機(jī)械設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)畢業(yè)論文-搬運(yùn)機(jī)械手設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p><b>　　（20 屆）</b></p><p><b>　　搬運(yùn)機(jī)械手設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　誠(chéng)信聲明</b></p><p>　　本人鄭重聲明：本論文及其研究工作是

2、本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下獨(dú)立完成的，在完成論文時(shí)所利用的一切資料均已在參考文獻(xiàn)中列出。</p><p>　　本人簽名： 年 月 日</p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)</b></p><p>　　設(shè)計(jì)題目： 搬運(yùn)機(jī)械手設(shè)計(jì)

3、 </p><p>　　設(shè)計(jì)（論文）的主要任務(wù)及目標(biāo)</p><p>　　介紹機(jī)械手的作用，機(jī)械手的組成和分類(lèi)，說(shuō)明自由度和機(jī)械手整體座標(biāo)的形式。</p><p>　　對(duì)機(jī)械手分別進(jìn)行齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)和軸的設(shè)計(jì)。</p><p>　　在確定動(dòng)力的情況下通過(guò)計(jì)算分析，選擇滿足使用功率的步進(jìn)電機(jī)。</p><p>　　

4、2．設(shè)計(jì)的基本要求和內(nèi)容</p><p>　　1）了解機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方法。</p><p>　　2）完成搬運(yùn)機(jī)械手的設(shè)計(jì)。</p><p>　　3）完成相應(yīng)的工程圖。</p><p>　　4）撰寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。結(jié)構(gòu)完整，層次分明，語(yǔ)言順暢；避免錯(cuò)別字和錯(cuò)誤標(biāo)點(diǎn)符號(hào)；格式符合機(jī)械工程系學(xué)位論文格式的統(tǒng)一要求。</p><p

5、><b>　　3．主要參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]張軍,封志輝.多工步搬運(yùn)機(jī)械手的設(shè)計(jì)[J].機(jī)械設(shè)計(jì),2004:56-128.  </p><p>　　[2]李明.單臂回轉(zhuǎn)機(jī)械手設(shè)計(jì)[J].制造技術(shù)與機(jī)床,2004:108-252. </p><p>　　[3]張展.機(jī)械設(shè)計(jì)通用手冊(cè)[M].機(jī)械工業(yè)出

6、版社，2008:202-308. </p><p>　　[4]聞邦椿.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2010:82-186.</p><p><b>　　4．進(jìn)度安排</b></p><p>　　審核人： 年 月 日</p><p><b>　　

7、搬運(yùn)機(jī)械手</b></p><p>　　摘 要：本設(shè)計(jì)簡(jiǎn)要介紹了搬運(yùn)機(jī)械手的一些基本概念，介紹了搬運(yùn)機(jī)械手各機(jī)械模塊系統(tǒng)的組成及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以及搬運(yùn)機(jī)械手目前在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展前景，并對(duì)機(jī)械手的控制做了簡(jiǎn)單的介紹。同時(shí)，本設(shè)計(jì)對(duì)搬運(yùn)搬運(yùn)機(jī)械手各部分組成進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和相應(yīng)的設(shè)計(jì)計(jì)算，結(jié)合機(jī)械手在實(shí)際生產(chǎn)中的作用，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和介紹了機(jī)械手在工作中的動(dòng)作過(guò)程，確定出了機(jī)械手所采用的坐標(biāo)形式和自由度的

8、個(gè)數(shù)，并且給出了機(jī)械手的部分技術(shù)參數(shù)。本設(shè)計(jì)著重對(duì)搬運(yùn)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)做了詳細(xì)的分析計(jì)算，在搬運(yùn)機(jī)械手的控制部分只簡(jiǎn)單的對(duì)PLC的工作原理和過(guò)程進(jìn)行了闡述，并對(duì)搬運(yùn)機(jī)械手進(jìn)行了PLC梯形圖程序的編寫(xiě)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：搬運(yùn)機(jī)械手，三自由度，圓柱坐標(biāo) </p><p>　　Conveying Manipulator</p><p>　　Abstrac

9、t:The design introduces some basic concepts of conveying manipulator, describes the composition and structure of the mechanical system of the conveying manipulator design, as well as the manipulator for handling the curr

10、ent status and development prospects of both at home and abroad, and robot control is introduced. Meanwhile, the design for handling robot consists of various parts of the structure and corresponding design, combined wit

11、h the robot's role in the actual production system de</p><p>　　Keywords: Conveying manipulator, Three degrees of freedom, The cylindrical coordinates</p><p><b>　　目錄</b></p>

12、<p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1 搬運(yùn)機(jī)械手的現(xiàn)狀及應(yīng)用1</p><p>　　1.2 搬運(yùn)機(jī)械手的組成及分類(lèi)2</p><p>　　2 搬運(yùn)機(jī)械手的總體設(shè)計(jì)要求及手部的設(shè)計(jì)4</p><p>　　2.1 設(shè)計(jì)的總體要求4</p><

13、p>　　2.2 手部的設(shè)計(jì)原理及要求5</p><p>　　2.3 手部的設(shè)計(jì)計(jì)算與校核6</p><p>　　3 手臂的分析與設(shè)計(jì)11</p><p>　　3.1 對(duì)手臂設(shè)計(jì)的基本要求11</p><p>　　3.2 手臂機(jī)構(gòu)的選擇與設(shè)計(jì)12</p><p>　　3.2.1 手臂直線伸縮運(yùn)

14、動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力分析與計(jì)算12</p><p>　　3.2.2 液壓缸工作壓力與結(jié)構(gòu)的確定14</p><p>　　4 機(jī)身的分析與設(shè)計(jì)17</p><p>　　4.1 腰部和基座的設(shè)計(jì)17</p><p>　　4.1.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)17</p><p>　　4.1.2 步進(jìn)電機(jī)的選取18</p&g

15、t;<p>　　4.1.3 軸承的選取22</p><p>　　4.2 機(jī)械傳動(dòng)裝置的選取23</p><p>　　4.2.1 滾珠絲杠的選擇23</p><p>　　4.2.2 諧波齒輪的選擇25</p><p>　　4.2.3 軸的設(shè)計(jì)和聯(lián)軸器的選擇26</p><p>　　5

16、搬運(yùn)機(jī)械手控制系統(tǒng)的概述28</p><p>　　5.1 PLC的組成和工作原理28</p><p>　　5.2 機(jī)械手PLC梯形圖30</p><p><b>　　6 結(jié)論32</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)33</b></p><p><

17、;b>　　致謝34</b></p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1 搬運(yùn)機(jī)械手的現(xiàn)狀及應(yīng)用</p><p>　　工業(yè)機(jī)械手是最近幾十年迅速發(fā)展起來(lái)的一種高科技裝備。它具有通過(guò)計(jì)算機(jī)編程來(lái)完成各種預(yù)期動(dòng)作的特點(diǎn)，尤其體現(xiàn)在仿照人手的智能化和適應(yīng)性方面。并且機(jī)械手在準(zhǔn)確性、效率、適用性等方面

18、有著巨大的提升空間。搬運(yùn)機(jī)械手在現(xiàn)代化的機(jī)械生產(chǎn)過(guò)程中作為一種新興的自動(dòng)化機(jī)械裝置，被廣泛的運(yùn)用到了流水生產(chǎn)線上，機(jī)械手的更新?lián)Q代和制造已經(jīng)在許多高科技鄰域里占有一席之地，是一門(mén)發(fā)展?jié)摿薮蟮臋C(jī)械工程技術(shù)，它的快速發(fā)展的促進(jìn)了機(jī)械生產(chǎn)制造領(lǐng)域的發(fā)展進(jìn)程，機(jī)械手使自動(dòng)化和機(jī)械化兩者充分的結(jié)合，大大的提高了生產(chǎn)制造的效率。雖然機(jī)械手目前還不能實(shí)現(xiàn)非常靈活的工作，但它可以長(zhǎng)時(shí)間的工作和勞動(dòng)，不會(huì)疲勞，不怕危險(xiǎn)，同時(shí)抓舉工件的力氣也比人的力氣大

