機(jī)械手畢業(yè)設(shè)計(jì)5

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　第一章 緒 論1</b></p><p>　　1.1 機(jī)器人技術(shù)簡(jiǎn)介[1]1</p><p

2、>　　1.2 國(guó)外工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀4</p><p>　　1.2.1工業(yè)機(jī)器人在日本發(fā)展4</p><p>　　1.2.2工業(yè)機(jī)器人在世界其他主要國(guó)家的發(fā)展4</p><p>　　1.2.3工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展前景5</p><p>　　1.3 我國(guó)工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀5</p><p>　　1.4

3、 設(shè)計(jì)方案[2]6</p><p>　　1.4.1 工業(yè)機(jī)器人總體設(shè)計(jì)方案6</p><p>　　1.4.2 本次設(shè)計(jì)要完成的任務(wù)7</p><p>　　第二章 夾持器的設(shè)計(jì)方案8</p><p>　　2.1 夾持器總體方案設(shè)計(jì)[3]8</p><p>　　2.1.1 設(shè)計(jì)要求：8</p>&

4、lt;p>　　2.1.2 主要數(shù)據(jù)：8</p><p>　　2.1.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì):8</p><p>　　2.2 選擇設(shè)計(jì)方案10</p><p>　　2.3 設(shè)計(jì)計(jì)算11</p><p>　　2.3.1 驅(qū)動(dòng)力計(jì)算11</p><p>　　2.3.2 手爪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)12</p><

5、;p>　　2.4 液壓缸參數(shù)計(jì)算及選擇[4]12</p><p>　　2.4.1 設(shè)計(jì)要求12</p><p>　　2.4.2 設(shè)計(jì)計(jì)算12</p><p>　　2.4.3 液壓缸流量計(jì)算14</p><p>　　2.4.4 夾持器液壓缸的選用14</p><p>　　2.4.5 執(zhí)行部件的設(shè)計(jì)說(shuō)明1

6、5</p><p>　　2.4.6 楔塊、滾子的設(shè)計(jì)17</p><p>　　2.4.7 彈簧17</p><p>　　第三章 電動(dòng)伸縮臂18</p><p>　　3.1 電機(jī)的選擇19</p><p>　　3.2 導(dǎo)向桿的設(shè)計(jì)20</p><p>　　3.3 滾珠絲杠的選擇22&l

7、t;/p><p>　　3.4 變速裝置的設(shè)計(jì)[5]24</p><p>　　3.5 電機(jī)參數(shù)的選擇27</p><p>　　3.6 伸縮臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)30</p><p>　　第四章 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)32</p><p>　　4.1 工藝流程圖32</p><p>　　4.2 控制系統(tǒng)的工作原

8、理32</p><p>　　4.3 液壓系統(tǒng)的特點(diǎn)33</p><p>　　4.4 機(jī)械手的工作方式34</p><p>　　4.5 I/O分配圖34</p><p>　　4.6PLC的程序設(shè)計(jì) [6]35</p><p>　　4．6.1程序的總體結(jié)構(gòu)35</p><p>　　4.

9、6.2各部分程序的設(shè)計(jì)35</p><p>　　4.6.3 程序綜合與模擬調(diào)試36</p><p><b>　　結(jié) 論40</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)41</b></p><p><b>　　致 謝42</b></p><p>

10、;<b>　　摘 要</b></p><p>　　工業(yè)機(jī)械手是集機(jī)械、電子、控制、計(jì)算機(jī)等多學(xué)科先進(jìn)技術(shù)于一體的現(xiàn)代化自動(dòng)設(shè)備，它能代替人完成具有大批量、高質(zhì)量要求的工作。</p><p>　　本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括：伸縮臂設(shè)計(jì)、夾持器設(shè)計(jì)和PLC控制系統(tǒng)編程。在吸收有關(guān)工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)方面知識(shí)的基礎(chǔ)上，力求理論聯(lián)系實(shí)際。使用力矩電動(dòng)機(jī)作為伸縮臂的動(dòng)力源，力矩電動(dòng)機(jī)最大的

11、優(yōu)點(diǎn)為能夠準(zhǔn)確定位，取代了以往靠定位柱來(lái)定位的方式。夾持器采用液壓驅(qū)動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)，連桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)為磨損輕，加工容易。控制部分采用FX2N-48MR PLC中的步進(jìn)梯形指令來(lái)實(shí)現(xiàn)，步進(jìn)梯形指令尤其適合于控制關(guān)系復(fù)雜的系統(tǒng)，而且能使編程變得更加容易。</p><p>　　關(guān)鍵詞：機(jī)械手 楔塊夾持器 伸縮臂 PLC 控制系統(tǒng)</p><p><b>　　Abstract</

12、b></p><p>　　Industrial manipulator is a collection of machinery, electronics, control, computers and other multidisciplinary integration of advanced technology in the modern automated equipment; it is a s

13、ubstitute to complete a large amount and quality of the work required. </p><p>　　The main contents of the design include: telescopic design, gripper design and PLC control system programming. In the absorpti

14、on of industrial robot systems on the basis of knowledge, seek to linking theory with reality. The innovation is to use stepper motor telescopic sources of power, stepper motor greatest advantage to be able to accurately

15、 position, which replaces the previous column positioning on the way to positioning. Gripper was in the form of hydraulic drive linkage, the advantage of </p><p>　　Keywords: manipulator telescopic linkage

16、 gripper boom PLC control system </p><p><b>　　第一章 緒 論</b></p><p>　　1.1 機(jī)器人技術(shù)簡(jiǎn)介[1]</p><p>　　“機(jī)器人”一詞起源于捷克語(yǔ)，意為強(qiáng)迫勞動(dòng)力或奴隸。這個(gè)詞是由劇作家 Karel Capek 引入的，他虛構(gòu)創(chuàng)作的機(jī)器人很象 Frankenstei

17、n 博士的怪物 － 由化學(xué)和生物學(xué)方法而不是機(jī)械方法創(chuàng)造的生物。但現(xiàn)在流行文化中的機(jī)械機(jī)器人和這些虛構(gòu)的生物創(chuàng)作物沒(méi)多大區(qū)別。基本上，一個(gè)機(jī)器人包括：</p><p>　　機(jī)械設(shè)備，如可以與周圍環(huán)境進(jìn)行交互的車輪平臺(tái)、手臂或其它構(gòu)造。 </p><p>　　設(shè)備上或周圍的傳感器，可以感知周圍環(huán)境并向設(shè)備提供有用的反饋。 </p><p>　　根據(jù)設(shè)備當(dāng)前的情況處理傳

18、感輸入，并按照情況指示系統(tǒng)執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作的系統(tǒng)。 </p><p>　　在制造業(yè)領(lǐng)域，機(jī)器人的開發(fā)集中在執(zhí)行制造過(guò)程的工程機(jī)器人手臂上。在航天工業(yè)中，機(jī)器人技術(shù)集中在高度專業(yè)的一種行星漫步者上。不同于一臺(tái)高度自動(dòng)化的制造業(yè)設(shè)備，行星漫步者在月亮黑暗的那一面工作 － 沒(méi)有無(wú)線電通訊 － 可能碰到意外的情況。至少，一個(gè)行星漫步者必須具備某種傳感輸入源、某種解釋該輸入的方法和修改它的行動(dòng)以響應(yīng)改變著的世界的方法。此外，對(duì)

19、感知和適應(yīng)一個(gè)部分未知的環(huán)境的需求需要智能（換句話說(shuō)就是人工智能）。</p><p>　　從軍事科技和空間探索到健康產(chǎn)業(yè)和商業(yè)，使用機(jī)器人的優(yōu)勢(shì)已經(jīng)被認(rèn)識(shí)到了這種程度 － 它們正在成為我們集體經(jīng)驗(yàn)和日常生活的一部分。</p><p>　　它們能把我們從危險(xiǎn)和枯燥中解脫出來(lái)：</p><p>　　1、安全：機(jī)器人技術(shù)已經(jīng)被開發(fā)用于處理核能和放射性化學(xué)制品的很多不同用途

