【正文】 腕部三維軟件圖如圖 32 所示： 圖 32 機(jī)械手腕部三維軟件圖 腕部驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算 本次設(shè)計(jì) 機(jī)械手腕部采用齒輪傳動(dòng)，通過(guò)小臂的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪，傳遞給手腕上的齒輪，實(shí)現(xiàn)一定的傳動(dòng)比。 式 41 根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)常用材料值和值，取 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 本章小結(jié) 本章通過(guò)四種基本的手腕結(jié)構(gòu)，選擇了具有一個(gè)自由度的回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu)。手臂的各種運(yùn)動(dòng)通常用驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，從臂部的受力情況分析，它在工作中即直接承受腕部、手部、和工件的靜、動(dòng)載荷，而且自身運(yùn)動(dòng)較多。對(duì)于高速度運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手，其最大移動(dòng)速度設(shè)計(jì)在 1000 1500mm s,最大回轉(zhuǎn)角速度設(shè) 計(jì)在0180s 內(nèi)，大部分平均移動(dòng)速度為 1000mms ，平均回轉(zhuǎn)角速度在 090s 。為此，必須計(jì)算使之滿(mǎn)足不自鎖的條件。 小臂部分各零件的計(jì)算 先進(jìn)行粗略的估算，或類(lèi)比同類(lèi)結(jié)構(gòu)，根據(jù)運(yùn)動(dòng)參數(shù)初步確定有關(guān)機(jī)構(gòu)的主要尺寸，再進(jìn)行校核計(jì)算，修正設(shè)計(jì)。 式 41 根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)常用材料 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 小臂部分轉(zhuǎn)軸的三維圖及工程圖如圖 38 所示 ： 圖 38 小臂轉(zhuǎn)軸 小臂支板的確定 小臂的板料厚度為 4mm，便于有足夠的強(qiáng)度，也利于軸承的安裝。 所選步進(jìn)電機(jī)的型號(hào)為： 42 步進(jìn)電機(jī) 42BYGHW609 4 線(xiàn) 參數(shù)： 電機(jī)的外形尺寸： 小臂部分的電機(jī)通過(guò)外六角螺釘固定在小臂上，選擇 M8 的外六角螺釘。轉(zhuǎn)軸兩邊通過(guò)軸承和卡簧連接到手腕的耳板上。 ,錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ：表示電動(dòng)機(jī)軸每秒的角速度，單位為弧度 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ,錯(cuò)誤 !未找到引用源。 另外，底座部分加工時(shí)應(yīng)該確?；鶞?zhǔn)的統(tǒng)一性，全部以中心線(xiàn)為基準(zhǔn)參考線(xiàn)，加工時(shí)留有足夠加工余量，確保裝配時(shí)的精確嚙合。感受如下： 1. 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)只是對(duì)輕型搬運(yùn)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)做了系統(tǒng)的計(jì)算設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)中沒(méi)有涉及到機(jī)械手的控制問(wèn)題，對(duì)這方面有點(diǎn)模糊，需要在以后的工作學(xué)習(xí)中了解和掌握。老師淵博的知識(shí)、務(wù)實(shí)的工作作風(fēng)也是我學(xué)習(xí)的榜樣，并將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。 作者簽名： 日 期： 46 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。 ：任務(wù)書(shū)、開(kāi)題報(bào)告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū) 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。 