【正文】 8 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) .................................................... 8 控制系統(tǒng)分類 ................................................ 8 .............................................. 9 本文主要研究?jī)?nèi)容 ................................................. 10 本章小結(jié) ........................................................ 10 第二章 機(jī)械手的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .......................................... 11 機(jī)械手基本形式的選擇 ............................................. 11 機(jī)械手的主要部件及運(yùn)動(dòng) ........................................... 12 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇 .................................................. 12 本章小結(jié) ........................................................ 12 第三章 機(jī)械部分零件的計(jì)算及建模 ....................................... 13 Pro/Engineer軟件建模 ........................................... 13 手部零件的設(shè)計(jì) .................................................. 14 手部零件設(shè)計(jì)的基本要求 ..................................... 14 機(jī)械手手部的設(shè)計(jì)計(jì)算 ....................................... 15 腕部的設(shè)計(jì)計(jì)算 ................................................... 16 腕部設(shè)計(jì)的基本要求 ......................................... 16 腕部的結(jié)構(gòu)以及選擇 ......................................... 17 ..................................... 18 腕部結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇 ........................... 18 腕部的設(shè)計(jì)計(jì)算 ............................................. 19 腕部的驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算 ......................................... 20 腕部驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算 ........................................... 20 4 腕部轉(zhuǎn)軸的選擇 ............................................. 21 本章小結(jié) ................................................... 22 小臂部分的設(shè)計(jì)及有關(guān)計(jì)算 .......................................... 23 小臂部分設(shè)計(jì)的基本要求 ...................................... 23 手臂的典型機(jī)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)的選擇 ................................. 23 手臂的典型運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu) ................................. 23 手臂運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇 ................................. 23 ......................................... 24 小臂支板的確定 ..................................... 26 小臂部分轉(zhuǎn)軸的選取 ................................. 27 小臂部分軸承和卡簧的三維圖及工程圖的選取 ............ 28 小臂部分步進(jìn)電機(jī)的選取 ............................. 28 小臂部分齒輪的選取 ................................. 29 小臂部分的三維軟件總圖 ............................. 31 大臂部分的設(shè)計(jì)及有關(guān)計(jì)算 ......................................... 32 大臂支板的確定 ............................................ 32 大臂部分轉(zhuǎn)軸的選取 ......................................... 34 大臂部分軸承和卡簧的三維圖及工程圖的選取 .................... 34 大臂部分步進(jìn)電機(jī)的選取 ..................................... 35 大臂部分齒輪的選取 ......................................... 36 底座的三維設(shè)計(jì)及工程圖 ..................................... 36 大臂固定部分螺釘?shù)倪x取 ..................................... 38 大臂部分的三維軟件總圖 ..................................... 39 本章小結(jié) .................................................. 40 總結(jié) .................................................................. 41 致謝 .................................................................. 42 參考文獻(xiàn) .............................................................. 43 5 第一章 緒論 課題研究的背景 用于再現(xiàn)人手的的功能的技術(shù)裝置稱為機(jī)械手。 文章中介紹了搬運(yùn)機(jī)械手的設(shè)計(jì)理論與方法。在確定動(dòng)力的的情況下通過(guò)計(jì)算分析，選擇滿足使用功率的步進(jìn)電機(jī)。 首先，本文介紹機(jī)械手的作用，機(jī)械手的組成和分類，說(shuō)明了自由度和機(jī)械手整體座標(biāo)的形式。隨著工業(yè)自動(dòng)化發(fā)展的需要，機(jī)械手在工業(yè)應(yīng)用中越來(lái)越重要 。但除切削加工本身外，還有大量的裝卸、搬運(yùn)、裝配等作業(yè)，有待于進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)機(jī)械化。但在機(jī)械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)是不連續(xù)的。 