碼垛機器人三維設(shè)計（含SW三維圖+CAD圖紙+說明書）

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This topic requires a robot that can be moved automatically, enabling quick and accurate handling of the stack to the designated area. This paper mainly carries on the design research to the handling manipulator. Industrial robots are developed in recent decades as a high-tech automatic production equipment. Industrial robots are also an important branch of industrial robots. His characteristic is that it can be programmed to complete the various expected operations, both in the structure and performance of both the advantages of the machine and the machine, especially in the human intelligence and adaptability. The accuracy of the operation of the robot and the ability to complete the operation in the environment, in the field of national economy has a wide range of development space. Keywords: industrial， manipulator handling grab 第1章 緒論 1.1 課題研究的目的意義 窗體頂端 1962年，機械鑄造公司制造成為一個nc實踐教學(xué)操縱器。經(jīng)銷商叫Unimate。復(fù)制罐轉(zhuǎn)塔運動系統(tǒng)，可實現(xiàn)臂旋轉(zhuǎn)，俯仰功能，采用液壓驅(qū)動;帶有磁鼓存儲設(shè)備的控制系統(tǒng)。在這個基礎(chǔ)上開發(fā)了很多球面坐標型通用機械手。 1962年美國機械鑄造公司是一個多關(guān)節(jié)機械手實驗，它可以實現(xiàn)靈活的操作，機械手的中心支柱在其原有的功能基礎(chǔ)上，可以實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)臂，升降，定標。雖然兩個操縱器出現(xiàn)在60年代初，但是外國工業(yè)機械手的發(fā)展的基礎(chǔ)。 在1978年的斯坦福大學(xué)，麻省理工學(xué)院開發(fā)了許多類型的工業(yè)機械手關(guān)節(jié)型，具有小型電子計算機控制，用于裝配線作業(yè)，定位誤差小于1 mm，這使得機械手的發(fā)展到新的高度。窗體底端 本項目來源于某糖廠生產(chǎn)的糖包運輸線末端需要機械手搬運堆垛時，糖包需要快速準確的移動到指定區(qū)域按規(guī)律進行堆垛，現(xiàn)今現(xiàn)場操作基本都是手動完成，這樣操作不安全、速度慢，勞動強度大，所以設(shè)計一套抓取搬運機械手來替代工人進行快速準確的工作迫在眉睫，機械手可減少人力，并便于有節(jié)奏的生產(chǎn)。這一課題需要一個能自動搬運的機械手，能實現(xiàn)快速，準確的搬運堆垛到指定區(qū)域。 此外，專業(yè)學(xué)生的機電一體化，將在現(xiàn)代機電設(shè)備設(shè)計制造，機器人的機械設(shè)計技術(shù)，電子技術(shù)，以及計算機技術(shù)的融合與融合，豐富的內(nèi)容，覆蓋面，跨學(xué)科性，并導(dǎo)致學(xué)生獲得他們所學(xué)到的關(guān)于現(xiàn)代機電設(shè)備設(shè)計的課程知識能力的基礎(chǔ)的綜合利用。另一方面，通過CAD軟件的研究和應(yīng)用，可以提高繪圖效率和表面質(zhì)量，進一步提高學(xué)生的計算機應(yīng)用技術(shù)，以及后來進入現(xiàn)代機電設(shè)計領(lǐng)域良好的基礎(chǔ)。 