3354 三自由度搬運(yùn)機(jī)械手機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

3354 三自由度搬運(yùn)機(jī)械手機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),自由度,搬運(yùn),機(jī)械手,機(jī)構(gòu),設(shè)計(jì) 分 類 號(hào) 密 級(jí) 寧XXXX 學(xué)院畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 )三自由度搬運(yùn)機(jī)械手機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)所 在 學(xué) 院專 業(yè) 機(jī) 械 設(shè) 計(jì) 制 造 及 其 自 動(dòng) 化班 級(jí) 08 機(jī) 自 3姓 名學(xué) 號(hào)指 導(dǎo) 老 師年 月 日誠(chéng) 信 承 諾我謹(jǐn)在此承諾：本人所寫的畢業(yè)論文《三自由度搬運(yùn)機(jī)械手設(shè)計(jì)》均系本人獨(dú)立完成，沒有抄襲行為，凡涉及其他作者的觀點(diǎn)和材料，均作了注釋，若有不實(shí)，后果由本人承擔(dān)。承諾人（簽名）： 年 月 日I摘 要機(jī)械手是一種機(jī)械技術(shù)與電子技術(shù)相結(jié)合的高技術(shù)產(chǎn)品。采用機(jī)械手是提高產(chǎn)品質(zhì)量與勞動(dòng)生產(chǎn)率，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)化，改善勞動(dòng)條件，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度的一種有效手段。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)裝備。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)率和生產(chǎn)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、放射性和其它有毒、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。本課題的主要內(nèi)容是采用機(jī)械設(shè)計(jì)原理，進(jìn)行三自由度搬運(yùn)機(jī)械手的設(shè)計(jì)，熟悉三自由度機(jī)械手的運(yùn)用場(chǎng)合和相關(guān)的設(shè)計(jì)步驟。機(jī)械手可以代替很多重復(fù)性的體力勞動(dòng)，從而減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率。結(jié)合三自由度設(shè)計(jì)的各方面的知識(shí)，在設(shè)計(jì)過程中學(xué)會(huì)怎樣發(fā)現(xiàn)問題．解決問題.研究問題。并且在設(shè)計(jì)中融入自己的想法和構(gòu)思，提高自己的創(chuàng)新能力。盡力使機(jī)械手使用方便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。關(guān)鍵詞：機(jī)械手，輸送工件，搬運(yùn)，三自由度IIAbstractManipulator is a mechanical technology and electronic technology with the combination of high technology products. Using manipulator is to improve product quality and productivity, and realize the automatic production process, improve working conditions, and reduce labor intensity of a kind of effective method. It is an imitation of the upper part of the human body function, according to the predetermined requirement or parts transportation holding tools for operation of the automation technology and equipment. Robots can replace the hands of heavy labor, significantly reduce the labor intensity, improve working conditions, and improve labor productivity and production automation level. Industrial production often appears in the handling of the heavy and long-term, frequent, drab operation, USES the manipulator is effective; In addition, it can be in high temperature, low temperature, deep water, the universe, radioactive and other toxic, pollution environment conditions operation, more shows its superiority, with broad prospects.This topic is the main content of the mechanical design principle of the design of the three dof carrying manipulator, familiar with three degrees of freedom of the manipulator using occasions and related design steps. Robots can replace a lot of repeatability of physical labor, so as to reduce the labor intensity, improve production efficiency. Combined with three degrees of freedom all aspects of design knowledge, in the design process learn how to find out the problem to solve problems. And in the design idea and into their idea, improve their innovation ability. Try to make robots easy to use simple structure.Key Words: Manipulator, conveying work piece, handling, three degrees of freedomIII目 錄摘 要 .........................................................................................................................................IAbstract ......................................................................................................................................II目 錄 .......................................................................................................................................III第 1 章 緒 論.............................................................................................................................11.1 機(jī)械手的特點(diǎn) ...............................................................................................................11.2 機(jī)械手的組成 ...............................................................................................................21.3 本文研究主要內(nèi)容 ......................................................................................................3第 2 章 三自由度搬運(yùn)機(jī)械手機(jī)構(gòu)總體方案設(shè)計(jì)...................................................................42.1 機(jī)械手的基本技術(shù)參數(shù)確定 .......................................................................................42.1.1 自由度 ................................................................................................................42.1.2 坐標(biāo)形式的選擇 ................................................................................................42.1.3 規(guī)格參數(shù) ............................................................................................................62.1.4 有效負(fù)載 ............................................................................................................62.1.4 運(yùn)動(dòng)特性 ............................................................................................................72.2 機(jī)械手材料的選擇 ......................................................................................................72.3 機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)方式 .......................................................................................................82.4 機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)元件 .......................................................................................................9第 3 章 各主要組成部分設(shè)計(jì).................................................................................................103.1 爪部機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) ..........................................................................................................103.1.1 手部設(shè)計(jì)計(jì)算 .................................................................................................103.1.2 腕部設(shè)計(jì)計(jì)算 .................................................................................................143.1.3 臂伸縮機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) .............................................................................................163.2 液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) ............................................................................................183.3 機(jī)身結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) ................................................................................................203.3.1 電機(jī)的選擇 .....................................................................................................203.3.2 減速器的選擇 .................................................................................................213.3.3 螺柱的設(shè)計(jì)與校核 .........................................................................................21IV3.3.4 