目錄摘要 .1第一章 機(jī)械手設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) .11.1 畢業(yè)設(shè)計(jì)目的 .11.2 本課題的內(nèi)容和要求 .2第二章 抓取機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) .42.1 手部設(shè)計(jì)計(jì)算 .42.2 腕部設(shè)計(jì)計(jì)算 .72.3 臂伸縮機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) .8第三章 液壓系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)及草圖 .113.1 手部抓取缸 .113.2 腕部擺動(dòng)液壓回路 .123.3 小臂伸縮缸液壓回路 .133.4 總體系統(tǒng)圖 .14第四章 機(jī)身機(jī)座的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .154.1 電機(jī)的選擇 .164.2 減速器的選擇 .174.3 螺柱的設(shè)計(jì)與校核 .17第五章 機(jī)械手的定位與平穩(wěn)性 .195.1 常用的定位方式 .195.2 影響平穩(wěn)性和定位精度的因素 .195.3 機(jī)械手運(yùn)動(dòng)的緩沖裝置 .20第六章 機(jī)械手的控制 .21第七章 機(jī)械手的組成與分類 .227.1 機(jī)械手組成 .227.2 機(jī)械手分類 .24第八章 機(jī)械手 Solidworks 三維造型 .258.1 上手爪造型 .268.2 螺栓的繪制 .30畢業(yè)設(shè)計(jì)感想 .35參考資料 .361送料機(jī)械手設(shè)計(jì)及 Solidworks 運(yùn)動(dòng)仿真摘 要本課題是為普通車(chē)床配套而設(shè)計(jì)的上料機(jī)械手。工業(yè)機(jī)械手是工業(yè)生產(chǎn)的必然產(chǎn)物，它是一種模仿人體上肢的部分功能，按照預(yù)定要求輸送工件或握持工具進(jìn)行操作的自動(dòng)化技術(shù)設(shè)備，對(duì)實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化，推動(dòng)工業(yè)生產(chǎn)的進(jìn)一步發(fā)展起著重要作用。因而具有強(qiáng)大的生命力受到人們的廣泛重視和歡迎。實(shí)踐證明，工業(yè)機(jī)械手可以代替人手的繁重勞動(dòng)，顯著減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善勞動(dòng)條件，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和自動(dòng)化水平。工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)的笨重工件的搬運(yùn)和長(zhǎng)期頻繁、單調(diào)的操作，采用機(jī)械手是有效的。此外，它能在高溫、低溫、深水、宇宙、放射性和其他有毒、污染環(huán)境條件下進(jìn)行操作，更顯示其優(yōu)越性，有著廣闊的發(fā)展前途。本課題通過(guò)應(yīng)用 AutoCAD 技術(shù)對(duì)機(jī)械手進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和液壓傳動(dòng)原理設(shè)計(jì)，運(yùn)用Solidworks 技術(shù)對(duì)上料機(jī)械手進(jìn)行三維實(shí)體造型，并進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)仿真，使其能將基本的運(yùn)動(dòng)更具體的展現(xiàn)在人們面前。它能實(shí)行自動(dòng)上料運(yùn)動(dòng)；在安裝工件時(shí)，將工件送入卡盤(pán)中的夾緊運(yùn)動(dòng)等。上料機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)速度是按著滿足生產(chǎn)率的要求來(lái)設(shè)定。關(guān)鍵字 機(jī)械手，AutoCAD，Solidworks 。2AbstractThis topic is on the manipulator is designed for ordinary lathe equipment. Industrial machinery hand is the inevitable product of industrial production, it is a copy of the upper part of the human body function, the requirements of automation technology equipment for transporting workpieces or hold the tools to operate in accordance with, automation of industrial production, it plays an