陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)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(zhuān)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pic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)，pic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pic型號(hào)，根據(jù)機(jī)械手的工作流程制訂了可編程序控制器的控制方案，畫(huà)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)械手第1頁(yè)共17頁(yè)陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)The In dustrial robot desig n000(Grade00,Class00,Major Mechanical Design. Manufacturing and Automation , 415Dept.,Shaa nxi Uni versity of Tech no logy , Hanzhong 723003 , Shaa nxi)Tutor： 000Abstract 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 control 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 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 programmable controller, draw a timing diagram of the robots work and draw a programmable control device control program.Keyword Industrial robot manipulator目錄目錄 31引言 51.1選題的目的及研究意義 51. 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)、研究方法及應(yīng)用領(lǐng)域等 51.3對(duì)本課題將要解決的主要問(wèn)題及解決問(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(xiě)出相應(yīng)的寫(xiě)作提綱 62工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 82. 1手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 82.1.1手指的形狀和分類(lèi) 82.1.2設(shè)計(jì)時(shí)考慮的幾個(gè)問(wèn)題 82.1.3手部夾緊氣缸的設(shè)計(jì) 92.2腕部回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的設(shè)計(jì)（Y軸回轉(zhuǎn)） 122.2.1步進(jìn)電機(jī)的選擇： 122.2.2 Y 軸進(jìn)給的設(shè)計(jì) 132.2.3 Z軸進(jìn)給的設(shè)計(jì) 錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。2.2.4 Z 軸旋轉(zhuǎn)設(shè)計(jì) 錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。3傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。3.1確定減速器總傳動(dòng)比與各級(jí)傳動(dòng)比 錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。3.2計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和運(yùn)動(dòng)參數(shù) 錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。3.3圓錐齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。4軸的計(jì)算和設(shè)計(jì) 錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。4.1軸一的設(shè)計(jì) 錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。4.2軸二的設(shè)計(jì) 錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。5滾子軸承的校核 錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。5.1滾子軸承校核 錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。6鍵的校核 錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。6.1軸一鍵校核 錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。6.2軸二間校核 錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。7潤(rùn)滑方式及密封形式的選擇 錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。7.1潤(rùn)滑方式 錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。7.2密封形式的選擇 錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。8減速箱體設(shè)計(jì) 錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。8.1箱體設(shè)計(jì) 錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。9系統(tǒng)設(shè)計(jì)與PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。9.1系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。9.2機(jī)械手的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。結(jié)論 錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。致 謝 錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。參考文獻(xiàn) 161引言1.1選題的目的及研究意義在現(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。化工等連續(xù)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(zhuān)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(chēng)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)性較差。