機器人機械手的總體設(shè)計，主要解決的關(guān)鍵技術(shù)是機器人的設(shè)計結(jié)構(gòu)、機器人設(shè)計的基礎(chǔ)，它的設(shè)計將直接影響到未來運動控制和機器人運動特性的影響。 具體設(shè)計參數(shù)要求如下： （1）結(jié)構(gòu)形式：多關(guān)節(jié)機械手； （2）物料尺寸：L*W*H=500*300*150mm； （3）質(zhì)量：10Kg； （4）驅(qū)動方式：伺服電機； （5）最大作業(yè)范圍1500mm； （6）重復(fù)運動精度：±0.10mm； （7）工作效率：5c/min； （8）環(huán)境溫度:0-60℃； （9）安裝方式:地面安裝。 1.2 國內(nèi)外機械手的發(fā)展狀況 窗體頂端 1962年，機械鑄造公司制造成為一個nc實踐教學(xué)操縱器。經(jīng)銷商叫Unimate。復(fù)制罐轉(zhuǎn)塔運動系統(tǒng)，可實現(xiàn)臂旋轉(zhuǎn)，俯仰功能，采用液壓驅(qū)動;帶有磁鼓存儲設(shè)備的控制系統(tǒng)。在這個基礎(chǔ)上開發(fā)了很多球面坐標型通用機械手。 1962年美國機械鑄造公司是一個多關(guān)節(jié)機械手實驗，它可以實現(xiàn)靈活的操作，機械手的中心支柱在其原有的功能基礎(chǔ)上，可以實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)臂，升降，定標。雖然兩個操縱器出現(xiàn)在60年代初，但是外國工業(yè)機械手的發(fā)展的基礎(chǔ)。 在1978年的斯坦福大學(xué)，麻省理工學(xué)院開發(fā)了許多類型的工業(yè)機械手關(guān)節(jié)型，具有小型電子計算機控制，用于裝配線作業(yè)，定位誤差小于1 mm，這使得機械手的發(fā)展到新的高度。窗體底端 1962年，機械鑄造公司制造成為一個nc實踐教學(xué)操縱器。經(jīng)銷商叫Unimate。復(fù)制罐轉(zhuǎn)塔運動系統(tǒng)，可實現(xiàn)臂旋轉(zhuǎn)，俯仰功能，采用液壓驅(qū)動；帶有磁鼓存儲設(shè)備的控制系統(tǒng)。在這個基礎(chǔ)上開發(fā)了很多球面坐標型通用機械手。 美國還通過改進結(jié)構(gòu)進一步提高了操縱器的可靠性和穩(wěn)定性，從而降低了成本。如果HuiPuMan機械手建立試驗臺，進行各種性能試驗。準備意味著故障時間（注意：平均故障時間是一個設(shè)備可靠性的度量，它顯示了第一次故障之前的平均經(jīng)過時間），從400小時增加到400小時，可以將精度提高到0.1 mm 。 1970年，德國開始應(yīng)用操縱器，設(shè)計這個的目的主要是用于一些工礦比較惡劣的條件下，代替人工來作業(yè)，比如起重，運輸，焊接和準備上下料等。接頭結(jié)構(gòu)用于德國西門子和程序控制，使焊接機械手的功能。 現(xiàn)代日本是一個擁有最大工業(yè)操縱者的國家，這是增長最快的應(yīng)用。從美國介紹了兩種典型的機械手，日本在此基礎(chǔ)上，不斷創(chuàng)新，做機器人更容易實用。數(shù)據(jù)顯示，1979年，從事機械手方面研究的企業(yè)或單位等已經(jīng)到達80多個之多。1976年，大學(xué)和國家研究部門對機械手的研究已經(jīng)超過了42％的占比。 1979年日本產(chǎn)值443億元的機械手，生產(chǎn)14535臺。其中，固定程序、可變動的占據(jù)了一半之多，涉及金額高達228億日元，這個數(shù)據(jù)是1978年的兩倍。帶有操縱器輸出值的記憶功能的研究約合在67億日元，這相比與1978年，已經(jīng)增長了一半。智能操縱器約17億日元，六次到1979年，累計生產(chǎn)56900套機械手。這個數(shù)字占了世界。約占70％，年均增長率達50％?60％。汽車行業(yè)是使用機械手最多的行業(yè)，其次是電機行業(yè)，在其次是電器行業(yè)。到1990年將有550000個機器人在工作。 自1980年代以來，進入國家的操縱者和獲得進一步發(fā)展。作為一個整體，為了滿足現(xiàn)代工業(yè)高速發(fā)展的需要，機械手的開發(fā)更傾向于滿足以下特點：活動范圍廣，工作靈活，操作控制方便，可滿足需求不同行業(yè)。