【正文】 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 簡(jiǎn)易小型直角坐標(biāo)機(jī)械手設(shè)計(jì) 1 摘 要 在當(dāng)今大規(guī)模的制造業(yè)中，企業(yè)為提高生產(chǎn)效率，保障產(chǎn)品質(zhì)量，普遍重視生產(chǎn)過程的自動(dòng)化程度，工業(yè)機(jī)械手作為自動(dòng)化生產(chǎn)線上的重要成員，逐漸被企業(yè)認(rèn)同并采用。工業(yè)機(jī)械手的技術(shù)水平和應(yīng)用程度在一定程度上反映了一個(gè)國(guó)家的工業(yè)自動(dòng)化水平。目前，工業(yè)機(jī)器人主要承擔(dān)著焊接、噴涂、搬運(yùn)以及堆垛等重要性并且勞動(dòng)強(qiáng)度極大的工作，工作方式一般采取試教在線的方式。 本文通過分析現(xiàn)代機(jī)械手的作用，發(fā)展簡(jiǎn)史，組成（包括執(zhí)行機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，控制系統(tǒng)），全面詳盡地討論了直角坐標(biāo)機(jī)械手的手部，腕部，手臂以及機(jī)身等主要部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ，其中包括機(jī)械部分的零部件，比如滾珠絲杠，聯(lián)軸器，單軸驅(qū)動(dòng)器的使用條件，種類選型，設(shè)計(jì)基本要求，優(yōu)點(diǎn)特點(diǎn)分析，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，基本參數(shù)的選定，計(jì)算與校核，以及安全性的分析。還有控制部分的各電機(jī)的馬達(dá)型號(hào)，種類，簡(jiǎn)介，控制步驟分析，部分控制程序的編寫，運(yùn)行特性分析，基本參數(shù)的計(jì)算和校核。 最終實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)包括：實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的開環(huán)控制，通過手臂的執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)空間任意位置的抓取，實(shí)現(xiàn)手部快速，有效的抓取物體，有良好的傳感和限位功能使每個(gè)自由度上的運(yùn)?？焖伲瑴?zhǔn)確。做到盡量體積小，重量輕，功耗低，維護(hù)方便，外形美觀，動(dòng)作靈敏 ，傳動(dòng)平穩(wěn)，程序簡(jiǎn)潔，運(yùn)行誤差小等優(yōu)點(diǎn)。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 簡(jiǎn)易小型直角坐標(biāo)機(jī)械手設(shè)計(jì) 2 關(guān)鍵詞： 機(jī)械手，滾珠絲杠，單軸驅(qū)動(dòng)器，步進(jìn)電機(jī)，手臂，手部，直角坐標(biāo) 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 簡(jiǎn)易小型直角坐標(biāo)機(jī)械手設(shè)計(jì) 3 The design of the Cartesian coordinate manipulator ABSTRACT In today39。s largescale manufacturing, the enterprise to improve production efficiency and ensure product quality, universal attention production process automation degree, manipulator as an important member of automatic production line, gradually by enterprise and the use of identity. Industrial robot technology level and application degree to a certain extent reflect a nation of industrial automation level. Currently, the manipulator main bear the welding, painting, handling and storage, and the intensity of labor great importance of the work, work way to try to teach the general way online. This article elaborates the structure design of the major parts of the Cartesian coordinate manipulator, such as hand, wrist, arm and the machine body. In which includes designing the ponents of the mechanical part. Such as ball screws, coupling, single axis actuator, mainly describing the use condition, type selection, basic requirement of design, analysis of the strong point, characteristic, calculate and proofread the basic parameter, analysis of security. Besides, it also includes designing of the control part. Such as the motor model, kind, brief 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 簡(jiǎn)易小型直角坐標(biāo)機(jī)械手設(shè)計(jì) 4 introduction, analysis of the control steps, pile control procedure partly, analysis