機(jī)械手-自動送料機(jī)械手的設(shè)計

機(jī)械手-自動送料機(jī)械手的設(shè)計,機(jī)械手,自動,設(shè)計 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 32 頁 共 35 頁1 緒論1.1 機(jī)器人目前，工業(yè)機(jī)器人的定義，世界各國尚未統(tǒng)一，分類也不盡相同。最近聯(lián)合國國際標(biāo)準(zhǔn)化組織采納了美國機(jī)器人協(xié)會給工業(yè)機(jī)器人下的定義：工業(yè)機(jī)器人是一種可重復(fù)編程的多功能操作裝置，可以通過改變動作程序，來完成各種工作，主要用于搬運(yùn)材料，傳遞工件。參考國外的定義，結(jié)合我國的習(xí)慣用語，對工業(yè)機(jī)器人作如下定義：工業(yè)機(jī)器人是一種機(jī)體獨(dú)立，動作自由度較多，程序可靈活變更，能任意定位，自動化程度高的自動操作機(jī)械。主要用于加工自動線和柔性制造系統(tǒng)中傳遞和裝卸工件或夾具1。工業(yè)機(jī)器人以剛性高的手臂為主體，與人相比，可以有更快的運(yùn)動速度，可以搬運(yùn)更重的東西，而且定位精度相當(dāng)高，它可以根據(jù)外部來的信號，自動進(jìn)行各種操作。工業(yè)機(jī)器人是在計算機(jī)控制下可編程的自動機(jī)器。采用工業(yè)機(jī)器人是提高產(chǎn)品質(zhì)量與勞動生產(chǎn)率，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化，改善勞動條件，減輕勞動強(qiáng)度的一種有效手段。機(jī)器人的誕生和發(fā)展雖只有30多年的歷史，但它已應(yīng)用到國民經(jīng)濟(jì)，民事技術(shù)等眾多的領(lǐng)域，具有廣闊的應(yīng)用和發(fā)展前景，顯示出強(qiáng)大的生命力2。根據(jù)所處的環(huán)境和作業(yè)需求，工業(yè)機(jī)器人具有至少一項(xiàng)或多項(xiàng)擬人功能，如抓取功能或移動功能，或兩者兼有之，另外還可能程度不等的具有某些環(huán)境感知功能（如視覺，力覺，觸覺等）。以及語音功能及至邏輯思維，判斷決策功能等。從而使其能在要求的環(huán)境中代替人進(jìn)行作業(yè)。 在工業(yè)機(jī)器人的諸多功能中，抓取和移動是最主要的功能。這兩項(xiàng)功能實(shí)現(xiàn)的技術(shù)基礎(chǔ)是精巧的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計和良好的伺服控制驅(qū)動。本次設(shè)計就是在這一思維下展開的。根據(jù)設(shè)計內(nèi)容和需求確定圓柱坐標(biāo)型工業(yè)機(jī)器人，利用錐齒輪傳動實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的旋轉(zhuǎn)，利用液壓缸實(shí)現(xiàn)其移動以及對零件的抓取。在步進(jìn)電機(jī)的控制下，機(jī)器達(dá)到精確的回轉(zhuǎn)運(yùn)動。工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展，由簡單到復(fù)雜，由初級到高級逐步完善，它的發(fā)展過程可分為三代：第一代工業(yè)機(jī)器人就是目前工業(yè)中大量使用的示教再現(xiàn)型工業(yè)機(jī)器人，它主要由手部、臂部、驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。它的控制方式比較簡單，應(yīng)用在線編程，即通過示教存貯信息，工作時讀出這些信息，向執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，執(zhí)行機(jī)構(gòu)按指令再現(xiàn)示教的操作。第二代機(jī)器人是帶感覺的機(jī)器人。它具有尋力覺、觸覺、視覺等進(jìn)行反饋的能力。其控制方式較第一代工業(yè)機(jī)器人要復(fù)雜得多，這種機(jī)器人從1980年開始進(jìn)入了實(shí)用階段，不久即將普及應(yīng)用。第三代工業(yè)機(jī)器人即智能機(jī)器人。這種機(jī)器人除了具有觸覺、視覺等功能外，還能夠根據(jù)人給出的指令認(rèn)識自身和周圍的環(huán)境，識別對象的有無及其狀態(tài)，再根據(jù)這一識別自動選擇程序進(jìn)行操作，完成規(guī)定的任務(wù)。并且能跟蹤工作對象的變化，具有適應(yīng)工作環(huán)境的功能。這種機(jī)器人還處于研制階段，尚未大量投入工業(yè)應(yīng)用2-4。1.2 機(jī)械手機(jī)械手，顧名思義，是指能模仿人手的部分動作，用以完成某些抓放，搬運(yùn)物件或操縱工具等工作的自動化機(jī)械裝置。機(jī)械手通常用附屬于它所服務(wù)的設(shè)備，動作程序固定，多數(shù)沒有獨(dú)立的控制系統(tǒng)，其控制裝置包括在主機(jī)的控制系統(tǒng)（不包括工業(yè)機(jī)器人）。 機(jī)械手（以及工業(yè)機(jī)器人）在機(jī)械加工自動化方面的應(yīng)用主要有：自動上、下料和自動換刀3。1.2.1 機(jī)械手的組成執(zhí)行系統(tǒng)一般包括手部、腕部、臂部、機(jī)身機(jī)座等，其中最主要是運(yùn)動系統(tǒng)。