多關(guān)節(jié)工業(yè)機(jī)器人總體設(shè)計(jì)

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1、 曲膏錄我梢汗羌#說(shuō)天啊# it lianhe College ofGuangDong Polytechnic Normal University 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 題目：機(jī)床上料多關(guān)節(jié)工業(yè)機(jī)器人總體設(shè)計(jì) （英文）： Overall design of machine tool feeding multi-joint industrial robot 二級(jí)學(xué)院： 機(jī)電工程學(xué)院 專(zhuān) 業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng) 化 姓 名： 黃景鑫 學(xué) 號(hào)： 20160301430411 指導(dǎo)教師： 曹照均 日 期： 廣東技術(shù)師范大學(xué)天河學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論

2、文) 2機(jī)械手的概述 2.1機(jī)械手的定義 機(jī)械手(mechanical hand)顧名思義就是和人類(lèi)的手相似，具有人類(lèi)手臂的各種結(jié)構(gòu) 能實(shí)現(xiàn)模仿人手的各種功能。機(jī)械手能夠根據(jù)編輯好的程序去執(zhí)行各種動(dòng)作，例如抓取， 搬運(yùn)物件，或者操作工具等，是一種自動(dòng)操作裝置。 2.2機(jī)械手的原理 機(jī)械手是由pic、單片機(jī)等控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，多關(guān)節(jié)機(jī)械手有著五個(gè)大的部分，底座， 腰部，肩部，腕部以及手部，每一個(gè)部位都基本有一個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置，底座的電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器 和減速器驅(qū)動(dòng)腰部的轉(zhuǎn)動(dòng)，腰部的電機(jī)驅(qū)動(dòng)肩部的轉(zhuǎn)動(dòng)，肩部的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)大臀的轉(zhuǎn)動(dòng)， 小臂的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)腕部的轉(zhuǎn)動(dòng)。由控制系統(tǒng)進(jìn)行控制而達(dá)到模擬

3、人手的功能，進(jìn)行作業(yè)。 底座電機(jī)*械手對(duì)_二―肩部電機(jī) 囂嵩本林手房 ",肘部電機(jī)手晶 2-1機(jī)械手的原理 2. 3機(jī)械手的結(jié)構(gòu) 2-2機(jī)械手的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 廣東技術(shù)師范大學(xué)天河學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 輸入部分，動(dòng)作執(zhí)行部分和程序控制部分共同組成了機(jī)械手。 1、 動(dòng)作執(zhí)行部分：底座，腰部，肘部，手腕和夾持部分。 a、 底座：底座是支撐整個(gè)機(jī)械手的重要部位，機(jī)械手各部件的運(yùn)動(dòng)都離不開(kāi)底座 的支撐，底座內(nèi)部設(shè)有傳動(dòng)機(jī)構(gòu)（齒輪和軸）與電機(jī)相連接推動(dòng)機(jī)械手腰部進(jìn) 行轉(zhuǎn)動(dòng)。 b、 腰部：腰部主要連接底座和肘部，通過(guò)電機(jī)和聯(lián)軸器以z軸為轉(zhuǎn)軸，帶動(dòng)機(jī)身 旋轉(zhuǎn)。 C、肘部：通過(guò)大

4、臂支撐與腰部連接，通過(guò)小臂連接手腕和夾持部分，可較為準(zhǔn)確 的對(duì)手腕進(jìn)行定位。 d、手腕：手腕是機(jī)械手控制的末端，機(jī)械手的精度受它的影響是最大的，手腕由 兩個(gè)電機(jī)控制其上下轉(zhuǎn)動(dòng)，手腕末端連接著夾持部分。 C、夾持部分：夾持部分為手爪，本次設(shè)計(jì)是機(jī)床上料機(jī)器人，夾持的是棒料，所 以?shī)A持部分使用手抓而不是負(fù)壓吸盤(pán)式的。 2、 動(dòng)力輸入部分：動(dòng)力輸入時(shí)機(jī)械手能夠動(dòng)起來(lái)的基礎(chǔ)，動(dòng)力輸入時(shí)不能直接與動(dòng) 作執(zhí)行部件相連，而是需要減速機(jī)構(gòu)或者是聯(lián)軸器。 3、 程序控制部分：程序控制是機(jī)械手的靈魂，空有骨架和動(dòng)力沒(méi)有運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)的話亦 是無(wú)用的，機(jī)械手能夠發(fā)揮出其巨大的優(yōu)勢(shì)，和控制系統(tǒng)分不開(kāi)，現(xiàn)

5、階段主要是 用單片機(jī)和pic來(lái)為機(jī)械臂開(kāi)發(fā)控制系統(tǒng)。 2.4機(jī)械手的工作特點(diǎn) 機(jī)械手有以下幾個(gè)優(yōu)勢(shì)： 1、 機(jī)械手能夠在惡劣的環(huán)境下進(jìn)行工作而不受其影響，是人類(lèi)勞動(dòng)無(wú)法企及的； 2、 機(jī)械手能夠穩(wěn)定地進(jìn)行高強(qiáng)度和高重復(fù)性工作； 3、 機(jī)械手能夠達(dá)到極高的精度，在要求高精度的工作場(chǎng)合下，機(jī)械手的運(yùn)用及其重 要； 4、 對(duì)于人力成本，機(jī)械手的成本更低，亦能夠提高效率，增加企業(yè)的效益； 5、 機(jī)械手可編程，能夠根據(jù)程序的設(shè)置而去運(yùn)動(dòng)，所以能夠適應(yīng)多種不同的工作； 2. 5機(jī)械手種類(lèi)的選取 按使用的方式分類(lèi)，機(jī)械手可以分為專(zhuān)用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種，通用機(jī)械手顧名 思義就是能

6、夠運(yùn)用在多種場(chǎng)合的機(jī)械手，所以適應(yīng)能力極強(qiáng)，能夠能夠進(jìn)行獨(dú)立控制，可 編程，其有著極大的靈活性，占地面積小，能夠適應(yīng)多種產(chǎn)品的生產(chǎn)，多關(guān)節(jié)機(jī)械手就是 一種通用型機(jī)械手。 專(zhuān)用機(jī)器人就是一種專(zhuān)業(yè)性極強(qiáng)，為某一個(gè)工步專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的機(jī)械手，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，有 著固定的程序而不像通用型機(jī)械手一樣有獨(dú)立的控制系統(tǒng)，不能適應(yīng)其它產(chǎn)品種類(lèi)的需求, 但其有著穩(wěn)定性高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低等優(yōu)勢(shì)。 根據(jù)需求，本次設(shè)計(jì)的是通用型機(jī)械手，多關(guān)節(jié)機(jī)械手更能夠適應(yīng)機(jī)床上下料的環(huán)境 和要求，末端的執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用夾持式。 圖2-3專(zhuān)用型機(jī)械手 圖2-4通用型機(jī)械手 2. 6本章小結(jié) 本章主要對(duì)機(jī)械

7、手的定義進(jìn)行了闡述，對(duì)機(jī)械手的原理和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，明確了本 次畢業(yè)設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)一種通用型機(jī)械手，末端的執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用夾持式，能夠更好的夾取棒料。 廣東技術(shù)師范大學(xué)天河學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3機(jī)械手的機(jī)械設(shè)計(jì)部分 3.1機(jī)械手的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 機(jī)械手的整體設(shè)計(jì)的好壞決定機(jī)械手是否實(shí)用，本次設(shè)計(jì)的5自由度機(jī)械手包含底座、 減速器，連接塊，大小手臂，及腕部等機(jī)械手的重要部分，每一個(gè)機(jī)構(gòu)都有著不可或缺的 作用，就像底座看似簡(jiǎn)單，但其作用不小，底座的底部與地板固定，防止機(jī)身發(fā)生抖動(dòng)等 不良狀況，對(duì)機(jī)械手的穩(wěn)定工作具有著及其重要的作用。各個(gè)部件的組合形成了功能完善 的機(jī)械手，以下是機(jī)械手的自

