工業(yè)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)【含全套CAD圖紙和WORD說明書】

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1、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)自專業(yè) 000班，陜西 漢中723003 ） 指導(dǎo)教師：000 ［摘要］本文簡要介紹了工業(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) 械手各個部件的整體尺寸設(shè)計(jì)， pic控制的特點(diǎn)。本文對機(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) 動時所需的驅(qū)動力矩和回轉(zhuǎn)氣缸的驅(qū)動力矩。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機(jī)械手進(jìn)行控制， 選取了合適的pic型號，根據(jù)

2、機(jī)械手的工作流程制訂了可編程序控制器的控制方案，畫出了機(jī)械手的工作時序圖， 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頁共17頁 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) The In dustrial robot desig n 000 (Grade00,Class00,Major Mechanical Design. Manufacturing and Automation , 415Dept., Shaa nxi Uni versity of Tech no logy , Hanzhong 723003 , Shaa nxi) Tutor： 000 Ab

3、stract 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

4、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 dr

5、iving 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 an

6、d draw a programmable control device control program. Keyword Industrial robot manipulator 目錄 目錄 3 1引言 5 1.1選題的目的及研究意義 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、研究方法及應(yīng)用領(lǐng) 域等 5 1.3對本課題將要解決的主要問題及解決問題的思路與方法、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)行說明，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

7、2.1.2設(shè)計(jì)時考慮的幾個問題 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) 錯誤！未定義書簽。 2.2.4 Z 軸旋轉(zhuǎn)設(shè)計(jì) 錯誤！未定義書簽。 3傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 錯誤！未定義書簽。 3.1確定減速器總傳動比與各級傳動比 錯誤！未定義書簽。 3.2計(jì)算傳動裝置的運(yùn)動和運(yùn)動參數(shù) 錯誤！未定義書簽。 3.3圓錐齒輪傳動的設(shè)計(jì)計(jì)算 錯誤！未定義書簽。 4軸的計(jì)算和設(shè)計(jì) 錯誤！未定義書簽。 4.1軸一的設(shè)計(jì)

8、 錯誤！未定義書簽。 4.2軸二的設(shè)計(jì) 錯誤！未定義書簽。 5滾子軸承的校核 錯誤！未定義書簽。 5.1滾子軸承校核 錯誤！未定義書簽。 6鍵的校核 錯誤！未定義書簽。 6.1軸一鍵校核 錯誤！未定義書簽。 6.2軸二間校核 錯誤！未定義書簽。 7潤滑方式及密封形式的選擇 錯誤！未定義書簽。 7.1潤滑方式 錯誤！未定義書簽。 7.2密封形式的選擇 錯誤！未定義書簽。 8減速箱體設(shè)計(jì) 錯誤！未定義書簽。 8.1箱體設(shè)計(jì) 錯誤！未定義書簽。 9系統(tǒng)設(shè)計(jì)與PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 錯誤！未定義書簽。 9.1系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 錯誤！未定義書簽。

9、 9.2機(jī)械手的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 錯誤！未定義書簽。 結(jié)論 錯誤！未定義書簽。 致 謝 錯誤！未定義書簽。 參考文獻(xiàn) 16 1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)過程的機(jī)械化、自動化已成為突出的主題?；さ冗B續(xù)性生產(chǎn)過程的自動 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 化的有效辦法；程控機(jī)床、數(shù)控機(jī)床、加工中心等自動化機(jī)械是有效地解決多品種小批量生產(chǎn)自動 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)。

10、 “工業(yè)機(jī)器人”：多數(shù)是指程序可變（編）的獨(dú)立的自動抓取、搬運(yùn)工件、操作工具的裝置（國 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化裝置。機(jī)器人具有結(jié)構(gòu)簡單、成 本低廉、維修容易的優(yōu)勢，但功能較少，適應(yīng)性較差。目前我國常把具有上述特點(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)動機(jī)構(gòu)組成。 手部是 用來抓持工件（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)動機(jī)構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動（擺動）、移

11、動或復(fù)合 運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運(yùn)動機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動 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 專用機(jī)械手有2?3個自由度。 機(jī)械手的種類，按驅(qū)動方式可分為液壓式、氣動式、電動式、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、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迅速發(fā)展起來的綜合學(xué)

12、科。它集中了機(jī)械工程、電子工程、計(jì)算機(jī)工 程、自動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，也是我國科技界跟蹤國際高科技發(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 個國家科技水平和經(jīng)濟(jì)實(shí)力的象征，正受到許多國家的廣泛重視。 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。 據(jù)國際機(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

13、示， 2005年世界新安 裝工業(yè)機(jī)器人121000臺，比2004年的97000臺增長25% 這是繼2003年工業(yè)機(jī)器人安裝數(shù)量重回 增長態(tài)勢后的重大突破， 2005年也成為近15年來世界工業(yè)機(jī)器人新安裝臺數(shù)最多的年份，比上一 個峰值—— 2000年的99000臺增長22000臺。 據(jù)國際機(jī)器人聯(lián)盟統(tǒng)計(jì)局預(yù)測，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， 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)器人類型來看，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