機(jī)座的機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖 .................................................................................23總結(jié)與展望...............................................................................................................................25參考文獻(xiàn)...................................................................................................................................26致 謝.........................................................................................................................................27第 1 章 緒論1第 1 章 緒 論隨著人類科技的進(jìn)步，社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，機(jī)器人學(xué)成為近幾十年來迅速發(fā)展的一門綜合學(xué)科。它體現(xiàn)了光機(jī)電一體化技術(shù)的最新成就，機(jī)械手作為其中的佼佼者更是發(fā)揮了不可磨滅的作用。在人類社會(huì)中，凡是有機(jī)械活動(dòng)的地方，都能看到機(jī)械手的身影。機(jī)械手產(chǎn)品的應(yīng)用已經(jīng)由核工業(yè)和軍事科技等高端科學(xué)領(lǐng)域向醫(yī)療、農(nóng)業(yè)甚至是服務(wù)娛樂等民用領(lǐng)域發(fā)展了，并且各式各樣的機(jī)械手正在涌現(xiàn)出來，以驚人的速度延伸到人類活動(dòng)的各個(gè)領(lǐng)域。機(jī)械手是由于人類期望生產(chǎn)水平的提高，為了提升生產(chǎn)效率而出現(xiàn)的。然而由于機(jī)械手善于完成重復(fù)的，單調(diào)的，精確度要求高的工作，能取代人在惡劣的環(huán)境中完成人類不能或者不愿完成的工作，因此，機(jī)械手的出現(xiàn)又大大解放了人類的生產(chǎn)力。所以說機(jī)械手的發(fā)展是社會(huì)發(fā)展的結(jié)果，也是社會(huì)發(fā)展的必然趨勢(shì)?，F(xiàn)在，很多發(fā)達(dá)國(guó)家都追逐著機(jī)械手這一發(fā)展趨勢(shì)，積極地進(jìn)行著機(jī)械手的各種開發(fā)和研制的工作，并且其中一些國(guó)家已經(jīng)取代了不錯(cuò)的成果，研制出了許多新型且實(shí)用的機(jī)械手或者是機(jī)器人。例如：日本的跳舞機(jī)器人、犬型機(jī)器人愛寶(AIBO)；。英國(guó)研制的履帶式“手推車”及“超級(jí)手推車”排爆機(jī)器人；美國(guó) iRobot 公司推出了能避開障礙，自動(dòng)設(shè)計(jì)行進(jìn)路線吸塵器機(jī)器人 Roomba；上海世博會(huì)使用過的福娃機(jī)器人等等。由于機(jī)械手的迅猛發(fā)展，機(jī)械手進(jìn)入學(xué)校教學(xué)是必然的。三自由度機(jī)械手作為是機(jī)械手的典型產(chǎn)品，其設(shè)計(jì)及應(yīng)用對(duì)機(jī)電一體化、機(jī)械結(jié)構(gòu)工藝、機(jī)械制造、自動(dòng)化、電子信息等專業(yè)的教學(xué)及研究都有著很重要的意義。1.1 機(jī)械手的特點(diǎn)1 機(jī)械手能進(jìn)行自動(dòng)化生產(chǎn)，降低成本。就本次設(shè)計(jì)的三自由度搬運(yùn)機(jī)械手而言，它能不間斷的搬運(yùn)零件和各種材料的輸送。這樣既提高了生產(chǎn)率又降低了生產(chǎn)成本。2 機(jī)械手能使產(chǎn)品品質(zhì)穩(wěn)定，減少人工污染。人工生產(chǎn)會(huì)使產(chǎn)品質(zhì)量受工人狀態(tài)起伏而影響。對(duì)于某些高精度產(chǎn)品，人工送取會(huì)產(chǎn)生人工污染。3 機(jī)械手能改善勞動(dòng)條件，避免各種工傷。在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空間狹窄的場(chǎng)合中，人工操作會(huì)有危險(xiǎn)，機(jī)械手能代替人工作，改善了人們的勞動(dòng)條件。4 機(jī)械手能持久、耐勞，可以把人從繁重的勞動(dòng)中解放出來，人在連續(xù)工作幾個(gè)小時(shí)后，總會(huì)感到疲勞或厭倦，以機(jī)械手代替人進(jìn)行工作，可以避免由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。5 機(jī)械手的靈活性、通用性強(qiáng)。它能通過更換部件來適應(yīng)不同產(chǎn)品的生產(chǎn)。并通過改變程序和自由度來達(dá)到迅速改變作業(yè)的可能性。這樣機(jī)械手能滿足各種各樣的零件生產(chǎn)，在生產(chǎn)中發(fā)揮重大作用。1.2 機(jī)械手的組成工業(yè)機(jī)械手是由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制機(jī)構(gòu)三部分組成。1.2.1 執(zhí)行機(jī)構(gòu)寧波大紅鷹學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）2一般機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)由手部或者叫抓取部分、腕部、臂部、緩沖與定位，還有行走機(jī)構(gòu)組成。1.2.2 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)主要有液壓驅(qū)動(dòng)、氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)、電動(dòng)驅(qū)動(dòng)和機(jī)械驅(qū)動(dòng)等形式。不過目前還是以液壓和氣動(dòng)用的最多。液壓驅(qū)動(dòng)具有體積小、出力大、控制性能好、動(dòng)作平穩(wěn)等特點(diǎn)，它利用油缸、馬達(dá)加上齒輪、齒條實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)；利用擺動(dòng)油缸、馬達(dá)與減速器、油缸與齒條、齒輪或鏈條、鏈輪等實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。液壓驅(qū)動(dòng)具有潤(rùn)滑性能好、壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)，結(jié)構(gòu)緊湊，剛性好。定位精度高，克實(shí)現(xiàn)任意位置開停。有很多專業(yè)機(jī)械手能直接利用主機(jī)的液壓系統(tǒng)。但缺點(diǎn)是需要配備壓力源，系統(tǒng)復(fù)雜成本較高。氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉。氣源方便，所需的壓縮氣源一般工廠都有，并且無污染，一般采用的壓力 0.4-0.6MPa,最高可達(dá) 1MPa。缺點(diǎn)是出力小，體積大。由于空氣的可壓縮性大，很難實(shí)現(xiàn)中間位置的停止，只能用于點(diǎn)位控制，而且潤(rùn)滑性較差，氣壓系統(tǒng)容易生銹。電動(dòng)由于減速和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)復(fù)雜, 很少采用。