of the motion characteristic, designate, calculate and proofread the basic parameter. The target which should be terminally realize including: achieving the open loop control of the step motor, achieving grabbing object in space arbitrarily position by the actuator of the arm. Realizing grabbing object by hand quickly, effectively. Possessing the good function of sense and limiting position, which makes the motion and stop quickly and precisely. Realizing the merits including small volume, light weight, low power dissipation, easy maintenance, beautiful appearance, sensitive action, smooth transmission, succinct procedure, operation in small error. Key words: manipulator, ball screws, single axis actuator, step motor, arm, hand, Cartesian coordinate 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 簡(jiǎn)易小型直角坐標(biāo)機(jī)械手設(shè)計(jì) 5 簡(jiǎn)易小型直角坐標(biāo)機(jī)械手設(shè)計(jì) 0 引言 機(jī)械手的簡(jiǎn)介 機(jī)械工業(yè)是國(guó)民的裝備部，是為國(guó)民經(jīng)濟(jì)提供裝備和為人民提供耐用消費(fèi)品的產(chǎn)業(yè)，不論是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，還是新興產(chǎn)業(yè)，都離不開各種各樣的機(jī)械設(shè)備。機(jī)械工業(yè)所提供裝備的性能、質(zhì)量和成本，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門技術(shù)進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)效益有很大的和直接的 影響。機(jī)械工業(yè)的規(guī)模和技術(shù)水平是衡量國(guó)家經(jīng)濟(jì)實(shí)力和科學(xué)技術(shù)水平的重要指標(biāo)。因此，世界各國(guó)都把發(fā)展機(jī)械工業(yè)作為發(fā)展本國(guó)經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略重點(diǎn)之一。 工業(yè)機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備，工業(yè)機(jī)械手的工業(yè)機(jī)器人的一個(gè)重要分支，它的特點(diǎn)是通過編程來完成各種預(yù)期的作業(yè)任務(wù)，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)了人的智能和適應(yīng)性，機(jī)械手作業(yè)的準(zhǔn)確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景。 機(jī)械手是在機(jī)械化，自動(dòng)化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置，在現(xiàn)代化生產(chǎn)過程中，機(jī)械手被廣 泛的運(yùn)用于自動(dòng)化生產(chǎn)線中，機(jī)器人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)，迅速發(fā)展起來的一門新興技術(shù)，它更加促進(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展，使得機(jī)械手能更好地實(shí)現(xiàn)與機(jī)械化和自動(dòng)化的有機(jī)結(jié)合。機(jī)械手雖然目前還不如人手那樣靈活，但它上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 簡(jiǎn)易小型直角坐標(biāo)機(jī)械手設(shè)計(jì) 6 具有能不斷重復(fù)和勞動(dòng)，不知疲勞，不懼危險(xiǎn)，抓舉重物的力量比人手大的特點(diǎn)，因此機(jī)械手已受到許多部門的重視，并越來越廣泛的得到了應(yīng)用。 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，從某種意義上說它也是機(jī)器的進(jìn)化過程產(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)備，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)械手技術(shù)涉及到力學(xué)，機(jī)械學(xué)，電氣液壓技術(shù)，自動(dòng)控制技術(shù)，傳感器技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域，是一門跨多種學(xué)科的綜合技術(shù)。 機(jī)械手是一種能自動(dòng)化定位控制并可重新編程序以變動(dòng)的多功能機(jī)器，它有多個(gè)自由度，可用來搬運(yùn)物體以完成在各個(gè)不同環(huán)境中工作。 工業(yè)機(jī)械手的作用 機(jī)械手在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用極為廣泛，可以歸納為以下一些方面。 建造旋轉(zhuǎn)體零件（軸 類、盤類、環(huán)類）自動(dòng)線 一般都采用機(jī)械手在機(jī)床之間傳送工件。