1、沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院本科畢業(yè)論文題 目： 三自由度機械手結(jié)構(gòu)設(shè)計 專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化 班 級： 1101 班 學(xué)生姓名： 于兆明 指導(dǎo)教師： 趙艷春 論文提交日期：2015 年月 1 日論文答辯日期：2015 年月 5 日畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書機械設(shè)計制造及其自動化 機制 1101 班 學(xué)生：于兆明 畢業(yè)設(shè)計（論文）題目：三自由度機械手結(jié)構(gòu)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計（論文）內(nèi)容： 1.設(shè)計說明書一份 2.CAD 圖紙一套（包括總裝圖、零件圖 ） 3.文獻(xiàn)綜述（不少于 3000 字）畢業(yè)設(shè)計（論文）專題部分：三自由度機械手結(jié)構(gòu)起止時間：2015 年 3 月 6 日 至 20

2、15 年 6 月 5 日指導(dǎo)教師： 簽字 2015 年 3 月 6 日摘要摘要隨著現(xiàn)代機械工業(yè)的發(fā)展，在機械生產(chǎn)中機械人得到了更廣泛的應(yīng)用。其中應(yīng)用最為廣泛的機械人是一個可以改編程序的多功能操作器，設(shè)計用來按照開始編制的完整完成多種作業(yè)的運動程序運送材料、零件、工具或?qū)Ｓ迷O(shè)備。然而在機械人當(dāng)中的主要部件就是大家所熟悉的機械手。本文主要介紹機械手結(jié)構(gòu)設(shè)計，主要對液壓系統(tǒng)、支持手臂運動的液壓缸、使手臂可以在 180范圍內(nèi)的回轉(zhuǎn)缸進(jìn)行設(shè)計。主要參數(shù)為：抓取重量最大為 50N，最大夾持鍛坯直徑為 120.主要用于夾持直徑在80120的鍛坯件。本次機械手的設(shè)計，分為七部分進(jìn)行介紹：手腕和加緊油缸結(jié)構(gòu)的設(shè)

3、計，是根據(jù)手部的旋轉(zhuǎn)角度，進(jìn)行擺動缸的設(shè)計。機械手臂伸縮機構(gòu)設(shè)計，該種機構(gòu)主要由活塞桿、油缸體、中間架體、左壓條、滑枕和右壓條等組合而成。定位油缸的選定和設(shè)計，主要用來定位機械手的位置。中間架座部件的設(shè)計，通過齒輪與機械手臂回轉(zhuǎn)油缸穩(wěn)固聯(lián)接，而回轉(zhuǎn)油缸的殼體又穩(wěn)固在機械手臂伸縮機構(gòu)的中間體上，從而使機械手臂運動連貫并且定位準(zhǔn)確。最后是主要部件的連接設(shè)計。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞: 夾持式機械手; 液壓系統(tǒng); 工作原理; 伸縮; 定位AbstractThis text mainly introduces the machine hand structure design, main to the liqui

4、ds press system, support the liquids of the arm sports press an urn and make the turn-over urn that the arm revolve in 180scopes carry on a design .Its main parameter is:The biggest work radius is a 120mm, biggest grab at the weight as5. Mainly used for the work piece handling, loading and unloading

5、，can be applied to most of the plant operations, cutting device.The manipulator design, divided into six parts description： wrist structure design is based on grasping part of the rotation angle, swing-cylinder design. arm structure of the design, telescopic arm to the main structure, internal hydra

6、ulic cylinder sleeve driven sets of telescopic arm to achieve the operation. arm cylinder design, which is based on the entire arm and the weight of the hand, arm rotational angle of the design to achieve the required operating range. arm structure design, the arm is the support arm component must b

7、e carefully considered the arm of materials, so that they will reach the strength. final link is a major component of the design, arm and boom, boom and hydraulic cylinder blocks, as well as the size the arm are connected by hinged.Keywords ：to clip machinery hand, Press sulfide hydraulic, work axio

8、m, flexibility, fixed position 目目 錄錄第一章引 言 .11.1 機械手的分類 .11.2 機械手的組成 .41.3 應(yīng)用機械手的意義 .6第二章總體技術(shù)方案及系統(tǒng)組成 .82.1 原始數(shù)據(jù) .82.2 工作要求 .82.3 系統(tǒng)組成 .92.4 總體技術(shù)方案 .92.4.1 動作分析 .102.4.2 手部 .10第三章回轉(zhuǎn)裝置的總體組成及結(jié)構(gòu)設(shè)計 .123.1 回轉(zhuǎn)裝置的組成 .123.1.1 執(zhí)行件 .123.1.2 傳遞件 .123.1.3 驅(qū)動件 .12第四章機械傳動方案的設(shè)計與計算 .144.1 小車的主要組成部分 .144.2 同步帶傳動方式優(yōu)缺點

9、 .144.3 驅(qū)動動力源 .154.4 機械傳動方案的設(shè)計計算 .154.4.1 設(shè)計數(shù)據(jù)確定 .164.4.2 同步帶結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算 .17致謝 .22參考文獻(xiàn) .23沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第一章 引言1第第 1 章章 引引 言言機械工業(yè)是我國國民的基礎(chǔ)，為國民經(jīng)濟各個產(chǎn)業(yè)提供裝備且為人民生活提供實用消費產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)。無論是傳統(tǒng)經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)，以及新興行業(yè)，都是和各種工業(yè)機械設(shè)備是分不開的。工業(yè)機械設(shè)備的性能，質(zhì)量和成本，為提供中國國民經(jīng)濟各部門和國家的整體經(jīng)濟效率的所有技術(shù)進(jìn)步有著直接的影響。機械行業(yè)的技術(shù)水平和規(guī)模是衡量整個國家的經(jīng)濟實力和重要標(biāo)準(zhǔn)的科學(xué)技術(shù)水平。因此，在世界各地發(fā)

