機(jī)械手畢業(yè)設(shè)計(jì)論文---簡易小型直角坐標(biāo)機(jī)械手設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　在當(dāng)今大規(guī)模的制造業(yè)中，企業(yè)為提高生產(chǎn)效率，保障產(chǎn)品質(zhì)量，普遍重視生產(chǎn)過程的自動(dòng)化程度，工業(yè)機(jī)械手作為自動(dòng)化生產(chǎn)線上的重要成員，逐漸被企業(yè)認(rèn)同并采用。工業(yè)機(jī)械手的技術(shù)水平和應(yīng)用程度在一定程度上反映了一個(gè)國家的工業(yè)自動(dòng)化水平。目前，工業(yè)機(jī)器人主要承擔(dān)著焊接、噴涂、搬運(yùn)以及堆垛等重要性并且勞動(dòng)強(qiáng)度極大的工作，工作方式一般采取試教

2、在線的方式。</p><p>　　本文通過分析現(xiàn)代機(jī)械手的作用，發(fā)展簡史，組成（包括執(zhí)行機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，控制系統(tǒng)），全面詳盡地討論了直角坐標(biāo)機(jī)械手的手部，腕部，手臂以及機(jī)身等主要部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其中包括機(jī)械部分的零部件，比如滾珠絲杠，聯(lián)軸器，單軸驅(qū)動(dòng)器的使用條件，種類選型，設(shè)計(jì)基本要求，優(yōu)點(diǎn)特點(diǎn)分析，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，基本參數(shù)的選定，計(jì)算與校核，以及安全性的分析。還有控制部分的各電機(jī)的馬達(dá)型號，種類，簡介，控制步驟分析，

3、部分控制程序的編寫，運(yùn)行特性分析，基本參數(shù)的計(jì)算和校核。</p><p>　　最終實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)包括：實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的開環(huán)控制，通過手臂的執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)空間任意位置的抓取，實(shí)現(xiàn)手部快速，有效的抓取物體，有良好的傳感和限位功能使每個(gè)自由度上的運(yùn)?？焖?，準(zhǔn)確。做到盡量體積小，重量輕，功耗低，維護(hù)方便，外形美觀，動(dòng)作靈敏，傳動(dòng)平穩(wěn)，程序簡潔，運(yùn)行誤差小等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：機(jī)械手，滾珠絲

4、杠，單軸驅(qū)動(dòng)器，步進(jìn)電機(jī)，手臂，手部，直角坐標(biāo)</p><p>　　The design of the Cartesian coordinate manipulator</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　In today's large-scale manufacturing, the enter

5、prise to improve production efficiency and ensure product quality, universal attention production process automation degree, manipulator as an important member of automatic production line, gradually by enterprise and th

6、e use of identity. Industrial robot technology level and application degree to a certain extent reflect a nation of industrial automation level. Currently, the manipulator main bear the welding, painting, handling and st

7、orage, and th</p><p>　　This article elaborates the structure design of the major parts of the Cartesian coordinate manipulator, such as hand, wrist, arm and the machine body. In which includes designing the

8、components of the mechanical part. Such as ball screws, coupling, single axis actuator, mainly describing the use condition, type selection, basic requirement of design, analysis of the strong point, characteristic, calc

9、ulate and proofread the basic parameter, analysis of security. Besides, it also includes designi</p><p>　　The target which should be terminally realize including: achieving the open loop control of the step

10、motor, achieving grabbing object in space arbitrarily position by the actuator of the arm. Realizing grabbing object by hand quickly, effectively. Possessing the good function of sense and limiting position, which makes

11、 the motion and stop quickly and precisely. Realizing the merits including small volume, light weight, low power dissipation, easy maintenance, beautiful appearance, sensitive act</p><p>　　Key words: manipu

12、lator, ball screws, single axis actuator, step motor, arm, hand, Cartesian coordinate</p><p>　　簡易小型直角坐標(biāo)機(jī)械手設(shè)計(jì)</p><p><b>　　0 引言</b></p><p>　　0.1 機(jī)械手的簡介</p><p>

13、;　　機(jī)械工業(yè)是國民的裝備部，是為國民經(jīng)濟(jì)提供裝備和為人民提供耐用消費(fèi)品的產(chǎn)業(yè)，不論是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，還是新興產(chǎn)業(yè)，都離不開各種各樣的機(jī)械設(shè)備。機(jī)械工業(yè)所提供裝備的性能、質(zhì)量和成本，對國民經(jīng)濟(jì)各部門技術(shù)進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)效益有很大的和直接的影響。機(jī)械工業(yè)的規(guī)模和技術(shù)水平是衡量國家經(jīng)濟(jì)實(shí)力和科學(xué)技術(shù)水平的重要指標(biāo)。因此，世界各國都把發(fā)展機(jī)械工業(yè)作為發(fā)展本國經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略重點(diǎn)之一。</p><p>　　工業(yè)機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來的一種

14、高科技自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備，工業(yè)機(jī)械手的工業(yè)機(jī)器人的一個(gè)重要分支，它的特點(diǎn)是通過編程來完成各種預(yù)期的作業(yè)任務(wù)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)了人的智能和適應(yīng)性，機(jī)械手作業(yè)的準(zhǔn)確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景。</p><p>　　機(jī)械手是在機(jī)械化，自動(dòng)化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置，在現(xiàn)代化生產(chǎn)過程中，機(jī)械手被廣泛的運(yùn)用于自動(dòng)化生產(chǎn)線中，機(jī)器人的研制和生產(chǎn)已成為高技

15、術(shù)領(lǐng)域內(nèi)，迅速發(fā)展起來的一門新興技術(shù)，它更加促進(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展，使得機(jī)械手能更好地實(shí)現(xiàn)與機(jī)械化和自動(dòng)化的有機(jī)結(jié)合。機(jī)械手雖然目前還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復(fù)和勞動(dòng)，不知疲勞，不懼危險(xiǎn)，抓舉重物的力量比人手大的特點(diǎn)，因此機(jī)械手已受到許多部門的重視，并越來越廣泛的得到了應(yīng)用。</p><p>　　機(jī)器人并不是在簡單意義上代替人工的勞動(dòng)，而是綜合了人的特長和機(jī)器特長的一種擬人的電子機(jī)械裝置，既有人對環(huán)境狀態(tài)的

16、快速反應(yīng)和分析判斷能力，又有機(jī)器可長時(shí)間持續(xù) 工作、精確度高、抗惡劣環(huán)境的能力，從某種意義上說它也是機(jī)器的進(jìn)化過程產(chǎn)物，它是工業(yè)以及非產(chǎn)業(yè)界的重要生產(chǎn)和服務(wù)性設(shè)備，也是先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的自動(dòng)化設(shè)備。 </p><p>　　機(jī)械手技術(shù)涉及到力學(xué)，機(jī)械學(xué)，電氣液壓技術(shù)，自動(dòng)控制技術(shù)，傳感器技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域，是一門跨多種學(xué)科的綜合技術(shù)。</p><p>　　機(jī)械手是一種能自

17、動(dòng)化定位控制并可重新編程序以變動(dòng)的多功能機(jī)器，它有多個(gè)自由度，可用來搬運(yùn)物體以完成在各個(gè)不同環(huán)境中工作。</p><p>　　0.2 工業(yè)機(jī)械手的作用</p><p>　　機(jī)械手在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用極為廣泛，可以歸納為以下一些方面。</p><p>　　0.2.1 建造旋轉(zhuǎn)體零件（軸類、盤類、環(huán)類）自動(dòng)線</p><p>　　一般都采用機(jī)械手在

18、機(jī)床之間傳送工件。國內(nèi)已建成的這類自動(dòng)線很多，如沈陽水泵廠的深井泵軸承體加工自動(dòng)線（環(huán)類），大連電機(jī)廠的4號和5號電動(dòng)機(jī)軸加工自動(dòng)線（軸類），上海拖拉機(jī)齒輪廠的齒柸加工自動(dòng)線（盤類）等。</p><p>　　加工箱體類零件的組合機(jī)床自動(dòng)線，一般采用隨行夾具傳送工件，也有采用機(jī)械手的，如上海動(dòng)力機(jī)廠的氣缸蓋加工自動(dòng)線轉(zhuǎn)位機(jī)械手。</p><p>　　0.2.2 在實(shí)現(xiàn)單機(jī)自動(dòng)化方面</