19、很多，所以，機(jī)械手目前已得到了許多部門(mén)的青睞，并在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中得到了越來(lái)越廣泛地應(yīng)用。</p><p>　　機(jī)械手的主要特點(diǎn) (1）對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性非常強(qiáng)，能夠代替人類(lèi)在危險(xiǎn)、高溫，高壓的環(huán)境中工作。(2)機(jī)械手長(zhǎng)時(shí)間工作、不會(huì)疲勞，可以代替人從事繁重單調(diào)的勞動(dòng)。 (3）機(jī)械手的工作和重復(fù)定位能力比較強(qiáng)，比較精確，所以可以穩(wěn)定和提高產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率。 (4）機(jī)械手通用性比較強(qiáng)，靈活性也不錯(cuò)，能在生產(chǎn)制造的

20、過(guò)程中很好的適應(yīng)不同產(chǎn)品類(lèi)型的不斷變化，從而滿足柔性生產(chǎn)的需求。 5)采用機(jī)械手可以明顯的提高工廠的生產(chǎn)效率，減少了工廠使用的勞動(dòng)力，大大降低了勞動(dòng)成本。</p><p>　　目前，國(guó)外已經(jīng)研發(fā)出了有觸覺(jué)和視覺(jué)功能的機(jī)械手。第二代機(jī)械手也即將問(wèn)世。它們都通過(guò)微型電子計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)控制。國(guó)外所研制的機(jī)械手都安裝了傳感器，通過(guò)傳感器能把外界感應(yīng)到的信號(hào)準(zhǔn)確的反饋到控制系統(tǒng)，使機(jī)械手具有感覺(jué)的能力。目前，國(guó)外也已經(jīng)出現(xiàn)了

21、第三代的自動(dòng)化機(jī)械手，它能自行地完成工作中遇到的各種任務(wù)，同時(shí)它還與電子計(jì)算機(jī)設(shè)備有著著密切的聯(lián)系，并且在不斷的完善中，使其逐漸發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng)（FMS）和柔性制造單元（FMC）中重要的一環(huán)。目前工業(yè)上對(duì)零部件的精度要求越來(lái)越高并且不再要求機(jī)械手能適應(yīng)各種各樣的工作環(huán)境，所以對(duì)機(jī)械手的性能也就隨之提高。特別是搬運(yùn)機(jī)械手，它對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的集中控制起了十分重要的作用。</p><p>　　在重工業(yè)方面例如鋼鐵、制鋁

22、，等高溫而又危險(xiǎn)等重體力行業(yè)中，就要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。為了提高人身安全以及對(duì)工作效率的保證，更重要的是對(duì)于高重量，件數(shù)少，速度慢和人工不能勝任的地方更要要機(jī)械手的幫助。  在輕工業(yè)方面機(jī)械手主要是用于運(yùn)輸大批量的工件，這種行業(yè)的特點(diǎn)是，體積小，件數(shù)多，在這種加工生產(chǎn)線，自動(dòng)線上人力會(huì)疲勞而機(jī)械手可以一直工作下去，它在加工廠里面也有很大的應(yīng)用，例如上下料。進(jìn)一步在程序控制，自動(dòng)化反饋等方面已經(jīng)成為一個(gè)重要分支。</

23、p><p>　　所以在生產(chǎn)自動(dòng)化的進(jìn)程中，機(jī)械手在現(xiàn)代工業(yè)應(yīng)用中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用,大大地改善了工人的勞動(dòng)環(huán)境,顯著的提高了工廠的勞動(dòng)生產(chǎn)率,大大的推進(jìn)了現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化的進(jìn)程。</p><p>　　1.2 搬運(yùn)機(jī)械手的組成及分類(lèi)</p><p>　　機(jī)械手主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)以及控制系統(tǒng)三大部分組成。其組成和實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下圖：</p>

24、<p><b>　　（1）執(zhí)行機(jī)構(gòu)</b></p><p>　　( 如圖1.1所示 ) </p><p>　　圖1.1 執(zhí)行機(jī)構(gòu)圖</p><p><b>　　手部</b></p><p>　　手臂的前端裝著手部。轉(zhuǎn)動(dòng)軸安裝在手臂內(nèi)部，通過(guò)驅(qū)動(dòng)裝置把動(dòng)力傳給手腕，從而實(shí)現(xiàn)手部的各種動(dòng)作。

25、根據(jù)被夾持工件的外形和大小，通常機(jī)械手的手部會(huì)有不同型號(hào)和尺寸的夾持器，從而滿足不同情況下的動(dòng)作。</p><p><b>　　手臂</b></p><p>　　手臂有無(wú)關(guān)節(jié)和有關(guān)節(jié)手臂之分。</p><p>　　手臂作為手部和基座的連接與傳動(dòng)的部件，通常將動(dòng)力傳到手部，使手部完成抓取工件的動(dòng)作，并將工件放到預(yù)先設(shè)定的位置。工業(yè)上的搬運(yùn)機(jī)械手的

26、支撐桿一般是由驅(qū)動(dòng)手臂運(yùn)動(dòng)的部件與動(dòng)力源(如液壓、氣壓或電機(jī)等)相組裝，用來(lái)完成機(jī)械手手臂的各種各樣的復(fù)雜動(dòng)作。在第三章會(huì)對(duì)它進(jìn)行詳細(xì)的參數(shù)計(jì)算，以保證它能支撐旋轉(zhuǎn)式機(jī)械手要抓取的工件所受的重量，不會(huì)因工件重量過(guò)大而折斷。</p><p>　　本課題所設(shè)計(jì)搬運(yùn)機(jī)械手，手臂能完成上升、下降、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)和前伸、后退三個(gè)方向上的運(yùn)動(dòng)，且都通過(guò)行程開(kāi)關(guān)來(lái)控制來(lái)滿足定位的需求。</p><p>&l

27、t;b>　?。?） 驅(qū)動(dòng)裝置</b></p><p>　　驅(qū)動(dòng)裝置主要有氣動(dòng)裝置、液壓裝置、電氣驅(qū)動(dòng)和機(jī)械驅(qū)動(dòng)裝置四種。其中液壓和氣動(dòng)裝置使用的最多，電動(dòng)、機(jī)械驅(qū)動(dòng)較復(fù)雜，所以用的較少。</p><p>　　液壓裝置由油缸、油泵、油箱和閥門(mén)等裝置組成。液壓驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是出力大、體積小，能實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速和自鎖，可以停止在任意的位置。缺點(diǎn)是需要配備壓力源，系統(tǒng)復(fù)雜成本比較高。&l

28、t;/p><p>　　氣壓驅(qū)動(dòng)由氣壓馬達(dá)、氣壓缸、氣閥等裝置組成。它的優(yōu)點(diǎn)是集氣簡(jiǎn)單，所需費(fèi)用少。缺點(diǎn)是發(fā)出的動(dòng)力較小，只有兩種位置的動(dòng)作，不能在中間位置停止，而且產(chǎn)生的噪音較大，裝置維護(hù)難度較大。</p><p>　　本課題設(shè)計(jì)的機(jī)械手，主要通過(guò)液壓裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)手臂的伸縮和夾緊、放松；通過(guò)絲杠螺母來(lái)實(shí)現(xiàn)手臂的上升和下降，通過(guò)步進(jìn)電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)手臂向左、向右方向的旋轉(zhuǎn)。</p><

