畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-碼垛機(jī)器人三維設(shè)計(jì)

目錄TOC\o"1-2"\h\z\u27105第1章緒論 摘要本項(xiàng)目來(lái)源于某糖廠生產(chǎn)的糖包運(yùn)輸線末端需要機(jī)械手搬運(yùn)堆垛時(shí)，糖包需要快速準(zhǔn)確的移動(dòng)到指定區(qū)域按規(guī)律進(jìn)行堆垛，現(xiàn)今現(xiàn)場(chǎng)操作基本都是手動(dòng)完成，這樣操作不安全、速度慢，勞動(dòng)強(qiáng)度大，所以設(shè)計(jì)一套抓取搬運(yùn)機(jī)械手來(lái)替代工人進(jìn)行快速準(zhǔn)確的工作迫在眉睫，機(jī)械手可減少人力，并便于有節(jié)奏的生產(chǎn)。這一課題需要一個(gè)能自動(dòng)搬運(yùn)的機(jī)械手，能實(shí)現(xiàn)快速，準(zhǔn)確的搬運(yùn)堆垛到指定區(qū)域。本文主要是對(duì)搬運(yùn)機(jī)械手進(jìn)行了設(shè)計(jì)研究。工業(yè)機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來(lái)的一種高科技自動(dòng)生產(chǎn)設(shè)備。工業(yè)機(jī)械手也是工業(yè)機(jī)器人的一個(gè)重要分支。他的特點(diǎn)是可以通過(guò)編程來(lái)完成各種預(yù)期的作業(yè)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)在人的智能和適應(yīng)性。機(jī)械手作業(yè)的準(zhǔn)確性和環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域有著廣泛的發(fā)展空間。關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)械手搬運(yùn)抓取

AbstractTheprojectcomesfromasugarfactoryproductionofsugarbagtransportlineendoftheneedtomanipulatethestackingofthecontainer,thesugarbagneedstoquicklyandaccuratelymovetothedesignatedareaaccordingtothelawofthestacking,thecurrentfieldoperationsarebasicallycompletedmanually,thisoperationisnotsafe,Thespeedisslow,thelaborintensityisbig,soitisurgenttodesignasetofgraspinghandlingmanipulatortoreplacetheworkerforfastandaccuratework,therobotcanreducethemanpowerandfacilitatetherhythmoftheproduction.Thistopicrequiresarobotthatcanbemovedautomatically,enablingquickandaccuratehandlingofthestacktothedesignatedarea.Thispapermainlycarriesonthedesignresearchtothehandlingmanipulator.Industrialrobotsaredevelopedinrecentdecadesasahigh-techautomaticproductionequipment.Industrialrobotsarealsoanimportantbranchofindustrialrobots.Hischaracteristicisthatitcanbeprogrammedtocompletethevariousexpectedoperations,bothinthestructureandperformanceofboththeadvantagesofthemachineandthemachine,especiallyinthehumanintelligenceandadaptability.Theaccuracyoftheoperationoftherobotandtheabilitytocompletetheoperationintheenvironment,inthefieldofnationaleconomyhasawiderangeofdevelopmentspace.Keywords:industrial，manipulatorhandlinggrab

