PAGEPAGE復旦大學畢業論文專業：機械制造專業入學時間：畢業時間：序機械手是一種能自動化定位控制并可重新編程序以變動的多功能機器，它有多個自由度，可用來搬運物體以完成在各個不同環境中工作。1962年，美國聯合控制公司在上述方案的基礎上又試制成一臺數控示教再現型機械手。商名為Unimate（即萬能自動）。運動系統仿照坦克炮塔，臂可以回轉、俯仰、伸縮、用液壓驅動；控制系統用磁鼓作為存儲裝置。不少球坐標通用機械手就是在這個基礎上發展起來的。同年該公司和普魯曼公司合并成立萬能自動公司,專門生產工業機械手。1962年美國機械制造公司也實驗成功一種叫Vewrsatran機械手。該機械手的中央立柱可以回轉、升降采用液壓驅動控制系統也是示教再現型。雖然這兩種機械手出現在六十年代初，但都是國外工業機械手發展的基礎。1978年美國Unimate公司和斯坦福大學，麻省理工學院聯合研制一種Unimate-Vicarm型工業機械手，裝有小型電子計算機進行控制，用于裝配作業，定位誤差小于±1毫米。聯邦德國機械制造業是從1970年開始應用機械手，主要用于起重運輸、焊接和設備的上下料等作業。聯邦德國KnKa公司還生產一種點焊機械手，采用關節式結構和程序控制。日本是工業機械手發展最快、應用最多的國家。自1969年從美國引進兩種機械手后大力從事機械手的研究。前蘇聯自六十年代開始發展應用機械手，至1977年底，其中一半是國產，一半是進口。工業機械手是近幾十年發展起來的一種高科技自動化生產設備。工業機械手的是工業機器人的一個重要分支。它的特點是可通過編程來完成各種預期的作業任務，在構造和性能上兼有人和機器各自的優點，尤其體現了人的智能和適應性。機械手作業的準確性和各種環境中完成作業的能力，在國民經濟各領域有著廣闊的發展前景。機械手是在機械化，自動化生產過程中發展起來的一種新型裝置。在現代生產過程中，機械手被廣泛的運用于自動生產線中，機械人的研制和生產已成為高技術鄰域內，迅速發殿起來的一門新興的技術，它更加促進了機械手的發展，使得機械手能更好地實現與機械化和自動化的有機結合。機械手雖然目前還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復工作和勞動，不知疲勞，不怕危險，抓舉重物的力量比人手力大的特點，因此，機械手已受到許多部門的重視，并越來越廣泛地得到了應用。機械手技術涉及到力學、機械學、電氣液壓技術、自動控制技術、傳感器技術和計算機技術等科學領域，是一門跨學科綜合技術。機械手是一種能自動化定位控制并可重新編程序以變動的多功能機器，它有多個自由度，可用來搬運物體以完成在各個不同環境中工作。1.1機械手的分類機械手一般分為三類：第一類是不需要人工操作的通用機械手。它是一種獨立的不附屬于某一主機的裝置。它可以根據任務的需要編制程序，以完成各項規定的操作。它的特點是具備普通機械的性能之外，還具備通用機械、記憶智能的三元機械。第二類是需要人工才做的，稱為操作機。它起源于原子、軍事工業，先是通過操作機來完成特定的作業，后來發展到用無線電訊號操作機來進行探測月球等。工業中采用的鍛造操作機也屬于這一范疇。第三類是用專用機械手，主要附屬于自動機床或自動線上，用以解決機床上下料和工件送。這種機械手在國外稱為“MechanicalHand”，它是為主機服務的，由主機驅動；除少數以外，工作程序一般是固定的，因此是專用的。在國外，目前主要是搞第一類通用機械手，國外稱為機器人。本課題所做的機械手是屬于第三類機械手。1、簡史機械手首先是從美國開始研制的。1958年美國聯合控制公司研制出第一臺機械手。它的結構是：機體上安裝一個回轉長臂，頂部裝有電磁塊的工件抓放機構，控制系統是示教形的。1962年，美國聯合控制公司在上述方案的基礎上又試制成一臺數控示教再現型機械手。商名為Unimate（即萬能自動）。運動系統仿照坦克炮塔，臂可以回轉、俯仰、伸縮、用液壓驅動；控制系統用磁鼓作為存儲裝置。不少球坐標通用機械手就是在這個基礎上發展起來的。同年該公司和普魯曼公司合并成立萬能自動公司,專門生產工業機械手。1962年美國機械制造公司也實驗成功一種叫Vewrsatran機械手。該機械手的中央立柱可以回轉、升降采用液壓驅動控制系統也是示教再現型。雖然這兩種機械手出現在六十年代初，但都是國外工業機械手發展的基礎。1978年美國Unimate公司和斯坦福大學，麻省理工學院聯合研制一種Unimate-Vicarm型工業機械手，裝有小型電子計算機進行控制，用于裝配作業，定位誤差小于±1毫米。聯邦德國機械制造業是從1970年開始應用機械手，主要用于起重運輸、焊接和設備的上下料等作業。聯邦德國KnKa公司還生產一種點焊機械手，采用關節式結構和程序控制。日本是工業機械手發展最快、應用最多的國家。自1969年從美國引進兩種機械手后大力從事機械手的研究。前蘇聯自六十年代開始發展應用機械手，至1977年底，其中一半是國產，一半是進口。目前，工業機械手大部分還屬于第一代，主要依靠工人進行控制；改進的方向主要是降低成本和提高精度。第二代機械手正在加緊研制。它設有微型電子計算控制系統，具有視覺、觸覺能力，甚至聽、想的能力。研究安裝各種傳感器，把感覺到的信息反饋，是機械手具有感覺機能。第三代機械手則能獨立完成工作中過程中的任務。它與電子計算機和電視設備保持聯系，并逐步發展成為柔性制造系統FMS和柔性制造單元FMC中的重要一環。2、應用簡況現代工業中，生產過程的機械化，自動化已成為突出的主題?；さ冗B續性生產過程的自動化已基本得到解決。但在機械工業中，加工、裝配等生產是不連續的。因此，裝卸、搬運等工序機械化的迫切性，工業機械手就是為實現這些工序的自動化而產生的。有資料統計：美國偏重于毛坯生產，日本偏重于機械加工。隨著機械手技術的發展，應用的對象還會有所改變。機械手在鍛造工業中的應用能進一步發展鍛造設備的生產能力，改善熱、累等勞動條件。國內機械手工業、鐵路工業中首先在單機、專機上采用機械手上下料，減輕工人的勞動強度。國外鐵路工業中應用機械手以加工鐵路車軸、輪等大、中批零件。并和機床共同組成一個綜合的數控加工系統。采用機械手進行裝配更始目前研究的重點，國外已研究采用攝象機和力傳感裝置和微型計算機連在一起，能確定零件的方位達到鑲裝的目的。3、發展趨勢目前工業機械手主要用于機床加工、鑄造、熱處理等方面，無論數量、品種和性能方面還是不能滿足工業發展的需要。在國內主要是逐步擴大應用范圍，重點發展鑄造、熱處理方面的機械手，以減輕勞動強度，改善作業條件，在應用專用機械手的同時，相應的發展通用機械手，有條件的還要研制示教式機械手、計算機控制機械手和組合機械手等。