《工業(yè)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)【含全套CAD圖紙和WORD說(shuō)明書】.》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《工業(yè)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)【含全套CAD圖紙和WORD說(shuō)明書】.（17頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、 工業(yè)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 00 （陜理工機(jī)械工程學(xué)院機(jī)自專業(yè)000班，陜西 漢中 723003） 指導(dǎo)教師：000 [摘要] 本文簡(jiǎn)要介紹了工業(yè)機(jī)器人的概念，機(jī)器手硬件和軟件的組成，即plc控制的機(jī)械手的系統(tǒng)工作原理，機(jī)械手各個(gè)部件的整體尺寸設(shè)計(jì)，plc控制的特點(diǎn)。本文對(duì)機(jī)械手進(jìn)行總體方案設(shè)計(jì)，確定了機(jī)械手的坐標(biāo)形式和自由度，確定了機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)。同時(shí)設(shè)計(jì)了機(jī)械手的夾持式手部結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了機(jī)械手的手腕結(jié)構(gòu)，計(jì)算出了手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)力矩和回轉(zhuǎn)氣缸的驅(qū)動(dòng)力矩。設(shè)計(jì)了機(jī)械手的手臂結(jié)構(gòu)。利用可編程序控制器對(duì)機(jī)械手進(jìn)行控制，選取了合適的plc型號(hào)，根據(jù)機(jī)械手的工作流程制訂了可編

2、程序控制器的控制方案，畫出了機(jī)械手的工作時(shí)序圖，并繪制了可編程序控制器的控制程序。 [關(guān)鍵詞] 工業(yè)機(jī)器人 機(jī)械手 The Industrial robot design 000 （Grade00,Class00,Major Mechanical Design, Manufacturing and Automation，415Dept.，Shaanxi Univers

3、ity of Technology，Hanzhong 723003，Shaanxi） Tutor：000 Abstract This paper introduces the concept of the composition of industrial robots, robot hardware and software, system working principle that plc manipulator control, the overall size of the various components of the robot design, plc contr

4、ol characteristics. In this paper, the robot overall program design, to determine the coordinates of the robot forms and degrees of freedom to determine the technical parameters of the robot. While the design of the hand gripping structure of the robot type, the design of the structure of the robot

5、wrist, the wrist required to calculate the rotation of the driving torque and driving torque of the rotary cylinder. Designed a robot arm structure. The programmable logic controller for robot control, select the appropriate plc model, according to the workflow robot control scheme developed program

6、mable controller, draw a timing diagram of the robot's work and draw a programmable control device control program. Keyword Industrial robot manipulator 目錄 目錄 3 1引言 5 1.1選題的目的和研究意義 5 1．2綜述與本課題相關(guān)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)、研究方法和應(yīng)用領(lǐng)域等 5 1.3對(duì)本課題將要解決的主要問(wèn)題和解決問(wèn)題的思路與方法、擬采用的研究方法（技術(shù)路線）或設(shè)計(jì)（實(shí)驗(yàn)）方案進(jìn)行說(shuō)明

7、，論文要寫出相應(yīng)的寫作提綱 6 2工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 8 2．1手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 8 2.1.1 手指的形狀和分類 8 2.1.2設(shè)計(jì)時(shí)考慮的幾個(gè)問(wèn)題 8 2.1.3 手部夾緊氣缸的設(shè)計(jì) 9 2.2腕部回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的設(shè)計(jì)(Y軸回轉(zhuǎn)) 12 2.2.1步進(jìn)電機(jī)的選擇： 12 2.2.2 Y軸進(jìn)給的設(shè)計(jì) 13 2.2.3 Z軸進(jìn)給的設(shè)計(jì) 20 2.2.4 Z軸旋轉(zhuǎn)設(shè)計(jì) 26 3 傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 28 3.1 確定減速器總傳動(dòng)比與各級(jí)傳動(dòng)比 28 3.2計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和運(yùn)動(dòng)參數(shù) 28 3.3 圓錐齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 29 4 軸的計(jì)算和設(shè)計(jì) 33 4.1 軸一的

