【正文】 涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。對(duì)本研究提供過(guò)幫助和做出過(guò)貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。 43 致 謝 我的畢業(yè)設(shè)計(jì)能夠順利完成，是因?yàn)榈玫搅酥笇?dǎo)老師的全面、細(xì)致的指導(dǎo)。 也使我了解了當(dāng)前國(guó)內(nèi)外在此方面的一些先進(jìn)生產(chǎn)和制造技術(shù)，了解了機(jī)械手設(shè)計(jì)的一般過(guò)程，通過(guò)對(duì)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)作了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，掌握了一定的機(jī)械設(shè)計(jì)方面的基礎(chǔ)知識(shí)，也學(xué)會(huì)了使用 proe 軟件創(chuàng)建模型，并使用 proe 軟件對(duì) 機(jī)械手進(jìn)行簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)仿真。 手腕的齒輪設(shè)計(jì)： 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(biāo)準(zhǔn)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(jì)及工程圖： 底座部分是用來(lái)固定機(jī)械手整個(gè)機(jī)構(gòu)的裝置，在它上面有四個(gè)螺釘孔，通過(guò)螺紋連接固定大臂部 分。 ,錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ,錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ，錯(cuò)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(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的 頻率 和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)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(yùn)行的。由設(shè)計(jì)手冊(cè)取標(biāo)準(zhǔn)直徑。查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)軸的常用材料及其主要力學(xué)性能知強(qiáng)度極限，再由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)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(dòng)機(jī)構(gòu)。 手臂動(dòng)作應(yīng)該靈活 為減少手臂運(yùn)動(dòng)之間的摩擦阻力，盡可能用滾動(dòng)摩擦代替滑動(dòng)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(shí)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(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)軸的常用材料及其主要力學(xué)性能知強(qiáng)度極限，再由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)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(dāng)手部擺動(dòng) 0180 時(shí)，計(jì)算 力矩： （ 1） 手抓、手抓驅(qū)動(dòng)及回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)件（電磁吸盤）等效為一個(gè)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(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，又承擔(dān)連接和支撐作用，除保證力和運(yùn)動(dòng)的要求外，要有足夠的強(qiáng)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(jī)械手按運(yùn)動(dòng)形式可分為回轉(zhuǎn)型和平移型：平移型手指的張開(kāi)閉合靠手指的平行移動(dòng) ,這種手指結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(dòng)力需加在手指移動(dòng)方向上 ,這樣會(huì)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(qiáng)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(fù)載。 3． 對(duì)復(fù)雜的多面 /注模，提供 Slider/CAMMED 移動(dòng)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(gè)實(shí)體模型 (見(jiàn) Pro/SURFACE有關(guān)詳細(xì)描述 )。 基于特征建模 Pro/E 是基于特征的實(shí)體模型化系統(tǒng)，工程設(shè)計(jì)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(dāng)今世界機(jī)械 CAD/CAE/CAM 領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)而得到業(yè)界的認(rèn)可和推廣。 