畢業(yè)設(shè)計(jì)---香煙自動機(jī)械手機(jī)械設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　機(jī)器人是最典型的機(jī)電一體化裝備，技術(shù)附加值很高，應(yīng)用范圍很廣，作為先進(jìn)制造業(yè)的支撐技術(shù)和信息化社會的新興產(chǎn)業(yè)，將對未來生產(chǎn)和社會發(fā)展起越來越重要的作用。隨著世界各國工業(yè)自動化的快速進(jìn)行，工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)從20實(shí)際下半葉開始進(jìn)入快速穩(wěn)定增長時期。工業(yè)機(jī)器人的廣泛應(yīng)用不僅提高了產(chǎn)品的質(zhì)量還降低了生產(chǎn)成本，促進(jìn)了社會發(fā)展。</p&

2、gt;<p>　　包裝工業(yè)機(jī)器人用途：主要用于體積大而笨重物件的搬運(yùn)、裝卸和堆碼等；人體不能接觸的潔凈產(chǎn)品的包裝，如食品、藥品，特別是生物制品和微生物制劑；及對人體有害的化工原料的包裝。隨著機(jī)器人技術(shù)的成熟和產(chǎn)業(yè)化的實(shí)現(xiàn)，使得包裝工程領(lǐng)域中應(yīng)用機(jī)器人的范圍越來越廣。主要有：</p><p>　?。?）集合包裝裝箱：一次將多個包裝件進(jìn)行一次裝箱。</p><p>　　（2）粉料

3、大袋的袋裝：一次性將粉料裝入特定軟袋中，同時完成特定位置的堆碼。</p><p>　?。?）高速的裝盒裝箱折邊封合多工位包裝</p><p>　?。?）重物的搬運(yùn)捆扎</p><p>　　（5）易脆物品的包裝實(shí)現(xiàn)</p><p>　　香煙的生產(chǎn)包裝過程一般都是通過人工完成不僅效率低而且對工人的技術(shù)也提出了很高了要求。本次設(shè)計(jì)課題是香煙自動裝箱

4、單元機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)，通過對該機(jī)械系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式的確定、驅(qū)動方式的選擇、傳動方式的選擇以及對于機(jī)械系統(tǒng)部件的選擇如：氣動部件的選擇和手抓的設(shè)計(jì)、電機(jī)型號的選擇、絲杠和導(dǎo)軌的選擇設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)香煙的自動裝箱，從而提高生產(chǎn)效率節(jié)省人力。</p><p>　　關(guān)鍵詞：機(jī)器人；包裝；效率 </p><p><b>　　Abstract</b></p><p&g

5、t;　　Robot is the most typical electromechanical integration equipment.As high value-added technology, a wide range of applications, the support of advanced manufacturing technology and information society of the new indu

6、stries will play more and more important role in the future of production and social development. With the world industrial automation fast developing, industrial robot industry began the rapid and steady growth from fin

7、al 30 year in the past century. The widespread application of in</p><p>　　The use of packaging industry robot：mainly for large and bulky articles about, loading and unloading, and yards；The body can not touc

8、h of the packing of products, such as foodstuffs, medicines, especially of biologics for preparation and microbial ；And of the packing materials harmful chemicals. As robotics and industrialization of the implementation

9、of the project in the field, robot more and more extensive the scope of application. there are mainly ：</p><p>　　(1) Accumulate to house vanning:Carry on several pack pieces at a time a vanning.</p>&

10、lt;p>　　(2) The powder anticipates the bagging of big bag :It is a time of to anticipate powder to pack into particular soft bag , complete the pile of particular location code at the same time.</p><p>　　(

11、3) Is top speed of pack a box of vanning to fold a side seal to match a multi-task potential pack.</p><p>　　(4) Weigh the handling bind of thing to tie.</p><p>　　(5) The pack of easy frailty art

12、icle carries out. Cigarette packaging production process are generally completed manually， which is not only inefficient but also for workers in high technology has made the request. Of the mechanical system of struc

13、tural forms and select the drive to determine ways and means of transmission and for the select of machinery system parts, The gas moves the select of design, dynamo model number, silk Gang and the select design of lead

14、rail that select and hand of</p><p>　　Keywords： Robot Packing laborsavi</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第一章 緒論1</b></p><p>　　1.1課題研究的目的意義1&

15、lt;/p><p>　　1.2 課題國內(nèi)外研究概況3</p><p>　　1.2.1 國內(nèi)研究概況3</p><p>　　1.2.2 國外研究概況4</p><p>　　1.2.3 工業(yè)機(jī)器人的未來發(fā)展趨勢5</p><p>　　1.3 主要內(nèi)容6</p><p>　　第二章 機(jī)械系統(tǒng)總體

16、方案設(shè)計(jì)7</p><p>　　2.1 研究方法7</p><p>　　2.2 初步設(shè)計(jì)方案7</p><p>　　2.3總體方案設(shè)計(jì)9</p><p>　　2.3.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)形式的選擇9</p><p>　　2.3.2 直角坐標(biāo)機(jī)器人的簡介10</p><p>　　2.3.3 直

17、角坐標(biāo)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)選擇12</p><p>　　2.3.4 驅(qū)動方式的設(shè)計(jì)12</p><p>　　2.3.5 傳動方式的設(shè)計(jì)12</p><p>　　2.4 本章小結(jié)14</p><p>　　第三章 機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)15</p><p>　　3.1 末端執(zhí)行器的設(shè)計(jì)15</p><p&

18、gt;　　3.1.1 末端執(zhí)行器的分類15</p><p>　　3.1.2 手部夾緊氣缸設(shè)計(jì)15</p><p>　　3.2 驅(qū)動部件的選擇19</p><p>　　3.3 傳動部件的選擇21</p><p>　　3.4 傳感器的選擇27</p><p>　　3.5 行程開關(guān)和限位開關(guān)的選擇27</p

19、><p>　　3.6 拖鏈的選擇29</p><p>　　3.7 機(jī)架的設(shè)計(jì)29</p><p>　　3.8 本章小結(jié)30</p><p><b>　　第四章 結(jié)論31</b></p><p>　　4.1設(shè)計(jì)的意義31</p><p>　　4.2設(shè)計(jì)的內(nèi)容31<

20、;/p><p>　　4.3設(shè)計(jì)中存在的缺陷31</p><p><b>　　致 謝32</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)33</b></p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　1.1課題研究的目的意義</

21、p><p>　　隨著世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和經(jīng)濟(jì)全球化，國內(nèi)外的市場競爭將日趨激烈，企業(yè)必須走工業(yè)全面自動化的道路。機(jī)器人的出現(xiàn)，正是順應(yīng)了工業(yè)自動化新階段——柔性化的社會需要，是社會經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的必然產(chǎn)物。機(jī)器人的產(chǎn)業(yè)化及其廣泛應(yīng)用，必將為社會帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益，把人類從繁重的體力勞動和有害環(huán)境中解放來。</p><p>　　工業(yè)機(jī)器人是典型的機(jī)電一體化高科技產(chǎn)品，自從20世紀(jì)50年代美國制造第一臺機(jī)器

22、人以來，機(jī)器人技術(shù)及其產(chǎn)品發(fā)展很快，它對于提高生產(chǎn)自動化水平、勞動生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)效益，保證產(chǎn)品質(zhì)量，改善勞動條件等方面的作用日益顯著。工業(yè)機(jī)器人代替人力勞動是必然的發(fā)展趨勢，和計(jì)算機(jī)技術(shù)一樣，工業(yè)機(jī)器人的廣泛應(yīng)用，正在日益改變著人類的生產(chǎn)方式和生活方式。機(jī)器人工業(yè)已成為世界各國備受關(guān)注的產(chǎn)業(yè)。</p><p>　　使用機(jī)器人可以提高各行業(yè)的自動化水平，它能代替人從事單調(diào)、笨重或危險的工作，且不知疲倦，能極大地提高

