關節(jié)型工業(yè)機械手的結構設計 畢業(yè)設計說明書

1、<p><b>　　畢業(yè)論文</b></p><p>　　題 目 關節(jié)型工業(yè)機械手的結構設計 </p><p>　　學 院 機械工程學院 </p><p>　　專 業(yè) 機械工程及自動化 </p

2、><p>　　班 級 機自0917班 </p><p>　　學 生 </p><p>　　學 號 20090421170 </p><p>　　指導教師

3、 </p><p>　　二〇一 三 年 六 月 三 日</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　關于該關節(jié)型工業(yè)機械手的具體研究方法。本次設計工作首先對實體安川機器人進行了細致的研究，了解了其內部的具體結構，安川機器人的結構可分為六個軸系，然后根據六個

4、軸系對其內部結構進行分解，以便了解各個零件之間的配合，這樣就對安川機器人有了大體的了解。下面就進行尺寸的測量，尺寸的測量只需要測量一下大體的外觀尺寸，而內部尺寸可根據零件的配合進行合理的設計。然后，進行計算（包括電機功率的計算，軸的設計，齒輪的參數計算），接著可依據相關資料，選取恰當的電機。最后，可根據實體與之前所掌握的知識對機械手的結構進行設計分析。</p><p>　　關鍵詞:伺服電機、機械手抓、移動旋轉。&

5、lt;/p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　Here is about the research method of the industrial manipulator joints. The design work on the real first AnChuan robot has carried on the detailed

6、research, understand the internal structure of concrete, AnChuan robot structure can be divided into six axis, and then according to the six axis of its internal structure decomposition, in order to understand the cooper

7、ation between the various parts of the, thus for AnChuan robot have roughly understanding. Below is the size of the measurement, the</p><p>　　Keywords: servo motor rotate, manipulator grabbing and moving.<

8、;/p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　ABSTRACTII</p><p><b>　　1 前言1</b></p><p>　　1.1 機械手國內外發(fā)展現狀1<

9、/p><p>　　1.2 多關節(jié)型工業(yè)機械手概述2</p><p>　　1.3 機械手組成與分類3</p><p>　　1.3.1機械手組成3</p><p>　　1.3.2機械手分類3</p><p>　　2機械手的設計方案4</p><p>　　2.1設計任務的提出5</p&g

10、t;<p>　　2.2 機械手設計方案5</p><p>　　2.2 方案特點6</p><p>　　3.1 電機的選型7</p><p>　　3.1.1 初步估算機械手的質量7</p><p>　　3.1.2計算各個軸的轉速及轉矩9</p><p>　　3.1.3 計算電機功率10</

11、p><p>　　3.2 錐齒輪設計11</p><p>　　3.2.1 齒輪精度、材料11</p><p>　　3.2.2 按齒面接觸疲勞強度設計11</p><p>　　3.2.3 按齒根彎曲強度設計12</p><p>　　3.2.4 錐齒輪參數計算13</p><p>　　3.3 同

12、步帶輪的設計13</p><p>　　3.3.1 同步齒形帶傳動計算13</p><p>　　3.3.2 帶輪幾何尺寸的計算15</p><p>　　3.4 減速器的設計16</p><p>　　3.4.1 減速器減速比的計算16</p><p>　　3.4.2 減速器輸出軸徑的計算17</p>

13、<p>　　4 機械手各結構設計18</p><p>　　4.1 手爪結構的設計18</p><p>　　4.1.1 手爪的設計要求18</p><p>　　4.1.2 手爪的分類18</p><p>　　4.1.3 手部結構形式的確定18</p><p>　　4.2 手腕結構的設計19<

14、;/p><p>　　4.2.1 手腕的設計要求19</p><p>　　4.2.2 手腕結構形式的確定19</p><p>　　4.3 手臂結構的設計19</p><p>　　4.3.1 手臂的設計要求20</p><p>　　4.3.2 手臂結構20</p><p>　　4.3.3 小臂

15、結構形式的確定20</p><p>　　4.4 小臂后箱體的結構設計21</p><p>　　4.5 連接桿件的設計21</p><p>　　5 關鍵軸的校核22</p><p>　　5.1 腕部輸入軸的結構22</p><p>　　5.2 軸的校核22</p><p>　　6 結

16、 論25</p><p><b>　　參考文獻26</b></p><p><b>　　致 謝27</b></p><p><b>　　1 前言</b></p><p>　　1.1 機械手國內外發(fā)展現狀</p><p>　　1962年，美

17、國機械鑄造公司試制成一臺數控試教機械手。商名為Unimate。運動系統仿造坦克炮塔，可以實現臂回轉、俯仰功能，用液壓驅動；控制系統用磁鼓存儲裝置。不少球坐標式通用機械手就是在這個基礎上發(fā)展起來的。</p><p>　　1962年美國機械鑄造公司也試驗成功一種多關節(jié)機械手，它可實現靈活搬運，該機械手的中央立柱在原來的基礎上其功能又可以實現臂的回轉、升降、伸縮。雖然這兩種機械手都是出現在60年代初，但都是國外工業(yè)機械

18、手發(fā)展的基礎。</p><p>　　1978年美國斯坦福大學、麻省理工學院聯合研制多關節(jié)型型工業(yè)機械手，裝有小型電子計算機進行控制，用于裝配流水線作業(yè)，定位誤差可小于1毫米，這使機械手的發(fā)展達到新的高度。</p><p>　　美國還進一步通過改進結構提高機械手的可靠性與穩(wěn)定性，從而降低成本。如惠普曼公司建立了機械手試驗臺，進行各種性能的試驗。準備把故障前平均時間（注：故障前平均時間是指一臺

