印刷業(yè)直角坐標型碼垛機器人手臂及抓取部分設計說明書[帶圖紙]

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　工業(yè)機械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動生產(chǎn)設備，也是工業(yè)機器人的一個重要分支。他的特點是可以通過編程來完成各種預期的機械加工作業(yè),在構造和性能上兼有人和機器各自的優(yōu)點,尤其體現(xiàn)在人的智能和適應性。機械手有著加工的準確性和在惡劣環(huán)境中完成作業(yè)的能力,因此機械手在國民經(jīng)濟領域有著廣泛的發(fā)展空間。</p><

2、p>　　本次碼垛機器人手臂及抓取部分的設計，是根據(jù)給定的要求，綜合運用所學的基本理論、基本知識和相關的機械設計專業(yè)知識，完成搬運機械手的理論方案的設計，并繪制必要的零部件圖，其中包括機器裝置的原理方案構思和擬定；原理方案的實現(xiàn)、傳動方案的設計；solidworks三維建模設計，對其力學分析與結構分析</p><p>　　關鍵詞：機械手 直角坐標 碼垛 solidworks</p><

3、p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　Industrial manipulator is developed in recent decades as a high-tech automated production equipment, it is also an important branch of industrial robots. They are

4、the characteristics that can be programmed to accomplish various desired machining operations, both in structure and performance advantages of their own people and machines, especially embodied in the person's intell

5、igence and adaptability. Manipulator has a processing accuracy and operation in harsh environments the ability to complet</p><p>　　The project of arm and capture part of the palletizing robot is according to

6、 the requirements of a given, composite use the basictheory . basic knowledge and correability and train of thought of arm, according to regulation actions ordlated machinery project subject knowledge, complete the desig

7、n of rectangular coordinates of palletizing robot arm and capture part, and protract necessary spare part drawing ,consist of principle scheme design and draw up; realize of principle scheme、 project of p</p><

8、p>　　Key Words: manipulator；Cartesian coordinates；Palletizing solidworks</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　第一章 緒論5</b></p><p>　　1.1工業(yè)機器人簡介5</p><

9、p>　　1.2世界機器人的發(fā)展6</p><p>　　1.3我國工業(yè)機器人的發(fā)展8</p><p>　　1.4 工業(yè)機械手在生產(chǎn)中的應用9</p><p>　　1.5 本課題的研究意義：10</p><p>　　1.6本課題的內(nèi)容11</p><p>　　第二章 系統(tǒng)方案及功能原理設計12</

10、p><p>　　2.1 設計任務分析12</p><p>　　2.1.1 產(chǎn)品功能分析12</p><p>　　2.1.2 碼垛機的技術要求12</p><p>　　2.1.3 運動要求分析13</p><p>　　2.2機械手的夾持裝置的選擇13</p><p>　　2.3 驅動機構的選

11、擇13</p><p>　　2.4 機械手參數(shù)列表13</p><p>　　2.5 機械手的總功能14</p><p>　　2.6 機械手的功能分析14</p><p>　　2.6.1 動力裝置選擇16</p><p>　　2.6.2 傳動裝置設計16</p><p>　　2.7 傳

12、動系統(tǒng)方案及評價16</p><p>　　2.8 本章小結18</p><p>　　第三章 機械手手部的設計計算19</p><p>　　3.1手部設計基本要求19</p><p>　　3.2 典型的手部結構19</p><p>　　3.3 機械手手爪的設計計算19</p><p>

13、　　3.3.1選擇手爪的類型及夾緊裝置19</p><p>　　3.3.2 手爪的力學分析20</p><p>　　3.3.3 夾緊力及驅動力的計算21</p><p>　　3.3.4 手爪夾持范圍計算22</p><p>　　3.3.5夾持手指設計23</p><p>　　3.3.6 齒輪及齒條設計25&

14、lt;/p><p>　　3.4 軸的設計26</p><p>　　3.5 液壓缸的設計26</p><p>　　3.6 solidworks建模簡介28</p><p>　　3.7 本章小結30</p><p>　　第四章 機械手機械系統(tǒng)主要零部件強度校核計算31</p><p>　　

15、4.1 齒條的計算與校核31</p><p>　　4.2 齒輪的校核與計算34</p><p>　　4.2.1.設計對象與已知參數(shù)：34</p><p>　　4.2.2.選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù)35</p><p>　　4.2.3.齒輪受力分析35</p><p>　　4.2.4. 幾何尺寸計算3

16、9</p><p>　　4.3推桿的強度校核40</p><p>　　第五章 設計總結41</p><p><b>　　參考文獻42</b></p><p><b>　　致 謝43</b></p><p>　　附錄A譯文.錯誤!未定義書簽。</p>&

17、lt;p>　　附錄B 原文錯誤!未定義書簽。</p><p>　　4.3推桿的強度校核40</p><p>　　第五章 設計總結41</p><p><b>　　參考文獻42</b></p><p><b>　　致 謝43</b></p><p><b&

18、gt;　　第一章 緒論</b></p><p>　　1.1工業(yè)機器人簡介</p><p>　　幾千年前人類就希望能夠制造出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，以及高工作效率。早在兩千年前就開始出現(xiàn)了自動木人和一些簡單的機械偶人。</p><p>　　到了近代，機器人一詞的出現(xiàn)和世界上第一臺工業(yè)機器人問世之后，不同功能的機器人也相繼出現(xiàn)并

19、且活躍在不同的領域，從天上到地下，從工業(yè)拓廣到農(nóng)業(yè)、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。</p><p>　　用于再現(xiàn)人手的的功能的技術裝置稱為機械手,機械手是模仿著人手的部分動作,按給定程序、軌跡和要求實現(xiàn)自動抓取、搬運或操作的自動機械裝置。在工業(yè)生產(chǎn)中應用的機械手被稱為工業(yè)機械手。工業(yè)機械手是近代自動控制領域中出現(xiàn)的一項新技術，并已成為現(xiàn)代機械制造生產(chǎn)系統(tǒng)中

20、的一個重要組成部分,這種新技術發(fā)展很快,逐漸成為一門新興的學科——機械手工程。機械手涉及到力學、機械學、電器液壓技術、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。工業(yè)機械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動生產(chǎn)設備，也是工業(yè)機器人的一個重要分支。他的特點是可以通過編程來完成各種預期的機械加工作業(yè),在構造和性能上兼有人和機器各自的優(yōu)點,尤其體現(xiàn)在人的智能和適應性。機械手有著加工的準確性和在惡劣環(huán)境中完成作業(yè)的能力