10、展機械行業(yè)在經(jīng)濟實力發(fā)展的一個重要戰(zhàn)略。工業(yè)機器人是近幾十年來迅速發(fā)展高科技自動化生產(chǎn)設(shè)備。而工業(yè)機械手是作為工業(yè)機器人的重要分支之一。其特性可以被編程來完成各種預(yù)期的任務(wù)分配，對整體結(jié)構(gòu)性能人和機器的相關(guān)優(yōu)勢，尤其反映了人們的智力和適應(yīng)性。在各種不適環(huán)境下的情況下的機械手操作精度和運算能力，在國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域的工作有一個良好的發(fā)展態(tài)勢。機械手是機械自動化生產(chǎn)發(fā)展的過程中發(fā)展起來的一種創(chuàng)新機制。如今，現(xiàn)代化的自動化生產(chǎn)線作業(yè)的該設(shè)備廣泛應(yīng)用于工業(yè)機器人的過程。和機器人生產(chǎn)這種新技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)在技術(shù)上完善，并快速發(fā)展。它被促進(jìn)的工業(yè)機械手的發(fā)展過程中，操縱器可以更好地實現(xiàn)機械化和自動化的整體組

11、合。而機械手靈活，方便，但它有重復(fù)的工作和工作，不知道疲勞，這是人手所不具備的，抓住重量的能力也大于人的能力。因此，機械手正在很多部門，并應(yīng)用到越來越多的廣泛領(lǐng)域和項目。涉及機械，機電液壓技術(shù)，計算機技術(shù)，傳感器技術(shù)和科技等領(lǐng)域的自動化控制技術(shù)的機械手技術(shù)，是一種跨學(xué)科的綜合技術(shù)。機械手作為多功能機器是可以自動化定位、控制并且可重新編程序以的，并且擁有多個自由度，可以在各式各樣的工作環(huán)境下正確的完成任務(wù)。1.1 機械手的分類機械手的分類機械手一般可分為三類：第一種類為通用型機械手，無需人工操作。它不附屬于某種主機的裝置。可以自行根據(jù)不同任務(wù)的需求進(jìn)行程序的編制，以便可以完成各項操作。它特點是不

12、但具備了普通機械的性能，還具備記憶智能與通用機械。第二類為操作機，需要人工操作。這類機械手起源于軍事和原子工沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第一章 引言2業(yè)。最先是需要操作機來完成特定的作業(yè)動作，后來發(fā)展到可以利用無線電訊號操作機來完成包括探測月球在內(nèi)的一些高級的作業(yè)動作。而機械工業(yè)中所采用的鍛造操作機就是屬于這一類機械手。第三類為主機專用機械手，主要依附于自動機床和自動線上，用來解決機床上下料和工件送給動作。這種機械手國外稱之為“Mechanical Hand”，是專門為主機服務(wù)機械。由主機提供驅(qū)動；除極少數(shù)外，工作程序一般是固定的。目前，在國外第一類通用機械手應(yīng)用的較多，國外稱之為機器人

13、。本課題所研究機械手則是屬于第三種類機械手。1 簡史機械手開始于美國開發(fā)研制的。美國聯(lián)合控制公司于 1958 年研發(fā)出了第一臺機械手。它的結(jié)構(gòu)是：機體上安裝了一個可回轉(zhuǎn)長臂，頂部裝有電磁塊制作的工件抓取機構(gòu)，控制系統(tǒng)為演示教形的。美國聯(lián)合控制的公司在于 1962 年，根據(jù)上述方案，開發(fā)機器人的數(shù)控示范教學(xué)類型。命名為 Unimate（即萬能自動） 。這組運動系統(tǒng)是仿照坦克炮塔，臂可以俯仰，旋轉(zhuǎn)和縮放。由液壓驅(qū)動。控制系統(tǒng)是使用鼓作為存儲設(shè)備。現(xiàn)代也有很多的操盤一般球面坐標(biāo)被包的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。同年，公司和 Leo pluijmen 公司合并成立了通用自動公司，是專業(yè)生產(chǎn)工業(yè)機器人。美國機械制

14、造公司在 1962 年也研制出了一種叫 Vewrsatran 的機械手。該機械手的中央立柱可以回轉(zhuǎn)。它的升降采用了液壓驅(qū)動控制系統(tǒng)。雖然兩種機械手都出現(xiàn)在六十年代初期，但兩者都是國外工業(yè)機械手發(fā)展的基礎(chǔ)。為 Unimate 公司和斯坦福大學(xué)在美國于 1978 年，麻省理工學(xué)院聯(lián)合開發(fā)了為 Unimate - Vicarm 工業(yè)機器人。操縱器安裝到控制小型電腦。要在裝配工作中使用。其定位誤差小于+ / - 1 毫米。雖然從早期的 20 世紀(jì) 70 年代的德國機械制造行業(yè)開始應(yīng)用的機械手。主要目的是進(jìn)行焊接，起重，運輸設(shè)備和材料等工作難度動作上下。目前，工業(yè)機械手中的大部分屬于第一代，控制主要依靠

15、人工來進(jìn)行，目前的努力改進(jìn)的方向主要是在于提高精度和降低成本兩個方面。現(xiàn)在第二代機械手正在緊鑼密鼓地研制中。設(shè)有微型電子計算控制系統(tǒng)。具有可視、可觸的能力。甚至還可能具備聽和想等智能能力。需要研發(fā)安裝上各種傳感器，并且把感受到的信息反饋到信息終端，使機械手成為有感覺的智能機能。沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第一章 引言3而第三代機器人都能獨立完成作業(yè)任務(wù)。它的電子計算機和電視設(shè)備能保持穩(wěn)定的連接，它也是一個機械手發(fā)展成柔性制造系統(tǒng) FMS 和柔性制造單元FMC 的重要一步。2 應(yīng)用簡況在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)，機械化和自動化的生產(chǎn)過程中已經(jīng)成為一個突出重點。而在化工等行業(yè)的連續(xù)生產(chǎn)自動化過程已經(jīng)基本

