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基于缝纫机针自动抛光机械手设计【优秀含20张CAD图纸+全套机械手毕业设计】

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11固定架.dwg

12转轴.dwg

13轴.dwg

14轴连接件.dwg

15手臂底座.dwg

16左右螺旋轴.dwg

17机械手指.dwg

18肩关节.dwg

19肘关节.dwg

1支撑件.dwg

20装配图.dwg

2箱体.dwg

3连接件.dwg

4机身.dwg

5带轴车轮.dwg

6车轮.dwg

7齿轮1.dwg

8齿轮2.dwg

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13轴.dwg

14轴连接件.dwg

15手臂底座.dwg

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摘要I

AbstractII

第一章绪论1

1.1机械手的简介与概况1

1.2机械手的组成与分类1

1.3 机械手的应用意义及参数5

1.4机械手应用简况6

第二章关于缝纫机针自动抛光机械手的设计计算11

2.1一级减速器减速比及转矩的折算的计算11

2.2 齿轮的材料选择，及其传动失效形式的计算11

2.3 滚动轴承使用寿命的计算13

2.4 螺栓组受力分析15

2.5轴的设计与计算16

第三章缝纫机针抛光机械手工作原理及电机的选择19

3.1抛光自动线组成及工作原理19

3.2机械手的步进电机驱动及手部动作方式20

3.3进电机的选择24

第四章缝纫机针抛光机械手电路的控制及程序设计26

4.1步进电机内部芯片的介绍26

4.2细分电路的选择及原因27

4.3 关于选用3713各引脚及功能和DA0808的图例27

4.4步进电机的程序控制30

第五章缝纫机针抛光机械手气动装置的选择36

5.1 气动机构简图36

5.2手臂俯仰运动汽缸的设计选择36

5.3手臂回转运动汽缸的设计选择37

第六章结论39

致谢40

参考文献41

摘要

随着工业突飞猛进的发展，机械手扮演着越来越重要的角色。机械手是在自动化生产过程中使用的一种具有抓取和移动工件功能的自动化装置。机械手是模仿着人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。

本文主要研究机械手的手指夹持缝纫机针，在即旋转有往复移动的抛轮上进行上下摆动，根据抛光工艺过程，各机械手间互相传递着缝纫机针、调换缝纫机针的大小头，并进行精、精抛光等操作。机械部分是在力学计算的基础上经过结构分析进行设计，包括手部、手腕、手臂、送料装置以及机身等；气压系统的设计包括气压系统的计算、气压元件的选用、多种规格接头的设计和加工以及气压系统的安装调试。

关键词：机械手，计算，自动化，机械装置

Abstract

With the scientific and technological progress, cars have become the mainstream of the contemporary world, the invention of cars to bring mankind great convenience, the car handling, comfort has also been gradually improving, and the mantransmission has been gradually by the automatic transmission Replaced. Automatic transmission can be repeated for the acceleration, deceleration, speed transmission, anotherfunctions, the speed with smooth, light and other advantages of driving. But with the traditional manual transmission compared, there are complex structures, detection, diagnosis and maintenance of difficult issues, so this common automotive automatic transmission failure study.

This paper studies mechanical hand fingers gripping sewing machine needles and the imminent movement of reciprocating a rotating wheel on the left swinging from op to bottom, according to polishing process, the manipulator of transmission of the ewing machine needle each other, swapped the size of the first sewing machine eedles and a fine, fine Polishing operation. Mechanical parts in the mechanical ulation on the basis of the structure of the design, including the hand, wrist, arm, feeding devices and the fuselage; pressure system design, including air pressure system, pneumatic omponents of the selection, a variety of joint specifications Design and processing system and the installation of air pressure adjustment.