8、由度簡(jiǎn)圖和三維模型。 圖3-2機(jī)械手的整體建模模型 廣東技術(shù)師范大學(xué)天河學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3. 2機(jī)械手各部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及選型 3. 2.1機(jī)械手的底座設(shè)計(jì) 機(jī)械手的底座的主要功能有以下幾點(diǎn)：1、將機(jī)械手裝置固定，使機(jī)械手在運(yùn)動(dòng)時(shí)能夠 有所支撐，避免機(jī)械手的振動(dòng)。2、放置電路及簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)。3、與腰部及電機(jī)進(jìn)行連 接，為腰部提供支撐。根據(jù)以上幾點(diǎn)初步將機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為如圖3-2所示。 底座的材料選擇:機(jī)械手底座承受的載荷較大，機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)會(huì)對(duì)底座的強(qiáng)度剛度和減 震性能進(jìn)行巨大的考驗(yàn)，所以要選取減震性能好，強(qiáng)度較高的材料，HT200灰鑄鐵能夠很 好地符合

9、這個(gè)要求，其常被用于制造機(jī)床底座，發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸，汽車(chē)車(chē)身等承受壓力和振動(dòng) 的部件，所以綜上所述底座材料選擇HT200灰鑄鐵最為合適。 圖3-2機(jī)械手的低座的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3. 2.2機(jī)械手腰部的設(shè)計(jì) 機(jī)械手腰部主要有以下部分組成：電機(jī)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，連軸器和連接塊.唯有確定好輸入 廣東技術(shù)師范大學(xué)天河學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 形式和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的形式才能夠更好地對(duì)腰部連接塊進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，接下要對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行 確定。 3.2.2. 1機(jī)械手腰部傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的確定 多年以來(lái)，機(jī)械手的發(fā)展和運(yùn)用逐漸成熟，有著很多能夠借鑒的經(jīng)驗(yàn)，為機(jī)械手的設(shè) 計(jì)提供了大量基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)，根據(jù)前人的經(jīng)驗(yàn)?zāi)茏屓藗冊(cè)O(shè)計(jì)

10、難度大大降低，避免了很多不必 要的錯(cuò)誤，通過(guò)查閱資料，我得知機(jī)械手腰部的傳動(dòng)形式有以下兩種：諧波減速器傳動(dòng)， 和RV減速器傳動(dòng)。通過(guò)對(duì)這兩種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的分析，選出最為合適的本次設(shè)計(jì)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。 1、諧波減速速器傳動(dòng) 諧波減速器是一種較為特殊的齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，主要運(yùn)用于軍工和對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的精度有 較高要求的行業(yè)，有著以下特點(diǎn)：1、不僅承載能力強(qiáng)，其精度亦是很高，因其特殊的結(jié)構(gòu)， 其傳動(dòng)誤差只有普通齒輪的1/4左右，意味著其傳動(dòng)精度要比普通齒輪精確四倍。2、其有 著極其平穩(wěn)的傳動(dòng)性能，因?yàn)槿彷喓弯撦喌膰Ш线^(guò)程都是漸進(jìn)、漸出的所以諧波減速器有 著噪音小，無(wú)沖擊的特點(diǎn)。3、諧波減速器只有三個(gè)

11、基本部件，分別為柔輪、剛輪、波發(fā)生 器，和其他的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)對(duì)比其結(jié)構(gòu)過(guò)分簡(jiǎn)單，而且它體積小使用壽命長(zhǎng)是運(yùn)用于機(jī)械極好 的裝置。4、諧波減速器的傳動(dòng)比極大，傳動(dòng)效率有著其他傳動(dòng)機(jī)構(gòu)無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。5、 安裝調(diào)整方便。 圖5.1-1諧波減速器的基本結(jié)構(gòu) 1 一諧波發(fā)生器2—柔輪3—?jiǎng)傒? 圖3-3諧波減速器的結(jié)構(gòu) 2、RV減速器傳動(dòng) RV減速器是由擺線針輪和行星支架組成的，其有著傳動(dòng)比大，負(fù)載能力高，能夠抵抗 較高的沖擊力，傳動(dòng)精度高，定位精度高，減速性能好，傳動(dòng)平穩(wěn)，RV減速器的各種性能 參數(shù)基本都要比諧波減速器要好，可是其定位精度要求很高，安裝比較困難，結(jié)構(gòu)復(fù)雜， 設(shè)

12、計(jì)難度高，且價(jià)格昂貴。 m6.2-ll HVMifB 的內(nèi) l-￡M 2-?? 3—■出?承 4一充體偵輪)?-??■ 1

13、波減速器作 為機(jī)械手腰部的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。 3. 2. 2. 2機(jī)械手腰部連接塊的設(shè)計(jì) 確定了腰部的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)以后，就能夠?qū)ζ溥M(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了。腰部的連接塊起到固定腰 部的諧波減速器，電機(jī)作用。連接塊還作為肩部轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的固定支架。連接塊需要在電機(jī) 的帶動(dòng)下進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，所以回轉(zhuǎn)的部分設(shè)計(jì)成圓形，方便其回轉(zhuǎn)，連接塊和機(jī)座連接在一塊 起到連接底座和機(jī)身的作用其承受的載荷和扭矩是非常大的，機(jī)身的運(yùn)動(dòng)也會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)， 對(duì)連接塊的結(jié)構(gòu)和材料都是巨大的考驗(yàn)，所以連接塊要選擇減震性能好，強(qiáng)度高的材料， 查資料可以了解到，HT200灰鑄鐵能夠很好地滿足要求 圖3-5腰部連接塊的結(jié)構(gòu) 圖3-6

14、機(jī)械手腰部結(jié)構(gòu) 3. 2. 2機(jī)械手Z軸手臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3. 2. 2. 1機(jī)械手Z軸驅(qū)動(dòng)方式的選擇 機(jī)械手大臂的驅(qū)動(dòng)有以下兒種：1、液壓驅(qū)動(dòng)，2、氣壓驅(qū)動(dòng)，3、電氣驅(qū)動(dòng) 各驅(qū)動(dòng)方式的優(yōu)缺點(diǎn)： 1、液壓驅(qū)動(dòng) 廣東技術(shù)師范大學(xué)天河學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 液壓驅(qū)動(dòng)的輸出力大，在很多的重型機(jī)械中都能看到液壓驅(qū)動(dòng)的身影，挖掘機(jī)，起重 機(jī)的手臂驅(qū)動(dòng)方式基本都是液壓驅(qū)動(dòng)。液壓驅(qū)動(dòng)的可以實(shí)現(xiàn)無(wú)極調(diào)速，其傳動(dòng)比極大甚至 能達(dá)到1:1000,而且其調(diào)速性能極好，完全不受功率大小的限制。 液壓驅(qū)動(dòng)亦有著難以避免的缺點(diǎn)，由于使用的是液壓油，所以難免會(huì)發(fā)生油液泄露的 危險(xiǎn)，如若發(fā)生油液泄露，可能