將機械手各運動構件，如伸縮、擺動、升降、橫移、俯仰等機構以及根據不同類型的加緊機構，設計成典型的通用機構，所以便根據不同的作業要求選擇不同類型的基加緊機構，即可組成不同用途的機械手。既便于設計制造，有便于更換工件，擴大應用范圍。同時要提高速度，減少沖擊，正確定位，以便更好的發揮機械手的作用。此外還應大力研究伺服型、記憶再現型，以及具有觸覺、視覺等性能的機械手，并考慮與計算機連用，逐步成為整個機械制造系統中的一個基本單元。在國外機械制造業中工業機械手應用較多，發展較快。目前主要用于機床、橫鍛壓力機的上下料，以及點焊、噴漆等作業，它可按照事先指定的作業程序來完成規定的操作。此外，國外機械手的發展趨勢是大力研制具有某種智能的機械手。使它具有一定的傳感能力，能反饋外界條件的變化，作相應的變更。如位置發生稍許偏差時，即能更正并自行檢測，重點是研究視覺功能和觸覺功能。目前已經取得一定成績。視覺功能即在機械手上安裝有電視照相機和光學測距儀（即距離傳感器）以及微型計算機。工作是電視照相機將物體形象變成視頻信號，然后送給計算機，以便分析物體的種類、大小、顏色和位置，并發出指令控制機械手進行工作。觸覺功能即是在機械手上安裝有觸覺反饋控制裝置。工作時機械手首先伸出手指尋找工作，通過安裝在手指內的壓力敏感元件產生觸覺作用，然后伸向前方，抓住工件。手的抓力大小通過裝在手指內的敏感元件來控制，達到自動調整握力的大小?？傊?，隨著傳感技術的發展機械手裝配作業的能力也將進一步提高。更重要的是將機械手、柔性制造系統和柔性制造單元相結合，從而根本改變目前機械制造系統的人工操作狀態。1.2機械手的組成機械手主要由執行機構、驅動機構和控制系統三大部分組成。其組成及相互關系如下圖：1、執行機構(如圖1.2-1所示)圖1.2-1（1）手部手部安裝在手臂的前端。手臂的內孔裝有轉動軸，可把動作傳給手腕，以轉動、伸屈手腕，開閉手指。本課所指的機械手僅需開閉手指。機械手手部的機構系模仿人的手指，分為無關節，固定關節和自由關節三種。手指的數量又可以分為二指、三指和四指等，其中以二指用的最多?？梢愿鶕A持對象的形狀和大小配備多種形狀和尺寸的夾頭，以適應操作需要。本課所做的機械手采用二指形狀。（2）手臂手臂有無關節和有關節手臂之分本課所做的機械手的手臂采用無關節臂手臂的作用是引導手指準確的抓住工件，并運送到所需要的位置上。為了使機械手能夠正確的工作，手臂的三個自由度都需要精確的定位。本課題所做的機械手在手臂的上升、下降、前伸、后退、左轉、右轉三個方向的定位均采用行程開關控制，以保證定位的精度?？偫C械手的運動離不開直線移動和轉動二種，因此，它采用的執行機構主要是直線油缸、擺動油缸、電液脈沖馬達、伺服油馬達、直流伺服馬達和步進馬達等。軀干是安裝手臂、動力源和執行機構的支架。2、驅動機構驅動機構主要有四種：液壓驅動、氣壓驅動、電氣驅動和機械驅動。其中以液壓氣動用的最多，占90%以上，電動、機械驅動用的較少。液壓驅動主要是通過油缸、閥、油泵和油箱等實現傳動。它利用油缸、馬達加上齒輪、齒條實現直線運動；利用擺動油缸、馬達與減速器、油缸與齒條、齒輪或鏈條、鏈輪等實現回轉運動。液壓驅動的優點是壓力高、體積小、出力大、運動平緩，可無級變速，自鎖方便，并能在中間位置停止。缺點是需要配備壓力源，系統復雜成本較高。氣壓驅動所采用的元件為氣壓缸、氣壓馬達、氣閥等。一般采用4-6個大氣壓，個別的達到8-10個大氣壓。它的優點是氣源方便，維護簡單，成本低。缺點是出力小，體積大。由于空氣的可壓縮性大，很難實現中間位置的停止，只能用于點位控制，而且潤滑性較差，氣壓系統容易生銹。為了減少停機時產生的沖擊，氣壓系統裝有速度控制機構或緩沖機構。電氣驅動采用的不多?，F在都用三相感應電動機作為動力，用大減速比減速器來驅動執行機構；直線運動則用電動機帶動絲杠螺母機構；有的采用直線電動機。通用機械手則考慮用步進電機、直流或交流的伺服電機、變速箱等。電氣驅動的優點是動力源簡單，維護，使用方便。驅動機構和控制系統可以采用統一形式的動力，出力比較大；缺點是控制響應速度比較慢。機械驅動只用于固定的場合。一般用凸輪連桿機構實現規定的動作。它的優點是動作確實可靠，速度高，成本低；缺點是不易調整。本課題所做的機械手采用電動機帶動絲杠螺母機構來實現手臂的上升、下降方面。采用手臂的左轉、右轉、手臂的夾緊、放松方面。3、控制系統機械手控制系統的要素，包括工作順序、到達位置、動作時間和加速度等?？刂葡到y可根據動作的要求，設計采用數字順序控制。它首先要編制程序加以存儲，然后再根據規定的程序，控制機械手進行工作。1.3應用機械手的意義隨著科學技術的發展，機械手也越來越多的地被應用。在機械工業中，鑄、焊、鉚、沖、壓、熱處理、機械加工、裝配、檢驗、噴漆、電鍍等工種都有應用的實理。其他部門，如輕工業、建筑業、國防工業等工作中也均有所應用。在機械工業中，應用機械手的意義可以概括如下：一、以提高生產過程中的自動化程度應用機械手有利于實現材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機器的裝配等的自動化的程度，從而可以提高勞動生產率和降低生產成本。二、以改善勞動條件，避免人身事故在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空間狹窄的場合中，用人手直接操作是有危險或根本不可能的，而應用機械手即可部分或全部代替人安全的完成作業，使勞動條件得以改善。在一些簡單、重復，特別是較笨重的操作中，以機械手代替人進行工作，可以避免由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。三、可以減輕人力，并便于有節奏的生產應用機械手代替人進行工作，這是直接減少人力的一個側面，同時由于應用機械手可以連續的工作，這是減少人力的另一個側面。因此，在自動化機床的綜合加工自動線上，目前幾乎都沒有機械手，以減少人力和更準確的控制生產的節拍，便于有節奏的進行工作生產。綜上所述，有效的應用機械手，是發展機械工業的必然趨勢。第二章總體技術方案及系統組成2.1原始數據負載重量：10kg重復定位精度：±1mm自由度：3（Z的移動，R軸的平動，θ軸的轉動）Z：大臂的升降R：大臂的伸縮θ：腰軸各軸最大運動速度：Z軸上下：200mm/sθ軸回轉：30°/sR軸伸縮：200mm/s各軸最大運動范圍：Z軸上下：550mmθ軸回轉：90°R軸伸縮：400mm2.2工作要求：機械手的工藝流程：機械手原位→機械手前伸→機械手上升→機械手抓取并夾緊→機械手后退→機械手前進（小車）→小車停止→機械手左轉90°→機械手前伸→機械手松開→機械手后退（小車）→機械手下降→機械手右轉90°→小車后退→退至原位機構簡圖2.3系統組成本基械手系統由機體，傳送機構，動力源和控制裝置四部分組成。