū)動(dòng)負(fù)載所需要的扭矩克服摩擦力所需要轉(zhuǎn)矩加速時(shí)所需轉(zhuǎn)矩伺服電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩,最大扭矩。（三）計(jì)算電機(jī)所需轉(zhuǎn)速根據(jù)以上計(jì)算分析，結(jié)合結(jié)構(gòu)實(shí)際選擇ECMA-C△0807.電機(jī)處傳動(dòng)同步帶型號(hào)為：圓弧型5M,帶寬20mm。3.3裝配設(shè)計(jì)3.3.1機(jī)械結(jié)構(gòu)建模過程上下料沖壓機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)建模工作過程按照從零到整,由沖壓機(jī)械手的基座、立柱、手臂、腕、手部從下到上的設(shè)計(jì)流程,對(duì)每個(gè)關(guān)鍵部件按實(shí)際模擬的數(shù)值進(jìn)行了設(shè)計(jì),由局部到整體,層層遞進(jìn),完成了一個(gè)整體的機(jī)械結(jié)構(gòu)的建模,最后才能夠完成沖壓機(jī)械手的結(jié)構(gòu)整體設(shè)計(jì)。再對(duì)其進(jìn)行分析修改。3.3.2機(jī)械結(jié)構(gòu)裝配流程三維建模軟件中的虛擬裝配流程是建立在完成所有零部件建模的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，根據(jù)所設(shè)計(jì)的整個(gè)上下料沖壓機(jī)械手零部件之間的關(guān)系進(jìn)行裝配與約束，在軟件虛擬環(huán)境中裝配組裝的流程。本文首先對(duì)上下料沖壓機(jī)械手進(jìn)行零件裝配，再對(duì)機(jī)械手整體機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行虛擬裝配，其次對(duì)裝配完成的上下料機(jī)械手進(jìn)行檢查，對(duì)檢查出現(xiàn)的錯(cuò)誤按照零件之間的裝配關(guān)系修改，反復(fù)修改直到?jīng)]有錯(cuò)誤后，才算完成整體的虛擬裝配。機(jī)械結(jié)構(gòu)裝配的流程主要包括：結(jié)構(gòu)分析、零件三維建模、確定裝配關(guān)系、虛擬裝配、設(shè)計(jì)修改和確定裝配效果等過程。整個(gè)上下料沖壓式機(jī)械手的整體機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)主要包括:基座、立柱、手臂、手腕、手部等。在機(jī)械結(jié)構(gòu)的整體裝配當(dāng)中,按照由下而上的裝配順序進(jìn)行,從底部基座、立柱、手臂、手腕以及最后的手部依次進(jìn)行裝配,最終完成整個(gè)上下料沖壓機(jī)械手結(jié)構(gòu)的整體裝配。3.4本章小結(jié)本章分析了上下料沖壓機(jī)械手手腕和手臂兩個(gè)關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)，通過詳細(xì)的計(jì)算對(duì)手腕處軸承、手臂的直線導(dǎo)軌和滑塊、伺服電機(jī)、傳動(dòng)帶等零件進(jìn)行分析，從而更好的去選擇合適的零部件型號(hào)。然后對(duì)整體的一個(gè)3D結(jié)構(gòu)建模過程和裝配設(shè)計(jì)流程做出了簡(jiǎn)要說明。4總結(jié)與展望4.1總結(jié)本文設(shè)計(jì)的是一種較為簡(jiǎn)易的上下料機(jī)械手，并著重對(duì)上下料機(jī)械手手腕部分和手臂部分進(jìn)行了設(shè)計(jì)和分析，通過理論知識(shí)和計(jì)算提出最佳結(jié)構(gòu)方案，并且通過三維建模、裝配對(duì)三維模型進(jìn)行分析。綜上所訴，本文章完成了以下工作：(1).對(duì)上下料機(jī)械手的研究背景和意義進(jìn)行了說明，通過收集資料、查閱文獻(xiàn)，對(duì)國內(nèi)外工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展及發(fā)展趨勢(shì)有了較為清晰的認(rèn)識(shí)，并且根據(jù)網(wǎng)上收集的資料以及各式各樣的機(jī)械手實(shí)物操作視頻提出設(shè)計(jì)方案，研究出一款結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、常見的上下料沖壓機(jī)械手。(2).對(duì)上下料機(jī)械手的工作環(huán)境和物理特性進(jìn)行了研究，分析了機(jī)械手手腕部分和手臂伸縮部分的運(yùn)動(dòng)方式，通過分析結(jié)果確定了機(jī)械手的結(jié)構(gòu)、自由度、運(yùn)動(dòng)方式、驅(qū)動(dòng)方式等。