機(jī)器人快換接頭畢業(yè)設(shè)計(jì)--機(jī)器人快換接頭的設(shè)計(jì)

1、<p>　　畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)</p><p>　　題 目 名 稱： 機(jī)器人快換接頭的設(shè)計(jì) </p><p>　　學(xué)生姓名： 學(xué)號(hào)： </p><p>　　二級(jí)院校（系）/專業(yè)： 機(jī)械工程學(xué)院/機(jī)電一體化</p><p>　　班 級(jí)： </p>&

2、lt;p>　　指 導(dǎo) 教 師： </p><p>　　2015.12.01——2016.06.02</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　機(jī)器人在工業(yè)生產(chǎn)中，越來越普遍的需要更換各種各樣的末端執(zhí)行器。如抓手、真空工具、焊槍、電動(dòng)和氣動(dòng)馬達(dá)等末端執(zhí)行器的更換，如果用人工的話會(huì)增加

3、機(jī)器人的停工時(shí)間，降低機(jī)器人的工作效率。</p><p>　　本課題的研究對(duì)象是快換接頭。先從機(jī)器人快換接頭的特點(diǎn)，引出國內(nèi)外快換接頭的發(fā)展?fàn)顩r。通過對(duì)機(jī)器人快換接頭的簡介與分類，引出本課題的主要內(nèi)容：機(jī)器人手動(dòng)快換接頭的設(shè)計(jì)。機(jī)器人快換接頭是用來快速、高效的更換機(jī)器人手臂末端執(zhí)行器的裝置，能在數(shù)秒內(nèi)完成末端執(zhí)行器的更換，從而大大提高了機(jī)器人的工作效率。而本課題對(duì)手動(dòng)快換接頭本體的機(jī)械部分研究的關(guān)鍵在于鎖緊裝置和

4、氣路流通端口。鎖緊裝置設(shè)計(jì)的好壞決定了快換接頭鎖緊能力的高低，而氣路的氣密性決定氣源補(bǔ)給的質(zhì)量。本設(shè)計(jì)除了介紹機(jī)器人快換接頭的分類及現(xiàn)狀，鎖緊裝置的設(shè)計(jì)和氣路流通端口的研究外，也介紹了機(jī)器人自動(dòng)快換接頭，進(jìn)而與手動(dòng)快換接頭做了一些比較。</p><p>　　關(guān)鍵詞：機(jī)器人快換接頭 鎖緊裝置 氣路流通端口</p><p><b>　　Abstract</b><

5、/p><p>　　Robots in the industrial production, more and more common need to replace a variety of end executor. Such as gripper, vacuum tools, welding torch, electric and pneumatic motor actuator at the end of th

6、e replacement, if using artificial increases the shutdown time of robot, reduce the working efficiency of the robot.</p><p>　　This topic research object is quick change connectors. First from the characteris

7、tics of quick change robot joint, which leads to the fast at home and abroad for joint development. Through the description and classification of quick change robot joint, lead to the main content of this topic: the desi

8、gn of the robot manually quick change connectors. Robot, quick change connector is used for rapid, efficient replacement actuators at the end of the robot arm device, can end in a few seconds to comp</p><p>

9、　　Keywords: Robot quick change connectors Locking device Pneumatic circulation ports</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第一章 緒論1</b></p><p>　　1.1 選題背景1&l

10、t;/p><p>　　1.2 機(jī)器人快換接頭簡述1</p><p>　　1.3 發(fā)展前景2</p><p><b>　　1.4 意義2</b></p><p>　　第二章 機(jī)器人快換接頭特點(diǎn)和國內(nèi)外狀態(tài)3</p><p>　　2.1機(jī)器人快換接頭的定義3</p><

11、;p>　　2.2機(jī)器人快換接頭的特點(diǎn)3</p><p>　　2.3 機(jī)器人快換接頭國內(nèi)外發(fā)展情況3</p><p>　　2.3.1國內(nèi)狀況3</p><p>　　2.3.2國外狀況4</p><p>　　2.3.3企業(yè)快換接頭舉例4</p><p>　　第三章 機(jī)器人快換接頭簡介6</p>

12、;<p>　　3.1機(jī)器人快換接頭分類6</p><p>　　3.1.1機(jī)器人自動(dòng)快換接頭6</p><p>　　3.1.2機(jī)器人手動(dòng)快換接頭7</p><p>　　3.2 機(jī)器人快換接頭應(yīng)具有的特性7</p><p>　　第四章 手動(dòng)快換接頭的設(shè)計(jì)9</p><p><b>　　4

13、.1設(shè)計(jì)內(nèi)容9</b></p><p>　　4.2材料及參數(shù)的選擇與設(shè)定9</p><p>　　4.3整體裝配11</p><p>　　4.3.1具體操作12</p><p>　　4.3.2裝配注意事項(xiàng)13</p><p>　　4.4主端口盤蓋的設(shè)計(jì)13</p><p>

14、　　4.5定位銷的選擇15</p><p>　　4.6鎖緊裝置的設(shè)計(jì)16</p><p>　　4.6.1中間銷的設(shè)計(jì)16</p><p>　　4.6.2鎖緊裝置手柄的設(shè)計(jì)18</p><p>　　4.6.3鎖緊銷的設(shè)計(jì)19</p><p>　　4.6.4固定銷的選擇20</p><p&g

15、t;　　4.7工具端口的設(shè)計(jì)21</p><p>　　4.7.1工具端口外輪廓的設(shè)計(jì)21</p><p>　　4.7.2工具端口氣源補(bǔ)給孔的設(shè)計(jì)22</p><p>　　第五章 自動(dòng)快換接頭的介紹23</p><p>　　5.1主端口的介紹23</p><p>　　5.2工具端口的介紹23</p>

16、;<p><b>　　結(jié) 論25</b></p><p><b>　　謝 辭26</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)27</b></p><p><b>　　附錄28</b></p><p><b>　　第