21、,因此機械手在國民經(jīng)濟領域有著廣泛的發(fā)展空間。</p><p>　　機械手的發(fā)展是由于它的積極作用正日益為人們所認識：其一、它能部分的代替人工操作；其二、它能按照生產(chǎn)工藝的要求,遵循一定的程序、時間和位置來完成工件的傳送和裝卸；其三、它能操作必要的機具進行焊接和裝配,從而大大的改善了工人的勞動條件，顯著的提高了勞動生產(chǎn)率，加快實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機械化和自動化的步伐。因而,受到很多國家的重視,投入大量的人力物力來研究和應

22、用。尤其是在高溫、高壓、粉塵、噪音以及帶有放射性和污染的場合,應用的更為廣泛。在我國近幾年也有較快的發(fā)展,并且取得一定的效果,受到機械工業(yè)的廣泛應用。機械手是一種能自動控制并可從新編程以變動的多功能機器,他有多個自由度,可以搬運物體以完成在不同環(huán)境中的工作。機械手的結構形式開始比較簡單,專用性較強。隨著工業(yè)技術的發(fā)展,制成了能夠獨立的按程序控制實現(xiàn)重復操作,適用范圍比較廣的“程序控制通用機械手”,簡稱通用機械手。由于通用機械手能很快的改

23、變工作程序,適應性較強,所以它在不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量生產(chǎn)中獲得廣泛的引用【1】。</p><p>　　工業(yè)機器人由操作機（機械本體）、控制器、伺服驅動系統(tǒng)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(yè)的機電一體化自動化生產(chǎn)設備。特別適合于多品種、變批量的柔性生產(chǎn)。它對穩(wěn)定、提高產(chǎn)品質量，提高生產(chǎn)效率，改善勞動條件和產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代起著十分重要的作用。</p>

24、<p>　　機器人并不是在簡單意義上代替人工的勞動，而足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(huán)境狀態(tài)的快速反應和分析判斷能力，又有機器可長時間持續(xù)工作、精確度高、抗惡劣環(huán)境的能力，從某種意義上說它也是機器的進化過程產(chǎn)物，它是工業(yè)以及非產(chǎn)業(yè)界的重要生產(chǎn)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。</p><p>　　1.2世界機器人的發(fā)展</p><

25、;p>　　現(xiàn)代工業(yè)機械手起源于20世紀50年代初,是基于示教再現(xiàn)和主從控制方式、能適應產(chǎn)品種類變更，具有多自由度動作功能的柔性自動化。

26、 </p><p>　　機械手首先是從美國開始研制的。1958年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺機械手。他的結構是：機體上安裝一個回轉長臂,端部裝有電磁鐵的工件抓放機構,控制系統(tǒng)是示教型的。1962年,美國機械鑄造公司在上述方案的基礎之上又試制成一臺數(shù)控示教再現(xiàn)型機械手,商名為Unimate(即萬能自動)。運動系統(tǒng)仿造坦克炮塔,臂回轉,俯仰,用液壓驅動；控制系統(tǒng)用磁鼓存儲裝置。不少球坐標式通

27、用機械手就是在這個基礎上發(fā)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（Unimaton）,專門生產(chǎn)工業(yè)機械手。1962年美國機械鑄造公司也試驗成功一種叫Versatran機械手,原意是靈活搬運。該機械手的中央立柱可以回轉,臂可以回轉、升降、伸縮、采用液壓驅動,控制系統(tǒng)也是示教再現(xiàn)型。雖然這兩種機械手出現(xiàn)在六十年代初，但都是國外工業(yè)機械手發(fā)展的基礎。1978年美國Unimate公司和斯坦福大學、麻省理工學院聯(lián)合研制一種Unima

28、te-Vic-arm型工業(yè)機械手,裝有小型電子計算機進行控制,用于裝配作業(yè),定位誤差可小于±1毫米。美國還十分注意提高機械手的可靠性,改進結構,降低成本。如Unimate公司建立了8年機械手試驗</p><p>　　德國機器制造業(yè)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(yè)。德國KnKa公司還生產(chǎn)一種點焊機械手,采用關節(jié)式結構和程序控制。瑞士RETAB公司生產(chǎn)一種涂漆機械手,

29、采用示教方法編制程序。瑞典安莎公司采用機械手清理鑄鋁齒輪箱毛刺等。日本是工業(yè)機械手發(fā)展最快、應用最多的國家。自1969年從美國引進二種典型機械手后,大力研究機械手的研究。據(jù)報道,1979年從事機械手的研究工作的大專院校、研究單位多達50多個。1976年200個大學和國家研究部門用在機械手的研究費用42%。1979年日本機械手的產(chǎn)值達443億日元，產(chǎn)量為14535臺。其中固定程序和可變程序約占一半,達222億日元,是1978年的二倍。具有

30、記憶功能的機械手產(chǎn)值約為67億日元,比1978年增長50%。智能機械手約為17億日元，為1978年的6倍。截止1979年，機械手累計產(chǎn)量達56900臺。在數(shù)量上已占世界首位，約占70%，并以每年50%～60%的速度增長。使用機械手最多的是汽車工業(yè),其次是電機、電器。預計到1990年將有55萬機器人在工作。</p><p>　　第二代機械手正在加緊研制。它設有微型電子計算機控制系統(tǒng),具有視覺、觸覺能力,甚至聽、想的

31、能力。研究安裝各種傳感器,把感覺到的信息反饋,使機械手具有感覺機能。目前國外已經(jīng)出現(xiàn)了觸覺和視覺機械手。第三代機械手（機械人）則能獨立地完成工作過程中的任務。它與電子計算機和電視設備保持聯(lián)系,并逐步發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng)FMS(Flexible Manufacturing system)和柔性制造單元(Flexible Manufacturing Cell)中重要一環(huán)。隨著工業(yè)機器手研究制造和應用的擴大,國際性學術交流活動十分活躍,歐美各

32、國和其他國家學術交流活動開展很多。</p><p>　　國外機器人領域發(fā)展近幾年有如下幾個趨勢：</p><p>　　1．工業(yè)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</p><p>　　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。</p><p>　　2．機械結構向模塊化、可重構

33、化發(fā)展。例如關節(jié)模塊中的伺服電機、減速機、檢測系統(tǒng)三位一體化；由關節(jié)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(chǎn)品問市。</p><p>　　3．工業(yè)機器人控制系統(tǒng)向基于PC機的開放型控制器方向發(fā)展，便于標準化、網(wǎng)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(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。</p><p>　　4．機器人中的傳感器作用日益重要，