第1章緒論1.1課題研究的目的意義本項(xiàng)目來(lái)源于某糖廠生產(chǎn)的糖包運(yùn)輸線末端需要機(jī)械手搬運(yùn)堆垛時(shí)，糖包需要快速準(zhǔn)確的移動(dòng)到指定區(qū)域按規(guī)律進(jìn)行堆垛，現(xiàn)今現(xiàn)場(chǎng)操作基本都是手動(dòng)完成，這樣操作不安全、速度慢，勞動(dòng)強(qiáng)度大，所以設(shè)計(jì)一套抓取搬運(yùn)機(jī)械手來(lái)替代工人進(jìn)行快速準(zhǔn)確的工作迫在眉睫，機(jī)械手可減少人力，并便于有節(jié)奏的生產(chǎn)。這一課題需要一個(gè)能自動(dòng)搬運(yùn)的機(jī)械手，能實(shí)現(xiàn)快速，準(zhǔn)確的搬運(yùn)堆垛到指定區(qū)域。此外，專(zhuān)業(yè)學(xué)生的機(jī)電一體化，將在現(xiàn)代機(jī)電設(shè)備設(shè)計(jì)制造，機(jī)器人的機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)，電子技術(shù)，以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的融合與融合，豐富的內(nèi)容，覆蓋面，跨學(xué)科性，并導(dǎo)致學(xué)生獲得他們所學(xué)到的關(guān)于現(xiàn)代機(jī)電設(shè)備設(shè)計(jì)的課程知識(shí)能力的基礎(chǔ)的綜合利用。另一方面，通過(guò)CAD軟件的研究和應(yīng)用，可以提高繪圖效率和表面質(zhì)量，進(jìn)一步提高學(xué)生的計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)，以及后來(lái)進(jìn)入現(xiàn)代機(jī)電設(shè)計(jì)領(lǐng)域良好的基礎(chǔ)。機(jī)器人機(jī)械手的總體設(shè)計(jì)，主要解決的關(guān)鍵技術(shù)是機(jī)器人的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、機(jī)器人設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，它的設(shè)計(jì)將直接影響到未來(lái)運(yùn)動(dòng)控制和機(jī)器人運(yùn)動(dòng)特性的影響。具體設(shè)計(jì)參數(shù)要求如下：（1）結(jié)構(gòu)形式：多關(guān)節(jié)機(jī)械手；（2）物料尺寸：L*W*H=500*300*150mm；（3）質(zhì)量：10Kg；（4）驅(qū)動(dòng)方式：伺服電機(jī)；（5）最大作業(yè)范圍1500mm；（6）重復(fù)運(yùn)動(dòng)精度：±0.10mm；（7）工作效率：5c/min；（8）環(huán)境溫度:0-60℃；（9）安裝方式:地面安裝。1.2國(guó)內(nèi)外機(jī)械手的發(fā)展?fàn)顩r1962年，機(jī)械鑄造公司制造成為一個(gè)nc實(shí)踐教學(xué)操縱器。經(jīng)銷(xiāo)商叫Unimate。復(fù)制罐轉(zhuǎn)塔運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)臂旋轉(zhuǎn)，俯仰功能，采用液壓驅(qū)動(dòng)；帶有磁鼓存儲(chǔ)設(shè)備的控制系統(tǒng)。在這個(gè)基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)了很多球面坐標(biāo)型通用機(jī)械手。美國(guó)還通過(guò)改進(jìn)結(jié)構(gòu)進(jìn)一步提高了操縱器的可靠性和穩(wěn)定性，從而降低了成本。如果HuiPuMan機(jī)械手建立試驗(yàn)臺(tái)，進(jìn)行各種性能試驗(yàn)。準(zhǔn)備意味著故障時(shí)間（注意：平均故障時(shí)間是一個(gè)設(shè)備可靠性的度量，它顯示了第一次故障之前的平均經(jīng)過(guò)時(shí)間），從400小時(shí)增加到400小時(shí)，可以將精度提高到0.1mm。1970年，德國(guó)開(kāi)始應(yīng)用操縱器，設(shè)計(jì)這個(gè)的目的主要是用于一些工礦比較惡劣的條件下，代替人工來(lái)作業(yè)，比如起重，運(yùn)輸，焊接和準(zhǔn)備上下料等。接頭結(jié)構(gòu)用于德國(guó)西門(mén)子和程序控制，使焊接機(jī)械手的功能?，F(xiàn)代日本是一個(gè)擁有最大工業(yè)操縱者的國(guó)家，這是增長(zhǎng)最快的應(yīng)用。從美國(guó)介紹了兩種典型的機(jī)械手，日本在此基礎(chǔ)上，不斷創(chuàng)新，做機(jī)器人更容易實(shí)用。數(shù)據(jù)顯示，1979年，從事機(jī)械手方面研究的企業(yè)或單位等已經(jīng)到達(dá)80多個(gè)之多。1976年，大學(xué)和國(guó)家研究部門(mén)對(duì)機(jī)械手的研究已經(jīng)超過(guò)了42％的占比。1979年日本產(chǎn)值443億元的機(jī)械手，生產(chǎn)14535臺(tái)。其中，固定程序、可變動(dòng)的占據(jù)了一半之多，涉及金額高達(dá)228億日元，這個(gè)數(shù)據(jù)是1978年的兩倍。帶有操縱器輸出值的記憶功能的研究約合在67億日元，這相比與1978年，已經(jīng)增長(zhǎng)了一半。智能操縱器約17億日元，六次到1979年，累計(jì)生產(chǎn)56900套機(jī)械手。這個(gè)數(shù)字占了世界。約占70％，年均增長(zhǎng)率達(dá)50％?60％。