回形偏交型手腕及斜楔式夾持器的設計【含CAD圖紙優(yōu)秀畢業(yè)課程設計論文】

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購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖紙 回形偏交型手腕及斜楔式夾持器的設計 摘 要 工業(yè)機器人自本世紀 60 年代初問世以來，已有 80 萬余臺用于世界各國的自動化生產線上，扮演著靈巧自如、不知疲倦“操作者”的角色，替代生產工人出色的完成極其繁重、復雜、精密或者充滿著危險的各種各樣的工作。不同用途的工業(yè)機器人正在工業(yè)生產中起到其它機器無法替代的作用。一般機器人由基座、腰、臂、腕和手五部分組成。腰和臂控制手的空間位置，腕控制手的空間姿態(tài)，而手則是實現(xiàn)對操作物體的抓放。本文設計的是回形偏交手腕與斜鍥式夾持器，根據設計要求本文制定了一個由液壓馬達控制夾爪 松開、用彈簧夾緊物體的設計方案，對手部和腕部進行了結構設計，同時對其主要零部件進行了選擇、設計和計算，內容包括電動機的選擇計算，彈簧的設計計算，齒輪、帶、軸的設計和校核，最后對設計的可行性進行了經濟分析，通過分析計算可以得出結論，此次設計基本滿足設計要求。 關鍵詞 ： 手腕；工業(yè)機器人；夾持器；操作機 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖紙 960s, 00000 on of a as a no of It or of of of to is an of to of is to or of is to a a to it on to to of of of it is to of be by of 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖紙 目 錄 摘要 ……………………………………………………………………… ……………… .… Ⅰ ……………………………………………………………………………… ...Ⅱ 1 緒論 …………………………………………………………………… ………… .……… .題的背景、目的和意義 ………………………………………………………… .… 器人的發(fā)展概況 …………………………………………… ………… .………… .. 機器人的定義 ………………………………………………… .……………… 1 器人的發(fā)展過程 ………………………………………… .………………… 2 內機器人研究狀況 ……………………………………… .………………… 4 外機器人的最新發(fā)展 …………………………………………………… .… 4 器人目前研究熱點及發(fā)展趨勢 …………………………………… .……… 7 題的研究內容與方法 …………………………………………………… .……… .. 工作原理及設計方案 ………………………………………… ……… .……… ……… 鍥式夾持器 工作原理 ……………………………………………… .…………… ..計方案 ……………………………………………………………… .…………… ..行性分析 …………………………………………………………… .…………… 傳動方案的選擇 ……………………………………………………… .…… . 精定位裝置的設計構想 ………………………………………… .………… .器人回形偏交型手腕的工作原理 ……………………………………… .……… 設計計算 ………………………………………………………………… …………… ..持器的計算 …………………………………………………………… .………… 受力分析 ……………………………………………………… .…………… . 夾爪齒輪的計算 ……………………………………………… .…………… . 圓柱螺旋壓縮彈簧的設計計算 ……………………………… .…………… . 液 壓馬達的選擇 …………………………………………… .……………… . 齒輪齒條傳動的設計計算 …………………………………… .…………… .的計算 …………………………………………………………… .……………… 電機的選擇 ………………………………………………… .……………… . 錐齒輪設計 ………………………………………………… .……………… . 同步帶和帶輪的設計 ……………………………………… .……………… . 軸的設計及 校核 ………………………………………………… .………… . 機械設備的環(huán)保、可靠性和經濟分析 ………………………………… ………… .