important role in promoting the further development of industrial production. Has strong vitality by the widespread attention and welcome. Practice has proved, the heavy labor industrial robot can replace the staff, greatly reduce the labor intensity of workers, improve working conditions, improve labor productivity and automation level. Industrial production in the often cumbersome workpiece handling and frequent the long-term, monotonous operation, a mechanical hand to be effective. In addition, it can operate in high temperature, low temperature, water, the universe, radioactive and other toxic, environmental pollution condition, but also show its superiority, there are broad prospects for the development.This topic through the application of AutoCAD technology to design the structure and principle of hydraulic transmission design of mechanical hand, use Solidworks technology for 3D entity of manipulator modeling, and the movement simulation, which can be the basic motion more specific show in front of people. It can carry out the automatic feeding movement; in the installation of the workpiece, the workpiece to the chuck clamping movement. On the manipulator movement speed is to meet productivity requirement set.Keywords： mechanical hand, AutoCAD, Solidworks.3第一章 機(jī)械手設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)1.1 畢業(yè)設(shè)計(jì)目的畢業(yè)設(shè)計(jì)是學(xué)生完成本專業(yè)教學(xué)計(jì)劃的最后一個(gè)極為重要的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，是使學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)過(guò)的基本理論、基本知識(shí)與基本技能去解決專業(yè)范圍內(nèi)的工程技術(shù)問(wèn)題而進(jìn)行的一次基本訓(xùn)練。這對(duì)學(xué)生即將從事的相關(guān)技術(shù)工作和未來(lái)事業(yè)的開(kāi)拓都具有一定意義。其主要目的：一、培養(yǎng)學(xué)生綜合分析和解決本專業(yè)的一般工程技術(shù)問(wèn)題的獨(dú)立工作能力，拓寬和深化學(xué)生的知識(shí)。 二、培養(yǎng)學(xué)生樹(shù)立正確的設(shè)計(jì)思想，設(shè)計(jì)構(gòu)思和創(chuàng)新思維，掌握工程設(shè)計(jì)的一般程序規(guī)范和方法。三、培養(yǎng)學(xué)生樹(shù)立正確的設(shè)計(jì)思想和使用技術(shù)資料、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)等手冊(cè)、圖冊(cè)工具書(shū)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，數(shù)據(jù)處理，編寫(xiě)技術(shù)文件等方面的工作能力。四、培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行調(diào)查研究，面向?qū)嶋H，面向生產(chǎn)，向工人和技術(shù)人員學(xué)習(xí)的基本工作態(tài)度，工作作風(fēng)和工作方法。