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1、2013學(xué)年裝箱機(jī)械手機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 機(jī)械原理設(shè)計(jì)(1) 課程設(shè)計(jì) 說明書 設(shè)計(jì)題目： 裝箱機(jī)械手機(jī)構(gòu) 學(xué)生班級(jí)： 流體1102 學(xué)生姓名： 李宇 指導(dǎo)教師： 楊德勇 日 期: 2014年1月2日 目錄 課程設(shè)計(jì)的目的 2 設(shè)計(jì)題目及設(shè)計(jì)要求 2 機(jī)械手設(shè)計(jì)的基本步驟及工作流程……………….……………………

2、………3 設(shè)計(jì)任務(wù) 3 設(shè)計(jì)說明 4 工作要求 4 設(shè)計(jì)方案 5 題目分析 5 機(jī)械系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案 6 方案設(shè)計(jì)過程分析 7 最優(yōu)方案詳細(xì)分析 10 機(jī)械抓手設(shè)計(jì) 13 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 15 設(shè)計(jì)小結(jié) 16 參考資料 16 指導(dǎo)老師評(píng)語 17 課程設(shè)計(jì)的目的 （1）機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)旨在使學(xué)生運(yùn)用本課程所學(xué)的理論知識(shí)以及有關(guān)課程的知識(shí)，進(jìn)行一次較全面的綜合性的設(shè)計(jì)練習(xí)，從而培養(yǎng)學(xué)生分析和解軍問題的能力。 （2）通過對(duì)裝箱機(jī)械手的機(jī)構(gòu)方案的擬定及其機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖設(shè)計(jì)，增強(qiáng)對(duì)設(shè)計(jì)工作的了解和認(rèn)識(shí)，并培養(yǎng)學(xué)生的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)能力和機(jī)構(gòu)分析能力。 設(shè)計(jì)題目及設(shè)計(jì)要求

3、在某裝箱機(jī)械手機(jī)構(gòu)中，要求其手的運(yùn)動(dòng)按簡(jiǎn)圖所示JKLM，MLKJ線路重復(fù)運(yùn)動(dòng)。其中JK段為取物料上升（物料來自傳送帶）；KL段為物料水平移動(dòng)；LM段為手抓放物料于箱內(nèi)，故對(duì)其直線要求較高。KL段若較平直可提高裝箱穩(wěn)定性，但稍有誤差問題不大。JK是從輸送帶上抓取物料，其直線度要求不高，只要能將物料提高到C的高度即可。返回時(shí)要求按原來路線逆著走。 今給定預(yù)期軌跡的尺寸分別為：a=120mm；b=600mm；c=50mm；d=1000mm。物料提升重量為2千克。 機(jī)械手設(shè)計(jì)的基本步驟及工作流程 (1)機(jī)械手設(shè)計(jì)的主要步驟如下圖: (2)機(jī)械手工作流程 原位→下降→夾緊→上升→左移 ↖

4、 ↓ 右移←上升←放松←下降 設(shè)計(jì)任務(wù) （1）根據(jù)上述設(shè)計(jì)要求，每人至少提出兩種不同設(shè)計(jì)方案， 選取其中最優(yōu)的方案，進(jìn)行機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖設(shè)計(jì)。對(duì)主體機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)位置分析,并按尺寸繪出相應(yīng)位置時(shí)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。（一號(hào)圖紙）（尺寸要準(zhǔn)確） （2）對(duì)手爪中手指的開合機(jī)構(gòu)進(jìn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)。 （3）每人編制一份設(shè)計(jì)說明書，設(shè)計(jì)方案均應(yīng)寫入說明書（封面、目錄、內(nèi)容、后記、參考書目等）內(nèi)。 設(shè)計(jì)說明 （1）本設(shè)計(jì)盡量考慮用已學(xué)過的機(jī)構(gòu)或幾種機(jī)構(gòu)的組合來實(shí)現(xiàn)位置要求，熟練運(yùn)用本課程知識(shí)。 （2）應(yīng)考慮從動(dòng)力源到執(zhí)行部件之間的整體運(yùn)動(dòng)傳遞方案，尤其執(zhí)

