门架式专用工业机械手设计【6张图/14000字】【优秀机械毕业设计论文】

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A1-夹持器.dwg

A1-小车.dwg

A1-机械臂.dwg

A2-输出轴.dwg

A2-门架图.dwg

A2-门架机械手总装配图.dwg

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关键词：: 架式架势专用工业机械手设计优秀优良机械毕业设计论文

资源描述：

文档包括:
说明书一份。48页，14000字。
申报表一份。
开题报告一份。
外文翻译一份。

图纸共6张，如下所示
A1-夹持器.dwg
A1-小车.dwg
A1-机械臂.dwg
A2-输出轴.dwg
A2-门架图.dwg
A2-门架机械手总装配图.dwg

摘要
本文以“门架式专用工业机械手设计”为题目，设计了一个多自由度固定机械手，使其具有水平旋转、上下摆动、并抓取一组物体等功能。
在先期工作中，对机械手进行功能原理分解。设计可行性方案并进行对比，选出最优方案。本文的重点有二个方面：
文中设计了机械手的机械结构部分，使用CAD和CATIA完成机械手的总体装配图和非标零件的设计，并结合力学知识对各非标零件进行校核计算。其中包括外观改进和结构优化。
结合设计参数和实践需要，对机械手的传动方案——液压传动进行设计，运用CAD绘制原理图。结合机械实体结构布置液压系统。

关键词：微型件机械手门架式

ABTRACT
This paper takes the project “The designing of a machinery manipulator for auto polishing of miniature parts” as the study background, designs a fixed manipulator which it has freedom 11.The manipulator has some functions, that it can turn in horizontal plane, swing in vertical plane and capture many miniature parts.
In the authors prior work, the manipulator of function is decomposed. Some of reasonable plans are designed. They are contrasted and the best plan is took. The focus of the paper is on three aspects:
At first, this paper designs the manipulator of machinery structure, use CAD and CATIA to finishes its Auto CAD and non-standard parts in mechanics. This part of the paper is consist of outward appearance and machinery construction, that they are improved and optimized.
The second, the paper designs a plan of manipulator’s transmission----hydraulic pressure transmission by parameters of design and practice of demand and finishes the schematic diagram in CAD. The system of hydraulic pressure is designed according the machinery structure.
At last, the paper finally puts forward the electric control strategy of the manipulator, and use the CAD and CATIA to finish the schematic diagram of electric control.

Keywords: Miniature parts Manipulator Polishing

目录
绪论 1
1机械手发展状况 1
2课题背景及研究意义 1
第一章设计任务及方案评价 3
1.1设计目标与功能原理分析 3
1.2机械手的配置和工作原理 3
1.3解决原理 4
1.4方案的分析和决策 5
第二章结构评价设计 7
2.1门架式专用工业机械手总体方案 7
2.2机械手的部件设计 8
2.2.1机械手的机架设计 8
2.2.2小车的设计 10
2.2.3机械手臂 12
2.2.4夹持器设计 13
第三章部件计算与校核 15
3.1横梁的计算 15
3.2小车计算 17
3.2.1 小车速度计算 17
3.2.2 小车精度计算 17
3.2.3 小车电机功率计算 18
3.2.4 小车零件计算 18
3.3手臂计算 21
3.3.1 手臂汽缸计算 21
3.3.2 手手腕处摆动减速电机计算 21
3.4夹持器计算 24
第四章气动原理设计 28
4.1驱动方式 28
4.2工作原理 28
4.2.1手臂升降汽缸 28
4.2.2手臂回转汽缸 29
4.2.3夹紧缸 30
4.2.4气源处理 30
第五章机械手的控制设计 32
5.1基本设计思路 32
5.2单片机的选择 32
5.3驱动芯片的选择 34
5.4流程图 36
5.5汇编程序 37
总结 40
参考文献 41
致谢 42

题目名称（包括主要技术参数）及要求：
1题目名称：门架式专用工业机械手设计
2设计内容题目内容：为金属切削机床装、卸料
要求：完成门架、小车、手臂及夹持器的结构设计及控制
技术参数：承载能力：20kg 线位移最高速度：小车1.2m/s
自由度数：9个手臂0.5m/s
小车最大水平行程：3500mm 最大角位移速度：手腕转动90°/s
小车最大垂直行程：630mm 手腕摆动90°/s
手臂摆动范围：30° 夹持器转动90°/s
手腕转角：90°、180°
夹持器转角：90°
论文开题报告（设计方案论证）
应包括以下几方面的内容：
1、本课题研究的意义；2、调研（社会调查）情况总结；3、查阅文献资料情况（列出主要文献清单）；4、拟采取的研究路线；5、进度安排。
一、课题研究的目的、意义
在机械工业中，应用机械手的意义可以概括如下：1.以提高生产过程中的自动化程度。2.以改善劳动条件，避免人身事故。3.可以减轻人力，并便于有节奏的生产。
二、调研情况总结
工业机械手是近几十年来出现的一种技术装备,它能模仿人体上肢某些动作,在生产过程中代替人搬运物件或操持工具进行操作。机械手主要由手部和运动机构组成。手部是用来抓持工件（或工具）的部件，运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。
国内机械工业，铁路工业中首先在单机，专机上采用机械手上下料，如轴类、螺栓、气阀等零件的加工时机床上配置机械手。在三通阀体、轴瓦、平斜铁、柴油机摆臂加工生产线上用单臂、双臂圆柱坐标机械手，成为联接工序，运送工件的主要装备。
国外对锻造用机械手的研制十分重视，如美国的圆柱坐标式机械手在1300吨锻压机上锻造齿轮毛坯。联邦德国在一条模锻线上采用了自动送料装置和操作机械手，能从炉中取出毛坯，在粗杆，短行程模锻锤的三个模膛中进行锻造然后退出。
三．参考文献
[1] 张建民．工业机器人[M]．北京：北京理工大学，1988．47-261
[2] 波波夫．工业机械人的结构与应用 [M]．北京：机械工业出版社，1997
[3] 吴旭朝．工业机械手设计基础［M］．天津：天津科技出版社，19877．0-92
[4] 高井宏幸(日)．工业机械人的结构与应用［M］．北京：北京工业机械出版社，19778．9-111
[5] 陆祥生．机械手--理论与应用［M］．北京：中国铁道出版社，1985．3-15
四.拟采取的研究路线
收集资料，调研——阅读有关资料——撰写开题报告——总体设计———工作装置结构设计———设计、计算、校核——绘图——设计说明书
五.进度安排：第1～2周：查阅文献，收集资料，确实机械结构、控制系统设计方案，撰写开题报告第3～6周：完成机械结构部分设计第7～11周：完成控制系统硬件设计，绘制电路图第12～13周：撰写毕业设计说明书第14周：修改说明书及设计第15周：整理材料准备答辩