17、一章 緒論</b></p><p><b>　　1.1 選題背景</b></p><p>　　隨著科技的進(jìn)步，工業(yè)生產(chǎn)正逐步走向一體化和智能化。本世紀(jì)60年代初為了加快工業(yè)生產(chǎn)力的發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人應(yīng)運(yùn)而生，到如今機(jī)器人已成為大多數(shù)工業(yè)生產(chǎn)線不可缺少的“操作者”，機(jī)器人的運(yùn)用代替了傳統(tǒng)的勞動(dòng)力生產(chǎn)，給工業(yè)生產(chǎn)帶來了巨大的變革。</p>&l

18、t;p>　　長久以來，傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)都是依靠工人進(jìn)行操作。然而在工業(yè)生產(chǎn)中，有許多工序都是需要不斷地進(jìn)行機(jī)械式的重復(fù)的，其過程枯燥乏味。不僅如此，工業(yè)生產(chǎn)線的環(huán)境有時(shí)也相對(duì)惡劣，越來越不適合人工作業(yè)，機(jī)器人的出現(xiàn)幫助工人擺脫了惡劣的環(huán)境和枯燥乏味的工作狀態(tài)。雖然機(jī)器人在充滿危險(xiǎn)的環(huán)境下可以將繁重復(fù)雜、精密度要求高的工作完成得很出色，但是當(dāng)代工業(yè)對(duì)生產(chǎn)商品的要求已不只在于質(zhì)，他們對(duì)數(shù)量的需求也越來越高，所以提高機(jī)器人的作業(yè)速度是當(dāng)前

19、的主要任務(wù)之一。提高機(jī)器人作業(yè)速度的方式之一就是減少機(jī)器人手臂末端執(zhí)行器的更換時(shí)間，為了解決執(zhí)行器更換速度慢、柔性差的問題，許多公司相繼推出了機(jī)器人快換接頭。</p><p>　　快換接頭的出現(xiàn)無疑是提高了工業(yè)機(jī)器人的作業(yè)效率，給工業(yè)生產(chǎn)帶來了方便?，F(xiàn)在，快換接頭獲得了普遍的運(yùn)用，變成大多數(shù)工業(yè)機(jī)器人的重要組成部分。</p><p>　　機(jī)器人快換接頭在世界各地都能買到，從機(jī)器人快換接頭輸

20、出規(guī)模來看，美國、德國、法國位居全球前三，其他國家在機(jī)器人快換接頭的生產(chǎn)上也緊隨其后。</p><p>　　1.2 機(jī)器人快換接頭簡述</p><p>　　此次的課題是研究機(jī)器人快換接頭的組成及主體機(jī)械部分的設(shè)計(jì)。機(jī)器人快換接頭的主體部分由主端口和工具端口兩部分組成，主端口與機(jī)器人的手臂相連接，工具端口與機(jī)器人手臂的末端執(zhí)行器相連接。機(jī)器人快換接頭的作用就是在機(jī)器人需要更換末端執(zhí)行器時(shí)，

21、減少人工的干預(yù)，縮短更換的時(shí)間，在電路與氣路的幫助下將末端執(zhí)行器精確定位到工業(yè)機(jī)器人的手臂末端。</p><p><b>　　1.3 發(fā)展前景</b></p><p>　　隨著經(jīng)濟(jì)與科技水平的發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)也達(dá)到了空前的盛狀，工業(yè)機(jī)器人也越來也多的運(yùn)用到了生產(chǎn)線中，逐步取代了傳統(tǒng)的勞動(dòng)力。在機(jī)器人的實(shí)際應(yīng)用中，社會(huì)需求激勵(lì)著機(jī)器人技術(shù)不斷地改進(jìn)、優(yōu)化，機(jī)器人快換接頭

22、就是為提高工業(yè)機(jī)器人的生產(chǎn)率和柔性而問世的。現(xiàn)如今，工業(yè)機(jī)器人越發(fā)普遍地運(yùn)用到了生活當(dāng)中，所從事的行業(yè)由工業(yè)制造領(lǐng)域延伸到了醫(yī)療領(lǐng)域和軍事領(lǐng)域，這就需要快換接頭也隨著機(jī)器人性能的變化不斷地優(yōu)化和改良，所以在未來，快換接頭的發(fā)展遠(yuǎn)景還是十分可觀的。</p><p><b>　　1.4 意義</b></p><p>　　該機(jī)器人快換接頭雖然體積不大，但是它的外觀簡潔，內(nèi)

23、部結(jié)構(gòu)細(xì)致，大有“麻雀雖小，五臟俱全”之勢。在國內(nèi)，機(jī)器人快換接頭的生產(chǎn)技術(shù)還遠(yuǎn)不如國外，所以更要致力于該項(xiàng)目的研究。本課題的研究與設(shè)計(jì)不僅符合我國生產(chǎn)領(lǐng)域的發(fā)展趨勢，也會(huì)給我將來的學(xué)習(xí)與工作帶來很大的幫助。</p><p>　　第二章 機(jī)器人快換接頭特點(diǎn)和國內(nèi)外狀態(tài)</p><p>　　2.1機(jī)器人快換接頭的定義</p><p>　　機(jī)器人快換接頭是一種通過快速

24、更換機(jī)器人末端執(zhí)行器，使機(jī)器人更具柔性的裝置。</p><p>　　2.2機(jī)器人快換接頭的特點(diǎn)</p><p>　　（1）、在工業(yè)生產(chǎn)線中，機(jī)器人快換接頭能在短短數(shù)秒內(nèi)完成末端執(zhí)行器的更換；</p><p>　　（2）、機(jī)器人在作業(yè)時(shí)，其維護(hù)和修理工具的更換快速、高效，大大減少機(jī)器人的停工時(shí)間，從而減少生產(chǎn)過程中的損失；</p><p>　　

