3940 自動(dòng)送料機(jī)械手的設(shè)計(jì)
3940 自動(dòng)送料機(jī)械手的設(shè)計(jì),自動(dòng),機(jī)械手,設(shè)計(jì)
南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)外文資料翻譯系 部： 機(jī)械工程系 專(zhuān) 業(yè)： 機(jī)械工程及自動(dòng)化 姓 名： 尚征瑞 學(xué) 號(hào)： 05010133 外文出處： Computers & Structures Vol.65, No.2,pp255-259,1997 Elsevier Science 附 件： 1.外文資料翻譯譯文；2.外文原文。 指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)：簽名： 年 月 日注：請(qǐng)將該封面與附件裝訂成冊(cè)。附件 1：外文資料翻譯譯文具有動(dòng)態(tài)特性約束的高速靈活的機(jī)械手優(yōu)化設(shè)計(jì)摘要：本文提出了一種強(qiáng)調(diào)時(shí)間獨(dú)立和位移約束的機(jī)器手優(yōu)化設(shè)計(jì)理論，該理論用數(shù)學(xué)編程的方法給予了實(shí)現(xiàn)。將各元件用靈活的連桿連接起來(lái)。設(shè)計(jì)變量即為零件橫截面尺寸。另用最關(guān)鍵的約束等量替換時(shí)間約束。結(jié)果表明，此方法產(chǎn)生的設(shè)計(jì)結(jié)果比運(yùn)用 Kresselmeier-Steinhauser 函數(shù)，且利用等量約束所產(chǎn)生的設(shè)計(jì)方案更好。建立了序列二次方程基礎(chǔ)上的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，且設(shè)計(jì)靈敏度通過(guò)總體有限偏差來(lái)評(píng)定。動(dòng)態(tài)非線性方程組包含了有效運(yùn)動(dòng)和實(shí)際運(yùn)動(dòng)的自由度。為了舉例說(shuō)明程序，設(shè)計(jì)了一款平面機(jī)器人，其中利用某一特定的方案并且運(yùn)用了不同的等量約束進(jìn)行了設(shè)計(jì)。 版權(quán)屬于 1997 年埃爾塞維爾科技有限公司1．導(dǎo)論目前對(duì)高速機(jī)器人的設(shè)計(jì)要求越來(lái)越高，元件質(zhì)量的最小化是必不可少的要求。傳統(tǒng)機(jī)器手的設(shè)計(jì)取決于靜態(tài)體系中運(yùn)動(dòng)方式的多樣化，但這并不適合于高速系統(tǒng)即應(yīng)力和繞度均受動(dòng)力效應(yīng)控制的系統(tǒng)。為了防止失敗，在設(shè)計(jì)的時(shí)候必須考慮到有效軌跡和實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡之間的相互影響。在暫態(tài)負(fù)載下對(duì)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)已經(jīng)開(kāi)始展開(kāi)研究，該研究是基于下面幾個(gè)不同的等量約束條件下進(jìn)行的，分別為對(duì)臨界點(diǎn)的選擇上[1] ， 反約束的時(shí)間限制[2] ，和 Kreisselmeier - Steinhauser 函數(shù)[3,4] 的基礎(chǔ)上進(jìn)行研究。在選擇臨界點(diǎn)時(shí)，假定臨界點(diǎn)的位置的時(shí)間是固定的，然而這種假設(shè)不適合高速系統(tǒng)。第二個(gè)辦法的缺點(diǎn)是等量約束在可行域內(nèi)幾乎為 0，因此現(xiàn)在還沒(méi)有跡象表明這些約束是否重要。使用 Kreisselmeier - Steinhauser 函數(shù)在可行域中產(chǎn)生了非零的等量約束，但它定義了一個(gè)保守的約束，從而產(chǎn)生了一個(gè)過(guò)于安全的設(shè)計(jì)方法。 在設(shè)計(jì)機(jī)器手的時(shí)候，常規(guī)方法是考慮多靜態(tài)姿態(tài)[5-7]，而不是考慮時(shí)間上的約束。這種方法并不適合高速系統(tǒng)，原因是一些姿態(tài)不能代表整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)，此外，位移和應(yīng)力的計(jì)算也是不準(zhǔn)確的，這是因?yàn)樵谟?jì)算的時(shí)候省略了剛性和彈性運(yùn)動(dòng)之間的聯(lián)系。事實(shí)上，這種聯(lián)系是靈活多體分析中最基本的[8-10] 。 在這項(xiàng)研究中，開(kāi)發(fā)了一種設(shè)計(jì)高速機(jī)械手的方法，這種方法考慮了系統(tǒng)剛性彈性運(yùn)動(dòng)之間的聯(lián)系及時(shí)間獨(dú)立等約束。把最關(guān)鍵的約束作為等量約束。 最關(guān)鍵的約束的時(shí)間點(diǎn)可能隨著設(shè)計(jì)變量值的變化而變化。反應(yīng)靈敏度由整體偏移所決定，設(shè)計(jì)的最優(yōu)化取決于序列二次方程式。為了說(shuō)明程序， 對(duì)雙桿平面機(jī)器手的強(qiáng)度和剛度進(jìn)行了優(yōu)化。設(shè)計(jì)結(jié)果與那些采用了 Kreisselmeier - Steinhauser函數(shù)的機(jī)器手進(jìn)行對(duì)比。2、設(shè)計(jì)理念在這一節(jié)中，機(jī)器手的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法使用用于計(jì)算強(qiáng)度和剛性的非線性數(shù)學(xué)編程方法。機(jī)器手由 N 個(gè)活動(dòng)連桿組成，每一個(gè)連桿由 Ek 個(gè)有限零件柱組成。其目的是盡可能的減小機(jī)械手的質(zhì)量。與強(qiáng)度關(guān)聯(lián)的約束主要是應(yīng)力元素和剛性約束。這些約束將使得有效運(yùn)動(dòng)的位移產(chǎn)生偏移。設(shè)計(jì)變量就是連桿和零件的截面特性。從數(shù)學(xué)上來(lái)說(shuō)，目標(biāo)函數(shù) 應(yīng)滿足這樣的約束:1kENikifV???(,)0jgxt?,.cj（1）其中 和 分別是第 k 個(gè)機(jī)構(gòu)的第 i 個(gè)零件的密度和體積， x 是設(shè)計(jì)ki?kiV變量 的矢量， 是時(shí)間約束總數(shù)。在驗(yàn)證位移和應(yīng)力的時(shí)候，參考文獻(xiàn)VNC[10]中的遞推公式可用來(lái)計(jì)算機(jī)器手有效軌跡與實(shí)際軌跡。將連桿 的變形與連桿參照系 聯(lián)系起來(lái)，其中 在一定邊界約束條件kBk?kB下做完整運(yùn)動(dòng)。這樣通過(guò)縮小模型就可以減少每個(gè)連桿的實(shí)際自由度數(shù)了。系統(tǒng)的廣義坐標(biāo)系是由連桿變量 和模塊變量 組成的。微粒 P 的運(yùn)動(dòng)i?i?速度 可表式為ki?(2)ikikiv??????其中 和 是相互制約的系數(shù)。ii凱恩（Kane）等人的方程式[12]曾被用來(lái)測(cè)定一些運(yùn)動(dòng)方程式如(3)syMQF??其中 是整體速度向量，F(xiàn) 是合成外力向量，M、Q 還[,]TTy???有 分別為總質(zhì)量、柯氏力、地心引力和彈力，計(jì)算公式如下：sF（4）1Tkki TikikirrfENViiiMdVsymsym????????????????????（5）1()Tkkir iENi kikif ViiQ????????????????????(6)0sFK?其中上標(biāo) r 和 f 分別代表有效自由度和實(shí)際自由度。K 為對(duì)角矩陣，其對(duì)角線上的子矩陣是減少了的有效矩陣 以連桿變量的形式出現(xiàn)的。為了驗(yàn)證子矩陣kB在方程（4，5）中是否正確， 和 可表示如下：i?ki?p, r=1,2,3; q=1,…, ; s=1, …,12 (7a)pqkikkiipqpqrs??????rnp, r=1,2,3; q=1,…,m; s=1,…12 (7b) iki kirs??其中 是元件形狀函數(shù)， 是連桿變量數(shù)，m 是模塊變量數(shù)。方程式中ki?rn的標(biāo)注即多次出現(xiàn)的下標(biāo)指數(shù)是以概括的形式出現(xiàn)的，這些下標(biāo)只不過(guò)是公式的一部分，并不表示某一含義除非特定指明。這些子矩陣可表示成： pqpqtzsptqzspqzstuv1[( ) ]kENkkiki kikif i ki itqt zsiMmPR?????????pqpqtzsptqzspqzstuv1[( ) ]kEkkiki kikirf i ki itqt zsi?????其中 和 ；z,u=1,2,3； kikikuvuvVPd??? kiki ikizusvzsuvVRdV????s,v=1,…,12 是時(shí)間變量， 是第 k 個(gè)機(jī)構(gòu)的第 i 個(gè)元件的質(zhì)量。在定義kim和 時(shí)，柯氏力和地心... .kkkqmpa?????? ... .ikiki qmrumprurub?????? 引力可由下列算式計(jì)算出來(lái)：pqpqpqzspqzszs uv1[() ]kENkkki kir i i ki ikiq zsiQmabaPbR????????pqpqpqzspqzszs uv1[() ]kENkkki kif i i ki ikiq zsi abab???????這個(gè)運(yùn)動(dòng)方程式綜合了變量步長(zhǎng)和變量預(yù)測(cè)校正的算法，以獲取坐標(biāo)系和 中的時(shí)間記錄。于是，有關(guān)物體參考系的節(jié)點(diǎn)位移可由模塊轉(zhuǎn)換公式i?i?獲得。由應(yīng)力與位移關(guān)系式計(jì)算出零件受到的壓應(yīng)力。整個(gè)參考系中各點(diǎn)的i位移可用 和機(jī)架的各節(jié)點(diǎn)位移算出。點(diǎn)的偏移可由那個(gè)點(diǎn)在實(shí)際運(yùn)動(dòng)和有效i運(yùn)動(dòng)的位移差精確的求出。應(yīng)當(dāng)指出的是，在運(yùn)動(dòng)方程式中，設(shè)計(jì)變量函數(shù)的形式有矩陣，零件的質(zhì)量和初始矢量中的 、 陣列。因此在對(duì)靈敏度進(jìn)行分析的時(shí)候，這些都應(yīng)kiPkiR與設(shè)計(jì)變量區(qū)分開(kāi)來(lái)。然而，分析并且驗(yàn)證靈敏度在這次研究中是個(gè)非常困難的項(xiàng)目。不全面的分析或是允許極小誤差的方式來(lái)研究這一問(wèn)題也未嘗不是個(gè)好方法。3.減少約束對(duì)機(jī)器手進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析的方法就是計(jì)算 個(gè)獨(dú)立點(diǎn)在同一時(shí)間內(nèi)的運(yùn)動(dòng)。tN因此，約束數(shù)目最好滿足 ，而且這么多的約束在優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)也是不切cN?t實(shí)際的。不過(guò)有一個(gè)很有效的辦法可以使約束數(shù)控制在 范圍內(nèi)又可以使約束c數(shù)滿足 t 的所有值，這就是用 Kreisselmeier - Steinhauser 函數(shù)[ 3 ]等量替換單個(gè)時(shí)間約束，此函數(shù)表示如下：1()lnexp()tNj jngxcgc????其中 和 C 是正數(shù)并由 和 之間的關(guān)),jnjnXgt jgjn系決定即 min( ).這可以說(shuō)明 Kreisselmeier-Steinhauser 函數(shù)限定了一個(gè)保守的j值域[4]比如 總是比 min( )更重要，而且 c 的值越大 和 min( )jgjngjgjng之間的差就越小。這就是所謂用最關(guān)鍵的約束等量替換了諸如（11）()min[()]j jxX?之類(lèi)的約束。在這一方法中，用等量約束 限定了分段函數(shù)并使其由jg向 間斷的過(guò)渡。在這一值域里盡管左右突出的構(gòu)件在過(guò)渡點(diǎn)有差異，但jpgjq他們具有相同的標(biāo)識(shí)和梯度，因此可在過(guò)渡點(diǎn)自然結(jié)合。隨著時(shí)間逐步的趨近零點(diǎn)，等量約束也變得逐漸光滑。上述所提到的非線性約束優(yōu)化問(wèn)題可以由 NLPQL[11]來(lái)解決，即運(yùn)用序列二次方程的方法。這種優(yōu)化需要初始信息 和 ，m=1,…, /mdfx/mjdgx這兩個(gè)可由目前研究出的有限差來(lái)計(jì)算。VN4.舉例雙桿平面機(jī)器人如圖 1 所示。運(yùn)動(dòng)原理是被動(dòng)塊 E 沿直線從初始位置（θ1=120 °，θ2=-150°）運(yùn)動(dòng)到終點(diǎn)位置（θ 1=60°，θ2=-30°） 。E 的運(yùn)動(dòng)軌跡表示如下： 0.52(sin)EETtXYt???△ △整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程的時(shí)間 T=0.5s。每一個(gè)連桿的長(zhǎng)度為 0.6 米并由兩個(gè)等長(zhǎng)的零件連接著。其零件的外徑，其為本設(shè)計(jì)的變量， k=1,2；i=1,2。零件的厚度為 0.1 。物體的壓強(qiáng)和kiD kiD密度分別是 E=72GPa,ρ=2700Kg/m-3。模塊變量縮小了形狀尺寸。最先結(jié)合的兩個(gè)模塊和最先有著固定自由的約束條件的軸也都被考慮到了。