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自动输送线上下料五自由度圆柱坐标码垛机械手的设计【优秀机械手全套课程毕业设计含SW三维建模及10张CAD图纸】

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关键词：: 码垛机器人机械手机械手设计毕业设计三维建模自动输送线上下料五自由度圆柱坐标码垛机械手的设计

资源描述：

码垛机器人的结构设计

码垛机机械手的设计

自动输送线的上下料五自由度圆柱坐标码垛机械手的设计

码垛机器人机械手的设计

上下料五自由度圆柱坐标码垛机械手的设计

五自由度圆柱坐标码垛机械手设计

自动输送线上下料五自由度圆柱坐标码垛机械手的设计【优秀机械手全套课程毕业设计含SW三维建模及10张CAD图纸】

【带任务书】【26页@正文12500字】【详情如下】【需要咨询购买全套设计请加QQ1459919609】

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任务书

现将毕业设计（论文）任务书下发给你，内容如下：

一、毕业设计（论文）题目：

码垛机器人的结构设计

二、进程安排：

起止日期主要内容

第1周~第2周调研、开题：收集资料；构思设计方案；撰写开题报告；

第3周~第5周总体设计：研究码垛机器人的结构，构思设计方案；

第6周~第14周详细设计：完成驱动、传感器件的选型；完成机器人结构设计，绘制装配图；设计重要的零部件；

第15周~第16周撰写论文：撰写、修改设计报告（论文）；参加答辩

三、主要参考文献：

1．孙桓，陈作模编．机械原理（第6版）．北京：高等教育出版社，2006

2．濮良贵，等主编．机械设计（第7版）．北京：高等教育出版社，2007

3．[美]Gordon McComb，Myke Predko著，庞明，王晓宇，等译．机器人设计与实现．北京：科学出版社，2008.1

4．[美]Gordon McComb 著，原魁，房立新，等译．机器人本体制作指南．北京：机械工业出版社，2006.3

5．张黎骅，吕小荣主编．机械工程专业毕业设计指导书．北京：北京大学出版社，2011.6

摘要

机器人码垛机非常适合用于柔性包装流水线，大大缩短了包装周期时间。具有极高的精度，再加上卓越的传送带跟踪性能，不论是固定位置操作，还是运动中操作，其拾放精度均为一流。体积小、速度快，配有全套辅助设备（从集成式空气与信号系统至抓料器）。可配套使用包装软件，机械方面集成简单，编程更是十分方便。从效率上说，码垛机器人不仅能承担高负重，而且速度和质量远远高于人工。

关键词：机器人，码垛

Abstract

The robot palletizer is very suitable for the flexible packaging production line, greatly shorten the cycle time of packaging. With high precision, and excellent tracking performance of conveyor belt, whether fixed position operation, or movement in the operation, the pick and place precision are first-class. Small size, fast speed, equipped with a full set of auxiliary equipment (from the integrated air and signal system to catch feeder). Supporting the use of packaging machinery integration software, simple programming, it is very convenient. From the efficiency, palletizing robot can not only bear the high load, and the speed and quality is much higher than that of artificial.

Key Words:palletizer

第一章前言

1.1机械手概述1

1.2机械手的组成和分类2

1.2.1机械手的组成3

1.2.2机械手的分类．4

第二章机械手的设计方案

2.1机械手的坐标型式与自由度5

2.2机械手的手部结构方案设计6

2.3机械手的手腕结构方案设计7

2.4机械手的手臂结构方案设计8

2.5机械手的驱动方案设计9

2.6机械手的控制方案设计10

2.7机械手的主要参数11

2.8机械手的技术参数列表11

第三章手部结构设计

3.1夹持式手部结构12

3.1.1手指的形状和分类13

3.1.2设计时考虑的几个问题14

3.1.3动力设计15

第四章手腕结构设计

4.1手腕的自由度16

4.2手腕的驱动力矩的计算16

4.2.1手腕转动时所需的驱动力矩17

4.2.2回转气缸的驱动力矩计算18

第五章手臂伸缩，升降，回转气缸的设计与校核

5.1手臂伸缩部分尺寸设计与校核19

5.1.1尺寸设计20

5.1.2尺寸校核21

5 .1 .3导向装置22

5 .1 .4平衡装置23

5.2手臂升降部分尺寸设计与校核23

5.2.1尺寸设计23

5.2.2尺寸校核23

5.3手臂回转部分尺寸设计与校核23

5.3.1尺寸设计24

5.3.2尺寸校核25

第六章机械手的PLC控制设计25

6.1可编程序控制器的选择及工作过程25

6.1.1可编程序控制器的选择25

6.1.2可编程序控制器的工作过程25

6.2可编程序控制器的使用步骤25

第七章结论26

致谢26

参考文献27

摘要

在设计手臂时考虑到工作要求并不高，承重也不大，所以在设计中优先考虑用同步电机驱动，其中底盘第一轴电机选择动力较大的马达，第二轴选择力度适中的马达第三轴选择了力度比前2个较小的马达，底盘考虑用压铸模做，因为底盘一定要重才行，否则很可能会整个机器侧翻，手臂选用钣金做，一个是考虑钣金加工简单，成本低，可塑性强，在轴的位置选择用轴承来固定旋转，固定轴承的部件用车床加工。至于手指用CNC铣出来。

在设计时第一轴底盘旋转中才用3个齿轮传动减速，原打算2个可是空间不允许，所以才用4:1:1的降速，第一个和第二个配合达到4:1减速作用，第二个第三个配合起到一个一比一转速目的是为了加大空间。然后第三个齿轮上开几个螺丝孔，用来固定转盘。第二轴的旋转轴固定在底盘转盘上，选择了一对小轴承做轴心，传动上使用了第一齿轮直接固定在电机上来带到第二个固定在手臂上的齿轮,达到3:1的降速。第三轴手肘部分采用跟第二轴同样原理，只是在齿轮设计上采用的是3:2的减速配合。

参考文献

1.孙桓等主编.机械原理(第六版) .高等教育出版社，2001

2.马香峰主编.工业机器人的操作机设计. 冶金工业出版社 ,1996

3.宗光华张慧慧译.机器人设计与控制. 科学出版社， 2004

4. 郑笑级工业机器人技术及应用[M]. 北京：煤炭工业出版社，2004

5.Y.Fujimoto and A.kawamura.Autonomous Control and 3D Dynamic Simulation walking Robot Incuding Environmental Force Interaction. IEEE Robbtics and Automnation Magzuine,1998,5(2):33～42

