【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)動力的計算 本次設(shè)計 機(jī)械手腕部采用齒輪傳動，通過小臂的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動齒輪，傳遞給手腕上的齒輪，實現(xiàn)一定的傳動比。 式 41 根據(jù)機(jī)械設(shè)計手冊常用材料值和值，取 錯誤 !未找到引用源。 本章小結(jié) 本章通過四種基本的手腕結(jié)構(gòu)，選擇了具有一個自由度的回轉(zhuǎn)驅(qū)動的腕部結(jié)構(gòu)。手臂的各種運動通常用驅(qū)動機(jī)構(gòu)和各種傳動機(jī)構(gòu)來實現(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、動載荷，而且自身運動較多。對于高速度運動的機(jī)械手，其最大移動速度設(shè)計在 1000 1500mm s,最大回轉(zhuǎn)角速度設(shè) 計在0180s 內(nèi)，大部分平均移動速度為 1000mms ，平均回轉(zhuǎn)角速度在 090s 。為此，必須計算使之滿足不自鎖的條件。 小臂部分各零件的計算 先進(jìn)行粗略的估算，或類比同類結(jié)構(gòu)，根據(jù)運動參數(shù)初步確定有關(guān)機(jī)構(gòu)的主要尺寸，再進(jìn)行校核計算，修正設(shè)計。 式 41 根據(jù)機(jī)械設(shè)計手冊常用材料 錯誤 !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)的型號為： 42 步進(jìn)電機(jī) 42BYGHW609 4 線 參數(shù)： 電機(jī)的外形尺寸： 小臂部分的電機(jī)通過外六角螺釘固定在小臂上，選擇 M8 的外六角螺釘。轉(zhuǎn)軸兩邊通過軸承和卡簧連接到手腕的耳板上。 ,錯誤 !未找到引用源。 ：表示電動機(jī)軸每秒的角速度，單位為弧度 錯誤 !未找到引用源。 ,錯誤 !未找到引用源。 另外，底座部分加工時應(yīng)該確?；鶞?zhǔn)的統(tǒng)一性，全部以中心線為基準(zhǔn)參考線，加工時留有足夠加工余量，確保裝配時的精確嚙合。感受如下： 1. 本次畢業(yè)設(shè)計只是對輕型搬運機(jī)械手的結(jié)構(gòu)和驅(qū)動做了系統(tǒng)的計算設(shè)計，設(shè)計中沒有涉及到機(jī)械手的控制問題，對這方面有點模糊，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、務(wù)實的工作作風(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)下獨立進(jìn)行研究所取得的研究成果。 ：任務(wù)書、開題報告、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 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)校保留并向國家有關(guān)部門或機(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（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文），是我個人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。必要時也方便更換。機(jī)械手的作用、組成和分類，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)的矩頻曲線圖如圖 319 所示： 圖 319 矩頻曲線圖 大臂部分齒輪的選取 [8] 本次設(shè)計機(jī)械手大臂部分采用齒輪傳動，通過大臂上的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動齒輪，傳遞給小臂上的齒輪，實 現(xiàn)一定的傳動比。 ,錯誤 !未找到引用源。 、 錯誤 !未找到引用源。 , 錯誤 !未找到引用源。臂部的尺寸通過查閱機(jī)械手手冊，以及強(qiáng)度的校核，選取 板長為 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*。 、 錯誤 !未找到引用源。轉(zhuǎn)軸兩邊通過軸承和卡簧連接到手腕的耳板上。 （ 2）手臂的典型運動形式有：直線運動，如手臂的伸縮，升降和橫向 移動；回轉(zhuǎn)運動，如手臂的左右擺動，上下擺動；符合運動，如直線運動和回轉(zhuǎn)運動組 合，兩直線運動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)械手動作順序時，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)動作。 (3)合理布置作用力的位置和方向。本次設(shè)計的手臂運動形式為上下仰俯運動和伸縮運動。由設(shè)計手冊取標(biāo)準(zhǔn)直徑。轉(zhuǎn)軸兩邊通過軸承和卡簧連接到手腕的耳板上。 腕部的驅(qū)動力矩計算 （ 1）腕部的驅(qū)動力矩需要的力矩 M慣 。 (2) 直齒輪驅(qū)動的腕部結(jié)構(gòu)。顯然，腕部的結(jié)構(gòu)、重量和動力載荷，直接影響著臂部的結(jié)構(gòu)、重量和運轉(zhuǎn)性 能。 17 機(jī)械手手部的設(shè)計計算 [3] 本設(shè)計是輕型搬運機(jī)械手的設(shè)計，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 （ 1）應(yīng)具有適當(dāng)?shù)奈搅万?qū)動力。 PRO/MOLD DESIGN Pro/MOL DESIGN 模塊用于設(shè)計模具部件和模板組裝，它包括如下功能： 1． 采用參照設(shè)計模型的方法，自動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、鈑金設(shè)計、加工處理等，保證用戶可以按照自己的需要進(jìn)行選擇使用。下面的設(shè)計計算將依次進(jìn)行。它廣泛應(yīng)用于代替人完成裝配作業(yè)、貨物搬運、電弧焊接、噴涂及點焊接等場合。 12 第二章 機(jī)械手的總體設(shè)計方案 本課題是輕型搬運機(jī)械手的設(shè)計。 