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!【包含文件如下】【机械类设计类】CAD图纸+word设计说明书.doc【需要咨询购买全套设计请企鹅97666224】.bat1.txtSW三维上下料搬运机械手设计5.11.doc上下料机械手总装.dwg丝杠安装支架.dwg丝杠座.dwg初稿.doc吸盘.dwg吸盘安装座.dwg外形图.jpg导轨底座.dwg小隔套.dwg支撑底板.dwg斜板.dwg框架型材.dwg框架型材2.dwg气缸安装板 (2).dwg滑块连接板.dwg移动板.dwg转接板.dwg辅助板.dwg上下料搬运机械手的设计摘要在很多自动化程度跟高的工业领域，工业机器人已经大量的应用，不但大大提高了产品生产的效率，而且极大的减小了重复工作中容易产生的错误与事故。在很多特殊的工业领域中，比如核工业，污染性化工工业，污水处理，放射性领域，城市地下水网系统，极端温度极端湿度环境，极地性大气环境等，工业机器人的出现大大降低了人类生命受到威胁的程度。著名的KUKA机器人，通过自动化改造，重复组合相应的组件，可以变身为多种功能的机器人。二十一世纪是信息化时代，伺服系统与智能控制系统大量的应用，使得传统的搬运行业受到了极大的震撼，其高效率和高精度，远远地超过的传统人工的搬运效率。如今是一个追求速度与发展的时代，一件产品，逐渐由全部由自己生产变成了专业厂家提供更专业的部件，通过柔性制造系统，将它们完美的结合在一起，通过模块话的组装技术，使得产品更具有灵活性与可移植性。 关键词：机械人；自动化；伺服 ；专业；多功能；AbstractWith the development of industrial automation, the mechanical hand is more and more important in the industrial application. In many automation with high industrial field, industrial robot has a lot of applications, not only greatly improve the production efficiency, and greatly reduces the repeated work can easily result in errors and accidents.In many special industries, such as the nuclear industry, polluting chemical industry, sewage treatment, radiation field, urban groundwater network system, high temperature and high humidity environment, polar climate environment, industrial robot greatly reduces the human life threatening.In general industries, such as automobile manufacturing, machinery automation hand a large number of applications, such as the famous KUKA robot, through automation, superposition of the corresponding components, KUKA robot can morph into a welding robot, robot palletizing, assembly robot, and the conveying robot.The 21st century is the era of informatization, servo system and intelligent control system for a large number of applications, making the traditional transportation industry has been a great shock, its high efficiency and high precision, far more than the traditional artificial handling efficiencyToday is a