位于連接點(diǎn) B 處的桿 2 質(zhì)量為 2kg，被動(dòng)物塊和有效載荷的總質(zhì)量為 1kg。設(shè)計(jì)的約束條件如下：-75MPa≤σi≤75MPa i=1,…, snδ≤0,001m其中應(yīng)力約束由節(jié)點(diǎn)頂部或底部的 個(gè)點(diǎn)來(lái)驗(yàn)證。δ 是 E 的實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡s與有效運(yùn)動(dòng)軌跡的偏離量（即 x 和 y 方向的最大偏移值） 。初始設(shè)計(jì)變量均為 50mm.kiD圖 1 平面機(jī)器手操作器在這個(gè)例子里，等量約束是由最關(guān)鍵的約束組成的并且其結(jié)果與Kreisselmeier-Steunhauser 函數(shù)的結(jié)果進(jìn)行了比較。后者函數(shù)中適用了 c 的不同值，可以發(fā)現(xiàn) c 的值越小其產(chǎn)生的設(shè)計(jì)就越死板。c=50 時(shí)的設(shè)計(jì)是最理想的。應(yīng)當(dāng)指出的是編譯器的限制可能會(huì)超過(guò) c 的最大值，這完全取決于指數(shù)函數(shù)也就是只要設(shè)計(jì)變量的低限足夠的小。另一方面，最關(guān)鍵的約束會(huì)產(chǎn)生極小質(zhì)量的設(shè)計(jì)并且精確的迎合偏移位移量。最小的質(zhì)量，恰當(dāng)?shù)闹睆胶头磸?fù)運(yùn)動(dòng)的次數(shù)在表 1 中列出。設(shè)計(jì)軌跡見(jiàn)表 2。表 KS-c 表明了由 Kreisselmeier-Steinhauser 函數(shù)產(chǎn)生的結(jié)果，然而 MCC 表示關(guān)鍵約束?？梢?jiàn)應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于允許值，因此應(yīng)力約束受到了限制。連桿 2 中間的應(yīng)力最大（見(jiàn)）圖 3。被動(dòng)物塊的偏移量 δ 的最佳解決方案見(jiàn)圖 4圖 2 設(shè)計(jì)參數(shù)表 1 平面機(jī)器人控制器最佳方法圖 3 頂部連接兩個(gè)的平均壓力的最佳設(shè)計(jì)圖 4 最終效應(yīng)器偏差的最佳設(shè)計(jì)5.總結(jié)在研究中，高速遙控操縱器的最佳設(shè)計(jì)方案取決于動(dòng)態(tài)特性。操縱器的固定軌跡與實(shí)際軌跡運(yùn)動(dòng)也必須考慮到。把最關(guān)鍵的約束用作等量約束。 最關(guān)鍵的約束的時(shí)間點(diǎn)可能隨著設(shè)計(jì)變量的改變而變化。這表明分段的等量約束并不會(huì)使設(shè)計(jì)過(guò)程產(chǎn)生缺陷。序列二次方程用于解決設(shè)計(jì)問(wèn)題，其是運(yùn)用整體偏差進(jìn)行靈敏度計(jì)算。 高速平面遙控操縱器已被優(yōu)化設(shè)計(jì)成在應(yīng)力和偏差限制下的最小質(zhì)量?；?Kreisselmeier - Steinhauser 函數(shù)產(chǎn)生的保守設(shè)計(jì)下使用等量約束，最好的設(shè)計(jì)理念就是用最關(guān)鍵的約束。附件 2：外文原文（復(fù)印件） 南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)(論文)作 者 : 尚征瑞學(xué) 號(hào)：05010133系 部 : 機(jī)械專(zhuān) 業(yè) : 機(jī)械工程及自動(dòng)化題 目 : 送料機(jī)械手的設(shè)計(jì)指導(dǎo)者： 評(píng)閱者： 2009 年 5 月曹春平 講師高級(jí)工程師張衛(wèi) 南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開(kāi)題報(bào)告學(xué) 生 姓 名 ： 尚征瑞學(xué) 號(hào)：05010133專(zhuān) 業(yè) ： 機(jī)械工程及自動(dòng)化設(shè) 計(jì) (論 文 )題 目 ： 送料機(jī)械手的設(shè)計(jì)指 導(dǎo) 教 師 : 曹春平 倪文彬2008 年 3 月 22 日開(kāi)題報(bào)告填寫(xiě)要求1．開(kāi)題報(bào)告（含“文獻(xiàn)綜述” ）作為畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會(huì)對(duì)學(xué)生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。此報(bào)告應(yīng)在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下，由學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作前期內(nèi)完成，經(jīng)指導(dǎo)教師簽署意見(jiàn)及所在專(zhuān)業(yè)審查后生效；2．開(kāi)題報(bào)告內(nèi)容必須用黑墨水筆工整書(shū)寫(xiě)或按教務(wù)處統(tǒng)一設(shè)計(jì)的電子文檔標(biāo)準(zhǔn)格式（可從教務(wù)處網(wǎng)頁(yè)上下載）打印，禁止打印在其它紙上后剪貼，完成后應(yīng)及時(shí)交給指導(dǎo)教師簽署意見(jiàn)；3． “文獻(xiàn)綜述”應(yīng)按論文的格式成文，并直接書(shū)寫(xiě)（或打?。┰诒鹃_(kāi)題報(bào)告第一欄目?jī)?nèi)，學(xué)生寫(xiě)文獻(xiàn)綜述的參考文獻(xiàn)應(yīng)不少于15 篇科技論文的信息量，一般一本參考書(shū)最多相當(dāng)于三篇科技論文的信息量（不包括辭典、手冊(cè)） ；4．有關(guān)年月日等日期的填寫(xiě)，應(yīng)當(dāng)按照國(guó)標(biāo) GB/T 7408—94《數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時(shí)間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯?dāng)?shù)字書(shū)寫(xiě)。如“2009 年 3 月 15 日”或“2009-03-15”。 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）開(kāi) 題 報(bào) 告1．結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，每人撰寫(xiě)2000 字左右的文獻(xiàn)綜述：文 獻(xiàn) 綜 述摘要 文章闡述了機(jī)械手在制造工業(yè)中的發(fā)展，并分析了機(jī)械的組成部分及其工作原理和設(shè)計(jì)的過(guò)程。同時(shí)闡述了機(jī)械手在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r，以及機(jī)械手的分類(lèi)。最后闡述了該課題的意義，及主要研究?jī)?nèi)容及研究方法。關(guān)鍵詞 機(jī)械手 AutoCAD 工業(yè)機(jī)器人1 工業(yè)機(jī)器人概述目前，工業(yè)機(jī)器人的定義，世界各國(guó)尚未統(tǒng)一，分類(lèi)也不盡相同。最近聯(lián)合國(guó)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織采納了美國(guó)機(jī)器人協(xié)會(huì)給工業(yè)機(jī)器人下的定義：工業(yè)機(jī)器人是一種可重復(fù)編程的多功能操作裝置，可以通過(guò)改變動(dòng)作程序，來(lái)完成各種工作，主要用于搬運(yùn)材料，傳遞工件。參考國(guó)外的定義，結(jié)合我國(guó)的習(xí)慣用語(yǔ)，對(duì)工業(yè)機(jī)器人作如下定義：工業(yè)機(jī)器人是一種機(jī)體獨(dú)立，動(dòng)作自由度較多，程序可靈活變更，能任意定位，自動(dòng)化程度高的自動(dòng)操作機(jī)械。主要用于加工自動(dòng)線和柔性制造系統(tǒng)中傳遞和裝卸工件或夾具 [1]。工業(yè)機(jī)器人以剛性高的手臂為主體，與人相比，可以有更快的運(yùn)動(dòng)速度，可以搬運(yùn)更重的東西，而且定位精度相當(dāng)高，它可以根據(jù)外部來(lái)的信號(hào)，自動(dòng)進(jìn)行各種操作。工業(yè)機(jī)器人是在計(jì)算機(jī)控制下可編程的自動(dòng)機(jī)器。采用工業(yè)機(jī)器人是提高產(chǎn)品質(zhì)量與勞動(dòng)生產(chǎn)率，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化，改善勞動(dòng)條件，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度的一種有效手段。機(jī)器人的誕生和發(fā)展雖只有 30 多年的歷史，但它已應(yīng)用到國(guó)民經(jīng)濟(jì)，民事技術(shù)等眾多的領(lǐng)域，具有廣闊的應(yīng)用和發(fā)展前景，顯示出強(qiáng)大的生命力 [1-2]。1.1 工業(yè)機(jī)器人功能根據(jù)所處的環(huán)境和作業(yè)需求，工業(yè)機(jī)器人具有至少一項(xiàng)或多項(xiàng)擬人功能，如抓取功能或移動(dòng)功能，或兩者兼有之，另外還可能程度不等的具有某些環(huán)境感知功能（如視覺(jué)，力覺(jué)，觸覺(jué)等） 。以及語(yǔ)音功能及至邏輯思維，判斷決策功能等。從而使其能在要求的環(huán)境中代替人進(jìn)行作業(yè)。在工業(yè)機(jī)器人的諸多功能中，抓取和移動(dòng)是最主要的功能。這兩項(xiàng)功能實(shí)現(xiàn)的技術(shù)基礎(chǔ)是精巧的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和良好的伺服控制驅(qū)動(dòng)。本次設(shè)計(jì)就是在這一思維下展開(kāi)的。根據(jù)設(shè)計(jì)內(nèi)容和需求確定圓柱坐標(biāo)型工業(yè)機(jī)器人，利用錐齒輪傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的旋轉(zhuǎn)，利用液壓缸實(shí)現(xiàn)其移動(dòng)以及對(duì)零件的抓取。在步進(jìn)電機(jī)的控制下，機(jī)器達(dá)到精確的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) [3-4]。1.2 工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展，由簡(jiǎn)單到復(fù)雜，由初級(jí)到高級(jí)逐步完善，它的發(fā)展過(guò)程可分為三代：第一代工業(yè)機(jī)器人就是目前工業(yè)中大量使用的示教再現(xiàn)型工業(yè)機(jī)器人，它主要由手部、臂部、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。它的控制方式比較簡(jiǎn)單，應(yīng)用在線編程，即通過(guò)示教存貯信息，工作時(shí)讀出這些信息，向執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，執(zhí)行機(jī)構(gòu)按指令再現(xiàn)示教的操作。第二代機(jī)器人是帶感覺(jué)的機(jī)器人。它具有尋力覺(jué)、觸覺(jué)、視覺(jué)等進(jìn)行反饋的能力。其控制方式較第一代工業(yè)機(jī)器人要復(fù)雜得多，這種機(jī)器人從 1980 年開(kāi)始進(jìn)入了實(shí)用階段，不久即將普及應(yīng)用。第三代工業(yè)機(jī)器人即智能機(jī)器人。這種機(jī)器人除了具有觸覺(jué)、視覺(jué)等功能外，還能夠根據(jù)人給出的指令認(rèn)識(shí)自身和周?chē)沫h(huán)境，識(shí)別對(duì)象的有無(wú)及其狀態(tài)，再根據(jù)這一識(shí)別自動(dòng)選擇程序進(jìn)行操作，完成規(guī)定的任務(wù)。并且能跟蹤工作對(duì)象的變化，具有適應(yīng)工作環(huán)境的功能。這種機(jī)器人還處于研制階段，尚未大量投入工業(yè)應(yīng)用 [4]。1.3 工業(yè)機(jī)器人的總體結(jié)構(gòu)工業(yè)機(jī)器人的組成及各部分關(guān)系概述：它主要由機(jī)械系統(tǒng)(執(zhí)行系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng))、控制檢測(cè)系統(tǒng)及智能系統(tǒng)組成。(1) 執(zhí)行系統(tǒng)：執(zhí)行系統(tǒng)是工業(yè)機(jī)器人完成抓取工件，實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)動(dòng)所必需的機(jī)械部件，它包括手部、腕部、機(jī)身等。(a) 手部：機(jī)器人為了進(jìn)行作業(yè)而配置的操作機(jī)構(gòu)，又稱(chēng)手爪或抓取機(jī)構(gòu)，它直接抓取工件或夾具。(b) 腕部：又稱(chēng)手腕，是連接手部和臂部的部件，其作用是調(diào)整或改變手部的工作方位。(c) 臂部：聯(lián)接機(jī)座和手部的部分，是支承腕部的部件，作用是承受工件的管理管理荷重，改變手部的空間位置，滿足機(jī)器人的作業(yè)空間，將各種載荷傳遞到機(jī)座。(d) 機(jī)身：機(jī)器人的基礎(chǔ)部分，起支撐作用，是支撐手臂的部件，其作用是帶動(dòng)臂部自轉(zhuǎn)、升降或俯仰運(yùn)動(dòng)。