29、;p><b>　?。?） 控制系統(tǒng)</b></p><p>　　機(jī)械手控制系統(tǒng)主要是由到達(dá)位置、工作順序、動(dòng)作時(shí)間和加速度等要素構(gòu)成的。機(jī)械手控制系統(tǒng)通常采用數(shù)字順序控制。</p><p>　　目前，機(jī)械手一般分為三種：第一種是不需要手動(dòng)操作的通用機(jī)械手。第二種是需要手動(dòng)才能操作的，稱(chēng)為操作機(jī)。第三種是用專(zhuān)用機(jī)械手。在國(guó)外，主要是搞第一類(lèi)通用機(jī)械手，國(guó)外稱(chēng)為機(jī)器

30、人。本設(shè)計(jì)的機(jī)械手屬于第三類(lèi)機(jī)械手。</p><p>　　2 搬運(yùn)機(jī)械手的總體設(shè)計(jì)要求及手部的設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1 設(shè)計(jì)的總體要求</p><p>　　設(shè)計(jì)通用圓柱坐標(biāo)系機(jī)械手及簡(jiǎn)介控制原理。設(shè)計(jì)中的搬運(yùn)機(jī)械手每個(gè)方向的動(dòng)作由電機(jī)和液壓缸進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，并通過(guò)行程開(kāi)關(guān)來(lái)控制，技術(shù)指標(biāo)如下：</p><p>　　抓取重量：30N~10

31、0N</p><p>　　自由度（三個(gè)自由度）如下表2.1</p><p><b>　　表2.1 自由度</b></p><p>　　手指夾持范圍：棒料，直徑50~60mm，長(zhǎng)度60~80mm</p><p><b>　　定位精度：±3mm</b></p><p>

32、;<b>　　控制方式：PLC</b></p><p>　　圖2.1為機(jī)械手的整體示意圖，</p><p>　　圖2.1 為機(jī)械手的整體示意圖</p><p>　　2.2 手部的設(shè)計(jì)原理及要求</p><p><b>　　對(duì)手部設(shè)計(jì)的要求：</b></p><p>　?。?/p>

33、1）有適當(dāng)?shù)膴A緊力和自鎖能力</p><p>　　在進(jìn)行工作的時(shí)候，機(jī)械手的手部應(yīng)該具有適當(dāng)?shù)膴A緊力，從而能夠更好的夾緊被加工工件，并且保證不會(huì)損壞到棒料的已加工表面。為防止出現(xiàn)棒料的掉落和意外事故的發(fā)生，手部夾持裝置應(yīng)該有自鎖功能。</p><p>　　（2）手部應(yīng)該力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕，體積小</p><p>　　機(jī)械手腕部的最前邊是手部，在工作時(shí)，手部有不同的

34、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，所以它的結(jié)構(gòu)、體積和重量會(huì)直接影響到整個(gè)機(jī)械手的工作狀況、定位精度以及運(yùn)動(dòng)速度等特性。因此，所設(shè)計(jì)機(jī)械手的手部，應(yīng)該有較輕的重量，較小的體積和簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)。</p><p>　?。?）手部需要有足夠的開(kāi)閉范圍</p><p>　　對(duì)于機(jī)械手手部來(lái)說(shuō)，它需要有足夠的開(kāi)閉范圍抓取物體。因此，手指開(kāi)閉的范圍要求與工件的尺寸和形狀，手指的形狀和尺寸等許多因素有關(guān)，一般而言，在工作環(huán)境的許可

35、下，開(kāi)閉的范圍大一些較好，如圖2.2所示。</p><p>　　圖2.2 機(jī)械手夾持機(jī)構(gòu)原理圖</p><p>　　2.3 手部的設(shè)計(jì)計(jì)算與校核</p><p>　　(1)對(duì)夾持裝置的基本結(jié)構(gòu)作受力分析</p><p>　　設(shè)計(jì)手部主要是根據(jù)手部加在工件上的夾緊力，對(duì)于其夾緊力的方向、大小和作用位置都必須進(jìn)行詳細(xì)的分析、計(jì)算。一般而言，加

36、緊力必須克服工件自身的重力所產(chǎn)生的靜載荷（慣性力或慣性力矩）以使工件處在穩(wěn)定的加緊狀態(tài)。</p><p>　　下面對(duì)夾持裝置的基本結(jié)構(gòu)作受力分析：如圖2.3所示， </p><p>　　圖2.3 夾持裝置的手部結(jié)構(gòu)及受力分析</p><p>　　1——手指 ，2——銷(xiāo)軸 ，3

37、——杠桿</p><p>　　通過(guò)杠桿3的作用，銷(xiāo)軸2產(chǎn)生向上的拉力為F，同時(shí)經(jīng)過(guò)銷(xiāo)軸的中心O點(diǎn)，兩手指1的滑槽對(duì)銷(xiāo)軸所產(chǎn)生的反作用力分別為 和 ，其力的方向垂直于滑槽的中心線 與 并指向 點(diǎn)，交 和 的延長(zhǎng)線于A和B。</p><p>　　由 =0，得 = ；</p><p><b>　　由 =0，得 = </b></p>&l

38、t;p><b>　　=- </b></p><p><b>　　由 ,得 = </b></p><p><b>　　h= ，</b></p><p>　　則 =2b （式2.1）</p><p>　　其中，a——手指的回轉(zhuǎn)支點(diǎn)到對(duì)稱(chēng)中心的距離；

39、</p><p>　　——夾緊工件時(shí)手指滑槽的方向與兩個(gè)回轉(zhuǎn)支點(diǎn)之間的夾角。</p><p>　　綜上所述可知，當(dāng)驅(qū)動(dòng)力F的數(shù)值一定，α角增大時(shí)，所需的握緊力 也隨之增大，但是α角如果過(guò)大，則會(huì)導(dǎo)致拉桿行程太大，以及手部的結(jié)構(gòu)增大，故，最好 為 .</p><p>　　則，手指對(duì)工件的夾緊力的計(jì)算公式為： G, （式2.2）</p><p>

40、　　式中， ——安全系數(shù)，通常取1.2—2.0；</p><p>　　——工作情況系數(shù)，主要是為了考慮到慣性力的影響，可近似的估計(jì)為， =1+b/a； （式2.3）</p><p>　　其中，a為重力方向的最大加速度；a= ，</p><p>　　——運(yùn)載時(shí)工件最大的上升速

41、度；</p><p>　　t ——系統(tǒng)達(dá)到最高速度所用的時(shí)間，通常取0.03—0.5s；</p><p>　　——方位系數(shù)，通過(guò)工件位置與手指的不同來(lái)選??；</p><p>　　G——被抓取工件所受的重力（N）。</p><p><b>　　(2)液壓缸的選取</b></p><p>　　表2.2

42、 液壓缸的工作壓力</p><p>　　設(shè)a=50mm，b=100mm， ；機(jī)械手的響應(yīng)時(shí)間t為0.5s，則</p><p><b>　　取 =1.5，</b></p><p>　　1+b/a=1+0.1/（0.5×9.8）=1.02</p><p><b>　　=0.5</b><

43、/p><p><b>　　將已知條件帶入：</b></p><p>　　得， =1.5×1.02×0.5×588N=449.8</p><p><b>　　根據(jù)驅(qū)動(dòng)力公式得：</b></p><p>　　=2×100×（ /50=1378N</p&

44、gt;<p><b>　　取η=0.85，</b></p><p>　　= /η=1378/0.85=1621N</p><p><b>　　確定液壓缸的直徑D</b></p><p>　　選取活塞桿直徑d=0.5D，選擇液壓缸壓力油工作壓力P=0.8—1MPa，</p><p>&l

45、t;b>　　則</b></p><p><b>　　（式2.4）</b></p><p>　　查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得，選取液壓缸內(nèi)徑為：D=63mm，</p><p>　　則活塞桿內(nèi)徑為：d=63 0.5=31.5mm，取整，選d=32mm。</p><p>　?。?）手爪夾持范圍計(jì)算</p>