機(jī)械式用于簡(jiǎn)單的場(chǎng)合。1.2.3 控制機(jī)構(gòu)機(jī)械手的控制方式有點(diǎn)動(dòng)和連續(xù)控制兩種方式。大多數(shù)是用插銷板進(jìn)行點(diǎn)位程序控制，也有采用可編程序控制器控制、微型計(jì)算機(jī)數(shù)字控制，采用凸輪、磁盤磁帶、穿孔卡等記錄程序。主要控制的是坐標(biāo)位置，并注意其加速度特性。1.3 本文研究主要內(nèi)容通過利用網(wǎng)絡(luò)工具、圖書館的書籍和各類期刊、雜志查閱了解三自由度搬運(yùn)機(jī)械手的相關(guān)知識(shí)，確定本設(shè)計(jì)符合要求，滿足需要。具體設(shè)計(jì)方法如下：1、查閱資料、結(jié)合所學(xué)專業(yè)課程，產(chǎn)生三自由度搬運(yùn)機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本思路，2、查閱各類機(jī)械機(jī)構(gòu)手冊(cè)，確定合理的三自由度搬運(yùn)機(jī)械手結(jié)構(gòu)；3 根據(jù)給定的自由度和技術(shù)參數(shù)來選擇合適的手部、腕部、臂部等部位4、重點(diǎn)對(duì)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)及控制機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)研究；5、通過研究國(guó)內(nèi)外情況，確定本設(shè)計(jì)課題的重點(diǎn)設(shè)計(jì)；6、完成 2D 裝配圖的設(shè)計(jì)和繪制，并由此繪制零件圖：第 1 章 緒論37、編寫設(shè)計(jì)說明書；8、檢查并完善本設(shè)計(jì)課題。本設(shè)計(jì)采用的方法是理論設(shè)計(jì)與經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)相結(jié)合的方案，所運(yùn)用的資料來源廣泛，內(nèi)容充足。寧波大紅鷹學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）4第 2 章 三自由度搬運(yùn)機(jī)械手機(jī)構(gòu)總體方案設(shè)計(jì)本文的重要任務(wù)是完成機(jī)械手的設(shè)計(jì)，本章內(nèi)容是圍繞機(jī)械手機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)任務(wù)來展開，介紹機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)思路。2.1 機(jī)械手的基本技術(shù)參數(shù)確定表示機(jī)器人特性的基本技術(shù)參數(shù)主要有自由度、坐標(biāo)形式的選擇、2.1.1 自由度自由度是指機(jī)器人所具有的獨(dú)立坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)的數(shù)目，但是一般不包括手部（末端操作器）的開合自由度。自由度表示了機(jī)器人靈活的尺度，在三維空間中描述一個(gè)物體的位置和姿態(tài)需要六個(gè)自由度。機(jī)械手的自由度越多，越接近人手的動(dòng)作機(jī)能，其通用性就越好，但是結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜，自由度的增加也意味著機(jī)械手整體重量的增加。輕型化與靈活性和抓取能力是一對(duì)矛盾， ，此外還要考慮到由此帶來的整體結(jié)構(gòu)剛性的降低，在靈活性和輕量化之間必須做出選擇。工業(yè)機(jī)器人基于對(duì)定位精度和重復(fù)定位精度以及結(jié)構(gòu)剛性的考慮，往往體積龐大，負(fù)荷能力與其自重相比往往非常小。一般通用機(jī)械手有 5～6 個(gè)自由度即可滿足使用要求（其中臂部有 3 個(gè)自由度，腕部和行走裝置有 2～3 個(gè)自由度） ，專用機(jī)械手有 1～2 個(gè)自由度即可滿足使用要求。此次機(jī)械手設(shè)計(jì)要求的工作方向?yàn)閮蓚€(gè)直線方向和一個(gè)旋轉(zhuǎn)方向。在控制器的作用下，它執(zhí)行將工件從一條流水線拿到另一條流水線這一簡(jiǎn)單的動(dòng)作。在滿足前提條件上盡量使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所以我們這次選擇三自由度機(jī)械手。2.1.2 坐標(biāo)形式的選擇機(jī)械手的坐標(biāo)形式主要可分為：直角坐標(biāo)型、圓柱坐標(biāo)型、球坐標(biāo)型、關(guān)節(jié)坐標(biāo)型另外還有比較復(fù)雜的 SCARA 型和并聯(lián)型。1 直角坐標(biāo)型機(jī)械手：這類機(jī)械手就是如圖 2-1(a)得直移型，其手部空間位置的改變通過沿三個(gè)互相垂直軸線的移動(dòng)來實(shí)現(xiàn)，該形式機(jī)械手具有位置精度高，控制無耦合、簡(jiǎn)單，壁障性好等特點(diǎn)。但結(jié)構(gòu)較龐大，動(dòng)作范圍小，靈活性差，且移動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，占地面積大。而且需架空線路。寧波大紅鷹學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）52 圓柱坐標(biāo)型機(jī)械手：這種機(jī)械手如圖 2-1（b）的回轉(zhuǎn)型機(jī)械手，通過兩個(gè)移動(dòng)和一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)手部空間位置的改變，手臂的運(yùn)動(dòng)系由垂直立柱平面內(nèi)的伸縮和沿立柱的升降兩個(gè)直線運(yùn)動(dòng)及手臂繞立柱的轉(zhuǎn)動(dòng)復(fù)合而成。這種機(jī)械手，占地面積小而活動(dòng)范圍較大，結(jié)構(gòu)亦較簡(jiǎn)單，并能達(dá)到較高的定位精度，因而應(yīng)用范圍較廣泛。機(jī)身采用立柱式，機(jī)械手側(cè)面行走，順利完成上料、翻轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)位等功能。但是結(jié)構(gòu)也比較龐大，兩個(gè)移動(dòng)軸的設(shè)計(jì)較為復(fù)雜。3 球坐標(biāo)型機(jī)器人： 這類機(jī)械手如圖 2-1（c）的俯仰型機(jī)械手，其手臂沿 X 方向伸縮，繞 Y 軸俯仰和繞 Z 軸回轉(zhuǎn)。這類機(jī)械手具有占地面積小、結(jié)構(gòu)緊湊、重量較輕、位置精度尚可等特點(diǎn)，能與其他機(jī)器人協(xié)調(diào)工作，但避障性差，存在著平衡問題，位置誤差與臂長(zhǎng)有關(guān)。4 關(guān)節(jié)坐標(biāo)型機(jī)械手：如圖 2-1（d）的屈伸型機(jī)械手，主要由立柱、前臂和后臂組成。機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)由前、后臂的俯仰及立柱的回轉(zhuǎn)構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)最緊湊，靈活性大，占地面積最小，工作空間最大，能與其他機(jī)器人協(xié)調(diào)工作，避障性好，但是位置精度較低，存在平衡以及控制耦合的問題，故比較復(fù)雜。