1.2 本課題的內(nèi)容和要求（一、 ）原始數(shù)據(jù)及資料（1、 ）原始數(shù)據(jù)：a、 生產(chǎn)綱領(lǐng)：100000 件（兩班制生產(chǎn)）b、 自由度（四個(gè)自由度）臂轉(zhuǎn)動(dòng) 180o臂上下運(yùn)動(dòng) 500mm臂伸長(zhǎng)（收縮）500mm手部轉(zhuǎn)動(dòng) ±180o（2、 ）設(shè)計(jì)要求：a、上料機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖、裝配圖、各主要零件圖（一套）4b、液壓原理圖（一張）c、機(jī)械手三維造型d、動(dòng)作模擬仿真e、設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)（一份） （3、 ）技術(shù)要求主要參數(shù)的確定：a、坐標(biāo)形式：直角坐標(biāo)系b、臂的運(yùn)動(dòng)行程：伸縮運(yùn)動(dòng) 500mm，回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 180o。c、運(yùn)動(dòng)速度：使生產(chǎn)率滿足生產(chǎn)綱領(lǐng)的要求即可。d、控制方式：起止設(shè)定位置。e、定位精度：±0.5mm。f、手指握力：392Ng、驅(qū)動(dòng)方式：液壓驅(qū)動(dòng)。（二、 ）料槽形式及分析動(dòng)作要求（ 1、 ）料槽形式由于工件的形狀屬于小型回轉(zhuǎn)體，此種形狀的零件通常采用自重輸送的輸料槽,如圖1.1 所示，該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需要其它動(dòng)力源和特殊裝置，所以本課題采用此種輸料槽。圖 1.1 機(jī)械手安裝簡(jiǎn)易圖（2、 ）動(dòng)作要求分析如圖 1.2 所示動(dòng)作一：送 料動(dòng)作二：預(yù)夾緊動(dòng)作三：手臂上升5動(dòng)作四：手臂旋轉(zhuǎn)動(dòng)作五：小臂伸長(zhǎng)動(dòng)作六：手腕旋轉(zhuǎn)預(yù)夾緊手臂上升手臂旋轉(zhuǎn)小臂伸長(zhǎng) 手腕旋轉(zhuǎn)手臂轉(zhuǎn)回圖 1.2 要求分析6第二章 抓取機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1 手部設(shè)計(jì)計(jì)算一、對(duì)手部設(shè)計(jì)的要求1、有適當(dāng)?shù)膴A緊力手部在工作時(shí)，應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膴A緊力，以保證夾持穩(wěn)定可靠，變形小，且不損壞工件的已加工表面。對(duì)于剛性很差的工件夾緊力大小應(yīng)該設(shè)計(jì)得可以調(diào)節(jié)，對(duì)于笨重的工件應(yīng)考慮采用自鎖安全裝置。2、有足夠的開(kāi)閉范圍夾持類手部的手指都有張開(kāi)和閉合裝置。工作時(shí)，一個(gè)手指開(kāi)閉位置以最大變化量稱為開(kāi)閉范圍。對(duì)于回轉(zhuǎn)型手部手指開(kāi)閉范圍，可用開(kāi)閉角和手指夾緊端長(zhǎng)度表示。手指開(kāi)閉范圍的要求與許多因素有關(guān)，如工件的形狀和尺寸，手指的形狀和尺寸，一般來(lái)說(shuō)，如工作環(huán)境許可，開(kāi)閉范圍大一些較好，如圖 2.1 所示。7圖 2.1 機(jī)械手開(kāi)閉示例簡(jiǎn)圖3、力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕，體積小手部處于腕部的最前端，工作時(shí)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)多變，其結(jié)構(gòu)，重量和體積直接影響整個(gè)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)，抓重，定位精度，運(yùn)動(dòng)速度等性能。因此，在設(shè)計(jì)手部時(shí)，必須力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕，體積小。4、手指應(yīng)有一定的強(qiáng)度和剛度5、其它要求因此送料，夾緊機(jī)械手，根據(jù)工件的形狀，采用最常用的外卡式兩指鉗爪，夾緊方式用常閉史彈簧夾緊，松開(kāi)時(shí)，用單作用式液壓缸。此種結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，制造方便。二、拉緊裝置原理如圖 2.2 所示 【4】 ：油缸右腔停止進(jìn)油時(shí)，彈簧力夾緊工件，油缸右腔進(jìn)油時(shí)松開(kāi)工件。8圖 2.2 油缸示意圖1、右腔推力為FP=（π／4）D2P （2.1）=（π／4） 0.52 25 103?=4908.7N2、根據(jù)鉗爪夾持的方位，查出當(dāng)量夾緊力計(jì)算公式為：F1=（2b／a） （cosα′）2N′ （2.2）其中 N′=4 98N=392N，帶入公式 2.2 得：?F1=（2b／a） （cosα′）2N′?=(2 150/50) （cos30o）2 392?=1764N則實(shí)際加緊力為 F 1實(shí)際=PK1K2/η （2.3）=1764 1.5 1.1/0.85=3424N?經(jīng)圓整 F1=3500N3、計(jì)算手部活塞桿行程長(zhǎng) L,即L=（D/2）tgψ （2.4）=25×tg30o=23.1mm經(jīng)圓整取 l=25mm4、確定“V”型鉗爪的 L、β。