工業(yè)機(jī)器人機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)【含CAD圖紙、說(shuō)明書(shū)】

畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯評(píng)審表 課題名稱(chēng) 數(shù)控機(jī)床上下料機(jī)械手設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) 指導(dǎo)教師姓 名 職稱(chēng) 序號(hào) 評(píng) 審 項(xiàng) 目 指 標(biāo) 滿分 評(píng)分 1 報(bào)告內(nèi)容 思路清新；語(yǔ)言表達(dá)準(zhǔn)確，概念清楚，論點(diǎn)正確；實(shí)驗(yàn)方法科學(xué)，分析歸納合理；結(jié)論有應(yīng)用價(jià)值。 40 2 報(bào)告過(guò)程 準(zhǔn)備工作充分,時(shí)間符合要求。 10 3 創(chuàng) 新 對(duì)前人工作有改進(jìn)或突破，或有獨(dú)特見(jiàn)解。 10 4 答 辯 回答問(wèn)題有理論依據(jù)，基本概念清楚。主要問(wèn)題回答準(zhǔn)確，深入。 40 總分 評(píng)語(yǔ)： 答辯委員會(huì)(小組)負(fù)責(zé)人 ： 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評(píng)價(jià) 指導(dǎo)教師評(píng)分: 評(píng)閱人評(píng)分: 答辯評(píng)分: 綜合評(píng)定成績(jī)(按結(jié)構(gòu)分4:4:2): 答辯委員會(huì)負(fù)責(zé)人: 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū) 系 部： 機(jī)電工程系 專(zhuān) 業(yè)： 機(jī)電一體化技術(shù) 學(xué)生姓名: 學(xué) 號(hào): 設(shè)計(jì)(論文)題目： 數(shù)控機(jī)床上下料機(jī)械手設(shè)計(jì) 起 迄 日 期: 設(shè)計(jì)(論文) 地點(diǎn): 畢業(yè)設(shè)計(jì)教室 指 導(dǎo) 教 師: 教 研 室 負(fù) 責(zé) 人： 發(fā)任務(wù)書(shū)日期: 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）任 務(wù) 書(shū) 1．本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題的目的和要求： 畢業(yè)設(shè)計(jì)目的：是通過(guò)設(shè)計(jì)工業(yè)機(jī)器人機(jī)械手，使學(xué)生掌握一般機(jī)械設(shè)計(jì)的全部過(guò)程，學(xué)會(huì)如何運(yùn)用所學(xué)的理論知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立工作能力。 畢業(yè)設(shè)計(jì)要求：在教師指導(dǎo)下，獨(dú)立完成設(shè)計(jì)任務(wù)，培養(yǎng)較強(qiáng)的創(chuàng)新意識(shí)和自學(xué)習(xí)能力，獲得機(jī)械工程師的基本訓(xùn)練。使整個(gè)設(shè)計(jì)在技術(shù)上是先進(jìn)可行的。設(shè)計(jì)計(jì)算步驟清晰，計(jì)算結(jié)果正確；設(shè)計(jì)制圖符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)；使用計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)、計(jì)算和繪圖；說(shuō)明書(shū)要求文字通順、語(yǔ)言簡(jiǎn)練、圖示清晰。 2．對(duì)本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題成果的要求〔包括圖紙、論文、圖表、實(shí)物〕： 1. 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)1份（字?jǐn)?shù)不少于1萬(wàn)5千字） 2. 科技英文資料翻譯1篇（譯文字?jǐn)?shù)不少于1500字） 3. 繪制裝配圖和典型零件圖（繪圖總量不少于2張A0圖紙，其中CAD繪圖1張，手工繪圖1張） 3．主要參考文獻(xiàn)資料： 1.顧崇衍．《機(jī)械制造工藝學(xué)》．陜西科技出版社，1996 2.周伯英．《工業(yè)機(jī)械人設(shè)計(jì)》．機(jī)械工業(yè)出版社，1995 3.龔振幫．《機(jī)械人機(jī)械設(shè)計(jì)》．電子工業(yè)出版社，1995 4.成大光．《機(jī)械設(shè)計(jì)圖冊(cè)》（5）．化學(xué)工業(yè)出版社，1999 5.鄭堤、唐可洪．《機(jī)電一體化設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》．機(jī)械工業(yè)出版社，1997 6.張鐵、謝存禧．《機(jī)器人學(xué)》．華南理工大學(xué)出版社，2004 7.馮辛安．《機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)》．機(jī)械工業(yè)出版社，1999 8.沈鴻. 《機(jī)械工程手冊(cè)》．機(jī)械工業(yè)出版社，1983 9.吳宗澤,羅圣國(guó). 《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)第二版》．高等教育出版社，1999 10.廖念釗,莫雨松等. 《互換性與技術(shù)測(cè)量第四版》．中國(guó)計(jì)量出版社，2000 11.陳錦昌,劉就女,劉林. 《計(jì)算機(jī)工程制圖》．華南理工大學(xué)出版社，1999 12.濮良貴，紀(jì)名剛. 《機(jī)械設(shè)計(jì)》．高等教育出版社,1995 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）任 務(wù) 書(shū) 4．本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題工作進(jìn)度計(jì)劃： 起 迄 日 期 工 作 內(nèi) 容 2010.3.8-2010.3.15 2010.3.16-2010.3.24 2010.3.24-2010.4.1 2010.4.2-2010.4.13 2010.4.14-2010.5.1 2010.5.2-2010.5.10 2010.5.10-2010.5.16 2010.5.17-2010.5.25 1. 查閱資料、設(shè)計(jì)任務(wù)分析、確定設(shè)計(jì)方案 2. 設(shè)計(jì)方案分析與計(jì)算 3. 總裝配圖布局設(shè)計(jì) 4. 總裝配圖結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 5. 設(shè)計(jì)方案分析與計(jì)算、總裝配圖設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)檢查 6. 零件圖結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、零件圖尺寸標(biāo)注 7. 上機(jī)繪圖、撰寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 8. 畢業(yè)答辯 教研室審查意見(jiàn)： 負(fù)責(zé)人： 年 月 日 系部意見(jiàn)： 系主任： 年 月 日 I 摘 要 數(shù)控機(jī)床上下料機(jī)械手是工業(yè)機(jī)器人機(jī)械手的一種，機(jī)械手在工業(yè)生產(chǎn)中能代 替人手做某些單調(diào)、頻繁和重復(fù)的長(zhǎng)時(shí)間作業(yè)，或是危險(xiǎn)、惡劣環(huán)境下的作業(yè)，例 如在沖壓、壓力鑄造、熱處理、焊接、涂裝、塑料制品成形、 機(jī)械加工和簡(jiǎn)單裝配 等工序上，以及在原子能工業(yè)等部門(mén)中，完成對(duì)人體有害物料的搬運(yùn)或工藝操作 【1】 。 數(shù)控機(jī)床上下料機(jī)械手主要由手部和運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。手部是用來(lái)抓持工件（或 工具）的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié) 構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動(dòng)（擺動(dòng)） 、 移動(dòng)或復(fù)合運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作，改變被抓持物件的位置和姿勢(shì)。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的升 降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動(dòng)方式，稱(chēng)為機(jī)械手的自由度 。為了抓取空間中任意位置 和方位的物體，需有 6 個(gè)自由度。