20、，包括核武器、電廠、環(huán)境清潔和某些藥品的處理。 </p><p>　　2、不愉快的事：機(jī)器人執(zhí)行很多乏味、不愉快但必需的任務(wù)，如焊接和看門工作。 </p><p>　　3、重復(fù)和精度：裝配線工作已經(jīng)成為機(jī)器人技術(shù)工業(yè)的一個(gè)中流砥柱。機(jī)器人被廣泛地用于制造業(yè)，而且，在強(qiáng)調(diào)最小維護(hù)需求的空間探索中，使用機(jī)器人更具有吸引力。 </p><p>　　機(jī)械平臺(tái) － 硬件基礎(chǔ)&

21、lt;/p><p>　　一個(gè)機(jī)器人包括兩個(gè)主要部分：機(jī)器人的身體和某種形式的人工智能（artificial intelligence，AI）系統(tǒng)。很多不同的身體部分都可以叫做機(jī)器人。關(guān)節(jié)手臂被用于焊接和上漆；起重機(jī)和傳送帶系統(tǒng)在工廠中運(yùn)送零件；巨型機(jī)器人機(jī)器搬運(yùn)礦井深處的泥土。一般說(shuō)來(lái)，機(jī)器人最有趣的一個(gè)方面是它們的行為，這需要一種形式的智能。機(jī)器人最簡(jiǎn)單的行為是移動(dòng)。典型地，輪子被作為讓機(jī)器人從一點(diǎn)移動(dòng)到下一點(diǎn)的基

22、本機(jī)械裝置。還需要某種力（如電力）讓輪子在命令時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)。</p><p><b>　　電動(dòng)機(jī) </b></p><p>　　很多種電動(dòng)機(jī)向機(jī)器人提供能源，讓它們用不同的編程動(dòng)作搬運(yùn)材料、零件、工具或?qū)Ｓ迷O(shè)備。電動(dòng)機(jī)的效率等級(jí)表明多少消耗的電量轉(zhuǎn)化成機(jī)械能。讓我們看看現(xiàn)代機(jī)器人技術(shù)中目前被使用的一些機(jī)械設(shè)備。</p><p>　　1、直流電機(jī)

23、： 永久磁鐵，直流（Permanent-magnet，direct-current，PMDC）電機(jī)只需要兩根導(dǎo)線，使用固定磁鐵、電磁鐵（定子和轉(zhuǎn)子）和開關(guān)。這些組成一個(gè)換向器來(lái)通過(guò)旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)。 </p><p>　　2、交流電機(jī)： 交流電機(jī)在輸入導(dǎo)線循環(huán)能源，連續(xù)地運(yùn)動(dòng)磁場(chǎng)。直流電機(jī)和交流電機(jī)在收到一個(gè)信號(hào)時(shí)會(huì)全速運(yùn)轉(zhuǎn)。 </p><p>　　3、步進(jìn)電機(jī) ：步進(jìn)電機(jī)就像沒(méi)有電刷的

24、直流或交流電機(jī)。它通過(guò)按順序（步進(jìn)地）向電動(dòng)機(jī)中不同的磁鐵提供能源使其運(yùn)轉(zhuǎn)。步進(jìn)電機(jī)設(shè)計(jì)的目的是更好的控制，它不會(huì)只在命令時(shí)旋轉(zhuǎn)，還能夠以任意的“步／每秒”（最高到它的最大速度）的速度旋轉(zhuǎn)。 </p><p>　　4、伺服電動(dòng)機(jī)：伺服電動(dòng)機(jī)是閉合線圈設(shè)備。在收到信號(hào)時(shí)，它可以自我調(diào)整直到與該信號(hào)匹配。伺服電動(dòng)機(jī)用于無(wú)線電控制的飛機(jī)和汽車。它是有傳動(dòng)裝置和反饋控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)單的直流電動(dòng)機(jī)。 </p>&

25、lt;p><b>　　驅(qū)動(dòng)機(jī)制 </b></p><p>　　1、齒輪和鏈條： 齒輪和鏈條是機(jī)械平臺(tái)，它提供了一種向另一個(gè)地方傳送轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)作的強(qiáng)大而精確的途徑（可能在傳送的時(shí)候改變了動(dòng)作）。兩個(gè)齒輪之間速度的改變?nèi)Q于每個(gè)齒輪上齒的數(shù)目。當(dāng)加電的齒輪旋轉(zhuǎn)一周時(shí)，它根據(jù)齒輪上的齒數(shù)來(lái)拉動(dòng)鏈條。 </p><p>　　2、滑輪和皮帶： 滑輪和皮帶是機(jī)器人所使用

26、的兩種另外的機(jī)械平臺(tái)，工作的方式與齒輪和鏈條一樣?；喪禽喚売邪疾鄣妮喿?，皮帶是可以放進(jìn)這個(gè)凹槽的橡皮圈。 </p><p>　　3、變速箱： 變速箱運(yùn)轉(zhuǎn)的原理與齒輪和鏈條一樣，不過(guò)沒(méi)有鏈條。變速箱需要更精密的公差配合，因?yàn)椴皇鞘褂靡粭l又大又松的鏈條來(lái)傳送力量，也不用調(diào)整錯(cuò)位，齒輪之間直接和對(duì)方嚙合。變速箱的示例可以在汽車的傳動(dòng)裝置、落地大座鐘的定時(shí)機(jī)制和打印機(jī)的送紙裝置中找到。</p><p

27、><b>　　電源</b></p><p>　　電源一般通過(guò)兩種電池提供。一次電池使用過(guò)一次就被丟棄；二次電池以一種（通常是）可逆的化學(xué)反應(yīng)工作，可以多次充電。一次電池有較高的容量和較低的自放電率。二次（可充電）電池比一次電池電量小，但可以重復(fù)充電，按化學(xué)反應(yīng)和環(huán)境的不同可以多達(dá)一千次。一般可充電電池第一次使用可以為電器或機(jī)器人提供 4 小時(shí)連續(xù)工作的能源。 </p>&

28、lt;p>　　理論上機(jī)器人可以使用幾百種不同類型和形式的電池。電池按化學(xué)反應(yīng)和規(guī)格分類，按電壓和電量分級(jí)。電池的電壓由電池的化學(xué)反應(yīng)決定，容量由化學(xué)反應(yīng)和規(guī)格兩者共同決定。</p><p><b>　　傳感器</b></p><p>　　機(jī)器人根據(jù)瞬間測(cè)量作出反應(yīng)，這需要不同種類的傳感器。 多數(shù)系統(tǒng)中對(duì)時(shí)間的感知是通過(guò)電路和編程中內(nèi)建的。要想在實(shí)際中讓這個(gè)具有生

29、產(chǎn)性，機(jī)器人必須有感知硬件和軟件，還要能快速地更新。不管傳感器硬件或軟件如何，感知和傳感器可以被當(dāng)作與外部事件交互（換句話說(shuō)就是外部世界）。傳感器測(cè)量世界的某個(gè)屬性。變換器（transducer）一詞經(jīng)常與傳感器一詞交替使用。交換器是傳感器的機(jī)制或元素，它將測(cè)量到的能源轉(zhuǎn)換成另一種形式的能源。傳感器接收能源并傳送一個(gè)信號(hào)到顯示器或計(jì)算機(jī)。傳感器使用變換器將輸入的信號(hào)（聲音、光線、壓力、溫度等）改變成機(jī)器人可以使用的模擬或數(shù)字形式。 &l