備的環(huán)保措施 …………………………………………………………………… .備的可靠性 ……………………………………………………………………… . 設備的可靠性定義 ………………………………………………………… .. 可靠度的計算 …………………………………………………………… .… . 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖紙 備平均壽命 …………… ……………………………………………… .… . 機械設備的有效度 ……………………………………………… .………… .備的經濟評價 ………………………………………………………… .………… …………………………………………… .………………… .. 盈虧平衡分析 ……………………………………… .……………………… . 設備合理的更新期 ………………………………… .……………………… . 結論及存在的問題 ………………………… …… ……… .…………………… ……… 42 論 ……………………………… .………………………………………………… 在的問題 ……………………………………………… .………………………… 謝 …………………………………………………………… ……… ……… …………… 考文獻 ……………………………………………………… ……… .…… …………… 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖紙 1 緒論 題的背景、目的和意義 現(xiàn)代機器人的研究始于 20 世紀中期，其技術背景是計算機和自動化的發(fā)展，以 及原子能的開發(fā)利用。 自 1946 年 第一臺數字電子計算機問世以來，計算機取得了驚人的進步，向高速度、 大容量、低價格的方向發(fā)展。大批量生產的迫切需求推動了自動化技術的進展，其結果之一便是 1952 年數控機床的誕生。與數控機床相關的控制、機械零件的研究又為機器人的開發(fā)奠定了基礎。另一方面，原子能實驗室的惡劣環(huán)境要求某些操作機械代替人處理放射性物質。在這一需求背景下，美國原子能委員會的阿爾貢研究所于 1947 年開發(fā)了遙控機械手， 1948 年又開發(fā)了機械式的主從機械手 。 機器人技術的發(fā)展，它應該說是一個科學技術發(fā)展共同的一個 綜合性的結果，也同時，為社會經濟發(fā)展產生了一個重大影響的一門科學技術，它的發(fā)展歸功于在第二次世界大戰(zhàn)中，各國加強了經濟的投入，就加強了本國的經濟的發(fā)展。另一方面它也是生產力發(fā)展的需求的必然結果，也是人類自身發(fā)展的必然結果，那么人類的發(fā)展隨著人們這種社會發(fā)展的情況，人們越來越不斷探討自然過程中，在改造自然過程中，認識自然過程中，實現(xiàn)人們對不可達世界的認識和改造，這也是人們在科技發(fā)展過程中的一個客觀需要。 而 在機械手的設計計算中包含了機械設計專業(yè)所學的大部分專業(yè)課程內容，對以往的學習起到了一個很好的鞏固和獲得新知 識的作用，對以后的工作也會有很大的幫助。這也是選擇這個題目的目的。 此課題的研究在現(xiàn)實生活中具有重要的意義。有些工作會對人體造成傷害，比如噴漆、重物搬運等；有些工作要求質量很高，人難以長時間勝任，比如汽車焊接、精密裝配等；有些工作人無法身臨其境，比如火山探險、深海探密、空間探索等；有些工作不適合人去干，比如一些惡劣的環(huán)境、一些枯燥單調的重復性勞作等；這些都是機器人大顯身手的地方。服務機器人還可以為您治病保健、保潔保安；水下機器人可以幫助打撈沉船、鋪設電纜；工程機器人可以上山入地、開洞筑路；農業(yè)機器人可以耕耘 播種、施肥除蟲；軍用機器人可以沖鋒陷陣、排雷排彈 …… 器人的發(fā)展概況 器人的定義 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖紙 什么是機器人呢 ?這個問題是一個非常有意思的一個問題。但人們一般的理解，機器人是具有一些類似人的功能的機械電子裝置或者叫自動化裝置，它仍然是個機器。它有三個特點：一個是有類人的功能，比如說作業(yè)功能；感知功能；行走功能；還能完成各種動作，它還有一個特點是根據人的編程能自動的工作，這里一個顯著的特點，就是它可以編程，改變它的工作、動作、工作的對象和工作的一些要求。它是人造的機器或機械電子裝置，所以這個機器人仍 然是個機器。