25、（3）、在投入實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用時(shí)，機(jī)器人快換接頭能夠幫助機(jī)器人使用多個(gè)末端執(zhí)行器，因而增加了柔性；</p><p>　?。?）、末端執(zhí)行器的傳統(tǒng)更換方式過于笨重、繁瑣，而自動(dòng)交換單一功能的末端執(zhí)行器方便快捷，完全可以取而代之。</p><p>　?。?）、對(duì)于一些重要的應(yīng)用，機(jī)器人快換接頭還能提供一些備份工具，盡量避免意外事件的發(fā)生。</p><p>　　2.3 機(jī)器人

26、快換接頭國內(nèi)外發(fā)展情況</p><p><b>　　2.3.1國內(nèi)狀況</b></p><p>　　我國對(duì)機(jī)器人快換接頭的研究開始得晚，而且發(fā)展相對(duì)慢一些。雖然國內(nèi)的研究所和大學(xué)的相關(guān)部門都有研究，但是由于專業(yè)知識(shí)的局限性，專業(yè)技術(shù)水平也有待提高。</p><p>　　國內(nèi)生產(chǎn)的機(jī)器人快換接頭普遍存在的問題就是產(chǎn)品的可靠性低、通用性差且成本較高

27、。</p><p>　　現(xiàn)如今工業(yè)機(jī)器人在我國的應(yīng)用越來越廣泛，機(jī)器人快換接頭的應(yīng)用也隨之增加，但是這與國內(nèi)的快換接頭的生產(chǎn)水平相矛盾，所以快換接頭生產(chǎn)的當(dāng)務(wù)之急就是降低生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)技術(shù)水平。</p><p><b>　　2.3.2國外狀況</b></p><p>　　從目前來看，國外在機(jī)器人快換接頭技術(shù)方面優(yōu)于我國。他們對(duì)這方面的研究早

28、于我國，發(fā)展也相對(duì)快于我國，所以機(jī)器人快換接頭的質(zhì)量也高于國內(nèi)。但是，他們的價(jià)格昂貴，相關(guān)的技術(shù)也不對(duì)外公開?？紤]到成本問題，許多的買家在機(jī)器人快換接頭的購買上猶豫不決。</p><p>　　在國外，工業(yè)生產(chǎn)已經(jīng)趨于一體化和智能化，機(jī)器人在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用也已經(jīng)越來越普遍，為提高機(jī)器人的作業(yè)效率，機(jī)器人快換接頭也逐漸成為機(jī)器人的標(biāo)配。</p><p>　　2.3.3企業(yè)快換接頭舉例<

29、/p><p>　　美國ATI公司對(duì)機(jī)器人快換接頭的研究起于1989年， 當(dāng)時(shí)機(jī)器人的生產(chǎn)效率有待提高，加快機(jī)器人手臂末端執(zhí)行器的更換速度成為提高機(jī)器人作業(yè)效率的方法之一。機(jī)器人快換接頭的誕生為機(jī)器人手臂末端執(zhí)行器的更換節(jié)約了大量的時(shí)間，為工業(yè)生產(chǎn)注入了新的能量。</p><p>　　如圖2-1所示，為美國ATI公司的QC-20快換接頭，該自動(dòng)快換接頭由主端口和工具端口兩部分組成。機(jī)器人手臂末端

30、執(zhí)行器在需要更換時(shí)，會(huì)逐步接近并對(duì)準(zhǔn)工具端口，主端口中的滾珠會(huì)在空氣流的推動(dòng)下進(jìn)入鎖緊環(huán)，被牢牢鎖住。當(dāng)空氣流注入解鎖端口時(shí)，鎖緊裝置中的滾珠就會(huì)松開。</p><p>　　圖2-1 美國ATI公司的QC-20快換接頭</p><p>　　圖2-2所示的德國SCHUNK公司的快換接頭與AIT公司的QC-20快換接頭相似，也是利用滾珠在氣流的推動(dòng)下的移動(dòng)來實(shí)現(xiàn)鎖緊的。</p>

31、<p>　　圖2-2德國SCHUNK公司快換接頭</p><p>　　意大利GIMATIC S.p.A公司對(duì)機(jī)器人快換接頭的研究也頗有成果。圖2-3所示即為該公司研制的快換接頭，該快換接頭同樣是由主端口和工具端口兩部分組成。該裝置的鎖緊是通過工具端口的三個(gè)定位銷來實(shí)現(xiàn)的，在鎖緊時(shí)，工具端口的定位銷與主端口相對(duì)接，同時(shí)旋轉(zhuǎn)主端口，使工具端口的定位銷插入主端口的卡槽中，實(shí)現(xiàn)鎖緊。</p>&l

32、t;p>　　圖2-3 意大利快換接頭</p><p>　　第三章 機(jī)器人快換接頭簡介 </p><p>　　3.1機(jī)器人快換接頭分類</p><p>　　機(jī)器人快換接頭的造型美觀，形狀多樣。雖然一個(gè)機(jī)器人快換接頭只能安裝在一臺(tái)機(jī)器人上，但是它能夠方便靈活地安裝在大部分工業(yè)機(jī)器人上，在多樣的機(jī)器人加工領(lǐng)域表現(xiàn)得游刃有余。</p><p>

33、;　　為了適應(yīng)機(jī)器人在生產(chǎn)線中高強(qiáng)度、高精度的作業(yè)，機(jī)器人快換接頭不僅具有高的硬度和負(fù)載能力，同時(shí)還具有顯著的重復(fù)性。最重要的是，機(jī)器人快換接頭能夠快速更換機(jī)器人末端執(zhí)行器，并且易于容納同一裝配機(jī)器或加工中心的多種不同零件，是機(jī)器人應(yīng)用的理想選擇。</p><p>　　機(jī)器人快換接頭按照本體部分鎖緊裝置的不同大體可分為兩種：一種是自動(dòng)快換接頭，另一種是手動(dòng)快換接頭。</p><p>　　3