23、勞動生產(chǎn)率。如在零件加工過程中采用機(jī)器人裝卸工件，比人工裝卸節(jié)省工時達(dá)60%—70%，生產(chǎn)率提高50.7%；天津自行車廠采用機(jī)器人對自行車三角架進(jìn)行直接焊接工藝，代替舊的鹽溶釬焊工藝，不僅可節(jié)約工時30%左右，而且產(chǎn)品合格率提高了6%，每年還可節(jié)約原材料達(dá)1500。</p><p>　　人類發(fā)明機(jī)器人的最初目的是為了用其代替人從事有害、危險、艱苦、單調(diào)的工作，改善人的勞動條件。機(jī)器人可以不知疲倦地代替人進(jìn)行搬運(yùn)、

24、上下料、堆垛、采礦、化工操作等作業(yè)，不僅可使人免除重體力勞動，還可免受有害物質(zhì)的侵害，減少人員傷亡，實(shí)現(xiàn)作業(yè)省力化。隨著機(jī)器人的發(fā)展，它還能不斷地拓寬人類的活動領(lǐng)域，使人類可以進(jìn)入到過去想進(jìn)入而無法進(jìn)入的地方，如太空、海底等。</p><p>　　因?yàn)闄C(jī)器人具有高度的準(zhǔn)確性、可靠性和一致性，因此，工業(yè)利用機(jī)器人作業(yè)，不但產(chǎn)品質(zhì)量高而穩(wěn)定，且能有效地降低庫存（ 甚至零庫存），從而降低成本；機(jī)器人能通宵達(dá)旦地工作，生

25、產(chǎn)率極高，再加上機(jī)器人具有可編程功能和工作多樣性的特點(diǎn)，因而能適應(yīng)需求多變的市場。日本之所以能成為世界頭號汽車生產(chǎn)大國，其電子工業(yè)產(chǎn)品之所以能行銷世界，都是與日本大量采用機(jī)器人生產(chǎn)分不開的。</p><p>　　機(jī)器人工業(yè)產(chǎn)業(yè)化和廣泛應(yīng)用，不僅可以使體力勞動和熟練工種減少，腦力勞動增加，而且新的工種增多。因此，機(jī)器人部分代替了人的工作后，不但不會造成失業(yè)，反而能擴(kuò)大就業(yè)機(jī)會。據(jù)統(tǒng)計(jì)報導(dǎo)，在20世紀(jì)80年代幾年中，

26、日本的制造業(yè)因應(yīng)用機(jī)器人雖使焊工減少了4.9%，機(jī)床操作工減少了2.3%，但電子計(jì)算機(jī)操作員卻增加了4.5%，穿孔機(jī)操作員增加了4.6%，軟件技術(shù)員增加了10.2%，電氣技術(shù)員增加了7.5%，機(jī)器技術(shù)員增加了7.0%，社會就業(yè)率呈上升趨勢。人類社會最寶貴的資源之一就是人的創(chuàng)造力，勞力密集型的產(chǎn)業(yè)不能充分發(fā)揮人力資源的創(chuàng)造潛力。只有充分利用機(jī)器人或自動化程度高的機(jī)器人代替人，就可以使人類更多地從事創(chuàng)造性研究工作，最大地發(fā)揮人的創(chuàng)造力，加快

27、技術(shù)創(chuàng)新速度，促進(jìn)社會發(fā)展。</p><p>　　圖1.1 工業(yè)機(jī)器人工作示意圖</p><p>　　隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展及人工智能、傳感技術(shù)和仿生材料技術(shù)水平的逐步提高，目前世界機(jī)器人正向著高智能化和擬人化的方向發(fā)展。目前發(fā)展較快的關(guān)鍵技術(shù)有:</p><p>　　①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)、檢測系統(tǒng)三位一體，采用重組方

28、式構(gòu)造機(jī)器人整機(jī)。目前已有模塊化裝配機(jī)器人問市。</p><p>　　②智能控制是決定機(jī)器人具有智能行為的關(guān)鍵。其主要技術(shù)包括:智能信息處理、智能反饋和智能決策的控制方式。現(xiàn)有的智能控制策略有:多級遞階的智能控制、基于知識的智能控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、基于模式識別的智能控制等。</p><p>　　③多傳感器的信息融合。這項(xiàng)技術(shù)是把分布在不同位置的多個同類或不同類傳感器提供</

29、p><p>　　的局部環(huán)境的不完整信息加以綜合，消除信息之間的冗余和矛盾，利用它們之間的互補(bǔ)性降低環(huán)境的不確定性，以形成對環(huán)境相對完整和一致的描述，提高智能決策的速度和準(zhǔn)確性。</p><p>　?、苓b控和監(jiān)控技術(shù)。為了實(shí)現(xiàn)機(jī)器人高水平的自主功能和多機(jī)器人與操作者之間的協(xié)調(diào)</p><p>　　控制，遙控和監(jiān)控技術(shù)就顯得十分重要。通過網(wǎng)絡(luò)，建立大范圍內(nèi)的機(jī)器人遙控系統(tǒng)，

30、對具有大時延的環(huán)境建立預(yù)先顯示仿真系統(tǒng)和事先對可能事件及其對策進(jìn)行研究。形成遙操作與局部自控相結(jié)合的控制方式，將是今后研究的方向。</p><p>　?、萑藱C(jī)接口。最近在包括虛擬現(xiàn)實(shí)在內(nèi)的人機(jī)接口方面的研究十分活躍，開發(fā)出各種各樣的輸入輸出設(shè)備。如三維鼠標(biāo)、數(shù)據(jù)手套、快門眼鏡、頭盔等等。另外一些可以提供更好性能的臨場感方法和裝置也相繼提出。利用技術(shù)手段可使操作者在操作時有身臨其境的感覺。目前在動態(tài)實(shí)施建模方面還有

31、待進(jìn)一步提高。</p><p>　　1.2 課題國內(nèi)外研究概況</p><p>　　1.2.1 國內(nèi)研究概況</p><p>　　我國工業(yè)機(jī)器人起步于上世紀(jì)1970年初期，經(jīng)過20多年的發(fā)展，大致經(jīng)歷了3個階段：70年代的萌芽期，80年代的開發(fā)期和90年代的適用化期。970年我國也發(fā)射了人造衛(wèi)星。世界上工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用掀起一個高潮，尤其在日本發(fā)展更為迅猛，它補(bǔ)充了日益

32、短缺的勞動力。在這種背景下，我國于1972年開始研制自己的工業(yè)機(jī)器人。進(jìn)入80年代后，在高技術(shù)浪潮的沖擊下，隨著改革開放的不斷深入，我國機(jī)器人技術(shù)的開發(fā)與研究得到了政府的重視與支持。“七五”期間，國家投入資金，對工業(yè)機(jī)器人及其零部件進(jìn)行攻關(guān)，完成了示教再現(xiàn)式工業(yè)機(jī)器人成套技術(shù)的開發(fā)，研制出了噴涂、點(diǎn)焊、弧焊和搬運(yùn)機(jī)器人。1986年國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863計(jì)劃）開始實(shí)施，智能機(jī)器人主題跟蹤世界機(jī)器人技術(shù)的前沿，經(jīng)過幾年的研究，取得了