46、<p>　　為了能夠使手爪能張開(kāi)的角度達(dá)到 ，活塞桿伸縮的長(zhǎng)度達(dá)到36mm，手指的長(zhǎng)度達(dá)到90mm，如下圖2.4所示，</p><p>　　當(dāng)手指閉合時(shí)，通過(guò)機(jī)構(gòu)的所處狀態(tài)設(shè)計(jì)出它的最小夾持半徑 =40，當(dāng)張角達(dá)到 時(shí)，最大夾持半徑 可取80mm。</p><p>　　所以機(jī)械手的夾持半徑為40—80mm。</p><p>　　圖2.4 手爪張開(kāi)示意圖&

47、lt;/p><p>　　（4）機(jī)械手手爪夾持精度的分析</p><p>　　機(jī)械手的精度設(shè)計(jì)要求對(duì)工件要能準(zhǔn)確定位且精度較高，有較小的重復(fù)定位誤差和良好的運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性，并且有足夠的抓取能力。</p><p>　　機(jī)械手能否準(zhǔn)確的夾持工件以及能否把工件放到指定的位置，不僅僅是取決于機(jī)械手的定位精度，同時(shí)也與機(jī)械手夾持誤差的大小有關(guān)。尤其是在不同的品種或小批量的生產(chǎn)中，為了能

48、夠保證對(duì)不同工件的抓取，必須要對(duì)機(jī)械手的夾持誤差進(jìn)行分析。</p><p>　　圖2.5 手爪夾持誤差分析示意圖</p><p>　　本設(shè)計(jì)針對(duì)棒料型工件來(lái)對(duì)搬運(yùn)機(jī)械手的夾持誤差精度進(jìn)行分析，機(jī)械手設(shè)定的夾持范圍為40—80mm，且一般的夾持誤差上下浮動(dòng)不超過(guò)2mm。分析過(guò)程如下：</p><p>　　所夾持工件的平均半徑為： =（50+80）/2=65mm，&l

49、t;/p><p>　　手指的長(zhǎng)度ｌ=60mm，設(shè)V型夾角 ，偏轉(zhuǎn)角 按照最佳的偏轉(zhuǎn)角來(lái)確定：</p><p>　　經(jīng)查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)并計(jì)算得 ，</p><p><b>　　當(dāng) 時(shí)帶入得，</b></p><p><b>　?。ㄊ?.5）</b></p><p>　　故，夾持誤差

50、滿足設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　3 手臂的分析與設(shè)計(jì)</p><p>　　手臂是介于手部和機(jī)身之間的部分。它的主要作用是支撐手部和所夾持工件并使它們完成指定的動(dòng)作。手臂的動(dòng)作應(yīng)該包括3個(gè)方面的運(yùn)動(dòng)：升降、伸縮和旋轉(zhuǎn)。通常手臂的升降和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)在機(jī)身處，所以手臂伸縮運(yùn)動(dòng)的介紹是本章的重點(diǎn)。</p><p>　　手臂運(yùn)動(dòng)的作用主要是：把手部所夾持的工件移動(dòng)到預(yù)先

51、指定的位置上，手臂的每個(gè)運(yùn)動(dòng)都要依靠各種驅(qū)動(dòng)裝置來(lái)提供動(dòng)力，通過(guò)分析手臂的受力情況，可知它在工作中所受到的載荷和自身的動(dòng)作較復(fù)雜。所以，在設(shè)計(jì)機(jī)械手臂時(shí)，必須考慮它的機(jī)械結(jié)構(gòu)、工作范圍和工作環(huán)境等情況。</p><p>　　3.1 對(duì)手臂設(shè)計(jì)的基本要求</p><p>　?。?）手臂應(yīng)承載能力大、自重輕、剛度好</p><p>　?、俑鶕?jù)受力的情況，合理的選擇輪廓

52、尺寸和截面形狀；</p><p>　?、诤侠聿贾米饔昧Φ姆较蚺c位置；</p><p>　?、厶岣咧蝿偠群秃侠磉x擇各支撐點(diǎn)的位置；</p><p><b>　?、芴岣吲浜系木龋?lt;/b></p><p><b>　　合理簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)。</b></p><p>　?。?）手臂的運(yùn)動(dòng)

53、速度要高，但慣性要小</p><p>　　機(jī)械手手臂的運(yùn)動(dòng)速度是機(jī)械手的主要參數(shù)之一，它能夠反映出一個(gè)機(jī)械手的工作能力。對(duì)運(yùn)動(dòng)速度較快的機(jī)械手來(lái)說(shuō)，其最大的運(yùn)動(dòng)速度應(yīng)在1000—1600mm/s，最大的回轉(zhuǎn)角度應(yīng)在 /s內(nèi)，大部分手臂的平均移動(dòng)速度為1000mm/s，平均的回轉(zhuǎn)角速度為 /s。當(dāng)機(jī)械手的回轉(zhuǎn)速度與移動(dòng)速度確定時(shí)，最簡(jiǎn)單，最可行的辦法就是，在保證強(qiáng)度的情況下，采用輕質(zhì)材料從而減輕自身的重量。所以，設(shè)

54、計(jì)出的機(jī)械手手臂要盡可能的輕。其中，減小慣量的三個(gè)途徑分別為：</p><p>　?、僭诒ＷC手臂強(qiáng)度的條件下使用輕質(zhì)材料，從而減輕運(yùn)動(dòng)件的自身重量；</p><p>　?、跍p小機(jī)械手臂運(yùn)動(dòng)件的輪廓尺寸；</p><p>　?、圯^小回轉(zhuǎn)的半徑 ，在設(shè)計(jì)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)順序是要先收縮再旋轉(zhuǎn)，盡可能的在減小前伸量的情況下進(jìn)行回轉(zhuǎn)動(dòng)作。</p><p>

55、　?、茯?qū)動(dòng)系統(tǒng)中設(shè)置緩沖裝置。</p><p>　?。?）手臂的動(dòng)作應(yīng)該簡(jiǎn)單靈活</p><p>　　用滾動(dòng)摩擦來(lái)替代滑動(dòng)摩擦，從而減小運(yùn)動(dòng)時(shí)手臂所受到的阻力。對(duì)于懸臂式機(jī)械手上的各個(gè)零部件應(yīng)該合理分布，使機(jī)械手的重量均勻分配，從而減少對(duì)升降支撐軸線上的偏心力矩，保證機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性，尤其是要避免在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中發(fā)生卡死。所以，必須通過(guò)計(jì)算，使其不能自鎖。</p><p&

56、gt;　　3.2 手臂機(jī)構(gòu)的選擇與設(shè)計(jì)</p><p>　　（1）手臂的典型運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)</p><p>　　常見(jiàn)的手臂伸縮機(jī)構(gòu)有：</p><p>　?、匐p導(dǎo)桿的手臂伸縮機(jī)構(gòu)；</p><p>　?、陔p活塞桿液壓缸的機(jī)構(gòu)；</p><p>　　③活塞桿和齒輪齒條的結(jié)構(gòu)。</p><p>　?。?