15、會(huì)使機(jī)械手的動(dòng)作不精確，動(dòng)力不足，亦會(huì)使工作環(huán)境變 得惡劣，液壓油易燃，可能還會(huì)發(fā)生火災(zāi)等危險(xiǎn)事故。為了防止液壓油泄露，液壓元件的 精度就會(huì)很高其制造成本隨之升高，為了達(dá)到控效果，其油路也會(huì)變得復(fù)雜。 圖3-5液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)械手 2、 氣壓驅(qū)動(dòng) 氣壓驗(yàn)動(dòng)是以空氣作為驗(yàn)動(dòng)介質(zhì)，推動(dòng)氣壓缸運(yùn)動(dòng)進(jìn)而達(dá)到工作目的的一種裝置，氣 壓馬區(qū)動(dòng)有著能夠高速運(yùn)行的優(yōu)點(diǎn)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉而且壽命高，工作時(shí)需要的氣體 可直接在環(huán)境中抽取工作后的廢氣亦可以直接排出，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成影響安全可靠，而旦 氣壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可以適應(yīng)各種惡劣的環(huán)境應(yīng)用廣泛。 氣壓驅(qū)動(dòng)亦有著一些缺點(diǎn)，因?yàn)槠涫前褮怏w當(dāng)為工作介質(zhì)，

16、而氣體的可壓縮性很強(qiáng)， 氣壓驅(qū)動(dòng)的平穩(wěn)性差，沖擊嚴(yán)重，其運(yùn)動(dòng)的精度也很難調(diào)整，在對(duì)精度有一定要求的機(jī)構(gòu) 上不適合用氣壓驅(qū)動(dòng)。氣壓驅(qū)動(dòng)的輸出壓力較小，氣壓驅(qū)動(dòng)如果想達(dá)到液壓驅(qū)動(dòng)的輸出力 的話其結(jié)構(gòu)尺寸會(huì)很大，所以氣壓驅(qū)動(dòng)不適合運(yùn)用于要求輸出力很大的機(jī)構(gòu)。 3、 電氣驅(qū)動(dòng) 電機(jī)驅(qū)動(dòng)是運(yùn)用最廣，最為常見(jiàn)的一種驅(qū)動(dòng)方式，其有著諸多特點(diǎn)。電機(jī)的結(jié)構(gòu)緊湊， 效率很高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)與過(guò)載能力很強(qiáng)，有著很高的可靠性，在運(yùn)行的時(shí)候幾乎不用什么維 護(hù)費(fèi)用，電動(dòng)機(jī)也是有著體積小重量輕的特點(diǎn)，易于控制而且控制精度要比氣壓驅(qū)動(dòng)和液 壓驅(qū)動(dòng)高得多，能夠很方便地和控制系統(tǒng)連接，在機(jī)械手行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。

17、摘要 本文主要是對(duì)多關(guān)節(jié)機(jī)床上下料機(jī)器人進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，車(chē)床的上料是一件簡(jiǎn)單的重復(fù) 性工作，其枯燥乏味很容易讓人覺(jué)得疲勞工作效率不高甚至容易發(fā)生危險(xiǎn)，讓工業(yè)機(jī)器人 代替人工上料能夠保證工人們的安全，更能夠提高工作效率，減少人工的開(kāi)支，提高經(jīng)濟(jì) 效益。所以對(duì)工業(yè)機(jī)器人的研究設(shè)計(jì)變得非常必要。 本文的設(shè)計(jì)內(nèi)容有以下幾點(diǎn)：1、對(duì)機(jī)械手的總體結(jié)構(gòu)和工作原理進(jìn)行設(shè)計(jì)。2、選擇 合適的電機(jī)。3、設(shè)計(jì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。4、減速器的選取。5、腕部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。6、對(duì)各部件的 強(qiáng)度校核。 關(guān)鍵詞：多關(guān)節(jié)機(jī)械手；傳動(dòng)設(shè)計(jì)；電機(jī)選取；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 關(guān)鍵詞：6個(gè)自由度；關(guān)節(jié)機(jī)械手；機(jī)械結(jié)構(gòu) 圖3-6電

18、氣驅(qū)動(dòng)機(jī)械手 對(duì)比結(jié)果： 各種驅(qū)動(dòng)方式都各有優(yōu)缺點(diǎn)，此次是設(shè)計(jì)一臺(tái)多關(guān)節(jié)機(jī)床上下料機(jī)器人，要求其結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)單，體積不需要那么大，而且能夠達(dá)到一定的控制精度，液壓傳動(dòng)要比電氣傳動(dòng)的結(jié)構(gòu) 更加復(fù)雜，而且難以維護(hù)，氣壓驅(qū)動(dòng)的平穩(wěn)性差，沖擊嚴(yán)重，運(yùn)動(dòng)精度難以把握，綜上液 壓驅(qū)動(dòng)和氣壓驅(qū)動(dòng)的方案就不適合了，所以機(jī)械手手臂的驅(qū)動(dòng)方式選擇電氣驅(qū)動(dòng)。 3. 2. 2. 2機(jī)械手Z軸手臂驅(qū)動(dòng)部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 由上文可知，機(jī)械手z軸選用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)選著諧波減速器，電機(jī)與諧波減速 器通過(guò)聯(lián)軸器相接合，機(jī)械手Z軸的手臂起到連接腰部連接塊以及X軸的作用，機(jī)械手的 z軸手臂通過(guò)諧波減速器與腰部的連接塊

19、相連。驅(qū)動(dòng)原理：電機(jī)輸出動(dòng)力，通過(guò)聯(lián)軸器將 動(dòng)力傳輸給諧波減速器，經(jīng)過(guò)諧波減速器的減速之后將動(dòng)力傳輸給Z軸手臂，從而使轉(zhuǎn)軸 手臂能夠轉(zhuǎn)動(dòng)。 圖3-7Z軸手臂驅(qū)動(dòng)部分結(jié)構(gòu) 3. 2. 2機(jī)械手Z軸手臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) Z軸手臂是連接腰部和X軸手臂的重要部件，大臂的兩頭需要與諧波減速器連接所 以?xún)深^設(shè)計(jì)的扁平，設(shè)計(jì)大臂時(shí)不僅要考慮其結(jié)構(gòu)的合理性，也要考慮其重量。在保證其 結(jié)構(gòu)合理性盡量降低重量的指導(dǎo)思想下，大臂中間壁厚降低，兩側(cè)增加肋板，這樣的結(jié)構(gòu) 不僅使重量大大降低，而且結(jié)構(gòu)強(qiáng)度也足夠。大臂工作轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)會(huì)承受很大的負(fù)載和扭矩， 所以需要強(qiáng)度足夠高的材料，選擇HT200灰鑄鐵

20、作為大臂的材料，因?yàn)槠錅p震性能好，強(qiáng) 度很高。 3. 2. 3機(jī)械手Z軸與X軸的連接塊 此連接塊是連接機(jī)械手Z軸和X軸的重要部件，其作用有以下幾點(diǎn)：1、 3. 2. 3機(jī)械手Z軸與X軸的連接塊 圖3-7機(jī)械手Z軸與X軸部分的連接塊 機(jī)械手的Z軸立柱與X軸手臂的連接塊部分，在連接塊中固定了驅(qū)動(dòng)X軸的電機(jī)、諧波減速器以 及驅(qū)動(dòng)機(jī)械手手腕部分的電機(jī)、諧波減速器，起到連接的作用，鑄造材料為灰鑄鐵，由于步進(jìn)電機(jī)作動(dòng) 力源，由于使用步進(jìn)電機(jī)會(huì)導(dǎo)致機(jī)械手運(yùn)動(dòng)的時(shí)候抖動(dòng)范圍比較大，而灰鑄鐵有減震，耐磨的作用，雖 然不能從源頭解決震動(dòng)問(wèn)題，但是可以在用料上減少機(jī)械運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的震動(dòng)。 3