8、設(shè)計(jì) 33 4.2軸二的設(shè)計(jì) 36 5 滾子軸承的校核 41 5.1滾子軸承校核 41 6 鍵的校核 42 6.1軸一鍵校核 42 6.2 軸二間校核 42 7 潤(rùn)滑方式和密封形式的選擇 43 7.1潤(rùn)滑方式 43 7.2 密封形式的選擇 43 8 減速箱體設(shè)計(jì) 44 8.1 箱體設(shè)計(jì) 44 9 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 46 9.1系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 46 9.2 機(jī)械手的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 46 結(jié) 論 48 致 謝 49 參考文獻(xiàn) 50 1引言 1.1選題的目的和研究意義 在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過(guò)程的機(jī)械化、自動(dòng)化已成為突出的主題?；さ冗B續(xù)

9、性生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化已基本得到解決。但在機(jī)械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)是不連續(xù)的。專用機(jī)床是大批量生產(chǎn)自動(dòng)化的有效辦法；程控機(jī)床、數(shù)控機(jī)床、加工中心等自動(dòng)化機(jī)械是有效地解決多品種小批量生產(chǎn)自動(dòng)化的重要辦法。但除切削加工本身外，還有大量的裝卸、搬運(yùn)、裝配等作業(yè)，有待于進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)機(jī)械化。機(jī)器人的出現(xiàn)并得到應(yīng)用，為這些作業(yè)的機(jī)械化奠定了良好的基礎(chǔ)。 “工業(yè)機(jī)器人”：多數(shù)是指程序可變（編）的獨(dú)立的自動(dòng)抓取、搬運(yùn)工件、操作工具的裝置（國(guó)內(nèi)稱作工業(yè)機(jī)器人或通用機(jī)器人）。 機(jī)器人是一種具有人體上肢的部分功能，工作程序固定的自動(dòng)化裝置。機(jī)器人具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、維修容易的優(yōu)勢(shì)，但功能較少，適應(yīng)

10、性較差。目前我國(guó)常把具有上述特點(diǎn)的機(jī)器人稱為專用機(jī)器人，而把工業(yè)機(jī)械人稱為通用機(jī)器人。 而少自由度工業(yè)機(jī)械人中大多數(shù)為機(jī)械手，而機(jī)械手機(jī)器人主要由手部和運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。手部是用來(lái)抓持工件（或工具）的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動(dòng)（擺動(dòng)）、移動(dòng)或復(fù)合運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作，改變被抓持物件的位置和姿勢(shì)。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動(dòng)方式，稱為機(jī)械手的自由度。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有6個(gè)自由度。自由度是機(jī)械手設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)。自由度越多，機(jī)械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越

11、復(fù)雜。一般專用機(jī)械手有2～3個(gè)自由度。 　　機(jī)械手的種類，按驅(qū)動(dòng)方式可分為液壓式、氣動(dòng)式、電動(dòng)式、機(jī)械式機(jī)械手；按適用范圍可分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種；按運(yùn)動(dòng)軌跡控制方式可分為點(diǎn)位控制和連續(xù)軌跡控制機(jī)械手等。 1.2綜述與本課題相關(guān)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)、研究方法和應(yīng)用領(lǐng)域等 機(jī)器人工程是近二十多年來(lái)迅速發(fā)展起來(lái)的綜合學(xué)科。它集中了機(jī)械工程、電子工程、計(jì)算機(jī)工程、自動(dòng)控制工程以和人工智能等多種學(xué)科的最新研究成果，是當(dāng)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展最活躍的領(lǐng)域之一，也是我國(guó)科技界跟蹤國(guó)際高科技發(fā)展的重要方面。工業(yè)機(jī)器人的研究、制造和應(yīng)用水平，是一個(gè)國(guó)家科技水平和經(jīng)濟(jì)實(shí)力的象征，正受到許多國(guó)家的廣泛重