6.刘庆国，刘力编著．计算机绘图．高等教育出版社， 2003

7.濮良贵主编，机械设计（第八版）. 高等教育出版社， 2006

8.马香峰等编著，工业机械手的操作机设计. 冶金工业出版， 1995

9.日本机器人学会编，机器人技术手册. 科学出版社， 1996

10.付京逊、C·S·G李编，机器人学. 中国科学技术出版社， 1989

11.张建民主编，工业机器人. 北京理工大学出版社， 1987

12.[俄]IO·M索尔编，工业机器人图册. 机械工业出版社， 1991

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内容简介：: 四川大学锦江学院毕业论文（设计）工业机器人手部三指抓取的结构设计机械设计及其自动化学生指导教师【摘要】 :随着工业的大规模的发展，越来越多工业机器人操作手应用于各个场所并逐渐受到各国开发者关注和重视。而最后执行者作为机器人于环境互相作用的机械指已经被提到了新的高度，文中简要介绍机械抓取机构的概念，机械抓取机构的组成与分类国内外的发展状况及发展前景。调研现有工业机器抓取机构工作原理和结构设计提出工业机器人三指抓取机构的结构原理，然后将任务要求和对象物体的几何物理特性以及环境信息综合起来考虑，经过分析建立于东学的模型，仿真各个手指在抓取时的运动姿态，同时完成分析在静平衡状态下手指和外界环境之间的作用力。并将抓取的姿态推理出来，同时寻找抓取物体特征平面，确定出所需要抓取的平面，再在抓取的平面上进一步规划出三个抓取点，并最终完成抓取结构设计。【关键词】工业机器人三指抓取机构结构设计 nts四川大学锦江学院毕业论文（设计） Industrial robot manipulators three fingers grab the institutional structure design 【 Abstract】 With the large-scale industrial development, more and more industrial robot manipulators used in various places, and gradually by the concern and attention of the Inter-developer. Mechanical means as robots interact with the environment the final implementation, has been referred to a new level. The paper briefly introduces the mechanical grab the concept of the composition and classification of mechanical grab institutions, the industrial robot refers to crawl the principle of the structure. And comprehensive task requirements and object geometrical physical characteristics, and environmental information into consideration to establish the kinematics of the model through the analysis, simulation of individual fingers crawl athletic stance, and finger to complete the analysis in the static equilibrium state and the external environment between the forces. Attitude reasoning and crawl out and grab objects by looking for characteristic plane, identified the need to capture the plane 3 crawl further planning, and then grab the plane, and the final completion of the crawl structure design. 【 Key words 】 Industrial robots Three fingers grab the institutional Structure design nts四川大学锦江学院毕业论文（设计）目录绪论 . 1.前言 1.1 机械手概述 . 1.2 机械手的组成和分类 . 1.2.1 机械手的组成 1.2.2 机械手的分类 2.机械手的设计方案 2.1 机械手的坐标型式与自由度 2.2 机械手的手部结构方案设计 2.3 机械手的手臂结构方案设计 2.4 机械手的手臂结构方案设计 2.5 机械手的驱动方案设计 2.6 机械手的控制方案设计 2.7 机械手的主要参数 2.8 机械手的技术参数列表 3.手部结构设计 3.1 夹持式手部结构 3.1.1 手指的形状和分类 3.1.2 设计时考虑的几个问题 3.1.3 动力设计 4.手臂伸缩的尺寸设计与校核 4.1 手臂伸缩结构的尺寸设计与校核 4.1.1 手臂尺寸 4.2 尺寸校核 4.3 尺寸校核 5.结论致谢参考文献专业相关的资料绪论 nts四川大学锦江学院毕业论文（设计） 1.前言 1.1 机械手概述：机械手是可以模仿人手和臂的某些动作和功能的，常常用在按固定顺序抓取、搬运物件或操作难度大的工具的自动操作装置。工业机械手是最早出现的工业使用中的也是最早出现的现代机器人，可代帮助我们做的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，而且能在有害环境下，操作避免人去操作降低危险，所以广泛应用于机械制造冶金，工业操作，电子轻工与原子能等部门。现今的生活上 ,在科技日新月益的进展之之下 ,工业机械人手与有人类的手主要区别就在于灵活度和耐力度。也就是机械手的最大优势能可以重复的做同一动作，在机械正常工作下永远也不会觉得累！机械手的使用也将会越来越广泛 ,机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动生产设备，机械手的工作的准确性和环境中完成作业的能力。工业机械手成了机器人的一个重要分支。按驱动方式来划分，机械手可分为气动式、液压式、机械式与电动式。特点就是可以通过软件编程来完成各种所需的作业，构造和性能上兼有人和工业机械手机器各自的优点 . 1.2 机械手的组成和分类 1.2.1.机械手的组成机械手主要由驱动系统、执行机构与控制系统以及位置检测装置等所组成。主要结构如图所以框图 2-1 所示。图 1-1 机械手组成方框图 :1-1 执行机构：包括手臂、手部、手臂和立柱等主要部件。 1 手部 : nts四川大学锦江学院毕业论文（设计）三指可更换设计，其中包括了手指，手指拉杆 34 手指固定套 33 拉杆转接件 31，运动原理是拉杆转接件与拉杆和电机分别固定，通过丝杆电机带动拉杆水平运动来到达三只手指的张合左右。