21、. 2.4 X軸機(jī)械手臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 圖3-8機(jī)械手X軸部分的手臂 機(jī)械手X軸的手臂部分，連接著Z軸立柱，由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，經(jīng)過(guò)諧波減速器傳遞動(dòng)力從而驅(qū)動(dòng) 手腕部分的上下移動(dòng)的動(dòng)作。 圖3-9機(jī)械手X軸部分的手臂 機(jī)械手X軸的手膂的驅(qū)動(dòng)方式與Z軸手臂的驅(qū)動(dòng)方式一樣，通過(guò)電機(jī)提供動(dòng)力，經(jīng)諧波減速器減速, 波發(fā)生器與連接塊的螺釘連接，從而驅(qū)動(dòng)X軸手臂的上下擺動(dòng)。 3. 2. 5機(jī)械手手腕的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 手腕的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 圖3-10機(jī)械手的手腕部分 機(jī)械手的手腕部分包括手腕，兩個(gè)帶傳動(dòng)、錐齒輪傳動(dòng)以及兩個(gè)小電機(jī)，傳動(dòng)路線 為單片機(jī)程序控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，電機(jī)提供動(dòng)力，

22、電機(jī)的輸出軸連接著錐齒輪，通過(guò)錐齒輪與 錐齒輪之間的傳動(dòng)以及傳動(dòng)比改變動(dòng)力傳動(dòng)的方向以及傳動(dòng)速度，另一個(gè)錐齒輪連接著皮 帶輪帶動(dòng)皮帶輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)皮帶傳遞動(dòng)力到另-?個(gè)連接著手腕的皮帶輪，從而帶動(dòng)手腕 的上下轉(zhuǎn)動(dòng)。 圖3-11機(jī)械手的手腕的傳動(dòng)部分 機(jī)械手的手腕部分通過(guò)兩個(gè)小型電機(jī)為其提供動(dòng)力，經(jīng)過(guò)錐齒輪與皮帶的傳動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)手腕部分的上下擺動(dòng)。 3. 3本章小結(jié) 本章主要對(duì)機(jī)械手的整體方案設(shè)計(jì)以及各部分結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維設(shè)計(jì)以及驅(qū)動(dòng)原理設(shè)計(jì)。 廣東技術(shù)師范大學(xué)天河學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4機(jī)械手具體參數(shù)的計(jì)算 4.1機(jī)械手的技術(shù)參數(shù) 結(jié)構(gòu)類(lèi)型：關(guān)節(jié)型機(jī)械手；自由度數(shù)：

23、6自由度；負(fù)載：2KG；移動(dòng)范圍：高1000mm. 寬650mm、長(zhǎng)450mm；機(jī)械手的本體質(zhì)量為28KG;機(jī)械手的安裝方式為水平方式安裝。 4.2電動(dòng)機(jī)的選型 4. 2.1電動(dòng)機(jī)種類(lèi)的選擇 電機(jī)的種類(lèi)有很多，運(yùn)用于機(jī)械手的電機(jī)一般有伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)兩種。步進(jìn)電機(jī) 有著優(yōu)秀的啟停和反轉(zhuǎn)響應(yīng)特性，電機(jī)的壽命長(zhǎng)，沒(méi)有電刷可靠性高，壽命容易控制，電 機(jī)壽命只受內(nèi)部軸承影響，定位精度高，有著較高的轉(zhuǎn)速范圍，容易控制。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià) 格較低，有著很好的經(jīng)濟(jì)效益。 伺服電機(jī)精度很高，與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)相比伺服電動(dòng)機(jī)不存在失步問(wèn)題，高速性能好，有 著極好的穩(wěn)定運(yùn)行的能力，而且其抗過(guò)載能力很強(qiáng)，但

24、是其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)高昂。 對(duì)比來(lái)看雖然伺服電動(dòng)機(jī)的大部分性能要比步進(jìn)電機(jī)好，可是設(shè)計(jì)一樣產(chǎn)品不是性能 越強(qiáng)就越好，很多時(shí)候會(huì)造成性能浪費(fèi)，造成大牛拉小車(chē)的現(xiàn)象。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 價(jià)格較低，其性能要求也完全能夠滿足本次設(shè)計(jì)的需求，所以本次設(shè)計(jì)選用步進(jìn)電機(jī)作為 機(jī)械手的動(dòng)力裝置。 4. 2.2電動(dòng)機(jī)的選型計(jì)算 折算到電機(jī)軸上的總慣量為: Je = Jz+Jw 本次設(shè)計(jì)將會(huì)選擇六個(gè)電動(dòng)機(jī)，此次將機(jī)械手大臂下部的電動(dòng)作為典型進(jìn)行選型計(jì)算。 本機(jī)械手大臂的最大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 / _ m(a2+」2)_ 28x(0.12+0.122) _ 允 _ 12 _ 12 10-4化g

25、m2 式4T 計(jì)算聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 通過(guò)查表可得聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為Av = 8 x 10-4^.m2 =3.36 x 10一4 + 8x 10一4 = 11.36 x 10~4kg.m2 取手臂的轉(zhuǎn)速為佑=—,換算過(guò)來(lái)就是180° = 3S min Me = Mga + M. + Mamax 式 4-3 Mamax代表電機(jī)加速加速通過(guò)聯(lián)軸器的加速力矩 其中Me代表回轉(zhuǎn)力矩，M”代表機(jī)械手啟動(dòng)和停止時(shí)的慣性力矩，Mf代表摩擦力矩 介牛* 式4-4 其中：ta -加速時(shí)間，取ta - 3s； ]￡-折算到電機(jī)軸上的總慣量，約為11.36 X 10-4*g.m2

26、 八、、皿. 2 x 3.14 x 625 代入數(shù)據(jù)得 Mamax = 11.36 x 10-4 60 x 0.03 =2.47（n.m） 計(jì)算啟停時(shí)的力矩： Mga =蓿 式 4-5 W代表在電機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中的角速度變化量，即工作時(shí)的角速度 3 =吻 式4_6 =10 （r/min） =1x2 n /60 = 1.047 （rad/s） t-代表手臂在啟停的時(shí)間，在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中取t = 3 （s） n-Mf與Mga的轉(zhuǎn)化系數(shù)：n = 0.85、0.95本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中取兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量n = O.85/o但是在選用電機(jī)是應(yīng)該要準(zhǔn)確的選用轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，因此把電機(jī)最大轉(zhuǎn)矩相對(duì)提高。

27、 7（）=扣1彳+ l^2r2 式 4-7 =：x 15 X 0.42 + ：X 15 x 0.42 3 3 =^.iKg.m2 在公式中：mi_X軸手臂不包括氣爪的重量（kg）,本機(jī)械手的mi = 15kg； m2_Z軸手臂的質(zhì)量（kg）,本機(jī)械手的m2 = 15kg；其中：m1 + m2^臂 的質(zhì)量都作為長(zhǎng)桿來(lái)計(jì)算轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；其中弓七與mi?n2相對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)度（m）； 將上文數(shù)據(jù)代入得： 9.7 X 1.047 0.3 式4-8 33.853(N.m) 式4-9 峋=崇=碧泊9.827 (N.m) Mf = Mga + Mf + Mamax = 33.85