但是目前還沒有一個統(tǒng)一的有關機器人定義，一般來說我們認為機器人是計算機控制的可以編程的目前能夠完成某種工作或可以移動的自動化機械，這是美國工程師協(xié)會定的一個定義，但日本和其他國家也對機器人有不同的看法，他們認為從完整的更為深遠的機器人定義來看，應該更強調機器人智能，所以人們又提出來機器人的定義是能夠感知環(huán)境，能夠有學習、情感和對外界一種邏輯判斷思維的這種機器。那么這給機器人提出來更高層次的要求，那么比方說機器人在這里邊可以代替人進行焊接，焊接的環(huán)境是非常復雜的，可以搬運，它在生產線中搬運玻璃和各 種各樣的一些零件的搬運的工作，還可以在生 產線中碼垛等等，這都是把人從繁重的體力勞動中解放出來的一個例子。 器人的發(fā)展過程 1920 年，有一個捷克斯洛伐克的一個作家叫卡佩克，他寫了一本科幻小說，叫《羅薩姆的機器人萬能公司》。這本小說中他構思了一個和幻想了一個機器人，它的名字叫羅伯特，也就是我們英文中的 可以不吃飯，它能夠不知疲勞的，不知疲倦地進行工作。在 1920 年前后，大家也知道是在第一次世界大戰(zhàn)以后，是各國工業(yè)發(fā)展比較迅速的時期，我們看到電影《摩登時代》，卓別林主演的人變成了機器人 ，在生產線中天天的進行勞動。人們在這種煩躁的體力勞動中就幻想有一種能代替人完成這樣工作的想像、一種需要，這個小說在 1924 年和 1927 年的時候被紛紛傳到了日本、法國和歐洲國家，還變成了一種當時的木偶劇和一些話劇，所以這樣的一個機器人的名詞就向全世界鋪展開來，當時人們還認為是一個科幻小說，還沒有把它跟我們日常的學習工作和生產結合起來。但通過這樣一個小說，一個羅伯特這樣一個名詞，它體現(xiàn)了人類長期的一種愿望，這種愿望就是創(chuàng)造出一種機器，能夠代替人進行各種工作。這種想法是機器人產生的一種客觀的要求，那么真正機器人的 發(fā)展是在 1947 年，美國橡樹嶺國家實驗室在研究核燃料的時候，大家知道核燃料，它有 X 射線對人體是有傷害的，必須有一臺機器來完成像搬運和核燃料的處理這樣的工作。在 1947 年產生了世界上第一臺主從遙 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖紙 控的機器人，那么 1947 年以后大家知道，是計算機電子技術發(fā)展比較迅速的時期，因此各國已經開始利用當時的一些現(xiàn)代的技術，進行了機器人研究。那么在 1962 年美國研制成功 用示教再現(xiàn)型機器人，那么這就標志著機器人走向成熟，應該說第一臺可用的機器人在 1947 年產生，真正意義的機器人在 1962 年產生。那么相繼不久，在英國 等國家，也相繼研究出一些機器人，那么到了 20 世紀 60 年代末，日本人將它的國民經濟的汽車工業(yè)與機器人進行結合，它購買了美國的專利，在日本進行了再次開發(fā)和生產機器人。到 20 世紀 70 年代的時候，日本已經將這種示教再現(xiàn)型的機器人進行了工業(yè)化，出現(xiàn)了很多公司，現(xiàn)在的像 有安川公司，還有很多機器人公司像 等公司。它們都是已經將機器人進行了工業(yè)化，進行了批量生產，而且成功的用于了汽車工業(yè)，使機器人正式的走向應用。在 20 世紀 70 年代到 20 世紀80 年代初期，工業(yè)機器人變成產品以后，得到全世界的普 遍應用以后，那么很多研究機構開始研究第二代具有感知功能的機器人，出現(xiàn)了瑞典的 司，德國的 器人公司，日本幾家公司和日本的 司，都在工業(yè)機器人方面都有很大的作為，同時我們也看到機器人的應用在不斷拓寬，它已經從工業(yè)上的一些應用，擴展到了服務行業(yè)，擴展了它的作業(yè)空間，向海洋空間和服務醫(yī)療等等行業(yè)的使用。 總結一下，我們認為，機器人有三個發(fā)展階段，那么也就是說，我們習慣于把機器人分成三類，一種是第一代機器人，那么也叫示教再現(xiàn)型機器人，它是通過一個計算機，來控制一個多自由度的一個機械，通過示教 存儲程序和信息，工作時把信息讀取出來，然后發(fā)出指令，這樣的話機器人可以重復的根據人當時示教的結果，再現(xiàn)出這種動作，比方說汽車的點焊機器人，它只要把這個點焊的過程示教完以后，它總是重復這樣一種工作，它對于外界的環(huán)境沒有感知，這個力操作力的大小，這個工件存在不存在，焊的好與壞，它并不知道，那么實際上這種從第一代機器人，也就存在它這種缺陷，因此，在 20 世紀 70 年代后期，人們開始研究第二代機器人，叫帶感覺的機器人，這種帶感覺的機器人是類似人在某種功能的感覺，比如說力覺、觸覺、滑覺、視覺、聽覺和人進行相類比，有了各種 各樣的感覺，比方說在機器人抓一個物體的時候，它實際上力的大小能感覺出來，它能夠通過視覺，能夠去感受和識別它的形狀、大小、顏色。