图 1-2 对物体接触的部分不同形状的物体接触的报道，夹型吸附式的手分开这个项目，夹型结构可以用手把手的类型的手指和手和力量的传动机构构成手指对象物直接接触的部件，旋转和平移动型一般能用手指的活动而形成的旋转手指的构造简单，容易制作的，所以广泛适用的翻译很少使用，其理由是复杂，不过，翻译型圆形部分工作夹具直径的变化，其轴方向的位置，所以不影响工作夹具径范围颇适合的手指的构造把握物体的出现而被逮捕的部分，概略或重量和大小的孔和对象一般形成的 v 形状和表面的平面：手指夹紧支持和内部示手指，双鳍加型和双重手指手指型等为目的的任务完毕为了夹具夹紧力发生通过传动机构力传动机构的种类比一般用来：滑动杠杆，连接杆，杆式，伞齿轮齿条型等等 2 手肘 : 图 1-3 手肘的作用是连接手部和手臂的模块，并用来调整被抓取物件的角度即姿势的作用。 3 手臂 : 图 1-4 机械手支持的重要部分的物体手臂，手，手臂是最重要的之一，是物体把持的手指的驱动，把东西从一个地方搬到另一个地方 ”，通常缸，汽缸的手臂的可动部驱动，连接杆支架齿轮，螺丝机构、凸轮机构和油压等驱动源，空气或电动马达臂的运动的多样性，实现调整。 nts四川大学锦江学院毕业论文（设计） 4 立柱 : 立柱是支承手臂的部件之一，立柱是机械手臂的一部分，手臂回转运动和上下或左右运动均与立柱有密切的联系。机械手的立柱因工作需要，有时也可作横向移动，即称为可移式立柱。 5 机座 : 机座是机械手的底部基础局部，工业机械手区执行机构的各部件域控制模块均装置于机座上故起支撑和连接的作用。二驱动系统控制系统是驱动工业机械手执行机构运动的动力装置调节装置和辅助装置组成。常用的驱动系统有气压传动、液压传动与机械传动。控制系统是支配着工业机械手按规定的工作要求运动的系统。目前工业机械手的控制系统一般由顺序电气定位和控制系统或机械挡块定位系统组成。控制系统有电气控制与射流控制两种，支配着机械手按指定的顺序运动，并记忆人们给予机械手的指令信息如运动轨迹、动作顺序、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命令，必要时可对机械手的动作进行监控，当动作有发生故障与错误时即发出报警信号。 1.2.2.机械手的分类工业机械手的种类很多，关于分类的问题，目前在国内尚无统一的分类规范，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机械手和通用机械手两种 : 1、专用机械手附属于主机的具有固定顺序而且无独立控制系统的机械装置。专用机械手具有工作对象单一、动作少、结构简单、和造价低等特点使用可靠，适用于大批量的自动化生产的自动换刀机械手，自动线的上、如自动机床、下料机械手和加工中心。 2、通用机械手一种具有独立控制的顺序可变的动作灵活多样的机械手。驱动系统和控制系统是独立的通用机械手的工作范围大、通用性强、定位精度高，适用于不时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伺服型与简易型两种 : 二、按驱动方式分 1 液压传动机械手以液压压力去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、动作灵敏、结构紧凑、传动平稳。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，、且低温下工作与高温不宜工作。若机械手采用电液伺服驱动系统，就能实现连续轨迹控制，使工业机械手的通用性扩大，但是电液伺服阀的制造要求精度高，油液过滤要求严格。 2 气压传动机械手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 : 输出力小，介质李源极为方便，结构简单气动动作迅速，但是由于空气具有可压缩的特性，工作速度的稳定性较差，冲击大，气压压力较低，抓重一般在 30 公斤以nts四川大学锦江学院毕业论文（设计）下，同样抓重条件下它相比液压机械手的结构大，所以适用于高速、轻载、高温和粉尘大的环境中进行工作。 3 机械传动机械手即由机械传动机构如连杆、凸轮、齿条齿轮和、间歇机构等驱动的机械手。一种附属于工作主机的专用机械手，其动力是由工作机械传送的主要特点是运动准确可靠，用于工作主要用在的上、下料。动作频率大，但结构较大，动作顺序一般不可变。 4 电力传动机械手即有特殊结构的感应电动机、功率步进电机或者直线电机或直接驱动执行机构运动的械手，因为不需要中间的转换机构，故机械结构简单。其中的直线电机机械手的运动速度快与行程长，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，不能控制其运动轨迹。如果要控制的点数多，就要肯定增加电气控制系统的复杂性。目前使用的专用和通用工业机械手均属于此类。 2.连续轨迹控制机械手运动轨迹为空间的任意连续曲线，他的特点是设定点可以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，并且使用范围广，但电气控制系统复杂。这类工业机械手一般采用小型计算机进行控制。 2. 机械手的设计方案对电动机械手的基本要求可以快速、准确地拾 -放和搬运物件，这就要求它具快速反应、有高精度、需要一定的承载能力、灵活的自由度与足够的工作空间及在任意位置都能自动定位等特性。设计电动工业机械手的原则是 :充分分析作业对象工件作业技术要求，拟定最合理的作业工艺和工序，而且满足功能要求和环境条件 ;明确工件的结构形状和材料特性，定位精度要求，抓取或者搬运时的尺寸，受力特性、和质量参数等，从而进一步确定对机械手结构及运行控制的要求 ;尽量选用定型的规范组件，简化设计制造过程，兼顾通用性和专用性，并能实现柔性转换和编程控制 .本次设计的机械手是电机工业机械手，是适合于成批或中、小批生产的可以改变动作顺序的自动搬运或操作设备，劳动强度大和操作单调。 2.1 机械手的坐标型式与自由度按工业机械手手臂的不同运动形式和组合情况，其坐标型式可分为圆柱坐标式、直角坐标式、关节式与球坐标式。由于本机械手在上下料时手臂具有升降、收缩及回转运动，所以，采用圆柱座标型式。相应的机械手具有三个自由度，为了弥补升降运动行程较小的不足之处，增加手臂摆动机构，从而增加一个手臂上下摆动的自由度。 nts四川大学锦江学院毕业论文（设计）机械手的运动示意图图 2-1 2.2 机械手的手部结构方案设计为了使机械手的通用性更强，把工业机械手的手部结构设计成可更换结构，当工件变成棒料时，就可以换成夹持式手部使用 ; 图 2-2 2.3.机械手的手臂结构方案设计我们考虑到机械手的通用性，同时由于被抓取工件是水平放置的关系，因此手臂必需设有回转运动才可满足工作的要求。因此，手臂我们设计成回转结构，实现手臂回转运动的机构为回转的功能。 nts四川大学锦江学院毕业论文（设计）图 2-3 2.4.机械手的手臂结构方案设计依照抓取工件的要求，本工业机械手的手臂要有三个自由度，即左右回转手臂的伸缩和降或俯仰运动。手臂的回转和升降运动是通过模拟人的手臂通过 3个轴的旋转来实现的图 2-4 2.5.