34、.1.1機(jī)器人自動(dòng)快換接頭 </p><p>　　如圖3-1所示為機(jī)器人自動(dòng)快換接頭，在快換系統(tǒng)的支持下，機(jī)器人自動(dòng)快換接頭會(huì)根據(jù)需要自動(dòng)更換末端執(zhí)行器來完成相應(yīng)的任務(wù)。</p><p>　　將選好的工具與機(jī)器人快換接頭的工具端口相連接，機(jī)器人手臂與主端口相連接?？鞊Q接頭上的定位銷、銷孔、電路、氣路以及鎖緊裝置都能夠幫助其進(jìn)行準(zhǔn)確的定位。在機(jī)器人手臂移動(dòng)到確定的位置和姿態(tài)的時(shí)候，鎖緊裝置就

35、會(huì)立刻啟動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)鎖緊。</p><p>　　圖3-1機(jī)器人自動(dòng)快換接頭</p><p>　　3.1.2機(jī)器人手動(dòng)快換接頭</p><p>　　如圖3-2所示為機(jī)器人手動(dòng)快換接頭，機(jī)器人手臂末端執(zhí)行器在該快換接頭的作用下，能夠在幾秒內(nèi)快速地完成相應(yīng)的更換。機(jī)器人手動(dòng)快換接頭的空氣端口和電氣連接器能夠向系統(tǒng)輸出瞬時(shí)動(dòng)力，無需手動(dòng)重新連接空氣管道，從而減少了機(jī)器人的停

36、工時(shí)間。 </p><p>　　與自動(dòng)快換接頭不同的是，在進(jìn)行鎖緊、釋放的過程中手動(dòng)快換接頭需要人工的干預(yù)，才能完成末端執(zhí)行器的更換。</p><p>　　圖3-2 機(jī)器人手動(dòng)快換接頭</p><p>　　3.2 機(jī)器人快換接頭應(yīng)具有的特性</p><p>　　綜合考慮機(jī)器人快換接頭的工作方式以及工作環(huán)境，機(jī)器人快換接頭應(yīng)該具備以下的特性：&

37、lt;/p><p>　?。?）、具有足夠強(qiáng)的穩(wěn)定性。</p><p>　　當(dāng)快換接頭產(chǎn)生故障或者它的氣壓消失時(shí)，為了能夠保證穩(wěn)定可靠的連接，往往需要機(jī)器人快換接頭具有足夠的連接強(qiáng)度。而具有強(qiáng)穩(wěn)定性的快換接頭的鎖緊裝置能夠出色地完成防止主端口與工具端口分離的任務(wù)。</p><p>　?。?）、結(jié)構(gòu)必須緊湊，尺寸要盡量的小。</p><p>　　不同

38、的機(jī)器人有不同的承重量，在設(shè)計(jì)機(jī)器人快換接頭時(shí)要將機(jī)器人的最大持重量考慮在內(nèi)。在保證不影響機(jī)器人功能發(fā)揮的前提下，機(jī)器人快換接頭的尺寸要盡可能小，結(jié)構(gòu)也要盡量緊湊，這樣可以將對(duì)機(jī)器人運(yùn)作時(shí)靈活性的影響降到最低。</p><p><b>　　（3）、重量輕</b></p><p>　　機(jī)器人手臂的持重量有限，如果機(jī)器人快換接頭的重量過大那么末端執(zhí)行器以及所夾持的物品的重

39、量和種類將會(huì)受到更大的限制。所以，快換接頭的選材顯得尤為重要，應(yīng)該盡量選擇比重較輕的材料。</p><p>　?。?）、通過性必須良好。</p><p>　　機(jī)器人在進(jìn)行末端執(zhí)行器的更換時(shí)也會(huì)出現(xiàn)一些突發(fā)狀況，為了保證末端執(zhí)行器能夠順利地更換，機(jī)器人快換接頭應(yīng)該具備供氣流流通的氣路連接口，供信號(hào)交流的信號(hào)線所對(duì)應(yīng)的端口以及允許電流流入的端口等。</p><p>　　

40、（5）、位置精度要保持足夠。</p><p>　　工業(yè)生產(chǎn)中對(duì)機(jī)器人作業(yè)時(shí)的位置精度的要求是非常高的，位置精度不夠往往會(huì)造成產(chǎn)品質(zhì)量的不合格，影響產(chǎn)量。機(jī)器人快換接頭的位置精度越高，末端執(zhí)行器的連接與釋放就會(huì)越準(zhǔn)確。</p><p>　　第四章 手動(dòng)快換接頭的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　4.1設(shè)計(jì)內(nèi)容</b></p>&l

41、t;p>　　在我充分了解了機(jī)器人快換接頭的特性、優(yōu)點(diǎn)、工作原理以及適用的范圍之后，基于對(duì)造型美觀簡潔的設(shè)計(jì)理念，確定了快換接頭的外部輪廓；結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)狀提出了對(duì)快換接頭本體機(jī)械部分相關(guān)細(xì)節(jié)的設(shè)計(jì)內(nèi)容，并確定了有關(guān)的參數(shù)。</p><p>　　在對(duì)機(jī)器人快換接頭的研究中，我通過查閱資料的方法完成了該裝置的細(xì)節(jié)上的設(shè)計(jì)、零件圖及裝配圖的繪制。</p><p>　　機(jī)器人快換接頭作為機(jī)

42、器人中的一部分，在工業(yè)生產(chǎn)中起到了很大的作用，在它的幫助下機(jī)器人得以在幾秒內(nèi)完成末端執(zhí)行器的更換，進(jìn)而使機(jī)器人更具柔性。 </p><p>　　4.2材料及參數(shù)的選擇與設(shè)定</p><p>　　因?yàn)闄C(jī)器人手臂的承重有限，所以選擇密度較小的鋁合金作為快換接頭本體的材料?？紤]到機(jī)器人應(yīng)具備足夠強(qiáng)的穩(wěn)定性，在一些需要高耐磨性的零件的選擇上盡量采用經(jīng)過并行熱處理的碳鋼。</p>&l