(2) 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：為執(zhí)行系統(tǒng)各部件提供動(dòng)力，并驅(qū)動(dòng)其動(dòng)力的裝置。常用的有機(jī)械傳動(dòng)、液壓傳動(dòng)、氣壓傳動(dòng)和電傳動(dòng)。(3) 控制系統(tǒng)：通過(guò)對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制，使執(zhí)行系統(tǒng)按照規(guī)定的要求進(jìn)行工作，當(dāng)發(fā)生錯(cuò)誤或故障時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。(4) 檢測(cè)系統(tǒng)：作用是通過(guò)各種檢測(cè)裝置、傳感裝置檢測(cè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)情況，根據(jù)需 要反饋給控制系統(tǒng)，與設(shè)定進(jìn)行比較，以保證運(yùn)動(dòng)符合要求。 實(shí)踐證明，工業(yè)機(jī)械手可以代替人手的繁重勞動(dòng)，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。工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)的笨重工件的搬運(yùn)和長(zhǎng)期頻繁、單調(diào)的操作，采用機(jī)械手是有效的。此外，它能在高溫、低溫、深水、宇宙、放射性和其他有毒、污染環(huán)境條件下進(jìn)行操作，更顯示其優(yōu)越性，有著廣闊的發(fā)展前途 [4-8]。2 不同驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人的比較工業(yè)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)方式可分為四種：(1) 氣力驅(qū)動(dòng)式的機(jī)器人：氣源壓力一般只有 60Mpa 左右，適宜抓舉力較小的場(chǎng)合。(2) 液力驅(qū)動(dòng)式的機(jī)器人：結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)平穩(wěn)且動(dòng)作靈敏，但對(duì)密封的要求較高，且不宜在高溫或低溫的場(chǎng)合工作，要求的制造精度較高，成本較高。(3) 電力驅(qū)動(dòng)式的機(jī)器人：無(wú)環(huán)境污染，易于控制，運(yùn)動(dòng)精度高，成本低，驅(qū)動(dòng)效率高等優(yōu)點(diǎn)，其運(yùn)用最為廣泛。(4) 新型驅(qū)動(dòng)式的機(jī)器人：例如靜電驅(qū)動(dòng)器，壓電驅(qū)動(dòng)器，形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器，人工肌肉及光驅(qū)動(dòng)器等 [4]。3 工業(yè)機(jī)械手3.1 機(jī)械手結(jié)構(gòu)(1) 手部：是機(jī)械手與工件接觸的部件。由于與物體接觸的形式不同，可分為夾持式和吸附式手部。由于本課題的工件是圓柱狀棒料，所以采用夾持式。由手指和傳力機(jī)構(gòu)所構(gòu)成，手指與工件接觸而傳力機(jī)構(gòu)則通過(guò)手指夾緊力來(lái)完成夾放工件的任務(wù)。(2) 手腕：是聯(lián)接手部和手臂的部件，起調(diào)整或改變工件方位的作用。(3) 手臂：支承手腕和手部的部件，用以改變工件的空間位置。(4) 立柱：是支承手臂的部件。手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和升降運(yùn)動(dòng)均與立柱有密切的聯(lián)系。機(jī)械手的立柱通常為固定不動(dòng)的。(5) 機(jī)座：是機(jī)械手的基礎(chǔ)部分。機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的各部件和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)均安裝于機(jī)座上，故起支承和聯(lián)接的作用 [7]。3.2 機(jī)械手的分類(lèi)(1)根據(jù)所承擔(dān)的作業(yè)的特點(diǎn)，工業(yè)機(jī)械手可分為以下三類(lèi)：(a)承擔(dān)搬運(yùn)工作的機(jī)械手：這種機(jī)械手在主要工藝設(shè)備運(yùn)行時(shí)，用來(lái)完成輔助作業(yè)，如裝卸毛坯、工件和工夾具。(b)生產(chǎn)工業(yè)用機(jī)械手：可用于完成工藝過(guò)程中的主要作業(yè)，如裝配、焊接、涂漆、彎曲、切斷等。(c)通用工業(yè)機(jī)械手：其用途廣泛，可以完成各種工藝作業(yè) [9]。(2)按功能分類(lèi)：(a)專(zhuān)用機(jī)械手：它是附屬于主機(jī)的具有固定程序而無(wú)獨(dú)立控制系統(tǒng)的機(jī)械裝置。專(zhuān)用機(jī)械手具有動(dòng)作少，工作對(duì)象單一，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)用可靠和造價(jià)低等特點(diǎn)，適用于大批大量的自動(dòng)化生產(chǎn)，如自動(dòng)機(jī)床，自動(dòng)線的上、下料機(jī)械手和“加工中心”附屬的自動(dòng)換刀機(jī)械手。(b)通用機(jī)械手：又稱(chēng)工業(yè)機(jī)器人。它是一種具有獨(dú)立控制系統(tǒng)的機(jī)械裝置。具有程序可變、工作范圍大、定位精度高、通用性強(qiáng)的特點(diǎn)，適用于不斷變換品種的中小批量自動(dòng)化的生產(chǎn)。(c)示教再現(xiàn)機(jī)械手：采用示教法編程的通用機(jī)械手。所謂示教，即由人通過(guò)手動(dòng)控制， “拎著”機(jī)械手做一遍操作示范，完成全部動(dòng)作后，其儲(chǔ)存裝置即能記憶下來(lái)。機(jī)械手可按示范操作的程序行程進(jìn)行重復(fù)的再現(xiàn)工作。(3)按驅(qū)動(dòng)方式分：(a)液壓傳動(dòng)機(jī)械手(b)氣壓傳動(dòng)機(jī)械手(c)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)械手(4)按控制方式分：(a)固定程序機(jī)械手：控制系統(tǒng)是一個(gè)固定程序的控制器。程序簡(jiǎn)單，程序數(shù)少，而且是固定的，行程可調(diào)但不能任意點(diǎn)定位。(b)可編程序機(jī)械手：控制系統(tǒng)是一個(gè)可變程序控制器。其程序可按需要編排，行程能很方便改變 [10-15]。3.3 機(jī)械手應(yīng)用按機(jī)械手布局形式分可分為：架空式機(jī)械手、附機(jī)式機(jī)械手、落地式機(jī)械手三種。此外，還有安裝在自動(dòng)線料道上或料道旁，實(shí)現(xiàn)工件上、下料，傳遞轉(zhuǎn)位、轉(zhuǎn)向，粉料等用途的機(jī)械手，他們具有運(yùn)動(dòng)單一、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，位置靈活及精度一般要求較低的特點(diǎn)。機(jī) 械 手 通 常 用 作 機(jī) 床 或 其 他 機(jī) 器 的 附 加 裝 置 ， 如 在 自 動(dòng) 機(jī) 床 或 自 動(dòng) 生 產(chǎn) 線 上 裝卸 和 傳 遞 工 件 ， 在 加 工 中 心 中 更 換 刀 具 等 ， 一 般 沒(méi) 有 獨(dú) 立 的 控 制 裝 置4 課題研究?jī)?nèi)容及進(jìn)度安排4.1 設(shè)計(jì)參數(shù)及技術(shù)要求(1)原始數(shù)據(jù)：(a)生產(chǎn)綱領(lǐng)：100000 件（兩班制生產(chǎn)）(b)自由度（四個(gè)自由度）臂轉(zhuǎn)動(dòng) 180o臂上下運(yùn)動(dòng) 500mm臂伸長(zhǎng)（收縮）500mm手部轉(zhuǎn)動(dòng) ±180o(2)技術(shù)要求(a)坐標(biāo)形式：圓柱坐標(biāo)系(b)臂的運(yùn)動(dòng)行程：伸縮運(yùn)動(dòng) 500mm，回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 180o。(c)運(yùn)動(dòng)速度：使生產(chǎn)率滿足生產(chǎn)綱領(lǐng)的要求即可。(d)控制方式：起止設(shè)定位置。(e)定位精度：±0.5mm。(f)手指握力：392N(g)驅(qū)動(dòng)方式：液壓驅(qū)動(dòng)4.2 課題研究?jī)?nèi)容(1)根據(jù)設(shè)計(jì)要求及原始數(shù)據(jù)，進(jìn)行機(jī)械手抓取機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)；(2)進(jìn)行液壓系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)，并畫(huà)草圖；(3)進(jìn)行機(jī)座機(jī)身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；(4)研究機(jī)械手的定位及平穩(wěn)性；(5)研究機(jī)械手的控制方式。5 結(jié)束語(yǔ)本課題通過(guò)應(yīng)用 AutoCAD 技術(shù)對(duì)機(jī)械手進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和液壓傳動(dòng)原理設(shè)計(jì)。它能實(shí)行自動(dòng)上料運(yùn)動(dòng)；在安裝工件時(shí)，將工件送入卡盤(pán)中的夾緊運(yùn)動(dòng)等。上料機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)速度是按著滿足生產(chǎn)率的要求來(lái)設(shè)定。參 考 文 獻(xiàn)[1] 徐灝.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 3[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,1998.[2] 徐灝.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 4[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,1998.[3] 徐灝.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 5[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,1998.[4] 張建民.工業(yè)機(jī)器人[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，1994.[5] 《工業(yè)機(jī)械手》編寫(xiě)組.工業(yè)機(jī)械手-機(jī)械結(jié)構(gòu)上[M].上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社,2005.[6] 《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》編寫(xiě)組.機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè) 3[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版，1999.[7] 丁樹(shù)模.液壓傳動(dòng)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998.[8] 顏永年.機(jī)械制圖[M].大連：大連理工大學(xué)工程畫(huà)教教研室，1998.[9] 李恒權(quán)，朱明臣，王德云.畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)[M].山東：青島海洋出版社，1990.[10] 王棟梁.機(jī)械基礎(chǔ)[M].北京：機(jī)械基礎(chǔ)，1995.[11] 隆生.Solid Works 設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2004.[12] 黃鶴汀.機(jī)械制造技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998.[13] 吳宗澤,羅圣國(guó).機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：高等教育出版社，2006[14] 李允文.《工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)》[M].機(jī)械工業(yè)出版社,北京，1996.[15] 丁樹(shù)模.《液壓傳動(dòng)》[M].機(jī)械工業(yè)出版社,北京，1992. 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）開(kāi) 題 報(bào) 告２．本課題要研究或解決的問(wèn)題和擬采用的研究手段（途徑）：1 要研究的問(wèn)題了解送料機(jī)械手的特點(diǎn)：根據(jù)送料機(jī)械手的特點(diǎn)，執(zhí)行系統(tǒng)一般包括手部、腕部、臂部、機(jī)身機(jī)座等，其中最主要是運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。