门架式专用工业机械手设计

内容简介：: 长春理工大学光电信息学院毕业设计 1 机器人文章出处：机械制造专业英语主编：章跃节选自第 21 课机器人工业机器人是在生产环境中用以提高生产效率的工具，它能做常规乏味的装配线工作，或能做那些对于工人来说是危险的工作，例如：第一代工业机器人是用来在核电站中更换核燃料棒，如果人去做这项工作，将会遭受有害射线的辐射。工业机器人亦能工作在装配线上将小元件装配到一起，如将电子元件安放在电路印刷板，这样，工人就能从这项乏味的常规工作中解放出来。机器人也能按程序要求用来拆除炸弹，辅助残疾人，在社会的很多应用场合下履行职能。机器人可以认为是将手臂末端的工具、传感器和手爪移动到程序指定位置的一种机器。当机器人到达位置后，它将执行某种任务。这些任务可以是焊接、密封、机器装料、拆装以及装配工作。除了编程以及系统的开停之外，一般来说这些工作可以在无人干预下完成。如下叙述的是机器人系统基本术语：功能的机械手，通过给要完成的不同任务编制各种动作，它可以运动零件、材料、工具以及特殊装置。这个基本定义引导出后续段落的其他定义，从而描绘出一个完整的机器人系统。某些位置点上机器人将停下来做某些操作，如装配零件、喷涂油漆或者焊接。这些预编程点贮存在机器人的贮存器中，并为后续的连续操作所调用，而且这些预编程点像其他程序数据一样，可在日后随工作需要而变化。因且，正是这种可编程的特征，一个工业机器人很像一台计算机，数据可以在这里储存、后续调用与编辑。使机器人能弯屈、延伸和旋转，提供这些运动的是机械手的轴，亦是所谓的机械手的自由度。一个机械人能有 3，自由度一词总是与机器人轴数相关。它们是安装在机器人手臂末端的附件。这些连在机器人手臂末端的附件可使机器人抬起工件、点焊、刷漆、电焊弧、钻孔、打毛刺以及根据机器人的要求去做各种各样的工作。作单元是机器人执行任务所处的整体环境，该单元包括控制器、机械手、工作平台、安全保护装置或者传输装置。所有这些为保证机器人完成自己任务而必需的装置都包括在这一工作单元中。另长春理工大学光电信息学院毕业设计 2 外，来自外设的信号与机器人何时装配工作、取工件或放工件到传输装置上。机器人系统有三个基本不见：机械手、控制器和动力源。 A机械手机械手做机器人系统中粗重工作，它包括两个部分：机构和附件 ,机械手也有联接附件基座，如下图所示一机器人基座与附件之间的联接情况。机械手基座通常固定在工作区域的地基上，有时基座也可以移动，在这种情况下基座安装在导轨或者轨道上，允许机械手从一个位置移动到另外一个位置。正如前面所提到的那样，附件从机器人基座上延伸出来，附件就是机器人的手臂，它可以是直线型，也可以是轴节型手臂，轴节型手臂也是大家所知的关节型手臂。机械臂使机械手产生各轴的运动。这些轴连在一个安装基座上，然后再练到托架上，托架确保机械手停留在某一位置。在手臂的末端上，连接着手腕，手腕由辅助轴和手腕凸缘组成，手腕是让机器人用户在手腕凸缘上安装不同工具来做不同种工作。长春理工大学光电信息学院毕业设计 3 机器手的轴使机械手在某一区域内执行任务，我们将这个区域为机器人的工作单元，该区域的大小与机械手的尺寸相对应，一个典型装配机器人的工作单元。随着机器人机械结构尺寸的增加，工作单元的范围也必须相应增加。机械手的运动由执行元件或驱动系统来控制。执行元件或驱动系统允许各轴在工作单元内运动。驱动系统可用电气液压和气压动力，驱动系统所产生的动力经机构转变为机械能，驱动系统与机械传动链相匹配。由链、齿轮和滚珠丝杠组成的机械传动链驱动着机器人的各轴。机器人控制器是工作单元的核心。控制器储存着预编程序供后续条用、控制外设，及与厂内计算机进行通讯以满足产品经常更新的需要。控制器用于控制机械手运动和在工作单元内控制机器人外设。用户可通过手持的示教盒将机械手运动的程序编入控制器。这些信息储存在控制器的存储器中以备后续调用，控制器存储了机器人系统的所有编程数据，它能存储几个不同的程序，并且所有这些程序均能编辑。控制器要求能够在工作单元内与外设进行通信。例如控制器有一个输入端，它能标识某个机加工操作何时完成。当该加工循环完成后，输入端接通，告诉控制器定位机械手以便能抓取以加工工件，随后机械手抓取一未加工工件，将其放置在机床上。接着，控制器给机床开始加工的信号。控制器可以由根据时间顺序而步进的机械式轮毂组成，这种类型的控制器可用在非常简单的机械系统中。用于大多数机器人系统中的控制器代表现代电子学的水平，是更复杂的装置，即它们是由微处理器操纵的。这些微处理器可以是 8 位， 16位或 32 位处理器。它们可以使得控制器在操作工程中显得非常柔性。控制器能通过通信线发送电信号，使它能与机器手各轴交流信息，在机器人的机械手和控制器之间的双向交流信息可以保持系统操作和位置经常更新，控制器亦能控制安装在机器人手腕上的任何工具。控制器也有与厂内各计算机进行通信的任务，这种通信联系使机器人成为计算机辅助制造（系统的一个组成部分。存储器。基于微处理器的系统运行时要与固态的存储装置相连 ,这些存储装置可以是磁泡，随机存储器、软盘、磁带等。每种记忆存储装置均能贮存、编辑信息以备后续调用和编辑。长春理工大学光电信息学院毕业设计 4 动力源是给机器人和机器手提供动力的单元。传给机器人系统的动力源有两种，一种是用于控制器的交流电，另一种是用于驱动机械手各轴的动力源，例如，如果机器人的机械手是由液压和气压驱动的，控制信号便传送到这些装置中，驱动机器人运动。对于每一个机器人系统，动力是用来操纵机械手的。这些动力可来源于液压动力源、气压动力源或电源，这些能源是机器人工作单元整体的一部分。不同功能的机器人也相继出现并且活跃在不同的领域，从天上到地下，从工业拓广到农业、林、牧、渔，甚至进入寻常百姓家。机器人的种类之多，应用之广，影响之深，是我们始料未及的。从机器人的用途来分，可以分为两大类：军用机器人：地面军用机器人地面机器人主要是指智能或遥控的轮式和履带式车辆主车辆依靠自身的智能自主导航 ,躲避障碍物 ,独立完成各种战斗任务 ;半自主车辆可在人的监视下自主行使 ,在遇到困难时操作人员可以进行遥控干预。无人机被称为空中机器人的无人机是军用机器人中发展最快的家族，从 1913 年第一台自动驾驶仪问世以来，无人机的基本类型已达到 300 多种，目前在世界市场上销售的无人机有 40 多种。