5、行部分更為重要，可參考《機(jī)械設(shè)計(jì)》中的傳動(dòng)方案知識(shí)。 （3）除應(yīng)考慮運(yùn)動(dòng)情況外還應(yīng)考慮力求使機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)性、加工特性、用性能、經(jīng)濟(jì)性等要好，要盡量使用成熟的機(jī)構(gòu)及其組合。除考慮滿足軌跡要求外，還應(yīng)考慮其各段行程中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律的性能的特殊要求。 工作要求 （1） 繪圖準(zhǔn)確，布局盡可能勻稱，圖上線條、符號(hào)、尺寸標(biāo)注及書寫字體（仿宋體）要規(guī)范化，圖面整潔，質(zhì)量要求高。 （2） 說明書要求論述內(nèi)容完整，步驟清楚，分析有條理，字跡工整，繪圖準(zhǔn)確，裝訂成冊(cè)。 （3） 計(jì)應(yīng)按預(yù)定進(jìn)度進(jìn)行，每天務(wù)必按時(shí)到設(shè)計(jì)教室，及時(shí)完成設(shè)計(jì)任務(wù)，不準(zhǔn)無故遲到、早退、曠課等，不準(zhǔn)做與設(shè)計(jì)無關(guān)的工作。 設(shè)計(jì)方案

6、 題目分析 由題意可知：所設(shè)計(jì)的裝箱機(jī)械手機(jī)構(gòu)中主要分為三個(gè)步驟，抓取—移動(dòng)—放置，為了使其能彼此配合有序穩(wěn)定的完成指定的任務(wù)，在時(shí)間上就必須要嚴(yán)格的控制好，因此在設(shè)計(jì)其執(zhí)行系統(tǒng)時(shí)需按時(shí)間進(jìn)行分配。下面就先對(duì)抓取—移動(dòng)—放置這三個(gè)步驟進(jìn)行分析。 抓?。河蓤D分析可知抓取過程為JK段，開始時(shí)機(jī)械爪手出于K點(diǎn)，開關(guān)啟動(dòng)后，機(jī)械爪手向下下降50mm（為了能減少執(zhí)行系統(tǒng)的空間，可以在里加上一個(gè)放大機(jī)構(gòu)），此時(shí)只能是豎直方向的移動(dòng)，水平移動(dòng)方向必須保持靜止，當(dāng)爪手下降到指定的高度，需要給機(jī)械爪手預(yù)留3秒的時(shí)間保證其能順利抓取物料，抓取物料結(jié)束之后還須上升到初始的高度，準(zhǔn)備進(jìn)行水平方向的移動(dòng)，在這下降抓

7、取上升的過程中水平始終要保持靜止。 移動(dòng)：移動(dòng)的過程在圖示中是屬于LK階段，在機(jī)械手抓取物料成功后，此時(shí)豎直方向?qū)⒉辉僖苿?dòng)，只有水平方向在移動(dòng)，移動(dòng)的距離為600mm，跟抓取時(shí)一樣，這里也可以安放一套放大機(jī)構(gòu)來減小執(zhí)行機(jī)構(gòu)的空間，在移動(dòng)的過程中需要讓其盡可能的保持穩(wěn)定性，一方面可以通過減慢速度來提高其穩(wěn)定性，也可以在設(shè)計(jì)時(shí)采用三角穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，保證你水平移動(dòng)的穩(wěn)定性。 放置：放置過程是整個(gè)過程的關(guān)鍵所在（LM為下降的過程），如果安放是出現(xiàn)了問題，整個(gè)過程都前功盡棄，在安放的過程中最重要的一點(diǎn)就是要保證其直線度的準(zhǔn)確性，為此在水平移動(dòng)是最后要采用減速的方案，使其在最后有緩沖的余地，保證在