机械手的驱动方案设计由于电动传动系统的反应灵敏，动作迅速和泄漏较小阻力损失，简单，装置和维修简单利廉因此本机械手采用电动传动方式来传动。 2.6.机械手的控制方案设计我们考虑到机械手的通用性，同时使用点位控制，所以我采用可编程序控制器 PLC 对机械手进行控制。当机械手的动作流程改变时，只需改变 PLC 顺序即可实现，非常方便快捷。 2.7.机械手的主要参数 nts四川大学锦江学院毕业论文（设计） 1.工业机械手的最大抓重是其规格的主参数，由于是我们用电动方式驱动，因此考虑抓取的物体不应该太重，我们查阅相关机械手的设计参数，结合工业生产的实际情况，所以本设计设计抓取的工件质量为 6 公斤。 2.基本参数运动速度是机械手主要的基本参数。操作节拍对机械手速度提出了要求，设计速度过低限制了使用范围。而影响机械手动作快慢的主要因素是手臂伸缩及回转的速度。机械手动作停止过程的加、时有启动、减速度存在用速度一行程曲线来说明速度特性较为全面，因为平均速度与行程有关，故用平均速度表示速度的快慢关系更为符合速度特性。除了运动速度之外，手臂设计的基本参数还要考虑伸缩行程和工作半径。大部分机械手设计成相当于人工坐着或站着且略有走动操作的空间。太大的伸缩行程和工作半径，肯定会带来偏重力矩增大而刚性降低。这种情况下宜采用自动传送装置为好。根据统计和比较，该机械手手臂的伸缩最大工作半径约为 1900 定位精度也是基本参数之一。该机械手的定位精度为 2MM。 2.8. 机械手的技术参数列表一、用途 : 用于自动输送线的上下料。二、设计技术参数 : 1、抓重 : kg5 2、自由度数 :5个自由度 3、坐标型式 :圆柱坐标 4、最大工作半径 :1800mm 5、手臂最大中心高 :1800mm 6、手臂运动参数 : 伸缩行程 900mm 伸缩速度 90 /s 升降行程 900mm 回转范围 0到 150 回转速度 s/90 7、手肘运动参数 : 回转范围 0到 270 回转速度 s/120 8、底盘运动参数：回转范围 0到 270 回转速度 90 /s 9、定位方式 :行程开关或可调机械挡块等 10、定位精度 : mm1 11、驱动方式 :电动传动 12、控制方式 : nts四川大学锦江学院毕业论文（设计）图 2-5 3. 手部结构设计为了使机械手的通用性更强，我们把机械手的手部结构设计成了可以更换结构，当工件是棒料时，我就使用夹持式手部 :如果有实际需要，我们还可以换成气压吸盘式结构， 3.1 机器人手部结构夹持式手部结构由手指或手爪和传力机构所组成。其传力结构形式比较多，如滑槽杠杆式、齿轮齿条式、弹簧杠杆式与斜楔杠杆式等图 3-1 3.1.1 手部概述 1.手部是末端操作器：可以具有手指，也可以不具有手指；可以有手爪，也可以是专用工具。 2. 手部操作图例 nts四川大学锦江学院毕业论文（设计） 3. 手部组成：机身 .手部 .手臂（含手腕）、。手部对整个机器人完成任务的好坏起着关键的作用，它直接关系着夹持工件时的定位精度、夹持力的大小等。 4. 手部的设计要求： 4.1 具有足够的夹持力。 4.2 保证适当的夹持精度：手指应能顺应被夹持工件的形状，应对被夹持工件形成所要求的约束。 4.3 考虑手部自身的大小、形状、机构和运动自由度：主要是根据作业对象的大小、形状、位置、姿态、重量、硬度和表面质量等来综合考虑。 4.4.智能化手部还应配有相应的传感器：由于感知手爪和物体之间的接触状态、物体表面状况和夹持力的大小等，以便根据实际工况进行调整等。 5.手指的分类夹持式是一种最常见的方式，其中常用的有多指式与两指式、和双手双指式 :按手指夹持工件的部位又可分为内卡式与内涨式和外夹式两种方式 :按模仿人手手指的动作，手指可分为一是回转型，二是回转型和移动型或称直进型其中以二回转型为基本型式。当二回转型手指的两个回转支点的距离缩小到无穷小时，就变成了一回转型手指 ;同理，当点回转型手指的手指长度变成无穷长时，就成为移动型。回转型手指开闭角较小，制造容易，应用广泛结构简单，。移动型应用较少，其结构比较复杂庞大，当移动型手指夹持直径变化的零件时不影响其轴心的位置，能适应不同直径的工件。如下图为会转型： nts四川大学锦江学院毕业论文（设计）如下图为平动型：如图为平移型图例 6.经典结构 6.1机械式手爪结构：气动驱动手爪：气缸驱动活塞平移齿条移动扇形齿轮摆动连杆机构摆动手爪平动如下图喂气动手爪图例：其它四种机械式手爪机构： nts四川大学锦江学院毕业论文（设计） 7.手部应用实例 7.1 平行指手爪机构：工作原理：回转动力源 1 和 6 驱动构件 2 和 5 顺时针或逆时针旋转，通过平行四边形机构带动手指 3 和 4 作平动，夹紧或释放工件。 nts四川大学锦江学院毕业论文（设计） 7.2 设有检测开关的手爪装置：工作原理：手爪装有限位开关 5 和 7。在指爪 4 沿垂直方向接近工件 6 的过程中，限位开关检测手爪与工件的相对位置。当工件接触限位开关时发信号，汽缸通过连杆3 驱动指爪夹紧工件。 3.1.2 设计时考虑的几个问题一 .具有足够的握力即夹紧力我确定手指的握力时，考虑工件重量外，我们还应考虑在传送或操作过程中所产生的惯性力和振动，确保证工件不致发生松动和脱落。二 .手指间应具有一定的开闭角两手指张开与闭合的两个极限位置所夹的角度我们称为手指的开闭角。手指的开闭角应保证工件能顺利进入与脱开，若夹持不同直径的工件，我们要按最大直径的工件考虑。对于移动型手指只有开闭幅度的要求。三 .保证工件准确定位我们为使手指和被夹持工件保持准确的位置，所以必需根据被抓取工件的形状，选择相应对应手指形状。例如圆柱形工件采用带 “V 形面的手指，以便自动定心。四 .具有足够的强度和刚度手指除受到被夹持工件的反作用力外，还受到机械手在运动过程中所产生的惯性力和振动的影响，所以要求有足够的强度和刚度以防折断或弯曲变形，当应尽量使结构简单紧凑，自身重轻，并使手部的中心在手臂的回转轴线上，确保使手臂的扭转力矩最小为佳。五 .考虑被抓取对象的要求 nts四川大学锦江学院毕业论文（设计）根据机械手的工作需要，通过对比采用的机械手的手部结构是一支点三指回转型，由于工件多为圆柱形，故手指形状设计成凹型，其结构如附图所示。 3.1.3 动力设计 1.手部驱动力计算本课题电机机械手的手部结构如图 3-2 所示图 3-2 其工件重量 G=5公斤， V形手指的角度 1202 ， mmRmmb 241 2 0 ,摩擦系数为 10.0f (1)根据手部结构的传动示意图，其驱动力为 : Rbp 2N (2)根据手指夹持工件的方位，可得握力计算公式 : )(5.0 tgN )(25)42560(55.0 Ntg 所以Rbp 2N )(23N (3)实际驱动力 : 21KKpp 实际nts四川大学锦江学院毕业论文（设计）因为传力机构为齿轮齿条传动，故取 94.0 ，并取 5.11 K 。若被抓取工件的最大加速度取 ga 3 时，则 : 412 gaK 所以 )(15094.0 45.123 Np 实际所以夹持工件时所需夹紧电机驱动力要达到为 N150 。 4.1手臂伸缩结构的尺寸设计与校核 4.1.1 手臂尺寸手臂伸缩为 900mms所用电机为 90TDY060-3A:最大功率为 70W 同步转速为 60R/min 最大转矩为 3600mN.m 自重 3.2kg 转轴转动范围为 270，设计思路在 0到 270的 2 边各安装一个行程开关，或者红外传感器。 