比如說，日本的安川機械手公司設(shè)計的機械手，具有不要同的關(guān)節(jié)，根據(jù)同步的作業(yè)條件選擇對應(yīng)的多關(guān)節(jié)工作機械手，通過對機械手結(jié)構(gòu)的改變，實現(xiàn)各種作業(yè)任務(wù)。如：噴漆、焊接、檢測等等。 條件允許的情況下，還應(yīng)該大力研究伺服，存儲器等，并具有人手的性能，如觸摸，視覺，考慮和計算機組合，逐漸成為整個機械制造系統(tǒng)的基本單位，從而進一步縮小并受到德國和日本等機器人國外國家的快速發(fā)展，兩者之間的差距。 1.3 機械手的組成與分類 1.3.1機械手的組成 通常來說，機械系統(tǒng)，驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)這三個部分共同組成機器人整體。 和人和類似的手臂動作功能的本體結(jié)構(gòu)?？梢栽诳臻g中進行抓取物體或其他操作，由機械結(jié)構(gòu)，驅(qū)動裝置，傳動裝置組成。 機器人包括末端執(zhí)行器，臂，手腕，框架和行走機構(gòu)的設(shè)計。 這里是部分結(jié)構(gòu)的介紹。 （1）執(zhí)行結(jié)構(gòu)一般位于機械手的末端，稱之為手爪。機器人是直接用來抓住(或吸附)工件或維護特殊工具(如槍支、扳手、焊接工具)操作部分，它能模仿人手的動作。爪是安裝在前面的胳膊，它的結(jié)構(gòu)和大小可以根據(jù)不同的需求而設(shè)計的。夾具機械設(shè)備一般可分為三類，分別為吸附終端執(zhí)行器和特殊工具。重要的是要強調(diào)的是，我需要完整的機器人的重量處理功能設(shè)計，可以在一定條件下焊接。 （2）手腕：連接到臂和部件的末端執(zhí)行器。由于手腕結(jié)構(gòu)設(shè)計可以更靈活，更廣泛的實現(xiàn)提升手柄。 （3）手臂：臂用于支撐手腕和部件末端的執(zhí)行器。它包括驅(qū)動裝置，傳動裝置，定位裝置和原始檢測等。 （4）基座是機器人的基本部分，一般分為固定和移動兩種，用于支持。直接支持臂部分，從而實現(xiàn)手臂的旋轉(zhuǎn)。 1.3.2機械手的分類 工業(yè)機械手按一般意義來說，有幾種分類方式：可按應(yīng)用用途、驅(qū)動方式和控制系統(tǒng)分類。 按用途分機械手可分為通用機械手與專業(yè)機械手兩大類。 (1)通用機械手 通用機械手最大的操縱控制器是獨立的驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，此外，通用機械手操作范圍、高定位精度和通用性。因此，您可以調(diào)整他們的行動計劃，機械手應(yīng)用在不同的場合。目前，通用機器人生產(chǎn)中小型生產(chǎn)更多的應(yīng)用程序。根據(jù)其控制通用機械手定位以不同的方式可分為兩種:簡單、伺服式容易”打開和關(guān)閉控制定位，只有位置控制，伺服類型可能有點。 （2）專用機械手? 與通用機械手相比，特殊機械手有更少的工作行動的特點，單一的工作對象，定位精度低。它可以用于大量的自動化生產(chǎn)，如自動機床、加工中心、自動上下。 2.按驅(qū)動方式分? （1）液壓機械手 使用液壓驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)的機械手。 其特點是：傳動平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)緊湊，動態(tài)磁化率高。 因為漏油對機械手的工作性能影響很大。 所以機械手是嚴格的密封。 此外，不能在高溫或低溫下工作。 （2）氣壓驅(qū)動機械手 使用壓縮空氣的壓力來驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)的執(zhí)行機構(gòu)。其特點是:小的輸出，氣動快速行動，快，結(jié)構(gòu)簡單，成本低。 由于空氣的性質(zhì)是可壓縮的，這種機械手的沖擊功大，速度穩(wěn)定，相對于液壓機械手，氣動機械手更適合在高溫和輕負荷的環(huán)境中工作。? (3)電機傳動機械手? 機器人由直流電機驅(qū)動，步進電機或伺服電機是簡單的，因為它不需要一種中間切換機制。另外，該機械手運動速度快，行程長。