自由度是機(jī) 械手設(shè)計(jì)的關(guān) 鍵參數(shù)。自由 度越多， 機(jī)械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。一般專(zhuān)用機(jī)械手有 2～3 個(gè)自 由度。 機(jī)械手的種類(lèi)，按驅(qū)動(dòng)方式可分為液壓式、氣動(dòng)式、電動(dòng)式、機(jī)械式機(jī)械手； 按適用范圍可分為專(zhuān)用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種；按運(yùn)動(dòng)軌跡控制方式可分為點(diǎn)位 控制和連續(xù)軌跡控制機(jī)械手等。 【2】 數(shù)控機(jī)床上下料機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來(lái)的一種高科技自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。數(shù) 控機(jī)床上下料機(jī)械手的是工業(yè)機(jī)器人的一個(gè)重要分支。它的特點(diǎn)是可通過(guò)編程來(lái)完 成各種預(yù)期的作業(yè)任務(wù)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)了人 的智能和適應(yīng)性。機(jī)械手作業(yè)的準(zhǔn)確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國(guó)民經(jīng)濟(jì) 各領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景。 在工業(yè)上，自動(dòng)控制系統(tǒng)有著廣泛的應(yīng)用，如工業(yè)自動(dòng)化機(jī)床控制，計(jì)算機(jī)系 統(tǒng)，機(jī)器人等。而工業(yè)機(jī)器人是相對(duì)較新的電子設(shè)備，它正開(kāi)始改變現(xiàn)代化工業(yè)面 貌。實(shí)際的機(jī)器人由帶有腕(或稱(chēng)為手臂)的主機(jī)身和機(jī)身端部的工具(通常是某些類(lèi) 型的夾持器)組成,同時(shí)也包括一個(gè)輔助動(dòng)力系統(tǒng)。本文是對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)工作較全面的 介紹和總 機(jī)械手技術(shù)涉及到力學(xué)、機(jī)械學(xué)、電氣液壓技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感 器技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域，是一門(mén)跨學(xué)科綜合技術(shù)。 II 關(guān)鍵詞：手臂 夾持器 工業(yè)機(jī)器人 Abstract Industrial machine hand in industrial production can replace hand to do some drab, frequent and repeat the long operation, or danger, harsh environment, such as the homework in pressing, welding, casting, heat stress, coating, plastic forming, machining and assembling process such as simple, and in the atomic energy industry departments, complete harmful material handling or process operation. Manipulator hand and movement mainly by institutions. Hand is used to catch the workpiece (or tools), according to the parts of the object was caught the shape, size, weight, materials and operational requirements and has a variety of structural forms, such as the type of clamping, and adsorption type, etc. Sports organizations and finish all kinds of rotating (hand), moving or composite swing motion to realize, change the position of the object was caught and posture. The lifting mechanism, and the independence movement of the manipulator, called freedom. In order to grab arbitrary position and orientation of the object, need to have six degrees. Freedom is the design of hand machine armed key parameters. The freedom of the manipulator, the degree of flexibility, the greater the universality and broader, its structure is more complex. General special manipulator has 2-3 degrees. According to the types of the manipulator, driving mode can be divided into hydraulic, pneumatic, electric type, mechanical manipulator, According to the scope and special manipulator can be divided into two manipulators, According to the trajectory control mode can be divided into position control and continuous trajectory control manipulator, etc. Robots are usually used or other machine tools, such as additional device in automatic machine or automatic production line, loading and unloading workpieces relay in machining center, the replacement of tools is not independent control device. Some operations to direct manipulation by device, such as atomic energy sector also dangerous goods masterslave gunner also often called the manipulator. III Industrial robot developed in recent years is a high-tech automation production equipment. Industrial robots is an important branch of industrial robots. Its characteristic is accomplished by programming task, various expected in the structure and performance of the respective advantages of both human beings and machines, particularly reflected people's intelligence and adaptability. Manipulator and the accuracy of all sorts of homework assignments in the environment of national economy, in the field has broad prospects for development. In industry, the automatic control system in a wide range of applications, such as industrial automation control, computer systems, machine, etc. Industrial robot is a relatively new electronic equipment, it is beginning to change the face of modern industry. The actual robot with a wrist (or called by the host body and arms) at the end of the fuselage of tool (usually a certain types of grippers), also include an auxiliary power system. This is the design of the whole work is introduced and the total manipulator technology involves mechanics, mechanical, electrical and hydraulic technology, automatic control technology, the sensor technology and computer technology, science, is an interdisciplinary comprehensive technology. Key words：arm grippers industrial robots IV 目 錄 摘 要 I ASTRACT .II 1.