Key words：Machinery hand, calculate, Automation,Mechanical device

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内容简介：: 毕业论文基于缝纫机针自动抛光机械手设计学生姓名：吕晓琳指导教师：刘洋合作指导教师：专业名称：自动化所在学院：职业技术学院 2009 年 6 月nts大连水产学院本科毕业设计目录目录摘要 . I Abstract . II 第一章绪论 . 1 1.1机械手的简介与概况 . 1 1.2机械手的组成与分类 . 1 1.3 机械手的应用意义及参数 . 5 1.4机械手应用简况 . 6 第二章关于缝纫机针自动抛光机械手的设计计算 . 11 2.1一级减速器减速比及转矩的折算的计算 . 11 2.2 齿轮的材料选择，及其传动失效形式的计算 . 11 2.3 滚动轴承使用寿命的计算 . 13 2.4 螺栓组受力分析 . 15 2.5轴的设计与计算 . 16 第三章缝纫机针抛光机械手工作原理及电机的选择 . 19 3.1抛光自动线组成及工作原理 . 19 3.2机械手的步进电机驱动及手部动作方式 . 20 3.3进电机的选择 . 24 第四章缝纫机针抛光机械手电路的控制及程序设计 . 26 4.1步进电机内部芯片的介绍 . 26 4.2细分电路的选择及原因 . 27 4.3 关于选用 3713各引脚及功能和 DA0808的图例 . 27 4.4步进电机的程序控制 . 30 第五章缝纫机针抛光机械手气动装置的选择 . 36 5.1 气动机构简图 . 36 5.2手臂俯仰运动汽缸的设计选择 . 36 5.3手臂回转运动汽缸的设计选择 . 37 第六章结论 . 39 致谢 . 40 参考文献 . 41 nts大连水产学院本科毕业设计摘要 I 摘要随着工业突飞猛进的发展，机械手扮演着越来越重要的角色。机械手是在自动化生产过程中使用的一种具有抓取和移动工件功能的自动化装置。机械手是模仿着人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。本文主要研究机械手的手指夹持缝纫机针，在即旋转有往复移动的抛轮上进行上下摆动，根据抛光工艺过程，各机械手间互相传递着缝纫机针、调换缝纫机针的大小头，并进行精、精抛光等操作。机械部分是在力学计算的基础上经过结构分析进行设计，包括手部、手腕、手臂、送料装置以及机身等；气压系统的设计包括气压系统的计算、气压元件的选用、多种规格接头的设计和加工以及气压系统的安装调试。关键词：机械手，计算，自动化，机械装置 nts大连水产学院本科毕业设计 Abstract II Abstract With the scientific and technological progress, cars have become the mainstream of the contemporary world, the invention of cars to bring mankind great convenience, the car handling, comfort has also been gradually improving, and the mantransmission has been gradually by the automatic transmission Replaced. Automatic transmission can be repeated for the acceleration, deceleration, speed transmission, anotherfunctions, the speed with smooth, light and other advantages of driving. But with the traditional manual transmission compared, there are complex structures, detection, diagnosis and maintenance of difficult issues, so this common automotive automatic transmission failure study. This paper studies mechanical hand fingers gripping sewing machine needles and the imminent movement of reciprocating a rotating wheel on the left swinging from op to bottom, according to polishing process, the manipulator of transmission of the ewing machine needle each other, swapped the size of the first sewing machine