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1、 機械原理設計(1) 課程設計 說明書設計題目： 裝箱機械手機構 學生班級： 流體1102 學生姓名： 李宇 指導教師： 楊德勇 日 期: 2014年1月2日 目錄課程設計的目的2設計題目及設計要求2機械手設計的基本步驟及工作流程.3設計任務3設計說明4工作要求4設計方案5題目分析5機械系統(tǒng)整體設計方案6方案設計過程分析7最優(yōu)方案詳細分析10機械抓手設計13機械傳動系統(tǒng)設計方案15設計小結16參考資料16指導老師評語17課程設計的目的（1）機械原理課程設計旨在使學生運用本課程所學的理論知識以及有關課程的知識，進行一次較全面的綜合性的設計練習，從而培養(yǎng)學生分析和解軍問題的能力。（2）通過對裝箱機
2、械手的機構方案的擬定及其機構簡圖設計，增強對設計工作的了解和認識，并培養(yǎng)學生的機構設計能力和機構分析能力。設計題目及設計要求在某裝箱機械手機構中，要求其手的運動按簡圖所示JKLM，MLKJ線路重復運動。其中JK段為取物料上升（物料來自傳送帶）；KL段為物料水平移動；LM段為手抓放物料于箱內，故對其直線要求較高。KL段若較平直可提高裝箱穩(wěn)定性，但稍有誤差問題不大。JK是從輸送帶上抓取物料，其直線度要求不高，只要能將物料提高到C的高度即可。返回時要求按原來路線逆著走。今給定預期軌跡的尺寸分別為：a=120mm；b=600mm；c=50mm；d=1000mm。物料提升重量為2千克。機械手設計的基本步
3、驟及工作流程(1)機械手設計的主要步驟如下圖:(2)機械手工作流程原位下降夾緊上升左移 右移上升放松下降 設計任務（1）根據(jù)上述設計要求，每人至少提出兩種不同設計方案，選取其中最優(yōu)的方案，進行機構簡圖設計。對主體機構進行運動位置分析,并按尺寸繪出相應位置時機構運動簡圖。（一號圖紙）（尺寸要準確） （2）對手爪中手指的開合機構進行機構運動方案設計。（3）每人編制一份設計說明書，設計方案均應寫入說明書（封面、目錄、內容、后記、參考書目等）內。設計說明（1）本設計盡量考慮用已學過的機構或幾種機構的組合來實現(xiàn)位置要求，熟練運用本課程知識。 （2）應考慮從動力源到執(zhí)行部件之間的整體運動傳遞方案，尤其執(zhí)行
4、部分更為重要，可參考機械設計中的傳動方案知識。 （3）除應考慮運動情況外還應考慮力求使機構運動性、加工特性、用性能、經(jīng)濟性等要好，要盡量使用成熟的機構及其組合。除考慮滿足軌跡要求外，還應考慮其各段行程中的運動規(guī)律的性能的特殊要求。 工作要求（1） 繪圖準確，布局盡可能勻稱，圖上線條、符號、尺寸標注及書寫字體（仿宋體）要規(guī)范化，圖面整潔，質量要求高。 （2） 說明書要求論述內容完整，步驟清楚，分析有條理，字跡工整，繪圖準確，裝訂成冊。 （3） 計應按預定進度進行，每天務必按時到設計教室，及時完成設計任務，不準無故遲到、早退、曠課等，不準做與設計無關的工作。設計方案題目分析由題意可知：所設計的裝箱
5、機械手機構中主要分為三個步驟，抓取移動放置，為了使其能彼此配合有序穩(wěn)定的完成指定的任務，在時間上就必須要嚴格的控制好，因此在設計其執(zhí)行系統(tǒng)時需按時間進行分配。下面就先對抓取移動放置這三個步驟進行分析。抓取：由圖分析可知抓取過程為JK段，開始時機械爪手出于K點，開關啟動后，機械爪手向下下降50mm（為了能減少執(zhí)行系統(tǒng)的空間，可以在里加上一個放大機構），此時只能是豎直方向的移動，水平移動方向必須保持靜止，當爪手下降到指定的高度，需要給機械爪手預留3秒的時間保證其能順利抓取物料，抓取物料結束之后還須上升到初始的高度，準備進行水平方向的移動，在這下降抓取上升的過程中水平始終要保持靜止。移動：移動的過程
6、在圖示中是屬于LK階段，在機械手抓取物料成功后，此時豎直方向將不再移動，只有水平方向在移動，移動的距離為600mm，跟抓取時一樣，這里也可以安放一套放大機構來減小執(zhí)行機構的空間，在移動的過程中需要讓其盡可能的保持穩(wěn)定性，一方面可以通過減慢速度來提高其穩(wěn)定性，也可以在設計時采用三角穩(wěn)定結構，保證你水平移動的穩(wěn)定性。放置：放置過程是整個過程的關鍵所在（LM為下降的過程），如果安放是出現(xiàn)了問題，整個過程都前功盡棄，在安放的過程中最重要的一點就是要保證其直線度的準確性，為此在水平移動是最后要采用減速的方案，使其在最后有緩沖的余地，保證在下降的過程時能穩(wěn)定下降，下降到120mm時，此時機械手放開物料，整