19、p><p>　　（1）各類半自動(dòng)車床，有自動(dòng)夾緊、進(jìn)刀、切削、退刀和松開的功能，但仍需人工上下料；裝上機(jī)械手，可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)生產(chǎn)，一人看管多臺機(jī)床。目前，機(jī)械手在這方面應(yīng)用最多，如上海柴油機(jī)廠的曲拐自動(dòng)車床和座圈自動(dòng)車床機(jī)械手，大連第二機(jī)床廠的自動(dòng)循環(huán)液壓仿形車床機(jī)械手，沈陽第三機(jī)床廠的Y38滾齒機(jī)械手，青海第二機(jī)床廠的滾齒花鍵機(jī)床機(jī)械手等。由于這方面使用已有成熟的經(jīng)驗(yàn)，國內(nèi)一些機(jī)床廠已在這類機(jī)床產(chǎn)品出廠時(shí)就附上機(jī)械手

20、，或?yàn)橛脩糇孕邪惭b機(jī)械手提供條件。</p><p>　?。?）注塑機(jī)有加料、合模、成型、分模等自動(dòng)工作循環(huán)，裝上機(jī)械手自動(dòng)裝卸工件，可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)生產(chǎn)。</p><p>　?。?）沖床有自動(dòng)上下料沖壓循環(huán)，裝上機(jī)械手上下料，可實(shí)現(xiàn)沖壓生產(chǎn)自動(dòng)化。目前機(jī)械手在沖床上應(yīng)用有兩個(gè)方面：一是160t以上的沖床用機(jī)械手的較多。如沈陽低壓開關(guān)廠200t沖床磁力起動(dòng)器殼體下料機(jī)械手和天津拖拉機(jī)廠400t沖

21、床的下料機(jī)械手等；一是用于多工位沖床，用作沖壓件工位間步進(jìn)，如上海第二汽車配件廠的燈殼沖壓生產(chǎn)線機(jī)械手（生產(chǎn)線中有兩臺多工位沖床）和天津二輕局技術(shù)研究所制作的12t和40t多工位沖床機(jī)械手等。</p><p>　　0.2.3 鑄、鍛、焊、熱處理等加工方面</p><p>　　在模鍛方面，國內(nèi)大批量生產(chǎn)的3t、5t、10t模鍛錘，其所配的轉(zhuǎn)底爐，用兩只機(jī)械手成一定夾角布置在爐前，實(shí)現(xiàn)進(jìn)出料自

22、動(dòng)化。上海柴油機(jī)廠、北京內(nèi)燃機(jī)廠、洛陽拖拉機(jī)廠等已有較成熟的經(jīng)驗(yàn)。</p><p>　　總的來說，工業(yè)機(jī)械手滿足了社會生產(chǎn)的需要，其特點(diǎn)是：</p><p>　　對環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng)，能代替人從事危險(xiǎn)、有害的操作，在長時(shí)間工作對人體有害的場所，機(jī)械手不受影響，只要跟據(jù)工作環(huán)境進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，選擇適當(dāng)?shù)牟牧虾徒Y(jié)構(gòu)，機(jī)械手就可以在異常的高溫或低溫、異常壓力和有害氣體、粉塵、放射線作用下，以及沖壓、滅

23、火等危險(xiǎn)環(huán)境中勝任工作。</p><p>　?。?）為了謀求操作安全和徹底防止公害，在工傷事故多的工種，如沖壓、壓鑄、熱處理、鋼造、噴漆以及有強(qiáng)烈紫外線照射的電弧焊接等作業(yè)中，推廣工業(yè)機(jī)械手或機(jī)器人。</p><p>　　（2）由于機(jī)械手的動(dòng)作準(zhǔn)確，因?yàn)榭梢苑€(wěn)定和提高產(chǎn)品的質(zhì)量，同時(shí)又可以避免人為的操作錯(cuò)誤。</p><p>　　（3）機(jī)械手能持久、耐勞，可以把人從

24、繁重單調(diào)的勞動(dòng)中解放出來，并能擴(kuò)大和延伸人得功能。人在連續(xù)工作幾小時(shí)后，總會感到疲勞或厭倦，而機(jī)械手只要注意維護(hù)、檢修，即能勝任長時(shí)間的單調(diào)重復(fù)勞動(dòng)。</p><p>　　（4）機(jī)械手特別是通用工業(yè)機(jī)械手的通用性，靈活性好，能較好的適應(yīng)產(chǎn)品品種的不斷變化，以滿足柔性生產(chǎn)的需要。這是因?yàn)闄C(jī)械手動(dòng)作程序和運(yùn)動(dòng)位置（或軌跡）能夠十分靈活快速地予以改變，而其眾多的自由度，又提供了迅速改變作業(yè)內(nèi)容的可能，在中、小批量的自動(dòng)

25、化生產(chǎn)中，最能發(fā)揮其作用。</p><p>　?。?）采用機(jī)械手能明顯地提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和降低成本。</p><p>　　0.3 機(jī)械手的分類</p><p>　　工業(yè)機(jī)械手的種類很多，關(guān)于分類的問題，目前在國內(nèi)尚無統(tǒng)一的分類標(biāo)準(zhǔn)，在此暫按使用范圍、驅(qū)動(dòng)方式和控制系統(tǒng)等進(jìn)行分類。</p><p><b>　　0.3.1按用途分<

26、/b></p><p>　　機(jī)械手可分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種:</p><p><b>　　（1）專用機(jī)械手</b></p><p>　　它是附屬于主機(jī)的、具有固定程序而無獨(dú)立控制系統(tǒng)的機(jī)械裝置。專用機(jī)械手具有動(dòng)作少、工作對象單一、結(jié)構(gòu)簡單、使用可靠和造價(jià)低等特點(diǎn)，適用于大批量的自動(dòng)化生產(chǎn)的自動(dòng)換刀機(jī)械手，如自動(dòng)機(jī)床、自動(dòng)線的上、下

27、料機(jī)械手和加工中心。</p><p><b>　?。?）通用機(jī)械手</b></p><p>　　它是一種具有獨(dú)立控制系統(tǒng)的、程序可變的、動(dòng)作靈活多樣的機(jī)械手。在性能范圍內(nèi)，其動(dòng)作程序是可變的，通過調(diào)整可在不同場合使用，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)是獨(dú)立的。通用機(jī)械手的工作范圍大、定位精度高、通用性強(qiáng)，適用于不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量自動(dòng)化的生產(chǎn)。通用機(jī)械手按其控制定位的方式不同

28、可分為簡易型和伺服型兩種:簡易型以“開一關(guān)”式控制定位，只能是點(diǎn)位控制，伺服型可以是點(diǎn)位的，也可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)控制，伺服型具有伺服系統(tǒng)定位控制系統(tǒng)，一般的伺服型通用機(jī)械手屬于數(shù)控類型。</p><p>　　0.3.2按驅(qū)動(dòng)方式分</p><p>　?。?）液壓傳動(dòng)機(jī)械手</p><p>　　是以液壓的壓力來驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手。其主要特點(diǎn)是:抓重可達(dá)幾百公斤以上、傳

29、動(dòng)平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)緊湊、動(dòng)作靈敏。但對密封裝置要求嚴(yán)格，不然油的泄漏對機(jī)械手的工作性能有很大的影響，且不宜在高溫、低溫下工作。若機(jī)械手采用電液伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡控制，使機(jī)械手的通用性擴(kuò)大，但是電液伺服閥的制造精度高，油液過濾要求嚴(yán)格，成本高。</p><p>　　（2）氣壓傳動(dòng)機(jī)械手</p><p>　　是以壓縮空氣的壓力來驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手。其主要特點(diǎn)是:介質(zhì)李源極為方便，輸出

30、力小，氣動(dòng)動(dòng)作迅速，結(jié)構(gòu)簡單，成本低。但是，由于空氣具有可壓縮的特性，工作速度的穩(wěn)定性較差，沖擊大，而且氣源壓力較低，抓重一般在30公斤以下，在同樣抓重條件下它比液壓機(jī)械手的結(jié)構(gòu)大，所以適用于高速、輕載、高溫和粉塵大的環(huán)境中進(jìn)行工作。</p><p>　?。?）機(jī)械傳動(dòng)機(jī)械手</p><p>　　即由機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(如凸輪、連桿、齒輪和齒條、間歇機(jī)構(gòu)等)驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手。它是一種附屬于工作主機(jī)的