33、一大批科研成果，成功地研制出了一批特種機(jī)器人。</p><p>　　中國近幾年機(jī)器人自動化生產(chǎn)線已經(jīng)不斷出現(xiàn)，并給用戶帶來顯著效益。隨著中國工業(yè)企業(yè)自動化水平的不斷提高，機(jī)器人自動化線的市場也會越來越大，并且逐漸成為自動化生產(chǎn)線的主要方式。</p><p>　　中國機(jī)器人自動化生產(chǎn)線裝備的市場剛剛起步，而國內(nèi)裝備制造業(yè)正處于由傳統(tǒng)裝備向先進(jìn)制造裝備轉(zhuǎn)型的時期，這就給機(jī)器人自動化生產(chǎn)線研究開

34、發(fā)者帶來巨大商機(jī)。據(jù)預(yù)測，目前中國僅汽車行業(yè)、電子和家電行業(yè)、煙草行業(yè)、新能源電池行業(yè)等，年需求此類自動化線就達(dá)300多條，產(chǎn)值約為60多億元人民幣。 “十二五”期間，隨著機(jī)器人產(chǎn)業(yè)在國內(nèi)的快速發(fā)展及下游行業(yè)的驅(qū)動，未來對機(jī)器人的需求呈現(xiàn)出強(qiáng)勁的發(fā)展態(tài)勢。</p><p>　　A．焊接工業(yè)機(jī)器人 B. 碼垛工業(yè)機(jī)器人</p><p>　　圖1.2 國

35、內(nèi)生產(chǎn)線工業(yè)機(jī)器人圖</p><p>　　但我國的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國外比還有一定的差距，主要體現(xiàn)在：產(chǎn)品可靠性、精確度低于國外產(chǎn)品；機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域較窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與國外比仍有差距；自主創(chuàng)新不足，諸多技術(shù)方面停留在仿制層面，關(guān)鍵零部件依賴進(jìn)口，特別是在高性能交流伺服電機(jī)和高精密減速器方面的差距尤為明顯；在加工工藝方面，國內(nèi)廠商的熱處理技術(shù)較弱，直接影響工業(yè)機(jī)器人的控制精度。</p>

36、<p>　　當(dāng)前，我國的機(jī)器人生產(chǎn)品種規(guī)格多、批量小、零部件通用化程度低、供貨周期長、成本高，而且質(zhì)量、可靠性都不穩(wěn)定。因此迫切需要解決產(chǎn)業(yè)化前期的關(guān)鍵技術(shù)，對產(chǎn)品進(jìn)行全面規(guī)劃，搞好系列化、通用化、模塊化設(shè)計(jì)，積極推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。</p><p>　　1.2.2 國外研究概況</p><p>　　美國是機(jī)器人的誕生地，早在1962年就研制出世界上第一臺工業(yè)機(jī)器人。美國式世界上

37、機(jī)器人強(qiáng)國之一，基礎(chǔ)雄厚，技術(shù)先進(jìn)。</p><p>　　起步晚于美國五、六年的日本工業(yè)機(jī)器人，在經(jīng)歷了1960年代的搖籃期、1970年代實(shí)用期后。1980年代跨入普及提高并廣泛應(yīng)用期。經(jīng)過短短的時間，日本工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)已迅速發(fā)展起來，一躍成為“工業(yè)機(jī)器人王國”。日本在工業(yè)機(jī)器人的生產(chǎn)、出口和使用方面都居世界榜首。日本工業(yè)機(jī)器人的裝備量約占世界工業(yè)機(jī)器人裝備量的60%。僅以2005年計(jì)，日本工業(yè)機(jī)器人的試產(chǎn)規(guī)模達(dá)

38、699億日元。亞洲（日本除外）為4545億日元，而當(dāng)年全球規(guī)模為7150億日元。</p><p>　　日本的工業(yè)機(jī)器人保有量一直遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他國家，尤其是在1985-1995期間非常迅速低增長。相比之下，雖然歐美各國的工業(yè)機(jī)器人保有臺數(shù)也一直保持上升趨勢但只是在近年來才有了較大的增長。而日本除外的亞洲國家的工業(yè)機(jī)器人保有量在近年來有了非常大的增長。</p><p>　　德國工業(yè)機(jī)器人的總數(shù)占

39、世界的第三位。僅次于日本和美國德國智能機(jī)器人的研究和應(yīng)用處于領(lǐng)先地位。</p><p>　　A．搬運(yùn)工業(yè)機(jī)器人 B.切割工業(yè)機(jī)器人</p><p>　　圖1.3 國外生產(chǎn)線工業(yè)機(jī)器人圖</p><p>　　世界工業(yè)機(jī)器人的數(shù)目雖然每年在遞增，但市場是波浪式向前發(fā)展的，15年來已出現(xiàn)了3次馬鞍型變化曲線。第一次在80年代中期（1985-

40、1987年），那是由于第一代工業(yè)機(jī)器人在一些發(fā)達(dá)國家汽車工業(yè)中的應(yīng)用漸達(dá)飽和以及日元不斷升值所至。1988年后隨著電子行業(yè)裝配機(jī)器人的大量應(yīng)用及日本經(jīng)濟(jì)的復(fù)蘇，工業(yè)機(jī)器人增長率開始回升，1990年達(dá)到高峰。1992-1994年又出現(xiàn)了第2次馬鞍型， 由1990年的最高紀(jì)錄年產(chǎn)8.1萬臺， 降為1994年的5.3萬臺，主要原因還是日本經(jīng)濟(jì)不景氣的影響。1995年開始復(fù)蘇，1997年新安裝8.5萬臺， 創(chuàng)歷史最高紀(jì)錄，而1998年實(shí)際訂貨7

41、.1萬臺， 銷售額比上年下降16%，出現(xiàn)了第3個馬鞍型，是由于日韓兩國銷售額大幅下降所致，1999年回升，其銷售量比1998年增長20%，其主要原因一是北美和歐洲訂單猛增；二是由于制造業(yè)勞動成本上漲而機(jī)器人產(chǎn)品價格不斷下降，世界傾向于用機(jī)器人而少用人工；三是柔性自動化和計(jì)算機(jī)集成系統(tǒng)的采用提高了企業(yè)的整體效益，而作為上述系統(tǒng)主體的工業(yè)機(jī)器人得到更多企業(yè)青睞；四是在新世紀(jì)的曙光下人們追求更舒適的工作條件，惡劣、危險的勞動環(huán)境都需</

42、p><p>　　1.2.3 工業(yè)機(jī)器人的未來發(fā)展趨勢</p><p>　　工業(yè)機(jī)器人在許多生產(chǎn)領(lǐng)域的使用實(shí)踐證明，它在提高生產(chǎn)自動化水平，提高勞動生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量</p><p>　　以及經(jīng)濟(jì)效益，改善工人勞動條件等方面，有著令世人矚目的作用，引起了世界各國和社會各層人士的廣泛興趣。在新的世紀(jì)，機(jī)器人工業(yè)必將得到更加快速的發(fā)展和更加廣泛的應(yīng)用。從近幾年世界機(jī)器人推出的產(chǎn)

43、品來看，未來工業(yè)機(jī)器人具有如下的發(fā)展趨勢：</p><p>　　A．高級智能化：未來機(jī)器人與今天的相比最突出的特點(diǎn)在于其具有更高的智能。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、模糊控制技術(shù)、專家系統(tǒng)技術(shù)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和智能工程技術(shù)等高新技術(shù)的不斷發(fā)展，必將大大提高工業(yè)機(jī)器人學(xué)習(xí)知識和運(yùn)用知識解決問題的能力，并具有視覺、力覺、感覺等功能，能感環(huán)境的變化，作出相應(yīng)反應(yīng)，有很高的自適應(yīng)能力，幾乎能象人一樣去干更多的工作。</p>

