【正文】 大臂部分各零件的計(jì)算 大臂支板的確定 根據(jù)支板所承受的力的大小和自身重量，取 壁厚為 3mm。 大臂部分軸承和卡簧的三維圖及工程圖的選取 卡簧三維圖如圖 315 所示： 35 圖 315 卡簧 大臂部分步進(jìn)電機(jī)的選取及計(jì)算 由式輪傳動(dòng)比的計(jì)算知 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ，又因 為 所以 將 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ：表示電動(dòng)機(jī)軸的轉(zhuǎn)速，單位為每分鐘轉(zhuǎn)速 將 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ） 力矩 (錯(cuò)誤 !未找到引用源。 42 總結(jié) 通過(guò)此次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我了解了機(jī)械手的很多相關(guān)知識(shí)。 4. 該機(jī)械手選擇配置電磁吸盤，吸附一般輕型板料。 另外，在畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)，機(jī)械專業(yè)的同學(xué)也給我提供了很多便利條件，感謝同學(xué)們的關(guān)心和照顧！感謝所有幫助我的人！ 為期兩個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)使我學(xué)到了許多知識(shí)，開闊了眼界，這些新方法和理論一定會(huì)使我受益終身。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。 、圖表要求： 1）文字通順，語(yǔ)言流暢， 書寫字跡工整，打印字體及大小符合要求，無(wú)錯(cuò)別字，不準(zhǔn)請(qǐng)他人代寫 2）工程設(shè)計(jì)類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計(jì)算機(jī)繪制，所有圖紙應(yīng)符合國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。真是由于他的悉心幫助和支持，才使得我的畢業(yè)設(shè)計(jì)工作順利完成。 2. 本次設(shè)計(jì)的是輕型搬運(yùn)機(jī)械手設(shè)計(jì)，相對(duì)于通用機(jī)械手的，因此，動(dòng)作固定，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，同時(shí)成本低廉，專用性比較高，可實(shí)現(xiàn)車間內(nèi)的一些搬運(yùn)工作。 三維圖如 321 所示： 39 圖 321 底座 大臂固定部分螺釘?shù)倪x?。? 螺釘材料選擇 Q235，則 ? ? ?? ?? 200MPa? （ ? ） 40 螺釘?shù)闹睆? ? ? 0 64 4 24627 200 10QFdm??? ??? ? ??? 螺釘?shù)闹睆竭x擇 d= M12 的外六角螺釘。 . 電動(dòng)機(jī)參數(shù)見下表： 電動(dòng)機(jī)計(jì)算參數(shù) 參數(shù) 電動(dòng)機(jī)一 電動(dòng)機(jī)二 轉(zhuǎn)數(shù)（ 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ：表示電動(dòng)機(jī)的力矩，單位為牛頓 在齒輪傳動(dòng)過(guò)程中齒輪傳動(dòng)損耗系數(shù)為 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 選擇軸的材料，確定許用應(yīng)力 同小臂部分的轉(zhuǎn)軸易知，大臂部分的轉(zhuǎn)軸傳遞的功率屬于中小功率，對(duì)材料無(wú)特殊要求，故選用 45 鋼并調(diào)制處理。 三維軟件繪制的步進(jìn)電機(jī)如圖 311 所示 ： 30 圖 311 步進(jìn)電機(jī) 外六角螺釘?shù)娜S圖如圖 312 所示 ： 圖 312 螺釘 小臂部分齒輪的 選取 本次設(shè)計(jì)機(jī)械手小臂部分采用齒輪傳動(dòng)，通過(guò)大臂的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪，傳遞給小臂上的齒輪，實(shí)現(xiàn)一定的傳動(dòng)比。根據(jù)支板所承受的力的大小和自身重量，取 壁厚為 3mm。 值和 錯(cuò)誤 !