【正文】 圖 21 手部結(jié)構(gòu)設計 驅(qū)動力的計算 如圖所示為 連桿 式手部結(jié)構(gòu)。若拉桿再往下移動，則手指反而會松開，為避免這種情況的發(fā)生，需保持 α 大于零 ，一般取 α=30176。時，拉緊油缸的驅(qū)動力 P 和 P 實際計算如下： 根據(jù)鉗爪夾持工件的方位，由水平放置鉗爪夾持水平放置的工件的當量夾緊力計算公式 N==150N 選取 b=50 c=30 由 連桿 杠桿式結(jié)構(gòu)的驅(qū)動力計算公式 P=2btgα N/c 得 P=P 計算 =2 50 tg（ 30176。. 如下圖所示為腕部的結(jié)構(gòu)，定片與后蓋，回轉(zhuǎn)缸體和前蓋均用螺釘和銷子進行連接和定位，動片與手部的夾緊油缸缸體用鍵連接。m2 ） 按已知計算得 J=， J 工件 =， ? =,t=2 故 M 慣 = （ N （ 5） 提高配合精度。 三、手臂動作應該靈活 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。手臂的回轉(zhuǎn)和升降運動是通過立柱來實現(xiàn)的。 ② 導向性要好 為防止手臂在直線移動中，沿運動軸線發(fā)生相對運動，或設置導向裝置，或設計方形、花鍵等形式的臂桿。 G 總 （ 1） F 摩 的計算 F 摩 =2FR ? 取 ?= FR=4600N 所以 F 摩 =2FR ?=2 4600 =2300N （ 2） F 慣 的計算 由摩擦力公式 式中 △ V— 由靜止加速到常速的變化量（ mm/s） △ t— 啟動過程時間（ t），一般取 ～ 。為實現(xiàn)此目的，本次設計的機械手轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)由底部電機、聯(lián)軸器、減速器、基座組成，此結(jié)構(gòu)的設計從驅(qū)動裝置的選擇進行展開。 底座的組成部分 機械手的底座由上下兩部分組成 上部分：由電機，諧波傳動減速器組成。 功能方面，空心軸作用為連接齒輪與液壓缸缸體，傳動扭矩，使機械手旋轉(zhuǎn)。當將波發(fā)生器裝入柔輪內(nèi)孔時．由于波發(fā)生器兩滾子外側(cè)之間的距離略大于柔輪內(nèi)孔直徑，使原為圓形的柔輪產(chǎn)生彈性變形成為橢圓，使其長軸兩端的齒與剛輪齒完全嚙合。此次設計選用的是帶環(huán)形柔輪的諧波傳動減速器，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖 31 所示。 軸的結(jié)構(gòu)取決于軸的承載性質(zhì)、大小、方向和傳動布置方案，軸上零件的布置與固定方式，軸承的類型與尺寸，軸毛坯的形式，制造工藝和裝配工藝，安裝運輸條件和制造經(jīng)濟性等等。 ，應保證足夠的強度。 2300 所以 當液壓缸向上驅(qū)動時 F 驅(qū) = 當液壓缸向下驅(qū)動時 F 驅(qū) = 第四章 臂部的結(jié)構(gòu) 21 圖 43 升降液壓缸 手臂升降液壓缸參數(shù)計算 升降液壓缸的工作壓力由驅(qū)動力與液壓缸工作壓力關系表，可得 P=，為了滿足要求，此時取 F 驅(qū) = = 進行計算。故應盡量減少小臂部運動部分的重量，使結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕，同時要采取一定的緩沖措施。同時，設計時必須考慮到手臂的受力情況、油缸及導向裝置的布置、內(nèi)部管路與手腕的連接形式等因素。 （ 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)。減少慣量具體有 3 個途徑： （ 1） 減少手臂運動件的重量，采用鋁合金材料。 表 310 徑向載荷系數(shù) X和軸向載荷系數(shù) Y 軸承 類型 e 單列軸承 雙列軸承 eFF RA ? eFF RA ? eFF RA ? eFF RA ? X Y X Y X Y X Y 角接觸球軸承7000AC 1 0 1 所以 53905391 ????P N 軸承的預期壽命 hL =50000h, ???????????????? nPCL h 6010 6? (h) （ 320） 式中： ? —— 壽命指數(shù)，對球軸承ε =3，對滾子軸承ε =10/3 n —— 軸承轉(zhuǎn)速，單位 r/min C —— 計算基本額定動載荷 水平導軌的選用 導軌的計算載荷 cF 為： 3 3232131 LLFLFLFF nnc ???? 