19、設備可靠性的一種量度。它給出在第一次故障前的平均運行時間），由400小時提高到1500小時，精度可提高到0.1毫米。</p><p>　　德國從1970年開始應用機械手，主要用于起重運輸、焊接和準備的上下料等作業(yè)。德國西門子公司采用關節(jié)式結構和程序控制，從而使機械手實現焊接功能。</p><p>　　近現代日本是工業(yè)機械手發(fā)展最快、應用最多的國家。從美國引進二種典型機械手后，日本在此基礎上

20、繼續(xù)創(chuàng)新，做到使機器人更加簡便化與實用化。據相關報道，1979年從事機械手的研究工作的研究單位多達80多個。1976年各大學和國家研究部門用在機械手的研究費用為42%。1979年日本機械手的產值達443億元，產量為14535臺。其中固定程序和可變程序約為一半，達222億日元，是1978年的2倍。具有記憶功能的機械手產值約為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，機械手累計產量達5

21、6900臺。在數量上已占世界首位。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>　　進入到20世紀80年代以后，各國的機械手又取得更進一步的發(fā)展?？偟膩碚f為了滿足現代高速發(fā)展的工業(yè)的需求，機械手的發(fā)展更多的趨向于滿足以下特點：活動范圍廣，工作靈活性強，便于操作控制，可滿足不同的工業(yè)需求。比如說日本的安川機械手，

22、就是基于實現不同的工作目的而設計的一種多關節(jié)型工業(yè)機械手，通過改變機械手的結構可以實現諸如搬運、噴漆、焊接、檢測、探傷等任務。</p><p>　　國外機械手發(fā)展的不足。在國外機械制造業(yè)中，多關節(jié)型工業(yè)機械手應用最多，發(fā)展最快，目前主要應用于重物的搬運，精密金屬的探測，機床、模鍛壓力機的上下料，以及點焊、噴漆等作業(yè)的實現，它可按照事先制定的規(guī)定程序完成規(guī)定的作業(yè)，但還不具備任何傳感反饋能力，不能應付外界的變化。如

23、發(fā)生一些偏離或誤差時，就將引起零部件甚至機械手本身的損壞。為此，國外機械手的發(fā)展趨勢正是大力研制智能機械手，如果在碰到一些偏離或誤差時，能反饋外界條件的變化，從而作相應的變更。在機械手上安裝電視照相機和光學測距儀以及微型計算機。其工作原理具體如下工作時機械手先伸出手指尋找工作，通過裝在手指內的壓力傳感器產生觸感作用，然后伸向前方，抓住工件。手的抓力大小可通過裝在手指內側的壓力感敏元件來控制，達到自動調整握力的大小?？傊?，隨著技術的發(fā)展，

24、機械手的流水裝配作業(yè)的能力將進一步提高。將機械手和柔性控制制造系統及柔性制造單元相結合將是主要的發(fā)展趨勢，使目前機械制造系統的人工操作狀態(tài)得到進一步的改善。</p><p>　　相對于國外機械手的高速發(fā)展，國內機械手的發(fā)展則比較滯緩。目前國內機械手的應用主要應用在鑄鍛、熱處理方面，這樣可以減輕勞動強度，改善作業(yè)條件。為進一步促進國內機械手的發(fā)展。我們在應用專用機械手的同時，相應地發(fā)展通用機械手，有條件的還要研制試

25、教型機械手、計算機控制機械手和組合式機械手甚至是智能型機械手。在不同類型的機構中可以應用機械手的伸縮、俯仰、升降、旋轉等功能，另外可根據不同的作業(yè)要求，選用不同的典型部件，設計不同的典型機構，即可組成各種不同用途的機械手，相應的實現重物搬運，金屬檢測，金屬焊接等功能。</p><p>　　如果有條件的話還應大力研究伺服型、記憶再現型，以及具有觸覺、視覺等性能的機械手，并考慮與計算機聯用，逐步成為整個機械制造系統中

26、的一個基本單元，從而進一步縮小與德日等國外機器人發(fā)展較快的國家之間的差距。×××……</p><p>　　簡單說一下多關節(jié)型工業(yè)機械手的應用意義。第一：應用多關節(jié)型工業(yè)機械手可以是實現生產過程中的自動化進程。概括地說，在工廠或車間中，應用關節(jié)型機械手可以實現工件的搬運與裝卸，機器的裝配。第二：應用多關節(jié)型機械手可以減少人力，從而降低成本。在自動化生產線上，如果更廣泛的應用了機械手，在

27、減少人力的同時，還可以大大提高效率。</p><p>　　1.2 多關節(jié)型工業(yè)機械手概述</p><p>　　工業(yè)機器人的組成可分為操作機(機械本體)、控制器、伺服驅動系統和檢測傳感裝置，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設備。特別適合于多品種、變批量的柔性生產。它對穩(wěn)定、提高產品質量，提高生產效率，改善勞動條件和產品的快速更新換代起著十分

28、重要的作用。機器人技術是綜合了計算機、控制論、機構學、信息和傳感技術、人工智能、仿生學等多學科而形成的高新技術，是當代研究十分活躍，應用日益廣泛的領域。機器人應用情況，是一個國家工業(yè)自動化水平的重要標志。機器人并不是在簡單意義上代替人工的勞動，而是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物，它是工