4.2.2 尺寸校核长度设计为 l =900mm, 电机功率： P=1.732UIcos 电机转矩： T=9549P/n ；电机功率转矩 =9550*输出功率 /输出转速转矩 =9550*输出功率 /输出转速 P = T*n/9550 公式推导电机功率，转矩，转速的关系功率 =力 *速度 P=F*V-公式 1 转矩 (T)=扭力 (F)*作用半径 (R) 推出 F=T/R -公式 2 1测定手腕质量为 10kg,则重力 mgG )(1001010N 1，设计加速度 )/(5 sma ，则惯性力 maG 1 )(50510N nts四川大学锦江学院毕业论文（设计）总受力1GGG q 0GGq 所以设计尺寸符合实际使用要求。 4.3.2 尺寸校核 1我们测定参和手臂转动的部件的质量 kgm 1201 ,分析部件的质量分布情况，质量密度等效分布在一个半径 mmr 200 的圆盘上，那么转动惯量： 221rmJ 2 10.01202 6.0 （ 2.mkg ） tJM .惯).(1085.0906.0mN 考虑轴承，油封之间的摩擦力，设定摩擦系数 2.0k , 惯摩 MkM .）（ mN.4.5 1082.0 总驱动力矩摩惯驱 MMM ）（ mN .4.113 4.5108 MM驱设计尺寸满足使用要求。致谢 nts四川大学锦江学院毕业论文（设计）通过对这次设计，让我对工业机器人有了感性的认识，同时也对国内外的工业机器人的发展有所了解了。根据国内外机器人与机械手发展的经验、现状及近几年的动态，也结合当前国内经济发展的具体情况，机器人技术重点应在开展智能机器人、机器人化及其相当技术的开发及应用。经过努力，国已研制了许多示教再现型工业机器人以及焊接、喷涂装配等机器人。而国外，工业机器人的发展更迅速，让机器人化机械已经兴起。通过这次设计，让我综合运用机械设计的理论与实际知识，结合生产实际知识，培养分析和解决一般工程实际问题的能力，并使所学的知识得到深化和扩展，进一步巩固、；通过设计，让我掌握机械设计的一般规律，树立了正确的设计思想，培养独立分析和解决实际问题的能力；让我学会从机器功能的要求动身，合理选择传动机构类型，制定设计方案，如何正确计算零件的工作能力，确定它形状、尺寸、结构及材料，并考虑制造工艺、维护、使用、经济与平安等问题，培养独立设计能力。当然在设计过程中，也碰到许多问题。老师的指导和一些同学的协助下，也尽自己的努力去克服困难，最后顺利地完成了整个设计。由于本人缺乏经验及水平有限，但是设计仍存在一些问题，如机器人的动力学分析以及缺少机器人的动作模拟仿真等等，希望老师给予指正。参考文献 1.孙桓等主编 .机械原理第六版 .高等教育出版社， 2001 2.马香峰主编 .工业机器人的操作机设计 . 冶金工业出版社 ,1996 3.宗光华张慧慧译 .机器人设计与控制 . 科学出版社 2004 4.郑笑级工业机器人技术及应用 M. 北京：煤炭工业出版社， 2004 5.刘庆国，刘力编著计算机绘图高等教育出版社， 2003 6.濮良贵主编，机械设计（第八版） . 高等教育出版社， 2006 7.马香峰等编著，工业机械手的操作机设计 .冶金工业出版， 1995 8.日本机器人学会编，机器人技术手册 . 科学出版社， 1996 9.付京逊、 CSG 李编，机器人学 .中国科学技术出版社， 1989 10.张建民主编，工业机器人 . 北京理工大学出版社， 1987 11.俄 IOM 索尔编，工业机器人图册 . 机械工业出版社， 1991 12.RomdhanLDesignandanalysiofahybridserial-parallelmanipul199971019.熊有伦 .机器人学 M.北京 :机械工业出版社 ,1993. 13.JohnJCraig 著 .机器人学导论原书第 3 版 M.贠超等译北京 :机械工业出版社 ,2006. 14.宋伟刚机器人机械系统原理、理论方法和算法 M沈阳：东北大学出版社， 2001 nts本科生毕业设计（论文）任务书机械设计制造及其自动化专业班级学号同学：现将毕业设计（论文）任务书下发给你，内容如下：一、毕业设计（论文）题目：码垛机器人的结构设计二、进程安排：起止日期主要内容第 1 周第 2 周调研、开题：收集资料；构思设计方案；撰写开题报告；第 3 周第 5 周总体设计：研究码垛机器人的结构，构思设计方案；第 6 周第 14 周详细设计：完成驱动、传感器件的选型；完成机器人结构设计，绘制装配图；设计重要的零部件；第 15 周第 16 周撰写论文：撰写、修改设计报告（论文）；参加答辩三、主要参考文献： 1孙桓，陈作模编机械原理（第 6 版）北京：高等教育出版社， 2006 2濮良贵，等主编机械设计（第 7 版）北京：高等教育出版社， 2007 3 美 Gordon McComb， Myke Predko 著，庞明，王晓宇，等译机器人设计与实现北京：科学出版社， 2008.1 4 美 Gordon McComb 著，原魁，房立新，等译机器人本体制作指南北京：机械工业出版社， 2006.3 5 张黎骅，吕小荣主编机械工程专业毕业设计指导书北京：北京大学出版社， 2011.6 四、该任务书于 2015 年 1 月 5 日发出，请你根据该任务书的要求按时完成毕业设计（论文）任务。五、该任务书一式两份，一份发给学生，一份留学院存档。指导教师及职称：教授 20 年月日系主任：签发于 20 年月日 nts1 分类号密级宁毕业设计 (论文 ) 码垛机器人设计所在学院机械与电气工程学院专业机械设计制造及其自动化班级 11 机自 x 班姓名学号指导老师 2015 年 3 月 31 日 nts II 摘要机器人码垛机非常适合用于柔性包装流水线，大大缩短了包装周期时间。体积小、速度快，配有全套辅助设备（从集成式空气与信号系统至抓料器）。可配套使用包装软件，机械方面集成简单，编程更是十分方便。从效率上说，码垛机器人不仅能承担高负重，而且速度和质量远远高于人工。关键词：机器人，码垛 nts 3 Abstract The robot palletizer is very suitable for the flexible packaging production line, greatly shorten the cycle time of packaging. With high precision, and excellent tracking performance of conveyor belt, whether fixed position operation, or movement in the operation, the pick and place precision are first-class. Small size, fast speed, equipped with a full set of auxiliary equipment (from the integrated air and signal system to catch feeder). Supporting the use of packaging machinery integration software, simple