雖然應(yīng)用不多，但很有發(fā)展前途。? 1.4 課題研究內(nèi)容 窗體頂端 1962年，機械鑄造公司制造成為一個nc實踐教學(xué)操縱器。經(jīng)銷商叫Unimate。復(fù)制罐轉(zhuǎn)塔運動系統(tǒng)，可實現(xiàn)臂旋轉(zhuǎn)，俯仰功能，采用液壓驅(qū)動;帶有磁鼓存儲設(shè)備的控制系統(tǒng)。在這個基礎(chǔ)上開發(fā)了很多球面坐標型通用機械手。 1962年美國機械鑄造公司是一個多關(guān)節(jié)機械手實驗，它可以實現(xiàn)靈活的操作，機械手的中心支柱在其原有的功能基礎(chǔ)上，可以實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)臂，升降，定標。雖然兩個操縱器出現(xiàn)在60年代初，但是外國工業(yè)機械手的發(fā)展的基礎(chǔ)。 在1978年的斯坦福大學(xué)，麻省理工學(xué)院開發(fā)了許多類型的工業(yè)機械手關(guān)節(jié)型，具有小型電子計算機控制，用于裝配線作業(yè)，定位誤差小于1 mm，這使得機械手的發(fā)展到新的高度。窗體底端 為了更好的完成本次設(shè)計內(nèi)容，首先需要查閱盡可能多的相關(guān)資料，充分了解相關(guān)機械手的結(jié)構(gòu)原理。然后按照 本次的設(shè)計要求，設(shè)計一個多關(guān)節(jié)型物料搬運機械手。 主要需要設(shè)計機械手的腰部基座，這部分為機械手的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，可以在水平面內(nèi)任意角度旋轉(zhuǎn)，以滿足機械手在基座一定的半徑范圍內(nèi)作業(yè)。以及機械手的大臂、小臂。主要設(shè)計任務(wù)有： 1.根據(jù)已知袋裝物料如大米等的尺寸、重量及工作要求，研究設(shè)計出抓取機械手。 2.該設(shè)計重點是機械手的抓取機構(gòu)，機械手需水平面內(nèi)360度旋轉(zhuǎn)，以適應(yīng)物料袋平放時所處的任何角度。 3.繪制抓取搬運機械手的裝配圖和關(guān)鍵零部件圖,編寫完善的設(shè)計說明書。 第2章 總體方案 2.1 總體設(shè)計方案 1.行走機構(gòu) 2.行走電機 3.貨叉 4.貨叉伸縮電機 5.減速機 6.升降電機 7.立柱 2-1圖 方案一簡圖 方案一中，碼垛機的機械結(jié)構(gòu)主要包括門架結(jié)構(gòu)、行走機構(gòu)、升降機構(gòu)、貨叉伸縮機構(gòu)。底座由由兩端的行走輪支架及鋼板焊接成的矩形梁構(gòu)成，起支撐整體重量的作用。立柱截面為空心矩形，具有良好的強度，節(jié)省材料，還有減震的作用。貨叉沿立柱上下運動，承受載荷后，會對立柱與貨叉結(jié)合處產(chǎn)生極大的力矩，所以在立柱兩側(cè)加工有垂直導(dǎo)向槽，可以通過導(dǎo)向輪對載貨臺起到一定的支撐作用。也能防止貨叉前后移動。行走機構(gòu)設(shè)計有四個行走輪，支撐整個碼垛機的全部載荷 ,帶動碼垛機沿天地軌方向運動。 1.基座 2.轉(zhuǎn)動機構(gòu) 3.大臂轉(zhuǎn)軸 4.大臂 5.連桿 6.腕軸 7.小臂 8.夾緊機構(gòu) 9 夾爪 2-2圖 方案二簡圖 窗體頂端 方案二中，碼垛機的機械結(jié)構(gòu)主要包括機械手關(guān)節(jié)主要有基部，腰部，肘部，手腕和手握五部分：旋轉(zhuǎn)接頭底部的腰部安裝在伺服電機底座上，驅(qū)動整個機械手旋轉(zhuǎn)運動；旋轉(zhuǎn)彎頭：大臂由伺服電機齒輪減速電機驅(qū)動，從而推動彎頭上方大臂結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)運動，即俯仰運動；手腕，前臂旋轉(zhuǎn)：伺服電機驅(qū)動齒輪減速電機。 方案一結(jié)構(gòu)的碼垛機價格相對便宜，在高度方向可以向上擴展到很高的作業(yè)范圍，整個碼垛機的作業(yè)空間更大。適用于立體倉儲中的碼垛。方案二結(jié)構(gòu)的碼垛機通用性更強，反應(yīng)速度更快。考慮到本次碼垛對象為袋裝物體，它的比較柔軟，不具有固定的形狀，比較松軟。方案一的貨叉結(jié)構(gòu)在處理這種貨物時，并不占優(yōu)優(yōu)勢。