pursuit of speed and the development of the times, a product gradually by all by their own production and became a professional manufacturers to provide more professional components, through the flexible manufacturing system, their perfect unifies in together, through the assembly of modules, making the product more flexibility and portability. Keywords: Manipulator; Standardization; Servo system；efficiency；multi-function目录摘要1主要符号表41 绪论11.1前言11.2 工业机械手的简介11.3工业机械手在生产中的应用21.4 机械手的组成31.5工业机械手的现阶段发展以及实际的趋势41.6 本文主要研究内容51.7 本章小结52机械手的总体设计方案72.1 机械手基本形式的选择72.2机械手的主要部件及运动72.3驱动机构的选择82.4 机械手的技术参数列表82.5 动态检测系统82.6 本章小结83 机械手手部的设计计算93.1 手部设计基本要求93.2 典型的手部结构93.3机械手手抓的设计计算93.4 真空吸盘吸取精度的分析计算133.5弹簧的设计计算143.6 本章小结164 回转部分的设计计算174.1 回转部分设计的基本要求174.2 回转部的结构以及选择174.3 回转部的设计计算184.4 本章小结225 搬运平移丝杠的设计计算235.1 搬运平移丝杠设计的基本要求235.2 丝杠的种类及其选择245.3 本章小结266 整机外形图296.5 本章小结308 结论45XXXX大学学士学位论文 上下料搬运机械手的设计摘要在很多自动化程度跟高的工业领域，工业机器人已经大量的应用，不但大大提高了产品生产的效率，而且极大的减小了重复工作中容易产生的错误与事故。在很多特殊的工业领域中，比如核工业，污染性化工工业，污水处理，放射性领域，城市地下水网系统，极端温度极端湿度环境，极地性大气环境等，工业机器人的出现大大降低了人类生命受到威胁的程度。著名的KUKA机器人，通过自动化改造，重复组合相应的组件，可以变身为多种功能的机器人。二十一世纪是信息化时代，伺服系统与智能控制系统大量的应用，使得传统的搬运行业受到了极大的震撼，其高效率和高精度，远远地超过的传统人工的搬运效率。如今是一个追求速度与发展的时代，一件产品，逐渐由全部由自己生产变成了专业厂家提供更专业的部件，通过柔性制造系统，将它们完美的结合在一起，通过模块话的组装技术，使得产品更具有灵活性与可移植性。 关键词：机械人；自动化；伺服 ；专业；多功能；AbstractWith the development of industrial automation, the mechanical hand is more and more important in the industrial application. In many automation with high industrial field, industrial robot has a lot of applications, not only greatly improve the production efficiency, and greatly reduces the repeated work can easily result in errors and accidents.In many special industries, such as the nuclear industry, polluting chemical industry, sewage treatment, radiation field, urban groundwater network system, high temperature and high humidity environment, polar climate environment, industrial robot greatly reduces the human life threatening.In general industries, such as