16、解決。但在生產(chǎn)組裝加工是不足夠的機械和在工業(yè)生產(chǎn)過程中的問題。因此，處理卸載過程自動化機械等問題十分迫切。工業(yè)機器人是解決夫人和發(fā)展的過程自動化的問題。根據(jù)現(xiàn)有的研究資料統(tǒng)計：美國的技術(shù)偏重在于毛坯的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，而日本則偏重于機械加工環(huán)節(jié)。隨著機械手技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，該應(yīng)用的對象會不斷進(jìn)行改變。機械手的作用在于鍛造作業(yè)中能進(jìn)一步成為為鍛造設(shè)備的生產(chǎn)力。進(jìn)而改善人工操作面臨的熱、累、險等勞動條件與鏡況。在國內(nèi)機械手工業(yè)和鐵路產(chǎn)業(yè)的研究中首先要在單機、專機上采用機械手上下料，用于減輕工人的勞動強度和危險度。而在國外鐵路工業(yè)中應(yīng)用機械手卻是用于在鐵路車軸、輪等大、中批量零件的加工和生產(chǎn)。并能與機床共

17、同工作組成一個綜合性的數(shù)控加工機械工作系統(tǒng)。3 國外使用機械組件在操縱器的研究成為了焦點，有相機和微型計算機一起研究，為了準(zhǔn)確地確定軸承零件實現(xiàn)鑲嵌加載的目標(biāo)。4發(fā)展趨勢工業(yè)機械手主要表現(xiàn)在無論數(shù)量，品種，還是性能機床加工，鑄造，熱處理等，以及作用還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有它是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要。在國內(nèi)機械手的主要發(fā)展逐步擴大應(yīng)用范圍。注重功能開發(fā)鑄造，機械手的熱處理。從而減輕勞動強度，提高了作業(yè)的條件。在專業(yè)機械工業(yè)，也發(fā)展相當(dāng)迅速的機械手的同時。將各種機械手的運動工作，如擺動，俯仰，升降，機構(gòu)如收縮，橫向和縱向機構(gòu)，設(shè)計成為一個典型的機械。所以，你可以根據(jù)不同的要求和不同類型的需求而研制。這可以靈活地組成的工

18、業(yè)機器人的功能。這大大方便了工業(yè)過程的設(shè)計，如制造和零件更廣泛地擴大應(yīng)用范圍。此外正確的方向，減少沖擊，提高了速度，以更好地發(fā)揮機械手的作用。此外，在現(xiàn)代研究應(yīng)側(cè)重于機械手的發(fā)展，如伺服，記憶體再現(xiàn)。考慮用沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第一章 引言4腹腔鏡，通常連接到一個微型計算機的機械手，具有觸覺，視覺等的智能機械手的性能的感覺。在國外機械制造業(yè)中的應(yīng)用及各種機械手。目前主要應(yīng)用于機床，臥式鍛壓機上下點焊，噴漆等。這種機械手可以根據(jù)預(yù)先設(shè)定以完成操作任務(wù)的程序。此外，國外操縱的發(fā)展趨勢是注重機械智能性能發(fā)展。與感知能力，并正在努力可以反饋外部環(huán)境的變化，并作出相應(yīng)的改變。如當(dāng)位置偏差，機

19、械手可以檢測并更正。 ，在視覺和觸覺功能。目前已經(jīng)取得了一定的成績。安裝機械手與視覺功能是在電視，迷你計算機，如計算機，攝像機和一個距離傳感器裝置的工作。工作是 TV 攝像機對象可以轉(zhuǎn)化為視頻信號，然后傳送到計算機中，計算機分析對象，如類型，大小，位置和顏色，以及指示指令來控制所述操縱器的行動。觸覺功能安裝在機械手的觸覺反饋控制裝置。機械手首先需要手指在工作中找到了工作，并通過安裝在手指的內(nèi)部壓力敏感元件的觸摸效果，手指后提前去搶占文物。手柄的大小可以操作的敏感元素的手指往里裝，可實現(xiàn)全自動控制的握力大小。傳感器技術(shù)的不斷發(fā)展，使機器人的運算能力將得到進(jìn)一步的發(fā)展。但是更重要則是將機械手、單元

20、和柔性制造系統(tǒng)并相結(jié)合，進(jìn)而從能根本改變機械制造系統(tǒng)的人工操作。1.2 機械手的組成機械手的組成機械手主要是由驅(qū)動機構(gòu)、執(zhí)行機構(gòu)和控制系統(tǒng)三部分構(gòu)成。各組成部分的關(guān)系如下圖 執(zhí)行機構(gòu)(如圖 1-1 所示)沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第一章 引言5 圖 1-1 執(zhí)行機構(gòu) 手部手部安裝在手臂的前端。手臂中鑲孔裝置中有轉(zhuǎn)動軸軸承，并可以把動作傳給手腕，用以作轉(zhuǎn)動、伸屈手腕，開閉合手指的動力。本課所指的機械手則僅需進(jìn)行開閉手指的動作。機械手手就像一個人的手指，分為無關(guān)節(jié)，關(guān)節(jié)固定和關(guān)節(jié)，三種自由。手指的數(shù)量也可以被分為手指，三個和四個手指，大多使用手指的。因為手指能夠根據(jù)夾持物體的大小裝配各種形