機(jī)械手主要由執(zhí)行系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)及控制系統(tǒng)三部分組成。手部是夾緊（或吸附、托持）與松開工件或工具 的部件，由手指（或吸盤），驅(qū)動元件和傳動元件等組成。腕部、臂部、機(jī)身是將手部抓取的工件或工具進(jìn)行搬運(yùn)或操作的部件。驅(qū)動系統(tǒng)是驅(qū)動臂部、腕部、手部和機(jī)械手整體運(yùn)動機(jī)構(gòu)動作的動力裝置，常用的驅(qū)動方式有液壓、氣動、機(jī)械、電氣或其他的組合?？刂葡到y(tǒng)是支配機(jī)械手按規(guī)定程序和要求進(jìn)行運(yùn)動的裝置，他們主要用來控制：位置（點(diǎn)位控制或連續(xù)軌跡控制）時間、速度和加速度等參數(shù)機(jī)械手與主機(jī)及其它有關(guān)裝置之間的聯(lián)系3。1.2.2 機(jī)械手的應(yīng)用按機(jī)械手布局形式分可分為：架空式機(jī)械手、附機(jī)式機(jī)械手、落地式機(jī)械手三種。此外，還有安裝在自動線料道上或料道旁，實(shí)現(xiàn)工件上、下料，傳遞轉(zhuǎn)位、轉(zhuǎn)向，粉料等用途的機(jī)械手，他們具有運(yùn)動單一、結(jié)構(gòu)簡單，位置靈活及精度一般要求較低的特點(diǎn)。 機(jī)械手通常用作機(jī)床或其他機(jī)器的附加裝置，如在自動機(jī)床或自動生產(chǎn)線上裝卸和傳遞工件，在加工中心中更換刀具等，一般沒有獨(dú)立的控制裝置3。1.2.3 機(jī)械手的分類(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：(a)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，用來完成輔助作業(yè)，如裝卸毛坯、工件和工夾具。(b)生產(chǎn)工業(yè)用機(jī)械手：可用于完成工藝過程中的主要作業(yè)，如裝配、焊接、涂漆、彎曲、切斷等。(c)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)9。(2)按功能分類:(a)專用機(jī)械手：它是附屬于主機(jī)的具有固定程序而無獨(dú)立控制系統(tǒng)的機(jī)械裝置。專用機(jī)械手具有動作少，工作對象單一，結(jié)構(gòu)簡單，實(shí)用可靠和造價低等特點(diǎn)，適用于大批大量的自動化生產(chǎn)，如自動機(jī)床，自動線的上、下料機(jī)械手和“加工中心”附屬的自動換刀機(jī)械手。(b)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化的生產(chǎn)。(c)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，即由人通過手動控制，“拎著”機(jī)械手做一遍操作示范，完成全部動作后，其儲存裝置即能記憶下來。機(jī)械手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)動方式分：(a)氣力驅(qū)動式的機(jī)器人：氣源壓力一般只有60Mpa左右，適宜抓舉力較小的場合。(b)液力驅(qū)動式的機(jī)器人：結(jié)構(gòu)緊湊，傳動平穩(wěn)且動作靈敏，但對密封的要求較高，且不宜在高溫或低溫的場合工作，要求的制造精度較高，成本較高。(c)電力驅(qū)動式的機(jī)器人：無環(huán)境污染，易于控制，運(yùn)動精度高，成本低，驅(qū)動效率高等優(yōu)點(diǎn)，其運(yùn)用最為廣泛。(d)新型驅(qū)動式的機(jī)器人：例如靜電驅(qū)動器，壓電驅(qū)動器，形狀記憶合金驅(qū)動器，人工肌肉及光驅(qū)動器等(4)按控制方式分:(a)固定程序機(jī)械手：控制系統(tǒng)是一個固定程序的控制器。程序簡單，程序數(shù)少，而且是固定的，行程可調(diào)但不能任意點(diǎn)定位。(b)可編程序機(jī)械手：控制系統(tǒng)是一個可變程序控制器。其程序可按需要編排，行程能很方便改變9。1.3 課題研究內(nèi)容及解決手段(1)根據(jù)設(shè)計要求及原始數(shù)據(jù)，進(jìn)行機(jī)械手抓取機(jī)構(gòu)設(shè)計；(2)進(jìn)行液壓系統(tǒng)原理設(shè)計，并畫草圖；(3)進(jìn)行機(jī)座機(jī)身的結(jié)構(gòu)設(shè)計；(4)研究機(jī)械手的定位及平穩(wěn)性；(5)研究機(jī)械手的控制方式。1.4 課題研究意義(1)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)問題的獨(dú)立工作能力，拓寬和深化學(xué)生的知識。 (2)培養(yǎng)學(xué)生樹立正確的設(shè)計思想，設(shè)計構(gòu)思和創(chuàng)新思維，掌握工程設(shè)計的一般程序規(guī)范和方法。(3)培養(yǎng)學(xué)生樹立正確的設(shè)計思想和使用技術(shù)資料、國家標(biāo)準(zhǔn)等手冊、圖冊工具書進(jìn)行設(shè)計計算，數(shù)據(jù)處理，編寫技術(shù)文件等方面的工作能力。