汽車(chē)行業(yè)是使用機(jī)械手最多的行業(yè)，其次是電機(jī)行業(yè)，在其次是電器行業(yè)。到1990年將有550000個(gè)機(jī)器人在工作。自1980年代以來(lái)，進(jìn)入國(guó)家的操縱者和獲得進(jìn)一步發(fā)展。作為一個(gè)整體，為了滿(mǎn)足現(xiàn)代工業(yè)高速發(fā)展的需要，機(jī)械手的開(kāi)發(fā)更傾向于滿(mǎn)足以下特點(diǎn)：活動(dòng)范圍廣，工作靈活，操作控制方便，可滿(mǎn)足需求不同行業(yè)。比如說(shuō)，日本的安川機(jī)械手公司設(shè)計(jì)的機(jī)械手，具有不要同的關(guān)節(jié)，根據(jù)同步的作業(yè)條件選擇對(duì)應(yīng)的多關(guān)節(jié)工作機(jī)械手，通過(guò)對(duì)機(jī)械手結(jié)構(gòu)的改變，實(shí)現(xiàn)各種作業(yè)任務(wù)。如：噴漆、焊接、檢測(cè)等等。條件允許的情況下，還應(yīng)該大力研究伺服，存儲(chǔ)器等，并具有人手的性能，如觸摸，視覺(jué)，考慮和計(jì)算機(jī)組合，逐漸成為整個(gè)機(jī)械制造系統(tǒng)的基本單位，從而進(jìn)一步縮小并受到德國(guó)和日本等機(jī)器人國(guó)外國(guó)家的快速發(fā)展，兩者之間的差距。1.3機(jī)械手的組成與分類(lèi)1.3.1機(jī)械手的組成通常來(lái)說(shuō)，機(jī)械系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)這三個(gè)部分共同組成機(jī)器人整體。和人和類(lèi)似的手臂動(dòng)作功能的本體結(jié)構(gòu)?？梢栽诳臻g中進(jìn)行抓取物體或其他操作，由機(jī)械結(jié)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)裝置，傳動(dòng)裝置組成。機(jī)器人包括末端執(zhí)行器，臂，手腕，框架和行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。這里是部分結(jié)構(gòu)的介紹。（1）執(zhí)行結(jié)構(gòu)一般位于機(jī)械手的末端，稱(chēng)之為手爪。機(jī)器人是直接用來(lái)抓住(或吸附)工件或維護(hù)特殊工具(如槍支、扳手、焊接工具)操作部分，它能模仿人手的動(dòng)作。爪是安裝在前面的胳膊，它的結(jié)構(gòu)和大小可以根據(jù)不同的需求而設(shè)計(jì)的。夾具機(jī)械設(shè)備一般可分為三類(lèi)，分別為吸附終端執(zhí)行器和特殊工具。重要的是要強(qiáng)調(diào)的是，我需要完整的機(jī)器人的重量處理功能設(shè)計(jì)，可以在一定條件下焊接。（2）手腕：連接到臂和部件的末端執(zhí)行器。由于手腕結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以更靈活，更廣泛的實(shí)現(xiàn)提升手柄。（3）手臂：臂用于支撐手腕和部件末端的執(zhí)行器。它包括驅(qū)動(dòng)裝置，傳動(dòng)裝置，定位裝置和原始檢測(cè)等。（4）基座是機(jī)器人的基本部分，一般分為固定和移動(dòng)兩種，用于支持。直接支持臂部分，從而實(shí)現(xiàn)手臂的旋轉(zhuǎn)。1.3.2機(jī)械手的分類(lèi)工業(yè)機(jī)械手按一般意義來(lái)說(shuō)，有幾種分類(lèi)方式：可按應(yīng)用用途、驅(qū)動(dòng)方式和控制系統(tǒng)分類(lèi)。按用途分機(jī)械手可分為通用機(jī)械手與專(zhuān)業(yè)機(jī)械手兩大類(lèi)。(1)通用機(jī)械手通用機(jī)械手最大的操縱控制器是獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，此外，通用機(jī)械手操作范圍、高定位精度和通用性。因此，您可以調(diào)整他們的行動(dòng)計(jì)劃，機(jī)械手應(yīng)用在不同的場(chǎng)合。目前，通用機(jī)器人生產(chǎn)中小型生產(chǎn)更多的應(yīng)用程序。根據(jù)其控制通用機(jī)械手定位以不同的方式可分為兩種:簡(jiǎn)單、伺服式容易”打開(kāi)和關(guān)閉控制定位，只有位置控制，伺服類(lèi)型可能有點(diǎn)。（2）專(zhuān)用機(jī)械手

與通用機(jī)械手相比，特殊機(jī)械手有更少的工作行動(dòng)的特點(diǎn)，單一的工作對(duì)象，定位精度低。它可以用于大量的自動(dòng)化生產(chǎn)，如自動(dòng)機(jī)床、加工中心、自動(dòng)上下。2.按驅(qū)動(dòng)方式分

