【正文】 ? ?bM p aWM 1511 30 ?? ????? ?? （ 310） 滿足強(qiáng)度條件 。為了增強(qiáng)立柱的平穩(wěn)性和機(jī)構(gòu)的合理、安全性，在立柱下端我選擇了一個(gè)圓錐滾子軸承來增強(qiáng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，使之滿足要求。 它不僅承擔(dān)整個(gè)機(jī)械手的重量和工作時(shí)所產(chǎn)生的所有載荷，而且內(nèi)部還安裝了軸承等重要部件。對(duì)雙波傳動(dòng)，剛輪和柔輪的齒數(shù)差應(yīng)為 2， 三個(gè)波傳動(dòng)其齒數(shù)差應(yīng)為 3，由于結(jié)構(gòu)上的原因，單波或三波以上的傳動(dòng)很少用，常用的是雙波傳動(dòng)。 2 220 3 17 1600 ≥ 30 圖 110BYG3502B 混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 表 110BYG3502B 混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)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(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 17 頁 機(jī)座諧波傳動(dòng)減速器的 選擇 諧波傳動(dòng)減速器在 機(jī)械手 中的應(yīng)用 由于諧波減速器裝置具有傳動(dòng)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(dòng)平穩(wěn)、噪聲小、可向密封空間傳遞運(yùn)動(dòng)等特點(diǎn)。 機(jī)座電動(dòng)機(jī)的選擇 粗略估計(jì)各部分質(zhì)量 m0=7kg； m1=7kg； m2=5kg； m3=；立柱半徑估計(jì) r=40mm。 機(jī)座承受 機(jī)械手 全部重量和工作載荷，應(yīng)保證足夠的強(qiáng)度、剛度和承載能力。經(jīng)過粗略計(jì)算，本設(shè)計(jì) 額定負(fù)載 最大可以達(dá) 。智能控制技術(shù)的發(fā)展有賴于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、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(jiǎn)單。驅(qū)動(dòng)電機(jī)一般采用步進(jìn)電機(jī)，直流伺服電機(jī)（ AC）為主要的驅(qū)動(dòng)方式。通常它的具有很大的抓舉能力（高達(dá)幾百千克以上），其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、動(dòng)作平穩(wěn)、耐沖擊、耐震動(dòng)、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(duì)于一般的物料搬運(yùn)和裝配 機(jī)械手 ，末端執(zhí)行器為種類繁多的機(jī)械夾持器，用機(jī)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(jī)械手 操作機(jī)中的基本部件，它由旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和往復(fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)組成。機(jī)身既可以是固定式的，也可以是行走式的，貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 11 頁 即在它 的下部裝有能行走的機(jī)構(gòu)，可沿地面或架空軌道運(yùn)行。綜合考慮，機(jī)械手自由度數(shù)目取為 三 個(gè)自由度 。 球坐標(biāo) 機(jī)械手 結(jié)構(gòu) 球坐標(biāo) 機(jī)械手 的運(yùn)動(dòng) 空間 是 通過 兩個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和一個(gè)直線運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的。 機(jī)械手 與專 用 機(jī) 械 最大區(qū)別就是可以通過修改程序以適應(yīng)不同 產(chǎn)品 的生產(chǎn)。 改善 工人 勞動(dòng)條件。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展 ,焊接已從簡(jiǎn)單的構(gòu)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(xiàng)基礎(chǔ)工藝和生產(chǎn)尺寸精確的制成品的生產(chǎn)手段。 控制系統(tǒng)的 設(shè)計(jì)， 確定輸入 /輸出（ I/O）設(shè)備、選擇合適的 PLC、 I/O 點(diǎn)數(shù)分配 、PLC 程序設(shè)計(jì)。