30、t;/p><p>　　1、邏輯傳感器： 傳感器的一個(gè)強(qiáng)大的抽象是邏輯傳感器，它是提供一個(gè)對(duì)象的傳感單元或模塊。它包括物理傳感器的信號(hào)處理和提取感知所需的軟件處理。 </p><p>　　2、本體感受傳感器： 本體感受是航位推測(cè)法，機(jī)器人可以測(cè)量來(lái)自本身的信號(hào)。 </p><p>　　3、接近傳感器： 接近傳感器測(cè)量環(huán)境中傳感器和對(duì)象之間相對(duì)的距離。 </p>

31、<p>　　4、紅外線（IR）傳感器： 另一種活動(dòng)的接近傳感器是紅外線傳感器。它發(fā)出接近紅外線的能量并測(cè)量有沒(méi)有相當(dāng)多的紅外線返回。 </p><p>　　5、碰撞和觸角傳感器： 另一類常見(jiàn)的機(jī)器人感知是觸覺(jué)的，或基于觸摸的，用碰撞和觸角來(lái)完成。觸角和觸須由牢固的電線構(gòu)成。碰撞傳感器通常是機(jī)器人上一個(gè)突出的環(huán)，包括兩層。 </p><p><b>　　微控制器系統(tǒng)&

32、lt;/b></p><p>　　微控制器（Microcontrollers，MCU）是機(jī)器人內(nèi)部使用的智能電子設(shè)備。它提供的功能類似于個(gè)人電腦內(nèi)部的微處理器（中央處理單元或 CPU）所執(zhí)行的功能。MCU 速度較慢，使用的內(nèi)存比 CPU 少，設(shè)計(jì)目的是現(xiàn)實(shí)世界的控制問(wèn)題。CPU 和 MCU 之間的一個(gè)主要區(qū)別是運(yùn)行所需的外部組件的數(shù)目。MCU 經(jīng)常可以不需要外部部件就能運(yùn)行，一般只需要一個(gè)外部晶體或振蕩器。

33、</p><p>　　微控制器有四個(gè)基本方面：速度、容量、存儲(chǔ)器和其它。速度以時(shí)鐘周期指定，通常以每秒百萬(wàn)個(gè)周期（兆赫茲（Megahertz，MHz）計(jì)量。周期的使用根據(jù)不同的MCU 而不同，這影響到處理器的可用速度。容量指定 MCU 可以一步處理的信息的字節(jié)數(shù) － 它自然的信息簇。MCU 有 4 位、8 位、16 位和 32 位的，8 位的 MCU 是最常見(jiàn)的容量。MCU 在大多數(shù) ROM 中的計(jì)數(shù)單位是千字節(jié)

34、（KB），在 RAM 中是字節(jié)。很多 MCU 使用 Harvard 體系，程序保存在內(nèi)存的一段中（通常是內(nèi)部的或外部的SRAM）。然后這就能夠讓處理器更有效地訪問(wèn)獨(dú)立的內(nèi)存。</p><p>　　R/C 伺服電動(dòng)機(jī)： 用于無(wú)線電控制模型（汽車、飛機(jī)等）的伺服電動(dòng)機(jī)在很多種較小的機(jī)器人中很有用，因?yàn)樗o湊而且相當(dāng)便宜。伺服電動(dòng)機(jī)本身有內(nèi)建的電動(dòng)機(jī)、變速箱、位置反饋機(jī)制和控制電路。標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線電控制伺服電動(dòng)機(jī)在航模、車

35、模、船模中使用，可用來(lái)制作手臂、腿和其它來(lái)回移動(dòng)而不是轉(zhuǎn)圈的機(jī)械附屬肢體。 </p><p>　　仿人類系統(tǒng)（Animatronic systems） </p><p>　　仿人類系統(tǒng)是模仿人類并且看起來(lái)也象人類的機(jī)器人系統(tǒng)。android 就是人形機(jī)器人 － 換句話說(shuō)，是看起來(lái)象人類的機(jī)器人。 </p><p>　　氣體力學(xué)： 氣體力學(xué)是在大量商業(yè)機(jī)器人中使用的流

36、體動(dòng)力的名稱。氣體力學(xué)還用于多種仿生系統(tǒng)，這些系統(tǒng)屬于流體動(dòng)力的范疇。流體動(dòng)力的一個(gè)更廣為人知的分支是水力學(xué)。</p><p>　　1.2 國(guó)外工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　1.2.1工業(yè)機(jī)器人在日本發(fā)展</p><p>　　日系是工業(yè)機(jī)器人制造的主要派系，其代表有FANUC、安川、川崎、OTC、松下、不二越等國(guó)際知名公司。</p>&

37、lt;p>　　FANUC是世界上最大的機(jī)器人制造商之一。FANUC的前身致力于數(shù)控設(shè)備和伺服電機(jī)系統(tǒng)的研制和生產(chǎn)。1972年從日本富士通公司的計(jì)算機(jī)控制部門獨(dú)立出來(lái)成立了FANUC公司。FANUC公司的主要業(yè)務(wù)分為兩部分：工業(yè)機(jī)器人和工廠自動(dòng)化。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2008年6月末，其生產(chǎn)的機(jī)器人突破20萬(wàn)臺(tái)。FANUC最新研發(fā)的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品有：R-2000iA系列多功能智能機(jī)器人。具有獨(dú)特的視覺(jué)和壓力傳感器，可以將隨意堆放的工件撿起并

38、完成裝配；Y44CCLDiA高功率LD YAG激光機(jī)器人。研制安裝的4.4kwLD YAG激光振蕩器，提高了效率和可靠性。</p><p>　　安川公司于1977年研制出第一臺(tái)全自動(dòng)工業(yè)機(jī)器人，旗下?lián)碛蠱otoman美國(guó)、瑞典、德國(guó)以及Synetics Solutions美國(guó)公司等子公司。其核心的工業(yè)機(jī)器人有點(diǎn)焊和弧焊機(jī)器人，油漆和處理機(jī)器人，LCD玻璃板傳輸機(jī)器人和半導(dǎo)體晶片傳輸機(jī)器人等。近年來(lái)安川生產(chǎn)的新型液

39、晶玻璃板搬運(yùn)機(jī)器人受到市場(chǎng)歡迎。此外，安川還是將工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用于半導(dǎo)體領(lǐng)域最早廠商之一。</p><p>　　川崎公司生產(chǎn)出了日本第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人，對(duì)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)做出了不可磨滅的貢獻(xiàn)。川崎生產(chǎn)的噴涂機(jī)器人、焊接和組裝機(jī)器人、半導(dǎo)體工業(yè)用機(jī)器人也很受市場(chǎng)歡迎</p><p>　　1.2.2工業(yè)機(jī)器人在世界其他主要國(guó)家的發(fā)展</p><p>　　美國(guó)是工業(yè)機(jī)器人的誕生

40、地，基礎(chǔ)雄厚，技術(shù)先進(jìn)?，F(xiàn)今美國(guó)有著一批具有國(guó)際影響力的工業(yè)機(jī)器人供應(yīng)商，像Adept Technologe 、American Robot 、Emersom Industrial Automation 等。</p><p>　　德國(guó)工業(yè)機(jī)器人的數(shù)量占世界第三，僅次于 日本和美國(guó)，其智能機(jī)器人的研究和應(yīng)用在世界上處于領(lǐng)先地位。目前在普及第一代工業(yè)機(jī)器人的基礎(chǔ)上，第二代工業(yè)機(jī)器人經(jīng)推廣應(yīng)用成為主流安裝機(jī)型，而第三代

41、智能機(jī)器人已占有一定比重并成為發(fā)展的方向。</p><p>　　世界上的機(jī)器人供應(yīng)商分為日系和歐系。瑞典的ABB公司是世界上最大機(jī)器人制造公司之一。1974年研發(fā)了世界上第一臺(tái)全電控式工業(yè)機(jī)器人IRB6，主要應(yīng)用于工件的取放和物料搬運(yùn)。1975年生產(chǎn)出第一臺(tái)焊接機(jī)器人。到1980年兼并Trallfa噴漆機(jī)器人公司后，其機(jī)器人產(chǎn)品趨于完備。ABB公司制造的工業(yè)機(jī)器人廣泛應(yīng)用在焊接、裝配鑄造、密封涂膠、材料處理、包裝