44、;<p>　　B．結(jié)構(gòu)一體化：工業(yè)機(jī)器的本體采用桿臂結(jié)構(gòu)或細(xì)長臂軸向式腕關(guān)節(jié)，并與關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)、電動機(jī)、減速器、編碼器等有機(jī)結(jié)合，全部電、管、線不外露，形成十分完整的防塵、防漏、防爆、防水全封閉的一體化結(jié)構(gòu)。</p><p>　　C．應(yīng)用廣泛化：在21世紀(jì)，機(jī)器人不再局限于工業(yè)生產(chǎn)，而是向服務(wù)領(lǐng)域擴(kuò)展。社會的各個領(lǐng)域都可由機(jī)器人在工作，從而使人類進(jìn)入機(jī)器人時代。據(jù)專家預(yù)測，用于家庭的“ 個人機(jī)器人”必將

45、在21世紀(jì)得到推廣和普及，人類生活將變得更加美好舒適；模仿生物且從事生物特點(diǎn)工作的仿生機(jī)器人將倍受社會青睞，警備和軍事用機(jī)器人也將在保衛(wèi)國家安全方面發(fā)揮重要作用</p><p>　　D．產(chǎn)品微型化：微機(jī)械電子技術(shù)和精密加工技術(shù)的發(fā)展為機(jī)器人微型化創(chuàng)造了條件，以功能材料、智能材料為基礎(chǔ)的微驅(qū)動器、微移動機(jī)構(gòu)以及高度自治的控制系統(tǒng)的開發(fā)使微型化成為可能。微型機(jī)器人可以代替人進(jìn)入人本身不能到達(dá)的領(lǐng)域進(jìn)行工作，幫助人類進(jìn)

46、行微觀領(lǐng)域的研究；幫助醫(yī)生對病人進(jìn)行微循環(huán)系統(tǒng)的手術(shù)，甚至可注入血管清理血液，清除病灶和癌變，尺寸極微小的納米機(jī)器人將不再是夢想。</p><p>　　E．組件、構(gòu)件通用化、標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化：機(jī)器人是一種高科技產(chǎn)品，其制造、使用維護(hù)成本比較高，操作機(jī)和控制器采用通用元器件，讓機(jī)器人組件、構(gòu)件實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化是降低成本的重要途徑之一。大力制訂和推廣“ 三化”，將使機(jī)器人產(chǎn)品更能適應(yīng)國際市場價格競爭的環(huán)境</p

47、><p>　　F．高精度、高可靠性：隨著人類對產(chǎn)品和服務(wù)質(zhì)量的要求越來越高，對從事制造業(yè)或服務(wù)業(yè)的機(jī)器人的要求也相應(yīng)提高，開發(fā)高精度、高可靠性機(jī)器人是必然的發(fā)展結(jié)果。采用最新交流伺服電動機(jī)或DD電動機(jī)直接驅(qū)動，以進(jìn)一步改善機(jī)器人的動態(tài)特性，提高可靠性；采用64位數(shù)字伺服驅(qū)動單元和主機(jī)采用32位以上CPU控制，不僅可使機(jī)器人精度大為提高，也可以提高插補(bǔ)運(yùn)算和坐標(biāo)變換的速度。</p><p>　　

48、機(jī)器人工業(yè)是一個正在高速崛起的產(chǎn)業(yè)，隨著機(jī)器人技術(shù)的不斷發(fā)展和日臻完善，它必將在人類社會的發(fā)展中發(fā)揮更加重要的作用。</p><p><b>　　1.3 主要內(nèi)容</b></p><p>　?。?）機(jī)械系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)：包括機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式的確定、驅(qū)動方式的設(shè)計(jì)、傳動方式的設(shè)計(jì)等。</p><p>　?。?）機(jī)械系統(tǒng)部件的設(shè)計(jì)選擇：包括氣動部件

49、手抓及手指的設(shè)計(jì)、絲杠和導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)、氣缸的設(shè)計(jì)；傳動系統(tǒng)電機(jī)型號的選擇等。</p><p>　?。?）其他零部件的設(shè)計(jì)：包括整體機(jī)架的設(shè)計(jì)、拖鏈的設(shè)計(jì)等。</p><p>　?。?）關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件的強(qiáng)度剛度校核。</p><p>　　第二章 機(jī)械系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)</p><p><b>　　2.1 研究方法</b></

50、p><p>　?。?）對現(xiàn)有文獻(xiàn)分析，查閱現(xiàn)有國內(nèi)外有關(guān)包裝自動裝箱單元機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的文獻(xiàn)資料，設(shè)計(jì)過程中充分借鑒現(xiàn)有的優(yōu)良結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上形成本課題的具體研究方案。</p><p>　?。?）重視理論分析，認(rèn)真學(xué)習(xí)與自動裝箱相關(guān)的理論。對基本的自動裝箱機(jī)械系統(tǒng)有一定的了解，掌握基本的機(jī)械設(shè)計(jì)理論—機(jī)械設(shè)計(jì)和機(jī)械制造。 </p><p>　?。?）在前期充分論證的基礎(chǔ)上

51、對其進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，主要對該機(jī)構(gòu)中的創(chuàng)新點(diǎn)及相關(guān)附件進(jìn)行設(shè)計(jì)，充分利用現(xiàn)有成形的機(jī)構(gòu)</p><p>　?。?）設(shè)計(jì)時充分使用指導(dǎo)教師以及身邊其他技術(shù)人員的人力資源，不盲目設(shè)計(jì)。</p><p>　?。?）理論與實(shí)際相結(jié)合，力求設(shè)計(jì)滿足經(jīng)濟(jì)性和工藝性要求，使設(shè)計(jì)真正滿足工程化的要求。</p><p>　　2.2 初步設(shè)計(jì)方案</p><p>　

52、?。?）機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)：</p><p>　　自動裝箱機(jī)從上料輸送機(jī)準(zhǔn)確抓取產(chǎn)品，輸送機(jī)的傳送速度與自動裝箱機(jī)抓取產(chǎn)品的速度要一致；</p><p>　　自動裝箱機(jī)具有水平運(yùn)動和升降兩種運(yùn)動狀態(tài)；</p><p>　　機(jī)械手爪采用氣動裝置抓取產(chǎn)品；</p><p>　　產(chǎn)品上料輸送機(jī)高度800mm，裝箱裝蓋輸送機(jī)高度800mm；</p&g

53、t;<p>　　生產(chǎn)節(jié)拍T＝20s。</p><p>　?。?）生產(chǎn)對象分析：</p><p>　　本次課題所設(shè)計(jì)的機(jī)器人的生產(chǎn)對象為一箱香煙(具體規(guī)格參見表2.1 香煙盒基本參數(shù)表)。課題所設(shè)計(jì)的機(jī)器人主要任務(wù)就是對香煙盒抓取與放置，相對于金屬、玻璃、木材等材質(zhì)的產(chǎn)品紙幣在受到外力擠壓中用后形變量較大。加持力小會造成加持不牢固從而降低了生產(chǎn)的可靠性，加持力過大又容易造成香煙