21、狀和尺寸與卡盤的形狀，這樣就可以完成基本操作需求。本課題的機械手使用的是二指形狀。 手臂手臂則有無關(guān)節(jié)和有關(guān)節(jié)手臂之分本次課題機械手的手臂采用的是無關(guān)節(jié)臂手臂是引導(dǎo)手指準(zhǔn)確把握構(gòu)件的主要目的，并傳輸?shù)剿璧奈恢谩榱耸共僮髡吣軌驕?zhǔn)確地工作，三自由度的手臂都需要小心和精確定位。本課題所做的機械手是在手臂三個自由度的前伸后退、上升下降、左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)三個方向定位上都是采用了行程開關(guān)，近一步確保了定位的精準(zhǔn)度。機械手的運動是平移運動和旋轉(zhuǎn)分不開的。因此，它主要是在液壓馬達(dá)用的伺服致動器，擺動缸電脈沖馬達(dá)，和直圓柱體，直流伺服電動機和步進(jìn)電機等。軀干是使手臂、電動源和執(zhí)行機構(gòu)能夠固定相連接的支架。 驅(qū)動機構(gòu)

22、沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第一章 引言6驅(qū)動機構(gòu)主要有四種：液壓、氣壓、電動和機械驅(qū)動。這 4 種驅(qū)動中屬液壓氣壓使用最多，能夠占據(jù) 90%以上，而電動、機械驅(qū)動則是使用的少之又少。主要是通過液壓油缸，油泵，閥和燃料箱來實現(xiàn)傳輸。它是利用油缸，馬達(dá)齒輪，齒條和實現(xiàn)該臂的線性運動;并通過擺動油缸，減速機和電機，油缸，機架，鏈或齒輪，鏈輪等。要實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)臂運動。液壓驅(qū)動的高壓，產(chǎn)量大，體積小，運動平穩(wěn)的優(yōu)點，并且可以無極變速，自動鎖定，并且可以在中間位置停止。其缺點是需要配備壓力源，該系統(tǒng)是復(fù)雜的和成本較高。由氣動驅(qū)動元件的氣動馬達(dá)，氣動氣缸，閥等一般采用采用四到六個大氣壓，個別的崛起可以達(dá)

23、到 8-10 個大氣壓。它的優(yōu)點是空氣便捷，維護(hù)簡單，成本低。的缺點是，輸出小，體積大。但是，由于大的空氣的可壓縮性是比較難以實現(xiàn)的停止，控制方法的唯一點，潤滑性差，這會導(dǎo)致壓力系統(tǒng)的中間位置是容易生銹。為了減低停機時產(chǎn)生的沖擊力效果，氣壓系統(tǒng)應(yīng)裝有速度控制或緩沖機構(gòu)。電力驅(qū)動的產(chǎn)量不多。現(xiàn)在是使用三相感應(yīng)電動機作為主要動力，以極大的減速比減速，以驅(qū)動致動器。直線運動由電機絲桿螺母機構(gòu)驅(qū)動;其他用于線性電機。通用機械手正在思考與齒輪箱，直流或交流伺服電機，步進(jìn)電機等。電力驅(qū)動的優(yōu)勢在于簡單的電源，使用簡單，維護(hù)方便。驅(qū)動和控制系統(tǒng)被用作電源的形式，輸出較大。缺點是控制反應(yīng)速度慢。機械驅(qū)動則只能

24、應(yīng)在于固定的場地。一般使用凸輪連桿機構(gòu)實現(xiàn)制定的動作。它的優(yōu)點在于動作準(zhǔn)確可靠，成本低，速度快。缺點是不易調(diào)整結(jié)構(gòu)形狀。本課題所研究的機械手則是采用電動機帶動絲杠螺母機構(gòu)來實現(xiàn)手臂的上升與下降方面。5 控制系統(tǒng)機械手控制系統(tǒng)的主要因素，包括工作秩序，位置和加速度等控制系統(tǒng)是根據(jù)動作的要求設(shè)計的，該數(shù)字序列被用于控制。首先，你需要編寫程序，并將其存儲。然后根據(jù)設(shè)定的程序，然后以控制的操縱器的正確操作。1.3 應(yīng)用機械手的意義應(yīng)用機械手的意義沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第一章 引言7隨著科學(xué)技術(shù)，越來越多的各種機械手和應(yīng)用的發(fā)展。在機械行業(yè)，焊接，鑄造，鉚釘，耐壓，抗沖擊，熱處理，檢驗，組裝

25、，電鍍，噴漆，機械加工等工作的類型是真正的應(yīng)用程序的原因。其他部門，如輕工業(yè)，建筑業(yè)，重工業(yè)，以及在國防工業(yè)等已使用。在機械工業(yè)中，使用機械手的意義可為一下幾點：1 自動化程度成產(chǎn)過程中的提高應(yīng)用機械手可以方便的材料制成，換刀，所述工件和機器組件的加載和卸載的傳送諸如自動化的程度，不僅提高了勞動生產(chǎn)率，降低了生產(chǎn)成本。2 能夠完善勞動條件，避免危險事故在高溫、高壓、低溫、有灰塵、低壓、臭味、噪聲、有放射性或有其他毒性污染等工作場合中，用人為去操作則是很危險的，也無法完美做到。而應(yīng)用機械手可部分甚至全部代替人安全完成作業(yè)，大大解決勞動危險問題。3 可以減輕人力勞動強度，更有節(jié)奏的生產(chǎn)應(yīng)用機械手代

