【正文】 程序是固定不變的，即在制造過程中已固化上去的程序，一般不會作變動，因此其動作也十分單一，只能用來完成某些特定的任務(wù)。第二類：需要人工操作的，稱之為操作機(jī)。在高溫、高壓、粉塵濃度高、嚴(yán)重噪音以及帶有放射性和化學(xué)污染的場合應(yīng)用的尤為廣泛。工業(yè)機(jī)械手是機(jī)器人的一個分支，是近代自動控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項新技術(shù)，是并已成為現(xiàn)代機(jī)械制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個重要組成部分。 概述機(jī)器人是一種人類很早就夢想制造的、具有仿生性且處處聽命于人的自動化機(jī)器，它可以幫助人類完成很多危險、繁重、重復(fù)的體力勞動或者進(jìn)入各種服務(wù)領(lǐng)域。機(jī)械手是機(jī)器人的一個重要分支。它的特點是可通過變成完成各種預(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，尤其是體現(xiàn)了人的智能和適應(yīng)性，機(jī)器作業(yè)的準(zhǔn)確性和在各種環(huán)境完成作業(yè)的能力。經(jīng)歷數(shù)十年的發(fā)展變化，機(jī)器人技術(shù)不斷進(jìn)步與創(chuàng)新，所到之處使整個制造業(yè)乃至全社會都發(fā)生了和正在發(fā)生著翻天覆地的變化。這種新技術(shù)發(fā)展很快，目前已經(jīng)進(jìn)入了高速發(fā)展階段，現(xiàn)在已經(jīng)形成一門新興的、多學(xué)科、寬領(lǐng)域相結(jié)合的學(xué)科——機(jī)械手工程。在我國，近幾年也有較快的發(fā)展，并取得了一定的成效，受到機(jī)械工業(yè)和鐵路工業(yè)部門的重視。它起源于原子、軍事業(yè)，先是通過操作機(jī)來完成特定的任務(wù)，后來發(fā)展到利用無線電訊號操作機(jī)械手來進(jìn)行探測月球、海洋礦藏等方面。在國外，目前主要是研究第一類通用機(jī)械手，國外統(tǒng)稱為工業(yè)機(jī)器人（Industrial Robot）。1962年，美國聯(lián)合控制公司又試制成一臺數(shù)控示教再現(xiàn)機(jī)械手，商名為Unimate。 1962年，美國機(jī)械鑄造公司也試驗成功一種機(jī)械手，該機(jī)械手的中央立柱可以回轉(zhuǎn)，臂可以回轉(zhuǎn)、升降、伸縮，采用液壓驅(qū)動，控制系統(tǒng)也是示教再現(xiàn)型。德國機(jī)械制造業(yè)是從1970年開始應(yīng)用的機(jī)械手。1980年底約有3000臺工業(yè)機(jī)械手與ESER計算機(jī)配套使用。第二代機(jī)械手正在加緊研制，并以初見成效，已經(jīng)成功應(yīng)用到多個領(lǐng)域。它與電子計算機(jī)和電視設(shè)備保持聯(lián)系，并逐步發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng)FMS（Flexible Manufacturing system）和柔性制造單元FMC(Flexible Manufacturing Cell)中重要的一環(huán)。它的特點是具備普通機(jī)械性能外，還具備通用機(jī)械、記憶智能的三元機(jī)械。第三類是用專用機(jī)械手，主要附屬于自動機(jī)床或自動線上，用以解決機(jī)床上下料和工件送。 機(jī)械手應(yīng)用概況在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程的機(jī)械化、自動化已成為突出的主題，化工等連續(xù)性生產(chǎn)過程的自動化已經(jīng)基本得到解決。后來隨著自動化與電子技術(shù)的發(fā)展，到目前正是工業(yè)機(jī)械人發(fā)展的全盛時期。此外各有關(guān)單位已建立了機(jī)器人專門研究隊伍，正在從事各種用途機(jī)器人的研究。目前工業(yè)機(jī)械手主要用于機(jī)床加工、鑄鍛、熱處理等方面，無論數(shù)量、品種和性能方面還不能滿足工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需要。采用機(jī)械手裝配是目前研制的重點，國外已研究采用攝相機(jī)和力的傳感器裝置及微型計算機(jī)聯(lián)接在一起，能確定零件的方位，達(dá)到裝配的目的?