緒論 .1 1.1 選題背景 1 1.2 設(shè)計(jì)目的 1 1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和趨勢(shì)業(yè) 2 2.工業(yè)機(jī)器人機(jī)械手的總體設(shè)計(jì) .3 2.1 工業(yè)機(jī)器人的組成及各部分的關(guān)系概述 3 2.2 工業(yè)機(jī)器人機(jī)械手設(shè)計(jì)分析 3 3.工業(yè)機(jī)器人機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)分析 .6 3.1 工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)自由度 6 3.2 機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)空間和機(jī)械結(jié)構(gòu)類(lèi)型 6 4.工業(yè)機(jī)器人機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) .8 4.1 末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 8 4.2 手臂機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) .11 4.3 腰部和基座設(shè)計(jì) .14 總 結(jié) .20 參考文獻(xiàn) 21 致 謝 .22 附 錄 23 V 1 緒論 1.1 選題背景 機(jī)械手是在自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中使用的一種具有抓取和移動(dòng)工件功能的自動(dòng)化裝 置，它是在機(jī)械化、自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)展起來(lái)的一種新型裝置。近年來(lái)，隨著電 子技術(shù)特別是電子計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，機(jī)器人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)迅 速發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新興技術(shù)，它更加促進(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展，使得機(jī)械手能更好地實(shí) 現(xiàn)與機(jī)械化和自動(dòng)化的有機(jī)結(jié)合。 機(jī)械手能代替人類(lèi)完成危險(xiǎn)、重復(fù)枯燥的工作，減輕人類(lèi)勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng) 生產(chǎn)力。機(jī)械手越來(lái)越廣泛的得到了應(yīng)用，在機(jī)械行業(yè)中它可用于零部件組裝 ，加 工工件的搬運(yùn)、裝卸，特別是在自動(dòng)化數(shù)控機(jī)床、組合機(jī)床上使用更普遍。 目前，機(jī)械手已發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng) FMS 和柔性制造單元 FMC 中一個(gè)重要組 成部分。把機(jī)床設(shè)備和機(jī)械手共同構(gòu)成一個(gè)柔性加工系統(tǒng)或柔性制造單元，它適應(yīng) 于中、小批量生產(chǎn)，可以節(jié)省龐大的工件輸送裝置，結(jié)構(gòu)緊湊，而且適應(yīng)性很強(qiáng)。 當(dāng)工件變更時(shí)，柔性生產(chǎn)系統(tǒng)很容易改變，有利于企業(yè)不斷更新適銷(xiāo)對(duì)路的品種， 提高產(chǎn)品質(zhì)量，更好地適應(yīng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的需要。而目前我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及其工 程應(yīng)用的水平和國(guó)外比還有一定的距離，應(yīng)用規(guī)模和產(chǎn)業(yè)化水平低，機(jī)械手的研究 和開(kāi)發(fā)直接影響到我國(guó)自動(dòng)化生產(chǎn)水平的提高，從經(jīng)濟(jì)上、技術(shù)上考慮都是十分必 要的。因此，進(jìn)行機(jī)械手的研究設(shè)計(jì)是非常有意義的。 1.2 設(shè)計(jì)目的 目前，在國(guó)內(nèi)很多工廠的生產(chǎn)線上數(shù)控機(jī)床裝卸工件仍由人工完成，勞動(dòng)強(qiáng)度 大、生產(chǎn)效率低。為了提高生產(chǎn)加工的工作效率,降低成本,并使生產(chǎn)線發(fā)展成為柔 性制造系統(tǒng),適應(yīng)現(xiàn)代自動(dòng)化大生產(chǎn),針對(duì)具體生產(chǎn)工藝,利用機(jī)器人技術(shù)，設(shè)計(jì)用一 臺(tái)裝卸機(jī)械手代替人工工作，以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。 本機(jī)械手主要與數(shù)控車(chē)床（數(shù)控銑床，加工中心等）組合最終形成生產(chǎn)線，實(shí) 現(xiàn)加工過(guò)程（上料、加工、下料）的自動(dòng)化、無(wú)人化。目前，我國(guó)的制造業(yè)正在迅 速發(fā)展，越來(lái)越多的資金流向制造業(yè)，越來(lái)越多的廠商加入到制造業(yè)。本設(shè)計(jì)能夠 應(yīng)用到 加工工廠車(chē)間，滿足數(shù)控機(jī)床以及加工中心的加工過(guò)程安裝、卸載加工工件的要求， 1 從而減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約加工輔助時(shí)間，提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)力。 1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和趨勢(shì) 目前，在國(guó)內(nèi)外各種機(jī)器人和機(jī)械手的研究成為科研的熱點(diǎn)，其研究的現(xiàn)狀和 大體趨勢(shì)如下： A．機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展。例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機(jī)、減速機(jī)、 檢測(cè)系統(tǒng)三位一體化；由關(guān)節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造機(jī)器人整機(jī)。 B．工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)向基于 PC 機(jī)的開(kāi)放型控制器方向發(fā)展，便于標(biāo)準(zhǔn)化、 網(wǎng)絡(luò)化；器件集成度提高，控制柜日見(jiàn)小巧，且采用模塊化結(jié)構(gòu)；大大提高了系統(tǒng) 的可靠性、易操作性和可維修性。 C．機(jī)器人中的傳感器作用日益重要，除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感 器外，裝配、焊接機(jī)器人還應(yīng)用了視覺(jué)、力覺(jué)等傳感器，而遙控機(jī)器人則采用視覺(jué)、 聲覺(jué)、力覺(jué)、觸覺(jué)等多傳感器的融合技術(shù)來(lái)進(jìn)行決策控制；多傳感器融合配置技術(shù) 成為智能化機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)。 D．關(guān)節(jié)式、側(cè)噴式、頂噴式、龍門(mén)式噴涂機(jī)器人產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、模塊化、 系列化設(shè)計(jì)；柔性仿形噴涂機(jī)器人開(kāi)發(fā)，柔性仿形復(fù)合機(jī)構(gòu)開(kāi)發(fā)，仿形伺服軸軌跡 規(guī)劃研究，控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)； E．