機(jī)械手主要由執(zhí)行系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及控制系統(tǒng)三部分組成。手部是夾緊（或吸附、托持）與松開(kāi)工件或工具 的部件，由手指（或吸盤(pán)） ，驅(qū)動(dòng)元件和傳動(dòng)元件等組成。腕部、臂部、機(jī)身是將手部抓取的工件或工具進(jìn)行搬運(yùn)或操作的部件。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是驅(qū)動(dòng)臂部、腕部、手部和機(jī)械手整體運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)作的動(dòng)力裝置，常用的驅(qū)動(dòng)方式有液壓、氣動(dòng)、機(jī)械、電氣或其他的組合?？刂葡到y(tǒng)是支配機(jī)械手按規(guī)定程序和要求進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的裝置，他們主要用來(lái)控制：位置（點(diǎn)位控制或連續(xù)軌跡控制）時(shí)間、速度 和加速度等參數(shù)機(jī)械手與主機(jī)及其它有關(guān)裝置之間的聯(lián)系。2 要采用的手段1) 在學(xué)校圖書(shū)館查閱相關(guān)資料。通過(guò)書(shū)籍和網(wǎng)絡(luò)查找最新的夾具設(shè)計(jì)的發(fā)展動(dòng)向，盡量在保證原來(lái)參數(shù)的基礎(chǔ)上，采用最新的一些結(jié)構(gòu)，這樣才能使設(shè)計(jì)具有實(shí)用性和時(shí)代性。2) 通過(guò)老師的指導(dǎo)。通過(guò)老師的指導(dǎo)，可以便捷地設(shè)計(jì)步驟。3) 通過(guò)瀏覽因特網(wǎng)上的相關(guān)資料。網(wǎng)上有很多關(guān)于機(jī)械手設(shè)計(jì)指導(dǎo)。4) 用相關(guān)的繪圖軟件畫(huà)出零件圖和裝配圖。學(xué)習(xí) AutoCAD、Pro/Engineer 等軟件，繪出零件圖和裝配圖。同時(shí)對(duì)照課題任務(wù)的內(nèi)容和要求，對(duì)具體參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)和計(jì)算，選擇合適的結(jié)構(gòu)和部件，畫(huà)出重要部件或者結(jié)構(gòu)的視圖，同時(shí)通過(guò)指導(dǎo)老師的指導(dǎo)對(duì)每一個(gè)可執(zhí)行的方案進(jìn)行最后的分析和確認(rèn)， 5) 撰寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）開(kāi) 題 報(bào) 告指導(dǎo)教師意見(jiàn)：1．對(duì)“文獻(xiàn)綜述”的評(píng)語(yǔ)：2．對(duì)本課題的深度、廣度及工作量的意見(jiàn)和對(duì)設(shè)計(jì)（論文）結(jié)果的預(yù)測(cè)：指導(dǎo)教師： 年 月 日所在專(zhuān)業(yè)審查意見(jiàn)：負(fù)責(zé)人： 年 月 日 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) （ 論 文 ） 第 Ⅰ 頁(yè) 共 Ⅰ 頁(yè)目 錄1 緒論 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????11.1 機(jī)器人 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????11.2 機(jī)械手 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????21.3 課題研究?jī)?nèi)容及解決手段 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????41.4 課題研究意義 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????42 機(jī)械手的結(jié)構(gòu)方案和驅(qū)動(dòng)方案選型 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????52.1 原始數(shù)據(jù)及資料 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????52.2 料槽形式及分析動(dòng)作要求 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????52.3 機(jī)械手結(jié)構(gòu)及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)選型 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????63 系統(tǒng)各主要組成部分設(shè)計(jì) ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????83.1 抓取機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????83.2 液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????153.3 機(jī)身結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????203.4 機(jī)械手的定位及平穩(wěn)性確定 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????244 傳動(dòng)系統(tǒng)三維造型設(shè)計(jì) ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????274.1 三維造型軟件的概述 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????274.2 送料機(jī)械手三維造型圖 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????29結(jié)論語(yǔ) ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????30致謝 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????31參考文獻(xiàn) ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????32 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) （ 論 文 ） 第 1 頁(yè) 共 35 頁(yè)1 緒論1.1 機(jī)器人目前，工業(yè)機(jī)器人的定義，世界各國(guó)尚未統(tǒng)一，分類(lèi)也不盡相同。最近聯(lián)合國(guó)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織采納了美國(guó)機(jī)器人協(xié)會(huì)給工業(yè)機(jī)器人下的定義：工業(yè)機(jī)器人是一種可重復(fù)編程的多功能操作裝置，可以通過(guò)改變動(dòng)作程序，來(lái)完成各種工作，主要用于搬運(yùn)材料，傳遞工件。參考國(guó)外的定義，結(jié)合我國(guó)的習(xí)慣用語(yǔ)，對(duì)工業(yè)機(jī)器人作如下定義：工業(yè)機(jī)器人是一種機(jī)體獨(dú)立，動(dòng)作自由度較多，程序可靈活變更，能任意定位，自動(dòng)化程度高的自動(dòng)操作機(jī)械。主要用于加工自動(dòng)線和柔性制造系統(tǒng)中傳遞和裝卸工件或夾具 [1]。工業(yè)機(jī)器人以剛性高的手臂為主體，與人相比，可以有更快的運(yùn)動(dòng)速度，可以搬運(yùn)更重的東西，而且定位精度相當(dāng)高，它可以根據(jù)外部來(lái)的信號(hào)，自動(dòng)進(jìn)行各種操作。工業(yè)機(jī)器人是在計(jì)算機(jī)控制下可編程的自動(dòng)機(jī)器。采用工業(yè)機(jī)器人是提高產(chǎn)品質(zhì)量與勞動(dòng)生產(chǎn)率，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化，改善勞動(dòng)條件，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度的一種有效手段。機(jī)器人的誕生和發(fā)展雖只有 30 多年的歷史，但它已應(yīng)用到國(guó)民經(jīng)濟(jì)，民事技術(shù)等眾多的領(lǐng)域，具有廣闊的應(yīng)用和發(fā)展前景，顯示出強(qiáng)大的生命力 [2]。根據(jù)所處的環(huán)境和作業(yè)需求，工業(yè)機(jī)器人具有至少一項(xiàng)或多項(xiàng)擬人功能，如抓取功能或移動(dòng)功能，或兩者兼有之，另外還可能程度不等的具有某些環(huán)境感知功能（如視覺(jué)，力覺(jué)，觸覺(jué)等） 。以及語(yǔ)音功能及至邏輯思維，判斷決策功能等。從而使其能在要求的環(huán)境中代替人進(jìn)行作業(yè)。在工業(yè)機(jī)器人的諸多功能中，抓取和移動(dòng)是最主要的功能。這兩項(xiàng)功能實(shí)現(xiàn)的技術(shù)基礎(chǔ)是精巧的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和良好的伺服控制驅(qū)動(dòng)。本次設(shè)計(jì)就是在這一思維下展開(kāi)的。根據(jù)設(shè)計(jì)內(nèi)容和需求確定圓柱坐標(biāo)型工業(yè)機(jī)器人，利用錐齒輪傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的旋轉(zhuǎn)，利用液壓缸實(shí)現(xiàn)其移動(dòng)以及對(duì)零件的抓取。在步進(jìn)電機(jī)的控制下，機(jī)器達(dá)到精確的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展，由簡(jiǎn)單到復(fù)雜，由初級(jí)到高級(jí)逐步完善，它的發(fā)展過(guò)程可分為三代： 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) （ 論 文 ） 第 2 頁(yè) 共 35 頁(yè)第一代工業(yè)機(jī)器人就是目前工業(yè)中大量使用的示教再現(xiàn)型工業(yè)機(jī)器人，它主要由手部、臂部、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。它的控制方式比較簡(jiǎn)單，應(yīng)用在線編程，即通過(guò)示教存貯信息，工作時(shí)讀出這些信息，向執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，執(zhí)行機(jī)構(gòu)按指令再現(xiàn)示教的操作。第二代機(jī)器人是帶感覺(jué)的機(jī)器人。它具有尋力覺(jué)、觸覺(jué)、視覺(jué)等進(jìn)行反饋的能力。其控制方式較第一代工業(yè)機(jī)器人要復(fù)雜得多，這種機(jī)器人從 1980 年開(kāi)始進(jìn)入了實(shí)用階段，不久即將普及應(yīng)用。第三代工業(yè)機(jī)器人即智能機(jī)器人。這種機(jī)器人除了具有觸覺(jué)、視覺(jué)等功能外，還能夠根據(jù)人給出的指令認(rèn)識(shí)自身和周?chē)沫h(huán)境，識(shí)別對(duì)象的有無(wú)及其狀態(tài)，再根據(jù)這一識(shí)別自動(dòng)選擇程序進(jìn)行操作，完成規(guī)定的任務(wù)。并且能跟蹤工作對(duì)象的變化，具有適應(yīng)工作環(huán)境的功能。這種機(jī)器人還處于研制階段，尚未大量投入工業(yè)應(yīng)用 [2-4]。1.2 機(jī)械手機(jī)械手，顧名思義，是指能模仿人手的部分動(dòng)作，用以完成某些抓放，搬運(yùn)物件或操縱工具等工作的自動(dòng)化機(jī)械裝置。機(jī)械手通常用附屬于它所服務(wù)的設(shè)備，動(dòng)作程序固定，多數(shù)沒(méi)有獨(dú)立的控制系統(tǒng)，其控制裝置包括在主機(jī)的控制系統(tǒng)（不包括工業(yè)機(jī)器人） 。 機(jī)械手（以及工業(yè)機(jī)器人）在機(jī)械加工自動(dòng)化方面的應(yīng)用主要有：自動(dòng)上、下料和自動(dòng)換刀 [3]。1.2.1 機(jī)械手的組成執(zhí)行系統(tǒng)一般包括手部、腕部、臂部、機(jī)身機(jī)座等，其中最主要是運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。機(jī)械手主要由執(zhí)行系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及控制系統(tǒng)三部分組成。手部是夾緊（或吸附、托持）與松開(kāi)工件或工具 的部件，由手指（或吸盤(pán)） ，驅(qū)動(dòng)元件和傳動(dòng)元件等組成。腕部、臂部、機(jī)身是將手部抓取的工件或工具進(jìn)行搬運(yùn)或操作的部件。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是驅(qū)動(dòng)臂部、腕部、手部和機(jī)械手整體運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)作的動(dòng)力裝置，常用的驅(qū)動(dòng)方式有液壓、氣動(dòng)、機(jī)械、電氣或其他的組合?？