7、個過程結束。機械系統(tǒng)整體設計方案根據(jù)題目的意思，以及其中需要著重注意的幾點問題，設計了三種可行性的方案。以及機械手的設計。方案設計過程分析：第一種：在這個方案中，我們采取的是三個線段上的運動分別用三個不同的裝置進行傳動，左端的LM段用的是曲柄滑塊結構進行傳動，LK段也是用的曲柄滑塊結構進行傳動，在JK段，考慮到長段較小，一次選用凸輪結構進行傳動。本方案中，需要在連接機械手的豎軸上裝有卡槽結構，并且需要滑塊的兩端裝有接觸開關，保證水平運動到兩端點處時，水平傳動的曲柄結構電機停轉，而控制豎直運動的曲柄或凸輪的電機開始運動，這樣，機械手便可以按照預訂的軌跡進行運動。本方案中，出機械的傳動裝置外，控制
8、機械手的軌道運動共需要三個獨立的電機進行傳動，如圖所示：方案2： 考慮到方案1中用到的電機過多，軌道的三個方向的運動共用到三個電機驅動，在本方案中，將在方案1的基礎上進行簡化，我們將水平運動用一個凸輪結構來實現(xiàn)，而左右兩端的豎直方向的運動用如圖所示的機構實現(xiàn)，如圖中，由于機械手連接的滑塊距離“杠桿中心”距離的不同，在同一曲柄的作用下可以實現(xiàn)滑塊行程的不同，取適當?shù)拇笮〖纯梢詫崿F(xiàn)左端上下運動行程為120mm，右端上下運動行程為50mm。對于凸輪，距離凸輪旋轉中心的距離差為600mm，就可以保重左右運動了。方案3：方案1與方案2均存在不足之處，比如方案1，所用到的電機過多經(jīng)濟效益較差，并且各個電機
9、獨立運行，依靠觸發(fā)開關來實現(xiàn)傳動的連貫性，而觸發(fā)開關的設計又存在諸多的問題。方案2中，用到兩個獨立的電機驅動，而且在水平方向的行程運用的是凸輪，這樣，凸輪的尺寸就會相當大，而且也會用到觸發(fā)開關來控制。因此，結合方案1與方案2，現(xiàn)給出本方案的設計見圖，如圖所示，本方案中，機械手的軌跡運動，只用到一個電機驅動，給出凸輪的適當幾何形狀，即可實現(xiàn)，在本方案中，不需要額外的電路控制，即可實現(xiàn)循環(huán)運動。最優(yōu)方案詳細分析：方案3結構分析：如圖所示，機械手的豎直方向的運動依靠凸輪上方連接凸輪內槽的桿子和滾子實現(xiàn)，機械手水平方向的運動依靠凸輪左邊連接滾子的橫桿和凸輪外周實現(xiàn)。機械手在豎直方向的位置隨時間變化的關
10、系如圖所示：由此可以確定凸輪內槽的形狀為：R-d1-50,R-d2=120機械手在水平方向的位置隨時間的變化關系為：可以得出凸輪外周的幾何形狀為：R2-R1=600*（1:5）=120mm由于考慮到引導水平運動和豎直運動的滾子接觸凸輪的位置成90度的關系，因此，在融合凸輪內槽與外周時有90度的對應關系。綜上可得，凸輪的幾何形狀為：在本方案中，可以認為機械手的軌跡運動時依靠兩個不同的凸輪實現(xiàn)的，只是為了更少的用到電機，以及節(jié)約凸輪用料，一次將兩個凸輪綜合在一起，凸輪的外周和內槽都可以驅動，這樣就可以節(jié)約一個電機和一個凸輪。機械抓手設計：如圖所示為我們設計的機械抓手，我們所設計的抓手的傳動機構是蝸
11、輪蝸桿結構，蝸桿直接連接電機，兩側蝸輪分別連接兩“手指”，蝸輪蝸桿結構的傳動比較大，并且可以實現(xiàn)自鎖，所以可以順利抓牢指定物體。機械傳動系統(tǒng)的設計方案對于方案3的選擇，需要一個電機帶動凸輪轉動即可實現(xiàn)所有的行程運動，但若電機直接與凸輪相連，這樣顯然凸輪的運動速度過快，運動不穩(wěn)定，并且可能導致裝置損壞，因此應該選擇適當傳動比的齒輪來實現(xiàn)，我們選擇的是200:1傳動比的齒輪組，假定電機轉速為1000r/min，這樣才能保證機械系統(tǒng)正常的運行。電機在此轉速下，機械手沒分鐘進行5個運動周期，即進行來回5次抓物。n1:n2=1/50 n3/n4=1/40機械手本身的傳動系統(tǒng)：因為我們設計的機械手運用的是
12、蝸輪蝸桿結構，蝸輪蝸桿結構本身就可以有較大的傳動比，因此選擇適當?shù)膫鲃颖?，蝸桿即可以與電機直接相連。我們選在的蝸輪蝸桿結構的傳動比為40:1.設計小結通過這次課程設計，我有了很多收獲。首先，通過這一次的課程設計， 我進一步鞏固和加深了所學的基本理論、基本概念和基本知識， 培養(yǎng)了自己分析和解決與本課程有關的具體機械所涉及的實際問題的能力。對平面連桿機構和凸輪有了更加深刻的理解，為后續(xù)課程的學習奠定了堅實的基礎。而且，這次課程設計過程中，與同學們激烈討論，團結合作，最終完美的實現(xiàn)了預期的目的，大家都受益匪淺，也對這次經(jīng)歷難以忘懷。 其次通過這次課程設計，對裝箱機械手的工作原理以及機構選型、運動方案的確定以及對導桿機構進行運動分析有了初步詳細精確話的了解，這都將為我以后參加工作實踐有很大的幫助。非常有成就感，培養(yǎng)了很深的學習興趣。衷心感謝楊老師這個學期以來的悉心教導與鼓勵，在楊老師的耐心指導下，我們才能完成了這次課程設計，并從中學到了非常多的知識。參考資料機械原理課程設計手冊高等教育出版社 機械原理人民教育出版社機械原理課程設計指導書高等教育出版社機械原理與設計機械工業(yè)出版社指導老師評語： 簽字： 成績評定：
機械原理課程設計裝箱機械手機構