31、專用機(jī)械手，其動(dòng)力是由工作機(jī)械傳遞的。它的主要特點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確可靠，用于工作主機(jī)的上、下料。動(dòng)作頻率大，但結(jié)構(gòu)大，動(dòng)作程序不可變。</p><p>　　（4）電力傳動(dòng)機(jī)械手</p><p>　　即有特殊結(jié)構(gòu)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、直線電機(jī)或功率步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的械手，因?yàn)椴恍枰虚g的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，故機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單。其中直線電機(jī)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)速度快和行程長，維護(hù)和使用方便。此類機(jī)械手目前還不多，但有

32、發(fā)展前途。</p><p>　　0.3.3 機(jī)械手的組成</p><p>　　圖0.1 工業(yè)機(jī)械手的組成框圖</p><p>　　圖0.2 單軸工業(yè)機(jī)械手示意圖</p><p>　　機(jī)械手手臂：手臂是支撐被抓物體、手部、腕部的重要部件。手臂的作用是帶動(dòng)手指去抓取物體，并按預(yù)定要求將其搬運(yùn)到給定的位置。</p><p>

33、　　手臂有三個(gè)自由度，可采用直角坐標(biāo)系（前后、上下、左右都是直線），圓柱坐標(biāo)系（前后、上下直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)和左右旋轉(zhuǎn)），球坐標(biāo)系（前后伸縮、上下擺動(dòng)和左右旋轉(zhuǎn)）和多關(guān)節(jié)（手臂能任意伸縮）四種方式。</p><p>　　直角坐標(biāo)占空間大，工作范圍小，慣性小，所以一般不多用，只有在自由度數(shù)較少時(shí)用之。</p><p>　　圓柱坐標(biāo)占空間較小，工作范圍較大，但慣性也大，且不能抓取底面物體。</

34、p><p>　　球坐標(biāo)式和多關(guān)節(jié)式占用空間小，工作范圍較大，慣性小，所需動(dòng)力小，能抓取底面物體，多關(guān)節(jié)還可以繞障礙物選擇途徑，但多關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，所以也不多用。</p><p>　　機(jī)械手手腕：手腕是操作機(jī)的小臂(上臂)和末端執(zhí)行器(手爪)之間的連接部件。其功用 是利用自身的活動(dòng)度確定被末端執(zhí)行器夾持物體的空間姿態(tài)，也可以說是確定末端行器的姿態(tài)。故手腕也稱作機(jī)器人的姿態(tài)機(jī)構(gòu)。</p&g

35、t;<p>　　機(jī)械手手部：手部它具有人手某種單一動(dòng)作的功能。由于抓取物件的形狀不同，手部有夾持式和吸附式等形式。手指是直接與物件接觸的機(jī)構(gòu)。常用的手指運(yùn)動(dòng)形式有回轉(zhuǎn)型和平移型。</p><p>　　0.3.4 機(jī)械手的設(shè)計(jì)目的</p><p>　　工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)是機(jī)械制造、機(jī)械設(shè)計(jì)和機(jī)械電子工程（機(jī)電一體化）等專業(yè)的一個(gè)重要的教學(xué)環(huán)節(jié)，是學(xué)完技術(shù)基礎(chǔ)課程及有關(guān)專業(yè)課以后的一

36、次專業(yè)課程的綜合設(shè)計(jì)。通過設(shè)計(jì)提高學(xué)生的機(jī)構(gòu)分析與綜合的能力、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的能力、機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力，掌握實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)化的設(shè)計(jì)方法。通過這一教學(xué)環(huán)節(jié)要求可以達(dá)到：</p><p>　　（1）通過設(shè)計(jì)，把有關(guān)課程（機(jī)構(gòu)分析與綜合、機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、液壓與氣動(dòng)技術(shù)、自動(dòng)控制理論、測試技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用、自動(dòng)機(jī)械設(shè)計(jì)等）中所獲得的理論知識在實(shí)際中綜合地加以應(yīng)用，使這些知識得到鞏固和發(fā)展，并使

37、理論知識和生產(chǎn)密切的結(jié)合起來。因此，工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)是有關(guān)專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課以后的綜合性的專業(yè)課程設(shè)計(jì)。</p><p>　?。?）工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)是機(jī)械設(shè)計(jì)及制造專業(yè)和機(jī)械電子工程專業(yè)的學(xué)生一次比較完整的機(jī)電一體化整機(jī)設(shè)計(jì)。通過設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立的機(jī)械整機(jī)設(shè)計(jì)的能力，樹立正確的設(shè)計(jì)思想，掌握機(jī)電一體化機(jī)械產(chǎn)品的基本方法和步驟，為自動(dòng)機(jī)械設(shè)計(jì)打下良好基礎(chǔ)。</p><p>　　0.3.5 本文

38、研究范圍</p><p>　　本文研究了國內(nèi)外機(jī)械手發(fā)展的現(xiàn)狀，通過學(xué)習(xí)機(jī)械手的工作原理，熟悉了單軸機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)機(jī)理。在此基礎(chǔ)上，確定了單軸機(jī)械手的基本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，對單軸機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了簡單的分析，完成了單軸機(jī)械手機(jī)械方面的設(shè)計(jì)工作（包括傳動(dòng)部分、執(zhí)行部分、驅(qū)動(dòng)部分）的設(shè)計(jì)工作。</p><p>　　0.3.6 機(jī)械手的簡史</p><p>　　現(xiàn)代工業(yè)機(jī)械手起源于

39、20世紀(jì)50年代初，是基于示教再現(xiàn)和主從控制方式、能適應(yīng)產(chǎn)品種類變更，具有多自由度動(dòng)作功能的柔性自動(dòng)化產(chǎn)品。</p><p>　　機(jī)械手首先是從美國開始研制的。1958年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺機(jī)械手。他的結(jié)構(gòu)是：機(jī)體上安裝一回轉(zhuǎn)長臂，端部裝有電磁鐵的工件抓放機(jī)構(gòu)，控制系統(tǒng)是示教型的。</p><p>　　1962年，美國機(jī)械鑄造公司在上述方案的基礎(chǔ)之上又試制成一臺數(shù)控示教再現(xiàn)型機(jī)械手

40、。商名為Unimate(即萬能自動(dòng))。運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)仿造坦克炮塔，臂回轉(zhuǎn)、俯仰，用液壓驅(qū)動(dòng)；控制系統(tǒng)用磁鼓最存儲裝置。不少球坐標(biāo)式通用機(jī)械手就是在這個(gè)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。同年該公司和普魯曼公司合并成立萬能自動(dòng)公司（Unimaton）,專門生產(chǎn)工業(yè)機(jī)械手。</p><p>　　1962年美國機(jī)械鑄造公司也試驗(yàn)成功一種叫Versatran機(jī)械手，原意是靈活搬運(yùn)。該機(jī)械手的中央立柱可以回轉(zhuǎn)，臂可以回轉(zhuǎn)、升降、伸縮、采用液壓驅(qū)動(dòng)

41、，控制系統(tǒng)也是示教再現(xiàn)型。雖然這兩種機(jī)械手出現(xiàn)在六十年代初，但都是國外工業(yè)機(jī)械手發(fā)展的基礎(chǔ)。</p><p>　　1978年美國Unimate公司和斯坦福大學(xué)、麻省理工學(xué)院聯(lián)合研制一種Unimate-Vic-arm型工業(yè)機(jī)械手，裝有小型電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，用于裝配作業(yè)，定位誤差可小于±1毫米。</p><p>　　美國還十分注意提高機(jī)械手的可靠性，改進(jìn)結(jié)構(gòu)，降低成本。如Unima

42、te公司建立了8年機(jī)械手試驗(yàn)臺，進(jìn)行各種性能的試驗(yàn)。準(zhǔn)備把故障前平均時(shí)間（注：故障前平均時(shí)間是指一臺設(shè)備可靠性的一種量度。它給出在第一次故障前的平均運(yùn)行時(shí)間），由400小時(shí)提高到1500小時(shí)，精度可提高到±0.1毫米。</p><p>　　德國機(jī)器制造業(yè)是從1970年開始應(yīng)用機(jī)械手，主要用于起重運(yùn)輸、焊接和設(shè)備的上下料等作業(yè)。德國KnKa公司還生產(chǎn)一種點(diǎn)焊機(jī)械手，采用關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)和程序控制。</p&

