【正文】 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。 小臂部分各零件的計(jì)算 先進(jìn)行粗略的估算，或類比同類結(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)。對于高速度運(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 。 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(gè)自由度的回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu)。 ? ?22M J J ????慣 工 件 啟 （ ） 查取轉(zhuǎn)動(dòng)慣量公式有： 2 2 2 21 1 1 9 0 0 . 0 6 0 . 0 3 4 22 2 9 . 8 NJ M R N m s N m sN K g? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?2 2 2 2 21 1 60 1 3 12 l R N m sg ?? ? ? ? ? ? ? ?工 件 代入： ? ? . 03 42 5. 01 25 552 0. 31 4M N m? ? ? ??慣 0 .1M M M M M? ? ? ?慣 摩 慣 19 55 N m? ? ? 機(jī)械手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。 腕部的結(jié)構(gòu)以及選擇 [4] (1) 具有一個(gè)自由 度的回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu)。如圖 31 所示： 圖 31 電磁吸盤 手部零件設(shè)計(jì)的基本要求 （ 1）手指式 有兩指式和多指式，適用于各種機(jī)械加工的零件及組件的搬運(yùn)。 6． PATRAN Geom；用于輸出符合 PATRAN 中間文件格式的零件幾何體數(shù)據(jù)。 PRO/INTERFACE Pro/INTERFACE 是一個(gè)完整的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，提供 Pro/Engineer 與其它設(shè)計(jì)自動(dòng)化系統(tǒng)之間的各種標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)交換格式．它可用于 Pro/ENGINEER 幾何的輸入和輸出。根據(jù)動(dòng)力源的不同 , 工業(yè)機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)大致可分為液壓、氣動(dòng)、電動(dòng)和機(jī)械驅(qū)動(dòng)等四類。 本章小結(jié) 本章簡要的介紹了機(jī)械手的基本概念。 (6)當(dāng)代遙控機(jī)器人系統(tǒng)的發(fā)展特點(diǎn)不是追求全自治系統(tǒng)，而是致力于操作者與機(jī)器人的人機(jī)交互控制，即遙控加局部自主系統(tǒng)構(gòu)成完整的監(jiān)控遙控操作系統(tǒng)，使智能機(jī)器人走出實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入實(shí)用化階段。因此，它的結(jié)構(gòu)、工作范圍、靈活性以及抓重大小和定位精度直接影響機(jī)械手的工作性能。 機(jī)械手的組成 [1] 工業(yè)機(jī)械手由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制機(jī)構(gòu)三部分組成。據(jù)資料介紹，美國生產(chǎn)的全部工業(yè)零件中，有 75%是小批量生產(chǎn)；金屬加工生產(chǎn)批量中有四分之三在50 件以下，零件真正在機(jī)床上加工的時(shí)間僅占零件生產(chǎn)時(shí)間的 5%。在數(shù)量上已占世界首位，約占 70%，并以每年 50%～ 60%的速度增長。準(zhǔn)備把故障前平均時(shí)間（注：故障前平均時(shí)間是指一臺設(shè)備可靠性的一種量度。 工業(yè)機(jī)械手的簡史 現(xiàn)代工業(yè)機(jī)械手起源于 20 世紀(jì) 50 年代初，是基于示教再現(xiàn)和主從控制方式、能適應(yīng) 6 產(chǎn)品種類變更，具有多自由度動(dòng)作功能的柔性自動(dòng)化產(chǎn)產(chǎn)品。