28、3 + 39.827 + 2.47 = 76.15 (N.m) 手臂電機(jī)通過(guò)諧波減速器連接轉(zhuǎn)動(dòng)軸，諧波減速器的傳動(dòng)比為i = 100 因此 式 4-10 斜.7625 (N.m) a)ip=a)B x i = 1.047 x 100 = 104.7 (rad/s) 式 4-11 上式中：M]p-負(fù)載峰值轉(zhuǎn)速(學(xué))，如上面的計(jì)算：M* = 0.7625 (N.m) 電動(dòng)機(jī)的功率為： p 一 m T] 0.7625 x 104.7 =2 X 0.8 =199.580 式中：Pm-步進(jìn)電機(jī)的功率(w)； W|p-負(fù)載峰值轉(zhuǎn)速(rad/s)； 由前面的計(jì)算：WLP =

29、 104.7(rad/s),M/p -負(fù)載峰值力矩(N.m) 由前面的計(jì)算M也= 0.7625(N.m)；入一計(jì)算系數(shù)，其中一-般入=1.5、2.5, 本設(shè)計(jì)中取入=2； T]-諧波減速器的減速效率，估算為門(mén)0.7?0.9,本機(jī)械手取門(mén)=0.8 1根據(jù)負(fù)載峰值力矩＜最大靜轉(zhuǎn)矩，選用步距角為3。的步進(jìn)電機(jī)90BF003, 其最大靜轉(zhuǎn)矩為1.96N.m滿足要求， 松下電機(jī)90BF003的參數(shù)如下所示： 品硬/型號(hào):YIMA/90BF003 麒功率：相數(shù)3 ( kW) W 嵌定電壓:60 (V) V 額定轉(zhuǎn)速：電流5A (rpm ) r/min 外形尺寸:145 ( mm ) m

30、m 產(chǎn)品認(rèn)證:IS09001-2000 圖4-1 90BF003電機(jī)參數(shù) 4. 2.3聯(lián)軸器的驗(yàn)算 電動(dòng)機(jī)的功率為P = 200W,轉(zhuǎn)速n = 600r/min 公稱(chēng)轉(zhuǎn)矩：T = 9.55 x 106- = 9.55 x 106 —N.mm = 318(N.mm) 式 4.12 N 600 根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)14 - 1查得％ = 1.3, 計(jì)算的轉(zhuǎn)矩為： Kca = KaT = 1.3 x 318N.mm = 4.138N,m 式 4-11 所以根據(jù)GB4323 - 2002中查得YG1合適用在該電機(jī)中 4. 3諧波減速器的設(shè)計(jì) 4. 3. 1諧波減速器的基本結(jié)構(gòu)

31、諧波減速器主要由三個(gè)部分組成，分別為：柔輪、鋼輪和波發(fā)生器⑴【38】。如下圖所示 3 I 2 圖4-1諧波減速器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 1 ■柔輪2 .鋼輪3 .波發(fā)生器 鋼輪是一個(gè)圓周上加工有連接孔的剛性?xún)?nèi)齒圈器齒數(shù)一般比柔輪略多兩個(gè)或四個(gè) 時(shí)38】。柔輪有較大的彈性，能夠產(chǎn)生變形，其形狀有水杯型禮帽型和薄餅型，工作時(shí)與鋼 輪嚙合。波發(fā)生器是由凸輪和滾子軸承構(gòu)成的1111381,波發(fā)生器分為內(nèi)側(cè)和外側(cè)，內(nèi)側(cè)是一 個(gè)橢圓形的凸輪，外側(cè)是一個(gè)有著較大彈性的滾子軸承。 廣東技術(shù)師范大學(xué)天河學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 圖4-2諧波減速器實(shí)物圖 1-波發(fā)生器2-柔輪3-鋼輪 4. 3. 2

32、諧波減速器的減速原理 諧波減速器中的三個(gè)部件可以任意固定一個(gè)，剩下的兩個(gè)部件，一個(gè)可以作為輸入另 一個(gè)即可作為輸出，但固定的部件不同其傳動(dòng)比亦不相同。鋼輪的內(nèi)齒要比柔輪多兩到四 個(gè)齒。波發(fā)生器是橢圓的，裝在柔輪內(nèi)使彈性較大的柔輪發(fā)生變形，變形后橢圓柔輪的長(zhǎng) 軸與鋼輪內(nèi)齒嚙合，轉(zhuǎn)動(dòng)從而達(dá)到減速效果。 4. 3. 3波發(fā)生器種類(lèi)的選擇 波發(fā)生器主要有以下三種結(jié)構(gòu)形式：行星壓輪式，偏心輪式，凸輪式。 圖4-3波發(fā)生器的結(jié)構(gòu)形式 這三種形式的波發(fā)生器的形式不一樣，但是其原理都是一樣的，都是使得柔輪產(chǎn)生變 形而去使柔輪和鋼輪嚙合。應(yīng)偏心輪結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便，所以本次設(shè)計(jì)波發(fā)生器

33、選用偏 心輪式。 4. 3.4柔輪和鋼輪齒數(shù)模數(shù)的確定 由4.2.2可知，本次設(shè)計(jì)諧波減速器的具體參數(shù)為：傳動(dòng)比i=10(),輸入轉(zhuǎn)矩為1.96N.m 諧波減速器的鋼輪與機(jī)械手的機(jī)架固定，波發(fā)生器與步進(jìn)電機(jī)相連接輸入轉(zhuǎn)矩，柔輪 輸出轉(zhuǎn)矩。 傳動(dòng)比為： Zr i = - ? ? = 100 Abstract This article is mainly to the overall design of multi-joint robot machine and material feeding lathe is a simple repetitive work, its

34、boring, it's easy to let a person feel fatigue work efficiency is not high and even prone to danger, for industrial robots instead of artificial feeding can ensure the safety of the workers, more can improve the work efficiency, reduce artificial cost, improve the economic benefit.Therefore, it i

35、s necessary to research and design industrial robots. The design of this paper has the following points: 1、the overall structure and working principle of the manipulator design.2、Choose the right motor.3、Design the transmission mechanism.4^ Selection of reducer.5. Wrist structure design.6、Check t

36、he strength of each component. Key words: multi-joint manipulator;?ransmission design;Motor selection;The structure design 波發(fā)生器波數(shù)為2,可得： U = Zg — Zr = 2 所以鋼輪柔輪的齒數(shù)為： Zg = 202, Zr = 200 Zg -鋼輪齒數(shù) Zr -柔輪齒數(shù) 目前己有兒種規(guī)格的雙波滾刀，插刀定型生產(chǎn)，其波高(mm) 為 0.4、0.6、1.0、1.5、2.0、 2.5、2.75 等。 本次設(shè)計(jì)選用波高d = 2.75mm的雙波滾刀，

37、插刀生產(chǎn) 故柔輪鋼輪的模數(shù)為： d m = — = 1.375 2 齒輪廓工作高度/in-?取值為1.3?1.6m 本方案取如=1.5m=2.06mm 4. 3. 5柔輪和鋼輪幾何尺寸的計(jì)算 波數(shù)：n = 2 波高：d = 2.5mm 模數(shù):m = 1.375mm 齒距：p = irm = 4.31mm 頂隙：s = 0.125d = 0.3125 分度圓齒厚：St = 0.4375t = 0.4375 x — = 1.17mm n 柔輪的計(jì)算： 齒數(shù):Zr = 200 分度圓直徑：dr = mzr = 1.375 x 200mm = 275mm 7 7