43、gt;<p>　　瑞士RETAB公司生產(chǎn)一種涂漆機(jī)械手，采用示教方法編制程序。</p><p>　　瑞典安莎公司采用機(jī)械手清理鑄鋁齒輪箱毛刺等。</p><p>　　日本是工業(yè)機(jī)械手發(fā)展最快、應(yīng)用最多的國家。自1969年從美國引進(jìn)二種典型機(jī)械手后，大力研究機(jī)械手的研究。據(jù)報(bào)道，1979年從事機(jī)械手的研究工作的大專院校、研究單位多達(dá)50多個(gè)。1976年個(gè)大學(xué)和國家研究部門用在機(jī)

44、械手的研究費(fèi)用42%。1979年日本機(jī)械手的產(chǎn)值達(dá)443億日元，產(chǎn)量為14535臺。其中固定程序和可變程序約占一半，達(dá)222億日元，是1978年的二倍。具有記憶功能的機(jī)械手產(chǎn)值約為67億日元，比1978年增長50%。智能機(jī)械手約為17億日元，為1978年的6倍。截止1979年，機(jī)械手累計(jì)產(chǎn)量達(dá)56900臺。在數(shù)量上已占世界首位，約占70%，并以每年50%～60%的速度增長。使用機(jī)械手最多的是汽車工業(yè)，其次是電機(jī)、電器。預(yù)計(jì)到1990年將

45、有55萬機(jī)器人在工作。</p><p>　　第二代機(jī)械手正在加緊研制。它設(shè)有微型電子計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，具有視覺、觸覺能力，甚至聽、想的能力。研究安裝各種傳感器，把感覺到的信息反饋，使機(jī)械手具有感覺機(jī)能。目前國外已經(jīng)出現(xiàn)了觸覺和視覺機(jī)械手。</p><p>　　第三代機(jī)械手（機(jī)械人）則能獨(dú)立地完成工作過程中的任務(wù)。它與電子計(jì)算機(jī)和電視設(shè)備保持聯(lián)系。并逐步發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng)FMS(Flexib

46、le Manufacturing system)和柔性制造單元(Flexible Manufacturing Cell)中重要一環(huán)。</p><p>　　0.3.7 機(jī)械手的發(fā)展趨勢</p><p>　　現(xiàn)在工業(yè)機(jī)械手的應(yīng)用簡況：在現(xiàn)在工業(yè)中，生產(chǎn)過程的機(jī)械化、自動(dòng)化已成為突出的主題?；さ冗B續(xù)性生產(chǎn)過程已基本得到解決。但在機(jī)械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)是不連續(xù)的。因此，裝卸、搬運(yùn)等工序機(jī)械

47、化的迫切性，工業(yè)機(jī)械手就是為實(shí)現(xiàn)這些工序的自動(dòng)化而產(chǎn)生的。</p><p>　　有資料統(tǒng)計(jì)：美國偏重于毛坯的生產(chǎn)。日本偏重于機(jī)械加工。隨著機(jī)械手技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用的對象還有所改變。</p><p>　　機(jī)械手在鍛造工業(yè)中的應(yīng)用能進(jìn)一步發(fā)展鍛造設(shè)備的生產(chǎn)能力，改善熱、累等勞動(dòng)條件。</p><p>　　國內(nèi)機(jī)械手工業(yè)，鐵路工業(yè)中首先在單機(jī)、專機(jī)上采用機(jī)械手上下料。減輕工

48、人的勞動(dòng)強(qiáng)度。</p><p>　　國外鐵路工業(yè)中應(yīng)用機(jī)械手以加工鐵路車軸、輪等大、中批零件。并和機(jī)床組合成一個(gè)綜合的數(shù)控系統(tǒng)。</p><p>　　采用機(jī)械手進(jìn)行裝配更是現(xiàn)在研究的重點(diǎn)，國外已研究采用攝像機(jī)和力傳感裝置和微型計(jì)算機(jī)連在一起，能確定零件的方位達(dá)到鑲裝的目的。</p><p>　　國內(nèi)外實(shí)際上使用的定位控制的機(jī)械手，沒有“視覺”和“觸覺”反饋。目前，世

49、界各國正積極研制帶有“視覺”和“觸覺”的工業(yè)機(jī)械手，使它能對所抓取的工件進(jìn)行分辨，選取所需要的工件，并正確地夾持工件，進(jìn)而精確地在機(jī)器中定位、定向。</p><p>　　為使機(jī)械手有“眼睛”去處理方位變化的工件和法、分辨形狀不同的零件，它有視覺傳感器輸入三個(gè)視圖方向的視覺信息，通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖形分辨，判別是否是所要抓取的工作。</p><p>　　為防止握力過大引起物件損壞或握力過小引起物

50、體滑落下來，一般采用兩種方法：一是檢測把握物體手臂的變形，以決定適當(dāng)?shù)奈樟?；另一種是直接檢測指部與物體的滑動(dòng)位移，來修正握力。</p><p>　　因此，這種機(jī)械手就具有以下幾個(gè)方面的性能：</p><p>　?。?）能準(zhǔn)確地抓住方位變化的物體。</p><p>　　（2）能判斷對象的重量。</p><p>　?。?）能自動(dòng)避開障礙物。<

51、;/p><p>　?。?）抓空或抓力不足時(shí)能檢測出來。</p><p>　　這種具有感知能力并能對感知的信息作出反應(yīng)的工業(yè)機(jī)械手稱為智能機(jī)械手，它是具有發(fā)展前途的。</p><p>　　現(xiàn)在，工業(yè)機(jī)械手的使用范圍只限于在簡單的操作方面節(jié)省人力，其效用是代替人從事繁重的工作和危險(xiǎn)地工作，在惡劣的環(huán)境下尤其明顯。至于在汽車工業(yè)和電子工業(yè)之類的費(fèi)工的工業(yè)部門，機(jī)械手的應(yīng)用情況

52、決不能說是很好的。雖然這些工業(yè)部門工時(shí)不足的問題很尖銳，但采用機(jī)械手只限于一小部分工序。其原因之一是，工業(yè)機(jī)械手的性能還不能滿足這些部門的要求，適于機(jī)械手工作的范圍很狹小。另外經(jīng)濟(jì)性問題當(dāng)然也很重要，采用機(jī)械手來節(jié)約人力從經(jīng)濟(jì)上看不一定總是合算的。然而，利用機(jī)械手或類似機(jī)械設(shè)備節(jié)省人力和實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)合理化的要求，今后還會持續(xù)增長，只要技術(shù)方面和價(jià)格方面存在的問題獲得解決，機(jī)械手的應(yīng)用必將會飛躍發(fā)展。</p><p>

53、　　1 直角坐標(biāo)機(jī)械手的總體設(shè)計(jì)方案</p><p>　　本課題是直角坐標(biāo)機(jī)械手的設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是完成機(jī)械手的結(jié)構(gòu)以及傳動(dòng)方面的設(shè)計(jì)。</p><p>　　機(jī)械手的主要部件及運(yùn)動(dòng)</p><p>　　本設(shè)計(jì)機(jī)械手主要由4大部件組成：（1）手腕，通過L型彎鐵一部分連接在Z軸的單軸驅(qū)動(dòng)器上的工作臺上，另一部分連接安裝電磁鐵。（2）手臂，采用單軸驅(qū)動(dòng)器在頭部安裝上

54、聯(lián)軸器，再使?jié)L珠絲杠與聯(lián)軸器連接，并與工作臺連接，然后通過螺紋連接用銜接板把相鄰軸上的一個(gè)單軸驅(qū)動(dòng)器的工作臺與另一個(gè)驅(qū)動(dòng)器的底座連接起來（本處使用沉孔式十字頭螺釘和圓頭式十字頭螺釘），再通過兩相步進(jìn)電機(jī)做控制裝置，從而把電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過絲杠螺母轉(zhuǎn)換為工作臺的直線運(yùn)動(dòng)。（3）手掌與手指，采用簡單的電磁鐵。（4）機(jī)身，采用鋁合金型材，再用螺栓連接銜接板讓它與X軸的驅(qū)動(dòng)器連接起來，然后，設(shè)計(jì)兩個(gè)門字型的機(jī)架，把鋁合金型材與三個(gè)驅(qū)動(dòng)器掛上去。