其中機體由小車及本體等部分組成；傳送機構主要由伸縮臂及抓緊機構所組成；動力源由液壓驅動和機械驅動兩種形式構成控制裝置主要由自動控制和手動控制兩部分組成。2.4總體技術方案畢業設計的目的就是要把我們所學的比較分散的知識綜合起來，并進行靈活運用?，F在的發展趨勢是機電一體化，因此，我們的畢業設計是要我們將“機”、“電”、“液”三者合并起來?！皺C”即是指機械，機械手的動作過程可以分五部分，即機械手的上升下降、機械手的前伸后縮、機械手的加緊放松、機械手的左轉右轉、小車的前進后退。這五部分中我們靠機械完成機械手的上升下降動作，即本課題所做的機械手采用電動機帶動絲杠螺母機構來實現手臂的上升、下降方面。滾珠螺旋傳動是在絲杠和螺母滾道之間放入適量的滾珠，使螺紋間產生滾動摩擦。絲桿傳動是帶動滾珠沿螺紋軌道滾動。滾珠螺旋傳動與滑動螺旋傳動或者其他直線運動副相比，有以下特點：1）傳動效率高一般滾珠絲杠副的傳動效率達85%-98%，為滑動絲杠副的3-4倍。2）運動平穩滾動摩擦系數接近常數，啟動與工作摩擦力矩差別很小。啟動時無沖擊，低速時無爬行。3）能源預緊預緊后可消除間隙產生過盈，提高接觸剛度和傳動精度。同時增加的摩擦力矩相對不大。4）工作壽命長滾珠絲杠螺母副的摩擦表面為高硬度、高精度，具有較長的工作壽命和精度保持性。壽命約為滑動絲杠副的4-10倍以上.5）定位精度和重復定位精度高由于滾珠絲杠副摩擦小、溫升小、無爬行、無間隙，通過預緊進行預拉伸的補償的膨脹，因此，可以達到較高的定位精度和重復定位精度。6）同步性好用幾套相同的滾珠絲杠副同時傳動幾個相同的運動部件。可以得到較好的同步運動。7）可靠性高潤滑密封裝置結構簡單，維修方便。8）不自鎖用于垂直運動，必須在系統中附加自鎖或制動裝置。9）經濟性差，成本高由于結構工藝復雜，故制造成本高價格往往以mm計。經過計算，選擇如下：電動機型號：Y802-2功率：1.1W絲杠型號：Tr40×72.4.1動作分析工業機械手的機械機構是指它的執行系統，是機械手抓持工件、進行操作及各種運動的機械部件。機械部件主要包括手部，手臂前后伸縮部分，手臂上下升降部分腰轉部分以及機座和行走機構。2.4.2手部手部：包括杠桿手指，單向作用式握緊油缸等。其工作原理：物體進入手指后，拉桿手油缸作用，通過拉桿帶動杠桿手指回轉，實現握緊或松開動作。1)手臂的前后伸縮部分手臂的前后伸縮部分由直線油缸帶動實現。當直線油缸工作時通過活塞桿行程的變化，完成手臂的伸縮運動。2)手臂的上下升降部分手臂的上下升降部分是由電動機、絲桿傳動副、立柱等部分組成。當電動機工作時，通過聯軸器轉動絲桿，由于絲桿螺母周受到立柱的徑向轉動限制，使得螺母及手臂架只能作上下運動。3)腰轉部分腰轉部分主要由轉盤和回轉油缸組成。當壓力油進入回轉油缸時，回轉油缸的回轉軸回轉，通過活塞桿的伸縮帶動轉盤的轉動，從而實現機械手的左右轉動，4)行走機構行走機構主要是由電動機、齒輪、帶輪等組成。當電動機工作時，通過齒輪、帶輪的傳動，帶動小車的輪子轉動，從而實現行走。第三章機械手的液壓部分“機、電、液”中的“液”即指液壓系統。液壓系統相對于機械傳動來說，是一門新興的技術。人類使用水力機械及液壓技術雖然已有很長的歷史，但是液壓技術在機械領域中得以應用并取得迅速發展則是本世紀，特別是第二次世界大戰以來的事。由于液壓傳動具有許多突出的優點，因而目前已廣泛的應用在工、農業機械、機床、交通運輸、路地行走設備、船舶控制、火炮控制、飛機、導彈等各方面。3.1液壓系統的工作原理所謂液壓系統就是以液體為介質，依靠運動者的液體的壓力能來傳遞力的。液壓系統工作是，液壓泵把電動機傳來的回轉式機械能轉變成油液的壓力能：油液被輸送到液壓缸（或液壓馬達）后，又由液壓缸（或液壓馬達）把油液的壓力能變為直線式（或回轉式）的機械能輸出。液壓系統中的油液在受調節、控制的狀態下進行工作的因此液壓傳動和液壓控制在這個意義上來說難以截然分開。液壓系統必須滿足起執行元件在力和速度方面的要求。3.2液壓傳動的工作特性液壓系統工作是，外界負載越大（在有效承壓面積一定的前提下）所需要的壓力也越大，反之亦然。因此液壓系統的由壓力（簡稱系統的壓力，下同）大小取決于外界負載。負載大，系統壓力大；負載小，系統壓力??；負載為零，系統壓力為零。另外，活塞或工作臺的運動速度（簡稱系統的速度，下同）取決于單位時間通過節流閥進入液壓缸中油液的體積即流量。流量越大（在有效承壓面積一定的前提下）系統的速度越快，反之亦然。流量為零，系統的速度亦為零。液壓系統的壓力和外在負載，，速度和流量的這兩個關系稱作液壓傳動的兩個工作特性。3.3液壓系統的組成液壓系統由以下五個部分組成：1）動力元件它是將原動機輸入的機械能轉換為液壓能的裝置。液壓泵即為動力元件。2）執行元件它是將液體的壓力能轉換為機械能的裝置，以驅動部件。液壓缸和液壓馬達即為執行元件。3）控制調節元件控制調節元件是指各種閥類元件，它們的作用是控制液壓系統中油液的壓力、流量和方向，以保證執行元件完成預期的工作運動。4）輔助元件輔助元件是指油箱、油管、管接頭、濾油器、壓力表、流量表等。5）工作介質在液壓系統中使用液壓油（通常為礦物油）。3.4液壓系統的優、缺點液壓系統與機械、電力等傳動相比。有以下特點：1）能方便的進行無級調速，調速范圍大。2）體積小，、重量輕、功率大。一方面，在相同輸出功率的前提下，其體積小、重量輕、慣性小、動作靈敏，這對于液壓自動控制系統有重要的意義。另一方面，在體積或重量相近的情況下，其輸出功率大，能傳遞較大的扭矩或推力（如萬噸水壓力等）。3）控制和調節簡單、方便、省力，易實現自動化控制和過載保護。4）可實現無間隙傳動，運動平穩。5）因為傳動介質為油液，故液體元件有自我潤滑作用，使用壽命長。6）液壓元件實現了標準化、系列化、通用化、便于設計、制造和推廣使用。7）可以采用大推力的液壓缸和大扭矩的液壓馬達直接帶動負載，從而失去了中間的減速裝置，使傳動簡化。液壓傳動的主要缺點：1）漏由于作為傳動介質的液體是在一定的壓力下，有時是在較高的壓力下工作的，因此在有相對運動的表面間不可避免要產生泄漏。同時，由于油液并不是不可以壓縮的，油管等也回產生彈性變形，所以液壓傳動不宜用在傳動比要求較嚴格的場合。2）震液壓傳動中的“液壓沖擊和空穴現象”會產生很大的震動和噪聲。3）熱在能量轉換和傳遞過程中，由于存在機械摩擦、壓力損失、泄漏損失，因而易使油液發熱，總效率降低，故液壓傳動不宜遠距離轉動。4）液壓傳動性能對溫度比較敏感，故不宜在高溫及低溫下工作。液壓傳動裝置對油液的污染也較敏感，故要求有良好的過濾設施。5）液壓元件加工要求高一般情況下又要求有獨立的能源（如液壓泵站），這些可能使產品成本提高。6）液壓系統出現鼓故障時不宜追查原因，不宜迅速排除。