3940 自動送料機(jī)械手的設(shè)計
3940 自動送料機(jī)械手的設(shè)計,自動,機(jī)械手,設(shè)計
南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文)外文資料翻譯系 部： 機(jī)械工程系 專 業(yè)： 機(jī)械工程及自動化 姓 名： 尚征瑞 學(xué) 號： 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)教師評語：簽名： 年 月 日注：請將該封面與附件裝訂成冊。附件 1：外文資料翻譯譯文具有動態(tài)特性約束的高速靈活的機(jī)械手優(yōu)化設(shè)計摘要：本文提出了一種強(qiáng)調(diào)時間獨(dú)立和位移約束的機(jī)器手優(yōu)化設(shè)計理論，該理論用數(shù)學(xué)編程的方法給予了實現(xiàn)。將各元件用靈活的連桿連接起來。設(shè)計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間約束。結(jié)果表明，此方法產(chǎn)生的設(shè)計結(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)計方案更好。建立了序列二次方程基礎(chǔ)上的優(yōu)化設(shè)計方案，且設(shè)計靈敏度通過總體有限偏差來評定。動態(tài)非線性方程組包含了有效運(yùn)動和實際運(yùn)動的自由度。為了舉例說明程序，設(shè)計了一款平面機(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。 版權(quán)屬于 1997 年埃爾塞維爾科技有限公司1．導(dǎo)論目前對高速機(jī)器人的設(shè)計要求越來越高，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)計取決于靜態(tài)體系中運(yùn)動方式的多樣化，但這并不適合于高速系統(tǒng)即應(yīng)力和繞度均受動力效應(yīng)控制的系統(tǒng)。為了防止失敗，在設(shè)計的時候必須考慮到有效軌跡和實際運(yùn)動軌跡之間的相互影響。在暫態(tài)負(fù)載下對結(jié)構(gòu)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計已經(jīng)開始展開研究，該研究是基于下面幾個不同的等量約束條件下進(jìn)行的，分別為對臨界點(diǎn)的選擇上[1] ， 反約束的時間限制[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，假定臨界點(diǎn)的位置的時間是固定的，然而這種假設(shè)不適合高速系統(tǒng)。第二個辦法的缺點(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，但它定義了一個保守的約束，從而產(chǎn)生了一個過于安全的設(shè)計方法。 在設(shè)計機(jī)器手的時候，常規(guī)方法是考慮多靜態(tài)姿態(tài)[5-7]，而不是考慮時間上的約束。這種方法并不適合高速系統(tǒng)，原因是一些姿態(tài)不能代表整個系統(tǒng)的運(yùn)動，此外，位移和應(yīng)力的計算也是不準(zhǔn)確的，這是因為在計算的時候省略了剛性和彈性運(yùn)動之間的聯(lián)系。事實上，這種聯(lián)系是靈活多體分析中最基本的[8-10] 。 在這項研究中，開發(fā)了一種設(shè)計高速機(jī)械手的方法，這種方法考慮了系統(tǒng)剛性彈性運(yùn)動之間的聯(lián)系及時間獨(dú)立等約束。把最關(guān)鍵的約束作為等量約束。 最關(guān)鍵的約束的時間點(diǎn)可能隨著設(shè)計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)計的最優(yōu)化取決于序列二次方程式。為了說明程序， 對雙桿平面機(jī)器手的強(qiáng)度和剛度進(jìn)行了優(yōu)化。設(shè)計結(jié)果與那些采用了 Kreisselmeier - Steinhauser函數(shù)的機(jī)器手進(jìn)行對比。2、設(shè)計理念在這一節(jié)中，機(jī)器手的優(yōu)化設(shè)計方法使用用于計算強(qiáng)度和剛性的非線性數(shù)學(xué)編程方法。機(jī)器手由 N 個活動連桿組成，每一個連桿由 Ek 個有限零件柱組成。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)動的位移產(chǎn)生偏移。設(shè)計變量就是連桿和零件的截面特性。從數(shù)學(xué)上來說，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 個機(jī)構(gòu)的第 i 個零件的密度和體積， x 是設(shè)計ki?kiV變量 的矢量， 是時間約束總數(shù)。在驗證位移和應(yīng)力的時候，參考文獻(xiàn)VNC[10]中的遞推公式可用來計算機(jī)器手有效軌跡與實際軌跡。將連桿 的變形與連桿參照系 聯(lián)系起來，其中 在一定邊界約束條件kBk?kB下做完整運(yùn)動。這樣通過縮小模型就可以減少每個連桿的實際自由度數(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]曾被用來測定一些運(yùn)動方程式如(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際自由度。K 為對角矩陣，其對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 是時間變量， 是第 k 個機(jī)構(gòu)的第 i 個元件的質(zhì)量。在定義kim和 時，柯氏力和地心... .kkkqmpa?????? ... .ikiki qmrumprurub?????? 引力可由下列算式計算出來：pqpqpqzspqzszs uv1[() ]kENkkki kir i i ki ikiq zsiQmabaPbR????????pqpqpqzspqzszs uv1[() ]kENkkki kif i i ki ikiq zsi abab???????這個運(yùn)動方程式綜合了變量步長和變量預(yù)測校正的算法，以獲取坐標(biāo)系和 中的時間記錄。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)系式計算出零件受到的壓應(yīng)力。整個參考系中各點(diǎn)的i位移可用 和機(jī)架的各節(jié)點(diǎn)位移算出。點(diǎn)的偏移可由那個點(diǎn)在實際運(yùn)動和有效i運(yùn)動的位移差精確的求出。應(yīng)當(dāng)指出的是，在運(yùn)動方程式中，設(shè)計變量函數(shù)的形式有矩陣，零件的質(zhì)量和初始矢量中的 、 陣列。因此在對靈敏度進(jìn)行分析的時候，這些都應(yīng)kiPkiR與設(shè)計變量區(qū)分開來。然而，分析并且驗證靈敏度在這次研究中是個非常困難的項目。不全面的分析或是允許極小誤差的方式來研究這一問題也未嘗不是個好方法。3.減少約束對機(jī)器手進(jìn)行動態(tài)分析的方法就是計算 個獨(dú)立點(diǎn)在同一時間內(nèi)的運(yùn)動。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)計時也是不切cN?t實際的。不過有一個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 ]等量替換單個時間約束，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( ).這可以說明 Kreisselmeier-Steinhauser 函數(shù)限定了一個保守的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 間斷的過渡。在這一值域里盡管左右突出的構(gòu)件在過渡點(diǎn)有差異，但jpgjq他們具有相同的標(biāo)識和梯度，因此可在過渡點(diǎn)自然結(jié)合。隨著時間逐步的趨近零點(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)化問題可以由 NLPQL[11]來解決，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這兩個可由目前研究出的有限差來計算。VN4.舉例雙桿平面機(jī)器人如圖 1 所示。運(yùn)動原理是被動塊 E 沿直線從初始位置（θ1=120 °，θ2=-150°）運(yùn)動到終點(diǎn)位置（θ 1=60°，θ2=-30°） 。