eedles and a fine, fine Polishing operation. Mechanical parts in the mechanical ulation on the basis of the structure of the design, including the hand, wrist, arm, feeding devices and the fuselage; pressure system design, including air pressure system, pneumatic omponents of the selection, a variety of joint specifications Design and processing system and the installation of air pressure adjustment. Key words： Machinery hand, calculate, Automation,Mechanical device nts大连水产学院本科毕业设计第一章绪论 1 第一章绪论 1.1 机械手的简介与概况在中国工业韧带发展中，很多高生产率高精度的机械加工设备从国外引进，比如工业机械手、数控车床和铣床等，还有把几种机床的功能集中在一起的加工中心等。总之这类 CNC机床大大的提高了工作速度，产品的加工精度，降低了工作的劳动强度，所以大受欢迎。但是这类设备引进费用也是相当的昂贵。随着我国工业生产的飞跃发展，自动化程度的迅速提高，实现工件的装卸、转向、输送或操持焊枪、喷枪、装配等作业的自动化，工业专用机械手越来越的到人们的重视。机械手是模仿着人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。在工业生产中应用的机械手被称为“工业机械手”。生产中应用机械手可以提高生产的自动化水平和劳动生产率；可以减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全生产；尤其在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣的环境中，它代替人进行正常的工作，意义更为重大。因此，在机械加工、冲压、铸、锻、焊接、热处理、电镀、喷漆、装配以及轻工业、交通运输业等方面得到越来越广泛的应用。机械手的结构型式开始比较简单，专用性较强，仅为某台机床的专用机械手。随着工业技术的发展，制成了能够独立的按程序控制实现重复操作，使用范围比较广的“程序控制通用机械手”，简称通用机械手。由于通用机械手能很快地改变工作程序，适应性较强，所以它在不断变换生产品种的生产中获得广泛的应用。本文主要研究机械手的手指夹持缝纫机针，在即旋转有往复移动的抛轮上进行上下摆动，根据抛光工艺过程，各机械手间互相传递着缝纫机针、调换缝纫机针的大小头，并进行精、精抛光等操作。机械部分是在力学计算的基础上经过结构分析进行设计，包括手部、手腕、手臂、送料装置以及机身等；气压系统的设计包括气压系统的计算、气压元件的选用、多种规格接头的设计和加工以及气压系统的安装调试。 1.2 机械手的组成与分类 1.2.1 机械手的组成机械手主要由执行机构、驱动系统、控制系统以及位置检测装置等所组成。各系统相互之间的关系如方框图 1-1所示。 nts大连水产学院本科毕业设计第一章绪论 2 图 1-1 系统方框图（一）执行机构包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的还增设行走机构。 1、手部即与物件接触部件。由于与物件拉触的形式不同，可分为夹持式和吸附式手部。夹持式手部由手指（或手爪）和传力机构所构成，手指是与物件直接接触，而传力机构由通过手指产生夹紧力来完成夹放物件的任务；吸附式手主要由吸盘等构成，它是靠吸附力（如吸盘内形成负压或电磁力）吸附物件。 2、手腕是联接手部和手臂的部件，起调整或忙改变工作方位的作用。 3、手臂支承手腕和手部的部件，用以改变工件方位的作用。 4、立柱是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分，手臂的回转运动和升降（或俯仰）运动均与立柱有密切的联系。机械手的立柱通常为固定不动的，但因工作需要，有时也可以横向移动，即称为可移式立柱。 5、行走机构机械手为了完成远距离的操作和扩大使用范围，可以增设滚轮行走机构。滚轮式行走机构可分有轨的和无轨的两种。驱动滚轮运动则应另外增设机械传动装置。 6、机座它是机械手的基础部分，机械手执行机构的各部件和驱动系统均安装于机座上，故起支承和联接的作用。（二）驱动系统机械手的驱动系统是驱动执行机构运动的传动装置。常用的液压传动、气压传动、电力传动和机械传动等四种形式。（三）控制系统有电气控制和射流控制两种，一般常见的为电气控制。它是机械手的重要组成部分，它支配着机械手按规定的程序运动，并记忆人们给予机械手的指令信息（如动作顺序、运动轨迹、运动速度及时间），同时按其控制系统的信息对执行机构发出指令，必要时可对机械手的动作进行监视，当动作有错误或发生故障时即发出报警信号。