目前我國(guó)常把具有上述特點(diǎn)的機(jī)器人稱(chēng)為專(zhuān) 用機(jī)器人，而把工業(yè)機(jī)械人稱(chēng)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(chēng)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)也越復(fù)雜。一般 專(zhuān)用機(jī)械手有23個(gè)自由度。機(jī)械手的種類(lèi)，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(zhuān)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)、研究方法及應(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)控制工程以及人工智能等多種學(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(lèi)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%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%勺比例。就2005年幾大應(yīng)用領(lǐng)域的工業(yè)機(jī)器人類(lèi)型來(lái)看，機(jī)械手的產(chǎn)量遙遙領(lǐng)先于其他類(lèi)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)、13000 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(chēng)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(chē)公司用21臺(tái)工業(yè)機(jī)器人組成了焊接轎車(chē)車(chē)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(kāi)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(kāi)發(fā)出弧焊、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)焊及大型機(jī)器人自動(dòng)生產(chǎn)線與周邊配套設(shè)備的開(kāi)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)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 流及未來(lái)的發(fā)展方向。國(guó)外汽車(chē)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)器人的普及是實(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）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(kāi)市場(chǎng)。1.3對(duì)本課題將要解決的主要問(wèn)題及解決問(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(xiě)出相應(yīng)的寫(xiě)作提綱在本次設(shè)計(jì)中，擬應(yīng)用到的文獻(xiàn)涉及機(jī)械原理機(jī)械設(shè)計(jì)類(lèi)，機(jī)械繪圖類(lèi)，機(jī)械工程控制類(lèi)，機(jī)械 工程材料和力學(xué)以及工業(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)器人手臂相關(guān)的技術(shù)以及現(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)程的控制以及其他的注意事項(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(kāi)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(chē)(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)。(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(kāi)合范圍比較大，為0 100mm考慮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(jué)功能。與 機(jī)器人控制最緊密相關(guān)的是觸覺(jué)視覺(jué)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(jué)協(xié)助視覺(jué)，能夠檢測(cè)出對(duì)象更細(xì)微的狀態(tài)?？刂破鳎簷C(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、操作順序及動(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?？筛鶕?jù)機(jī)器人的技術(shù)與經(jīng)濟(jì)要求及工藝任務(wù) 的特點(diǎn)來(lái)選擇系統(tǒng)的具體方案。第7頁(yè)共17頁(yè)陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)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(lèi)夾持式是最常見(jiàn)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(chēng)直進(jìn)型），其中以二支點(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?；剞D(zhuǎn)型手指開(kāi)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(kāi)閉角兩手指張開(kāi)與閉合的兩個(gè)極限位置所夾的角度稱(chēng)為手指的開(kāi)閉角。手指的開(kāi)閉角應(yīng)保證工件 能順利進(jìn)入或脫開(kāi)，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(kāi) 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)象的要求兩指回轉(zhuǎn)型，由根據(jù)機(jī)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), 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2二T20 , b = 66mm R= 24mm ,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：f =0.10(2-1)p 耳 5.5R(2)根據(jù)手指夾持工件的方位，可得握力計(jì)算公式N =0.3tg(v -)= 0.3 5 tg(60 -542)= 15(N)所以2bPRN =82.5(N)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=0.94，并取K, =1.5。