12、視。 目前，工業(yè)機(jī)器人的定義，世界各國(guó)尚未統(tǒng)一，分類也不盡相同。最近聯(lián)合國(guó)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織采納了美國(guó)機(jī)器人協(xié)會(huì)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(guò)改變動(dòng)作程序，來(lái)完成各種工作，主要用于搬運(yùn)材料，傳遞工件。 據(jù)國(guó)際機(jī)器人聯(lián)盟（IFR）2006年5月發(fā)布的“2006世界機(jī)器人調(diào)查”顯示，2005年世界新安裝工業(yè)機(jī)器人121000臺(tái)，比2004年的97000臺(tái)增長(zhǎng)25%。這是繼2003年工業(yè)機(jī)器人安裝數(shù)量重回增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)后的重大突破，2005年也成為近15年來(lái)世界工業(yè)機(jī)器人新安裝臺(tái)數(shù)最多的年份，比上一個(gè)峰值――2000年的99000臺(tái)增長(zhǎng)22000臺(tái)。 據(jù)國(guó)際

13、機(jī)器人聯(lián)盟統(tǒng)計(jì)局預(yù)測(cè)，截至2005年底，全世界在運(yùn)行中的工業(yè)機(jī)器人共有914000臺(tái)，比2004年增加8%。其中，有50%來(lái)源于亞洲地區(qū)；歐洲和美洲分別占1/3和16%；而澳大利亞和非洲地區(qū)大概占1%的比例。 就2005年幾大應(yīng)用領(lǐng)域的工業(yè)機(jī)器人類型來(lái)看，機(jī)械手的產(chǎn)量遙遙領(lǐng)先于其他類型的工業(yè)機(jī)器人，約達(dá)到43500臺(tái)。其中，亞洲地區(qū)機(jī)械手的產(chǎn)量比2004年增加了27%；美洲地區(qū)機(jī)械手的產(chǎn)量幅度更是高達(dá)53%；雖然歐洲地區(qū)2005年機(jī)械手的產(chǎn)量比上年略有下降，但其產(chǎn)量仍接近14000臺(tái)。接下來(lái)依次是：點(diǎn)焊接機(jī)器人、弧焊機(jī)器人、裝配機(jī)器人和分配機(jī)器人，其產(chǎn)量分別約為20500臺(tái)、17500臺(tái)、1

14、3000臺(tái)和4500臺(tái)。 20世紀(jì)50年代末，美國(guó)在機(jī)械手和操作機(jī)的基礎(chǔ)上，采用伺服機(jī)構(gòu)和自動(dòng)控制等技術(shù)，研制出有通用性的獨(dú)立的工業(yè)用自動(dòng)操作裝置，并將其稱為工業(yè)機(jī)器人； 60年代初，美國(guó)研制成功兩種工業(yè)機(jī)器人，并很快地在工業(yè)生產(chǎn)中得到應(yīng)用； 1969年，美國(guó)通用汽車公司用21臺(tái)工業(yè)機(jī)器人組成了焊接轎車車身的自動(dòng)生產(chǎn)線。此后，各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家都很重視研制和應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人。我國(guó)工業(yè)機(jī)器人起步于70年代初期，經(jīng)過(guò)20多年的發(fā)展，大致經(jīng)歷了3個(gè)階段： 70年代的萌芽期， 80年代的開發(fā)期和90年代的適用化期。?我國(guó)工業(yè)機(jī)器人經(jīng)過(guò)20多年的發(fā)展已經(jīng)初具規(guī)模。目前我國(guó)已生產(chǎn)出部分機(jī)器人關(guān)鍵元器件，開發(fā)出

15、弧焊、點(diǎn)焊、碼垛、裝配、搬運(yùn)、注塑、沖壓、噴漆等工業(yè)機(jī)器人。一批國(guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人已服務(wù)于國(guó)內(nèi)諸多企業(yè)的生產(chǎn)線上；一批機(jī)器人技術(shù)的研究人才也涌現(xiàn)出來(lái)。一些相關(guān)科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)已掌握了工業(yè)機(jī)器人操作機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)制造技術(shù)；工業(yè)機(jī)器人控制、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)技術(shù)；機(jī)器人軟件的設(shè)計(jì)和編程技術(shù)；運(yùn)動(dòng)學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù)；弧焊、點(diǎn)焊和大型機(jī)器人自動(dòng)生產(chǎn)線與周邊配套設(shè)備的開發(fā)和制備技術(shù) “乘機(jī)安全小貼士”安全出行要重視等。某些關(guān)鍵技術(shù)已達(dá)到或接近世界水平。 雖然中國(guó)的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)在不斷的進(jìn)步中，但和國(guó)際同行相比，差距依舊明顯。從市場(chǎng)占有率來(lái)說(shuō)，更無(wú)法相提并論。工業(yè)機(jī)器人很多核心技術(shù)，目前我們尚未掌握，這是影響我國(guó)