二方案二中的夾爪結(jié)構(gòu)則更能快速靈活的獎袋裝物料迅速抓起、放下，完成指定的碼垛工作。所以本次設(shè)計優(yōu)先選擇方案二的結(jié)構(gòu)。主要在結(jié)構(gòu)輕量化和可靠性方面進行深入優(yōu)化。 2.2 各部分結(jié)構(gòu)方案 基座：基座主要用于固定機械手，是機械手擁有一個堅實的根基，這樣，既可以保證機械手的穩(wěn)定性，又可以保證機械手的精度?；话闶褂煤附咏Y(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單又便于制造。如圖2-1所示。 圖2-3 基座結(jié)構(gòu)圖 腰部：腰部安裝在基座上，主要其支撐轉(zhuǎn)的作用，保證機械手在水平面內(nèi)可以任意角度旋轉(zhuǎn)。由于上面的重量全部幾種在腰部，所以腰部的旋轉(zhuǎn)傳動選優(yōu)能夠傳遞足夠大的扭力。初步設(shè)計使用蝸輪蝸桿傳動，傳動比可以比較大。支撐軸承選擇推力球軸承和深溝球軸承組合，既可以保證轉(zhuǎn)速又可以保證來自轉(zhuǎn)軸軸向的重力。電機選擇大扭矩的伺服電機，以保證轉(zhuǎn)向的精度。如圖2-2. 圖2-4 腰部結(jié)構(gòu)簡圖 機器人的手臂需要在一定的速度下，并且有一定負載的情況下，完成一定空間的運動。這部分結(jié)構(gòu)比較簡單，通過步進電機加減速機直接驅(qū)動手臂的旋轉(zhuǎn)。 圖2-5 肘部關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)簡圖 機器人手臂部分的運動（包括腰部旋轉(zhuǎn)運動）給予機器人末端執(zhí)行器在其工作空間中的運動位置，并且在機器人臂中的手腕末端，然后給予機器人末端執(zhí)行器在運動的工作空間。 圖2-6 手腕結(jié)構(gòu)簡圖 機器人夾持器和機器人夾具。 一般工業(yè)機器人，大多是雙手指。本設(shè)計中的加持部件主要用于抓取袋裝物料，根據(jù)袋裝物料的尺寸800x500x250設(shè)計一款專門的取料搬運夾爪，夾爪的動力主要有氣缸來提供，氣缸通過連桿結(jié)構(gòu)，將直線運動轉(zhuǎn)化為夾爪的擺動。實現(xiàn)對袋裝物料的取放。 圖2-7 氣動夾持機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡圖 第3章 關(guān)鍵部件的設(shè)計計算 3.1手部的設(shè)計計算 手部的動力有氣缸來提供，氣缸的選型是否合理直接影響到夾爪的夾緊力。下面，對手部氣缸的選型計算做詳細的介紹。 1、預(yù)選氣缸 根據(jù)工作環(huán)境、受力形式確定使用何種氣缸：圓形氣缸、方形氣缸、滑臺氣缸、帶導(dǎo)桿氣缸。這里，為了節(jié)約空間，便于安裝。選定氣缸的類型為方形薄型氣缸。同時，為了便于控制，需要選擇帶磁環(huán)的氣缸，加裝氣缸形成感應(yīng)器，形成一個簡單的閉環(huán)回路。 速度分析：經(jīng)驗時間：夾爪的動作時間計算，為了方便計算，一般根據(jù)經(jīng)驗，行程小于30mm的按0.2秒計算，行程在30~200mm之間的，按0.5秒計算 2、?受力分析-選擇氣缸缸徑 負載率：氣缸的負載率η是氣缸活塞桿的軸向載荷力F與氣缸的理論輸出力F0的比值。 Η= F / F0×100％，氣缸的負載系數(shù)η與負載的運動狀態(tài)有關(guān)：靜載荷<70％; 氣缸速度50?500mm / s：<50％; 氣缸速度> 500mm / s：<30％預(yù)選氣缸的負載率η基于負載的運動狀態(tài)。 根據(jù)氣缸的負載狀態(tài)，確定氣缸的軸向負載力F。根據(jù)氣源供氣條件，確定氣缸的使用壓力P，P應(yīng)小于減壓閥進口壓力的85%。 已知F，η和P，可知氣缸輸出力，據(jù)此選定缸徑D。 由公式得 再根據(jù)氣缸的面積計算公式， 推出氣缸直徑的計算公式 去安全系數(shù)2，則氣缸缸徑選擇為D=15.5x2=31mm。 3、耗氣量計算 氣缸的耗氣量有兩種：最大耗氣量和平均耗氣量。平均耗氣量用于選用空壓機、計算運轉(zhuǎn)成本。最大耗氣量用于選定空氣處理原件、控制閥及配管尺寸等。最大耗氣量與平均耗氣量之差用于選定氣罐的容積。 