取 L/Rcp=3 （2.5）式中： Rcp=P/4=200/4=50 （2.6）由公式（2.5） （2.6）得：L=3×Rcp=150取“V”型鉗口的夾角 2α=120o，則偏轉(zhuǎn)角 β 按最佳偏轉(zhuǎn)角來(lái)確定，查表得：β=22o39′5、機(jī)械運(yùn)動(dòng)范圍（速度） 【1】9（1）伸縮運(yùn)動(dòng) V max=500mm/sVmin=50mm/s（2）上升運(yùn)動(dòng) V max=500mm/sVmin=40mm/s（3）下降 Vmax=800mm/sVmin=80mm/s（4）回轉(zhuǎn) Wmax=90o/sWmin=30o/s所以取手部驅(qū)動(dòng)活塞速度 V=60mm/s 6、手部右腔流量Q=sv （2.7）=60πr2=60×3.14×252=1177.5mm3/s7、手部工作壓強(qiáng)P= F1/S （2.8）=3500/1962.5=1.78Mpa2.2 腕部設(shè)計(jì)計(jì)算腕部是聯(lián)結(jié)手部和臂部的部件，腕部運(yùn)動(dòng)主要用來(lái)改變被夾物體的方位，它動(dòng)作靈活，轉(zhuǎn)動(dòng)慣性小。本課題腕部具有回轉(zhuǎn)這一個(gè)自由度，可采用具有一個(gè)活動(dòng)度的回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu)。要求：回轉(zhuǎn)±90o角速度 W=45o/s以最大負(fù)荷計(jì)算：當(dāng)工件處于水平位置時(shí)，擺動(dòng)缸的工件扭矩最大，采用估算法，工件重 10kg，長(zhǎng)度l=650mm。如圖 2.3 所示。1、計(jì)算扭矩 M1〖4〗設(shè)重力集中于離手指中心 200mm 處，即扭矩 M1 為：M1=F×S （2.9）=10×9.8×0.2=19.6（N·M）10FSF圖 2.3 腕部受力簡(jiǎn)圖2、油缸（伸縮）及其配件的估算扭矩 M2〖4〗F=5kg S=10cm帶入公式 2.9 得M2=F×S=5×9.8×0.1 =4.9（N·M） 3、擺動(dòng)缸的摩擦力矩 M 摩 〖4〗F 摩=300（N） （估算值）S=20mm （估算值）M 摩=F 摩×S=6（N·M）4、擺動(dòng)缸的總摩擦力矩 M〖4〗M=M1+M2+M 摩 （2.10）=30.5（N·M） 5.由公式T=P×b（ΦA(chǔ)12-Φmm2）×10 6/8 （2.11）其中： b—葉片密度，這里取 b=3cm；ΦA(chǔ)1—擺動(dòng)缸內(nèi)徑, 這里取 ΦA(chǔ)1=10cm；Φmm—轉(zhuǎn)軸直徑, 這里取 Φmm=3cm。所以代入（2.11）公式P=8T/b（ΦA(chǔ)12-Φmm2）×10 6=8×30.5/0.03×（0.12-0.032）×10 6=0.89Mpa又因?yàn)閃=8Q/（ΦA(chǔ)12-Φmm2）b工件11所以 Q=W（ΦA(chǔ)12-Φmm2）b/8=（π/4） （0.12-0.032）×0.03/8=0.27×10-4m3/s=27ml/s2.3 臂伸縮機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)手臂是機(jī)械手的主要執(zhí)行部件。它的作用是支撐腕部和手部，并帶動(dòng)它們?cè)诳臻g運(yùn)動(dòng)。臂部運(yùn)動(dòng)的目的，一般是把手部送達(dá)空間運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)的任意點(diǎn)上，從臂部的受力情況看，它在工作中即直接承受著腕部、手部和工件的動(dòng)、靜載荷，而且自身運(yùn)動(dòng)又較多，故受力較復(fù)雜。 機(jī)械手的精度最終集中在反映在手部的位置精度上。所以在選擇合適的導(dǎo)向裝置和定位方式就顯得尤其重要了。手臂的伸縮速度為 200m/s行程 L=500mm1、手臂右腔流量，公式（2.7）得： 【4】Q=sv=200×π×402=1004800mm3/s=0.1/102m3/s=1000ml/s2、手臂右腔工作壓力，公式（2.8） 得： 〖4〗 P=F/S （2.12）式中：F——取工件重和手臂活動(dòng)部件總重，估算 F=10+20=30kg， F 摩=1000N。所以代入公式（2.12）得： P=（F+ F 摩）/S=（30×9.8+1000）/π×402=0.26Mpa3、繪制機(jī)構(gòu)工作參數(shù)表如圖 2.4 所示：12圖 2.4 機(jī)構(gòu)工作參數(shù)表4、由初步計(jì)算選液壓泵 〖4〗所需液壓最高壓力 P=1.78Mpa所需液壓最大流量 Q=1000ml/s選取 CB-D 型液壓泵（齒輪泵）此泵工作壓力為 10Mpa，轉(zhuǎn)速為 1800r/min，工作流量 Q 在 32—70ml/r 之間，可以滿足需要。