42、、噴漆、水切割等領(lǐng)域。</p><p>　　德國(guó)的KUKA Roboter Gmbh公司是世界上幾家頂級(jí)工業(yè)機(jī)器人制造商之一。1973年研制開發(fā)了KUKA的第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人。年產(chǎn)量達(dá)到一萬(wàn)臺(tái)左右。所生產(chǎn)的機(jī)器人廣泛應(yīng)用在儀器、汽車、航天、食品、制藥、醫(yī)學(xué)、鑄造、塑料等工業(yè)，主要用于材料處理、機(jī)床裝備、包裝、堆垛、焊接、表面休整等領(lǐng)域。</p><p>　　意大利COMAU公司從1978年開

43、始研制和生產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人，至今已有30多年的歷史。其機(jī)器人產(chǎn)品包括Smart系列多功能機(jī)器人和MASK系列龍門焊接機(jī)器人。廣泛應(yīng)用于汽車制造、鑄造、家具、食品、化工、航天、印刷等領(lǐng)域。</p><p>　　1.2.3工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展前景</p><p>　　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

44、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。</p><p>　　日本工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)早在上世紀(jì)90年代就已經(jīng)普及了第一和第二類工業(yè)機(jī)器人，并達(dá)到了其工業(yè)機(jī)器人發(fā)展史的鼎盛時(shí)期。而今已在第發(fā)展三、四類工業(yè)機(jī)器人的路上取得了舉世矚目的成就。日本

45、下一代機(jī)器人發(fā)展重點(diǎn)有：低成本技術(shù)、高速化技術(shù)、小型和輕量化技術(shù)、提高可靠性技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)、高精度化技術(shù)、視覺(jué)和觸覺(jué)等傳感器技術(shù)等。</p><p>　　1.3 我國(guó)工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　我國(guó)工業(yè)機(jī)器人從二十世紀(jì) 80 年代“七五”科技攻關(guān)開始起步，在國(guó)家的支持下，863 機(jī)器人技術(shù)主題對(duì)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展作了重要戰(zhàn)略調(diào)整，從單純的研發(fā)機(jī)器人技術(shù)向機(jī)器人技

46、術(shù)與自動(dòng)化工藝裝備擴(kuò)展，將中心任務(wù)定義為“研究和開發(fā)面向先進(jìn)制造的機(jī)器人制造單元及系統(tǒng)，自動(dòng)化裝備、特種機(jī)器人，促進(jìn)傳統(tǒng)機(jī)器的智能化和機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，提高我國(guó)自動(dòng)化技術(shù)的整體水平”。</p><p>　　通過(guò)“七五”、“八五”科技攻關(guān)，目前已基本掌握了機(jī)器人操作機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)制造技術(shù)，解決了工業(yè)機(jī)器人控制、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)技術(shù)，機(jī)器人軟件的設(shè)計(jì)和編程等關(guān)鍵技術(shù)，還掌握了弧焊、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

47、的開發(fā)和制造技術(shù)，掌握了運(yùn)動(dòng)學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù)，生產(chǎn)了部分機(jī)器人關(guān)鍵元器件，開發(fā)出噴漆、弧焊、點(diǎn)焊、裝配、搬運(yùn)等機(jī)器人。其中有 130 多臺(tái)套噴漆機(jī)器人在二十余家企業(yè)的近30 條自動(dòng)噴漆生產(chǎn)線上獲得規(guī)模應(yīng)用，弧焊機(jī)器人已應(yīng)用在汽車制造廠的焊裝線上。</p><p>　　總體來(lái)看，我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國(guó)外比還有一定的距離，如：可靠性低于國(guó)外產(chǎn)品；機(jī)器人應(yīng)用工程起步較晚，應(yīng)用領(lǐng)域窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與

48、國(guó)外有差距；在應(yīng)用規(guī)模上，我國(guó)已安裝的國(guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人，約占全球已安裝臺(tái)數(shù)的 0.5%。</p><p>　　以上原因主要是沒(méi)有形成機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，當(dāng)前我國(guó)的機(jī)器人生產(chǎn)都是應(yīng)用戶的要求，“一客戶，一次重新設(shè)計(jì)”，品種規(guī)格多、批量小、零部件通用化程度低、供貨周期長(zhǎng)、成本也不低，而且質(zhì)量、可靠性不穩(wěn)定。因此迫切需要解決產(chǎn)業(yè)化前期的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行全面規(guī)劃，搞好標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化、模塊化設(shè)計(jì)，積極推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

49、</p><p>　　我國(guó)的智能機(jī)器人和特種機(jī)器人在“863”計(jì)劃的支持下，也取得了不少成果。其中最為突出的是水下機(jī)器人，6000米水下無(wú)纜機(jī)器人的成果居世界領(lǐng)先水平，還開發(fā)出直接遙控機(jī)器人、雙臂協(xié)調(diào)控制機(jī)器人、爬壁機(jī)器人、管道機(jī)器人等機(jī)種；在機(jī)器人視覺(jué)、力覺(jué)、觸覺(jué)、聲覺(jué)等基礎(chǔ)技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用上開展了不少工作，有了一定的發(fā)展基礎(chǔ)，但是在多傳感器信息融合控制技術(shù)、遙控加局部自主系統(tǒng)遙控機(jī)器人、智能裝配機(jī)器人、機(jī)器人化

50、機(jī)械等的開發(fā)應(yīng)用方面則剛剛起步，與國(guó)外先進(jìn)水平差距較大，需要在原有成績(jī)的基礎(chǔ)上，有重點(diǎn)地系統(tǒng)攻關(guān)，才能形成系統(tǒng)配套可供實(shí)用的技術(shù)和產(chǎn)品。</p><p>　　1.4 設(shè)計(jì)方案[2]</p><p>　　1.4.1 工業(yè)機(jī)器人總體設(shè)計(jì)方案</p><p>　　機(jī)械手是模仿人的手部動(dòng)作，按照給定程序，軌跡和要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓取，搬運(yùn)和操作的自動(dòng)裝置，它是機(jī)械化，自動(dòng)化的重要

51、手段。因此，獲得了日益廣泛的應(yīng)用，特別是在高溫，高壓，危險(xiǎn)，易燃，易爆，放射性等惡劣環(huán)境，以及笨重，單調(diào)，頻繁的操作中，它代替了人的工作，具有重要意義。在機(jī)械加工中，沖壓，鑄，鍛，焊，熱處理，電鍍，噴漆，裝配以及輕工業(yè)，交通運(yùn)輸，國(guó)防工業(yè)等方面，也愈來(lái)愈引起人們的重視。</p><p>　　機(jī)械手一般由執(zhí)行機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，控制機(jī)構(gòu)以及位置檢測(cè)機(jī)構(gòu)等組成，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)可以采取液壓傳動(dòng)，氣動(dòng)傳動(dòng)，電氣傳動(dòng)和機(jī)械傳動(dòng)等形式

52、，而多數(shù)采用電機(jī)液聯(lián)合傳動(dòng)。</p><p>　　該機(jī)械手是將圓柱形零件從傳送帶上夾送到專用機(jī)床上，待加工完成后再夾裝回傳送帶的專用機(jī)械手。機(jī)械手總體設(shè)計(jì)分為夾持器，伸縮臂，升降臂和底座四部分設(shè)計(jì)及兩個(gè)系統(tǒng)：PC控制系統(tǒng)及液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)。夾持器安裝在在伸縮臂上，伸縮臂安裝在升降臂上，升降臂安裝在底座上。連接方式均為法蘭盤螺栓連接。</p><p>　　機(jī)械手的動(dòng)作要求分為13步。從原位開始—

