【正文】 的負(fù)荷；減少運(yùn)轉(zhuǎn)的動(dòng)載荷與沖擊，提高手臂運(yùn)動(dòng)的響應(yīng)速度。柔輪通過一定軸與立柱連接。 如圖 所示， 焊接 機(jī)械手 的大臂采用電機(jī)、諧波減速器和關(guān)節(jié)軸線 同軸的傳動(dòng)方式，結(jié)構(gòu)簡單，傳動(dòng)路線最短。工作空間的形狀和大小與手臂的長度、手臂 關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)角范圍密切相關(guān) 根據(jù)手臂所受載荷和結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，合理選擇手臂截面形狀和高強(qiáng)度輕質(zhì)材料，如常采用空心的薄壁矩形框體或圓管以提高其抗彎剛度和扭轉(zhuǎn)剛度，減輕自身的重量。 軸承承受的負(fù)載較重，被壓緊。 由于立柱與諧波傳動(dòng)減速器直接相連，本設(shè)計(jì)機(jī)身電機(jī)我選擇輸入轉(zhuǎn)速為 3000 rpm，故諧波減速器輸入轉(zhuǎn)速為 3000 rpm，從而得立柱的輸入功率 P= Kw 輸入轉(zhuǎn)速 n=30 rpm 所受諧波傳動(dòng)減速器輸出 力矩 M1= ? ?bM p aWM 1511 30 ?? ????? ?? （ 310） 滿足強(qiáng)度條件 。 彎扭合成強(qiáng)度校核立柱的強(qiáng)度 立柱尺寸如圖 所示，在 A 處，立柱受到大臂及以上部分給的彎矩，當(dāng)大臂、小臂、手指的軸線在同一水平線上時(shí)，所受來自其重力的彎矩最大，計(jì)算如下： 粗略估計(jì)各部分質(zhì)量 m0=7kg； m1=7kg； m2=5kg； m3=；立柱半徑估計(jì) r=40mm。為了增強(qiáng)立柱的平穩(wěn)性和機(jī)構(gòu)的合理、安全性，在立柱下端我選擇了一個(gè)圓錐滾子軸承來增強(qiáng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，使之滿足要求。且 立柱 要安裝在足夠大的基面 上 ，以保證機(jī)械手在工作時(shí)整體安裝的穩(wěn)定性。 它不僅承擔(dān)整個(gè)機(jī)械手的重量和工作時(shí)所產(chǎn)生的所有載荷，而且內(nèi)部還安裝了軸承等重要部件。 并且為了保證立柱旋轉(zhuǎn)時(shí)平穩(wěn)，使立柱轉(zhuǎn)速穩(wěn)定。對(duì)雙波傳動(dòng)，剛輪和柔輪的齒數(shù)差應(yīng)為 2， 三個(gè)波傳動(dòng)其齒數(shù)差應(yīng)為 3，由于結(jié)構(gòu)上的原因，單波或三波以上的傳動(dòng)很少用，常用的是雙波傳動(dòng)。在波發(fā)生器長軸旋轉(zhuǎn)的正方向一側(cè)，稱為嚙入?yún)^(qū)；在長軸旋轉(zhuǎn)的反方向一側(cè)，稱為嚙出區(qū)。 2 220 3 17 1600 ≥ 30 圖 110BYG3502B 混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 表 110BYG3502B 混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)安裝尺寸 D B d (h7) L1 b D1(h7) h h1 L D2 d1 110 110 14 40 4 56 2 12 98 107 9 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 17 頁 機(jī)座諧波傳動(dòng)減速器的 選擇 諧波傳動(dòng)減速器在 機(jī)械手 中的應(yīng)用 由于諧波減速器裝置具有傳動(dòng)比大并且范圍廣、精度高、空回小、承載能力大、效率高、體積小、重量輕、傳動(dòng)平穩(wěn)、噪聲小、可向密封空間傳遞運(yùn)動(dòng)等特點(diǎn)。因此，根據(jù) Tjmax來選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩時(shí)，需要考慮安全系數(shù)。 機(jī)座電動(dòng)機(jī)的選擇 粗略估計(jì)各部分質(zhì)量 m0=7kg； m1=7kg； m2=5kg； m3=；立柱半徑估計(jì) r=40mm。 熔點(diǎn) 低（ 1145～ 1250℃ ），凝固時(shí)收縮量小，抗壓強(qiáng)度和 硬度 接近碳素鋼，減震性好。 機(jī)座承受 機(jī)械手 全部重量和工作載荷，應(yīng)保證足夠的強(qiáng)度、剛度和承載能力。 性能指標(biāo) 性能指標(biāo) 一般指位姿準(zhǔn)確度及位姿重復(fù)性（點(diǎn)位控制）、軌跡準(zhǔn)確度及軌跡重復(fù)性（軌跡控制）、最小定位時(shí)間及分辨率等。經(jīng)過粗略計(jì)算，本設(shè)計(jì) 額定負(fù)載 最大可以達(dá) 。 基本技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì) 總體方案設(shè)計(jì)階段 首 要確定的主要參數(shù)有如下幾 相 ： 額定負(fù)載 額定負(fù)載是指在 機(jī)械手 規(guī)定的性能范圍內(nèi)，機(jī)械接口處所能承受負(fù)載的 最大 允許值。