26、替人來進(jìn)行工作任務(wù)，這是直接減少人力投入的一個重要方面，同時應(yīng)用機械手可以進(jìn)行連續(xù)的無疲勞工作。這是也減少人力投入的另一個方面。因此，在自動化機床的綜合加工的自動線上，目前用的幾乎都是機械手，只有極少數(shù)的人力。實現(xiàn)了減少人力投入和更準(zhǔn)確的控制生產(chǎn)的節(jié)拍，使得生產(chǎn)作業(yè)的工作進(jìn)行的更有節(jié)奏。根據(jù)上面敘述，在生產(chǎn)生活中成功有效的應(yīng)用機械手，是發(fā)展機械工業(yè)的必然也是一種重要趨勢。沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第二章 總體技術(shù)方案及系統(tǒng)組成8第二章第二章 總體技術(shù)方案及系統(tǒng)組成總體技術(shù)方案及系統(tǒng)組成2.1 原始數(shù)據(jù)原始數(shù)據(jù)負(fù)載重量：10kg重復(fù)定位精度：1mm自由度：3（Z 軸的移動，R 軸的平動，

27、 軸的轉(zhuǎn)動）Z：大臂的升降R：大臂的伸縮：腰軸各軸最大運動速度： Z 軸上下：200mm/s 軸回轉(zhuǎn)：30/s R 軸伸縮：200mm/s各軸最大運動范圍： Z 軸上下：550mm 軸回轉(zhuǎn)：90 R 軸伸縮：400mm2.2 工作要求工作要求機械手的工藝流程：機械手初始位機械手前伸機械手上升機械手抓緊物件機械手后退機械手前進(jìn)（小車）小車停止機械手左轉(zhuǎn) 90機械手前伸機械手松開物件機械手后退（小車）機械手下降機械手右轉(zhuǎn) 90小車后退退至初始位. 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第二章 總體技術(shù)方案及系統(tǒng)組成9 圖 2-1 機構(gòu)簡圖2.3 系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成本課機械手系統(tǒng)是由機體，傳送機構(gòu)，動力源

28、和控制裝置四部分組成。主體由汽車和部件，如本體;輸送機構(gòu)主要由伸縮臂和把握機構(gòu);電源是由液壓傳動和機械傳動;控制裝置主要由自動控制和手動控制兩部分組成。2.4 總體技術(shù)方案總體技術(shù)方案畢業(yè)設(shè)計的目的就是要把我們上課所學(xué)的分散的知識點綜合起來進(jìn)行靈活運用。由于機電一體化是目前產(chǎn)業(yè)發(fā)展的趨勢，所以，我的畢業(yè)設(shè)計的主要研究是“機” ， “電” ， “流動性”這三個在一起。“機”指機器，機械的主要作用可分為五個部分，分別是和的操盤下，機械手放松，前后機械臂的收縮后，車前進(jìn)后退，轉(zhuǎn)向操縱的左轉(zhuǎn)右。這五個部分在機器上完成上下的操縱器的運動，在本主題的研究操縱器由電機絲杠螺母機構(gòu)驅(qū)動，以實現(xiàn)該臂向上和向下移

29、動。滾珠絲杠驅(qū)動是放在適量做搓絲之間的摩擦產(chǎn)生的螺絲和螺母深溝球之間。絲桿驅(qū)動沿著軌道線驅(qū)動滾帶球推進(jìn)。滾珠絲杠傳動與滑動絲杠傳動相比，具有以下特點： 傳動的效率高 滾珠絲杠副的傳動效率能達(dá) 85%-98%，為滑動絲杠副的 3-4 倍。 運動平穩(wěn) 它得到的接近恒定滾動摩擦系數(shù)，較小的摩擦轉(zhuǎn)矩差異開始工作。有起動時，低速無爬行沒有影響。 能源預(yù)緊 所述預(yù)裝可以消除過量配合間隙配合后，可提高接觸剛度和傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。同時增加摩擦扭矩已經(jīng)比較適中。沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第二章 總體技術(shù)方案及系統(tǒng)組成10 工作的壽命長 滾珠絲杠螺母對摩擦表面具有精度高，硬度高，壽命長和精度穩(wěn)定。壽命約為滑動

30、絲杠副的 4 10 倍以上。 定位和重復(fù)定位精度高 由于滾珠絲杠副的摩擦小，無爬行，發(fā)熱小，裂紋。可以通過擴張的預(yù)加載預(yù)拉伸補償，因此，可以實現(xiàn)更高的定位，并重復(fù)定位精度。 同步性良好 同時可以使用更多套相同的滾珠絲杠副驅(qū)動的同時在相同的多個移動部件。可以得到更好的同步性。 可靠性高 潤滑密封裝置具有結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點，維護(hù)方便。 不自鎖 用于垂直移動機械手，必須添加剎車裝置。 經(jīng)濟性差，成本高 由于工件的結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，所以價格高的生產(chǎn)成本也高。經(jīng)過計算，選擇如下：電動機型號： Y802-2功率： 1.1W絲杠型號： Tr4072.4.1 動作分析動作分析工業(yè)機械手的機械機構(gòu)是指是機械手進(jìn)行操作、

31、夾持工件及各種運動的機械部件。機械部件主要包括手部，手臂可以前后伸縮部分，手臂可以上下升降部分，腰部可以回轉(zhuǎn)部分以及行走機構(gòu)和機座。2.4.2 手部手部手部：包括杠桿手指，單向函數(shù)型封閉式油缸等，經(jīng)過工作原理：利用這個對象指的是綁雙手緊握油缸動作，通過拉桿連接旋轉(zhuǎn)手指，保持和釋放操作。1 手臂的前后伸縮部分手臂的前后伸縮部分是由直線油缸來帶動實現(xiàn)。當(dāng)直線油缸工作時機械手通過活塞桿行程的變化而變化，從而完成了手臂的伸縮運動。2 手臂的上下升降部分手臂的上下升降部分則是由電動機、絲桿傳動副、立柱等部分組成。3 電機的工作，通過聯(lián)軸器旋轉(zhuǎn)螺桿，但螺母周由徑向轉(zhuǎn)動極限螺栓，螺沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)