16、機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個(gè)重要瓶頸。在發(fā)達(dá)國(guó)家中，工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)線成套設(shè)備已成為自動(dòng)化裝備的主流和未來(lái)的發(fā)展方向。國(guó)外汽車行業(yè)、電子電器行業(yè)、工程機(jī)械等行業(yè)已經(jīng)大量使用工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)線，以保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，同時(shí)避免了大量的工傷事故。全球諸多國(guó)家近半個(gè)世紀(jì)的工業(yè)機(jī)器人的使用實(shí)踐表明，工業(yè)機(jī)器人的普和是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，提高社會(huì)生產(chǎn)效率，推動(dòng)企業(yè)和社會(huì)生產(chǎn)力發(fā)展的有效手段。 機(jī)器人技術(shù)是具有前瞻性、戰(zhàn)略性的高技術(shù)領(lǐng)域。國(guó)際電氣電子工程師協(xié)會(huì)IEEE的科學(xué)家在對(duì)未來(lái)科技發(fā)展方向進(jìn)行預(yù)測(cè)中提出了4個(gè)重點(diǎn)發(fā)展方向，機(jī)器人技術(shù)就是其中之一。?一個(gè)國(guó)家要引入高技術(shù)并將其轉(zhuǎn)移為產(chǎn)業(yè)技術(shù)（產(chǎn)業(yè)化

17、）必須具備5個(gè)要素即5M:Machine/Materials/Manpower/Management/Market。廣泛使用機(jī)器人是實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化，提高社會(huì)生產(chǎn)效率的一種十分重要的途徑。我國(guó)正在努力發(fā)展工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，引進(jìn)國(guó)外技術(shù)和設(shè)備，培養(yǎng)人才，打開市場(chǎng)。 1.3對(duì)本課題將要解決的主要問(wèn)題和解決問(wèn)題的思路與方法、擬采用的研究方法（技術(shù)路線）或設(shè)計(jì)（實(shí)驗(yàn)）方案進(jìn)行說(shuō)明，論文要寫出相應(yīng)的寫作提綱 在本次設(shè)計(jì)中，擬應(yīng)用到的文獻(xiàn)涉和機(jī)械原理機(jī)械設(shè)計(jì)類，機(jī)械繪圖類，機(jī)械工程控制類，機(jī)械工程材料和力學(xué)以和工業(yè)機(jī)器人或工業(yè)機(jī)器人手臂相關(guān)的資料，在設(shè)計(jì)過(guò)程中這些材料可以首先幫我們從整體上了解與機(jī)器人手臂

18、相關(guān)的技術(shù)以和現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展趨勢(shì)；其次，利用這些資料，可以在設(shè)計(jì)過(guò)程中進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)方案的初步制定；最后，機(jī)器人手臂設(shè)計(jì)過(guò)程中的所需材料的選擇，設(shè)計(jì)與校核計(jì)算，運(yùn)動(dòng)過(guò)程的控制以和其他的注意事項(xiàng)，都可以在相關(guān)文獻(xiàn)資料中得到一些指導(dǎo)與幫助。機(jī)器人本體由機(jī)座、腰部、大臂、小臂、手腕、末端執(zhí)行器和驅(qū)動(dòng)裝置組成。共有六個(gè)自由度，依次為腰部回轉(zhuǎn)、大臂俯仰、小臂俯仰、手腕回轉(zhuǎn)、手腕俯仰、手腕側(cè)擺。?機(jī)器人采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。這種驅(qū)動(dòng)方式具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于控制、使用維修方便、不污染環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，這也是現(xiàn)代機(jī)器人應(yīng)用最多的驅(qū)動(dòng)方式。為實(shí)現(xiàn)機(jī)器人靈活自由地移動(dòng)，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)使用了蓄電池供電。電動(dòng)機(jī)可以選擇步進(jìn)電