53、—伸縮臂伸出——夾持器夾緊——升降臂上升——底座回轉(zhuǎn)——夾持器松開——伸縮臂縮回；待加工完成后，伸縮臂伸出——夾持器夾緊——底座回轉(zhuǎn)——升降臂下降-----夾持器松開——伸縮臂縮回，準(zhǔn)備下次循環(huán)。</p><p>　　主要技術(shù)參數(shù):圓柱形零件的尺寸為直徑80毫米，高為150毫米，機(jī)械手回轉(zhuǎn)角度為90度，升降高度為500毫米，伸縮長(zhǎng)度為300毫米。機(jī)械手工作示意圖如圖1-1所示。</p><p&

54、gt;　　圖1-1 機(jī)械手總體方案</p><p>　　本設(shè)計(jì)為工業(yè)機(jī)器人機(jī)械手伸縮臂設(shè)計(jì)，機(jī)器人通過(guò)伸縮臂的伸縮動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)工件的直線位移。</p><p>　　1.4.2 本次設(shè)計(jì)要完成的任務(wù)</p><p>　　1.確定機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方式，本次設(shè)計(jì)中采用了力矩電機(jī)驅(qū)動(dòng)伸縮臂，液壓缸驅(qū)動(dòng)夾持器。</p><p>　　2.設(shè)計(jì)機(jī)械手的動(dòng)作方式，

55、本次設(shè)計(jì)中用雙導(dǎo)向桿的伸縮來(lái)實(shí)現(xiàn)伸縮臂的伸出和縮回動(dòng)作，用楔塊式平移夾持器來(lái)完成機(jī)械手夾持工件的動(dòng)作。</p><p>　　3.傳動(dòng)部件的選擇，本次設(shè)計(jì)中伸縮臂的傳動(dòng)部件是滾珠絲杠，設(shè)計(jì)中包含了對(duì)滾珠絲杠的計(jì)算選擇和性能校核；夾持器部分主要完成了對(duì)液壓缸的選擇和滾子及夾持器臂的設(shè)計(jì)及校核。</p><p>　　4.控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及設(shè)計(jì)所用到的各元器件的選擇，包括液壓控制部分的設(shè)計(jì)及液壓缸及

56、各種控制閥的選擇和PLC控制部分的設(shè)計(jì)。</p><p>　　第二章 夾持器的設(shè)計(jì)方案</p><p>　　2.1 夾持器總體方案設(shè)計(jì)[3]</p><p>　　2.1.1 設(shè)計(jì)要求：</p><p>　　1.夾持器要有足夠的夾持力；</p><p>　　2.夾持器是靠法蘭聯(lián)接在手臂上，由液壓缸提供動(dòng)力；</p&

57、gt;<p>　　3.要求結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量輕。</p><p>　　2.1.2 主要數(shù)據(jù)：</p><p>　　1.采用雙指手爪式的夾持器，執(zhí)行的動(dòng)作為抓緊——放松；</p><p>　　2.所要抓緊的工件直徑為80mm。放松動(dòng)作時(shí)兩爪間最大距離為110-120mm；</p><p>　　抓持速度為20mm／s，由運(yùn)動(dòng)分析及所需夾

58、持力得到機(jī)構(gòu)各部分尺寸；</p><p>　　3.工件重約6kg,材質(zhì)：45#鋼；</p><p>　　2.1.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì):</p><p><b>　　1.設(shè)計(jì)任務(wù)：</b></p><p>　?。?）.確定手爪的各部分的材料、尺寸；</p><p>　?。?）.計(jì)算執(zhí)行動(dòng)作時(shí)所需的夾持力、驅(qū)

59、動(dòng)力；</p><p>　?。?）.選擇合適的液壓缸，即由驅(qū)動(dòng)力的大小計(jì)算油缸的行程、流量、壓力、缸徑。</p><p><b>　　2.方案選擇：</b></p><p>　　方案(Ⅰ) 楔塊杠桿式回轉(zhuǎn)型夾持器</p><p>　　圖2-1 楔塊夾持器</p><p>　　方案(Ⅱ) 單支點(diǎn)回

60、轉(zhuǎn)型滑槽式夾持器</p><p>　　圖2-2回轉(zhuǎn)型滑槽式夾持器</p><p>　　方案(Ⅲ) 齒輪齒條杠桿式手部</p><p>　　圖2-3 齒輪齒條杠桿式手部</p><p>　　方案(Ⅳ) 雙支點(diǎn)連桿杠桿式手部</p><p>　　圖2-4 連桿杠桿式夾持器</p><p>　　上

61、述四種方案為目前廣泛應(yīng)用于工業(yè)機(jī)械手手部設(shè)計(jì)的方案，其中，齒輪齒條杠桿式手部傳動(dòng)精度比較高，但是由于它是采用齒輪傳動(dòng)，通常成本比較高，一般應(yīng)用于傳動(dòng)精度要求較高的場(chǎng)合；楔塊杠桿式回轉(zhuǎn)型夾持器所能夾持的角度比較小，一般應(yīng)用于夾持直徑比較小、夾持和松開狀態(tài)下張角較小的情況下；單支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型滑槽式手部造價(jià)底，應(yīng)用比較廣泛，但是其傳動(dòng)精度一般較??；雙支點(diǎn)連桿杠桿式手部傳動(dòng)平穩(wěn)，能完成較大角度的夾持動(dòng)作，同時(shí)，由于其主要的作用構(gòu)件為連桿，造價(jià)一般較

62、底，適用于一般的場(chǎng)合，</p><p>　　2.2 選擇設(shè)計(jì)方案</p><p>　　綜合分析以上幾種夾持器的優(yōu)點(diǎn)和不足，在此次設(shè)計(jì)中，考慮到夾持的工件直徑不大，用楔塊式夾持器完全可以滿足工作要求；考慮到夾持工件時(shí)的穩(wěn)定性和動(dòng)作精度的要求，使用平移夾持方式實(shí)現(xiàn)動(dòng)作比較理想，因此，我采用楔塊式平移夾持器；同時(shí)，夾持器作為工業(yè)機(jī)械手的末端執(zhí)行器，要求其重量相對(duì)較輕，手部尺寸不能太長(zhǎng)，經(jīng)綜合分析

63、，選定液壓缸驅(qū)動(dòng)作為該機(jī)械手的動(dòng)力源，至此，整個(gè)夾持器的方案選擇為由液壓缸驅(qū)動(dòng)的用楔塊式平移夾持器結(jié)構(gòu)。</p><p>　　圖 2-5 夾持器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖</p><p><b>　　2.3 設(shè)計(jì)計(jì)算</b></p><p>　　2.3.1 驅(qū)動(dòng)力計(jì)算</p><p>　　抓取的圓柱體直徑為80mm,高為150mm,45#

64、 鋼 。</p><p><b>　　工件質(zhì)量 </b></p><p>　　夾緊力 （2.1）</p><p>　　系數(shù) K: 1.2~2 取K=1.6</p><p>　　K: K=1+ 得K=1.9</p><p><

65、b>　　K: K=4</b></p><p><b>　　取F=1000 N</b></p><p>　　驅(qū)動(dòng)力 （2.2）</p><p>　　b/c=4/3 α=20</p><p>　　*1000=912.05 N</p>

66、<p><b>　　（2.3）</b></p><p>　　: 機(jī)構(gòu)傳動(dòng)效率 =0.85~0.9 取=0.9</p><p>　　2.3.2 手爪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　圖2-6 夾持器結(jié)構(gòu)</p><p>　　1.活塞桿，2.楔塊，3.滾輪，4.輔助桿，5夾持器手爪，6.夾持器臂，7.彈簧<

67、;/p><p>　　在圖2-6中,夾持器工作時(shí)，由液壓缸活塞桿1推動(dòng)楔快2向前運(yùn)動(dòng)，從而使夾持器臂6左端的滾輪互相分開，使夾持器手爪實(shí)現(xiàn)夾緊，夾持器處于夾持狀態(tài)；夾持器分開時(shí)，活塞桿縮回，在彈簧的作用下，夾持器張開。</p><p>　　2.4 液壓缸參數(shù)計(jì)算及選擇[4]</p><p>　　2.4.1 設(shè)計(jì)要求</p><p>　　機(jī)械手液壓系