刂葡到y(tǒng)是支配機(jī)械手按規(guī)定程序和要求進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的裝置，他們主要用來(lái)控制： 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) （ 論 文 ） 第 3 頁(yè) 共 35 頁(yè)位置（點(diǎn)位控制或連續(xù)軌跡控制）時(shí)間、速度和加速度等參數(shù)機(jī)械手與主機(jī)及其它有關(guān)裝置之間的聯(lián)系 [3]。1.2.2 機(jī)械手的應(yīng)用按機(jī)械手布局形式分可分為：架空式機(jī)械手、附機(jī)式機(jī)械手、落地式機(jī)械手三種。此外，還有安裝在自動(dòng)線料道上或料道旁，實(shí)現(xiàn)工件上、下料，傳遞轉(zhuǎn)位、轉(zhuǎn)向，粉料等用途的機(jī)械手，他們具有運(yùn)動(dòng)單一、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，位置靈活及精度一般要求較低的特點(diǎn)。 機(jī) 械 手 通 常 用 作 機(jī) 床 或 其 他 機(jī) 器 的 附 加 裝 置 ， 如 在 自 動(dòng) 機(jī) 床 或 自 動(dòng) 生 產(chǎn) 線 上裝 卸 和 傳 遞 工 件 ， 在 加 工 中 心 中 更 換 刀 具 等 ， 一 般 沒(méi) 有 獨(dú) 立 的 控 制 裝 置 [3]。1.2.3 機(jī)械手的分類(lèi)(1)根據(jù)所承擔(dān)的作業(yè)的特點(diǎn)，工業(yè)機(jī)械手可分為以下三類(lèi)：(a)承擔(dān)搬運(yùn)工作的機(jī)械手：這種機(jī)械手在主要工藝設(shè)備運(yùn)行時(shí)，用來(lái)完成輔助作業(yè)，如裝卸毛坯、工件和工夾具。(b)生產(chǎn)工業(yè)用機(jī)械手：可用于完成工藝過(guò)程中的主要作業(yè)，如裝配、焊接、涂漆、彎曲、切斷等。(c)通用工業(yè)機(jī)械手：其用途廣泛，可以完成各種工藝作業(yè) [9]。(2)按功能分類(lèi):(a)專(zhuān)用機(jī)械手：它是附屬于主機(jī)的具有固定程序而無(wú)獨(dú)立控制系統(tǒng)的機(jī)械裝置。專(zhuān)用機(jī)械手具有動(dòng)作少，工作對(duì)象單一，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)用可靠和造價(jià)低等特點(diǎn)，適用于大批大量的自動(dòng)化生產(chǎn)，如自動(dòng)機(jī)床，自動(dòng)線的上、下料機(jī)械手和“加工中心”附屬的自動(dòng)換刀機(jī)械手。(b)通用機(jī)械手：又稱(chēng)工業(yè)機(jī)器人。它是一種具有獨(dú)立控制系統(tǒng)的機(jī)械裝置。具有程序可變、工作范圍大、定位精度高、通用性強(qiáng)的特點(diǎn)，適用于不斷變換品種的中小批量自動(dòng)化的生產(chǎn)。(c)示教再現(xiàn)機(jī)械手：采用示教法編程的通用機(jī)械手。所謂示教，即由人通過(guò)手動(dòng)控制， “拎著”機(jī)械手做一遍操作示范，完成全部動(dòng)作后，其儲(chǔ)存裝置即能記憶下 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) （ 論 文 ） 第 4 頁(yè) 共 35 頁(yè)來(lái)。機(jī)械手手可按示范操作的程序行程進(jìn)行重復(fù)的再現(xiàn)工作。(3)按驅(qū)動(dòng)方式分：(a)氣力驅(qū)動(dòng)式的機(jī)器人：氣源壓力一般只有 60Mpa 左右，適宜抓舉力較小的場(chǎng)合。(b)液力驅(qū)動(dòng)式的機(jī)器人：結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)平穩(wěn)且動(dòng)作靈敏，但對(duì)密封的要求較高，且不宜在高溫或低溫的場(chǎng)合工作，要求的制造精度較高，成本較高。(c)電力驅(qū)動(dòng)式的機(jī)器人：無(wú)環(huán)境污染，易于控制，運(yùn)動(dòng)精度高，成本低，驅(qū)動(dòng)效率高等優(yōu)點(diǎn)，其運(yùn)用最為廣泛。(d)新型驅(qū)動(dòng)式的機(jī)器人：例如靜電驅(qū)動(dòng)器，壓電驅(qū)動(dòng)器，形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器，人工肌肉及光驅(qū)動(dòng)器等(4)按控制方式分:(a)固定程序機(jī)械手：控制系統(tǒng)是一個(gè)固定程序的控制器。程序簡(jiǎn)單，程序數(shù)少，而且是固定的，行程可調(diào)但不能任意點(diǎn)定位。(b)可編程序機(jī)械手：控制系統(tǒng)是一個(gè)可變程序控制器。其程序可按需要編排，行程能很方便改變 [9]。1.3 課題研究?jī)?nèi)容及解決手段(1)根據(jù)設(shè)計(jì)要求及原始數(shù)據(jù)，進(jìn)行機(jī)械手抓取機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)；(2)進(jìn)行液壓系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)，并畫(huà)草圖；(3)進(jìn)行機(jī)座機(jī)身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；(4)研究機(jī)械手的定位及平穩(wěn)性；(5)研究機(jī)械手的控制方式。1.4 課題研究意義(1)培養(yǎng)學(xué)生綜合分析和解決本專(zhuān)業(yè)的一般工程技術(shù)問(wèn)題的獨(dú)立工作能力，拓寬和深化學(xué)生的知識(shí)。 (2)培養(yǎng)學(xué)生樹(shù)立正確的設(shè)計(jì)思想，設(shè)計(jì)構(gòu)思和創(chuàng)新思維，掌握工程設(shè)計(jì)的一般程序規(guī)范和方法。(3)培養(yǎng)學(xué)生樹(shù)立正確的設(shè)計(jì)思想和使用技術(shù)資料、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)等手冊(cè)、圖冊(cè)工具書(shū)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，數(shù)據(jù)處理，編寫(xiě)技術(shù)文件等方面的工作能力。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) （ 論 文 ） 第 5 頁(yè) 共 35 頁(yè)(4)培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行調(diào)查研究，面向?qū)嶋H，面向生產(chǎn)，向工人和技術(shù)人員學(xué)習(xí)的基本工作態(tài)度，工作作風(fēng)和工作方法。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) （ 論 文 ） 第 6 頁(yè) 共 35 頁(yè)2 機(jī)械手的結(jié)構(gòu)方案和驅(qū)動(dòng)方案選型2.1 原始數(shù)據(jù)及資料(1)原始數(shù)據(jù)：(a)生產(chǎn)綱領(lǐng)：100000 件（兩班制生產(chǎn)）(b)自由度（四個(gè)自由度）臂轉(zhuǎn)動(dòng) 180o臂上下運(yùn)動(dòng) 500mm臂伸長(zhǎng)（收縮）500mm手部轉(zhuǎn)動(dòng) ±180o(2)技術(shù)要求主要參數(shù)的確定：(a)坐標(biāo)形式：圓柱坐標(biāo)系(b)臂的運(yùn)動(dòng)行程：伸縮運(yùn)動(dòng) 500mm，回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 180o。(c)運(yùn)動(dòng)速度：使生產(chǎn)率滿足生產(chǎn)綱領(lǐng)的要求即可。(d)控制方式：起止設(shè)定位置。(e)定位精度：±0.5mm。(f)手指握力：392N(g)驅(qū)動(dòng)方式：液壓驅(qū)動(dòng)。2.2 料槽形式及分析動(dòng)作要求(1)料槽形式由于工件的形狀屬于小型回轉(zhuǎn)體，此種形狀的零件通常采用自重輸送的輸料槽,如圖 2.1 所示，該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需要其它動(dòng)力源和特殊裝置，所以本課題采用此種輸料槽。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) （ 論 文 ） 第 7 頁(yè) 共 35 頁(yè)圖 2.1 機(jī)械手安裝簡(jiǎn)易圖(2)動(dòng)作要求分析如圖 2.2 所示動(dòng)作一：送 料動(dòng)作二：預(yù)夾緊動(dòng)作三：手臂上升動(dòng)作四：手臂旋轉(zhuǎn)動(dòng)作五：小臂伸長(zhǎng)動(dòng)作六：手腕旋轉(zhuǎn)預(yù)夾緊手臂上升手臂旋轉(zhuǎn)小臂伸長(zhǎng) 手腕旋轉(zhuǎn)手臂轉(zhuǎn)回圖 2.2 機(jī)械手動(dòng)作簡(jiǎn)易圖2.3 機(jī)械手結(jié)構(gòu)及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)選型本課題所設(shè)計(jì)的機(jī)械手為通用型的機(jī)械手，其中坐標(biāo)系為圓柱坐標(biāo)系結(jié)構(gòu)。由于本課題的工件是圓柱狀棒料，所以采用夾持式手部設(shè)計(jì)方案。手部部分由手指和 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) （ 論 文 ） 第 8 頁(yè) 共 35 頁(yè)傳力機(jī)構(gòu)所構(gòu)成，手指與工件接觸而傳力機(jī)構(gòu)則通過(guò)手指夾緊力來(lái)完成夾放工件的任務(wù)。其他部分則按照一般工業(yè)生產(chǎn)所采用的通用形式進(jìn)行設(shè)計(jì)。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)選用電機(jī)驅(qū)動(dòng)和液壓驅(qū)動(dòng)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)用于機(jī)座的旋轉(zhuǎn)和手臂的上下移動(dòng)，液壓驅(qū)動(dòng)用于手臂的伸縮和機(jī)械手的夾取和翻轉(zhuǎn) [3]。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) （ 論 文 ） 第 9 頁(yè) 共 35 頁(yè)3 系統(tǒng)各主要組成部分設(shè)計(jì)3.1 抓取機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1.1 手部設(shè)計(jì)計(jì)算(1)對(duì)手部設(shè)計(jì)的要求(a)有適當(dāng)?shù)膴A緊力手部在工作時(shí)，應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膴A緊力，以保證夾持穩(wěn)定可靠，變形小，且不損壞工件的已加工表面。對(duì)于剛性很差的工件夾緊力大小應(yīng)該設(shè)計(jì)得可以調(diào)節(jié)，對(duì)于笨重的工件應(yīng)考慮采用自鎖安全裝置。(b)有足夠的開(kāi)閉范圍夾持類(lèi)手部的手指都有張開(kāi)和閉合裝置。工作時(shí)，一個(gè)手指開(kāi)閉位置以最大變化量稱(chēng)為開(kāi)閉范圍。對(duì)于回轉(zhuǎn)型手部手指開(kāi)閉范圍，可用開(kāi)閉角和手指夾緊端長(zhǎng)度表示。手指開(kāi)閉范圍的要求與許多因素有關(guān)，如工件的形狀和尺寸，手指的形狀和尺寸，一般來(lái)說(shuō)，如工作環(huán)境許可，開(kāi)閉范圍大一些較好，如圖 3.1 所示。圖 3.1 機(jī)械手開(kāi)閉示例簡(jiǎn)圖 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) （ 論 文 ） 第 10 頁(yè) 共 35 頁(yè)(c) 力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕，體積小手部處于腕部的最前端，工作時(shí)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)多變，其結(jié)構(gòu)，重量和體積直接影響整個(gè)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)，抓重，定位精度，運(yùn)動(dòng)速度等性能。因此，在設(shè)計(jì)手部時(shí)，必須力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕，體積小。(d) 手指應(yīng)有一定的強(qiáng)度和剛度(e)其它要求：因此送料，夾緊機(jī)械手，根據(jù)工件的形狀，采用最常用的外卡式兩指鉗爪，夾緊方式用常閉史彈簧夾緊，松開(kāi)時(shí)，用單作用式液壓缸。此種結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，制造方便。