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(guò)程的機(jī)械化、自動(dòng)化已成為突出的主題?；さ冗B續(xù)性生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化已基本得到解決。專用機(jī)床是大批量生產(chǎn)自動(dòng)化的有效辦法；程控機(jī)床、數(shù)控機(jī)床、加工中心等自動(dòng)化機(jī)械是有效地解決多品種小批量生產(chǎn)自動(dòng)化的重要辦法。機(jī)器人的出現(xiàn)并得到應(yīng)用，為這些作業(yè)的機(jī)械化奠定了良好的基礎(chǔ)。文章主要敘述了輕型搬運(yùn)機(jī)械手的設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程。對(duì)其分別進(jìn)行齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)和轉(zhuǎn)軸的設(shè)計(jì)，在此過(guò)程中我們確定了運(yùn)動(dòng)所需的力和扭矩。同時(shí)，本文給出了這臺(tái)機(jī)械手的主要性能規(guī)格參量。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)。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。 工業(yè)機(jī)械手是近代自動(dòng)控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項(xiàng)新技術(shù)，并已成為現(xiàn)代機(jī)械制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分，這種新技術(shù)發(fā)展很快，逐漸成為一門(mén)新興的學(xué)科 —— 機(jī)械手工程。 工業(yè)機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來(lái)的一種高科技自動(dòng)生產(chǎn)設(shè)備。他的特點(diǎn)是可以通過(guò)編程來(lái)完成各 種預(yù)期的作業(yè)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)在人的智能和適應(yīng)性。 機(jī)械手的發(fā)展是由于它的積極作用正日益為人們所認(rèn)識(shí)：其一、它能部分的代替人工操作；其二、它能按照生產(chǎn)工藝的要求，遵循一定的程序、時(shí)間和位置來(lái)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，從而大大的改善了工人的勞動(dòng)條件，顯著的提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化的步伐。 尤其是在高溫、高壓、粉塵、噪音以及帶有放射性和污染的場(chǎng)合，應(yīng)用的更為廣泛。 機(jī)械手是一種能自動(dòng)控制并可從新編程以變動(dòng)的多功能機(jī)器，它有多個(gè)自由度，可以搬運(yùn)物體以完成在不同環(huán)境中的工作。 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(jiǎn)稱通用機(jī)械手。 工業(yè)機(jī)械手的簡(jiǎn)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。 1958 年美國(guó)聯(lián)合控制公司研制出第一臺(tái)機(jī)械手。 1962 年，美國(guó)機(jī)械鑄造公司在上述方案的基礎(chǔ)之上又試制成一臺(tái)數(shù)控示教再現(xiàn)型機(jī)械手。運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)仿造坦克炮塔，臂回轉(zhuǎn)、俯仰，用液壓驅(qū)動(dòng)；控制 系統(tǒng)用磁鼓最存儲(chǔ)裝置。同年該公司和普魯曼公司合并成立萬(wàn)能自動(dòng)公司（ Unimaton） ,專門(mén)生產(chǎn)工業(yè)機(jī)械手。該機(jī)械手的中央立柱可以回轉(zhuǎn)，臂可以回轉(zhuǎn)、升降、伸縮、采用液壓驅(qū)動(dòng)，控制系統(tǒng)也是示教再現(xiàn)型。 1978 年美國(guó) Unimate 公司和斯坦福大學(xué)、麻省理工學(xué)院聯(lián)合研制一種UnimateVicarm型工業(yè)機(jī) 械手，裝有小型電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，用于裝配作業(yè)，定位誤差可小于177。 美國(guó)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。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(tái)設(shè)備可靠性的一種量度。 毫米。德國(guó) KnKa 公司還生產(chǎn)一種點(diǎn)焊機(jī)械手，采用關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)和程序控制 。 瑞典安莎公司采用機(jī)械手清理鑄鋁齒輪箱毛刺等。自 1969 年從美國(guó)引進(jìn)二種典型機(jī)械手后，大力研究機(jī)械手的研究。 1976 年個(gè)大學(xué)和國(guó)家研究部門(mén)用在機(jī)械手的研究費(fèi)用 42%。其中固定程序和可變程序約占一半，達(dá) 222 億日元，是 1978 年的二倍。智能機(jī)械手約為 17 億日元，為 1978 年的 6 倍。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(zhǎng)。預(yù)計(jì)到 1990 年將有 55 萬(wàn)機(jī)器人在工作。它設(shè)有微型電子計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，具有視覺(jué)、觸覺(jué)能力，甚至聽(tīng)、想的能力。目前國(guó)外已經(jīng)出現(xiàn)了觸覺(jué)和視覺(jué)機(jī)械手。它與電子計(jì)算機(jī)和電視設(shè)備保持聯(lián)系。 隨著工業(yè)機(jī)器手（機(jī)械人）研究制造和應(yīng)用的擴(kuò)大，國(guó)際性學(xué)術(shù)交流活動(dòng)十分活躍，歐美各國(guó)和其他國(guó)家學(xué)術(shù)交流活動(dòng)開(kāi)展很多。機(jī)械手可以完成許多工作，如搬物、裝配、切割、噴染等等，應(yīng)用非常廣泛。各行各業(yè)的自動(dòng)化水平越來(lái)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。據(jù)資料介紹，美國(guó)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%。目前在我國(guó)機(jī)械手常用于完成的工作有：注塑工業(yè)中從模具 中快速抓取制品并將制品傳誦到下一個(gè)生產(chǎn)工序；機(jī)械手加工行業(yè)中用于取料、送料；澆鑄行業(yè)中用于提取高溫熔液等等。下面具體說(shuō)明機(jī)械手在工業(yè)方面的應(yīng)用。國(guó)內(nèi)這類生產(chǎn)線很多，如沈陽(yáng)永泵廠的深井泵軸承體加工自動(dòng)線（環(huán)類），大連電機(jī)廠的 4 號(hào)和 5 號(hào)電動(dòng)機(jī)加工自動(dòng)線（軸類），上海拖拉機(jī)廠的齒坯自動(dòng)線（盤(pán)類）等。 在實(shí)現(xiàn)單機(jī)自動(dòng)化方面 各類半自動(dòng)車床，有自動(dòng)加緊、進(jìn)刀、切削、退刀和松開(kāi)的功能，但仍需人工上下料；裝上機(jī)械手，可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化生產(chǎn)，一人看管多臺(tái)機(jī)床。由于這方面的使用已有成功的經(jīng)驗(yàn)，國(guó)內(nèi)一些機(jī)床廠已在這類產(chǎn)品出廠