抓一個雞蛋，它能通過一個觸覺，知道它的力的大小和滑動的情況。那么第三代機器人，也是我們機器人學中一個理想的所追求的最高級的階段，叫智能機器人，那么只要告訴它做什么，不用告訴它怎么去做，它就能完成運動，感知思維和人機通訊的這種功能和機能，那么 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖紙 這個目前的發(fā)展還是相對的只是在局部有這種智能的概念和含義，但真正完整意義的這種智能機器人實際上并沒有存在，而只是隨著我們不斷的科學技術的發(fā)展，智能 的概念越來越豐富，它內涵越來越寬。從三代機器人發(fā)展過程中，從另一個方面，我們對機器人從應用的角度進行了分類，比如說工業(yè)機器人，它包括點焊、弧焊、噴漆、搬運、碼垛，在工業(yè)現(xiàn)場中工作的這種機器人，我們統(tǒng)稱為工業(yè)機器人，那么從不同的應用中，到水下去作業(yè)的叫水下機器人，到空間作業(yè)的叫空間機器人，同時又存在農業(yè)、林業(yè)、牧業(yè)，對醫(yī)療機器人叫醫(yī)用機器人，還包括娛樂機器人，建筑和居室上用的機器人，所以從應用分類，它包括從行業(yè)、應用角度，也可以進行這樣簡單的分類。 內 機器人研究狀況 由于我們國家存在很多其他的各 種因素、問題。我們國家在機器人的研究，在 20世紀 70 年代后期，當時我們在國家北京舉辦一個日本的工業(yè)自動化產品展覽會，在這個會上有兩個產品，一個是數控機床，一個是工業(yè)機器人，這個時候，我們國家的許多學者，看到了這樣一個方向，開始進行了機器人的研究，但是這時候研究，基本上還局限于理論的探討階段，那么真正進行機器人研究的時候，是在七五、八五、九五、十五將近這二十年的發(fā)展，發(fā)展最迅速的時候，是在 1986 年我們國家成立了 863 計劃是高技術發(fā)展計劃，就將機器人技術作為一個重要的發(fā)展的主題，國家投入將近幾個億的資金開始進 行了機器人研究，使得我們國家在機器人這一領域得到很快地、迅速地發(fā)展。目前主要單位像中科院沈陽自動化所，原機械部的北京自動化所，像哈爾濱工業(yè)大學，北京航空航天大學，清華大學，還包括中科院北京自動化所等等的一些單位都做了非常重要的研究工作，也取得了很多的成果，而且目前這幾年來看，我們國家在高校里邊，有很多單位從事機器人研究，很多研究生和博士生都在從事機器人方面的研究，目前我們國家比較有代表性的研究，有工業(yè)機器人，水下機器人，空間機器人，核工業(yè)的機器人，都在國際上應該處于領先水平，總體上我們國家與發(fā)達國家相比，還 存在很大的差距，主要表現(xiàn)在，我們國家在機器人的產業(yè)化方面，目前還沒有固定的成熟的產品，但是在上述這些水下、空間、核工業(yè)，一些特殊機器人方面，我們取得了很多有特色的研究成就。 外機器人的最新發(fā)展 工業(yè)機器人 （ 1）機器人操作機：通過有限元分析、模態(tài)分析及仿真設計等現(xiàn)代設計方法的運用， 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖紙 機器人操作機已實現(xiàn)了優(yōu)化設計。以德國 司為代表的機器人公司，已將機器人并聯(lián)平行四邊形結構改為開鏈結構，拓展了機器人的工作范圍，加之輕質鋁合金材料的應用，大大提高了機器人的性能。此外采用先進的 速器及交流伺 服電機，使機器人操作機幾乎成為免維護系統(tǒng)。 （ 2）并聯(lián)機器人：采用并聯(lián)機構，利用機器人技術，實現(xiàn)高精度測量及加工，這是機器人技術向數控技術的拓展，為將來實現(xiàn)機器人和數控技術一體化奠定了基礎。意大利司，日本 公司已開發(fā)出了此類產品。 （ 3）控制系統(tǒng)：控制系統(tǒng)的性能進一步提高，已由過去控制標準的 6 軸機器人發(fā)展到現(xiàn)在能夠控制 21 軸甚至 27 軸，并且實現(xiàn)了軟件伺服和全數字控制。人機界面更加友好，基于圖形操作的界面也已問世。編程方式仍以示教編程為主，但在某些領域的離線編程已實現(xiàn)實用化。 （ 4）傳感 系統(tǒng)：激光傳感器、視覺傳感器和力傳感器在機器人系統(tǒng)中已得到成功應用，并實現(xiàn)了焊縫自動跟蹤和自動化生產線上物體的自動定位以及精密裝配作業(yè)等，大大提高了機器人的作業(yè)性能和對環(huán)境的適應性。日本 瑞典 國 公司皆推出了此類產品。 （ 5）網絡通信功能：日本 德國 司的最新機器人控制器已實現(xiàn)了與 線及一些網絡的聯(lián)接，使機器人由過去的獨立應用向網絡化應用邁進了一大步，也使機器人由過去的專用設備向標準化 設備發(fā)展。 （ 6）可靠性：由于微電子技術的快速發(fā)展和大規(guī)模集成電路的應用，使機器人系統(tǒng)的可靠性有了很大提高。過去機器人系統(tǒng)的可靠性 般為幾千小時，而現(xiàn)在已達到5 萬小時，幾冬天可以滿足任何場合的需求。 先進機器人 近年來，人類的活動領域不斷擴大，機器人應用也從制造領域向非制造領域發(fā)展。像海洋開發(fā)、宇宙探測、采掘、建筑、醫(yī)療、農林業(yè)、服務、娛樂等行業(yè)都提出了自動化和機器人化的要求。這些行業(yè)與制造業(yè)相比，其主要特點是工作環(huán)境的非結構化和不確定性，因而對機器人的要求更高，需要機器人具有行走功能，對外感知能力 以及局部的自主規(guī)劃能力等，是機器人技術的一個重要發(fā)展方向。 （ 1）水下機器人：美國的 羅斯的 國的 水下機器人已用于海洋石油開采，海底勘查、救撈作業(yè)、管道敷設和檢查、電纜敷設和維護、以及 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖紙 大壩檢查等方面，形成了有纜水下機器人（ 無纜水下機器人（ 大類。 （ 2）空間機器人：空間機器人一直是先進機器人的重要研究領域。目前美、俄、加拿大等國已研制出各種空間機器人。如美國 空間機器人 。 一輛自主移動車，重量為 寸 630~48 6 個車輪，它在火星上的成功應用，引起了全球的廣泛關注。 （ 3）核工業(yè)用機器人：國外的研究主要集中在機構靈巧，動作準確可靠、反應快、重量輕、剛度好、便于裝卸與維修的高性能伺服手，以及半自主和自主移動機器人。已完成的典型系統(tǒng)，如美國 于機器人的放射性儲罐清理系統(tǒng)、反應堆用雙臂操作器，加拿來大研制成功的輻射監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)，德國的 巧手等 （ 4）地下機器人：地下機器人主要包括采掘機器人和 地下管道檢修機器人兩在類。主要研究內容為：機械結構、行走系統(tǒng)、傳感器及定位系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、通信及遙控技術。目前日、美、德等發(fā)達國家已研制出了地下管道和石油、天然氣等大型管道檢修用的機器人，各種采機器人及自動化系統(tǒng)正在研制中。 （ 5）醫(yī)用機器人：醫(yī)用機器人的主要研究內容包括：醫(yī)療外科手術的規(guī)劃與仿真、機器人輔助外科手術、最小損傷外科、臨場感外科手術等。美國已開展臨場感外科（ 研究，用于戰(zhàn)場模擬、手術培訓、解剖教學等。法、英、意、德等國家聯(lián)合開展了圖像引導型矯形外科（ 劃、袖珍機器人（ 劃以及用于外科手術的機電手術工具等項目的研究，并已取得一些卓有成效的結果。 （ 6）建筑機器人：日本已研制出 20 多種建筑機器人。如高層建筑抹灰機器人、預制件安裝機器人、室內裝修機器人、地面拋光機器人、擦玻璃機器人等，并已實際應有和。美國卡內基梅隆重大學、麻省理工學院等都在進行管道挖掘和埋設機器人、內墻安裝機器人等型號的研制、并開展了傳感器、移動技術和系統(tǒng)自動化施工方法等基礎研究。英、德、法等國也在開展這方面的研究。 （ 7）軍用機器人：近年來，美、英、法、德 等國已研制出第二代軍用智能機器人。其特點是采用自主控制方式，能完成偵察、作戰(zhàn)和后勤支援等任務，在戰(zhàn)場上具有看、嗅和角摸能力，能夠自動跟蹤地形和選擇道路，并且具有自動搜索、識別和消滅敵方目標的功能。如美國的 主導航車、 自主地面戰(zhàn)車，法國的自主式快速運動偵察車（ 德國 炸物處理機器人等。目前美國 在研制和開發(fā) 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖紙 克、愛國者導彈裝電池用機器人等各種用途的軍用機器人。 可以預見，在 21 世紀各種先進的機器人系統(tǒng)將會進入人類生活的各個領域，成為人類良好的助手和親 密的伙伴。 器人目前研究熱點及發(fā)展趨勢 目前國際機器人界都在加大科研力度，進行機器人共性技術的研究，并朝著智能化和多樣化方向發(fā)展。主要研究內容集中在以下 10 個方面： （ 1） 工業(yè)機器人操作機結構的優(yōu)化設計技術：探索新的高強度輕質材料，進一步提高負載 /自重比，同時機構向著模塊化、可重構方向發(fā)展。 （ 2） 機器人控制技術：重點研究開放式，模塊化控制系統(tǒng)，人機界面更加友好，語言、圖形編程界面正在研制之中。機器人控制器的標準化和網絡化，以及基于 網絡式控制器已成為研究熱點。編程技術除進一步提高在線編程 的可操作性之外，離線編程的實用化將成為研究重點。 （ 3） 多傳感系統(tǒng)：為進一步提高機器人的智能和適應性，多種傳感器的使用是其問題解決的關鍵。其研究熱點在于有效可行的多傳感器融合算法，特別是在非線性及非平穩(wěn)、非正態(tài)分布的情形下的多傳感器融合算法。另一問題就是傳感系統(tǒng)的實用化。 （ 4） 機器人的結構靈巧，控制系統(tǒng)愈來愈小，二者正朝著一體化方向發(fā)展。 （ 5） 機器人遙控及監(jiān)控技術，機器人半自主和自主技術，多機器人和操作者之間的協(xié)調控制，通過網絡建立大范圍內的機器人遙控系統(tǒng)，在有時延的情況下，建立預先顯示進行遙控等。 （ 6） 虛擬機器人技術：基于多傳感器、多媒體和虛擬現(xiàn)實以及臨場感技術，實現(xiàn)機器人的虛擬遙操作和人機交互。 （ 7） 多智能體（ 控制技術：這是目前機器人研究的一個嶄新領域。主要對多智能體的群體體系結構、相互間的通信與磋商機理，感知與學習方法，建模和規(guī)劃、群體行為控制等方面進行研究。 （ 8） 微型和微小機器人技術（ ： 這是機器人研究的一個新的領域和重點發(fā)展方向。過去的研究在該領域幾乎是空白，因此該領域研究的進展將會引起機器人技術的一場革命，并且對社 會進步和人類活動的各個方面產生不可估量的影響，微小型機器人技術的研究主要集中在系統(tǒng)結構、運動方式、控制方法、傳感技術、通信技術以及行走技術等方面。 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖紙 （ 9） 軟機器人技術（ :主要用于醫(yī)療、護理、休閑和娛樂場合。傳統(tǒng)機器人設計未考慮與人緊密共處，因此其結構材料多為金屬或硬性材料，軟機器人技術要求其結構、控制方式和所用傳感系統(tǒng)在機器人意外地與環(huán)境或人碰撞時是安全的，機器人對人是友好的。 （ 10） 仿人和仿生技術：這是機器人技術發(fā)展的最高境界，目前僅在某些方面進行一些基礎研究。 題 的研究內容與方法 本次 課題主要是研究回形偏交型手腕和電驅斜楔式 夾持機構的設計 。 為了了解機械手的構造與工作原理，在老師的帶領下，我和組員一起來到沈陽新松機器人股份有限公司進行參觀和學習，實地考察了該廠生產的機器人產品，并了解 到該產品的多功能用途在日常生產中的應用 。經過查閱相關資料結合實際生產中的現(xiàn)有機構進行初步設計，并對各部分的尺寸進行 初步 選取，然后進行強度計算。經過理論設計合格后，再經實際檢驗可行后，才可投入使用。 具體內容與方法： 1） 了解機器人手腕及夾持器的工作原理及結構，參閱相關資料，制定出設計方案并 完成外文資料翻譯 ； 2） 根據給定的參數進行分析計算，完成電機的選擇及傳動零件的設計計算 ； 3） 主要零部件 的設計及驗算 （ 彈簧、夾爪齒輪、錐齒輪、軸、帶輪 等）； 4）其它如 系統(tǒng)潤滑、環(huán)保與經濟性分析等； 5）繪制工程圖紙：總裝配圖 1 張、部件裝配圖 2 張、零件圖 3； 6）編制、打印設計說明書 和圖紙 。 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖紙 2 工作原理及設計方案 鍥式夾持器 工作原理 圖 業(yè)機器人夾持機構 斜鍥式夾持器通過圓弧 齒輪 與齒條嚙合使夾抓開合夾持物品。擺動液壓馬達驅動齒輪軸 轉動，齒輪軸帶動齒條花鍵軸向下運動 ， 如上 圖 齒條花鍵軸 向下運動時壓縮彈簧并通過圓弧齒輪與齒條嚙合使兩個夾爪張開；閉合時，馬達 帶動齒條花鍵軸向上運動，圖 齒條花鍵軸在壓縮彈簧的作用下向上運動使夾抓閉合，夾持住 物 體 ，所需的夾持力 是預先給壓縮彈簧施加的預緊力。液壓馬達電機驅 動齒輪齒條：（見圖 計方案 1、 實現(xiàn)齒輪軸旋轉； 2、 通過齒輪軸旋轉帶動齒條使兩個夾爪張開，實現(xiàn)夾持動作； 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖紙 3、 通過法蘭與手腕的聯(lián)接，實現(xiàn)空間旋轉； 4、 通過 電機的反轉 ，帶動齒條花鍵軸向上運動， 而彈力推動活板上的彈簧也恢復到預緊狀態(tài)， 從而使夾抓閉合 夾緊。 