(4)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。2 機(jī)械手的結(jié)構(gòu)方案和驅(qū)動方案選型2.1 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（四個自由度）臂轉(zhuǎn)動180臂上下運(yùn)動 500mm臂伸長（收縮）500mm手部轉(zhuǎn)動 180(2)技術(shù)要求主要參數(shù)的確定：(a)坐標(biāo)形式：圓柱坐標(biāo)系(b)臂的運(yùn)動行程：伸縮運(yùn)動500mm，回轉(zhuǎn)運(yùn)動180。(c)運(yùn)動速度：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：392N(g)驅(qū)動方式：液壓驅(qū)動。2.2 料槽形式及分析動作要求(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2.1所示，該裝置結(jié)構(gòu)簡單，不需要其它動力源和特殊裝置，所以本課題采用此種輸料槽。圖2.1 機(jī)械手安裝簡易圖(2)動作要求分析如圖2.2所示動作一：送 料動作二：預(yù)夾緊動作三：手臂上升動作四：手臂旋轉(zhuǎn)動作五：小臂伸長動作六：手腕旋轉(zhuǎn) 預(yù)夾緊手臂上升 手臂旋轉(zhuǎn) 小臂伸長 手腕旋轉(zhuǎn)手臂轉(zhuǎn)回圖2.2 機(jī)械手動作簡易圖2.3 機(jī)械手結(jié)構(gòu)及驅(qū)動系統(tǒng)選型本課題所設(shè)計的機(jī)械手為通用型的機(jī)械手，其中坐標(biāo)系為圓柱坐標(biāo)系結(jié)構(gòu)。由于本課題的工件是圓柱狀棒料，所以采用夾持式手部設(shè)計方案。手部部分由手指和傳力機(jī)構(gòu)所構(gòu)成，手指與工件接觸而傳力機(jī)構(gòu)則通過手指夾緊力來完成夾放工件的任務(wù)。其他部分則按照一般工業(yè)生產(chǎn)所采用的通用形式進(jìn)行設(shè)計。驅(qū)動系統(tǒng)選用電機(jī)驅(qū)動和液壓驅(qū)動，電機(jī)驅(qū)動用于機(jī)座的旋轉(zhuǎn)和手臂的上下移動，液壓驅(qū)動用于手臂的伸縮和機(jī)械手的夾取和翻轉(zhuǎn)3。3 系統(tǒng)各主要組成部分設(shè)計3.1 抓取機(jī)構(gòu)設(shè)計3.1.1 手部設(shè)計計算(1)對手部設(shè)計的要求(a)有適當(dāng)?shù)膴A緊力手部在工作時，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。對于剛性很差的工件夾緊力大小應(yīng)該設(shè)計得可以調(diào)節(jié)，對于笨重的工件應(yīng)考慮采用自鎖安全裝置。(b)有足夠的開閉范圍夾持類手部的手指都有張開和閉合裝置。工作時，一個手指開閉位置以最大變化量稱為開閉范圍。對于回轉(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。圖3.1 機(jī)械手開閉示例簡圖(c) 力求結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，體積小手部處于腕部的最前端，工作時運(yùn)動狀態(tài)多變，其結(jié)構(gòu)，重量和體積直接影響整個機(jī)械手的結(jié)構(gòu)，抓重，定位精度，運(yùn)動速度等性能。因此，在設(shè)計手部時，必須力求結(jié)構(gòu)簡單，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，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，用單作用式液壓缸。此種結(jié)構(gòu)較為簡單，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，彈簧力夾緊工件，油缸右腔進(jìn)油時松開工件。P圖3.2 油缸示意圖(a)右腔推力為 （3.1）=4908.7N(b)根據(jù)鉗爪夾持的方位，查出當(dāng)量夾緊力計算公式為： （3.3） 其中 N=498N=392N，帶入公式2.2得： =(2150/50)（cos30）392 =1764N則實(shí)際加緊力為 F1實(shí)際=PK1K2/ （3.3）=17641.51.1/0.85=3424N經(jīng)圓整F1=3500N由公式得： a=50.5 mm b=72 mm(c)計算手部活塞桿行程長L,即 （3.4） =25tg30 =23.1mm經(jīng)圓整取l=25mm(d)確定“V”型鉗爪的L、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=3Rcp=150取“V”型鉗口的夾角2=120，則偏轉(zhuǎn)角按最佳偏轉(zhuǎn)角來確定，查表得：=2239(5)機(jī)械運(yùn)動范圍（速度）(a)伸縮運(yùn)動 Vmax=500mm/sVmin=50mm/s(b)上升運(yùn)動 Vmax=500mm/sVmin=40mm/s(c)下降Vmax=800mm/sVmin=80mm/s(d)回轉(zhuǎn) =90/s =30/s所以取手部驅(qū)動活塞速度V=60mm/s (6)手部右腔流量 （3.7）=60=603.1425=1177.5mm/s(7)手部工作壓強(qiáng) （3.8） =3500/1962.5=1.78Mpa機(jī)械手手部的尺寸如圖3.3所示： 圖3.3 尺寸示意圖3.1.2 腕部設(shè)計計算腕部是聯(lián)結(jié)手部和臂部的部件，腕部運(yùn)動主要用來改變被夾物體的方位，它動作靈活，轉(zhuǎn)動慣性小。