【正文】 涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。 43 致 謝 我的畢業(yè)設(shè)計能夠順利完成，是因為得到了指導(dǎo)老師的全面、細致的指導(dǎo)。 也使我了解了當前國內(nèi)外在此方面的一些先進生產(chǎn)和制造技術(shù)，了解了機械手設(shè)計的一般過程，通過對機械手的結(jié)構(gòu)作了系統(tǒng)的設(shè)計，掌握了一定的機械設(shè)計方面的基礎(chǔ)知識，也學(xué)會了使用 proe 軟件創(chuàng)建模型，并使用 proe 軟件對 機械手進行簡單的運動仿真。 手腕的齒輪設(shè)計： 分度圓直徑 d=mZ=*40=40mm， 基圓直徑 bd =mzcos? =, 齒頂圓直徑 ad =m（ z+2 *ha ） =42mm, 38 齒根圓直徑 fd =m（ z2 *ha 2*c ） =, 標準中心距 a= 21 m（ 1z + 2z )=66mm. 大臂齒輪三維圖如 320 所示： 圖 320 大臂齒輪 底座的三維設(shè)計及工程圖： 底座部分是用來固定機械手整個機構(gòu)的裝置，在它上面有四個螺釘孔，通過螺紋連接固定大臂部 分。 ,錯誤 !未找到引用源。 ,錯誤 !未找到引用源。 ，錯誤 !未找到引用源。大臂部分的三維軟件圖及工程 圖如圖 315 所示 ： 34 圖 315 大臂 大臂部分轉(zhuǎn)軸的選取 大臂上的轉(zhuǎn)軸的直徑為 8mm 的圓軸，其上的圓槽為安裝卡簧的位置。在非超載的情況下，電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的 頻率 和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響，當步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運行的。由設(shè)計手冊取標準直徑。查機械設(shè)計手冊軸的常用材料及其主要力學(xué)性能知強度極限，再由機械設(shè)計手冊軸材料的許用彎曲應(yīng)力表知許用彎曲應(yīng)力。 （ 4）齒輪裝置傳動機構(gòu)。 手臂動作應(yīng)該靈活 為減少手臂運動之間的摩擦阻力，盡可能用滾動摩擦代替滑動摩擦。 (5)提高配合精度。如果改變手部的姿態(tài)（方位），則用腕部的自由度加以實現(xiàn)。 軸材料的許用彎曲應(yīng)力表 常用軸材料 22 腕部轉(zhuǎn)軸的三維圖及工程圖如圖 35 所示： 圖 35 腕部轉(zhuǎn)軸 選取軸承為深溝球軸承，規(guī)格為 8mm*12mm*。查機械設(shè)計手冊軸的常用材料及其主要力學(xué)性能知強度極限，再由機械設(shè)計手冊軸材料的許用彎曲應(yīng)力表知許用彎曲應(yīng)力。 吸附板料 25? 25mm,重量 5Kg，當手部擺動 0180 時，計算 力矩： （ 1） 手抓、手抓驅(qū)動及回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動件（電磁吸盤）等效為一個圓柱體，高 為 220mm，直徑 120mm，其重力估算 G= 230 . 0 6 0 . 2 2 7 8 0 0 9 . 8 1 9 0G Kg m N Kg N?? ? ? ? ? ? （ 2） 摩擦力矩 ?摩 。這種結(jié)構(gòu)外形尺寸較大，一般適用于懸掛式臂部。 （ 2）結(jié)構(gòu)考慮，合理布局 腕部作為機械手的執(zhí)行機構(gòu)，又承擔(dān)連接和支撐作用，除保證力和運動的要求外，要有足夠的強度、剛度外，還應(yīng)綜合考慮，合理布局，解決好腕部與臂部和手部的連接。夾持式機械手按運動形式可分為回轉(zhuǎn)型和平移型：平移型手指的張開閉合靠手指的平行移動 ,這種手指結(jié)構(gòu)簡單 , 適于夾持平板方料 , 且工件徑向尺寸的變化不影響其軸心的位置 , 其理論夾持誤差零 ；若采用典型的平移型手指 , 驅(qū)動力需加在手指移動方向上 ,這樣會使結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜且體積龐大。 （ 2）要求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、效率高，在保證本身剛度、強度的前提下，盡可能使結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕，以利于減輕手臂的負載。 3． 對復(fù)雜的多面 /注模，提供 Slider/CAMMED 移動功能。 4． NEUTRAL：用于輸出符合 Pro/ENGINEER 中間文件格式的特征、零件、部公差信息 。一旦輸入后，這些面可以被偏置和縫合在一起，及被其它曲面剪裁，它們也可以被用于構(gòu)造一個實體模型 (見 Pro/SURFACE有關(guān)詳細描述 )。 