E 的運(yùn)動軌跡表示如下： 0.52(sin)EETtXYt???△ △整個運(yùn)動過程的時間 T=0.5s。每一個連桿的長度為 0.6 米并由兩個等長的零件連接著。其零件的外徑，其為本設(shè)計的變量， 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，被動物塊和有效載荷的總質(zhì)量為 1kg。設(shè)計的約束條件如下：-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 個點(diǎn)來驗證。δ 是 E 的實際運(yùn)動軌跡s與有效運(yùn)動軌跡的偏離量（即 x 和 y 方向的最大偏移值） 。初始設(shè)計變量均為 50mm.kiD圖 1 平面機(jī)器手操作器在這個例子里，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)計就越死板。c=50 時的設(shè)計是最理想的。應(yīng)當(dāng)指出的是編譯器的限制可能會超過 c 的最大值，這完全取決于指數(shù)函數(shù)也就是只要設(shè)計變量的低限足夠的小。另一方面，最關(guān)鍵的約束會產(chǎn)生極小質(zhì)量的設(shè)計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)動的次數(shù)在表 1 中列出。設(shè)計軌跡見表 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。可見應(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）圖 3。被動物塊的偏移量 δ 的最佳解決方案見圖 4圖 2 設(shè)計參數(shù)表 1 平面機(jī)器人控制器最佳方法圖 3 頂部連接兩個的平均壓力的最佳設(shè)計圖 4 最終效應(yīng)器偏差的最佳設(shè)計5.總結(jié)在研究中，高速遙控操縱器的最佳設(shè)計方案取決于動態(tài)特性。操縱器的固定軌跡與實際軌跡運(yùn)動也必須考慮到。把最關(guān)鍵的約束用作等量約束。 最關(guān)鍵的約束的時間點(diǎn)可能隨著設(shè)計變量的改變而變化。這表明分段的等量約束并不會使設(shè)計過程產(chǎn)生缺陷。序列二次方程用于解決設(shè)計問題，其是運(yùn)用整體偏差進(jìn)行靈敏度計算。 高速平面遙控操縱器已被優(yōu)化設(shè)計成在應(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)計下使用等量約束，最好的設(shè)計理念就是用最關(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)計說明書(論文)作 者 : 尚征瑞學(xué) 號：05010133系 部 : 機(jī)械專 業(yè) : 機(jī)械工程及自動化題 目 : 送料機(jī)械手的設(shè)計指導(dǎo)者： 評閱者： 2009 年 5 月曹春平 講師高級工程師張衛(wèi) 南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告學(xué) 生 姓 名 ： 尚征瑞學(xué) 號：05010133專 業(yè) ： 機(jī)械工程及自動化設(shè) 計 (論 文 )題 目 ： 送料機(jī)械手的設(shè)計指 導(dǎo) 教 師 : 曹春平 倪文彬2008 年 3 月 22 日開題報告填寫要求1．開題報告（含“文獻(xiàn)綜述” ）作為畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯委員會對學(xué)生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。此報告應(yīng)在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下，由學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計（論文）工作前期內(nèi)完成，經(jīng)指導(dǎo)教師簽署意見及所在專業(yè)審查后生效；2．開題報告內(nèi)容必須用黑墨水筆工整書寫或按教務(wù)處統(tǒng)一設(shè)計的電子文檔標(biāo)準(zhǔn)格式（可從教務(wù)處網(wǎng)頁上下載）打印，禁止打印在其它紙上后剪貼，完成后應(yīng)及時交給指導(dǎo)教師簽署意見；3． “文獻(xiàn)綜述”應(yīng)按論文的格式成文，并直接書寫（或打?。┰诒鹃_題報告第一欄目內(nèi)，學(xué)生寫文獻(xiàn)綜述的參考文獻(xiàn)應(yīng)不少于15 篇科技論文的信息量，一般一本參考書最多相當(dāng)于三篇科技論文的信息量（不包括辭典、手冊） ；4．有關(guān)年月日等日期的填寫，應(yīng)當(dāng)按照國標(biāo) GB/T 7408—94《數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯?dāng)?shù)字書寫。如“2009 年 3 月 15 日”或“2009-03-15”。 畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）開 題 報 告1．結(jié)合畢業(yè)設(shè)計（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，每人撰寫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)計的過程。同時闡述了機(jī)械手在國內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r，以及機(jī)械手的分類。最后闡述了該課題的意義，及主要研究內(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，世界各國尚未統(tǒng)一，分類也不盡相同。最近聯(lián)合國國際標(biāo)準(zhǔn)化組織采納了美國機(jī)器人協(xié)會給工業(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，可以通過改變動作程序，來完成各種工作，主要用于搬運(yùn)材料，傳遞工件。參考國外的定義，結(jié)合我國的習(xí)慣用語，對工業(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，動作自由度較多，程序可靈活變更，能任意定位，自動化程度高的自動操作機(jī)械。主要用于加工自動線和柔性制造系統(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)外部來的信號，自動進(jìn)行各種操作。工業(yè)機(jī)器人是在計算機(jī)控制下可編程的自動機(jī)器。采用工業(yè)機(jī)器人是提高產(chǎn)品質(zhì)量與勞動生產(chǎn)率，實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化，改善勞動條件，減輕勞動強(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)器人具有至少一項或多項擬人功能，如抓取功能或移動功能，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，力覺，觸覺等） 。以及語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，抓取和移動是最主要的功能。這兩項功能實現(xiàn)的技術(shù)基礎(chǔ)是精巧的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計和良好的伺服控制驅(qū)動。本次設(shè)計就是在這一思維下展開的。根據(jù)設(shè)計內(nèi)容和需求確定圓柱坐標(biāo)型工業(yè)機(jī)器人，利用錐齒輪傳動實現(xiàn)機(jī)器人的旋轉(zhuǎn)，利用液壓缸實現(xiàn)其移動以及對零件的抓取。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 [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，由簡單到復(fù)雜，由初級到高級逐步完善，它的發(fā)展過程可分為三代：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)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。它的控制方式比較簡單，應(yīng)用在線編程，即通過示教存貯信息，工作時讀出這些信息，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)器人是帶感覺的機(jī)器人。