焊接、搬運(yùn)、裝配、切割等作業(yè)的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、模塊 化、系列化研究；以及離線示教編程和系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真。 總的來(lái)說(shuō)，大體是兩個(gè)方向：其一是機(jī)器人的智能化，多傳感器、多控制器， 先進(jìn)的控制算法，復(fù)雜的機(jī)電控制系統(tǒng)；其二是與生產(chǎn)加工相聯(lián)系，滿足相對(duì)具體 的任務(wù)的工業(yè)機(jī)器人，主要采用性價(jià)比高的模塊，在滿足工作要求的基礎(chǔ)上，追求 系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)潔、可靠，大量采用工業(yè)控制器，市場(chǎng)化、模塊化的元件。 【3】 2 2 工業(yè)機(jī)器人機(jī)械手的總體設(shè)計(jì) 2.1 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。 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。 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。 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。 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。 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)。 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)。 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)。 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。 【4】 2.2 工業(yè)機(jī)器人機(jī)械手的設(shè)計(jì)分析 2.2.1 設(shè)計(jì)要求 通過(guò)設(shè)計(jì)機(jī)械手，培養(yǎng)綜合運(yùn)用所學(xué)過(guò)的基本理論、基本知識(shí)和基本方法分析 能力和解決問(wèn)題的能力。 有關(guān)數(shù)據(jù)：設(shè)計(jì)一機(jī)械手、將鋁活塞鑄造毛坯從模具中取出，并運(yùn)送到離模具 2 米遠(yuǎn)處的鋁活塞毛坯箱里。 3 零件尺寸：外孔 ￠101.6，高 106。 零件材料：鋁。 2.2.2 總體方案擬定 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)容和需求確定工業(yè)機(jī)器人工作方式，利用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)和錐 齒輪傳動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；利用一個(gè)液壓缸，使手臂實(shí)現(xiàn)上下運(yùn)動(dòng)；考慮 到本設(shè)計(jì)中的機(jī)器人工作范圍不大，故利用液壓缸驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)手臂的伸縮運(yùn)動(dòng)；末端 夾持器則采用滑槽杠桿式回轉(zhuǎn)型夾持器，用小型液壓缸驅(qū)動(dòng)夾緊。 [5] 圖 2-1 機(jī)器人外形圖 2.2.3 工業(yè)機(jī)器人機(jī)械手主要技術(shù)性能參數(shù) 工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)參數(shù)是說(shuō)明其規(guī)格和性能的具體指標(biāo)。主要技術(shù)參數(shù)有如下： a.抓取重量： 抓取重量是用來(lái)表明機(jī)器人負(fù)荷能力的技術(shù)參數(shù)，這是一項(xiàng)主要參數(shù)。這項(xiàng)參 數(shù)與機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)，一般是指在正常速度下所抓取的重量。 4 b 抓取工件的極限尺寸： 抓取工件的極限尺寸是用來(lái)表明機(jī)器人抓取功能的技術(shù)參數(shù)，它是設(shè)計(jì)手部的 基礎(chǔ)。 c 坐標(biāo)形式和自由度： 說(shuō)明機(jī)器人機(jī)身、手部、腕部等共有的自由度數(shù)及它們組成的坐標(biāo)系特征。 d 運(yùn)動(dòng)行程范圍： 指執(zhí)行機(jī)構(gòu)直線移動(dòng)距離或回轉(zhuǎn)角度的范圍，即各運(yùn)動(dòng)自由度的運(yùn)動(dòng)量。根據(jù) 運(yùn)動(dòng)行程范圍和坐標(biāo)形式就可確定機(jī)器人的工作范圍。 e 運(yùn)動(dòng)速度： 是反映機(jī)器人性能的重要參數(shù)。通常所指的運(yùn)動(dòng)速度是機(jī)器人的最大運(yùn)動(dòng)速度。 它與抓取重量、定位精度等參數(shù)密切有關(guān)，互相影響。目前，國(guó)內(nèi)外機(jī)器人的最大 直線移動(dòng)速度為 1000mm/s 左右，一般為 200～400mm/s；回轉(zhuǎn)速度最大為 180o/s， 一般為 50o/s。 f 定位精度和重復(fù)定位精度： 定位精度和重復(fù)定位精度是衡量機(jī)器人工作質(zhì)量的一項(xiàng)重要指標(biāo)。 [6] g 編程方式和存儲(chǔ)容量: 本設(shè)計(jì)中的三自由度圓柱坐標(biāo)型工業(yè)機(jī)器人的有關(guān)技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表 2-1。 表 2-1 工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)參數(shù) 機(jī)械手類(lèi)型 三自由度圓柱坐標(biāo)型 抓取重量 2.38Kg 自由度 3 個(gè)（1 個(gè)回轉(zhuǎn) 2 個(gè)移動(dòng)） 機(jī)座內(nèi)部 回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，回轉(zhuǎn)角 0°--180°，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng) 腰部機(jī)構(gòu) 伸縮運(yùn)動(dòng)，升降范圍 400mm，液壓缸驅(qū)動(dòng) 手臂機(jī)構(gòu) 伸縮運(yùn)動(dòng)，伸縮范圍 70mm，液壓缸驅(qū)動(dòng) 末端執(zhí)行器 液壓缸驅(qū)動(dòng) 5 3.工業(yè)機(jī)器人機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)分析 工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)，可從工業(yè)機(jī)器人的自由度，工作空間和機(jī)械結(jié)構(gòu)類(lèi)型等三 方面來(lái)討論。 3.1 工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)自由度 所謂機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)自由度是指確定一個(gè)機(jī)器人操作位置時(shí)所需要的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)參 數(shù)的數(shù)目，它是表示機(jī)器人動(dòng)作靈活程度的參數(shù)。 本設(shè)計(jì)的工業(yè)機(jī)器人具有四轉(zhuǎn)動(dòng)副和移動(dòng)副兩種運(yùn)動(dòng)副，具有手臂伸降，旋轉(zhuǎn)， 前后往復(fù)三自由度。 [7] 3.2 機(jī)器人的工作空間和機(jī)械結(jié)構(gòu)類(lèi)型 3.2.1 工作空間 工作空間是指機(jī)器人正常運(yùn)行時(shí)，手部參考點(diǎn)能在空間活動(dòng)的最大范圍，是機(jī) 器人的主要技術(shù)參數(shù)，工作空間圖如圖 3-1。 圖 3-1 工作空間圖 3.2.2 機(jī)械結(jié)構(gòu)類(lèi)型 圓柱坐標(biāo)型為本設(shè)計(jì)所采用方案，這種運(yùn)動(dòng)形式是通過(guò)一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)，兩個(gè)移動(dòng)， 共三個(gè)自由度組成的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)（代號(hào) RPP） ，工作空間圖形為圓柱形。它與直角坐標(biāo) 型比較，在相同的工作條件下，機(jī)體占體積小，而運(yùn)動(dòng)范圍大。 6 二．機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)過(guò)程分析 工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中各動(dòng)作如圖 3-2 和表 3-1。 