54、的損壞。由于香煙的裝箱的特殊性，為保證生產(chǎn)的安全、可靠是本次設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。</p><p>　　表2.1 香煙盒基本參數(shù)</p><p>　　（3）生產(chǎn)工藝過程分析： </p><p>　　根據(jù)場地布置圖（如香煙裝箱生產(chǎn)線平面布局示意圖）和工作要求有如下動作過程：產(chǎn)品通過上料輸送機(jī)輸送到指定的位置，此時機(jī)械臂下降機(jī)器人手爪張開到達(dá)指定位置后手爪閉合將產(chǎn)品抓住。隨后機(jī)械

55、臂升起使產(chǎn)品提升脫離上料輸送機(jī)，然后機(jī)器人移動將產(chǎn)品移動到裝箱裝蓋輸送機(jī)上方，再將產(chǎn)品放在裝箱裝蓋輸送機(jī)上，最后手爪松開機(jī)械上升準(zhǔn)備下一次的工作循環(huán)。</p><p>　　圖2.1 香煙裝箱生產(chǎn)線平面布局示意圖</p><p>　　圖2.2 香煙裝箱生產(chǎn)線工藝流程圖</p><p>　?。?）單步時間分析：</p><p>　　包裝自動生

56、產(chǎn)線裝箱單元需要實(shí)現(xiàn)的功能是把從輸送帶上運(yùn)來的香煙搬運(yùn)到另一條輸送帶的箱子里。水平行程約為1200mm,升降行程約為200mm.運(yùn)動周期為20s。裝箱機(jī)的手爪所要實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動軌跡如圖2.3，步工作時間表見表2.2。</p><p>　　圖2.3 香煙生產(chǎn)線裝箱動作順序示意圖</p><p>　　表2.2 香煙生產(chǎn)線裝箱動作單步工作時間表</p><p>　?。?）方案

57、結(jié)構(gòu)示意圖：</p><p>　　圖2.4 龍門式直角坐標(biāo)機(jī)器人</p><p>　　由于本次任務(wù)的精度要求較高故，且由技術(shù)要求可知本次設(shè)計(jì)的直角坐標(biāo)機(jī)器人只需要X、Z兩個自由度。故最終選定的龍門式直角坐標(biāo)機(jī)器人為兩自由度機(jī)器人。</p><p><b>　　2.3總體方案設(shè)計(jì)</b></p><p>　　2.3.1 機(jī)

58、械結(jié)構(gòu)形式的選擇</p><p>　　工業(yè)機(jī)器人常常按手臂運(yùn)動的坐標(biāo)形式來進(jìn)行分類，有以下四種類型。各類機(jī)器人的優(yōu)缺點(diǎn)如表2.3所示。</p><p>　　表2.3 各類型機(jī)器人的優(yōu)缺點(diǎn)</p><p>　　通過以上對各類型機(jī)器人的分析可以發(fā)現(xiàn)各類型機(jī)器人從結(jié)構(gòu)形式上來說均可以完成本次的工作任務(wù)。但是通過比較發(fā)現(xiàn)直角坐標(biāo)系機(jī)器人具有較高的定位精度、結(jié)構(gòu)簡單，由于本次

59、任務(wù)對空間沒有特別限制，只需要X、Z兩個自由度。且直角坐標(biāo)機(jī)器人的價格相對便宜，操作十分簡便，維修跟安裝也相對容易，故選定直角坐標(biāo)機(jī)器人為本次設(shè)計(jì)的工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)。</p><p>　　2.3.2 直角坐標(biāo)機(jī)器人的簡介</p><p>　　直角坐標(biāo)機(jī)器人又稱單軸機(jī)械手，工業(yè)機(jī)械臂，電缸等，是以XYZ直角坐標(biāo)系統(tǒng)為基本數(shù)學(xué)模型，以伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)為驅(qū)動的單軸機(jī)械臂為基本工作單元，以滾珠絲

60、桿、同步皮帶、齒輪齒條為常用的傳動方式所架構(gòu)起來的機(jī)器人系統(tǒng)，可以完成在XYZ三維坐標(biāo)系中任意一點(diǎn)的到達(dá)和遵循可控的運(yùn)動軌跡。直角坐標(biāo)機(jī)器人采用運(yùn)動控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對其的驅(qū)動及編程控制，直線、曲線等運(yùn)動軌跡的生成為多點(diǎn)插補(bǔ)方式，操作及編程方式為引導(dǎo)示教編程方式或坐標(biāo)定位方式。它能夠搬運(yùn)物體、操作工具，以完成各種作業(yè)。工業(yè)機(jī)器人按其結(jié)構(gòu)形式及編程坐標(biāo)系主要分類為關(guān)節(jié)型機(jī)器人、移動機(jī)器人、水下機(jī)器人和直角坐標(biāo)機(jī)器人等。按主要功能特征及應(yīng)用分為移

61、動機(jī)器人、水下機(jī)器人、潔凈機(jī)器人、直角坐標(biāo)機(jī)器人、焊接機(jī)器人、手術(shù)機(jī)器人和軍用機(jī)器人等。</p><p>　　圖2.5 龍門式直角坐標(biāo)機(jī)器人</p><p>　　針對各種不同的應(yīng)用, 實(shí)際上可以方便快速組合成不同維數(shù), 各種行程和不同帶載能力的壁掛式、懸臂式、龍門式或倒掛式等各種形式的直角坐標(biāo)機(jī)器人。從簡單的二維機(jī)器人到復(fù)雜的五維機(jī)器人就有上百種結(jié)構(gòu)形式的成功應(yīng)用案例。從電機(jī)到汽車等各行各

62、業(yè)的自動化生產(chǎn)線中, 更是各式各樣的多臺直角坐標(biāo)機(jī)器人和其它設(shè)備嚴(yán)格同步協(xié)調(diào)工作。</p><p>　　直角坐標(biāo)機(jī)器人的特點(diǎn)：</p><p>　?。?）自由度運(yùn)動，每個運(yùn)動自由度之間的空間夾角為直角。</p><p>　?。?）自動控制的，可重復(fù)編程，所有的運(yùn)動均按程序運(yùn)行。</p><p>　?。?）一般由控制系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)、操

63、作工具等組成。</p><p>　?。?）靈活，多功能，因操作工具的不同功能也不同。</p><p>　　（5）高可靠性、高速度、高精度。</p><p>　　（6）可用于惡劣的環(huán)境，可長期工作，便于操作維修。</p><p>　　2.3.3 直角坐標(biāo)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)選擇</p><p>　　由技術(shù)要求可知本次設(shè)計(jì)的直角坐

64、標(biāo)機(jī)器人只需要X、Z兩個自由度。故最終定為龍門式直角坐標(biāo)機(jī)器人為兩自由度機(jī)器人。</p><p>　　2.3.4 驅(qū)動方式的設(shè)計(jì)</p><p>　　直角坐標(biāo)機(jī)器人的驅(qū)動系統(tǒng)是直接驅(qū)動使各運(yùn)動部件動作的機(jī)構(gòu)，對于機(jī)器人的性能的功能影響很大。如果沒有有效的伺服驅(qū)動系統(tǒng)，無論機(jī)器人具有多高的智能和優(yōu)越的傳感器，也是無濟(jì)于事的。 直角坐標(biāo)機(jī)器人的驅(qū)動方式有三種：液壓、電動和氣壓。這三種方式的比

65、較如表2.4給出</p><p>　　表2.4 驅(qū)動方式的比較</p><p>　　由于本次技術(shù)要求運(yùn)行平穩(wěn)、能伺服、定位精度高、無污染等。通過對以上各種驅(qū)動形式的分析電器驅(qū)動優(yōu)勢明顯，故在X軸方向選用電器式驅(qū)動。在Z軸上選用氣動方式，即氣動缸配合氣動手爪。</p><p>　　2.3.5 傳動方式的選擇</p><p>　　傳動裝置是一種實(shí)