68、統(tǒng)與其他機(jī)器的液壓系統(tǒng)具有許多共性，其中最突出的特點(diǎn)是緩沖與定位問(wèn)題。從生產(chǎn)效率來(lái)講，機(jī)械手正常工作速度越快越好。但從穩(wěn)定性、緩沖與定位精度來(lái)考慮，速度太大，緩沖與定位就不容易達(dá)到。為達(dá)到運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性和定位精度要求，一般在定位前采取緩沖制動(dòng)措施，從液壓原理上講是增加液壓阻尼力，在液壓缸結(jié)構(gòu)上緩沖或緩沖回路。</p><p>　　2.4.2 設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　（1）.液壓缸驅(qū)動(dòng)力F

69、=912.05 N</p><p>　　選工作壓力 P=1Mpa</p><p>　　液壓缸內(nèi)徑 （2.4）</p><p><b>　　取標(biāo)準(zhǔn)液壓缸內(nèi)徑 </b></p><p><b>　　活塞桿直徑 </b></p><p>&

70、lt;b>　　活塞厚 </b></p><p><b>　　缸筒長(zhǎng)度 </b></p><p><b>　　導(dǎo)向筒長(zhǎng)度 </b></p><p><b>　?。?）活塞行程</b></p><p>　　①.抓取80mm工件時(shí)，液壓缸活塞桿的行程如圖2-7所示&

71、lt;/p><p>　　圖2-7抓取工件時(shí)活塞行程分析</p><p><b>　　x </b></p><p>　?、?.當(dāng)手爪放松狀態(tài)最大爪距120mm時(shí)</p><p>　　圖2-8 夾持器放松時(shí)活塞的行程圖示意</p><p>　　楔塊在水平方向上的位移為</p>

72、<p>　　取標(biāo)準(zhǔn)液壓缸行程 S=20mm</p><p>　　2.4.3 液壓缸流量計(jì)算</p><p><b>　　放松時(shí)的流量:</b></p><p><b>　?。?.5）=</b></p><p>　　=1.131 L/min</p><p><b

73、>　　夾緊時(shí)流量 ：</b></p><p><b>　?。?.6）</b></p><p><b>　　計(jì)算得流量為</b></p><p>　　2.4.4 夾持器液壓缸的選用</p><p>　　根據(jù)夾持器的驅(qū)動(dòng)力由液壓缸提供的原則選用液壓缸已滿足該工作場(chǎng)合的使用。本方案選用了

74、W70/140L-1系列輕型拉桿液壓缸，與同等壓力等級(jí)液壓缸相比，該液壓缸具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，零件通用化程度高和安裝形式多樣等特點(diǎn)，該液壓缸符合本方案結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量輕的設(shè)計(jì)思想。</p><p>　　液壓缸參數(shù)見(jiàn)表2-1：</p><p>　　表2-1 液壓缸的參數(shù)</p><p>　　2.4.5 執(zhí)行部件的設(shè)計(jì)說(shuō)明</p><p>　　夾持

75、器的手爪采用V形爪結(jié)構(gòu)(如圖2-9)</p><p>　　V形爪材料選用鋁合金,不易變形和斷裂,質(zhì)量輕.</p><p>　　加工方法為鑄造,結(jié)構(gòu)如圖所示：</p><p>　　圖2-9 夾持器手爪示意圖</p><p>　　V形爪a,b兩內(nèi)側(cè)加工出條狀溝痕,用來(lái)增加夾持工件時(shí)的摩擦力,使夾持工件更牢固,此外為防止V形爪夾持損傷工件表面,還可

76、以在V形爪的工作面上粘貼上一面有粗糙波紋的橡膠板,這樣可以起到保護(hù)作用.要求橡膠板與V形爪粘接處的黏膜牢固以防橡膠板脫落.</p><p>　?。?）　夾持器臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　杠桿材料選用ZG270-500，有一定的韌性及塑性，強(qiáng)度和硬度較高。加工方法為鑄造。形狀結(jié)構(gòu)入圖所示, 圖中a=67mm,b=100mm.</p><p>　　圖2-10夾持器臂

77、示意圖</p><p>　　垂直方向彎曲強(qiáng)度校核：</p><p>　　工件約為58N，自身重量約為3N</p><p>　　圖2-11夾持器臂受力分析</p><p><b>　　(2.7)</b></p><p><b>　　則杠桿的彎曲應(yīng)力</b></p>

78、<p>　　====9.15Mpa (2.8)</p><p>　　鑄剛彎曲許用應(yīng)力 =270 Mpa</p><p><b>　　所以 合宜</b></p><p><b>　　（2）連接件</b></p><p>　　夾持器上兩銷孔

79、用于與V形爪連接，兩銷孔用于與固定支承連接，兩孔用于與滑塊連接。</p><p>　　a 與支承件連接的銷軸規(guī)格：公稱直徑d=10mm</p><p>　　長(zhǎng)度 L=60mm</p><p>　　b 與V形爪連接緊定螺栓規(guī)格：六角頭螺栓</p><p>　　公稱直徑 d=10mm</p><p>　　長(zhǎng)度

80、 L=45mm</p><p>　　c 杠桿與連桿連接的開口銷規(guī)格：</p><p>　　公稱直徑 d=10mm</p><p>　　長(zhǎng)度 L=24mm</p><p>　　2.4.6 楔塊、滾子的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　楔塊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì):</b></p>&l

81、t;p>　　選取45鋼，為鎖緊楔塊與活塞杠的聯(lián)接，在活塞桿上加一個(gè)螺母，查表，</p><p>　　選擇螺母GB/41-1986，M20</p><p>　　表2-2 螺母的參數(shù)</p><p>　　槽寬b=22mm；厚度h=30mm；長(zhǎng)度l=50mm，上寬b1=87.8mm；下寬b2=30mm；螺紋孔徑d=20mm。</p><p>

82、<b>　　滾子設(shè)計(jì):</b></p><p>　　采用圓柱形滾子，滾子高度h應(yīng)略小于槽寬，取h=21mm；孔徑D=12mm；圓柱直徑取D1=26mm。</p><p><b>　　滾子與杠桿的聯(lián)接:</b></p><p>　　選用小軸聯(lián)接滾子與杠桿。</p><p>　　查表選用六角薄螺母GB/

83、T6127-1986M8。</p><p><b>　　2.4.7 彈簧</b></p><p>　　查表選擇拉伸彈簧材料直徑為1.6mm，中徑為8mm，彈簧總長(zhǎng)度為150mm。</p><p><b>　　第三章 電動(dòng)伸縮臂</b></p><p><b>　　伸縮臂設(shè)計(jì)方案：</

84、b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)任務(wù)</b></p><p>　　設(shè)計(jì)機(jī)械手伸縮臂，底板固定在大臂上，前端法蘭安裝機(jī)械手，完成直線伸縮動(dòng)作。</p><p>　　工作量：設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書1份，機(jī)構(gòu)裝配圖1張，主要零件圖1張。</p><p><b>　　技術(shù)要求</b></p>

85、<p>　　伸縮長(zhǎng)度:300mm</p><p>　　單方向伸縮時(shí)間:1.5~2.5S</p><p>　　定位誤差：要有定位措施，定位誤差小于2mm.</p><p>　　前端安裝機(jī)械手，伸縮終點(diǎn)無(wú)剛性沖擊。</p><p>　　根據(jù)需要選用電動(dòng)伸縮機(jī)構(gòu)</p><p>　　1 . 伸縮原理：<