44 參考文獻(xiàn) 45 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說(shuō)明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。必要時(shí)也方便更換。機(jī)械手的作用、組成和分類(lèi)，學(xué)習(xí)了機(jī)械手自由度和確定整體座標(biāo)的形式。 ) 三維軟件繪制的步進(jìn)電機(jī)圖如圖 316 所示： 36 圖 316 步進(jìn)電機(jī) 所選步進(jìn)電機(jī)的型號(hào)為： 57 系列三相步進(jìn)電機(jī) YK57HB5603A YK57XN5503A 電機(jī)的具體參數(shù)如圖 317 所示： 圖 317 電機(jī)具體參數(shù) 電機(jī)的外形尺寸如圖 318 所示： 37 圖 318 電機(jī)外形 該電機(jī)的矩頻曲線(xiàn)圖如圖 319 所示： 圖 319 矩頻曲線(xiàn)圖 大臂部分齒輪的選取 [8] 本次設(shè)計(jì)機(jī)械手大臂部分采用齒輪傳動(dòng)，通過(guò)大臂上的步進(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。 ,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。臂部的尺寸通過(guò)查閱機(jī)械手手冊(cè)，以及強(qiáng)度的校核，選取 板長(zhǎng)為 74mm,寬為 30mm，高為 65mm.。 小臂的三維軟件 圖及工程圖如圖 39 所示 ： 27 28 圖 39 小臂 小臂部分軸承的三維圖及工程圖的選取 選取軸承為微型深溝球軸承，規(guī)格為 8mm*12mm*。 、 錯(cuò)誤 !未找到引用源。轉(zhuǎn)軸兩邊通過(guò)軸承和卡簧連接到手腕的耳板上。 （ 2）手臂的典型運(yùn)動(dòng)形式有：直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，如手臂的伸縮，升降和橫向 移動(dòng)；回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，如手臂的左右擺動(dòng)，上下擺動(dòng)；符合運(yùn)動(dòng)，如直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)組 合，兩直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的雙層液壓缸空心結(jié)構(gòu)。 （ 3）減少回轉(zhuǎn)半徑 ? ，再安排機(jī)械手動(dòng)作順序時(shí)，先縮后回轉(zhuǎn)（或先回轉(zhuǎn)后伸縮），盡可能在較小的前伸位置下進(jìn)行回轉(zhuǎn)動(dòng)作。 (3)合理布置作用力的位置和方向。本次設(shè)計(jì)的手臂運(yùn)動(dòng)形式為上下仰俯運(yùn)動(dòng)和伸縮運(yùn)動(dòng)。由設(shè)計(jì)手冊(cè)取標(biāo)準(zhǔn)直徑。轉(zhuǎn)軸兩邊通過(guò)軸承和卡簧連接到手腕的耳板上。 腕部的驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算 （ 1）腕部的驅(qū)動(dòng)力矩需要的力矩 M慣 。 (2) 直齒輪驅(qū)動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu)。顯然，腕部的結(jié)構(gòu)、重量和動(dòng)力載荷，直接影響著臂部的結(jié)構(gòu)、重量和運(yùn)轉(zhuǎn)性 能。 17 機(jī)械手手部的設(shè)計(jì)計(jì)算 [3] 本設(shè)計(jì)是輕型搬運(yùn)機(jī)械手的設(shè)計(jì)，考慮到所要達(dá)到的原始參數(shù)：吸附重量為 5Kg。 手部零件的設(shè)計(jì) （ 1）應(yīng)具有適當(dāng)?shù)奈搅万?qū)動(dòng)力。 PRO/MOLD DESIGN Pro/MOL DESIGN 模塊用于設(shè)計(jì)模具部件和模板組裝，它包括如下功能： 1． 采用參照設(shè)計(jì)模型的方法，自動(dòng)生成模具型腔幾何體。 2． RENDER：用于將 3D 模型信息輸出到著色程序。如果需要，可以覆蓋到非參數(shù)化的實(shí)體模型上。 Pro/E 采用了模塊方式，可以分別進(jìn)行草圖繪制、零件制作、裝配設(shè)計(jì)、鈑金設(shè)計(jì)、加工處理等，保證用戶(hù)可以按照自己的需要進(jìn)行選擇使用。下面的設(shè)計(jì)計(jì)算將依次進(jìn)行。它廣泛應(yīng)用于代替人完成裝配作業(yè)、貨物搬運(yùn)、電弧焊接、噴涂及點(diǎn)焊接等場(chǎng)合。 