它具有尋力覺、觸覺、視覺等進(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 年開始進(jìn)入了實用階段，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、視覺等功能外，還能夠根據(jù)人給出的指令認(rèn)識自身和周圍的環(huán)境，識別對象的有無及其狀態(tài)，再根據(jù)這一識別自動選擇程序進(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)動系統(tǒng))、控制檢測系統(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，實現(xiàn)各種運(yùn)動所必需的機(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)，又稱手爪或抓取機(jī)構(gòu)，它直接抓取工件或夾具。(b) 腕部：又稱手腕，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，其作用是帶動臂部自轉(zhuǎn)、升降或俯仰運(yùn)動。(2) 驅(qū)動系統(tǒng)：為執(zhí)行系統(tǒng)各部件提供動力，并驅(qū)動其動力的裝置。常用的有機(jī)械傳動、液壓傳動、氣壓傳動和電傳動。(3) 控制系統(tǒng)：通過對驅(qū)動系統(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)生錯誤或故障時發(fā)出報警信號。(4) 檢測系統(tǒng)：作用是通過各種檢測裝置、傳感裝置檢測執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動情況，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)動符合要求。 實踐證明，工業(yè)機(jī)械手可以代替人手的繁重勞動，顯著減輕工人的勞動強(qiáng)度，改善勞動條件，提高勞動生產(chǎn)率和自動化水平。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)動系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人的比較工業(yè)機(jī)器人的驅(qū)動方式可分為四種：(1) 氣力驅(qū)動式的機(jī)器人：氣源壓力一般只有 60Mpa 左右，適宜抓舉力較小的場合。(2) 液力驅(qū)動式的機(jī)器人：結(jié)構(gòu)緊湊，傳動平穩(wěn)且動作靈敏，但對密封的要求較高，且不宜在高溫或低溫的場合工作，要求的制造精度較高，成本較高。(3) 電力驅(qū)動式的機(jī)器人：無環(huán)境污染，易于控制，運(yùn)動精度高，成本低，驅(qū)動效率高等優(yōu)點(diǎn)，其運(yùn)用最為廣泛。(4) 新型驅(qū)動式的機(jī)器人：例如靜電驅(qū)動器，壓電驅(qū)動器，形狀記憶合金驅(qū)動器，人工肌肉及光驅(qū)動器等 [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)則通過手指夾緊力來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)動和升降運(yùn)動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(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：(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，用來完成輔助作業(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：(a)專用機(jī)械手：它是附屬于主機(jī)的具有固定程序而無獨(dú)立控制系統(tǒng)的機(jī)械裝置。專用機(jī)械手具有動作少，工作對象單一，結(jié)構(gòu)簡單，實用可靠和造價低等特點(diǎn)，適用于大批大量的自動化生產(chǎn)，如自動機(jī)床，自動線的上、下料機(jī)械手和“加工中心”附屬的自動換刀機(jī)械手。(b)通用機(jī)械手：又稱工業(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，即由人通過手動控制， “拎著”機(jī)械手做一遍操作示范，完成全部動作后，其儲存裝置即能記憶下來。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)動方式分：(a)液壓傳動機(jī)械手(b)氣壓傳動機(jī)械手(c)機(jī)械傳動機(jī)械手(4)按控制方式分：(a)固定程序機(jī)械手：控制系統(tǒng)是一個固定程序的控制器。程序簡單，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，還有安裝在自動線料道上或料道旁，實現(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)動單一、結(jié)構(gòu)簡單，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 機(jī) 床 或 自 動 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 有 獨(dú) 立 的 控 制 裝 置4 課題研究內(nèi)容及進(jìn)度安排4.1 設(shè)計參數(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（四個自由度）臂轉(zhuǎn)動 180o臂上下運(yùn)動 500mm臂伸長（收縮）500mm手部轉(zhuǎn)動 ±180o(2)技術(shù)要求(a)坐標(biāo)形式：圓柱坐標(biāo)系(b)臂的運(yùn)動行程：伸縮運(yùn)動 500mm，回轉(zhuǎn)運(yùn)動 180o。(c)運(yùn)動速度：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)動方式：液壓驅(qū)動4.2 課題研究內(nèi)容(1)根據(jù)設(shè)計要求及原始數(shù)據(jù)，進(jìn)行機(jī)械手抓取機(jī)構(gòu)設(shè)計；(2)進(jìn)行液壓系統(tǒng)原理設(shè)計，并畫草圖；(3)進(jìn)行機(jī)座機(jī)身的結(jié)構(gòu)設(shè)計；(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)束語本課題通過應(yīng)用 AutoCAD 技術(shù)對機(jī)械手進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計和液壓傳動原理設(shè)計。它能實行自動上料運(yùn)動；在安裝工件時，將工件送入卡盤中的夾緊運(yùn)動等。上料機(jī)械手的運(yùn)動速度是按著滿足生產(chǎn)率的要求來設(shè)定。參 考 文 獻(xiàn)[1] 徐灝.機(jī)械設(shè)計手冊 3[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,1998.[2] 徐灝.機(jī)械設(shè)計手冊 4[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,1998.[3] 徐灝.機(jī)械設(shè)計手冊 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)計手冊》編寫組.機(jī)床設(shè)計手冊 3[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版，1999.[7] 丁樹模.液壓傳動[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)工程畫教教研室，1998.[9] 李恒權(quán)，朱明臣，王德云.畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)書[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.機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計手冊[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》[M].機(jī)械工業(yè)出版社,北京，1996.[15] 丁樹模.《液壓傳動》[M].