本課題腕部具有回轉(zhuǎn)這一個自由度，可采用具有一個活動度的回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動的腕部結(jié)構(gòu)。要求：回轉(zhuǎn)90 角速度=45/s以最大負(fù)荷計算：當(dāng)工件處于水平位置時，擺動缸的工件扭矩最大，采用估算法，工件重10kg，長度l =650mm。如圖3.4所示。(1)計算扭矩4設(shè)重力集中于離手指中心200mm處，即扭矩為： （3.9）=109.80.2=19.6（NM） 工件 F S F 圖3.4 腕部受力簡圖(2)油缸（伸縮）及其配件的估算扭矩 4F =5kg S =10cm帶入公式2.9得=59.80.1 =4.9（NM） (3)擺動缸的摩擦力矩4=300（N）（估算值）S=20mm （估算值）=S =6（NM）(4)擺動缸的總摩擦力矩 4=+ （3.10） =30.5（NM） (5)由公式 （3.11）其中： b葉片密度，這里取b=3cm；擺動缸內(nèi)徑, 這里取=10cm；轉(zhuǎn)軸直徑, 這里取=3cm。所以代入（3.11）公式=830.5/0.03（0.1-0.03）106=0.89Mpa又因?yàn)樗?=（/4）（0.1-0.03）0.03/8 =0.2710-4m/s =27ml/s3.1.3 臂伸縮機(jī)構(gòu)設(shè)計手臂是機(jī)械手的主要執(zhí)行部件。它的作用是支撐腕部和手部，并帶動它們在空間運(yùn)動。臂部運(yùn)動的目的，一般是把手部送達(dá)空間運(yùn)動范圍內(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、靜載荷，而且自身運(yùn)動又較多，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： =20040 =1004800mm/s =0.1/10m/s =1000ml/s(2)手臂右腔工作壓力，公式（3.8） 得： （2.12）式中：F 取工件重和手臂活動部件總重，估算 F =10+20=30kg，=1000N。所以代入公式（3.12）得： =（309.8+1000）/40 =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/s25mm90500mm1.78 Mpa0.89 Mpa0.26Mpa117.8m/s27m/s1000ml/s(4)由初步計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3270ml/r之間，可以滿足需要。(5)驗(yàn)算腕部擺動缸： （3.13） （3.14）式中：機(jī)械效率取： 0.850.9容積效率?。?0.70.95所以代入公式（3.13）得：T =0.890.03（0.1-0.03）0.85106/8 =25.8（NM）T M=30.5（NM）代入公式（3.14）得：W =（82710-6）0.85/（0.1-0.03）0.03 =0.673rad/sW /40.785rad/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=2Mpa 流量=120ml/s小臂伸縮缸工作壓力=0.25Mpa 流量=1000ml/s3.2 液壓驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計液壓控制室機(jī)械手的一種主要的控制形式。機(jī)械手的運(yùn)動速度和操作室根據(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)械手的運(yùn)動速度和操作力，油壓壓力一般在5140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，并由于液壓油的潤滑作用，可延長元件的使用壽命。(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，制動和反向，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)動元件相比，剛度較大，位置誤差小，定位精度高，而且耐振動等。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，處理功率訊號的數(shù)學(xué)運(yùn)算誤差，檢測，放大，測試和補(bǔ)償功能不如電子，機(jī)電裝置靈活簡便4-6。3.2.1 手部抓取缸 圖 3.5 手部抓取缸液壓原理圖(1)手部抓取缸液壓原理圖如圖3.5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。