32、位論文 第二章 總體技術(shù)方案及系統(tǒng)組成11母和臂幀影響可以是向上和向下。腰轉(zhuǎn)部分主要是由轉(zhuǎn)盤和回轉(zhuǎn)油缸兩部分組成。回轉(zhuǎn)油缸進(jìn)入壓力，回轉(zhuǎn)油缸的回轉(zhuǎn)軸開始執(zhí)行回轉(zhuǎn)動作，并通過活塞桿的伸縮來帶動轉(zhuǎn)盤，就實現(xiàn)了機械手的左右轉(zhuǎn)動。4 行走機構(gòu)行走機構(gòu)主要是由電動機、齒輪、帶輪等部分組成。電動機工作進(jìn)行時，通過齒輪、帶輪的傳動，帶動小車的輪子轉(zhuǎn)動，來實現(xiàn)行走動作沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第三章 回轉(zhuǎn)裝置的總體組成及結(jié)構(gòu)設(shè)計12第三章第三章 回轉(zhuǎn)裝置的總體組成及結(jié)構(gòu)設(shè)計回轉(zhuǎn)裝置的總體組成及結(jié)構(gòu)設(shè)計3.1 回轉(zhuǎn)裝置的組成回轉(zhuǎn)裝置的組成回轉(zhuǎn)裝置主要是由執(zhí)行件、傳遞件及控制系統(tǒng)三大部分組成。3.1.1

33、執(zhí)行件執(zhí)行件本次課設(shè)計應(yīng)用回轉(zhuǎn)臺與傳遞件是鏈輪共同使用的一個長平鍵的心軸。驅(qū)動件驅(qū)動傳遞件鏈輪傳動，鏈輪通過共用件通過共享鏈輪將直接得到主軸旋轉(zhuǎn)運動的部分上的旋轉(zhuǎn)臺,使它可以旋轉(zhuǎn)3.1.2 傳遞件傳遞件因為本課題中對機械手的要求是為間歇往返的回轉(zhuǎn)運動，所以要考慮采用回轉(zhuǎn)曲線傳動。回轉(zhuǎn)傳動分為帶傳動、齒輪傳動和鏈傳動這三種類型。齒輪傳動而高效，工作可靠，結(jié)構(gòu)緊湊，使用壽命長等特點，廣泛的轉(zhuǎn)速和功率等，但細(xì)節(jié)上的制造和安裝精度要求較高，且不能緩沖沒有沒有過載保護(hù)裝置，在精度低時，噪音過大。由于這一類的操盤旋轉(zhuǎn)精度不高，因此將不予考慮。鏈傳動有無彈性滑動和打滑的現(xiàn)象。但穩(wěn)定的工作，具有準(zhǔn)確平均速度比

34、，傳動效率高，并且在相同的傳輸功率的結(jié)構(gòu)的情況下更緊湊，鏈條張力小，在鏈輪軸的力作用很小，所以它可用于低速和重載荷的條件下。并與齒輪傳動，鏈傳動制造和安裝精度要求比較。低鏈瞬時傳動比的主要缺點是不恒定的，行駛穩(wěn)定性較差，具有沖擊和噪音的工作，很容易磨損后跳躍齒輪，周期性重負(fù)載的傳輸及嚙合沖擊發(fā)生。因此，不適合大負(fù)荷變化和快速反向旋轉(zhuǎn)的場合。皮帶傳動是一種廣泛使用的機械傳動。它具有結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)成本低，傳輸非常流暢，無潤滑，制造和安裝精度也不高，噪音小，還是可以緩沖減震，過載保護(hù)功能。同步帶傳動是一種網(wǎng)狀型皮帶傳動裝置。具有摩擦傳動帶和齒輪傳動裝置的特性。具有同時大發(fā)送功率，驅(qū)動更精確等，所以是

35、穩(wěn)定的，可用于高傳輸精度的工作情況。 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第三章 回轉(zhuǎn)裝置的總體組成及結(jié)構(gòu)設(shè)計133.1.3 控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)機械手控制系統(tǒng)的主要要素，包括到達(dá)的位置、工作進(jìn)行的順序、各式加速度還有運動工作的時間等。控制系統(tǒng)可以根據(jù)動作的要求是，要設(shè)計一個特定的數(shù)字序列被用于控制。這將是第一個寫一個程序來存儲，然后根據(jù)設(shè)定的程序，工作來控制機械手。本課就是采用的電機驅(qū)動。通過齒輪和效用函數(shù)的使用軸馬達(dá)驅(qū)動皮帶輪傳動，實現(xiàn)了車步行運動。沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第四章 機械傳動方案的設(shè)計與計算14第四章第四章 機械傳動方案的設(shè)計與計算機械傳動方案的設(shè)計與計算4.1 小車的主

36、要組成部分小車的主要組成部分 驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動系統(tǒng)是運用步進(jìn)電動機帶動同步帶與帶輪驅(qū)動小車沿著軌道進(jìn)行的徑向往返運動。 執(zhí)行機構(gòu)交換工作臺輸出方式采取的是送出的方式，交換工作臺的輸出沿著相對軌道送出。 控制部分采用 PLC 編程控制器來確保完成小車各種狀態(tài)運動的控制。其小車示意圖如圖 4-1 所示 圖圖 4-1 小車示意圖小車示意圖4.2 同步帶傳動方式優(yōu)缺點同步帶傳動方式優(yōu)缺點 優(yōu)點 、 比較準(zhǔn)確的傳動，同步帶采用的是嚙合傳動，且工作時無滑動穩(wěn)定。 、 較高的傳動效率，最高效率可達(dá) 96%，與 V 帶相比下能節(jié)能 10%以上。、 平穩(wěn)傳動，能夠吸收振動，噪音也很小。沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論