（四）位置检测装置控制机械手执行机构的运动位置，并随时将执行机构的实际位置反馈给控制系统，并与设定的位置进行比较，然后通过控制系统进行调整，从而使执行机构以一定的精度达到设定的位置。执行机构驱动系统控制系统被抓取工件位置检测装置 nts大连水产学院本科毕业设计第一章绪论 3 1.2.2 机械手的分类由于机械手还没有统一的分类标准，在此暂按使用范围、驱动方式和控制系统等进行分类。（一）按用途分机械手可分为专用和通用机械手两种： 1、专用机械手它是附属于主机的、具有固定程序而无独立控制系统的机械装置。专用机械手具有动作少、工作对象单一、结构简单、实用可靠和造价低等特点，适用于大批量的自动化生产，如自动机床、自动线的上、下料机械手和“加工中心”附属的自动换刀机械手。 2、通用机械手它是一种具有独立控制系统的、程序可变的、动作灵活多样的机械手。通用机械手的工作范围大、定位精度高、通用性强，适用于不断变换生产品种的中小批量自动化的生产。通用机械手按其控制定位的方式不同可分为简易型和伺服型两种：简易型以“开一关”式控制定位，只能是点位控制；伺服型具有伺服定位控制系统，可以是点位的，也可以实现连续轨迹控制，一般的伺服型通用机械手属于数控类型。（二）按驱动方式分 1、液压传动机械手是以油液的压力来驱动执行机构运动的机械手。其主要特点是：抓重可达几百公斤以上、传动平稳、结构紧凑、动作灵敏。但对密封装置要求严格，不然油的泄漏对机械手的工作性能有很大的影响，且不宜在高温、低温下工作。若机械手采用电液伺服驱动系统，可实现连续轨迹控制，使机械手的通用性扩大，但是电液伺服阀的制造精度高，油液过滤要求严格，成本高。 2、气压传动机械手是以压缩空气的压力来驱动执行机构运动的机械手。其主要特点是介质来源极方便、气动动作迅速、结构简单、成本低。但是，由于空气具有可压缩的特性，工作速度的稳定性较差，而且气源压力较低，抓重一般在 3公斤以下，适用于高速、轻载、高温和粉尘大的环境中进行工作。机械传动机械手即由机械传动机构（如凸轮、连杆、齿轮和齿条、间歇机构等）驱动的机械手。它是一种附属于工作主要的专用机械手，其动力是由工作机械传递的。它是主要特点是运动准确可靠、动作频率高、但结构较大，动作程序不可变。它常被用于为工作主机的上、下料。 3、电力传动机械手即由特殊结构的感应电动机、直线电机或功率步进电机直接驱动执行机构运动的机械手，因为不需要中间的转换机构，故机械结构简单。其中直线电机机械手的运动速度快和行程长，维护和使用方便。此类机械手目前还不多，但有发展前途。（三）按控制方式分 1、点位控制：这的运动为空间点到点之间的移动，只能控制运动过程中几个点的位置，不能控制其运动轨迹 .若欲控制的点数越多，则必然增加电气控制系统的复杂性。目前多数机械手属于点位控制。 2、边续轨迹控制：它的运动轨迹为空间的任意连续曲线，其特点是设定点为无限的，整个移动过程处于控制之下，可以实现平稳和准确的运动，并用使用范围广，但电气控制系统nts大连水产学院本科毕业设计第一章绪论 4 复杂。 1.2.3 机械手的自由度及坐标形式自由度是机械手设计的主要参数，每一个够件（即运动）相对固定座标系所具有的独立运动称为自由度。每一个构件相对固定坐标系最多可有六个自由度即沿 X、 Y、 Z三个方向独立的往复移动和绕 X、 Y、 Z轴三个独立的回转运动。两个构件组成相对运动的连接称为运动副，对相对运动加以限制的条件即为约束条件。因为，组成运动副的各构件的运动是受到约束的，不能任意运动，必须按照人们预定的规律而运动。分析机械手的手臂、手腕、手指等部件的本身和他们之间的关系，不外乎是有一组相互联系的着的构件和运动副所组成，这些运动副又可分为只有一个自由度的回转副和移动副或三个自由度的球面副。机械手要象人手一样完成各种运动是比较困难的。因人手指、手腕、手臂有十九个关节所组成，并具有 27 个自由度，而生产实践中机械手不需要这么多自由度。下面按机械手所具有的主运动和辅助运动来分析其自由度。手臂和立柱的运动称为主运动，因为他们能改变被抓取工件在空间的位置。手腕和手指的运动称为辅助运动，因为手腕的运动只能改变被抓取工件的方位，而手指的夹取动作不能改变工件的方位和位置，故他不计为自由度数，其他设计均记为自由度数。自由度的坐标形式：按机械手的手臂的不同运动形式及起组合情况，起坐标形式可分为下列几种： 1、直角坐标式机械手的手臂的运动系由三个直线运动所组成，即沿直角坐标系的 X轴伸缩、沿 Z轴的升降、沿 Y轴的横移。这种坐标形式的机械手成为直角坐标机械手。他的特点是机构简单，定位精度高，适用于主机位置成行排列的场合。但是由于占地面积大而范围小以及灵活性差，限制了它的使用范围。 2、圆柱坐标形式机械手的运动系有两个直线运动和一个回转所组成，即沿 X轴的伸缩、沿 Z轴的升降，沿 Z轴的回转。这种坐标形式的机械手称为圆柱坐标形式机械手。他与直角坐标形式比较，占地面积小而活动范围大，机构较简单，并能达到较高的定位精度，因此应用范围广泛。但由于机械手机构的关系，沿 Z轴方向移动的最低位置受到限制，故不能抓取地面上的物件。 