【正文】 ? ?bM p aWM 1511 30 ?? ????? ?? （ 310） 滿足強度條件 。為了增強立柱的平穩(wěn)性和機構的合理、安全性，在立柱下端我選擇了一個圓錐滾子軸承來增強結構強度，使之滿足要求。 它不僅承擔整個機械手的重量和工作時所產生的所有載荷，而且內部還安裝了軸承等重要部件。對雙波傳動，剛輪和柔輪的齒數差應為 2， 三個波傳動其齒數差應為 3，由于結構上的原因，單波或三波以上的傳動很少用，常用的是雙波傳動。 2 220 3 17 1600 ≥ 30 圖 110BYG3502B 混合式步進電動機 表 110BYG3502B 混合式步進電動機安裝尺寸 D B d (h7) L1 b D1(h7) h h1 L D2 d1 110 110 14 40 4 56 2 12 98 107 9 貴州大學本科畢業(yè)論文（設計） 第 17 頁 機座諧波傳動減速器的 選擇 諧波傳動減速器在 機械手 中的應用 由于諧波減速器裝置具有傳動比大并且范圍廣、精度高、空回小、承載能力大、效率高、體積小、重量輕、傳動平穩(wěn)、噪聲小、可向密封空間傳遞運動等特點。 機座電動機的選擇 粗略估計各部分質量 m0=7kg； m1=7kg； m2=5kg； m3=；立柱半徑估計 r=40mm。 機座承受 機械手 全部重量和工作載荷，應保證足夠的強度、剛度和承載能力。經過粗略計算，本設計 額定負載 最大可以達 。智能控制技術的發(fā)展有賴于人工神經網絡、基因算法、遺傳算法、專家系統(tǒng)等人工智能的迅速發(fā)展。這種工作方式比較簡單。驅動電機一般采用步進電機，直流伺服電機（ AC）為主要的驅動方式。通常它的具有很大的抓舉能力（高達幾百千克以上），其特點是結構緊湊、動作平穩(wěn)、耐沖擊、耐震動、防爆性好，但液壓元件要求有較高的制造精度和密封性能，否則 漏油將污染環(huán)境。 3）對于一般的物料搬運和裝配 機械手 ，末端執(zhí)行器為種類繁多的機械夾持器，用機械手指的閉合和張開來夾緊和釋放工件。 （ 2）手臂和手腕是 機械手 操作機中的基本部件，它由旋轉運動和往復運動的機構組成。機身既可以是固定式的，也可以是行走式的，貴州大學本科畢業(yè)論文（設計） 第 11 頁 即在它 的下部裝有能行走的機構，可沿地面或架空軌道運行。綜合考慮，機械手自由度數目取為 三 個自由度 。 球坐標 機械手 結構 球坐標 機械手 的運動 空間 是 通過 兩個回轉運動和一個直線運動來實現(xiàn)的。 機械手 與專 用 機 械 最大區(qū)別就是可以通過修改程序以適應不同 產品 的生產。 改善 工人 勞動條件。隨著科學技術的發(fā)展 ,焊接已從簡單的構件連接方法和毛坯制造手段發(fā)展成為制造行業(yè)中一項基礎工藝和生產尺寸精確的制成品的生產手段。 控制系統(tǒng)的 設計， 確定輸入 /輸出（ I/O）設備、選擇合適的 PLC、 I/O 點數分配 、PLC 程序設計。在一些簡單、重復，貴州大學本科畢業(yè)論文（設計） 第 7 頁 特別是較笨重的操作中，以機械手代替人進行工作，可以避免由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。其特點是電源方便，響應快，驅動力較大 ， 信號檢測、傳動、處理方便，并可采用多種靈活的控制方案。 貴州大學本科畢業(yè)論文（設計） 第 6 頁 本設計 的 目的和意義 設計 目的 由于工作的需要，人們經常受到高溫、腐蝕及有毒氣體等因素的危害，增加了工人的勞動強度，甚至危 及 生命。直接驅動技術則廣泛用于裝配 機械手 中。在第一代工業(yè) 機械手 普及的基礎上，第二代貴州大學本科畢業(yè)論文（設計） 第 5 頁 已經推廣，成為主 流安裝機型，第三代智能 機械手 已占有一定比重。隨著 機械手 發(fā)展的深度和廣度以及 機械手 智能水平的提高， 機械手 已在眾多領域得到了應用。 可以將機械手各運動構件，如伸縮、擺動、升降、橫移、俯仰等機構，設計成典型的通用機構，以便根據不同的作業(yè)要求，選用不用的典型機構，組裝成各種用途的 機械手 ，即便于設計制造，又便于跟換工件，擴大其應用范圍。 