【正文】 電磁鐵直接吸引 。為了使機(jī)械手能夠正確的工作，手臂的三個(gè)自由度都需要精確的定位。 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)主要有四種：液壓驅(qū)動(dòng)、氣壓驅(qū)動(dòng)、電氣驅(qū)動(dòng)和機(jī)械驅(qū)動(dòng)。液壓驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是壓力高、體積小、出力大、運(yùn)動(dòng)平緩，可無(wú)級(jí)變速，自鎖方便，并能在中間位置停止。它的優(yōu)點(diǎn)是氣源方便，維護(hù)簡(jiǎn)單，成本低。 電氣驅(qū)動(dòng)采用的不多。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)可以采用統(tǒng)一形式的動(dòng)力，出力比較大；缺點(diǎn)是控制響應(yīng)速度比較慢。 本 設(shè)計(jì) 所做的機(jī)械手采用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)絲杠螺母機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)手臂的 X軸、 Y 軸的移動(dòng)及X軸的旋轉(zhuǎn) 。 控制系統(tǒng)是支配機(jī)械手按規(guī)定的要求運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)。 機(jī)械手的分類 目前機(jī)械手的種類很多，關(guān)于分類的問(wèn)題在國(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。在其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和性能允許范圍內(nèi)，它的動(dòng)作程序是可變的，且控制系統(tǒng)是獨(dú)立的，只需通過(guò)一定的調(diào)整可在不同場(chǎng)合使用。其主要特點(diǎn)是：抓重可達(dá)幾百公斤以上、傳動(dòng)平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)緊湊、動(dòng)作靈敏。其主要特點(diǎn)是：介質(zhì)來(lái)源極為方便、輸出力小、氣動(dòng)動(dòng)作迅速、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低。它是一種附屬于工作主機(jī)的專用機(jī)械手，其動(dòng)力是由工作機(jī)械傳遞的。其中，直線電機(jī)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)速度快、行程長(zhǎng)，維護(hù)和使用較為方便，但此類機(jī)械手目前較少，有著很大的發(fā)展前途。 (2)連續(xù)軌跡控制 它的運(yùn)動(dòng)軌跡為空間的任意連續(xù)曲線，其特點(diǎn)是設(shè)定點(diǎn)為無(wú)限的，整個(gè)移動(dòng)過(guò)程處于控制之下，可以實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)和準(zhǔn)確的運(yùn)動(dòng)，并且使用范圍廣，但電氣控制系統(tǒng)復(fù)雜。例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機(jī)、減速機(jī)、檢測(cè)系統(tǒng)三位一體化；有關(guān)節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造的機(jī)器人整機(jī)；國(guó)外已有模塊化裝配機(jī)器人產(chǎn)品問(wèn)市。 當(dāng)代遙控機(jī)器人系統(tǒng)的發(fā)展特點(diǎn)不是追求全自動(dòng)系統(tǒng)，而是致力于操作者與機(jī)器人的人機(jī)交互控制，即遙控加局部自主系統(tǒng)構(gòu)成完整的監(jiān)控遙控操作系統(tǒng)，使智能機(jī)器人走出實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入實(shí)用化階段。