在一些簡(jiǎn)單、重復(fù)，貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 7 頁 特別是較笨重的操作中，以機(jī)械手代替人進(jìn)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(diǎn)是電源方便，響應(yīng)快，驅(qū)動(dòng)力較大 ， 信號(hào)檢測(cè)、傳動(dòng)、處理方便，并可采用多種靈活的控制方案。 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 6 頁 本設(shè)計(jì) 的 目的和意義 設(shè)計(jì) 目的 由于工作的需要，人們經(jīng)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(dòng)強(qiáng)度，甚至危 及 生命。直接驅(qū)動(dòng)技術(shù)則廣泛用于裝配 機(jī)械手 中。在第一代工業(yè) 機(jī)械手 普及的基礎(chǔ)上，第二代貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 5 頁 已經(jīng)推廣，成為主 流安裝機(jī)型，第三代智能 機(jī)械手 已占有一定比重。隨著 機(jī)械手 發(fā)展的深度和廣度以及 機(jī)械手 智能水平的提高， 機(jī)械手 已在眾多領(lǐng)域得到了應(yīng)用。 可以將機(jī)械手各運(yùn)動(dòng)構(gòu)件，如伸縮、擺動(dòng)、升降、橫移、俯仰等機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)成典型的通用機(jī)構(gòu)，以便根據(jù)不同的作業(yè)要求，選用不用的典型機(jī)構(gòu)，組裝成各種用途的 機(jī)械手 ，即便于設(shè)計(jì)制造，又便于跟換工件，擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。 1972 年我國(guó)第一臺(tái)工業(yè)機(jī)械手在上海開發(fā)成功，隨之全國(guó)各省都開始研制和應(yīng)用機(jī)械 手 。 焊接 機(jī)械手 具有焊接質(zhì)量穩(wěn)定、改善工人勞動(dòng)條件、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于汽車、工程機(jī)械、通用機(jī)械、金屬結(jié)構(gòu)和兵器工業(yè)等行業(yè)。 (4) 智能工業(yè)機(jī)械手 由電子計(jì)算機(jī)控制，通過各種傳感元件等具有視覺、熱感、觸覺、行走機(jī)構(gòu)等。這種機(jī)械手多為氣動(dòng)或液動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，改變程序比較容易。工業(yè)機(jī)械手與數(shù)控加工中心，自動(dòng)搬運(yùn)小車與自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)可組成柔性制造系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化。 其中含有電機(jī)、諧波減速器和軸承等的選擇及校核 。 本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 論文（設(shè)計(jì)）題目： 多關(guān)節(jié)型自動(dòng)焊接機(jī)械手 設(shè)計(jì) 學(xué) 院： 機(jī)械工程學(xué)院 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班 級(jí)： 機(jī)自 103 班 學(xué) 號(hào)： 1008030218 學(xué)生姓名： 幸貴武 指導(dǎo)教師： 趙麗梅 20xx 年 6 月 5 日貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 誠(chéng)信責(zé)任書 本人鄭重聲明：本人所呈交的畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)），是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所完成。機(jī)械結(jié)構(gòu)部分 主要 包括機(jī)座、立柱、手臂和手部的設(shè)計(jì)， 機(jī)械 結(jié)構(gòu) 采用 關(guān)節(jié)型 ，它具有3 個(gè)自由度即立柱、大臂、小臂回轉(zhuǎn) 。目前工業(yè)機(jī)械手主要應(yīng)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(jī)械制造及金屬加工等工業(yè)。固定程序有凸輪轉(zhuǎn)鼓和擋塊轉(zhuǎn)鼓控制：可變程序可插銷板或順序轉(zhuǎn)動(dòng)控制來給定程序。技術(shù)還可以是可編程序控制或普通的微機(jī)計(jì)算機(jī)。