機(jī)械工業(yè)出版社,北京，1992. 畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）開 題 報 告２．本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）：1 要研究的問題了解送料機(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)動系統(tǒng)。機(jī)械手主要由執(zhí)行系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)及控制系統(tǒng)三部分組成。手部是夾緊（或吸附、托持）與松開工件或工具 的部件，由手指（或吸盤） ，驅(qū)動元件和傳動元件等組成。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)動系統(tǒng)是驅(qū)動臂部、腕部、手部和機(jī)械手整體運(yùn)動機(jī)構(gòu)動作的動力裝置，常用的驅(qū)動方式有液壓、氣動、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)動的裝置，他們主要用來控制：位置（點(diǎn)位控制或連續(xù)軌跡控制）時間、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)校圖書館查閱相關(guān)資料。通過書籍和網(wǎng)絡(luò)查找最新的夾具設(shè)計的發(fā)展動向，盡量在保證原來參數(shù)的基礎(chǔ)上，采用最新的一些結(jié)構(gòu)，這樣才能使設(shè)計具有實用性和時代性。2) 通過老師的指導(dǎo)。通過老師的指導(dǎo)，可以便捷地設(shè)計步驟。3) 通過瀏覽因特網(wǎng)上的相關(guān)資料。網(wǎng)上有很多關(guān)于機(jī)械手設(shè)計指導(dǎo)。4) 用相關(guān)的繪圖軟件畫出零件圖和裝配圖。學(xué)習(xí) AutoCAD、Pro/Engineer 等軟件，繪出零件圖和裝配圖。同時對照課題任務(wù)的內(nèi)容和要求，對具體參數(shù)進(jìn)行設(shè)計和計算，選擇合適的結(jié)構(gòu)和部件，畫出重要部件或者結(jié)構(gòu)的視圖，同時通過指導(dǎo)老師的指導(dǎo)對每一個可執(zhí)行的方案進(jìn)行最后的分析和確認(rèn)， 5) 撰寫設(shè)計說明書。 畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）開 題 報 告指導(dǎo)教師意見：1．對“文獻(xiàn)綜述”的評語：2．對本課題的深度、廣度及工作量的意見和對設(shè)計（論文）結(jié)果的預(yù)測：指導(dǎo)教師： 年 月 日所在專業(yè)審查意見：負(fù)責(zé)人： 年 月 日 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 Ⅰ 頁 共 Ⅰ 頁目 錄1 緒論 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????11.1 機(jī)器人 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????11.2 機(jī)械手 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????21.3 課題研究內(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 料槽形式及分析動作要求 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????52.3 機(jī)械手結(jié)構(gòu)及驅(qū)動系統(tǒng)選型 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????63 系統(tǒng)各主要組成部分設(shè)計 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????83.1 抓取機(jī)構(gòu)設(shè)計 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????83.2 液壓驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????153.3 機(jī)身結(jié)構(gòu)的設(shè)計 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????203.4 機(jī)械手的定位及平穩(wěn)性確定 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????244 傳動系統(tǒng)三維造型設(shè)計 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????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 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????30致謝 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????31參考文獻(xiàn) ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????32 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 1 頁 共 35 頁1 緒論1.1 機(jī)器人目前，工業(yè)機(jī)器人的定義，世界各國尚未統(tǒng)一，分類也不盡相同。最近聯(lián)合國國際標(biāo)準(zhǔn)化組織采納了美國機(jī)器人協(xié)會給工業(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，可以通過改變動作程序，來完成各種工作，主要用于搬運(yùn)材料，傳遞工件。參考國外的定義，結(jié)合我國的習(xí)慣用語，對工業(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，動作自由度較多，程序可靈活變更，能任意定位，自動化程度高的自動操作機(jī)械。主要用于加工自動線和柔性制造系統(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)外部來的信號，自動進(jìn)行各種操作。工業(yè)機(jī)器人是在計算機(jī)控制下可編程的自動機(jī)器。采用工業(yè)機(jī)器人是提高產(chǎn)品質(zhì)量與勞動生產(chǎn)率，實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化，改善勞動條件，減輕勞動強(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)器人具有至少一項或多項擬人功能，如抓取功能或移動功能，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，力覺，觸覺等） 。以及語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，抓取和移動是最主要的功能。這兩項功能實現(xiàn)的技術(shù)基礎(chǔ)是精巧的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計和良好的伺服控制驅(qū)動。本次設(shè)計就是在這一思維下展開的。根據(jù)設(shè)計內(nèi)容和需求確定圓柱坐標(biāo)型工業(yè)機(jī)器人，利用錐齒輪傳動實現(xiàn)機(jī)器人的旋轉(zhuǎn)，利用液壓缸實現(xiàn)其移動以及對零件的抓取。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。工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展，由簡單到復(fù)雜，由初級到高級逐步完善，它的發(fā)展過程可分為三代： 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 2 頁 共 35 頁第一代工業(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)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。它的控制方式比較簡單，應(yīng)用在線編程，即通過示教存貯信息，工作時讀出這些信息，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)器人是帶感覺的機(jī)器人。