38、齒頂圓直徑：dar = dr + —d = 275 + — x 2.5mm = 227.19mm 8 8 9 齒根圓直徑：dfr = dr d = 162.19mm / 8 柔輪的壓力角0廠=29.2° 鋼輪的計(jì)算 齒數(shù):Zg = 202 分度圓直徑：dr = mZg = 1.375 x 202mm = 277.75mm _ 7 7 齒頂圓直徑：dag = dg + -d = 277.5 + - x 2.5mm = 279.94mm 8 8 柔輪的壓力角：0g = 28.6。 4. 3. 6柔輪的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì) 此次設(shè)計(jì)柔輪采用杯型結(jié)構(gòu)，如下圖所示: 圖4-4

39、柔輪的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 其具體尺寸如下： 柔輪長(zhǎng)度： L =（0.7?1.2）—,取 L = 193mm 柔輪的壁厚： hr =（0.01 ?0.0145）.,取九1 = 1.6mm 光滑筒體壁厚： h2 1.1 1.3 =1.6771771 齒圈寬度 b =(pddr -齒寬系數(shù)，一般取0.1~0.2,取代= 0.15 b = 0.15dr = 41.25 取齒圈寬為42. 柔輪內(nèi)徑： drd = dfr — 2九1 = 275mm - 2 x 0.15mm = 274.7mm 4. 3. 6鋼輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 鋼輪的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下： 對(duì)鋼輪進(jìn)行選型

40、 機(jī)型 b C Be A Ai A2 G Q 32,40 8 2 12 50 44 38 6 3.5 50 14 3 20 70 60 54 6 3.5 60 16 3 22 85 75 67 6 4.5 80 20 3 26 110 100 90 6 5.5 100 25 4 33 135 120 110 6 6.6 120 30 4 38 170 150 135 6 9 160 40 5 50 215 195 177 6 11 200 50

41、6 62 265 240 218 6 11 250 60 6 72 330 290 272 6 14 圖4-6鋼輪的型號(hào) 根據(jù)結(jié)構(gòu)尺寸的要求，選擇250號(hào)鋼輪 廣東技術(shù)師范大學(xué)天河學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4. 3. 7波發(fā)生器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 本次波發(fā)生器設(shè)計(jì)采用偏心圓盤(pán)式的結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下 圖4-7偏心盤(pán)式波發(fā)生器結(jié)構(gòu) 具體參數(shù)如下： 包角： 26 = 60。?70。，取 P = 30° 偏心距： e =（2.3?3.6）,取 e = 3mm 偏心盤(pán)直徑： Dp = d + 2 （co。一 e） + △, △為偏心圓盤(pán)軸承徑向間隙

42、，取小=0.03mm Dp = 156mm 4. 3. 8柔輪疲勞強(qiáng)度的運(yùn)算 應(yīng)力狀態(tài)柔輪的安全系數(shù)： S = > 1.5 （$澄 + 丫度）°'5 S,= 、玲 + 0.2Tm &溫 廣東技術(shù)師范大學(xué)天河學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） Zr，分別表示正應(yīng)力的應(yīng)力幅及平均應(yīng)力幅 玲,Zm一分別表示切應(yīng)力的應(yīng)力幅及平均應(yīng)力幅 S。一正應(yīng)力安全系數(shù) Sr—切應(yīng)力安全系數(shù) = 0.55b_i Yz計(jì)算軸向應(yīng)力影響的系數(shù)，i般 偷一正應(yīng)力應(yīng)力集中系數(shù) 虬一切應(yīng)力應(yīng)力集中系數(shù)，匕= （0.7?0.9）& 將各數(shù)值代入計(jì)算得： 島=*捉5 Sr = = 4.132

43、 虬Ta + 0?2以 S（y + Sr S = = 1.9 > 1.5 ? 2 05 （S/+YzS*） 滿足疲勞強(qiáng)度需求。 4.7本章小結(jié) 本章主要對(duì)諧波減速器的內(nèi)部的三個(gè)主要結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)對(duì)其尺寸進(jìn)行計(jì)算，并對(duì)其進(jìn)行疲 勞強(qiáng)度校核。 參考文獻(xiàn) [1] 杜祥瑛.機(jī)械手及其應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1991:52-57P. [2] 曲道奎張念哲.機(jī)械手技術(shù)的新進(jìn)展[EB] [3] 羅輯，杜柳青，袁冬梅，曾宇丹.機(jī)電一體化技術(shù)在機(jī)械工程上的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì) [J].機(jī)床與液壓，2006, 9(1)： 25-28P. [4] 卞正崗.動(dòng)化技術(shù)和機(jī)電一體化技

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47、京：中國(guó)水利水電出版社,2004： 33-39P. [20] [日]三浦宏文.機(jī)電一體化實(shí)用手冊(cè)[M].北京:科學(xué)出版社，2001： 169-188. [21] 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)國(guó)].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004： 466-572P. [22] 商大中.理論力學(xué)[M].哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)出版社，2007： 122-132P. [23] 劉艷磊，張建中.大學(xué)物理教程[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2010： 51-67P. [24] 楊在林.工程力學(xué)[M].哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)出版社，2010： 13-24P. [25] 武清璽，許慶春，趙引.動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)[M].江蘇：河海

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49、11. [31] 李峰，楊軍社.先導(dǎo)式電磁閥的某種改進(jìn)[J].科技風(fēng),2011, (09):20-21. [32] 張汝波，周寧.基于強(qiáng)化學(xué)習(xí)的智能機(jī)器人避碰方法研究[J].機(jī)器人，1999 [33] 侯輝.碼垛機(jī)器人控制系統(tǒng)研究[D]鄭州大學(xué)碩士論文.2013:25-27. [34] 宋允曉，張明輝.基于PLC控制的智能機(jī)械手的設(shè)計(jì)[J].山東科技大學(xué)報(bào)，2012 (11)： 1-3. [35] 廖常初.PLC編程及應(yīng)用[M].機(jī)械工業(yè)出版社，20014. 1. [36] 向曉漢.西門(mén)子PLC完全精通教程國(guó)].化學(xué)工業(yè)出版社，2014. 6. [37] 陳建明.電氣控制與PL

50、C應(yīng)用[M].電子工業(yè)出版社,2015. 1. [38] 龔仲華.工業(yè)機(jī)器人從入門(mén)到應(yīng)用國(guó)].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2016.3 廣東技術(shù)師范大學(xué)天河學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 致謝 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)涉及的全部?jī)?nèi)容是在指導(dǎo)老師的悉心指導(dǎo)下完成的。感謝老師給我提供 了良好的課題條件，讓我從這次設(shè)計(jì)中得到了很好的鍛煉。同時(shí)也為我講解了不少難題， 在此特別感謝。老師淵博的學(xué)識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、平易近人的作風(fēng)和認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作態(tài) 度讓我們受益非淺。從老師處我們學(xué)到了許多的專(zhuān)業(yè)知識(shí)和相關(guān)的設(shè)計(jì)方法。在此，謹(jǐn)向 恩師表示最真誠(chéng)的感謝。感謝他在百忙中給予我們的指導(dǎo)。當(dāng)然還有本院其他老師的指導(dǎo)。 在此我

51、向各位給予我指導(dǎo)的老師表示忠心的感謝和致敬。 在此論文最終完成之際，向所有關(guān)心和幫助過(guò)我的老師、同學(xué)和朋友表示深深感謝！ 首先感謝學(xué)院和學(xué)院的領(lǐng)導(dǎo)和老師對(duì)我的關(guān)心和幫助，感謝他們?yōu)槲姨峁┍憷臈l件，使 我的畢業(yè)設(shè)計(jì)能順利完成。 同時(shí)，我要衷心感老師，從畢業(yè)設(shè)計(jì)的開(kāi)始到畢業(yè)論文的最終定稿，在此期間老師給 了我細(xì)心的指導(dǎo)和幫助，老師淵博的知識(shí)、誠(chéng)懇的為人、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度深深感染了我， 讓我終生受用。在此，我向我的指導(dǎo)老師致以誠(chéng)摯的謝意和深深的敬意。 此外，在我撰寫(xiě)論文期間，還得到了同學(xué)們的支持和鼓勵(lì)，每當(dāng)我遇到困難進(jìn)行不下 去的時(shí)候，他們都能耐心細(xì)致地給我講解，幫助我度過(guò)了一個(gè)又一