14、人，約達(dá)到43500臺。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。 接下來依次是：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、 17500 臺、13000 臺和 4500 臺。 20世紀(jì)50年代末，美國在機(jī)械手和操作機(jī)的基礎(chǔ)上，采用伺服機(jī)構(gòu)和自動控制等技術(shù)，研制出 有通用性的獨(dú)立的工業(yè)用自動操作裝置，并將其稱為工業(yè)機(jī)器人； 60年代初，美國研制成功兩種 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，美國通用汽

15、車公司用 21臺工業(yè)機(jī)器人組 成了焊接轎車車身的自動生產(chǎn)線。此后，各工業(yè)發(fā)達(dá)國家都很重視研制和應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人。我國工 業(yè)機(jī)器人起步于70年代初期，經(jīng)過20多年的發(fā)展，大致經(jīng)歷了 3個階段：70年代的萌芽期，80 年代的開發(fā)期和90年代的適用化期。 我國工業(yè)機(jī)器人經(jīng)過 20多年的發(fā)展已經(jīng)初具規(guī)模。目前我 國已生產(chǎn)出部分機(jī)器人關(guān)鍵元器件，開發(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。一批國產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人已服務(wù)于國內(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。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)動系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)技

16、術(shù)；機(jī)器人軟件的設(shè)計(jì)和編程技術(shù)；運(yùn)動學(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。 雖然中國的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)在不斷的進(jìn)步中，但和國際同行相比，差距依舊明顯。從市場占有 率來說，更無法相提并論。工業(yè)機(jī)器人很多核心技術(shù)，目前我們尚未掌握，這是影響我國機(jī)器人產(chǎn) 業(yè)發(fā)展的一個重要瓶頸。在發(fā)達(dá)國家中，工業(yè)機(jī)器人自動化生產(chǎn)線成套設(shè)備已成為自動化裝備的主 流及未來的發(fā)展方向。國外汽車行業(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 動化生產(chǎn)線，以保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，同時避免了

17、大量的工傷事故。全球諸多國家近半個 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)自動化生產(chǎn)，提高社會生產(chǎn)效率，推 動企業(yè)和社會生產(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。國際電氣電子工程師協(xié)會 IEEE的科學(xué)家在對 未來科技發(fā)展方向進(jìn)行預(yù)測中提出了 4個重點(diǎn)發(fā)展方向，機(jī)器人技術(shù)就是其中之一。 一個國家要 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)自動化， 提高社 會生產(chǎn)效率的一種十分重要的途徑。我國正在努力發(fā)展工業(yè)機(jī)

18、器人產(chǎn)業(yè)，引進(jìn)國外技術(shù)和設(shè)備，培 養(yǎng)人才，打開市場。 1.3對本課題將要解決的主要問題及解決問題的思路與方法、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)涉及機(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)在國內(nèi)外的發(fā)展趨勢；其次，利用這些資料，可 以在設(shè)計(jì)過程中進(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)過程中的所需 材料的選擇，設(shè)計(jì)與校核計(jì)算，運(yùn)動過程的控制以及其他

19、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)動裝置組成。 共有六個自由度，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) 器人采用電動機(jī)驅(qū)動。這種驅(qū)動方式具有結(jié)構(gòu)簡單、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)動方式。為實(shí)現(xiàn)機(jī)器人靈活自由地移動，驅(qū)動系統(tǒng)使用了蓄電池供 電。電動機(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，但價格較高，而步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動具有成本低，控制系統(tǒng)簡單的優(yōu)點(diǎn)。確定這種機(jī)器人的 6個 關(guān)節(jié)都采用步進(jìn)電驅(qū)動，開環(huán)

20、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、傳動部件和步進(jìn)電機(jī)等。底座部件固定在自 動引導(dǎo)車(AGV上，支持整個操作機(jī)，步進(jìn)電機(jī)固定在底座上，一級同步帶傳動將運(yùn)動傳遞到腰部 回轉(zhuǎn)軸，同時起到減速作用。 (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 器等。作用是支承大臂部件，并完成腰部回轉(zhuǎn)運(yùn)動。在腰部支上固定著驅(qū)動大臂俯仰和小臂俯仰的 電機(jī)。 (3) 大臂部件：包括大臂和傳動部件。 (4) 小臂部件：包括小臂、減速齒輪箱、傳動部件、傳動軸等，在小臂前端(靠近大臂的一端) 固定驅(qū)動手腕三個運(yùn)動的步進(jìn)電機(jī)。

21、(5) 手腕部件：包括手腕殼體、傳動齒輪和傳動軸、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、傳動機(jī)構(gòu)、驅(qū)動系統(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，必須對外界狀況進(jìn)行判斷

22、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對象是否存在，檢測其大概位置、姿勢等狀態(tài)。相 比之下，觸覺協(xié)助視覺，能夠檢測出對象更細(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)動位置、姿態(tài)和軌跡、操作順序及動作時間等。具有編程簡單、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。可根據(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)來選擇系統(tǒng)的具體方案。 第7頁共17頁 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 2工業(yè)機(jī)器