圖 3-2 運(yùn)動(dòng)過(guò)程 表 3-1 運(yùn)動(dòng)過(guò)程工序 機(jī)器人開(kāi)機(jī)，處于 A 點(diǎn) 工步一 手臂上升 工步二，工步七，工步十三 旋轉(zhuǎn)至 B 點(diǎn) 工步三 手臂伸出 工步四, 工步十 手臂下降 工步五，工步十一 夾緊工件 工步六 手臂收縮 工步八，工步十四 旋轉(zhuǎn)至 C 點(diǎn) 工步九 放松工件 工步十二 實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的各工步是由工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)和各種檢測(cè)原件來(lái)實(shí)現(xiàn)的， 這里尤其要強(qiáng)調(diào)的是機(jī)器人對(duì)工件的定位夾緊的準(zhǔn)確性，這是本次設(shè)計(jì)成敗之關(guān)鍵 所在。 [8] 7 4 工業(yè)機(jī)器人機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 4.1 末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 工業(yè)機(jī)器人的末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)是用來(lái)抓持工件或工具的部件。手部抓持工件 的迅速、準(zhǔn)確和牢靠程度都將直接影響到工業(yè)機(jī)械手的工作性能，它是工業(yè)機(jī)械手 的關(guān)鍵部件之一。 4.1.1 設(shè)計(jì)時(shí)要注意的問(wèn)題： a. 末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)應(yīng)有足夠的夾緊力，為使手指牢靠的夾緊工件，除考慮夾持工 件的重力外，還應(yīng)考慮工件在傳送過(guò)程中的動(dòng)載荷。 b. 末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)應(yīng)有一定的開(kāi)閉范圍。其大小不僅與工件的尺寸有關(guān)，而且應(yīng) 注意手部接近工件的運(yùn)動(dòng)路線及其方位的影響。 c. 應(yīng)能保證工件在末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)準(zhǔn)確定位。 d. 結(jié)構(gòu)盡量緊湊重量輕，以利于腕部和臂部的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 [9] 4.1.2 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 采用滑槽杠桿式回轉(zhuǎn)型夾持器，用小型液壓缸驅(qū)動(dòng)夾緊，它的結(jié)構(gòu)形式如圖 4- 1?；鄹軛U式回轉(zhuǎn)型夾持器，當(dāng)驅(qū)動(dòng)器推動(dòng)桿 2 向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，圓柱銷(xiāo) 3 在兩桿 4 的 滑槽中移動(dòng)，迫使與支架 1 相鉸接的兩手指（鉗爪）產(chǎn)生夾緊動(dòng)作和夾緊力。當(dāng)桿 2 向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，手指松開(kāi)。 8 圖 4-1 末端執(zhí)行器 4.1.3 液壓油缸的選擇和夾緊力的校驗(yàn) a.初選油缸型號(hào) 考慮到所要夾持的是比較小的零件，最大工作載荷很小，故初選液壓缸型號(hào)為 Y- HG1-C40/22×25LF2HL1Q， b.夾緊力校驗(yàn) 1）零件的計(jì)算 （4-1） 2393.1450.8169()8540270.823.4()1VRhmvGg N???????? 圖 4-2 零件實(shí)體圖 其中 g 取 9.8 取 G=24（N） 9 緊力的計(jì)算： 要夾持住零件必須滿足條件： 2NfFG? f 為手指與工件的靜摩擦系數(shù)，工件材料為鋁，手指為鋼材，查《機(jī)械零件手 冊(cè)》 表 2-5 f=0.15，N 為作用在零件內(nèi)壁上壓緊力，G 為零件重力。 所以 （4-2）2480().15Ff??? 取 =80（N） 由《機(jī)械制造裝備》式 4-56 可知驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算公式為： （4-21cosNPlFb??? 3） 圖 4-3 滑槽杠桿式回轉(zhuǎn)型夾持器 為斜面傾角， ， 為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的效率，這里為平摩擦傳動(dòng)，?49o??? 查《機(jī)械零件手冊(cè)》表 2-2 這里取 0.8592.085? b=90.8mm,l=154.53mm。 所以 （4-4）2012154.38cos4937.8.85.P???? 取 p=150(N) 按《液壓傳動(dòng)與氣壓傳動(dòng)》公式 10 （4-5） mPDF??4 2? D 為汽缸的內(nèi)徑(m)，P 為工作壓力（Pa）,由《液壓傳動(dòng)與氣壓傳動(dòng)》表 4-1 表 4-1 液壓傳動(dòng)與氣壓傳動(dòng) 負(fù)載 F/N 50000 工作壓力 p/MPa 5～7 取 p=0.5MPa。由《液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)》可查得： =0.9～0.95,m? 所以 （4-6）NPDF 569.015.4)10(.346232 ??????? 由以上計(jì)算可知液壓缸能產(chǎn)生的推力 F=565N 大于夾緊工件所需的推力 P=150N。所以該液壓缸能夠滿足要求。 [10] （3）彈性爪的強(qiáng)度校驗(yàn) 當(dāng)彈性手工作時(shí)，由于夾過(guò)程具有彈性，就可以避免易損零件被抓傷，變形和 損。 工件與彈簧片間的力： 由上節(jié)可知 F=80N。 則彈簧爪截面上的剪應(yīng)力為[τ]=30MPa， τ=Q/A= （4-332804[]1MPa?????? 7） 故彈性爪滿足強(qiáng)度要求。 4.2 手臂機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 4.2.1.手臂的設(shè)計(jì)要求 a.手臂的結(jié)構(gòu)和尺寸應(yīng)滿足機(jī)器人完成作業(yè)任務(wù)提出的工作空間要求 11 b.根據(jù)手臂所受載荷和結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，合理選擇手臂截面形狀和高強(qiáng)度輕質(zhì)材料。 c.盡量減小手臂重量和相對(duì)其關(guān)節(jié)回轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和偏重力矩，以減小驅(qū)動(dòng) 裝置的負(fù)荷；減少運(yùn)動(dòng)的動(dòng)載荷與沖擊，提高手臂運(yùn)動(dòng)的響應(yīng)速度。 d.要設(shè)法減小機(jī)械間隙引起的運(yùn)動(dòng)誤差，提高運(yùn)動(dòng)的精確性和運(yùn)動(dòng)剛度。采用 緩沖和限位裝置提高定位精度。 本設(shè)計(jì)手臂直接聯(lián)接在底座升降液壓缸上，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝拆方便，尾部設(shè)置導(dǎo) 向桿，以防止活塞桿轉(zhuǎn)動(dòng)，確保手臂隨機(jī)座一起轉(zhuǎn)動(dòng)。它的結(jié)構(gòu)如下圖。 圖 4-4 手臂結(jié)構(gòu)圖 手臂與末端執(zhí)行器的聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu)如圖 4-5 所示： 選用軸向腳架型液壓缸，活塞桿末端為外螺紋結(jié)構(gòu)，手臂與末端執(zhí)行器連同活 塞桿一起轉(zhuǎn)動(dòng)。 [11] 圖 4-5 手臂與末端執(zhí)行器的聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu) 4.2.2 .伸縮液壓油缸的選擇 選液壓缸型號(hào)為 Y-HG1-C50/36×40LF4HL1Q，它的主要技術(shù)參數(shù)如表 4-2。 缸 徑 /mm 活塞桿直徑 /mm 油口直徑 12 速度比 1.46 2 通徑/mm 聯(lián)接螺紋 50 28 36 10 M18x1.5 表 4-2 冶金設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)液壓油技術(shù)規(guī)格 4.2.3.活塞桿的強(qiáng)度校核 末端執(zhí)行器的重量約為：12Kg。 工件重量為：2.38Kg。 由靜力平衡方 ΣM B=0 R1·LAB －Q·LBC=0 （4-8） ΣM A=0 R2·LAB － Q·LAC=0 （4-9） 求得支反力為： R1=292N R2=628.93N 以 A 點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，得剪力圖和彎矩圖如下： 由[]表得活塞桿[τ]=140MPa, [σ]=240MPa. 