（1）液壓機(jī)械手使用液壓驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的機(jī)械手。其特點(diǎn)是：傳動(dòng)平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)緊湊，動(dòng)態(tài)磁化率高。因?yàn)槁┯蛯?duì)機(jī)械手的工作性能影響很大。所以機(jī)械手是嚴(yán)格的密封。此外，不能在高溫或低溫下工作。（2）氣壓驅(qū)動(dòng)機(jī)械手使用壓縮空氣的壓力來(lái)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。其特點(diǎn)是:小的輸出，氣動(dòng)快速行動(dòng)，快，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。由于空氣的性質(zhì)是可壓縮的，這種機(jī)械手的沖擊功大，速度穩(wěn)定，相對(duì)于液壓機(jī)械手，氣動(dòng)機(jī)械手更適合在高溫和輕負(fù)荷的環(huán)境中工作。

(3)電機(jī)傳動(dòng)機(jī)械手

機(jī)器人由直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)是簡(jiǎn)單的，因?yàn)樗恍枰环N中間切換機(jī)制。另外，該機(jī)械手運(yùn)動(dòng)速度快，行程長(zhǎng)。雖然應(yīng)用不多，但很有發(fā)展前途。

1.4課題研究?jī)?nèi)容為了更好的完成本次設(shè)計(jì)內(nèi)容，首先需要查閱盡可能多的相關(guān)資料，充分了解相關(guān)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)原理。然后按照本次的設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)一個(gè)多關(guān)節(jié)型物料搬運(yùn)機(jī)械手。主要需要設(shè)計(jì)機(jī)械手的腰部基座，這部分為機(jī)械手的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，可以在水平面內(nèi)任意角度旋轉(zhuǎn)，以滿(mǎn)足機(jī)械手在基座一定的半徑范圍內(nèi)作業(yè)。以及機(jī)械手的大臂、小臂。主要設(shè)計(jì)任務(wù)有：1.根據(jù)已知袋裝物料如大米等的尺寸、重量及工作要求，研究設(shè)計(jì)出抓取機(jī)械手。2.該設(shè)計(jì)重點(diǎn)是機(jī)械手的抓取機(jī)構(gòu)，機(jī)械手需水平面內(nèi)360度旋轉(zhuǎn)，以適應(yīng)物料袋平放時(shí)所處的任何角度。3.繪制抓取搬運(yùn)機(jī)械手的裝配圖和關(guān)鍵零部件圖,編寫(xiě)完善的設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。

第2章總體方案2.1總體設(shè)計(jì)方案1.行走機(jī)構(gòu)2.行走電機(jī)3.貨叉4.貨叉伸縮電機(jī)5.減速機(jī)6.升降電機(jī)7.立柱2-1圖方案一簡(jiǎn)圖方案一中，碼垛機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)主要包括門(mén)架結(jié)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)、升降機(jī)構(gòu)、貨叉伸縮機(jī)構(gòu)。底座由由兩端的行走輪支架及鋼板焊接成的矩形梁構(gòu)成，起支撐整體重量的作用。立柱截面為空心矩形，具有良好的強(qiáng)度，節(jié)省材料，還有減震的作用。貨叉沿立柱上下運(yùn)動(dòng)，承受載荷后，會(huì)對(duì)立柱與貨叉結(jié)合處產(chǎn)生極大的力矩，所以在立柱兩側(cè)加工有垂直導(dǎo)向槽，可以通過(guò)導(dǎo)向輪對(duì)載貨臺(tái)起到一定的支撐作用。也能防止貨叉前后移動(dòng)。行走機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)有四個(gè)行走輪，支撐整個(gè)碼垛機(jī)的全部載荷,帶動(dòng)碼垛機(jī)沿天地軌方向運(yùn)動(dòng)。1.基座2.轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)3.大臂轉(zhuǎn)軸4.大臂5.連桿6.腕軸7.小臂8.夾緊機(jī)構(gòu)9夾爪2-2圖方案二簡(jiǎn)圖方案二中，碼垛機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)主要包括機(jī)械手關(guān)節(jié)主要有基部，腰部，肘部，手腕和手握五部分：旋轉(zhuǎn)接頭底部的腰部安裝在伺服電機(jī)底座上，驅(qū)動(dòng)整個(gè)機(jī)械手旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；旋轉(zhuǎn)彎頭：大臂由伺服電機(jī)齒輪減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)，從而推動(dòng)彎頭上方大臂結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，即俯仰運(yùn)動(dòng)；手腕，前臂旋轉(zhuǎn)：伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪減速電機(jī)。