automobile manufacturing, machinery automation hand a large number of applications, such as the famous KUKA robot, through automation, superposition of the corresponding components, KUKA robot can morph into a welding robot, robot palletizing, assembly robot, and the conveying robot.The 21st century is the era of informatization, servo system and intelligent control system for a large number of applications, making the traditional transportation industry has been a great shock, its high efficiency and high precision, far more than the traditional artificial handling efficiencyToday is a pursuit of speed and the development of the times, a product gradually by all by their own production and became a professional manufacturers to provide more professional components, through the flexible manufacturing system, their perfect unifies in together, through the assembly of modules, making the product more flexibility and portability. Keywords: Manipulator; Standardization; Servo system；efficiency；multi-function目录摘要1主要符号表41 绪论11.1前言11.2 工业机械手的简介11.3工业机械手在生产中的应用21.4 机械手的组成31.5工业机械手的现阶段发展以及实际的趋势41.6 本文主要研究内容51.7 本章小结52机械手的总体设计方案72.1 机械手基本形式的选择72.2机械手的主要部件及运动72.3驱动机构的选择82.4 机械手的技术参数列表82.5 动态检测系统82.6 本章小结83 机械手手部的设计计算93.1 手部设计基本要求93.2 典型的手部结构93.3机械手手抓的设计计算93.4 真空吸盘吸取精度的分析计算133.5弹簧的设计计算143.6 本章小结164 回转部分的设计计算174.1 回转部分设计的基本要求174.2 回转部的结构以及选择174.3 回转部的设计计算184.4 本章小结225 搬运平移丝杠的设计计算235.1 搬运平移丝杠设计的基本要求235.2 丝杠的种类及其选择245.3 本章小结266 整机外形图296.5 本章小结308 结论451 绪论1.1前言工业机械手是一种新型技术出现在现代智能控制领域,并已成为现代机械制造的一个重要组成部分,这种新技术发展很快发展成为一个新的课题机械手。机械手是工业机器人领域的一个重要组成部分。他的特点是通过程序控制来完成任务,利用其仿生动作的优势,尤其是在AI领域和多工况适应性领域。机械手再这种变幻多端的复杂的极端环境下具有良好的稳性和高的重复定位精度。工业机械手越来越多的被人们所接纳并理解。,它可以取代很多领域的手工工作;其次,它能严格执行程序编写的生产流程。按照指定的程序和时间顺序来完成工作。;第三,它作为专业的焊接设备,从而极大的提高了人类工作的环境条件。增大了劳动生产效率。,加快自动化改造的步伐。因此,许多国家高度重视人力和物质资源的研究和应用。尤其在各种极端气候气象和环境条件下。机械手具有自动的自我控制空能，可拷贝控制程序的新的多功能设备，,他具有多个自由度,可以在不同的环境中完成工作。1.2 工业机械手的简介首先从美国开始发展。1958年,美国context控制公司研制出了的第一代机器人。他的结构是:身体旋转臂安装,最后是装有电磁铁工件扣人心弦的机制和控制体系的教学类型。