29、業(yè)以及非產業(yè)界的重要生產和服務性設各，也是先進制造技術領域不可缺少的自動化設備.機械手是模仿著人手的部分動作，按給定程序、軌跡和要求實現自動抓取、搬運或操作的自動機械裝置。在工業(yè)生產中應用的機械手被稱為“工業(yè)機械手”。生產中應用機械手可以提高生產的自動化水平和勞動生產率:可以減</p><p>　　1.3 機械手組成與分類</p><p>　　1.3.1機械手組成</p>&

30、lt;p>　　機器人的組成一般可分成三大部分，即機械系統、驅動系統和控制系統。而本體結構是具有和人手臂相似的動作功能?？稍诳臻g抓放物體或進行其他操作，由機械結構、驅動裝置及傳動裝置組成。</p><p>　　機械手包括末端執(zhí)行器，臂部、腕部、機座和行走機構的設計。下面來一次介紹這幾部分結構。</p><p>　　(1）末端執(zhí)行器俗稱手爪。是機器人直接用于抓取和握緊(或吸附)工件或夾持

31、專用工具（如噴槍、扳手、焊接工具）進行操作的部件，它能模仿人手的動作。手爪安裝于手臂的前端，它的結構與尺寸可根據不同的作業(yè)要求來設計。機械手爪一般可分為三類分別為機械式夾持器、吸附式末端式末端執(zhí)行器和專用工具。需要強調的是我所設計的機械手需要完成重物搬運功能，在一定條件下可以焊接。</p><p>　?。?）腕部又稱手腕。是連接手臂與末端執(zhí)行器的部件。由于腕部結構的設計可以更靈活的，更廣泛的實現重物的搬運。<

32、;/p><p>　?。?）臂部又稱手臂。臂部是用來支撐手腕與末端執(zhí)行器的部件。它包括驅動裝置、傳動裝置、定位裝置和檢測原件等。</p><p>　?。?）機座是機器人的基礎部分，有固定式與移動式兩種，其支撐作用。因為所研究的機器人為流水線機器人，所以，選用固定式機座。其直接支撐手臂部件，從而實現臂部回轉。</p><p>　　1.3.2機械手分類</p>

33、<p>　　關于工業(yè)機械手的分類，可按應用用途、驅動方式和控制系統分類。</p><p><b>　　1.按用途分</b></p><p>　　機械手可分為通用機械手與專業(yè)機械手兩大類。</p><p><b>　　(1)通用機械手</b></p><p>　　通用機械手最大的特點是其驅動

34、系統與控制系統獨立，另外，通用機械手的工作范大、定位精度高、通用性強。因此，可以通過調整其動作程序，在不同的場合應用機械手。目前，通用機械手更多的應用在中小批量的自動化生產。通用機械手按其控制定位的方式不同可分為簡易型和伺服型兩種:簡易型以“開一關”式控制定位，只能是點位控制，伺服型可以是點位的，也可以實現連續(xù)控制，伺服型具有伺服系統定位控制系統，一般的伺服型通用機械手屬于數控類型。</p><p><b&

35、gt;　　（2）專用機械手</b></p><p>　　相對于通用機械手，專用機械手具有工作動作少，工作對象單一，定位精度低等特點。它可應用于大批量的自動化生產，如自動機床，加工中心，自動的上下。</p><p><b>　　2.按驅動方式分</b></p><p>　　(1)液壓傳動機械手</p><p>

36、　　用液壓壓力來驅動執(zhí)行機構的機械手。其特點為:傳動平穩(wěn)，結構緊湊，動敏。由于油的泄露對機械手的工作性能影響較大。所以這種機械手對密封性要求比較嚴格。另外，不能在較高或較低的溫度下工作。</p><p>　　(2)氣壓傳動機械手</p><p>　　用壓縮空氣的壓力來驅動執(zhí)行機構的機械手。其特點為：輸出力小，氣動動作迅速，結構簡單，成本低。由于空氣可壓縮的特性，該機械手工作沖擊大，速度穩(wěn)定

37、性差，相對于液壓機械手，氣壓機械手更適用于工作在高溫、輕載的環(huán)境中。</p><p>　　(3)電機傳動機械手</p><p>　　用直流電機，步進電機或伺服電機驅動的機械手</p><p>　　因不需要中間轉換機構，故機構簡單。另外，該機械手運動速度快，行程長。雖然應用不多，但很有發(fā)展前途。</p><p><b>　　3.按控制

38、方式分</b></p><p><b>　　(1)點位控制</b></p><p>　　實現點與點之間的移動，但只能控制過程中幾個點，不能控制運動軌跡。</p><p><b>　　(2)連續(xù)位控制</b></p><p>　　它的運動軌跡為空間的連續(xù)曲線，空間設計點為無限點，可以實現準

39、確與平穩(wěn)的運動。電氣控制范圍廣，控制系統復雜。這類機械手一般采用小型計算機進行控制。</p><p>　　2機械手的設計方案 </p><p>　　2.1設計任務的提出</p><p>　　設計一種較為靈活的重物搬運機械手,實現流水線上零件的搬運與放置。</p><p>　　所涉及的多關節(jié)型工業(yè)機械手用能抓取生產線上的零件,轉過一定角度后，將

40、零件放下。要求抓取零件的重量可達7公斤,手爪的開合程度可達110毫米。另，并通過設計不同形式的手爪結構能適應不同零件的尺寸要求。</p><p>　　通過結構的擴展，機械手能實現其它的作業(yè)要求,比如焊接等。</p><p>　　所涉及的多關節(jié)機械手結構應力求簡單。</p><p>　　2.2 機械手設計方案</p><p>　　圖2.2 關節(jié)