1972 年我國第一臺工業(yè)機械手在上海開發(fā)成功，隨之全國各省都開始研制和應用機械 手 。 焊接 機械手 具有焊接質量穩(wěn)定、改善工人勞動條件、提高勞動生產率等特點，廣泛應用于汽車、工程機械、通用機械、金屬結構和兵器工業(yè)等行業(yè)。 (4) 智能工業(yè)機械手 由電子計算機控制，通過各種傳感元件等具有視覺、熱感、觸覺、行走機構等。這種機械手多為氣動或液動，結構簡單，改變程序比較容易。工業(yè)機械手與數控加工中心，自動搬運小車與自動檢測系統(tǒng)可組成柔性制造系統(tǒng)和計算機集成制造系統(tǒng)，實現(xiàn)生產自動化。 其中含有電機、諧波減速器和軸承等的選擇及校核 。 本科畢業(yè)論文（設計） 論文（設計）題目： 多關節(jié)型自動焊接機械手 設計 學 院： 機械工程學院 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 班 級： 機自 103 班 學 號： 1008030218 學生姓名： 幸貴武 指導教師： 趙麗梅 20xx 年 6 月 5 日貴州大學本科畢業(yè)論文（設計） 貴州大學本科畢業(yè)論文（設計） 誠信責任書 本人鄭重聲明：本人所呈交的畢業(yè)論文（設計），是在導師的指導下獨立進行研究所完成。機械結構部分 主要 包括機座、立柱、手臂和手部的設計， 機械 結構 采用 關節(jié)型 ，它具有3 個自由度即立柱、大臂、小臂回轉 。目前工業(yè)機械手主要應用于制造業(yè)中，特別是電器制造、汽車制造、塑料加工、通用機械制造及金屬加工等工業(yè)。固定程序有凸輪轉鼓和擋塊轉鼓控制：可變程序可插銷板或順序轉動控制來給定程序。技術還可以是可編程序控制或普通的微機計算機。這些焊接 機械手 中有的是為某種焊接方式專門設計的，而大多數的焊接 機械手 其實就是通用貴州大學本科畢業(yè)論文（設計） 第 3 頁 工業(yè) 機械手 裝上某種焊接工具而構成的。 研究的 國內外現(xiàn)狀 國內 機械手 的研究與開發(fā)始于 20 世紀 70 年代，大致經歷了 3 個階段： 70 年代的萌芽期， 80 年代的開發(fā)期和 90 年代的應用化期。此外，還應大力研究伺服型、記憶再現(xiàn)型以及具有觸覺、視覺等性能的 機械手 ，并考慮與計算機連用，逐步成為整個機械制造系統(tǒng)中的一個基本 單元。定位精度可以滿足微米及亞微米級要求，運行速度可以達到 3m/s，最新產品達到 6 軸，負載 2Kg 的產品系統(tǒng)總重量已突破 100Kg。 機械手 的發(fā)展趨勢 工業(yè) 機械手 技術發(fā)展與應用水乳交融。日本 23 家 機械手 公司于 1998 年生產的 167 種型號 機械手 產品，其中采用 AC 伺服驅動的有 156 種，占 ％。 FANUC公司 20xx 年 9 月宣稱它的控制器為世界最小。 電力驅動是機械手使用得最多的一種驅動方式。 ，避免人身事故 在高溫、高壓、低溫、低壓、 有 灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空間狹窄的場合中， 人 用手直接操作是有危險或根本不可能的，而應用機械手即可部分或全部代替人安全的完成作業(yè)， 又可 使勞動條件得以改善。 驅動系統(tǒng)的設計，主要是選擇驅動器，包括驅動器的選擇方法、工作原理、引 腳說明。它在機械制造、核工業(yè)、航空航天、能源交通、石油化工及建筑和電子等行業(yè)中的應用越來越廣。而 用 人工焊接時，焊接速度、干伸長量等都是變化的，很難做到質量的均一性。 縮短產品 更新?lián)Q代 的周期，減小 了 相應的設備投資。這種 機械手 構造比較簡單，精度 較好 ，常用于搬運作業(yè) ， 其工作空間是一個圓柱狀空間。 具體到本設計 中 ，機械手在工作中需要 三 種運動 ： 立柱 旋 轉 ，調整空間位置 ；大臂旋 轉 ， 調整焊槍和焊點 間 距 ； 小臂 旋 轉，調整焊槍使 其 接觸焊點 ，從而 達到焊接的目的 。臂部的運動愈多，機身的結構和受力愈復雜。