5、驗(yàn)算腕部擺動(dòng)缸：T=PD（ΦA(chǔ)12-Φmm2）ηm×10 6/8 （2.13）W=8θηv/（ΦA(chǔ)12-Φmm2）b （2.14）式中：Ηm—機(jī)械效率?。? 0.85～0.9Ηv—容積效率?。? 0.7～0.95所以代入公式（2.13）得：T=0.89×0.03×（0.12-0.032）×0.85×10 6/8=25.8（N·M）TM=30.5（N·M）代入公式（2.14）得：W=（8×27×10 -6）×0.85/（0.12-0.032）×0.03=0.673rad/sWπ/4≈0.785rad/s因此，取腕部回轉(zhuǎn)油缸工作壓力 P=1Mpa流量 Q=35ml/s13圓整其他缸的數(shù)值：手部抓取缸工作壓力 PⅠ=2Mpa 流量 QⅠ=120ml/s小臂伸縮缸工作壓力 PⅠ=0.25Mpa 流量 QⅠ=1000ml/s第三章 液壓系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)及草圖3.1 手部抓取缸14圖 3.1 手部抓取缸液壓原理圖 〖7〗1、手部抓取缸液壓原理圖如圖 3.1 所示2、泵的供油壓力 P 取 10Mpa，流量 Q 取系統(tǒng)所需最大流量即 Q=1300ml/s。因此，需裝圖 3.1 中所示的調(diào)速閥，流量定為 7.2L/min，工作壓力 P=2Mpa。采用： YF-B10B 溢流閥2FRM5-20/102 調(diào)速閥23E1-10B 二位三通閥153.2 腕部擺動(dòng)液壓回路 4圖 3.2 腕部擺動(dòng)液壓回路 〖7〗1、腕部擺動(dòng)缸液壓原理圖如圖 3.2 所示2、工作壓力 P=1Mpa流量 Q=35ml/s采用：2FRM5-20/102 調(diào)速閥34E1-10B 換向閥YF-B10B 溢流閥163.3 小臂伸縮缸液壓回路臂部伸縮缸 52圖 3.3 小臂伸縮缸液壓回路 〖7〗1、小臂伸縮缸液壓原理圖如圖 3.3 所示2、工作壓力 P=0.25Mpa流量 Q=1000ml/s采用： YF-B10B 溢流閥2FRM5-20/102 調(diào)速閥23E1-10B 二位三通閥173.4 總體系統(tǒng)圖圖 3.4 總體系統(tǒng)圖 〖7〗1、總體系統(tǒng)圖如圖 3.4 所示2、工作過(guò)程小臂伸長(zhǎng)→手部抓緊→腕部回轉(zhuǎn)→小臂回轉(zhuǎn)→小臂收縮→手部放松3、電磁鐵動(dòng)作順序表元件動(dòng)作1DT 2DT 3DT 4DT 5DT小臂伸長(zhǎng) － + + - -手部抓緊 － + - - -腕部回轉(zhuǎn) － + - + -小臂收縮 － - - - -手部放松 － - + - -卸荷 ＋ ± ± ± ±18圖 3.5 總體系統(tǒng)圖4、確電機(jī)規(guī)格：液壓泵選取 CB-D 型液壓泵，額定壓力 P=10Mpa，工作流量在 32～70ml/r 之間。選取 80L/min 為額定流量的泵，因此：傳動(dòng)功率 N=P×Q/η （3.1）式中：η=0.8 （經(jīng)驗(yàn)值）所以代入公式（3.1）得：N=10×80×103×106/60×0.8=16.7KN選取電動(dòng)機(jī) JQZ-61-2 型電動(dòng)機(jī)，額定功率 17KW，轉(zhuǎn)速為 2940r/min。19第四章 機(jī)身機(jī)座的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)機(jī)身的直接支承和傳動(dòng)手臂的部件。一般實(shí)現(xiàn)臂部的升降、回轉(zhuǎn)或俯仰等運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置或傳動(dòng)件都安裝在機(jī)身上，或者就直接構(gòu)成機(jī)身的軀干與底座相連。因此，臂部的運(yùn)動(dòng)愈多，機(jī)身的結(jié)構(gòu)和受力情況就愈復(fù)雜，機(jī)身既可以是固定式的，也可以是行走式的,如圖 4.1 所示。圖 4.1 機(jī)身機(jī)座結(jié)構(gòu)圖臂部和機(jī)身的配置形式基本上反映了機(jī)械手的總體布局。本課題機(jī)械手的機(jī)身設(shè)計(jì)成機(jī)座式，這樣機(jī)械手可以是獨(dú)立的，自成系統(tǒng)的完整裝置，便于隨意安放和搬動(dòng)，也可具有行走機(jī)構(gòu)。臂部配置于機(jī)座立柱中間，多見(jiàn)于回轉(zhuǎn)型機(jī)械手。臂部可沿機(jī)座立柱作升降運(yùn)動(dòng)，獲得較大的升降行程。升降過(guò)程由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)螺柱旋轉(zhuǎn)。由螺柱配合導(dǎo)致了手臂的上下運(yùn)動(dòng)。手臂的回轉(zhuǎn)由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)減速器軸上的齒輪旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)了機(jī)身的旋轉(zhuǎn)，從而達(dá)到了自由度的要求。4.1 電機(jī)的選擇機(jī)身部使用了兩個(gè)電機(jī)，其一是帶動(dòng)臂部的升降運(yùn)動(dòng)；其二是帶動(dòng)機(jī)身的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。帶動(dòng)臂部升降運(yùn)動(dòng)的電機(jī)安裝在肋板上，帶動(dòng)機(jī)身回轉(zhuǎn)的電機(jī)安裝在混凝土地基上。