8、下降的過程時(shí)能穩(wěn)定下降，下降到120mm時(shí)，此時(shí)機(jī)械手放開物料，整個(gè)過程結(jié)束。 機(jī)械系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案 根據(jù)題目的意思，以及其中需要著重注意的幾點(diǎn)問題，設(shè)計(jì)了三種可行性的方案。以及機(jī)械手的設(shè)計(jì)。 方案設(shè)計(jì)過程分析： 第一種：在這個(gè)方案中，我們采取的是三個(gè)線段上的運(yùn)動(dòng)分別用三個(gè)不同的裝置進(jìn)行傳動(dòng)，左端的LM段用的是曲柄滑塊結(jié)構(gòu)進(jìn)行傳動(dòng)，LK段也是用的曲柄滑塊結(jié)構(gòu)進(jìn)行傳動(dòng)，在JK段，考慮到長(zhǎng)段較小，一次選用凸輪結(jié)構(gòu)進(jìn)行傳動(dòng)。本方案中，需要在連接機(jī)械手的豎軸上裝有卡槽結(jié)構(gòu)，并且需要滑塊的兩端裝有接觸開關(guān)，保證水平運(yùn)動(dòng)到兩端點(diǎn)處時(shí)，水平傳動(dòng)的曲柄結(jié)構(gòu)電機(jī)停轉(zhuǎn)，而控制豎直運(yùn)動(dòng)的曲柄或凸輪的

9、電機(jī)開始運(yùn)動(dòng)，這樣，機(jī)械手便可以按照預(yù)訂的軌跡進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。本方案中，出機(jī)械的傳動(dòng)裝置外，控制機(jī)械手的軌道運(yùn)動(dòng)共需要三個(gè)獨(dú)立的電機(jī)進(jìn)行傳動(dòng)，如圖所示： 方案2： 考慮到方案1中用到的電機(jī)過多，軌道的三個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)共用到三個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，在本方案中，將在方案1的基礎(chǔ)上進(jìn)行簡(jiǎn)化，我們將水平運(yùn)動(dòng)用一個(gè)凸輪結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，而左右兩端的豎直方向的運(yùn)動(dòng)用如圖所示的機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，如圖中，由于機(jī)械手連接的滑塊距離“杠桿中心”距離的不同，在同一曲柄的作用下可以實(shí)現(xiàn)滑塊行程的不同，取適當(dāng)?shù)拇笮〖纯梢詫?shí)現(xiàn)左端上下運(yùn)動(dòng)行程為120mm，右端上下運(yùn)動(dòng)行程為50mm。對(duì)于凸輪，距離凸輪旋轉(zhuǎn)中心的距離差為600mm，就可以保重左右運(yùn)

10、動(dòng)了。 方案3：方案1與方案2均存在不足之處，比如方案1，所用到的電機(jī)過多經(jīng)濟(jì)效益較差，，并且各個(gè)電機(jī)獨(dú)立運(yùn)行，依靠觸發(fā)開關(guān)來實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)的連貫性，而觸發(fā)開關(guān)的設(shè)計(jì)又存在諸多的問題。方案2中，用到兩個(gè)獨(dú)立的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，而且在水平方向的行程運(yùn)用的是凸輪，這樣，凸輪的尺寸就會(huì)相當(dāng)大，而且也會(huì)用到觸發(fā)開關(guān)來控制。因此，結(jié)合方案1與方案2，現(xiàn)給出本方案的設(shè)計(jì)見圖，如圖所示，本方案中，機(jī)械手的軌跡運(yùn)動(dòng)，只用到一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，給出凸輪的適當(dāng)幾何形狀，即可實(shí)現(xiàn)，在本方案中，不需要額外的電路控制，即可實(shí)現(xiàn)循環(huán)運(yùn)動(dòng)。 最優(yōu)方案詳細(xì)分析： 方案3結(jié)構(gòu)分析：如圖所示，機(jī)械手的豎直方向的運(yùn)動(dòng)依靠

11、凸輪上方連接凸輪內(nèi)槽的桿子和滾子實(shí)現(xiàn)，機(jī)械手水平方向的運(yùn)動(dòng)依靠凸輪左邊連接滾子的橫桿和凸輪外周實(shí)現(xiàn)。機(jī)械手在豎直方向的位置隨時(shí)間變化的關(guān)系如圖所示： 由此可以確定凸輪內(nèi)槽的形狀為： R-d1-50,R-d2=120 機(jī)械手在水平方向的位置隨時(shí)間的變化關(guān)系為： 可以得出凸輪外周的幾何形狀為： R2-R1=600*（1:5）=120mm 由于考慮到引導(dǎo)水平運(yùn)動(dòng)和豎直運(yùn)動(dòng)的滾子接觸凸輪的位置成90度的關(guān)系，因此，在融合凸輪內(nèi)槽與外周時(shí)有90度的對(duì)應(yīng)關(guān)系。綜上可得，凸輪的幾何形狀為： 在本方案中，可以認(rèn)為機(jī)械手的軌跡運(yùn)動(dòng)時(shí)依靠?jī)蓚€(gè)不同的凸輪實(shí)現(xiàn)的，只是為了

