搬箱機械手結(jié)構(gòu)設(shè)計機械機電專業(yè)畢業(yè)設(shè)計

1、<p>　　畢 業(yè) 設(shè) 計 任 務(wù) 書</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　鑒于目前我國的發(fā)展?fàn)顩r，對外對內(nèi)經(jīng)濟的繁榮發(fā)展，對于物流運輸越來越依賴，運輸?shù)淖詣踊岣邔τ谀壳皣鴥?nèi)發(fā)展情況的提高至關(guān)重要。因此工業(yè)機器人在工業(yè)生產(chǎn)、運輸中更多更靈活的運用就是最好的提高方法。工業(yè)機器人種類繁多功能各不同。根據(jù)本設(shè)計需要，參考紙箱重量、紙箱尺

2、寸，工作范圍合理選擇傳動與驅(qū)動裝置，從而設(shè)計出一種搬運紙箱的機械手。最終完成任務(wù)實現(xiàn)了預(yù)期目標(biāo)設(shè)計出可靠可行的搬箱機械手。本機械手結(jié)構(gòu)簡單、制造、裝配方便成本較低、占空間較小、工作范圍較大、運動靈活、操作簡便，可大批量生產(chǎn)用于搬運工作，柔性度較高，可匹配多種負(fù)載。</p><p>　　本題目涉及到理論力學(xué)、機械設(shè)計、工程材料、工程制圖、互換性測量、液壓與氣壓傳動、機械原理、計算機輔助設(shè)計等方面的知識內(nèi)容。<

3、/p><p>　　關(guān)鍵詞：　機械手；搬箱；結(jié)構(gòu)設(shè)計</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　In view of the present state of development in China.The internal and external economic prosperity.More and more

4、 dependent on logistics and transport.Transportation automation's improvment of the domestic development is essential to improve the current situation.So it's the best way to use industrial robot in industrial pr

5、oduction and transportation more and flexibler.Industrial robots have a lot of variety and feature.According to the design requirement and weight、size of boxes,working range ch</p><p>　　The completing design

6、 manipulator has the small covered area,big working range,simple structure,low cost,merits of the vivid movement and simple operation etc.Therefore,it's suitable for use in reality production.</p><p>　　K

7、eywords：　Manipulator;Moving box;Structure design</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要</b></p><p><b>　　Abstract</b></p><p><b>　　1

8、緒論1</b></p><p>　　1.1 工業(yè)機器人定義1</p><p>　　1.2 工業(yè)機械手的組成與分類1</p><p>　　1.2.1 工業(yè)機械手的組成1</p><p>　　1.2.2 工業(yè)機械手的分類1</p><p>　　1.3 選題背景2</p><p&g

9、t;　　1.4 設(shè)計目的2</p><p>　　2 總體設(shè)計方案論證3</p><p>　　2.1 機械手的總體方案3</p><p>　　2.1.1 機械手總體結(jié)構(gòu)方式3</p><p>　　2.1.2 確定方案4</p><p>　　2.2 機械手腰部方案確定4</p><p>

10、　　2.2.1 機械手腰部結(jié)構(gòu)設(shè)計要求4</p><p>　　2.2.2 確定方案4</p><p>　　2.3 機械手手臂方案確定5</p><p>　　2.3.1 機械手手臂結(jié)構(gòu)設(shè)計要求5</p><p>　　2.3.2 確定方案5</p><p>　　2.4 機械手手腕連接方式6</p>

11、<p>　　2.5 機械手手部方案確定6</p><p>　　2.5.1 機械手手部設(shè)計要求6</p><p>　　2.5.2 機械手夾持器的運動和驅(qū)動方式6</p><p>　　2.5.3 機械手夾持器的典型結(jié)構(gòu)6</p><p>　　2.5.4 確定方案7</p><p>　　2.6 機械手機

12、械傳動方案確定7</p><p>　　2.6.1 機械手傳動結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)注意的問題7</p><p>　　2.6.2 機械手傳動機構(gòu)常見形式7</p><p>　　2.6.3 確定方案8</p><p>　　2.7 機械手驅(qū)動系統(tǒng)方案確定8</p><p>　　2.7.1 機械手各類驅(qū)動系統(tǒng)的特點8</

13、p><p>　　2.7.2 確定方案9</p><p>　　2.8 機械手手臂平衡機構(gòu)選擇10</p><p>　　3 主要結(jié)構(gòu)設(shè)計計算11</p><p>　　3.1 液壓缸氣缸設(shè)計計算11</p><p>　　3.1.1 手部氣缸設(shè)計計算11</p><p>　　3.1.2 手臂液壓缸

14、設(shè)計計算13</p><p>　　3.1.3 升降液壓缸設(shè)計計算15</p><p>　　3.2 電機選型參數(shù)計算16</p><p>　　3.2.1 相關(guān)參數(shù)的計算16</p><p>　　3.2.2 電機型號選擇18</p><p>　　3.3 齒輪傳動強度校核19</p><p&g

15、t;<b>　　結(jié)論21</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)22</b></p><p>　　致謝錯誤!未定義書簽。</p><p><b>　　緒論</b></p><p><b>　　工業(yè)機器人定義</b></p><

16、;p>　　機器人是一個擁有很多自由度的，能夠?qū)崿F(xiàn)許多模擬人動作和肢體結(jié)構(gòu)功能的機器；工業(yè)機器人則是在實際生產(chǎn)中應(yīng)用的機器人。</p><p>　　工業(yè)機械手的組成與分類</p><p><b>　　工業(yè)機械手的組成</b></p><p>　　各類工業(yè)機器人一般都由操作機（執(zhí)行機構(gòu)）、驅(qū)動裝置、控制系統(tǒng)組成。</p><

17、;p><b>　　操作機（執(zhí)行機構(gòu)）</b></p><p>　　操作機具有和人臂相似的功能，是可在空間抓放物體或進(jìn)行其他操作的機械裝置。包括機座、手臂、手腕和末端執(zhí)行器。 </p><p>　　1) 末端執(zhí)行器（手部） 是執(zhí)行最重要動作的操作機部件，能裝配夾持機構(gòu)、執(zhí)行機構(gòu)等構(gòu)件。夾持器可分為機械加緊、真空抽吸、液壓張緊和磁力等多種。</p>&

18、lt;p>　　2) 手腕 是用來支承并調(diào)整手部姿態(tài)，擁有2~3個自由度的起連接作用的部件，可增大手部的轉(zhuǎn)動范圍。有的專用機器人可以沒有手腕而直接降末端執(zhí)行器安裝在手臂的端部。常采用齒條傳動及輪系結(jié)構(gòu)。</p><p>　　3) 手臂 是由操作機的連接桿件和關(guān)節(jié)組成，用于支持和協(xié)調(diào)手腕及末端執(zhí)行器的位置。手臂有時不止一條，還可以包括肘關(guān)節(jié)和肩關(guān)節(jié)。一般將靠近末端執(zhí)行器的一節(jié)稱為小臂，靠近機座的稱為大臂。手臂與