本次設(shè)計(jì)主要由 4 個(gè)大部件和兩個(gè)電動(dòng)機(jī)及四個(gè)齒輪組成：（ 1）手部，采用電磁吸盤式，通過(guò)腕部的齒輪傳動(dòng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)繞 y軸的仰俯運(yùn)動(dòng)；（ 2）腕部，是采用齒輪傳動(dòng)，通過(guò)小臂上的電機(jī)齒輪傳動(dòng)，實(shí)現(xiàn)仰俯運(yùn)動(dòng)；（ 3）臂部，采用步進(jìn)電機(jī)，通過(guò)齒輪嚙合傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)仰俯運(yùn)動(dòng)；（ 4）機(jī)身，用一個(gè)圓盤底座，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)固定。因此，在機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是本次設(shè)計(jì)的主要任務(wù)，然后通過(guò) proe 軟件對(duì)機(jī)械手的手部進(jìn)行簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)仿真。進(jìn)而運(yùn)用 proe 軟件對(duì)機(jī)械手的手部及升降機(jī)構(gòu)作了運(yùn)動(dòng)仿真分析。但總的來(lái)看，我國(guó)的工業(yè)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 。 (4)機(jī)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(jī)器人還應(yīng)用了視覺(jué)、力覺(jué)等傳感器，而遙控機(jī)器人則采用視覺(jué)、聲覺(jué)、力覺(jué)、觸覺(jué)等多傳感器的融合 技術(shù)來(lái)進(jìn)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(jìn)行點(diǎn)位控制，也有采用可編程序控制器控制、微型計(jì)算機(jī)控制，采用凸輪、磁盤磁帶、穿孔卡等記錄程序。因此，一般來(lái)說(shuō)臂部具有三個(gè)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(yùn)動(dòng)。有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、上下擺動(dòng)、左右擺動(dòng)。 鑄、鍛、焊熱處理等熱加工方面 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)械手成一定角度布置早爐前，實(shí)現(xiàn)進(jìn)出料自動(dòng)化。國(guó)內(nèi)這類生產(chǎn)線很多，如沈陽(yáng)永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)加工自動(dòng)線（軸類），上海拖拉機(jī)廠的齒坯自動(dòng)線（盤類）等。各行各業(yè)的自動(dòng)化水平越來(lái)越高，現(xiàn)代化加工車間，常配有機(jī)械手，以提高生產(chǎn)效率，完成工人難以完成的或者危險(xiǎn)的工作。目前國(guó)外已經(jīng)出現(xiàn)了觸覺(jué)和視覺(jué)機(jī)械手。智能機(jī)械手約為 17 億日元，為 1978 年的 6 倍。 瑞典安莎公司采用機(jī)械手清理鑄鋁齒輪箱毛刺等。 美國(guó)還十分注意提高機(jī)械手的可靠性，改進(jìn)結(jié)構(gòu)，降低成本。運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)仿造坦克炮塔，臂回轉(zhuǎn)、俯仰，用液壓驅(qū)動(dòng)；控制 系統(tǒng)用磁鼓最存儲(chǔ)裝置。 隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，制成了能夠獨(dú)立的按程序控制實(shí)現(xiàn)重復(fù)操作，適用范圍比較廣的“程序控制通用機(jī)械手”，簡(jiǎn)稱通用機(jī)械手。他的特點(diǎn)是可以通過(guò)編程來(lái)完成各 種預(yù)期的作業(yè)，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)在人的智能和適應(yīng)性。全面詳盡的討論了搬運(yùn)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)。機(jī)器人的出現(xiàn)并得到應(yīng)用，為這些作業(yè)的機(jī)械化奠定了良好的基礎(chǔ)。但在機(jī)械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)是不連續(xù)的。在確定動(dòng)力的的情況下通過(guò)計(jì)算分析，選擇滿足使用功率的步進(jìn)電機(jī)。機(jī)械手涉及到力學(xué)、機(jī)械學(xué)、電器液壓技術(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，是一門跨學(xué)科綜合技術(shù)。在我國(guó)近幾年也有較快的發(fā)展，并且取得一定的效果，受到機(jī)械工業(yè)的重視。他的結(jié)構(gòu)是：機(jī)體上安裝一回轉(zhuǎn)長(zhǎng)臂，端部裝有電磁鐵的工件抓放機(jī)構(gòu)，控制系統(tǒng)是示教型的。雖然這兩種機(jī)械手出現(xiàn)在六十年代初，但都是國(guó)外工業(yè)機(jī)械手發(fā)展的基礎(chǔ)。 