選取采用： YF-B10B溢流閥 2FRM5-20/102調(diào)速閥 23E1-10B二位三通閥3.2.2 腕部擺動液壓回路 圖 3.6 腕部擺動液壓回路(1)腕部擺動缸液壓原理圖如圖3.6所示(2)工作壓力: P=1Mpa流量: Q=35ml/s選取采用:2FRM5-20/102調(diào)速閥34E1-10B 換向閥YF-B10B 溢流閥3.2.3 小臂伸縮缸液壓回路圖 3.7 小臂伸縮缸液壓回路(1)小臂伸縮缸液壓原理圖如圖3.7所示(2)工作壓力: P =0.25Mpa流量: Q =1000ml/s選取采用： YF-B10B 溢流閥2FRM5-20/102 調(diào)速閥23E1-10B二位三通閥3.2.4 總體系統(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)電磁鐵動作順序表: 表3.2總體系統(tǒng)圖元件動作1DT2DT3DT4DT5DT小臂伸長手部抓緊腕部回轉(zhuǎn)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3270ml/r之間。選取80L/min為額定流量的泵，因此：傳動功率 （3.15）式中：=0.8 （經(jīng)驗(yàn)值）所以代入公式（3.15）得： N =1080103106/600.8=16.7KN選取電動機(jī)JQZ-61-2型電動機(jī)，額定功率17KW，轉(zhuǎn)速為2940r/min。3.3 機(jī)身結(jié)構(gòu)的設(shè)計機(jī)身是直接支承和傳動手臂的部件。一般實(shí)現(xiàn)臂部的升降、回轉(zhuǎn)或俯仰等運(yùn)動的驅(qū)動裝置或傳動件都安裝在機(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3.9所示。圖3.9 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，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。臂部可沿機(jī)座立柱作升降運(yùn)動，獲得較大的升降行程。升降過程由電動機(jī)帶動螺柱旋轉(zhuǎn)。由螺柱配合導(dǎo)致了手臂的上下運(yùn)動。手臂的回轉(zhuǎn)由電動機(jī)帶動減速器軸上的齒輪旋轉(zhuǎn)帶動了機(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)身部使用了兩個電機(jī)，其一是帶動臂部的升降運(yùn)動；其二是帶動機(jī)身的回轉(zhuǎn)運(yùn)動。帶動臂部升降運(yùn)動的電機(jī)安裝在肋板上，帶動機(jī)身回轉(zhuǎn)的電機(jī)安裝在混凝土地基上。帶動臂部升降的電機(jī)：初選上升速度 V =100mm/s P =6KW所以n =（100/6）60=1000轉(zhuǎn)/分選擇Y90S-4型電機(jī)，屬于籠型異步電動機(jī)。采用B級絕緣，外殼防護(hù)等級為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電動機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)所示：表3.3 Y90S-4電動機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)型號額定功率KW滿載時堵轉(zhuǎn)電流堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩電流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-41.12.71400790.786.52.22.23.3.2 減速器的選擇10減速器的原動機(jī)和工作機(jī)之間的獨(dú)立的閉式傳動裝置。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為蝸桿下置式一級傳動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=80Msq=4.011 （3.16）傳動比I =30傳動慣量0.26510kgm3.3.3 螺柱的設(shè)計與校核11螺桿是機(jī)械手的主支承件，并傳動使手臂上下運(yùn)動。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=0.656=3.9mm （3.18）螺桿強(qiáng)度11 = s/35 （3.19）=150/35=3050Mpa螺紋牙剪切 =40彎曲=4555(1)當(dāng)量應(yīng)力 (3.20)式中 T傳遞轉(zhuǎn)矩Nmm螺桿材料的許用應(yīng)力 所以代入公式（3.20）得：= = =（2495/ d1）+3（61.2/ d1）90025001012=6225025/d14+11236/d16900250010126225025d12+11236900d16101262250250.0292+112369000.02961012即16471pa535340pa合格(2)剪切強(qiáng)度 =160/6 （旋合圈數(shù)） （3.21） （3.22） =2009.8/0.0293.9（160/6）10-3 =206.8103pa =0.206Mpa=40Mpa(3)彎曲強(qiáng)度=32009.83/2.93.92（160/6）=0.48Mpa=45Mpa合格3.3.4 機(jī)座的機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖帶動機(jī)身回轉(zhuǎn)的電機(jī)：初選轉(zhuǎn)速 W =60/s N =1/6轉(zhuǎn)/秒=10轉(zhuǎn)/分由于齒輪 I =3減速器 I =30所以 n =10330=900轉(zhuǎn)/分選擇 Y90L-6型籠型異步電動機(jī)電動機(jī)采用B級絕緣。