19、機座間用關(guān)節(jié)連接，因而擴大了末端執(zhí)行器姿態(tài)的運動范圍。 </p><p>　　4) 腰部 稱為立柱，是承載手臂的元件，手臂依靠它來位移，用來擴大手臂地工作半徑。 </p><p>　　5) 機座 是固定不動并承受各種應(yīng)力、力的的元件。分為固定式和移動式兩類，移動式機座下部安裝行走機構(gòu)，可擴大機器人的工作范圍；行走機構(gòu)多為滾輪或履帶，分為有軌與無軌兩種。近些年來發(fā)展的步行機器人，其行走機構(gòu)多

20、為連桿機構(gòu)。 </p><p><b>　　驅(qū)動裝置</b></p><p>　　機器人的驅(qū)動設(shè)備用來驅(qū)動機器人工作，根據(jù)能量源的不同分為電子式、液壓式和氣壓式三種，其中執(zhí)行機構(gòu)電動機、液壓缸和氣缸可以與操作機直接相連，也可通過齒輪、諧波減速器和鏈條裝置等傳動機構(gòu)與操作機連接。</p><p><b>　　控制裝置</b>

21、</p><p>　　控制系統(tǒng)根據(jù)動作要求可分為開環(huán)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。很多工業(yè)機器人采用計算機控制，一般分為決策級、策略級和執(zhí)行級三級。決策級的功能是識別環(huán)境，建立模型，將作業(yè)任務(wù)分解為基本動作序列；策略級將基本動作變?yōu)殛P(guān)節(jié)坐標(biāo)協(xié)調(diào)變化的規(guī)律，分配給各關(guān)節(jié)的伺服系統(tǒng)；執(zhí)行級給出各關(guān)節(jié)伺服系統(tǒng)執(zhí)行給定的指令。</p><p><b>　　工業(yè)機械手的分類</b></

22、p><p><b>　　按用途分</b></p><p>　　機械手可分為專用機械手和通用機械手兩種:</p><p><b>　　1) 專用機械手</b></p><p>　　它是附屬于主機的、具有固定程序而無獨立控制系統(tǒng)的機械裝置。專用機械手具有動作少、工作對象單一、結(jié)構(gòu)簡單、使用可靠和造價低等特點

23、。</p><p><b>　　2) 通用機械手</b></p><p>　　它是一種具有獨立控制系統(tǒng)的程序可變的、動作靈活多樣的機械手。通用機械手的工作范圍大定位精度高通用性強，適用于不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量自動化的生產(chǎn)。</p><p><b>　　按驅(qū)動方式分</b></p><p>　　1

24、) 液壓傳動機械手</p><p>　　是以液壓的壓力來驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)運動的機械手。其主要特點是:抓重可達(dá)幾百公斤以上、傳動平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)緊湊、動作靈敏。</p><p>　　2) 氣壓傳動機械手</p><p>　　是以壓縮空氣的壓力來驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)運動的機械手。其主要特點是:介質(zhì)李源極為方便，輸出力小，氣動動作迅速，結(jié)構(gòu)簡單，成本低。</p><p&

25、gt;　　3) 機械傳動機械手</p><p>　　即由機械傳動機構(gòu)驅(qū)動的機械手。它是一種附屬于工作主機的專用機械手，其動力是由工作機械傳遞的。它的主要特點是運動準(zhǔn)確可靠，動作頻率大，但結(jié)構(gòu)較大，動作程序不可變。它常被用于工作主機的上、下料。</p><p>　　4) 電力傳動機械手</p><p>　　即有特殊結(jié)構(gòu)的感應(yīng)電動機、直線電機或功率步進(jìn)電機直接驅(qū)動執(zhí)行機

26、構(gòu)運動的機械手，因為不需要中間的轉(zhuǎn)換機構(gòu)，故機械結(jié)構(gòu)簡單。此類機械手目前還不多，但有發(fā)展前途。</p><p><b>　　按控制方式分</b></p><p><b>　　1) 點位控制</b></p><p>　　它的運動為空間點到點之間的移動，只能控制運動過程中幾個點的位置，不能控制其運動軌跡。若欲控制的點數(shù)多，則必

27、然增加電氣控制系統(tǒng)的復(fù)雜性。</p><p><b>　　2) 連續(xù)軌跡控制</b></p><p>　　它的運動軌跡為空間的任意連續(xù)曲線，其特點是設(shè)定點為無限的，整個移動過程處于控制之下，可以實現(xiàn)平穩(wěn)和準(zhǔn)確的運動，并且使用范圍廣，但電氣控制系統(tǒng)復(fù)雜。</p><p><b>　　選題背景</b></p>&

28、lt;p>　　鑒于目前我國的發(fā)展?fàn)顩r，對外對內(nèi)經(jīng)濟的繁榮發(fā)展，對于物流運輸越來越依賴，運輸?shù)淖詣踊岣邔τ谀壳皣鴥?nèi)發(fā)展情況的提高至關(guān)重要。因此工業(yè)機器人在工業(yè)生產(chǎn)、運輸中更多更靈活的運用就是最好的方法。鑒于現(xiàn)如今工業(yè)的自動化程度體現(xiàn)了一個國家的整體工業(yè)現(xiàn)代化水平，因此對于工業(yè)自動化的多樣性、靈活性等體現(xiàn)明顯的工業(yè)機械手就成為世界主流的發(fā)展方向。工業(yè)的現(xiàn)代化體現(xiàn)一個國家是否強大，能否抵御外敵讓百姓過上和平快樂安逸富足的生活。目前中國

29、消費者網(wǎng)上購物的次數(shù)是歐洲消費者的4倍，是美國和英國消費者的兩倍左右。在2012年前3季度，中國網(wǎng)上購物市場交易規(guī)模達(dá)7788億元人民幣，超2011年的全年總數(shù);2013年網(wǎng)上零售總額將占整體社會消費品零售總額6%左右。由此可見，市場對于工業(yè)機械手的需求量如此之大，如此大的產(chǎn)業(yè)需要有充沛的“后勤”保障，對于機械手的設(shè)計是非常有意義的。 </p><p><b>　　設(shè)計目的</b></

30、p><p>　　現(xiàn)在，機械手以不僅僅應(yīng)用于生產(chǎn)在物流領(lǐng)域里也應(yīng)用廣泛。為了能夠靈活迅速的運輸商品不僅需要快速的傳送軌道，還要有穩(wěn)定靈活的搬運機器人完成運輸不同階段的交接。本次設(shè)計就是要設(shè)計一個搬運紙箱的機械手，在結(jié)構(gòu)上力求簡單實用滿足結(jié)構(gòu)剛度和強度要求，來完成目前繁忙的搬運工作，節(jié)約了勞動力的同時提高了搬運效率，減少諸多不確定且對人體健康不利的因素。運用大學(xué)四年學(xué)習(xí)的專業(yè)知識完成本次畢業(yè)設(shè)計，體現(xiàn)出機械設(shè)計制造及其自

31、動化專業(yè)學(xué)生的素質(zhì)也是本次畢業(yè)設(shè)計的目的之一。</p><p><b>　　總體設(shè)計方案論證</b></p><p><b>　　機械手的總體方案</b></p><p><b>　　機械手總體結(jié)構(gòu)方式</b></p><p>　　工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)形式主要有直角坐標(biāo)式，圓柱坐標(biāo)