3、球坐标式其手臂的运动由一个直线运动和两个转动所组成，即沿 X轴的伸缩、绕 Y轴的俯仰和绕Z轴回转。这种坐标形式的机械手成为球坐标式机械手。这种机械手手臂的俯仰能抓取地面上的物件，为了使手部能适应被抓取物件的方位要求，常常设有手腕上下摆动，使其手部保持水平位置或其他状态。这种形式的机械手具有动作灵活，占地面积小而工作范围大等特点，他适用于沿伸缩反向向外作业的传动形式。但结构复杂，此外，手臂摆动角的误差通过手臂会引起手部中心处的误差放大。 nts大连水产学院本科毕业设计第一章绪论 5 1.3 机械手的应用意义及参数 1.3.1 机械手应用意义 1、可以提高生产过程的自动化程度应用机械手，有利于提高材料的传送、工件的装卸、刀具的更换以及机器的装配等的自动化程度，从而可以提高劳动生产率，降低生产成本，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。 2、可以改善劳动条件、避免人身事故在高温、高压、低温、低压、有灰尘、噪声、臭味、有放射性或有其它毒性污染以及工作空间狭窄等场合中，用人手直接操作是有危险或根本不可能的。而应用机械手即可部分或全部代替人安全地完成作业，大大地改善了工人的劳动条件。在一些动作简单但又重复作业的操作中，以机械手代替人手进行工作，可以避免由于操作疲劳或疏忽而造成的人身事故。 3、可以减少人力，便于有节奏地生产应用机械手代替人手进行工作，这是直接减少人力的一个侧面，同时由于应用机械手可以连续地工作，这是减少人力的另一个侧面。因此，在自动化机床和综合加工自动生产线上，目前几乎都设有机械手，以减少人力和更准确地控制生产的节拍，便于有节奏地进行生产。综上所述，有效地应用机械手是发展机械工业的必然趋势。 1.3.2 机械手的主要参数 1、抓重抓重是机械手所能抓取或搬运物件的最大重量，它是机械手规格中的主要参数，以 10公斤左右的机械手为数最多。一般将抓重 1公斤的或 1公斤以下的机械手称为微型机械手，1-5公斤的定为小型， 5-30 公斤的定为中型； 30 公斤以上的称为大型。 2、自由度数和坐标形式机械手的自由度数和坐标形式的选择，依据机械手现场具体的生产情况和工艺的要求而定，其选取原则如前所述。 3、运动速度运动速度是机械手的主要参数之一，他反映了机械手的生产水平，很多机械手由于速度低限制了他的使用范围。而影响机械手运动快慢的两个主要运动是手臂的不伸缩和回转运动。 4、行程范围手臂的运动速度大小与机械手的驱动方式、定位方式、抓重大小和行程距离有关系，当手臂的运动速度很高时，手臂在启动和制动过程中回产生很大的冲击和震动，着就会影响手臂的定位精度，因此，手臂的运动速度应根据生产节拍的长短、生产过程的平稳性和定位精度等要求来却定。机械手的手臂运动形成大小与机械手的抓重大小、坐标形式、驱动方式以及实用性能有关系。一般地对于通用机械手的回转应可能的大些，使机械手有一定的通用性，因此一般地nts大连水产学院本科毕业设计第一章绪论 6 手臂回转行程大多数是 500-1000 毫米范围内选取；手臂升降运动的执行机构都配置与机座内，可按需要选定。除了上述主要参数外，还应考虑定位和位置检测装置的选用，这些也反映了机械手眼的特性。目前常用的机械挡块、可调机械当块、行程开关（或限位开关）、电位器及光电编码器社顶和检测装置。 1.3.3 机械手的规格参数为了说明工业机械手的工作性能、使用范围、规格大小、应将机械手的规格参数标注出来或列表说明。通用机械手的规格参数： 1、抓重额定抓取重量或额定负荷，单位为公斤（必要时注明限定运动下的抓重）。 2、自由度数目和坐标形式整机、手臂和手腕等运动共有几个自由度，并说明坐标形式。 3、手臂运动参数。 4、手腕运动参数。 5、手指夹持范围（毫米）和握力（即加紧力或吸力）（公斤）。 6、定位方位固定机械当块、可调机械挡块、行程开关、电位器及其他各种位置设定和检测装置；各自由度所设定的位置数目或位置信息容量；点位控制或连续轨迹控制。 7、驱动方式液压、气动、电动和机械。 8、定位精度位置设定精度及重复定位精度（毫米）。 9、程序编制方法及程序容量如插销板、凸轮转鼓、穿孔卡。对于程控类型的应说明输入、输出电数和程序步数。 10、受信、发信数目，连锁控制信号数目。 11、控制系统动力电、力气。 12、驱动源气动的气压大小；电动机的功率；电动机的类型、规格。 13、轮廓尺寸长宽高（毫米）。 14、重量整机重量。如驱动源、控制柜与工业机械手机体分开时，则分别说明。 1.4 机械手应用简况在现代工业中，生产过程的机械化、自动化已成为突出的主题。在机械工业中，加工、装配等生产是不连续的。专用机床是大批量生产自动化的有效办法，程控机床、数控机床、加工中心等自动化机械是有效解决多品种小批量生产自动化的重要办法。但除切削加工本身外，还有大量的装卸、搬运、装配等作业，有待于进一步实现机械化。据资料介绍，美国生产的全部工业零件中，有 75是小批量生产；金属加工生产批量中有四分之三在 50 件以下，零件真正在机床上加工的时间仅占零件生产时间的 5。从这里可看出，装卸、搬运等工序机械化的迫切性，工业机械手就是为实现这些工序的自动化而产生的。 