23、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)型和移動型（或稱直進(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)型手指的兩個回 轉(zhuǎn)支點(diǎn)的距離縮小到無窮小時， 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)型手指的手指長度 變成無窮長時，就成為移動型?；剞D(zhuǎn)型

24、手指開閉角較小，結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，應(yīng)用廣泛。移動型 應(yīng)用較少，其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜龐大，當(dāng)移動型手指夾持直徑變化的零件時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)時考慮的幾個問題 （一） 具有足夠的握力（即夾緊力） 在確定手指的握力時，除考慮工件重量外，還應(yīng)考慮在傳送或操作過程中所產(chǎn)生的慣性力和 振動，以保證攻堅(jiān)不致產(chǎn)生松動或脫落。 （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極限位置所夾的角度稱為手指的開閉角。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。對于移動型手指只有開 閉幅度的要求。 （三） 保證工件準(zhǔn)確

25、定位 為使手指和被夾持工件保持準(zhǔn)確的相對位置， 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)動過程中所產(chǎn)生的慣性力和振動的 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

26、示。 2.1.3 手部夾緊氣缸的設(shè)計(jì) 1、手部驅(qū)動力計(jì)算 本課題氣動機(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)的傳動示意圖，其驅(qū)動力為 ： f =0.10  (2-1) p 耳 5.5 R (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 2b P^R N =82.5(N) ⑶實(shí)際驅(qū)動力 (2-2) 1、因?yàn)閭髁C(jī)

27、構(gòu)為齒輪齒條傳動，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，貝U : K2 =1 4 g 15^4 所以 p實(shí)際=245 =527(N) 0.94 所以夾持工件時所需夾緊氣缸的驅(qū)動力為 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的總阻力，其公式為 ： F1 = (2-3) 式中：R -活塞桿上的推力，N Ft -彈簧反作用力，N Fz-氣缸工作時的總阻力，N P-氣缸工作壓力，Pa 彈簧反作用按下式計(jì)算 Gf =

28、 式中：Gf -彈簧剛度，N/m Ft 二 Gf(1 s) Gf Gdi4 Di3n 4 Gd i 3~ 8D1 n 1-彈簧預(yù)壓縮量，m. S-活塞行程，m. d1 -彈簧鋼絲直徑，m Di-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 Gd14 3~ 8D1 n 9 _3 79.4 10 (3.5 10 ) 8 (30 10)3 15 = 36

29、77.46(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)

30、05 = 2.28 _ 12 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 ： :二 DPp/2K］ (2-6) 式中:6- 缸筒壁厚，mm D -氣缸內(nèi)徑，mm Pp-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

31、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，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所需要的時間t=0.3s,則其角加速度： 宀= 3.14/0.3= 10.46667ad/s2 負(fù)載啟動慣性矩（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)不具有瞬時過載能力，故取安全系數(shù)為 2 （不同），則步進(jìn)電機(jī)輸出的啟動轉(zhuǎn)矩 ： T

32、Out = 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: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： 由于傳動機(jī)構(gòu)不需要高精度和高效率的傳動， 因此本次設(shè)計(jì)采用一對梯形螺桿、 螺母的滑動螺旋 傳動。螺桿螺母的螺紋一般選用梯形螺紋，因其傳動效率較高。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。

33、因?yàn)闄C(jī)構(gòu)受力不大，且為轉(zhuǎn)速較低的傳動。螺桿采用 45號鋼制造，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

34、）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 = F F [ 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 ] 對于矩形和梯形螺紋, h=0.5P 則 。?“爲(wèi)] 由表5-12可知:[P]取18MP,對于整體螺母，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： 公稱直徑

35、 d 螺距 P 中徑 d? = D2 大徑 D4 小徑 d3 D1 32 6 29 33 25 26 表：滑動螺旋副材料的許用壓力 ［P］ 螺桿一螺母的材料 滑動速度 許用壓力 鋼一青銅 低速 18-25 < 3.0 11-18 6 7-10 >15 1-2 鋼一鋼 低速 10-13 鋼一鑄鐵 <2.4 13-18 6 | 4-7 注：當(dāng)2.5或人力驅(qū)動時，［p］值可提高20% ;若為剖分螺母時則［p］值應(yīng)降低15?20%。 ③螺紋牙強(qiáng)度計(jì)算 1^15-47螺母螞紋圈的受力 螺紋牙的剪切和彎曲破壞多

36、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] 訂査看（V）工具⑴幫助曲 ?到庫中丁 共拿F 新逮文件夾 名稱亠 |修改日期 |類型 |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 KE 2014/6/10 星期，… Microsoft Offi. . . 1,656 KB 2014/6/3 星期一 .一 AutoCAD 圏形 147 KB 謝謝朋友對本文的賞識，本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）通過答辯川 完整設(shè)計(jì)資料聯(lián)系Qq：2903975429*> 參考文獻(xiàn) [

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