32、式，球坐標(biāo)式，關(guān)節(jié)型結(jié)構(gòu)四種。各個結(jié)構(gòu)的特點與形式，介紹如下。</p><p>　　(1) 直角坐標(biāo)式機械手</p><p>　　如圖2-1，其手臂的運動方式由直線位移構(gòu)成，即沿X軸的伸縮、沿Z軸的升降、沿Y軸的橫移。它特點是結(jié)構(gòu)簡單，定位精度高，適用于的場合是主機的坐標(biāo)規(guī)律排列。但是它的占地面積較大而工作范圍較小且運動不太靈活導(dǎo)致它的使用率不高。</p><p>

33、　　圖2-1 直角坐標(biāo)機械手 圖2-2 圓柱坐標(biāo)機械手</p><p>　　(2) 圓柱坐標(biāo)式機械手</p><p>　　如圖2-2，其手臂運動方式由直線位移和旋轉(zhuǎn)擺動構(gòu)成，即朝X軸的遠(yuǎn)近位移，朝Z軸的上下位移和繞Z軸的旋轉(zhuǎn)。它占用底層水平二維空間小、工作空間大、機構(gòu)不復(fù)雜可以完成比較高的定位精度應(yīng)用廣泛。 </p><

34、p>　　(3) 球座標(biāo)式機械手</p><p>　　如圖2-3，其手臂的運動方式由直線位移和圓周擺動構(gòu)成，即X軸的位移、繞Y軸的俯仰、繞Z軸的旋轉(zhuǎn)。這種機械手動作靈活、工作范圍大、占地面積小。它適用于沿伸縮方向向圓周外側(cè)作業(yè)的傳動形式。</p><p>　　(4) 關(guān)節(jié)式機械手</p><p>　　如圖 2-4，其機械手可以做幾個自由度的旋轉(zhuǎn)，它由大臂和小臂以

35、及腰部組成，大小兩臂的連接為肘關(guān)節(jié)，大臂與立柱的鏈接為肩關(guān)節(jié)，各關(guān)節(jié)均由鉸鏈構(gòu)成以實現(xiàn)轉(zhuǎn)動，手臂的運動系由三個回轉(zhuǎn)運動所組成，即大臂的俯仰、小臂的俯仰、大臂的回轉(zhuǎn)。它工作范圍大、動作靈活、通用性強，能夠繞過機體與工作主機抓取物體。它的手指控制位置精度不高，需要多個關(guān)節(jié)同時轉(zhuǎn)動來提供姿態(tài)并且其輔助設(shè)施、結(jié)構(gòu)都較很復(fù)雜。</p><p>　　圖2-3 球坐標(biāo)機械手

36、 圖2-4 關(guān)節(jié)式機械手</p><p><b>　　確定方案</b></p><p>　　具體到本設(shè)計，設(shè)計為搬運尺寸、毛重5kg紙箱，用傳送帶運輸，考慮在滿足要求的前提下，盡量簡化結(jié)構(gòu)，以減小成本、提高可靠度。根據(jù)動作要求，把紙箱從一個傳送帶上抓取下來放到更大的紙箱中進(jìn)行裝箱，在裝箱的過程中要求有X軸的伸縮來排列紙箱，要求有繞Z軸的旋轉(zhuǎn)來完成從傳送帶上去下紙箱

37、并進(jìn)行裝箱，要求要有沿Z軸的升降來完成對紙箱進(jìn)行層層碼垛，并且結(jié)構(gòu)簡單為宜便于安裝維修，同時對于手部的設(shè)計要求可以根據(jù)紙箱的不同位置可以用不同的姿態(tài)來完成抓取，即手腕處要求有一個繞Z軸的旋轉(zhuǎn)。綜上所述，要求的自由度為3個外加一個手腕的旋轉(zhuǎn)自由度，所以選擇圓柱坐標(biāo)式即一個繞Z軸的旋轉(zhuǎn)、一個沿Z軸的上下移動、一個沿X軸的伸縮，其特點是：結(jié)構(gòu)比較簡單，手臂運動范圍大，且有較高的定位準(zhǔn)確度。</p><p><b&

38、gt;　　機械手腰部方案確定</b></p><p>　　機械手腰部結(jié)構(gòu)設(shè)計要求</p><p>　　(1)要有足夠大的安裝基面，以保證機器人工作時的穩(wěn)定性</p><p>　　(2)腰部承受機器人全部重力和工作載荷，應(yīng)保證足夠的強度、剛度和承載能力。</p><p>　　(3)腰部軸系及傳動鏈的精度和剛度對末端執(zhí)行器的運動精度影

39、響最大。因此，腰部與手臂的連接要有可靠的定位基準(zhǔn)面，要有調(diào)整軸承間隙和傳動間隙的調(diào)整機構(gòu)。</p><p><b>　　確定方案</b></p><p>　　腰座回轉(zhuǎn)的驅(qū)動形式只有電機減速機構(gòu)以及擺動液壓缸或液壓馬達(dá)。因為電動機驅(qū)動系統(tǒng)采用低轉(zhuǎn)動慣量、大轉(zhuǎn)矩交直流伺服電動機及其配套的伺服驅(qū)動器，又具有不需要能量轉(zhuǎn)換、使用方便控制靈活等特點?？紤]到腰座的回轉(zhuǎn)對機械手的最

40、終精度影響大，故采用電機驅(qū)動來實現(xiàn)腰部的回轉(zhuǎn)運動。經(jīng)考慮采用大傳動比的齒輪傳動系統(tǒng)進(jìn)行減速和扭矩的放大。選用一級齒輪傳動來減小齒側(cè)間隙導(dǎo)致的誤差，并且為了減少空間加強機械手的整體結(jié)構(gòu)，齒輪采用高強度、高硬度的材料，高精度加工制造。腰部升降的驅(qū)動形式采用液壓升降，因為液壓缸既是驅(qū)動元件又是執(zhí)行元件，并且液壓缸的液壓桿自帶導(dǎo)程無需額外的光杠輔助導(dǎo)程，液壓缸的強度也很大可以保證機械手因旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的扭矩，且動力大能夠承受機械手的全部重量，技術(shù)成熟

41、并且便于用計算機實現(xiàn)直接控制。腰部具體結(jié)構(gòu)如圖2-5所示。</p><p>　　1.齒輪 2.圓錐滾子軸承 3.鎖緊螺母 4.回轉(zhuǎn)電機 5.升降液壓缸</p><p>　　圖2-5 機械手腰部結(jié)構(gòu)</p><p><b>　　機械手手臂方案確定</b></p><p>　　機械手手臂結(jié)構(gòu)設(shè)計要求</p&g

42、t;<p>　　(1)手臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計要符合動作需求。</p><p>　　(2)根據(jù)手臂所受載荷和結(jié)構(gòu)特點，合理選擇手臂截面形狀和高強度材質(zhì)材料。</p><p>　　(3)要設(shè)法減小機械間隙引起的運動誤差，提高運動的精準(zhǔn)性和運動剛度。采用緩沖和限位裝置提高定位精度。</p><p><b>　　確定方案</b></p>