最大耗氣量是氣缸以最大速度運動時所需要的空氣流量，可以表示成： qr=0.046*D^2*um 缸徑D為40mm，最大速度為300mm/s，使用壓力為0.6Mpa，則 氣缸的最大耗氣量qr=0.046*40^2*300*(0.6 0.102)=968.76(L/min) 第一：一個循環(huán)動作的體積=2×缸徑對應(yīng)的截面積×行程，在根據(jù)節(jié)拍可得到常壓下的單循環(huán)流量，在乘以（使用壓力 1）即為工作時期內(nèi)的排氣量。 第二：最大耗氣量=缸徑（cm計）平方再乘以系數(shù)10（此時使用壓力為0.6MPa，最大速度為300mm/s） 3.2各關(guān)節(jié)電機的選型計算 對于屬于機電一體化產(chǎn)品的機器人，伺服系統(tǒng)相當重要。被要求的專用服務(wù)器系統(tǒng)具有快速，準確和穩(wěn)定，即命令輸入的準確和快速的輸出響應(yīng)變化。一般我們將電機按照原理的不同分為兩類，分為稱為開環(huán)控制和閉環(huán)控制。步進電機多用于開環(huán)控制系統(tǒng)中。而伺服電機則被普遍的應(yīng)用在閉環(huán)伺服系統(tǒng)之中。雖然說來那個這在控制模式上十分的類似，都是使用脈沖信號。但從使用性能和應(yīng)用的角度來說，二者又有著極大的差別之處。第一，兩者的控制精度有差異，AC伺服電機的控制精度相對于步進電機來講，有著明顯的優(yōu)勢，其控制精度更高。第二點表現(xiàn)在頻率特性上，步進電機在低速狀態(tài)下使用使，特別容易出現(xiàn)振動現(xiàn)象，稱之為低頻振動。而伺服電機在每一個速度運行，都不會出現(xiàn)這種現(xiàn)象。第三，力矩的差異。步進電機的輸出轉(zhuǎn)矩會隨著運行速度的升高而變小，這種現(xiàn)象在高速狀態(tài)下表現(xiàn)的尤為明顯，所以，步進電機的轉(zhuǎn)速不宜太大。伺服電機則在任何轉(zhuǎn)速下的輸出力矩都保持不變。第四，過載能力的不同。步進電機一旦發(fā)生過載就會掉步，所以，我們說步進電機不具備過載能力，交流伺服電機則具有很強的過載能力。第五，速度相應(yīng)性能的差異，步進電機相應(yīng)相對緩慢，通常從0加速到工作狀態(tài)，需要200毫秒左右的時間。而交流伺服電機則只需要幾個毫秒的時間。所以，可以用于快速啟停的控制之中。 綜上所述，交流伺服系統(tǒng)在許多性能上優(yōu)于步進電機。 機械手的設(shè)計要求高精度運行，運行穩(wěn)定，功率輸出穩(wěn)定，過載能力強，響應(yīng)快，因此選用交流伺服電機作為電源。 1、確定機械手各部分的質(zhì)量 2、確定各軸的轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩 根據(jù)任務(wù)書的要求，各關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)速要求如下： （1）肘關(guān)節(jié)：轉(zhuǎn)動角速度，轉(zhuǎn)角范圍； （2）腰關(guān)節(jié)：轉(zhuǎn)動角速度，轉(zhuǎn)角范圍； （3）腕關(guān)節(jié)：轉(zhuǎn)動角速度，轉(zhuǎn)角范圍； 3、計算各部分的最大轉(zhuǎn)矩 （1）腰部的轉(zhuǎn)矩： =[2x1.5+13x0.3+10.5x1.0]x1.2 =20.88KgN （2）大臂的轉(zhuǎn)矩： =[2x1.5+13x0.3+10.5x1.0]x1.2 =20.88KgN （3）小臂的轉(zhuǎn)矩： =[2x1.5+10.5x1.0]x1.2 =16.2KgN 4、各關(guān)節(jié)的減速機及傳動比 （1）腰部采用蝸輪蝸桿傳動，減速比為1：30； （2）大臂的電機使用了減速臂為1：50的減速機； （3）小臂的電機使用了減速臂為1：50的減速機； 5、電機功率的計算 （1）腰部旋轉(zhuǎn)電機的功率： （2）大臂旋轉(zhuǎn)電機的功率： （3）小臂旋轉(zhuǎn)電機的功率： 伺服電機采用安川電機，根據(jù)下表選取 各個電機的型號選擇如下： 腰部旋轉(zhuǎn)電機：SGMPH-15A 大臂驅(qū)動電機：SGMPH-08A 小臂驅(qū)動電機：SGMPH-04A 小臂旋轉(zhuǎn)電機：SGMPH-02A 3.3蝸輪蝸桿的設(shè)計計算 1.確定蝸桿的計算功率 式中 K——使用場合系數(shù)，每天工作8小時,輕度震動 由《機械工程手冊》查得： K＝1.2； K——制造精度系數(shù)，取7級精度，查得： K＝0.9； K——材料配對系數(shù)，齒面滑動速度 < 10m/s,由《機械工程手冊》查得： K＝0.85。 