之后，库卡工业机器人已经出现在娱乐领域之中。 、1.3工业机械手在生产中的应用 机械制造领域的自动化改造水平每天都在更新在提高,现代化的上产车间,大量的使用无人控制,为提高产品生产效率,完成工人难以完成或危险的工作。数据显示,在美国所有的工业产品制造商中,生产小批量产品的75%的企业中,金属制造领域有大概55的企业,其实零件在机床上加工时间只占5%的零件生产时间。从这里可以看出,自动化改在的成果。在国内，机械手通常用于完成如下工作；:再软包装塑料领域铸模的应用。;废品回收领域,家禽饲养;冶金铸造行业提取高温熔融液等等。本文的研究对象是处理机器人可以实现这种工作。以下列出,机械手在工业上的应用。1.3.1 制造圆柱型的零件（如转动轴、盘类、大型圆环类）的自动生产线通常使用一个机械手在机器之间传输部分。大规模的生产线,工作台与运输线之间产品的搬运盒子式零部件件加工组合非标机床线。 1.3.2 在实现单机的自动化生产方面各种半自动非标设备、自动化夹具、自动上料机、自动线切割激光切割机器人、 自动化生产线,再机床领域。邯郸永创机床厂Y38滚齿机,青海二机厂花键滚铣机床。因为以上厂家再自动化改造领域取得了显著地成果，,一国内的其他的一些厂家也开始改造自己的机器,或者为用户预留安装接口以便于以后安装新的辅助自动化机械手设备等。如上海第二汽车配件工厂机器外壳冲压生产线机械手(生产线)和天津第二注塑机与给料,夹紧,成型,模具自动工作循环,安装在机械手自动工件装卸,可以实现全自动化生产。目前,有两个方面在冲床机械手的应用:首先,超过160吨的冲床的机械手。如大连海滨互感器厂200 t环磁力杰克壳牌给料机械手和天津拖拉机厂400 t冲床装卸机械手;另一个是冲压设备,例如冲压站走灯板技术的120 t和40多站按机械手。1.4 机械手的组成工业机械手由三部分组成,传动模块、驱动模块和控制模块。1.4.1 动作实施机构手臂动作通常执行机构(如液压缸或气缸)和各种传导机制来实现,从分析手臂的力量,它在静态和动态加载的手腕,手和工件,和它的运动更重要的是,复杂的压力1.4.2 驱动机构驱动机构是机械手控制的最核心环节。根据不同的动力源,工业机器人的驱动机构可分为四种类型:液压、气动、电气和机械传动。采用液压装置驱动机械手,结构简单的优点,体积小,重量轻,方便控制。1.4.3 控制系统分类在机械手的控制,有两种方式的动态控制和连续控制。大多数插销板的位置控制,可编程控制器程序控制,微型计算机控制,使用凸轮和磁盘或磁带,穿孔卡片记录程序。主要控制坐标位置,注意它的加速度特征。1.5工业机械手的现阶段发展以及实际的趋势(1) 工业机器人功能多样性，性能也在跨步般的提高(2)机械部件组成模块化。例如,组合模块的伺服电机、行星高精密减速机、传感器检测系统三个集成:组合模块、连杆模块机器人完成机器的建设;并合并成模块化装配机器人产品。(3)工业机器人控制系统基于PC的NV数字控制，采用模拟量和数字量控制机制,容易标准化,网络;集成设备增加,控制柜结构紧凑,模块化。(4)机器人传感器发挥着机器重要的功能,除了形位传感器例如速度、加速度传感器、组装、焊接机器人也可以用于视觉和触觉等传感器,和远程控制机器人视觉融合技术,声音感知,触觉、触觉传感装置来控制多传感器融合技术配置系统已经成熟地应用在生产环境中建模和决策。(5)虚拟现实机器人行动已经从模拟、预览等过程控制远程控制机器人机械手有接触远端感觉操纵机器人的工作环境。(6)现代机器人系统的远程控制开发特点不是追求整个系统的统一控制，而是专注于运营商和机器人的人机交互控制,即远程控制和地方自治系统构成完整的监控远程控制系统,智能机器人从实验室进入实用阶段。(7)机器人机械热度开始上升。自从美国94年来开发了虚拟轴机床,新设备已成为在国际研究领域的热门话题之一。工业机器人在中国从80年开始的“75”科技研究,在国家的支持下,通过“75”,“85”科技研究,机器人喷涂的发展,电弧焊、点焊、装配、运输等机器人有了长足的发展。有超过130套的喷漆机器人在20多个企业近30自动涂装生产线(站)的应用规模和弧焊机器人被用于汽车制造工厂的焊接线。但是总体而言,中国的机器人领域与国外相比还有以下问题,如可靠性低于国外产品:机器人应用发展起始点较国外先进国家晚,应用领域较少,制造系统和制造理念再与国外相比较为落后,在实际应用领域，我国大概只装备了约两百台机械手，,约占全球安装总数的3%。以上的主要原因是没有产业化的工业机器人制造研发系统,机器人生产在我国都属于非标定制产品，不同的用户都有自己的需要，没有形成标准化的产品，没有形成行业标准，从而造成了产品价格高，但是可靠性差，质量不稳定等问题。