選用 HIWIN 品牌 EGR15U 型號水平導軌 圖 34 EGR15U導軌基本參數(shù) 華南 理工大學廣州學院本科畢業(yè)設計（論文）說明書 16 圖 341 導軌精度等級 小結(jié) 第四章 臂部的結(jié)構(gòu) 17 第四章 臂部的結(jié)構(gòu) 臂部設計的基本要求 一、 臂部應承載能力大、剛度好、自重輕 （ 1） 根據(jù)受力情況，合理選擇截面形狀和輪廓尺寸。手腕轉(zhuǎn)動時所需要的驅(qū)動力矩可按下式計算： M 驅(qū) =M 慣 +M 偏 +M 摩 （ ） 式中 M 驅(qū) —— 驅(qū)動手腕轉(zhuǎn)動的驅(qū)動力矩 M 慣 —— 慣性力矩 （ ） M 偏 —— 參與轉(zhuǎn)動的零部件的重量（包括工件、手部、手腕回轉(zhuǎn)缸體的動片）對轉(zhuǎn)動軸線所產(chǎn)生的偏重力矩 （ ） M 摩 —— 手腕轉(zhuǎn)動軸與支承孔處的摩擦力矩 （ ） 圖 32 腕部回轉(zhuǎn)力矩 ⑴ 摩擦阻力矩 M 摩 M 摩 =2f （ N1D1+N2D2） （ ） 式中 f—— 軸承的摩擦系 數(shù)，滾動軸承取 f=，滑動軸承取 f=； N1 、 N2 —— 軸承支承反力 （ N） ； D1 、 D2 —— 軸承直徑 （ m） 由設計知 D1= D2= N1=800N N2=200N G1=300N e=時 M 摩 =*（ 200*+800*） /2 得 M 摩 =（ ） ⑵ 工件重心偏置力矩引起的偏 置力矩 M 偏 M 偏 =G1 e （ ） 華南 理工大學廣州學院本科畢業(yè)設計（論文）說明書 14 式中 G1—— 工件重量（ N） e—— 偏心距（即工件重心到碗回轉(zhuǎn)中心線的垂直距離），當工件重心與手腕回轉(zhuǎn)中心線重合時 ， M 偏 為零 當 e=， G1=300N 時 M 偏 =6 （ N 3 注意解決好腕部也手部、臂部的連接，以及各個自由度的位置檢測、管線的布置以及潤滑、維修、調(diào)整等問題 4 要適應工作環(huán)境的需要。查《工業(yè)機械手設計基礎》中表 21 可知，V形手指夾緊圓棒料時，握力的計算公式 N=，綜合前面驅(qū)動力的計算方法，可求出驅(qū)動力的大小。由手指的力矩平衡條件，即 ∑m01(F)=0得 P1′ h=Nb 因 h=c cosα 所以 P=2 b tgα N/c 式中 b—— 手指的回轉(zhuǎn) 支點到對稱中心線的距離（毫米）。但是在多傳感器信息融合控制技術、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)應用方面則剛剛起步，與國外先進水平差距華南 理工大學廣州學院本科畢業(yè)設計（論文）說明書 8 較大，需要在原有成績的基礎上，有重點地系統(tǒng)攻關，才能形成系統(tǒng)配套可供實用的技術和產(chǎn)品，以期在“十五”后期立于世界先進行列之中。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用的領域。 (3)工業(yè)機器人控制系統(tǒng)向基于 PC 機的開放型控制器方向發(fā)展，便于標準化、網(wǎng)絡化 。直流有刷電機對環(huán)境的防爆性能差。 節(jié)流調(diào)速為 ，容易調(diào)速為 。 (三 )按控制方式分 點位控制 它的運動為空間點到點之間的移動，只能控制運動過程中幾個點的位置，不能控制其運動軌跡。但是，由于空氣具有可壓縮的特性，工作速度的穩(wěn)定性較差，沖擊大，而且氣源壓力較低，抓重一般在 30 公斤以下，在同樣抓重條件下它比液壓機械手的結(jié)構(gòu)大，所以適用于高速、輕載、高溫和粉塵大的環(huán)境中進行工作。通用第一章 緒論 5 機械手的工作范圍大、定位精度高、通用性強，適用于不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量自動化的生產(chǎn)。目前工業(yè)機械手的控制系統(tǒng)一般由程序控制系統(tǒng)和電氣定位 (或機械擋塊定位 )系統(tǒng)組成。驅(qū)動滾輪運動則應另外增設機械傳動裝置。指數(shù)有雙指式、多指式和雙手雙指式等。 手部 即與物件接觸的部件。 設計目的 以提高生產(chǎn)過程中 的自動化程度 應用機械手有利于實現(xiàn)材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機器的裝配等的自動化的程度，從而可以提高勞動生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本。