34、除采用傳統(tǒng)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(huán)境建模及決策控制；多傳感器融合配置技術在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟應用。</p><p>　　5．虛擬現(xiàn)實技術在機器人中的作用已從仿真、預演發(fā)展到用于過程控制，如使遙控機器人操作者產(chǎn)生置身于遠端作業(yè)環(huán)境中的感覺來操縱機器人。</p><p>　

35、　6．當代遙控機器人系統(tǒng)的發(fā)展特點不是追求全自治系統(tǒng)，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(tǒng)構成完整的監(jiān)控遙控操作系統(tǒng)，使智能機器人走出實驗室進入實用化階段。美國發(fā)射到火星上的“索杰納”機器人就是這種系統(tǒng)成功應用酌最著名實例。</p><p>　　7．機器人化機械開始興起。從94年美國開發(fā)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。</p&

36、gt;<p>　　1.3我國工業(yè)機器人的發(fā)展</p><p>　　有人認為，應用機器人只是為了節(jié)省勞動力，而我國勞動力資源豐富，發(fā)展</p><p>　　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(yōu)越性決定了機器人能夠充分發(fā)揮其長處。它不僅能為我國的經(jīng)濟建設帶來高度的生產(chǎn)力和巨大的經(jīng)濟效益，而且將為我國的宇宙開發(fā)、海洋開發(fā)、核能利用等新興領域的發(fā)展做出卓越

37、的貢獻。</p><p>　　我國的工業(yè)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(tǒng)硬件和軟件設計技術、運動學和軌跡規(guī)劃技術，生產(chǎn)了部分機器人關鍵元器件，開發(fā)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(yè)的近30條自動噴漆生產(chǎn)線（站）上獲得規(guī)模應用，弧焊機器人已應用在汽車制造廠的

38、焊裝線上。但總的來看，我國的工業(yè)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(chǎn)品；機器人應用工程起步較晚，應用領域窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術與國外比有差距；在應用規(guī)模上，我國已安裝的國產(chǎn)工業(yè)機器人約200臺，約占全球已安裝臺數(shù)的萬分之四。以上原因主要是沒有形成機器人產(chǎn)業(yè)，當前我國的機器人生產(chǎn)都是應用戶的要求，“一客戶，一次重新設計”，品種規(guī)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(wěn)定

39、。因此迫切需要解決產(chǎn)業(yè)化前期的關鍵技術，對產(chǎn)品進行全面規(guī)劃，搞好系列化、通用化、模化設計，積極推進產(chǎn)業(yè)化進程。</p><p>　　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(fā)出直接遙控機器人、雙臂協(xié)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、盧覺等基礎技術的開發(fā)應用上開展了不少工

40、作，有了一定的發(fā)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(tǒng)遙控機器人、智能裝配機器人、機器人化機械等的開發(fā)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(tǒng)攻關，才能形成系統(tǒng)配套可供實用的技術和產(chǎn)品，以期在“十五”后期立于世界先進行列之中。</p><p>　　1.4 工業(yè)機械手在生產(chǎn)中的應用</p><p>　　機械手是工業(yè)自動控制領域中經(jīng)

41、常遇到的一種控制對象。機械手可以完成許多工作,如搬物、裝配、切割、噴染等等,應用非常廣泛。</p><p>　　在現(xiàn)代工業(yè)中,生產(chǎn)過程中的自動化已成為突出的主題。各行各業(yè)的自動化水平越來越高，現(xiàn)代化加工車間，常配有機械手，以提高生產(chǎn)效率，完成工人難以完成的或者危險的工作?？稍跈C械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)很大程度上不是連續(xù)的。據(jù)資料介紹，美國生產(chǎn)的全部工業(yè)零件中，有75%是小批量生產(chǎn)；金屬加工生產(chǎn)批量中有四分之三在

42、50件以下，零件真正在機床上加工的時間僅占零件生產(chǎn)時間的5%。從這里可以看出，裝卸、搬運等工序機械化的迫切性，工業(yè)機械手就是為實現(xiàn)這些工序的自動化而產(chǎn)生的。目前在我國機械手常用于完成的工作有：注塑工業(yè)中從模具中快速抓取制品并將制品傳誦到下一個生產(chǎn)工序；機械手加工行業(yè)中用于取料、送料；澆鑄行業(yè)中用于提取高溫熔液等等。</p><p>　　1.5 本課題的研究意義：</p><p>　　由于我

43、國人口結構的變化，導致勞動力市場每年新增勞動力絕對數(shù)逐年減少，今后我國勞動力短缺的趨勢不可避免；從當前務工人數(shù)來看，能夠到大城市從事制造業(yè)和服務業(yè)的基本都是年輕人，而農(nóng)村人口日益老齡化很難為以后提供更多的勞動力；制造業(yè)工人工資不斷增長，這就意味著企業(yè)要支付更高的勞動工資。而對于印刷業(yè)這樣流水線作業(yè)、產(chǎn)量巨大的行業(yè)來說，勞動力更是影響巨大。</p><p>　　機械手是工業(yè)自動控制領域中經(jīng)常遇到的一種控制對象。機械

44、手可以完成許多工作,如搬物、裝配、切割、噴染等等,應用非常廣泛。</p><p>　　在現(xiàn)代工業(yè)中,生產(chǎn)過程中的自動化已成為突出的主題。各行各業(yè)的自動化水平越來越高，現(xiàn)代化加工車間，常配有機械手，以提高生產(chǎn)效率，完成工人難以完成的或者危險的工作。可在機械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)很大程度上不是連續(xù)的。據(jù)資料介紹，美國生產(chǎn)的全部工業(yè)零件中，有75%是小批量生產(chǎn)；金屬加工生產(chǎn)批量中有四分之三在50件以下，零件真正在機床

45、上加工的時間僅占零件生產(chǎn)時間的5%。從這里可以看出，裝卸、搬運等工序機械化的迫切性，工業(yè)機械手就是為實現(xiàn)這些工序的自動化而產(chǎn)生的。目前在我國機械手常用于完成的工作有：注塑工業(yè)中從模具中快速抓取制品并將制品傳誦到下一個生產(chǎn)工序；機械手加工行業(yè)中用于取料、送料；澆鑄行業(yè)中用于提取高溫熔液等等。</p><p>　　碼垛機器人的產(chǎn)生緩解了印刷業(yè)對于人員數(shù)量的要求，碼垛機器人具有、效率高、性能穩(wěn)定、節(jié)省勞動力、可連續(xù)工作

