【文章內(nèi)容簡介】 復(fù)雜、制造成本高，但是其最大的優(yōu)點是摩擦阻力矩小、傳動效率高（ 92%~98%），其運動平穩(wěn)性好，靈活度高。通過預(yù)緊，能消除間隙、提高傳動剛度；進給精度和重復(fù)定位精 度高。使用壽命長；而且同步性好，使用可靠、潤滑簡單，因此滾珠絲杠在機器人中應(yīng)用很多。由于滾珠絲杠傳動返行程不能自鎖；因此在用于垂直方向傳動時，須附加自鎖機構(gòu)或制動裝置。 （ 4）同步帶傳動 同步帶傳動是綜合了普通帶傳動和鏈輪鏈條傳動優(yōu)點的一種新型傳動，它在帶的工作面及帶輪外周上均制有嚙合齒，通過帶齒與輪齒作嚙合傳動。為保證帶和帶輪作無滑動的同步傳動，齒形帶采用了承載后無彈性變形的高強力材料，無彈性滑動，以保證節(jié)距不變。同步帶具有傳動比準(zhǔn)確、傳動效率高（可達 98%）、節(jié)能效果好；能吸振、噪聲低、不需要潤滑；傳動 平穩(wěn)，能高速傳動（可達 40m/s）、傳動比可達 10，結(jié)構(gòu)緊湊、維護方便等優(yōu)點，故在機器人中使用很多。其主要缺點是安裝精度要求高、中心距要求嚴(yán)格，同時具有一定的蠕變性。同步帶帶輪齒形有梯形齒形和圓弧齒形。（ 5）鋼帶傳動 鋼帶傳動的特點是鋼帶與帶輪間接觸面積大，是無間隙傳動、摩擦阻力大，無滑動，結(jié)構(gòu)簡單緊湊、運行可靠、噪聲低，驅(qū)動力矩大、壽命長，鋼帶無蠕變、傳動效率高。 （ 6)鏈傳動 在機器人中鏈傳動多用于腕傳動上，為了減輕機器人末端的重量，一般都將腕關(guān)節(jié)驅(qū)動電機安裝在小臂后端或大臂關(guān)節(jié)處。由于電機距離被傳動的 腕關(guān)節(jié)較遠，故采用精密套筒滾子鏈來傳動。 （ 7)鋼絲繩輪傳動 鋼絲繩輪傳動具有結(jié)構(gòu)簡單、傳動剛度大、結(jié)構(gòu)柔軟，成本較低等優(yōu)點。其缺點是帶輪較大、安裝面積大、加速度不宜太高。 機械手的基本形式選擇 常見的工業(yè)機械手根據(jù)手臂的動作形態(tài) ,按坐標(biāo)形式大致可以分為以下 4 種 : (1)機械設(shè)計及制造 7 直角坐標(biāo)型機械手 。(2)圓柱坐標(biāo)型機械手 。 (3)球坐標(biāo) (極坐標(biāo) )型機械手 。 (4)多關(guān)節(jié)型機機械手。 圖 機械手基本形式 按照機械手的工作環(huán)境采用直角坐標(biāo)型機械手 ，其特點是結(jié)構(gòu)簡單緊湊，定位精度高，比較滿足設(shè)計要求。 機械手直臂部分的主要部件及運動 在直角坐標(biāo)型機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，關(guān)于機械手具有 4個自由度 即：手爪張合；手腕回轉(zhuǎn)；直臂升降；橫臂平移 4個主要運動。 機械手主要由 3個大部件和 4個電機組成：（ 1）手部，采用絲桿螺母結(jié)構(gòu)，通過電機帶動實現(xiàn)手抓的張合。（ 2） 腕部，采用一個步進電機帶動蝸輪蝸桿實現(xiàn)手部回轉(zhuǎn)90176。 ~180176。（ 3）臂部，采用滾珠絲杠，電機帶動絲桿使螺母在橫臂上移動來實現(xiàn)手臂平動，帶動絲桿螺母使絲桿在直臂上移動實現(xiàn)手臂升降。 機械設(shè)計及制造 8 圖 機械手直臂與夾持部件總裝三維圖 圖 二維示意圖 機械手的技術(shù)參數(shù) （ 1）用途：數(shù)控機床自動上下料 機械設(shè)計及制造 9 （ 2）設(shè)計技術(shù)參數(shù) : 抓重 :600g (夾持式手部 ) 自由度數(shù) :4個自由度 坐標(biāo)型式 :直角坐標(biāo)型 橫臂手臂長度 :2180mm 手臂最大高度 : 手臂運動參數(shù) 升降行程： 920mm 升降速度： 167mm/s 手腕運動參數(shù) 回轉(zhuǎn)范圍 : 0180176。 本章小結(jié) 本章對機械手的整體部分進行了總體方案設(shè)計分析，從中選擇了機械手的基本形式以及自由度，確定了本設(shè)計采用電機驅(qū)動，并給出了設(shè)計中機械手的一些技術(shù)參數(shù)。