【正文】 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題目 ： 氣動(dòng)機(jī)械手的設(shè)計(jì) 學(xué) 生 姓 名： 學(xué)號(hào)： 學(xué) 部 （系）： 專 業(yè) 年 級(jí)： 機(jī)械設(shè)計(jì)與制造 指 導(dǎo) 教 師： 職稱或?qū)W位： 2022 年 10 月 29 日 1 目 錄 摘要 .........................................................3 第一章 前言 ...............................................4 .......................................4 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 4 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 6 第二章 機(jī)械手的設(shè)計(jì)方案 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 8 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 8 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 9 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 9 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 9 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 9 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 9 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 9 第三章 手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 11 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 11 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 14 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 14 第四章 手腕結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ．．．．．．．． ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 19 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 19 ．．．．．．．．．．．．． ．．．．．．．．．．． 20 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 22 第五章 手臂伸縮，升降，回轉(zhuǎn)氣缸的設(shè)計(jì)與校核 尺寸設(shè)計(jì)與校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 23 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 23 校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 24 5 .1 .3導(dǎo)向裝置．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 25 5 .1 .4平衡裝置．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 25 尺寸設(shè)計(jì)與校核 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 26 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 26． 校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ．．．．．．．．．．．．．．．． 26 與校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 27 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 27 校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 27 2 第六章 機(jī)械手的 PLC 控制設(shè)計(jì) ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 27 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 27 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 27 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 27 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 23 第七章 結(jié)論．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 24 致謝．．．． ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 29 參考文獻(xiàn)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 30 專業(yè)相關(guān)的資料．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 31 3 摘 要 在設(shè)計(jì)機(jī)械手臂座的時(shí)候，用兩個(gè)電機(jī)提供動(dòng)力。左邊一電機(jī)通過(guò)諧波減速器減速后，通過(guò)齒輪來(lái)控制手臂的回轉(zhuǎn)，而手臂彎曲動(dòng)作的動(dòng)力，由右邊一電機(jī)提 供。電機(jī) 2同樣也是通過(guò)諧波減速器減速后，通過(guò)一個(gè)長(zhǎng)軸，把動(dòng)力傳到底部的小齒輪上，再由小齒輪與大齒輪的嚙合，把動(dòng)力傳到那豎直的錐齒輪上，又通過(guò)錐齒輪之間的嚙合，把動(dòng)力與運(yùn)動(dòng)傳遞到橫軸上，這樣，再通過(guò)鍵連接，就能把動(dòng)力傳到那帶輪上。這樣，帶輪就以一定的速度不停的轉(zhuǎn)，以給臂關(guān)節(jié)通過(guò)同步齒型帶傳遞動(dòng)力。 在設(shè)計(jì)臂關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)時(shí)，我們用兩個(gè)同步齒形帶輪來(lái)傳遞動(dòng)力，而帶輪又與軸和機(jī)械式離合器的左半邊相連，這樣，就使軸與左半邊相連的離合器轉(zhuǎn)動(dòng)。