機(jī)械手是模仿著人手的 部分動(dòng)作，按給定程序、軌跡和要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓取、搬運(yùn)或操作的自動(dòng)機(jī)械裝置。 1 輕型搬運(yùn)機(jī)械手的設(shè)計(jì) 2 摘要 在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程的機(jī)械化、自動(dòng)化已成為突出的主題。在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的機(jī)械手被稱為工業(yè)機(jī)械手。 機(jī)械手首先是從美國開始研制的。它給出在第一次故障前的平均運(yùn)行時(shí)間），由 400小時(shí)提高到 1500 小時(shí)，精度可提高到177。使用機(jī)械手最多的是汽車工業(yè)，其次是電機(jī)、電器。從這里可以看出，裝卸、搬運(yùn)等工序機(jī)械化的迫切性，工業(yè)機(jī)械手就是為實(shí)現(xiàn)這些工序的自動(dòng)化而產(chǎn)生的。 如圖 11 所示： 執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu)機(jī)器人控 制 系 統(tǒng)驅(qū) 動(dòng) 傳 動(dòng) 系 統(tǒng)手 部腕 部臂 部腰 部基 座 部 （ 固 定 或 移 動(dòng) ）電 、 液 或 氣 驅(qū) 動(dòng) 裝 置單 關(guān) 節(jié) 伺 服 控 制 器關(guān) 節(jié) 協(xié) 調(diào) 及 其 它 信 息 交 換計(jì) 算 機(jī) 圖 11 機(jī)械手組成結(jié)構(gòu) 執(zhí)行機(jī)構(gòu) （ 1）手部 既直接與工件接觸的部分，一般是回轉(zhuǎn)型或平動(dòng)型（多為回轉(zhuǎn)型，因其結(jié)構(gòu)簡單）。 （ 4） 行走機(jī)構(gòu) 有的工業(yè)機(jī)械手帶有行走機(jī)構(gòu)，我國的正處于仿真階段。美國發(fā)射到火星上的“索杰納”機(jī)器人就是這種系統(tǒng)成功應(yīng)用的最著名實(shí)例。在機(jī)械手的組成上，系統(tǒng)的從執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)以及控制部分三個(gè)方面說明。采用機(jī)械驅(qū)動(dòng)式機(jī)械手 ,結(jié)構(gòu)簡單、動(dòng)作可靠、尺寸緊湊、驅(qū)動(dòng)力大，常用于固定場所等優(yōu)點(diǎn)。剖 面可以參數(shù)化并被構(gòu)造 Pro/ENGINEER 內(nèi)的任意特征種類。 7． IGES128：用于輸出零件幾何體 (注：除非特殊需求規(guī)定，將無效 )。盤類、環(huán)類零件及雜件的抓取及搬運(yùn)。它具有結(jié)構(gòu)緊湊、靈活等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)機(jī)械手的要求，設(shè)計(jì)的齒輪參數(shù)如下： (1) 傳動(dòng)比為 i =:1； (2) 兩齒輪模數(shù)為 m=； (3) 壓力角為β = 20； (4) 中心距選擇α =66mm。并進(jìn)行的腕部回轉(zhuǎn)力矩的計(jì)算，同時(shí)也計(jì)算了回轉(zhuǎn)缸連接螺釘?shù)闹睆?。在速度和回轉(zhuǎn)角速度一定的情況下，減小自身重量是減小慣性的最有效、最直接的辦法，因此，機(jī)械手臂部要盡可能的輕。如此反復(fù)，繪出最終的結(jié)構(gòu)。根據(jù)支板所承受的力的大小和自身重量，取 壁厚為 3mm。 選擇軸的材料，確定許用應(yīng)力 同小臂部分的轉(zhuǎn)軸易知，大臂部分的轉(zhuǎn)軸傳遞的功率屬于中小功率，對材料無特殊要求，故選用 45 鋼并調(diào)制處理。 ：表示電動(dòng)機(jī)的力矩，單位為牛頓 三維圖如 321 所示： 39 圖 321 底座 大臂固定部分螺釘?shù)倪x?。? 螺釘材料選擇 Q235，則 ? ? ?? ?? 200MPa? （ ? ） 40 螺釘?shù)闹睆? ? ? 0 64 4 24627 200 10QFdm??? ??? ? ??? 螺釘?shù)闹睆竭x擇 d= M12 的外六角螺釘。真是由于他的悉心幫助和支持，才使得我的畢業(yè)設(shè)計(jì)工作順利完成。 