代入數(shù)據(jù)得 以等于或略大于蝸桿計算功率所對應(yīng)的中心距作為合理的選取值根據(jù)《機械工程手冊/傳動設(shè)計卷》（第二版）表2·5－22a 選取蝸桿的中心距：a＝100mm 蝸桿傳動幾何參數(shù)設(shè)計 準平行二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿的幾何參數(shù)和尺寸計算表 中心距：由《機械工程手冊/傳動設(shè)計卷》（第二版）,標準選取 a=100mm 蝸輪齒數(shù)：由《機械工程手冊/傳動設(shè)計卷》（第二版）,選取 蝸桿頭數(shù)：由《機械工程手冊/傳動設(shè)計卷》（第二版）,選取 齒數(shù)比： u＝＝30 蝸桿齒頂圓直徑：《機械工程手冊/傳動設(shè)計卷》（第二版）表2.5－16,選取 =45mm 蝸輪輪緣寬度：《機械工程手冊/傳動設(shè)計卷》（第二版）表2.5－16,選取 b=37mm 蝸輪齒距角： ＝ 蝸桿包容蝸輪齒數(shù)： K＝=5 蝸輪齒寬包角之半： ＝0.5（K－0.45）= 蝸桿齒寬：《機械工程手冊/傳動設(shè)計卷》（第二版）表2.5－16,選取 =53mm 蝸桿螺紋部分長度：《機械工程手冊/傳動設(shè)計卷》（第二版）表2.5－16，選取 =59mm 蝸桿齒頂圓弧半徑：《機械工程手冊/傳動設(shè)計卷》（第二版）表2.5－16，選取 R=82mm 成形圓半徑：《機械工程手冊/傳動設(shè)計卷》（第二版）表2.5－16,選取 =65mm 蝸桿齒頂圓最大直徑：《機械工程手冊/傳動設(shè)計卷》（第二版）表2.5－16，選取 =53.8mm 蝸輪端面模數(shù)： m＝=mm 徑向間隙： =0.5104mm 齒頂高： h=0.75 m=2.233mm 齒根高： h= h+ C=2.7434mm 全齒高： h= h+ h=4.9764mm 蝸桿分度圓直徑： ＝（0.624＋）a ＝40.534mm 蝸輪分度圓直徑： ＝2a－＝301.466mm 蝸輪齒根圓直徑： d＝－2 h=298.9792mm 蝸桿齒根圓直徑： d＝－2 h=35.05， 判斷：因為=28.12mm,滿足要求 蝸桿平均導(dǎo)程角： ＝ 分度圓壓力角： = 蝸輪分度圓齒厚： 數(shù)據(jù)帶入公式得 5.508mm 齒側(cè)隙：查表4-2-6得 3.4蝸桿的設(shè)計校核 影響環(huán)面蝸桿傳動的主要承載能力的主要因素有兩點：1、蝸桿齒面的膠合影響2、渦輪齒根的剪切強度的影響。所以，在校核的時候，需要在確定好傳動功率的前提之下，然后對渦輪齒根的強度進行校核。 這里給出校核的計算方法： 校核： 其中 —— 作用于蝸輪齒面上的及摩擦力影響的載荷; —— 蝸輪包容齒數(shù) —— 蝸桿與蝸輪嚙合齒間載荷分配系數(shù); ——蝸輪齒根受剪面積; 公式中各參數(shù)的計算 （1）的計算 = ——作用在蝸輪輪齒上的圓周力， ——蝸桿喉部螺旋升角 ，4.5 —— 當量齒厚， 滑動速度 = =2.01m/s 根據(jù)滑動速度查機械設(shè)計手冊3－3－9得 將數(shù)據(jù)帶入公式得 =N （2）計算得 = 5 （3）蝸輪齒根受剪面積 —— 蝸輪齒根圓齒厚； 由上可知 —— 蝸輪端面周節(jié)； —— 蝸輪理論半包角； —— 蝸輪分度圓齒厚所對中心角。 數(shù)據(jù)帶入公式得 =7.03mm 由上可得 對于錫青銅齒圈,取 查手冊取鑄錫磷青銅，砂模鑄造，抗拉強度=225MPa ， 則 < 故得出結(jié)論，符合強度要求。 3.5輸出軸的設(shè)計計算 由《機械零件設(shè)計》表6－1選用45號鋼，調(diào)質(zhì) =650 2、軸徑的初步計算 由《機械零件設(shè)計》表6－2，取A＝112，根據(jù)公式 ， 其中 —— 軸的轉(zhuǎn)速，30r/min —— 軸傳遞的功率，1.1kw —— 計算截面處的軸的直徑 將數(shù)據(jù)代入公式得 3.確定軸的各段直徑和長度 （1）滾動軸承的選擇，考慮到使用過程中，軸承既受到來自軸向的作用力，又會受到來自于軸向的作用力。所以，設(shè)計用深溝球軸承和推力球軸承組合，將型號確定后列在下面： 深溝球軸承6032zz兩只，d×D×T=160×240×38mm 深溝球軸承6015zz兩只，d×D×T=75×115×20mm 推力球軸承51315一只。 