這些焊接 機(jī)械手 中有的是為某種焊接方式專門設(shè)計(jì)的，而大多數(shù)的焊接 機(jī)械手 其實(shí)就是通用貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 3 頁 工業(yè) 機(jī)械手 裝上某種焊接工具而構(gòu)成的。 研究的 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀 國(guó)內(nèi) 機(jī)械手 的研究與開發(fā)始于 20 世紀(jì) 70 年代，大致經(jīng)歷了 3 個(gè)階段： 70 年代的萌芽期， 80 年代的開發(fā)期和 90 年代的應(yīng)用化期。此外，還應(yīng)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(jī)械手 ，并考慮與計(jì)算機(jī)連用，逐步成為整個(gè)機(jī)械制造系統(tǒng)中的一個(gè)基本 單元。定位精度可以滿足微米及亞微米級(jí)要求，運(yùn)行速度可以達(dá)到 3m/s，最新產(chǎn)品達(dá)到 6 軸，負(fù)載 2Kg 的產(chǎn)品系統(tǒng)總重量已突破 100Kg。 機(jī)械手 的發(fā)展趨勢(shì) 工業(yè) 機(jī)械手 技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用水乳交融。日本 23 家 機(jī)械手 公司于 1998 年生產(chǎn)的 167 種型號(hào) 機(jī)械手 產(chǎn)品，其中采用 AC 伺服驅(qū)動(dòng)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(qū)動(dòng)是機(jī)械手使用得最多的一種驅(qū)動(dòng)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(chǎng)合中， 人 用手直接操作是有危險(xiǎn)或根本不可能的，而應(yīng)用機(jī)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(dòng)條件得以改善。 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，主要是選擇驅(qū)動(dòng)器，包括驅(qū)動(dòng)器的選擇方法、工作原理、引 腳說明。它在機(jī)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(yīng)用越來越廣。而 用 人工焊接時(shí)，焊接速度、干伸長(zhǎng)量等都是變化的，很難做到質(zhì)量的均一性。 縮短產(chǎn)品 更新?lián)Q代 的周期，減小 了 相應(yīng)的設(shè)備投資。這種 機(jī)械手 構(gòu)造比較簡(jiǎn)單，精度 較好 ，常用于搬運(yùn)作業(yè) ， 其工作空間是一個(gè)圓柱狀空間。 具體到本設(shè)計(jì) 中 ，機(jī)械手在工作中需要 三 種運(yùn)動(dòng) ： 立柱 旋 轉(zhuǎn) ，調(diào)整空間位置 ；大臂旋 轉(zhuǎn) ， 調(diào)整焊槍和焊點(diǎn) 間 距 ； 小臂 旋 轉(zhuǎn)，調(diào)整焊槍使 其 接觸焊點(diǎn) ，從而 達(dá)到焊接的目的 。臂部的運(yùn)動(dòng)愈多，機(jī)身的結(jié)構(gòu)和受力愈復(fù)雜。立柱旋轉(zhuǎn)的速度和正反向的控制，可由控制器調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向來實(shí)現(xiàn)。 2）搬運(yùn)大件光整平板的 機(jī)械手 一般采用真空吸附式末端執(zhí)行器，利用吸盤內(nèi)壓力與大氣壓力之間的差值產(chǎn)生吸附作用力。 （ 1）液壓驅(qū)動(dòng)式 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 12 頁 液壓驅(qū)動(dòng)式機(jī)械手通常由液動(dòng)機(jī)（各種油缸、油馬達(dá)）、伺服閥、油泵、油箱等組成驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，由驅(qū)動(dòng)機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行工作。 （ 4）電氣驅(qū)動(dòng)式 其特點(diǎn)是電源方便，響應(yīng)快，驅(qū)動(dòng)力較大（關(guān)節(jié)型的持重已達(dá) 400kg），信號(hào)檢測(cè)、傳動(dòng)、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(diǎn)焊、裝配等工作，都屬于點(diǎn)位式工作方式。采用智能控制方式，使機(jī)械手具有較強(qiáng)的環(huán)境 適應(yīng)能力。 本設(shè)計(jì) 末端執(zhí)行器 主要夾持焊槍，大約 。 