、圖表要求： 1）文字通順，語言流暢， 書寫字跡工整，打印字體及大小符合要求，無錯(cuò)別字，不準(zhǔn)請他人代寫 2）工程設(shè)計(jì)類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計(jì)算機(jī)繪制，所有圖紙應(yīng)符合國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。 另外，在畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)，機(jī)械專業(yè)的同學(xué)也給我提供了很多便利條件，感謝同學(xué)們的關(guān)心和照顧！感謝所有幫助我的人！ 為期兩個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)使我學(xué)到了許多知識，開闊了眼界，這些新方法和理論一定會使我受益終身。 42 總結(jié) 通過此次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我了解了機(jī)械手的很多相關(guān)知識。 ：表示電動(dòng)機(jī)軸的轉(zhuǎn)速，單位為每分鐘轉(zhuǎn)速 將 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 大臂部分軸承和卡簧的三維圖及工程圖的選取 卡簧三維圖如圖 315 所示： 35 圖 315 卡簧 大臂部分步進(jìn)電機(jī)的選取及計(jì)算 由式輪傳動(dòng)比的計(jì)算知 錯(cuò)誤 !未找到引用源。小臂一上的板通過四個(gè)螺釘固定在小臂上，側(cè)面的四個(gè)孔為步進(jìn)電機(jī)安裝位置，其臂寬根據(jù)步進(jìn)電機(jī)安裝齒輪的位置確 定，確保齒輪安裝在臂部的中間，以便于有足夠的強(qiáng)度使得整個(gè)機(jī)構(gòu)能平穩(wěn)工作。腕部齒輪的厚度為10mm，通過鍵固定到轉(zhuǎn)軸上。 （ 2）減少臂部運(yùn)動(dòng)件的輪廓尺寸。它的作用是支撐腕部和手部（包括工件或工具），并帶動(dòng)它們作空間運(yùn)動(dòng)。腕部齒輪的厚度為 10mm，通過鍵固定到轉(zhuǎn)軸上?；剞D(zhuǎn)角由動(dòng)片和靜片之間允許回轉(zhuǎn)的角度來決定（一般小于 ?180 ）。 （ 3）托持式 用于特殊形狀或有特殊要求的零件。 9． SET：用于輸入符合 VDA 標(biāo)準(zhǔn)的 Pro/ENGINEER 模型。 2． 三維線框圖形： Pro/INTERFACE 提供了將 3D 線框幾何體通過 IGES4． 0 15 或 SET 輸入到 Pro/ENGINEER 內(nèi)的能力，該線框體能被用于生成全參數(shù)化，以特征為基礎(chǔ)的實(shí)體模型。 本章小結(jié) 本章對機(jī)械手的整體部分進(jìn)行了總體設(shè)計(jì)，選擇了機(jī)械手的基本形式以及自由度，確定了本設(shè)計(jì)采用機(jī)械驅(qū)動(dòng)，給出了設(shè)計(jì)中機(jī)械手的一些技術(shù)參數(shù)。比較細(xì)致的介紹了機(jī)械手的發(fā)展趨勢，簡要的敘述了本文研究的內(nèi)容。從 94 年美國開發(fā)出“虛擬 軸機(jī)床”以來，這種新型裝置已成為國際研究的熱點(diǎn)之一，紛紛探索開拓其實(shí)際應(yīng)用的領(lǐng)域。根據(jù)動(dòng)力源的不同 , 工業(yè)機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)大致可分為液壓、氣動(dòng)、電動(dòng)和機(jī)械驅(qū)動(dòng)等四類。 傳力機(jī)構(gòu)形式教多，常用的有：滑槽杠桿式、連桿杠桿式、斜槭杠桿式、齒輪齒條式、絲杠螺母式、彈簧式和重力式。本文以能夠?qū)崿F(xiàn)這類工作的搬運(yùn)機(jī)械手為研究對象。 第二代機(jī)械手正在加緊研制。 德國機(jī)器制造業(yè)是從 1970 年開始應(yīng)用機(jī)械手，主要用于起重運(yùn)輸、焊接和設(shè)備的上下料等作業(yè)。他的結(jié)構(gòu)是：機(jī)體上安裝一回轉(zhuǎn)長臂，端部裝有電磁鐵的工件抓放機(jī)構(gòu)，控制系統(tǒng)是示教型的。機(jī)械手涉及到力學(xué)、機(jī)械學(xué)、電器液壓技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感器技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域，是一門跨學(xué)科綜合技術(shù)。