d×D×T= 75×135×44mm （2） 確定軸上安裝渦輪位置的外徑=65mm，另外，使用軸套對渦輪的端面和軸承之間進行定位，有上述計算可知，蝸輪輪緣的寬度是37mm，故確定蝸輪輪轂寬度為100mm，為了使渦輪牢靠的被壓緊在軸上，4-5段應(yīng)略短于輪轂寬度，故取L=50mm。 （3）蝸輪右端采用軸肩定位，軸肩高度0.07d，取=6mm，則軸環(huán)處直徑=77mm，軸環(huán)寬度，取 =12mm，=12mm，=68mm。 （4）軸承端蓋的總寬度確定為28mm。為了便于拆裝、對內(nèi)部驚醒潤滑脂的添加，可以確定端蓋的外端面到聯(lián)軸器之間的間距L=22 mm， （5）計算危險截面的應(yīng)力，軸上平鍵的規(guī)格為10x8x55 彎曲應(yīng)力 剪切應(yīng)力 材料為45鋼，熱處理為調(diào)質(zhì)處理，由機械設(shè)計手冊知:? 抗拉強度極限，彎曲疲勞極限，扭轉(zhuǎn)疲勞極限 查看機械設(shè)計手冊查得材料等效系數(shù)：，ff? 在經(jīng)過磨削加工的過程中，軸的表面的質(zhì)量系數(shù) 鍵槽的應(yīng)力集中系數(shù)由機械設(shè)計手冊查得：， 大于軸鍵槽處截面的許用安全系數(shù)[S]=1.5~1.8，故危險界面安全。 結(jié) 論 本次的設(shè)計能夠順利的完成，離不開老師的悉心指導(dǎo)。設(shè)計的過程中，發(fā)現(xiàn)很多之前以為很簡單的問題，當你深入去思考，實際去做的時候，并不是那么的簡單。每一個細節(jié)都會決定到整個項目的成敗。本次的機械手設(shè)計，在總體方向的把握上已經(jīng)做的比較不錯，能夠抓住重點，從實際出發(fā)，滿足實際生產(chǎn)的需求。但由于時間有限，跟人水平的局限，設(shè)計中還是會存在一些不足之處，比如說，各處運動部件的極限位置限制的設(shè)置并沒有做詳細的介紹。在各個關(guān)節(jié)的減速機的選用上，由于選用的是標準間，加上時間倉促，沒有做說明。為了是機械手的作業(yè)效率更高，需要在機械手的調(diào)試、運行初期對機械手的平衡性作分析，進一步做出改善方案。以保持良好的平衡性能。 機械手的極限限位對于機械手的保護很重要，他可以在限位感應(yīng)器時效的情況下，依靠外界增加的硬限位塊來組織運動部件的進一步位移。從而避免運動部件超出形成發(fā)生撞機或者機械性損傷。所以，還需要進一步對機械手的結(jié)構(gòu)進行細致的研究，并了解各種限位設(shè)計的原理。對取料搬運機械手增加一道硬件保護。另外，在調(diào)試和使用初期，對機械手的平衡型進一步的改善，必要的情況下，增加平衡塊，以保證機械手的高效運行。 謝 辭 畢業(yè)設(shè)計的這段期間里，一方面將大學(xué)階段所學(xué)的相關(guān)知識重新溫故了一遍，另一方面，將書本的上的只是應(yīng)用到了實際之中。畢業(yè)設(shè)計中通過方案比較，理論設(shè)計與計算，設(shè)計機械結(jié)構(gòu)，工程制圖，編寫設(shè)計規(guī)范的培訓(xùn)，使個人的理論水平和實踐能力有了飛躍，在設(shè)計，分析，實踐能力等方面鍛煉個人，同時專業(yè)知識得到充分鞏固和加強。在畢業(yè)設(shè)計過程中，指導(dǎo)我的老師給了很多專業(yè)幫助。在設(shè)計準備的早期階段，教師非常關(guān)注我的主題，指出主題選擇的方向，有助于分析主題和實踐的可行性，項目需要注意潛在的問題；在方案選擇中，對于我需要指出的是，掌握知識范圍的關(guān)鍵，困難的原理和幫助我分析相應(yīng)的知識，使我的畢業(yè)設(shè)計能夠順利進行。因為我以后的工作和學(xué)習(xí)打下了堅實的基礎(chǔ)，是他們灌輸我看到更多的人的技能，留給我未來生活的足跡更深的印象，我真誠地感謝所有的老師幫助我。此外，非常感謝許多其他學(xué)生，他們的許多想法，并建議一個偉大的靈感給我。在這謝謝你！由于時間和個人知識和能力水平有限，論文將不可避免地有一些缺陷或錯誤，請教師評論。非常感謝！ 參 考 文 獻 [1]吳宗澤.機械零件設(shè)計手冊?[M].北京工業(yè)出版社，2004：188~199? 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