19、機(jī)或直流伺服電機(jī)。使用直流伺服電機(jī)能構(gòu)成閉環(huán)控制，精度高，額定轉(zhuǎn)速高，但價(jià)格較高，而步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)具有成本低，控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。確定這種機(jī)器人的6個(gè)關(guān)節(jié)都采用步進(jìn)電驅(qū)動(dòng)，開環(huán)控制。各部件組成和功能描述如下： ? (1)?底座部件：?底座部件包括底座、回轉(zhuǎn)部件、傳動(dòng)部件和步進(jìn)電機(jī)等。底座部件固定在自動(dòng)引導(dǎo)車（AGV）上，支持整個(gè)操作機(jī)，步進(jìn)電機(jī)固定在底座上，一級(jí)同步帶傳動(dòng)將運(yùn)動(dòng)傳遞到腰部回轉(zhuǎn)軸，同時(shí)起到減速作用。? （2）腰部回轉(zhuǎn)部件：腰部回轉(zhuǎn)部件包括腰部支架、回轉(zhuǎn)軸、支架、諧波減速器和步進(jìn)電機(jī)、制動(dòng)器等。作用是支承大臂部件，并完成腰部回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。在腰部支上固定著驅(qū)動(dòng)大臂俯仰和小臂俯仰的電機(jī)。

20、? (3)?大臂部件：包括大臂和傳動(dòng)部件。? (4)?小臂部件：包括小臂、減速齒輪箱、傳動(dòng)部件、傳動(dòng)軸等，在小臂前端（靠近大臂的一端）固定驅(qū)動(dòng)手腕三個(gè)運(yùn)動(dòng)的步進(jìn)電機(jī)。? (5)?手腕部件：包括手腕殼體、傳動(dòng)齒輪和傳動(dòng)軸、機(jī)械接口等? (6)?末端執(zhí)行器：為抓取不同形狀、不同材質(zhì)的物體，末端執(zhí)行器設(shè)計(jì)得開合范圍比較大，為?0～100mm?？紤]在指尖的平面上貼傳器片，進(jìn)行力的控制。? 從功能角度分析可將機(jī)器人分解成四個(gè)部分：操作機(jī)、末端執(zhí)行器、傳感系統(tǒng)、控制器。 操作機(jī)：是由機(jī)座、手臂和手腕、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等組成，其功能是使手腕具有某種工作空間，并調(diào)整手腕使末端執(zhí)行器實(shí)現(xiàn)作

21、業(yè)任務(wù)要求的動(dòng)作。 末端執(zhí)行器：也叫工業(yè)機(jī)器人的手部，它是安裝在工業(yè)機(jī)器人手腕上直接抓握工件或執(zhí)行作業(yè)的部件。 傳感器系統(tǒng)：是指要機(jī)器人與人一樣有效的完成工作，必須對(duì)外界狀況進(jìn)行判斷的感覺功能。與機(jī)器人控制最緊密相關(guān)的是觸覺視覺適合于檢測(cè)對(duì)象是否存在，檢測(cè)其大概位置、姿勢(shì)等狀態(tài)。相比之下，觸覺協(xié)助視覺，能夠檢測(cè)出對(duì)象更細(xì)微的狀態(tài)。 控制器：機(jī)器人控制系統(tǒng)是機(jī)器人的大腦，是決定機(jī)器人功能和性能的主要因素。主要是控制工業(yè)機(jī)器人在工作空間中的運(yùn)動(dòng)位置、姿態(tài)和軌跡、操作順序和動(dòng)作時(shí)間等。具有編程簡(jiǎn)單、軟件菜單操作、友好的人機(jī)交換界面、在線操作提示和使用方便等特點(diǎn)。在機(jī)器人中采用的控制