nts大连水产学院本科毕业设计第一章绪论 7 1.4.1 机械手的具体应用国内外机械工业、铁路部门中机械手主要应用于以下几方面： 1、热加工方面的应用热加工是高温、危险的笨重体力劳动，很久以来就要求实现自动化。为了提高工作效率，和确保工人的人身安全，尤其对于大件、少量、低速和人力所不能胜任的作业就更需要采用机械手操作。 2、冷加工方面的应用冷加工方面机械手主要用于柴油机配件以及轴类、盘类和箱体类等零件单机加工时的上下料和刀具安装等。进而在程序控制、数字控制等机床上应用，成为设备的一个组成部分。最近更在加工生产线、自动线上应用，成为机床、设备上下工序联接的重要于段。 3、拆修装方面拆修装是铁路工业系统繁重体力劳动较多的部门之一，促进了机械手的发展。目前国内铁路工厂、机务段等部门，已采用机械手拆装三通阀、钩舌、分解制动缸、装卸轴箱、组装轮对、清除石棉等，减轻了劳动强度，提高了拆修装的效率。近年还研制了一种客车车内喷漆通用机械手，可用以对客车内部进行连续喷漆，以改善劳动条件，提高喷漆的质量和效率。近些年，随着计算机技术、电子技术以及传感技术等在机械手中越来越多的应用，工业机械手已经成为工业生产中提高劳动生产率的重要因素。 1.4.2 机械手的应用意义目前国内工业机械于主要用于机床加工、铸锻、热处理等方面，数量、品种、性能方面都不能满足工业生产发展的需要。因此，国内主要是逐步扩大机械手应用范围，重点发展铸锻、热处理方面的机械手，以减轻劳动强度，改善作业条件。在应用专用机械手的同时，相应地发展通用机械手，有条件的还要研制示教式机械手、计算机控制机械手和组合式机械手等。将机械手各运动构件，如伸缩、摆动、升降、横移、俯仰等机构，以及适于不同类型的夹紧机构，设计成典型的通用机构，以便根据不同的作业要求，选用不用的典型部件，即可组成各种不同用途的机械手。既便于设计制造，又便于改换工作，扩大了应用的范围。同时要提高精度，减少冲击，定位精确，以更好地发挥机械手的作用。此外还应大力研究伺服型、记忆再现型，以及具有触觉、视觉等性能地机械手，并考虑于计算机联用，逐步成为整个机械制造系统中的一个基本单元。在国外机械制造业中，工业机械手应用较多，发展较快。目前主要用于机床、模锻压力机的上下料，以及点焊、喷漆等作业中，它可按照事先制定的作业程序完成规定的操作，但是还不具备任何传感反馈能力，不能应付外界的变化。如发生某些偏离时，就将引起零部件甚至机械手本身的损坏。为此，国外机械手的发展趋势是大力研制具有某些智能的机械手，使其拥有一定的传感能力，能反馈外界条件的变化，做出相应的变更。如位置发生稍些偏差时，即能更正，并自nts大连水产学院本科毕业设计第一章绪论 8 行检测，重点是研究视觉功能和触觉功能。视觉功能即在机械手上安装有电视照相机和光学测距仪（即距离传感器）以及卫星计算机。工作时，电视照相机将物体形象变成视频信号，然后传送给计算机，以便分析物体的种类、大小、颜色和方位，并发出指令控制机械手进行工作。触觉功能即在机械手上安装有触觉反馈控制装置。工作时机械手先伸出手指寻找工件，通过装在手指内的压力敏感元件产生触感作用，然后伸向前方，抓住工件。手的抓力大小可通过装在手指内侧的压力敏感元件来控制，达到自动调整握力的大小。总之，随着传感技术的发展，机械手的装配作业的能力将进一步提高。到 1995 年，全世界约有 50%的汽车由机械手装配。现今机械手的发展更主要的是将机械手和柔性制造系统以及柔性制造单元相结合，从而根本改变目前机械制造系统的人工操作状态。 1.4.3 机械手的发展趋势专用机械手经过几十年的发展，如今已进入以通用机械手为标志的时代。由于通用机械手的应用和发展，进而促进了智能机器人的研制。智能机器人涉及的知识内容，不仅包括一般的机械、液压、气动等基础知识，而且还应用一些电子技术、电视技术、通讯技术、计算技术、无线电控制、仿生学和假肢工艺等，因此它是一项综合性较强的新技术。目前国内外对发展这一新技术都很重视，几十年来，这项技术的研究和发展一直比较活跃，设计在不断地修改，品种在不断地增加，应用领域也在不断地扩大。早在 40 年代，随着原子能工业的发展，已出现了模拟关节式的第一代机械手。 50 60 年代即制成了传送和装卸工件的通用机械手和数控示教再现型机械手。这种机械手也称第二代机械手。如尤尼曼特 (Unimate)机械手即属于这种类型。 60 70 年代，又相继把通用机械手用于汽车车身的点焊和冲压生产自动线上，亦即是第二代机械手这一新技术进入了应用阶段。 80 90 年代，装配机械手处于鼎盛时期，尤其是日本。 90 年代机械手在特殊用途上有较大的发展，除了在工业上广泛应用外，农矿业、航天、海洋、文娱、体育、医疗、服务业、军事领域上有较大的应用。 90 年代以后，随着计算机技术、微电子技术、网络技术等的快速发展，机械手技术也得到飞速的多元化发展。总之，目前机械手的主要经历分为三代：第一代机械手主要是靠人工进行控制，控制方式为开环式，没有识别能力；改进的方向主要是将低成本和提高精度。第二代机械手设有电子计算机控制系统，具有视觉、触觉能力，甚至听、想的能力。研究安装各种传感器，把接收到的信息反馈，使机械手具有感觉机能。