43、t;p>　　因?yàn)樵撌謩?dòng)快換接頭的使用對(duì)象為不超過12kg的物體，所以結(jié)合查閱的相關(guān)資料及實(shí)地觀察將快換接頭的質(zhì)量控制在HWK的質(zhì)量0.23kg,HWA的質(zhì)量0.12kg。并將它能抓取物件的最大重量設(shè)定為12kg。</p><p>　?。?）、鎖緊力矩的設(shè)定</p><p>　　機(jī)器人末端執(zhí)行器不抓取重物時(shí)，機(jī)器人快換接頭所承受的重量（末端執(zhí)行器的重量）為6kg,因?yàn)槭謩?dòng)快換接頭在工作

44、時(shí)所承受的總重（末端執(zhí)行器和重物的總和）最多為18kg，所以機(jī)器人快換接頭所承受的力最小為60N，最大為180N。機(jī)器人快換接頭的直徑d為50mm。</p><p>　　根據(jù)公式（h為快換接頭的半徑d/2）可知快換接頭的鎖緊力矩為1.5-4.5N·m。</p><p><b>　?。?）、強(qiáng)度的計(jì)算</b></p><p>　　根據(jù)表

45、4-1常用材料的主要力學(xué)性能可知，鋁合金的屈服點(diǎn)應(yīng)力σs 為274MPa。</p><p>　　表4-1常用材料的主要力學(xué)性能</p><p>　　因?yàn)殇X合金是塑性材料所以安全因數(shù)n為1.5～2.5?？紤]到安全與經(jīng)濟(jì)方面的問題，取較合適的安全因數(shù)以達(dá)到最實(shí)用的目的。</p><p>　　根據(jù)公式（其中［σ］為許用應(yīng)力，為屈服點(diǎn)應(yīng)力，n為安全因數(shù)），可求得許用應(yīng)力可取

46、為109.6～1182.7MPa。</p><p>　　取許用應(yīng)力為110MPa，將工具端口與中間銷接觸的一個(gè)面近似看做直徑為3.3mm的圓，受力圖如圖4-1所示。</p><p>　　圖4-1 中間銷的受力圖</p><p><b>　　根據(jù)公式，可知；</b></p><p>　　根據(jù)，求得該裝置是安全的；</

47、p><p><b>　　根據(jù)，通過變換得；</b></p><p>　　綜合安全與便捷方面的考量，由此可設(shè)定結(jié)構(gòu)的許可載荷為900N。</p><p><b>　　4.3整體裝配</b></p><p>　　機(jī)器人手動(dòng)快換接頭由主端口盤蓋、工具端口、中間銷、手柄、鎖緊螺栓、定位銷組成，如圖4-2所示。詳

48、細(xì)的外部輪廓如圖4-3、4-4、4-5所示。</p><p>　　圖4-2 機(jī)器人手動(dòng)快換接頭</p><p>　　圖4-3 手動(dòng)快換接頭裝配圖A 圖4-4手動(dòng)快換接頭裝配圖B</p><p>　　圖4-5 手動(dòng)快換接頭裝配圖C</p><p><b>　　4.3.1具體操作</b></

49、p><p>　　圖4-6 手動(dòng)快換接頭操作圖</p><p><b>　　1、釋放操作：</b></p><p>　　打開手柄90度，不需要完全打開手柄，只需輕輕打開一些就可以讓半圓柱螺栓輕輕旋轉(zhuǎn)。然后逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)主端口上的手柄，直到停止。將手柄放到打開的位置就無法實(shí)現(xiàn)連接，主端口和工具端口可以在這個(gè)位置上任意移動(dòng)，如圖4-6所示。</p&

50、gt;<p><b>　　2、鎖緊操作</b></p><p>　　順時(shí)針旋轉(zhuǎn)主端口上的手柄180度直到停止，就實(shí)現(xiàn)了鎖緊。合攏手柄90度，將鎖緊螺栓插入與之對(duì)應(yīng)的孔中，固定手柄的位置即為圖4-6的逆向操作。</p><p>　　4.3.2裝配注意事項(xiàng)</p><p>　　在設(shè)計(jì)零件的時(shí)候首先要考慮的就是尺寸的問題，各個(gè)零件在配合

51、尺寸的設(shè)定上一定要結(jié)合裝配的實(shí)際需求，提前確定好相應(yīng)的尺寸。</p><p>　　在裝配的過中如若遇到裝配不上的問題，切勿將裝配圖全盤否決，要耐心尋找問題的所在，如果發(fā)現(xiàn)是零件的設(shè)計(jì)尺寸有問題，應(yīng)將該零件重新設(shè)計(jì)。</p><p>　　如果要裝配的零件數(shù)量繁多，應(yīng)該將要裝配的零件分成幾個(gè)部分分別進(jìn)行裝配，再將裝配好的幾個(gè)部分總體裝配。這樣做的好處是當(dāng)裝配過程中出現(xiàn)問題的時(shí)候，可以縮小問題出

52、現(xiàn)的范圍，縮短查找問題的時(shí)間。</p><p>　　4.4主端口盤蓋的設(shè)計(jì)</p><p>　　以造型美觀簡潔的設(shè)計(jì)理念為前提，將機(jī)器人快換接頭設(shè)計(jì)為圓盤的形狀。在不影響快換接頭的性能的前提下將分度圓直徑設(shè)定為50mm，厚度不超過30mm。</p><p>　　機(jī)器人快換接頭的主端口盤蓋在設(shè)計(jì)時(shí)，將主端口的側(cè)面供空氣流流通的端口設(shè)計(jì)為螺紋孔，其尺寸為M5，留出的密封

