【導(dǎo)讀】興的學(xué)科——機(jī)械手工程。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)。工業(yè)機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動(dòng)生產(chǎn)設(shè)備。也是工業(yè)機(jī)器人的一個(gè)重要分支。他的特點(diǎn)是可以通過編程來完成各種預(yù)期的。機(jī)械手作業(yè)的準(zhǔn)確性和環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域有著廣泛。位置來完成工件的傳送和裝卸；其三、它能操作必要的機(jī)具進(jìn)行焊接和裝配，因而，受到很多國家的重視，投入大量的人力物。尤其是在高溫、高壓、粉塵、噪音以及帶有放射性和污染的。受到機(jī)械工業(yè)的重視。顯著減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善勞動(dòng)條件，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和自動(dòng)化水平。下進(jìn)行操作以保護(hù)人身安全，更顯示其優(yōu)越性，有著闊的發(fā)展前途。用于再現(xiàn)人手的功能的技術(shù)裝置稱為機(jī)械手。機(jī)械手首先是從美國開始研制的。手的研究費(fèi)用42%。量上已占世界首位，約占70%，并以每年50%～60%的速度增長。

　　

【正文】 ， 2 相 PK 系列為高轉(zhuǎn)矩 低振動(dòng)型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。除了每轉(zhuǎn) 200 分割（ ?/step）的標(biāo)準(zhǔn)型外，另外還備有每轉(zhuǎn) 400 分割的高分辨率型以及高轉(zhuǎn)矩、高分辨率的減速機(jī)型產(chǎn)品。驅(qū)動(dòng)本系列時(shí)需另購驅(qū)動(dòng)器。 本系列產(chǎn)品 備有高轉(zhuǎn)矩 高效率型、高轉(zhuǎn)矩型、標(biāo)準(zhǔn)型、標(biāo)準(zhǔn)型保護(hù)等級IP65 規(guī)格、高分辨率型、 SH 減速機(jī)型等產(chǎn)品種類。 本設(shè)計(jì)用 T3060 型式的高轉(zhuǎn)矩型 60mm 的步進(jìn)電機(jī)。 圖 42 T3060步進(jìn)電機(jī) T3060 stepping motor 表 42 本設(shè)計(jì)選用電機(jī)的基本參數(shù) 青島科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 The design chooses the basic parameters of motor 名稱 類型 安 裝尺寸 軸型 步距 角 最大靜止轉(zhuǎn) 矩 額定電 流 保持轉(zhuǎn) 矩 2 相步進(jìn)電機(jī) 高轉(zhuǎn)矩 60mm 單軸 度 Nm 2A/相 Nm 聯(lián)軸器 的選用 十字滑塊聯(lián)軸器由兩個(gè)在端面上開有凹槽的半聯(lián)軸器和一個(gè)兩面帶有凸牙的中間盤組成。因凸牙可在凹槽中滑動(dòng)，故可補(bǔ)償安裝及運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)兩軸間的相對位移。 這種聯(lián)軸器零件的材料可用 45 鋼，工作表面需要進(jìn)行熱處理，以提高其硬度；要求較低時(shí)也可用 Q275 鋼，不進(jìn)行熱處理。為了減少摩擦及磨損，使用時(shí)應(yīng)從中間盤的油孔中注油進(jìn)行潤滑。 因?yàn)榘肼?lián)軸器與中間盤組成移動(dòng) 副，不能發(fā)生相對轉(zhuǎn)動(dòng)，故主動(dòng)軸與從動(dòng)軸的角速度應(yīng)相等。但在兩軸間有相對位移的情況下工作時(shí)，中間盤就會(huì)產(chǎn)生很大的離心力，從而增大動(dòng)載荷及磨損。因此選用時(shí)應(yīng)注意其工作轉(zhuǎn)速不得大于規(guī)定值。 本設(shè)計(jì)參考選用十字滑塊聯(lián)軸器，主要因?yàn)樗哂幸韵聝?yōu)點(diǎn)： （ 1） 結(jié)構(gòu)簡單的高扭矩剛性、高靈敏度聯(lián)軸器 。 （ 2） 主體中間用十字滑塊聯(lián)接，安裝方便，免維護(hù) 。 （ 3） 零回轉(zhuǎn)間隙 。 （ 4） 主體軸套采用鋁合金 ,體積輕巧 。 （ 5） 安裝方便、免維護(hù)、可抗油污抗腐蝕和電氣絕緣 。 （ 6） 容許大的徑向和軸向 ，角向 偏差 。 （ 7） 吸收較的的傳動(dòng)扭力 。 （ 8） 壽命長 ,性能安全可靠 。 （ 9） 制作工藝 :精車件 ,表面處理 :本色陽極氧化處理 。 物料搬運(yùn)機(jī)械手 結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì) 26 （ 1） 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 ： m i n/3 0 0m i n/603 6 0/1 0 0 6 0/ rrfbn ??????? ? 