12、更少的用到電機(jī)，以及節(jié)約凸輪用料，一次將兩個(gè)凸輪綜合在一起，凸輪的外周和內(nèi)槽都可以驅(qū)動(dòng)，這樣就可以節(jié)約一個(gè)電機(jī)和一個(gè)凸輪。 機(jī)械抓手設(shè)計(jì)：如圖所示為我們?cè)O(shè)計(jì)的機(jī)械抓手，我們所設(shè)計(jì)的抓手的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)，蝸桿直接連接電機(jī)，兩側(cè)蝸輪分別連接兩“手指”，蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)的傳動(dòng)比較大，并且可以實(shí)現(xiàn)自鎖，所以可以順利抓牢指定物體。 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案 對(duì)于方案3的選擇，需要一個(gè)電機(jī)帶動(dòng)凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)即可實(shí)現(xiàn)所有的行程運(yùn)動(dòng)，但若電機(jī)直接與凸輪相連，這樣顯然凸輪的運(yùn)動(dòng)速度過快，運(yùn)動(dòng)不穩(wěn)定，并且可能導(dǎo)致裝置損壞，因此應(yīng)該選擇適當(dāng)傳動(dòng)比的齒輪來實(shí)現(xiàn)，我們選擇的是200:1傳動(dòng)

13、比的齒輪組，假定電機(jī)轉(zhuǎn)速為1000r/min，這樣才能保證機(jī)械系統(tǒng)正常的運(yùn)行。電機(jī)在此轉(zhuǎn)速下，機(jī)械手沒分鐘進(jìn)行5個(gè)運(yùn)動(dòng)周期，即進(jìn)行來回5次抓物。 n1:n2=1/50 n3/n4=1/40 機(jī)械手本身的傳動(dòng)系統(tǒng)：因?yàn)槲覀冊(cè)O(shè)計(jì)的機(jī)械手運(yùn)用的是蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)，蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)本身就可以有較大的傳動(dòng)比，因此選擇適當(dāng)?shù)膫鲃?dòng)比，蝸桿即可以與電機(jī)直接相連。我們選在的蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)的傳動(dòng)比為40:1. 設(shè)計(jì)小結(jié) 通過這次課程設(shè)計(jì)，我有了很多收獲。首先，通過這一次的課程設(shè)計(jì)， 我進(jìn)一步鞏固和加深了所學(xué)的基本理論、基本概念和基本知識(shí)， 培養(yǎng)了自己分析和解決與本課程有關(guān)的具體機(jī)械所涉及的實(shí)際問題的

14、能力。對(duì)平面連桿機(jī)構(gòu)和凸輪有了更加深刻的理解，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。而且，這次課程設(shè)計(jì)過程中，與同學(xué)們激烈討論，團(tuán)結(jié)合作，最終完美的實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的目的，大家都受益匪淺，也對(duì)這次經(jīng)歷難以忘懷。 其次通過這次課程設(shè)計(jì)，對(duì)裝箱機(jī)械手的工作原理以及機(jī)構(gòu)選型、運(yùn)動(dòng)方案的確定以及對(duì)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析有了初步詳細(xì)精確話的了解，這都將為我以后參加工作實(shí)踐有很大的幫助。非常有成就感，培養(yǎng)了很深的學(xué)習(xí)興趣。衷心感謝楊老師這個(gè)學(xué)期以來的悉心教導(dǎo)與鼓勵(lì)，在楊老師的耐心指導(dǎo)下，我們才能完成了這次課程設(shè)計(jì)，并從中學(xué)到了非常多的知識(shí)。 參考資料 《機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)手冊(cè)》高等教育出版社 《機(jī)械原理》人民教

15、育出版社 《機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》高等教育出版社 《機(jī)械原理與設(shè)計(jì)》機(jī)械工業(yè)出版社 指導(dǎo)老師評(píng)語： 簽字： 成績(jī)?cè)u(píng)定： 16