66、現(xiàn)能量傳遞和兼有其他作用的裝置。它的主要作用有：能量的分配與傳遞；運(yùn)動形式的改變；運(yùn)動速度的改變。傳動通常分為兩類：第一類是機(jī)械能不發(fā)生改變的傳動—機(jī)械傳動；另一類是機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芑螂娔苻D(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的傳動—電傳動。機(jī)械傳動又可分為嚙合傳動、摩擦傳動和流體傳動三天類?？紤]裝箱機(jī)的實(shí)際情況，齒輪齒條傳動和絲杠螺母傳動（把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動）是其可能采用的的傳動方式，在這里將對這兩種傳動方式進(jìn)行比較。</p><p&

67、gt;<b>　?。?）齒輪傳動</b></p><p>　　齒輪傳動是機(jī)械傳動中應(yīng)用最為廣泛的一類傳動，常用的漸開線齒輪傳動具有以下一些主要特點(diǎn)：</p><p>　　傳動效率高：在常用的機(jī)械傳動中，齒輪傳動的效率是最高的。一級圓柱齒輪傳動在正常潤滑條件下效率可達(dá)到96%以上，在大功率傳動中，高傳動效率是十分重要的。</p><p>　　傳動

68、比恒定：齒輪傳動具有不變的瞬時傳動比，因此齒輪傳動可用于圓周速度為200m/s 以上的高速傳動。</p><p>　　結(jié)構(gòu)緊湊：在同樣使用條件下，齒輪傳動所需要空間尺寸比帶傳動和鏈傳動小得多。</p><p>　　工作可靠、壽命長：齒輪傳動在正確安裝，良好潤滑和正常維護(hù)條件下，具有其他機(jī)械傳動無法比擬的高可靠性和壽命。齒輪傳動的主要缺點(diǎn)有：對齒輪制造、安裝要求高；齒輪制造常用插齒機(jī)和滾齒機(jī)

69、等專用機(jī)床及專用工具；通常的齒輪傳動為閉式傳動，需要良好的維護(hù)保養(yǎng)，因此齒輪傳動成本和費(fèi)用高；并且齒輪傳動不適合中心距較大的兩軸間的動力傳遞。</p><p><b>　　（2）滾珠絲杠傳動</b></p><p>　　滾珠絲杠傳動系統(tǒng)是一個以滾珠作為滾動媒介的滾動螺旋傳動的體系。其傳動形式分為兩種：</p><p>　　A．將回轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化成直

70、線運(yùn)動。</p><p>　　B．將直線運(yùn)動轉(zhuǎn)化成回轉(zhuǎn)運(yùn)動。</p><p>　　滾珠絲杠傳動的傳動特點(diǎn)如下：</p><p><b>　?、?高效率及可逆性</b></p><p>　　由于滾珠絲杠的絲杠軸及螺帽均是點(diǎn)接觸的滾動運(yùn)動，所以其效率可以達(dá)到90以上。因此其傳動扭矩僅只有傳統(tǒng)絲杠的1/3，由圖3.3可以看出滾

71、珠絲杠的的機(jī)械效率遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)絲杠。</p><p>　　圖2.6 絲杠機(jī)械效率的比較</p><p><b>　?、?零背隙及高剛性</b></p><p>　　CNC工具械、IT及半導(dǎo)體設(shè)備對于傳動絲杠的要求為零背隙、最小彈性形變（高剛性）及高順暢感，圖3.4為歌德式牙型詳圖。滾珠絲杠采用是施加預(yù)壓力，來達(dá)到CNC械臺的重現(xiàn)性及全行程的高剛性

72、。但是過大的預(yù)壓力，會增加操作扭矩。如此增加的摩擦扭矩將會產(chǎn)生熱及降低預(yù)期壽命。</p><p>　　圖2.7 滾珠絲杠的牙型種類</p><p><b>　?、?高精度</b></p><p>　　滾珠絲杠傳動系統(tǒng)運(yùn)動中溫升較小，并可預(yù)緊消除軸向間隙和對絲杠進(jìn)行預(yù)拉伸以補(bǔ)償熱伸長，因此可以獲得較高的定位精度和重復(fù)定位精度。</p>

73、<p><b>　?、?高可靠性</b></p><p>　　與其它傳動機(jī)械，液壓傳動相比，滾珠絲杠傳動系統(tǒng)故障率很低，維修保養(yǎng)也較簡單，只需進(jìn)行一般的潤滑和防塵。在特殊場合可在無潤滑狀態(tài)下工作。</p><p>　　綜上所述，從結(jié)構(gòu)、成本、工作效能等方面綜合考慮，選用滾珠絲杠傳動，不僅結(jié)構(gòu)簡單而且精度高可靠性好。</p><p>

74、;<b>　　2.4 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要對自動裝箱單元的總體方案設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析，對自動裝箱單元的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行了選擇確定，并且介紹了自動裝箱單元的工作原理：利用機(jī)器人把從輸送帶上運(yùn)來的香煙搬運(yùn)到另一條輸送帶的箱子里。自動裝箱單元的驅(qū)動方式和傳動方式的選擇確定：X軸方向選用電器式驅(qū)動，Z軸上選用氣動方式驅(qū)動；滾珠絲杠傳動方式。</p><p>

75、　　第三章 機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 末端執(zhí)行器的設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1.1 末端執(zhí)行器的分類</p><p>　　如今，查閱有關(guān)機(jī)械手的書籍，會發(fā)現(xiàn)的各類很多。按其抓取方式主要分為以下兩種：</p><p>　　吸附式： ①空氣負(fù)壓吸盤 ②磁力吸盤 </p><p>　　手指式： ①平移

76、式 ②回轉(zhuǎn)式 </p><p>　　針對眾多的結(jié)構(gòu)形式，選擇的方法其實(shí)很簡單。大部分是根據(jù)特定工作的要求專門設(shè)計(jì)的。例如，當(dāng)確定手部大小、形狀，手指個數(shù)以及動作自由度時，必須考慮被抓取物件的大小、形狀、重量、材質(zhì)、外力的物理?xiàng)l件以及旋轉(zhuǎn)環(huán)境等。而這些又決定手部的抓取機(jī)能，即約束性、操作性和感覺性。</p><p>　　約束性是指手爪對工件的約束和握緊程度。例如，廣泛使用的二指手爪，在抓取

77、水平旋轉(zhuǎn)的圓棒工件時，手指只對圓棒半徑方向進(jìn)行約束，而軸向約束是借助手指與圓棒工件之間的摩擦力來實(shí)現(xiàn)的。如果施加一個較大的軸向外力，工件就可能從手指中滑落出去。同樣，圓棒工件圓周方向的回轉(zhuǎn)也是靠摩擦力來限制的。 </p><p>　　操作性是指手爪能夠抓取的物件的幾何特性，包括極限尺寸形狀以及在抓取不同形式圓棒時能否保持同一中心線的同心特性。 </p><p>　　感覺性是指手指對工件

78、的控制能力定位精度等。例如，是否使用傳感器，有無力學(xué)反饋等。最簡單的一各形式利用微型開關(guān)來檢測判斷是否抓住工件。 </p><p>　　在某種場合，一臺機(jī)器人可以備有多種形狀、用途和機(jī)能不同的數(shù)種可換手爪。</p><p>　　由于本次設(shè)計(jì)的工件是小工件，所以綜合各各方面考慮，選擇手指式手部。</p><p><b>　　手部夾緊氣缸設(shè)計(jì)</b>