52、個(gè)難關(guān)我的畢業(yè)設(shè)計(jì)和 論文才得以順利地進(jìn)行，在此我衷心地對(duì)他們說(shuō)聲：“謝謝”。 在此謹(jǐn)向各位評(píng)審老師致謝！ 目錄 摘 要 II ABSTRACT Ill 目錄 IV 1緒論 1 1.1研究背景以及意義 1 1.2機(jī)械手在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展以及研究現(xiàn)狀 2 1.2. 1機(jī)械手在國(guó)內(nèi)的發(fā)展以及研究現(xiàn)狀 2 1.2.2機(jī)械手在國(guó)外的發(fā)展以及研究現(xiàn)狀 2 13本論文設(shè)計(jì)的方向和思路 3 2機(jī)械手的概述 4 2. 1機(jī)械手的定義 4 2.2機(jī)械手的原理 4 2.3機(jī)械手的結(jié)構(gòu) 4 2.4機(jī)械手的工作特點(diǎn) 5 2.5機(jī)械手類(lèi)型的選擇 6 2. 6本章小結(jié) 7 3機(jī)械手的機(jī)

53、械設(shè)計(jì)部分 8 3. 1本體結(jié)構(gòu)布局設(shè)計(jì) 8 3. 2機(jī)械手各部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 9 3. 2. 1機(jī)械手機(jī)座機(jī)構(gòu) 9 3.2.2機(jī)械手大臂 12 3.2.3機(jī)械手Z軸與X軸的連接塊 16 3. 2.4機(jī)械手X軸手臂部分 16 3. 2. 5機(jī)械手手腕部分 17 3. 3本章小結(jié) 18 4機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)控制部分 19 4. 1各關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)方案確定 19 4. 1. 1減速傳動(dòng)方案的確定 23 4. 3. 2驅(qū)動(dòng)方案的確定 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。 4.2諧波減速器減速驅(qū)動(dòng) 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。 4.3聯(lián)軸器的選擇 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。 4.4電動(dòng)機(jī)的選型 28 4.4. 1

54、手臂電機(jī)選型 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。 4.4.2聯(lián)軸器的驗(yàn)算 21 4.5底座電機(jī)的選型 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。 4.6底座齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)和校核 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。 4.7本章小結(jié) 28 5基于UG機(jī)械手仿真 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。 29 參考文獻(xiàn) 致謝 31 1.1研究背景以及意義 21世紀(jì)是高度信息化的時(shí)代，而制造業(yè)也不例外，工業(yè)機(jī)器人與工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展和 需求息息相關(guān)，工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)運(yùn)用到了制造業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域，給人們的生活帶來(lái)翻天覆地 的變化。 自1962年美國(guó)制造了第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人，人們對(duì)工業(yè)機(jī)器人的探索就從未停止，經(jīng)過(guò) 多年的發(fā)

55、展，工業(yè)機(jī)器人變得更加靈活和具有更多樣化的功能，能夠很好的適應(yīng)生產(chǎn)線的 工作，工業(yè)機(jī)器人是生產(chǎn)線十分常見(jiàn)的自動(dòng)化設(shè)備，代替了繁重枯燥的重復(fù)性勞動(dòng)，增加 了工作效率，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，對(duì)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)有著重大的影響。因工業(yè)機(jī)器人有 著人們所不具有的特殊性，工業(yè)機(jī)器人可以在一些惡劣的環(huán)境下進(jìn)行高強(qiáng)度工作，亦可不 受時(shí)間影響所以其優(yōu)越特性使人們將工業(yè)機(jī)器人運(yùn)用在了各個(gè)領(lǐng)域，也極大地使機(jī)器人在 各大領(lǐng)域中得到很好的發(fā)展和應(yīng)用。 我國(guó)是當(dāng)今世界上制造業(yè)最為發(fā)達(dá)的國(guó)家，隨著社會(huì)的發(fā)展，人口老齡化勞動(dòng)力不足 的問(wèn)題開(kāi)始在我們國(guó)家出現(xiàn)，而發(fā)展自動(dòng)化，使用機(jī)器人來(lái)代替人工的勞動(dòng)變得不可或缺，

56、機(jī)械手在操作精度方面亦大大超越人類(lèi)，是人們不可企及的，使用機(jī)器人亦有助于提高產(chǎn) 品的質(zhì)量，提高工作效率，降低人力成本，使企業(yè)的利潤(rùn)大大提升，百利而無(wú)一害，自動(dòng) 化的發(fā)展才是我們國(guó)家制造業(yè)發(fā)展的未來(lái)。 工業(yè)機(jī)器人亦能夠在人們難以忍受的環(huán)境下無(wú)障礙地工作，工業(yè)機(jī)器人的程序是預(yù)設(shè) 好的，所以不需要燈光，能夠給企業(yè)省下很多的資源，工業(yè)機(jī)器人還可以在高危險(xiǎn)的環(huán)境 下工作，在焊接，噴涂作業(yè)等作業(yè)中有著巨大的作用。 在需要大量人力和重復(fù)性勞動(dòng)中工業(yè)機(jī)器人亦發(fā)揮著重大的作用，例如：碼垛機(jī)器人， 它有著無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，不僅比人力更加的快捷，而且工業(yè)機(jī)器人的出錯(cuò)率會(huì)更低。 正是因?yàn)楣I(yè)機(jī)器人相對(duì)于

57、人力來(lái)說(shuō)有著眾多無(wú)可比擬的優(yōu)越性，所以工業(yè)機(jī)器人的 發(fā)展前景一片大好，研充和設(shè)計(jì)工業(yè)機(jī)器人亦有著很重大的意義，我們國(guó)家想要產(chǎn)業(yè)升級(jí)， 發(fā)展的更快的話，大力發(fā)展工業(yè)機(jī)器人是個(gè)絕對(duì)正確的選擇。 廣東技術(shù)師范大學(xué)天河學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 1.2機(jī)械手在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展以及研究現(xiàn)狀 1.2.1機(jī)械手在國(guó)內(nèi)的發(fā)展以及研究現(xiàn)狀 我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人在20世紀(jì)70年代初期起步，發(fā)展到現(xiàn)在國(guó)內(nèi)研發(fā)出了一大批具有 優(yōu)秀性能的工業(yè)機(jī)器人，如切料機(jī)器人、點(diǎn)焊機(jī)器人、搬運(yùn)機(jī)器人、上料機(jī)器人等等。國(guó) 家對(duì)高新科技的發(fā)展也十分重視2015年5月19 S,國(guó)務(wù)院發(fā)布了《中國(guó)制造2025》計(jì)劃， 該規(guī)劃指出，為了加