智能控制技術(shù)的發(fā)展有賴于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、基因算法、遺傳算法、專家系統(tǒng)等人工智能的迅速發(fā)展。 （ 3）力（力矩）控制方式 在完成裝配、抓放物體等工作時(shí)，除要準(zhǔn)確定位之外，還要使用適度的力或力矩進(jìn)行工作，這是就要利用力（或力矩）伺服方式。這種工作方式比較簡單。 控制系統(tǒng) 機(jī)械手的控制系統(tǒng)相當(dāng)于人的大腦，它指揮機(jī)械手的動(dòng)作，并協(xié)調(diào)機(jī)械手與生 產(chǎn)系統(tǒng)之間的關(guān)系。驅(qū)動(dòng)電機(jī)一般采用步進(jìn)電機(jī)，直流伺服電機(jī)（ AC）為主要的驅(qū)動(dòng)方式。一般用凸輪連桿機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作。通常它的具有很大的抓舉能力（高達(dá)幾百千克以上），其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、動(dòng)作平穩(wěn)、耐沖擊、耐震動(dòng)、防爆性好，但液壓元件要求有較高的制造精度和密封性能，否則 漏油將污染環(huán)境。 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 主要指驅(qū)動(dòng)機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)作的驅(qū)動(dòng)裝置。 3）對(duì)于一般的物料搬運(yùn)和裝配 機(jī)械手 ，末端執(zhí)行器為種類繁多的機(jī)械夾持器，用機(jī)械手指的閉合和張開來夾緊和釋放工件。 （ 3） 機(jī)械手 的手部裝置又稱末端執(zhí)行器。 （ 2）手臂和手腕是 機(jī)械手 操作機(jī)中的基本部件，它由旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和往復(fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)組成。下端用螺釘與諧波傳動(dòng)減速器連接，目的是把諧波傳動(dòng)減速器傳出的轉(zhuǎn)矩傳到立柱上。機(jī)身既可以是固定式的，也可以是行走式的，貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 11 頁 即在它 的下部裝有能行走的機(jī)構(gòu)，可沿地面或架空軌道運(yùn)行。 機(jī)械系統(tǒng)包括機(jī)身、臂部（包括大臂和小臂）、手腕、末端執(zhí)行器和行走結(jié)構(gòu)等部分，每一部分都有若干個(gè)自由度，構(gòu)成一個(gè)多自由度的機(jī)械系統(tǒng)。綜合考慮，機(jī)械手自由度數(shù)目取為 三 個(gè)自由度 。 其 動(dòng)作靈活，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小。 球坐標(biāo) 機(jī)械手 結(jié)構(gòu) 球坐標(biāo) 機(jī)械手 的運(yùn)動(dòng) 空間 是 通過 兩個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和一個(gè)直線運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的。其 工作空間為 空間長方體。 機(jī)械手 與專 用 機(jī) 械 最大區(qū)別就是可以通過修改程序以適應(yīng)不同 產(chǎn)品 的生產(chǎn)。 機(jī)械手 可 24 小時(shí) 連續(xù)生產(chǎn) ， 隨著高速 、 高效焊接技術(shù)的應(yīng)用，采用 機(jī)械手 焊接，效率 的 提高更為明顯。 改善 工人 勞動(dòng)條件。 焊接 機(jī)械手 主要優(yōu)點(diǎn)如下： 穩(wěn)定 和提高焊接 產(chǎn)品的 質(zhì)量，保證其均一性。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展 ,焊接已從簡單的構(gòu)件連接方法和毛坯制造手段發(fā)展成為制造行業(yè)中一項(xiàng)基礎(chǔ)工藝和生產(chǎn)尺寸精確的制成品的生產(chǎn)手段。在注意各類驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，綜合上面的各個(gè)因素，充分論證其合理性、可行性、經(jīng)濟(jì)性以及可靠性后進(jìn)行最終的選擇。 控制系統(tǒng)的 設(shè)計(jì)， 確定輸入 /輸出（ I/O）設(shè)備、選擇合適的 PLC、 I/O 點(diǎn)數(shù)分配 、PLC 程序設(shè)計(jì)。 本設(shè)計(jì) 的 內(nèi)容 和思路 設(shè)計(jì) 內(nèi)容 機(jī)械手執(zhí)行系統(tǒng) 、 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 和控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。