43、;<p>　　手臂的運動是沿X軸的伸縮運動，是直線運動。直線運動的實現(xiàn)一般是氣動傳動，液壓傳動以及電動機驅(qū)動滾珠絲杠來實現(xiàn)。氣壓傳動的運動平穩(wěn)性不高，對于本次設(shè)計的精度考慮不宜采用，電機驅(qū)動精度高但是電機本身無法直接完成動作需要另外的執(zhí)行元件，因此結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜且成本較高。液壓驅(qū)動穩(wěn)定性好，精度較高，主要是液壓元件既是驅(qū)動元件又是可以執(zhí)行元件較之電動元件結(jié)構(gòu)簡單節(jié)約了空間，而且液壓缸有良好的剛度符合本次設(shè)計對于機械手手臂剛度

44、的要求。液壓缸的驅(qū)動力較大，能夠提供很好的伸縮運動的動力。對于不同級別的負(fù)載更換元件也比較方便。所以手臂采用液壓缸驅(qū)動。</p><p><b>　　機械手手腕連接方式</b></p><p>　　通過對實際情況分析，機械手手部與手臂連接無需自由度，采用固連即可。本設(shè)計通過中心孔帶有螺紋的法蘭與手部用螺栓連接，手臂與法蘭螺紋連接并通過鎖緊螺母使手部保持豎直狀態(tài)。具體設(shè)

45、計結(jié)構(gòu)如圖2-6所示。</p><p>　　1.法蘭 2.鎖緊螺母 3.活塞桿</p><p>　　圖2-6 手腕連接方式</p><p><b>　　機械手手部方案確定</b></p><p><b>　　機械手手部設(shè)計要求</b></p><p>　　(1)末端執(zhí)行

46、器要能夠?qū)崿F(xiàn)動作需要的夾持力以及按要求可以達(dá)到的位置精度。</p><p>　　(2)應(yīng)盡可能使末端執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、質(zhì)量輕，以減輕手臂的負(fù)荷。提倡設(shè)計可快速更換的系列化、通用化專用末端執(zhí)行器。</p><p>　　(3)夾持范圍要與工件相適應(yīng)，動作要快速靈活。</p><p>　　(4)結(jié)構(gòu)應(yīng)簡單、重量輕、強度可靠、易磨損處應(yīng)便于更換。</p>

47、<p>　　機械手夾持器的運動和驅(qū)動方式</p><p>　　工業(yè)機器人中應(yīng)用的夾持器多為雙指手抓式，按其手爪的運動方式可分為平移型和回轉(zhuǎn)型?；剞D(zhuǎn)型手爪又可分為單支點回轉(zhuǎn)型和雙支點回轉(zhuǎn)型，按夾持方式可分為外夾式和內(nèi)撐式。機械式夾持器按驅(qū)動方式可分為電動（或電磁）、液壓和氣動三種。</p><p>　　機械手夾持器的典型結(jié)構(gòu)</p><p>　　(1)楔塊

48、杠桿式夾持器</p><p>　　利用楔塊與連桿的相對運動來實現(xiàn)手爪的張、緊來完成抓取工件的動作。</p><p>　　(2)連桿杠桿式夾持器</p><p>　　這種手爪在活塞的推力下，連桿和杠桿使手爪產(chǎn)生夾緊（放松）運動，由于杠桿的力放大作用，這種手爪有可能產(chǎn)生較大的夾緊力。通常與彈簧一起使用。</p><p>　　(3)齒輪齒條平行連桿

49、式夾持器</p><p>　　這種手爪通過活塞推動齒條，齒條帶動齒輪旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生手爪的夾緊與松開動作。</p><p>　　(4)平行杠桿式夾持器</p><p>　　采用平行四邊形機構(gòu)，不需要導(dǎo)軌就可以保證手爪的兩手指保持平行運動，但是比帶有導(dǎo)軌的平行移動手爪的摩擦力要小很多。</p><p><b>　　確定方案</b>

50、;</p><p>　　結(jié)合具體的工作情況，本次設(shè)計任務(wù)為搬運兩側(cè)為平面的紙箱，因此選擇齒輪齒條平行連桿式夾持器較為合適，通過對齒條的驅(qū)動可以使帶有齒輪的連桿繞定軸轉(zhuǎn)動，通過平面機構(gòu)帶動夾塊的移動實現(xiàn)對紙箱的夾緊，由于這種夾持方式對紙箱的夾緊力有限所以在夾持器下方選擇有帶翻邊的夾塊。具體設(shè)計結(jié)構(gòu)如圖2-7所示。</p><p>　　1.平行連桿 2.吊環(huán) 3.扇形齒輪連桿 4.諧波減

51、速器 5.回轉(zhuǎn)電機</p><p>　　圖2-7 末端夾持器結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　機械手機械傳動方案確定</p><p>　　機械手傳動結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)注意的問題</p><p>　　(1)為了提高并控制機械手的運動速度及準(zhǔn)確度，要求機械手各元件的質(zhì)量小。因此，機器人的傳動機構(gòu)要力求結(jié)構(gòu)緊湊，質(zhì)量輕，體積小。</p><

52、;p>　　(2)傳動部件應(yīng)盡量降低靜摩擦力，保證小的正斜率動摩擦否則會出現(xiàn)爬行現(xiàn)象，傳動精度失準(zhǔn)。因此，要采用低摩擦阻力的傳動部件和導(dǎo)向支承部件，如滾珠絲杠副、滾動導(dǎo)向支承等。</p><p>　　(3)采取消除傳動間隙、減少支承變形等措施縮小反向死區(qū)誤差。</p><p>　　機械手傳動機構(gòu)常見形式</p><p><b>　　(1) 帶傳動<

53、;/b></p><p>　　帶傳動又分為平帶傳動、V帶傳動和多楔帶傳動</p><p><b>　　1) 平帶傳動 </b></p><p>　　應(yīng)用較多的情況為傳動中心距較大的情況。常用的平帶有橡膠布帶、縫合棉布帶、棉織帶和毛織帶等數(shù)種。其中以橡膠布帶應(yīng)用廣泛。</p><p><b>　　2) V

54、帶傳動 </b></p><p>　　V帶傳動的結(jié)構(gòu)更緊湊，V帶已經(jīng)大量標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)且可以承受較大的傳動比等優(yōu)點，因而V帶傳動的應(yīng)用最廣泛。</p><p>　　3) 多楔帶傳動 </p><p>　　結(jié)構(gòu)尺寸小，傳動平穩(wěn)，常用于傳遞功率較大，有要求結(jié)構(gòu)緊湊的場合。</p><p><b>　　(2) 鏈傳動</b

55、></p><p>　　由于沒有彈性滑動和打滑現(xiàn)象，鏈傳動比帶傳動更能保持準(zhǔn)確的平均傳動比；傳動效率高，能達(dá)到98%；又因鏈條與鏈輪之間不用張得很緊，所以作用于軸上的壓力較??；在同樣使用條件下，鏈傳動的承載能力也比帶傳動強；適于遠(yuǎn)距離傳動，中心距可達(dá)十幾米；鏈傳動的結(jié)構(gòu)較為緊湊，且成本低廉，可在溫度較高、濕度較大、有油污、腐蝕等惡劣條件下工作。</p><p><b>　　