方案一結(jié)構(gòu)的碼垛機(jī)價(jià)格相對(duì)便宜，在高度方向可以向上擴(kuò)展到很高的作業(yè)范圍，整個(gè)碼垛機(jī)的作業(yè)空間更大。適用于立體倉(cāng)儲(chǔ)中的碼垛。方案二結(jié)構(gòu)的碼垛機(jī)通用性更強(qiáng)，反應(yīng)速度更快?？紤]到本次碼垛對(duì)象為袋裝物體，它的比較柔軟，不具有固定的形狀，比較松軟。方案一的貨叉結(jié)構(gòu)在處理這種貨物時(shí)，并不占優(yōu)優(yōu)勢(shì)。二方案二中的夾爪結(jié)構(gòu)則更能快速靈活的獎(jiǎng)袋裝物料迅速抓起、放下，完成指定的碼垛工作。所以本次設(shè)計(jì)優(yōu)先選擇方案二的結(jié)構(gòu)。主要在結(jié)構(gòu)輕量化和可靠性方面進(jìn)行深入優(yōu)化。2.2各部分結(jié)構(gòu)方案基座：基座主要用于固定機(jī)械手，是機(jī)械手擁有一個(gè)堅(jiān)實(shí)的根基，這樣，既可以保證機(jī)械手的穩(wěn)定性，又可以保證機(jī)械手的精度?；话闶褂煤附咏Y(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單又便于制造。如圖2-1所示。圖2-3基座結(jié)構(gòu)圖腰部：腰部安裝在基座上，主要其支撐轉(zhuǎn)的作用，保證機(jī)械手在水平面內(nèi)可以任意角度旋轉(zhuǎn)。由于上面的重量全部幾種在腰部，所以腰部的旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)選優(yōu)能夠傳遞足夠大的扭力。初步設(shè)計(jì)使用蝸輪蝸桿傳動(dòng)，傳動(dòng)比可以比較大。支撐軸承選擇推力球軸承和深溝球軸承組合，既可以保證轉(zhuǎn)速又可以保證來(lái)自轉(zhuǎn)軸軸向的重力。電機(jī)選擇大扭矩的伺服電機(jī)，以保證轉(zhuǎn)向的精度。如圖2-2.圖2-4腰部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖機(jī)器人的手臂需要在一定的速度下，并且有一定負(fù)載的情況下，完成一定空間的運(yùn)動(dòng)。這部分結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，通過(guò)步進(jìn)電機(jī)加減速機(jī)直接驅(qū)動(dòng)手臂的旋轉(zhuǎn)。圖2-5肘部關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖機(jī)器人手臂部分的運(yùn)動(dòng)（包括腰部旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)）給予機(jī)器人末端執(zhí)行器在其工作空間中的運(yùn)動(dòng)位置，并且在機(jī)器人臂中的手腕末端，然后給予機(jī)器人末端執(zhí)行器在運(yùn)動(dòng)的工作空間。圖2-6手腕結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖機(jī)器人夾持器和機(jī)器人夾具。一般工業(yè)機(jī)器人，大多是雙手指。本設(shè)計(jì)中的加持部件主要用于抓取袋裝物料，根據(jù)袋裝物料的尺寸800x500x250設(shè)計(jì)一款專(zhuān)門(mén)的取料搬運(yùn)夾爪，夾爪的動(dòng)力主要有氣缸來(lái)提供，氣缸通過(guò)連桿結(jié)構(gòu)，將直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為夾爪的擺動(dòng)。實(shí)現(xiàn)對(duì)袋裝物料的取放。圖2-7氣動(dòng)夾持機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

第3章關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)計(jì)算3.1手部的設(shè)計(jì)計(jì)算手部的動(dòng)力有氣缸來(lái)提供，氣缸的選型是否合理直接影響到夾爪的夾緊力。下面，對(duì)手部氣缸的選型計(jì)算做詳細(xì)的介紹。1、預(yù)選氣缸根據(jù)工作環(huán)境、受力形式確定使用何種氣缸：圓形氣缸、方形氣缸、滑臺(tái)氣缸、帶導(dǎo)桿氣缸。這里，為了節(jié)約空間，便于安裝。選定氣缸的類(lèi)型為方形薄型氣缸。同時(shí)，為了便于控制，需要選擇帶磁環(huán)的氣缸，加裝氣缸形成感應(yīng)器，形成一個(gè)簡(jiǎn)單的閉環(huán)回路。速度分析：經(jīng)驗(yàn)時(shí)間：夾爪的動(dòng)作時(shí)間計(jì)算，為了方便計(jì)算，一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，行程小于30mm的按0.2秒計(jì)算，行程在30~200mm之間的，按0.5秒計(jì)算2、