12 第二章 機(jī)械手的總體設(shè)計(jì)方案 本課題是輕型搬運(yùn)機(jī)械手的設(shè)計(jì)。 11 本文主要研究?jī)?nèi)容 本文研究了國(guó)內(nèi)外機(jī)械手發(fā)展的現(xiàn)狀，通過(guò)學(xué)習(xí)機(jī)械手的工作原理，熟悉了工業(yè)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)機(jī)理。我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人從 80年代“七五”科技攻關(guān)開(kāi)始起步，在國(guó)家的支持下，通過(guò)“七五”、“八五”科技攻關(guān)，目前己基本掌握了機(jī)器人操作機(jī)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)、控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)技術(shù)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù)，生產(chǎn)了部分機(jī)器人關(guān)鍵元器件，開(kāi)發(fā)出噴漆、弧焊、點(diǎn)焊、裝配、搬運(yùn)等機(jī)器人 。 (3)工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)向基于 PC 機(jī)的開(kāi)放型控制器方向發(fā)展，便于標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化 。采用齒輪機(jī)構(gòu) 驅(qū)動(dòng)機(jī)械手 ,適用范圍廣，瞬時(shí)傳動(dòng)比恒定，效率高； 壽命長(zhǎng)；結(jié)構(gòu)緊湊，控制方便。 臂部運(yùn)動(dòng)的目的：把手部送到空間運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)任意一點(diǎn)。 （ 2） 腕部 是連接手部和臂部的部件，并可用來(lái)調(diào)節(jié)被抓物體的方位，以擴(kuò)大機(jī)械 9 手的動(dòng)作范圍，并使機(jī)械手變的更靈巧，適應(yīng)性更強(qiáng)。目前機(jī)械手在沖床上應(yīng)用有兩個(gè)方面：一是 160t以上的沖床用機(jī)械手的較多。下面具體說(shuō)明機(jī)械手在工業(yè)方面的應(yīng)用。機(jī)械手可以完成許多工作，如搬物、裝配、切割、噴染等等，應(yīng)用非常廣泛。它設(shè)有微型電子計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，具有視覺(jué)、觸覺(jué)能力，甚至聽(tīng)、想的能力。其中固定程序和可變程序約占一半，達(dá) 222 億日元，是 1978 年的二倍。德國(guó) KnKa 公司還生產(chǎn)一種點(diǎn)焊機(jī)械手，采用關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)和程序控制 。 1978 年美國(guó) Unimate 公司和斯坦福大學(xué)、麻省理工學(xué)院聯(lián)合研制一種UnimateVicarm型工業(yè)機(jī) 械手，裝有小型電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，用于裝配作業(yè)，定位誤差可小于177。 1962 年，美國(guó)機(jī)械鑄造公司在上述方案的基礎(chǔ)之上又試制成一臺(tái)數(shù)控示教再現(xiàn)型機(jī)械手。 機(jī)械手是一種能自動(dòng)控制并可從新編程以變動(dòng)的多功能機(jī)器，它有多個(gè)自由度，可以搬運(yùn)物體以完成在不同環(huán)境中的工作。 工業(yè)機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來(lái)的一種高科技自動(dòng)生產(chǎn)設(shè)備。同時(shí)，本文給出了這臺(tái)機(jī)械手的主要性能規(guī)格參量。專(zhuān)用機(jī)床是大批量生產(chǎn)自動(dòng)化的有效辦法；程控機(jī)床、數(shù)控機(jī)床、加工中心等自動(dòng)化機(jī)械是有效地解決多品種小批量生產(chǎn)自動(dòng)化的重要辦法。但除切削加工本身外，還有大量的裝卸、搬運(yùn)、裝配等作業(yè)，有待于進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)機(jī)械化。 文章中介紹了搬運(yùn)機(jī)械手的設(shè)計(jì)理論與方法。工業(yè)機(jī)械手也是工業(yè)機(jī)器人的一個(gè)重要分支。 