programming, it is very convenient. From the efficiency, palletizing robot can not only bear the high load, and the speed and quality is much higher than that of artificial. Key Words:palletizer nts 4 目录第一章前言 1.1机械手概述 .1 1.2机械手组成和分类 .2 1.2.1机械手组成 3 1.2.2机械手分类 4 第二章机械手设计方案 2.1机械手坐标型式与自由度 5 2.2机械手手部结构方案设计 6 2.3机械手手腕结构方案设计 7 2.4机械手手臂结构方案设计 8 2.5机械手驱动方案设计 9 2.6机械手控制方案设计 10 2.7机械手主要参数 11 2.8机械手技术参数列表 11 第三章手部结构设计 3.1夹持式手部结构 12 3.1.1手指的形状和分类 13 3.1.2设计时考虑的几个问题 14 3.1.3动力设计 15 第四章手腕结构设计 4.1手腕自由度 16 4.2手腕驱动力矩的计算 16 4.2.1手腕转动时所需的驱动力矩 17 4.2.2回转气缸的驱动力矩计算 18 第五章手臂伸缩，升降，回转气缸的设计与校核 5.1手臂伸缩部分尺寸设计与校核 19 5.1.1尺寸设计 20 5.1.2尺寸校核 21 5 .1 .3导向装置 22 5 .1 .4平衡装置 23 5.2手臂升降部分尺寸设计与校核 23 5.2.1尺寸设计 23 5.2.2尺寸校核 23 5.3手臂回转部分尺寸设计与校核 23 5.3.1尺寸设计 24 5.3.2尺寸校核 25 第六章机械手 PLC 控制设计 25 nts 5 6.1可编程序控制器的选择及工作过程 25 6.1.1可编程序控制器的选择 25 6.1.2可编程序控制器的工作过程 25 6.2可编程序控制器的使用步骤 25 第七章结论 26 致谢 26 参考文献 27 专业相关的资料 27 nts 6 摘要设计的手臂考虑到工作要求不高，负荷量也少，所以在设计中最优先的同步电机驱动轴电动机选择第二，那个底盘动力大马达，第二轴力的最初的选择的马达选择的第 3轴力比前两个比较小马达，压铸底盘，想模底盘一定沉重，否则可能会翻车，整个机器臂板金，一是考虑的钣金加工简单，成本低，可塑性强，轴的位置固定旋转，选择用轴承固定轴承的部件用车床加工。关于用手指数控铣床。设计时第 1轴底盘旋转才 3个齿轮减速，两个但是空间和想不允许， 4 : 1：降速，最初和第 2共计 4 : 1减速作用，第二第三的配合从 1对 1转空间为目的的。然后第三个齿轮一些螺丝洞，固定电话。第二轴旋转轴固定底盘转盘上，选择了，小轴承为轴，驱动被使用了的最初的齿轮固定电机直接上升第二的手臂固定齿轮，达到 3：降速。第三部分和第二轴肘轴和同样的原理只有齿轮设计上，采用的是 3 : 2的减速配合。极限方案 1：正是距离极限开关，即极限位置触发马达电源开关后。极限方案 2：终于传感器控制，本设计中比较适合的是光耦传感器，即红外线发射信号，物体的运动到极限位置发射极接收机的信号传感器接收后传控制器、电动机的停止转动。极限方案三：采用的是硬性限制和挡板冲突限制，机器臂运动距离手其构造限制，手臂的运动服结构位置前，其自动停止，必须让。简单方便考虑本设计直接那个方案。第一章前言 1.1 机械手概述：机械手和手腕能模仿的几个动作机能，有一定的程序，搬运抓取物件和操作工具的自动操纵装置。机械手最早工业机器人，最早是现代机器人，它可以代替人的繁重的劳动生产机械化，自动化，有害环境下的操作是保护人身安全，广泛的机械制造、冶金、电力的孩子，轻工和原子力等部门。现在的生活，科学技术日新月益的进展，机器人和人的手臂的最大的不同是温柔与坚强。也就是说机械手的最大优点重复同样的动作机器的正常情况下永远也不累！机械手臂也越来越广泛应用，机械手这几十年的发展的一种高科技自动生产设备，工作环境的精度和工作能力。工业机械手机器人的重要转折。根据种类的不同，驱动方式可分为液压式，气动式，电动式，机械式。特征是通过编程结束了各种各样的预期的作业，结构和功能兼备的人和机械的各自的长处手机器。 1.2 机械手组成和分类 1.2.1.机械手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 2-1所示。 nts 7 机械手组成方框图 :1-1 (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：即物件的接触的零件。物件的形状不同而接触，可分为支持式和吸附式手本课题采用支持式手部构造。支持式手部（手手指或指甲）和传力机关构成。手指和直接接触部件的物件，是常用的手指的运动形式旋转型和移动型。回转型手指结构简单，制造容易，所以广泛应用。平移型应用少，其原因是结构复杂，但移动型手指支持圆形零部件的时候，工作直径变化其轴的位置，为了不影响，适当的支持直径变化距离大的工作。手指的构造来抓住物件的表面形状，被逮捕的部位（外形和内孔）和物件的重量和尺寸。常用的手指形状的平面， V方面和曲面的：手指有外夹式和内支持式；指数和双式，多指式和双手双和式等。然后传力机构，手指发生夹紧力夹物件的任务。传力机构型式较多时常用的：射门杠杆式，连杆杠杆式，斜面杠杆式、齿条和 amp；小齿轮式、螺丝螺母弹簧式和重力式等。 2，手腕：连接部是手和手腕零件可以使用调整抓住物件的方位（即姿势） 3，手臂：支承臂被抓的物件，手和手腕重要部件。手臂的作用是手指抓取物件预定要求搬运到指定的位置。工业机械手手腕是通常的驱动手臂运动的零件（例如缸，汽缸，齿轮齿条机构，链接机构，螺旋的机构和凸轮机构等）和驱动源（例如液压，气压和电机等）合起，手腕动作，实现。 4，柱：柱子支承臂零件，柱子也手臂的一部分，手臂的旋转运动和升降（或间距）运动柱有着密切的关系。机械手立 I的工作需要，有时也横移动，也就是被称为移动式柱。 5，行车装置：本工业机械手完成的应该是远程操作，或使用距离扩大，机械基础不安走盘式机关装运车轮铁轨等装置，行驶实现工业机械手机械运动。盘式布路面和无轨的 2种。驱动滚轮运动又增设机械传动装置。 6，皮带驱动：（二）驱动系统常用的驱动系统液压传动，空气传动，机械传动。控制系统是支配着工业机nts 8 械手规定要求的运动的系统。现在工业机器人的控制系统程序控制系统和电定位（或机械块定位）系统构成。控制系统，电气控制和流体控制两种，它的支配着机械手规定的程序运动，（ 2）的控制系统现在工业机器人的控制系统程序控制系统和电定位（或机械块定位）系统构成。 1.2.2 .机械手分类（ 1）用途分机械手可分为专用机械手与手的 2种类通用机械： 1，专用机械手那是附属实体，一定的程序独立控制系统的机械装置。 2，通用机械手它是一种独立控制系统的程序的动作，变数，灵活多样的机械手。性能的距离内，其变量的行动程序，不同的场合使用调整，驱动系统和控制系统是一个独立的。（二）驱动方式分 1，液压传动手液压驱动的执行机关的压力的运动的机械手。其主要特点是：几百公里以上重，传动平稳，结构紧凑，动作机敏。 2，气压传动手压缩空气的压力驱动的执行机关的运动的机械手。 