受力分析-選擇氣缸缸徑負(fù)載率：氣缸的負(fù)載率η是氣缸活塞桿的軸向載荷力F與氣缸的理論輸出力F0的比值。Η=F/F0×100％，氣缸的負(fù)載系數(shù)η與負(fù)載的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)：靜載荷<70％;氣缸速度50?500mm/s：<50％;氣缸速度>500mm/s：<30％預(yù)選氣缸的負(fù)載率η基于負(fù)載的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。根據(jù)氣缸的負(fù)載狀態(tài)，確定氣缸的軸向負(fù)載力F。根據(jù)氣源供氣條件，確定氣缸的使用壓力P，P應(yīng)小于減壓閥進(jìn)口壓力的85%。已知F，η和P，可知?dú)飧纵敵隽?，?jù)此選定缸徑D。由公式得再根據(jù)氣缸的面積計(jì)算公式，推出氣缸直徑的計(jì)算公式去安全系數(shù)2，則氣缸缸徑選擇為D=15.5x2=31mm。3、耗氣量計(jì)算氣缸的耗氣量有兩種：最大耗氣量和平均耗氣量。平均耗氣量用于選用空壓機(jī)、計(jì)算運(yùn)轉(zhuǎn)成本。最大耗氣量用于選定空氣處理原件、控制閥及配管尺寸等。最大耗氣量與平均耗氣量之差用于選定氣罐的容積。最大耗氣量是氣缸以最大速度運(yùn)動(dòng)時(shí)所需要的空氣流量，可以表示成：qr=0.046*D^2*um缸徑D為40mm，最大速度為300mm/s，使用壓力為0.6Mpa，則氣缸的最大耗氣量qr=0.046*40^2*300*(0.60.102)=968.76(L/min)第一：一個(gè)循環(huán)動(dòng)作的體積=2×缸徑對(duì)應(yīng)的截面積×行程，在根據(jù)節(jié)拍可得到常壓下的單循環(huán)流量，在乘以（使用壓力1）即為工作時(shí)期內(nèi)的排氣量。第二：最大耗氣量=缸徑（cm計(jì)）平方再乘以系數(shù)10（此時(shí)使用壓力為0.6MPa，最大速度為300mm/s）3.2各關(guān)節(jié)電機(jī)的選型計(jì)算對(duì)于屬于機(jī)電一體化產(chǎn)品的機(jī)器人，伺服系統(tǒng)相當(dāng)重要。被要求的專(zhuān)用服務(wù)器系統(tǒng)具有快速，準(zhǔn)確和穩(wěn)定，即命令輸入的準(zhǔn)確和快速的輸出響應(yīng)變化。一般我們將電機(jī)按照原理的不同分為兩類(lèi)，分為稱(chēng)為開(kāi)環(huán)控制和閉環(huán)控制。步進(jìn)電機(jī)多用于開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)中。而伺服電機(jī)則被普遍的應(yīng)用在閉環(huán)伺服系統(tǒng)之中。雖然說(shuō)來(lái)那個(gè)這在控制模式上十分的類(lèi)似，都是使用脈沖信號(hào)。但從使用性能和應(yīng)用的角度來(lái)說(shuō)，二者又有著極大的差別之處。第一，兩者的控制精度有差異，AC伺服電機(jī)的控制精度相對(duì)于步進(jìn)電機(jī)來(lái)講，有著明顯的優(yōu)勢(shì)，其控制精度更高。第二點(diǎn)表現(xiàn)在頻率特性上，步進(jìn)電機(jī)在低速狀態(tài)下使用使，特別容易出現(xiàn)振動(dòng)現(xiàn)象，稱(chēng)之為低頻振動(dòng)。而伺服電機(jī)在每一個(gè)速度運(yùn)行，都不會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象。第三，力矩的差異。步進(jìn)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩會(huì)隨著運(yùn)行速度的升高而變小，這種現(xiàn)象在高速狀態(tài)下表現(xiàn)的尤為明顯，所以，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速不宜太大。伺服電機(jī)則在任何轉(zhuǎn)速下的輸出力矩都保持不變。第四，過(guò)載能力的不同。步進(jìn)電機(jī)一旦發(fā)生過(guò)載就會(huì)掉步，所以，我們說(shuō)步進(jìn)電機(jī)不具備過(guò)載能力，交流伺服電機(jī)則具有很強(qiáng)的過(guò)載能力。第五，速度相應(yīng)性能的差異，步進(jìn)電機(jī)相應(yīng)相對(duì)緩慢，通常從0加速到工作狀態(tài)，需要200毫秒左右的時(shí)間。而交流伺服電機(jī)則只需要幾個(gè)毫秒的時(shí)間。所以，可以用于快速啟停的控制之中。綜上所述，交流伺服系統(tǒng)在許多性能上優(yōu)于步進(jìn)電機(jī)。機(jī)械手的設(shè)計(jì)要求高精度運(yùn)行，運(yùn)行穩(wěn)定，功率輸出穩(wěn)定，過(guò)載能力強(qiáng)，響應(yīng)快，因此選用交流伺服電機(jī)作為電源。