外殼防護(hù)等級為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電動機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)所示：表3.4 Y90L-6電動機(jī)技術(shù)型號額定功率KW滿載時堵轉(zhuǎn)電流堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩電流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-61.13.291073.50.726.02.02.0機(jī)座的機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖3.10所示:圖3.10 機(jī)座結(jié)構(gòu)圖3.4 機(jī)械手的定位及平穩(wěn)性確定3.4.1 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，緊靠擋塊而定位。若定位前已減速，定位時驅(qū)動壓力未撤除，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，若定位時關(guān)閉驅(qū)動油路而去掉工作壓力，這時機(jī)械手可能被擋塊碰回一個微小距離，因而定位精度變低12。3.4.2 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)際上是一個三維空間的定位問題，是若干線量和角量定位的組合。在許多較簡單情況下，單個量值可能是主要的。影響單個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，定位精度與擋塊的剛度和碰接擋塊時的速度等因素有關(guān)。(2)定位速度定位速度對定位精度影響很大。這是因?yàn)槎ㄎ凰俣炔煌瑫r，必須耗散的運(yùn)動部件的能量不同。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)動系統(tǒng)使運(yùn)動部件適時減速。(3)精度機(jī)械手的制造精度和安裝調(diào)速精度對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，因易產(chǎn)生振動，定位精度一般較低。(5)運(yùn)動件的重量運(yùn)動件的重量包括機(jī)械手本身的重量和被抓物的重量。運(yùn)動件重量的變化對定位精度影響較大。通常，運(yùn)動件重量增加時，定位精度降低。因此，設(shè)計時不僅要減小運(yùn)動部件本身的重量，而且要考慮工作時抓重變化的影響。(6)驅(qū)動源液壓、氣壓的壓力波動及電壓、油溫、氣溫的波動都會影響機(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，用溫度、壓力補(bǔ)償流量控制閥控制。(7)控制系統(tǒng)開關(guān)控制、電液比例控制和伺服控制的位置控制精度是個不相同的。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有關(guān)13。本課題所采用的定位精度為機(jī)械擋塊定位。3.4.3 機(jī)械手運(yùn)動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)簡單，緊湊。但有時安置位置有限；外緩沖的優(yōu)點(diǎn)是安置位置靈活，簡便，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)動到距油缸端蓋某一距離時能在活塞與端蓋之間形成一個緩沖室。利用節(jié)流的原理使緩沖室產(chǎn)生臨時背壓阻力，以使運(yùn)動減速直至停止，而避免硬性沖擊的裝置，稱為油缸端部緩沖裝置12-15。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)計油缸端部恒節(jié)流緩沖裝置時，（最大加速度）、（緩沖腔最大沖擊壓力）和（殘余速度）三個參數(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參數(shù)，然后校驗(yàn)其余兩個參數(shù)。步驟如下：(1)選擇最大加速度通常，amax值按機(jī)械手類型和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)選取，同時要考慮速度與載荷大小。對于重載低速機(jī)械手，- 取5m/s2以下，對于輕載高速機(jī)械手，-取510 m/s2(2)計算沿運(yùn)動方向作用在活塞上的外力F水平運(yùn)動時： （3.23） =0.251033.62-7=138N(3)計算殘余速度Vr （3.24）=0.1/0.64=0.15m/s4 傳動系統(tǒng)三維造型設(shè)計4.1 三維造型軟件的概述4.1.l PRO/E概述1985年，PTC公司成立于美國波士頓，開始參數(shù)化建模軟件的研究。1988年，V1.0的Pro/ENGINEER誕生了。經(jīng)過10余年的發(fā)展，Pro/ENGINEER已經(jīng)成為三維建模軟件的領(lǐng)頭羊。目前已經(jīng)發(fā)布了Pro/ENGINEER2000i2。