46、等特點被廣泛應用。隨著機器人技術的發(fā)展，直角坐標機器人技術在碼垛機上的使用越來越多。直角坐標機器人作為執(zhí)行機構，具用控制方便，執(zhí)行動作靈活，可以實現(xiàn)復雜的空間軌跡控制。</p><p>　　機械臂和抓取部分是碼垛機最重要的組成部分，一組合理的機械臂和機械手，不僅可以替代人工進行碼垛，還可以使工作效率得到數(shù)倍的提高，本課題通過對印刷業(yè)生產(chǎn)狀況的調查，利用直角坐標設計一種碼垛機的機械臂及抓取部分，在保證碼垛機穩(wěn)定性的

47、前提下，能夠高效快速的完成碼垛任務。</p><p><b>　　1.6本課題的內(nèi)容</b></p><p>　　工業(yè)機械手由執(zhí)行機構、驅動機構和控制機構三部分組成。本課題主要研究印刷業(yè)直角坐標型碼垛機器人的手臂及抓取部分，即執(zhí)行機構。執(zhí)行機構通常主要由三部分組成：（1）手部 既直接與工件接觸的部分，一般是回轉型或平動型（多為回轉型，因其結構簡單）。手部多為兩指（也有

48、多指）；根據(jù)需要分為外抓式和內(nèi)抓式兩種；也可以用負壓式或真空式的空氣吸盤（主要用于吸冷的，光滑表面的零件或薄板零件）和電磁吸盤。</p><p>　　傳力機構形式較多，常用的有：滑槽杠桿式、連桿杠桿式、斜拉杠桿式、齒輪齒條式、絲杠螺母式、彈簧式和重力式。</p><p>　?。?）腕部 是連接手部和臂部的部件，并可用來調節(jié)被抓物體的方位，以擴大機械手的動作范圍，并使機械手變的更靈巧，適應性

49、更強。手腕有獨立的自由度。有回轉運動、上下擺動、左右擺動。一般腕部設有回轉運動再增加一個上下擺動即可滿足工作要求，有些動作較為簡單的專用機械手，為了簡化結構，可以不設腕部，而直接用臂部運動驅動手部搬運工件。</p><p>　　目前，應用最為廣泛的手腕回轉運動機構為回轉液壓（氣）缸，它的結構緊湊，靈巧但回轉角度?。ㄒ话阈∮?270°）,并且要求嚴格密封，否則就難保證穩(wěn)定的輸出扭距。因此在要求較大回轉角的

50、情況下，采用齒條傳動或鏈輪以及輪系結構。</p><p>　?。?）臂部 手臂部件是機械手的重要握持部件。它的作用是支撐腕部和手部（包括工作或夾具），并帶動他們做空間運動。</p><p>　　臂部運動的目的：把手部送到空間運動范圍內(nèi)任意一點。如果改變手部的姿態(tài)（方位），則用腕部的自由度加以實現(xiàn)。因此，一般來說臂部具有三個自由度才能滿足基本要求，即手臂的伸縮、左右旋轉、升降（或俯仰）運動。

51、</p><p>　　手臂的各種運動通常用驅動機構（如液壓缸或者氣缸）和各種傳動機構來實現(xiàn)，從臂部的受力情況分析，它在工作中既受腕部、手部和工件的靜、動載荷，而且自身運動較為多，受力復雜。因此，它的結構、工作范圍、靈活性以及抓重大小和定位精度直接影響機械手的工作性能。</p><p>　　本文研究了國內(nèi)外機械手發(fā)展的現(xiàn)狀，通過學習機械手的工作原理，熟悉了機械手的運動機理。在此基礎上，確定了

52、紙垛夾持機械手的基本系統(tǒng)結構，運用solidworks軟件對其進行三維建模，對紙垛夾持機械手的運動進行了簡單的力學模型分析，完成了機械手傳動部分、執(zhí)行部分的設計工作。</p><p>　　第二章 系統(tǒng)方案及功能原理設計</p><p>　　2.1 設計任務分析</p><p>　　2.1.1 產(chǎn)品功能分析</p><p>　　碼垛機用于各種包

53、裝線末端將已裝入容器的紙箱，按一定排列碼放在托盤（木質）上，進行自動堆碼，可堆碼多層，然后推出，便于叉車運至倉庫儲存。</p><p>　　碼垛機應具有一定智能，可根據(jù)不同的工藝流程要求，將不同規(guī)格的紙質或木質包裝箱按預先設定的位置（可編程），整齊地堆放在托盤上。</p><p>　　本畢業(yè)設計（論文）課題任務的內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術要求、工作要求等）設計印刷行業(yè)用直角坐標碼垛機器

54、人機器人手臂及抓取部分設計，包括系統(tǒng)設計、包括方案設計、機構選擇、自由度設計、強度、剛度計算。</p><p>　　2.1.2 碼垛機的技術要求</p><p>　　碼垛機器人具體參數(shù)要求：</p><p>　　1、搬運工件要求：紙箱類包裝品;</p><p>　　2、工件尺寸：可按用戶的工件大小設計,最大1.2*0.9m;</p>

55、;<p>　　3、工件重量：最大100kg;</p><p>　　4、工件移動范圍：x、y、z方向的運動行程分別為3m、1.5m、1.5m,可按用戶要求設計;</p><p>　　5、機器人自由度：1-4個;</p><p>　　6、機器人重復精度：±0.1mm;</p><p>　　7、抓手形式：機械式。</p

56、><p>　　2.1.3 運動要求分析</p><p>　　根據(jù)上述任務要求，需要碼垛機的機械手能夠實現(xiàn)空間的三維運動，并且有一定的運動精度和重復定位精度。同時要求機械手抓取紙箱，經(jīng)運動到指定位置后放開紙箱。</p><p>　　2.2機械手的夾持裝置的選擇</p><p>　　典型的物體夾持裝置分為機械式夾緊的夾持裝置和真空及磁性夾持裝置?！?