圖 2- 1 機(jī)械手的坐標(biāo)形式本次設(shè)計(jì)的三自由度機(jī)械手主要用來運(yùn)輸 2 流水線的零件，2 者距離 1.5m，這就要求機(jī)械手結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊,定位精度較高,占地面積小。根據(jù)上面 4 種坐標(biāo)形式，我選擇了圓柱坐標(biāo)形式，這種形式比較符合這次設(shè)計(jì)的需要。圖 2-2 是機(jī)械手搬運(yùn)物品示意圖。圖中機(jī)械手的任務(wù)是將傳送帶 A 上的物品搬運(yùn)到傳送帶 B。寧波大紅鷹學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）6圖 2- 2 機(jī)械手基本形式示意2.1.3 規(guī)格參數(shù)用途：搬運(yùn)物料抓重：5 kg (工件的重量為 2.72kg(此數(shù)據(jù)通過 3D 軟件測(cè)量所得 )為了保證有一定的負(fù)載余量)自由度：3坐標(biāo)形式：圓柱坐標(biāo)形式最大工作半徑：800mm (兩條輸送帶間距為 1.5m,將機(jī)械手的位置布置在 2 條輸送帶之間,保留每邊 50mm 的余量)手臂最大中心高：1.5m2.1.4 有效負(fù)載有效負(fù)載是指機(jī)器人操作臂在工作時(shí)臂端可能搬運(yùn)的物體重量或所能承受的力或力矩，它表示了機(jī)械手的負(fù)載能力。機(jī)器人的載荷不僅僅取決于負(fù)載的質(zhì)量，還與機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的速度和加速度的大小及方向有關(guān)。為了安全起見，有效負(fù)載是指高速運(yùn)行時(shí)的有效負(fù)載。本文中機(jī)械手的作業(yè)對(duì)象為質(zhì)量較輕的物體，零件尺寸：內(nèi)孔 ￠100，壁厚 10，高 100。 零件材料：45 鋼，工件的重量為 2.72kg(此數(shù)據(jù)通過3D 軟件測(cè)量所得)為了保證有一定的負(fù)載余量，機(jī)械手的有效負(fù)載暫且設(shè)定為 5 公斤。寧波大紅鷹學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）7圖 2-3 工件圖2.1.4 運(yùn)動(dòng)特性速度和加速度是表明機(jī)器人運(yùn)動(dòng)特性的主要指標(biāo)。提高速度可以提高工作效率，因此提高機(jī)器人的加減速速能力，保證機(jī)器人加速過程的平穩(wěn)性是非常重要的。對(duì)于本文中的機(jī)械手，在沒有負(fù)載時(shí)可以適當(dāng)?shù)丶涌炱溥\(yùn)動(dòng)速度;而在其有負(fù)載時(shí)，末端執(zhí)行器(手爪 )通常要和物體直接接觸，為了安全起見，務(wù)必要盡量減少手臂的運(yùn)動(dòng)速度?？偟膩碚f，機(jī)械手的速度在一定范圍內(nèi)要是可調(diào)的，這樣才能滿足在各種不同情況下的使用需要。2.2 機(jī)械手材料的選擇機(jī)器人手臂的材料應(yīng)根據(jù)手臂的工作狀況來進(jìn)行選擇，并滿足機(jī)器人的設(shè)計(jì)和制作要求。從設(shè)計(jì)的思想出發(fā)，機(jī)器人手臂要完成各種運(yùn)動(dòng)。因此，對(duì)材料的一個(gè)要求是作為運(yùn)動(dòng)的部件，它應(yīng)是輕型材料。另一方面，手臂在運(yùn)動(dòng)過程中往往會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，這必然大大降低它的運(yùn)動(dòng)精度。所以在選擇材料時(shí)，需要對(duì)質(zhì)量、剛度、阻尼進(jìn)行綜合考慮，以便有效地提高手臂的動(dòng)態(tài)性能。此外，機(jī)器人手臂選用的材料與一般的結(jié)構(gòu)材料不同。機(jī)器人手臂是一種伺服機(jī)構(gòu)，要受到控制，必須考慮它的可控性。在選擇手臂材料時(shí)，可控性還要和材料的可加工性、結(jié)構(gòu)性、質(zhì)量等性質(zhì)一起考慮。總之，選擇機(jī)器人手臂的材料時(shí)，要綜合考慮強(qiáng)度、剛度、重量、彈性、抗震性、寧波大紅鷹學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）8外觀及價(jià)格等多方面因素。下面介紹幾種機(jī)器人手臂常用的材料：(l)碳素結(jié)構(gòu)鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼等高強(qiáng)度鋼:這類材料強(qiáng)度好，尤其是合金結(jié)構(gòu)鋼強(qiáng)度增加了 4~5 倍、彈性模量 E 大、抗變形能力強(qiáng)，是應(yīng)用最廣泛的材料 ;(2)鋁、鋁合金及其它輕合金材料:其共同特點(diǎn)是重量輕、彈性模量 E 不大，但是材料密度小，則 E/p 之比仍可與鋼材相比;(3) 陶瓷:陶瓷材料具有良好的品質(zhì)，但是脆性大，可加工型不好，與金屬等零件連接的接合部需要特殊設(shè)計(jì)。然而，日本己試制了在小型高速機(jī)器人上使用的陶瓷機(jī)器人手臂的樣品;從本文設(shè)計(jì)的機(jī)械手的角度來看，在選用材料時(shí)不需要很大的負(fù)載能力，也不需要很高的彈性模量和抗變形能力，此外還要考慮材料的成本，可加工性等因素。在衡量了各種因素和結(jié)合工作狀況的條件下，初步選用鋁合金作為機(jī)械臂的構(gòu)件。2.3 機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)方式根據(jù)主要的運(yùn)動(dòng)參數(shù)選擇運(yùn)動(dòng)形式是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。常見的機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)形式有五種:直角坐標(biāo)型、圓柱坐標(biāo)型、極坐標(biāo)型、關(guān)節(jié)型和 SCARA 型。同一種運(yùn)動(dòng)形式為適應(yīng)不同生產(chǎn)工藝的需要，可采用不同的結(jié)構(gòu)。具體選用哪種形式，必須根據(jù)作業(yè)要求、工作現(xiàn)場(chǎng)、位置以及搬運(yùn)前后工件中心線方向的變化等情況，分析比較并擇優(yōu)選取?？紤]到機(jī)械手的作業(yè)特點(diǎn)，即要求其動(dòng)作靈活、有較大的工作空間、且要求結(jié)構(gòu)緊湊、占用空間小等特點(diǎn)，故選用關(guān)節(jié)型機(jī)械手。這類機(jī)械手一般由 2 個(gè)肩關(guān)節(jié)和 1個(gè)肘關(guān)節(jié)進(jìn)行定位，由 2 個(gè)或 3 個(gè)腕關(guān)節(jié)進(jìn)行定向。其中，一個(gè)肩關(guān)節(jié)繞鉛直軸旋轉(zhuǎn)，另一個(gè)肩關(guān)節(jié)實(shí)現(xiàn)俯仰。這兩個(gè)肩關(guān)節(jié)軸線正交。肘關(guān)節(jié)平行于第二個(gè)肩關(guān)節(jié)軸線，如圖所示。這種構(gòu)形動(dòng)作靈活、工作空間大、在作業(yè)時(shí)空間內(nèi)手臂的干涉最小、結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小、關(guān)節(jié)上相對(duì)運(yùn)動(dòng)部位容易密封防塵。但是這類機(jī)械手運(yùn)動(dòng)學(xué)比較復(fù)雜，運(yùn)動(dòng)學(xué)的反解比較困難;確定末端桿件的姿態(tài)不夠直觀，且在進(jìn)行控制時(shí)，計(jì)算量比較大。