PTC的系列軟件包括了在工業(yè)設(shè)計和機(jī)械設(shè)計等方面的多項(xiàng)功能，還包括對大型裝配體的管理、功能仿真、制造、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理等等。Pro/ENGINEER還提供了目前所能達(dá)到的最全面、集成最緊密的產(chǎn)品開發(fā)環(huán)境。下面就Pro/ENGINEER的特點(diǎn)及主要模塊進(jìn)行簡單的介紹。 全相關(guān)性：Pro/ENGINEER的所有模塊都是全相關(guān)的。這就意味著在產(chǎn)品開發(fā)過程中某一處進(jìn)行的修改，能夠擴(kuò)展到整個設(shè)計中，同時自動更新所有的工程文檔，包括裝配體、設(shè)計圖紙，以及制造數(shù)據(jù)。全相關(guān)性鼓勵在開發(fā)周期的任一點(diǎn)進(jìn)行修改，卻沒有任何損失，并使并行工程成為可能，所以能夠使開發(fā)后期的一些功能提前發(fā)揮其作用。 基于特征的參數(shù)化造型：Pro/ENGINEER使用用戶熟悉的特征作為產(chǎn)品幾何模型的構(gòu)造要素。這些特征是一些普通的機(jī)械對象，并且可以按預(yù)先設(shè)置很容易的進(jìn)行修改。例如：設(shè)計特征有弧、圓角、倒角等等，它們對工程人員來說是很熟悉的，因而易于使用。 裝配、加工、制造以及其它學(xué)科都使用這些領(lǐng)域獨(dú)特的特征。通過給這些特征設(shè)置參數(shù)（不但包括幾何尺寸，還包括非幾何屬性），然后修改參數(shù)很容易的進(jìn)行多次設(shè)計疊代，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)。 數(shù)據(jù)管理：加速投放市場，需要在較短的時間內(nèi)開發(fā)更多的產(chǎn)品。為了實(shí)現(xiàn)這種效率，必須允許多個學(xué)科的工程師同時對同一產(chǎn)品進(jìn)行開發(fā)。數(shù)據(jù)管理模塊的開發(fā)研制，正是專門用于管理并行工程中同時進(jìn)行的各項(xiàng)工作，由于使用了Pro/ENGINEER獨(dú)特的全相關(guān)性功能，因而使之成為可能。 裝配管理：Pro/ENGINEER的基本結(jié)構(gòu)能夠使您利用一些直觀的命令，例如“嚙合”、“插入”、“對齊”等很容易的把零件裝配起來，同時保持設(shè)計意圖。高級的功能支持大型復(fù)雜裝配體的構(gòu)造和管理，這些裝配體中零件的數(shù)量不受限制。 易于使用：菜單以直觀的方式聯(lián)級出現(xiàn)，提供了邏輯選項(xiàng)和預(yù)先選取的最普通選項(xiàng)，同時還提供了簡短的菜單描述和完整的在線幫助，這種形式使得容易學(xué)習(xí)和使用。4.1.2 模塊工業(yè)設(shè)計(CAID)模塊 工業(yè)設(shè)計模塊主要用于對產(chǎn)品進(jìn)行幾何設(shè)計，以前，在零件未制造出時，是無法觀看零件形狀的，只能通過二維平面圖進(jìn)行想象?，F(xiàn)在，用3DS可以生成實(shí)體模型，但用3DS生成的模型在工程實(shí)際中是“中看不中用”。用PRO/E生成的實(shí)體建模，不僅中看，而且相當(dāng)管用。事實(shí)上，PRO/E后階段的各個工作數(shù)據(jù)的產(chǎn)生都要依賴于實(shí)體建模所生成的數(shù)據(jù)。 包括： PRO/3DPAINT(3D建模)、 PRO/ANIMATE(動畫模擬)、 PRO/DESIGNER(概念設(shè)計)、PRO/NETWORKANIMATOR(網(wǎng)絡(luò)動畫合成)、PRO/PERSPECTA-SKETCH（圖片轉(zhuǎn)三維模型）、PRO/PHOTORENDER(圖片渲染)幾個子模塊。 機(jī)械設(shè)計(CAD)模塊 機(jī)械設(shè)計模塊是一個高效的三維機(jī)械設(shè)計工具，它可繪制任意復(fù)雜形狀的零件。在實(shí)際中存在大量形狀不規(guī)則的物體表面，如圖1中的摩托車輪轱，這些稱為自由曲面。隨著人們生活水平的提高，對曲面產(chǎn)品的需求將會大大增加。用 PRO/E生成曲面僅需2步3步*作。PRO/E生成曲面的方法有：拉伸、旋轉(zhuǎn)、放樣、掃掠、網(wǎng)格、點(diǎn)陣等。由于生成曲面的方法較多，因此PRO/E可以迅速建立任何復(fù)雜曲面。 它既能作為高性能系統(tǒng)獨(dú)立使用，又能與其它實(shí)體建模模塊結(jié)合起來使用，它支持GB、ANSI、ISO和JIS等標(biāo)準(zhǔn)。包括：PRO/ASSEMBLY（實(shí)體裝配）、PRO/CABLING（電路設(shè)計）、PRO/PIPING（彎管鋪設(shè)）、PRO/REPORT（應(yīng)用數(shù)據(jù)圖形顯示）、PRO/SCAN-TOOLS（物理模型數(shù)字化）、PRO/SURFACE（曲面設(shè)計）、PRO/WELDING（焊接設(shè)計） 功能仿真(CAE)模塊 功能仿真(CAE)模塊主要進(jìn)行有限元分析。我們中國有句古話：“畫虎畫皮難畫骨，知人知面不知心”。主要是講事物內(nèi)在特征很難把握。機(jī)械零件的內(nèi)部變化情況是難以知曉的。有限元仿真使我們有了一雙慧眼，能“看到”零件內(nèi)部的受力狀態(tài)。利用該功能，在滿足零件受力要求的基礎(chǔ)上，便可充分優(yōu)化零件的設(shè)計。