22、系統(tǒng)有：點(diǎn)位的和輪廓的；同步的和異步的；數(shù)字的和模擬的。可根據(jù)機(jī)器人的技術(shù)與經(jīng)濟(jì)要求和工藝任務(wù)的特點(diǎn)來(lái)選擇系統(tǒng)的具體方案。 2工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2.1手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 夾持式手部結(jié)構(gòu)由手指(或手爪)和傳力機(jī)構(gòu)所組成。其傳力結(jié)構(gòu)形式比較多，如滑槽杠桿式、斜楔杠桿式、齒輪齒條式、彈簧杠桿式等。 2.1.1 手指的形狀和分類 夾持式是最常見的一種，其中常用的有兩指式、多指式和雙手雙指式:按手指夾持工件的部位又可分為內(nèi)卡式(或內(nèi)漲式)和外夾式兩種:按模仿人手手指的動(dòng)作，手指可分為一支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型，二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型和移動(dòng)型(或稱直進(jìn)型)，其中

23、以二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型為基本型式。當(dāng)二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指的兩個(gè)回轉(zhuǎn)支點(diǎn)的距離縮小到無(wú)窮小時(shí)，就變成了一支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指;同理，當(dāng)二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指的手指長(zhǎng)度變成無(wú)窮長(zhǎng)時(shí)，就成為移動(dòng)型。回轉(zhuǎn)型手指開閉角較小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，應(yīng)用廣泛。移動(dòng)型應(yīng)用較少，其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜龐大，當(dāng)移動(dòng)型手指夾持直徑變化的零件時(shí)不影響其軸心的位置，能適應(yīng)不同直徑的工件。 2.1.2設(shè)計(jì)時(shí)考慮的幾個(gè)問(wèn)題 (一)具有足夠的握力(即夾緊力) 在確定手指的握力時(shí)，除考慮工件重量外，還應(yīng)考慮在傳送或操作過(guò)程中所產(chǎn)生的慣性力和振動(dòng)，以保證攻堅(jiān)不致產(chǎn)生松動(dòng)或脫落。 (二)手指間應(yīng)具有一定的開閉角 兩手指張開與閉合的兩個(gè)極限位置所夾的角度稱

24、為手指的開閉角。手指的開閉角應(yīng)保證工件能順利進(jìn)入或脫開，若夾持不同直徑的工件，應(yīng)按最大直徑的工件考慮。對(duì)于移動(dòng)型手指只有開閉幅度的要求。 (三)保證工件準(zhǔn)確定位 為使手指和被夾持工件保持準(zhǔn)確的相對(duì)位置，必須根據(jù)被抓取工件的形狀，選擇相應(yīng)的手指形狀。例如圓柱形工件采用帶“V”形面的手指，以便自動(dòng)定心。 (四)具有足夠的強(qiáng)度和剛度 手指除受到被夾持工件的反作用力外，還受到機(jī)械手在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所產(chǎn)生的慣性力和振動(dòng)的影響，要求有足夠的強(qiáng)度和剛度以防折斷或彎曲變形，當(dāng)應(yīng)盡量使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，自重輕，并使手部的中心在手腕的回轉(zhuǎn)軸線上，以使手腕的扭轉(zhuǎn)力矩最小為佳。 (五)考慮被抓取對(duì)象的要求 根據(jù)機(jī)

25、械手的工作需要，通過(guò)比較，我們采用的機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)是一支點(diǎn)， 兩指回轉(zhuǎn)型，由于工件多為圓柱形，故手指形狀設(shè)計(jì)成V型，其結(jié)構(gòu)如附圖所示。 2.1.3 手部夾緊氣缸的設(shè)計(jì) 1、手部驅(qū)動(dòng)力計(jì)算 本課題氣動(dòng)機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)如圖3-1所示： 圖3-1 齒輪齒條式手部 其工件重量G=3kg， V形手指的角度，,摩擦系數(shù)為 (1)根據(jù)手部結(jié)構(gòu)的傳動(dòng)示意圖，其驅(qū)動(dòng)力為: (2-1) (2)根據(jù)手指夾持工件的方位，可得握力計(jì)算公式: 所以