基于特征建模 Pro/E 是基于特征的實體模型化系統(tǒng)，工程設(shè)計人員采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、殼、倒角及圓角，您可以隨意勾畫草圖，輕易改變模型。 Pro/Engineer 軟件以參數(shù)化著稱，是參數(shù)化技術(shù)的最早應(yīng)用者，在目前的三維造型軟件領(lǐng)域中占有著重要地位， Pro/Engineer 作為當今世界機械 CAD/CAE/CAM 領(lǐng)域的新標準而得到業(yè)界的認可和推廣。 本次設(shè)計主要由 4 個大部件和兩個電動機及四個齒輪組成：（ 1）手部，采用電磁吸盤式，通過腕部的齒輪傳動，實現(xiàn)機構(gòu)繞 y軸的仰俯運動；（ 2）腕部，是采用齒輪傳動，通過小臂上的電機齒輪傳動，實現(xiàn)仰俯運動；（ 3）臂部，采用步進電機，通過齒輪嚙合傳動實現(xiàn)仰俯運動；（ 4）機身，用一個圓盤底座，實現(xiàn)運動機構(gòu)固定。因此，在機械手的執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動機構(gòu)是本次設(shè)計的主要任務(wù)，然后通過 proe 軟件對機械手的手部進行簡單的運動仿真。進而運用 proe 軟件對機械手的手部及升降機構(gòu)作了運動仿真分析。但總的來看，我國的工業(yè)機器人技術(shù)及其 工程應(yīng)用的水平和國外比還有一定的距離，如 :可靠性低于國外產(chǎn)品 :機器人應(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)與國外比有差距 。 (4)機器人中的傳感器作用日益重要，除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器外，裝配、焊接機器人還應(yīng)用了視覺、力覺等傳感器，而遙控機器人則采用視覺、聲覺、力覺、觸覺等多傳感器的融合 技術(shù)來進行環(huán)境建模及決策控制多傳感器融合配置技術(shù)在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟應(yīng)用。大多數(shù)用插銷板進行點位控制，也有采用可編程序控制器控制、微型計算機控制，采用凸輪、磁盤磁帶、穿孔卡等記錄程序。因此，一般來說臂部具有三個自由度才能滿足基本要求，即手臂的伸 縮、左右旋轉(zhuǎn)、升降（或俯仰）運動。有回轉(zhuǎn)運動、上下擺動、左右擺動。 鑄、鍛、焊熱處理等熱加工方面 模鍛方面，國內(nèi)大批量生產(chǎn)的 3t、 5t、 10t 模鍛錘，其所配的轉(zhuǎn)底爐，用兩只機械手成一定角度布置早爐前，實現(xiàn)進出料自動化。國內(nèi)這類生產(chǎn)線很多，如沈陽永泵廠的深井泵軸承體加工自動線（環(huán)類），大連電機廠的 4 號和 5 號電動機加工自動線（軸類），上海拖拉機廠的齒坯自動線（盤類）等。各行各業(yè)的自動化水平越來越高，現(xiàn)代化加工車間，常配有機械手，以提高生產(chǎn)效率，完成工人難以完成的或者危險的工作。目前國外已經(jīng)出現(xiàn)了觸覺和視覺機械手。智能機械手約為 17 億日元，為 1978 年的 6 倍。 瑞典安莎公司采用機械手清理鑄鋁齒輪箱毛刺等。 美國還十分注意提高機械手的可靠性，改進結(jié)構(gòu)，降低成本。運動系統(tǒng)仿造坦克炮塔，臂回轉(zhuǎn)、俯仰，用液壓驅(qū)動；控制 系統(tǒng)用磁鼓最存儲裝置。 隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，制成了能夠獨立的按程序控制實現(xiàn)重復(fù)操作，適用范圍比較廣的“程序控制通用機械手”，簡稱通用機械手。他的特點是可以通過編程來完成各 種預(yù)期的作業(yè)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機器各自的優(yōu)點，尤其體現(xiàn)在人的智能和適應(yīng)性。全面詳盡的討論了搬運機械手的手部、腕部、手臂以及機身等主要部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計。機器人的出現(xiàn)并得到應(yīng)用，為這些作業(yè)的機械化奠定了良好的基礎(chǔ)。但在機械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)是不連續(xù)的。在確定動力的的情況下通過計算分析，選擇滿足使用功率的步進電機。機械手涉及到力學(xué)、機械學(xué)、電器液壓技術(shù)、自動控制技術(shù)、傳感器技術(shù)和計算機技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域，是一門跨學(xué)科綜合技術(shù)。在我國近幾年也有較快的發(fā)展，并且取得一定的效果，受到機械工業(yè)的重視。他的結(jié)構(gòu)是：機體上安裝一回轉(zhuǎn)長臂，端部裝有電磁鐵的工件抓放機構(gòu)，控制系統(tǒng)是示教型的。