綜上所述，液壓傳動由于其優點比較突出，故在工、農業各個部門獲得廣泛的應用。它的某些缺點隨著生產技術的不斷發展、提高，正在逐步得到克服。由于液壓傳動相對于機械傳動有以上幾個突出的優點，所以確定機械手的前伸后退、左轉右轉、夾緊放松著三部分動作用液壓傳動來實現。第四章回轉裝置的總體組成及結構設計4.1回轉裝置的組成回轉裝置主要由執行件、傳遞件、驅動件及控制系統四大部分組成。4.1.1執行件本設計選用的是回轉臺與傳遞件——鏈輪共用的一個長平鍵的心軸。驅動件驅動傳遞件——鏈輪傳動，鏈輪通過共用件將回轉運動直接傳遞給與心軸件聯接的回轉臺，并使之旋轉。4.1.2傳遞件本課題中機械手要求作間歇往復回轉運動，因此，考慮采用回轉曲線傳動。回轉傳動可分為齒輪傳動、帶傳動和鏈傳動。齒輪傳動雖然效率高，工作可靠，壽命長，結構緊湊，圓周速度及功率范圍廣，但制造和安裝精度要求較高，不能緩沖，無過載保護，低精度時噪聲大。由于本課題中機械手回轉精度要求不高，因此，不予考慮。鏈傳動無彈性滑動和打滑現象，工作可靠，具有準確的平均傳動比，傳動效率較高，在傳動相同功率的情況下，結構較為緊湊，鏈條張緊力小，作用于鏈輪軸的力也較小，故鏈傳動能夠在低速重載的條件下使用。與齒輪傳動相比，鏈傳動制造和安裝精度要求較低鏈傳動的主要缺點是不能保持恒定的瞬時傳動比，傳動平穩性較差，工作時有沖擊和噪聲，磨損后易發生跳齒，傳動中有周期性的重載荷和嚙合沖擊，不適合載荷變化很大和急速反向轉動的場合。帶傳動是一種應用很廣的機械傳動，雖然結構簡單，制作成本低，傳動平穩，無需潤滑，制造和安裝精度要求不高，噪聲小，能緩沖吸震，有過載保護作用。同步帶傳動是一種嚙合型帶傳動。它具有齒輪傳動和摩擦帶傳動的特點。還具有傳遞功率大，傳動比準確等特點。故多用于要求傳動平穩，傳動精度較高的場合。因此回轉裝置中的運動傳遞本設計使用同步帶傳動。4.1.3驅動件驅動件主要有四種：氣動驅動、電氣驅動、機械驅動和液壓驅動。其中以液壓、氣動用的最多，占90%以上；電動、機械驅動用的較少。氣壓驅動所采用的元件為氣壓缸、氣壓馬達、氣閥等。一般采用4-6個大氣壓，個別的達到8-10個大氣壓。它的優點是氣源方便，維護簡單，成本低。缺點是出力小，體積大。由于空氣的可壓縮性大，很難實現中間位置的停止，只能用于點位控制，而且潤滑性較差，氣壓系統容易生銹。為了減少停機時產生的沖擊，氣壓系統裝有速度控制機構或緩沖機構。氣驅動采用的不多?，F在都用三相感應電動機作為動力，用大減速比減速器來驅動執行機構；直線運動則用電動機帶動絲杠螺母機構；有的采用直線電動機。通用機械手則考慮采用同一種形式的動力，出力比較大；缺點是控制響應速度比較慢。機械驅動只用于固定的場合。一般用凸輪連桿機構實現規定的動作。它的優點是動作確實可靠，速度高，成本低；缺點是不易調整液壓驅動主要是通過油缸、閥、油泵和油箱等實現傳動。它利用油缸、馬達加上齒輪、齒條實現直線運動；利用擺動油缸、馬達與減速器、油缸與齒條、齒輪或鏈條、鏈輪等實現回轉運動。液壓驅動的優點是壓力高、體積小、出力大、運動平緩，可無級變速，自鎖方便，并能在中間位置停止。缺點是需要配備壓力源，系統復雜成本較高。本課題設計采用液壓驅動。利用液壓缸帶動帶動鏈輪、鏈條實現回轉運動。設計配有液壓總站，與回轉裝置并排置于小車之上。4.1.4控制系統機械手控制系統的要素，包括工作順序、到達位置、動作時間和加速度等?？刂葡到y可根據動作的要求，設計采用數字順序控制。它首先要編制程序加以存儲，然后再根據規定的程序，控制機械手進行工作。本課題采用電機驅動。利用電動機帶動帶輪、帶輪傳動通過齒輪和軸的公用件實現小車的行走運動。第五章機械傳動方案的設計與計算5.1小車的主要組成部分1、驅動系統采用步進電動機帶動同步帶與帶輪驅動小車沿導軌作徑向往復運動。2、執行機構交換工作臺的送出采用液壓送出方式，交換工作臺應沿相應的軌道送出。3、控制部分采用PLC可編程控制器來實現小車各個運動狀態的控制。其小車示意圖如圖5.1-1所示圖5.1-15.2同步帶傳動方式優缺點（一）優點1、傳動比準確，同步帶是嚙合傳動，工作時無滑動。2、傳動效率高，效率可達96%，與V帶相比可節能10%以上。3、傳動平穩，能吸收振動，噪聲小。4、使用范圍廣，傳動比可達10，且帶輪直徑比V帶小得多，也不需要大的張緊力，結構系統高速大50m/s，傳遞功率300KW5、傳動比準確，對軸及軸承的壓力小，耐油耐磨性好，允許采用較小的帶輪直徑，較短的中心距和較大是速比。6、維護保養方便，能在高溫，灰塵、水及、腐蝕，介質的惡劣環境中工作，不需潤滑。（二）缺點：1、安裝要求高。要求二帶輪軸線平行。同步在與二帶輪軸線垂直的平面內運行。帶輪中心距要求較嚴格。安裝不當易發生干涉，爬齒，跳齒等現象。2、帶與帶輪的制造工藝比較復雜，成本受批量影響。5.3驅動動力源步進電動機是一種把脈沖信號變換成直線位移或角位移的執行元件，也可以說是一種機械式的數模轉換器，每輸入一個脈沖，步進電動機就前進一步，因此稱作脈沖電動機，步進電動機的種類繁多，主要分三大類：反應式步進電動機、機床磁式步進電動機以及永磁感應式步進電動機，本是合計采用反應式步進電動機，因為其結構簡單，是應用最廣泛的一種。步進電動機能成為現代數字控制系統重要的執行元件。是因為步進電動機本身也在不斷發展，性能也在不斷完善。其優點如下：1、可直接實現數字控制。2、控制性能好3、無接觸式元件，沒有電刷和轉換器，運行平穩可靠，在步進電動機的負載范圍內，步距值不受電源電壓的大小，負載大小，波形及周圍環境溫度變換的影響，抗干擾能力強，能保持運行轉速。4、誤差不長期積累。5、反應式步進電動機在一相繞組通電的情況下，具有自鎖能力，永磁式步進電動機在不通電的情況下也能保持轉矩。5.4機械傳動方案的設計計算本設計采用一級傳動，傳動比為1.5本設計計算參照<<實用機械設計手冊>>(下冊機械工業出版社出版)中的第十章鏈傳動和帶傳動中第五節多楔帶和同步帶傳動中的同步帶傳動章節。