57、）手臂運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇</p><p>　　通過(guò)分析和充分的考慮，該機(jī)械手手臂選用雙導(dǎo)桿伸縮的結(jié)構(gòu)，采用液壓驅(qū)動(dòng)裝置，液壓缸選擇雙作用液壓缸。</p><p>　　3.2.1 手臂直線伸縮運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力分析與計(jì)算</p><p>　　先進(jìn)行簡(jiǎn)單的類(lèi)比和估算，根據(jù)運(yùn)動(dòng)的參數(shù)對(duì)有關(guān)機(jī)構(gòu)的尺寸進(jìn)行的確定，然后進(jìn)行校核計(jì)算，修正計(jì)算，得出最終的結(jié)構(gòu)。</p>&

58、lt;p>　　在伸縮運(yùn)動(dòng)時(shí)，雙作用液壓缸的驅(qū)動(dòng)力主要是用來(lái)克服運(yùn)動(dòng)中所受到摩擦力、慣性力等幾其它的阻力，則雙作用液壓缸所需的驅(qū)動(dòng)力應(yīng)該為：</p><p><b>　　（式3.1）</b></p><p>　?。?）手臂摩擦力的分析與計(jì)算</p><p>　　每種機(jī)械結(jié)構(gòu)和每種導(dǎo)向橫截面的形狀，它們所受的摩擦力是各不相同的，所以要依據(jù)具體

59、的情況估計(jì)一個(gè)值，圖3.1是機(jī)械手手臂的受力示意圖。</p><p>　　圖3.1 是機(jī)械手手臂的受力示意圖</p><p>　　因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)分配比較對(duì)稱(chēng)，所以兩個(gè)導(dǎo)向桿受到的作用力近似相等，故先計(jì)算一個(gè)桿上的受力， （式3.2）</p><p><b>　?。ㄊ?.3）<

60、/b></p><p><b>　?。ㄊ?.4）</b></p><p>　　得， </p><p><b>　?。ㄊ?.5）</b></p><p><b>　　（式3.6）</b></p><p>　　得， &

61、lt;/p><p>　　故， （式3.7）</p><p>　　式中， ——參與運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)所受的總重力（N）</p><p>　　L——所有機(jī)械結(jié)構(gòu)和手臂總重量的重心與導(dǎo)向支撐的最前端之間的距離（m）：</p><p>　　a——導(dǎo)向支撐的長(zhǎng)度（m）;</p>

62、<p>　　——當(dāng)量摩擦系數(shù)，其大小與支撐的橫截面積有關(guān)。</p><p>　　導(dǎo)向桿選取鋼為材料，導(dǎo)向的支撐部件選取鋁型材 =0.19×1.5=0.285， =1050N，L=1.56-0.25=1.31m，導(dǎo)向支撐a的選取為0.18m，</p><p>　　將相關(guān)數(shù)據(jù)帶入計(jì)算得，</p><p><b>　?、偈直蹜T性力的計(jì)算&

63、lt;/b></p><p>　　該設(shè)計(jì)要求手臂平動(dòng)V=5m/min，則，在計(jì)算慣性力時(shí)，設(shè)置啟動(dòng)時(shí)間 啟動(dòng)速度 =V=0.083m/s，</p><p><b>　?。ㄊ?.8）</b></p><p><b>　　=45.5N</b></p><p>　　②密封裝置的摩擦阻力</p&

64、gt;<p>　　每一種密封圈所受到的摩擦力都不一樣，在設(shè)計(jì)手臂時(shí)，我們選取了O型密封圈，當(dāng)雙作用液壓缸的工作壓力 10MPa時(shí)，液壓缸上密封圈處所受到的摩擦力近似為： =0.03F。</p><p>　　經(jīng)過(guò)上述分析計(jì)算后，最終得出液壓缸所需要的驅(qū)動(dòng)力為：</p><p>　　F=0.03F =6210N （式3.9）</p><

65、;p>　　3.2.2 液壓缸工作壓力與結(jié)構(gòu)的確定</p><p>　　通過(guò)上述分析，最終得出液壓缸所需要的驅(qū)動(dòng)力F=6180N，通過(guò)查詢機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)后，選取雙作用液壓缸的工作壓力為：P=2MPa。</p><p>　　（1）確定液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸:</p><p>　　圖3.2為雙作用液壓缸的示意圖， </p><p>　　圖3

66、.2 雙作用液壓缸的示意圖</p><p>　　當(dāng)油進(jìn)入無(wú)桿腔時(shí)， </p><p>　　/4， （式3.10）</p><p><b>　　當(dāng)油進(jìn)入有桿腔時(shí)，</b></p><p>　　， （式3.11）</p>

67、<p>　　則，液壓缸的有效面積為：</p><p>　　S=F/ ， （式3.12）</p><p>　　故有， </p><p>　　(無(wú)桿腔) （式3.13）</p><p>　?。ㄓ袟U腔） (式3.14)</p><p>　　由F=6210N， =2 Pa

68、，選擇的機(jī)械效率為 =0.95，</p><p>　　將相關(guān)數(shù)據(jù)帶入后得：</p><p><b>　　（式3.15）</b></p><p>　　根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)中標(biāo)準(zhǔn)液壓缸內(nèi)徑系列表，選擇D=80mm。</p><p>　?。?）液壓缸外徑的設(shè)計(jì)</p><p>　　根據(jù)裝配及其他方面的因素，

69、考慮到液壓缸的壁厚在7.5mm，所以，該液壓缸的外徑為77mm。</p><p>　?。?）活塞桿的計(jì)算與校核</p><p>　　活塞桿的尺寸要滿足活塞運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)度要求，對(duì)于桿長(zhǎng)L為直徑d的15倍及以上的活塞桿還應(yīng)該有足夠的穩(wěn)定性。</p><p>　　按照直桿拉、壓強(qiáng)度計(jì)算：</p><p><b>　?。ㄊ?.16）</b

70、></p><p>　　即 ， （式3.17）</p><p>　　本設(shè)計(jì)中的活塞桿選取材料為鋼，故 =100MPa，經(jīng)初步計(jì)算，取d=18mm，L=1360mm，由于L 15d，則需校核其穩(wěn)定性。</p><p><b>　　穩(wěn)定的性條件是 ,</b></p&g

71、t;<p>　　式中 為臨界力； 為安全系數(shù)，一般取2—4。</p><p><b>　　其中 ,</b></p><p>　　式中，E是活塞桿的彈性模量，一般取 MPa；S是活塞桿的橫截面積； 是活塞桿的柔度系數(shù)，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得，取85。</p><p><b>　　故可計(jì)算得 ，則 </b></p

72、><p>　　所以，活塞桿有足夠的穩(wěn)定性！</p><p>　　4 機(jī)身的分析與設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1 腰部和基座的設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　通過(guò)安裝在支座上的步進(jìn)電機(jī)和諧波齒輪直接驅(qū)動(dòng)帶動(dòng)機(jī)座轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)安裝在頂部的步進(jìn)電機(jī)和聯(lián)軸器帶動(dòng)滾珠

73、絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)手臂的上下移動(dòng)。在絲杠的兩邊裝有兩根導(dǎo)向軸，既保證了機(jī)械手手臂能夠隨機(jī)座一起轉(zhuǎn)動(dòng)，又能保證實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)的升降運(yùn)動(dòng)。導(dǎo)向軸選用鋼材，從而在減小重量的同時(shí)節(jié)省成本，其設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如下圖2-10。</p><p>　　1——底座，2——步進(jìn)電機(jī)，3——齒輪，4——基座</p><p>　　5——支架，6——滾珠絲杠，7——導(dǎo)向柱，8——聯(lián)軸器</p><p>　　圖4

74、.1 腰部和基座結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　1——底座，2——步進(jìn)電機(jī)，3——圓錐滾子軸承，4——帶，5——外殼</p><p>　　6——行程開(kāi)關(guān)，7——柔輪，8——波發(fā)生器，9——?jiǎng)傒?lt;/p><p>　　圖4.2 環(huán)形軸承的機(jī)器人機(jī)座</p><p>　　4.1.2 步進(jìn)電機(jī)的選取</p><p>　　步進(jìn)

75、電機(jī)是一種將電脈沖信號(hào)變換成為相應(yīng)的角位移或者制線位移的機(jī)電執(zhí)行元件。在正常使用的情況下，每當(dāng)輸入一個(gè)電脈沖，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，前進(jìn)一步。沒(méi)輸入一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)步距角，因此，這種電動(dòng)機(jī)就稱(chēng)為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。又因?yàn)樗斎氲募炔皇钦医涣麟?，也不是恒定的直流電，而是電脈沖信號(hào)，所以被叫做脈沖電動(dòng)機(jī)。步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速、角位移與脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)成正比，負(fù)載變化對(duì)它沒(méi)有影響，步進(jìn)電機(jī)按照脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)動(dòng)相應(yīng)的角度被稱(chēng)為“步距角”也被