37、文 第四章 機械傳動方案的設(shè)計與計算15 、 可使用的范圍非常廣泛，傳動比最高能達(dá) 10，帶輪直徑比 V 帶小很多，從而不無需大的張緊力，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)最高速可大到 50m/s ，傳遞功率300KW 、 擁有準(zhǔn)確的傳動比，耐磨和耐油性較好，對軸及軸承的壓力小，也可以使用較小的帶輪直徑，采用較短的中心距和而較大的則是速比。 、 可以在各式各樣的工作環(huán)境下穩(wěn)定工作，無需潤滑，易于保養(yǎng)。 缺點 安裝要求高。需要平行二帶輪軸線。在與二帶輪軸線垂直的平面同步運行。帶輪中心距必須嚴(yán)格要求。安裝不當(dāng)容易發(fā)生爬齒，干涉，跳齒等現(xiàn)象。 帶和帶輪的工藝制造復(fù)雜且繁瑣，批量成產(chǎn)會受到成本的影響。4.3 驅(qū)動動力源驅(qū)動動力

38、源步進(jìn)電動機的工作原理是把脈沖信號轉(zhuǎn)變換成角位移和直線位移的執(zhí)行元件，這也是一種機械式的脈沖轉(zhuǎn)換器。脈沖的每一次輸出，步進(jìn)電動機就會前進(jìn)一步，所以被稱為脈沖電動機。步進(jìn)電動機三大類主要有：反應(yīng)式步進(jìn)電動機、永磁感應(yīng)式步進(jìn)電動機還有機床磁式步進(jìn)電動機。本次設(shè)計采用其中的反應(yīng)式步進(jìn)電動機，因為它的結(jié)構(gòu)較為簡單，且在工業(yè)上運用的方向也較為廣泛之所以步進(jìn)電動機能成為現(xiàn)代控制數(shù)學(xué)系統(tǒng)執(zhí)行重要元件。是因為步進(jìn)電動機無論是在本身上還是在性能方面都在不斷的改進(jìn)與完善。其優(yōu)點如下： 可直接實現(xiàn)數(shù)字控制。 控制性能好 元件為無接觸式，因為它沒有電刷和轉(zhuǎn)換器，可以可靠而又平穩(wěn)的運行。步進(jìn)電動機規(guī)定承受的范圍負(fù)載內(nèi)，

39、步距值并不會受到負(fù)載大小影響，電壓電源的影響，波形及環(huán)境周圍溫度不斷變換的影響，抵抗干擾能力較強，可以保持穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速運行。 誤差不長期積累。 反應(yīng)式步進(jìn)電機相繞組功率的情況下,有能力的自我鎖定和永磁步進(jìn)電機也可以保持轉(zhuǎn)矩。4.4 機械傳動方案的設(shè)計計算機械傳動方案的設(shè)計計算本次設(shè)計所選用了一級傳動，得知其傳動比為 1.5本次設(shè)計計算是參照(下冊機械工業(yè)出版社出版)中沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第四章 機械傳動方案的設(shè)計與計算16的第十章帶傳動和鏈傳動第五節(jié)同步帶與多契帶傳動中的同步帶傳動章節(jié)。4.4.1 設(shè)計數(shù)據(jù)確定設(shè)計數(shù)據(jù)確定因預(yù)定設(shè)計的車速為 3km/h，并且還想到實際的車速有50%

40、的誤差問題，所以實際得到的最高車速為 4.5km/h折算成米/秒 應(yīng)為 1.25m/s V 車=1.25m/s根據(jù)工作上的實際要求所以取的車輪直徑為 130mm 又因為車速為 1.25m/s所以小車速行駛速度也應(yīng)等于輪子的切向行駛速度因為 V=dn/601000 (4-1)V車輪切向速度 V=1.25m/sd車輪直徑 d=130mmn車輪轉(zhuǎn)速所以經(jīng)計算得 n=601000V/d =6010001.25/3.14130=184rpm因為驅(qū)動軸轉(zhuǎn)數(shù)就是等于轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)速所以 n 轉(zhuǎn)驅(qū) n=184rpm n 轉(zhuǎn)驅(qū)=184rpm因為 T=9.55P 驅(qū)/n (4-2) 610 T驅(qū)動轉(zhuǎn)矩 T=9NM P驅(qū)

41、動軸功率 n驅(qū)動軸轉(zhuǎn)速 n=184rpm所以經(jīng)計算得 9=9.55P 驅(qū)/184310610 P 驅(qū)=0.2KM因為 =n 電/n 驅(qū) (4-3) n 驅(qū)驅(qū)動軸轉(zhuǎn)速 n 驅(qū)=184rpm n 電電機軸轉(zhuǎn)速 傳動比所以計算得 n 電=.n 電驅(qū) n 電=1.5184=276rpm 記 n 電=276rpm由于驅(qū)動主軸 9 n。米,根據(jù)所選模型的實際工作需求 130 bf001 相五相步進(jìn)角為 0.75 10 12/80V 電流電壓空載 9.31 n 的最大轉(zhuǎn)矩。起始頻率 3000 步驟/ s,空載運行頻率為 16000 步/ s 反應(yīng)一步進(jìn)電機因為 T 電=9.55P 電/n 電 (4-4)61