在一些簡單、重復(fù)，貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 7 頁 特別是較笨重的操作中，以機(jī)械手代替人進(jìn)行工作，可以避免由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。 這既可使機(jī)構(gòu)簡化，又可提高控制精度 。其特點(diǎn)是電源方便，響應(yīng)快，驅(qū)動(dòng)力較大 ， 信號(hào)檢測(cè)、傳動(dòng)、處理方便，并可采用多種靈活的控制方案。本課題設(shè)計(jì)的機(jī)械手，是用于自動(dòng)生產(chǎn)線上完成焊接任務(wù)的自動(dòng)化裝置。 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 6 頁 本設(shè)計(jì) 的 目的和意義 設(shè)計(jì) 目的 由于工作的需要，人們經(jīng)常受到高溫、腐蝕及有毒氣體等因素的危害，增加了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，甚至危 及 生命。而另一種并聯(lián)機(jī)構(gòu)的 NC 機(jī)械手 ，其位置重復(fù)性達(dá) l um。直接驅(qū)動(dòng)技術(shù)則廣泛用于裝配 機(jī)械手 中。協(xié)調(diào)控制技術(shù)日趨成熟，實(shí)現(xiàn)了多手與變位機(jī)、多 機(jī)械手 的協(xié)調(diào)控制，正逐步實(shí)現(xiàn)多智能體的協(xié)調(diào)控制。在第一代工業(yè) 機(jī)械手 普及的基礎(chǔ)上，第二代貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 5 頁 已經(jīng)推廣，成為主 流安裝機(jī)型，第三代智能 機(jī)械手 已占有一定比重。在未來幾年，傳感技術(shù)，激光技術(shù)，工程網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將會(huì)被廣泛應(yīng)用在 機(jī)械手 工作領(lǐng)域，這些技術(shù)會(huì)使機(jī)械手的應(yīng)用更為高效，高質(zhì)，運(yùn)行成本低。隨著 機(jī)械手 發(fā)展的深度和廣度以及 機(jī)械手 智能水平的提高， 機(jī)械手 已在眾多領(lǐng)域得到了應(yīng)用。如位置發(fā)生稍許偏差時(shí)，即能更 正并自行檢測(cè)。 可以將機(jī)械手各運(yùn)動(dòng)構(gòu)件，如伸縮、擺動(dòng)、升降、橫移、俯仰等機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)成典型的通用機(jī)構(gòu)，以便根據(jù)不同的作業(yè)要求，選用不用的典型機(jī)構(gòu)，組裝成各種用途的 機(jī)械手 ，即便于設(shè)計(jì)制造，又便于跟換工件，擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。目前國內(nèi)機(jī)械手主要用于機(jī)床貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 4 頁 加工、鑄鍛、熱處理等方面，數(shù)量、品種、性能等方面都不能滿足工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需要。 1972 年我國第一臺(tái)工業(yè)機(jī)械手在上海開發(fā)成功，隨之全國各省都開始研制和應(yīng)用機(jī)械 手 。這對(duì)于我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度以及經(jīng)濟(jì)總量來說顯然是不匹配的，這說明我國制造業(yè)的自動(dòng)化程度有待進(jìn)一步提高，另一方面也反映了我國勞動(dòng)力成本的低廉，制造業(yè)自動(dòng)化水平以及工業(yè) 機(jī)械手 應(yīng)用程度的提高受到限制。 焊接 機(jī)械手 具有焊接質(zhì)量穩(wěn)定、改善工人勞動(dòng)條件、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于汽車、工程機(jī)械、通用機(jī)械、金屬結(jié)構(gòu)和兵器工業(yè)等行業(yè)。 按結(jié)構(gòu)分： . (1) 直角坐標(biāo) 機(jī)械手 結(jié)構(gòu)； (2) 圓柱坐標(biāo) 機(jī)械手 結(jié)構(gòu)； (3) 球坐標(biāo) 機(jī)械手 結(jié)構(gòu)； (4) 關(guān)節(jié)型 機(jī)械手 結(jié)構(gòu)。 (4) 智能工業(yè)機(jī)械手 由電子計(jì)算機(jī)控制，通過各種傳感元件等具有視覺、熱感、觸覺、行走機(jī)構(gòu)等。這也是采用較多的一種，多為電液伺服驅(qū)動(dòng)。這種機(jī)械手多為氣動(dòng)或液動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡單，改變程序比較容易。 