1、帶動(dòng)臂部升降的電機(jī)： 〖10〗初選上升速度 V=100mm/s20P=6KW所以 n=（100/6）×60=1000 轉(zhuǎn)/分選擇 Y90S-4 型電機(jī)，屬于籠型異步電動(dòng)機(jī)。采用 B 級(jí)絕緣，外殼防護(hù)等級(jí)為 IP44，冷卻方式為 I（014）即全封閉自扇冷卻，額定電壓為 380V，額定功率為 50HZ。如圖 4.1 Y90S-4 電動(dòng)機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)所示：滿載時(shí) 堵轉(zhuǎn)電流堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩型號(hào) 額定功率 KW 電流 A 轉(zhuǎn)速r/min效率% 功率因素 額定電流額定轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩Y90S-4 1.1 2.7 1400 79 0.78 6.5 2.2 2.2圖 4.1 Y90S-4 電動(dòng)機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)2、帶動(dòng)機(jī)身回轉(zhuǎn)的電機(jī)： 〖10〗初選轉(zhuǎn)速 W=60o/sn=1/6 轉(zhuǎn)/秒=10 轉(zhuǎn)/分由于齒輪 i=3減速器 i=30所以 n=10×3×30=900 轉(zhuǎn)/分選擇 Y90L-6 型籠型異步電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)采用 B 級(jí)絕緣。外殼防護(hù)等級(jí)為 IP44，冷卻方式為 I（014）即全封閉自扇冷卻，額定電壓為 380V，額定功率為 50HZ。如圖 4.2 Y90S-6 電動(dòng)機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)所示：圖 4.2 Y90L-6 電動(dòng)機(jī)技術(shù)214.2 減速器的選擇減速器的原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)之間的獨(dú)立的閉式傳動(dòng)裝置。用來(lái)降低轉(zhuǎn)速和增轉(zhuǎn)矩，以滿足工作需要。 〖6〗初選 WD80 型圓柱蝸桿減速器。WD 為蝸桿下置式一級(jí)傳動(dòng)的阿基米德圓柱蝸桿減速器。蝸桿的材料為 38siMnMo 調(diào)質(zhì)蝸輪的材料為 ZQA19-4中心矩 a=80Ms×q=4.0×11 （4.1）傳動(dòng)比 I=30傳動(dòng)慣量 0.265×10ˉ3kg·m24.3 螺柱的設(shè)計(jì)與校核螺桿是機(jī)械手的主支承件，并傳動(dòng)使手臂上下運(yùn)動(dòng)。螺桿的材料選擇： 〖6〗從經(jīng)濟(jì)角度來(lái)講并能滿足要求的材料為鑄鐵。螺距 P=6mm 梯形螺紋螺紋的工作高度 h=0.5P （4.2）=3mm螺紋牙底寬度 b=0.65P=0.65×6=3.9mm （4.3）螺桿強(qiáng)度 [σ]= σs/3～5 （4.4）=150/3～5=30～50Mpa螺紋牙剪切[τ]=40彎曲[σb]=45～551、當(dāng)量應(yīng)力 〖6〗(4.5)????????????????????23121.04dTdF22式中 T——傳遞轉(zhuǎn)矩 N·mm[σ]——螺桿材料的許用應(yīng)力 所以代入公式（4.5）得：σ= （4×200×9.8/πd 12）2+3（200×9.8×0.6/0.2d 13）2 = （2495/ d 12）2+3（61.2/ d 13）2≤30～50×10 6=（2495/ d 12）2+3（61.2/ d 13）2≤900～2500×10 12=6225025/d14+11236/d16≤900～2500×10 126225025d12+11236≤900d 16×10126225025×0.0292+11236≤900×0.029 6×1012即 16471pa＜535340pa合格2、剪切強(qiáng)度 〖6〗Z=H/P=160/6 （旋合圈數(shù)） （4.6）τ=F/πd 1bz （4.7）=200×9.8/π×0.029×3.9×（160/6）×10 -3=206.8×103pa=0.206Mpa＜[τ]=40Mpa3、彎曲強(qiáng)度 〖6〗σ b=3Fh/πd 1b2z=3×200×9.8×3/π×2.9×3.9 2×（160/6）=0.48Mpa＜[σ]=45Mpa合格23第五章 機(jī)械手的定位與平穩(wěn)性5.1 常用的定位方式機(jī)械擋塊定位是在行程終點(diǎn)設(shè)置機(jī)械擋塊。當(dāng)機(jī)械手經(jīng)減速運(yùn)行到終點(diǎn)時(shí)，緊靠擋塊而定位。若定位前已減速，定位時(shí)驅(qū)動(dòng)壓力未撤除，在這種情況下，機(jī)械擋塊定位能達(dá)到較高的重復(fù)精度。一般可高于±0.5mm，若定位時(shí)關(guān)閉驅(qū)動(dòng)油路而去掉工作壓力，這時(shí)機(jī)械手可能被擋塊碰回一個(gè)微小距離，因而定位精度變低。5.2 影響平穩(wěn)性和定位精度的因素機(jī)械手能否準(zhǔn)確地工作，實(shí)際上是一個(gè)三維空間的定位問(wèn)題，是若干線量和角量定位的組合。