57、】</p><p>　　在選擇工業(yè)機器人的夾持裝置類型時，必須考慮以下原始數(shù)據(jù)：【3】</p><p>　　1）工業(yè)機器人所服務的基本和輔助工藝裝備的類型和結構；</p><p>　　2）操作物體的特征；</p><p>　　3）工業(yè)機器人自身結構和形式；</p><p>　　4）機器人技術綜合裝置所完成的工藝過程特點

58、；</p><p>　　由于本設計要求的精度機械式夾緊夾持裝置可以滿足，并且真空及磁性夾持裝置的造價較高，不便于廣泛生產(chǎn)，所以本設計采用機械式夾緊夾持裝置。機械式夾緊夾持裝置備有鉗口，凸輪，V形鐵等形式的夾持工作元件，本次設計擬定選用鉗口夾持，此類夾持元件結構簡單，價格便宜，適宜于此類碼垛機械手。</p><p>　　2.3 驅動機構的選擇</p><p>　　夾持

59、裝置的結構由執(zhí)行機構驅動裝置的馬達所決定，它將驅動裝置的運動轉變?yōu)閵A持器工作元件所必須的位移。在夾持裝置中，通過各種執(zhí)行機構將驅動裝置輸出桿件的直線和回轉運動以固定的比例變?yōu)楣ぷ髟闹本€移動或轉動。</p><p>　　驅動機構是工業(yè)機械手的重要組成部分, 工業(yè)機械手的性能價格比在很大程度上取決于驅動方案及其裝置。根據(jù)動力源的不同, 工業(yè)機械手的驅動機構大致可分為液壓、氣動、電動和機械驅動等四類。采用液壓機構驅

60、動機械手,結構簡單、尺寸緊湊、重量輕、控制方便，驅動力大等優(yōu)點。因此，機械手的驅動方案選擇液壓驅動。</p><p>　　2.4 機械手參數(shù)列表</p><p>　　一、用途：夾持紙箱類包裝品</p><p><b>　　二、設計技術參數(shù)：</b></p><p>　　1、夾持紙垛外形尺寸為1.2*0.9m；</p

61、><p>　　2、夾持紙垛最大重量100kg；</p><p>　　三、對研究方法和研究手段的要求：</p><p>　　1、運用大學所學基礎理論及專業(yè)知識，進行正確計算分析；</p><p>　　2、結構方案論證及設計計算；</p><p>　　3、運用solidworks軟件進行編建模分析。</p>&l

62、t;p>　　2.5 機械手的總功能</p><p>　　對于本次設計的機械手來說，其總功能為：實現(xiàn)紙垛的夾持功能。</p><p>　　不同的功能原理所需要的工藝動作，以及所設計的機械在工作性能、工作品質和和使用場合等方面會有很大差異。功能原理設計的重點在于提出創(chuàng)新構思，使思維盡量“發(fā)散”，力求提出較多的解以便比較和選優(yōu)。對構件的具體結構、材料和制造工藝等則不一定要有成熟的考慮。由此

63、可見，功能原理設計的特點如下【4】：</p><p>　　1）功能原理設計往往是用一種新的物理效應來代替舊的物理效應，使機器的工作原理發(fā)生根本變化的設計。</p><p>　　2）功能原理設計中往往要引入某種新技術，新材料和新工藝，特別是計算機和信息技術的應用。但首先要求設計人員要有新的構思，否則即使新技術放到面前也不會把它運用到設計中去。</p><p>　　3）

64、功能原理設計使機器品質發(fā)生質的變化。例如，機械表不論在技術上如何改進，其精確性不可能與石英電子表比美。</p><p>　　2.6 機械手的功能分析</p><p>　　夾持紙垛機械手的基本工作方式是通過液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定工作，提供給系統(tǒng)穩(wěn)定的動力，液壓缸的推桿將動力給傳動裝置，傳動裝置通過傳動機構把運動的形式和能量傳遞給執(zhí)行機構，執(zhí)行機構實現(xiàn)機械手對紙箱類工件的夾持功能。</p>

65、<p>　　機械手的正常工作受多方面的影響。首先，動力驅動裝置是否能夠正常工作是機械手能夠完成正常工作的前提。當開機指令發(fā)出后，液壓伺服器必須先進行必要的預熱，以求工作時能夠達到最佳的工作狀態(tài)。開始工作后，機械手必須首先回到坐標的起始位置，再按照預定的程序進行。機械手爪是否到達指定位置，需要一個位置傳感器進行檢測，并且將信號傳輸給控制機構。當控制機構得到復位完成指令后，發(fā)出工作指令，機械手開始正常運行。運行結束后，控制裝置

66、發(fā)出停機指令，機械手停止工作。工作得以正常運行的另一個關鍵，就是PLC程序控制裝置的編制是否完善，當接收到正常信號的時候，發(fā)出正常指令，當收到異常工作信號的時候，發(fā)出終止命令，以保證工作正常，有序的進行。</p><p>　　機械手工作流程分為幾個步驟。首先，當開機命令發(fā)出后，伺服液壓油電機啟動，進入預熱階段，當預熱完成后，機械手爪在液壓缸提供的液壓推力作用下復位到初始位置。當傳感器檢測到手爪完成初始位置移動后，

67、發(fā)送復位結束信號給PLC，PLC發(fā)出開始工作指令，機械手開始正常工作，開始夾持紙垛，并移動到所需位置，放下工件，傳感器獲得工件已經(jīng)放下時，發(fā)送到達信號給PLC，PLC發(fā)出返回指令，機械手返回到上一個夾持位置，一個工作循環(huán)結束。當一個工作循環(huán)結束后，PLC自動發(fā)出重復工作指令，機械手繼續(xù)從初始位置工作。當工作結束后，PLC發(fā)送結束指令給機械手，機械手復位到初始位置，然后執(zhí)行關機命令。</p><p>　　當發(fā)出意外

68、情況時，傳感器發(fā)出信號給PLC，PLC發(fā)出立即停機命令，機械手立刻停止運轉，等待故障的解除。當故障解除后，通過裝配機構的調整，工人復位機械手。當PLC收到復位命令后，重新執(zhí)行開機命令，進行機械手的復位動作，然后進行正常的工作，這一系列的動作由PLC的程序編制。</p><p>　　圖2.1 機械手工作流程圖</p><p>　　2.6.1 動力裝置選擇</p><p&g

69、t;　　本設計采用液壓機構驅動機械手,結構簡單、尺寸緊湊、重量輕、控制方便，驅動力大方便使用，連接管路時較為簡單。液壓裝置可以直接將動力通過推桿作用傳遞給傳動機構。</p><p>　　2.6.2 傳動裝置設計</p><p>　　本設計根據(jù)已有的機械手設計，本人在原有基礎上進行了新的改進，力求將新的技術應用到紙垛夾持機械手上，使結構更加簡單，使用時間更加長久，傳遞準確性更高。設計中我采用