但在機(jī)械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)是不連續(xù)的。全面詳盡的討論了搬運(yùn)機(jī)械手的手部、腕部、手臂以及機(jī)身等主要部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，制成了能夠獨(dú)立的按程序控制實(shí)現(xiàn)重復(fù)操作，適用范圍比較廣的“程序控制通用機(jī)械手”，簡稱通用機(jī)械手。 美國還十分注意提高機(jī)械手的可靠性，改進(jìn)結(jié)構(gòu)，降低成本。智能機(jī)械手約為 17 億日元，為 1978 年的 6 倍。各行各業(yè)的自動(dòng)化水平越來越高，現(xiàn)代化加工車間，常配有機(jī)械手，以提高生產(chǎn)效率，完成工人難以完成的或者危險(xiǎn)的工作。 鑄、鍛、焊熱處理等熱加工方面 模鍛方面，國內(nèi)大批量生產(chǎn)的 3t、 5t、 10t 模鍛錘，其所配的轉(zhuǎn)底爐，用兩只機(jī)械手成一定角度布置早爐前，實(shí)現(xiàn)進(jìn)出料自動(dòng)化。因此，一般來說臂部具有三個(gè)自由度才能滿足基本要求，即手臂的伸 縮、左右旋轉(zhuǎn)、升降（或俯仰）運(yùn)動(dòng)。 (4)機(jī)器人中的傳感器作用日益重要，除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器外，裝配、焊接機(jī)器人還應(yīng)用了視覺、力覺等傳感器，而遙控機(jī)器人則采用視覺、聲覺、力覺、觸覺等多傳感器的融合 技術(shù)來進(jìn)行環(huán)境建模及決策控制多傳感器融合配置技術(shù)在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟應(yīng)用。進(jìn)而運(yùn)用 proe 軟件對機(jī)械手的手部及升降機(jī)構(gòu)作了運(yùn)動(dòng)仿真分析。 本次設(shè)計(jì)主要由 4 個(gè)大部件和兩個(gè)電動(dòng)機(jī)及四個(gè)齒輪組成：（ 1）手部，采用電磁吸盤式，通過腕部的齒輪傳動(dòng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)繞 y軸的仰俯運(yùn)動(dòng)；（ 2）腕部，是采用齒輪傳動(dòng)，通過小臂上的電機(jī)齒輪傳動(dòng)，實(shí)現(xiàn)仰俯運(yùn)動(dòng)；（ 3）臂部，采用步進(jìn)電機(jī)，通過齒輪嚙合傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)仰俯運(yùn)動(dòng)；（ 4）機(jī)身，用一個(gè)圓盤底座，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)固定。 基于特征建模 Pro/E 是基于特征的實(shí)體模型化系統(tǒng)，工程設(shè)計(jì)人員采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、殼、倒角及圓角，您可以隨意勾畫草圖，輕易改變模型。 4． NEUTRAL：用于輸出符合 Pro/ENGINEER 中間文件格式的特征、零件、部公差信息 。 （ 2）要求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、效率高，在保證本身剛度、強(qiáng)度的前提下，盡可能使結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕，以利于減輕手臂的負(fù)載。 （ 2）結(jié)構(gòu)考慮，合理布局 腕部作為機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，又承擔(dān)連接和支撐作用，除保證力和運(yùn)動(dòng)的要求外，要有足夠的強(qiáng)度、剛度外，還應(yīng)綜合考慮，合理布局，解決好腕部與臂部和手部的連接。 吸附板料 25? 25mm,重量 5Kg，當(dāng)手部擺動(dòng) 0180 時(shí)，計(jì)算 力矩： （ 1） 手抓、手抓驅(qū)動(dòng)及回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)件（電磁吸盤）等效為一個(gè)圓柱體，高 為 220mm，直徑 120mm，其重力估算 G= 230 . 0 6 0 . 2 2 7 8 0 0 9 . 8 1