則在 B 處橫截面上的剪應(yīng)力為： τB= R2/A= 安全。 （4-3268.91.0[]()4MPa?????? 13 10） 在 B 處的彎應(yīng)力為： σ B= MB/A= 安全。 [12] （4-394.21.89[](80)16MPa?????? 11） 4.3 腰部和基座設(shè)計(jì) 4.3.1.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 通過(guò)安裝在支座上的步進(jìn)電機(jī)和錐齒輪直接驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)座轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器 人的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)安裝在頂部的液壓缸帶動(dòng)橫梁轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)手臂的上下移動(dòng)。采用 了導(dǎo)向桿導(dǎo)向，確保手臂隨機(jī)座一起轉(zhuǎn)動(dòng)。它的結(jié)構(gòu)如裝配圖。 4.3.2.步進(jìn)電機(jī)的選取 工業(yè)機(jī)器人的旋轉(zhuǎn)和上下移動(dòng)采用了步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，下面就給出各種驅(qū)動(dòng)方式 的比較，以作為選取步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)方式的依據(jù)。 表 4-3 各種驅(qū)動(dòng)方式比較 驅(qū)動(dòng)方式 電機(jī) 驅(qū)動(dòng) 比較內(nèi) 容 機(jī)械傳動(dòng) 異步電機(jī)， 直流電機(jī) 步進(jìn)或伺服 電機(jī) 氣壓傳動(dòng) 液壓傳動(dòng) 控制性 能 速度可高，速度 和加速度均由機(jī) 構(gòu)控制，定位精 度高，可與主機(jī) 嚴(yán)格同步 控制性能 較差，慣 性大，步 易精確定 位 控制性能好， 可精確定位， 但控制系統(tǒng) 復(fù)雜 可高速，氣體 壓縮性大，阻 力效果差，沖 擊較嚴(yán)重，精 確定位較困難， 低速步易控制 油液壓縮性小，壓 力流量均容易控制， 可無(wú)級(jí)調(diào)速，反應(yīng) 靈敏，可實(shí)現(xiàn)連續(xù) 軌跡控制 體積 當(dāng)自由度多時(shí)， 機(jī)構(gòu)復(fù)雜，體積 液較大 要油減速 裝置，體 積較大 體積較小 體積較大 在輸出力相同的條 件下體積小 維修使 用 維修使用方便 維修使用 方便 維修使用較 復(fù)雜 維修簡(jiǎn)單，能 在高溫，粉塵 維修方便，液體對(duì) 溫度變化敏感，油 14 等惡劣環(huán)境種 使用，泄漏影 響小 液泄漏易著火 應(yīng)用范 圍 適用于自由度少 的專(zhuān)用機(jī)械手， 高速低速均能適 用 適用于抓 取重量大 和速度低 的專(zhuān)用機(jī) 械手 可用于程序 復(fù)雜和運(yùn)動(dòng) 軌跡要求嚴(yán) 格的小型通 用機(jī)械手 中小型專(zhuān)用通 用機(jī)械手都有 中小型專(zhuān)用通用機(jī) 械手都有，特別時(shí) 重型機(jī)械手多用 由上表可知步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用于驅(qū)動(dòng)工業(yè)機(jī)器人有著許多無(wú)可替代的優(yōu)點(diǎn)，如控制 性能好，可精確定位，體積較小可用于程序復(fù)雜和運(yùn)動(dòng)軌跡要求嚴(yán)格的小型通用機(jī) 械手等，下面就對(duì)步進(jìn)電機(jī)的型號(hào)進(jìn)行選取。 初選電機(jī)為 BF 反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)，型號(hào)為：90BF001。它的有關(guān)技術(shù)參數(shù)如下表： 表 4-4 反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的參數(shù) 電 機(jī) 型 號(hào) 相 數(shù) 步距 角 /（°） 電 壓 /V 最大靜轉(zhuǎn)矩 /N·m(Kgf ·cm) 最高空 載啟動(dòng) 頻 率 /HZ 運(yùn)行 頻率 /HZ 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn) 動(dòng)慣量 10 Kg5? ·m2 分 配 方 式 質(zhì) 量 /Kg 90BF001 4 0．9 80 3.92 2000 8000 17.64 四相 八拍 4．5 A、傳動(dòng)系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算 傳動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是一種慣性負(fù)載,在電機(jī)選用時(shí)必須加以考慮。由于傳動(dòng)系 統(tǒng)的各傳動(dòng)部件并不都與電機(jī)軸同軸線，還存在各傳動(dòng)部件轉(zhuǎn)動(dòng)慣量向電機(jī)軸折算 的問(wèn)題。最后，要計(jì)算整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，即傳動(dòng)系統(tǒng)等 效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。 （1） 、電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 的折算DJ 由《機(jī)電綜合設(shè)計(jì)指導(dǎo)》表 2-18 查出 =1.764㎏?cm 2DJ (2） 、聯(lián)軸器轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 的折算L （4-12）)/(822cmKgMJc? 式中： 為圓柱質(zhì)量（Kg） ，D 為圓柱體直徑（cm）,L 為圓柱體長(zhǎng)度。c 15 對(duì)于鋼材，材料密度為 ,把數(shù)據(jù)代入上式得：)108.733cmKg??? （4-)(9.22cgDMJcL?? 13） （3） 、手臂轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 的折算GJ 工作臺(tái)是移動(dòng)部件，其移動(dòng)質(zhì)量折算到活塞軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 可按下式進(jìn)行計(jì)GJ 算： ；見(jiàn)《機(jī)電綜合設(shè)計(jì)指導(dǎo)》公式（2-6）P8 式中， 為活塞工MLJG20)(?? 0L 作長(zhǎng)度（cm） ； 為工作臺(tái)質(zhì)量（kg） 。M 所以： （4-14）2 220 15.714.38)( cmkgLJG ??????????? （4）系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 計(jì)算?J （4-294.615.390.26. cmkgJGSLD ????? 15） B、驗(yàn)算矩頻特性 步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩 是指電機(jī)的定位轉(zhuǎn)矩，從《機(jī)電綜合設(shè)計(jì)指導(dǎo)》表maxjM 2-21 中查得 。步進(jìn)電機(jī)的名義啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩 與最大靜轉(zhuǎn)矩j???92.3max mqM 的關(guān)系為：maxjM 見(jiàn)《機(jī)電綜合設(shè)計(jì)指導(dǎo)》公式（2-29）P32axjq? 查《機(jī)電綜合設(shè)計(jì)指導(dǎo)》表 2-12 P35 得 ＝0.707。所以，?Mmq ?????7.29.370. 步進(jìn)電機(jī)空載啟動(dòng)是指電機(jī)在沒(méi)有外加工作負(fù)載下的啟動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)所需空載 啟動(dòng)力矩可按下式計(jì)算： 見(jiàn)《機(jī)電綜合設(shè)計(jì)指導(dǎo)》公式（2-30）P320MKfaKq?? 式中： 為空載啟動(dòng)力矩（N?cm） ； 為空載啟動(dòng)時(shí)運(yùn)動(dòng)部件由靜止升速到ka 16 最大快進(jìn)速度，折算到電機(jī)軸上的加速力矩（N?cm） ； 為空載時(shí)折算到電機(jī)軸上KfM 的摩擦力矩（N?cm） ； 有關(guān) 的各項(xiàng)力矩值計(jì)算如下：KqM （1）加速力矩 360102maxa 2maxpbKvntnJ???????? 