寧波大紅鷹學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）9圖 2-1 常見的運(yùn)動(dòng)方式2.4 機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)元件在機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，使用的電機(jī)類型主要有步進(jìn)電機(jī)、直流伺服電機(jī)、交流伺服電機(jī)以及最近幾年出現(xiàn)的超聲波電機(jī)和 HD 電動(dòng)機(jī)等幾種?！げ竭M(jìn)電機(jī)可直接將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)角，每輸入一個(gè)脈沖，步進(jìn)電機(jī)就回轉(zhuǎn)一定的角度，其角度大小與脈沖數(shù)成正比，旋轉(zhuǎn)方向取決于輸入脈沖的順序。步進(jìn)電機(jī)可在很寬的范圍內(nèi)，通過改變脈沖的頻率來調(diào)速，能夠快速起動(dòng)、反轉(zhuǎn)和制動(dòng)，有較強(qiáng)的阻礙偏離穩(wěn)定的能力。在機(jī)器人中無位置反饋的位置控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。直流伺服電機(jī)在機(jī)器人中應(yīng)用也很廣泛。常用它直接帶動(dòng)滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)手臂關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)。直流伺服電機(jī)的工作原理和基本結(jié)構(gòu)均與一般動(dòng)力用直流電機(jī)相同。按激磁方式直流伺服電機(jī)可分為永磁式、他激式、并激式和串激式等。在機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中多采用永磁式直流伺服電機(jī)。.交流伺服電機(jī)在機(jī)器人中的應(yīng)用情況與置流伺服電機(jī)相同，但交流伺服電機(jī)與直流伺服電機(jī)相.比， ，功率大、過載能力強(qiáng)、無電刷、環(huán)境適應(yīng)性好，因而交流伺服電機(jī)是今后機(jī)器人用電機(jī)的發(fā)展方向。低速電機(jī)主要用于系統(tǒng)精度要求高的機(jī)器人。為了提高功率體積比，伺服電機(jī)制成高轉(zhuǎn)速，經(jīng)齒輪減速后帶動(dòng)機(jī)械負(fù)載。由于齒輪傳動(dòng)存在間隙，系統(tǒng)精度不易提高，若對(duì)功率體積比要求不十分嚴(yán)格，而對(duì)于精度有嚴(yán)格的要求，則最好取消減速齒輪，采用大力矩的低速電機(jī)，配以高分辨率的光電編碼器及高靈敏度的測(cè)速發(fā)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動(dòng)。環(huán)形超聲波電動(dòng)機(jī)具有低速大轉(zhuǎn)矩的特點(diǎn)，使用在機(jī)器人的關(guān)節(jié)處，不需寧波大紅鷹學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）10齒輪減速，可直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載，因而可大大改善功率重量比，并可利用其中空結(jié)構(gòu)傳遞信息。HD 電動(dòng)機(jī)(High Density Motor)是一種小型大轉(zhuǎn)矩 (大推力)的電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)可直接與負(fù)載連接，可應(yīng)用在系統(tǒng)定位精度要求高的機(jī)器人產(chǎn)品中。通過上述對(duì)幾種機(jī)器人常用電機(jī)的分析和比較，綜合考慮本文機(jī)械手臂并不要求有很高的扭矩，但是要求有較高精度并要求能夠快速啟動(dòng)和制動(dòng)，所以選擇應(yīng)用較為廣泛的直流伺服電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)。第 3 章 各主要組成部分設(shè)計(jì)3.1 爪部機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1.1 手部設(shè)計(jì)計(jì)算(1)對(duì)手部設(shè)計(jì)的要求(a)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。(b)有足夠的開閉范圍根據(jù)工件外圓大小,夾持的大小直徑必須大于 120mm 。夾持類手部的手指都有張開和閉合裝置。工作時(shí)，一個(gè)手指開閉位置以最大變化量稱為開閉范圍。對(duì)于回轉(zhuǎn)型手部手指開閉范圍，可用開閉角和手指夾緊端長(zhǎng)度表示。手指開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，一般來說，如工作環(huán)境許可，開閉范圍大一些較好，如圖 3.1 所示。寧波大紅鷹學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）11圖 3.1 機(jī)械手機(jī)構(gòu)開閉示例簡(jiǎn)圖(c) 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)械手機(jī)構(gòu)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。(d) 手指應(yīng)有一定的強(qiáng)度和剛度(e)其它要求：因此送料，夾緊機(jī)械手機(jī)構(gòu)，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。(2)拉緊裝置 [4]如圖 3.2 所示：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)松開工件。寧波大紅鷹學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）12圖 3.2 油缸示意圖(a) 右腔推力為設(shè)定活塞的直徑 D=50mm,系統(tǒng)壓力 P=25Mpa??PDFp24/??（3.1）= 3105.?=4908.7N(b)根據(jù)鉗爪夾持的方位，查出當(dāng)量夾緊力計(jì)算公式為： ??NabF???21cos/2?（3.3）其中 N′ =4?98N=392N，帶入公式 2.2 得： ?21s/=(2?150/50) （cos30o）2 ?392=1764N則實(shí)際加緊力為 F1實(shí)際= PK1K2/η （3.3）=1764?1.5 1.1/0.85=3424N經(jīng)圓整 F1=3500N由公式 ??pbaN????cos/2得：a=50.5 mmb=72 mmP寧波大紅鷹學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）13(c)計(jì)算手部活塞桿行程長(zhǎng) L,即???tgDL2/? （3.4）=25×tg30o=23.1mm經(jīng)圓整取 l=25mm(d)確定“V”型鉗爪的 L、 β [3]。