11 本文主要研究內(nèi)容 本文研究了國內(nèi)外機(jī)械手發(fā)展的現(xiàn)狀，通過學(xué)習(xí)機(jī)械手的工作原理，熟悉了工業(yè)機(jī)械手的運動機(jī)理。我國的工業(yè)機(jī)器人從 80年代“七五”科技攻關(guān)開始起步，在國家的支持下，通過“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)計制造技術(shù)、控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計技術(shù)、運動學(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，開發(fā)出噴漆、弧焊、點焊、裝配、搬運等機(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)動機(jī)械手 ,適用范圍廣，瞬時傳動比恒定，效率高； 壽命長；結(jié)構(gòu)緊湊，控制方便。 臂部運動的目的：把手部送到空間運動范圍內(nèi)任意一點。 （ 2） 腕部 是連接手部和臂部的部件，并可用來調(diào)節(jié)被抓物體的方位，以擴(kuò)大機(jī)械 9 手的動作范圍，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)用有兩個方面：一是 160t以上的沖床用機(jī)械手的較多。下面具體說明機(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)有微型電子計算機(jī)控制系統(tǒng)，具有視覺、觸覺能力，甚至聽、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 KnKa 公司還生產(chǎn)一種點焊機(jī)械手，采用關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)和程序控制 。 1978 年美國 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，美國機(jī)械鑄造公司在上述方案的基礎(chǔ)之上又試制成一臺數(shù)控示教再現(xiàn)型機(jī)械手。 機(jī)械手是一種能自動控制并可從新編程以變動的多功能機(jī)器，它有多個自由度，可以搬運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)展起來的一種高科技自動生產(chǎn)設(shè)備。同時，本文給出了這臺機(jī)械手的主要性能規(guī)格參量。專用機(jī)床是大批量生產(chǎn)自動化的有效辦法；程控機(jī)床、數(shù)控機(jī)床、加工中心等自動化機(jī)械是有效地解決多品種小批量生產(chǎn)自動化的重要辦法。但除切削加工本身外，還有大量的裝卸、搬運、裝配等作業(yè)，有待于進(jìn)一步實現(xiàn)機(jī)械化。 文章中介紹了搬運機(jī)械手的設(shè)計理論與方法。工業(yè)機(jī)械手也是工業(yè)機(jī)器人的一個重要分支。 機(jī)械手的結(jié)構(gòu)形式開始比較簡單，專用性較強(qiáng)。商名為 Unimate(即萬能自動 )。 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 50%。研究安裝各種傳感器，把感覺到的信息反饋，使機(jī)械手具有感 7 覺機(jī)能。 在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程中的自動化已成為突出的主題。 建造旋轉(zhuǎn)零件（轉(zhuǎn)軸、盤類、環(huán)類）自動線 一般都采用機(jī)械手在機(jī)床之間傳遞零件。如沈陽低壓開關(guān)廠 200t環(huán)類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現(xiàn)。 控制系統(tǒng)分類 在機(jī)械手的控制上，有點動控制和連續(xù)控制兩種方式。器件集成度提高，控制柜日見小巧，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 多臺套噴漆機(jī)器人在二十余家企業(yè)的近 30 條自動噴漆生產(chǎn)線(站 )上獲得規(guī)模應(yīng)用，弧焊機(jī)器人己應(yīng)用在汽車制造廠的焊裝線上。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)，對工業(yè)機(jī)械手的運動進(jìn)行了簡單的力學(xué)模型分析，完成了機(jī)械手機(jī)械方面的設(shè)計工作（包括傳動部分、執(zhí)行部分、驅(qū)動部分）的設(shè)計工作。本設(shè)計主要任務(wù)是完成機(jī)械手的結(jié)構(gòu)方面設(shè)計，在本章中對機(jī)械手的座標(biāo)形式、自由度、驅(qū)動機(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動 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)計任務(wù)，為了滿足設(shè)計要求，本圖 21 機(jī)械手的原理圖 13 設(shè)計關(guān)于機(jī)械手具有 3 個自由度既：手部仰俯運動；手臂伸縮；手臂仰俯運動 3 個主要運動。 14 第三章 機(jī)械部分零件的計算及建模 Pro/Engineer 軟件建模 [2] Pro/Engineer 操作軟件是美國參數(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 相對于產(chǎn)品而言，我們可以把它看成幾何模型，而無論多么復(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 IGES4． 0 或 SET 將一個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． 對單一、多面類似或者多面不同的型腔，采用 Pro/ENGINEER 的組裝命令及花樣組來定出型腔。應(yīng)當(dāng)考慮到在一定的吸附力下，不同的傳動機(jī)構(gòu)所需的驅(qū)動力大小是不同的。