26、 (3)實(shí)際驅(qū)動(dòng)力: (2-2) 1、因?yàn)閭髁C(jī)構(gòu)為齒輪齒條傳動(dòng)，故取，并取。若被抓取工件的最大加速度取時(shí)，則: 所以 所以?shī)A持工件時(shí)所需夾緊氣缸的驅(qū)動(dòng)力為。 2、氣缸的直徑 本氣缸屬于單向作用氣缸。根據(jù)力平衡原理，單向作用氣缸活塞桿上的輸出推 力必須克服彈簧的反作用力和活塞桿工作時(shí)的總阻力，其公式為: (2-3) 式中: - 活塞桿上的推力，N - 彈簧反作用力，N - 氣缸工作時(shí)的總阻力，N - 氣缸工作壓力，Pa 彈簧反作用按下式計(jì)算:

27、 = 式中: - 彈簧剛度，N/m - 彈簧預(yù)壓縮量，m. - 活塞行程，m. - 彈簧鋼絲直徑，m - 彈簧平均直徑,m. - 彈簧有效圈數(shù). - 彈簧材料剪切模量，一般取. 在設(shè)計(jì)中，必須考慮負(fù)載率的影響，則: (2-4) 由以上分析得單向作用氣缸的直徑: (2-5) 代入有關(guān)數(shù)據(jù)，可得 所以 查有關(guān)

28、手冊(cè)圓整，得 由,可得活塞桿直徑: 圓整后，取活塞桿直徑校核，按公式 有: 其中 []， 則: 滿足實(shí)際設(shè)計(jì)要求。 3、缸筒壁厚的設(shè)計(jì) 缸筒直接承受壓縮空氣壓力，必須有一定厚度。一般氣缸缸筒壁厚與內(nèi)徑之比小于或等于1/10，其壁厚可按薄壁筒公式計(jì)算: (2-6) 式中:6- 缸筒壁厚，mm - 氣缸內(nèi)徑，mm - 實(shí)驗(yàn)壓力，取, Pa 材料為:ZL3,[]=3MPa 代入己知數(shù)據(jù)，則壁厚為: 取，則缸筒外徑

29、為: 2.2腕部回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的設(shè)計(jì)(Y軸回轉(zhuǎn)) 2.2.1 步進(jìn)電機(jī)的選擇： 腕部旋轉(zhuǎn)由步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，設(shè)手爪和物體的最大當(dāng)量回轉(zhuǎn)半徑R=90mm，手爪和物體的總重量m=3.5kg,則其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： 設(shè)機(jī)器人手部角速度W1=3.14rad/s所需要的時(shí)間t=0.3s,則其角加速度: 負(fù)載啟動(dòng)慣性矩（不計(jì)靜磨擦力矩）: 。 由于步進(jìn)電機(jī)不具有瞬時(shí)過(guò)載能力，故取安全系數(shù)為2（不同），則步進(jìn)電機(jī)輸出的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩: 。 由于必須小于步進(jìn)電機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩，所以選擇如下二相步進(jìn)電機(jī)： 型號(hào):42BYG250B-0151。最大步距角保持轉(zhuǎn)矩為0.43，步矩角1.8°，質(zhì)量為0.23kg

30、,電機(jī)外形尺寸：424240. 絲杠螺母機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算： 2.2.2 Y軸進(jìn)給的設(shè)計(jì) 1.機(jī)構(gòu)選擇和材料選擇： 由于傳動(dòng)機(jī)構(gòu)不需要高精度和高效率的傳動(dòng)，因此本次設(shè)計(jì)采用一對(duì)梯形螺桿、螺母的滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)。螺桿螺母的螺紋一般選用梯形螺紋，因其傳動(dòng)效率較高。本設(shè)計(jì)中螺桿螺母需要具有自鎖的功能，這是使用螺桿螺母機(jī)構(gòu)的最主要原因。 因?yàn)闄C(jī)構(gòu)受力不大，且為轉(zhuǎn)速較低的傳動(dòng)。螺桿采用45號(hào)鋼制造，螺母需要較好的耐磨性，選用鑄錫青銅。 2.水平絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算： 絲杠直徑校核： 末端手抓、氣缸和旋轉(zhuǎn)電機(jī)質(zhì)量為：7kg.，螺母和伸出桿質(zhì)量為5kg。 設(shè)計(jì)加速度為a=10m/s 查表的剛-剛