第三代机械手能独立完成工作过程中的任务。它与电子计算机和电视设备保持联系，并逐步发展成为柔性系统 FMS(Flexible Manufacturing System)和柔性制造单元 FMC(Flexible Manufacturing Cell)中重要一环。 nts大连水产学院本科毕业设计第一章绪论 9 1.4.4 机电一体化的生产发展与系统组成现代科学技术的发展极大地推动了不同学科的相互交叉和渗透，导致了几乎所有机械领域的技术革命和改造，纵向分化、横向综合已成为当代科学技术发展的重要特点。在机械领域，由于微电子技术的飞速发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化，使机械工业的技术结构、产品结构、功能与构成、生产方式及管理体系均发生了巨大的变化，同时随着液压与液力传动技术在机械技术构成中所占的比重越来越大，工业生产由“机械电气化”迈入了以“机电液一体化”为特征的发展阶段。所谓机电液一体化系统是指在系统的主功能、信息处理功能和控制功能等方面引进了电子技术和液压控制技术，并把机械装置、执行部件、计算机等电子设备以及软件等有机结合而形成的系统，即机械、执行、液压、信息处理、接口和软件等部分在电子技术的支配下，以系统的观点进行组合而形成的一种新兴机械系统。机电液一体化产生和发展的根本原因在于社会的发展和科学技术的进步。系统工程、控制论和信息论是机电液一体化的理论基础，也是机电液一体化的方法论。微电子技术的发展，半导体大规模集成电路制造技术的进步，则为机电液一体化技术奠定了物质基础。机电液一体化系统虽然结构形式千变万化，但是系统构成的基本要素是相同的，一般包括机械本体、动力部分、检测部分、执行机构、控制器、接口等，其驱动与控制的核心是液压、电子集成系统。 1、机械本体机械本体包括机械传动装置和机械结构装置。机械本体的主要功能是使构成系统的各子系统、零部件按照一定的空间关系装置在特定的位置上，并保持特定的关系。为了充分发挥机电液一体化的优点，必须使机械本体部分具有较高的强度和较小的自重以及实现动作时具有较高的可靠性。机械传动装置要求有高刚度、低惯量以及较高的谐振频率和适当的阻尼性能，从而对机械系统的制造材料和结构形式等方面都提出了相应的要求。机械机构是机电液一体化系统的机体，机械的各组成要素均以机体为骨架进行合理布局，从而有机结合成一个整体，这不仅是系统内部结构的设计问题，同时也是外部造型的设计问题。要求系统整体布局合理，液压管路、接头、控制线束等尽可能减少，使用、操作方便，造型美观。 2、动力部分按照系统控制要求，动力部分为系统提供能量和动力使系统正常运行。用尽可能小的动力输入获得尽可能大的功能输出，是机电液一体化产品的显著特征之一。驱动部分在控制信息作用下，提供动力，驱动各执行机构完成各种动作和功能。机电液一体化系统一方面要求驱动的高效率和快速响应，同时要求对外部环境的适应性。由于电子与液压技术的高速发展，高性能电子液压比例驱动和电子液压伺服驱动已大量应用与机械系统中。 3、检测部分检测部分功能主要是对系统进行中所需要的本身和外界环境的各种参数及状态进行检测，变成可识别信号，传输到信息处理单元，经过分析、处理后产生相应的控制信息。其功能一般由专门的传感器和仪器仪表完成。 nts大连水产学院本科毕业设计第一章绪论 10 4、执行机构执行机构的功能应是根据控制信息和指令完成所要求的动作。执行机构是运动部件，它将输入的各种形式的能量转换为机械能。机械上常用的液压式执行部件主要是液压缸和液压马达。 5、控制器控制器是机电液一体化系统的核心部分。它将来自各传感器的检测信息和外部输入命令进行集中、储存、分析、加工，根据信息处理结果，按照一定的程序和节奏发出相应的指令控制整个系统有目的地运行。一般由计算机、可编程序逻辑控制器 (PLC)、数控装置以及逻辑电路、 A/D 与 D/A 转换、 I/O 接口和计算机外部设备等组成。 6、接口机电液一体化系统由许多要素或子系统构成，各子系统之间必须能顺利进行物质、能量和信息的传递与交换，为此各要素或各子系统相接处必须具备一定的联系环节，两个部件间的连接就可称为接口，其基本功能有三个： (1)交换。需要进行信息交换，传输的各环节之间由于信号的模式不同（如数字量与模拟量、串行码与并行码、连续脉冲与序列脉冲等等），无法直接实现信息或能量的交流，通过接口完成信号或能量的交流和统一； (2)放大。在两个信号强度相差悬殊的环节间，经接口放大，达到能量的匹配； (3)传递。变换和放大后的信号在环节间能可靠、快速、准确地交换，且必须遵循协调一致的时序、信号格式和逻辑规范。接口具有保证信息传递的逻辑控制功能，使信息按规定模式进行传递。