近年來，隨著電子技術特別是電子計算機的廣泛應用，機器人的研制和生產(chǎn)已成為高技術領域內(nèi)迅速發(fā)展起來的一門新興技術，它更加促進了機械手的發(fā)展，使得機械手能更好地實現(xiàn)與機械化和自動化的有機結(jié)華南 理工大學廣州學院本科畢業(yè)設計（論文）說明書 2 合。機器人并不是在簡單意義上代替人工的勞動，而是綜合了人的特長和機器特長的一種擬人的電子機械裝置，既有人對環(huán)境狀態(tài)的快速反應和分析判斷能力，又有機器可長時間持續(xù)工作、精確度高、抗惡劣環(huán)境的能力 ，從某種意義上說它也是機器的進化過程產(chǎn)物，它是工業(yè)以及非產(chǎn)業(yè)界的重要生產(chǎn)和服務性設各，也是先進制造技術領域不可缺少的自動化設備 .機械手是模仿著人手的部分動作，按給定程序、軌跡和要求實現(xiàn)自動抓取、搬運或操作的自動機械裝置。繪圖使用了 Solidworks 及 Autocad 等軟件。 專業(yè)教研組（系）負責人 審核 2021 年 12 月 24 日 指導教師（導師組負責人） 簽發(fā) 2021 年 12 月 24 日 畢業(yè)設計（論文）評語： 畢業(yè)設計（論文）總評成績： 畢業(yè)設計（論文）答辯小組負責人簽字： 年 月 日 I 摘 要 機械手 也被稱為自動手，能模仿人手和臂的某些動作功能，用以按固定程序抓取、搬運物件或操作工具的自動操作裝置。 （ 2）機器人及機械手設計資料。 我們將機器人的基地，臂，前臂和機器人結(jié)構(gòu)設計，然后選擇相應的驅(qū)動器 模式，驅(qū)動模式，構(gòu)建機器人平臺的結(jié)構(gòu) 。它對穩(wěn)定、提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，改善勞動條件和產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代起著十分重要的作用。隨著工業(yè)技術的發(fā)展，制成了能夠獨立的按程序控制實現(xiàn)重復操作，適用范圍比較廣的“程序控制通用機械手”，簡稱通用機械手。當工件變更時，柔性生產(chǎn)系統(tǒng)很容易改變，有利于企業(yè)不斷更新適銷對路的品種，提高產(chǎn)品質(zhì)量，更好地適應市場競爭的需要。 機械手的組成與分類 機械手的組成 機械手主要由執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及位置檢測裝置等所組成。平移型應用較少，其原因是結(jié)構(gòu)比較復雜，但平移型手指夾持圓形零件時，工件直徑變化不影響其軸心的位置，因此適宜夾持直徑變化范圍大的工件。機械手的立 I 因工作需要，有時也可作橫向移動，即稱為可移式立柱。目前工業(yè)機械手的控制系統(tǒng)一般由程序控制系統(tǒng)和電氣定位 (或機械擋塊定位 )系統(tǒng)組成。專用機械手具有動作少、工作對象單一、結(jié)構(gòu)簡單、使用可靠和造價低等特點，適用于大批量的自動化生產(chǎn)的自動換刀機械手，如自動機床、自動線的上、下料機械手。若機械手采用電液伺服驅(qū)動系統(tǒng)，可實現(xiàn)連續(xù)軌跡控制，使機械手的通用性擴大，但是電液伺服閥的制造精度高，油液過濾要求嚴格，成本高。 電力傳動機械手 即有特殊結(jié)構(gòu)的感應電動機、直線電機或功率步進電機直接驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)運動的械手，因為不需要中間的轉(zhuǎn)換機構(gòu)，故機械結(jié)構(gòu)簡單。 華南 理工大學廣州學院本科畢業(yè)設計（論文）說明書 6 工業(yè)機器人 驅(qū)動系統(tǒng)特性比較 表 123 驅(qū)動系統(tǒng)特性 驅(qū) 動 系 統(tǒng) 的 特 性 驅(qū) 動 類 型 功率 快 速 響 應 結(jié) 構(gòu) 性 能 安 全 效 率 控制能力 安 裝 要 求 維 護 要 求 液壓驅(qū)動系統(tǒng) 不太受限制 很 高 結(jié)構(gòu)適當，執(zhí)行機構(gòu)可做成獨立結(jié)構(gòu)，易于標準化，容易實現(xiàn)直接驅(qū)動。 氣動驅(qū)動系統(tǒng) 有限制 較高