下面的設(shè)計計算將以此進行。 機械設(shè)計及制造 10 3 機械手手爪的三維設(shè)計 手部設(shè)計基本要求 （ 1） 應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膴A緊力和驅(qū)動力。應(yīng)當(dāng)考慮到在一定的夾緊力下，不同的傳動機構(gòu)所需的驅(qū)動力大小是不同的。 （ 2） 手指應(yīng)具有一定的張開范圍，手指應(yīng)該具有足夠的開閉角度（手指從張開到閉合繞支點所轉(zhuǎn)過的角度） ? ? ，以便于抓取工件。 （ 3） 要求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、效率高，在保證本身剛度、強度的前提下，盡可能使結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕，以利于減輕手臂的負載。 （ 4） 應(yīng)保證手抓的夾持精度。 典型的手部結(jié)構(gòu) （ 1） 回轉(zhuǎn)型 包括滑槽杠桿式和連桿杠桿式兩種。 （ 2） 移動型 移動型即兩手指相對支座作往復(fù)運動。 （ 3）平面平移型。 機械手手爪的設(shè)計計算 選擇手爪的類型及夾緊裝置 本設(shè)計是設(shè)計抓取圓柱形物塊的機械手。 常用的工業(yè)機械手手部 ,按握持工件的原理 ,分為夾持和吸附兩大類。吸附式常用于抓取工件表面平整、面積較大的板狀物體 ,不適合用于本方案。本設(shè)計機械手采用夾持式手指 ,夾持式機械手按運動形式可分為回轉(zhuǎn)型和平移型。平移型手指的張開閉合靠手指的平行移動 ,這種手指結(jié)構(gòu)簡單 , 適于夾持平板和圓柱類材料 , 且工件徑向尺寸的變化不影響其軸心的位置 , 其理論夾持誤差為零。 通過綜合考慮，本設(shè)計選擇移動型手爪，采用絲杠螺母這種傳動結(jié)構(gòu)方式。 運行方式為電機帶動直齒輪使絲杠轉(zhuǎn)動繼而帶動手爪接觸塊移動，從而形成手爪的張合，當(dāng)手爪抓到零件時，電機停止，手爪形成自鎖，帶動零件移動。 機械設(shè)計及制造 11 圖 二維手爪結(jié)構(gòu)圖 手爪夾持范圍計算 加工毛坯尺寸： Φ 20Φ 30 長度： 100 左右 毛坯質(zhì)量（以鋼材的密度計算）：約 246g555g（按最大 600g 計算） 裝夾深度：約 25mm 縱向定位精度： 橫向定位精度： 1mm 手爪接觸塊為橡膠，橡膠具有 彈性大，定伸強度高，抗撕裂性和電絕緣性優(yōu)良，耐磨性和耐旱性良好，加工性佳等特點。 機械設(shè)計及制造 12 圖 手爪橡膠 滑動絲杠設(shè)計 設(shè)計條件： 需自鎖 絲杠長度 145mm 最大質(zhì)量共計約 1100g。 絲杠載荷：絲杠豎直時承受最大軸向力 NFa ? ， G=mg (g 取 10N/kg)。 設(shè)計計算：（計算部分由小組成員張益完成本人參與討論） （ 1） 牙型、材料和許用應(yīng)力 采用梯形單頭螺紋 螺桿材料選 45 鋼，調(diào)制處理， 2/360 mmNs ?? ，由機械手冊查表可得 許用拉應(yīng)力 2/72~1205~3 mmNsp ?? ?? .................................................................（ ） 手爪部分為輕載，螺母材料選耐磨鑄鐵。由機械手冊查表可得 許用彎曲應(yīng)力 2/60~50 mmNbp ?? ， 取 2/50 mmNbp ?? ； 許用剪應(yīng)力 2/40 mmNp ?? 機械設(shè)計及制造 13 由機械手冊查表可得 許用壓強 2/8~6 mmNPp ? ，取 2/6 mmNPp ? （ 2） 按耐磨性計算螺桿中徑 由表中公式，pPFd ? ? ， ....................................................................................（ ） 采用整體螺母式，取 ?? ， mmPFd p ???? ? 