86、/p><p>　　采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠，推動(dòng)導(dǎo)桿運(yùn)動(dòng)，利用電機(jī)正反向轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)伸縮。</p><p>　　2. 電機(jī)的選擇：</p><p>　　電機(jī)功率：參照機(jī)床電機(jī)功率計(jì)算方法，計(jì)算電機(jī)功率；</p><p>　　電機(jī)轉(zhuǎn)速：根據(jù)伸縮時(shí)間要求，計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)速，計(jì)算時(shí)要考慮滾珠絲杠螺距，當(dāng)所需要電機(jī)轉(zhuǎn)速過(guò)高時(shí)，可考慮一級(jí)增速；</p>

87、<p>　　電機(jī)類型選擇：根據(jù)工作要求，選擇帶制動(dòng)的普通交流電機(jī).力矩電機(jī).步進(jìn)電機(jī).伺服電機(jī)。</p><p>　　電機(jī)安裝方式：根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)確定。</p><p>　　3. 滾珠絲杠的選擇：</p><p>　　滾珠絲杠的直徑：為使工作穩(wěn)定，絲杠直徑不小于40mm。</p><p>　　滾珠絲杠的螺距：根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速需要選

88、擇。</p><p>　　滾珠絲杠的有效長(zhǎng)度：根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)確定，要保證有300mm以上的有效伸縮長(zhǎng)度。滾珠絲杠的安裝結(jié)構(gòu)：采用雙推簡(jiǎn)支式。要選用專業(yè)廠家生產(chǎn)的滾珠絲杠。</p><p>　　4. 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的選擇：</p><p>　　可選用專業(yè)廠家生產(chǎn)的直線導(dǎo)軌或直線導(dǎo)軸，也可自行設(shè)計(jì)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。</p><p>　　結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖，電機(jī)起

89、動(dòng)與制動(dòng)過(guò)程的慣性控制及伸縮定位機(jī)構(gòu)自定。 </p><p>　　圖3-1 電動(dòng)伸縮機(jī)構(gòu)示意圖</p><p><b>　　3.1 電機(jī)的選擇</b></p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書要求選擇交流力矩電機(jī)，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)是連續(xù)的，轉(zhuǎn)速可均勻變化，易于調(diào)節(jié)，可實(shí)現(xiàn)“無(wú)級(jí)變速”。</p><p>　　圖3-2導(dǎo)向桿受力分析圖

90、</p><p>　　當(dāng)行程最大時(shí)，導(dǎo)向桿受力可簡(jiǎn)化如圖所示的外伸梁，根據(jù)要求，機(jī)械手夾持工件重約5kg，故載荷F=（5+15）×9.8=196N,由力的平衡條件知 ，當(dāng)量摩擦系數(shù)，所以摩擦力；根據(jù)任務(wù)書要求，單方向伸縮時(shí)間1.5~ 2.5s，取t=1.5s，則；取絲杠螺距p=8mm，電機(jī)轉(zhuǎn)速 ，電機(jī)轉(zhuǎn)速n/3~2n/3，即500r/min~1000r/min，選電機(jī)4級(jí)轉(zhuǎn)速，取750r/min，采用

91、一級(jí)變速。</p><p>　　3.2 導(dǎo)向桿的設(shè)計(jì)</p><p>　　根據(jù)工作要求選導(dǎo)向桿材料為45鋼（表面滲碳，以保證零件表面硬而耐磨，心部、韌而耐沖擊），考慮 >20mm，取d=25mm，l=750mm,，導(dǎo)向桿受力如圖：</p><p>　　圖3-3 導(dǎo)向桿受力圖</p><p>　　導(dǎo)向桿的剪力、彎距圖如圖所示，則截面B的

92、彎距最大， ，所以截面B為危險(xiǎn)截面，</p><p><b>　　(3.1)</b></p><p><b>　　(3.2)</b></p><p>　　故該桿滿足強(qiáng)度要求。</p><p>　　導(dǎo)向桿受力可簡(jiǎn)化為如下圖所示的外伸梁:</p><p>　　圖3-4 導(dǎo)向

93、桿受力圖</p><p>　　設(shè)想沿截面B將外伸梁分成兩部分，AB部分如圖（b）成為簡(jiǎn)支梁，在截面B上有剪力 和彎矩M，且， 。剪力直接傳遞于支座B，不引起變形。得:</p><p><b>　　(3.3)</b></p><p>　　單獨(dú)這一轉(zhuǎn)角引起C點(diǎn)的撓度是:</p><p>　　把BC部分作為懸臂梁得：</

94、p><p><b>　?。?.4）</b></p><p>　　把外伸梁BC看作整體轉(zhuǎn)動(dòng)了 的懸臂梁，所以C點(diǎn)的撓度為:</p><p><b>　　(3.5)</b></p><p>　　故所選的導(dǎo)向桿滿足要求。</p><p>　　導(dǎo)向桿的摩擦力即絲杠的最大工作載荷， 中為摩

95、擦系數(shù)，,取f=0.15。 </p><p>　　3.3 滾珠絲杠的選擇</p><p>　　載荷的計(jì)算 （36）式中 為載荷系數(shù)，取 ； 為硬度系數(shù)，取 ； 為精度系數(shù)， 。</p><p><b>　　絲杠轉(zhuǎn)速</b></p><p><b>　?。?.7）</b></p>&l

96、t;p>　　式中直線運(yùn)動(dòng)速度 ，</p><p>　　絲杠螺距p=8mm； 。</p><p><b>　　額定動(dòng)載荷 的計(jì)算</b></p><p><b>　　（3.8）</b></p><p>　　式中 為滾珠絲杠的使用壽命， ，</p><p><b

97、>　　故 </b></p><p>　　根據(jù) 選擇滾珠絲杠副 </p><p>　　假設(shè)選用 型號(hào)，按 ，為使工作穩(wěn)定，絲杠直徑應(yīng)不小于40mm，選 ，得絲杠副數(shù)據(jù)：公稱直徑 ；導(dǎo)程P=8mm；螺旋角；</p><p>　　滾珠直徑 。滾道半徑R=0.52：</p><p><b>　　支承方式的選擇：</

98、b></p><p><b>　　支承方式：</b></p><p>　　考慮絲杠副受軸向載荷，選擇雙推—簡(jiǎn)支式，一端安裝雙向推力球軸承與深溝球軸</p><p>　　承的組合，另一端僅安裝深溝球軸承，其結(jié)構(gòu)安裝如圖2-14[3]所示。</p><p><b>　　軸承的選擇：</b><

99、/p><p>　　查表39.2-1，選用深溝求軸承6206：</p><p>　　表3-1 6206型深溝球軸承參數(shù)</p><p>　　查表39.2-1 ，選用深溝推力軸承52207:</p><p>　　表3-2 52207型深溝球軸承參數(shù)</p><p><b>　　軸承的校核：</b>

100、</p><p>　　由于結(jié)構(gòu)中雙向推力軸承承受軸向載荷，深溝球軸承承受較小的徑向載荷，可忽略，故只校核雙向推力軸承。</p><p>　　雙向推力軸承（）只能承受軸向載荷，軸向當(dāng)量動(dòng)載荷P==11：</p><p><b>　?。?.9）</b></p><p>　　式中為載荷系數(shù)，查表16-，取=1.5；為溫度系數(shù)，

101、查表16-，取=1.0；軸承轉(zhuǎn)速，即絲杠轉(zhuǎn)速，n=1200r/min； 為軸承壽命，取 =15000h；為壽命系數(shù)，球軸承</p><p><b>　　故==1810N</b></p><p>　　即1.81KN<39KN </p><p><b>　　故所選軸承合適。</b></p&g

102、t;<p><b>　　穩(wěn)定性驗(yàn)算：</b></p><p>　　滾珠絲杠的安裝結(jié)構(gòu)采用雙推簡(jiǎn)支式支承，由于一端軸向固定的長(zhǎng)絲杠在工作時(shí)可能會(huì)發(fā)生失穩(wěn)。查表2-，=34，長(zhǎng)度系數(shù)=0.3；</p><p><b>　?。?.10）</b></p><p>　　式中為臨界載荷；Z為絲杠材料的彈性模量，鋼的Z=2