76、叫做步距，步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角的角度是固定不變的，它的大小與繞組的相數(shù)、轉(zhuǎn)子的齒數(shù)和通電方式有關(guān)系。目前我國(guó)步進(jìn)進(jìn)電機(jī)步劇角為0.36到90給幾個(gè)脈沖信號(hào)走相應(yīng)的角度。因此人們通常是通過(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移角度，進(jìn)而達(dá)到目的的準(zhǔn)確定位；同時(shí)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度也可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)速。</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)是一種感應(yīng)電機(jī)，它有單相輪流通電、雙向輪流通電和單雙向輪流通電等方式

77、。定子繞組每改變一次通電方式，稱(chēng)為一拍?！皢巍笔侵该看吻袚Q前后只有一組繞組通電；“雙”是指每次有兩相繞組通電。步進(jìn)電機(jī)是動(dòng)力源，是機(jī)電一體化很重要的部件，在各種自動(dòng)化控制系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用。隨著現(xiàn)代化電子元器件的微小化和計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，步進(jìn)電機(jī)的需求量與日俱增，在各個(gè)行業(yè)的經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域應(yīng)用都非常廣。</p><p>　　搬運(yùn)機(jī)械手在升降和旋轉(zhuǎn)方向的運(yùn)動(dòng)均由步進(jìn)電機(jī)提供動(dòng)力，為了有根據(jù)的選取合適的步進(jìn)電機(jī)作為動(dòng)力源

78、，對(duì)不同的驅(qū)動(dòng)方式進(jìn)行詳細(xì)的對(duì)比，通過(guò)對(duì)比，可以得出，用步進(jìn)電機(jī)作為動(dòng)力源有許多的有點(diǎn)。如方便進(jìn)行控制，定位比較精確，可通過(guò)編程進(jìn)行重復(fù)動(dòng)作等，接下來(lái)就開(kāi)始選擇步進(jìn)電機(jī)的型號(hào)。</p><p>　　初步選擇的電機(jī)為BF反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)，型號(hào)為：90BF001。下表4.2為它的一些詳細(xì)的參數(shù)：</p><p>　　表4.2 電機(jī)參數(shù)表</p><p>　　（1）傳動(dòng)系

79、統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算</p><p>　　每個(gè)傳動(dòng)的就夠都折算到步進(jìn)電機(jī)軸上所得的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，就是傳動(dòng)系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。</p><p>　?、匐姍C(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的折算</p><p>　　查表得出，=1.764㎏?cm2</p><p>　　②聯(lián)軸器轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的折算</p><p><b>　?。ㄊ?.1）<

80、;/b></p><p>　　其中： D是圓柱體的直徑（cm）, 是圓柱的質(zhì)量（Kg），L是圓柱體的長(zhǎng)度。</p><p>　　對(duì)于鋼材，材料密度為,把數(shù)據(jù)代入上式得：</p><p>　?、蹪L珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的折算</p><p>　　查表可知，滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為0.94 ?cm2/m，又因?yàn)闈L珠絲杠的長(zhǎng)度L＝380mm，所以滾珠絲杠

81、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為=0.94×0.38=0.357 ?cm2； </p><p>　?、苁直坜D(zhuǎn)動(dòng)慣量的折算</p><p>　　因?yàn)楣ぷ髋_(tái)是可以移動(dòng)的，所有它的移動(dòng)使的慣量必須折算到滾珠絲杠的軸上，則其折算后的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可按下式進(jìn)行計(jì)算： （式4.2） </p><p>　　其中，是滾珠絲杠的導(dǎo)程（cm）；是工作臺(tái)的質(zhì)量（kg）。

82、</p><p><b>　　所以：</b></p><p>　?、菹到y(tǒng)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算</p><p><b>　?。?）驗(yàn)算矩頻特性</b></p><p>　　步進(jìn)電機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩就是指電機(jī)的定位轉(zhuǎn)矩，查表得，。步進(jìn)電機(jī)的名義啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩與最大靜轉(zhuǎn)矩的關(guān)系為：</p><p&g

83、t;　?。ㄊ?.3） </p><p>　　查表得，＝0.707。所以，</p><p>　　所以步進(jìn)電機(jī)所需要的空載啟動(dòng)力矩的計(jì)算如下：</p><p><b>　?。ㄊ?.4） </b></p><p>　　式中：是空載時(shí)的啟動(dòng)力矩（N?cm）；為空載啟動(dòng)時(shí)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)從靜止提速到最大快進(jìn)速度，

84、折算到步進(jìn)電機(jī)軸上的加速力矩（N?cm）；為空載時(shí)折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩（N?cm）； </p><p>　　有關(guān)的各項(xiàng)力矩值計(jì)算如下：</p><p><b>　?、偌铀倭?lt;/b></p><p><b>　　（式4.5）</b></p><p><b>　?。ㄊ?.6）</b

85、></p><p><b>　?。ㄊ?.7）</b></p><p><b>　　空載摩擦力矩</b></p><p>　?。ㄊ?.8） </p><p><b>　　其中：?。?.8 </b></p><p>

86、<b>　　附加摩擦力矩</b></p><p>　?。ㄊ?.9） </p><p>　　其中：是未預(yù)緊時(shí)滾珠絲杠傳動(dòng)的效率，故?。?.96。</p><p>　　所以，步進(jìn)電機(jī)所需空載啟動(dòng)力矩：</p><p><b>　?。ㄊ?.10）</b></p>

87、<p>　　初選電機(jī)型號(hào)時(shí)應(yīng)該滿足步進(jìn)電機(jī)所需要的空載啟動(dòng)力矩小于等于步進(jìn)電機(jī)的名義啟動(dòng)力矩，即 </p><p>　　從上式可知電機(jī)初步滿足要求。</p><p>　?。?）啟動(dòng)矩頻特性校核</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)的啟動(dòng)一般分為突跳啟動(dòng)和升速啟動(dòng)兩種。突跳啟動(dòng)使用較少。升速啟動(dòng)就是步進(jìn)電機(jī)從速度為零開(kāi)始慢慢加

88、速，在速度為零時(shí)，他的啟動(dòng)頻率也是零。并且在一定的時(shí)間里，根據(jù)一定的加速規(guī)律進(jìn)行加速。當(dāng)啟動(dòng)完成時(shí)，步進(jìn)電機(jī)的速度也就達(dá)到了最高。</p><p>　　查表得，步進(jìn)電機(jī)150BF002的啟動(dòng)頻率為</p><p><b>　　，</b></p><p>　　所以所選用的電機(jī)不會(huì)丟步。</p><p>　　（4）運(yùn)行矩頻特

89、性校核</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)的最高快進(jìn)運(yùn)行頻率可按下式計(jì)算：</p><p>　?。ㄊ?.11） </p><p>　　式中：為運(yùn)動(dòng)部件最大快進(jìn)速度。算得。</p><p>　　快進(jìn)力矩的計(jì)算公式：</p><p>　?。ㄊ?.12） <

90、;/p><p><b>　　帶入數(shù)值得：</b></p><p><b>　　。</b></p><p>　　查運(yùn)行矩頻特性圖，可得：</p><p>　　快進(jìn)力矩＝對(duì)應(yīng)的允許快進(jìn)頻率；</p><p>　　所以,所用的電機(jī)都滿足快速進(jìn)給運(yùn)行矩頻特性要求。</p>