我国目前需要一个行业规范来实现机械手的批量化生产，对所面向的产品进行标准化的定型，参照国外先进设备的规范形成自己的体系与标准，并符合国际质量体系的认证，按照国际通用性预留各种通信与动力接口，保证设备具有良好的工艺性与互换性。1.6 本文主要研究内容本文研究了国内外机械手发展的现状本文研究了国内外机械手的发展,机械手的运动机制是熟悉机械手的工作原理。按照这个要求,确定搬运机械手的基础结构,并对机械臂进行简单的模拟,进而完成了机械手的设计(包括传动机构、执行机构、驱动部分的设计工作。进而利用ADAMS软件来对动作进行仿真模拟。掌握机械仿真的一般过程。1.7 本章小结本章简单介绍了机械手的基础理论和相关信息。让机械手的设计思想融入到作者的脑海中，了解机械手的工作机理，并进行深入的探讨，最终达到完整的掌握机械手的目的。 2机械手的总体设计方案2 机械手的总体设计方案这个论文设计是解决机械手的设计和运动仿真。本设计的首要任务是完成机械手的原理跟外形和运动机构设计,和ADAMS软件进行可行性的仿真模拟。在本章机械手采用坐标运动形式,确定自由度数量和驱动控制等系统。因此,执行机构,执行机构的主要任务是设计,然后通过ADAMS软件进行一个简单的运动仿真机械手的手。2.1 机械手基本形式的选择常见的工业机械手基于ARM嵌入式系统来控制运动形式,以坐标的形式大致可以分为以下四种类型:(1)笛卡尔坐标式机械手;(2)圆柱坐标型机械手;(3)球坐标(极坐标)类型机械手;(4)多关节型机械手。中心回转式机械手具有紧凑,高定位精度和小面积等特性。图1.1是一个原理图的机械手搬运物品。机器人的任务是把传送带上的物品到传送带上。图1.1 机械手基本形式示意2.2机械手的主要部件及运动在标准通用坐标系坐在圆柱坐标式机械手的基本方案选定后，根据设计目的要求，为了实现设计最终的目的，本设计的机械手具有6个自由度：吸盘吸/放；腕部旋转；摆臂伸缩；摆臂回转；手臂升降，吸盘转动6个主要运动。本文中机械手主要由上文提到的部件和5个伺服控制系统组成：（1）手腕部，采用90交直轴齿轮传动，通过此机构来实现手部的摆动。（2） 腕部，采用一个回转气缸来实现腕部的固定摆动角度 XXXX大学学士学位论文（3）臂部，伺服电机跟滚珠丝杠组合实现直线运动到达1.5m。（4）机身，焊接底座跟导轨实现直线方向的位移。2.3驱动机构的选择工业机械手的成本取决于标准件的选择和要实现功能的难度以及应用的场合。根据不同的动力源,工业机器人的驱动机构可分为如下四种类型:液压、气动、电气和机械传动。气动设备用于驱动机械手、结构简单的优点,体积小,重量轻,方便控制和快速反应以及柔性缓冲。因此,本文机械手传动方案采用气动方案。2.4 机械手的技术参数列表一、用途：搬运:用于车间搬运二、设计技术参数:1、抓重:20Kg 吸盘式手部)2、自由度数:5个自由度3、座标型式:圆柱座标4、最大工作半径:3000mm5、手臂最大中心高:1248mm6、手臂运动参数伸缩行程：1200mm伸缩速度：83mm/s升降行程：300mm升降速度：67mm/s回转范围:7、手腕运动参数回转范围: 2.5 动态检测系统本设计中有一个关键点，在于搬运成品箱的摆放，上料带送来的箱子很有可能东倒西歪，如何将他们在货车上摆放整齐以便于捆扎？因此，本设计中选用了视觉检测系统，利用CCD传感器，检测箱子的标的物或者边缘，因为箱子长宽有差别，CCD检测能有效识别2mm的误差，所有，可以检测出箱子实际吸取时的空间位置。2.6 本章小结在这一章,进行了机械手的总体设计、基本形式和选择自由度的机械手,设计的系统由伺服驱动,和一些机械手的技术参数。和成品的检测系统框识别被选中。时间的设计计算。3 机械手手部的设计计算 3 机械手手部的设计计算3.1 手部设计基本要求（1） 具有满足成品箱抓取能力的要求；（2） 应该具有合理的工作空间，包装箱子并列摆放的时候不会与机械结构发生干涉，影响跺码的整齐性。（3） 在结构上要尽可能合理利用空间，尽可能将结构进行紧凑型设计，保证设备所有空间都有利用的价值，从而减小机械手体积，实现灵活运动。（4） 应保证吸盘的吸取位置定位，并且尽可能的降低成本；3.2 典型的手部结构（1） 回转型 包括转盘和随动轴。（2） 移动型 XY坐标移动机构和Z坐标升降机构。（3）平面平移型。3.3机械手手抓的设计计算3.3.1选择手抓的类型本设计因为工作空间的局限性，不得不选择工作范围窄，抓取能力强的设备，曾经在设计初选择过机械手，夹取机器人等结构，但是以上结构适合单件输送线搬运方式，但是对于密集型堆垛就会有明显的困难。综合考虑以上因素，本设计最终选择了SMC公司出品的真空吸盘作为搬送组件。