(2)拉緊裝置 [4]如圖 3.2 所示：油缸右腔停止進(jìn)油時(shí)，彈簧力夾緊工件，油缸右腔進(jìn)油時(shí)松開(kāi)工件。圖 3.2 油缸示意圖(a)右腔推力為（3.1）??PDFp24/??= 3105.?=4908.7N(b)根據(jù)鉗爪夾持的方位，查出當(dāng)量夾緊力計(jì)算公式為：P 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) （ 論 文 ） 第 11 頁(yè) 共 35 頁(yè)（3.3）??NabF???21cos/2?其中 N′ =4 98N=392N，帶入公式 2.2 得：??21s/=(2 150/50) （cos30o）2 392??=1764N則實(shí)際加緊力為 F1實(shí)際= PK1K2/η （3.3）=1764 1.5 1.1/0.85=3424N?經(jīng)圓整 F1=3500N由公式 得：??pbaN????cos/2a=50.5 mmb=72 mm(c)計(jì)算手部活塞桿行程長(zhǎng) L,即???tgDL2/?（3.4）=25×tg30o=23.1mm經(jīng)圓整取 l=25mm(d)確定“V”型鉗爪的 L、 β [3]。取 L/Rcp=3 （3.5）式中： Rcp=P/4=200/4=50 （3.6）由公式（3.5） （3.6）得： L=3×Rcp=150取“V”型鉗口的夾角 2α =120o，則偏轉(zhuǎn)角 β 按最佳偏轉(zhuǎn)角來(lái)確定，查表得：β =22o39′(5)機(jī)械運(yùn)動(dòng)范圍（速度） 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) （ 論 文 ） 第 12 頁(yè) 共 35 頁(yè)(a)伸縮運(yùn)動(dòng) Vmax=500mm/sVmin=50mm/s(b)上升運(yùn)動(dòng) Vmax=500mm/sVmin=40mm/s(c)下降 Vmax=800mm/sVmin=80mm/s(d)回轉(zhuǎn) =90o/smaxW=30o/sin所以取手部驅(qū)動(dòng)活塞速度 V=60mm/s (6)手部右腔流量SVQ?（3.7）=60 2r?=60×3.14×252=1177.5mm3/s(7)手部工作壓強(qiáng)（3.8SFP/1?）=3500/1962.5=1.78Mpa機(jī)械手手部的尺寸如圖 3.3 所示： 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) （ 論 文 ） 第 13 頁(yè) 共 35 頁(yè)圖 3.3 尺寸示意圖3.1.2 腕部設(shè)計(jì)計(jì)算腕部是聯(lián)結(jié)手部和臂部的部件，腕部運(yùn)動(dòng)主要用來(lái)改變被夾物體的方位，它動(dòng)作靈活，轉(zhuǎn)動(dòng)慣性小。本課題腕部具有回轉(zhuǎn)這一個(gè)自由度，可采用具有一個(gè)活動(dòng)度的回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu)。要求：回轉(zhuǎn)±90o角速度 =45o/s?以最大負(fù)荷計(jì)算：當(dāng)工件處于水平位置時(shí)，擺動(dòng)缸的工件扭矩最大，采用估算法，工件重 10kg，長(zhǎng)度 l =650mm。如圖 3.4 所示。(1)計(jì)算扭矩 [4]1?設(shè)重力集中于離手指中心 200mm 處，即扭矩 為：1?（3.9SF??1）=10×9.8×0.2=19.6（N·M）工件 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) （ 論 文 ） 第 14 頁(yè) 共 35 頁(yè)FSF圖 3.4 腕部受力簡(jiǎn)圖(2)油缸（伸縮）及其配件的估算扭矩 [4]2?F =5kg S =10cm帶入公式 2.9 得=5×9.8×0.1 =4.9（N·M） ??2(3)擺動(dòng)缸的摩擦力矩 [4]摩=300（N ） （估算值）摩FS=20mm （估算值）= ×S =6（N·M）摩?摩(4)擺動(dòng)缸的總摩擦力矩 [4]= + + （3.1012摩）=30.5（N·M） (5)由公式（3.11??8/10621????mAbPT?）其中： b—葉片密度，這里取 b=3cm；—擺動(dòng)缸內(nèi)徑, 這里取 =10cm；1A?1A—轉(zhuǎn)軸直徑, 這里取 =3cm。mm? 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) （ 論 文 ） 第 15 頁(yè) 共 35 頁(yè)所以代入（3.11）公式 ??62108????mAbTP?=8×30.5/0.03×（0.12-0.032）×10 6=0.89Mpa又因?yàn)???bAQWm21/8???所以 8/21m=（ π /4） （0.12-0.032）×0.03/8=0.27×10-4m3/s=27ml/s3.1.3 臂伸縮機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)手臂是機(jī)械手的主要執(zhí)行部件。它的作用是支撐腕部和手部，并帶動(dòng)它們?cè)诳臻g運(yùn)動(dòng)。臂部運(yùn)動(dòng)的目的，一般是把手部送達(dá)空間運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)的任意點(diǎn)上，從臂部的受力情況看，它在工作中即直接承受著腕部、手部和工件的動(dòng)、靜載荷，而且自身運(yùn)動(dòng)又較多，故受力較復(fù)雜。機(jī)械手的精度最終集中在反映在手部的位置精度上。所以在選擇合適的導(dǎo)向裝置和定位方式就顯得尤其重要了 [5]。手臂的伸縮速度為 200m/s行程 L=500mm(1)手臂右腔流量，公式（3.7）得： SVQ?=200×π ×402=1004800mm3/s=0.1/102m3/s=1000ml/s(2)手臂右腔工作壓力，公式（3.8） 得： 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) （ 論 文 ） 第 16 頁(yè) 共 35 頁(yè)（2.12SFP/?）式中： F ——取工件重和手臂活動(dòng)部件總重，估算 F =10+20=30kg， =1000N。摩所以代入公式（3.12）得： ??SFP/摩??=（30×9.8+1000）/ π ×402=0.26Mpa(3)繪制機(jī)構(gòu)工作參數(shù)表如表 3.1 所示：表 3.1 機(jī)構(gòu)工作參數(shù)表機(jī)構(gòu)名稱(chēng) 工作速度 行程 工作壓力 流量手部抓緊腕部回轉(zhuǎn)小臂伸縮60mm/s45°/s200mm/s25mm±90°500mm1.78 Mpa0.89 Mpa0.26Mpa117.8m/s27m/s1000ml/s(4)由初步計(jì)算選液壓泵所需液壓最高壓力 P =1.78Mpa所需液壓最大流量 Q =1000ml/s選取 CB-D 型液壓泵（齒輪泵）此泵工作壓力為 10Mpa，轉(zhuǎn)速為 1800r/min，工作流量 Q 在 32—70ml/r 之間，可以滿足需要。(5)驗(yàn)算腕部擺動(dòng)缸：（3.13??8/10621???mAPDT??）（3.14bWm21/8?） 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) （ 論 文 ） 第 17 頁(yè) 共 35 頁(yè)式中： —機(jī)械效率?。? 0.85～0.9mH—容積效率取： 0.7～0.95v所以代入公式（3.13）得：T =0.89×0.03×（0.12-0.032）×0.85×10 6/8=25.8（N·M）T < M=30.5（N·M）代入公式（3.14）得：W =（8×27×10 -6）×0.85/（0.12-0.032）×0.03=0.673rad/sW <π /4≈0.785rad/s因此，取腕部回轉(zhuǎn)油缸工作壓力 P =1Mpa流量 Q =35ml/s圓整其他缸的數(shù)值：手部抓取缸工作壓力 =2Mpa 1流量 =120ml/s小臂伸縮缸工作壓力 =0.25Mpa 2P流量 =1000ml/sQ3.2 液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)液壓控制室機(jī)械手的一種主要的控制形式。機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)速度和操作室根據(jù)油的流量與壓力來(lái)確定，因而只要控制油的流量和壓力，就可以控制機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)速度和操作力，油壓壓力一般在 5—140 公斤/厘米范圍內(nèi)，最大臂力可達(dá) 160 公斤以上。主要優(yōu)點(diǎn)：(1)液壓執(zhí)行元件(馬達(dá)和油缸)結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，功率小。(2)可通過(guò)液壓油帶走大量熱能，保證機(jī)械的正常運(yùn)行，并由于液壓油的潤(rùn)滑作用，可延長(zhǎng)元件的使用壽命。(3)液壓元件有直線位移式和旋轉(zhuǎn)式二種，適用范圍較廣，其控制速度的區(qū)間也 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) （ 論 文 ） 第 18 頁(yè) 共 35 頁(yè)比較寬。只要通過(guò)閥和泵的調(diào)節(jié)就能實(shí)現(xiàn)開(kāi)環(huán)和閉環(huán)的控制系統(tǒng)。(4)響應(yīng)速度比較快，能高速啟動(dòng)，制動(dòng)和反向，無(wú)后滯現(xiàn)象。其力矩一慣量比也較大，因而其加速度能力較強(qiáng)。(5)液壓元件于其他驅(qū)動(dòng)元件相比，剛度較大，位置誤差小，定位精度高，而且耐振動(dòng)等。缺點(diǎn):(1)液壓控制需要一套液壓系統(tǒng)，不像電力容易獲得，而且價(jià)格較貴。(2)油溫有上限，并難以保持不漏，比較臟，易于使閥和執(zhí)行元件堵塞。(3)控制系統(tǒng)比較復(fù)雜，處理功率訊號(hào)的數(shù)學(xué)運(yùn)算誤差，檢測(cè)，放大，測(cè)試和補(bǔ)償功能不如電子，機(jī)電裝置靈活簡(jiǎn)便 [4-6]。3.2.1 手部抓取缸圖 3.5 手部抓取缸液壓原理圖(1)手部抓取缸液壓原理圖如圖 3.5 所示(2)泵的供油壓力 P 取 10Mpa，流量 Q 取系統(tǒng)所需最大流量即 Q =1300ml/s。因此，需裝圖 3.1 中所示的調(diào)速閥，流量定為 7.2L/min，工作壓力 P=2Mpa。選取采用： YF-B10B 溢流閥2FRM5-20/102 調(diào)速閥 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) （ 論 文 ） 第 19 頁(yè) 共 35 頁(yè)23E1-10B 二位三通閥3.2.2 腕部擺動(dòng)液壓回路4圖 3.6 腕部擺動(dòng)液壓回路(1)腕部擺動(dòng)缸液壓原理圖如圖 3.6 所示(2)工作壓力: P=1Mpa流量: Q=35ml/s選取采用:2FRM5-20/102 調(diào)速閥34E1-10B 換向閥YF-B10B 溢流閥3.2.3 小臂伸縮缸液壓回路 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) （ 論 文 ） 第 20 頁(yè) 共 35 頁(yè)臂部伸縮缸 52圖 3.7 小臂伸縮缸液壓回路(1)小臂伸縮缸液壓原理圖如圖 3.7 所示(2)工作壓力: P =0.25Mpa流量: Q =1000ml/s選取采用： YF-B10B 溢流閥2FRM5-20/102 調(diào)速閥23E1-10B 二位三通閥3.2.4 總體系統(tǒng)圖 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) （ 論 文 ） 第 21 頁(yè) 共 35 頁(yè)圖 3.8 總體系統(tǒng)圖(1)總體系統(tǒng)圖如圖 3.8 所示,(2)工作過(guò)程:小臂伸長(zhǎng)→手部抓緊→腕部回轉(zhuǎn)→小臂回轉(zhuǎn)→小臂收縮→手部放松(3)電磁鐵動(dòng)作順序表:表 3.2 總體系統(tǒng)圖元件動(dòng)作1DT 2DT 3DT 4DT 5DT小臂伸長(zhǎng)手部抓緊腕部回轉(zhuǎn)小臂收縮手部放松卸荷-----++++--±+---+±--+--±-----±(4)確電機(jī)規(guī)格：液壓泵選取 CB-D 型液壓泵，額定壓力 P =10Mpa，工作流量在 32～70ml/r 之間。選取 80L/min 為額定流量的泵，因此：傳動(dòng)功率 （3.15?/QPN?? 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) （ 論 文 ） 第 22 頁(yè) 共 35 頁(yè)）式中： η =0.8 （經(jīng)驗(yàn)值）所以代入公式（3.15）得：N =10×80×103×106/60×0.8=16.7KN選取電動(dòng)機(jī) JQZ-61-2 型電動(dòng)機(jī)，額定功率 17KW，轉(zhuǎn)速為 2940r/min。3.3 機(jī)身結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)機(jī)身是直接支承和傳動(dòng)手臂的部件。一般實(shí)現(xiàn)臂部的升降、回轉(zhuǎn)或俯仰等運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置或傳動(dòng)件都安裝在機(jī)身上，或者就直接構(gòu)成機(jī)身的軀干與底座相連。因此，臂部的運(yùn)動(dòng)愈多，機(jī)身的結(jié)構(gòu)和受力情況就愈復(fù)雜，機(jī)身既可以是固定式的，也可以 是行走式的,如圖 3.9 所示。