在許多較簡(jiǎn)單情況下，單個(gè)量值可能是主要的。影響單個(gè)線量或角量定位誤差的因素如下：（1、 ）定位方式不同的定位方式影響因素不同。如機(jī)械擋塊定位時(shí)，定位精度與擋塊的剛度和碰接擋塊時(shí)的速度等因素有關(guān)。（2、 ）定位速度定位速度對(duì)定位精度影響很大。這是因?yàn)槎ㄎ凰俣炔煌瑫r(shí)，必須耗散的運(yùn)動(dòng)部件的能量不同。通常，為減小定位誤差應(yīng)合理控制定位速度，如提高緩沖裝置的緩沖性能和緩沖效率，控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)使運(yùn)動(dòng)部件適時(shí)減速。（3、 ）精度機(jī)械手的制造精度和安裝調(diào)速精度對(duì)定位精度有直接影響。（4、 ）剛度機(jī)械手本身的結(jié)構(gòu)剛度和接觸剛度低時(shí)，因易產(chǎn)生振動(dòng)，定位精度一般較低。（5、 ）運(yùn)動(dòng)件的重量運(yùn)動(dòng)件的重量包括機(jī)械手本身的重量和被抓物的重量。24運(yùn)動(dòng)件重量的變化對(duì)定位精度影響較大。通常，運(yùn)動(dòng)件重量增加時(shí)，定位精度降低。因此，設(shè)計(jì)時(shí)不僅要減小運(yùn)動(dòng)部件本身的重量，而且要考慮工作時(shí)抓重變化的影響。（6、 ）驅(qū)動(dòng)源液壓、氣壓的壓力波動(dòng)及電壓、油溫、氣溫的波動(dòng)都會(huì)影響機(jī)械手的重復(fù)定位精度。因此，采用必要的穩(wěn)壓及調(diào)節(jié)油溫措施。如用蓄能器穩(wěn)定油壓，用加熱器或冷卻器控制油溫，低速時(shí)，用溫度、壓力補(bǔ)償流量控制閥控制。（7、 ）控制系統(tǒng)開(kāi)關(guān)控制、電液比例控制和伺服控制的位置控制精度是個(gè)不相同的。這不僅是因?yàn)楦鞣N控制元件的精度和靈敏度不同，而且也與位置反饋裝置的有無(wú)有關(guān)。本課題所采用的定位精度為機(jī)械擋塊定位5.3 機(jī)械手運(yùn)動(dòng)的緩沖裝置緩沖裝置分為內(nèi)緩沖和外緩沖兩種形式。內(nèi)緩沖形式有油缸端部緩沖裝置和緩沖回路等。外緩沖形式有彈性機(jī)械元件和液壓緩沖器。內(nèi)緩沖的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，緊湊。但有時(shí)安置位置有限；外緩沖的優(yōu)點(diǎn)是安置位置靈活，簡(jiǎn)便，緩沖性能好調(diào)等，但結(jié)構(gòu)較龐大。本課題所采用的緩沖裝置為油缸端部緩沖裝置。當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)到距油缸端蓋某一距離時(shí)能在活塞與端蓋之間形成一個(gè)緩沖室。利用節(jié)流的原理使緩沖室產(chǎn)生臨時(shí)背壓阻力，以使運(yùn)動(dòng)減速直至停止，而避免硬性沖擊的裝置，稱為油缸端部緩沖裝置。在緩沖行程中，節(jié)流口恒定的，稱為恒節(jié)流式油缸端部緩沖裝置。設(shè)計(jì)油缸端部恒節(jié)流緩沖裝置時(shí)，a max（最大加速度） 、P max（緩沖腔最大沖擊壓力）和 Vr（殘余速度）三個(gè)參數(shù)是受工作條件限制的。通常采用的辦法是先選定其中一個(gè)參數(shù)，然后校驗(yàn)其余兩個(gè)參數(shù)。步驟如下：① 選擇最大加速度通常，a max值按機(jī)械手類型和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)選取，同時(shí)要考慮速度與載荷大小。對(duì)于重載低速機(jī)械手，- a max取 5m/s2以下，對(duì)于輕載高速機(jī)械手，-a max取 5～10 m/s 2② 計(jì)算沿運(yùn)動(dòng)方向作用在活塞上的外力 F水平運(yùn)動(dòng)時(shí)：F=PSA-Ff （5.1）=0.25×103×π×3.6 2-7=138N25③ 計(jì)算殘余速度 VrVr=VO/ 1-amaxm/F （5.2）=0.1/0.64=0.15m/s26第六章 機(jī)械手的控制控制系統(tǒng)是機(jī)械手的重要組成部分。在某種意義上講，控制系統(tǒng)起著與人腦相似的作用。機(jī)械手的手部、腕部、臂部等的動(dòng)作以及相關(guān)機(jī)械的協(xié)調(diào)動(dòng)作都是通過(guò)控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。主要控制內(nèi)容有動(dòng)作的順序，動(dòng)作的位置與路徑、動(dòng)作的時(shí)間。機(jī)械手要用來(lái)代替人完成某些操作，通常需要具有圖 6.1 所示的機(jī)能 〖3〗 。實(shí)現(xiàn)上述各種機(jī)能的控制方式有多種多樣。機(jī)械手的程序控制方式可分為兩大類，即固定程序控制方式和可變程序控制方式。本課題所用的是固定程序控制類別的機(jī)械式控制。常用凸輪和杠桿機(jī)構(gòu)來(lái)控制機(jī)械手的動(dòng)作順序、時(shí)間和速度。