41、型工業(yè)機械手的結構圖</p><p>　　該關節(jié)型機械手由五部分組成。分別為底座、大臂、小臂、腕部、機械手爪。各部分的驅動方式如下：</p><p>　　1）底座回轉的腰關節(jié)：由安裝在底座內的電機帶動整個機械手作360度的旋轉運動。2）大臂回轉的肩關節(jié)：由伺服交流電機帶動齒輪減速器運動，從而帶動大臂以上的結構繞肩關節(jié)作旋轉運動，即產生俯仰運動。</p><p>　　

42、3）小臂與腕部的回轉：由交流伺服電機帶動齒輪減速器運動，從而帶動大臂以上的的整體作旋轉運動，即產生俯仰運動。</p><p>　　4）小臂腕部的回轉：由交流伺服電機帶動齒輪減速器運動，從而帶動大臂以上的整體作回轉運動。</p><p>　　5）手腕的旋轉運動：由腕內部的伺服電機帶動機械手作旋轉運動，即回轉運動。</p><p>　　6）手腕的上下運動：由腕內部的交流

43、伺服電機帶動腕整體作旋轉運動，即俯仰運動。該關節(jié)型工業(yè)機械手的自由度，分別為：底座繞S軸作360度的旋轉運動；大臂</p><p>　　繞L軸的旋轉運動（左右運動）；小臂繞U軸的旋轉運動（上下運動）；小臂繞R軸的</p><p>　　回轉運動；手腕的回轉運動；手腕的上下運動。</p><p><b>　　2.2 方案特點</b></p&g

44、t;<p>　　此多關節(jié)型工業(yè)機械手應能實現抓取流水線上的重物的功能。而且它的最大抓取重量達到7公斤。所以該機械手在滿足上述功能的基礎上應力求結構簡單，經濟實用。</p><p><b>　　3 動力參數的計算</b></p><p><b>　　3.1 電機的選型</b></p><p>　　對于機器人這種

45、屬于機電一體化產品來說，伺服系統相當重要的。要求私服系統具有快速性，精確性和穩(wěn)定性，即輸出量準確而迅速的響應指令輸入變化。按其控制原理可分為開、閉環(huán)兩大類。開環(huán)伺服系統的執(zhí)行元件大多采用步進電機，閉環(huán)伺服系統的大多元件采用直流伺服電機和交流伺服電機。雖然兩者在控制方式上相似（脈沖串和方向信號），但在使用性能和應用場合上存在著較大的差異。首先，控制精度不同。交流伺服電機的控制精度是步距角為1.8°的步進電機的脈沖當量的1/655

46、，控制精度更高；其次，低頻特性不同。步進電機在低速時易出現低頻振動現象。交流伺服電機運轉非常平穩(wěn)，即使在低速時也不會出現振動現象；第三，矩頻特性不同。步進電機的輸出力矩隨轉速升高而下降，且在較高轉速時會急劇下降，所以其最高工作轉速一般在300～600RPM。交流伺服電機為恒力矩輸出，即在其額定轉速（一般為2000RPM或3000RPM）以內，都能輸出額定轉矩，在額定轉速以上為恒功率輸出；第四，過載能力不同。步進電機一般不具有過載能力，而

47、交流伺服電機具有較強的過載能力；第五，運行性能不同。步進電機的控制為開環(huán)控制，啟動頻率過高或負載過大易出現丟步或堵轉</p><p>　　綜上所述，交流伺服系統在許多性能方面都優(yōu)于步進電機。而本次設計的機械手要求運行精度高，運轉平穩(wěn)，恒功率輸出，有較強的過載能力，速度響應快，所以選用交流伺服電機作為動力源。</p><p>　　3.1.1 初步估算機械手的質量</p><

48、;p>　　計算各部分體積與質量</p><p>　　機械手的材料為鋁合金，密度為2.8Kg/</p><p>　　V(機座)=V（底座）+V（圓柱1）+V(線盒)</p><p><b>　　=7.81</b></p><p>　　V（回轉頭）= V（底2）+V（圓柱2）</p><p>&

49、lt;b>　　=+</b></p><p><b>　　=5.93</b></p><p>　　(回轉頭)=5.932.8</p><p><b>　　=16.6Kg</b></p><p>　　V(下臂)=0.5(0.5900.0700.080)</p><p

50、><b>　　=1.652</b></p><p>　　(下臂)=1.652 2.8</p><p><b>　　=4.63Kg</b></p><p>　　V(上臂后箱體)= 0.286+</p><p><b>　　=4.5+1.73</b></p>&

51、lt;p><b>　　=6.23</b></p><p>　?。ㄉ媳酆笙潴w）=6.2317.44Kg</p><p>　　V(上臂)==5.69</p><p>　　V(減速器)==3.14=1.57</p><p>　　(減速器)=1.574.4Kg</p><p>　　U、S、L軸電機質

52、量：=7Kg;</p><p>　　R軸電機質量：=3Kg;</p><p>　　T、B軸電機質量：=1.5Kg.</p><p>　　機械手質量= (機座)+ （回轉頭）+ （下臂）+ （上臂后箱體）+ （上臂）+（電機）+（減速器）</p><p><b>　　=114.51Kg</b></p><

53、;p>　　3.1.2計算各個軸的轉速及轉矩</p><p>　　轉速與角速度之間關系為：</p><p>　　n= （3.1）</p><p>　　由（1）的各軸轉速：</p><p><b>　　各軸的轉矩：</b></p><p&g

