機械原理課程設(shè)計裝箱機械手機構(gòu).docx

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1、2013學(xué)年裝箱機械手機構(gòu)設(shè)計 機械原理設(shè)計(1) 課程設(shè)計 說明書 設(shè)計題目： 裝箱機械手機構(gòu) 學(xué)生班級： 流體1102 學(xué)生姓名： 李宇 指導(dǎo)教師： 楊德勇 日 期: 2014年1月2日 目錄 課程設(shè)計的目的 2 設(shè)計題目及設(shè)計要求 2 機械手設(shè)計的基本步驟及工作流程……………….……………………

2、………3 設(shè)計任務(wù) 3 設(shè)計說明 4 工作要求 4 設(shè)計方案 5 題目分析 5 機械系統(tǒng)整體設(shè)計方案 6 方案設(shè)計過程分析 7 最優(yōu)方案詳細分析 10 機械抓手設(shè)計 13 機械傳動系統(tǒng)設(shè)計方案 15 設(shè)計小結(jié) 16 參考資料 16 指導(dǎo)老師評語 17 課程設(shè)計的目的 （1）機械原理課程設(shè)計旨在使學(xué)生運用本課程所學(xué)的理論知識以及有關(guān)課程的知識，進行一次較全面的綜合性的設(shè)計練習(xí)，從而培養(yǎng)學(xué)生分析和解軍問題的能力。 （2）通過對裝箱機械手的機構(gòu)方案的擬定及其機構(gòu)簡圖設(shè)計，增強對設(shè)計工作的了解和認識，并培養(yǎng)學(xué)生的機構(gòu)設(shè)計能力和機構(gòu)分析能力。 設(shè)計題目及設(shè)計要求

3、在某裝箱機械手機構(gòu)中，要求其手的運動按簡圖所示JKLM，MLKJ線路重復(fù)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(nèi)，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(yù)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(shè)計的基本步驟及工作流程 (1)機械手設(shè)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 ↖

4、 ↓ 右移←上升←放松←下降 設(shè)計任務(wù) （1）根據(jù)上述設(shè)計要求，每人至少提出兩種不同設(shè)計方案， 選取其中最優(yōu)的方案，進行機構(gòu)簡圖設(shè)計。對主體機構(gòu)進行運動位置分析,并按尺寸繪出相應(yīng)位置時機構(gòu)運動簡圖。（一號圖紙）（尺寸要準(zhǔn)確） （2）對手爪中手指的開合機構(gòu)進行機構(gòu)運動方案設(shè)計。 （3）每人編制一份設(shè)計說明書，設(shè)計方案均應(yīng)寫入說明書（封面、目錄、內(nèi)容、后記、參考書目等）內(nèi)。 設(shè)計說明 （1）本設(shè)計盡量考慮用已學(xué)過的機構(gòu)或幾種機構(gòu)的組合來實現(xiàn)位置要求，熟練運用本課程知識。 （2）應(yīng)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)

5、行部分更為重要，可參考《機械設(shè)計》中的傳動方案知識。 （3）除應(yīng)考慮運動情況外還應(yīng)考慮力求使機構(gòu)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(gòu)及其組合。除考慮滿足軌跡要求外，還應(yīng)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(zhǔn)確，布局盡可能勻稱，圖上線條、符號、尺寸標(biāo)注及書寫字體（仿宋體）要規(guī)范化，圖面整潔，質(zhì)量要求高。 （2） 說明書要求論述內(nèi)容完整，步驟清楚，分析有條理，字跡工整，繪圖準(zhǔn)確，裝訂成冊。 （3） 計應(yīng)按預(yù)定進度進行，每天務(wù)必按時到設(shè)計教室，及時完成設(shè)計任務(wù)，不準(zhǔn)無故遲到、早退、曠課等，不準(zhǔn)做與設(shè)計無關(guān)的工作。 設(shè)計方案

6、 題目分析 由題意可知：所設(shè)計的裝箱機械手機構(gòu)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(wù)，在時間上就必須要嚴格的控制好，因此在設(shè)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?。河蓤D分析可知抓取過程為JK段，開始時機械爪手出于K點，開關(guān)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(gòu)），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(dāng)爪手下降到指定的高度，需要給機械爪手預(yù)留3秒的時間保證其能順利抓取物料，抓取物料結(jié)束之后還須上升到初始的高度，準(zhǔn)備進行水平方向的移動，在這下降抓