56、(3) 齒輪傳動</b></p><p>　　齒輪傳動的特點：1.效率高2.結(jié)構(gòu)緊湊3.工作可靠、壽命長4.傳動比準(zhǔn)確、恒定5.適用的速度和功率范圍廣6.要求加工精度和安裝精度較高，制造時需要專用工具和設(shè)備，因此成本比較高。7.不適合在兩軸中心距大的情況下使用。</p><p><b>　　蝸桿傳動</b></p><p>　　可以

57、達(dá)到大的傳動比，噪音小，傳動穩(wěn)定可靠，具有自鎖能力，但是安裝時對中心距的尺寸精度要求較高。</p><p><b>　　確定方案</b></p><p>　　具體到此次設(shè)計兩個直線自由度和一個旋轉(zhuǎn)自由度，末端夾持器直線運動應(yīng)用氣動方式無需傳動機構(gòu)轉(zhuǎn)換，手臂直線自由度采用液壓缸驅(qū)動直接當(dāng)作執(zhí)行元件無需傳動機構(gòu)簡化結(jié)構(gòu)并且增強剛度，腰部的旋轉(zhuǎn)用步進(jìn)電機驅(qū)動，必須要有傳動機

58、構(gòu)來減速并增大扭矩。經(jīng)分析采用圓柱齒輪，利用一級齒輪傳動來減小齒輪傳動因尺側(cè)間隙導(dǎo)致的傳動誤差，故齒輪需要更高的強度來完成既定的動作。</p><p>　　機械手驅(qū)動系統(tǒng)方案確定</p><p>　　機械手各類驅(qū)動系統(tǒng)的特點</p><p>　　機械手關(guān)節(jié)的驅(qū)動方式有液壓式、氣壓式和電動式。</p><p><b>　　(1) 液壓

59、驅(qū)動</b></p><p>　　機械手的驅(qū)動方式采用液壓驅(qū)動有以下幾個優(yōu)點：</p><p>　　1）液壓容易達(dá)到較高的壓力，體積較小，可以獲得較大的推力或轉(zhuǎn)矩；</p><p>　　2）液壓系統(tǒng)介質(zhì)可壓縮性小，工作平穩(wěn)可靠，可以獲得較高的位置精度。</p><p>　　3）液壓傳動中比較容易控制速度和力并使之自動化。</

60、p><p>　　4）液壓的介質(zhì)為油液，具備潤滑和防銹能力，可以增加使用年限和提高機械效率。</p><p>　　液壓系統(tǒng)的不足之處是：</p><p>　　油液的黏度隨溫度變化而變化影響工作性能，高溫容易引起燃燒爆炸等危險；造價較高；容易引起故障</p><p><b>　　(2) 氣動驅(qū)動</b></p>&

61、lt;p>　　與液壓驅(qū)動相比，氣壓驅(qū)動的特點是：</p><p>　　1）壓縮空氣黏度小容易達(dá)到高速</p><p>　　2）動力來源易取得，可集中控制</p><p>　　3）空氣可應(yīng)用于高溫工作的情況</p><p>　　4）氣壓元件工作壓力低，故制造要求比液壓元件低</p><p><b>　　它

62、的不足之處是：</b></p><p>　　1）壓縮空氣常用壓力為0.4～0.6Mpa較低。</p><p>　　2）空氣壓縮性大工作平穩(wěn)性差，速度控制困難，要達(dá)到準(zhǔn)確的位置控制很難</p><p>　　3）除水問題處理不當(dāng)會使鋼類零件生銹，導(dǎo)致機械手失靈，排氣還會造成空氣污染。</p><p><b>　　(3) 電動

63、機驅(qū)動</b></p><p>　　電動機驅(qū)動可分為普通交流電動機驅(qū)動，交、直流伺服電動機驅(qū)動和步進(jìn)電動機驅(qū)動。普通交、直流電動機驅(qū)動如果不加減速器無法提供足夠的有效力矩，且運動不易控制，適用于中型或重型機器人。伺服電動機和步進(jìn)電動機輸出較小的力矩，慣性小易于控制，可以實現(xiàn)速度與位置的精確控制，用于中小型機器人更合適。不同驅(qū)動各種特點見表2-1。</p><p>　　表2-1各

64、種驅(qū)動方式在不同方面的特點比較</p><p><b>　　確定方案</b></p><p>　　具體到本設(shè)計，考慮到腰部的回轉(zhuǎn)關(guān)聯(lián)末端執(zhí)行器的定位精度，所以應(yīng)用定位精度高并且響應(yīng)速度快的步進(jìn)電機?；剞D(zhuǎn)下方的升降元件用液壓元件，考慮到承載能力以及垂直布置，可以利用重力實現(xiàn)下降，所以選用柱塞缸。手臂無法利用重力且對于驅(qū)動力要求不是非常大選用單活塞液壓缸。末端執(zhí)行器的回轉(zhuǎn)

65、也要求高定位精度，快速的反應(yīng)能力、靈活的轉(zhuǎn)動，輸出力要求不高選用步進(jìn)電機?？紤]到夾持器的驅(qū)動氣壓元件垂直放置而且對于工作環(huán)境要求較高，由于液壓元件的漏油是無法避免的元件的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致無法經(jīng)常拆卸維護，所以選用單作用活塞桿式氣壓缸。氣缸通過活塞桿帶動齒條使扇形齒輪轉(zhuǎn)動來完成手爪的擴張合攏。</p><p>　　機械手手臂平衡機構(gòu)選擇</p><p>　　除了關(guān)節(jié)坐標(biāo)機械手都可以通過合理布局，使手

66、臂自身可能達(dá)到平衡。關(guān)節(jié)機器人手臂一般都需要平衡裝置，以減小驅(qū)動器的負(fù)荷，同時縮短啟動時間。本設(shè)計采用圓柱坐標(biāo)結(jié)構(gòu)，由于手部結(jié)構(gòu)較多而且還有負(fù)載，考慮到機械手自身結(jié)構(gòu)根據(jù)實際情況選擇配重塊平衡機構(gòu)。</p><p><b>　　主要結(jié)構(gòu)設(shè)計計算</b></p><p><b>　　液壓缸氣缸設(shè)計計算</b></p><p>

67、;<b>　　手部氣缸設(shè)計計算</b></p><p>　　(1)手爪氣缸驅(qū)動力的計算</p><p>　　紙箱重量 ，摩擦系數(shù)為</p><p>　　1)根據(jù)手部結(jié)構(gòu)，其驅(qū)動力為:</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p><b>　　得&l

68、t;/b></p><p>　　式中，F(xiàn)N——為沿水平方向X軸作用于紙箱的力，N</p><p>　　FP——為氣缸沿Z軸的驅(qū)動力，N</p><p>　　l ——為連桿的長度，m</p><p>　　R——為扇形齒輪的節(jié)圓半徑，m</p><p>　　α——為連桿與豎直方向的夾角</p><