完成了對(duì)上下料機(jī)械手的總體設(shè)計(jì)方案，對(duì)各部件進(jìn)行了設(shè)計(jì)。(3).對(duì)各關(guān)鍵部件進(jìn)行計(jì)算，包括手腕處軸承、驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)、減速器、傳動(dòng)同步帶以及手臂伸縮部分直線導(dǎo)軌和滑塊等，分析結(jié)構(gòu)。用UG軟件對(duì)各部件進(jìn)行建模，對(duì)各零件進(jìn)行裝配設(shè)計(jì)，對(duì)裝配后的機(jī)械手進(jìn)行分析，結(jié)構(gòu)表明結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理。通過本次畢業(yè)論文設(shè)計(jì)，我自身的能力也得到進(jìn)一步提升，尤其是在UG建模裝配方面，同時(shí)此次論文設(shè)計(jì)也是對(duì)我所學(xué)習(xí)的理論知識(shí)的一次實(shí)踐檢驗(yàn)過程，鞏固和深化了我的專業(yè)知識(shí)，提高了我發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的以及正確查找資料、文獻(xiàn)和使用設(shè)計(jì)工具的能力。4.2展望隨著科技的發(fā)展與自動(dòng)化進(jìn)程的推進(jìn)，自動(dòng)化設(shè)備會(huì)逐漸代替人工勞作，從而解放大部分勞動(dòng)力，提高工業(yè)制造生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益。本文設(shè)計(jì)的上下料機(jī)械手還處于理論狀態(tài)，對(duì)其進(jìn)一步研究和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)還在進(jìn)行中，在之后的研究要不斷對(duì)上下料機(jī)械手行完善。本文在某些內(nèi)容還未考慮到，分別為以下幾個(gè)方面：（1）.在機(jī)械手進(jìn)行工作時(shí)，運(yùn)動(dòng)進(jìn)程較為緩慢，所以工作效率偏低，造成此原因的關(guān)注在于未考慮手部的負(fù)壓式吸盤在機(jī)械手快速旋轉(zhuǎn)進(jìn)程中能否對(duì)工件進(jìn)行有效的吸附。（2）.本文中未通過所學(xué)工業(yè)產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)課程對(duì)上下料沖壓機(jī)械手的外觀進(jìn)行優(yōu)化，在后續(xù)的研究中，不僅對(duì)機(jī)械手的工作效率進(jìn)一步優(yōu)化，在產(chǎn)品造型方面也會(huì)進(jìn)行美化（3）.本文在設(shè)計(jì)過程中并未考慮到機(jī)械手的移動(dòng)問題，在后續(xù)研究具體的實(shí)踐環(huán)境下，需要上下料沖壓機(jī)械手的移動(dòng)路線進(jìn)行規(guī)劃。對(duì)其加裝一個(gè)有軌或者無軌運(yùn)動(dòng)裝置，從而使上下料沖壓機(jī)械手的工作更加靈活。參考文獻(xiàn)李健洪.基于多聯(lián)機(jī)的上下料機(jī)械手結(jié)構(gòu)與控制研究[D].廣東工業(yè)大學(xué),2019.王占軍.工業(yè)碼垛機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)與控制系統(tǒng)的研究[D].山東理工大學(xué),2015.楊金橋.基于PLC的上下料機(jī)械手[D].浙江工業(yè)大學(xué),2014.王翠.可轉(zhuǎn)位刀片磨削加工上下料機(jī)器人控制系統(tǒng)研究[D].山東大學(xué),2016.唐野.四軸沖壓上下料機(jī)械手開發(fā)研究[D].吉林大學(xué),2018.宋夢(mèng)嘯.一種新型串并混聯(lián)上下料機(jī)械手分析與設(shè)計(jì)[D].燕山大學(xué),2014.季小明,B.Hechler.自動(dòng)沖壓生產(chǎn)線上的一次技術(shù)革命快速橫桿式(SpeedBAR)自動(dòng)化輸送系統(tǒng)[J].機(jī)械工人,2005(04):16-18.北京機(jī)電研究所.鍛壓［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2002:15.徐邱粱，謝文才.關(guān)節(jié)型機(jī)器人在汽車大型外表面件沖壓生產(chǎn)上的應(yīng)用［J］.輕型汽車技術(shù),2005(2):15-18.HadiA.Aked,SteveW.HoilanP