5.4.1設計數據確定因為設計車速為3km/h，考慮到實際車速有±50%的誤差，所以實際最高車速應為4.5km/h折算成米/秒應為1.25m/sV車=1.25m/s據實際工作要求取車輪直徑為130mm因為車速為1.25m/s所以車速也應等于輪子的切向速度因為V=dn/60×1000V—車輪切向速度V=1.25m/sd—車輪直徑d=130mmn—車輪轉速所以經計算得n=60×1000V/d=60×1000×1.25/3.14×130=184rpm因為車輪轉速也等于驅動軸轉速所以n轉驅=n=184rpmn轉驅=184rpm因為T=9.55×P驅/nT—驅動轉矩T=9NMP驅—驅動軸功率n—驅動軸轉速n=184rpm所以經計算得9×=9.55××P驅/184P驅=0.2KM因為ī=n電/n驅n驅—驅動軸轉速n驅=184rpmn電—電機軸轉速ī—傳動比所以計算得n電=ī.n電驅n電=1.5×184=276rpm記n電=276rpm因為驅動軸轉驅為9N.m所以據實際工作要求選用型號為130BF001相數為5相，步距角為0.75°電壓為12/80V相電流為10A最大轉距為9.31N.m空載起動頻率為3000步/S，空載運行頻率為16000步/S的反應式步進電動機因為T電=9.55×P電/n電T電—電機軸轉矩T電=9.31n.mn電—電機軸轉速n電=276rpmP電—電機功率所以計算得P電=T電×n電/9.55×=9.31××276/9.55×=0.26kmP電=0.26km因為總=帶·聯·滾總—總的傳動效率帶—同步帶的傳動效率帶=0.98聯—聯軸器的傳動效率聯=0.99滾—滾動軸承的傳動效率滾=0.99所以總=0.98×0.99×0.99=0.99總=0.99因為P驅=P實電×總P驅——驅動軸功率P驅=0.2Kw總——總機械傳動功率總=0.99P實電—電動機實際功率所以計算得P實電=P驅/總=0.2/0.99=0.21kwP實電=0.21kw因為P實電〈P電所以符合工作要求5.4.2同步帶結構的設計計算1）求出設計功率因為Pd=Pm·K。Pd—設計功率Pm—名義傳遞功率也就是電動機功率PP=0.26kwK?！d荷修正系數《實用機械設計手冊》（下）表10.5-9載荷修正系數K。取1.8又因為傳動裝置未及張緊裝置和系統為減速運動所以其附加修正系數為零所以Pd=1.8×0.26=0.5kw2）、選擇帶的節距因為Pd=0.5kwn電=276rpm=n1—小帶輪轉速查《實用機械設計手冊》（下）圖10.5-4查得同步帶的節距代號為H，對應的節距Pd=12.7mm3）、確定帶輪直徑和帶節線長查《實用機械設計手冊》表10.5-8得H型帶，小帶輪轉速n1=276rpm小于900rpm所以小帶輪最少齒數Z1應為14Z1取22因為ⅰ=Z2/Z1ⅰ—傳動比ⅰ=1.5Z2—大帶輪齒數Z1—小帶輪齒數Z1=22所以ⅰ=Z1·ⅰ=1.5×22=33查《機電一體化機械系統設計》表3-11大帶輪齒數Z2取標準值32Z2=32小帶輪節圓直徑因為ｄ1=Pb·Z1/Pb——同步帶節距Pb=12.7mmZ1—小帶輪齒數Z1=22所以計算得d1=12.7×22/3.14=88.94mmd1=88.94mm同理可得大帶輪節圓直徑d2=129.36mmd2=129.36mm選擇帶長LP初定中心距a因為0.7(d2＋d1)＜a＜2(d2＋d1)d2—大帶輪節圓直徑d2=129.36mmd1—小帶輪節圓直徑d1=88.94mm所以152.81＜a＜436.6a取420mma=420mm因為Lp=2aCOS＋(d2＋d1)/2＋(d2－d1)/180定角因為=arcsin(d2－d1/2a)所以=arcsin(129.36－88.94/2×420)=3所以a=420mm=3所以Lp=2×420×COS3＋(129.36＋88.94)/2＋×3（129.36-88.94）/180=839＋343＋2=1184mm節線長Lp=1184mm查《實用機械設計手冊》（下）表10.5-5取整后選用長度代號為510Lp=1295.4mm齒數Zb=102的同步帶4)、傳動中心距a的確定因為M=Pb/8(2Zb-Z1-Z2)M—修正系數Pb—同步帶節距Pb=12.7mmZb—同步帶齒數Zb=102Z1—大帶輪齒數Z1=22Z2—小帶輪齒數Z2=32所以計算得M=12.7/8(21×102-22-32)=238.125M=238.125mm因為a=M+≈238.125＋=476mma=476mm所以節線長Lp=1295.4mm傳動中心距a=476mm5)、選擇標準帶寬確定小帶輪齒數Z1=22小帶輪轉速n1=184rpm查《實用機械設計手冊》(下)表10.5-17用差值法計算得H型帶的基準額定功率P。=2.7Kw確定實際帶寬bs因為bs≥bs。（Pd/k2·P。）bs?！獦藴蕩挷椤秾嵱脵C械設計手冊》(下)表10.5-4bs。=76.2mmPd—設計功率Pd=0.5kwK2—嚙合齒數系數K2據實際工作要求K2=1所以bs≥76.2(0.5/1×2.7)=17.4查《實用機械設計手冊》表10.5-4bs取標準為25.4mm其標準寬度代號為100寬度極限偏差為bs=25.4mm確定帶寬系數Kw因為Kw=(bs/bs。)所以Kw=（25.4/76.2）=0.29Kw=0.29確定額定功率P因為P=K2·Kw·P。K2—嚙合齒數系數k2=1Kw—帶寬系數kw=0.29P?！鶞暑~定功率P。=2.7kw所以計算得P=0.29×2.7=0.77kw因為P＞Pd所以滿足設計要求帶的圓周速度V的確定因為V=Pb·Z1n1/60×1000Pb—帶的節距Pb=12.7mmZ1—小帶輪齒數Z1=22n1－小帶輪轉速n1=276r/mm所以計算得V=12.7×22×276/60×1000=1.3m/s工作能力驗算因為P=(K2·kw·Ta-bs·m·v/bs。)V×10K2—嚙合齒數系數K2=1Kw—帶寬系數Kw=0.29Ta—許用工作拉力查《實用機械設計手冊》表10.5-9Ta=2100.85Nm—單位長度質量查《實用機械設計手冊》表10.5-9m=0.448㎏/m所以P=〔1×(25.4/76.2)×2100.85-25.4×0.448×1.3/76.2〕×1.3/1000=0.78因為P＞Pd所以額定功率大于設計功率故帶的傳動能力足夠。最小軸徑的確定因為dmin≥A修正系數查《簡用機械設計手冊》表14-13軸的材料為45鋼A為118P—傳遞功率為0.26kwn—驅動軸轉速為184r/mm所以dmin≥A=118=13mmd取30mm6)結果整理選用H型同步帶Pb=12.7mmLp=1295.4mmBs=25.4mm小帶輪Z=22d=88.94mm大帶輪Z=32d=129.36mm傳動的中心距a=476mm帶的長度帶號為510寬度帶號為100其余查《實用機械設計手冊》表10.5-20表10.5-10最小軸徑為30mm第六章零件加工編程6．1數控車床加工程序編制基礎數控車床是目前使用最廣泛的數控機床之一。數控車床主要用于加工軸類、盤類等回轉體零件。通過數控加工程序的運行，可自動完成內外圓柱面、圓錐面、成型表面、螺紋和端面等工序的切削加工，并能進行車槽、鉆孔、擴孔以及鉸孔等工作。車削中心可在一次裝夾中完成更多的加工程序，提高加工精度和生產效率，特別適合于復雜形狀回轉類零件的加工。由于數控車床的加工對象多為回轉體，一般使用通用三爪卡盤夾具。數控車床的編程特點：①加工坐標系加工坐標系應于機床坐標系的坐標方向一致，X軸對應徑向，Z軸對應軸向，C軸（主軸）的運動方向則以從機床尾架向主軸看，逆時針為+C向，順時針為-C向。