69、p><b>　　2)實際驅(qū)動力:</b></p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　因為傳遞力的機構(gòu)為齒輪齒條機構(gòu)，故取機械效率，并取。若被抓取工件的最大加速度，則:</p><p>　　夾持工件時所需驅(qū)動力為</p><p>　　(2)氣缸的直徑的設(shè)計</p&

70、gt;<p>　　本氣缸屬于單向作用氣缸。根據(jù)力平衡原理，氣缸活塞桿的輸出力需要克服彈簧的反作用力和活塞桿工作時的總阻力，其公式為:</p><p><b>　　（3-3）</b></p><p>　　式中，F(xiàn)1 ——活塞桿上的推力，N</p><p>　　Ft ——彈簧反作用力，N</p><p>　　F

71、z——氣缸工作時的總阻力，N</p><p>　　P ——氣缸工作壓力，Pa</p><p><b>　　彈簧反作用計算:</b></p><p><b>　?。?-4）</b></p><p><b>　?。?-5）</b></p><p>　　(3-

72、6) </p><p>　　式中，Gf——彈簧剛度，N/m</p><p>　　l —— 彈簧預(yù)壓縮量，m</p><p>　　s —— 活塞行程，m</p><p>　　d1——彈簧鋼絲直徑，m</p><p>　　D1——彈簧

73、平均直徑，m</p><p>　　n —— 彈簧有效圈數(shù)</p><p>　　G—— 彈簧材料剪切模量，一般取 </p><p>　　在設(shè)計中，必須考慮負(fù)載率的影響，則:</p><p><b>　　(3-7)</b></p><p>　　由以上分析得單向作用氣缸的直徑:</p>&

74、lt;p><b>　　(3-8)</b></p><p><b>　　代入有關(guān)數(shù)據(jù)，可得</b></p><p><b>　　所以</b></p><p>　　查《機械手冊》圓整，得D=70mm</p><p>　　由d/D=0.3~0.5，可得活塞桿直徑:d=（0.3~

75、0.5)D=21~35mm</p><p>　　圓整后，取活塞桿直徑d=20mm校核，按公式</p><p><b>　　有:</b></p><p><b>　　其中，[]，</b></p><p><b>　　則:</b></p><p><b

76、>　　滿足設(shè)計要求。</b></p><p>　　(3)缸筒壁厚的設(shè)計</p><p>　　缸筒直接承受壓縮空氣壓力，必須有一定厚度。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算:</p><p>　　(3-9) </p><p>　　式中，——缸筒壁厚

77、，mm</p><p>　　——液壓缸內(nèi)徑，mm</p><p>　　——實驗壓力，取, Pa</p><p>　　材料為:ZL3,[]=3MPa</p><p>　　代入己知數(shù)據(jù)，則壁厚為:</p><p><b>　　取，則缸筒外徑為:</b></p><p><

78、b>　　手臂液壓缸設(shè)計計算</b></p><p>　　做水平伸縮直線運動的液壓缸的驅(qū)動力根據(jù)液壓缸運動時所克服的摩擦、慣性、密封等幾個方面的阻力，來確定液壓缸所需要的驅(qū)動力。</p><p>　　(1) 液壓缸活塞的阻力的計算</p><p>　　F= F1±F2+F3±F4+F5+F6

79、 (3-10)</p><p>　　式中，F(xiàn)1——作用在活塞桿上的工作阻力，N，無</p><p>　　F2——液壓缸在啟動制動換向時的慣性阻力，F(xiàn)2=Ma,N</p><p>　　M——活塞及運動部件總質(zhì)量，kg</p><p>　　a ——加速度，m/s2</p><p>　　F3——除液壓缸外運動元件的摩擦

80、阻力，N，無</p><p>　　F4——運動部件自重，N</p><p>　　F5——活塞缸活塞及活塞桿處的密封摩擦力，一般由缸體的機械效率來表示，通常取ηm=0.95，N</p><p>　　F6——回油背壓阻力，N，取0.05F</p><p>　　1) 手臂慣性力的計算</p><p>　　本設(shè)計手臂平動是v=

81、0.3m/s,在計算慣性力的時候,設(shè)置啟動時間，啟動速度,</p><p>　　(3-11) </p><p><b>　　運動部件自重 </b></p><p><b

82、>　　(3-12)</b></p><p><b>　　密封裝置的摩擦阻力</b></p><p>　　(3-13) </p><p>　　經(jīng)過以上分析計算最后計算出液壓缸的驅(qū)動力（阻力）：</p><p>　　(2) 液壓缸工作壓力和結(jié)構(gòu)的確定</p>

83、<p>　　經(jīng)過上面的計算，確定了液壓缸的驅(qū)動力F=231.1N，查表選擇液壓缸的工作壓力P=0.8MPa</p><p>　　1) 確定液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸：</p><p>　　液壓缸內(nèi)徑的計算，如圖3-1所示：</p><p>　　圖3-1 雙作用液壓缸示意圖</p><p><b>　　當(dāng)油進(jìn)入無桿腔，</b

84、></p><p><b>　　(3-14)</b></p><p><b>　　當(dāng)油進(jìn)入有桿腔中，</b></p><p><b>　　(3-15)</b></p><p><b>　　液壓缸的有效面積：</b></p><p&

85、gt;　　故有 （3-16） </p><p>　　（有桿腔） （3-17）</p><p>　　式中，P——活塞的驅(qū)動力，N</p><p>　　P1——油缸的工作壓力，MPa</p><p>　　d—

86、—活塞桿直徑，mm,本案初設(shè)d=D/2</p><p>　　D——油缸內(nèi)徑，mm</p><p>　　η——油缸機械效率，在工程機械中用耐油橡膠可取η=0.96</p><p>　　據(jù)上述計算，F(xiàn)=2311N P=0.8MPa，按有桿腔進(jìn)行計算，其結(jié)果必然滿足無桿腔的力學(xué)要求。</p><p>　　將有關(guān)數(shù)據(jù)代入： </p>

87、<p>　　查表油缸內(nèi)徑系列（GB/T2348-93），選擇標(biāo)準(zhǔn)液壓缸內(nèi)徑， D=72mm</p><p>　　活塞桿直徑d=72/2=36mm</p><p>　　2) 液壓缸外徑的設(shè)計</p><p>　　本案液壓缸考慮到具體結(jié)構(gòu)，最小壁厚不小于3mm，而驅(qū)動力又偏低，故最大壁厚不超過10mm。按中等壁厚進(jìn)行計算(16>D/δ>3.2)

88、：</p><p><b>　　（3-18）</b></p><p>　　式中，——強度系數(shù)(當(dāng)為無縫鋼管時取值為1)</p><p>　　C——計入管壁公差及侵蝕的附加厚度</p><p>　　——油缸材料的許用應(yīng)力(MPa)；，其中為材料的抗拉強度，n為安全系數(shù)，一般n=3～5</p><p>

89、;　　一般常用缸體材料的許用應(yīng)力 為：</p><p>　　鍛鋼 </p><p>　　鑄鋼 </p><p><b>　　無縫管 </b></p><p><b>　　代入數(shù)據(jù)：</b></p><p>　　圓整為4mm，即缸體外徑80