未找到引用源。如此反復(fù)，繪出最終的結(jié)構(gòu)。本次設(shè)計(jì)中轉(zhuǎn)軸采用軸承連接，卡簧固定。在速度和回轉(zhuǎn)角速度一定的情況下，減小自身重量是減小慣性的最有效、最直接的辦法，因此，機(jī)械手臂部要盡可能的輕。因此，它的結(jié)構(gòu)、工作范圍、靈活 性等直接影響到機(jī)械手的工作性能。并進(jìn)行的腕部回轉(zhuǎn)力矩的計(jì)算，同時(shí)也計(jì)算了回轉(zhuǎn)缸連接螺釘?shù)闹睆健?，將 錯(cuò)誤 !未找到引用源。根據(jù)機(jī)械手的要求，設(shè)計(jì)的齒輪參數(shù)如下： (1) 傳動(dòng)比為 i =:1； (2) 兩齒輪模數(shù)為 m=； (3) 壓力角為β = 20； (4) 中心距選擇α =66mm。 (4) 機(jī) 液結(jié)合的腕部結(jié)構(gòu)。它具有結(jié)構(gòu)緊湊、靈活等優(yōu)點(diǎn)。本設(shè)計(jì)機(jī)械手采用吸附式手部。盤類、環(huán)類零件及雜件的抓取及搬運(yùn)。 16 7． 直接取得 Pertinent 模具設(shè)計(jì)工程的信息，包括沖填器皿及型腔表面積等信息。 7． IGES128：用于輸出零件幾何體 (注：除非特殊需求規(guī)定，將無(wú)效 )。覆蓋到非參數(shù)化實(shí)體模型上的表面可以作為一個(gè)“單一特征”。剖 面可以參數(shù)化并被構(gòu)造 Pro/ENGINEER 內(nèi)的任意特征種類。另外，它采用模塊化方式，用戶可以根據(jù)自身的需要進(jìn)行選擇，而不必安裝所有模塊。采用機(jī)械驅(qū)動(dòng)式機(jī)械手 ,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)作可靠、尺寸緊湊、驅(qū)動(dòng)力大，常用于固定場(chǎng)所等優(yōu)點(diǎn)。由于垂直于地面的腰部旋轉(zhuǎn)軸（相當(dāng)于大臂旋轉(zhuǎn)的肩部旋轉(zhuǎn)軸），帶動(dòng)小臂旋轉(zhuǎn)的肘部旋轉(zhuǎn)軸及小臂前端的手腕等構(gòu)成。在機(jī)械手的組成上，系統(tǒng)的從執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)以及控制部分三個(gè)方面說(shuō)明。因此迫切需要解決產(chǎn)業(yè)化前期的關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行全面規(guī)劃，搞好系列化、通用化、模塊化設(shè)計(jì)，積極推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程 .我國(guó)的 智能機(jī)器人和特種機(jī)器人在“ 863”計(jì)劃的支持下，也取得了不少成果。美國(guó)發(fā)射到火星上的“索杰納”機(jī)器人就是這種系統(tǒng)成功應(yīng)用的最著名實(shí)例。 (2)機(jī)械結(jié)構(gòu)向 模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展。 （ 4） 行走機(jī)構(gòu) 有的工業(yè)機(jī)械手帶有行走機(jī)構(gòu)，我國(guó)的正處于仿真階段。因此在要求較大回轉(zhuǎn)角的情況下，采用齒條傳動(dòng)或鏈輪以及輪系結(jié)構(gòu)。 如圖 11 所示： 執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu)機(jī)器人控 制 系 統(tǒng)驅(qū) 動(dòng) 傳 動(dòng) 系 統(tǒng)手 部腕 部臂 部腰 部基 座 部 （ 固 定 或 移 動(dòng) ）電 、 液 或 氣 驅(qū) 動(dòng) 裝 置單 關(guān) 節(jié) 伺 服 控 制 器關(guān) 節(jié) 協(xié) 調(diào) 及 其 它 信 息 交 換計(jì) 算 機(jī) 圖 11 機(jī)械手組成結(jié)構(gòu) 執(zhí)行機(jī)構(gòu) （ 1）手部 既直接與工件接觸的部分，一般是回轉(zhuǎn)型或平動(dòng)型（多為回轉(zhuǎn)型，因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單）。目前，機(jī)械手在這方面應(yīng)用很多，如上海柴油機(jī)廠的曲拐自動(dòng)車床和座圈自動(dòng)車床機(jī)械手，大連第二車床廠的自動(dòng)循環(huán)液壓仿行車床機(jī)械手，沈陽(yáng)第三機(jī)床廠的 Y38 滾齒機(jī)械手，青海第二機(jī)床廠的滾銑花鍵機(jī)床機(jī)械手等。