②直徑編程方式采用直徑尺寸編程與零件圖樣中的尺寸標注一致，這樣可避免尺寸換算過程中可能造成的錯誤，給編程帶來很大方便。③進刀和退刀方式切削起點的確定與工件毛坯余量大小有關，應以刀具快速走到該點時刀尖不與工件發生碰撞為原則。S功能（1）恒線速切削G96S～其中S后面的數字表示的是恒定的線速度，單位為m/min.(2)恒線速取消G97S～其中S后面的數字表示恒線速度控制取消后的主軸轉速，如S未指定，將保留G96的最終值。T功能編程格式T～其中T后面通常有兩位數表示所選擇的刀具號碼。但也有T后面用四位數字，前兩位是刀具號，后兩位是刀具長度補償號，又是刀尖圓弧半徑補償號。M功能M00：程序暫停；M3：主軸順時針旋轉；M04：主軸逆時針旋轉；M05：主軸旋轉停止；M08：冷卻液開；M09：冷卻液關；M30：程序停止，程序復位到起始位置。G功能G00快速點定位；G01直線插補指令；G02為按指定進給速度的順時針圓弧插補；G03為按指定進給速度的逆時針圓弧插補；G04暫停；G90外圓切削循環；G94端面切削循環；G96恒線速切削；G97恒線速切削；G76為螺紋切削循環。刀具半徑補償指令在零件輪廓銑削加工時，由于刀具半徑尺寸影響，刀具的中心軌跡與零件輪廓往往不一致。為了避免計算刀具中心軌跡，直接按零件圖樣上的輪廓尺寸編程，數控系統提供了刀具半徑補償功能。其中G41為左偏刀具半徑補償，G42為右偏刀具半徑補償，G40是撤消刀具半徑補償指令。子程序的調用：M01表示段落結束選擇停止；M02段落結束不回程序開頭；M03主軸順時針旋轉；M04主軸逆時針旋轉；M05主軸停止；M07切削液打開成霧狀；M08切削液打開成水柱狀；M09切削液關閉；M30鍛煉結束回程序開頭；M98P～其中：P表示子程序調用情況。P后共有8位數字，前四位為調用次數，省略時為調用一次；后四位為所調用的子程序號。M99表示子程序結束，并返回到調用子程序的主程序中。確定走刀路線和安排加工順序應注意以下幾點：1、尋求最短加工路線；2、最終輪廓一次走刀完成；3、選擇合理的切入切出方向。6．2程序編制圖見附表二1）加工時所用刀具一號車刀：端面車刀二號車刀：外圓車刀（刀尖圓弧R0.2）三號車刀：割刀（刀寬5）四號車刀：鏜刀五號車刀：中心鉆（直徑6）六號車刀：麻花鉆（直徑28）七號車刀：外圓車刀（反刀）八號車刀：30度螺紋車刀2）程序O0046G28U0W0；G00T0100；G00T0101；G97M03S1200；M08；G00Z2.X90.；G00Z0.；G01X-1.H0.08；G00Z2.；G28U0W0；M01；N2G00T0200；G00T0202；G97M03S1300；G71P10Q50U0.5W0.02D1.5F0.08；N10G00Z1.X90.；N20G01Z0.X86.3F0.06；N30A135.X88.3；N40Z-57.；N50X90.；G00Z2.；G00Z2.；G28U0W0；M01；N5G00T0500；G00T0505；G97M03S1200；G00Z2.X0.；G01Z-2.F0.08；G00Z2.；G28U0W0；M01；G00T0600；G00T0606；G97M03S700；G00Z2.X0.；G01Z-10.F0.05；G00W-3.；G00Z-8.；G01Z-20.；G00W-3.；G00Z-18.；G01Z30.；GOOW-5.；G00Z-28.；G01Z-40.；G00W-5.；G00Z-38.；G01Z-50.；G00W-5.；G00Z-48.；G01Z-60.；G00Z2.；G28U0W0；M01；N4G00T0400；GOOT0404；G97M03S1000；G71P10Q80U0.5W0.02D1.2F0.08；N10G00Z1.X37.；N20G01Z0.X37.；N30A195.X35.；N40Z-25.；N50X32.；N60A225.X28.；N70W-4.；N80X26.；G28U0W0；M01；N3GOOT0300；GOOT0303；G97M03S700；G00X90.Z-42.7；G01X86.8F0.05；G00X90.；W4.5.；G01X71.；G00X90.；G00W-4.5.；G01X71.；G00X90.；W-4.5；G01X71.；G00X90.；W-4.5；G01X71.；G00X90.；W-4.5；G01X71.；G00X90.；W-2.9；G01X71.；G00X90.；W-4.5；G01X86.8；G00X90.；G28U0W0；M01；N7G00T0700；G00T0707；G97M03S1300；G00X90.Z-28.3；GOOX73.；G01X70.；G01Z-16.3；G01X84.15；G01W6.35；G01X90.；G28U0W0；G00T0200；G00T0202；G00X90.Z-26.3；G00X73.；G01X70.；G01Z-38.7；G01X84.15；G01W-6.35；G01X90.；G28U0W0；G00T0300；G00T0303；G97M03S600；GOOZ-56.；G01X29.；G00X90.；G28U0W0；M01；M05；M09；M30；O0146G28U0W0；G00T0100；G00T0101；G97M03S1200；M08；G00Z2.X90.；G00Z0.；G01X-1.F0.08；G00Z2.；G28U0W0；M01；N2G00T0200；G00T0202；G97M03S1300；G00Z2.X86.3；G01Z0X86.3；G01A135.X88.3；G01Z-0.5；G01X89.；G00Z2.；G28U0W0；N4G00T0400；G00T0404；G97M03S1000；G00X32.；G01Z0.X30.F0.06；G01A225.X28.4；G01Z-33.；G01X26.；G00Z2.；G28U0W0；M01；N8G00T0800；G00T0808；G97M03S1200；G00Z3.X27.；G92X28.4Z-33.F1.5；28.6；X28.8；X29.；X29.2；X29.4；X29.6；X29.8；X29.9；X30.；G00Z3.；G28U0W0；M01；M05；M09；M30；在本次操作中,我采用了型號為CL-15的臥式大連大力機床并采用了日本安川系統進行加工。我之所以采用該機床是因為零件對精度要求較高,回轉直徑較大,所以我選用該機床進行加工?？偨Y與展望此次我們做的畢業設計是工業機械手結構的設計，通過3個多月努力，設計終于順利完成。這次設計給了我們一個很好的機會，使我們了解了設計工作的基本流程和設計的方法以及理念。