90、mm</p><p><b>　　升降液壓缸設(shè)計計算</b></p><p>　　(1) 計算升降液壓缸的總機械載荷</p><p>　　根據(jù)機構(gòu)的工作情況液壓缸所受的總機械載荷為：</p><p><b>　?。?-19）</b></p><p>　　式中，——外加的載荷；

91、</p><p>　　——活塞上所受的慣性力；</p><p><b>　　——密封阻力；</b></p><p>　　——導(dǎo)向裝置的摩擦阻力；</p><p>　　——回油被壓形成的阻力；</p><p><b>　　1）的計算</b></p><p&g

92、t;<b>　?。?-20）</b></p><p>　　式中，——液壓缸的負(fù)載總重，取為50kg；</p><p>　　——重力加速度， ；</p><p><b>　　——速度變化量,；</b></p><p>　　——啟動或制動時間，一般為0.01~0.5s，取0.2s</p>

93、<p>　　將各未知數(shù)帶入上式，得：</p><p><b>　　2）的計算</b></p><p><b>　?。?-21）</b></p><p>　　式中，——克服液壓缸活塞及活塞桿處密封摩擦阻力所需空載壓力，如該液壓缸工作壓力<16 MPa，查相關(guān)機械手冊取0.2MPa ；</p>&

94、lt;p>　　——為進(jìn)油工作腔有效面積； </p><p>　　啟動時： </p><p>　　運動時： </p><p><b>　　3）的計算</b></p><p>　　回油背壓形成的阻力按下式計算：</p><

95、;p><b>　?。?-22）</b></p><p>　　式中，——為回油背壓，一般為，取</p><p>　　——為有桿腔活塞面積，兩邊差動比取2；</p><p><b>　　將各值帶入上式有，</b></p><p>　　分析液壓缸各工作階段受力情況，作用在活塞上的總機械載荷為：<

96、;/p><p>　　(2) 液壓缸強度的較核</p><p><b>　　1）缸筒壁厚的較核</b></p><p>　　當(dāng)缸體由脆性材料制造時，液壓缸壁厚按第二強度理論計算：</p><p><b>　?。?-23）</b></p><p>　　式中，——為缸筒內(nèi)徑；</

97、p><p>　　——為缸筒試驗壓力，當(dāng)缸的額定壓力時，?。?lt;/p><p>　　——為缸筒材料的許用應(yīng)力，，為材料抗拉強度，經(jīng)查機械手冊取為600MPa，為安全系數(shù)，此處取n=4；</p><p>　　帶入數(shù)據(jù)計算，上式成立。因此液壓缸壁厚強度滿足要求。</p><p>　　2）活塞桿直徑的較核</p><p>　　活塞桿

98、直徑的較核公式為：</p><p><b>　?。?-24）</b></p><p>　　式中， ——為活塞桿上作用力；</p><p>　　——為活塞桿材料的許用應(yīng)力，此處；</p><p>　　帶入數(shù)值，計算校核上式成立，因此活塞桿的強度能滿足工作要求。</p><p><b>　　

99、電機選型參數(shù)計算</b></p><p><b>　　相關(guān)參數(shù)的計算</b></p><p>　　(1) 若傳動負(fù)載作直線運動（滾珠絲杠）則有</p><p>　　負(fù)載額定功率： （3-25）</p><p>　　負(fù)載加速功率：

100、 （3-26）</p><p>　　負(fù)載力矩（電機軸）：</p><p><b>　?。?-27）</b></p><p>　　負(fù)載（電機軸）： </p><p><b>　?。?-28）</b></p><p>　　

101、起動時間： </p><p><b>　?。?-29）</b></p><p>　　制動時間： </p><p><b>　?。?-30）</b></p><p>　　(2) 若傳動負(fù)載作回轉(zhuǎn)運動</p><p>　　負(fù)載額定功率：

102、 （3-31）</p><p>　　負(fù)載加速功率： （3-32）</p><p>　　負(fù)載力矩（電機軸）： </p><p><b>　?。?-33）</b></p><p>　　負(fù)載GD（電機軸）：

103、 </p><p><b>　　（3-34）</b></p><p>　　起動時間： </p><p><b>　?。?-35）</b></p><p>　　制動時間： </p><p><b>　?。?-36）</b><

104、/p><p>　　式中，——額定功率，Kw；</p><p>　　——加速功率，Kw；</p><p>　　——負(fù)載軸回轉(zhuǎn)速度，r/min；</p><p>　　——電機軸回轉(zhuǎn)速度，r/min；</p><p>　　——負(fù)載的速度，m/min；</p><p><b>　　——減速機效率；

105、</b></p><p><b>　　——摩擦系數(shù)；</b></p><p>　　——負(fù)載轉(zhuǎn)矩（負(fù)載軸），；</p><p>　　——電機啟動最大轉(zhuǎn)矩，；</p><p>　　——負(fù)載轉(zhuǎn)矩（電機軸），；</p><p><b>　　——負(fù)載的，；</b></

106、p><p>　　——負(fù)載（電機軸），；</p><p><b>　　——電機的，；</b></p><p><b>　　下面進(jìn)行具體的計算</b></p><p>　　由于腰部回轉(zhuǎn)運動只存在摩擦力矩，在回轉(zhuǎn)圓周方向上不存在其他轉(zhuǎn)矩，則在回轉(zhuǎn)軸上有：</p><p><b&g

107、t;　　（3-37）</b></p><p>　　式中，——滾動軸承摩擦系數(shù)，取0.005；</p><p>　　——機械手本身與負(fù)載的重量之和，最大取80；</p><p>　　——大齒輪分度圓半徑，R=180；</p><p>　　帶入數(shù)據(jù)，計算得 =0.045；</p><p>　　同時，腰

108、部回轉(zhuǎn)速度為=30r/min；傳動比定為；</p><p>　　且， 帶入數(shù)據(jù)得： =10.45667。</p><p>　　將其帶入上（3-31）—（3-37）得：</p><p>　　啟動時間 ；</p><p>　　制動時間 ；</p>

109、<p>　　折算到電機軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩為：。</p><p>　　由于手部旋轉(zhuǎn)運動只存在摩擦力矩，在回轉(zhuǎn)圓周方向上不存在其他的轉(zhuǎn)矩，則在回轉(zhuǎn)軸上有；</p><p><b>　　（3-38）</b></p><p>　　式中，——滾動軸承摩擦系數(shù)，取0.01；</p><p>　　——機械手本身與負(fù)載的重量之和

110、，最大取7.5；</p><p>　　——傳動齒輪分度圓半徑，R=90；</p><p>　　帶入數(shù)據(jù)，計算得 =0.00675；</p><p>　　同時，手爪回轉(zhuǎn)速度為=120r/min</p><p>　　且， 帶入數(shù)據(jù)得： =10.45667。</p><p>　　將其帶入上（3-7）~（3-1

111、3）式，得：</p><p>　　啟動時間 ； </p><p>　　制動時間 ；</p><p>　　折算到電機軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩為：。</p><p><b>　　電機型號選擇</b></p><p>　　根據(jù)上述計算，考慮