其中 ?b? 為 步進(jìn)電機(jī)的步距角 （度） ， 1000?f 為 脈沖頻率（脈沖 /秒 ） （ 2） 每轉(zhuǎn)脈沖數(shù) 轉(zhuǎn)脈沖 /??? bS ? 其中 S 為 每轉(zhuǎn)脈沖數(shù) ， TSP 為導(dǎo)程 取 10mm。 （ 3） 工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度 smmmmrmmrT S PnV /50m i n/3 0 0 0/10m i n/3 0 0 ?????? 的結(jié)構(gòu)形式 圖 43 手臂 傳動(dòng) 結(jié)構(gòu)圖 Arm drive structure 圖 44 手臂底座結(jié)構(gòu)圖 The arm base structure 小結(jié) 本章主要針對物料搬運(yùn)機(jī)械手的第二個(gè)關(guān)節(jié)，也就是小臂進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對其使用的電機(jī)、滾珠絲杠等主要的外購部件進(jìn)行了選型，并且進(jìn)行了簡要計(jì)算，說明了設(shè)計(jì)的可行性和合理性。 青島科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 5 底座及第一關(guān)節(jié)設(shè)計(jì) 總體設(shè)計(jì) 第一關(guān)節(jié)是整個(gè)機(jī)械手設(shè)計(jì)部分承載重量最大的部分，因此這個(gè)設(shè)計(jì)的合理性決定了整個(gè)機(jī)械手的穩(wěn)定性。圖 51 所示為機(jī)械手底座部分的截圖。 圖 51 底座部分 The base part 交叉滾子軸承 對于本設(shè)計(jì)中底座處因?yàn)樾”蹫閼冶坌问?，并且要用電機(jī)產(chǎn)生回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，因此在此處應(yīng) 使用特殊的軸承 ， 本設(shè)計(jì)中選用交叉滾子軸承。 它們的滾子在內(nèi)輪與外輪間，間隔交叉地彼此成直角方式排列。它們能同時(shí)承受來自各方向荷重 ( 如軸向、推力或動(dòng)量荷重等 ) 。因滾子與軌道表面成線狀接觸， 物料搬運(yùn)機(jī)械手 結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì) 28 圖 52 交叉滾子軸承 The crossed roller bearing 因此，軸承受荷重而彈性變形之可能性很小。此型軸承廣泛運(yùn)用在如工業(yè)自動(dòng)機(jī)械人、工作機(jī)械及醫(yī)療設(shè)施等，需要?jiǎng)傂愿摺⒕o密及高轉(zhuǎn)速下仍能確保精確之場合下。 在交叉滾子軸承中，因圓柱滾子在呈 90 176。 的 V 形溝槽滾動(dòng)面上通 過間隔保持器被相互垂直地排列，所以 1 個(gè)交叉滾子軸承就可承受徑向負(fù)荷、軸向負(fù)荷及力矩負(fù)荷等所有方向的負(fù)荷。內(nèi)外圈的尺寸被最小限度地小型化，特別極薄型式是接近于極限的小型尺寸，并且具有高剛性，所以最適合于工業(yè)用機(jī)器人的關(guān)節(jié)部或旋轉(zhuǎn)部、機(jī)械加工中心的旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)、機(jī)械手旋轉(zhuǎn)部、精密旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)、醫(yī)療機(jī)器、計(jì)量器、 IC 制造裝置等的用途。 交叉滾子軸承，因被分割的內(nèi)環(huán)或外環(huán)，在裝入滾柱和間隔保持器后，與交叉滾柱軸環(huán)固定在一起，以防止互相分離，故安裝交叉滾柱軸環(huán)時(shí)操作簡單。由于滾柱為交叉排列，因此只用 1 套交叉滾柱軸 環(huán)就可承受各個(gè)方向的負(fù)荷，與傳統(tǒng)型號(hào)相比，剛性提高 3~4 倍。同時(shí)，因交叉滾子軸承內(nèi)圈或外圈是兩分割的構(gòu)造，軸承間隙可調(diào)整，即使被施加預(yù)載，也能獲得高精度地旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 （ 1） 具有出色的旋轉(zhuǎn)精度 交叉滾子軸承內(nèi)部結(jié)構(gòu)采用滾子呈 90176。相互垂直交叉排列， 滾子之間裝有間隔保持器或者隔離塊，可以防止?jié)L子的傾斜所滾子之間相互磨察，有效防止了旋轉(zhuǎn)扭矩的增加。另外，不會(huì)發(fā)生滾子的一方接觸現(xiàn)象或者鎖死現(xiàn)象；同時(shí)因?yàn)閮?nèi)外環(huán)是分割的結(jié)構(gòu)，間隙可以調(diào)整，即使被世家預(yù)壓，也能獲得高精度的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 （ 2） 操作安裝簡化 被分割成 2 部分 的外環(huán)或者內(nèi)環(huán)，在裝入滾子和保持器后，被固定在一起，青島科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 所以安裝時(shí)操作非常簡單。 （ 3） 承受較大的軸向和徑向負(fù)荷 因?yàn)闈L子在呈 90176。的 V 型溝槽滾動(dòng)面上通過間隔保持器被相互垂直排列，這種設(shè)計(jì)使交叉滾子軸承就可以承受較大的徑向負(fù)荷、軸向負(fù)荷及力矩負(fù)荷等所有方向的負(fù)荷。 （ 4） 大幅節(jié)省安裝空間 交叉滾子軸承的內(nèi)外環(huán)尺寸被最小限度的小型化，特別是超薄結(jié)構(gòu)是接近極限的小型尺寸，并且具有高剛性，所以最適合于工業(yè)機(jī)器人的關(guān)節(jié)部位或者旋轉(zhuǎn)部位、機(jī)械加工中心的旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)、機(jī)械手旋轉(zhuǎn)部、精密旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)、醫(yī)療儀器、計(jì)量器具、 IC 制造 裝置等廣泛用途。 減速步進(jìn)電機(jī) 本設(shè)計(jì)中選用減速步進(jìn)電機(jī)，主要原因是步進(jìn)電機(jī)控制容易，而且減速步進(jìn)電機(jī)可以減少設(shè)計(jì)的工作量，下圖為減速步進(jìn)電機(jī)的模型圖。 圖 53減速步進(jìn)電機(jī) Deceleration stepper motor 本設(shè)計(jì)中選用的減速步進(jìn)電機(jī)是東方馬達(dá)的 PN 減速步進(jìn)電機(jī)，其最大轉(zhuǎn)矩為 60NM，本設(shè)計(jì)中所選擇的減速步進(jìn)電機(jī)的具體參數(shù)見下表。 表 51 減速步進(jìn)電機(jī)參數(shù) Slow step motor parameters 型號(hào) 保持轉(zhuǎn)矩 減速比 分辨率 容許轉(zhuǎn)矩 最大轉(zhuǎn)矩 容許速度 ARL98N36 37Nm 50 度 37Nm 60Nm 060r /min 小結(jié) 物料搬運(yùn)機(jī)械手 結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì) 30 本章主要物料搬運(yùn)機(jī)械手的底座及第一關(guān)節(jié)部分進(jìn)行了設(shè)計(jì)和說明。對于底座傳動(dòng)形式進(jìn)行了設(shè)計(jì)，對要進(jìn)行外購的減速步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行了選型。 初步說明了設(shè)計(jì)的合理性和結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新性。 青島科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 6 總結(jié) 本設(shè)計(jì) 是 物料 搬運(yùn)機(jī)械手的設(shè)計(jì)，通過半年時(shí)間的努力，設(shè)計(jì)終于完成。這次設(shè)計(jì)給了我們一個(gè)很好的機(jī)會(huì)，使我們了解了設(shè)計(jì)工作的基本流程和設(shè)計(jì)的方法以及理念。 在此次的畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我遇到了許多以前從未遇到過 的問題，但通過指導(dǎo)教師的指導(dǎo)和我的努力，這些問題都得到了較好的解決。 雖然我設(shè)計(jì)的只是個(gè)簡單的搬運(yùn)機(jī)械手，但需要完成伸縮、回轉(zhuǎn)、擺動(dòng)等功能，對應(yīng)分別要對這些機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)和計(jì)算，以及對油路及其部件的選擇。通過這些機(jī)設(shè)計(jì)，使理論知識(shí)與實(shí)際相結(jié)合，鞏固和深化了所學(xué)過的專業(yè)理論知識(shí)。在設(shè)計(jì)的過程中我不斷探索、不斷學(xué)習(xí)和修改。自學(xué)了許多相關(guān)學(xué)科的內(nèi)容， 求教 了多位專業(yè)老師，上網(wǎng)和在圖書館查閱大量相關(guān)資料。 課題已經(jīng)接近尾聲，一切似乎已將要結(jié)束，而我卻感覺這一切似乎才剛剛開始。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，對知識(shí)結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì) 思維我有了一個(gè)重新的認(rèn)識(shí)。在本次設(shè)計(jì)中，前前后后遇到了不少困難，例如對絲杠軸傳動(dòng)、 Z 軸傳動(dòng)的自行設(shè)計(jì)，絲杠軸的如何擺放等等問題。由于實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的不足，盡管最后的方案不是太完美，但是我們都慶幸從中所獲甚豐。 由于時(shí)間問題，對于本次機(jī)械手的設(shè)計(jì)還存在許多問題，許多地方都還有待改進(jìn)和提高，希望各位專家評審多多指教。