1、確定機(jī)械手各部分的質(zhì)量2、確定各軸的轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩根據(jù)任務(wù)書(shū)的要求，各關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)速要求如下：（1）肘關(guān)節(jié)：轉(zhuǎn)動(dòng)角速度，轉(zhuǎn)角范圍；（2）腰關(guān)節(jié)：轉(zhuǎn)動(dòng)角速度，轉(zhuǎn)角范圍；（3）腕關(guān)節(jié)：轉(zhuǎn)動(dòng)角速度，轉(zhuǎn)角范圍；3、計(jì)算各部分的最大轉(zhuǎn)矩（1）腰部的轉(zhuǎn)矩：=[2x1.5+13x0.3+10.5x1.0]x1.2=20.88KgN（2）大臂的轉(zhuǎn)矩：=[2x1.5+13x0.3+10.5x1.0]x1.2=20.88KgN（3）小臂的轉(zhuǎn)矩：=[2x1.5+10.5x1.0]x1.2=16.2KgN4、各關(guān)節(jié)的減速機(jī)及傳動(dòng)比（1）腰部采用蝸輪蝸桿傳動(dòng)，減速比為1：30；（2）大臂的電機(jī)使用了減速臂為1：50的減速機(jī)；（3）小臂的電機(jī)使用了減速臂為1：50的減速機(jī)；5、電機(jī)功率的計(jì)算（1）腰部旋轉(zhuǎn)電機(jī)的功率：（2）大臂旋轉(zhuǎn)電機(jī)的功率：（3）小臂旋轉(zhuǎn)電機(jī)的功率：伺服電機(jī)采用安川電機(jī)，根據(jù)下表選取各個(gè)電機(jī)的型號(hào)選擇如下：腰部旋轉(zhuǎn)電機(jī)：SGMPH-15A大臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)：SGMPH-08A小臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)：SGMPH-04A小臂旋轉(zhuǎn)電機(jī)：SGMPH-02A3.3蝸輪蝸桿的設(shè)計(jì)計(jì)算1.確定蝸桿的計(jì)算功率式中K——使用場(chǎng)合系數(shù)，每天工作8小時(shí),輕度震動(dòng)由《機(jī)械工程手冊(cè)》查得：K＝1.2；K——制造精度系數(shù)，取7級(jí)精度，查得：K＝0.9；K——材料配對(duì)系數(shù)，齒面滑動(dòng)速度<10m/s,由《機(jī)械工程手冊(cè)》查得：K＝0.85。代入數(shù)據(jù)得以等于或略大于蝸桿計(jì)算功率所對(duì)應(yīng)的中心距作為合理的選取值根據(jù)《機(jī)械工程手冊(cè)/傳動(dòng)設(shè)計(jì)卷》（第二版）表2·5－22a選取蝸桿的中心距：a＝100mm蝸桿傳動(dòng)幾何參數(shù)設(shè)計(jì)準(zhǔn)平行二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿的幾何參數(shù)和尺寸計(jì)算表中心距：由《機(jī)械工程手冊(cè)/傳動(dòng)設(shè)計(jì)卷》（第二版）,標(biāo)準(zhǔn)選取a=100mm蝸輪齒數(shù)：由《機(jī)械工程手冊(cè)/傳動(dòng)設(shè)計(jì)卷》（第二版）,選取蝸桿頭數(shù)：由《機(jī)械工程手冊(cè)/傳動(dòng)設(shè)計(jì)卷》（第二版）,選取齒數(shù)比：u＝＝30蝸桿齒頂圓直徑：《機(jī)械工程手冊(cè)/傳動(dòng)設(shè)計(jì)卷》（第二版）表2.5－16,選取=45mm蝸輪輪緣寬度：《機(jī)械工程手冊(cè)/傳動(dòng)設(shè)計(jì)卷》（第二版）表2.5－16,選取b=37mm蝸輪齒距角：＝蝸桿包容蝸輪齒數(shù)：K＝=5蝸輪齒寬包角之半：＝0.5（K－0.45）=蝸桿齒寬：《機(jī)械工程手冊(cè)/傳動(dòng)設(shè)計(jì)卷》（第二版）表2.5－16,選取=53mm蝸桿螺紋部分長(zhǎng)度：《機(jī)械工程手冊(cè)/傳動(dòng)設(shè)計(jì)卷》（第二版）表2.5－16，選取=59mm蝸桿齒頂圓弧半徑：《機(jī)械工程手冊(cè)/傳動(dòng)設(shè)計(jì)卷》（第二版）表2.5－16，選取R=82mm成形圓半徑：《機(jī)械工程手冊(cè)/傳動(dòng)設(shè)計(jì)卷》（第二版）表2.5－16,選取=65mm蝸桿齒頂圓最大直徑：《機(jī)械工程手冊(cè)/傳動(dòng)設(shè)計(jì)卷》（第二版）表2.5－16，選取=53.8mm蝸輪端面模數(shù)：m＝=mm徑向間隙：=0.5104mm齒頂高：h=0.75m=2.233mm齒根高：h=h+C=2.7434mm全齒高：h=h+h=4.9764mm蝸桿分度圓直徑：＝（0.624＋）a＝40.534mm蝸輪分度圓直徑：＝2a－＝301.466mm蝸輪齒根圓直徑：d＝－2h=298.9792mm蝸桿齒根圓直徑：d＝－2h=35.05，判斷：因?yàn)?28.12mm,滿(mǎn)足要求蝸桿平均導(dǎo)程角：＝分度圓壓力角：=蝸輪分度圓齒厚：數(shù)據(jù)帶入公式得5.508mm齒側(cè)隙：查表4-2-6得3.4蝸桿的設(shè)計(jì)校核影響環(huán)面蝸桿傳動(dòng)的主要承載能力的主要因素有兩點(diǎn)：1、蝸桿齒面的膠合影響2、渦輪齒根的剪切強(qiáng)度的影響。所以，在校核的時(shí)候，需要在確定好傳動(dòng)功率的前提之下，然后對(duì)渦輪齒根的強(qiáng)度進(jìn)行校核。