在右半邊為一電磁制動(dòng)器，制動(dòng)器的左半邊與離合器的右半邊相連，而且通過(guò)盤(pán)與 上臂相連。這時(shí)，當(dāng)電磁鐵通電時(shí)，制動(dòng)器吸合，這時(shí)離合器也分開(kāi)。這樣，上臂就停止在所要求的位置上了。當(dāng)電磁鐵失電時(shí)，由于彈簧力的作用，把制動(dòng)器推開(kāi)，同時(shí)離合器在彈簧力的作用下自動(dòng)嚙合，手臂恢復(fù)原有的運(yùn)動(dòng)。 注：機(jī)械手臂的運(yùn)動(dòng)范圍手其結(jié)構(gòu)的限制，在手臂的運(yùn)動(dòng)到達(dá)結(jié)構(gòu)位置之前，必須使其自動(dòng)停止。機(jī)械手臂的運(yùn)動(dòng)機(jī)械位置是有關(guān)節(jié)處牙嵌離合齒上的突起部分而定。手臂在極限位置自動(dòng)停止，反向運(yùn)行的條件完全是靠離合齒上的凸起部分與滑塊的接觸實(shí)現(xiàn)的。為了使離合齒輪能順利的脫開(kāi)和嚙合，對(duì)離合齒上的凸起部分斜面的升角 β≥arct gμν 。只有滿足這個(gè)條件，離合齒上凸起部分的斜面與滑塊在滑動(dòng)時(shí)才不會(huì)發(fā)生自鎖。這樣手臂才能自動(dòng)停止和反向動(dòng)作！ 方案二 此方案在臂關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上與方案一有所不同。這里設(shè)計(jì)成中心軸不轉(zhuǎn)動(dòng)。改在同步帶輪處裝兩個(gè)軸承。這樣，帶輪可自由轉(zhuǎn)動(dòng)，而不會(huì)影響軸，且把離合器的左半邊加工在帶輪上，這樣，不僅可以縮小空間，而且可以提高強(qiáng)度。其余與方案一相同 。 關(guān)鍵詞：機(jī)械手臂；極限位置；嚙合； 4 第一章 前言 . 工業(yè)機(jī)械手概述 工業(yè)機(jī)器人由操作機(jī) (機(jī)械本體 )、控制器、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和檢測(cè) 傳感裝置構(gòu)成，是一種仿人操作，自動(dòng)控制、可重復(fù)編程、能在三維空間完成各種作業(yè)的機(jī)電一體化自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。特別適合于多品種、變批量的柔性生產(chǎn)。它對(duì)穩(wěn)定、提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，改善勞動(dòng)條件和產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代起著十分重要的作用。機(jī)器人技術(shù)是綜合了計(jì)算機(jī)、控制論、機(jī)構(gòu)學(xué)、信息和傳感技術(shù)、人工智能、仿生學(xué)等多學(xué)科而形成的高新技術(shù)，是當(dāng)代研究十分活躍，應(yīng)用日益廣泛的領(lǐng)域。機(jī)器人應(yīng)用情況，是一個(gè)國(guó)家工業(yè)自動(dòng)化水平的重要標(biāo)志。機(jī)器人并不是在簡(jiǎn)單意義上代替人工的勞動(dòng)，而是綜合了人的特長(zhǎng)和機(jī)器特長(zhǎng)的一種擬人的電子機(jī)械裝 置，既有人對(duì)環(huán)境狀態(tài)的快速反應(yīng)和分析判斷能力，又有機(jī)器可長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)工作、精確度高、抗惡劣環(huán)境的能力，從某種意義上說(shuō)它也是機(jī)器的進(jìn)化過(guò)程產(chǎn)物，它是工業(yè)以及非產(chǎn)業(yè)界的重要生產(chǎn)和服務(wù)性設(shè)各，也是先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的自動(dòng)化設(shè)備 .機(jī)械手是模仿著人手的部分動(dòng)作，按給定程序、軌跡和要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓取、搬運(yùn)或操作的自動(dòng)機(jī)械裝置。在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的機(jī)械手被稱為“工業(yè)機(jī)械手”。生產(chǎn)中應(yīng)用機(jī)械手可以提高生產(chǎn)的自動(dòng)化水平和勞動(dòng)生產(chǎn)率 :可以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、保證產(chǎn)品質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn) 。尤其在高溫、高壓、低溫、低壓、粉塵、易爆、有毒氣 體和放射性等惡劣的環(huán)境中，它代替人進(jìn)行正常的工作，意義更為重大。因此，在機(jī)械加工、沖壓、鑄、鍛、焊接、熱處理、電鍍、噴漆、裝配以及輕工業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)等方面得到越來(lái)越廣泛的引用 .機(jī)械手的結(jié)構(gòu)形式開(kāi)始比較簡(jiǎn)單，專用性較強(qiáng)，僅為某臺(tái)機(jī)床的上下料裝置，是附屬于該機(jī)床的專用機(jī)械手。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，制成了能夠獨(dú)立的按程序控制實(shí)現(xiàn)重復(fù)操作，適用范圍比較廣的“程序控制通用機(jī)械手”，簡(jiǎn)稱通用機(jī)械手。由于通用機(jī)械手能很快的改變工作程序，適應(yīng)性較強(qiáng)，所以它在不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量生產(chǎn)中獲得廣泛的引用。 .機(jī)械手 的組成和分類 機(jī)械手主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及位置檢測(cè)裝置等所組成。各系統(tǒng)相互之間的關(guān)系如方框圖 21所示。 5 機(jī)械手組成方框圖 :11 (一 )執(zhí)行機(jī)構(gòu) 包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的還增設(shè)行走機(jī)構(gòu) 。 手部 : 即與物件接觸的部件。由于與物件接觸的形式不同，可分為夾持式和吸附式手在本課題中我們采用夾持式手部結(jié)構(gòu)。夾持式手部由手指 (或手爪 )和傳力機(jī)構(gòu)所構(gòu)成。手指是與物件直接接觸的構(gòu)件，常用的手指運(yùn)動(dòng)形式有回轉(zhuǎn)型和平移型?；剞D(zhuǎn)型手指結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，故應(yīng)用較廣 泛。平移型應(yīng)用較少，其原因是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，但平移型手指夾持圓形零件時(shí)，工件直徑變化不影響其軸心的位置，因此適宜夾持直徑變化范圍大的工件。