但總的來(lái)看，我國(guó)的機(jī)器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國(guó)外比 還有一定的距離，如：可靠性低于國(guó)外產(chǎn)品；機(jī)器人應(yīng)用工程起步較晚，應(yīng)用領(lǐng)域窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與國(guó)外比有差距；在應(yīng)用規(guī)模上，我國(guó)己安裝的國(guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人約 200 臺(tái)，約占全球已安裝臺(tái)數(shù)的萬(wàn)分之四。其中最為突出的是水下機(jī)器人， 6000m 水下無(wú)纜機(jī)器人的成果居世界領(lǐng)先水平，還開發(fā)出直接遙控機(jī)器人、雙臂協(xié)調(diào)控制機(jī)器人、爬壁機(jī)器人、管道機(jī)器人等機(jī)種；在機(jī)器人視覺、力覺、觸覺、聲覺等基礎(chǔ)技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用上開展了不少工作，有了一定的發(fā)展基礎(chǔ)。在現(xiàn)有機(jī)械手技術(shù)基礎(chǔ)上，確定了 小型零件裝配 機(jī)械手的基本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，對(duì)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的力學(xué)模型分析，完成了機(jī)械手傳動(dòng)部分、執(zhí)行系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等系統(tǒng)的相關(guān)徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 6 設(shè)計(jì)，并對(duì)機(jī)械手的控制技術(shù)進(jìn)行了一定的 設(shè)計(jì) 。 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 7 2 機(jī)械手總體設(shè)計(jì)方案 對(duì)于 裝配 類機(jī)械手的基本要求是能快速、準(zhǔn)確地拾取 — 搬運(yùn) — 放置物件，這就要求具有較高的精度、快速反應(yīng)、一定的承載能力、足夠的工作空間和靈活的自由度及自動(dòng)定位等特性。各結(jié)構(gòu)型式及其相應(yīng)的特點(diǎn)，分別介紹如下： 1．直角坐標(biāo)機(jī)械手結(jié)構(gòu) 直角坐標(biāo)機(jī)械手的空間運(yùn)動(dòng)是用三個(gè)相互垂直的直線運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，如圖 21(a)所示。直角坐標(biāo)機(jī)械手的工作空間為一空間長(zhǎng)方體，主要用于裝配作業(yè)及搬運(yùn)作業(yè)，一般有懸臂式、龍門式和天車式三種結(jié)構(gòu)。這種機(jī)械手結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低，但精度不是很高，主要應(yīng)用于搬運(yùn)作業(yè)，其工作空間是一個(gè)類球形的空間。此種機(jī)器人在工業(yè)中應(yīng)用十分廣泛，如焊接、噴漆、搬運(yùn)、裝配等作業(yè)，都廣泛采用這種類型的機(jī)器人。 機(jī)械手的自由度 結(jié)合 直角 坐標(biāo)型機(jī)械手的特點(diǎn)，所設(shè)計(jì)的 小型零件裝配 機(jī)械手具有相應(yīng)的 三 個(gè)自由度： X軸的移動(dòng) 、 Y軸的移動(dòng)及 X軸 的回轉(zhuǎn) 。而機(jī)械手在裝配的過(guò)程中行程不是很大，在運(yùn)行中需要有很高的定位精度，因此選擇齒輪齒條并不合適。絲杠傳動(dòng)方式主要有梯形絲杠傳動(dòng)、滾珠絲杠傳動(dòng)、滑動(dòng)絲杠傳動(dòng)等。在這方面，滾珠絲杠具有其他絲杠傳動(dòng)方式不可比擬的優(yōu)勢(shì)。進(jìn)給速度寬。綜合以上的對(duì)比選擇滾珠絲杠是最合適的。 液壓容易達(dá)到較高的壓力，體積較小可以獲得較大的推力或扭矩；工作平穩(wěn)可靠。它的不足之處是壓縮空氣常用壓力為，若要獲得較大的力，其結(jié)構(gòu)就要相對(duì)增大，空氣壓縮性大， 工作穩(wěn)定差。