著名的可口可樂公司，利用有限元仿真，分析其飲料瓶，結(jié)果使瓶體質(zhì)量減輕了近20，而其功能絲毫不受影響，僅此一項(xiàng)就取得了極大的經(jīng)濟(jì)效益。4.2 送料機(jī)械手三維造型圖運(yùn)用Pro/ENGINEER軟件借用設(shè)計完成的各個部分CAD的零件圖畫出三維造型圖，通過運(yùn)用草繪，鏡像，拉伸等基礎(chǔ)特征的創(chuàng)建，把整體的送料機(jī)械手的整體給畫出來。如圖4.1 。圖4.1 送料機(jī)械手三維造型圖 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 35 頁 共 35 頁結(jié)論語畢業(yè)設(shè)計轉(zhuǎn)眼間就到了掃尾階段，在這幾個月的設(shè)計學(xué)習(xí)過程中，我取得了長足的進(jìn)步。在這次畢業(yè)設(shè)計中，我有很多收獲，首先把我?guī)啄陙硭鶎W(xué)的知識做了一次系統(tǒng)的復(fù)習(xí)，更深一步了解了所學(xué)的知識，培養(yǎng)了我綜合運(yùn)用所學(xué)知識，獨(dú)立分析問題和解決問題的能力，也使我學(xué)會怎樣更好的利用圖書館，網(wǎng)絡(luò)查找資料和運(yùn)用資料，還使我學(xué)會如何與同學(xué)共同討論問題。這對我以后的工作有很大的幫助,今后我會在工作中不斷的學(xué)習(xí),努力的提高自己的水平。經(jīng)過本次設(shè)計，我切實(shí)體會到作為一個優(yōu)秀的設(shè)計人員的艱難性。在設(shè)計過程中，我經(jīng)常遇到各種各樣的問題，有的是知識方面的不足導(dǎo)致的，有的是設(shè)計經(jīng)驗(yàn)方面不足導(dǎo)致的。這些問題有時使得我束手無措，不過在指導(dǎo)老師幫助和自己的努力下，終于使得我順利完成了設(shè)計。雖然我的設(shè)計存在很多不足的地方，總的來說，我希望通過這次畢業(yè)設(shè)計對自己未來將從事的工作進(jìn)行一次適應(yīng)性的訓(xùn)練，從中鍛煉自己分析問題，解決問題的能力，為將來工作打下良好的基礎(chǔ)畢業(yè)設(shè)計是對未來工作的一種模擬?？偨Y(jié)與展望主要是寫你論文都做了什么東西，還有什么地方需要進(jìn)一步完善的。比如你做了那些部分的設(shè)計，遇到了哪些問題，但是這些問題要相對具體些，然后解決了什么問題，哪些問題還沒有解決，等等，根據(jù)我說的，和你上面所寫的內(nèi)容，自己再修改一下。致 謝我的畢業(yè)設(shè)計的課題是機(jī)械手的設(shè)計，這是一個我以前所沒有接觸的。我對它來說完全是一個陌生者，經(jīng)過指導(dǎo)老師的幫助和對參考資料的拜讀，我已經(jīng)對機(jī)械手有了一定的了解。感謝曹老師對我的指導(dǎo)，使我畢業(yè)設(shè)計順利完成。真誠感謝龔教授，和倪老師對我的畢業(yè)設(shè)計的指導(dǎo)，以及感謝學(xué)院為我們提供的便利條件，使我們的畢業(yè)設(shè)計如期完成。參 考 文 獻(xiàn)1 徐灝.機(jī)械設(shè)計手冊3M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社,1998.2 徐灝.機(jī)械設(shè)計手冊4M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社,1998.3 徐灝.機(jī)械設(shè)計手冊5M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社,1998.4 張建民.工業(yè)機(jī)器人M.北京：北京理工大學(xué)出版社，1994.5 工業(yè)機(jī)械手編寫組.工業(yè)機(jī)械手-機(jī)械結(jié)構(gòu)上M.上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社,2005.6 機(jī)床設(shè)計手冊編寫組.機(jī)床設(shè)計手冊3M.北京：機(jī)械工業(yè)出版，1999.7 丁樹模.液壓傳動M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998.8 顏永年.機(jī)械制圖M.大連：大連理工大學(xué)工程畫教教研室，1998.9 李恒權(quán)，朱明臣，王德云.畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)書M.山東：青島海洋出版社，1990.10 王棟梁.機(jī)械基礎(chǔ)M.北京：機(jī)械基礎(chǔ)，1995.11 隆生.Solid Works設(shè)計與應(yīng)用M.北京：電子工業(yè)出版社，2004.12 黃鶴汀.機(jī)械制造技術(shù)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998.13 吳宗澤,羅圣國.機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計手冊M.北京：高等教育出版社，200614 李允文.工業(yè)機(jī)械手設(shè)計M.機(jī)械工業(yè)出版社,北京，1996.15 丁樹模.液壓傳動M.機(jī)械工業(yè)出版社,北京，1992. 16 陸祥生、楊秀蓮.機(jī)械手M.中國鐵道出版社,北京，1985.