一般常與驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)并用，因此結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便，壽命較長(zhǎng)，工作比較可靠。適用于控制程序步數(shù)少的專用機(jī)械手。圖 6.1 機(jī)械手的控制機(jī)能裝卸工件 狀別識(shí)別環(huán)境識(shí)別操作機(jī)能 檢測(cè)、識(shí)別機(jī)能控制機(jī)能示教機(jī)能動(dòng)作控制機(jī)能動(dòng)作順序控制機(jī)能運(yùn)動(dòng)控制機(jī)能27第七章 機(jī)械手的組成與分類7.1 機(jī)械手組成機(jī)械手主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)組成。 〖9〗（1、 ）執(zhí)行機(jī)構(gòu)：包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的還增設(shè)行走機(jī)構(gòu)如 7.1 所示。圖 7.1 機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖① 手部：是機(jī)械手與工件接觸的部件。由于與物體接觸的形式不同，可分為夾持式和吸附式手部。由于本課題的工件是圓柱狀棒料，所以采用夾持式。由手指和傳力機(jī)構(gòu)所構(gòu)成，手指與工件接觸而傳力機(jī)構(gòu)則通過(guò)手指夾緊力來(lái)完成夾放工件的任務(wù)。② 手腕：是聯(lián)接手部和手臂的部件，起調(diào)整或改變工件方位的作用。③ 手臂：支承手腕和手部的部件，用以改變工件的空間位置。28④ 立柱：是支承手臂的部件。手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和升降運(yùn)動(dòng)均與立柱有密切的聯(lián)系。機(jī)械手的立柱通常為固定不動(dòng)的。⑤ 機(jī)座：是機(jī)械手的基礎(chǔ)部分。機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的各部件和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)均安裝于機(jī)座上，故起支承和聯(lián)接的作用。（2、 ）驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是驅(qū)動(dòng)執(zhí)行運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)裝置。常用的有液壓傳動(dòng)、氣壓傳動(dòng)、電力傳動(dòng)和機(jī)械傳動(dòng)等四種形式。（3、 ）控制系統(tǒng)：控制系統(tǒng)是機(jī)械手的指揮系統(tǒng) ，它控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，讓執(zhí)行機(jī)構(gòu)按規(guī)定的要求進(jìn)行工作，并檢測(cè)其正確與否。一般常見(jiàn)的為電器與電子回路控制，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)也不斷增多。7.2 機(jī)械手分類（1、 ）根據(jù)所承擔(dān)的作業(yè)的特點(diǎn)，工業(yè)機(jī)械手可分為以下三類：① 承擔(dān)搬運(yùn)工作的機(jī)械手：這種機(jī)械手在主要工藝設(shè)備運(yùn)行時(shí)，用來(lái)完成輔助作業(yè)，如裝卸毛坯、工件和工夾具。② 生產(chǎn)工業(yè)用機(jī)械手：可用于完成工藝過(guò)程中的主要作業(yè)，如裝配、焊接、涂漆、彎曲、切斷等。③ 通用工業(yè)機(jī)械手：其用途廣泛，可以完成各種工藝作業(yè)。（2、 ）按功能分類① 專用機(jī)械手：它是附屬于主機(jī)的具有固定程序而無(wú)獨(dú)立控制系統(tǒng)的機(jī)械裝置。專用機(jī)械手具有動(dòng)作少，工作對(duì)象單一，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)用可靠和造價(jià)低等特點(diǎn)，適用于大批大量的自動(dòng)化生產(chǎn)，如自動(dòng)機(jī)床，自動(dòng)線的上、下料機(jī)械手和“加工中心”附屬的自動(dòng)換刀機(jī)械手。② 通用機(jī)械手：又稱工業(yè)機(jī)器人。它是一種具有獨(dú)立控制系統(tǒng)的機(jī)械裝置。具有程序可變、工作范圍大、定位精度高、通用性強(qiáng)的特點(diǎn)，適用于不斷變換品種的中小批量自動(dòng)化的生產(chǎn)。③ 示教再現(xiàn)機(jī)械手：采用示教法編程的通用機(jī)械手。所謂示教，即由人通過(guò)手動(dòng)控制， “拎著”機(jī)械手做一遍操作示范，完成全部動(dòng)作后，其儲(chǔ)存裝置即能記憶下來(lái)。機(jī)械手可按示范操作的程序行程進(jìn)行重復(fù)的再現(xiàn)工作。（3、 ）按驅(qū)動(dòng)方式分① 液壓傳動(dòng)機(jī)械手