55、</p><p>　　原始數(shù)據(jù)（主要參數(shù)）</p><p>　　方塊尺寸：80×50×30 自由度：三個(gè) 坐標(biāo)形式：直角坐標(biāo)</p><p>　　手臂水平行程：100毫米 手臂垂直行程：50毫米</p><p>　　手臂前后行程：50毫米 驅(qū)動(dòng)方式：步進(jìn)電機(jī) </p><p>　　控

56、制方式：點(diǎn)位，程序控制。</p><p><b>　　工作要求</b></p><p><b>　　機(jī)械手工作流程：</b></p><p>　　機(jī)械手的原位 X軸電機(jī)起動(dòng)（先加速后勻速再減速）X</p><p>　　軸的工作臺與Y軸的驅(qū)動(dòng)器沿橫向水平方向移動(dòng)（先加速后勻速再減速）Y軸電

57、機(jī)起動(dòng)（先加速后勻速再減速）Y軸的工作臺與Y軸的驅(qū)動(dòng)器沿縱向水平方向移動(dòng)（先加速后勻速再減速）Z軸電機(jī)起動(dòng)（先加速后勻速再減速） Z軸的工作臺與Z軸的驅(qū)動(dòng)器沿豎直方向移動(dòng)（先加速后勻速再減速）電磁鐵最后吸住物體完成任務(wù)。</p><p>　　1.4 工作形式的確定</p><p>　　圖 1.1 直角坐標(biāo)式</p><p><b>　　2 手臂部分設(shè)計(jì)&l

58、t;/b></p><p>　　2.1 本設(shè)計(jì)主要零件組成</p><p>　　手臂部分是本設(shè)計(jì)最重要的環(huán)節(jié)，由單軸驅(qū)動(dòng)器與它們之間的銜接板構(gòu)成。本設(shè)計(jì)用LX30標(biāo)準(zhǔn)型系列的單軸驅(qū)動(dòng)器。X軸驅(qū)動(dòng)器總長200毫米，Y軸驅(qū)動(dòng)器總長100毫米，Z軸驅(qū)動(dòng)器總長100毫米。而單軸驅(qū)動(dòng)器由頭，身，尾三部分組成，頭部由驅(qū)動(dòng)部件2相步進(jìn)電機(jī)（東方電機(jī)系列PK26系列），法蘭板T3060系列（米思米）

59、，聯(lián)軸器SCPW雙膜片型28系列（米思米）。其中法蘭板與電機(jī)用四個(gè)M4長20系列的圓頂十字頭螺釘連接，法蘭板與驅(qū)動(dòng)器的頭部用四個(gè)M4長8系列的圓頂十字頭螺釘連接。</p><p>　　頭部與身體部的連接部分用一塊板用4個(gè)M6的內(nèi)六角頭螺釘連接。</p><p>　　身體部分用一個(gè)工作臺在導(dǎo)軌上來回運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)三個(gè)自由度上的規(guī)定的運(yùn)動(dòng)，X軸導(dǎo)軌總長100毫米，Y軸導(dǎo)軌總長50毫米，Z軸導(dǎo)軌總長

60、50毫米。導(dǎo)軌部分的底部由四個(gè)φ9.5的沉孔加四個(gè)φ5.5的通孔組成。其中X軸驅(qū)動(dòng)器用長為200毫米，導(dǎo)程為10毫米，絲杠螺距為10毫米，有效行程為100毫米，絲杠軸外徑為10毫米的滾珠絲杠。Y,Z軸驅(qū)動(dòng)器用長為150毫米，導(dǎo)程為10毫米，絲杠螺距為10毫米，有效行程為50毫米，絲杠軸外徑為10毫米的滾珠絲杠。</p><p>　　均為米思米BSSR系列的滾珠絲杠，精度等級C10。每個(gè)軸的驅(qū)動(dòng)器用長73毫米，寬5

61、0毫米左右的工作臺來執(zhí)行運(yùn)動(dòng)任務(wù)，且表面開有四個(gè)M5，深度是8的盲孔，兩側(cè)有四個(gè)小凸臺，與滾珠絲杠連接的部分孔徑為11毫米。</p><p>　　X與Y軸的驅(qū)動(dòng)器用長為90毫米，寬為50毫米的連接板來連接。其中左側(cè)高22毫米，并開有四個(gè)倒角2.7，孔徑5.5的通孔，其與X軸的工作臺用四個(gè)M5，長30系列的沉頭十字頭螺釘連接。右側(cè)高30毫米，開有兩個(gè)孔徑5.5，長為26.8毫米的盲孔，其與Y軸驅(qū)動(dòng)器的底座用兩個(gè)M5

62、，長為30系列的圓頂十字頭螺釘連接。</p><p>　　Y軸和Z軸的驅(qū)動(dòng)器用一個(gè)土字形的連接板連接，其中后側(cè)長60毫米，寬50毫米，高22毫米。前側(cè)長20毫米，寬50毫米，高120毫米。后側(cè)開有四個(gè)倒角2.7，孔徑5.5的通孔，其與Y軸的工作臺用四個(gè)M5，長30系列的沉頭十字頭螺釘連接。前側(cè)開有四個(gè)孔徑5.5，長為26.8毫米的盲孔，其與Z軸驅(qū)動(dòng)器的底座用四個(gè)M5，長為30系列的圓頂十字頭螺釘連接。</p

63、><p>　　其中每個(gè)工作臺的中部有兩個(gè)M2.6，深度4的盲孔，用來安裝LX30系列的傳感器發(fā)迅快，本設(shè)計(jì)用接近傳感器型，目的在于當(dāng)一個(gè)自由度接近物體有信號立即停止其運(yùn)動(dòng)并立即讓另一個(gè)驅(qū)動(dòng)器運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　每個(gè)驅(qū)動(dòng)器的尾部用用一塊厚為11毫米，截面長60，寬30的底板組成，用來限制滾珠絲杠的運(yùn)動(dòng)。</p><p><b>　　2.2 單軸驅(qū)動(dòng)器&l

64、t;/b></p><p>　　2.2.1 單軸驅(qū)動(dòng)器的特征與主要類型</p><p>　　LX系列的四大特征 1 滑塊上設(shè)有定位孔，提高了組裝性能（僅限蓋板型） 2 采用精密磨削的滾珠絲杠，施加預(yù)壓實(shí)現(xiàn)靜音和高精度。3 采用連體式滑塊結(jié)構(gòu)降低了滑臺高度，最適合省空間設(shè)計(jì)。4 底座上設(shè)有2個(gè)定位孔，提高了重復(fù)定位性能。</p><p>　　命名方式是 TYP

65、E 導(dǎo)程 精密級 潤滑方式 如LX2602PG</p><p>　　單軸驅(qū)動(dòng)器的構(gòu)成零件 底座（滑軌） 滑塊 馬達(dá)支架 支撐側(cè)軸承座 擋塊 精密滾珠絲杠（磨削）(均有材質(zhì) 表面處理 硬度的要求</p><p>　　規(guī)格表主要描述滑塊數(shù) 馬達(dá)附件 有效行程 安裝孔尺寸</p><p>　　有效行程對相同底座總長的不同潤滑方式的單軸驅(qū)動(dòng)器是不同的。安裝孔尺寸有A

66、、P、B。</p><p>　　有效行程L=A+P×(等分?jǐn)?shù)-1)+B…………………………… (2.1)</p><p>　　X軸的有效行程=50+100×（2-1）+50=200mm</p><p>　　Y,Z軸的有效行程=25+100×（2-1）+25=150mm</p><p>　　表2.1 單軸驅(qū)動(dòng)器的基

67、本參數(shù)</p><p>　　2.2.2 單軸驅(qū)動(dòng)器內(nèi)的主要機(jī)械傳動(dòng)部件</p><p>　?。?）機(jī)械傳動(dòng)部件及其功能要求</p><p>　　機(jī)械傳動(dòng)部件在本產(chǎn)品中主要有絲杠螺母傳動(dòng)，聯(lián)軸器，導(dǎo)軌等。其主要功能是傳遞轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，機(jī)械傳動(dòng)部件主要是轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速變換器。其目的是使執(zhí)行元件與轉(zhuǎn)速方面得到最佳匹配。機(jī)械傳動(dòng)部件對伺服系統(tǒng)的伺服特性有很大的影響，特別是其傳動(dòng)類