53、溝槽用來放置圓環(huán)形密封圈，這樣的設(shè)計(jì)可以提高氣路的氣密性。密封圈的選擇對(duì)氣密性的影響也是不可忽視的，一般以橡膠或者皮革材料為主。在盤蓋異于空氣流通端口的一側(cè)切槽，留出供電機(jī)控制連接器連接的螺紋孔，并在開槽一側(cè)通直徑為10mm的光孔貫穿至相對(duì)面，為鎖緊裝置中的中間銷預(yù)留空間，具體尺寸如圖4-7所示。外部輪廓采用光滑的曲面，既美觀也將對(duì)機(jī)器人作業(yè)時(shí)的影響降低到最小，如圖4-8所示。</p><p>　　圖4-7 主端

54、口盤蓋</p><p>　　圖4-8 主端口盤蓋</p><p>　　圖4-9為主端口的局部圖，主端口對(duì)接表面的氣源流通端口設(shè)計(jì)成圓孔，其孔直徑設(shè)定為3mm。因該孔在對(duì)接的時(shí)候容易產(chǎn)生漏氣的現(xiàn)象，使整個(gè)裝置在運(yùn)作時(shí)無法實(shí)現(xiàn)快換的效果。所以結(jié)合實(shí)際情況，將圓孔改為錐孔，并將表面锪平，這樣做有利于增強(qiáng)裝置的氣密性。</p><p>　　圖4-9 主端口局部圖</p

55、><p><b>　　4.5定位銷的選擇</b></p><p>　　銷作為標(biāo)準(zhǔn)件，起到連接零件的作用。工業(yè)生產(chǎn)中常用到的銷主要是圓柱銷和圓錐銷兩種。該快換接頭所用的定位銷為圓柱銷，在快換接頭主端口與工具端口連接鎖緊時(shí)，將主端口中該定位銷插到與之相對(duì)應(yīng)的光孔中，起到精確定位的作用。</p><p>　　為了能與主端口和工具端口的定位孔相匹配，將定位

56、銷的直徑d設(shè)置為4mm,根據(jù)表4-2圓柱銷的選擇標(biāo)準(zhǔn)將該定位銷的長度l設(shè)置為12mm。</p><p>　　表4-2 圓柱銷選擇標(biāo)準(zhǔn)（mm） </p><p><b>　　續(xù)表</b></p>

57、<p>　　4.6鎖緊裝置的設(shè)計(jì)</p><p>　　鎖緊裝置由手柄、鎖緊螺栓、中間銷組成，該裝置是機(jī)器人快換接頭的核心部分。</p><p>　　4.6.1中間銷的設(shè)計(jì)</p><p>　　中間銷作為鎖緊裝置中的主要組成部分，在鎖緊過程中發(fā)揮著極大的作用。在選用中間銷的尺寸時(shí)，參考標(biāo)準(zhǔn)與固定銷相同。選用直徑為10mm的圓柱銷，參考主端口盤蓋的的尺寸，

58、將中間銷的長度設(shè)置為37mm，為了適應(yīng)實(shí)際的裝配需要，在中間銷的一端預(yù)留一個(gè)供與手柄相連接的部分，具體尺寸如圖4-10所示。</p><p><b>　　圖4-10 中間銷</b></p><p>　　在設(shè)計(jì)中間銷時(shí)選擇圓柱銷為原型，圓柱形的中間銷雖然在動(dòng)力源消失時(shí)也能實(shí)現(xiàn)鎖緊的目的，但是在快換接頭更換末端執(zhí)行器時(shí)需要將快換裝置中的各零件拆開才能實(shí)現(xiàn)更換，無法滿足機(jī)器

59、人快換接頭在數(shù)秒內(nèi)完成更換的要求。所以在中間銷的中間部分開了如圖4-11所示的槽，這樣就可以通過鎖緊裝置旋轉(zhuǎn)的方式實(shí)現(xiàn)鎖緊與釋放，縮短末端執(zhí)行器的更換時(shí)間。值得注意的是該槽的位置要與主端口的盤蓋相適應(yīng)。</p><p><b>　　圖4-11 中間銷</b></p><p>　　4.6.2鎖緊裝置手柄的設(shè)計(jì)</p><p>　　手動(dòng)快換接頭在末

60、端執(zhí)行器更換時(shí)需要人工將中間銷旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而將主端口和工具端口分離。為了便于手動(dòng)操作也為了固定中間銷旋轉(zhuǎn)后的狀態(tài)，需要給中間銷增加一個(gè)手柄和鎖緊螺栓。</p><p>　　如圖4-12所示，手柄的形狀設(shè)計(jì)成圓弧形，且手柄的內(nèi)側(cè)與主端口的外輪廓相貼合，其厚度與寬度適中，其厚度設(shè)置為4mm，寬寬度設(shè)置為10mm。在手柄的一端預(yù)留出與中間銷連接的部分，另一端預(yù)留出與鎖緊銷連接的部分，且該部分要結(jié)合鎖緊銷來進(jìn)行設(shè)計(jì)。<

61、/p><p><b>　　圖4-12 手柄</b></p><p>　　將端面設(shè)計(jì)成曲面的形式，這樣設(shè)計(jì)的目的不僅是為了美觀，也是為了不影響機(jī)器人的正常作業(yè)，外部輪廓如圖4-13所示。</p><p><b>　　圖4-13 手柄</b></p><p>　　4.6.3鎖緊銷的設(shè)計(jì)</p>

62、<p>　　鎖緊銷的作用是通過將手柄的位置固定在主端口的側(cè)面，從而實(shí)現(xiàn)中間銷對(duì)快換接頭的鎖緊，參照表4-2中的標(biāo)準(zhǔn)，具體尺寸如圖4-14所示，外部輪廓如圖4-15所示。</p><p><b>　　圖4-14 鎖緊銷</b></p><p><b>　　圖4-15 鎖緊銷</b></p><p>　　4.6.4