3，机械传动手即机械传动机构（例如，凸轮，连杆、齿轮机架或间歇机构等）驱动的机械手。它是一种附属的专用机械手工的主机，机床，其动力传输的。它的主要特点是正确的信赖的工作中使用的运动，主机上，材料。工作频率很大，但结构较大，行动程序不可变。 4，电力传动手即特殊结构的感应电动机，线性马达和电力步进电机直接驱动的执行机关从手中的运动机械，中间的转换器，所以不必，机械的构造简单。其中的线性马达机器人的运动速度快和距离长，维护和方便。这个机器的手还不多，但是有发展前途。 (三 )按控制方式分 1，时候控制它的运动空间点时间之间的移动，只控制运动过程中一些位置控制不了时，其运动轨迹。若欲望控制的点，必然的增加电气控制系统的复杂性。目前使用的专用和通用工业机械手。 2，连续轨迹控制其运动轨迹空间的任意连续曲线，其特点是设定时无限的移动，整个过程控制下，可以实现平稳和正确的运动，并且使用距离广，电气控制系统的复杂。这一种工业机械手一般小型计算机控制。 nts 9 第二章机械手设计方案机械手基本要求是快速、准确地拾 -搬运和公寓，在这种情况下，它们的高精度，快速反应，有一定的承载能力、足够的工作空间和灵活的自由度及任何位置也自动定位等特性。电器机械设计手的原则是：充分分析作业对象（工作）的工作的技术要求筹划最合理的作业工程和技术，并满足系统功能的要求和环境条件构造的形状和材料的特性，定位精度要求，自由泳，搬运时的力量接受，尺寸和质量特性参数等，并且被确定，机械手构造及运行控制的要求。尽量使用定型的标准模块，简化的设计，制造过程，兼顾通用性和专用性实现的柔性转换程序控制。此次的设计的机械手通用气压准备机械手，是一种适合批及中，少量生产的，不改变能行动程序自动运送和操作设备，劳动强度和操作单调 2.1机械手坐标型式与自由度手手臂的不同的机械运动形式的组合的情况，那个坐标型式可分为直角坐标式圆柱座标式，球坐标式和关节式。这个机器的手，训练的时候手臂升降，收缩和旋转运动采用，因此，圆柱座标型式。相应的机械手 3个的自由度，为了弥补升降运动距离小规模的缺点，手臂增加增加挥杆机构的胳膊的摆动的自由度 2.2 .机械手部结构方案设计为了获得机械通用性强，机械手部结构设计，可以变更构造，工作是棒时使用支持式手， 2.3 .机械手手腕结构方案设计手考虑机械通用性，又抓住工作水平放置，所以我们必须手臂旋转运动工作要求的。所以，手腕转动结构设计，实现手腕旋转运动机构旋转。 2.4 .机械手腕结构方案设计自由泳要求工作，本机器手腕是 3个的自由度，即手臂的伸缩，左右的旋转和降（或间距）运动。手臂的旋转和升降运动通过人的手臂模拟 3轴旋转的通过实现的。 2.5 .机械手驱动方案设计电力驱动系统的动作而迅速，敏感反应，抵抗的损失和泄漏小，简单，简单的安装与维护成本低，所以手电力驱动方式机械。 2.6 .机械手控制方案设计机械通用性考虑着你的手，同时使用时位控制采用，所以可编程控制器（ PLC）机械控制。机械手的动作流动变化的时候， PLC程序只改变实现，非常方便。 2.7 .机械手的主要参数一手抓机器最大重是其规格的主要参数，气压驱动方式，所以思考抓取物体太重了，调查相关机器手参数，结合的工业生产的实际情况，本设计工作的质量爬泳 5公里基本参数运动速度机械手主要基本参数。操作手的节奏机械设计速度速度要求，限制其使用距离低。然后影响机械手动作速度的主要原因是手臂的伸缩和旋转速度。手机械的动作时启动，停止过程的加减速存在，速度距离曲线nts 10 说明速度特性比较全面的，所以平均速度和日程，已故的平均速度显示速度的速度更适合速度特性。除了运动速度以外，手臂设计的基本参数也伸缩日程和工作半径。大部分的机械手设计成相当于人工坐或站着一点点操作的空间里走。大的伸缩日程和工作半径，必然偏重增大刚性力矩。在这种情况下宜自动传输装置好。统计相比，这个机器的手腕伸缩最大工作半径约 1800。定位精度也基本参数的一个。这台机械手定位精度。 2.8. 机械手技术参数列表一、用途 : 用于自动输送线的上下料。二、设计技术参数 : 1、抓重 : kg5 2、自由度数 :5个自由度 3、坐标型式 :圆柱坐标 4、最大工作半径 :1800mm 5、手臂最大中心高 :1800mm 6、手臂运动参数 : 伸缩距离 900mm 伸缩速度 90 /s 升降距离 900mm 回转距离 0到 150 回转速度 s/90 7、手肘运动参数 : 回转距离 0到 270 回转速度 s/120 8、底盘运动参数：回转距离 0到 270 回转速度 90 /s 9、定位方式 :距离开关或可调机械挡块等 10、定位精度 : mm1 11、驱动方式 :电动传动 12、控制方式 : nts 11 机械手臂效果图 2-6 第三章手部结构设计 3.1夹持式手部结构支持式是最常见的一种，其中常用的 2，式，多指式和双手双和式：手指支持工作的部位可分为内卡带（或内膨胀式）和外别针式的 2种：模仿人手上，手指的活动手指可分为一支点回转型，二支点回转型和移动型（或是直线型），其中两支点回转型基本型式。 3.1.1手指的形状和分类支持式是最常见的一种，其中常用的 2，式，多指式和双手双和式：手指支持工作的部位可分为内卡带（或内膨胀式）和外别针式的 2种：模仿人手上，手指的活动手指可分为一支点回转型，二支点回转型和移动型（或是直线型），其中两支点回转型基本型式。 3.1.2设计时考虑的几个问题（一）具有脚够的握力（即夹紧力）在确定手指握力，除考虑重量外，还考虑传送过程中产生性力和振动，保证工件不产生松动。（二）手指间应具有一定的开闭角应按最大直径的工件考虑。对于移动型手指只有开闭幅度度的要求。（三）保证工件准确定位 nts 12 翻译圆柱形工件采用带“ V”形方面的手指，以航班自动定心。（四）根据桌子桌子机械手工作需求，通过比较，我们采用的桌子桌子机械手手部结构是一次转型支点两指，由于工件多为圆柱形状，已故的手指形状设计成 V型，其结构如附图所示。 3.1.3动力设计 1、手部驱动力计算本课题电机机械手手部结构如图 3-2所示，蜗轮蜗杆参数受力分析其工件重量 G=5公斤， nts 13 V形手指的角度 1202 ， mmRmmb 241 2 0 ,摩擦系数为 10.0f (1)根据手部结构的传动示意图，其驱动力为 : Rbp 2N (2)根据手指夹持工件的方位，可得握力计算公式 : )(5.0 tgN )(25)42560(55.0 Ntg 所以Rbp 2N )(245 N (3)实际驱动力 : 21KKpp 实际I,因为传力机构为齿轮齿条传动，故取 94.0 ，并取 5.11 K 。若被抓取工件的最大加速度取 ga 3 时，则 : 412 gaK 所以 )(156394.0 45.1245 Np 实际所以夹持工件时所需夹紧气缸的驱动力为 N1563 。第四章手腕结构设计 4.1 手腕自由度手臂手和手腕连接部件，其作用的调整和工作的方向改变的，因此它是独立的自由度的机械手适应复杂的动作求。手臂的自由度的选择和机械手通用性，加工技术要求放下工作方位和定位精度等很多因素有关。这个机器的手抓住工作水平，同时考虑放在通用性，所以转动手臂设置 x轴旋转运动工作要求的现在实现手臂旋转运动机构，应用最多的是旋转油（气）缸，因此我们使用旋转气缸。它的结构紧凑，旋转角度，并且严格的贴纸。 4. 