91、<p>　　經(jīng)過(guò)上邊的計(jì)算與分析，本設(shè)計(jì)選取的步進(jìn)電機(jī)90BF001是適合使用的，能完成所需要的動(dòng)作過(guò)程。</p><p>　　4.1.3 軸承的選取</p><p>　?。?）基座的支撐部件選用環(huán)形軸承，它相比其它軸承的特點(diǎn)是：直徑較大但寬度較小，而且精度也比較高，剛度較大、既能承受徑向力和軸向又能承受傾覆力矩。</p><p>　?。?）圓錐滾子軸承

92、安裝在滾珠絲杠的下面，它的型號(hào)為30204，具體的參數(shù)如下：</p><p>　　表4.3 軸承參數(shù)表</p><p>　　4.2 機(jī)械傳動(dòng)裝置的選取</p><p>　　4.2.1 滾珠絲杠的選擇</p><p>　　假設(shè)滾珠的使用壽命為L(zhǎng)h = 15000 h 左右，可靠度為95%，精度是3級(jí)精度。</p><p

93、><b>　?。?）計(jì)算載荷</b></p><p>　　Fc = （式4.13）</p><p><b>　　查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，得</b></p><p>　　= 1.1 ， = 1.0 ，=1.61 ， = 1</p><p><b>　　Fc = &

94、lt;/b></p><p>　　= 1.11.01.6111000</p><p>　　= 1771 N （式4.14）</p><p><b>　　= </b></p><p><b>　　= </b></p><p>　　

95、= 19559 N （式4.15）</p><p>　　（2）選擇滾珠絲桿副的型號(hào)</p><p>　　滾珠絲杠是機(jī)械產(chǎn)品上將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化直線運(yùn)動(dòng)最適合的部件。滾珠絲杠由螺桿、螺母、鋼球、預(yù)壓片、反向器、防塵器組成。它的功能就是轉(zhuǎn)化運(yùn)動(dòng)即將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成直線運(yùn)動(dòng)，這是艾克姆螺桿的進(jìn)一步延伸和發(fā)展，這項(xiàng)發(fā)展的重要意義就是將軸承從滑動(dòng)動(dòng)作變成滾動(dòng)動(dòng)作。

96、滾珠絲桿都用滾動(dòng)軸承支承?？捎玫臐L動(dòng)軸承種類(lèi)很多。就目前工業(yè)上普遍來(lái)說(shuō)，主要用到二種，一種是推力角接觸軸承，這種軸承可以組配，摩擦力矩較小?。涣硪环N是滾針-推力圓柱滾子組合軸承，這種，多用于重載，軸承剛度大。</p><p>　　滾珠絲杠是許多機(jī)器中常見(jiàn)的傳動(dòng)部件，它的主要作用是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成線性運(yùn)動(dòng)，或?qū)⑴ぞ剞D(zhuǎn)換成軸向反復(fù)作用力，同時(shí)兼具高精度、可逆性和高效率等優(yōu)點(diǎn)它的傳動(dòng)效率高達(dá)85％-98％，是滑動(dòng)絲桿副

97、的2-4倍雇主絲桿副的摩擦角小于1，因此不自鎖。因此設(shè)計(jì)的旋轉(zhuǎn)式機(jī)械手的升降裝置上必須有制動(dòng)裝置。滾珠絲桿由于受到的摩擦阻力很小，因此滾珠絲杠被大量應(yīng)用于各種各樣的工業(yè)設(shè)備如車(chē)床，銑床等和精密儀器上面如光學(xué)儀器上面。</p><p><b>　　主要尺寸為：</b></p><p>　　按= 19559N，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，選取的滾珠絲杠的系列代號(hào)為FYC1-4008-

98、2.5。</p><p>　　= 40 mm , =8 mm , =4 mm , d = 39mm，滾珠直徑d0=3.969mm</p><p>　　滾道半徑 R=</p><p>　　偏心距 e== （式4.16） 絲杠內(nèi)徑</p><p><b>　?。ㄊ?.17）</b></p&g

99、t;<p>　　≤27 mm , =24000 N , =1880 N</p><p>　　螺旋導(dǎo)程角 γ = arctan = arctan = 3º38′（式4.18）</p><p>　　螺桿不長(zhǎng)，無(wú)需驗(yàn)算穩(wěn)定性。 </p><p><b>　?。?）剛度驗(yàn)算</b></p><p

100、>　　根據(jù)最差的情況進(jìn)行考慮，則在螺距(導(dǎo)程)內(nèi)受軸向力引起的彈性變形與受轉(zhuǎn)矩引起彈性變形方向一致時(shí)的變形量最大，具體計(jì)算如下：</p><p>　　= + （式4.19）</p><p>　　式中 T1 = ··tan( γ+)</p><p>　　= 1000t

101、an(+)</p><p>　　= 1321 N·mm</p><p>　　磨擦系數(shù)f = 0.025, 當(dāng)量磨擦角 = ，</p><p>　　剪切彈性模量 G=8.33 N/mm2</p><p>　　所以：= + （式4.20）</p><p>　　= 0.0387 μm </p>&

102、lt;p>　　其中，危險(xiǎn)截面= 35.76，E = 2.06</p><p>　　每米螺桿長(zhǎng)度上的螺矩的彈性變形</p><p>　　= = 6.6 /m < ()p = 15/m （式4.21）</p><p>　　因?yàn)闈L球絲桿精度要求為3級(jí)精度，查表得，</p><p>　　()p = 15/m</p&g

103、t;<p>　　所以其剛度滿足要求。</p><p><b>　?。?）計(jì)算效率</b></p><p>　　η= = = 0.960 = 96% （式4.22）</p><p>　　4.2.2 諧波齒輪的選擇</p><p>　　與普通齒輪進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)諧波齒輪的特點(diǎn)為：</p>&

104、lt;p><b>　　(1)傳動(dòng)比大。</b></p><p>　　(2)這種傳動(dòng)同時(shí)嚙合的齒數(shù)較多，所以它的承載能力也就大。</p><p>　　(3)運(yùn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的誤差和沖擊較小，傳動(dòng)的精度也較高，傳動(dòng)相對(duì)比較平穩(wěn)。</p><p><b>　　(4)效率高。</b></p><p>　　

105、(5)起動(dòng)時(shí)所需要的力矩較大，容易損壞柔輪，且傳動(dòng)比 35時(shí)一般不用。</p><p>　　本設(shè)計(jì)中的諧波齒輪是采用帶杯形柔輪的諧波傳動(dòng)組合件。它是由帶凸緣的環(huán)形剛輪，杯形的柔輪和柔性軸承、橢圓盤(pán)構(gòu)成的波發(fā)生器三大部分共同組成的。</p><p>　　型號(hào)XB1-80-100-2-3/3</p><p>　　機(jī)型號(hào)100，既柔輪的公稱(chēng)內(nèi)徑為80mm</p>

106、;<p><b>　　減速比100</b></p><p><b>　　精度等級(jí)為6級(jí) </b></p><p>　　4.2.3 軸的設(shè)計(jì)和聯(lián)軸器的選擇</p><p>　　聯(lián)軸器是機(jī)械傳動(dòng)中常用的部件。他們主要用來(lái)連接軸與軸或者是連接軸與其他回轉(zhuǎn)面零件，以傳遞運(yùn)動(dòng)與轉(zhuǎn)矩，有時(shí)候也可用做安全裝置。圖2-12

107、所示為采用錐環(huán)（錐環(huán)夾緊環(huán)）無(wú)鍵消隙聯(lián)軸器，可使動(dòng)力傳遞沒(méi)有反向間隙。螺釘5通過(guò)壓圈3施加軸向力時(shí)，由于錐環(huán)之間的楔緊作用，內(nèi)外環(huán)2分別產(chǎn)生徑向彈性變形，消除軸4與套筒1之間的配合間隙，并產(chǎn)生接觸壓力，通過(guò)磨擦傳遞轉(zhuǎn)矩，而且套筒1與軸4之間的角度位置可以任意調(diào)節(jié)。</p><p>　　這種聯(lián)軸器傳遞轉(zhuǎn)矩的能力很大，結(jié)構(gòu)上更為簡(jiǎn)單，安裝方便，易于制造，耐久度高，并且有一定的吸振和緩沖能力，允許被連接的倆軸之間有一定