美国几乎参加了世界上所有重要的战争。由于它的科学技术先进，国力较强，因而 80 多年来，世界无人机的发展基本上是以美国为主线向前推进的。美国是研究无人机最早的国家之一，今天无论从技术水平还是无人机的种类和数量来看，美国均居世界首位。综观无人机发展的历史，可以说现代战争是无人机发展的动力，高新技术的发展是它不断进步的基础。水下机器人水下机器人分为有人机器人和无人机器人两大类：有人潜水器机动灵活，便于处理复杂的问题，担任的生命可能会有危险，而且价格昂贵。无人潜水器就是人们所说的水下机器人， “ 科夫 ” 就是其中的一种。它适于长长春理工大学光电信息学院毕业设计 5 时间、大范围的考察任务，近 20 年来，水下机器人有了很大的发展，它们既可军用又可民用。随着人对海洋进一步地开发， 21 世纪它们必将会有更广泛的应用。按照无人潜水器与水面支持设备（母船或平台）间联系方式的不同，水下机器人可以分为两大类：一种是有缆水下机器人，习惯上把它称做遥控潜水器，简称一种是无缆水下机器人，潜水器习惯上把它称做自治潜水器，简称缆机器人都是遥控式的，按其运动方式分为拖曳式、（海底）移动式和浮游（自航）式三种。无缆水下机器人只能是自治式的，目前还只有观测型浮游式一种运动方式，但它的前景是光明的。空间机器人空间机器人是一种低价位的轻型遥控机器人，可在行星的大气环境中导航及飞行。为此，它必须克服许多困难，例如它要能在一个不断变化的三维环境中运动并自主导航；几乎不能够停留；必须能实时确定它在空间的位置及状态；要能对它的垂直运动进行控制；要为它的星际飞行预测及规划路径。民用机器人：工业机器人工业机器人是指在工业中应用的一种能进行自动控制的、可重复编程的、多功能的、多自由度的、多用途的操作机，能搬运材料、工件或操持工具，用以完成各种作业。且这种操作机可以固定在一个地方，也可以在往复运动的小车上。服务机器人服务机器人是机器人家族中的一个年轻成员，到目前为止尚没有一个严格的定义，不同国家对服务机器人的认识也有一定差异。服务机器人的应用范围很广，主要从事维护、保养、修理、运输、清洗、保安、救援、监护等工作。德国生产技术与自动化研究所所长施拉夫特博士给服务机器人下了这样一个定义：服务机器人是一种可自由编程的移动装置，它至少应有三个运动轴，可以部分地或全自动地完成服务工作。这里的服务工作指的不是为工业生产物品而从事的服务活动，而是指为人和单位完成的服务工作。娱乐机器人娱乐机器人以供人观赏、娱乐为目的，具有机器人的外部特征，可以像人，像某种长春理工大学光电信息学院毕业设计 6 动物，像童话或科幻小说中的人物等。同时具有机器人的功能，可以行走或完成动作，可以有语言能力，会唱歌，有一定的感知能力。类人机器人从其他类别的机器人可以看出，大多数的机器人并不像人，有的甚至没有一点人的模样，这一点使很多机器人爱好者大失所望。也许你会问，为什么科学家不研制类人机器人？这样的机器人会更容易让人接受。其实，研制出外观和功能与人一样的机器人是科学家们梦寐以求的愿望，也是他们不懈追求的目标。然而，研制出性能优异的类人机器人，其最大的难关就是双足直立行走。因为机器人与人的学习方式不一样。一个婴儿要先学走，再学跑；而机器人则要先学跑，再学走。也就是说机器人学跑更容易些。农业机器人由于机械化、自动化程度比较落后， “ 面朝黄土背朝天，一年四季不得闲 ” 成了我国农民的象征。但近年农业机器人的问世，有望改变传统的劳动方式。在农业机器人的方面，目前日本居于世界各国之首。国际机器人领域发展近几年有如下几个趋势： 1工业机器人性能不断提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修），而单机价格不断下降，平均单机价格从 91 年的 10 3 万美元降至 97 年的 6 5 万美元。 2机械结构向模块化、可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位一体化；由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机；国外已有模块化装配机器人产品问市 3工业机器人控制系统向基于的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化；器件集成度提高，控制柜日见小巧，且采用模块化结构；大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。 4机器人中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器，而遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制；多传感器融合配置技术在产品化系统中已有成熟应用。 5虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制，如使遥长春理工大学光电信息学院毕业设计 7 控机器人操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操纵机器人。 6当代遥控机器人系统的发展特点不是追求全自治系统，而是致力于操作者与机器人的人机交互控制，即遥控加局部自主系统构成完整的监控遥控操作系统，使智能机器人走出实验室进入实用化阶段。美国发射到火星上的 “ 索杰纳 ” 机器人就是这种系统成功应用的最著名实例。 7机器人化机械开始兴起。从 94 年美国开发出 “ 虚拟轴机床 ” 以来，这种新型装置已成为国际研究的热点之一，纷纷探索开拓其实际应用的领域。