行性分析 動方案的選擇 1、 齒輪齒條傳動：效率高、精度好，剛度好，可實現(xiàn)運動方式變化 ； 2、 蝸輪傳動：大速比，交錯軸，體積小，回差響應小，剛度小，轉矩大效率低，發(fā)熱大 ，常需用價格較貴的青銅材料，制造精度要求高 ； 3、 諧 波傳動：大速比，同軸線，響應快，體積小，重量輕，回差小，轉矩大 ； 4、 方案比較：經比較，齒輪齒條和諧波傳動較好，但諧波傳動定位比較困難，因此，選用方案 1 齒輪齒條傳動。方案 3 備選。 定位裝置的設計構想 1、 棘輪配合電磁鐵 ； 2、 內棘輪配合電磁鐵 ； 3、 超越離合器配合電磁鐵 。 驅動方式 ：采用交流電動機驅動方式。 通過分析計算，查 閱相關的資料，利用計算機完成各框架部分以及裝配圖和零件圖的設計， 通過實驗解決各種技術問題。 由于液壓馬達技術的飛速發(fā)展，液壓馬達的效率不斷提高，因而使用液壓馬達驅動更為可靠方便，設備的可改造性也更好，可控性，可精密操作性比其他驅動方式更好因此選用液壓馬達驅動。 在電機的各種種類中，其中一種為液壓馬達，它比其它種類電機相比有以下優(yōu)點： 1、 傳動效率高、精密性好、重量輕、反應快 ； 2、 工作平穩(wěn)，能在大范圍內實現(xiàn)無級調速，還可以在運行過 程中進行調速 ； 3、 已實現(xiàn)標準化、系列化和通用化，具有較大的機動性 。 由于傳動的精密要求和夾持器的夾抓需要張開一定角度等要求，因此選用液壓馬達傳動。 綜合比較本方案較好，成本較低，方案合理 。 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖紙 器人回 形 偏交型手腕的工作原理 機構簡圖及 工作原理 圖 作原理 圖 （ 1） 置于小臂后部的電機 Ⅰ ，通過 同步帶 1 傳動，帶動腕殼轉 動，完成末桿繞自身軸線 β轉動。 （ 2） 置于小臂后部的電機 Ⅱ ，通過 同步 帶 2 傳動 ，經錐齒輪副 3、 4 嚙合，帶動腕殼轉 動，完成末桿繞自身軸線 α轉動。 （ 3） 置于手腕后部的電機 Ⅲ ，通過聯(lián)軸 器 5，經錐齒輪副 6、 7 嚙合，完成末桿繞自身軸線 γ轉動。 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖紙 3 設計 計算 持器的計算 力分析 已知 夾持物圓柱體半徑 R =50度 h =51被夾持物體的重量 G= 22 ??????? ??? 查得 f = ??根據夾持力計算公式 P＞ ? ?22 即 有 1 ?? ＞ 21 =50N 在豎直方向有 1N 3綜上 可解 得 ： 1 ?? ， 則每個夾爪 受力 F = ?? c o s 4 3o 夾爪齒輪所傳遞的轉矩 T =F ×L =18= 夾爪齒輪的計算 設齒條速度 v =0.1 初選齒輪的齒數 z =21 初選齒輪為 7級精度的直齒圓柱齒輪；材料選用 40硬度為 280 齒條材料為 45 鋼（調質），硬度為 240者材料硬度差為 40 按齒面接觸強度設計 ： 由 文獻 [3]設計計算公式（ 10行試算 ， 即 ? ?32)(? ?? （ （ 1） 確定公式內各計算參數數值 1） 試選載荷系數） 由于懸臂布置，則取d?= 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖紙 3） 齒條齒輪傳動，所以 11?? 文獻 [3]表 10得 材料的彈性影響系數 15） 由 文獻 [3]圖 10 質量要求查得齒輪的 觸疲勞強度極限7501H? 齒條的接觸疲勞強度極限 ?80） 取圓弧齒輪 與齒條 的應力循環(huán)次數 1N = 2N = 7） 由 文獻 [3]圖 10得接觸疲勞壽命系數 ? 計算接觸疲勞許用應力 取 失效概率為 1%，安全系數 S=1，由式（ 10 ? ? M p i ??? ? （ ? ? M p i ??? ? （ 2） 計算 1）試算 圓弧齒輪分度圓直徑入 ? ?H? 中較小的值 ? ?32)(? ?? = 2)??? =） 計算齒寬 b b = = ? （ 3）計算齒寬與齒高之比 模數 ??? （ 齒高 ??? （ =）計算載荷系數 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖紙 a）由于工作機運動平穩(wěn)，則使用系數 1?b） 據 v =s、 7 級精度，由 文獻 [3]圖 10得動載系數 1?直齒輪 ， 有? d）由 文獻 [3]表 10插值法查得 7 級精度、圓弧齒輪相對支承懸臂布置時，? = 圖 10? 1 5 ??????? 5） 按實際的載荷系數校正所算得分度圓直徑， 由式（ 10 33 ??? （ 6）計算模數 ?? mm 按齒根彎曲強度設計 由 文獻 [3]公式 10-（ 5）得彎曲強度的設計公式 為 ? ?332 ][2?