108、的軸向位移以及少量的徑向位移和角位移。這種聯(lián)軸器目前應(yīng)用很廣泛，品種也越來(lái)越多。</p><p>　　1——外套筒，2——內(nèi)環(huán)，3——墊圈，4——軸，5——螺栓</p><p>　　圖 4.3 消隙聯(lián)軸器</p><p>　　本設(shè)計(jì)的軸為傳動(dòng)軸，其設(shè)計(jì)步驟如下：</p><p>　　根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的相關(guān)參數(shù)確定出軸上的功率 、轉(zhuǎn)速 和轉(zhuǎn)矩 ，

109、</p><p><b>　　= =7.2KW</b></p><p>　　=n=1250r/min</p><p>　　=9550000 =55008Nmm</p><p>　　初步確定軸的最小直徑</p><p>　　選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，取 =112</p><

110、p>　　則 = =20.07mm</p><p>　　由聯(lián)軸器的型號(hào)確定出軸此處的直徑為22mm，半聯(lián)軸器的長(zhǎng)度L=62mm，則半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長(zhǎng)度 =30mm</p><p><b>　　軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　為了滿足軸向定位的要求，在聯(lián)軸器的軸向處應(yīng)該設(shè)有一個(gè)軸肩，軸肩高度為2mm，則此處軸頸為26mm，軸的

111、另一段需要安裝墊片，進(jìn)行螺紋鎖緊，則右側(cè)直接應(yīng)該為22mm，長(zhǎng)度為38mm。</p><p><b>　　軸的強(qiáng)度校核</b></p><p>　　由于選定軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)鋼處理，其 =60 ，因此 </p><p><b>　　故，安全。</b></p><p>　　5 搬運(yùn)機(jī)械手控制系統(tǒng)

112、的概述</p><p>　　5.1 PLC的組成和工作原理</p><p>　　工業(yè)機(jī)械手通常具有多個(gè)自由度，并且任意一個(gè)自由度都需要有一個(gè)伺服機(jī)構(gòu)，它們共同工作，組成一個(gè)多變量的控制系統(tǒng)。</p><p>　　PLC即可編程序邏輯控制器，目前，在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于自動(dòng)化、機(jī)器人、生產(chǎn)流水線控制等工業(yè)生產(chǎn)中，PLC的應(yīng)用范圍通?？煞譃槲宸N：（1）順序控制；（2）運(yùn)

113、動(dòng)控制；（3）過(guò)程控制；（4）數(shù)據(jù)處理；（5）通信網(wǎng)絡(luò)。</p><p><b>　　(1)PLC的組成</b></p><p>　　PLC的本質(zhì)就是用來(lái)控制的一種微型計(jì)算機(jī)，因此，PLC與計(jì)算機(jī)的組成非常相似，從硬件結(jié)構(gòu)上來(lái)看，它也有中央處理器（CPU）、輸入/輸出（IO）接口、存儲(chǔ)器等。</p><p>　　具體的組成情況如下圖5.1所示，

114、</p><p>　　圖5.1 PLC組成圖</p><p>　　(2)PLC的工作原理及特點(diǎn)</p><p>　　PLC的工作方式是按照集中輸入、集中輸出、不斷的周期性循環(huán)掃描的方式進(jìn)行工作的。</p><p>　　PLC的工作過(guò)程由三個(gè)基本的部分組成；具體的工作原理如下圖5.2所示，</p><p>　　①第一

115、部分是上電處理；</p><p>　　②第二部分是掃描過(guò)程；</p><p>　?、鄣谌糠质浅鲥e(cuò)處理。</p><p>　　圖5.2 PLC運(yùn)行框圖</p><p><b>　　PLC的特點(diǎn)有：</b></p><p>　　可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)；通用靈活；</p><p

116、><b>　　編程簡(jiǎn)單方便；</b></p><p>　　功能完善，擴(kuò)展能力強(qiáng)；</p><p>　　設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試的周期短，維護(hù)方便。</p><p>　　5.2 機(jī)械手PLC梯形圖</p><p>　　本設(shè)計(jì)不僅對(duì)于利于PLC對(duì)搬運(yùn)機(jī)械手進(jìn)行控制的原理作了簡(jiǎn)單的介紹，還利用PLC編寫(xiě)了控制搬運(yùn)機(jī)械手的梯形圖

117、。</p><p>　　由于本設(shè)計(jì)的搬運(yùn)機(jī)械手有三個(gè)自由度，且動(dòng)作靠行程開(kāi)關(guān)來(lái)控制，現(xiàn)將每個(gè)信號(hào)所代表的意思寫(xiě)在了下表5.1中。</p><p>　　表5.1 信號(hào)表示含義表</p><p>　　在將各個(gè)信號(hào)和所表示的含義定義后，接下來(lái)設(shè)計(jì)并編寫(xiě)了控制搬運(yùn)機(jī)械手的PLC梯形圖，如下圖5.3所示。</p><p>　　圖5.3 PLC梯形圖

118、</p><p><b>　　6 結(jié)論</b></p><p>　　通過(guò)此次畢業(yè)設(shè)計(jì)，讓我理解到了許多關(guān)于機(jī)械手的相關(guān)知識(shí)，同時(shí)也對(duì)目前國(guó)內(nèi)外機(jī)械手的發(fā)展現(xiàn)狀有了一定的了解。經(jīng)過(guò)國(guó)家?guī)资甑陌l(fā)展，中國(guó)國(guó)內(nèi)的機(jī)械手不斷地發(fā)展壯大，尤其對(duì)于搬運(yùn)機(jī)械手來(lái)說(shuō)發(fā)展更是日新月異，而搬運(yùn)機(jī)械手的技術(shù)正在日趨完善。本論文在分析策略，總結(jié)以前經(jīng)驗(yàn)的同時(shí)，介紹了我設(shè)計(jì)的搬運(yùn)機(jī)械手各機(jī)械

119、模塊系統(tǒng)的組成及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并對(duì)機(jī)械手的控制做了簡(jiǎn)單的介紹。本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)的搬運(yùn)機(jī)械手并不是通用機(jī)械手，所以，動(dòng)作比較固定，機(jī)構(gòu)也相對(duì)簡(jiǎn)單，專(zhuān)用性比較強(qiáng)。在驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)中，采用了液壓傳動(dòng)，液壓出力較大，同時(shí)可用電液伺服機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)連續(xù)的運(yùn)動(dòng)控制，從而使機(jī)械手有較高的定位精度，使機(jī)械手用途更廣。該搬運(yùn)機(jī)械手選擇了二指夾持機(jī)構(gòu)，可以抓取一般的棒料，抓取的物體形狀相對(duì)單一，在設(shè)計(jì)中也存在許多的局限和不足之處，希望通過(guò)不斷的學(xué)習(xí)和今后的努力，對(duì)搬運(yùn)

120、機(jī)械手的設(shè)計(jì)有一個(gè)清晰而系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]潘駿，段福斌，楊文華，吳立軍.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M].南京大學(xué)出版社，2007:15-157.</p><p>　　[2]孟少龍.機(jī)械加工工藝手冊(cè)[M].北京，機(jī)械工業(yè)出版社，1991:45-91.</p><p&g

121、t;　　[3]湯瑞.輕工機(jī)械設(shè)計(jì)[M].上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，1994:104-123.</p><p>　　[4]周松鶴.工程力學(xué)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003:31-94.</p><p>　　[5]張軍,封志輝.多工步搬運(yùn)機(jī)械手的設(shè)計(jì)[J].機(jī)械設(shè)計(jì),2004:56-128.</p><p>　　[6]張展.機(jī)械設(shè)計(jì)通用手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社

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