手指結(jié)構(gòu)取決于被抓取物件的表面形狀、被抓部位 (是外廓或是內(nèi)孔 )和物件的重量及尺寸。常用的指形有平面的、 V形面的和曲面的 :手指有外夾式和內(nèi)撐式 。指數(shù)有雙指式、多指式和雙手雙指式等。而傳力機(jī)構(gòu)則通過(guò)手指產(chǎn)生夾緊力來(lái)完成夾放物件的任務(wù)。傳力機(jī)構(gòu)型式較多時(shí)常用的有 :滑槽杠桿式、連桿杠桿式、斜面杠桿式、齒輪齒條式、絲杠螺母彈簧式和重力式等。 手腕 : 是連接手部和手臂的部件，并可用 來(lái)調(diào)整被抓取物件的方位 (即姿勢(shì) ) 手臂 : 手臂是支承被抓物件、手部、手腕的重要部件。手臂的作用是帶動(dòng)手指去抓取物件，并按預(yù)定要求將其搬運(yùn)到指定的位置 .工業(yè)機(jī)械手的手臂通常由驅(qū)動(dòng)手臂運(yùn)動(dòng)的部件 (如油缸、氣缸、齒輪齒條機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)、螺旋機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)等 )與驅(qū)動(dòng)源 (如液壓、氣壓或電機(jī)等 )相配合，以實(shí)現(xiàn)手臂的各種運(yùn)動(dòng)。 立柱 : 立柱是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分，手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和升降 (或俯仰 )運(yùn)動(dòng)均與立柱有密切的聯(lián)系。機(jī)械手的立 I因工作需要，有時(shí)也可作橫向移動(dòng)，即稱為可移式立柱。 行走機(jī)構(gòu) : 當(dāng)工業(yè)機(jī)械手需要完成較遠(yuǎn)距離的操作，或擴(kuò)大使用范圍時(shí)，可在機(jī)座上安滾輪式行走機(jī)構(gòu)可分裝滾輪、軌道等行走機(jī)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)械手的整機(jī)運(yùn)動(dòng)。滾輪式布為有軌的和無(wú)軌的兩種。驅(qū)動(dòng)滾輪運(yùn)動(dòng)則應(yīng)另外增設(shè)機(jī)械傳動(dòng)裝置。 機(jī)座 : 6 機(jī)座是機(jī)械手的基礎(chǔ)部分，機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的各部件和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)均安裝于機(jī)座上 ，故起支撐和連接的作用。 (二 )驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是驅(qū)動(dòng)工業(yè)機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力裝置調(diào)節(jié)裝置和輔助裝置組成。常用的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有液壓傳動(dòng)、 氣壓傳動(dòng)、機(jī)械傳動(dòng)?？刂葡到y(tǒng)是支配著工業(yè)機(jī)械手按規(guī)定的要求運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)。目前工業(yè) 機(jī)械手的控制系統(tǒng)一般由程序控制系統(tǒng)和電氣定位 (或機(jī)械擋塊定位 )系統(tǒng)組成。控制系統(tǒng)有電氣控制和射流控制兩種，它支配著機(jī)械手按規(guī)定的程序運(yùn)動(dòng)， 并記憶人們給予機(jī)械手的指令信息 (如動(dòng)作順序、運(yùn)動(dòng)軌跡、運(yùn)動(dòng)速度及時(shí)間 )，同時(shí)按其控制系統(tǒng)的信息對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，必要時(shí)可對(duì)機(jī)械手的動(dòng)作進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)動(dòng)作有錯(cuò)誤或發(fā)生故障時(shí)即發(fā)出報(bào)警信號(hào)。 (二 )控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)是支配著工業(yè)機(jī)械手按規(guī)定的要求運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)。目前工業(yè)機(jī)械手的控制系統(tǒng)一般由程序控制系統(tǒng)和電氣定位 (或機(jī)械擋塊定位 )系統(tǒng)組成?？刂葡到y(tǒng)有電氣控制和射流控制兩種，它支 配著機(jī)械手按規(guī)定的程序運(yùn)動(dòng)，并記憶人們給予機(jī)械手的指令信息 (如動(dòng)作順序、運(yùn)動(dòng)軌跡、運(yùn)動(dòng)速度及時(shí)間 )，同時(shí)按其控制系統(tǒng)的信息對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，必要時(shí)可對(duì)機(jī)械手的動(dòng)作進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)動(dòng)作有錯(cuò)誤或發(fā)生故障時(shí)即發(fā)出報(bào)警信號(hào)。 .機(jī)械手的分類 工業(yè)機(jī)械手的種類很多，關(guān)于分類的問(wèn)題，目前在國(guó)內(nèi)尚無(wú)統(tǒng)一的分類標(biāo)準(zhǔn)，在此暫按使用范圍、驅(qū)動(dòng)方式和控制系統(tǒng)等進(jìn)行分類。 (一 )按用途分 機(jī)械手可分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種 : 專用機(jī)械手 它是附屬于主機(jī)的、具有固定程序而無(wú)獨(dú)立控制系統(tǒng)的機(jī)械裝置。專用機(jī)械手具有動(dòng)作 少、工作對(duì)象單一、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用可靠和造價(jià)低等特點(diǎn)，適用于大批量的自動(dòng)化生產(chǎn)的自動(dòng)換刀機(jī)械手，如自動(dòng)機(jī)床、自動(dòng)線的上、下料機(jī)械手和加工中心。 通用機(jī)械手 它是一種具有獨(dú)立控制系統(tǒng)的、程序可變的、動(dòng)作靈活多樣的機(jī)械手。在性能范圍內(nèi)，其動(dòng)作程序是可變的，通過(guò)調(diào)整可在不同場(chǎng)合使用，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)是獨(dú)立的。通用機(jī)械手的工作范圍大、定位精度高、通用性強(qiáng)，適用于不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量自動(dòng)化的生產(chǎn)。通用機(jī)械手按其控制定位的方式不同