68、型，傳動(dòng)方式，傳動(dòng)剛度以及傳動(dòng)可靠性對機(jī)電一體化系統(tǒng)的精度，穩(wěn)定性和快速響應(yīng)性有重大影響。因此，應(yīng)設(shè)計(jì)和選擇傳動(dòng)間隙小，精度高，體積小，重量輕，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，傳遞轉(zhuǎn)矩較大的傳動(dòng)部件。</p><p>　?。?）傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及其性能</p><p>　　傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要是對運(yùn)動(dòng)的變換，主要是其形式，行程，方向，速度。動(dòng)力的變換主要是其大小和方向。</p><p>　　還要克服慣性

69、力（力矩）及摩擦阻力。</p><p>　　表2.2 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及其功能</p><p>　　2.2.3 本設(shè)計(jì)選用的單軸驅(qū)動(dòng)器的參數(shù)</p><p>　　表2.3 單軸驅(qū)動(dòng)器的選用參數(shù)</p><p>　　2.2.4 LX30系列的精度</p><p><b>　　表2.4 精度基準(zhǔn)</b><

70、;/p><p>　　2.2.5 負(fù)載與力矩</p><p>　　表2.5 容許負(fù)載與靜力矩</p><p>　　2.3 滾軸絲杠的選用</p><p>　　2.3.1 本設(shè)計(jì)的選用</p><p>　　根據(jù)表3.1本設(shè)計(jì)使用導(dǎo)程是10mm，絲杠直徑是10mm, 絲杠螺母機(jī)構(gòu)有滑動(dòng)摩擦機(jī)構(gòu)和滾動(dòng)摩擦機(jī)構(gòu)之分?；瑒?dòng)絲杠螺母機(jī)

71、構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、加工方便、制造成本低、具有自鎖功能，但其摩擦阻力矩大、傳動(dòng)效率低（30%~40%）。滾動(dòng)絲桿螺母機(jī)構(gòu)雖然結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造成本高，但其最大優(yōu)點(diǎn)是摩擦阻力矩小、傳動(dòng)效率高（92%~40%），因此在機(jī)電一體化系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。</p><p>　　本設(shè)計(jì)使用絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)、螺母移動(dòng)的傳動(dòng)方式。</p><p>　　絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)、螺母移動(dòng)，該傳動(dòng)形式需要限制螺母的轉(zhuǎn)動(dòng)，故需導(dǎo)向裝置，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)

72、緊湊、絲桿剛性較好，適用于工作行程較大的場合。</p><p>　　根據(jù)滾珠絲杠的命名方式，本設(shè)計(jì)用米思米系列LX30系列單軸驅(qū)動(dòng)器配套的滾軸絲杠。</p><p>　　本設(shè)計(jì)三軸均用導(dǎo)程是10mm,絲杠螺距是10mm的滾珠絲杠。</p><p>　　名稱為GB/T BSSK 10×10×100—P C10右旋。X軸總長度是188mm,有效行程1

73、00mm。Y,Z兩軸總長度都是158mm,有效行程都是50mm。</p><p>　　表2.4 本設(shè)計(jì)絲杠螺母基本參數(shù)</p><p>　　2.3.2 滾珠絲杠的工作原理</p><p>　　滾珠絲杠副是一種新型螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，其具有螺旋槽的絲杠與螺母之間裝有中間傳動(dòng)原件——滾珠，它由絲杠，螺母，滾珠，反向器組成。絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)滾珠沿螺紋軌道滾動(dòng)，在螺母的螺旋槽兩端

74、設(shè)有滾珠回程引導(dǎo)裝置構(gòu)成滾珠的返回通道，從而形成滾珠流動(dòng)的閉合回路。</p><p>　　2.3.3 滾珠絲杠傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)</p><p>　　具有軸向剛度高（通過預(yù)緊可消除絲杠與滾珠之間的軸向間隙），運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，傳動(dòng)精度高，不易磨損，使用壽命長。</p><p>　　但不能自鎖，具有傳動(dòng)的可逆性，在升降傳動(dòng)時(shí)，需要采取制動(dòng)措施。</p><p>

75、;　　圖2.1 滾珠絲杠副的工作原理</p><p><b>　　2.4 導(dǎo)軌的選用</b></p><p>　　2.4.1 本設(shè)計(jì)的選用</p><p>　　本設(shè)計(jì)使用滑動(dòng)導(dǎo)軌副，用在三個(gè)單軸驅(qū)動(dòng)器的工作臺，還有鋁合金型材與手臂部分的螺釘連接處。</p><p>　　三個(gè)單軸驅(qū)動(dòng)器的工作臺用的是對稱三角形導(dǎo)軌，底部各有

76、兩組φ9.5的沉孔加四個(gè)φ5.5的通孔。鋁合金型材與手臂部分的螺釘連接處用的是矩形導(dǎo)軌，用的是與鋁合金型材長度相同的長滑塊，底部用兩組φ5的通孔用十字頭螺釘連接。</p><p>　　2.4.2 導(dǎo)軌的作用</p><p>　　導(dǎo)軌的作用是使運(yùn)動(dòng)部件能沿一定的軌跡運(yùn)動(dòng)（導(dǎo)向），并承受運(yùn)動(dòng)部件及工件的重量和切削力（承載）。在導(dǎo)軌副中，運(yùn)動(dòng)的一方叫運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌；不運(yùn)動(dòng)的一方叫支撐導(dǎo)軌。運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌相對

77、于支撐導(dǎo)軌的運(yùn)動(dòng)，通常是直線運(yùn)動(dòng)或回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　2.4.3 導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)要求</p><p><b>　?。?）導(dǎo)向精度高</b></p><p>　　影響導(dǎo)軌精度的主要原因除制造精度外，還有導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)形式，裝配量。導(dǎo)軌及其支撐部件的剛度和熱變形，對靜壓導(dǎo)軌還有油膜的剛度等。</p><p><b&

78、gt;　?。?）耐磨性能好</b></p><p>　　主要是指使用過程中能否保持一定的導(dǎo)向精度，應(yīng)該力求減少磨損量，并在磨損后能自動(dòng)補(bǔ)償或便于調(diào)整。因此可選用合適的耐磨涂料，潤滑方法和保護(hù)裝置，使導(dǎo)軌具有良好的工作條件，以減少摩擦和磨損。</p><p><b>　　（3）足夠的剛度</b></p><p>　　導(dǎo)軌受力變形會影響

79、部件之間的導(dǎo)向精度和相對位置，因此要求導(dǎo)軌有足夠的剛度。</p><p>　?。?）運(yùn)動(dòng)輕便和低速平穩(wěn)性</p><p>　　要使導(dǎo)軌的阻力小，運(yùn)動(dòng)輕便，低速運(yùn)行時(shí)無爬行現(xiàn)象。</p><p><b>　?。?）結(jié)構(gòu)工藝性好</b></p><p>　　要加工和裝配方便，使用時(shí)便于調(diào)整和維修，成本低。</p>

80、<p>　　2.4.4 本設(shè)計(jì)的導(dǎo)軌特性</p><p><b>　?。?）三角形導(dǎo)軌</b></p><p>　　該導(dǎo)軌屬于尖頂朝下的V型導(dǎo)軌。該導(dǎo)軌在垂直載荷的作用下，磨損后能自動(dòng)補(bǔ)償，不會產(chǎn)生間隙，故導(dǎo)向精度較高。但壓板面仍需要有間隙調(diào)整裝置，本設(shè)計(jì)為了增加承載面積，減小壓強(qiáng)，在導(dǎo)軌高度不變的條件下，采用了較大的頂角（110到120）.因?yàn)樵趦蓚€(gè)方

81、向上分力差不多，所以使用對稱型三角形。</p><p>　　但缺點(diǎn)時(shí)垂直誤差相互影響，給制造，檢驗(yàn)和修理帶來困難。</p><p>　　圖2.2 三角形導(dǎo)軌</p><p><b>　?。?）矩形導(dǎo)軌</b></p><p>　　矩形導(dǎo)軌的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，制造，檢驗(yàn)和修理方便，導(dǎo)軌面較寬，承載能力大，剛度高，但磨損后不能