其工作原理是利用托里拆利大气压强原理，通过真空发生器或者真空泵，将吸盘内空气吸净，在气压力的作用下，吸盘会紧紧地压在成品箱的表面，利用吸盘真空吸力来吸取成品箱，通过机械手的动作，将成品箱搬运到指定的位置。XXXX大学学士学位论文 3.3.2 吸盘的力学分析下面对其真空吸盘结构进行力学分析：真空吸盘 图3.1（a）为标准的一种真空吸盘(a) (b)图3.1SMC-ZP2吸盘示意图再真空压力的的作用下，吸盘向下的缓冲压力为F，并通过吸盘中心，安装杆的拉力为F1，真空泵吸力为F2，其力的方向垂直于连杆的端面并指向原点，交和的延长线。由=0 得 =0 得 由=0 得h F= （3.1）式中 a吸盘的安装支点到吸取物表面的距离（mm）. 工件被吸取时吸盘的吸力方向与连杆支点的夹角。由分析可知，当吸力为一定值时，真空度的增大，则吸力也随之增大，但真空度过大会导致吸盘边缘压力过大，从而导致吸盘连杆受到过大压力而变形，因此最好=。3.3.3 吸取力及驱动力的计算 吸盘作用在工件上的，是设计真空泵的主要依据。必须对吸盘所需的各个参数进行分析计算。一般来说,它需要克服重力所产生的惯性力的工件和工件的惯性力,这样可以保存在一个可靠的吸取工件的状态。 吸盘对工件的吸取力可按公式计算： （3.2）式中 安全系数，通常1.22.0； 工况系数，主要考虑本身惯性力和惯量的影响。可近似估值其中a，重力的方向上的最大的上升加速度； 搬运时工件最大上升速度 系统达到V需要的时间，普遍选取0.030.5s 位置度关系，根据吸盘与工件位置关系进行。 G被抓取工件所受重力的影响（N）。表3-1 真空泵和真空发生器的工作压力吸盘上受力F（N）真空泵/发生器工作压力Mpa吸盘上受力F（N）真空泵/发生器工作压力Mpa小于500200-30050-100 300-400100-200 500及以上计算：取a=100mm,b=50mm,;真空吸盘达到最高吸取力的反应时间为0.5s，求吸力和驱动力和 驱动真空泵或发生器的规格。(1) 设 =1.02 根据公式，将已知条件带入： =1.5 （2）根据驱动力公式得： =1378N （3）取 （4）确定真空泵的真空腔直径D 选择连杆直径为d=0.5D,选择伺服电机工作电压220V, 根据表4.1（JB826-66），选取真空泵内径为：D=63mm则真空泵叶片杆内径为:D=630.5=31.5mm，选取d=32mm3.3.4真空吸盘吸取范围计算吸盘的吸力角为，吸盘连杆杆运行的长度为340mm。吸盘的吸取范围，吸盘的直径100mm,当真空吸盘没有吸取的时候，如图3.2（a），根据搬送手吸盘机构的要求，实际需要的吸取半径，当张开时，如图3.2（b）所示，理论吸取半径计算如下： 真空吸盘的吸取半径从（a） (b)图3.2 吸盘吸取角度示意图3.4 真空吸盘吸取精度的分析计算真空吸盘需要精确定位的精度设计,精度高、重复性和稳定性好,有足够的吸收。吸盘可以准确地吸取工件,工件送到指定的位置不仅取决于吸盘动作机构的定位精度(移动部件的手臂和手腕,等等),但也的吸盘重复定位精度的大小有关。尤其在许多品种,在小批量生产,以适应工件大小在一定范围内的变化,机械手的夹紧误差必须执行。图3.3 真空吸盘误差分析示意图本设计中使用标准成品箱来分析搬运机械手的的搬运误差精度。机械手的吸取范围为80mm180mm。一般夹持误差不超过1mm,分析如下：工件的平均半径：手指长,取V型夹角压力偏移角按最佳值确定：计算 当S时带入有：夹持误差满足设计要求。3.5弹簧的设计计算弹簧是压力弹簧，选择国标GB/T 7909-1996。如图3.4所示，计算如下。图3.4 圆柱螺旋弹簧的几何参数(1).选择GB/T 623-1998 Ti系列弹簧钢，查手册表取许用剪切应力(2).选择旋绕比C=8，则 （3.3）(3).根据设备理论设计空间得出弹簧中径D=42mm，初步计算弹簧丝直径 (4).试算弹簧丝直径 （3.4）(5). 确定弹簧实际使用的有效圈数： （3.5）选择标准为，弹簧的总圈数圈(6).最后确定，(7).对于压缩弹簧稳定性的验算 压缩弹簧如果弹簧的长度较大时，容易失稳，这是很危险的。 当A,B，,当A固定；B自由时，；当A,B自由转动时，。结论本设计弹簧，因此弹簧具有良好的稳定性。(8).疲劳强度和应力强度的验算。再使用循环次数较多、在多种可变力的情况下工作的弹簧，还应该进一步对弹簧的抗疲劳寿命和静应力强度进行核算计算公式： （3.6）选取1.31.7（力学性精确能高） （3.7）结论：经过校核，弹簧适应。 