國(guó)內(nèi)已建成的這類自動(dòng)線很多，如沈陽水泵廠的深井泵軸承體加工自動(dòng)線（環(huán)類），大連電機(jī)廠的 4 號(hào)和 5 號(hào)電動(dòng)機(jī)軸加工自動(dòng)線（軸類），上海拖拉機(jī)齒輪廠上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 簡(jiǎn)易小型直角坐標(biāo)機(jī)械手設(shè)計(jì) 7 的齒柸加工自動(dòng)線（盤類）等。 加工箱體類零件的組合機(jī)床自動(dòng)線，一般采用隨行夾具傳送工件，也有采用機(jī)械手的，如上海動(dòng)力機(jī)廠的氣缸蓋加工自動(dòng)線轉(zhuǎn)位機(jī)械手。 在實(shí)現(xiàn)單機(jī)自動(dòng)化方面 （ 1） 各類半自動(dòng)車床，有自動(dòng)夾緊、進(jìn)刀、切削、退刀和松開的功能，但仍需人工上下料；裝上機(jī)械手，可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)生產(chǎn)，一人看管多臺(tái)機(jī) 床。目前，機(jī)械手在這方面應(yīng)用最多，如上海柴油機(jī)廠的曲拐自動(dòng)車床和座圈自動(dòng)車床機(jī)械手，大連第二機(jī)床廠的自動(dòng)循環(huán)液壓仿形車床機(jī)械手，沈陽第三機(jī)床廠的 Y38 滾齒機(jī)械手，青海第二機(jī)床廠的滾齒花鍵機(jī)床機(jī)械手等。由于這方面使用已有成熟的經(jīng)驗(yàn)，國(guó)內(nèi)一些機(jī)床廠已在這類機(jī)床產(chǎn)品出廠時(shí)就附上機(jī)械手，或?yàn)橛脩糇孕邪惭b機(jī)械手提供條件。 （ 2） 注塑機(jī)有加料、合模、成型、分模等自動(dòng)工作循環(huán)，裝上機(jī)械手自動(dòng)裝卸工件，可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)生產(chǎn)。 （ 3） 沖床有自動(dòng)上下料沖壓循環(huán)，裝上機(jī)械手上下料，可實(shí)現(xiàn)沖壓生產(chǎn)自動(dòng)化。目前機(jī)械手在沖床上應(yīng)用有兩個(gè)方 面：一是 160t以上的沖床用機(jī)械手的較多。如沈陽低壓開關(guān)廠 200t 沖床磁力起動(dòng)器殼體下料機(jī)械手和天津拖拉機(jī)廠 400t 沖床的下料機(jī)械手等；一是用于多工位沖床，用作沖壓件工位間步進(jìn)，如上海第二汽車配件廠的燈殼沖壓生產(chǎn)線機(jī)械手（生產(chǎn)線中有兩臺(tái)多工位沖床）和天津二輕局技術(shù)研究所制作的 12t 和 40t 多工位沖床機(jī)械手等。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 簡(jiǎn)易小型直角坐標(biāo)機(jī)械手設(shè)計(jì) 8 鑄、鍛、焊、熱處理等加工方面 在模鍛方面，國(guó)內(nèi)大批量生產(chǎn)的 3t、 5t、 10t 模鍛錘，其所配的轉(zhuǎn)底爐，用兩只機(jī)械手成一定夾角布置在爐前，實(shí)現(xiàn)進(jìn)出料自動(dòng)化。上海柴油機(jī)廠、北京內(nèi)燃機(jī)廠、洛陽拖拉 機(jī)廠等已有較成熟的經(jīng)驗(yàn)。 總的來說，工業(yè)機(jī)械手滿足了社會(huì)生產(chǎn)的需要，其特點(diǎn)是： 對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng)，能代替人從事危險(xiǎn)、有害的操作，在長(zhǎng)時(shí)間工作對(duì)人體有害的場(chǎng)所，機(jī)械手不受影響，只要跟據(jù)工作環(huán)境進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，選擇適當(dāng)?shù)牟牧虾徒Y(jié)構(gòu)，機(jī)械手就可以在異常的高溫或低溫、異常壓力和有害氣體、粉塵、放射線作用下，以及沖壓、滅火等危險(xiǎn)環(huán)境中勝任工作。 （ 1） 為了謀求操作安全和徹底防止公害，在工傷事故多的工種，如沖壓、壓鑄、熱處理、鋼造、噴漆以及有強(qiáng)烈紫外線照射的電弧焊接等作業(yè)中，推廣工業(yè)機(jī)械手或機(jī)器人。 （ 2） 由于機(jī)械手的動(dòng) 作準(zhǔn)確，因?yàn)榭梢苑€(wěn)定和提高產(chǎn)品的質(zhì)量，同時(shí)又可以避免人為的操作錯(cuò)誤。 （ 3） 機(jī)械手能持久、耐勞，可以把人從繁重單調(diào)的勞動(dòng)中解放出來，并能擴(kuò)大和延伸人得功能。人在連續(xù)工作幾小時(shí)后，總會(huì)感到疲勞或厭倦，而機(jī)械手只要注意維護(hù)、檢修，即能勝任長(zhǎng)時(shí)間的單調(diào)重復(fù)勞動(dòng)。 （ 4） 機(jī)械手特別是通用工業(yè)機(jī)械手的通用性，靈活性好，能較好的適應(yīng)產(chǎn)品品種的不斷變化，以滿足柔性生產(chǎn)的需要。這是因?yàn)闄C(jī)械手動(dòng)作程序和運(yùn)動(dòng)位置（或軌跡）能夠十分靈活快速地予以改變，上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 簡(jiǎn)易小型直角坐標(biāo)機(jī)械手設(shè)計(jì) 9 而其眾多的自由度，又提供了迅速改變作業(yè)內(nèi)容的可能，在中、小批量的自動(dòng)化生產(chǎn)中， 最能發(fā)揮其作用。 （ 5） 采用機(jī)械手能明顯地提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和降低成本。 機(jī)械手的分類 工業(yè)機(jī)械手的種類很多，關(guān)于分類的問題，目前在國(guó)內(nèi)尚無統(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。 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 : （ 1） 專用機(jī)械手 它是附屬于主機(jī)的、具有固定程序而無獨(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)