立柱旋轉的速度和正反向的控制，可由控制器調節(jié)電動機的轉速和轉向來實現(xiàn)。 2）搬運大件光整平板的 機械手 一般采用真空吸附式末端執(zhí)行器，利用吸盤內壓力與大氣壓力之間的差值產生吸附作用力。 （ 1）液壓驅動式 貴州大學本科畢業(yè)論文（設計） 第 12 頁 液壓驅動式機械手通常由液動機（各種油缸、油馬達）、伺服閥、油泵、油箱等組成驅動系統(tǒng)，由驅動機械手執(zhí)行機構進行工作。 （ 4）電氣驅動式 其特點是電源方便，響應快，驅動力較大（關節(jié)型的持重已達 400kg），信號檢測、傳動、處理方便，并可采用多種靈活的 控制方案。例如，在印刷電路板上安裝元件、點焊、裝配等工作，都屬于點位式工作方式。采用智能控制方式，使機械手具有較強的環(huán)境 適應能力。 本設計 末端執(zhí)行器 主要夾持焊槍，大約 。 貴州大學本科畢業(yè)論文（設計） 第 15 頁 第三章 多關節(jié)型自動焊接機械手 機械結構 設計 機座的設計 圖 機座 機械手 機座的結構設計要求： 要有足夠大的安裝基面，以保證 機械手 工作的穩(wěn)定性。用于制造 機床床身 、汽缸、箱體等 結構件 。cm2) 相電感 (mH) 重量 (Kg) 110BYG3502B 176。 圖 諧波傳動減速器工作原理 貴州大學本科畢業(yè)論文（設計） 第 18 頁 諧波傳動減速器傳動比計算 如圖 所示，波發(fā)生器有兩個觸頭，產生兩個嚙合區(qū)，故稱雙波發(fā)生器，若波發(fā)生器有三個觸頭，則可產生三個嚙合區(qū)，此時稱三波發(fā)生器。所以以最高轉速計算傳動 比 ： 貴州大學本科畢業(yè)論文（設計） 第 19 頁 1 0 0303 0 0 0 ??? nni ma (36) 根據 立柱 的這種運動要求，以及立柱以上部分運動的轉動慣量，我們選用標準的諧波傳動減速器， 本設計 機座 上諧波傳動減速器選用河北僑星減速機制造有限公司 生產的XB15010013/3 型諧波傳動減速器， 其 相關參數及安裝尺寸如 下 表 、下 圖 所示： 表 XB15010013/3 型諧波傳動減速器 相關參數 規(guī)格 產品型號 減 速 比 u 輸入轉速 3000 rpm 輸入轉速 1500 rpm 輸入轉速 1000 rpm 輸出 力矩 T2N.m 輸出 轉速 n2rpm 額定輸入功率 p kW 輸出 力矩 T2N.m 輸出 轉速 n2rpm 額定輸入功率 p kW 輸出 力矩 T2N.m 輸出 轉速 n2rpm 額定輸入功率 p kW 50 XB15010013/3 100 30 30 5 33 15 0 33 10 3 圖 XB15010013/3 型諧波傳動減速器 表 XB15010013/3 型諧波傳動減速器安裝尺寸 型號 Ａ Ｂ Ｃ Ｄ Ｅ Ｆ Ｇ Ｈ Ｉ J K 50 φ 70 50 φ φ 32 φ 16 4 12 φ 24 16 5 L M N O P Q R S T U X φ 14 φ 24 φ 62 φ M4 φ 4 φ 3 φ M3 貴州大學本科畢業(yè)論文（設計） 第 20 頁 立柱的設計 圖 立柱 立柱的工作方式 立柱是多關節(jié)型自動焊接機械手的基礎結構， 是機械手的回轉基座 ， 它是機械手的第一個回轉關節(jié) 。 如圖 所示，立柱與機座電機的諧波減速器用螺釘相連，減速器將輸出的轉矩傳送到立柱上，驅動立柱轉動。 mNlllGmllGmlGmM.1 0 6 5 0 5 )2()2(2 321321211?????????? （ 37） （ 38） ? ?bM p aWM 15 1 0 ?? ????? ?? （ 39） 滿足強度條件 。 大臂的設計 大臂的工作方式 貴州大學本科畢業(yè)論文（設計） 第 23 頁 圖 大臂 手臂結構設計要求： 手臂的結構和尺寸應滿足 機械手 完成作業(yè)任務提出的工作空間要求。驅動電動機的輸出軸直接與諧波傳動減速器相連，驅動電機固定在立柱上，當驅動電機的輸出軸轉動時，帶動諧波傳動減速器轉動，諧波傳動減速器剛輪又帶動大臂轉動，從而實現(xiàn)大臂豎直平面的轉動