取 L/Rcp=3 （3.5）式中： Rcp=P/4=200/4=50 （3.6）由公式（3.5） （3.6）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)角來確定，查表得：β =22o39′(5)機(jī)械運(yùn)動(dòng)范圍（速度）(a)伸縮運(yùn)動(dòng) Vmax=500mm/sVmin=50mm/s(b)上升運(yùn)動(dòng) Vmax=500mm/sVmin=40mm/s(c)下降 Vmax=800mm/sVmin=80mm/s(d)回轉(zhuǎn) maxW =90o/sin=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 SVQ?（3.7）=60 2r?=60×3.14×252=1177.5mm3/s(7)手部工作壓強(qiáng) SFP/1?（3.8）寧波大紅鷹學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）14=3500/1962.5=1.78Mpa機(jī)械手手部的尺寸如圖 3.3 所示：圖 3.3 示意圖3.1.2 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 ?=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 3.4 所示。(1)計(jì)算扭矩 1?[4]設(shè)重力集中于離手指中心 200mm 處，即扭矩 1?為：寧波大紅鷹學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）15SF???1 （3.9）=10×9.8×0.2=19.6（N·M）FSF圖 3.4 腕部受力簡(jiǎn)圖(2)油缸（伸縮）及其配件的估算扭矩 2? [4]F =5kg S =10cm帶入公式 2.9 得??2=5×9.8×0.1 =4.9（N·M） (3)擺動(dòng)缸的摩擦力矩 摩 [4]摩F=300（N ） （估算值）S=20mm （估算值）摩?= 摩 ×S =6（N·M）(4)擺動(dòng)缸的總摩擦力矩 [4]= 1+ 2+ 摩 （3.10）=30.5（N·M） (5)由公式 ??8/10621????mAbPT?（3.11）其中： b—葉片密度，這里取 b=3cm；1A?—擺動(dòng)缸內(nèi)徑, 這里取 1A=10cm；工件寧波大紅鷹學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）16m?—轉(zhuǎn)軸直徑, 這里取 m?=3cm。所以代入（3.11）公式 ??62108????AbTP=8×30.5/0.03×（0.12-0.032）×10 6=0.89Mpa又因?yàn)???bAQWm21/8???所以 8/21=（ π /4） （0.12-0.032）×0.03/8=0.27×10-4m3/s=27ml/s3.1.3 臂伸縮機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)手臂是機(jī)械手機(jī)構(gòu)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)械手機(jī)構(gòu)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 [5]。手臂的伸縮速度為 200m/s行程 L=500mm(1)手臂右腔流量，公式（3.7）得： SVQ?=200×π ×402=1004800mm3/s=0.1/102m3/s=1000ml/s寧波大紅鷹學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）17(2)手臂右腔工作壓力，公式（3.8） 得： SFP/?（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， 摩F=1000N。所以代入公式（3.12）得： ??S/摩??=（30×9.8+1000）/ π ×402=0.26Mpa(3)繪制機(jī)構(gòu)工作參數(shù)表如表 3.1 所示：表 3.1 機(jī)構(gòu)工作參數(shù)表機(jī)構(gòu)名稱 工作速度 行程 工作壓力 流量手部抓緊腕部回轉(zhuǎn)小臂伸縮60mm/s45°/s200mm/s25mm±90°500mm1.78 Mpa0.89 Mpa0.26Mpa117.8m/s27m/s1000ml/s(4)由初步計(jì)算選液壓泵所需液壓最高壓力 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：??8/10621???mAPDT?? （3.13）bWm/8? （3.14）式中： mH—機(jī)械效率?。? 0.85～0.9v—容積效率取： 0.7～0.95所以代入公式（3.13）得：T =0.89×0.03×（0.12-0.032）×0.85×10 6/8寧波大紅鷹學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）18=25.8（N·M）T < M=30.5（N·M）代入公式（3.14）得：W =（8×27×10 -6）×0.85/（0.12-0.032）×0.03=0.673rad/sW <π /4≈0.785rad/s因此，取腕部回轉(zhuǎn)油缸工作壓力 P =1Mpa流量 Q =35ml/s圓整其他缸的數(shù)值：手部抓取缸工作壓力 1=2Mpa 流量 =120ml/s小臂伸縮缸工作壓力 2P=0.25Mpa 流量 Q=1000ml/s3.2 液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)液壓控制機(jī)械手機(jī)構(gòu)的一種主要的控制形式。機(jī)械手機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)速度和操作室根據(jù)油的流量與壓力來確定，因而只要控制油的流量和壓力，就可以控制機(jī)械手機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)速度和操作力，油壓壓力一般在 5—140 公斤/厘米范圍內(nèi)，最大臂力可達(dá) 160 公斤以上。主要優(yōu)點(diǎn)：(1)液壓執(zhí)行元件(馬達(dá)和油缸)結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，功率小。(2)可通過液壓油帶走大量熱能，保證機(jī)械的正常運(yùn)行，并由于液壓油的潤(rùn)滑作用，可延長(zhǎng)元件的使用壽命。(3)液壓元件有直線位移式和旋轉(zhuǎn)式二種，適用范圍較廣，其控制速度的區(qū)間也比較寬。只要通過閥和泵的調(diào)節(jié)就能實(shí)現(xiàn)開環(huán)和閉環(huán)的控制系統(tǒng)。(4)響應(yīng)速度比較快，能高速啟動(dòng)，制動(dòng)和反向，無后滯現(xiàn)象。其力矩一慣量比也較大，因而其加速度能力較強(qiáng)。(5)液壓元件于其他驅(qū)動(dòng)元件相比，剛度較大，位置誤差小，定位精度高，而且耐振動(dòng)等。寧波大紅鷹學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）19缺點(diǎn):(1)液壓控制需要一套液壓系統(tǒng)，不像電力容易獲得，而且價(jià)格較貴。(2)油溫有上限，并難以保持不漏，比較臟，易于使閥和執(zhí)行元件堵塞。(3)控制系統(tǒng)比較復(fù)雜，處理功率訊號(hào)的數(shù)學(xué)運(yùn)算誤差，檢測(cè)，放大，測(cè)試和補(bǔ)償功能不如電子，機(jī)電裝置靈活簡(jiǎn)便 [4-6]?？傮w系統(tǒng)圖圖 3.8 總體系統(tǒng)圖(1)總體系統(tǒng)圖如圖 3.8 所示,(2)工作過程: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:表 3.2 總體系統(tǒng)圖元件動(dòng)作1DT 2DT 3DT 4DT 5DT小臂伸長(zhǎng)手部抓緊腕部回轉(zhuǎn)---++++----+---寧波大紅鷹學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）20小臂收縮手部放松卸荷--+--±-+±--±--±(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 ?