見(jiàn)《機(jī)電綜合設(shè)計(jì)指導(dǎo)》公式（2-32）和（2-33）P32 式中： 為傳動(dòng)系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； 為電機(jī)最大角加速度； 為與運(yùn)動(dòng)部件最?J?maxn 大 快進(jìn)速度對(duì)應(yīng)的電機(jī)最大轉(zhuǎn)速；t 為運(yùn)動(dòng)部件從靜止啟動(dòng)加速到最大快進(jìn)速度所需 的時(shí)間， 為運(yùn)動(dòng)部件最大快進(jìn)速度； 為初選步進(jìn)電機(jī)的步距角； 為脈沖當(dāng)maxvb?p? 量。 （4-18）min/1250360.9.5axa rnpb????? （4-19）cmtnJMKa ??????? 17.402.61543.2 2max? （2） 、空載摩擦力矩 （4-20）iLfGkf??20?? 見(jiàn)《機(jī)電綜合設(shè)計(jì)指導(dǎo)》公式（2-34）P35 式中： 為運(yùn)動(dòng)部件的總重量； 為導(dǎo)軌摩擦系數(shù)； 齒輪傳動(dòng)降速比； 為f? i? 傳動(dòng)系數(shù)總效率，取 ＝0.8； 為活塞工作長(zhǎng)度。0L （4-cmMkf ?????5.18.432971 21） C、啟動(dòng)矩頻特性校核 步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)有突跳啟動(dòng)和升速啟動(dòng)。突跳啟動(dòng)很少使用。升速啟動(dòng)是步進(jìn)電 機(jī)從靜止?fàn)顟B(tài)開(kāi)始逐漸升速，在零時(shí)刻，啟動(dòng)頻率為零。在一段時(shí)間內(nèi)，按一定的 升速 規(guī)律升速。啟動(dòng)結(jié)束時(shí)，步進(jìn)電機(jī)達(dá)到了最高運(yùn)行速度。 查看《機(jī)電綜合設(shè)計(jì)指導(dǎo)》圖 2-21 P36，從 90BF001 矩特性圖中，可查得： 縱向：空載啟動(dòng)力矩 ＝ 對(duì)應(yīng)的允許啟動(dòng)頻率 。KqMcm??148.3 ZyqHf210? （4-16） （4-17） 17 查《機(jī)電綜合設(shè)計(jì)指導(dǎo)》表 2-11 P34，步進(jìn)電機(jī) 150BF002 啟動(dòng)頻率 ,所以所選電機(jī)不會(huì)丟步。yqZqfHf??20 D、運(yùn)行矩頻特性校核 步進(jìn)電機(jī)的最高快進(jìn)運(yùn)行頻率 可按下式計(jì)算：KJf 見(jiàn)《機(jī)電綜合設(shè)計(jì)指導(dǎo)》公式（2-36）P36P KZvf?601max? 式中： 為運(yùn)動(dòng)部件最大快進(jìn)速度。算得 。maxv ZKZHf3.8? 快進(jìn)力矩 的計(jì)算公式：KJM 見(jiàn)《機(jī)電綜合設(shè)計(jì)指導(dǎo)》公式（2-37）P370f?? 式中： 為附加摩擦力矩， 為快進(jìn)時(shí)，折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩。 算得：0 KfM 。cmMKfJ ????1.978.4205＝＋＝ 綜上所述，所選用的步進(jìn)電機(jī) 90BF001 符合要求，可以使用。 [14] 3 . 軸承的選取 A、環(huán)形軸承 3 作為機(jī)座的支承原件，是為機(jī)器人研制的專(zhuān)用軸承，具有寬度 小、直徑大、精度高、剛度大、承載能力高（可承受徑向力、軸向力和傾覆力矩） 、 裝置方便等特點(diǎn)價(jià)格高。 B、止推軸承，型號(hào)為 30204， ， 它的有關(guān)參數(shù)如下： 表 4-5 止推軸承的參數(shù) 基本額定 極限轉(zhuǎn)速 r/min 軸承代號(hào) 動(dòng)載荷 Ca/KN 靜載荷 C0a/KN 脂潤(rùn)滑 油潤(rùn)滑 30204， 28.2 30.5 8000 10000 4 .齒輪的選取 18 齒輪的參數(shù)如下表所示 表 4-6 齒輪的參數(shù) 名稱(chēng) 代號(hào) 小齒輪 大齒輪 分度圓直徑 d 80 152 齒數(shù) z 20 38 大端模數(shù) m 4 節(jié)錐角 ?27.759o 62.241o 錐距 R 85.882 齒寬 b 26 齒距 p 12.56 工作齒高 h’ 6.8 齒高 h 7.552 頂圓錐角 ??30.777o 63.756o 跟圓錐角 f 25.742o 58.723o 齒頂圓直徑 d?88.014 154.116 冠頂距 kA73.891 37.989 大端分度圓弧齒 厚 s 7.583 4.977 齒輪材料為 20Cr 且經(jīng)滲碳淬火，接觸材料系數(shù)：KHC=0.86 彎曲材料系數(shù) KFC=0.97。 19 總 結(jié) 隨著畢業(yè)日子的到來(lái)，畢業(yè)設(shè)計(jì)也接近了尾聲。經(jīng)過(guò)幾周的奮戰(zhàn)我的畢業(yè)設(shè)計(jì) 終于完成了。在沒(méi)有做畢業(yè)設(shè)計(jì)以前覺(jué)得畢業(yè)設(shè)計(jì)只是對(duì)這幾年來(lái)所學(xué)知識(shí)的單純 總結(jié)，但是通過(guò)這次做畢業(yè)設(shè)計(jì)發(fā)現(xiàn)自己的看法有點(diǎn)太片面。畢業(yè)設(shè)計(jì)不僅是對(duì)前 面所學(xué)知識(shí)的一種檢驗(yàn)，而且也是對(duì)自己能力的一種提高。通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我 明確了自己原來(lái)知識(shí)還比較欠缺。自己要學(xué)習(xí)的東西還太多，以前老是覺(jué)得自己什 么東西都會(huì)，什么東西都懂，有點(diǎn)眼高手低。通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我才明確學(xué)習(xí)是 一個(gè)長(zhǎng)期積累的過(guò)程，在以后的工作生活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)，努力提高自己知識(shí) 和綜合素質(zhì)。 20 參考文獻(xiàn) [1] 顧崇衍． 《機(jī)械制造工藝學(xué)》 ．陜西科技出版社，1996 [2] 周伯英． 《工業(yè)機(jī)械人設(shè)計(jì)》 ．機(jī)械工業(yè)出版社，1995 [3] 龔振幫． 《機(jī)械人機(jī)械設(shè)計(jì)》 ．電子工業(yè)出版社，1995 [4] 成大光． 《機(jī)械設(shè)計(jì)圖冊(cè)》 （5） ．化學(xué)工業(yè)出版社，1999 [5] 鄭堤、唐可洪． 《機(jī)電一體化設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》 ．機(jī)械工業(yè)出版社，1997 [6] 張鐵、謝存禧． 《機(jī)器人學(xué)》 ．華南理工大學(xué)出版社，2004 [7] 馮辛安． 《機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)》 ．機(jī)械工業(yè)出版社，1999 [8] 沈鴻. 《 機(jī)械工程手冊(cè)》 ．機(jī)械工業(yè)出版社，1983 [9] 吳宗澤 ,羅圣國(guó). 《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)第二版》 ．高等教育出版社， 1999 [10] 廖念釗 ,莫雨松等. 《互換性與技術(shù)測(cè)量第四版》 ．中國(guó)計(jì)量出版社， 2000 [11] 陳錦昌 ,劉就女,劉林. 《計(jì)算機(jī)工程制圖》 ．華南理工大學(xué)出版社，1999 [12] 濮良貴，紀(jì)名剛 . 《機(jī)械設(shè)計(jì)》 ．高等教育出版社,1995 [13] 何立民 . 《單片機(jī)高級(jí)教程:應(yīng)用與設(shè)計(jì)》 ．北京航空航天大學(xué)出版社， 2000 [14] 哈爾濱工業(yè)大學(xué)理論力學(xué)教研室. 《理論力學(xué)》 ．高等教育出版社，1997 [15] 余達(dá)太 ,馬香峰. 《工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用工程》 ．冶金工業(yè)出版社，2001。 21 致 謝 在此衷心感謝學(xué)校、學(xué)院各位老師三年來(lái)給我的教育和培養(yǎng)，特別要感謝李明 達(dá)老師在我的畢業(yè)設(shè)計(jì)期間, 悉心指導(dǎo)和不嗇賜教，他于百忙中不忘記我提出的問(wèn) 題進(jìn)行耐心的解答與指導(dǎo)，并提出寶貴的意見(jiàn)。在此表示衷心的感謝！ 