54、t;<b>　?。?.2）</b></p><p>　　=(79.80.995+39.49.80.32)1.2</p><p>　　=(67.228+123.558)1.2</p><p><b>　　=228.9</b></p><p>　　其中G為物體重量，為上臂的重量，為重物到U軸距離，為上臂

55、重心到U軸的距離，1.2為安全系數。</p><p><b>　　（3.3）</b></p><p><b>　　=</b></p><p>　　=(79.80.080.07+79.80.09)1.2</p><p>　　=(0.384+6.174)1.2</p><p>&

56、lt;b>　　=7.87</b></p><p>　　其中為T軸摩擦力矩，為偏轉力矩，為摩擦系數，r為手腕的旋轉半徑，為重物重心到手腕水平軸線的距離。</p><p><b>　?。?.4）</b></p><p>　　=79.80.351.2</p><p><b>　　=28.81<

57、/b></p><p>　　其中為重物到B軸的距離。</p><p><b>　?。?.5）</b></p><p><b>　　=10.47</b></p><p>　　其中為摩擦力矩，為偏轉力矩。</p><p>　　=(79.81.41+39.49.80.74+4

58、.639.80.21)1.2</p><p><b>　　=470.38</b></p><p>　　=79.8(0.785-0.09-0.05+0.35+0.42)1.2+15.99.8(0.365-0.09+0.42+0.21)1.2</p><p><b>　　=325.339 </b></p><

59、;p>　　3.1.3 計算電機功率</p><p><b>　　功率計算公式為：</b></p><p><b>　?。?.6）</b></p><p>　　=10.475.93=62.09</p><p>　　==228.92.97=679.83</p><p>　　

60、==28.815.93=170.84</p><p>　　==7.879.08=71.46</p><p>　　==325.3392.62=855.64</p><p>　　==470.382.79=1312.36</p><p>　　伺服電機采用安川電機，根據下表選取</p><p>　　U軸采用SGMPH-08A;

61、B軸采用SGMPH-02A;T軸采用SGMPH-01A;R軸采SGMPH-01A;S軸采用SGMPH-08A;L軸采用SGMPH-15A。</p><p><b>　　3.2 錐齒輪設計</b></p><p>　　3.2.1 齒輪精度、材料</p><p>　　設計的機械手要求運行平穩(wěn)且此處轉速較高，所以選用六級精度，主動輪采用40(調質)，

62、硬度為280 HBS，從動輪材料為45鋼(調質)，硬度為240 HBS，兩者材料的硬度差為40 HBS。</p><p>　　3.2.2 按齒面接觸疲勞強度設計</p><p>　　由設計計算公式進行計算：</p><p><b>　?。?.7）</b></p><p>　　計算各式中未知量的數值：</p>

63、<p><b>　　1） </b></p><p><b>　?。?.8）</b></p><p>　　查機械手冊可知主動輪與從動輪的疲勞極限分別為：</p><p><b>　　=540MPa</b></p><p><b>　　=517MPa</

64、b></p><p><b>　　2）彈性影響系數：</b></p><p><b>　　3）計算載荷系數K</b></p><p><b>　　由公式</b></p><p><b>　?。?.9）</b></p><p>

65、<b>　　得K=2.475</b></p><p>　　4）齒寬系數取1/3</p><p>　　5）主動輪傳遞的轉矩: </p><p><b>　　綜上可求得：</b></p><p><b>　　初取=40mm</b></p><p>　　6）校

66、核，由公式： </p><p><b>　?。?.10）</b></p><p><b>　　求得：，符合要求。</b></p><p>　　3.2.3 按齒根彎曲強度設計</p><p>　　有設計計算公式進行計算：</p><p><b>　　（3.11）<

67、;/b></p><p>　　計算式中各未知量的數值：</p><p>　　1）計算彎曲疲勞應力：</p><p><b>　　（3.12）</b></p><p>　　查機械設計手冊可得主動輪與從動輪的接觸許用應力分別為：</p><p>　　==310.7MPa</p>&

68、lt;p>　　2）求主從動輪的齒形系數和應力校正系數：</p><p>　　=2.65，=1.58；</p><p>　　將以上數值帶入，可得：m=0.44 選m=2.5</p><p><b>　　3）校核：</b></p><p><b>　　由公式：</b></p><

69、;p><b>　?。?.13）</b></p><p><b>　　得，符合要求。</b></p><p>　　3.2.4 錐齒輪參數計算</p><p>　　選擇齒形角=20°；</p><p><b>　　齒頂高系數；</b></p><

70、p><b>　　頂隙系數；</b></p><p>　　端面模數m=2.5；</p><p><b>　　齒數比為1：1；</b></p><p>　　設小齒輪的齒數，變位齒數，；</p><p><b>　　分錐角為45°；</b></p>&l

71、t;p>　　小齒輪的分度圓直徑：</p><p>　　mm （3.14）</p><p>　　大齒輪的分度圓直徑：</p><p>　　mm </p><p><b&g

72、t;　　齒寬系數；</b></p><p><b>　　齒寬：</b></p><p>　　mm （3.15）</p><p><b>　　齒頂高：</b></p><p>　　mm （3.16）</p

73、><p><b>　　齒根高：</b></p><p>　　=3mm （3.17）</p><p><b>　　齒頂圓直徑：</b></p><p>　　=43.5mm （3.18）</p><p>　　3.3 同步帶輪的設計</

74、p><p>　　3.3.1 同步齒形帶傳動計算</p><p><b>　　計算功率：</b></p><p>　　由機械設計手冊表8-29選取，由表8-28?。?lt;/p><p>　　模數：根據由圖8-3選取m=1.5；</p><p>　　小帶輪齒數：由表8-31選??；</p><