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 15 頁 第三章 多關(guān)節(jié)型自動(dòng)焊接機(jī)械手 機(jī)械結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì) 機(jī)座的設(shè)計(jì) 圖 機(jī)座 機(jī)械手 機(jī)座的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求： 要有足夠大的安裝基面，以保證 機(jī)械手 工作的穩(wěn)定性。用于制造 機(jī)床床身 、汽缸、箱體等 結(jié)構(gòu)件 。cm2) 相電感 (mH) 重量 (Kg) 110BYG3502B 176。 圖 諧波傳動(dòng)減速器工作原理 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 18 頁 諧波傳動(dòng)減速器傳動(dòng)比計(jì)算 如圖 所示，波發(fā)生器有兩個(gè)觸頭，產(chǎn)生兩個(gè)嚙合區(qū)，故稱雙波發(fā)生器，若波發(fā)生器有三個(gè)觸頭，則可產(chǎn)生三個(gè)嚙合區(qū)，此時(shí)稱三波發(fā)生器。所以以最高轉(zhuǎn)速計(jì)算傳動(dòng) 比 ： 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 19 頁 1 0 0303 0 0 0 ??? nni ma (36) 根據(jù) 立柱 的這種運(yùn)動(dòng)要求，以及立柱以上部分運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，我們選用標(biāo)準(zhǔn)的諧波傳動(dòng)減速器， 本設(shè)計(jì) 機(jī)座 上諧波傳動(dòng)減速器選用河北僑星減速機(jī)制造有限公司 生產(chǎn)的XB15010013/3 型諧波傳動(dòng)減速器， 其 相關(guān)參數(shù)及安裝尺寸如 下 表 、下 圖 所示： 表 XB15010013/3 型諧波傳動(dòng)減速器 相關(guān)參數(shù) 規(guī)格 產(chǎn)品型號(hào) 減 速 比 u 輸入轉(zhuǎn)速 3000 rpm 輸入轉(zhuǎn)速 1500 rpm 輸入轉(zhuǎn)速 1000 rpm 輸出 力矩 T2N.m 輸出 轉(zhuǎn)速 n2rpm 額定輸入功率 p kW 輸出 力矩 T2N.m 輸出 轉(zhuǎn)速 n2rpm 額定輸入功率 p kW 輸出 力矩 T2N.m 輸出 轉(zhuǎn)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(dòng)減速器 表 XB15010013/3 型諧波傳動(dòng)減速器安裝尺寸 型號(hào) 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(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 20 頁 立柱的設(shè)計(jì) 圖 立柱 立柱的工作方式 立柱是多關(guān)節(jié)型自動(dòng)焊接機(jī)械手的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)， 是機(jī)械手的回轉(zhuǎn)基座 ， 它是機(jī)械手的第一個(gè)回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié) 。 如圖 所示，立柱與機(jī)座電機(jī)的諧波減速器用螺釘相連，減速器將輸出的轉(zhuǎn)矩傳送到立柱上，驅(qū)動(dòng)立柱轉(zhuǎn)動(dòng)。 mNlllGmllGmlGmM.1 0 6 5 0 5 )2()2(2 321321211?????????? （ 37） （ 38） ? ?bM p aWM 15 1 0 ?? ????? ?? （ 39） 滿足強(qiáng)度條件 。 大臂的設(shè)計(jì) 大臂的工作方式 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 23 頁 圖 大臂 手臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求： 手臂的結(jié)構(gòu)和尺寸應(yīng)滿足 機(jī)械手 完成作業(yè)任務(wù)提出的工作空間要求。驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的輸出軸直接與諧波傳動(dòng)減速器相連，驅(qū)動(dòng)電機(jī)固定在立柱上，當(dāng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)諧波傳動(dòng)減速器轉(zhuǎn)動(dòng)，諧波傳動(dòng)減速器剛輪又帶動(dòng)大臂轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)大臂豎直平面的轉(zhuǎn)動(dòng)