它具有尋力覺、觸覺、視覺等進(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 年開始進(jìn)入了實用階段，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、視覺等功能外，還能夠根據(jù)人給出的指令認(rèn)識自身和周圍的環(huán)境，識別對象的有無及其狀態(tài)，再根據(jù)這一識別自動選擇程序進(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，動作程序固定，多數(shù)沒有獨(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)械加工自動化方面的應(yīng)用主要有：自動上、下料和自動換刀 [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)動系統(tǒng)。機(jī)械手主要由執(zhí)行系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)及控制系統(tǒng)三部分組成。手部是夾緊（或吸附、托持）與松開工件或工具 的部件，由手指（或吸盤） ，驅(qū)動元件和傳動元件等組成。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)動系統(tǒng)是驅(qū)動臂部、腕部、手部和機(jī)械手整體運(yùn)動機(jī)構(gòu)動作的動力裝置，常用的驅(qū)動方式有液壓、氣動、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)動的裝置，他們主要用來控制： 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 3 頁 共 35 頁位置（點(diǎn)位控制或連續(xù)軌跡控制）時間、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，還有安裝在自動線料道上或料道旁，實現(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)動單一、結(jié)構(gòu)簡單，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 機(jī) 床 或 自 動 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 有 獨(dú) 立 的 控 制 裝 置 [3]。1.2.3 機(jī)械手的分類(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：(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，用來完成輔助作業(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:(a)專用機(jī)械手：它是附屬于主機(jī)的具有固定程序而無獨(dú)立控制系統(tǒng)的機(jī)械裝置。專用機(jī)械手具有動作少，工作對象單一，結(jié)構(gòu)簡單，實用可靠和造價低等特點(diǎn)，適用于大批大量的自動化生產(chǎn)，如自動機(jī)床，自動線的上、下料機(jī)械手和“加工中心”附屬的自動換刀機(jī)械手。(b)通用機(jī)械手：又稱工業(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，即由人通過手動控制， “拎著”機(jī)械手做一遍操作示范，完成全部動作后，其儲存裝置即能記憶下 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 4 頁 共 35 頁來。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)動方式分：(a)氣力驅(qū)動式的機(jī)器人：氣源壓力一般只有 60Mpa 左右，適宜抓舉力較小的場合。(b)液力驅(qū)動式的機(jī)器人：結(jié)構(gòu)緊湊，傳動平穩(wěn)且動作靈敏，但對密封的要求較高，且不宜在高溫或低溫的場合工作，要求的制造精度較高，成本較高。(c)電力驅(qū)動式的機(jī)器人：無環(huán)境污染，易于控制，運(yùn)動精度高，成本低，驅(qū)動效率高等優(yōu)點(diǎn)，其運(yùn)用最為廣泛。(d)新型驅(qū)動式的機(jī)器人：例如靜電驅(qū)動器，壓電驅(qū)動器，形狀記憶合金驅(qū)動器，人工肌肉及光驅(qū)動器等(4)按控制方式分:(a)固定程序機(jī)械手：控制系統(tǒng)是一個固定程序的控制器。程序簡單，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 課題研究內(nèi)容及解決手段(1)根據(jù)設(shè)計要求及原始數(shù)據(jù)，進(jìn)行機(jī)械手抓取機(jī)構(gòu)設(shè)計；(2)進(jìn)行液壓系統(tǒng)原理設(shè)計，并畫草圖；(3)進(jìn)行機(jī)座機(jī)身的結(jié)構(gòu)設(shè)計；(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業(yè)的一般工程技術(shù)問題的獨(dú)立工作能力，拓寬和深化學(xué)生的知識。 (2)培養(yǎng)學(xué)生樹立正確的設(shè)計思想，設(shè)計構(gòu)思和創(chuàng)新思維，掌握工程設(shè)計的一般程序規(guī)范和方法。(3)培養(yǎng)學(xué)生樹立正確的設(shè)計思想和使用技術(shù)資料、國家標(biāo)準(zhǔn)等手冊、圖冊工具書進(jìn)行設(shè)計計算，數(shù)據(jù)處理，編寫技術(shù)文件等方面的工作能力。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 5 頁 共 35 頁(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 說 明 書 （ 論 文 ） 第 6 頁 共 35 頁2 機(jī)械手的結(jié)構(gòu)方案和驅(qū)動方案選型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（四個自由度）臂轉(zhuǎn)動 180o臂上下運(yùn)動 500mm臂伸長（收縮）500mm手部轉(zhuǎn)動 ±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)動行程：伸縮運(yùn)動 500mm，回轉(zhuǎn)運(yùn)動 180o。(c)運(yùn)動速度：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)動方式：液壓驅(qū)動。2.2 料槽形式及分析動作要求(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)簡單，不需要其它動力源和特殊裝置，所以本課題采用此種輸料槽。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 7 頁 共 35 頁圖 2.1 機(jī)械手安裝簡易圖(2)動作要求分析如圖 2.2 所示動作一：送 料動作二：預(yù)夾緊動作三：手臂上升動作四：手臂旋轉(zhuǎn)動作五：小臂伸長動作六：手腕旋轉(zhuǎn)預(yù)夾緊手臂上升手臂旋轉(zhuǎn)小臂伸長 手腕旋轉(zhuǎn)手臂轉(zhuǎn)回圖 2.2 機(jī)械手動作簡易圖2.3 機(jī)械手結(jié)構(gòu)及驅(qū)動系統(tǒng)選型本課題所設(shè)計的機(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)計方案。手部部分由手指和 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 8 頁 共 35 頁傳力機(jī)構(gòu)所構(gòu)成，手指與工件接觸而傳力機(jī)構(gòu)則通過手指夾緊力來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。驅(qū)動系統(tǒng)選用電機(jī)驅(qū)動和液壓驅(qū)動，電機(jī)驅(qū)動用于機(jī)座的旋轉(zhuǎn)和手臂的上下移動，液壓驅(qū)動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 說 明 書 （ 論 文 ） 第 9 頁 共 35 頁3 系統(tǒng)各主要組成部分設(shè)計3.1 抓取機(jī)構(gòu)設(shè)計3.1.1 手部設(shè)計計算(1)對手部設(shè)計的要求(a)有適當(dāng)?shù)膴A緊力手部在工作時，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。