圖 3.9 機(jī)身機(jī)座結(jié)構(gòu)圖臂部和機(jī)身的配置形式基本上反映了機(jī)械手的總體布局。本課題機(jī)械手的機(jī)身設(shè)計(jì)成機(jī)座式，這樣機(jī)械手可以是獨(dú)立的，自成系統(tǒng)的完整裝置，便于隨意安放和 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) （ 論 文 ） 第 23 頁(yè) 共 35 頁(yè)搬動(dòng)，也可具有行走機(jī)構(gòu)。臂部配置于機(jī)座立柱中間，多見(jiàn)于回轉(zhuǎn)型機(jī)械手。臂部可沿機(jī)座立柱作升降運(yùn)動(dòng)，獲得較大的升降行程。升降過(guò)程由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)螺柱旋轉(zhuǎn)。由螺柱配合導(dǎo)致了手臂的上下運(yùn)動(dòng)。手臂的回轉(zhuǎn)由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)減速器軸上的齒輪旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)了機(jī)身的旋轉(zhuǎn)，從而達(dá)到了自由度的要求 [7-9]。3.3.1 電機(jī)的選擇機(jī)身部使用了兩個(gè)電機(jī)，其一是帶動(dòng)臂部的升降運(yùn)動(dòng)；其二是帶動(dòng)機(jī)身的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。帶動(dòng)臂部升降運(yùn)動(dòng)的電機(jī)安裝在肋板上，帶動(dòng)機(jī)身回轉(zhuǎn)的電機(jī)安裝在混凝土地基上。帶動(dòng)臂部升降的電機(jī)：初選上升速度 V =100mm/sP =6KW所以 n =（100/6）×60=1000 轉(zhuǎn)/分選擇 Y90S-4 型電機(jī)，屬于籠型異步電動(dòng)機(jī)。采用 B 級(jí)絕緣，外殼防護(hù)等級(jí)為IP44，冷卻方式為 I（014）即全封閉自扇冷卻，額定電壓為 380V，額定功率為50HZ。如表 3.3 Y90S-4 電動(dòng)機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)所示：表 3.3 Y90S-4 電動(dòng)機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)滿載時(shí) 堵轉(zhuǎn)電流堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩型號(hào) 額定功率 KW 電流 A 轉(zhuǎn)速r/min效率% 功率因素額定電流額定轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩Y90S-4 1.1 2.7 1400 79 0.78 6.5 2.2 2.23.3.2 減速器的選擇 [10]減速器的原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)之間的獨(dú)立的閉式傳動(dòng)裝置。用來(lái)降低轉(zhuǎn)速和增轉(zhuǎn)矩，以滿足工作需要。初選 WD80 型圓柱蝸桿減速器。WD 為蝸桿下置式一級(jí)傳動(dòng)的阿基米德圓柱蝸桿減速器。蝸桿的材料為 38siMnMo 調(diào)質(zhì) 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) （ 論 文 ） 第 24 頁(yè) 共 35 頁(yè)蝸輪的材料為 ZQA19-4中心矩 a=80Ms×q=4.0×11 （3.16）傳動(dòng)比 I =30傳動(dòng)慣量 0.265×10ˉ3kg·m23.3.3 螺柱的設(shè)計(jì)與校核 [11]螺桿是機(jī)械手的主支承件，并傳動(dòng)使手臂上下運(yùn)動(dòng)。螺桿的材料選擇：從經(jīng)濟(jì)角度來(lái)講并能滿足要求的材料為鑄鐵。螺距 P =6mm 梯形螺紋螺紋的工作高度 h =0.5P （3.17）=3mm螺紋牙底寬度 b =0.65P=0.65×6=3.9mm （3.18）螺桿強(qiáng)度 〖11〗 = σs/3～5 （3.19???）=150/3～5=30～50Mpa螺紋牙剪切 =40???彎曲 =45～55b?(1)當(dāng)量應(yīng)力(3.20)????????????????????23121.04dTdF式中 T——傳遞轉(zhuǎn)矩 N·mm[σ]——螺桿材料的許用應(yīng)力 所以代入公式（3.20）得： 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) （ 論 文 ） 第 25 頁(yè) 共 35 頁(yè)= ? 23121 ).0/68.90(3)/8.9204( dd????= 1 5~.6(5?=（2495/ d 12）2+3（61.2/ d 13）2≤900～2500×10 12=6225025/d14+11236/d16≤900～2500×10 126225025d12+11236≤900d 16×10126225025×0.0292+11236≤900×0.029 6×1012即 16471pa＜535340pa合格(2)剪切強(qiáng)度=160/6 （旋合圈數(shù)） （3.21）PHZ/?bzdF1??（3.22）=200×9.8/π×0.029×3.9×（160/6）×10 -3=206.8×103pa=0.206Mpa＜[τ]=40Mpa(3)彎曲強(qiáng)度 zbdFhb21/3???=3×200×9.8×3/π×2.9×3.9 2×（160/6）=0.48Mpa＜[σ]=45Mpa合格3.3.4 機(jī)座的機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖帶動(dòng)機(jī)身回轉(zhuǎn)的電機(jī)：初選轉(zhuǎn)速 W =60o/sN =1/6 轉(zhuǎn)/秒=10 轉(zhuǎn)/分由于齒輪 I =3減速器 I =30 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) （ 論 文 ） 第 26 頁(yè) 共 35 頁(yè)所以 n =10×3×30=900 轉(zhuǎn)/分選擇 Y90L-6 型籠型異步電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)采用 B 級(jí)絕緣。外殼防護(hù)等級(jí)為 IP44，冷卻方式為 I（014）即全封閉自扇冷卻，額定電壓為 380V，額定功率為 50HZ。如表 3.4 Y90S-6 電動(dòng)機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)所示：表 3.4 Y90L-6 電動(dòng)機(jī)技術(shù)滿載時(shí) 堵轉(zhuǎn)電流堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩型號(hào) 額定功率 KW電流A轉(zhuǎn)速r/min效率%功率因素額定電流額定轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩Y9OL-6 1.1 3.2 910 73.5 0.72 6.0 2.0 2.0機(jī)座的機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖 3.10 所示:圖 3.10 機(jī)座結(jié)構(gòu)圖3.4 機(jī)械手的定位及平穩(wěn)性確定3.4.1 常用的定位方式機(jī)械擋塊定位是在行程終點(diǎn)設(shè)置機(jī)械擋塊。當(dāng)機(jī)械手經(jīng)減速運(yùn)行到終點(diǎn)時(shí)，緊靠擋塊而定位。若定位前已減速，定位時(shí)驅(qū)動(dòng)壓力未撤除，在這種情況下，機(jī)械擋塊定位能達(dá) 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) （ 論 文 ） 第 27 頁(yè) 共 35 頁(yè)到較高的重復(fù)精度。一般可高于±0.5mm，若定位時(shí)關(guān)閉驅(qū)動(dòng)油路而去掉工作壓力，這時(shí)機(jī)械手可能被擋塊碰回一個(gè)微小距離，因而定位精度變低 [12]。3.4.2 影響平穩(wěn)性和定位精度的因素機(jī)械手能否準(zhǔn)確地工作，實(shí)際上是一個(gè)三維空間的定位問(wèn)題，是若干線量和角量定位的組合。在許多較簡(jiǎn)單情況下，單個(gè)量值可能是主要的。影響單個(gè)線量或角量定位誤差的因素如下：(1)定位方式不同的定位方式影響因素不同。如機(jī)械擋塊定位時(shí)，定位精度與擋塊的剛度和碰接擋塊時(shí)的速度等因素有關(guān)。(2)定位速度定位速度對(duì)定位精度影響很大。這是因?yàn)槎ㄎ凰俣炔煌瑫r(shí)，必須耗散的運(yùn)動(dòng)部件的能量不同。通常，為減小定位誤差應(yīng)合理控制定位速度，如提高緩沖裝置的緩沖性能和緩沖效率，控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)使運(yùn)動(dòng)部件適時(shí)減速。(3)精度機(jī)械手的制造精度和安裝調(diào)速精度對(duì)定位精度有直接影響。(4)剛度機(jī)械手本身的結(jié)構(gòu)剛度和接觸剛度低時(shí)，因易產(chǎn)生振動(dòng)，定位精度一般較低。(5)運(yùn)動(dòng)件的重量運(yùn)動(dòng)件的重量包括機(jī)械手本身的重量和被抓物的重量。運(yùn)動(dòng)件重量的變化對(duì)定位精度影響較大。通常，運(yùn)動(dòng)件重量增加時(shí)，定位精度降低。因此，設(shè)計(jì)時(shí)不僅要減小運(yùn)動(dòng)部件本身的重量，而且要考慮工作時(shí)抓重變化的影響。(6)驅(qū)動(dòng)源液壓、氣壓的壓力波動(dòng)及電壓、油溫、氣溫的波動(dòng)都會(huì)影響機(jī)械手的重復(fù)定位精度。因此，采用必要的穩(wěn)壓及調(diào)節(jié)油溫措施。如用蓄能器穩(wěn)定油壓，用加熱器或冷卻器控制油溫，低速時(shí)，用溫度、壓力補(bǔ)償流量控制閥控制。(7)控制系統(tǒng)開(kāi)關(guān)控制、電液比例控制和伺服控制的位置控制精度是個(gè)不相同的。這不僅是因?yàn)楦鞣N控制元件的精度和靈敏度不同，而且也與位置反饋裝置的有無(wú)有關(guān) [13]。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) （ 論 文 ） 第 28 頁(yè) 共 35 頁(yè)本課題所采用的定位精度為機(jī)械擋塊定位。3.4.3 機(jī)械手運(yùn)動(dòng)的緩沖裝置緩沖裝置分為內(nèi)緩沖和外緩沖兩種形式。內(nèi)緩沖形式有油缸端部緩沖裝置和緩沖回路等。外緩沖形式有彈性機(jī)械元件和液壓緩沖器。內(nèi)緩沖的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，緊湊。但有時(shí)安置位置有限；外緩沖的優(yōu)點(diǎn)是安置位置靈活，簡(jiǎn)便，緩沖性能好調(diào)等，但結(jié)構(gòu)較龐大。本課題所采用的緩沖裝置為油缸端部緩沖裝置。當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)到距油缸端蓋某一距離時(shí)能在活塞與端蓋之間形成一個(gè)緩沖室。利用節(jié)流的原理使緩沖室產(chǎn)生臨時(shí)背壓阻力，以使運(yùn)動(dòng)減速直至停止，而避免硬性沖擊的裝置，稱(chēng)為油缸端部緩沖裝置 [12-15]。在緩沖行程中，節(jié)流口恒定的，稱(chēng)為恒節(jié)流式油缸端部緩沖裝置。設(shè)計(jì)油缸端部恒節(jié)流緩沖裝置時(shí)， （最大加速度） 、 （緩沖腔最大沖擊maxmaxp壓力）和 （殘余速度）三個(gè)參數(shù)是受工作條件限制的。通常采用的辦法是先選定rV其中一個(gè)參數(shù)，然后校驗(yàn)其余兩個(gè)參數(shù)。步驟如下：(1)選擇最大加速度通常，amax 值按機(jī)械手類(lèi)型和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)選取，同時(shí)要考慮速度與載荷大小。對(duì)于重載低速機(jī)械手，- 取 5m/s2 以下，對(duì)于輕載高速機(jī)械手，- 取 5～10 max maxm/s2(2)計(jì)算沿運(yùn)動(dòng)方向作用在活塞上的外力 F水平運(yùn)動(dòng)時(shí)：（3.23isAPF??）=0.25×103×π×3.6 2-7=138N(3)計(jì)算殘余速度 Vr（3.24FaVr/1/mx0??） 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) （ 論 文 ） 第 29 頁(yè) 共 35 頁(yè)=0.1/0.64=0.15m/s 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) （ 論 文 ） 第 30 頁(yè) 共 35 頁(yè)4 傳動(dòng)系統(tǒng)三維造型設(shè)計(jì)4.1 三維造型軟件的概述4.1.l PRO/E 概述1985 年，PTC 公司成立于美國(guó)波士頓，開(kāi)始參數(shù)化建模軟件的研究。1988 年，V1.0 的 Pro/ENGINEER 誕生了。經(jīng)過(guò) 10 余年的發(fā)展，Pro/ENGINEER 已經(jīng)成為三維建模軟件的領(lǐng)頭羊。目前已經(jīng)發(fā)布了 Pro/ENGINEER2000i2。