31、動(dòng)摩擦因數(shù)：f=0.2 則：絲杠軸向載荷:F=fG+ma=1210+12100.2=144N 如圖所示，螺桿受到的軸向力為F(單位為N)，螺紋的承壓面積（指螺紋工作表面投影到垂直于軸向力的平面上的面積）為A（單位為mm2），螺紋中徑為d2（單位為mm），螺紋工作高度為h（單位為mm）螺紋距為P（單位為mm），螺母高度為H（單位為mm），螺紋工作圈數(shù)為u=H/P,則螺紋工作面上的耐磨性條件為： 為了導(dǎo)出設(shè)計(jì)計(jì)算式，令=H/d2。代入上式可得： 對(duì)于矩形和梯形螺紋，h=0.5P則 由表5-12可知:[P]取18MP,對(duì)于整體螺母，由于磨損后不能調(diào)整間隙，為使受力比

32、較均勻，螺紋工作圈數(shù)不宜過(guò)高，故取=1.2。代入公式得 故初選絲杠d2=29mm，螺距p=6mm 此選用的螺桿，其參數(shù)為： 公稱直徑 d 螺距 P 中徑 大徑 小徑 32 6 29 33 25 26 表：滑動(dòng)螺旋副材料的許用壓力[ P] 螺桿—螺母的材料 滑動(dòng)速度 許用壓力 鋼—青銅 低速 18-25 ≤3.0 11-18 6~12 7-10 >15 1-2 鋼—鋼 低速 10-13 鋼—鑄鐵 <2.4 13-18 6~12 4-7 注：當(dāng)

33、ф＜2.5或人力驅(qū)動(dòng)時(shí)，[p]值可提高20％；若為剖分螺母時(shí)則[p]值應(yīng)降低15～20％。 螺紋牙強(qiáng)度計(jì)算 螺紋牙的剪切和彎曲破壞多發(fā)生在螺母。 參考文獻(xiàn) [1].孫桓、陳作模、葛文杰?！稒C(jī)械原理》。高等教育出版社，2011. [2].孟慶鑫、王曉東.《機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)》.?哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2006. [3].董華梁、彭文生.《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》.高等教育出版社，2007. [4].周伯英.《工業(yè)機(jī)械人設(shè)計(jì)》.機(jī)械工業(yè)出版社，1995 [5].鄭堤、唐可洪.《機(jī)電一體化設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》.機(jī)械工業(yè)出版社，1997 [6].張鐵、謝存禧.《機(jī)械人學(xué)》.華南理工大

34、學(xué)出版社，2004 [7].曲興華.《儀器制造技術(shù)》.機(jī)械工業(yè)出版社，2010 [8].柳暉.《互換性與技術(shù)測(cè)量基礎(chǔ)》.?華東理工大學(xué)出版社，2006 [9].沈鴻.《機(jī)械工程手冊(cè)》.機(jī)械工業(yè)出版社，1983 [10]馬香峰 主編.《工業(yè)機(jī)器人的操作機(jī)設(shè)計(jì)》 冶金工業(yè)出版社 ,1996 [11]宗光華.張慧慧譯.《機(jī)器人設(shè)計(jì)與控制》 科學(xué)出版社 ， 2004 [12]鄭笑級(jí).《工業(yè)機(jī)器人技術(shù)和應(yīng)用[M]》. 北京：煤炭工業(yè)出版社，2004 [13].Y.Fujimoto and A.kawamura.Autonomous Control and 3D Dynamic S

35、imulation walking Robot Incuding Environmental Force Interaction. IEEE Robbtics and Automnation Magzuine,1998,5(2):33～42. [14].Rachid Alami,Frederic Robert,Felix Ingrand,Sho'ji Suzuki.R.Multirobot Cooperation in the Martha Project.IEEE Robotics and Automation Magazine.1998.5(1): 312-320.