75、;p><b>　　小帶輪節(jié)圓直徑：</b></p><p>　　==1.516=24mm</p><p><b>　　大帶輪齒數：</b></p><p><b>　?。?.19）</b></p><p><b>　　大帶輪節(jié)圓直徑：</b><

76、/p><p>　　==1.523=35mm</p><p>　　初定中心距：=200mm；</p><p>　　初定膠帶節(jié)線長度及其齒數：</p><p><b>　?。?.20）</b></p><p>　　=492.828mm</p><p>　　按表8-27選取接近及其齒

77、數Z：</p><p><b>　?。?.21）</b></p><p><b>　??；；</b></p><p><b>　　計算中心距：</b></p><p><b>　?。?.22） </b></p><p><b&g

78、t;　　=212.782</b></p><p><b>　　mm</b></p><p><b>　　小帶輪嚙合齒數：</b></p><p><b>　?。?.23）</b></p><p>　　單位帶寬的離心拉力：</p><p>　　

79、N/mm （3.24）</p><p><b>　　帶寬：</b></p><p>　　=16.34 （3.25）</p><p>　　由表3-27圓整為mm；</p><p><b>　　有效圓周力：</b></p&g

80、t;<p><b>　　（3.26）</b></p><p>　　3.3.2 帶輪幾何尺寸的計算</p><p><b>　　齒形角：°；</b></p><p><b>　　節(jié)距：</b></p><p>　　mm

81、 （3.27）</p><p><b>　　B軸帶輪節(jié)圓直徑：</b></p><p><b>　?。ㄐл啠?lt;/b></p><p><b>　　（大帶輪）</b></p><p><b>　　T軸帶輪節(jié)圓直徑：</b></p><

82、;p><b>　?。ㄐл啠?lt;/b></p><p><b>　?。ù髱л啠?lt;/b></p><p><b>　　B軸帶輪頂圓直徑：</b></p><p>　　mm（小帶輪） （3.28）</p><p><b>　　mm（大帶輪）</

83、b></p><p><b>　　T軸帶輪頂圓直徑：</b></p><p><b>　　mm（小帶輪）</b></p><p><b>　　mm（大帶輪）</b></p><p><b>　　尺側間隙：</b></p><p&g

84、t;　　mm（由表8-34） （3.29）</p><p><b>　　徑向間隙：</b></p><p><b>　　mm</b></p><p><b>　　頂圓齒槽寬：</b></p><p>　　mm

85、 （3.30）</p><p><b>　　齒槽深：</b></p><p><b>　　B軸帶輪根圓直徑：</b></p><p>　?。ㄐл啠?（3.31）（大帶輪）</p><p><b>　　T軸帶輪根圓直徑：</b><

86、;/p><p><b>　?。ㄐл啠?</b></p><p><b>　　（大帶輪）</b></p><p><b>　　根圓齒槽深：</b></p><p><b>　　齒根圓角半徑：</b></p><p><b>　

87、　齒頂圓角半徑：</b></p><p><b>　　B軸帶輪齒寬：</b></p><p>　　B=b+3=19mm</p><p><b>　　T軸帶輪齒寬：</b></p><p>　　B=b+6=22mm</p><p>　　3.4 減速器的設計</

88、p><p>　　3.4.1 減速器減速比的計算</p><p>　　各個軸減速器減速比分別為：</p><p><b>　　R軸減速器減速比；</b></p><p><b>　　T軸減速器減速比；</b></p><p><b>　　B軸減速器減速比；</b&g

89、t;</p><p><b>　　S軸減速器減速比；</b></p><p><b>　　U軸減速器減速比；</b></p><p><b>　　L軸減速器減速比；</b></p><p>　　3.4.2 減速器輸出軸徑的計算</p><p>　　以R軸

90、、B軸、T軸為例進行計算：</p><p>　　先初步估算軸的最小直徑，從伺服電機到軸的功率為，減速器輸出軸的轉速即為夾持臂回轉的轉速。</p><p>　　選擇輸出軸的材料為45鋼，調質處理。查手冊=112，根據公式：</p><p>　　= （3.32）</p><p>　　R軸減速器的最

91、小輸出軸徑：</p><p>　　=112=10.81mm</p><p>　　B軸減速器的最小輸出軸徑：</p><p>　　=112=13.73mm</p><p>　　T軸減速器的最小輸出軸徑：</p><p>　　=112=9.9mm</p><p>　　4 機械手各結構設計</p

92、><p>　　4.1 手爪結構的設計</p><p>　　4.1.1 手爪的設計要求</p><p>　　因為要抓取一定形狀的重物，所以手指間具有一定的開合角度；具有夾持位置精度；能夠保證工件的準確定位；滿足足夠的強度與剛度；滿足作業(yè)要求的夾持力；在滿足上述方面的同時應盡量使機械手爪的結構簡單、緊湊、重量輕，從而減輕手臂的負荷。</p><p>

93、　　4.1.2 手爪的分類</p><p>　　按不同的原理，可分為多種類型的手爪：</p><p>　　機械手爪：氣動夾緊、電動夾緊、電磁夾緊、液壓夾緊；</p><p>　　磁力吸盤：電磁吸盤、永磁吸盤；</p><p>　　真空式吸盤：真空吸盤、氣流負壓吸盤。</p><p>　　4.1.3 手部結構形式的確定&