长春理工大学光电信息学院毕业设计 8 外人原文文献： he is in to It be to do or it be to do or it be to of to in A be to of on as on a be of of be to to to in in be of as a an to a at it of be or a of be of a on of is in 1. A is a to or of a of to in a of a 2. to At of as of or in s as as be as to an is a be 春理工大学光电信息学院毕业设计 9 3. is of It to is by s of of A 6 of of to of on a 4. of on of s to of s to do a of on is of 5. of of is in be a or a is in to do is in In in to it up or to a A . of of a to of of a of is to of be In is to a or a to be to As of is of It be a or a is as an of of to a in is to a in At of a is is up of 春理工大学光电信息学院毕业设计 10 a to to s it to a is of to of of a As s of of is by or or to or by is to by in of be of B. he in is of in is to s as as to of of a is in of of It of be is to an a is is to so it up a is up by to be a of of a on of 162春理工大学光电信息学院毕业设计 11 to be in it to of a of of on of s of as of a As is a of in be or or C. he is to of to of is C of of is of if id by or to of is to be a a or an of of s in to to s is we s 长春理工大学光电信息学院毕业设计 12 he is to or of s on s s is in 913, s 00 at in 0 S in Is as a of is 0 s by S of of or s S is is it he of of is 春理工大学光电信息学院毕业设计 13 be is is It is in 0 be to in 1st to a to or s in is as it is in is as it is is (to of to be to be at of is he is of in it it be in in be to it in be to on to is to on to be to 春理工大学光电信息学院毕业设计 14 or of of in a on he is in a s so a to s to s to be is in so on r. to to of is it sho 长春理工大学光电信息学院学生毕业设计（论文）登记表分院机电工程分院专业机械电子工程班级 08521 学生姓名李甲吉指导教师陈玲设计（论文）起止日期 2012 年 3 月 2 日 6 月 21 日教研室主任陈玲李春梅题目名称（包括主要技术参数）及要求： 1 题目名称：门架式专用工业机械手设计 2 设计内容题目内容：为金属切削机床装、卸料要求：完成门架、小车、手臂及夹持器的结构设计及控制技术参数：承载能力： 20 线位移最高速度：小车 s 自由度数： 9 个手臂 s 小车最大水平行程： 3500 最大角位移速度：手腕转动 90 /s 小车最大垂直行程： 630 手腕摆动 90 /s 手臂摆动范围： 30 夹持器转动 90 /s 手腕转角： 90、 180 夹持器转角： 90 论文开题报告（设计方案论证）应包括以下几方面的内容： 1、本课题研究的意义； 2、调研（社会调查）情况总结； 3、查阅文献资料情况（列出主要文献清单）； 4、拟采取的研究路线； 5、进度安排。一、课题研究的目的、意义在机械工业中，应用机械手的意义可以概括如下：免人身事故。便于有节奏的生产。二、调研情况总结工业机械手是近几十年来出现的一种技术装备 ,它能模仿人体上肢某些动作 ,在生产过程中代替人搬运物件或操持工具进行操作。机械手主要由手部和运动机构组成。手部是用来抓持工件（或工具）的部件，运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。国内机械工业，铁路工业中首先在单机，专机上采用机械手上下料，如轴类、螺栓、气阀等零件的加工时机床上配置机械手。在三通阀体、轴瓦、平斜铁、柴油机摆臂加工生产线上用单臂、双臂圆柱坐标机械手，成为联接工序，运送工件的主要装备。国外对锻造用机械手的研制十分重视，如美国的圆柱坐标式机械手在 1300 吨锻压机上锻造齿轮毛坯。联邦德国在一条模锻线上采用了自动送料装置和操作机械手，能从炉中取出毛坯，在粗杆，短行程模锻锤的三个模膛中进行锻造然后退出。三参考文献 1 张建民工业机器人 M北京：北京理工大学， 1988 472 波波夫工业机械人的结构与应用 M北京：机械工业出版社， 1997 3 吴旭朝工业机械手设计基础 M天津：天津科技出版社， 19877 04 高井宏幸 (日 )工业机械人的结构与应用 M北京：北京工业机械出版社，19778 95 陆祥生机械手 M北京：中国铁道出版社， 1985 3 收集资料，调研阅读有关资料撰写开题报告总体设计工作装置结构设计设计、计算、校核绘图设计说明书五第 1 2 周：查阅文献，收集资料，确实机械结构、控制系统设计方案，撰写开题报告第 3 6 周：完成机械结构部分设计第 7 11 周：完成控制系统硬件设计，绘制电路图第 12 13 周：撰写毕业设计说明书第 14 周：修改说明书及设计第 15周：整理材料准备答辩指导教师审阅意见：年月日记事：指导教师审阅意见：年月日题目名称门架式专用工业机械手设计题目类别设计类题目性质结合实际专业机械电子工程参加本题目学生人数 1 论文类虚拟题目题目来源、教师准备情况、主要培养学生哪些能力本课题为电机控制方面结合实际应用的设计类题目，指导教师为机械电子专业研究生，从事电机控制课题及教学工作，对该课题已经有较成熟的控制技术及理论。该课题主要培养机械电子工程专业的学生将理论知识充分应用于实际的能力，因为本课题涉及了自动控制原理、计算机控制技术、单片机原理、接口技术、电机及拖动基础、运动控制技术等学科，使学生很好的把四年的所学综合运用及掌握。