7、取上升的過程中水平始終要保持靜止。 移動：移動的過程在圖示中是屬于LK階段，在機械手抓取物料成功后，此時豎直方向?qū)⒉辉僖苿?，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(gòu)來減小執(zhí)行機構(gòu)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(shè)計時采用三角穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，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(guān)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(zhǔn)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

8、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，整個過程結(jié)束。 機械系統(tǒng)整體設(shè)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(shè)計了三種可行性的方案。以及機械手的設(shè)計。 方案設(shè)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(jié)構(gòu)進行傳動，LK段也是用的曲柄滑塊結(jié)構(gòu)進行傳動，在JK段，考慮到長段較小，一次選用凸輪結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，并且需要滑塊的兩端裝有接觸開關(guān)，保證水平運動到兩端點處時，水平傳動的曲柄結(jié)構(gòu)電機停轉(zhuǎn)，而控制豎直運動的曲柄或凸輪的

9、電機開始運動，這樣，機械手便可以按照預(yù)訂的軌跡進行運動。本方案中，出機械的傳動裝置外，控制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(qū)動，在本方案中，將在方案1的基礎(chǔ)上進行簡化，我們將水平運動用一個凸輪結(jié)構(gòu)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(gòu)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(dāng)?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(zhuǎn)中心的距離差為600mm，就可以保重左右運

10、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，，并且各個電機獨立運行，依靠觸發(fā)開關(guān)來實現(xiàn)傳動的連貫性，而觸發(fā)開關(guān)的設(shè)計又存在諸多的問題。方案2中，用到兩個獨立的電機驅(qū)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(dāng)大，而且也會用到觸發(fā)開關(guān)來控制。因此，結(jié)合方案1與方案2，現(xiàn)給出本方案的設(shè)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(qū)動，給出凸輪的適當(dāng)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(jié)構(gòu)分析：如圖所示，機械手的豎直方向的運動依靠

11、凸輪上方連接凸輪內(nèi)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(guān)系如圖所示： 由此可以確定凸輪內(nèi)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(guān)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(dǎo)水平運動和豎直運動的滾子接觸凸輪的位置成90度的關(guān)系，因此，在融合凸輪內(nèi)槽與外周時有90度的對應(yīng)關(guān)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

12、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(nèi)槽都可以驅(qū)動，這樣就可以節(jié)約一個電機和一個凸輪。 機械抓手設(shè)計：如圖所示為我們設(shè)計的機械抓手，我們所設(shè)計的抓手的傳動機構(gòu)是蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)，蝸桿直接連接電機，兩側(cè)蝸輪分別連接兩“手指”，蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)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(shè)計方案 對于方案3的選擇，需要一個電機帶動凸輪轉(zhuǎn)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(dǎo)致裝置損壞，因此應(yīng)該選擇適當(dāng)傳動比的齒輪來實現(xiàn)，我們選擇的是200:1傳動

13、比的齒輪組，假定電機轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(shè)計的機械手運用的是蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)，蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)本身就可以有較大的傳動比，因此選擇適當(dāng)?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(jié)構(gòu)的傳動比為40:1. 設(shè)計小結(jié) 通過這次課程設(shè)計，我有了很多收獲。首先，通過這一次的課程設(shè)計， 我進一步鞏固和加深了所學(xué)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(guān)的具體機械所涉及的實際問題的

14、能力。對平面連桿機構(gòu)和凸輪有了更加深刻的理解，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)奠定了堅實的基礎(chǔ)。而且，這次課程設(shè)計過程中，與同學(xué)們激烈討論，團結(jié)合作，最終完美的實現(xiàn)了預(yù)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(shè)計，對裝箱機械手的工作原理以及機構(gòu)選型、運動方案的確定以及對導(dǎo)桿機構(gòu)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(xué)習(xí)興趣。衷心感謝楊老師這個學(xué)期以來的悉心教導(dǎo)與鼓勵，在楊老師的耐心指導(dǎo)下，我們才能完成了這次課程設(shè)計，并從中學(xué)到了非常多的知識。 參考資料 《機械原理課程設(shè)計手冊》高等教育出版社 《機械原理》人民教

15、育出版社 《機械原理課程設(shè)計指導(dǎo)書》高等教育出版社 《機械原理與設(shè)計》機械工業(yè)出版社 指導(dǎo)老師評語： 簽字： 成績評定： 16