112、諸多因素，腰部電機選擇北京和利時電機技術(shù)有限公司的步進(jìn)電機，具體型號為：90BYG550B-SAKRML-0301 該步進(jìn)電機高轉(zhuǎn)矩，低振動，綜合性能很好。手爪旋轉(zhuǎn)電機選擇國產(chǎn)北京和利時電機技術(shù)有限公司的步進(jìn)電機，具體型號為：90BYG550A-SAKRML-0301</p><p>　　下表為步進(jìn)電機相關(guān)技術(shù)參數(shù)，如表3-1所示</p><p>　　表3-1 步進(jìn)電機相關(guān)參數(shù)</p

113、><p>　　下圖為步進(jìn)電機矩頻特性曲線，如圖3-2所示</p><p>　　圖3-2 步進(jìn)電機矩頻特性曲線</p><p><b>　　齒輪傳動強度校核</b></p><p>　　(1) 確定齒輪材料、熱處理方式、精度等級和齒數(shù)</p><p>　　因傳動尺寸無嚴(yán)格要求，傳動功率較大，查手冊得，

114、小齒輪采用，齒面硬度為，取；大齒輪采用45鋼調(diào)質(zhì)，齒面硬度為，??；精度等級7級。取，一天工作16小時，電機轉(zhuǎn)速1000r/min</p><p>　　(2) 確定許用應(yīng)力</p><p>　　查手冊得 </p><p><b>　　取</b></p><p>　　查手冊接觸疲勞強度計算的壽命系數(shù)得<

115、/p><p>　　查手冊彎曲疲勞強度計算的壽命系數(shù)得</p><p><b>　　查手冊尺寸系數(shù)得</b></p><p><b>　　(3-39)</b></p><p><b>　　(3-40)</b></p><p><b>　　(3-41)

116、</b></p><p><b>　　(3-42)</b></p><p>　　(3) 齒面接觸疲勞強度計算</p><p><b>　　1）計算工作轉(zhuǎn)矩：</b></p><p><b>　　(3-43)</b></p><p>　　2）初

117、步計算小齒輪直徑</p><p><b>　　(3-44)</b></p><p><b>　　查手冊?。积X寬系數(shù)</b></p><p>　　取d1=55，則b=33mm</p><p>　　3） 按齒面接觸疲勞強度設(shè)計</p><p><b>　　(3-45)&

118、lt;/b></p><p>　　因工作均勻平穩(wěn)，查手冊工作情況系數(shù)得</p><p><b>　　設(shè)計齒輪精度7級，</b></p><p><b>　　查手冊取</b></p><p><b>　　齒輪對稱布置，；</b></p><p>　　

119、(4) 校核輪齒彎曲疲勞強度</p><p>　　查手冊齒形系數(shù)得，；</p><p>　　查手冊應(yīng)力修正系數(shù)得，；</p><p><b>　　因，所以得</b></p><p>　　由彎曲強度校核公式得</p><p>　　大小齒輪彎曲疲勞強度滿足要求</p><p>

120、　　千萬不要刪除行尾的分節(jié)符，此行不會被打印。“結(jié)論”以前的所有正文內(nèi)容都要編寫在此行之前。</p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　通過本次設(shè)計，我完成了以下工作：</p><p>　?。?）手部設(shè)計選擇了能夠完成搬箱任務(wù)的平行連桿齒輪齒條式氣動末端執(zhí)行器，根據(jù)紙箱的大小設(shè)計了連桿的尺寸、連桿轉(zhuǎn)動的范圍，根據(jù)實際要求選擇

121、了合適的驅(qū)動系統(tǒng)?？紤]到實際工作環(huán)境及要求增加了末端執(zhí)行器的繞Z軸回轉(zhuǎn)自由度，由步進(jìn)電機驅(qū)動完成動作，可以很好的控制旋轉(zhuǎn)角度達(dá)到定位精度要求。</p><p>　　（2）手臂本設(shè)計選用液壓缸直接驅(qū)動并執(zhí)行動作，同樣對于小負(fù)載，選擇更合理結(jié)構(gòu)利用電動方式驅(qū)動更好，而本設(shè)計的好處是簡化了結(jié)構(gòu)在達(dá)到設(shè)計要求的前提下，相對的節(jié)約了成本。并且液壓缸的剛度可靠對于本設(shè)計的要求十分夠用。</p><p>

122、;　?。?）腰部選用電機驅(qū)動齒輪傳動，可以很好的控制旋轉(zhuǎn)角度和速度，可以選用大功率電機，也可選用夠用的電機，對于本機械手的升級十分方便。升降系統(tǒng)選用液壓柱塞缸，液壓柱塞缸的驅(qū)動力很大，剛度也很大，本身有導(dǎo)向套導(dǎo)向，所以本人認(rèn)為合理可靠。</p><p>　　同時也有很多不足之處</p><p>　?。?）對于末端執(zhí)行器相比其他結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)靈活，易實現(xiàn)設(shè)計的要求動作且可以很好的抓取側(cè)面為平面的

123、物體，如果在結(jié)構(gòu)剛度即材料上有所改進(jìn)可以抓取更重一些的物體，對于驅(qū)動方式由于本人學(xué)術(shù)非常有限沒能設(shè)計處更合理的方式，較理想的驅(qū)動方式是電機傳動，電機傳動可以非常好的控制手爪的張角，對于負(fù)載不大的機械手十分靈活可靠。</p><p>　?。?）如果對于機械手的整體材料進(jìn)行改進(jìn)可以更靈活、經(jīng)濟。比如全部用鋁合金材料，雅馬哈就有全鋁合金機械手在各方面都很不錯。</p><p>　　對于本設(shè)計的結(jié)

124、構(gòu)也存在復(fù)雜不合理之處，由于本人技術(shù)有限，對于錯誤誠懇希望老師指出。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 呂宏,王慧.機械設(shè)計[M].北京:北京大學(xué)出版社,2009.</p><p>　　[2] 王慧,呂宏.機械設(shè)計課程設(shè)計[M].北京:北京大學(xué)出版社,2009.</p><p>　

125、　[3] 關(guān)慧貞,馮辛安.機械制造裝備設(shè)計第3版[M].北京:機械工業(yè)出版社,2012.</p><p>　　[4] 左健民.液壓與氣壓傳動第4版[M].北京:機械工業(yè)出版社,2011.</p><p>　　[5] 鄭堤，唐可洪.機電一體化設(shè)計[M].北京:機械工業(yè)出版社,2005.</p><p>　　[6] 張建民.機電一體化系統(tǒng)設(shè)計（修訂版）[M].北京:北京

126、理工大學(xué)出版社,2011.</p><p>　　[7] 張鐵.機器人學(xué)[M].廣州：華南理工大學(xué)出版社,2000.</p><p>　　[8] 龔正等.液壓傳動與控制[M].上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社,1989.</p><p>　　[9] 徐灝.機械設(shè)計手冊[J].北京：機械工業(yè)出版社, 1991.</p><p>　　[10] 張鐵,謝存禧