普通交、直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)需加減速裝置，輸出力矩大，但控制性能差，慣性大，適用于中型或重型機(jī)械手。交流伺服電機(jī)系統(tǒng)為閉環(huán)控制，驅(qū)動(dòng)器可直接對(duì)電機(jī)編碼器反饋信號(hào)進(jìn)行采樣，內(nèi)部構(gòu)成位置環(huán)和速度環(huán)，一般不會(huì)出現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的丟步或過(guò)沖現(xiàn)象，控制性能更為可靠。但實(shí)際工作中 200400 毫秒是很快的速度，因此步進(jìn) 電機(jī)與伺服電機(jī)相比更加經(jīng)濟(jì)。 機(jī)械手的設(shè)計(jì)參數(shù) 機(jī)械手的最大抓取重量是其規(guī)格的主參數(shù)，該機(jī)械手主參數(shù)定為 5kg。 hp =8mm 0d =32mm 當(dāng)量載荷 mF （ N） 當(dāng)載荷在 minF 和 maxF 之間周期變化時(shí)，載荷按下式計(jì)算 ? ?m inm ax23/1 FFF ?? 估算 minF =500N maxF =2021N ? ? ? ? N1500500202123/123/1 m i nm a x ?????? FFF 當(dāng)量轉(zhuǎn)速 mn （ r/min） 當(dāng)轉(zhuǎn)速在 maxn 和 minn 之間變化時(shí)， ? ?m inm ax2/1 nnnm ?? 已知 ?maxV 5m/min ?0d 32mm 估算 ?minV 2m/min 則由 vDn ?? 得 ???? 5m a x DVn ? 50r/min ???? 2m in DVn ? 20r/min 所以 ? ? ? ? ????? 2050212/1 m inm a x nnn m 35r/min 額定動(dòng)載荷計(jì)算 amC （ N） ? ? cahmmwam ffLnFfC 100/60 31?? 式（ ) 當(dāng)有預(yù)加載荷時(shí)還要計(jì)算 maxFfC eam ??? 式（ ) 式中 af —— 精度系數(shù) cf —— 可靠性系數(shù) wf —— 載荷性質(zhì)系數(shù) hL —— 預(yù)期工作壽命 cf —— 預(yù)加載荷系數(shù) 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 13 maxF —— 最大軸向載荷 查表得 ??wf ?af 1?cf h15000?hL ?cf ? ? ? ? ?????????? cahmmwam ffLnFfC KN92 0 0 a x ?????? FfC eam 選擇 amC? 與 amC? 中較大者為預(yù)期值 amC ，所以 KN9?amC 估算滾珠絲桿允許最大軸向變形 ? ?mm?? 已知定位精度為 ，重復(fù)定位精度為 )41~31(??m? 重復(fù)定位精度 ??? )51~41(???m? 定位精度 ??? 取 m?? 和 m?? 中較小值為 m? 值，即 mm ?? 2 . ?? 估算滾珠絲杠底徑 )mm(2md 根據(jù)公稱直徑的選擇，滾珠絲杠的底徑的選擇要小于公稱直徑，暫時(shí)選 mm262 ?md 確定滾珠絲桿副的規(guī)格代號(hào) 滾珠絲杠分為定位用（ P型）和傳動(dòng)用 (T 型 )， P型用于精確定位且能根據(jù)旋轉(zhuǎn)角和導(dǎo)程間接測(cè)量軸向行程的滾珠絲杠副，這種滾珠絲杠是無(wú)間隙的（或稱預(yù)緊滾珠絲杠副）。 因此，所選擇的滾珠絲杠副的規(guī)格代號(hào)為 ?bF 。因?yàn)橹圃炀仍礁?、長(zhǎng)徑比越大，工藝難度越大，成品合格率越低。 ???????? aclc FLdKKF 由于 maxac FF ?? ，因此符合校核要求。（ 2）載荷大小和方向。（ 5）軸承的剛性。（ 7）摩擦力矩。 滾動(dòng)軸承基本額定動(dòng)載荷計(jì)算 ? ?arTn dmh CCPff fffC 或?? 式 () 式中 C —— 基本額定載荷計(jì)算值， N P —— 當(dāng)量動(dòng)載荷， N hf —— 壽命因數(shù) nf —— 速度因數(shù) mf —— 例句載荷因數(shù)，力矩較小時(shí) ?mf ，力矩較大時(shí) 2?mf rC —— 軸承尺寸及性能表中所列徑向基本額定動(dòng)載荷， N aC —— 軸承尺寸及性能表中所列軸向基本額定動(dòng)載荷， N 其中查表得 1?hf ?mf ?df ?nf 1?Tf 1500N?P . ?????????? rTn dmh CPff fffC 因此符合校核要求 滾動(dòng)軸承壽命計(jì)算 ?)