從這里可以看出，裝卸、搬運(yùn)等工序機(jī)械化的迫切性，工業(yè)機(jī)械手就是為實(shí)現(xiàn)這些工序的自動(dòng)化而產(chǎn)生的。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 (Flexible Manufacturing Cell)中重要一環(huán)。使用機(jī)械手最多的是汽車工業(yè)，其次是電機(jī)、電器。據(jù)報(bào)道， 1979 年從事機(jī)械手的研究工作的大專院校、研究單位多達(dá) 50 多個(gè)。它給出在第一次故障前的平均運(yùn)行時(shí)間），由 400小時(shí)提高到 1500 小時(shí)，精度可提高到177。 1962 年美國(guó)機(jī)械鑄造公司也試驗(yàn)成功一種叫 Versatran機(jī)械手，原意是靈活搬運(yùn)。 機(jī)械手首先是從美國(guó)開始研制的。因而，受到很多國(guó)家的重視，投入大量的人力物力來(lái)研究和應(yīng)用。在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的機(jī)械手被稱為工業(yè)機(jī)械手。 首先，本文介紹機(jī)械手的作用，機(jī)械手的組成和分類，說(shuō)明了自由度和機(jī)械手整體座標(biāo)的形式。 1 輕型搬運(yùn)機(jī)械手的設(shè)計(jì) 2 摘要 在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過(guò)程的機(jī)械化、自動(dòng)化已成為突出的主題。文章主要敘述了輕型搬運(yùn)機(jī)械手的設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程。機(jī)械手是模仿著人手的 部分動(dòng)作，按給定程序、軌跡和要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓取、搬運(yùn)或操作的自動(dòng)機(jī)械裝置。 機(jī)械手的發(fā)展是由于它的積極作用正日益為人們所認(rèn)識(shí)：其一、它能部分的代替人工操作；其二、它能按照生產(chǎn)工藝的要求，遵循一定的程序、時(shí)間和位置來(lái)完成工件的傳送和裝卸；其三、它能操作必要的機(jī)具進(jìn)行焊接和裝配，從而大大的改善了工人的勞動(dòng)條件，顯著的提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化的步伐。 工業(yè)機(jī)械手的簡(jiǎn)史 現(xiàn)代工業(yè)機(jī)械手起源于 20 世紀(jì) 50 年代初，是基于示教再現(xiàn)和主從控制方式、能適應(yīng) 6 產(chǎn)品種類變更，具有多自由度動(dòng)作功能的柔性自動(dòng)化產(chǎn)產(chǎn)品。同年該公司和普魯曼公司合并成立萬(wàn)能自動(dòng)公司（ Unimaton） ,專門生產(chǎn)工業(yè)機(jī)械手。準(zhǔn)備把故障前平均時(shí)間（注：故障前平均時(shí)間是指一臺(tái)設(shè)備可靠性的一種量度。自 1969 年從美國(guó)引進(jìn)二種典型機(jī)械手后，大力研究機(jī)械手的研究。在數(shù)量上已占世界首位，約占 70%，并以每年 50%～ 60%的速度增長(zhǎng)。它與電子計(jì)算機(jī)和電視設(shè)備保持聯(lián)系。據(jù)資料介紹，美國(guó)生產(chǎn)的全部工業(yè)零件中，有 75%是小批量生產(chǎn)；金屬加工生產(chǎn)批量中有四分之三在50 件以下，零件真正在機(jī)床上加工的時(shí)間僅占零件生產(chǎn)時(shí)間的 5%。 在實(shí)現(xiàn)單機(jī)自動(dòng)化方面 各類半自動(dòng)車床，有自動(dòng)加緊、進(jìn)刀、切削、退刀和松開的功能，但仍需人工上下料；裝上機(jī)械手，可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化生產(chǎn)，一人看管多臺(tái)機(jī)床。 機(jī)械手的組成 [1] 工業(yè)機(jī)械手由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制機(jī)構(gòu)三部分組成。 