题目内容及要求题目内容：本文以 “ 门架式专用工业机械手设计 ” 为题目，设计了一个多自由度固定机械手，使其具有水平旋转、上下摆动、并抓取一组物体等功能。要求：完成门架、小车、手臂及夹持器的结构设计及控制实践环节安排实习长春吉通有限公司实习（ 2 周）实验轮式装载机仿真实验（ 1 周）计算机应用计算机绘图 (在长春理工大学光电信息学院计算机室，一周 ) 中、外文参考资料： 1 张建民工业机器人 M北京：北京理工大学， 1988 472 波波夫工业机械人的结构与应用 M北京：机械工业出版社， 1997 3 徐灏机械手册第五卷 M北京：机械工业出版社 1992 4 蔡卫国关节搬运机械手设计 M北京：机械工业出版社， 2009 5 杨永清液压摆动机械手设计 M上海：上海科技出版社， 2008 6侯沂等 M 北京：机械工业出版社， 2005 7 龚青山立式轴承压桩机上料机械手设计 M北京：机械工业出版社， 2010 8 杨永清液压摆动机械手设计 M上海：上海科技出版社， 2008 9 樊明等 . 封装及自动上料机械手 M 北京：机械工业出版社， 2008 10侯沂等 M 北京：机械工业出版社， 2005 教研室主任审批签字李春梅分院院长审批签字刘薇娜注：题目类别和题目性质请用符号填在相应栏内。编号 20120852124 本科生毕业设计门架式专用工业机械手设计 of a on a 生姓名李甲吉专业机械电子工程学号 0852124 指导教师陈玲分院机电工程分院 2012 年 6 月摘要本文以 “ 门架式专用工业机械手设计 ” 为题目，设计了一个多自由度固定机械手，使其具有水平旋转、上下摆动、并抓取一组物体等功能。在先期工作中，对机械手进行功能原理分解。设计可行性方案并进行对比，选出最优方案。本文的重点有二个方面：文中设计了机械手的机械结构部分，使用成机械手的总体装配图和非标零件的设计，并结合力学知识对各非标零件进行校核计算。其中包括外观改进和结构优化。结合设计参数和实践需要，对机械手的传动方案液压传动进行设计，运用制原理图。结合机械实体结构布置液压系统。关键词：微型件机械手门架式 of a of as a it it in in In of is of is of is on At of AD to AD in of is of a of s by of of of is At of AD to of I 目录绪论 . 1 1 机械手发展状况 . 1 2 课题背景及研究意义 . 1 第一章设计任务及方案评价 . 3 计目标与功能原理分析 . 3 械手的配置和工作原理 . 3 决原理 . 4 案的分析和决策 . 5 第二章结构评价设计 . 7 架式专用工业机械手总体方案 . 7 械手的部件设计 . 8 械手的机架设计 . 8 车的设计 . 10 械手臂 . 12 持器设计 . 13 第三章部件计算与校核 . 15 梁的计算 . 15 车计算 . 17 车速度计算 . 17 车精度计算 . 17 车电机功率计算 . 18 车零件计算 . 18 臂计算 . 21 臂汽缸计算 . 21 手腕处摆动减速电机计算 . 21 持器计算 . 24 第四章气动原理设计 . 28 动方式 . 28 作原理 . 28 臂升降汽缸 . 28 臂回转汽缸 . 29 紧缸 . 30 源处理 . 30 第五章机械手的控制设计 . 32 本设计思路 . 32 片机的选择 . 32 动芯片的选择 . 34 程图 . 36 编程序 . 37 总结 . 40 参考文献 . 41 致谢 . 42 1 绪论 1 机械手发展状况机械手已经广泛应用在生产自动化的各个行业。机械手又称为自动手，模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。 1948 年诺伯特维纳出版控制论，阐述了机器人中的通信和控制机能与人的神经，感觉机能的共同规律，率先提出从计算机为核心的自动化工厂。 1954 年，美国科学家得了附有重放记忆装置的第一台机械手的专利权，该设备能执行从一点到另一点的受控运动 (即点一点运动 )，这被认为是 “ 机器人时代 ” 的开始。五年后，美国发明家约瑟夫英格伯格联手制造出第一台工业机器。 1随后，成立世界上第一家机器人制造工厂司，由于英格伯格对工业机器人的研发和宣传，他也被称为 “ 机器人之父 ” 。 1970 年，机器人学界早期的改革家之一，斯坦福大学演示了一种计算机控制的工业机械手，这就是非常著名的斯坦福机械手。它非常先进，技术很复杂，迄今还被很多研究中心使用。 70 年代以后，机械手和以机械手为核心的自动化设备在工业发达国家，尤其在日本，有了广泛的应用。由工业机械手与其它设备组成的生产线极大的提高了企业的劳动生产率，提高和稳定了产品质量，大大缩短了产品更新换代的周期。这些应用在很大程度上激发了人们对机械手的研究和开发，它的技术也因此取得了长足的进步。到了 80 年代，人们为了让机器人技术向各行各业扩展、应用，于是有了用于社会服务、海洋开发、宇宙空间、地下采矿、军事作战、救灾抢险等领域的机器人。应用于这些领域的机器人，绝大多数都是由机械手和与之对应的安装平台组成的。上世纪 90 年代，随着计算机技术、微电子技术、网络技术等的快速发展和它们之间的相互整合，机械手技术得到了飞速发展。再到一直到 2006 年 6 月，微软公司推出器人模块化，平台统一化的趋势越来越明显，比尔盖茨预言，家用机器人很快将席卷全球。经过了 40 年的发展，现在全世界已装备了 90 余万台工业机器人，种类达数十种，他们有许多领域为人类的生产和人活服务。 2 课题背景及研究意义机械手的发展已有近 400 年的历史了。现在全世界已有近 100 万台机械手在运行，机械手对国民经济和人民生活的各个方面，已产生重要的影响 5 机械手技术已成为当今主导技术之一。随着工业机械化和自动化的发展，机械手已经广泛应用在生产自动 2 化的各个行业。工业机械手人又称通用自动机械手，是一种 “ 独立 ” 的可变程序的自动机械手 2。它是在五十年代末期出现，近年来才迅速发展起来的重要自动化装置，现已成为实现工业自动化的一种重要手段。抛光作业是一种非常艰苦的劳动。操作者总是处于噪音大，粉尘多的环境中。