德國(guó)機(jī)器制造業(yè)是從 1970 年開(kāi)始應(yīng)用機(jī)械手，主要用于起重運(yùn)輸、焊接和設(shè)備的上下料等作業(yè)。 1979年日本機(jī)械手的產(chǎn)值達(dá) 443 億日元，產(chǎn)量為 14535 臺(tái)。 第二代機(jī)械手正在加緊研制。 工業(yè)機(jī)械手在生產(chǎn)中的應(yīng)用 機(jī)械手是工業(yè)自動(dòng)控制領(lǐng)域中經(jīng)常遇到的一種控制對(duì)象。本文以能夠?qū)崿F(xiàn)這類工作的搬運(yùn)機(jī)械手為研究對(duì)象。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)多工位機(jī)床）和天津二注塑機(jī)有加料、合模、成型、 8 分模等自動(dòng)工作循環(huán)，裝上機(jī)械手的自動(dòng)裝卸工件，可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化生產(chǎn)。 傳力機(jī)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(dòng)他們做空間運(yùn)動(dòng)。根據(jù)動(dòng)力源的不同 , 工業(yè)機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)大致可分為液壓、氣動(dòng)、電動(dòng)和機(jī)械驅(qū)動(dòng)等四類。國(guó)外已有模塊化裝配機(jī)器人產(chǎn)品問(wèn)市。從 94 年美國(guó)開(kāi)發(fā)出“虛擬 軸機(jī)床”以來(lái)，這種新型裝置已成為國(guó)際研究的熱點(diǎn)之一，紛紛探索開(kāi)拓其實(shí)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(jī)器人、智能裝配機(jī)器人、機(jī)器人化機(jī)械等的開(kāi)發(fā)用方面則剛剛起步，與國(guó)外先進(jìn)水平差距較大，需要在原有成績(jī)的基礎(chǔ)上，有重點(diǎn)地系統(tǒng)攻關(guān)，才能形成系統(tǒng)配套可供實(shí)用的技 術(shù)和產(chǎn)品。比較細(xì)致的介紹了機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì)，簡(jiǎn)要的敘述了本文研究的內(nèi)容。 垂直多關(guān)節(jié)型機(jī)械手的優(yōu)點(diǎn)是可以自由的實(shí)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(duì)機(jī)械手的整體部分進(jìn)行了總體設(shè)計(jì)，選擇了機(jī)械手的基本形式以及自由度，確定了本設(shè)計(jì)采用機(jī)械驅(qū)動(dòng)，給出了設(shè)計(jì)中機(jī)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(jī)上。 2． 三維線框圖形： Pro/INTERFACE 提供了將 3D 線框幾何體通過(guò) 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(shí)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(tái)。 9． SET：用于輸入符合 VDA 標(biāo)準(zhǔn)的 Pro/ENGINEER 模型。 9． Pro/LIBARARY 亦有提供與 Pro/MOLDESIGN 使用的功能，包括標(biāo)準(zhǔn)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(jì)計(jì)算 腕部設(shè)計(jì)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(dòng)載荷均由臂部承擔(dān)?；剞D(zhuǎn)角由動(dòng)片和靜片之間允許回轉(zhuǎn)的角度來(lái)決定（一般小于 ?180 ）。 腕部設(shè)計(jì)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(guò)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(dòng)它們作空間運(yùn)動(dòng)。 （ 2)提高支撐剛度和合理選擇支撐點(diǎn)的距離。 （ 2）減少臂部運(yùn)動(dòng)件的輪廓尺寸。 手臂的典型機(jī)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)的選擇 手臂的典型運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu) [6] 常見(jiàn)的手臂伸縮機(jī)構(gòu)有以下幾種： （ 1）雙導(dǎo)桿手臂伸縮機(jī)構(gòu)。腕部齒輪的厚度為10mm，通過(guò)鍵固定到轉(zhuǎn)軸上。 ，將 錯(cuò)誤 !未找到引用源。小臂一上的板通過(guò)四個(gè)螺釘固定在小臂上，側(cè)面的四個(gè)孔為步進(jìn)電機(jī)安裝位置，其臂寬根據(jù)步進(jìn)電機(jī)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(qiáng)度使得整個(gè)機(jī)構(gòu)能平穩(wěn)工作。 手腕的齒輪設(shè)計(jì)： 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(biāo)準(zhǔn)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