在此次的畢業設計中，我們遇到了許多以前從未遇到過的問題，但過通過指導教師的指導和我們的努力，這些問題都得到了很好的解決。雖然我們設計的只是個簡單機械手行走小車，但需要完成行走，抓取，翻轉等功能，對應分別要有行走機構，抓取機構，提升機構，翻轉機構等來實現。通過這些機構的設計，使理論知識與實際相結合，鞏固和深化了所學過的專業理論知識。由于此次設計是次創新設計，為了設計的行走小車具有合理的結構和更高的性能，我們不斷學習和修改。自學了許多相關學科的內容，求教了多位專業老師，上網或查閱大量相關資料。畢業設計過程中，我們在獨立完成的同時也進一步加強了團隊協作精神，并取得了一定的成績。通過這次畢業設計，我相信在以后的學習和工作過程中，一定可以好好的解決問題，提高自己的能力，較快地適應工作和社會激烈的競爭。設計小結在本設計的開題論證、課題研究、論文撰寫和論文審校整個過程中，我學到許多新知識，但是也發現了不少存在的問題。在這次的畢業設計中，能否看懂圖紙是關鍵，要了解圖紙上所標注的是何含義，有何作用。在這次編制工藝過程中，也犯了不少原本可以避免的錯誤，但在老師的精心指導下，逐漸糾正了這些錯誤，也說明了繪圖時規范性。編制工序對我來說，還處于理論方面的知識，在實踐中還是有所欠缺的。當拿到一張零件圖紙后，卻不知該從何下手了。如何定基準。加工的工藝路線也前后矛盾。加工時所用的刀具，測量時所需測量工具等等。都不清楚，使我感到十分困惑。但是在學校技工培訓和在威浮有限公司實習期間已對各個方面都有了一定的認識。這次畢業設計是我們在學校的最后一次課。它將我們平時所學相互結合起來，為我們將來進入工作做準備。它讓我們了解了更多的新知識。感謝老師、系領導和學校的關心和指導，在設計過程中，結合工作體會和經歷，為我完成設計給予了極大的幫助，為我們上了最后一次重要的課程。致謝在本設計的開題論證、課題研究、論文撰寫和論文審校整個過程中，得到了XXX老師的親切關懷和精心指導，使得本設計得以順利完成，其中飽含了XXX老師的汗水和心血。老師敏銳的學術思想、嚴謹踏實的治學態度、淵博的學識、精益求精的工作作風、誨人不倦的育人精神，將永遠銘記在學生心中，使學生終生受益。在此我們向魏昌洲老師表示衷心的感謝和崇高的敬意。同時也感謝班主任XXX老師在這三年來對我們的虛心的教導。感謝學校給我們提供設計場地，和系領導的關心和指導，在設計過程中，結合工作體會和經歷，提出了許多建設性的觀點，為我完成設計給予了極大的幫助。感謝機電工程系的領導和老師對我的關心和幫助。再次感謝所有支持和幫助過我的領導、老師、同學們。參考文獻1、楊黎明.機械零件設計手冊.第一版.國防工業出版社,1986,122、吳宗澤.機械設計.第一版.中央廣播電視大學出版社,1998,23、盧頌峰.機械設計課程設計手冊.第一版.中央廣播電視大學出版社,1998,44、非標準零件手冊.第三版.國防工業出版社5、液壓與氣動傳動.機械工業出版社6、機械手及其應用.機械工業出版社7、液壓元件樣本.機械工業出版社8、楊長能,張興毅.可編程序控制器基礎及應用.第一版.重慶大學出版社,1992,19、左建民.液壓與氣壓傳動.第二版.北京:機械工業出版社,1999,510、孫燕華.AutoCAD2000機械制圖.北京:機械工業出版社,2002,911、顧京.數控加工編程及操作.北京:高等教育出版社,2003,912、陳立德.機械設計基礎課程設計指導書.第二版.北京:高等教育出版社,2004,613、金大鷹.機械制圖.北京:機械工業出版社,2001,714、柴鵬飛.機械設計基礎.北京:機械工業出版社，2004,8目錄1前言 11.1工業機器人簡介 11.2世界機器人的發展 11.3我國工業機器人的發展 21.4本設計的內容和目的 31.4.1臂力的確定 31.4.2工作范圍的確定 31.4.3確定運動速度 31.4.4手臂的配置形式 41.4.5位置檢測裝置的選擇 41.4.6驅動與控制方式的選擇 42手部結構 52.1概述 52.2設計時應考慮的幾個問題 52.3驅動力的計算 52.4兩支點回轉式鉗爪的定位誤差的分析 73腕部的結構 83.1概述 83.2腕部的結構形式 93.3手腕驅動力矩的計算 94臂部的結構 114.1概述 114.2手臂直線運動機構 124.2.1手臂伸縮運動 124.2.2導向裝置 134.2.3手臂的升降運動 144.5臂部運動驅動力計算 144.5.1臂水平伸縮運動驅動力的計算 154.5.2臂垂直升降運動驅動力的計算 164.5.3臂部回轉運動驅動力矩的計算 165液壓系統的設計 175.1液壓系統簡介 175.2液壓系統的組成 175.3機械手液壓系統的控制回路 175.3.1壓力控制回路 185.3.2速度控制回路 185.3.3方向控制回路 195.4機械手的液壓傳動系統 195.4.1上料機械手的動作順序 195.4.2自動上料機械手液壓系統原理介紹 205.5機械手液壓系統的簡單計算 225.5.1雙作用單桿活塞油缸 225.5.2無桿活塞油缸（亦稱齒條活塞油缸） 255.5.3單葉片回轉油缸 265.5.4油泵的選擇 275.5.5確定油泵電動機功率N 286結束語 29致謝 30參考文獻 311前言1.1工業機器人簡介幾千年前人類就渴望制造一種像人一樣的機器，以便將人類從繁重的勞動中解脫出來。如古希臘神話《阿魯哥探險船》中的青銅巨人泰洛斯（Taloas)，猶太傳說中的泥土巨人等等，這些美麗的神話時刻激勵著人們一定要把美麗的神話變為現實，早在兩千年前就開始出現了自動木人和一些簡單的機械偶人。到了近代，機器人一詞的出現和世界上第一臺工業機器人問世之后，不同功能的機器人也相繼出現并且活躍在不同的領域，從天上到地下，從工業拓廣到農業、林、牧、漁，甚至進入尋常百姓家。機器人的種類之多，應用之廣，影響之深，是我們始料未及的。工業機器人由操作機（機械本體）、控制器、伺服驅動系統和檢測傳感裝置構成，是一種仿人操作、自動控制、可重復編程、能在三維空間完成各種作業的機電一體化自動化生產設備。特別適合于多品種、變批量的柔性生產。它對穩定、提高產品質量，提高生產效率，改善勞動條件和產品的快速更新換代起著十分重要的作用。機器人并不是在簡單意義上代替人工的勞動，而是綜合了人的特長和機器特長的一種擬人的電子機械裝置，既有人對環境狀態的快速反應和分析判斷能力，又有機器可長時間持續工作、精確度高、抗惡劣環境的能力，從某種意義上說它也是機器的進化過程產物，它是工業以及非產業界的重要生產和服務性設備，也是先進制造技術領域不可缺少的自動化設備。1.2世界機器人的發展國外機器人領域發展近幾年有如下幾個趨勢：（1）.