42、0 T 電電機軸轉(zhuǎn)矩 T 電=9.31n.m n 電電機軸轉(zhuǎn)速 n 電=276rpm沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第四章 機械傳動方案的設(shè)計與計算17 P 電電機功率所以計算得 P 電=T 電n 電/9.55=9.31276/9.55=0.26km 610310610 P 電=0.26km因為 總=帶聯(lián)滾 (4-5)總總的傳動效率帶同步帶的傳動效率 帶=0.98聯(lián)聯(lián)軸器的傳動效率 聯(lián)=0.99滾滾動軸承的傳動效率 滾=0.99所以總=0.980.990.99=0.99 總=0.99因為 P 驅(qū)=P 實電總 (4-6)P 驅(qū)驅(qū)動軸功率 P 驅(qū)=0.2Kw總總機械傳動功率 總=0.99 P 實

43、電 實際的電動機功率 所以計算得 P 實電=P 驅(qū)/總=0.2/0.99=0.21kw P 實電=0.21kw因為 P 實電 P 電 所以符合工作要求4.4.2 同步帶結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算同步帶結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算 求出設(shè)計功率因為 Pd=PmK。 (4-7) Pd設(shè)計功率 Pm電動機功率 P P=0.26kw K。修正載荷系數(shù) 實用機械設(shè)計手冊 （下）表 10.5-9 修正載荷系數(shù)K。取 1.8 因為傳動裝置不是張緊裝置和系統(tǒng)減速,額外的修正系數(shù)為零所以Pd=1.80.26=0.5kw 選擇帶的節(jié)距因為 Pd=0.5kw n 電=276rpm=n1小帶輪轉(zhuǎn)速 查實用機械設(shè)計手冊 （下）圖 10.5-4

44、查出了同步帶節(jié)距代號為 H，而對應(yīng)的節(jié)距 Pd=12.7mm 確定其帶輪的直徑和各帶節(jié)線長長度沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第四章 機械傳動方案的設(shè)計與計算18查實用機械設(shè)計手冊表 10.5-8 得 H 型帶的小帶輪的轉(zhuǎn)速 n1=276rpm 因而小于 900rpm 所以得出小帶輪最少的齒數(shù) Z1 應(yīng)為 14Z1 取 22 因為 =Z2/Z1 傳動比 =1.5 Z2大帶輪齒數(shù) Z1小帶輪齒數(shù) Z1=22所以 =Z1=1.522=33查機電一體化機械系統(tǒng)設(shè)計表 3-11 得出大帶齒輪數(shù)大帶輪齒數(shù) Z2 應(yīng)取標(biāo)準(zhǔn)值為 32 Z2=32 小帶輪節(jié)圓直徑因為1=PbZ1/ (4-8) Pb同步帶節(jié)

45、距 Pb=12.7mm Z1小帶輪齒數(shù) Z1=22 所以計算得 d1=12.722/3.14=88.94mm d1=88.94mm同理可得 大帶輪節(jié)圓直徑 d2=129.36mm d2=129.36mm選擇帶長 LP初定中心距 a 因為 0.7(d2d1)a2(d2d1) d2大帶輪節(jié)圓直徑 d2=129.36mm d1小帶輪節(jié)圓直徑 d1=88.94mm所以 152.81a436.6 a 取 420mm a=420mm因為 Lp=2aCOS(d2d1)/2(d2d1)/180 定角 (4-9)因為=arcsin(d2d1/2a) (4-10)1所以=arcsin(129.3688.94/24

46、20)=3 1所以 a=420mm =3所以 Lp=2420COS3(129.3688.94)/23 （129.36-88.94）/180. =8393432 =1184mm節(jié)線長 Lp=1184mm沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第四章 機械傳動方案的設(shè)計與計算19查實用機械設(shè)計手冊 （下）表 10.5-5 取整數(shù)得出結(jié)果選用長度代號為 510 Lp=1295.4mm 齒數(shù) Zb=102 的同步帶 傳動中心距 a 的確定 因為 M=Pb/8(2Zb-Z1-Z2) (4-11) M修正系數(shù) Pb同步帶節(jié)距 Pb=12.7mm Zb同步帶齒數(shù) Zb=102 Z1大帶輪齒數(shù) Z1=22 Z2小帶

47、輪齒數(shù) Z2=32所以計算得 M=12.7/8(21102-22-32)=238.125 M=238.125mm因為 a=M+ (4-12) /)(8/12122ZZpbM 238.125=476mm 483.204)125.238(2 a=476mm所以節(jié)線長 Lp=1295.4mm 傳動中心距 a=476mm 選擇標(biāo)準(zhǔn)帶寬確認(rèn)小帶輪的轉(zhuǎn)速 n1=184rpm 小帶輪的齒數(shù) Z1=22查實用機械設(shè)計手冊(下)表 10.5-17 運用差值方法計算出 H 型帶的額定基準(zhǔn)功率 P。=2.7Kw確定實際帶寬 bs因為 bsbs。 （Pd/k2P。 ） (4-13) bs。標(biāo)準(zhǔn)帶寬 即查實用機械設(shè)計手

48、冊(下)表 10.5-4 bs。=76.2mm Pd設(shè)計功率 Pd=0.5kw K2嚙合齒數(shù)系數(shù) K2 根據(jù)實際的工作需求得出 K2=1所以 bs76.2(0.5/12.7)=17.414. 1/1需要查實用機械設(shè)計手冊表 10.5-4 中 bs 取標(biāo)準(zhǔn)值為 25.4mm 其寬度標(biāo)準(zhǔn)代號為 100 極限寬度偏差為 bs=25.4mm8 . 03 . 0確定帶寬系數(shù) Kw因為 Kw=(bs/bs。) 所以 Kw=（25.4/76.2）=0.2914. 114. 1 Kw=0.29沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第四章 機械傳動方案的設(shè)計與計算20確定額定功率 P因為 P=K2KwP。 (4-14) K2嚙合齒數(shù)系數(shù) k2=1 Kw帶寬系數(shù) kw=0.29 P。基準(zhǔn)額定功率 P。=2