由 GB/T ，可選 10?d ， ?P ， 922 ??Dd ， ?D ， ?d ， 81?D的梯形螺紋、中等精度。螺桿左右兩端分別采用不同的旋向，螺旋副標(biāo)記分別為： eHLHTr 7/7210 ?? ， eHTr 7/7210 ?? 。 螺母高度 mmdH ???? ? ，取 mmH 11? 則螺紋圈數(shù) 62/11/ ??? PHn 圈 （ 3） 自鎖性驗算 由于單頭螺紋，導(dǎo)程 mmPS ?? ，故螺紋升角為 39。 r c ta na r c ta n 2 ????? dS?? ........................................................................（ ） 由機械手冊查表可得鋼和耐磨鑄鐵的 ~?f ，取 ?f ，可得 39。50615c o r c t a n2c o sa r c t a n39。 ????? ?? f ...................................................................（ ） 39。??? ，故自鎖可靠。 （ 4） 螺桿強度校核 由機械手冊查表可得，螺紋摩擦力矩 mmNFdM at ??????????? )39。50639。43t a n ()39。t a n (21 21 ??， ...................（ ） 代入以下公式得 ptca mmNdMdF ??? ?????????? 2232223323 /3 2 ) (3) ()(3)4(...（ ） （ 5） 螺母螺紋強度校核 因螺母材料強度低于螺桿，故只需校核螺母螺紋強度即可。 機械設(shè)計及制造 14 由機械手冊查表可得 牙根寬度 mmPb 9 7 ???? ，基本牙高 mmPH ???? 代入以下中的公式得 pmmNbnD F ??? ??????? 24 /0 6 7 ...........................................（ ） bpb nbDFH ??? ????? ???? 224 1 ................................................（ ） （ 6） 橫向振動校核 對于鋼制螺桿 m i n/71415170 2262 3216 rl dn ccc ??????? ? ...........（ ） 應(yīng)滿足轉(zhuǎn)速 m in/ rnn c ?? （ 7） 效率 由回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動時 3 0 ~2 9 )39。50639。43t an ( )39。43t an ()~()39。t an (t an)~( ???? ???? ?? ?? .........（ ） 效率取為 ?? 直齒輪設(shè)計 表 直齒輪參數(shù)表 項 目 符號 齒輪 1 單位 單位 齒 輪 2 單位 幾何參數(shù)： 齒數(shù) Z 20 35 法 向 模 數(shù) m n 毫米 法 向 壓 力 角 α n 20 度 有 效 齒 寬 b 12 毫米 齒 頂 高 系 數(shù) ha* 1 頂 隙 系 數(shù) c* 標(biāo) 準(zhǔn) 中 心 距 a0 毫米 中 心 距 a 42 毫米 分 度 圓 直 徑 d 30 毫米 毫米 基 圓 直 徑 d b 毫米 毫米 頂 圓 直 徑 d a 33 毫米 57 毫米 根 圓 直 徑 d f 毫米 毫米 機械設(shè)計及制造 15 齒 頂 高 h a 毫米 毫米 齒 根 高 h f 毫米 毫米 全 齒 高 h t 毫米 弧 齒 厚 S t 毫米 毫米 名 義 轉(zhuǎn) 矩 T N178。 m N178。 m 名 義 功 率 P Kw Kw 轉(zhuǎn) 速 n 3500 r / min 1998 r / min 材 質(zhì) 支 承 形 式 非對稱支承 電機選型 計算條件：空行程最長 mml 60? ，夾緊時間不超過 設(shè)計計算：（電機選型部分和組長商量而定） 螺母移動平均速度 smmsmmtlv / ??? ， .................................................