103、06G</p><p>　　L為絲杠的工作長(zhǎng)度，為絲杠危險(xiǎn)截面的軸慣性矩，</p><p><b>　　則，</b></p><p>　　安全系數(shù)[S],所以絲杠是安全的,不會(huì)失穩(wěn).</p><p><b>　　剛度驗(yàn)算</b></p><p>　　滾珠絲杠在軸向力作用下，將

104、產(chǎn)生伸長(zhǎng)或縮短；在扭矩作用下，將產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)而影響絲杠導(dǎo)程的變化，從而影響傳動(dòng)精度及定位精度，故應(yīng)驗(yàn)算滿載時(shí)的變形量，滾珠絲杠在工作載荷F和扭矩M的共同作用下所引起每一導(dǎo)程的變形量為</p><p><b>　?。?.11）</b></p><p>　　式中E為鋼的彈性模量，210GPa；A為絲杠的最小截面積，M為扭矩，為絲杠的小徑d的截面慣性矩,由任務(wù)要求知該絲杠不受扭

105、轉(zhuǎn),僅在工作載荷下引起變形，故 ，則絲杠在工作長(zhǎng)度上的彈性變形所引起的導(dǎo)程誤差為，通常要求是干的導(dǎo)程誤差于其傳動(dòng)精度的,傳動(dòng)精度要求取，。 </p><p>　　所以該絲杠的 滿足上式，故其剛度滿足要求。</p><p>　　3.4 變速裝置的設(shè)計(jì)[5]</p><p><b>　　確定傳動(dòng)比</b></p><p>　

106、　故此次設(shè)計(jì)采用一級(jí)增速</p><p>　　選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù)</p><p>　　圖3-5傳動(dòng)裝置簡(jiǎn)圖</p><p>　　按圖3-5所示的傳動(dòng)方案選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)，選用開式。</p><p>　　該系統(tǒng)為一般工作機(jī)器，速度不高，故選用7級(jí)精度（GB/0095-880）。</p><p>　　選

107、擇小齒輪材料為40 （調(diào)質(zhì)），硬度為280HBS，大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為240HBS。</p><p>　　選擇小齒輪齒數(shù)為，則大齒輪齒數(shù),取模數(shù)m=2.5。電機(jī)摩擦功率</p><p><b>　?。?.12）</b></p><p>　　式中Q為摩擦力，為直線運(yùn)動(dòng)速度，，為直線運(yùn)動(dòng)機(jī)械效率，取=0.9,則</p>

108、<p><b>　　=0.015KW</b></p><p>　　查知，臥式車床進(jìn)給功率，</p><p><b>　　，取</b></p><p><b>　　查表得</b></p><p><b>　?。?.13）</b></p&g

109、t;<p>　　式中法面模數(shù)，；為分度圓上的圓周力，查表知b為齒寬，取齒寬系數(shù),</p><p>　　則；為使用系數(shù)，查表35.2-24【1】，取=1.25，其中為動(dòng)載系數(shù)，；齒向載荷分布系數(shù)， </p><p>　　其中： 齒間載荷分配系數(shù)，?。粸閺?fù)合齒形系數(shù)，??；為彎曲強(qiáng)度計(jì)算的重合度與螺旋角系數(shù)，</p><p><b>　　查表得

110、，所以：</b></p><p>　　查表得 （3.14）</p><p>　　式中 為齒輪材料的彎曲疲勞強(qiáng)度基本值，??； 為彎曲強(qiáng)度計(jì)算的壽命系數(shù)，取應(yīng)力循環(huán)系數(shù)，查得； 為相對(duì)齒跟圓角敏感性系數(shù)，查得； 為相對(duì)表面狀況系數(shù)，取 ； 為彎曲強(qiáng)度計(jì)算的尺寸系數(shù)，查得??； 為彎曲強(qiáng)度最小安全系數(shù)，查表得，?。?lt;/p><p>

111、;<b>　　故符合要求；</b></p><p><b>　　齒輪與齒條參數(shù)：</b></p><p><b>　　分度圓 ： </b></p><p><b>　　齒頂圓直徑： </b></p><p>　　齒頂高： <

112、;/p><p><b>　　齒頂圓直徑：</b></p><p>　　齒根高： </p><p><b>　　齒距： </b></p><p><b>　　齒高： </b></p><p>　　齒輪中心到齒條基準(zhǔn)線距離： <

113、;/p><p><b>　　基圓直徑： </b></p><p>　　3.5 電機(jī)參數(shù)的選擇</p><p>　　由任務(wù)書選電機(jī)為力矩電機(jī)，規(guī)格為JLJ112-0.6-4 ，轉(zhuǎn)速為4級(jí)，電壓380V，容量 堵轉(zhuǎn)時(shí)間30min；</p><p><b>　　取</b></p><

114、;p><b>　　各旋轉(zhuǎn)件的角速度：</b></p><p>　　各旋轉(zhuǎn)件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（其中齒輪等效直徑取分度圓直徑，絲杠等效直徑取）</p><p>　　轉(zhuǎn)化到電機(jī)軸上的當(dāng)量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為:</p><p><b>　　(3-15)</b></p><p>　　式中為各旋轉(zhuǎn)件的角速度，為各旋轉(zhuǎn)件的

115、轉(zhuǎn)動(dòng)慣各直線運(yùn)動(dòng)件的質(zhì)量，為各直線運(yùn)動(dòng)件的質(zhì)量， v為直線運(yùn)動(dòng)件的速度，為電動(dòng)機(jī)的角速度。</p><p><b>　　慣性轉(zhuǎn)矩：</b></p><p><b>　?。?.16）</b></p><p>　　式中為轉(zhuǎn)化到電機(jī)軸上的當(dāng)量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量， 為電動(dòng)機(jī)的角速度，單位rad/s；t為電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的時(shí)間，取t=0.2s<

116、;/p><p>　　克服慣性力所需功率：</p><p><b>　?。?.17）</b></p><p>　　式中 為克服慣性力所需的電機(jī)軸上的扭矩， n為電機(jī)轉(zhuǎn)速，單位r/min；為傳動(dòng)系統(tǒng)機(jī)械效率，查表的，取，</p><p>　　=0.97，=0.92，=0.98，=0.97，則，</p><p&

117、gt;<b>　　=</b></p><p><b>　　故 </b></p><p>　　按快速運(yùn)動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率確定方法計(jì)算電機(jī)功率</p><p><b>　?。?.18）</b></p><p>　　式中 為電動(dòng)機(jī)功率，單位kw； 為克服慣性力所需的功率，單位kw； 為

118、克服摩擦力所需的功率，單位kw；</p><p><b>　　故 </b></p><p>　　查表得 ，故所選電機(jī)合適。</p><p>　　3.6 伸縮臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　鍵的設(shè)計(jì)：</b></p><p>　　查表得，選擇普通平鍵A型，GB/T

119、1095- 1979</p><p>　　鍵寬b=8mm，鍵高h(yuǎn)=7mm，鍵長(zhǎng)l=18mm</p><p><b>　　齒輪端蓋的設(shè)計(jì)：</b></p><p>　　半徑R為20mm，厚度b為mm，中心孔Φ為8mm ，采用螺栓與 力矩電機(jī)上的軸連接，故選擇M8的螺栓。</p><p>　　軸承支座的結(jié)構(gòu)如圖：</p

120、><p>　　圖3-6 軸承支座的結(jié)構(gòu)</p><p><b>　　軸承的固定 ：</b></p><p>　　固定深溝球軸承通蓋厚度b為6mm，半徑R為45mm，中心孔為Φ30mm，固定雙向推力球軸承通蓋厚度為9mm，外徑尾90mm，內(nèi)徑為35mm，蓋與支座采用螺栓連接， 選擇M8 的螺栓，雙向推力球軸承的支承用套筒，外徑D為34mm，內(nèi)徑