3.6 本章小结本章通过设计计算,首先对弹簧缓冲机构进行力学分析,然后在吸盘连杆结构的吸取力,缓冲弹簧弹簧,驱动动力大小计算,从而保证满足基本需求,对被吸取对象的需要进行反向推导运算。4 回转部的设计计算 4 回转部分的设计计算4.1 回转部分设计的基本要求（1） 力求结构紧凑、重量轻手腕手臂的前面,把它的静态和动态负载承担的胳膊。显然,结构、重量和功率负载的手腕,直接影响到结构,重量和操作性能的手臂。因此,在手腕必须努力设计,结构紧凑,重量轻。（2）结构考虑，合理布局 手腕机械手的执行机构,承担的功能连接和支持,除了保证力和运动的要求,有足够的强度、刚度,还应该考虑,布局合理,解决连接的手腕和手臂和手。（3） 必须考虑工作条件这个设计,机械手在工作场所的工作条件在酒吧的处理和加工,所以不会影响环境,不能在高温和腐蚀介质,因此机械手的手腕没有太多的不利因素。4.2 回转部的结构以及选择4.2.1典型的腕部结构(1) 具有一个自由度的的手腕结构自由度旋转驱动器。它结构紧凑、灵活和广泛的手腕转动,m总数的时刻,需要克服一些阻力:克服惯性起动器使用。旋转角是由可移动板的夹角和静态块（一般小于）。(2) 手腕齿条活塞驱动的。需求的角度比下手腕齿条活塞驱动的。这种结构更大的规模,通常适用于吊臂。(3) 具有两个或者以上自由度的旋转驱动的手腕机构。它的手腕部具有水平位移或者垂直转动这两个自由度。(4) 电-气结合的腕部结构。XXXX大学学士学位论文 4.2.2 回转部结构和驱动机构的选择 本课题要求腕部回转，综上所述的分析考虑到各种原因，腕部机构选择具有一个自由度的回转驱动腕部结构，采用伺服电机驱动。4.3 回转部的设计计算4.3.1 回转部设计考虑的参数 夹取工件重量20Kg，回转。4.3.2 回转部的驱动力矩计算（1） 腕部的驱动力矩需要的力矩。（2） 腕部回转支撑处的摩擦力矩。需要吸取的成品箱规格380x255x234mm，重量20Kg，当手部回转时，计算 力矩：（1） 吸盘和真空泵及回转气缸等转动件有效为一个圆柱体，高为220mm，直径120mm，其重力估算G=3.14（2） 擦力矩。（3） 启动时候气缸叶片的偏角=0.314rad，等角速度。 （4.1）查取转动惯量公式有：代入： 4.3.3 回转部驱动力的计算表4-1 回转气缸的内径系列（JB826-66） （mm）2025324050556365707580859095100105110125130140160180200250选定手腕部的部分尺寸：根据表4-1设回转缸缸体内空半径R=55mm，外径根据表3-2选择120mm,这个是回转缸缸壁最小厚度，考虑到实际的装配需要后，其外径为220mm；伺服转片型宽b=66mm,输出叶片r=22.5mm.基本尺寸示如图4.1所示。则回转缸工作压力，选择0.5Mpa图4.1 腕部回转气缸剖截面结构示意表4.2 标准气缸外径（JB1068-67） （mm）气缸内径40 5063809010011012514015016018020020钢P5060769510812113316814618019421924545钢506076951081211331681461801942192454.3.4 回转气缸安装盖螺钉的计算图4.2 缸盖螺钉间距示意表4.3 螺钉间距t与压力P之间的关系工作压力P（Mpa）螺钉的间距t(mm)小于150小于120小于100小于80法兰；螺纹的计算，如图4.2所示，t为螺纹的距离，距离跟工作压强有关，见表4.3， （4.2）计算：回转气缸工作压强为P=0.6Mpa,所以安装孔间距t小于20mm,选择8个螺钉，所以选择螺钉数目合适Z=8个 危险截面 (4.3) 所以 =11863.3+10545=19772N螺钉材料选择Q235，（）螺钉的直径 （4.4）螺钉的直径选择d=8mm.4.3.5转盘和安装盘轴间的连接螺钉（1） 转盘和安装盘间的连接螺钉 于是得 (4.5)D转盘的外径；f安装盘配合面间的摩擦系数，铝合金对钢铁取f=0.15螺钉的强度条件为 (4.6)或 (4.7)带入相关的参数，得螺钉材料选择Q235，则（）螺钉的直径 螺钉选用DIN标准的高强度不锈钢花型薄头螺钉。4.4 本章小结本章通过四个基本结构选择与回转部, 回转部一个自由度旋转驱动器的结构。计算转矩和转动手腕,还计算回转气缸的直径与连接螺丝。5搬运平移丝杠设计及有关计算 5 搬运平移丝杠的设计计算机械手控制成员的主要组成部分。它的作用是支持手腕和手(包括工件或工具),在运动和驾驶他们。手臂运动应该包括三个动作:伸缩,将和提升。在这一章,我们描述了手臂的伸缩运动,手臂的旋转和升降运动的运动身体,将在下一章中描述。手臂运动的目的:处理的空间范围内运动。如果手势的变化(音),手腕的自由实现。