，F(xiàn)代世界各國的汽車工業(yè)皆已大量使用焊接機(jī)器人進(jìn)行生產(chǎn)，焊接自動化率高，對穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量和加快生產(chǎn)進(jìn)度有極大幫助。在應(yīng)用專用機(jī)械手的同時，相應(yīng)地發(fā)展通用機(jī)械手，有條件的情況下研制示教式機(jī)械手，計算機(jī)控制機(jī)械手和組合機(jī)械手等。此外，還應(yīng)大力研究伺服型、記憶再現(xiàn)型，以及觸覺、視覺等性能的機(jī)械手，并考慮與計算機(jī)聯(lián)用，逐步成為整個機(jī)械制造系統(tǒng)中的一個基本單元。因此，機(jī)械手設(shè)計是有關(guān)專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課后的綜合性的專業(yè)設(shè)計。在規(guī)定的學(xué)時里要求我個人完成以下工作：（1）調(diào)查收集相關(guān)的資料和信息，了解工業(yè)機(jī)械手的技術(shù)和發(fā)展?fàn)顩r，查找相關(guān)中外期刊文獻(xiàn)，撰寫開題報告；（2）擬定整體方案，主要是機(jī)械原理方面的設(shè)計方案；（3）根據(jù)給定的自由度數(shù)和技術(shù)參數(shù)選擇合適的機(jī)身結(jié)構(gòu)；（4）繪制系統(tǒng)原理圖，尋找最優(yōu)的任務(wù)實現(xiàn)功能元；（5）各部分的設(shè)計計算；（6）繪制工程技術(shù)圖紙，并給出相關(guān)的技術(shù)要求和注意事項；（7）編寫課題設(shè)計、計算說明書?？?制 方 式 點位過程控制基座部分輸出轉(zhuǎn)速為5r/min,大臂部分固定轉(zhuǎn)速為8r/min ,大臂俯仰速度為，小臂相對大臂俯仰速度/s。因此，為了實現(xiàn)一定的運(yùn)動空間，這種龍門式的機(jī)械手的結(jié)構(gòu)尺寸要比其它類型的機(jī)械手結(jié)構(gòu)尺寸大，從而占地面積大，工作范圍小，慣性大，靈活性差。結(jié)合所給的技術(shù)要求和上述兩種方案的綜合比較，本人設(shè)計采用后一種方案二，即關(guān)節(jié)式機(jī)械手，因為它相對與本設(shè)計的要求更具優(yōu)越性和實用性，性能上也完全能達(dá)到預(yù)期的目的。（1）基座與立柱 基座與立柱的機(jī)構(gòu)圖可參照機(jī)械手總裝配圖。立柱是一個薄壁鋼管，主軸是45鋼空心軸。既作為機(jī)械手的傳動手臂又作為傳動鏈的箱體。小臂結(jié)構(gòu)與大臂結(jié)構(gòu)類似，由復(fù)合材料骨架和薄鋼板組成。這里通過合理的結(jié)構(gòu)布局和傳動和傳動鏈優(yōu)化設(shè)計，采用簡單的自重平衡方法，在大臂和小臂轉(zhuǎn)軸的一側(cè)都集中安排了兩個較重的電機(jī)，這樣可以減小由于安裝電動機(jī)和減速運(yùn)動裝置造成的附加力矩，從而使手臂的自重盡可能地接近平衡。在注意各類驅(qū)動系統(tǒng)特點的基礎(chǔ)上，綜合上述個因素，充分論證其合理性、可行性、經(jīng)濟(jì)性及可靠性后進(jìn)行最終的選擇。只有采用液壓或電動伺服系統(tǒng)才能滿足要求，點焊、弧焊機(jī)器人多采用電動驅(qū)動系統(tǒng)。2. 工業(yè)機(jī)器人驅(qū)動系統(tǒng)特性比較表1 驅(qū)動系統(tǒng)特性驅(qū) 動 系 統(tǒng) 的 特 性驅(qū) 動類 型功率快 速響 應(yīng)結(jié) 構(gòu)性 能安 全效 率控制能力安 裝要 求維 護(hù)要 求液壓驅(qū)動系統(tǒng)不太受限制很 高結(jié)構(gòu)適當(dāng)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)可做成獨立結(jié)構(gòu)，易于標(biāo)準(zhǔn)化，容易實現(xiàn)直接驅(qū)動。速度調(diào)節(jié)裝置、配流元件、制動裝置的結(jié)構(gòu)簡單，能將速度位置控制到精確值。