操作者总是技术熟练的老工人，也是必存在老龄化的问题。也给企业带来人手不足的问题。另外，随着技术快速发展，相关标准越来越高，零件越来越小，精度越来越高，手工艺不能满足其要求，此时工业机械手开始发挥其潜能，并占有越来越重要的地位。本课题设计的是机加自动线机械手，主要用于机床的上料卸料动作，例如在六角车床上。手臂要求承载能力 20臂数量 2，自由度 9，小车左右行程 3500臂最大垂直行程 630手臂摆动范围 30。手腕转角 90。线位移最高速度：小车 s，手臂 s，最大角位移速度：手腕转动 90/S，手腕摆动 90/S，夹持器转动 90/S。驱动方式：机电，气压。本课题研究不仅能大幅降低加工成本，还能显著提高微型件的表面质量。因此将机器人应用于微型件加工替代手工操作前景广阔，不仅能大幅度提高生产率，保证产品质量，而且还能解决熟练劳动力的短缺问题。 3 第一章设计任务及方案评价计目标与功能原理分析由于原理方案设计是机械手产品设计的第一步，是对产品成败、好坏起决定性的作用的工作，所以必须慎重。可以从以下方面来考虑能量方面、安全方面、人机工程方面、运动方面、创造方面、检查方面、作用方面、装配方面、运输方面、使用方面、材料方面、维修及回收方面、几何关系方面、费用方面、驱动方面、执行方面、设计期限方面 (1) 明确功能目标对所要求功能抽象化后，将系统功能合理的分成几组，以便设计需要。 (2) 功能组合功能分解为功能组合提供了组合元素，功能组和的目的是形成多种形成以达到设计功能目标的集合化，即功能结构。显然功能结构形成的多样性与功能分解的合理与否有很大的联系 6。解决原理在机械设计及方法中又叫原理作用，所谓作用原理基本上就是把物理学中的物理效应体现在机械原理中的机构上，达到完成设计任务的目的。寻找作用原理目的，就是要找到一种物理效应，并将其与合理的机构最终形成解决问题的方案。改变物理效应，改变几何特征都能获得实现某一功能的解决原理，大多数的设计中，参考已有资料，从物理效应着手寻找解决原理，利用表格和机械原理简图表达出来。根据功能结构把寻找到的作用原理。组合在一起，形成实现总功能的各种功能原理方案。在所中介的各个方案中，通过各方面要求进行评价，选择出最佳。械手的配置和工作原理门架机械手的配置，如图 1示。门架机械手设置在机床上方，机床主要为卧室机床，也可以为加工中心，取料和上料主要靠从机床上方空间完成动作 7。机械手需要满足功能列举如下： 4 图 1械手图示 1、在机床加工前后，需要门架机械手搬运毛坯和成品，输送线或者是料仓一半在机床旁，因此机械手需要有横向大范围的移动功能。能满足上料时毛坯库范围，下料后成品库范围。 2、每台机械手还需要具有升降功能，安装，取下产品都需要从机床上方经过，因此升降功能需要行程只要满足物料能够顺利通过。 3、在取料，上料过程中，为了提高节拍，需要马上取料后再装料，因此需要两只手同时操作。 4、安装，取料，根据不同工件毛坯的形态，需要机械手臂能够实现转动，摆动功能，以便于满足安装姿态的需要。 5、根据工件的尺寸大小，夹持需要满足多种尺寸的工件，因此范围夹持也是机械手的必须功能。决原理根据机械手各部分的工作原理及要求，列出原理模块图标如下表 1 1械手工作原理功能 A B C 1. 机械臂平移齿轮齿条移动丝杆螺母驱动 2. 机械臂升降气动丝杆螺母驱动齿轮齿条 5 功能 A B C 3. 手臂俯仰电机齿轮气动液压 4. 手臂回转电机气动液压 5. 运动控制机电气动机电液压气动液压案的分析和决策 1 评价准则评价准则是进行评价的依据。通常都使用多个评价准则，有的评价准则可用定量的参量表征，有的则不能。评价准则来源于设计所要达到的目标，具体的说，就是从要求明细表里包含的各项要求和愿望中提取 8。 2 衡量尺度采用 “ 价值 ” 或 “ 有效价值 ” 作为方案评价的衡量尺度。所谓价值，是基于实际的测量结果或估计结果相对评价准则进行比较得到的主观认识，具有很大的主观成分，故又可说这一工作是 “ 主观步骤 ” 。 3 评价方法本文涉及采用排除法来解决方案选择问题，排除法是指针对多种方案，首先去掉不能满足功能的方案，再次去掉复杂繁冗方案最后所得的方案经过探讨而决定选用满足功能价格低廉的方案：相比机电，气动，液压三种动力和控制方案，液压驱动的特点有：液压传动目前用得最多的一种传动方式，压力可在 130液压驱动机械手多用于要求臂力较大而运动速度较低的工作场合。 1) 驱动力和驱动力矩较大，臂力可达 100 公斤； 2) 速度反应性较好。因为被驱动件的速度快慢取决于油液的容积变化，所以当不考虑油液的温度变化时，被驱动系统的滞后也几乎没有，而且液压机构的适量轻、惯性小，因此它的速度反应性较好； 3) 调速范围较大，而且可以无级调速，易于适应不同的工作要求； 4) 传动平稳，能吸收冲击力，可以实现较频繁而平稳的换向； 5) 在产生相同驱动力的条件下，液压驱动比其他驱动方式体积小、重量轻、惯 6 性小。液压驱动的缺点： 1) 液压体积庞大，需要液压站，不利于在局促空间下布置。 2) 液压系统噪音大，漏油现象常有，对现场环境影响恶劣。 3) 液压系统造价高，一般用于重载。 4) 油液中如果混入气体，将降低传动机构的刚性，影响定位精度 (产生爬行 ) 。 5) 油液的温度和粘度变化影响传动性能。因为液压一般应用于重载，在轻载方面，完全可以通过气压传动替代，因此，本方案排除液压。相对于液压传动与气压传动又各有以下特点：气动驱动的特点有：气压传动的压力一般在 40 60N/别达到 80 100N/般臂力在 300压驱动的机械手，常用于臂力小于 30 公斤、运动速度较快以及高温、低温、高粉尘等工作条件较恶劣的场合。 1) 通过调节气流，就可实现无级变速； 2) 由于压缩空气粘性小，流速大，因此气压驱动的机械手动作速度快； 3) 压缩空气可从大气中吸取，故动力源获得方便、价格低廉，而且废气直接排放在大气中； 4) 由于压缩空气粘度小，因此在管路中的压力损失也很小，一般其阻力损失不到油液在油路中损失的千分之一；故压缩空气可以集中供应，远距离输送；气动驱动的缺点 1) 压缩空气的压缩性较大，因此使机械手的运动平稳性较差，定位精度较低， 2) 压缩空气排到大气中时噪声较大 3) 另外还须考虑润滑和防锈等 4) 耐压缩空气的工作压力较低，致使机械手结构较大。