22 附錄一 Industrial robot manipulator hand and arm can imitate some action according to fixed program function and transporting or grab the operating tool for automatic operation device. It can replace human heavy labor to achieve production mechanization and automation, can operate in harmful environment to protect the personal safety and widely used in metallurgy, machinery manufacturing, electronics, light industry and atomic energy etc. Manipulator hand and movement mainly by institutions. Hand is used to catch the workpiece (or tools), according to the parts of the object was caught the shape, size, weight, materials and operational requirements and has a variety of structural forms, such as the type of clamping, and adsorption type, etc. Sports organizations and finish all kinds of rotating (hand), moving or composite swing motion to realize, change the position of the object was caught and posture. The lifting mechanism, and the independence movement of the manipulator, called freedom. In order to grab arbitrary position and orientation of the object, need to have six degrees. Freedom is the design of hand machine armed key parameters. The freedom of the manipulator, the degree of flexibility, the greater the universality and broader, its structure is more complex. General special manipulator has 2-3 degrees. According to the types of the manipulator, driving mode can be divided into hydraulic, pneumatic, electric type, mechanical manipulator, According to the scope and special manipulator can be divided into two manipulators, According to the trajectory control mode can be divided into position control and continuous trajectory control manipulator, etc. Robots are usually used or other machine tools, such as additional device in automatic machine or automatic production line, loading and unloading workpieces relay in 23 machining center, the replacement of tools is not independent control device. Some people need operation device, such as direct manipulation by the department also can used for the dangerous goods are often called the gunner masterslave manipulators. Modern industrial robots are true marvels of engineering. A robot the size of a person can easily carry a load over one hundred pounds and move it very quickly with a repeatability of +/-0.006 inches. Furthermore these robots can do that 24 hours a day for years on end with no failures whatsoever. Though they are reprogrammable, in many applications (particularly those in the auto industry) they are programmed once and then repeat that exact same task for years. A six-axis robot like the yellow one below costs about $60,000. What I find interesting is that deploying the robot costs another $200,000. Thus, the cost of the robot itself is just a fraction of the cost of the total system. The tools the robot uses combined with the cost of programming the robot form the major percentage of the cost. That's why robots in the auto industry are rarely reprogrammed. If they are going to go to the expense of deploying a robot for another task, then they may as well use a new robot. This is pretty much the typical machine people think of when they think of industrial robots. Fanuc makes this particular robot. Fanuc is the largest maker of these type of robots in the world and they are almost always yellow. This robot has six independent joints, also called six degrees of freedom. The reason for this is that arbitrarily placing a solid body in space requires six parameters; three to specify the location (x, y, z for example) and three to specify the orientation (roll, yaw, pitch for example). If you look closely you will see two cylindrical pistons on the side of the robot. These cylinders contain “anti-gravity“ springs that are a big part of the reason robots like these can carry such heavy loads. These springs counter-balance against gravity similar to the way the springs on the garage door make it much easier for a person to lift. You will see robots like these welding, painting and handling materials. The robot shown at right is made by an American company, Adept Technology. Adept is America's largest robot company and the world's leading producer of SCARA robots. This is actually the most common industrial robot. SCARA stands for Selective Compliance Articulated (though some folks use Assembly here) Robot Arm. The robot has 24 three joints in the horizontal plane that give it x-y positioning and orientation parallel to the plane. There is one linear joint that supplies the z positioning. This is the typical “pick and place“ robot. When combined with a vision system it can move product from conveyor belt to package at a very high rate of speed (think “Lucy and the candies“ but way faster). The robot's joint structure