因此,在一般情况下,手臂应该有3个自由度,以满足基本需求,两手臂伸缩,在和升降运动。手臂动作通常驱动机制和各种传导机制来实现,从分析手臂的力量,它在工作中直接的静态和动态负载下手腕,手,和工件。 5.1 搬运平移丝杠设计的基本要求一、 材料应承载能力大、刚性良好、自身重量轻（1） 根据力学参数，选择合适的截面形状和尺寸。（2） 保证设备好用质量又小还有很大的抗变形强度。（3） 合理布置作用力的位置和方向。（4） 注意简化结构。（5） 提高配合精度。二、 丝杠要有小惯量高速度的运动稳态。机械手的运动速度是其特别重要的参数,它代表了了智能制造领域的生产水平。高速运动的机械手,其最大移动速度设计,最大转速设计,和平均移动速度。在某个角落里的速度,速度和减少其重量是最有效和直接的方式来减少惯性。因此,机械手臂的部分应尽可能的轻。减少惯量具体有3个途径：（1） 为了降低质量，可以采用碳纤维材料，但是处于成本考虑，最终采用6系列铝合金（6036）。（2） 减少臂部运动件的轮廓尺寸。（3） 降低回转工作半径，再安排布置动作时序时，先回后进（或先回转后伸缩），尽可能在较小的悬空位置进行工作。（4） 驱动系统中设有缓冲装置。三、丝杠动作应该灵活使用轴承替代轴套从而降低摩擦产生的阻力。悬臂式机械手的传动部位,指导并安排合理定位块,手臂运动尽可能平衡,减少提升支持轴偏心的时刻,特别是,防止卡死锁现象)的发生机制。为此,有必要计算条件满足非自锁条件。23XXXX大学学士学位论文 总结:以上要求是相互约束,我们应该考虑这些问题,设计一个完美的唯一途径,机械手的性能好。5.2 丝杠的种类及其选择5.2.1 T型螺母丝杠T型丝杠采用T型螺纹传动，通过螺纹传递力量，丝杠上的螺纹与T型螺母摩擦传动，特点是制造价格低廉，使用保养方便，缺点是摩擦传动效率低，连续使用会造成发热严重。5.2.2 滚珠丝杠滚珠丝杠是将回转运动转化为直线运动，或将直线运动转化为回转运动的理想的产品。滚珠丝杠是工具机械和精密机械上最常使用的传动元件，其主要功能是将旋转运动转换成线性运动，或将扭矩转换成轴向反复作用力，同时兼具高精度、可逆性和高效率的特点。由于具有很小的摩擦阻力，滚珠丝杠被广泛应用于各种工业设备和精密仪器。滚珠丝杠由螺杆、螺母、钢球、预压片、反向器、防尘器组成。它的功能是将旋转运动转化成直线运动，这是艾克姆螺杆的进一步延伸和发展，这项发展的重要意义就是将轴承从滑动动作变成滚动动作。综上所述，本设计采用滚珠丝杠与伺服电机驱动方式第一个粗略的估计,或类似的结构,根据初始的运动参数测定的主要维度的相关机构,然后检查计算,修改后的设计。如此反复,画出最终结构。使液压缸水平伸缩直线运动克服摩擦,惯性等几个方面的摩擦,惯性等几个方面的阻力,确定液压缸来确定所需的驱动力。的驱动力的计算液压缸的活塞。 (5.1)5.2.3 滚珠丝杠的选型本设计中采用HIWIN滚珠丝杠，因为属于轻型负载，负载小于20Kg，根据厂家提供的标准，选择FHAG-20-5-2型滚珠丝杠，丝杠直径20,导程5，双滚珠系列，最大传递扭矩25Nm5.2.4 伺服电机的选型为了配合伺服电机使用，选择扭式达特公司生产的PF60-5-d-A-A-C型行星减速机，配合安川伺服电机使用。(1).选择行星减速机，查减速机轴的许用切应力(2).选择减速比比C=8，则(3).根据安装空间选择选配法兰盘直径，根据空间估算(4). 试算尾部螺丝直径 选择安装螺丝为M8内六角螺钉根据扭矩情况确定胀套的有效螺钉数： 选择标准为，胀套的总螺钉数个，最后确定，(5). 对于伺服减速电机机稳定性的验算对于行星减速机如果减速比较大时，则受力后容易发热失去稳定性，这在工作中是不允许的。 当法兰固定时，,当尾部固定；一端自由时，；当腰部自由转动时，。结论本设计许用系数，因此弹簧稳定性合适。(8).疲劳强度和应力强度的验算。对于循环次数多、在变应力下工作的减速机，还应该进一步对减速机的疲劳强度和静应力强度进行验算（如果变载荷的作用次数，或者载荷变化幅度不大时，可只进行静应力强度验算）。现在由于本设计是在恒定载荷情况下，所以只进行静应力强度验算。计算公式： 选取1.31.7（力学性精确能高） （3.7）结论：经过校核，减速机适应5.3 本章小结本章设计了机械手的摆动臂的结构，摆臂采用新型复合材料和伺服驱动系统，对驱动的摆动气缸缸的驱动力进行了详细的计算，并对非标准摆动气缸缸的基本尺寸进行了设计。266整机外形图 6 整机外形图47XXXX大学学士学位论文 6.5 本章小结在这一章,机体设计,和旋转机制和提升机制设计和计算。同时,标准化产品的使用,这是设计中不可缺少的一部分。XXX