通过考虑方案的经济性，安全性，耗能的合理性等等，过多的液压缸、凸轮等非标零件会造成生产和维修的困难；像凸轮等零件、多级机械传动又会造成定位准确性差；完全的电子控制会造成耗能量大的缺点；还要考虑生产时的机械稳定性和零件的寿命；同时对周围生产环境的影响各因素都要加入到各方案中。综上所诉，对各个部分进行组合，可得出最合理的方案：方案： 1A2B+C3A4B5A 7 第二章结构评价设计架式专用工业机械手总体方案图 2架式专用工业机械手 1 、门架式机身 2、移动式小车 3、机械臂 4、夹持器门架机械手主要由 4 个部分组成，分别是 1 、门架式机身， 2 、移动式小车， 3、机械臂， 4、夹持器。其中门架式机身是整个机械手的 “ 身躯 ” ，负责机械手的空间支撑和横向滑移提供轨道。门架式机身上安装有钢轨，齿条，和死档。钢轨用于小车移动和导向，齿条用于小车移动精确定位，死档作为安全装置，保证小车不移出机身。小车由步进电机带动减速机，在齿条上行走，步进电机可以精确到一个弧度，再加上减速机的误差缩小，可以使得小车定位精度非常高。通过估计，机械手臂升降依靠汽缸升降，行程位置可以靠汽缸的极限位置或者死档限制。因为起吊高度没必要精确定位，只需要汽缸到达固定位置就行。所以省略了依靠电机驱动升降。 8 手腕固定在机械臂上，因为工件本身重量较轻，所以手腕依靠气压机型旋转，夹持作用。即可满足功能。械手的部件设计械手的机架设计机架是机械手的关键部件，其强度关系到生产的安全，其刚度关系到设备运行精度和顺畅度。机架的设计准则为： 1）工况要求机架的设计首先必须保证工况的要求，例如保证机架上安装的零件能够顺利运转，机架的外形或内部结构不致有阻碍运动件通过的突起，设置执行某一工况所必须的平台，保证上下料的要求。 2）钢度要求保证特定外形条件下，对机架的主要要求是刚度，例如机床上的零部件中，床身决定了机床的生产率和加工精度。 3）强度要求对于一般的机架，刚度达到要求了强度也满足要求了，但对于重载设备的强度要求也必须引起重视。其设计准则是机器运转中可能发生最大载荷的情况下，机架上的任何一点应力不能大于机床的许用应力。 4）稳定性要求对于细长的或者薄壁的受压结构及受弯在失稳的可能，某些板壳结构也存在失稳问题。失稳会对结构产生很大的破坏，所以必须校核。 5）美观对于机器的要求不仅要满足要求，还应美观大方。 6）其他如散热要求，防腐蚀要求等等。机架设计如图 2 2示： 9 图 2身组件图 2的机身的三维图机身组件主要由立柱、横梁构成 9，立柱和横梁都是结构焊件，在设计过程中，本身两个立柱更靠近一些，对横梁的受力更好，但是考虑横梁中间是机床，因此两根立柱跨距较大。横梁用矩形钢管作为骨架，上下面焊接有钢板，增强抗弯强度。 10 车的设计图 2车组件 1 小车车身 2 驱动减速部分本设计课题中涉及到小车左右移动需要精确定位，而且要快速移动，滚珠丝杠可以精确定位，但是速度较慢，因此采用齿轮齿条移动定位 10。从图 2以看出，小车上下两排滚轮，固定在上下钢轨上，驱动减速部分固定在车身上。 11 1 输出轴 2 步进电机 3 减速箱 4 安全制动器图 2动减速部分从图 2驱动减速部分。其大概由 1、输出轴， 2、步进电机， 3、安全制动器， 4、减速箱四个主要部分构成。其中 2 步进电机是整个箱体的动力源，步进角经过减速机减速比 3，输出步距角在经计算小车精度在全满足使用要求。 3 减速箱为 2 级减速，箱体为铸件，前后箱体之间用密封纸垫密封。减速箱注液压油，用于润滑和冷却箱体。箱体内还有甩油盘，对箱体内零件甩油润滑。 4 安全制动器 11设计为在检修时，或者在某些紧急情况下实现紧急制动，安全制动器可以由电磁控制离合，也可以由手柄来手动控制离合。其中一旦手动制动后，必须要手动解制动制动器才能工作。制动器为摩擦片制动器，通过摩擦片制动，有效缓解制动冲击。 12 械手臂 1 机械手臂安装座 2 汽缸 3 升降臂 4 步进电机 5 摆动手腕座 6 摆动手腕 7 减速电机。图 2械臂机械臂的升降动力源是汽缸，由于升降行程是 630，汽缸长度过长，导致手臂部分尺寸过大，因此采用了机械上典型的倍速结构 12。倍速原理是通过圆在平面滚动，顶端的速度是圆心的速度的两倍，在此结构中，圆心速度和行程为顶端速度和行程的一半，一次，要满足升降的行程，只需要汽缸行程为升降高度一半即可。手腕的转动通过步进机驱动，升降臂内部一根心轴传动到手腕的。步进电机的精度可以保证手腕旋转停靠在任意角度。极限位置通过设置接近传感器控制，另外还设置有死档，保证在极端情况下手腕的转角不能过大造成安全隐患。手腕的摆动通过减速电机带动齿轮，驱动手腕摆动。其中减速电机是指减速机和电机 (马达 )的集成体。这种集成体通常也可称为齿轮马达或齿轮电机。通常由专业的减速机生产厂进行集成组装好后成套供货。减速电机广泛应用于钢铁行业、机械行业等。使用减速电机的优点是简化设计、节省空间。 13 持器设计夹持器是用来抓取工件的部分。夹持器抓取工件要满足迅速，灵活，准确和可靠的要求，所以机械手的夹持器是机械手的关键部位之一。设计夹紧机构时，首先应从机械手的坐标形式，运动速度和加速度的情况来考虑，其夹紧力的大小则应根据物体的重量，惯性和冲击力的大小来确定，同时要考虑到有足够的开口尺寸，以适应工件的尺寸变化，为了防止夹坏工件，夹紧力应在一定的范围内，并镶有软质垫片，弹性衬垫或自动定心结构。夹紧结构本身则应结构简单，体积小，重量轻，动作灵活和工作可靠 13。夹紧机构的分类：夹紧机构形式多样，有机械式；吸盘式和电磁式等。有的夹紧机构还带有传感装置和携带工具进行操作的装置。本设计的夹紧机构采用机械式，下面对机械式夹紧机构介绍如下：机械式夹紧机构是最基本的一种，应用广泛，种类繁多。如按手指运动方式和模仿人手动作可分为回转型、直进型；按夹持方式可分为内撑式，外撑式和自锁式；按手指数目可分为三指式，二指式；按动力源则分为弹簧式、气动式、液压式等。机械夹紧机构是由驱动元件，手爪支持部件，传动机构，手指及各种垫片，附件等组成。（ 1）驱动元件：主要有油缸，弹簧等。（ 2）手爪支持部件：一般固定在手腕和手臂上，而驱动件，传动机构和手指安装在手爪的支持部件上；（ 3）传动机构：是把活塞杆的运动变成手指开闭运动的机构，有齿条，齿轮机构杠杆滑槽机构，及铰链连杆机构等。