這里給出校核的計(jì)算方法：校核：其中——作用于蝸輪齒面上的及摩擦力影響的載荷;——蝸輪包容齒數(shù)——蝸桿與蝸輪嚙合齒間載荷分配系數(shù);——蝸輪齒根受剪面積;公式中各參數(shù)的計(jì)算（1）的計(jì)算=——作用在蝸輪輪齒上的圓周力，——蝸桿喉部螺旋升角，4.5——當(dāng)量齒厚，滑動(dòng)速度==2.01m/s根據(jù)滑動(dòng)速度查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)3－3－9得將數(shù)據(jù)帶入公式得=N（2）計(jì)算得=5（3）蝸輪齒根受剪面積——蝸輪齒根圓齒厚；由上可知——蝸輪端面周節(jié)；——蝸輪理論半包角；——蝸輪分度圓齒厚所對(duì)中心角。數(shù)據(jù)帶入公式得=7.03mm由上可得對(duì)于錫青銅齒圈,取查手冊(cè)取鑄錫磷青銅，砂模鑄造，抗拉強(qiáng)度=225MPa，則<故得出結(jié)論，符合強(qiáng)度要求。3.5輸出軸的設(shè)計(jì)計(jì)算由《機(jī)械零件設(shè)計(jì)》表6－1選用45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)=6502、軸徑的初步計(jì)算由《機(jī)械零件設(shè)計(jì)》表6－2，取A＝112，根據(jù)公式，其中——軸的轉(zhuǎn)速，30r/min——軸傳遞的功率，1.1kw——計(jì)算截面處的軸的直徑將數(shù)據(jù)代入公式得3.確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度（1）滾動(dòng)軸承的選擇，考慮到使用過(guò)程中，軸承既受到來(lái)自軸向的作用力，又會(huì)受到來(lái)自于軸向的作用力。所以，設(shè)計(jì)用深溝球軸承和推力球軸承組合，將型號(hào)確定后列在下面：深溝球軸承6032zz兩只，d×D×T=160×240×38mm深溝球軸承6015zz兩只，d×D×T=75×115×20mm推力球軸承51315一只。d×D×T=75×135×44mm（2）確定軸上安裝渦輪位置的外徑=65mm，另外，使用軸套對(duì)渦輪的端面和軸承之間進(jìn)行定位，有上述計(jì)算可知，蝸輪輪緣的寬度是37mm，故確定蝸輪輪轂寬度為100mm，為了使渦輪牢靠的被壓緊在軸上，4-5段應(yīng)略短于輪轂寬度，故取L=50mm。（3）蝸輪右端采用軸肩定位，軸肩高度0.07d，取=6mm，則軸環(huán)處直徑=77mm，軸環(huán)寬度，取=12mm，=12mm，=68mm。（4）軸承端蓋的總寬度確定為28mm。為了便于拆裝、對(duì)內(nèi)部驚醒潤(rùn)滑脂的添加，可以確定端蓋的外端面到聯(lián)軸器之間的間距L=22mm，（5）計(jì)算危險(xiǎn)截面的應(yīng)力，軸上平鍵的規(guī)格為10x8x55彎曲應(yīng)力剪切應(yīng)力材料為45鋼，熱處理為調(diào)質(zhì)處理，由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)知:

抗拉強(qiáng)度極限，彎曲疲勞極限，扭轉(zhuǎn)疲勞極限查看機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得材料等效系數(shù)：，

在經(jīng)過(guò)磨削加工的過(guò)程中，軸的表面的質(zhì)量系數(shù)鍵槽的應(yīng)力集中系數(shù)由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得：，大于軸鍵槽處截面的許用安全系數(shù)[S]=1.5~1.8，故危險(xiǎn)界面安全。

結(jié)論本次的設(shè)計(jì)能夠順利的完成，離不開(kāi)老師的悉心指導(dǎo)。設(shè)計(jì)的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)很多之前以為很簡(jiǎn)單的問(wèn)題，當(dāng)你深入去思考，實(shí)際去做的時(shí)候，并不是那么的簡(jiǎn)單。每一個(gè)細(xì)節(jié)都會(huì)決定到整個(gè)項(xiàng)目的成敗。本次的機(jī)械手設(shè)計(jì)，在總體方向的把握上已經(jīng)做的比較不錯(cuò)，能夠抓住重點(diǎn)，從實(shí)際出發(fā)，滿(mǎn)足實(shí)際生產(chǎn)的需求。但由于時(shí)間有限，跟人水平的局限，設(shè)計(jì)中還是會(huì)存在一些不足之處，比如說(shuō)，各處運(yùn)動(dòng)部件的極限位置限制的設(shè)置并沒(méi)有做詳細(xì)的介紹。在各個(gè)關(guān)節(jié)的減速機(jī)的選用上，由于選用的是標(biāo)準(zhǔn)間，加上時(shí)間倉(cāng)促，沒(méi)有做說(shuō)明。為了是機(jī)械手的作業(yè)效率更高，需要在機(jī)械手的調(diào)試、運(yùn)行初期對(duì)機(jī)械手的平衡性作分析，進(jìn)一步做出改善方案。以保持良好的平衡性能。機(jī)械手的極限限位對(duì)于機(jī)械手的保護(hù)很重要，他可以在限位感應(yīng)器時(shí)效的情況下，依靠外界增加的硬限位塊來(lái)組織運(yùn)動(dòng)部件的進(jìn)一步位移。從而避免運(yùn)動(dòng)部件超出形成