nts大连水产学院本科毕业设计第二章关于缝纫机针自动抛光机械手的设计计算 11 第二章关于缝纫机针自动抛光机械手的设计计算 2.1 一级减速器减速比及转矩的折算的计算电动机满载满速 n0=960r/min，总传动比 i=nwn0=8.31960=30 1、 I减 =1ii = 5.219.30 =12.076 2、 2i i2= 减i35.1 = 076.1235.1 =4.038 3i= 1ii减=2.989 0轴是电动机的高速轴T0=34KW 3、0t=9.5511nP=9.559600p=34N mP0=3.5kw 1轴是减速器的高速轴 4、 p1 =p0 1=3.5 0.96=3.4kw N1 =10in=5.2960=384r/min 5、 T1 =9.5511np=9.553843400=86.80 N m 2轴是减速器的低速轴 6、 p2 =p1 12=3.4 0.97 0.99=3.25kw N2 = m in/1.950 3 8.4 3 8 4121 rin 7、 T2 =9.55 kmnP 80.863 8 4 1 0 0 049.355.922 2.2 齿轮的材料选择，及其传动失效形式的计算齿轮用钢可以分为锻钢和铸钢两种，由于锻钢的质量比铸刚好，所以除了尺寸较大或结构复杂不易锻制制时采用铸钢，铸铁的耐冲击和抗弯曲的性能较差，主要用于铸造低速或不重要的开式齿轮及传动功率较大的齿轮。球墨铸铁的机械性能较高，有时可以用来代替铸钢。对于高速小功率，精度不高的齿轮有时用非金属材料制作。齿轮传动的载荷计算： 1、 Ft=5234000112 dT=653.846 2、 T1=9.55 61011nP=34000 本设计是二级直齿圆柱齿轮减速器，步进电机驱动单向运行，载荷平稳，低速齿轮功率是 3.4KW,小齿轮转速是 n=384r/min传动比 i=4,每天一班，预计寿命是十年。（一）料的选择 nts大连水产学院本科毕业设计第二章关于缝纫机针自动抛光机械手的设计计算 12 小齿轮的材料选择 40cr钢，调制处理，齿面硬度 250-280HBS大齿轮材料用 ZG310-570,正火处理，齿面硬度 162-185HBS。计算应力循环次数 N： 1、 N1=60n1jLh=60 81021.5)83 8 410(3 0 0 2、 N2= 81008.14 1032.41 iN经过查表得 ZN1=1.05 ZN2=1.14 ZX1=ZX2=1.0 取 S minH =1.0 ZW=1.0 ZLVR=0.92 按齿面硬度 250HBS 和 162HBS 得M P aHM P aH 4402lim,6901lim 3、 M P aZZZZSH HH L VRWXN 5.66692.00.105.10.1690m i n 1lim1 11 4、 WXNH ZZZSHH22m in2lim2 ZLVR = M P a5.46192.00.10.114.10.1440 因为 2 HH 取 M P aHH 5.4 6 12 （二）按齿面接触强度确定中心距小齿轮的转矩 1、 T1=9.55 610 MMN 5730030018初取 Ktz2t=1.1 =0.4 i=4 2、 ZH =SINCOS2 =20202SINCOS=2.5 a(i+1)3 2 1aiKT23 )( H ZZZ EH =(4+1) 23 )5.4 6 1 9.1 8 85.2(44.02 5 7 3 0 0 01.1 =295.4mm 取中心距 a=300mm 3、 M=(0.007-0.02)a=(0.007-0.02) mm0.61.2300 m=4mm 4、齿数 z1 =)1(2um a= 3054 3002 , z2 =uz1 =4 30=120. 5、齿轮分度圆直径 D1=mz1=4 12030 mm D2=mz2=4mm 6、齿轮齿顶圆直径 da1=d1+2ha m* =120+2 mm12840.1 da2= d2+2ham* =480+2 44840.1 mm 7、齿轮基圆直径 db1=d1cos mm736.11220c o s120 db2=d2cos mm052.45120c o s480 8、圆周速度 v= smnd /89.11060 30012014.31060 11 33 nts大连水产学院本科毕业设计第二章关于缝纫机针自动抛光机械手的设计计算 13 选齿轮精度为 8级和 vz1/100=1.89 06.1,/5 6 7.01 0 0/30 VKsm 得齿宽 b=aa=0.4 mm120300 b/d1=112/112=1.0 低速轴刚度大，二级传动中齿轮相对轴承为非对称分布， k=1.08 k=1.1 K=kAKVKK=1.0 26.11.108.106.1 9、 2 4 0 6.281 2 87 6 3.1 1 2ar cco sar cco s111 abdd2=arccos 4 38 9.224 88 0 52.4 51a r c c o s22 dadb校核齿根弯曲疲劳强度按 z1=30,z2=120得 Y 1FA =2.56， Y 2FA =2.20， Y1SA=1.65， Y2SA=1.81由 1limF =290MPA，2limF =152MPA Y 1N =1.0 Y 2N =1.0 取 YST =2.0 SFMIN =1.4 m=4p2,故按 p1 计算 nts大连水产学院本科毕业设计第二章关于缝纫机针自

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