79、;</p><p>　?。?）手部驅(qū)動力的計(jì)算</p><p>　　物料質(zhì)量M=350g，故其重力G=3.5N，取加持力是物重的15倍 （μ=0.75）</p><p>　　加持力 F=15×3.5/0.75=70N </p><p>　　通過手冊查詢發(fā)現(xiàn)在0.5Pa氣壓下手爪最大加持力為39.6N故不能將物提抓起所以選用兩個手爪

80、 F=70/2=35N </p><p>　　由設(shè)計(jì)任務(wù)可以知道，要驅(qū)動的負(fù)載質(zhì)量大小為350g，氣缸的行程為100—150，取最大值，考慮到氣缸未加載時實(shí)際所能輸出的力，受氣缸活塞和缸筒之間的摩擦、活塞桿與前氣缸之間的摩擦力的影響，并考慮到機(jī)械爪的質(zhì)量。在研究氣缸性能和確定氣缸缸徑時，常用到負(fù)載率 β：</p><p>　　由《液壓與氣壓傳動技術(shù)》表3.1</p><

81、p>　　表3.1 氣缸的運(yùn)動狀態(tài)與負(fù)載率</p><p>　　運(yùn)動速度V=3m/min=50mm/s，取β=0.60，所以實(shí)際液壓缸的負(fù)載大小為：F=F0/β=58.3N。</p><p>　?。?）氣缸的直徑 </p><p>　　本氣缸屬于單向作用氣缸。根據(jù)力平衡原理，單向作用氣缸活塞桿上的輸出推力必須克服彈簧的阻力和活塞桿工作時的總阻力，其公式為:&l

82、t;/p><p><b>　　(3.1)</b></p><p>　　式中: F1—活塞桿上的推力</p><p><b>　　Ft—彈簧反作用力</b></p><p>　　P—?dú)飧坠ぷ鲏毫?，選為0.5MPa</p><p>　　彈簧反作用按下式計(jì)算：</p>&

83、lt;p><b>　　(3.2)</b></p><p><b>　　(3.3)</b></p><p>　　式中：Gf — 彈簧剛度，N/m </p><p>　　1 — 彈簧預(yù)壓縮量，mm </p><p>　　S — 活塞行程，mm </p><p>　　d1

84、 — 彈簧鋼絲直徑，mm </p><p>　　D1 — 彈簧中徑，mm</p><p>　　n — 彈簧有效圈數(shù)</p><p>　　G — 彈簧材料剪切模量，一般取G = 79.4 x 109 Pa</p><p>　　查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊—彈簧》，此處選用材料直徑為3.5mm，中徑為30mm，有效圈數(shù)為15的彈簧，可得：</p>

85、<p><b>　　有公式：</b></p><p>　　分析得單向作用氣缸的直徑：</p><p><b>　　(3.4)</b></p><p>　　其中F1 = P實(shí)際 代入有關(guān)數(shù)據(jù)，可得：</p><p>　　= 84.1 mm</p><p>　　查

86、《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊—?dú)鈮簜鲃印穲A整，得D= 85mm，由 d/D 的范圍在0.2~0.3之間，可得活塞桿直徑：</p><p>　　d =（0.2~0.3）D =（15~22.5）mm</p><p>　　取活塞桿直徑d = 20mm。</p><p>　?。?）缸筒壁厚的設(shè)計(jì)</p><p>　　缸筒直接承受壓縮空氣壓力，必須有一定厚度。缸體材

87、料選用鋁合金，其σb =120MPa。一般氣缸缸筒壁厚與內(nèi)徑之比小于或等于1/10，其壁厚可按薄壁筒公式計(jì)算：</p><p><b>　　(3.5)</b></p><p>　　式中： δ— 缸筒壁厚</p><p><b>　　D — 氣缸內(nèi)徑</b></p><p><b>　

88、　— 實(shí)驗(yàn)壓力</b></p><p>　　— 缸體材料許用應(yīng)力，Pa，其計(jì)算公式為：</p><p><b>　　(3.6)</b></p><p>　　n — 安全系數(shù)，一般取n = 6~8</p><p>　　代入已知數(shù)據(jù)，則壁厚為：</p><p>　　= 85×0.

89、6×106/（2×15×106）</p><p><b>　　=8mm</b></p><p>　　所以缸筒外徑為：D = 85＋8×2 =101 mm</p><p>　?。?）缸筒長度的確定</p><p>　　缸筒長度S=L+B+30</p><p>

90、　　L為活塞行程；B為活塞厚度 活塞厚度B=0.7D=70.1 取B=75。</p><p>　　由設(shè)計(jì)任務(wù)知?dú)飧椎淖畲笮谐蘈=150，所以S=L+B+30=250。</p><p><b>　?。?）活塞桿的校核</b></p><p>　　由于所選的活塞桿的長度L=10d,所以不但要進(jìn)行強(qiáng)度校核，還要進(jìn)行穩(wěn)定性校核。綜合考慮活塞桿的材料選擇

91、45鋼。</p><p>　　參考《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊單行本—液壓氣動技術(shù)手冊》穩(wěn)定性校核：</p><p>　　由公式 (3.7)</p><p>　　式中 Fp0 —— 活塞桿承受的最大軸向壓力（N）</p><p>　　Fp

92、0 = 58.3N</p><p>　　Fk— 縱向彎曲極限力（N）</p><p>　　nk— 穩(wěn)定性安全系數(shù)，一般取2</p><p>　　K— 活塞桿橫截面回轉(zhuǎn)半徑，對于實(shí)心桿K=d/4=20/4=5mm</p><p>　　由于細(xì)長桿，即 (3.8)(3.9)</p>

93、<p>　　實(shí)心圓桿： (3.10)</p><p>　　式中： L—?dú)飧椎陌惭b長度</p><p>　　m—末端系數(shù)；選擇固定—自由，m=1/4</p><p>　　E—材料彈性模量，鋼材E=2.1</p><p>　　J—活塞桿

94、橫截面慣性矩（m4）</p><p><b>　　d—活塞桿的直徑</b></p><p>　　L—?dú)飧椎陌惭b長度就是活塞桿的長度等于150</p><p>　　帶入公式Fk=1.3×104N</p><p>　　nk=1.55×102N</p><p>　　所以活塞桿的穩(wěn)定性

95、滿足條件</p><p><b>　　強(qiáng)度校核：</b></p><p>　　由公式 (3.11)</p><p>　　其中，[σ] =120 MPa，F(xiàn)1 =1504.8 N 則：</p><p><b>　　(3.12) </

96、b></p><p>　　= 1.0 ＜ 1.8</p><p><b>　　因此符合要求</b></p><p>　　3.2 驅(qū)動部件的選擇</p><p>　　（1）控制電機(jī)的選擇 </p><p>　　隨著自動控制系統(tǒng)和計(jì)算裝置的，在普通旋轉(zhuǎn)電機(jī)的基礎(chǔ)上產(chǎn)生出多種具有特殊性能的小功率