58、快智能化自動(dòng)化產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)。提高國(guó)家的科技水平實(shí)力，有必要研發(fā) 出具有較高人機(jī)交互功能的智能機(jī)器人，使工業(yè)機(jī)器人更廣泛地應(yīng)用在制造業(yè)領(lǐng)域和高端 研發(fā)領(lǐng)域。2016年5月4日，工業(yè)和信息化部、國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)以及財(cái)政部聯(lián)合印 發(fā)《機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2016-2020年)》為國(guó)內(nèi)機(jī)器人的發(fā)展指明了方向?，F(xiàn)階段隨著 5G技術(shù)和AI技術(shù)的發(fā)展工業(yè)機(jī)器人的性能將會(huì)更加強(qiáng)大，在國(guó)內(nèi)科技高速發(fā)展的和政策 扶持的沃土上工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展前景無(wú)可估量，即使現(xiàn)在國(guó)內(nèi)機(jī)器人的應(yīng)用和發(fā)展還比不 上發(fā)達(dá)國(guó)家，但有國(guó)內(nèi)技術(shù)、大量的人才儲(chǔ)備和政策的扶持國(guó)內(nèi)的工業(yè)機(jī)器人亦會(huì)奮起直 追，達(dá)到世界領(lǐng)先水平。 1

59、.2.2機(jī)械手在國(guó)外的發(fā)展以及研究現(xiàn)狀 自1985年，美國(guó)的聯(lián)合控制公司研制了第一款機(jī)械手UNIMATE,工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展 就從未停歇，經(jīng)過(guò)50多年的發(fā)展，世界各國(guó)對(duì)工業(yè)機(jī)器人的研究開(kāi)發(fā)日益成熟。目前工業(yè) 機(jī)器人發(fā)展較為先進(jìn)的國(guó)家有：美國(guó)、德國(guó)、法國(guó)和日本，其中美國(guó)在工業(yè)機(jī)器人的研究 當(dāng)中一直處于國(guó)際領(lǐng)先地位。進(jìn)入20世紀(jì)后，世界上的各個(gè)工業(yè)強(qiáng)國(guó)都意識(shí)到機(jī)器人在未 來(lái)各個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展有著及其重大的作用，各個(gè)工業(yè)強(qiáng)國(guó)都制定了相應(yīng)的計(jì)劃和戰(zhàn)略，德國(guó) 提出了 “工業(yè)4.0”的發(fā)展戰(zhàn)略，這個(gè)戰(zhàn)略得到了外界的強(qiáng)烈的反響“工業(yè)4.0”也成為了 德國(guó)生產(chǎn)力的一個(gè)標(biāo)簽，這個(gè)概念在全球范圍內(nèi)掀起了一

60、輪工業(yè)轉(zhuǎn)型的狂潮，美國(guó)在2011 年推出了 “先進(jìn)制造伙伴計(jì)劃”，2014年美國(guó)互聯(lián)網(wǎng)巨頭和傳統(tǒng)制造業(yè)聯(lián)手成立了 “工業(yè) 互聯(lián)網(wǎng)同盟”，2012年韓國(guó)推出了 “機(jī)器人未來(lái)戰(zhàn)略展望2022”期望增強(qiáng)韓國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè) 實(shí)力，2013年日本提出了 “日本產(chǎn)業(yè)重振計(jì)劃”以期待能夠通過(guò)設(shè)備和研發(fā)來(lái)重振制造業(yè), “火花”由歐盟提出，目的是研發(fā)明用機(jī)器人。 美國(guó)工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀 工業(yè)機(jī)器人是由美國(guó)率先研發(fā)的，當(dāng)時(shí)的美國(guó)并不很重視工業(yè)機(jī)器人的實(shí)際應(yīng)用。 廣東技術(shù)師范大學(xué)天河學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1980年后，政府開(kāi)始重視工業(yè)機(jī)器人在制造業(yè)中的應(yīng)用，高端技術(shù)在美國(guó)一直有著深厚的 積累，加上

61、政府的鼓勵(lì)投資，使得美國(guó)的工業(yè)機(jī)器人能夠快速發(fā)展，并占有著全球市場(chǎng)， 現(xiàn)階段比較優(yōu)秀的工業(yè)機(jī)器人公司有愛(ài)德普機(jī)器人公司 日本工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀 日本工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展要比美國(guó)晚上幾年，但是其發(fā)展毫不遜色。由于日本的特殊 國(guó)情，缺乏勞動(dòng)力，使得工業(yè)機(jī)器人在日本的各個(gè)領(lǐng)域飛速發(fā)展，日本對(duì)工業(yè)機(jī)器人的發(fā) 展有著舉足輕重的地位，日本有眾多優(yōu)秀機(jī)器人公司例如：安川電機(jī)、發(fā)那科、川崎重工 業(yè)，那智公司，日本有著強(qiáng)大的工業(yè)體系，工業(yè)機(jī)器人的關(guān)鍵零部件都能夠生產(chǎn)，使得日 本擁有著世界第一的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)量及安裝量，而且日本也是工業(yè)機(jī)器人的主要零部件的 供應(yīng)國(guó)，為工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展做出了巨大的貢獻(xiàn)，

62、也為自己創(chuàng)造了巨大的利潤(rùn)。 德國(guó)工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀 德國(guó)工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展亦是和其當(dāng)時(shí)的基本國(guó)情密切相關(guān)的，德國(guó)的勞動(dòng)力短缺使 得政府更加重視和發(fā)展工業(yè)機(jī)器人，為機(jī)器人的發(fā)展應(yīng)用提供了有力的條件，此外德國(guó)規(guī) 定一些有毒、危險(xiǎn)、有害環(huán)境的崗位必須要以機(jī)器人來(lái)代替人來(lái)操作，這使得工業(yè)機(jī)器人 很快在的國(guó)發(fā)展起來(lái)，德國(guó)的“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略使得德國(guó)的工業(yè)機(jī)器人更加具有發(fā)展前景, 德國(guó)的工業(yè)機(jī)器人在國(guó)際市場(chǎng)上也具有著重要的地位，在國(guó)際上比較有競(jìng)爭(zhēng)力的公司有庫(kù) 卡公司。 1.3本論文設(shè)計(jì)的方向和思路 設(shè)計(jì)的機(jī)械手內(nèi)部傳動(dòng)系統(tǒng)中的傳動(dòng)方式主要以齒輪傳動(dòng)方式為主，其運(yùn)動(dòng)形式為關(guān) 節(jié)式，包括機(jī)

63、身的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、大臂以及小臂的轉(zhuǎn)動(dòng)以及手腕的轉(zhuǎn)動(dòng)。本設(shè)計(jì)的機(jī)床上料多 關(guān)節(jié)機(jī)械手外形尺寸值為：高1000mm、寬650mni、長(zhǎng)450mm,重約為28kg；具體的要求如 下所示： 1、 了解機(jī)械手的原理、結(jié)構(gòu)和工作特點(diǎn)，最終完成總體方案的設(shè)計(jì)； 2、 對(duì)總體設(shè)計(jì)包括機(jī)械設(shè)計(jì)部分和控制驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)計(jì)； 3、 要求結(jié)構(gòu)整體緊湊，機(jī)械手內(nèi)部結(jié)構(gòu)傳動(dòng)效率高且傳動(dòng)過(guò)程平穩(wěn)； 4、 用ug建立一個(gè)三維模型，并在相關(guān)軟件下完成運(yùn)動(dòng)的工作仿真分析。 研究思路：了解機(jī)械手實(shí)際應(yīng)用中的意義和該類(lèi)機(jī)械手的發(fā)展現(xiàn)狀，對(duì)6個(gè)自由度小 型機(jī)械手的原理、構(gòu)造、運(yùn)動(dòng)軌跡有全面的認(rèn)識(shí)，以及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和總體配置。深入了 解和分析本課題，選擇一個(gè)方便、穩(wěn)定、安全、高效的方案，可應(yīng)用于實(shí)際批量生產(chǎn)中， 完成機(jī)械手爪的設(shè)計(jì)。