若被抓取工件的最大加速度a取 a =3g 時(shí)，貝U : K2 =14g154所以 p實(shí)際=245=527(N)0.94所以?shī)A持工件時(shí)所需夾緊氣缸的驅(qū)動(dòng)力為527 N。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：F1 =(2-3)式中：R -活塞桿上的推力，NFt -彈簧反作用力，NFz-氣缸工作時(shí)的總阻力，NP-氣缸工作壓力，Pa彈簧反作用按下式計(jì)算Gf =式中：Gf -彈簧剛度，N/mFt 二 Gf(1 s)GfGdi4Di3n4Gd i38D1 n1-彈簧預(yù)壓縮量，m.S-活塞行程，m.d1 -彈簧鋼絲直徑，mDi-彈簧平均直徑，m. n-彈簧有效圈數(shù).G-彈簧材料剪切模量，一般取 G= 79.4 109Pa 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4(F1 Ft)-p(2-5)代入有關(guān)數(shù)據(jù)，可得Gd143 8D1 n9_379.4 10(3.5 10 )8 (30 10)3 15= 3677.46(N /m)Ft 二 Gf(1 s)= 3677.46 48 10”= 176.52(N)所以_4(F1 Ft) _4 (490 176.52)”兀pn一 V 兀江0.5江106二 43(mm)查有關(guān)手冊(cè)圓整，得 D =49mm由d/D -0.2 -0.3 ,可得活塞桿直徑d =(0.2 -0.3)D =9.8 -14.7mm圓整后，取活塞桿直徑 d =12mm校核，按公式 F,/： /4d2)c有：d _(4F1/二匚)0.5其中二=120MPa，F(xiàn), =750N則：d _(4 490/二 120)05= 2.28 _ 12滿(mǎn)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 ：:二 DPp/2K(2-6)式中:6- 缸筒壁厚，mmD -氣缸內(nèi)徑，mmPp-實(shí)驗(yàn)壓力，取Pp =1.5P, Pa材料為：ZL3,匚=3MPa代入己知數(shù)據(jù)，則壁厚為：、二 DPp/2p=49 6 105 /(2 3 106)=5.5(mm)?。?5.5mm，則缸筒外徑為：D1 =49 5.5 2=60(mm)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：R=90mm手爪及物體的總重腕部旋轉(zhuǎn)由步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，設(shè)手爪及物體的最大當(dāng)量回轉(zhuǎn)半徑量m=3.5kg,則其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：jj =mR2 2 = 3.5 0.092 /2 = 0.014kg m2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：宀= 3.14/0.3= 10.46667ad/s2負(fù)載啟動(dòng)慣性矩（不計(jì)靜磨擦力矩）：丿仁“ =0.014 10.46667 = 0.1484N m。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：TOut = 2T）= 2 0.1484 = 0.297N m。由于丁。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 N m，步矩角1.8 ，質(zhì)量為0.23kg,電機(jī)外形尺寸：42 42 40.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：0絲杠直徑校核：末端手抓、氣缸及旋轉(zhuǎn)電機(jī)質(zhì)量為：7kg.,螺母及伸出桿質(zhì)量為5kg。設(shè)計(jì)加速度為 a=10m/s查表的剛-剛動(dòng)摩擦因數(shù)：f=0.2貝絲杠軸向載荷：F=fG+ma=12 10+12 10 0.2=144N蝶旋別受力如圖所示，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mr）螺紋工作高度為 h （單位為mr）螺紋距為P （單位為mr）螺母高度為H （單位為mr）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：P = FF P A n d 2hH為了導(dǎo)出設(shè)計(jì)計(jì)算式，令=H/d2o代入上式可得:FP: h P 對(duì)于矩形和梯形螺紋,h=0.5P 則?！盃?wèi)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，為使受力比較均勻，螺紋工作圈數(shù)不宜過(guò)高，故取=1.2。代入公式得 0.8二 2.1m m故初選絲杠 d2=29mm螺距p=6mm此選用T32 6的螺桿，其參數(shù)為：公稱(chēng)直徑d螺距P中徑d? = D2大徑D4小徑d3D132629332526表：滑動(dòng)螺旋副材料的許用壓力P螺桿一螺母的材料滑動(dòng)速度許用壓力鋼一青銅低速18-25< 3.011-1867-10>151-2鋼一鋼低速10-13鋼一鑄鐵<2.413-186|4-7注：當(dāng)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1520%。螺紋牙強(qiáng)度計(jì)算115-47螺母螞紋圈的受力螺紋牙的剪切和彎曲破壞多發(fā)生在螺母。工業(yè)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也丨機(jī)索工It機(jī)器人箱枸設(shè)計(jì)空訂?wèn)丝矗╒）工具幫助曲到庫(kù)中丁 共拿F新逮文件夾名稱(chēng)亠|修改日期|類(lèi)型|大小電缸體014/5/15 星期圖形T3 KE遇手抓部2014/S/1S星期 剋tMM圖形112 KE2014/6/10 星期，Microsoft Offi. . .1,656 KB2014/6/3 星期一 .一AutoCAD 圏形147 KB謝謝朋友對(duì)本文的賞識(shí)，本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）通過(guò)答辯川完整設(shè)計(jì)資料聯(lián)系Qq：2903975429*>參考文獻(xiàn)1 .孫桓、陳作模、葛文杰。機(jī)械原理。高等教育岀版社，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)岀版社，2006.3 .董華梁、彭文生.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ).高等教育岀版社，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，19955 .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.張鐵、謝存禧.機(jī)械人學(xué).華南理工大學(xué)出版社，20047 .曲興華.儀器制造技術(shù).機(jī)械工業(yè)出版社，20108 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