70、了齒輪-齒條式的傳動機構，并考慮到機械手的壽命問題，采用可拆卸互換齒輪-齒條的結構，如此可使得機械手的壽命成倍增長，這樣既能滿足準確性的要求，也能滿足工藝上和經(jīng)濟上的條件。</p><p>　　2.7 傳動系統(tǒng)方案及評價</p><p>　　根據(jù)前述的功能的分析，本設計可以采用許多種不同的傳動系統(tǒng)方案</p><p>　　方案一 ：齒輪齒條式傳動</p>

71、<p>　　圖2.2 齒輪齒條式機械手示意圖</p><p>　　齒輪齒條式傳動方案，計劃采用雙面齒條帶動兩側齒輪，齒輪上面固定機械手的手爪，當液壓缸帶動推桿推動齒條運動時，兩側的齒輪隨之轉動，從而帶動手爪的開合，達到夾持紙垛的功能。</p><p>　　這種結構形式的特點是具有被夾持工件的最大外形尺寸，通過齒輪齒條的傳動來實現(xiàn)鉗口的開合，實現(xiàn)不同規(guī)格的紙垛。</p&g

72、t;<p>　　兩個杠桿與夾緊鉗口作成一體，自由地裝在軸上。在杠桿上做出扇形齒。與齒條成對地嚙合，齒條與杠桿相連，以形成鉸鏈平行四邊形。鉸鏈平行四邊形能保證每一對夾緊杠桿獨立工作，而且能保證夾緊紙垛。</p><p>　　此種設計能夠滿足功能要求，并且實現(xiàn)起來要求精度水平能夠達到，是較為理想的方案，我的設計采用了這種方式。</p><p>　　方案二 ：滑槽杠桿式手部結構&l

73、t;/p><p>　　在這種方案中，液壓缸推動推桿，推桿推動兩個杠桿的交點，杠桿在推桿的作用下運動，杠桿的另外兩端連接機械手的手爪，由于杠桿的運動，引起手爪的開合運動，從而實現(xiàn)機械手爪的夾持功能。</p><p>　　圖2.3 滑槽杠桿式手部結構</p><p>　　機械手爪 2.杠桿連接點 3.液壓缸作用的推桿</p><p>　　此設計

74、方案的優(yōu)點在于方便實現(xiàn)，結構簡單，但缺點是摩擦阻力較大，如果長時間使用的話磨損較為嚴重，對于經(jīng)濟性方面有一定的缺陷。</p><p><b>　　2.8 本章小結</b></p><p>　　本章對機械手機械系統(tǒng)方案和功能原理方面進行了設計，主要進行了夾持裝置、驅動機構的選擇和總體的功能原理分析，各部件的組成和基本傳動方案的設計。對后面的具體傳動方案的選定和設計工作提

75、供了必要的依據(jù)。</p><p>　　第三章 機械手手部的設計計算</p><p>　　3.1手部設計基本要求</p><p>　?。?）應具有適當?shù)膴A緊力和驅動力。應當考慮到在一定的夾緊力下，不同的傳動機構所需的驅動力大小是不同的。</p><p>　　（2）手指應具有一定的張開范圍，手指應該具有足夠的開閉角度（指從張開到閉合繞支點所轉過的

76、角度），以便于抓取工件。</p><p>　?。?）要求結構緊湊、重量輕、效率高，在保證本身剛度、強度的前提下，盡可能使結構緊湊、重量輕，以利于減輕手臂的負載。</p><p>　　（4）應保證手抓的夾持精度。</p><p>　　3.2 典型的手部結構</p><p>　　（1）回轉型 包括滑槽杠桿式和連桿杠桿式兩種。</p>

77、;<p>　?。?）移動型 移動型即兩手指相對支座作往復運動。</p><p><b>　?。?）平面平移型。</b></p><p>　　3.3 機械手手爪的設計計算 </p><p>　　3.3.1選擇手爪的類型及夾緊裝置 </p><p>　　本設計是設計軸類零件夾持機械手的設計，考慮到所要達到

78、的原始參數(shù)。常用的工業(yè)機械手手部,按握持工件的原理,分為夾持和吸附兩大類。吸附式結構簡單,但造價較高，不適合用于本方案。本設計機械手采用夾持式手指,夾持式機械手按運動形式可分為回轉型和平移型。平移型手指的張開閉合靠手指的平行移動,這種手指結構簡單, 適于夾持平板方料,其理論夾持誤差零。若采用典型的平移型手指, 驅動力需加在手指移動方向上,這樣會使結構變得復雜且體積龐大。顯然是不合適的，因此不選擇這種類型。</p><

79、p>　　在選擇工業(yè)機械人夾持裝置類型時，必須考慮以下原始數(shù)據(jù)：</p><p>　　1）工業(yè)機器人所服務的基本和輔助工藝裝備的類型和結構</p><p><b>　　2）操作物體的特征</b></p><p>　　3）工業(yè)機器人自身結構和形式</p><p>　　4）機器人技術綜合裝置所完成的工藝過程特點</

80、p><p>　　通過綜合考慮，本設計選擇二指回轉型手抓，采用齒輪齒條這種結構方式。夾緊裝置選擇閉合式夾緊裝置，機械手手指完全受齒條控制張開或者閉合。這種結構可以保證在較大尺寸范圍內(nèi)可靠的夾持操作物體，能保證工件的定心而與直徑無關。它是靠夾持器鉗口輪廓來達到較高的安裝穩(wěn)定性。驅動裝置采用液壓缸驅動，液壓推桿直接作用于齒條，減少了中間傳遞的能量損耗。</p><p>　　3.3.2 手爪的力學分析

81、</p><p>　　下面對其基本結構進行力學分析：齒輪齒條式為常見的夾持工件機械手手部結構。</p><p>　　在推桿的作用下，齒條向上的拉力為F，并通過齒輪齒條接觸點OO1,OO2點，兩手指1的2齒輪對齒條的反作用力為F1和F2，由于F1和F2力大小相等，方向與豎直線之間夾角相等，故作用點簡化為中心點O，因此F1、F2、F的作用點等效為為O點。</p><p>

82、;　　圖3.2機械手受力示意圖</p><p>　　由=0 可得： </p><p>　　F1=F2 (3-1)</p><p><b>　　由 可得：</b></p><p><b>

83、　　(3-2)</b></p><p>　　式中α——齒輪齒條嚙合時齒輪上的力受力方向與豎直方向的夾角。</p><p>　　由分析可知，當驅動力F一定時，角增大，則F1和F2隨之增大，水平方向上的力也變大，即加持力增大。但α角過大會導致拉桿行程過大，以及手部結構增大，因此，通過查取齒輪嚙合傳動標準壓力角，取α=200。</p><p>　　3.3.