2手腕驱动力矩的计算 4.2.1手腕转动时所需的驱动力矩 nts 14 手臂的旋转，上下左右摆动的同时旋转运动，手腕旋转驱动传动扭矩必须克服时的手腕启动时产生的惯性力矩，手腕上的旋转轴与支持加的摩擦阻力力矩，动片内径，定片帽等密封装置摩擦阻力和旋转力矩件中心旋转轴重叠的偏重力矩 .图 4 1显示的是手腕应力的示意图。图 4-1手碗回转时受力状态手腕转动时所需的驱动力矩可按下式计算 : 封摩偏惯驱 MMMMM 式中 : 驱M- 驱动手腕转动的驱动力矩 ( cmN ); 惯M- 惯性力矩 ( cmN ); 偏M- 参与转动的零部件的重量 (包括工件、手部、手腕回转电机 )对转动轴线所产生的偏重力矩 ( cmN )., ; 封M- 手腕回转与定片端盖等处密封装置的摩擦阻力矩 ( cmN ); 下面以图 4-1所示的手腕受力情况，分析各阻力矩的计算 : 1、手腕加速运动时所产生的惯性力矩 M悦 nts 15 若手腕起动过程按等加速运动，手腕转动时的角速度为，起动过程所用的时间为 t ，则 : ).(1 cmNtJJM ）（惯式中 :J - 参与手腕转动的部件对转动轴线的转动惯量 ).( 2scmN ; 1J - 工件对手腕转动轴线的转动惯量 ).( 2scmN 。若工件中心与转动轴线不重合，其转动惯量 1J 为 : gGJJ c 11 21e 式中 : cJ- 工件对过重心轴线的转动惯量 ).( 2scmN : 1G - 工件的重量 (N); 1e - 工件的重心到转动轴线的偏心距 (cm), - 手腕转动时的角速度 (弧度 /s); t - 起动过程所需的时间 (s); 起动过程所转过的角度 (弧度 )。 2、手腕转动件和工件的偏重对转动轴线所产生的偏重力矩 M偏偏M 11eG + 33eG ( cmN ) 式中 : 3G- 手腕转动件的重量 (N); 3e- 手腕转动件的重心到转动轴线的偏心距 (cm) 当工件的重心与手腕转动轴线重合时，则 11eG 0 . 3、手腕转动轴在轴颈处的摩擦阻力矩封M封M )(2 12 dRdRf BA ( cmN ) 式中 : 1d ， 2d - 转动轴的轴颈直径 (cm); f - 摩擦系数，对于滚动轴承 01.0f ，对于滑动轴承 1.0f ; nts 16 AR , BR - 处的支承反力 (N)，可按手腕转动轴的受力分析求解，根据 0 ）（ FM A ,得 : 33lGlRB lGlG 122 BR l lGlGlG 332211 同理，根据 BM (F) 0 ,得 : l llGllGllGR A )()()( 332211 式中 : 2G - 的重量 (N) 321 , llll, 如图 4-1所示的长度尺寸 (cm). 第五章手臂伸缩的尺寸设计与校核 5.1手臂伸缩结构的尺寸设计与校核 5.1.1 手臂尺寸手臂伸缩为 900mms所用电机为 90TDY060-3A:最大功率为 70W 同步转速为 60R/min 最大转矩为 3600mN.m 自重 3.2kg 转轴转动距离为 270，设计思路在 0到 270的 2 边各安装一个距离开关，或者红外传感器。 5.2.2 尺寸校核长度设计为 l =900mm, 电机功率： P=1.732UIcos 电机转矩： T=9549P/n ；电机功率转矩 =9550*输出功率 /输出转速转矩 =9550*输出功率 /输出转速 P = T*n/9550 公式推导电机功率，转矩，转速的关系 nts 17 功率 =力 *速度 P=F*V-公式 1 转矩 (T)=扭力 (F)*作用半径 (R) 推出 F=T/R -公式 2 1测定手腕质量为 10kg,则重力 mgG )(1001010N 1，设计加速度 )/(5 sma ，则惯性力 maG 1 )(50510N 总受力1GGGq 0GGq 所以设计尺寸符合实际使用要求。 5.3.2 尺寸校核 1测定参与手臂转动的部件的质量 kgm 1201 ,分析部件的质量分布情况，质量密度等效分布在一个半径 mmr 200 的圆盘上，那么转动惯量： 221rmJ 2 10.01202 6.0 （ 2.mkg ） tJM .惯).(1085.0906.0mN 考虑轴承，油封之间的摩擦力，设定摩擦系数 2.0k , nts 18 惯摩 MkM .）（ mN.4.5 1082.0 总驱动力矩摩惯驱 MMM ）（ mN .4.113 4.5108 MM驱设计尺寸满足使用要求。第五章机械手 PLC控制设计 6. 1可编程序控制器的选择及工作过程 6.1.1 可编程序控制器的选择考虑到机械手通用性，同时使用点位控制，因此我们采用可编程序控制器(PLC)对机械手进行控制 .当机械手动作流程改变时，只需改变 PLC程序即可实现，非常方便快捷。 6.1.2 可编程序控制器的工作过程可编程控制器实施，通过各种各样的用户程序控制完成任务。因此采用了循环扫描的工作方式。具体的工作过程 4个阶段，可分为。第一阶段是初始化处理。可编程控制器的输入端子直接与主机 CPU相连，输入输出状态的询问，输入输出模式寄存器来说。输入输出模式寄存器别名 I / 0状态表。这个表的专业保管输入输出状态信息的记忆领域。那个保存输入状态信息的内存和输入状态寄存器；保管输出状态信息的内存和输出模式寄存器。开机 CPU，首先 I / 0状态表复位，自我诊断。工作确认其硬件正常后，进入下一个阶段。第二阶段，输入信号处理阶段。输入信号处理阶段， CPU对输入状态扫描，各自的输入端子获得的状态信息送到 I / 0状态表保管。同样的扫描周期，各自的输入时的状态 I / 0状态表来维持，各自的输入端子不接受信号的变化的影响所造成的混乱，因此不能运算结果，这个周期用户程序的正确执行。第三阶段程序处理阶段。 nts 19 输入状态信息全部的 I / 0状态表后， CPU工作第三阶段进入。在这一阶段，可编程控制器用户程序顺次扫描，各 I / 0状态和关系运算处理指令进行最后的结果写入的 I / 0状态表状态输出寄存器。第四阶段是输出处理阶段。段 CPU对用户程序是扫描处理完成，运算结果写入的 I / 0状态表状态寄存器。这个时候的输入信号输出模式寄存器中取出，送到输出闩锁电路，驱动功率继电器线圈的罪，控制设备的各种各样的相应的动作。然后， CPU执行下面循环的扫描周期。 6.2 机械手可编程序控制器控制方案 nts 20 第七章结论 1，本次设计的电通用机械手，对专用机械手，通用机械手自由次可变，控制程序可以调节，所以更广泛适用面。 2，电力驱动采用，快，敏感，能实现过负荷保护，容易自动控制。作业环境适应性好，环境的变化的影响是不传动和控制性能。同时成本低廉。 3，电力驱动系统通过工作原理图的参数化描绘，大大地描画速度，节省了大量的时间和为了避免不必要的重复劳动，同时做到了图纸统一。 4，机械手 PLC控制，采用信赖性高，灵活改变程序等的长处也进行时间控制的距离都控制和混合动力控制， PLC程序设定。根据机械手动作顺序程序修改，机械手通用性强。总结毕业设计也接近尾声了，也意味我在大学的生活就要划上一个句号。回过头来看看自己做设计的过程，也有很多体会。助推器的助推方案不断推倒，不断重建。也让我对专业技能有了更深的了解。首先，诚挚感谢我的指导老师

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