82、自動(dòng)補(bǔ)償，須有調(diào)整間隙的裝置，但一個(gè)方向上的調(diào)整不會影響到另一個(gè)方向上的位移，因此安裝調(diào)整比較方便，在相同情況下，摩擦阻力與接觸變性都比較小。</p><p><b>　　圖2.3 矩形導(dǎo)軌</b></p><p>　　2.5 步進(jìn)電機(jī)的選用</p><p>　　2.5.1 步進(jìn)電機(jī)的原理</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)是

83、一種利用電磁感應(yīng)原理，將電脈沖型號轉(zhuǎn)換成直線或角位移的執(zhí)行元件。每輸入一個(gè)脈沖電機(jī)轉(zhuǎn)軸步進(jìn)一個(gè)步距角增量。電機(jī)總的回轉(zhuǎn)角與輸入脈沖數(shù)成正比例，相應(yīng)的轉(zhuǎn)速取決于輸入脈沖頻率。</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)是由一系列電脈沖控制，脈沖發(fā)生器所產(chǎn)生的電脈沖型號，通過環(huán)行分配器按一定的順序加到電動(dòng)機(jī)的各個(gè)繞組上。為了使電動(dòng)機(jī)能夠輸出足夠的功率，通過環(huán)行分配器產(chǎn)生的脈沖信號還需要進(jìn)行功率放大。環(huán)行分配器，功率放大器以及

84、其它輔助電路統(tǒng)稱為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源。</p><p>　　2.5.2 步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)</p><p>　　主要特點(diǎn)是能實(shí)現(xiàn)精確定位、精確位移，且無積累誤差。這是因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)受輸入脈沖控制，其位移量是斷續(xù)的，總的位移量嚴(yán)格等于輸入的指令脈沖數(shù)或其平均轉(zhuǎn)速嚴(yán)格正比于數(shù)量輸入指令脈沖的頻率。</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)是機(jī)電一體化產(chǎn)品中關(guān)鍵部件之一，通常被用作定

85、位控制和定速控制。步進(jìn)電機(jī)慣量低、定位精度高、無累積誤差、控制簡單等特點(diǎn)。</p><p>　　廣泛應(yīng)用于機(jī)電一體化產(chǎn)品中，如：數(shù)控機(jī)床、包裝機(jī)械、計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備、復(fù)印機(jī)、傳真機(jī)等。 </p><p>　　2.5.3 步進(jìn)電機(jī)的選用原則</p><p>　　選擇步進(jìn)電機(jī)時(shí)，首先要保證步進(jìn)電機(jī)的輸出功率大于負(fù)載所需的功率。而在選用功率步進(jìn)電機(jī)時(shí)，首先要計(jì)算機(jī)械系統(tǒng)的負(fù)

86、載轉(zhuǎn)矩，電機(jī)的矩頻特性能滿足機(jī)械負(fù)載并有一定的余量保證其運(yùn)行可靠。在實(shí)際工作過程中，各種頻率下的負(fù)載力矩必須在矩頻特性曲線的范圍內(nèi)。一般地說最大靜力矩Mjmax大的電機(jī)，負(fù)載力矩大。 </p><p>　　選擇步進(jìn)電機(jī)時(shí)，應(yīng)使步距角和機(jī)械系統(tǒng)匹配，這樣可以得到機(jī)床所需的脈沖當(dāng)量。在機(jī)械傳動(dòng)過程中為了使得有更小的脈沖當(dāng)量，一是可以改變絲桿的導(dǎo)程，二是可以通過步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分驅(qū)動(dòng)來完成。但細(xì)分只能改變其分辨率，不改變其

87、精度。精度是由電機(jī)的固有特性所決定。 </p><p>　　選擇功率步進(jìn)電機(jī)時(shí)，應(yīng)當(dāng)估算機(jī)械負(fù)載的負(fù)載慣量和機(jī)床要求的啟動(dòng)頻率，使之與步進(jìn)電機(jī)的慣性頻率特性相匹配還有一定的余量，使之最高速連續(xù)工作頻率能滿足機(jī)床快速移動(dòng)的需要。</p><p>　　2.5.4 本設(shè)計(jì)的選用</p><p>　　本設(shè)計(jì)選用東方電機(jī)PK26系列的2相步進(jìn)電機(jī)，2相PK系列為高轉(zhuǎn)矩

88、3; 低振動(dòng)型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。除了每轉(zhuǎn)200分割（1.8?/step）的標(biāo)準(zhǔn)型外，另外還備有每轉(zhuǎn)400分割的高分辨率型以及高轉(zhuǎn)矩、高分辨率的減速機(jī)型產(chǎn)品。驅(qū)動(dòng)本系列時(shí)需另購驅(qū)動(dòng)器。</p><p>　　本系列產(chǎn)品備有高轉(zhuǎn)矩· 高效率型、高轉(zhuǎn)矩型、標(biāo)準(zhǔn)型、標(biāo)準(zhǔn)型保護(hù)等級IP65規(guī)格、高分辨率型、SH減速機(jī)型等產(chǎn)品種類。</p><p>　　本設(shè)計(jì)用T3060型式的高轉(zhuǎn)矩型60mm的步進(jìn)

89、電機(jī)。</p><p>　　圖2.4 本設(shè)計(jì)使用的步進(jìn)電機(jī)</p><p>　　表2.5 本設(shè)計(jì)選用電機(jī)的基本參數(shù)</p><p>　　圖2.5 本設(shè)計(jì)電機(jī)的運(yùn)行特性</p><p>　　2.5.5 步進(jìn)電機(jī)的工作原理</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)的工作原理，其實(shí)就是電磁鐵的工作原理。如圖2.6所示。有一項(xiàng)繞組通電時(shí)

90、，轉(zhuǎn)子齒偏離定子齒一個(gè)角度。由于勵(lì)磁磁通力圖沿磁阻最小的路徑通過，因此對轉(zhuǎn)子產(chǎn)生電磁吸力，迫使轉(zhuǎn)子齒轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到與定子齒對齊位置時(shí)，因轉(zhuǎn)子只受徑向力而無切向力，故轉(zhuǎn)矩為零，轉(zhuǎn)子被鎖定在這個(gè)位置上。</p><p>　　圖2.6 步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖</p><p>　　2.5.6 本設(shè)計(jì)的步進(jìn)電機(jī)工作原理</p><p>　　根據(jù)步距角的基本公式</p>

91、<p>　　........................ ...........（2.2）</p><p><b>　　Ø——步距角</b></p><p><b>　　m——相數(shù)</b></p><p><b>　　Z——齒數(shù)</b></p><p&g

92、t;<b>　　C——拍數(shù)</b></p><p>　　Ø規(guī)定為1.8度，m為2相，C為1，Z為100齒。</p><p>　　本設(shè)計(jì)為小步距角步進(jìn)電動(dòng)機(jī)如圖2.7所示。它的定子內(nèi)圓和轉(zhuǎn)子外圓上均有齒和槽，而且定子和轉(zhuǎn)子的齒寬和齒距相等。定子上有三對磁極，分別繞有三相繞組，定子極面小齒和轉(zhuǎn)子上的小齒位置符合下列規(guī)律：</p><p>

93、　　圖2.7 小步距角步進(jìn)電動(dòng)機(jī)</p><p>　　當(dāng)U相的定子齒和轉(zhuǎn)子齒對齊時(shí)，V相的定子齒應(yīng)相對于轉(zhuǎn)子齒順時(shí)針方向錯(cuò)開1/3齒距，而W相的定子齒應(yīng)相對于轉(zhuǎn)子齒順時(shí)針方向錯(cuò)開2/3齒距。就是說，當(dāng)某一相磁極下定子與轉(zhuǎn)子的齒相對時(shí)，下一相磁極下定子與轉(zhuǎn)子齒的位置剛好錯(cuò)開ｇ/m，g為齒距，m為相數(shù)；再下一相磁極下定子與轉(zhuǎn)子齒則錯(cuò)開2ｇ/m。</p><p>　　以此類推，當(dāng)定子繞組按U-V

94、-W順序輪流通電時(shí)，轉(zhuǎn)子就順時(shí)針方向一步一步的移動(dòng)，各相繞組輪流通電一次，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)過一個(gè)齒距。</p><p><b>　　2.6 聯(lián)軸器</b></p><p>　　2.6.1 十字滑塊聯(lián)軸器</p><p>　　十字滑塊聯(lián)軸器由兩個(gè)在端面上開有凹槽的半聯(lián)軸器和一個(gè)兩面帶有凸牙的中間盤組成。因凸牙可在凹槽中滑動(dòng)，故可補(bǔ)償安裝及運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)兩軸間的相