（ （ 1） 確定公式內的計算數值 1） 載荷系數 ??????? 由 文獻 [3]圖 10料按 質量要求 查得圓弧齒輪的彎曲疲勞強度極限 M F?， 齒條的彎曲強度極限 M F?3） 按 文獻 [3]圖 10得彎曲疲勞壽命系數 ? K 4） 計算彎 曲疲勞許用應力 取彎曲疲勞安全系數 S=式（ 10 M p 1l i ??? ? （ M p 2l i ??? ? 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖紙 5） 由 查 文獻 [3]表 10齒形系數 計算齒輪、齒條的? ?加以比較 ? ? 1 ???F Y ?（ ? ? 0 1 2 5 3 2 ???F Y ?， 齒條的數值大 。 （ 2） 設計計算 ： 32 ][2?32 0 12 5 9 ???? 比計算結果，由 齒面 接觸疲勞強度計算的模數 m 大于由齒根彎曲疲勞強度計算的模數，由于齒輪模數 m 的大小主要取決于彎曲強度所決定的承載能力，而齒面解除疲勞強度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑有關，可取由彎曲強度算得的模數 就近圓整為標準值 m =接觸強度算得的分度圓直徑 d =出圓弧齒輪齒數 z = ?25 這樣設計出的齒輪 傳動，既滿足了齒面接觸疲勞強度，又滿足了齒根彎曲疲勞強度，并做到結構緊湊，避免浪費 幾何尺寸計算（ 1） 計算分度圓直徑 =25×5據結構設計， 取 d =52m = z =26 （ 2） 計算齒輪寬度 b = =2= 3）齒條幾何尺寸計算 模數 m =壓力角 α= 齒頂高 h， 齒根高 h 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖紙 柱螺旋壓縮彈簧的設計計算 （ 1） 圓弧齒輪 受的圓周力 ??? ??? 2）選材 ： 該彈簧在一般載荷條件下工作，選用第 Ⅲ 類碳素彈簧鋼絲 C 級 （ 3） 選旋繞 比 C =6,根據 文獻 [3]式（ 16算得 曲度系數 K = 4 ???? （ 4） 根據螺柱尺寸 初選彈簧中徑 D =20 d = D（ 查 文獻 [3]表 16 ? ? M 0 0 ?? ??? ，則 （ 5） 試算彈簧絲直徑 ，由 文獻 [3]式（ 16得 ? ?? m a x' ） 夾爪夾持物體時，取彈簧圈數 n =20，查表 16 G =81000 由 文 獻 [3]式（ 16得 彈簧 壓縮量 ： 0 0 0 ?????? Gd （ 2） 夾爪完全張開時，彈簧的壓縮量 060 ??? d?? 則 a x ????? ???3） 計算式（ 16 3m a xm a x ??? ???? ∴? ? m a x ?????? ? ，圓整得 d=3 6） 根據變形條件計算彈簧工作圈數 n ，由式（ 16 0 0 3m a xm a x ??? ???? ,圓整取 n =20 （ 7）計算彈簧相關尺寸： 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖紙 中徑 D =6×3=18徑 m 1 ???????? 外徑 節(jié)距 p =8=由長度 ?????? ? c t c t ??? ??? 5o ～ 間 （ 8） 在最大載荷作用下，彈簧各圈之間要保留一定的 1? ，并且 在自由狀態(tài)下，彈簧個圈之間應有適當的間距 ? ： ? = =1m a x ??? ??得 0 . 2 m a ????????? ?? 壓馬達的選擇 完成動作所需的最小功率為 此時夾爪完全張開，每個彈簧的壓縮力 ： 齒輪齒條傳動 的圓周力 ： 222 m a ??? ∴ 5 ??? ???22 ??????????∴ ?????? ????????????聯(lián)承齒齒電 ????因為傳遞功率小，轉速低，且能實現(xiàn)花鍵齒條軸的上下往復運動，所以 根據 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖紙 文獻 [4]選擺動液壓馬達為驅動裝置 如下： 表 動液壓馬達 擺角： 0o ～ 270o 額定理論轉矩 排量 ? 額定理論起動轉矩 重量 內泄漏量 ?71 30 24 15 （ 1） 由 文獻 [5]式（ 33010 ??? ? （ 已知 容積效率 ?， 排量 301 ? ， 轉速 60?n r/ ???????? 03010? 2） 由文獻 [5]式（ 3 功率 P = （ 入口壓力和出口壓力差 14??p P = 603014