目前，應(yīng)用最為廣泛的手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)為回轉(zhuǎn)液壓（氣）缸，它的結(jié)構(gòu)緊湊，靈巧但回轉(zhuǎn)角度?。ㄒ话阈∮? 2700） ,并且要求嚴(yán)格密封，否則就難保證穩(wěn)定的輸出扭距。因此，它的結(jié)構(gòu)、工作范圍、靈活性以及抓重大小和定位精度直接影響機(jī)械手的工作性能。 工業(yè)機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì) (1)工業(yè)機(jī)器人性能不斷提高 (高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修 )，而單機(jī)價(jià)格不斷下降，平均單機(jī)價(jià)格從 91 年的 萬(wàn)美元降至 97 年的 萬(wàn)美元。 (6)當(dāng)代遙控機(jī)器人系統(tǒng)的發(fā)展特點(diǎn)不是追求全自治系統(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。以上原因主要是沒(méi)有形成機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，當(dāng)前我國(guó)的機(jī)器人生產(chǎn)都是應(yīng)用戶的要求，“一客戶，一次重新設(shè)計(jì)”，品種規(guī)格多、批量小、零部件通用化程度低、供貨周期長(zhǎng)、成本也不低，而且質(zhì)量、可靠性不穩(wěn)定。 本章小結(jié) 本章簡(jiǎn)要的介紹了機(jī)械手的基本概念。 本次設(shè)計(jì)采用垂直多關(guān)節(jié)型機(jī)械手，模擬了人類的手臂功能。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。 主要特性 Pro/E 第一個(gè)提出了參數(shù) 化設(shè)計(jì)的概念，并且采用了單一數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)解決特征的相關(guān)性問(wèn)題。 PRO/INTERFACE Pro/INTERFACE 是一個(gè)完整的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，提供 Pro/Engineer 與其它設(shè)計(jì)自動(dòng)化系統(tǒng)之間的各種標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)交換格式．它可用于 Pro/ENGINEER 幾何的輸入和輸出。在 Pro/ENGINEER 內(nèi)．如果有遺漏表面可以加上，并且整個(gè)表面模型也可 以覆蓋到一個(gè)非參數(shù)化的實(shí)體模型上。 6． PATRAN Geom；用于輸出符合 PATRAN 中間文件格式的零件幾何體數(shù)據(jù)。 5． 在模擬過(guò)程，采用干擾核查的方法支定度及模似模具開口及 Molding Ejection Sequence. 6． 備有 AC Technology 的 C— Flow/EZ 分析軟件，提供空腔沖填及 AIR TRAPPING 模擬、 Front、 ram 速度、 weld 線及流體速度 (Flow Velocity)。如圖 31 所示： 圖 31 電磁吸盤 手部零件設(shè)計(jì)的基本要求 （ 1）手指式 有兩指式和多指式，適用于各種機(jī)械加工的零件及組件的搬運(yùn)。吸附式常用于抓取工件表面平整、面積較大的板狀物體 ,適合用于本方案。 腕部的結(jié)構(gòu)以及選擇 [4] (1) 具有一個(gè)自由 度的回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu)。 它使腕部具有水平和垂直轉(zhuǎn)動(dòng)的兩個(gè)自由度。 ? ?22M J J ????慣 工 件 啟 （ ） 查取轉(zhuǎn)動(dòng)慣量公式有： 2 2 2 21 1 1 9 0 0 . 0 6 0 . 0 3 4 22 2 9 . 8 NJ M R N m s N m sN K g? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?2 2 2 2 21 1 60 1 3 12 l R N m sg ?? ? ? ? ? ? ? ?工 件 代入： ? ? . 03 42 5. 01 25 552 0. 31 4M N m? ? ? ??慣 0 .1M M M M M? ? ? ?慣 摩 慣 19 55 N m? ? ? 機(jī)械手