63、固定銷的選擇</p><p>　　圖4-16為固定銷，固定銷的作用就是連接手柄與中間銷。該固定銷的選擇與定位銷的選擇依據(jù)保持一致。根據(jù)供手柄與中間銷的預(yù)留孔，設(shè)定該固定銷的直徑為2.5mm，參照表4-2將該銷的長度設(shè)定為5mm，外部輪廓如圖4-17所示。</p><p><b>　　圖4-16 固定銷</b></p><p><b>

64、　　圖4-17 固定銷</b></p><p>　　4.7工具端口的設(shè)計(jì)</p><p>　　4.7.1工具端口外輪廓的設(shè)計(jì)</p><p>　　工具端口的作用就是與機(jī)器人末端執(zhí)行器相連接，通過其鎖緊裝置與主端口相連接。為了與主端口相配合，工具端口的外輪廓設(shè)計(jì)成凸臺(tái)的形狀，其側(cè)面與氣路相連的端口也設(shè)計(jì)成M5的螺紋孔，并在側(cè)面與主端口相對(duì)應(yīng)的部位切槽，添加

65、一個(gè)電連接器的接口，具體尺寸如圖4-18所示。</p><p>　　圖4-18 手動(dòng)快換接頭工具端口</p><p>　　為了與鎖緊裝置相配合，工具端口的鎖緊部分如圖4-19中所示，這樣做可以讓鎖緊裝置通過旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)末端執(zhí)行器的更換。</p><p>　　為了美觀，也為了避免在使用快換接頭劃傷手指，將工具端口的外輪廓曲線進(jìn)行相應(yīng)的倒角、圓角。</p>&

66、lt;p>　　圖4-19 工具端口</p><p>　　4.7.2工具端口氣源補(bǔ)給孔的設(shè)計(jì)</p><p>　　為了在與主端口連接的過程中能夠達(dá)到氣密性的要求，工具端口的連接部分也設(shè)計(jì)成圖4-20所示直徑為3mm的錐形孔，且孔面保持平整。在連接時(shí)，錐形孔中可以放入圓環(huán)形的密封圈確保氣密性。</p><p>　　圖4-20 工具端口</p><

67、;p>　　第五章 自動(dòng)快換接頭的介紹</p><p><b>　　5.1主端口的介紹</b></p><p>　　機(jī)器人自動(dòng)快換接頭的主端口主要起輔助鎖緊的作用，在設(shè)計(jì)時(shí)，因?yàn)榭鞊Q接頭對(duì)氣密性的要求特別高，所以將主端口的端面供空氣流流通的端口設(shè)計(jì)為直徑為6mm的圓錐孔，留出的密封溝槽用來放置圓環(huán)形密封圈，這樣的設(shè)計(jì)可以提高氣路的氣密性。與手動(dòng)快換接頭一樣，密封圈

68、的選擇對(duì)氣密性的影響也是不可忽視的，所以一般以橡膠或者皮革材料為主。在主端口側(cè)面的一邊切槽，留出供電機(jī)控制連接器連接的螺紋孔，如圖5-1所示。</p><p>　　圖5-1 自動(dòng)快換接頭主端口</p><p>　　5.2工具端口的介紹</p><p>　　自動(dòng)快換接頭的鎖緊主要是依靠工具端口上端與主端口連接部分中的滾珠來實(shí)現(xiàn)的，如圖5-2所示。所以在設(shè)計(jì)的過程中，滾

69、珠所對(duì)應(yīng)的氣流流通端口的設(shè)計(jì)十分重要，為了保證氣密性，在氣流流通的端口將孔設(shè)計(jì)為錐形，這樣的設(shè)計(jì)不僅便于安放密封圈，也有利于高氣密性的實(shí)現(xiàn)。因?yàn)樽詣?dòng)快換接頭的工具端口是通過其上端口的滾珠實(shí)現(xiàn)對(duì)主端口的鎖緊的，而手動(dòng)快換接頭是通過工具端口的卡槽與主端口鎖緊裝置的配合，在人工的幫助下實(shí)現(xiàn)鎖緊的。所以自動(dòng)快換接頭的精度和更換末端執(zhí)行器的速度都要比手動(dòng)快換接頭更快，但是自動(dòng)快換接頭的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)技術(shù)的要求高，成本也相對(duì)要高出許多。在末端執(zhí)行器的

70、更換速度上也能在幾秒的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)。綜合經(jīng)濟(jì)與實(shí)際生產(chǎn)方面的考量，對(duì)于一些規(guī)模較小的機(jī)械生產(chǎn)公司來說手動(dòng)快換接頭更適合。</p><p>　　圖5-2 自動(dòng)快換接頭工具端口</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　隨著機(jī)器人在工業(yè)中的運(yùn)用越來越多，機(jī)器人快換接頭也漸漸普遍地被運(yùn)用到了工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中。在機(jī)器人快換接頭的研究

71、方面我國的技術(shù)遠(yuǎn)不如國外，所以我國應(yīng)該加深對(duì)該領(lǐng)域的研究，來滿足現(xiàn)代化工業(yè)的要求。</p><p>　　通過這次機(jī)器人快換接頭的設(shè)計(jì)，我對(duì)機(jī)器人快換接頭的工作原理與結(jié)構(gòu)有了更深層次的了解。機(jī)器人快換接頭的內(nèi)部結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜，除了機(jī)械上的結(jié)構(gòu)之外，它還包含了氣動(dòng)、電路上的相關(guān)部件。三年的學(xué)習(xí)中，機(jī)器人快換接頭是我最熟悉，也是最感興趣的一塊。一開始我想在將手動(dòng)快換接頭研究透徹的基礎(chǔ)上對(duì)自動(dòng)快換接頭進(jìn)行進(jìn)一步的鉆研，但是