機(jī)械手的結(jié)構(gòu)形式開(kāi)始比較簡(jiǎn)單，專(zhuān)用性較強(qiáng)。商名為 Unimate(即萬(wàn)能自動(dòng) )。 1 毫米。 瑞士 RETAB 公司生產(chǎn)一種涂漆機(jī)械手，采用示教方法編制程序。具有記憶功能的機(jī)械手產(chǎn)值約為 67 億日元，比1978 年增長(zhǎng) 50%。研究安裝各種傳感器，把感覺(jué)到的信息反饋，使機(jī)械手具有感 7 覺(jué)機(jī)能。 在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過(guò)程中的自動(dòng)化已成為突出的主題。 建造旋轉(zhuǎn)零件（轉(zhuǎn)軸、盤(pán)類(lèi)、環(huán)類(lèi)）自動(dòng)線(xiàn) 一般都采用機(jī)械手在機(jī)床之間傳遞零件。如沈陽(yáng)低壓開(kāi)關(guān)廠 200t環(huán)類(lèi)沖床磁力起重器殼體下料機(jī)械手和天京拖拉機(jī)廠 400t 沖床的下料機(jī)械手等；其一是用于多工位沖床，用作沖壓件工位間步進(jìn)輕局技術(shù)研究所制作的 120t 和 40t 多工位沖床機(jī)械手等。手腕有獨(dú)立的自由度。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)。 控制系統(tǒng)分類(lèi) 在機(jī)械手的控制上，有點(diǎn)動(dòng)控制和連續(xù)控制兩種方式。器件集成度提高，控制柜日見(jiàn)小巧，且采用模塊化結(jié)構(gòu) :大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操 10 作性和可維修性。其中有 130 多臺(tái)套噴漆機(jī)器人在二十余家企業(yè)的近 30 條自動(dòng)噴漆生產(chǎn)線(xiàn)(站 )上獲得規(guī)模應(yīng)用，弧焊機(jī)器人己應(yīng)用在汽車(chē)制造廠的焊裝線(xiàn)上。在此基礎(chǔ)上，確定了工業(yè)機(jī)械手的基本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，對(duì)工業(yè)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)械手機(jī)械方面的設(shè)計(jì)工作（包括傳動(dòng)部分、執(zhí)行部分、驅(qū)動(dòng)部分）的設(shè)計(jì)工作。本設(shè)計(jì)主要任務(wù)是完成機(jī)械手的結(jié)構(gòu)方面設(shè)計(jì)，在本章中對(duì)機(jī)械手的座標(biāo)形式、自由度、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)等進(jìn)行了確定。如圖 21 所示： 機(jī)械手的主要部件及運(yùn)動(dòng) 在垂直多關(guān)節(jié)型機(jī)械手的基本方案選定后，根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，為了滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，本圖 21 機(jī)械手的原理圖 13 設(shè)計(jì)關(guān)于機(jī)械手具有 3 個(gè)自由度既：手部仰俯運(yùn)動(dòng)；手臂伸縮；手臂仰俯運(yùn)動(dòng) 3 個(gè)主要運(yùn)動(dòng)。 14 第三章 機(jī)械部分零件的計(jì)算及建模 Pro/Engineer 軟件建模 [2] Pro/Engineer 操作軟件是美國(guó)參數(shù)技術(shù)公司（ PTC)旗下的 CAD/CAM/CAE 一體化的三維軟件。 參數(shù)化設(shè)計(jì) 相對(duì)于產(chǎn)品而言，我們可以把它看成幾何模型，而無(wú)論多么復(fù)雜的幾何模型，都可以分解成有限數(shù)量的構(gòu)成特征，而每一 種構(gòu)成特征，都可以用有限的參數(shù)完全約束，這就是參數(shù)化的基本概念。 3． 任 意形狀曲面： Pro/INTERFACE 提供了通過(guò) IGES4． 0 或 SET 將一個(gè)或更多的任意形狀曲面輸入到 Pro/ENGINEER 內(nèi)的能力。 3． DXF：用于輸入和輸出那些支持 DXF 格式文件系統(tǒng)的 2D 信息。 2． 對(duì)單一、多面類(lèi)似或者多面不同的型腔，采用 Pro/ENGINEER 的組裝命令及花樣組來(lái)定出型腔。應(yīng)當(dāng)考慮到在一定的吸附力下，不同的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)所需的驅(qū)動(dòng)力大小是不同的。