PTC 的系列軟件包括了在工業(yè)設(shè)計(jì)和機(jī)械設(shè)計(jì)等方面的多項(xiàng)功能，還包括對(duì)大型裝配體的管理、功能仿真、制造、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理等等。Pro/ENGINEER 還提供了目前所能達(dá)到的最全面、集成最緊密的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)環(huán)境。下面就 Pro/ENGINEER 的特點(diǎn)及主要模塊進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹。 全相關(guān)性：Pro/ENGINEER 的所有模塊都是全相關(guān)的。這就意味著在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中某一處進(jìn)行的修改，能夠擴(kuò)展到整個(gè)設(shè)計(jì)中，同時(shí)自動(dòng)更新所有的工程文檔，包括裝配體、設(shè)計(jì)圖紙，以及制造數(shù)據(jù)。全相關(guān)性鼓勵(lì)在開(kāi)發(fā)周期的任一點(diǎn)進(jìn)行修改，卻沒(méi)有任何損失，并使并行工程成為可能，所以能夠使開(kāi)發(fā)后期的一些功能提前發(fā)揮其作用。 基于特征的參數(shù)化造型：Pro/ENGINEER 使用用戶熟悉的特征作為產(chǎn)品幾何模型的構(gòu)造要素。這些特征是一些普通的機(jī)械對(duì)象，并且可以按預(yù)先設(shè)置很容易的進(jìn)行修改。例如：設(shè)計(jì)特征有弧、圓角、倒角等等，它們對(duì)工程人員來(lái)說(shuō)是很熟悉的，因而易于使用。 裝配、加工、制造以及其它學(xué)科都使用這些領(lǐng)域獨(dú)特的特征。通過(guò)給這些特征設(shè)置參數(shù)（不但包括幾何尺寸，還包括非幾何屬性） ，然后修改參數(shù)很容易的進(jìn)行多次設(shè)計(jì)疊代，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。 數(shù)據(jù)管理：加速投放市場(chǎng)，需要在較短的時(shí)間內(nèi)開(kāi)發(fā)更多的產(chǎn)品。為了實(shí)現(xiàn)這種效率，必須允許多個(gè)學(xué)科的工程師同時(shí)對(duì)同一產(chǎn)品進(jìn)行開(kāi)發(fā)。數(shù)據(jù)管理模塊的開(kāi)發(fā)研制，正是專(zhuān)門(mén)用于管理并行工程中同時(shí)進(jìn)行的各項(xiàng)工作，由于使用了Pro/ENGINEER 獨(dú)特的全相關(guān)性功能，因而使之成為可能。 裝配管理：Pro/ENGINEER 的基本結(jié)構(gòu)能夠使您利用一些直觀的命令，例如“嚙合” 、 “插入” 、 “對(duì)齊”等很容易的把零件裝配起來(lái)，同時(shí)保持設(shè)計(jì)意圖。高級(jí)的功能支持大型復(fù)雜裝配體的構(gòu)造和管理，這些裝配體中零件的數(shù)量不受限制。 易于使用：菜單以直觀的方式聯(lián)級(jí)出現(xiàn)，提供了邏輯選項(xiàng)和預(yù)先選取的最普通 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) （ 論 文 ） 第 31 頁(yè) 共 35 頁(yè)選項(xiàng)，同時(shí)還提供了簡(jiǎn)短的菜單描述和完整的在線幫助，這種形式使得容易學(xué)習(xí)和使用。4.1.2 模塊工業(yè)設(shè)計(jì)(CAID)模塊 工業(yè)設(shè)計(jì)模塊主要用于對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行幾何設(shè)計(jì)，以前，在零件未制造出時(shí)，是無(wú)法觀看零件形狀的，只能通過(guò)二維平面圖進(jìn)行想象?，F(xiàn)在，用 3DS 可以生成實(shí)體模型，但用 3DS 生成的模型在工程實(shí)際中是“中看不中用” 。用 PRO/E 生成的實(shí)體建模，不僅中看，而且相當(dāng)管用。事實(shí)上，PRO/E 后階段的各個(gè)工作數(shù)據(jù)的產(chǎn)生都要依賴(lài)于實(shí)體建模所生成的數(shù)據(jù)。 包括： PRO/3DPAINT(3D 建模)、 PRO/ANIMATE(動(dòng)畫(huà)模擬)、 PRO/DESIGNER(概念設(shè)計(jì))、PRO/NETWORKANIMATOR(網(wǎng)絡(luò)動(dòng)畫(huà)合成)、PRO/PERSPECTA-SKETCH（圖片轉(zhuǎn)三維模型） 、PRO/PHOTORENDER(圖片渲染)幾個(gè)子模塊。 機(jī)械設(shè)計(jì)(CAD)模塊 機(jī)械設(shè)計(jì)模塊是一個(gè)高效的三維機(jī)械設(shè)計(jì)工具，它可繪制任意復(fù)雜形狀的零件。在實(shí)際中存在大量形狀不規(guī)則的物體表面，如圖 1 中的摩托車(chē)輪轱，這些稱(chēng)為自由曲面。隨著人們生活水平的提高，對(duì)曲面產(chǎn)品的需求將會(huì)大大增加。用 PRO/E 生成曲面僅需 2 步～3 步*作。PRO/E 生成曲面的方法有：拉伸、旋轉(zhuǎn)、放樣、掃掠、網(wǎng)格、點(diǎn)陣等。由于生成曲面的方法較多，因此 PRO/E 可以迅速建立任何復(fù)雜曲面。 它既能作為高性能系統(tǒng)獨(dú)立使用，又能與其它實(shí)體建模模塊結(jié)合起來(lái)使用，它支持 GB、ANSI、ISO 和 JIS 等標(biāo)準(zhǔn)。包括：PRO/ASSEMBLY（實(shí)體裝配） 、PRO/CABLING（電路設(shè)計(jì)） 、PRO/PIPING（彎管鋪設(shè)） 、PRO/REPORT（應(yīng)用數(shù)據(jù)圖形顯示） 、PRO/SCAN-TOOLS（物理模型數(shù)字化） 、PRO/SURFACE（曲面設(shè)計(jì)） 、PRO/WELDING（焊接設(shè)計(jì)） 功能仿真(CAE)模塊 功能仿真(CAE)模塊主要進(jìn)行有限元分析。我們中國(guó)有句古話：“畫(huà)虎畫(huà)皮難畫(huà)骨，知人知面不知心” 。主要是講事物內(nèi)在特征很難把握。機(jī)械零件的內(nèi)部變化情況是難以知曉的。有限元仿真使我們有了一雙慧眼，能“看到”零件內(nèi)部的受力狀態(tài)。利用該功能，在滿足零件受力要求的基礎(chǔ)上，便可充分優(yōu)化零件的設(shè)計(jì)。著名的可口可樂(lè)公司，利用有限元仿真，分析其飲料瓶，結(jié)果使瓶體質(zhì)量減輕了近 20％，而 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) （ 論 文 ） 第 32 頁(yè) 共 35 頁(yè)其功能絲毫不受影響，僅此一項(xiàng)就取得了極大的經(jīng)濟(jì)效益。4.2 送料機(jī)械手三維造型圖運(yùn)用 Pro/ENGINEER 軟件借用設(shè)計(jì)完成的各個(gè)部分 CAD 的零件圖畫(huà)出三維造型圖，通過(guò)運(yùn)用草繪，鏡像，拉伸等基礎(chǔ)特征的創(chuàng)建，把整體的送料機(jī)械手的整體給畫(huà)出來(lái)。如圖 4.1 。圖 4.1 送料機(jī)械手三維造型圖 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) （ 論 文 ） 第 33 頁(yè) 共 35 頁(yè)結(jié)論語(yǔ)畢業(yè)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)眼間就到了掃尾階段，在這幾個(gè)月的設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)過(guò)程中，我取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我有很多收獲，首先把我?guī)啄陙?lái)所學(xué)的知識(shí)做了一次系統(tǒng)的復(fù)習(xí)，更深一步了解了所學(xué)的知識(shí)，培養(yǎng)了我綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，獨(dú)立分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，也使我學(xué)會(huì)怎樣更好的利用圖書(shū)館，網(wǎng)絡(luò)查找資料和運(yùn)用資料，還使我學(xué)會(huì)如何與同學(xué)共同討論問(wèn)題。這對(duì)我以后的工作有很大的幫助,今后我會(huì)在工作中不斷的學(xué)習(xí),努力的提高自己的水平。經(jīng)過(guò)本次設(shè)計(jì)，我切實(shí)體會(huì)到作為一個(gè)優(yōu)秀的設(shè)計(jì)人員的艱難性。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我經(jīng)常遇到各種各樣的問(wèn)題，有的是知識(shí)方面的不足導(dǎo)致的，有的是設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)方面不足導(dǎo)致的。這些問(wèn)題有時(shí)使得我束手無(wú)措，不過(guò)在指導(dǎo)老師幫助和自己的努力下，終于使得我順利完成了設(shè)計(jì)。雖然我的設(shè)計(jì)存在很多不足的地方，總的來(lái)說(shuō)，我希望通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)自己未來(lái)將從事的工作進(jìn)行一次適應(yīng)性的訓(xùn)練，從中鍛煉自己分析問(wèn)題，解決問(wèn)題的能力，為將來(lái)工作打下良好的基礎(chǔ)畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)未來(lái)工作的一種模擬。總結(jié)與展望主要是寫(xiě)你論文都做了什么東西，還有什么地方需要進(jìn)一步完善的。比如你做了那些部分的設(shè)計(jì)，遇到了哪些問(wèn)題，但是這些問(wèn)題要相對(duì)具體些，然后解決了什么問(wèn)題，哪些問(wèn)題還沒(méi)有解決，等等，根據(jù)我說(shuō)的，和你上面所寫(xiě)的內(nèi)容，自己再修改一下。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) （ 論 文 ） 第 34 頁(yè) 共 35 頁(yè)致 謝我的畢業(yè)設(shè)計(jì)的課題是機(jī)械手的設(shè)計(jì)，這是一個(gè)我以前所沒(méi)有接觸的。我對(duì)它來(lái)說(shuō)完全是一個(gè)陌生者，經(jīng)過(guò)指導(dǎo)老師的幫助和對(duì)參考資料的拜讀，我已經(jīng)對(duì)機(jī)械手有了一定的了解。感謝曹老師對(duì)我的指導(dǎo)，使我畢業(yè)設(shè)計(jì)順利完成。真誠(chéng)感謝龔教授，和倪老師對(duì)我的畢業(yè)設(shè)計(jì)的指導(dǎo)，以及感謝學(xué)院為我們提供的便利條件，使我們的畢業(yè)設(shè)計(jì)如期完成。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) （ 論 文 ） 第 35 頁(yè) 共 35 頁(yè)參 考 文 獻(xiàn)[1] 徐灝.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 3[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,1998.[2] 徐灝.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 4[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,1998.[3] 徐灝.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 5[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,1998.[4] 張建民.工業(yè)機(jī)器人[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，1994.[5] 《工業(yè)機(jī)械手》編寫(xiě)組.工業(yè)機(jī)械手-機(jī)械結(jié)構(gòu)上[M].上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社,2005.[6] 《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》編寫(xiě)組.機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè) 3[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版，1999.[7] 丁樹(shù)模.液壓傳動(dòng)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998.[8] 顏永年.機(jī)械制圖[M].大連：大連理工大學(xué)工程畫(huà)教教研室，1998.[9] 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[16] 陸祥生、楊秀蓮.《機(jī)械手》[M].中國(guó)鐵道出版社,北京，1985.
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