/QN?? （3.15）式中： η =0.8 （經(jīng)驗(yàn)值）所以代入公式（3.15）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。3.3 機(jī)身結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)機(jī)身是直接支承和傳動(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 臂部和機(jī)身的配置形式基本上反映了機(jī)械手機(jī)構(gòu)的總體布局。本課題機(jī)械手機(jī)構(gòu)的機(jī)身設(shè)計(jì)成機(jī)座式，這樣機(jī)械手機(jī)構(gòu)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，多見于回轉(zhuǎn)型機(jī)械手機(jī)構(gòu)。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 [7-9]。3.3.1 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。寧波大紅鷹學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）21帶動(dòng)臂部升降的電機(jī)：初選上升速度 V =100mm/sP =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。如表 3.3 Y90S-4 電動(dòng)機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)所示：表 3.3 Y90S-4 電動(dòng)機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)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 2.23.3.2 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。用來降低轉(zhuǎn)速和增轉(zhuǎn)矩，以滿足工作需要。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 （3.16）傳動(dòng)比 I =30傳動(dòng)慣量 0.265×10ˉ3kg·m23.3.3 螺柱的設(shè)計(jì)與校核螺桿是機(jī)械手機(jī)構(gòu)的主支承件，并傳動(dòng)使手臂上下運(yùn)動(dòng)。寧波大紅鷹學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）22螺桿的材料選擇：從經(jīng)濟(jì)角度來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 （3.17）=3mm螺紋牙底寬度 b =0.65P=0.65×6=3.9mm （3.18）螺桿強(qiáng)度 〖11〗 ??? = σs/3～5 （3.19）=150/3～5=30～50Mpa螺紋牙剪切 ??? =40彎曲 b?=45～55(1)當(dāng)量應(yīng)力 ????????????????????23121.04dTdF(3.20)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（3.20）得： ?= 23121 ).0/68.90(3)/8.9204( dd???? = 1 5~.6(5?=（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PHZ/? =160/6 （旋合圈數(shù)） （3.21）bzdF1??（3.22）寧波大紅鷹學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）23=200×9.8/π×0.029×3.9×（160/6）×10 -3=206.8×103pa=0.206Mpa＜[τ]=40Mpa(3)彎曲強(qiáng)度 zbdFhb21/3???=3×200×9.8×3/π×2.9×3.9 2×（160/6）=0.48Mpa＜[σ]=45Mpa合格3.3.4 機(jī)座的機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖帶動(dòng)機(jī)身回轉(zhuǎn)的電機(jī)：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。如表 3.4 Y90S-6 電動(dòng)機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)所示：表 3.4 Y90L-6 電動(dòng)機(jī)技術(shù)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Y9OL-6 1.1 3.2 910 73.5 0.72 6.0 2.0 2.0機(jī)座的機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖 3.10 所示:寧波大紅鷹學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）24圖 3.10 機(jī)座結(jié)構(gòu)圖三自由度搬運(yùn)機(jī)械手裝配總圖圖 3.11 三自由度搬運(yùn)機(jī)械手裝配總圖寧波大紅鷹學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）25總結(jié)與展望木文設(shè)計(jì)了一種小體積的移動(dòng)機(jī)械手，詳細(xì)地設(shè)計(jì)了移動(dòng)機(jī)械手的各個(gè)子模塊，包括一個(gè)移動(dòng)抓手和一個(gè)三自度的機(jī)械手。在全面分析各個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，對(duì)系統(tǒng)研究過程中所遇到的一些問題也進(jìn)行了深入的研究。本文所完成的工作達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)，但是仍有進(jìn)一步研究的必要，需要進(jìn)一步改進(jìn)的工作是本文在設(shè)計(jì)時(shí)考慮到的移動(dòng)機(jī)械手的工作范圍仍然是有限的，在將來可以集成更多的傳感器在小車的車身上，以便移動(dòng)平臺(tái)能夠更好的適應(yīng)室外的工作環(huán)境。參考文獻(xiàn)[1]成大先. 《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》 [M]. 北京： 化學(xué)工業(yè)出版社,2008．[2]尚久浩. 《自動(dòng)機(jī)械設(shè)計(jì)》[M]. 北京： 中國(guó)輕工業(yè)出版社,2006．[3] 顧曉勤.工程力學(xué)ⅠⅡ[M]. 北京： 機(jī)械工業(yè)出版社,2008．寧波大紅鷹學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）26[4]盧秉恒.機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)[M]． 北京： 機(jī)械工業(yè)出版社,2008．[5]