目前大多數(shù)工業(yè)機(jī)械手能搬運(yùn)的重量為 1～ 30公斤。工業(yè)機(jī)械手與數(shù)控加工中心，自動(dòng)搬運(yùn)小車與自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)可組成柔性制造系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化。 通過對(duì) 焊接機(jī)械手各個(gè)部分詳細(xì)的設(shè)計(jì)，可以對(duì)機(jī)械手有一個(gè)系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，也為以后設(shè)計(jì)較復(fù)雜的機(jī)械手打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 其中含有電機(jī)、諧波減速器和軸承等的選擇及校核 。 本文所設(shè)計(jì)的機(jī)械手為 多關(guān)節(jié)型 自動(dòng) 焊接 機(jī)械手，動(dòng)作靈活多樣，適用于可變換生 產(chǎn)品種的中、小批量自動(dòng)化生產(chǎn)，廣泛應(yīng)用于柔性自動(dòng) 生產(chǎn) 線。 本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 論文（設(shè)計(jì)）題目： 多關(guān)節(jié)型自動(dòng)焊接機(jī)械手 設(shè)計(jì) 學(xué) 院： 機(jī)械工程學(xué)院 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班 級(jí)： 機(jī)自 103 班 學(xué) 號(hào)： 1008030218 學(xué)生姓名： 幸貴武 指導(dǎo)教師： 趙麗梅 20xx 年 6 月 5 日貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 誠信責(zé)任書 本人鄭重聲明：本人所呈交的畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)），是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所完成。 論文（設(shè)計(jì)）作者簽名： 日 期： 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 I 頁 目 錄 摘 要 ............................................................................................................. I Abstract …………………… ……………… ..…………………………… I 第一章 前 言 .............................................................................................. 1 機(jī)械手簡介 ...................................................................................... 1 機(jī)械手的分類 ................................................................................... 1 研究背景、國內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) ................................................. 2 研究背景 .......................................................................................................... 2 研究的國內(nèi)外現(xiàn)狀 .......................................................................................... 3 機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì) .......................................................................................... 4 本設(shè)計(jì)的目的和意義 ....................................................................... 6 設(shè)計(jì)目的 .......................................................................................................... 6 設(shè)計(jì)意義 ..................................................................