它不仅把活塞杆的运动传递给手指，而且又将这个机构设计成为力的倍增机构。 14 1 回转汽缸 2 夹紧汽缸 3 夹紧手指图 2持器见图 2持器主要由 1 回转汽缸实现夹持器的回转动作， 2 夹紧汽缸通过推动活塞，推动楔形块前后运动驱动 3 手指夹紧动作。当夹紧缸放松，弹簧回位，手臂松开。 15 第三章部件计算与校核梁的计算横梁的受力较为简单，受力简图如图 3 3示。现对横梁进行强度校核。图 3架受力简图图 3架受力图化简 1 求支反力 500 (32 绘制剪切力图 16 图 3切力图 3 绘制弯矩图经计算，最大弯矩段为，取点计算中 (3图 3矩图根据截面计算图 3面图 (3 17 于是有 0(3266m A X (3材料屈服应力是 235因此计算得出 a x 强度大有富裕，考虑到刚度影响，此结果较为合理。车计算车速度计算本课题中小车要求速度在 s，步进电机最高转速在 6000r/速比为 i=9 则经过减速机，输出转速 i=3000r/6r/s (3输出齿轮节圆直径 d=38么小车移动速度 d 1989mm/s=s (3因为步进电机速度可调，那么速度满足 s 车精度计算步进电机步进角 r= 经过减速机减速比 i=9，那么减速机输出轴输出步距角输出齿轮节圆直径 d=38么每一步距，小车的移动距离，就是指小车的精度 18 S=d/360=车精度在全满足使用要求。车电机功率计算由已知条件计算小车移动需要功率V 其中 F摩擦力 V小车移动速度取钢与钢之间的滚动摩擦系数 =压力 N=3000N 其中 N 是小车，手臂，和夹持器及工件的重量。则摩擦力 F=N=000=150N (3那么输出功率 V=150Ns=180W (3取减速机效率 =数 3 那么输入功率，也就是电机功率 (3车零件计算根据小车的特性，由电机带动减速机齿轮箱减速，在输入轴齿轮中，载荷不大，但转速不高，因此可以不用对其计算并校核。而齿轮齿条为开式传动，齿轮齿条也是典型的零件形式，在机械臂中应用非常广泛，对其计算是有必要的 14。如图 3设计时主要考虑输出轴外齿轮齿条的齿轮计算。因为其开式齿轮 1. 选择齿轮材料和热处理、精度等级、齿轮齿数考虑到是开式传动，一般，要求结构紧凑，使用寿命长。选择小齿轮材料为 45 号钢，调质硬度 250。齿条材料选择 45#，正火表面硬度 210。开式齿轮传动，对齿轮精度要求不大，选齿轮为 7 级精度。选择小齿轮齿数。 9 2. 按齿根弯曲疲劳强度设计开式齿轮主要形式是齿面磨损，由于对磨损尚无成熟的计算方法，故只按照弯曲强度准则计算，用增大模数来考虑磨损的影响。 19 由式（ 3 13 212 fa s (3因载荷有中等冲击，故初选载荷系数减速器输出轴功率 (3o电动机到减速器之间的传动效率。查机械设计手册，联轴器效率1=速器总效率2=o=12= 则输出轴功率 = (3减速器输出轴的转速000/9=333r/m 减速器输出轴转矩 61 9 1 0 n =22942N端面重合度12111 . 8 8 3 . 2 C O = (3得 0 . 7 50 . 2 5 0 . 6 9Y 选取齿宽系数查机械设计手册选择齿形系数得 1轮工作应力循环次数计算 1160 hN n 60(1630020) 0 (3312 1 . 2 7 1 0NN i (3查表得1 20 查齿面许用应力 111m i 0 0 . 8 5 1 6 3 . 21 . 2 5F L i m Y (3 222m i 0 0 . 8 7 1 4 6 . 21 . 2 5F L i m Y (3 111 2 . 8 1 . 5 5 0 . 0 2 6 61 6 3 . 2F a S (3 222 2 . 2 1 . 8 2 0 . 0 2 7 41 4 6 . 2F a S (3取 222 2 . 2 1 . 8 2 0 . 0 2 7 41 4 6 . 2F a S ，设计齿轮模数：将确定的各项数值代入设计公式，求得： 13 212 fa s = (3修正 11 1 . 2 16 0 1 0 0 0tm z m/s 查表求得齿廓系数 1 . 5 1 . 0 5 1 . 3 1 . 1 2 . 2 5 K K K 则 33 = (3选取第一系列标准模数 m=2 11200d =38 120db d =2，取 2 120B =201125B =15 21 图 3轮齿条结构设计臂计算臂汽缸计算手臂升降由汽缸推动，汽缸的缸径关系到手臂的升降。手臂自重估算为 100 持器估算 30件重 20么汽缸推力需要 150 那么缸面积公式为 2 0 0 0A 则缸径为 432 (3那么缸径需要大于 43臂升降功能能够实现手腕处摆动减速电机计算手腕处因为空间有限，因此选用合成一体的减速电机，查机械设计手册，从中选用列齿轮减速三相异步电动机。其外形如图 322 图3列齿轮减速三相异步电动机由图 3示： 1 手臂摆动 30角度时候，计算摆动转矩： 23 图 3臂摆动尺寸假设工件重量 30估计夹持器重量 45 31 4 2 9 5 01 3 54 5 02 7 43 0 0221121因此减速电机需要转矩 143 功率计算在机械手使用过程中，要对工件进行平稳拿起，放下，因此手臂摆动速度不能过大。按照本课题的要求，手臂摆动速度为： =90/S 但按照实际情况，转动速度最好为 =30/S 则转速 n=80r/m 由公式 699 1 0 1 1 0 m 可得 124 表 3速电机技术数据由机械设计手册上的表可以选用号作为本课题的机械手电机 15。持器计算图 3持器 25 如上图所示：设活塞杆作用于楔体的作用力为端的作用力为紧力N=100 牛，则 N，的关系如下： 12 .(3 根据力的合成： 1 本设计的机械手各参数如下：图 3持器工作原理 B=88， c=25， =30， N=100N 将参数及关系代入上式： 822 =575N 设夹紧缸作用于活塞的力为 F，弹簧作用于活塞杆的力为 F，楔体作用于活塞杆的反作用力为则其简图如图 3 3作用力简图它们之间的关系为： 2 26 弹簧力选用压紧状态最大弹力为 100N，那么汽缸作用力需要 2 =675N 那么缸面积公式为 2 5 75A 则缸径为 302 那么缸径需要大于

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