84、3 夾緊力及驅動力的計算</p><p>　　鉗口加在工件上的夾緊力，是設計手部的主要依據(jù)。必須對大小、方向和作用點進行分析計算。一般來說，需要克服工件重力所產(chǎn)生的靜載荷以及工件運動狀態(tài)變化的慣性力產(chǎn)生的載荷，以便工件保持可靠的夾緊狀態(tài)。</p><p>　　手指對工件的夾緊力可按公式計算，通過查取參考文獻查得： </p><p><b>　?。?-3）&

85、lt;/b></p><p>　　式中 K1——安全系數(shù)，通常1.2-2.0；</p><p>　　K2——工作情況系數(shù) </p><p>　　K3——方位系數(shù)，根據(jù)手指與工件位置不同進行選擇。</p><p>　　G——被抓取工件所受重力（N）。</p><p>　　計算：設α=200;機械手夾持的紙垛質量

86、為100Kg，求夾緊力FN和驅動力F。</p><p>　　通過查表可得：K1=1.5，K2=1.02, K3=0.5</p><p>　　G=mg=1009.8=980N （3-4） </p><p>　　根據(jù)公式，將已知條件帶入：</p><p>　　FN=1.51.

87、020.5980=749.7N （3-5）</p><p>　?。?）根據(jù)驅動力公式得：</p><p><b>　　(3-6)</b></p><p>　?。?）取η=0.85,</p><p><b>　　(3-7)</b></p><p

88、>　　3.3.4 手爪夾持范圍計算</p><p>　　為了保證手爪夾持范圍達到設計要求，預設手抓張開角為1600，由設計要求手爪夾持范圍為900-1200mm，根據(jù)是手爪的設計形式，假設設手爪的末端到轉動軸的距離為手指長度，預設手指長480mm,當手抓沒有張開角的時候，如圖3.3所示，根據(jù)機構設計，它的最小夾持半徑L=900mm，滿足手爪夾持的最小直徑要求。</p><p>　　當

89、手爪張開1600時，如圖4.3(b)所示，最大夾持寬度L計算如下：</p><p>　　L=2*480*cos20°+ 120=1210mm (3-8)</p><p>　　所以機械手的夾持寬度為從900-1200mm。</p><p>　　圖3.3 手抓張開示意圖</p><p>　　3.3.5夾持

90、手指設計</p><p>　　為了能夠穩(wěn)定的夾持工件，設計的手爪必須保持一定的精度，而且同步性一定要好。夾持手爪必須適合范圍內(nèi)的各種尺寸，不能有特殊情況發(fā)生。針對本設計，由于工件長度為1200mm，工件較大，所以要保證夾持的穩(wěn)定性，我準備才有兩對機械手爪，每對手爪夾持一個位置，兩個不同位置可以穩(wěn)定的夾持工件。兩對機械手爪同步，保證穩(wěn)定性。通過以上計算，我設計了以下的手爪結構。</p><p&g

91、t;　　圖3.4 手抓示意圖</p><p>　　如上圖所示，手爪上5為夾持器的頂部夾緊板，便面不滿橫向條紋，增加工件表面粗糙程度，防止工件脫落。1為定位孔，可以防止手爪張開過度，無法收回。4為傳動不完全齒齒輪，用于動力的傳動，從而使機械手爪轉動，其與手爪為分離式的，磨損后可以更換一對齒輪-齒條的運動副，可增加機械手的整體壽命。</p><p>　　經(jīng)過以上的夾持范圍計算，a為預設的480

92、mm，由此計算b值。b值的選定必須以能夠滿足夾持工件尺寸才基礎，在最小夾持直徑時，雙爪閉合，力求節(jié)省空間；當夾持最大工件直徑時，兩爪達到最大張開位置，四指用夾緊力和摩擦力穩(wěn)定工件。</p><p>　　圖3.5 手抓加持最小工件示意圖</p><p>　　由上圖可以看出，當夾持最小工件時，手爪上頂塊下端與方形工件的平面接觸，此時夾持的工件寬度為850mm，預設下底板的角度為與水平成450，

93、由此可以計算b值。</p><p>　　由上圖，根據(jù)勾股定理，可計算b值為:</p><p><b>　　(3-9)</b></p><p>　　上擋板在夾持工件時始終與工件相切，才能保證工件的穩(wěn)定。所以設計時只需要設計最大夾持位置和最小夾持位置，中間以光滑圓弧連接即可。但確定圓弧的半徑無疑成為本設計內(nèi)容的重點。</p><

94、p>　　從上圖可以看出，基本尺寸a，b值均已確定，定位孔R1的尺寸可以根據(jù)實際情況確定，并不是十分重要。因此，預設R3=30mm。</p><p>　　接下來就差最后一個頂部的安裝齒輪的圓設計了。</p><p>　　圖3.5 手抓頂圓示意圖</p><p>　　根據(jù)前面所設計的數(shù)據(jù)，預設齒頂圓的有效齒輪距離占總圓周長的1/3,即旋轉角度為1200，根據(jù)角度和

95、夾持直徑的范圍，可以計算出頂圓的半徑：</p><p>　　圖3.6 頂圓設計</p><p>　　R1=（198-200×sin30°）+200×cos600=198mm</p><p>　　3.3.6 齒輪及齒條設計</p><p>　　由以上計算，齒輪轉動角度為推桿帶動齒條運動的行程，根據(jù)齒輪上頂圓的半徑

96、以及轉動角度，可以計算出推桿運動的行程</p><p><b>　　(3-11)</b></p><p>　　α—齒輪轉動的角度，l—齒條運動的行程</p><p>　　初步選擇齒輪基本尺寸查文獻[1,表11-2]，根據(jù)前面機械手手爪的設計，齒頂圓的半徑為25mm，選取模數(shù)m=2 ，根據(jù)齒輪計算公式</p><p>　　

97、齒數(shù): Z=d/m=12 (3-12)</p><p>　　模數(shù)m=2為預先設定，達到整齒數(shù)的要求。</p><p><b>　　選定齒輪基本參數(shù)：</b></p><p>　　齒輪齒數(shù): Z1=12；</p><p>　　齒輪分度圓:

98、 d2=198mm；</p><p>　　模數(shù): m=2</p><p>　　按照齒輪的有效轉動角度α=1200，實際齒輪轉動的有效距離為</p><p>　　齒距: p=πm=3.14 2=6.28mm (3-13)</p><p>　　齒條上的齒數(shù)最小為Z2，為了

99、防止意外卡住，齒條齒數(shù)應大于齒輪上的有效齒數(shù)，取 Z2=14 </p><p>　　條理論長度: l2=6.28×14=87.92mm (3-14) </p><p>　　取的實際距離應大于最小有效距離，故取齒條上的有效長度為90mm</p><p>&

100、lt;b>　　3.4 軸的設計</b></p><p>　　圖 3.10 豎軸設計圖</p><p>　　本設計共有三根軸，分為兩個機械手抓安裝軸和一根豎直方向的推拉力軸。推拉力軸所受的力為沿著軸線方向力，所以只要滿足拉壓桿件的力學要求即可。</p><p><b>　　最小工作直徑 </b></p><

101、;p>　　dmin=F/ [] (3-15)</p><p>　　F--軸向所受最大力； </p><p>　　[δ]—許用應力強度；</p><p>　　根據(jù)經(jīng)濟性原則,選擇軸的材料為45鋼，調質處理,查表得[]=60Mpa , 根據(jù)前面計算，F(xiàn)=1621N<

102、;/p><p>　　d=F/ []=162160=27mm (3-16)</p><p>　　機械手安裝軸所受力不如推拉力軸大，為增大安全系數(shù)，取30mm也選用相同直徑的軸。</p><p>　　3.5 液壓缸的設計</p><p>　　根據(jù)前面的設計，拉桿的行程為50mm，拉桿的最大拉力為1621N

103、，預設的拉桿直徑為27mm，根據(jù)以上三個數(shù)據(jù)，選取液壓缸的基本參數(shù)。</p><p>　　圖 3.12 液壓缸的內(nèi)外徑尺寸系列</p><p>　　根據(jù)圖3.12中所列的內(nèi)外徑系列，根據(jù)已經(jīng)設計的參數(shù)，選取內(nèi)徑為25mm，外徑為32mm的液壓推力軸。</p><p>　　表3-1 液壓缸行程參數(shù)表</p><p>　　根據(jù)實際需求，從圖3.1

104、3中選取第二系列的液壓缸，有效行程為63mm。</p><p>　　由于實際的工作需要，液壓拉桿需要來回往復運動，從液壓缸的類型圖中，根據(jù)實際需求，選取雙作用氣缸的單活塞桿類型的可調緩沖式液壓缸。這種液壓缸雙向運動產(chǎn)生推拉力，活塞行程終了時減速制動，減速值可以調節(jié)，滿足使用的要求。</p><p>　　表3-2 液壓缸的類型</p><p>　　3.6 solid

105、works建模簡介</p><p>　　本次設計在以上精確計算的情況下，首先在solidworks三維軟件環(huán)境下進行建模，并在建模過程中對相關零部件不合理的部位給予改進，下面簡述其建模過程。</p><p>　　首先是對基本結構機械手拉桿和外壁軸套建模，這是關系整個機械手的動力輸出的穩(wěn)定性和可靠性，建模過程中需注意兩者配合，并在保證其功能的情況下盡量減少自重，所見模型如下：</p&g

106、t;<p>　　圖3.11 軸套 圖3.12 拉桿</p><p>　　其次是傳動部分，本此設計采用齒輪齒條傳動來實現(xiàn)手爪隨著拉桿的伸縮而開合，齒輪齒條需要承受手爪在開合過程中的力的傳遞，在上面計算過程中已經(jīng)給出了計算結果。齒條的上端需要和拉桿的底端配合，此處采用螺紋連接和銷釘緊固的方式來實現(xiàn)，建模結果如下圖。采用可拆卸方式建模，在齒條

107、磨損厲害的情況下，可更換齒條來實現(xiàn)成倍增加機械手的使用壽命。</p><p>　　3.13 齒條部裝圖建模</p><p>　　齒輪齒條配合是建模過程中一個重要的環(huán)節(jié)，由于齒條采用可拆卸方式，本次建模也將齒輪設計成可拆卸模式，如此才可通過更換零件的模式增機械手的使用壽命。整個齒輪和手爪的建模模型如下：</p><p>　　圖3.14 手爪部裝圖模型</p>

108、;<p>　　兩只同步運動的手爪利用連接板連接起來，以實現(xiàn)其在開合過程中的同步進行，避免出現(xiàn)一快一慢的情況，從而避免在加緊時只有三只或者兩只手爪接觸工件表面，以此方式來增加機械手的可靠性。</p><p><b>　　3.7 本章小結</b></p><p>　　通過本章的設計計算，先對夾持機械手的手部結構進行力學分析，然后分別對手部結構的夾緊力、驅動力

109、進行計算，在滿足基本要求后，通過三維模型的運動，分析加持工件過程中的運動情況。</p><p>　　第四章 機械手機械系統(tǒng)主要零部件強度校核計算</p><p>　　4.1 齒條的計算與校核</p><p>　　設計對象與已知參數(shù)：</p><p>　　（1）設計對象：設計傳動系統(tǒng)中推桿帶動的齒條傳動。</p><p&g

110、t;　?。?）機械手為循環(huán)夾持，雙向運動，工作載荷較穩(wěn)定，無大的沖擊。</p><p>　　選擇齒條類型：根據(jù)GB/T10085-1988的推薦，采用漸開線直線式齒條（ZI）。選擇材料:</p><p>　　考慮齒條傳動的功率，速度不快，故齒條材料采用45鋼；因希望效率高，耐磨性好，故齒條上面的齒面要求淬火，硬度為45～55HRC。齒面附著物用鑄錫磷青銅ZCuSnP1,金屬模鑄造。為了盡量

111、節(jié)約貴重有色金屬，僅外層用青銅制造，而中部采用灰鑄鐵HT100制造。</p><p><b>　　齒條受力分析：</b></p><p>　　在進行齒條傳動的受力分析時，由于機構實施潤滑，通常不考慮摩擦力的影響。圖4.1所示是齒條主動件，并沿圖示方向運動時，齒條面上的受力情況。設Fn為集中作用于點P處的法向載荷，可分解為三個互相垂直的分力，即圓周力Ft、徑向力Fr和軸