對于剛性很差的工件夾緊力大小應(yīng)該設(shè)計得可以調(diào)節(jié)，對于笨重的工件應(yīng)考慮采用自鎖安全裝置。(b)有足夠的開閉范圍夾持類手部的手指都有張開和閉合裝置。工作時，一個手指開閉位置以最大變化量稱為開閉范圍。對于回轉(zhuǎn)型手部手指開閉范圍，可用開閉角和手指夾緊端長度表示。手指開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，一般來說，如工作環(huán)境許可，開閉范圍大一些較好，如圖 3.1 所示。圖 3.1 機(jī)械手開閉示例簡圖 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 10 頁 共 35 頁(c) 力求結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，體積小手部處于腕部的最前端，工作時運(yùn)動狀態(tài)多變，其結(jié)構(gòu)，重量和體積直接影響整個機(jī)械手的結(jié)構(gòu)，抓重，定位精度，運(yùn)動速度等性能。因此，在設(shè)計手部時，必須力求結(jié)構(gòu)簡單，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，松開時，用單作用式液壓缸。此種結(jié)構(gòu)較為簡單，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，彈簧力夾緊工件，油缸右腔進(jìn)油時松開工件。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)量夾緊力計算公式為：P 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 11 頁 共 35 頁（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則實際加緊力為 F1實際= 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)計算手部活塞桿行程長 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)角來確定，查表得：β =22o39′(5)機(jī)械運(yùn)動范圍（速度） 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 12 頁 共 35 頁(a)伸縮運(yùn)動 Vmax=500mm/sVmin=50mm/s(b)上升運(yùn)動 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 說 明 書 （ 論 文 ） 第 13 頁 共 35 頁圖 3.3 尺寸示意圖3.1.2 腕部設(shè)計計算腕部是聯(lián)結(jié)手部和臂部的部件，腕部運(yùn)動主要用來改變被夾物體的方位，它動作靈活，轉(zhuǎn)動慣性小。本課題腕部具有回轉(zhuǎn)這一個自由度，可采用具有一個活動度的回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動的腕部結(jié)構(gòu)。要求：回轉(zhuǎn)±90o角速度 =45o/s?以最大負(fù)荷計算：當(dāng)工件處于水平位置時，擺動缸的工件扭矩最大，采用估算法，工件重 10kg，長度 l =650mm。如圖 3.4 所示。(1)計算扭矩 [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 說 明 書 （ 論 文 ） 第 14 頁 共 35 頁FSF圖 3.4 腕部受力簡圖(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 說 明 書 （ 論 文 ） 第 15 頁 共 35 頁所以代入（3.11）公式 ??62108????mAbTP?=8×30.5/0.03×（0.12-0.032）×10 6=0.89Mpa又因為 ??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，并帶動它們在空間運(yùn)動。臂部運(yùn)動的目的，一般是把手部送達(dá)空間運(yùn)動范圍內(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、靜載荷，而且自身運(yùn)動又較多，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 說 明 書 （ 論 文 ） 第 16 頁 共 35 頁（2.12SFP/?）式中： F ——取工件重和手臂活動部件總重，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 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)驗算腕部擺動缸：（3.13??8/10621???mAPDT??）（3.14bWm21/8?） 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 17 頁 共 35 頁式中： —機(jī)械效率取： 0.85～0.9mH—容積效率?。? 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)動系統(tǒng)設(shè)計液壓控制室機(jī)械手的一種主要的控制形式。機(jī)械手的運(yùn)動速度和操作室根據(jù)油的流量與壓力來確定，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，并由于液壓油的潤滑作用，可延長元件的使用壽命。(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 說 明 書 （ 論 文 ） 第 18 頁 共 35 頁比較寬。只要通過閥和泵的調(diào)節(jié)就能實現(xiàn)開環(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，制動和反向，無后滯現(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)動元件相比，剛度較大，位置誤差小，定位精度高，而且耐振動等。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，處理功率訊號的數(shù)學(xué)運(yùn)算誤差，檢測，放大，測試和補(bǔ)償功能不如電子，機(jī)電裝置靈活簡便 [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 說 明 書 （ 論 文 ） 第 19 頁 共 35 頁23E1-10B 二位三通閥3.2.2 腕部擺動液壓回路4圖 3.6 腕部擺動液壓回路(1)腕部擺動缸液壓原理圖如圖 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 說 明 書 （ 論 文 ） 第 20 頁 共 35 頁臂部伸縮缸 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 說 明 書 （ 論 文 ） 第 21 頁 共 35 頁圖 3.8 總體系統(tǒng)圖(1)總體系統(tǒng)圖如圖 3.8 所示,(2)工作過程:小臂伸長→手部抓緊→腕部回轉(zhuǎn)→小臂回轉(zhuǎn)→小臂收縮→手部放松(3)電磁鐵動作順序表:表 3.2 總體系統(tǒng)圖元件動作1DT 2DT 3DT 4DT 5DT小臂伸長手部抓緊腕部回轉(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：傳動功率 （3.15?/QPN?? 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 22 頁 共 35 頁）式中： η =0.8 （經(jīng)驗值）所以代入公式（3.15）得：N =10×80×103×106/60×0.8=16.7KN選取電動機(jī) JQZ-61-2 型電動機(jī)，額定功率 17KW，轉(zhuǎn)速為 2940r/min。3.3 機(jī)身結(jié)構(gòu)的設(shè)計機(jī)身是直接支承和傳動手臂的部件。一般實現(xiàn)臂部的升降、回轉(zhuǎn)或俯仰等運(yùn)動的驅(qū)動裝置或傳動件都安裝在機(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 說 明 書 （ 論 文 ） 第 23 頁 共 35 頁搬動，也可具有行走機(jī)構(gòu)。