工業機器人性能不斷提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修），而單機價格不斷下降，平均單機價格從91年的10．3萬美元降至97年的6．5萬美元。（2）.機械結構向模塊化、可重構化發展。例如關節模塊中的伺服電機、減速機、檢測系統三位一體化；由關節模塊、連桿模塊用重組方式構造機器人整機；國外已有模塊化裝配機器人產品問市。（3）．工業機器人控制系統向基于PC機的開放型控制器方向發展，便于標準化、網絡化；器件集成度提高，控制柜日見小巧，且采用模塊化結構；大大提高了系統的可靠性、易操作性和可維修性。（4）．機器人中的傳感器作用日益重要，除采用傳統的位置、速度、加速度等傳感器外，裝配、焊接機器人還應用了視覺、力覺等傳感器，而遙控機器人則采用視覺、聲覺、力覺、觸覺等多傳感器的融合技術來進行環境建模及決策控制；多傳感器融合配置技術在產品化系統中已有成熟應用。（5）．虛擬現實技術在機器人中的作用已從仿真、預演發展到用于過程控制，如使遙控機器人操作者產生置身于遠端作業環境中的感覺來操縱機器人。（6）．當代遙控機器人系統的發展特點不是追求全自治系統，而是致力于操作者與機器人的人機交互控制，即遙控加局部自主系統構成完整的監控遙控操作系統，使智能機器人走出實驗室進入實用化階段。美國發射到火星上的“索杰納”機器人就是這種系統成功應用的最著名實例。（7）．機器人化機械開始興起。從94年美國開發出“虛擬軸機床”以來，這種新型裝置已成為國際研究的熱點之一，紛紛探索開拓其實際應用的領域。1.3我國工業機器人的發展有人認為，應用機器人只是為了節省勞動力，而我國勞動力資源豐富，發展機器人不一定符合我國國情。這是一種誤解。在我國，社會主義制度的優越性決定了機器人能夠充分發揮其長處。它不僅能為我國的經濟建設帶來高度的生產力和巨大的經濟效益，而且將為我國的宇宙開發、海洋開發、核能利用等新興領域的發展做出卓越的貢獻。我國的工業機器人從80年代“七五”科技攻關開始起步，在國家的支持下，通過“七五”、“八五”科技攻關，目前已基本掌握了機器人操作機的設計制造技術、控制系統硬件和軟件設計技術、運動學和軌跡規劃技術，生產了部分機器人關鍵元器件，開發出噴漆、弧焊、點焊、裝配、搬運等機器人；其中有130多臺套噴漆機器人在二十余家企業的近30條自動噴漆生產線（站）上獲得規模應用，弧焊機器人已應用在汽車制造廠的焊裝線上。但總的來看，我國的工業機器人技術及其工程應用的水平和國外比還有一定的距離，如：可靠性低于國外產品；機器人應用工程起步較晚，應用領域窄，生產線系統技術與國外比有差距；在應用規模上，我國已安裝的國產工業機器人約200臺，約占全球已安裝臺數的萬分之四。以上原因主要是沒有形成機器人產業，當前我國的機器人生產都是應用戶的要求，“一客戶，一次重新設計”，品種規格多、批量小、零部件通用化程度低、供貨周期長、成本也不低，而且質量、可靠性不穩定。因此迫切需要解決產業化前期的關鍵技術，對產品進行全面規劃，搞好系列化、通用化、?；O計，積極推進產業化進程。我國的智能機器人和特種機器人在“863”計劃的支持下，也取得了不少成果。其中最為突出的是水下機器人，6000米水下無纜機器人的成果居世界領先水平，還開發出直接遙控機器人、雙臂協調控制機器人、爬壁機器人、管道機器人等機種；在機器人視覺、力覺、觸覺、聲覺等基礎技術的開發應用上開展了不少工作，有了一定的發展基礎。但是在多傳感器信息融合控制技術、遙控加局部自主系統遙控機器人、智能裝配機器人、機器人化機械等的開發應用方面則剛剛起步，與國外先進水平差距較大，需要在原有成績的基礎上，有重點地系統攻關，才能形成系統配套可供實用的技術和產品，以期在“十五”1.4本設計的內容和目的1.4.1臂力的確定目前使用的機械手臂的臂力范圍較大，國內現有的機械手的臂力最小為0.15N，最大為8000N。本液壓機械手的臂力為N臂=1650（N），安全系數K一般可在1.5~3，本機械手臂取安全系數K=2，定位精度為±1mm。1.4.2工作范圍的確定機械手的工作范圍根據工藝要求和操作運動的軌跡來確定。一個操作運動的軌跡是幾個動作的合成，在確定的工作范圍時，可將軌跡分解成單個的動作，由單個動作的行程確定機械手的最大行程。本機械手的動作范圍確定如下：手腕回轉角度±115°手臂伸長量150mm手臂回轉角度±115°手臂升降行程170mm手臂水平運動行程100mm1.4.3確定運動速度機械手各動作的最大行程確定之后，可根據生產需要的工作拍節分配每個動作的時間，進而確定各動作的運動速度。工業機器人抓取手臂要完成整個工作過程，需完成夾緊工件、手臂升降、伸縮、回轉，平移等一系列的動作，這些動作都應該在工作拍節規定的時間內完成，具體時間的分配取決于很多因素，根據各種因素反復考慮，對分配的方案進行比較，才能確定。機械手的總動作時間應小于或等于工作拍節，如果兩個動作同時進行，要按時間長的計算，分配各動作時間應考慮以下要求：=1\*GB3①給定的運動時間應大于電氣、液壓元件的執行時間；=2\*GB3②伸縮運動的速度要大于回轉運動的速度，因為回轉運動的慣性一般大于伸縮運動的慣性。在滿足工作拍節要求的條件下，應盡量選取較底的運動速度。機械手的運動速度與臂力、行程、驅動方式、緩沖方式、定位方式都有很大關系，應根據具體情況加以確定。=3\*GB3③在工作拍節短、動作多的情況下，常使幾個動作同時進行。為此驅動系統要采取相應的措施，以保證動作的同步。本機械手的各運動速度如下：手腕回轉速度V腕回=40°/s手臂伸縮速度V臂伸=50mm/s手臂回轉速度V臂回=40°/s手臂升降速度V臂升=50mm/s立柱水平運動速度V柱移=50mm/s手指夾緊油缸的運動速度V夾=50mm/s1.4.4手臂的配置形式機械手臂配置形式基本上反映了它的總體布局。運動要求、操作環境、工作對象的不同，手臂的配置形式也不盡相同。本機械手采用機座式。機座式結構多為工業機器人所采用，機座上可以裝上獨立的控制裝置，便于搬運與安放，機座底部也可以安裝行走機構，已擴大其活動范圍，它分為手臂配置在機座頂部與手臂配置在機座立柱上兩種形式，本機械手采用手臂配置在機座立柱上的形式。手臂配置在機座立柱上的機械手多為圓柱坐標型，它有升降、伸縮與回轉運動，工作范圍較大。1.4.5位置檢測裝置的選擇機械手常用的位置檢測方式有三種：行程開關式、模擬式和數字式。本機械手采用行程開關式。利用行程開關檢測位置，精度低，故一般與機械擋塊聯合應用。在機械手中，用行程開關與機械擋塊檢測定位既精度高又簡單實用可靠，故應用也是最多的。1.4.6驅動與控制方式的選擇機械手的驅動與控制方式是根據它們的特點結合生產工藝的要求來選擇的，要盡量選擇控制性能好、體積小、維修方便、成本底的方式。控制系統也有不同的類型。除一些專用機械手外，大多數機械手均需進行專門的控制系統的設