氣動驅(qū)動系統(tǒng)有限制較高結(jié)構(gòu)適當(dāng)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)可做成獨立結(jié)構(gòu)易于標(biāo)準(zhǔn)化，容易實現(xiàn)直接驅(qū)動，密封問題不象液壓系統(tǒng)顯得突出防爆性能好，高于一個大氣壓，應(yīng)注意設(shè)備有爆炸的危險~調(diào)度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、配流元件結(jié)構(gòu)簡單，一般要求有專門的制動裝置；速度、位置控制到精確值困難。結(jié)構(gòu)簡單，控制靈活性強(qiáng)，速度、位置可控制到精確值。由于它有低慣量、高起動力矩等優(yōu)點，而且不需要能量轉(zhuǎn)換，使用方便，噪聲較低，控制靈活。因此機(jī)械手的基座和腰部軸及軸承的機(jī)構(gòu)要有足夠大的強(qiáng)度和剛度，及保證承載能力。（6） 腰部結(jié)構(gòu)要便于安裝調(diào)整。 基座部分的設(shè)計計算（1）基座電機(jī)的選擇手臂回轉(zhuǎn)的驅(qū)動力矩，應(yīng)該與手臂運(yùn)動時所產(chǎn)生的慣性力矩，以及各支撐處摩擦阻力矩相平衡。則 各支撐處摩擦力矩粗略估算為 所以，圖51 基座部分傳動示意圖所需電機(jī)的輸出功率為： ——負(fù)載轉(zhuǎn)矩（負(fù)載軸）——負(fù)載軸回轉(zhuǎn)速度 r/min——額定功率 kw——電動機(jī)與工作機(jī)之間的傳動裝置總效率設(shè)固定轉(zhuǎn)速為=5 r/min 又 則 飛輪矩的計算 其中，——負(fù)載飛輪矩 J ——手臂回轉(zhuǎn)部件對其回轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動慣量 則 加速功率的計算 伺服電機(jī)的預(yù)選：選定條件: 電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩； 倍電機(jī)的額定功率； 電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速； 電機(jī)容許負(fù)載的由選定條件，按計算結(jié)果對照《機(jī)械設(shè)計手冊》中常用伺服電機(jī)可初選110S –CZK01直流寬調(diào)速伺服電機(jī)。選小齒輪齒數(shù)為=25，==95。 取， 。由表61，選取第一系列標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)m=4。由圖615，按不允許出現(xiàn)點蝕，查得 。對于空心軸：查表取，取則計算得, 根據(jù)扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度及剛度計算，——許用扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力，查表取為，則mm,所以這里取mm.[2]輸入軸（如下圖）：圖53 輸入軸結(jié)構(gòu)示意圖初步估算軸的直徑：mm 輸入軸的最小直徑是安裝聯(lián)軸器處的直徑。因半聯(lián)軸器與軸配合部分的孔長度為82mm，為保證套筒軸向定位，故56段的長度取。為使右端滾動軸承軸向定位，且便于軸承的裝卸，由手冊查得46310軸承的安裝軸徑。 軸的校核：由所確定的結(jié)構(gòu)圖可確定出簡支梁的支撐距離mm, mm,據(jù)此可求出齒輪寬度中點所在的截面B的、。 機(jī)械手手臂部分設(shè)計及計算：手臂的作用是在一定載荷和一定速度下，實現(xiàn)機(jī)械手要求空間中的運(yùn)動，在進(jìn)行設(shè)計時，一般遵循以下原則：（1）應(yīng)盡可能使各關(guān)節(jié)軸相互平行，相互垂直的手應(yīng)盡可能相交于一點，這樣可以使其運(yùn)動學(xué)正逆運(yùn)算簡化，有利于控制。因此，各關(guān)節(jié)都應(yīng)有工作可靠、便于調(diào)整的軸承間隙調(diào)整機(jī)構(gòu)。由于重量為小臂及負(fù)載的和，故初步設(shè)置如下：設(shè)置啟動角度,z則啟動角速度，設(shè)置啟動時間。即 慣性力矩的計算其中，計算時，可把形狀復(fù)雜的零件近似看成圓柱體，則各支撐處摩擦力矩粗略估算為所以，所需電機(jī)的輸出功率為： 所以 飛輪矩的計算： 加速功率的計算： 伺服電機(jī)的預(yù)選：選定條件: 電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩； 倍電機(jī)的額定功率； 電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速； 電機(jī)容許負(fù)載的