臂部配置于機(jī)座立柱中間，多見于回轉(zhuǎn)型機(jī)械手。臂部可沿機(jī)座立柱作升降運(yùn)動，獲得較大的升降行程。升降過程由電動機(jī)帶動螺柱旋轉(zhuǎn)。由螺柱配合導(dǎo)致了手臂的上下運(yùn)動。手臂的回轉(zhuǎn)由電動機(jī)帶動減速器軸上的齒輪旋轉(zhuǎn)帶動了機(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)身部使用了兩個電機(jī)，其一是帶動臂部的升降運(yùn)動；其二是帶動機(jī)身的回轉(zhuǎn)運(yùn)動。帶動臂部升降運(yùn)動的電機(jī)安裝在肋板上，帶動機(jī)身回轉(zhuǎn)的電機(jī)安裝在混凝土地基上。帶動臂部升降的電機(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)，屬于籠型異步電動機(jī)。采用 B 級絕緣，外殼防護(hù)等級為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 電動機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)所示：表 3.3 Y90S-4 電動機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)滿載時 堵轉(zhuǎn)電流堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩型號 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]減速器的原動機(jī)和工作機(jī)之間的獨(dú)立的閉式傳動裝置。用來降低轉(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 為蝸桿下置式一級傳動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 說 明 書 （ 論 文 ） 第 24 頁 共 35 頁蝸輪的材料為 ZQA19-4中心矩 a=80Ms×q=4.0×11 （3.16）傳動比 I =30傳動慣量 0.265×10ˉ3kg·m23.3.3 螺柱的設(shè)計與校核 [11]螺桿是機(jī)械手的主支承件，并傳動使手臂上下運(yùn)動。螺桿的材料選擇：從經(jīng)濟(jì)角度來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 說 明 書 （ 論 文 ） 第 25 頁 共 35 頁= ? 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 說 明 書 （ 論 文 ） 第 26 頁 共 35 頁所以 n =10×3×30=900 轉(zhuǎn)/分選擇 Y90L-6 型籠型異步電動機(jī)電動機(jī)采用 B 級絕緣。外殼防護(hù)等級為 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 電動機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)所示：表 3.4 Y90L-6 電動機(jī)技術(shù)滿載時 堵轉(zhuǎn)電流堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩型號 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，緊靠擋塊而定位。若定位前已減速，定位時驅(qū)動壓力未撤除，在這種情況下，機(jī)械擋塊定位能達(dá) 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 27 頁 共 35 頁到較高的重復(fù)精度。一般可高于±0.5mm，若定位時關(guān)閉驅(qū)動油路而去掉工作壓力，這時機(jī)械手可能被擋塊碰回一個微小距離，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，實際上是一個三維空間的定位問題，是若干線量和角量定位的組合。在許多較簡單情況下，單個量值可能是主要的。影響單個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，定位精度與擋塊的剛度和碰接擋塊時的速度等因素有關(guān)。(2)定位速度定位速度對定位精度影響很大。這是因為定位速度不同時，必須耗散的運(yùn)動部件的能量不同。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)動系統(tǒng)使運(yùn)動部件適時減速。(3)精度機(jī)械手的制造精度和安裝調(diào)速精度對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，因易產(chǎn)生振動，定位精度一般較低。(5)運(yùn)動件的重量運(yùn)動件的重量包括機(jī)械手本身的重量和被抓物的重量。運(yùn)動件重量的變化對定位精度影響較大。通常，運(yùn)動件重量增加時，定位精度降低。因此，設(shè)計時不僅要減小運(yùn)動部件本身的重量，而且要考慮工作時抓重變化的影響。(6)驅(qū)動源液壓、氣壓的壓力波動及電壓、油溫、氣溫的波動都會影響機(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，用溫度、壓力補(bǔ)償流量控制閥控制。(7)控制系統(tǒng)開關(guān)控制、電液比例控制和伺服控制的位置控制精度是個不相同的。這不僅是因為各種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有關(guān) [13]。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 28 頁 共 35 頁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)簡單，緊湊。但有時安置位置有限；外緩沖的優(yōu)點(diǎn)是安置位置靈活，簡便，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)動到距油缸端蓋某一距離時能在活塞與端蓋之間形成一個緩沖室。利用節(jié)流的原理使緩沖室產(chǎn)生臨時背壓阻力，以使運(yùn)動減速直至停止，而避免硬性沖擊的裝置，稱為油缸端部緩沖裝置 [12-15]。在緩沖行程中，節(jié)流口恒定的，稱為恒節(jié)流式油缸端部緩沖裝置。設(shè)計油缸端部恒節(jié)流緩沖裝置時， （最大加速度） 、 （緩沖腔最大沖擊maxmaxp壓力）和 （殘余速度）三個參數(shù)是受工作條件限制的。通常采用的辦法是先選定rV其中一個參數(shù)，然后校驗其余兩個參數(shù)。步驟如下：(1)選擇最大加速度通常，amax 值按機(jī)械手類型和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)選取，同時要考慮速度與載荷大小。對于重載低速機(jī)械手，- 取 5m/s2 以下，對于輕載高速機(jī)械手，- 取 5～10 max maxm/s2(2)計算沿運(yùn)動方向作用在活塞上的外力 F水平運(yùn)動時：（3.23isAPF??）=0.25×103×π×3.6 2-7=138N(3)計算殘余速度 Vr（3.24FaVr/1/mx0??） 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 29 頁 共 35 頁=0.1/0.64=0.15m/s 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 30 頁 共 35 頁4 傳動系統(tǒng)三維造型設(shè)計4.1 三維造型軟件的概述4.1.l PRO/E 概述1985 年，PTC 公司成立于美國波士頓，開始參數(shù)化建模軟件的研究。1988 年，V1.0 的 Pro/ENGINEER 誕生了。經(jīng)過 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)計和機(jī)械設(shè)計等方面的多項功能，還包括對大型裝配體的管理、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)品開發(fā)環(huán)境。下面就 Pro/ENGINEER 的特點(diǎn)及主要模塊進(jìn)行簡單的介紹。 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)品開發(fā)過程中某一處進(jìn)行的修改，能夠擴(kuò)展到整個設(shè)計中，同時自動更新所有的工程文檔，包括裝配體、設(shè)計圖紙，以及制造數(shù)據(jù)。