72、由于自身水平的有限，目前只能將自動(dòng)快換接頭作為一個(gè)了解，但可以在以后的學(xué)習(xí)中進(jìn)行深入的鉆研。在這次課題的研究中，我意識(shí)到了自己知識(shí)的匱乏，也為此深感慚愧。</p><p>　　在機(jī)器人快換接頭的繪制中，我對(duì)SolidWorks軟件也有了一定的了解，SolidWorks這款功能強(qiáng)大的軟件，不僅能像CAD一樣繪制出二維圖，還能生成三維的圖形。但是這款軟件只能應(yīng)用于一些結(jié)構(gòu)比較簡單的機(jī)械裝置中，對(duì)于一些結(jié)構(gòu)復(fù)雜的機(jī)械裝

73、置，則需要使用CATIA這款軟件來繪制。CATIA是專門用來對(duì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的設(shè)備進(jìn)行繪制的軟件，無論在功能還是繪圖質(zhì)量上都要高出其它的繪圖軟件。雖然這次在對(duì)快換接頭的研究中我沒有使用CATIA，但是了解了這款軟件的功能之后，我準(zhǔn)備在以后的研究中，將CATIA這款軟件作為我繪圖的首選。在這次對(duì)款換接頭的研究過程中，我學(xué)習(xí)到在零件裝配時(shí)要注意的細(xì)節(jié)，也掌握了一些零件裝配的技巧，這對(duì)我不久后去新的學(xué)校深造有非常大的幫助。</p>&

74、lt;p><b>　　謝 辭</b></p><p>　　這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)得以完成多虧了**老師的指導(dǎo)和同學(xué)們的幫助。</p><p>　　張老師不僅是我的課題指導(dǎo)老師，還是我的班主任。 在做畢業(yè)設(shè)計(jì)之前，我就受到班主任的許多幫助，知道是班主任指導(dǎo)我的畢業(yè)設(shè)計(jì)之后，我的內(nèi)心是喜悅的，因?yàn)槲覀兿嗵幍臅r(shí)間也有一年多，大家都比較熟悉。但是在一開始課題確定的時(shí)候我一直

75、猶豫不決，沒有一個(gè)確切的方向，每每張老師問起我準(zhǔn)備往什么方向?qū)懙臅r(shí)候我都支支吾吾，幸好張老師看出了我的問題所在并及時(shí)為我指正了方向，并不斷地安慰鼓勵(lì)我，這才使我堅(jiān)持了下來。萬事開頭難，在課題的確定上，我足足花了幾個(gè)月的時(shí)間。在課題確定了之后，我查閱了大量的資料，但仍然有很多不明白的地方需要向張老師請教，張老師對(duì)于我的叨擾并沒有任何的不耐煩，對(duì)我提出的任何問題都耐心地解答，借這個(gè)機(jī)會(huì)我要向張老師說聲謝謝。</p><p

76、>　　除了張老師的幫助與指導(dǎo)之外，同學(xué)們對(duì)我的鼓勵(lì)也起到了非常大的作用。我在做畢業(yè)設(shè)計(jì)的這段時(shí)間，真真切切地感受到了自己知識(shí)的欠缺、能力的有限，所以我一度被挫敗感包圍。幸好有同學(xué)們在我的身邊陪伴我、安慰我、鼓勵(lì)我，我才能從挫敗感中走出來，積極投身于畢業(yè)設(shè)計(jì)。與同學(xué)們相處的這三年，我非常的開心，如今隨著畢業(yè)設(shè)計(jì)的完成，我們也即將各奔東西。很感謝同學(xué)們的陪伴，在這里謝謝同學(xué)們對(duì)我的照顧。</p><p>　　感

77、謝學(xué)校給我提供了良好的學(xué)習(xí)環(huán)境，在充滿書卷氣息的校園里，我學(xué)習(xí)到了許多的知識(shí)。我還要感謝我的父母，沒有他們在經(jīng)濟(jì)上的支持我就無法在這里安心的學(xué)習(xí)。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 韓建海，工業(yè)機(jī)器人（第二版），華中科技大學(xué)出版社，2012</p><p>　　[2] 王道林，機(jī)械制造技術(shù)，江蘇教育出版社

78、，2011</p><p>　　[3] 趙紅、劉永強(qiáng)，工程圖樣的繪制與識(shí)別，高等教育出版社，2013</p><p>　　[4] 朱秀琳，機(jī)械制造基礎(chǔ)（第二版），機(jī)械工業(yè)出版社高等教育出版社，2014</p><p>　　[5] 李海萍，機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，蘇州大學(xué)出版社，2004</p><p>　　[6] 趙家文、趙淳，液壓與氣動(dòng)應(yīng)用技術(shù)（第二

79、版），2013</p><p>　　[7] http://www.schunk.com</p><p>　　[8] http://www.ati.com</p><p>　　[9] 趙栗、楊曉晉、劉玥，SolidWorks2014機(jī)械設(shè)計(jì)從入門到精通，人民郵電出版社，2014</p><p>　　[10] 曹立文、陳紅、劉琳，SolidWor

80、ks實(shí)用教程，電子工業(yè)出版社，2015</p><p>　　[11]陳緒琦，AutoCAD2008中文版標(biāo)準(zhǔn)教程(第二版)，機(jī)械工業(yè)出版社，2009</p><p>　　[12]劉志峰，AutoCAD2008機(jī)械繪圖實(shí)用教程，重慶大學(xué)出版社，2010</p><p>　　[13]王建華，AutoCAD從入門到精通，清華大學(xué)出版社，2008</p>&l

81、t;p>　　[14]王選奎，機(jī)械制造工藝學(xué)（第三版），機(jī)械工業(yè)出版社，2013</p><p>　　[15]云忠、楊放瓊，建明機(jī)械手冊（中文版第二版），湖南科學(xué)技術(shù)出版社，2012</p><p>　　[16]熊梁山，機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)（第二版），華中科技大學(xué)出版社，2015</p><p>　　[17]馬慧，機(jī)械圖樣正誤對(duì)比與解析200例，機(jī)械工業(yè)出版社，20