94、lt;/p><p>　　圖4.1機械手爪結構簡圖</p><p>　　手爪的結構形式與質量主要取決與物體的形狀與質量。本次采用的機械手爪為氣動式V字形手爪。如圖4.1。</p><p>　　4.2 手腕結構的設計</p><p>　　4.2.1 手腕的設計要求</p><p>　　腕的設計要求：由于腕部在手臂末端，因此為減

95、輕手臂負荷，應盡量使腕部部件的結構緊湊，盡量減少其重量與體積；合理的選擇腕部的自由度數；提高腕部 的精度與傳動的剛度，減少機械傳動系統中由于間隙產生的反轉誤差。</p><p>　　該機械手采用兩自由度腕部結構，分別為手爪轉動與腕關節(jié)擺動，從而滿足搬運作業(yè)的空間姿態(tài)要求。為了能夠使腕部的結構簡單緊湊，將腕關節(jié)的驅動電機安放在小臂內，通過傳動機構帶動腕部結構繞腕關節(jié)軸實現擺動。</p><p&g

96、t;　　4.2.2 手腕結構形式的確定</p><p>　　圖4.4手腕內部結構圖</p><p>　　夾持臂的工作原理：夾持臂繞自身旋轉，它的動力為伺服電機，伺服電機帶動同步齒形帶轉動，然后通過錐齒輪帶動夾持臂的轉動。如圖4.4</p><p>　　4.3 手臂結構的設計</p><p>　　4.3.1 手臂的設計要求</p>

97、<p>　　臂部的設計要求：首先臂部的結構與尺寸應滿足任務所需的工作空間要求；另外根據手臂所受載荷和結構特點，比較合理的選擇手臂的截面形狀以及高強度輕質材料；為了減少驅動裝置的負荷，應盡量減少手臂重量和相對其關節(jié)回轉軸的力矩與轉動慣量；為了提高運動的相應速度，還應減少運轉的動載荷與沖擊；為了提高運動精度與剛度，定位精度，應減少機械間隙引起的運動誤差。</p><p>　　該機械手臂（大臂與小臂）擬采三

98、自由度結構形式，分別為一個回轉自由度與兩個俯仰自由度，從而能滿足搬運作業(yè)所需的空間任務要求。考慮材料的性能參數以及所需完成的任務要求，采用鋁合金材料。綜合轉矩、慣性和平衡性要求，為實現大臂與小臂繞各自關節(jié)的俯仰運動，將各關節(jié)驅動源分別放在前一關節(jié)處，這樣就能通過傳動裝置帶動大、小臂繞各自關節(jié)軸實現轉動。</p><p>　　4.3.2 手臂結構</p><p>　　機械手臂包括以下幾部分結

99、構：臂桿、傳動裝置、驅動裝置、定位裝置連接裝置及檢測裝置。按運動形式的不同，可分為以下幾部分結構：</p><p>　　1)手臂回轉運動機構</p><p>　　實現手臂回轉機構的形有齒輪機構、鏈輪機構、連桿機等。</p><p>　　2)手臂俯仰運動機構</p><p>　　機械手的俯仰運動可通過連桿與液壓缸的組合來實現，也可通過電機直接驅

100、動大臂作俯仰運動。</p><p>　　3)手臂直線運動機構</p><p>　　手臂的伸縮、移動、升降均屬于直線運動。</p><p>　　4.3.3 小臂結構形式的確定</p><p>　　圖4.3小臂的內部結構圖</p><p>　　小臂是腕關節(jié)實現擺動的重要零件，起連接大臂與腕關節(jié)的作用。驅動腕關節(jié)作擺動與俯仰

101、運動的兩個伺服電機安裝在小臂內部。</p><p>　　4.4 小臂后箱體的結構設計</p><p>　　小臂后箱體的作用：一方面起連接小臂與大臂的作用，另一方面安裝在小臂后箱體內部的伺服電機驅動小臂繞自身軸作旋轉運動。</p><p>　　小臂后箱體結構形式的確定</p><p>　　圖4.4小臂后箱體結構圖</p><

102、p>　　4.5 連接桿件的設計</p><p>　　連接桿件的作用：一方面起連接大臂與小臂的作用，另一方面能夠使小臂的轉動更加靈活，活動范圍更大。</p><p>　　連接桿件結構形式的確定：</p><p>　　圖4.5連接桿件的結構簡圖</p><p><b>　　5 關鍵軸的校核</b></p>

103、<p>　　5.1 腕部輸入軸的結構</p><p>　　初步確定于從動輪相連接的軸的直徑，由公式：</p><p>　　選擇軸的材料腕為45鋼，調質處理，查表知=112。</p><p>　　將P=0.0007KW，=0.85，n=3000r/min，帶入上式，得</p><p><b>　　mm；</b>

104、</p><p><b>　　選；</b></p><p>　　軸的結構設計如圖5-1：</p><p><b>　　圖5-1軸</b></p><p><b>　　5.2 軸的校核</b></p><p>　　帶輪傳遞給軸的的扭轉力矩為：</p&

105、gt;<p>　　=9549=9549=0.92 （5.1）</p><p>　　力矩是通過帶拉力F和 傳送的，應有</p><p><b>　?。?.2）</b></p><p><b>　　（5.3）</b></p><p><b>　　

106、已知：</b></p><p><b>　　求得</b></p><p>　　F=13.5 N，F=12 N</p><p><b>　　齒輪法向力為：</b></p><p>　　==45N。 （5.4）</p><