97、電機(jī)，它們在自動控制系統(tǒng)和計(jì)算裝置中分別作為執(zhí)行元件、檢測元件和解算元件，這種電機(jī)統(tǒng)稱為控制電機(jī)?？刂齐姍C(jī)與普通旋轉(zhuǎn)電機(jī)的基本工件原理沒有本質(zhì)上的區(qū)別，但普通旋轉(zhuǎn)電機(jī)著重于對起動和運(yùn)行狀態(tài)力能指標(biāo)的要求，而控制電機(jī)則著重于特性的高精度和快速響應(yīng)。 </p><p>　　控制電機(jī)的輸出功率一般較小，通常從數(shù)百毫瓦到數(shù)百瓦，系列產(chǎn)品的機(jī)殼外徑一般由12.5mm到130mm，重量從數(shù)十克到數(shù)千克，這類電機(jī)也稱微電機(jī)或

98、微控電機(jī)。在大功率的自動控制系統(tǒng)中，有些控制電機(jī)的輸出功率也可達(dá)數(shù)十千瓦，機(jī)殼外徑達(dá)數(shù)百毫米。</p><p>　　控制電機(jī)已成為現(xiàn)代機(jī)電一體化的工業(yè)自動化系統(tǒng)以及軍事裝備中必不可少的重要元件。它與一些典型環(huán)節(jié)進(jìn)行適當(dāng)組合，就可以構(gòu)成不同用途的伺服系統(tǒng)和解算元件。 控制電機(jī)的用途與分類如下表3.2表示。</p><p>　　表3.2 電機(jī)的分類與用途</p><p>

99、;　　由上表對比后，最終選用伺服電機(jī)。由于選擇了滾珠絲杠傳動方式，應(yīng)設(shè)計(jì)滾珠絲杠的主要參數(shù)。在計(jì)算之前，先將負(fù)載計(jì)算一下。</p><p><b>　　計(jì)算負(fù)載：</b></p><p>　　m1氣爪質(zhì)量+手指質(zhì)量+物料質(zhì)量+連接板質(zhì)量=59.5kg</p><p>　　m2氣缸質(zhì)量=14.4kg</p><p>　　m

100、3氣缸連接板的質(zhì)量=65kg</p><p>　　m4絲杠螺母的質(zhì)量=15kg</p><p>　　m5導(dǎo)軌滑塊質(zhì)量=10kg</p><p>　　被移動部件質(zhì)量 M1= m1 +m2 +m3 +m4 +m5 = 59.5+14.4+65+15+10=163.9kg</p><p>　　速度 V=1200mm/5.2s=231mm/s<

101、/p><p>　　絲杠預(yù)估尺寸 M2=8kg d=30mm L=1200mm PB= 5mm</p><p>　　② 速度線圖如圖3.1：</p><p>　　圖3.1 速度曲線圖</p><p>　　tc = 5.2 - 0.4×2 = 4.4s</p><p><b>　?、?旋轉(zhuǎn)速度為：

102、</b></p><p>　　負(fù)載軸旋轉(zhuǎn)速度 (3.13)</p><p>　　電機(jī)軸旋轉(zhuǎn)速度 由于與聯(lián)軸器直接連接，傳動比為1</p><p>　　因此nm=nlR=3000×1=3000min-1</p><p><b>　?、?負(fù)載的轉(zhuǎn)矩為：</

103、b></p><p><b>　　(3.14)</b></p><p>　?、?負(fù)載的轉(zhuǎn)動慣量：</p><p>　　直線運(yùn)動 (3.15)</p><p>　　滾珠絲杠 J2= ρlB dB4 = ×7.78×103×1.

104、6×（0.03）4 =10×10-4 kgm2</p><p><b>　　(3.16)</b></p><p>　　聯(lián)軸器 J3=mc dc4 = ×0.3（0.03）2 =0.338×10-4 kgm2 (3.17)</p><p>　　電動機(jī)的轉(zhuǎn)動慣量 J = J1＋

105、J2＋J3 = 11.378×10-4 kgm2 </p><p><b>　?、?負(fù)載移動功率：</b></p><p>　　P0===87.92w (3.18)</p><p>　　由負(fù)載轉(zhuǎn)矩 TL=0.28N，n=3000r/min查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊，根據(jù)選型條件，選用SGMA

106、V-06A，電機(jī)的具體規(guī)格見下表3.3。</p><p>　　表3.3 SGMAV-06A規(guī)格</p><p>　　圖 3.2 SGMAV-06A電機(jī)外觀</p><p><b>　　（2）氣缸的選擇</b></p><p><b>　?、?初估負(fù)載：</b></p><p>

107、;　　氣爪m1=7095×2=25.8kg 手指m2=1.27×4=13.73kg 物料m3=350g 連接板m4=19.6kg</p><p>　　總負(fù)載 M= m1+m2+ m3+ m4=59.48kg</p><p>　　② 氣缸的類型的選擇</p><p>　　本次任務(wù)要求氣缸不能轉(zhuǎn)動故選用帶有導(dǎo)桿的氣缸。其次氣缸應(yīng)有較大的承載

108、能力運(yùn)行平穩(wěn)，有較長的行程。本次設(shè)計(jì)的氣缸的行程350mm。通過比較選擇薄型帶導(dǎo)桿氣缸MGP系列，此類氣缸的特點(diǎn)是：</p><p><b>　　1）體積小、輕巧</b></p><p>　　2）耐橫向負(fù)載能力強(qiáng)</p><p><b>　　3）耐扭矩能力強(qiáng)</b></p><p><b>

109、;　　4）不回轉(zhuǎn)精度高</b></p><p>　　5）導(dǎo)向桿的軸承可選擇滑動軸承或球軸承</p><p><b>　　6）安裝方便</b></p><p>　　7）二面接管位置可供選擇</p><p><b>　?、?氣缸徑的選擇</b></p><p>　　根

110、據(jù)SMC選型手冊，按負(fù)載總質(zhì)量和理論輸出力之比來選定缸徑。</p><p>　　負(fù)載 W=M×9.8N/kg=583N 缸徑在32—100之間，故理論輸出負(fù)載率60%以下，所以在0.5Mpa選Φ63缸。在0.5Mpa下理論輸出OUT為1559N ,理論輸出IN為1402N</p><p>　　583/1402=41%<60% 故所選缸合格。</p><

111、p>　?、?氣缸的規(guī)格及型號</p><p>　　MGPM63-350氣缸的具體規(guī)格見表3.4，外觀見圖3.3。</p><p>　　表3.4 MGPM63-350規(guī)格表</p><p>　　圖3.3 MGP系列氣缸的外觀</p><p>　　3.3傳動部件的選擇</p><p><b>　?。?） 絲

112、杠的選擇</b></p><p>　?、?初算導(dǎo)程 (3.19)</p><p>　　取標(biāo)準(zhǔn)值Pn=5mm</p><p><b>　　② 當(dāng)量載荷</b></p><p>　　啟動時間t=0.4s 最大線速度V=231mm/s</

113、p><p>　　加速度a=V/t=0.58m/s2</p><p>　　慣性力 F1=ma=163.9kg×0.58 m/s2=94.57 N</p><p>　　摩擦力 F2= μMg=0.005×163.9kg×9.8 m/s2= 80 N</p><p>　　負(fù)載力 F= F1 +F2=94.57+16 = 1

114、10.6 N</p><p>　　當(dāng)量載荷 Fm= （2×F+Fmin）= 80 N</p><p><b>　　③ 額定動載荷</b></p><p><b>　　(3.20)</b></p><p>　　載荷性質(zhì)系數(shù)fw =1.3 當(dāng)量載荷Fm =80N</p>

115、<p>　　最高轉(zhuǎn)速n = 3000r/min 長度系數(shù)Lh = 2×104</p><p>　　精度系數(shù)fa = 0.8 可靠性系數(shù)fc = 0.44</p><p>　　則額定動載荷 </p><p>　　④ 估算滾珠絲杠底徑</p><p>