(6010 610 PCfnL th ?? 式 () 式中 P —— 當(dāng)量動(dòng)載荷， N ? —— 壽命指數(shù)，球軸承 3?? ，滾子軸承 3/10?? n —— 軸承轉(zhuǎn)速， r/min C —— 軸承額定動(dòng)載荷， KN tf —— 溫度系數(shù) 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 17 其中 .7N2166?P 3?? r/min35?n ?C 軸向工作溫度 C120?? 時(shí)， 1?tf h163333)1500105001(3560 10)(6010 36610 ?????? ?PCfnL th 滾動(dòng)軸承的靜載荷強(qiáng)度計(jì)算 對(duì)于工 作處于靜止?fàn)顟B(tài)、緩慢擺動(dòng)或低速轉(zhuǎn)動(dòng)及載荷變動(dòng)較大（尤其是沖擊載荷）的軸承，為防止?jié)L動(dòng)體滾道處產(chǎn)生過(guò)大的塑性變形，以保證軸承能輕快、平穩(wěn)的工作，按照基本額定載荷選擇軸承尺寸?；绢~定載荷是限制軸承塑性變形的極限載荷，對(duì)于向心軸承是徑向靜載 荷；對(duì)于推力軸承是中心軸向靜載荷。 由于供電電源為單相 220V、 50HZ， X 軸的驅(qū)動(dòng)裝置初步選擇型號(hào)為 U2M113H 的步進(jìn)電機(jī)，其基本參數(shù)有保持扭矩為 mN28 ? ；轉(zhuǎn) 動(dòng) 慣量為 ? ；步進(jìn)角為 ? ；電壓為260V~AC160 。選擇最大距離的時(shí)刻來(lái)校核。鍵的截面尺寸（鍵寬 b 和鍵高 h）按軸的直徑 d由標(biāo)準(zhǔn)選擇，鍵的長(zhǎng)度可根據(jù)輪轂的長(zhǎng)度確定，可使鍵長(zhǎng)度等于輪轂寬度；導(dǎo)向平鍵按輪轂的長(zhǎng)度及滑動(dòng)距離確定而定。因此選擇圓頭普通平鍵。對(duì)應(yīng)公 稱直徑可取 25mm。 滾珠絲杠壓桿穩(wěn)定性 cF 驗(yàn)算（ N） m a x242521 /10 aclc FLdKKF ??? 式 () 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 22 式中 cF —— 臨界壓縮載荷， N 1K —— 安全系數(shù)，滾珠絲杠垂直安裝為 1/2，滾珠絲杠水平安裝 1/2 2K —— 支撐系數(shù) clL —— 滾珠絲杠最大受壓長(zhǎng)度 maxaF? —— 滾珠絲杠副所受最大軸向壓縮載荷， N 由于， Y 軸方向絲杠是水平安裝 3/11?K ；絲杠的支撐方式為兩端固定 22?K mm460?clL ； N246082033m a x ????? pa FF 0 94 6 0/???????? aclc FLdKKF 由于 maxac FF ?? ，因此符合校核要求。 滾珠絲杠 彎曲正應(yīng)力的強(qiáng)度條件校核 ? ??? ?? WM ma xma x 式 () 式中 maxM —— 最大彎矩， mN? W —— 圓形截面抗彎截面系數(shù) FLM 4/1max ? 其中 N1000?F .5m0?L 323dW ?? 其中 0dd? 取 ??d ? ? . 8M P a463. 2M P a159.501000413m a xm a x ???????? ??? WM 因此符合校核要求。 推力軸承校核計(jì)算 （ 1）滾動(dòng)軸承基本額定動(dòng)載荷計(jì)算 )( arTn dmh CCPff fffC 或?? 式 () 其中查表得 1?hf ?mf ?df ?nf 1?rf .7N766?P . ????????? aTn dmh CPff fffC 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 25 （ 2）滾動(dòng)軸承壽命計(jì)算 ?)(6010 610 PCfnL th ?? 式 () 其中 .7N766?P 3?? r/min35?n .0KN17?C 軸承工作溫度 C120?? 時(shí)， 1?tf 10)(6010 36610 ?????? ）（?PCfnL th （ 3）滾動(dòng)軸承靜強(qiáng)度計(jì)算 按基本額定載荷靜載荷選擇軸承的公式為 000 PSC ? 式 ()