全相關(guān)性鼓勵在開發(fā)周期的任一點(diǎn)進(jìn)行修改，卻沒有任何損失，并使并行工程成為可能，所以能夠使開發(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)計特征有弧、圓角、倒角等等，它們對工程人員來說是很熟悉的，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)計疊代，實現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)。 數(shù)據(jù)管理：加速投放市場，需要在較短的時間內(nèi)開發(fā)更多的產(chǎn)品。為了實現(xiàn)這種效率，必須允許多個學(xué)科的工程師同時對同一產(chǎn)品進(jìn)行開發(fā)。數(shù)據(jù)管理模塊的開發(fā)研制，正是專門用于管理并行工程中同時進(jìn)行的各項工作，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” 、 “對齊”等很容易的把零件裝配起來，同時保持設(shè)計意圖。高級的功能支持大型復(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)級出現(xiàn)，提供了邏輯選項和預(yù)先選取的最普通 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 31 頁 共 35 頁選項，同時還提供了簡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(CAID)模塊 工業(yè)設(shè)計模塊主要用于對產(chǎn)品進(jìn)行幾何設(shè)計，以前，在零件未制造出時，是無法觀看零件形狀的，只能通過二維平面圖進(jìn)行想象?，F(xiàn)在，用 3DS 可以生成實體模型，但用 3DS 生成的模型在工程實際中是“中看不中用” 。用 PRO/E 生成的實體建模，不僅中看，而且相當(dāng)管用。事實上，PRO/E 后階段的各個工作數(shù)據(jù)的產(chǎn)生都要依賴于實體建模所生成的數(shù)據(jù)。 包括： PRO/3DPAINT(3D 建模)、 PRO/ANIMATE(動畫模擬)、 PRO/DESIGNER(概念設(shè)計)、PRO/NETWORKANIMATOR(網(wǎng)絡(luò)動畫合成)、PRO/PERSPECTA-SKETCH（圖片轉(zhuǎn)三維模型） 、PRO/PHOTORENDER(圖片渲染)幾個子模塊。 機(jī)械設(shè)計(CAD)模塊 機(jī)械設(shè)計模塊是一個高效的三維機(jī)械設(shè)計工具，它可繪制任意復(fù)雜形狀的零件。在實際中存在大量形狀不規(guī)則的物體表面，如圖 1 中的摩托車輪轱，這些稱為自由曲面。隨著人們生活水平的提高，對曲面產(chǎn)品的需求將會大大增加。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，又能與其它實體建模模塊結(jié)合起來使用，它支持 GB、ANSI、ISO 和 JIS 等標(biāo)準(zhǔn)。包括：PRO/ASSEMBLY（實體裝配） 、PRO/CABLING（電路設(shè)計） 、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） 、PRO/WELDING（焊接設(shè)計） 功能仿真(CAE)模塊 功能仿真(CAE)模塊主要進(jìn)行有限元分析。我們中國有句古話：“畫虎畫皮難畫骨，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。著名的可口可樂公司，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 說 明 書 （ 論 文 ） 第 32 頁 共 35 頁其功能絲毫不受影響，僅此一項就取得了極大的經(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)計完成的各個部分 CAD 的零件圖畫出三維造型圖，通過運(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)械手的整體給畫出來。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 說 明 書 （ 論 文 ） 第 33 頁 共 35 頁結(jié)論語畢業(yè)設(shè)計轉(zhuǎn)眼間就到了掃尾階段，在這幾個月的設(shè)計學(xué)習(xí)過程中，我取得了長足的進(jìn)步。在這次畢業(yè)設(shè)計中，我有很多收獲，首先把我?guī)啄陙硭鶎W(xué)的知識做了一次系統(tǒng)的復(fù)習(xí)，更深一步了解了所學(xué)的知識，培養(yǎng)了我綜合運(yùn)用所學(xué)知識，獨(dú)立分析問題和解決問題的能力，也使我學(xué)會怎樣更好的利用圖書館，網(wǎng)絡(luò)查找資料和運(yùn)用資料，還使我學(xué)會如何與同學(xué)共同討論問題。這對我以后的工作有很大的幫助,今后我會在工作中不斷的學(xué)習(xí),努力的提高自己的水平。經(jīng)過本次設(shè)計，我切實體會到作為一個優(yōu)秀的設(shè)計人員的艱難性。在設(shè)計過程中，我經(jīng)常遇到各種各樣的問題，有的是知識方面的不足導(dǎo)致的，有的是設(shè)計經(jīng)驗方面不足導(dǎo)致的。這些問題有時使得我束手無措，不過在指導(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。雖然我的設(shè)計存在很多不足的地方，總的來說，我希望通過這次畢業(yè)設(shè)計對自己未來將從事的工作進(jìn)行一次適應(yīng)性的訓(xùn)練，從中鍛煉自己分析問題，解決問題的能力，為將來工作打下良好的基礎(chǔ)畢業(yè)設(shè)計是對未來工作的一種模擬?？偨Y(jié)與展望主要是寫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，遇到了哪些問題，但是這些問題要相對具體些，然后解決了什么問題，哪些問題還沒有解決，等等，根據(jù)我說的，和你上面所寫的內(nèi)容，自己再修改一下。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 34 頁 共 35 頁致 謝我的畢業(yè)設(shè)計的課題是機(jī)械手的設(shè)計，這是一個我以前所沒有接觸的。我對它來說完全是一個陌生者，經(jīng)過指導(dǎo)老師的幫助和對參考資料的拜讀，我已經(jīng)對機(jī)械手有了一定的了解。感謝曹老師對我的指導(dǎo)，使我畢業(yè)設(shè)計順利完成。真誠感謝龔教授，和倪老師對我的畢業(yè)設(shè)計的指導(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)計如期完成。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 35 頁 共 35 頁參 考 文 獻(xiàn)[1] 徐灝.機(jī)械設(shè)計手冊 3[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,1998.[2] 徐灝.機(jī)械設(shè)計手冊 4[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,1998.[3] 徐灝.機(jī)械設(shè)計手冊 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)計手冊》編寫組.機(jī)床設(shè)計手冊 3[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版，1999.[7] 丁樹模.液壓傳動[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)工程畫教教研室，1998.[9] 李恒權(quán)，朱明臣，王德云.畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)書[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.機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計手冊[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》[M].機(jī)械工業(yè)出版社,北京，1996.[15] 丁樹模.《液壓傳動》[M].機(jī)械工業(yè)出版社,北京，1992. [16] 陸祥生、楊秀蓮.《機(jī)械手》[M].中國鐵道出版社,北京，1985.
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