雖然這兩種機械手出現(xiàn)在六十年代初，但都是國外工業(yè)機械手發(fā)展的基礎(chǔ)。 德國機器制造業(yè)是從 1970 年開始應(yīng)用機械手，主要用于起重運輸、焊接和設(shè)備的上下料等作業(yè)。 1979年日本機械手的產(chǎn)值達 443 億日元，產(chǎn)量為 14535 臺。 第二代機械手正在加緊研制。 工業(yè)機械手在生產(chǎn)中的應(yīng)用 機械手是工業(yè)自動控制領(lǐng)域中經(jīng)常遇到的一種控制對象。本文以能夠?qū)崿F(xiàn)這類工作的搬運機械手為研究對象。如上 海第二汽車配件廠的燈殼沖壓生產(chǎn)線機械手（生產(chǎn)線中有兩臺多工位機床）和天津二注塑機有加料、合模、成型、 8 分模等自動工作循環(huán)，裝上機械手的自動裝卸工件，可實現(xiàn)全自動化生產(chǎn)。 傳力機構(gòu)形式教多，常用的有：滑槽杠桿式、連桿杠桿式、斜槭杠桿式、齒輪齒條式、絲杠螺母式、彈簧式和重力式。它的作用是支撐腕部和手部（包括工作或夾具），并帶動他們做空間運動。根據(jù)動力源的不同 , 工業(yè)機械手的驅(qū)動機構(gòu)大致可分為液壓、氣動、電動和機械驅(qū)動等四類。國外已有模塊化裝配機器人產(chǎn)品問市。從 94 年美國開發(fā)出“虛擬 軸機床”以來，這種新型裝置已成為國際研究的熱點之一，紛紛探索開拓其實際應(yīng)用的領(lǐng)域。但是在多傳感器信息融合控制技術(shù)、遙控加局部自主系統(tǒng)遙控機器人、智能裝配機器人、機器人化機械等的開發(fā)用方面則剛剛起步，與國外先進水平差距較大，需要在原有成績的基礎(chǔ)上，有重點地系統(tǒng)攻關(guān)，才能形成系統(tǒng)配套可供實用的技 術(shù)和產(chǎn)品。比較細致的介紹了機械手的發(fā)展趨勢，簡要的敘述了本文研究的內(nèi)容。 垂直多關(guān)節(jié)型機械手的優(yōu)點是可以自由的實現(xiàn)三維空間的各種姿態(tài)，可以生成各種姿態(tài)，可以生成各種復(fù)雜形狀的軌跡。 本章小結(jié) 本章對機械手的整體部分進行了總體設(shè)計，選擇了機械手的基本形式以及自由度，確定了本設(shè)計采用機械驅(qū)動，給出了設(shè)計中機械手的一些技術(shù)參數(shù)。它不但可以應(yīng)用于工作站，而且也可以應(yīng)用到單機上。 2． 三維線框圖形： Pro/INTERFACE 提供了將 3D 線框幾何體通過 IGES4． 0 15 或 SET 輸入到 Pro/ENGINEER 內(nèi)的能力，該線框體能被用于生成全參數(shù)化，以特征為基礎(chǔ)的實體模型。 數(shù)據(jù)交換功能包括： 1． SLA：用于將 3D 模型信息輸出到生產(chǎn)工作臺。 9． SET：用于輸入符合 VDA 標準的 Pro/ENGINEER 模型。 9． Pro/LIBARARY 亦有提供與 Pro/MOLDESIGN 使用的功能，包括標準化的摸具組裝及元件。 （ 3）托持式 用于特殊形狀或有特殊要求的零件。 腕部的設(shè)計計算 腕部設(shè)計的基本要求 （ 1）力求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕 腕部處于手臂的最前端，它連同手部的靜、動載荷均由臂部承擔(dān)?；剞D(zhuǎn)角由動片和靜片之間允許回轉(zhuǎn)的角度來決定（一般小于 ?180 ）。 腕部設(shè)計考慮的參數(shù) 夾取工件重量 5Kg ，回轉(zhuǎn) ?180 。腕部齒輪的厚度為 10mm，通過鍵固定到轉(zhuǎn)軸上。 帶入式 41，有 考慮到軸承受齒輪部分的扭矩力，故將估算的直徑加大，取為 8mm。它的作用是支撐腕部和手部（包括工件或工具），并帶動它們作空間運動。 （ 2)提高支撐剛度和合理選擇支撐點的距離。 （ 2）減少臂部運動件的輪廓尺寸。 手臂的典型機構(gòu)以及結(jié)構(gòu)的選擇 手臂的典型運動機構(gòu) [6] 常見的手臂伸縮機構(gòu)有以下幾種： （ 1）雙導(dǎo)桿手臂伸縮機構(gòu)。腕部齒輪的厚度為10mm，通過鍵固定到轉(zhuǎn)軸上。 ，將 錯誤 !未找到引用源。小臂一上的板通過四個螺釘固定在小臂上，側(cè)面的四個孔為步進電機安裝位置，其臂寬根據(jù)步進電機安裝齒輪的位置確 定，確保齒輪安裝在臂部的中間，以便于有足夠的強度使得整個機構(gòu)能平穩(wěn)工作。 手腕的齒輪設(shè)計： 分度圓直徑 d=mZ=*60=60mm， 基圓直徑 bd =mzcos? =, 齒頂圓直徑 ad =m（ z+2 *ha ） =62mm, 齒根圓直徑 fd =m（ z2 *ha 2*c ） =, 標準中心距 a= 21 m（ 1z + 2z )=56mm. 齒輪三維圖如 313 所示： 32 圖 313 齒輪 小臂部分的三維軟件總圖如 314 所示： 圖 314 小臂部分裝配總圖 33