95、對位移。 </p><p>　　這種聯(lián)軸器零件的材料可用45鋼，工作表面需要進(jìn)行熱處理，以提高其硬度；要求較低時(shí)也可用Q275鋼，不進(jìn)行熱處理。為了減少摩擦及磨損，使用時(shí)應(yīng)從中間盤的油孔中注油進(jìn)行潤滑。</p><p>　　因?yàn)榘肼?lián)軸器與中間盤組成移動(dòng)副，不能發(fā)生相對轉(zhuǎn)動(dòng)，故主動(dòng)軸與從動(dòng)軸的角速度應(yīng)相等。但在兩軸間有相對位移的情況下工作時(shí)，中間盤就會產(chǎn)生很大的離心力，從而增大動(dòng)載荷及磨損。

96、因此選用時(shí)應(yīng)注意其工作轉(zhuǎn)速不得大于規(guī)定值。</p><p>　　這種聯(lián)軸器一般用于轉(zhuǎn)速n<250r/min，軸的剛度較大，且無劇烈沖擊處。 </p><p>　　本設(shè)計(jì)參考選用十字滑塊聯(lián)軸器，主要因?yàn)樗哂幸韵聝?yōu)點(diǎn)：</p><p>　?。?）結(jié)構(gòu)簡單的高扭矩剛性、高靈敏度聯(lián)軸器。</p><p>　?。?）主體中間用十字滑塊聯(lián)接，安裝

97、方便，免維護(hù)。</p><p><b>　?。?）零回轉(zhuǎn)間隙。</b></p><p>　　（4）主體軸套采用鋁合金,體積輕巧。</p><p>　　（5）安裝方便、免維護(hù)、可抗油污抗腐蝕和電氣絕緣。</p><p>　　（6）容許大的徑向和軸向，角向偏差。</p><p>　?。?）吸收較的的傳

98、動(dòng)扭力。</p><p>　?。?）壽命長,性能安全可靠。</p><p>　　（9）制作工藝:精車件,表面處理:本色陽極氧化處理。</p><p>　　2.6.2 本設(shè)計(jì)使用的聯(lián)軸器</p><p>　　本設(shè)計(jì)使用米思米系列的SCPW雙膜片型聯(lián)軸器，具體尺寸參數(shù)如表2.6</p><p>　　表2.6 本設(shè)計(jì)使用的聯(lián)

99、軸器的基本參數(shù)</p><p>　　基本尺寸如圖2.8所示</p><p>　　圖2.8 SCPW米思米系列聯(lián)軸器</p><p>　　2.6.3 本設(shè)計(jì)聯(lián)軸器基本力學(xué)參數(shù)</p><p>　　表2.7 聯(lián)軸器的力學(xué)參數(shù)</p><p>　　2.7 法蘭板和馬達(dá)附件</p><p>　　圖2.9

100、 T3060米思米系列法蘭板</p><p>　　法蘭板是打有標(biāo)準(zhǔn)螺釘孔的板，而馬達(dá)附件主要用來使電機(jī)與驅(qū)動(dòng)器在安裝過程中保持一定的對中性與裝配精度，以確保電機(jī)正常旋轉(zhuǎn)。</p><p>　　圖2.10 附件安裝夾具</p><p>　　2.8 單軸驅(qū)動(dòng)器LX30傳感器發(fā)迅快</p><p>　　圖2.11 傳感器安裝截面圖</p>

101、;<p>　　圖2.12 傳感器安裝圖</p><p>　　2.8.1 發(fā)迅塊的主要參數(shù)</p><p>　　本設(shè)計(jì)主要使用米思米系列的LX30型的接近傳感器，當(dāng)各軸的傳感器在各自的方向上靠近物體時(shí)，傳感器發(fā)出信號，使工作臺停止運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　表2.8 發(fā)迅塊的組成</p><p>　　表2.9 發(fā)迅塊的主要零件&l

102、t;/p><p>　　2.8.2 發(fā)迅塊的工作原理</p><p>　　接近覺傳感器是機(jī)器人用來探測機(jī)器人自身與周圍物體之間相對位置或距離的一種傳感器，它探測的距離一般在幾毫米到十幾厘米之間。有時(shí)接近覺傳感器與視覺、觸覺等傳感器沒有明顯的區(qū)別。接近覺傳感器結(jié)構(gòu)上分為接觸型和非接觸型兩種，其中非接觸型接近覺傳感器應(yīng)用較廣。目前按照轉(zhuǎn)換原理的不同接近覺傳感器分為電渦流式、光纖式、超聲波式及激光掃

103、描式等。</p><p>　　本設(shè)計(jì)用電渦流式?；竟ぷ髟頌閷?dǎo)體在一個(gè)不均勻的磁場中運(yùn)動(dòng)或處于一個(gè)交變磁場中時(shí)，其內(nèi)部就會產(chǎn)生感應(yīng)電流。這種感應(yīng)電流稱為電渦流，這一現(xiàn)象稱為電渦流現(xiàn)象，利用這一原理可以制作電渦流傳感器。電渦流傳感器通過通有交變電流的線圈向外發(fā)射高頻變化的電磁場，處在磁場周圍的被測導(dǎo)電物就產(chǎn)生了電渦流。由于傳感器的電磁場方向與產(chǎn)生的電渦流方向相反，兩個(gè)磁場相互疊加削弱了傳感器的電感和阻抗。用電路把

104、傳感器電感和阻抗的變化傳換成傳換電壓，則能計(jì)算出目標(biāo)物與傳感器之間的距離，該距離正比于傳換電壓，但存在一定的線性誤差。對于鋼或鋁等材料的目標(biāo)物，線性度誤差為+0.5%。</p><p>　　使用電渦流式傳感器的優(yōu)點(diǎn)在于外形尺寸小，價(jià)格低廉，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，而且檢測精度也高，能夠檢測到0.02mm的微量位移。但是該傳感器檢測距離短，一般只能測到13mm以內(nèi)，且只能對固態(tài)導(dǎo)體進(jìn)行檢測，這是其不足之處。<

105、/p><p>　　2.9 手臂部分運(yùn)動(dòng)計(jì)算</p><p>　　2.9.1 速度的計(jì)算</p><p>　　電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n=Øb×f/360×60…………………………………… (2.3)</p><p>　　Øb——步進(jìn)電機(jī)的步距角</p><p>　　f——脈沖頻率（脈沖/秒）<

106、;/p><p>　　n=1.8×200/360×60=60r/min=1r/s</p><p>　　絲杠螺距TSP=S×δ……………………………………………… (2.4)</p><p>　　S=360/ Øb………………………………………………………… (2.5)</p><p><b>　　S

107、——每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)</b></p><p>　　δ——脈沖當(dāng)量（mm） </p><p>　　TSP取10mm δ取0.05mm</p><p>　　S=360/1.8=200脈沖/轉(zhuǎn)</p><p>　　f×n=S………………………………………………………………(2.6)</p><p>　　

108、f×1轉(zhuǎn)/秒=200脈沖/秒</p><p><b>　　f=200脈沖/秒</b></p><p>　　工作臺運(yùn)動(dòng)速度V=n×S……………………………………………(2.7)</p><p>　　V=60r/min×10mm=600mm/min=10mm/s</p><p>　　X軸驅(qū)動(dòng)器有

109、效行程為S1=100mm</p><p>　　其中分為先勻加速S11，再勻速S21，再勻減速S31直到停止</p><p>　　S1=S11+S21+S31………………………………………………………(2.8)</p><p>　　設(shè)S11，S31均為20mm</p><p>　　有勻加速公式V²=2×a×S………

110、…………………………………(2.9)</p><p>　　(10mm/s) ²=2×a×20mm</p><p>　　a=2.5mm/(s²)</p><p>　　加速時(shí)間t1=減速時(shí)間t3=V/a=10mm/s/ a=2.5mm/(s²)=4s</p><p>　　勻速時(shí)間t2= S21/V

111、=60mm/(10mm/s)=6s</p><p>　　運(yùn)動(dòng)總時(shí)間t=t1+t2+t3=4s+6s+4s=14s</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的角速度? =2×π ×n…………………………(2.10)</p><p>　　?=2×3.14×1r/s=6.28rad/s</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)旋