107、;p>　　X軸簡化后，在軸線上的橫向力、F、引起變形，然后分解成X、Y軸的分量，結果如下：</p><p>　　做扭矩圖如下,可判定危險截面為B，見下圖：</p><p>　　在截面B上，彎矩M和扭矩T分別為：</p><p>　　與第三強度理論進行校核，得</p><p>　　材料為45鋼，調質處理，由手冊可得，根據，故安全。<

108、/p><p><b>　　6 結 論</b></p><p>　　本次畢業(yè)設計已經結束，將近三個月學習到此為止，感慨頗多，首先要感謝蘇東寧老師的仔細而又認真的幫助。</p><p>　　在蘇老師的悉心幫助下，將此次畢業(yè)設計的計劃作了細致而周到的安排，下面來大體說一下，此次畢業(yè)設計的安排。首先，蘇老師為我確定了機械手得到大體方案，然后將機械手分

109、成五個部分，分別為機械手爪、腕部、大臂、小臂、底座。根據這五部分查資料，確定各自的方案與結構形式。按照順序，先從機械手爪開始,確定工件的抓取形式以及手爪的結構與尺寸,由此，確定氣缸的動力參數,緊接著，確定腕部的結構形式與尺寸，以及驅動腕部與手爪轉動的電機的功率與型號,然后，確定連接件的結構與尺寸,最后，確定手臂與機座的結構形式，再確定電機的型號。總體而言，本次機械手的設計，共6個自由度，共用6個電機驅動，能夠保證機械手在流水線上完成重物

110、的抓取。以上為本次畢業(yè)設計的大體過程。</p><p>　　下面談談本次設計的收獲與心得。以前作課程設計，更多的只是了解一些比較膚淺的東西，完全沒與實體接觸過，而且所用知識非常有限。相比較而言，本次畢業(yè)設計，不但接觸到了實物，所用的知識也是非常的廣泛，包括機械原理、機械設計、機電傳動、互換性原理?？梢赃@么說，只要是大學四年學過的與機械相關的知識，本次畢業(yè)設計都有所涉及，另一個比較好的方面是養(yǎng)成了查閱手冊的習慣。&

111、lt;/p><p>　　通過本次畢業(yè)設計，我培養(yǎng)了一種自覺動手、動腦的好習慣,而且思維的縝密性與嚴謹性得到鍛煉。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 吳宗澤。機械零件設計手冊 [M]. 北京工業(yè)出版社，2004：188~199</p><p>　　[2] 陳新元 張安龍。 裝配線機

112、械手電氣混合控制[J].液壓與氣動。2007（3）</p><p>　　[3] 陶相廳、袁銳波、羅景氣，動機械手的應用現狀與發(fā)展前景[OL],中國傳動網 2008</p><p>　　[4] 上海工業(yè)大學流控實驗室。氣動技術基礎[M]。機械工業(yè)出版社。1982</p><p>　　[5] 李允文. 工業(yè)機械設計手冊。北京：機械工業(yè)出版業(yè)，1994,8</

113、p><p>　　[6] 候析、劉濤。裝卸機械手設計研究。機械，2004,7</p><p>　　[7] 盧松峰。機械課程設計手冊。第一版。北京工業(yè)出版社，1994,8</p><p>　　[8] 李昌輝。自動上料機器人系統開發(fā)[D]。哈爾濱工業(yè)大學，2009</p><p>　　[9] 陳志權?；赑LC氣動機械手的控制系統[J]。兵工自

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115、[13] 楊振球、易孟林。高精度氣動機械手的研發(fā)及應用[J]。液壓與氣動 2006,2</p><p>　　[14] Modular Robot for Flexible Assembly。Pritschow.G.Wurst K.H</p><p>　　[15] Industrial Robots For Manipulation with Parallel Kinematic Mac

116、hines Zdenek Kolibal</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　本次設計已經結束，通過本次設計，將理論知識應用到了實際應用中，將理論知識進一步深化，對大學四年所學的東西有了更深刻的認識。此次設計進行的比較順利，一路設計過來沒有太大的麻煩，所以，我要個感謝蘇老師為我制定的仔細方案及悉心的指導。</p><

117、;p>　　設計開始階段一片茫然，先做啥后做啥，沒有主次之分。而蘇老師為我制定了仔細的方案，如果要做與機械手有關的課題，首先要對機械手有個大體的了解。蘇老師指導我參看了日本安川機器人，并對內部結構做了詳細的介紹，這為我后期作圖提供了很大的方便，然后蘇老師不定期的指導我，及時的為我解決涉及過程中的問題，這樣，幫助我對機器人的結構逐漸有了深刻的認識。為了解決作圖的困難，蘇老師為我提供了一份參考圖，并幫助我糾正其中的錯誤結構。</p

118、><p>　　本次畢業(yè)設計，我學到了很多知識,這里面包含了老師的汗水與辛苦,太多的感謝無從說起，在這里只是簡單的說一聲“謝謝”。</p><p>　　*Jg&6a*CZ7H$dq8KqqfHVZFedswSyXTy#&QA9wkxFyeQ^!djs#XuyUP2kNXpRWXmA&UE9aQ@Gn8xp$R#&#849Gx^Gjqv^$UE9wEwZ#Qc@UE

119、%&qYp@Eh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu##KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9CpbK!zn%Mz849Gx^Gjqv^$UE9wEwZ#Qc@UE%&qYp@Eh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu#

120、#KN&MuWFA5ux^Gjqv^$UE9wEwZ#Qc@UE%&qYp@Eh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu##KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9CpbK!zn%Mz849Gx^Gjqv^$UE9wEwZ#Qc@UE%&qYp@Eh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$