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本课题最终目的在于研制一套自动装箱机械手用于苹果自动生产线取代人工装箱工作，以实现成型工序参数的稳定性。设计了一种苹果自动装箱机械手，利用步进电动机带动手臂进行上下移动和水平垂直旋转，通过气压驱动机械手抓取和松放，能够实现全自动装箱放各种型式和材料的苹果。本次设计的苹果自动装箱机械手由底座、传送机构、臂部升降机构、臂部摆动机构、吸盘等构成。
本次设计首先，通过对苹果自动装箱机械手结构及原理进行分析，在此分析基础上提出了总体结构方案；接着，对主要技术参数进行了计算选择；然后，对各主要零部件进行了设计与校核；最后，通过AutoCAD制图软件绘制了苹果自动装箱机械手装配图及主要零部件图。
通过本次设计，巩固了大学所学专业知识，如：机械原理、机械设计、材料力学、公差与互换性理论、机械制图等；掌握了普通机械产品的设计方法并能够熟练使用AutoCAD制图软件，对今后的工作于生活具有极大意义。
关键词：苹果，装箱机械手，滚珠丝杠，齿轮，轴
毕业设计说明书（论文）外文摘要
Title Apple packing manipulator design
Abstract
The ultimate goal of this project is to develop a set of automatic packing machine for automatic production line of apple to replace the manual packing, in order to achieve the stability of the forming process parameters. An apple automatic packing manipulator is designed, using step motor drive the arm of under movement and vertical rotation, through the air pressure drive manipulator and release, can realize the automatic packing for various types and materials of apple. The design of Apple's automatic packing machine hand by the base, the transmission mechanism, the arm of the lifting mechanism, the arm swing mechanism, sucker, etc..
This design first, through apple automatic packing machine for the structure principle and analysis, this analysis is proposed based on the overall structure of the program; then, the main technical parameters were calculated to select; then, of the main parts were designed and checked. Finally, through the AutoCAD drawing software drawn apple automatic packing machine for assembly and major parts of the map.
Through the design, the consolidation of the University of the professional knowledge, such as: mechanical principles, mechanical design, mechanics of materials, tolerance and interchangeability theories, mechanical drawing; master the design method of general machinery products and be able to skillfully use AutoCAD drawing software, for the future work in life is of great significance.
Key words: apple, packing machine, ball screw, gear, shaft
目 录
1 绪论 1
1.1 研究背景及意义 1
1.2 机械手简介 1
1.3 机械手国内外研究现状 2
1.4 机械手发展趋势 3
2 方案设计 4
2.1 设计要求 4
2.1.1 功能要求 4
2.1.2 参数要求 4
2.2 机械手的构成 4
2.2.1 执行机构 4
2.2.2 驱动机构 5
2.2.3 控制系统 5
2.3 总体方案设计 5
2.3.1 总体方案拟定 5
2.3.2 升降机构方案 6
2.3.3 摆动机构方案 7
3 升降机构的设计 8
3.1 电动机的选择 8
3.1.1 根据脉冲当量和最大静转矩初选电机型号 8
3.1.2 启动矩频特性校核 9
3.2 滚珠丝杆副的选型与校核 9
3.2.1 型号选择 10
3.2.2 校核计算 11
3.3 导轨的选型与校核 11
3.3.1 导轨的选型 11
3.3.2 滑动导轨副的计算、选择 12
3.4 轴承及键的校核与寿命计算 14
4 摆动机构的设计 16
4.1 电动机的选择 16
4.1.1 电机轴的转动惯量 16
4.1.2 电机扭矩计算 17
4.2 齿轮传动的设计 18
4.2.1 选精度等级、材料和齿数 18
4.2.2 按齿面接触疲劳强度设计 18
4.2.3 按齿根弯曲强度设计 20
4.2.4 几何尺寸计算 21
4.3 旋转轴及轴上零件的设计与校核 22
4.3.1 尺寸与结构设计计算 22
4.3.2 强度校核计算 23
4.3.3 键的校核与寿命计算 25
4.4 摆臂设计 25
4.5 吸盘的选择 25
5 控制系统设计 27
5.1 CPU与存储器 28
5.2 中断处理电路 33
5.3 8279键盘、显示 37
总 结 44
参考文献 45
致 谢 46
附 录 47
附录1 47
附录2 56
1 绪论
1.1 研究背景及意义
苹果在运输过程中容易磕碰、挤压等导致破损后腐烂，因此苹果必须装箱运输，我国苹果产量巨大，每年到丰收季节均会有大量苹果等待装箱，如果均靠人力会耗费大量人力及时间，不仅容易使工人作业疲劳而且容易错过最佳上市时间，因此希望设计出苹果装箱机械手，实现苹果自动装箱。
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：应用机械手有利于实现材料的传送、工件的装卸、刀具的更换以及机器的装配等的自动化的程度，从而可以提高劳动生产率和降低生产成本。
（2）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、有放射性或有其他毒性污染以及工作空间狭窄的场合中，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的完成作业，使劳动条件得以改善。三、可以减轻人力，并便于有节奏的生产：应用机械手代替人进行工作，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的工作，这是减少人力的另一个侧面。
综上所述，有效的应用机械手，是发展机械工业的必然趋势。
1.2 机械手简介
到目前为止，世界各国对“机械手机械手”还没有做出统一的明确定义。通常所说的“机械手机械手”是一种能模拟人的手、臂的部分动作，按照予定的程序、轨迹及其它要求，实现抓取、搬运或操纵工具的自动化装置。而“机械手”一般具有固定的手部、固定的动作程序（或简单可变程序）、一般用于固定工位的自动化装置。因为国内外称作“机械手机械手”、“机械手”、“操作机”的这三种自动化和半自动化装置，在技术上有某些相通之处，所以有时不易明确区分，就它们的技术特征来看，其大致区别如下。
“机械手”（Mechanical Hand）：多数是指附属于主机、程序固定的自动抓取、操作装置（国内一般称作机械手或专用机械手）。如自动线、自动线的上、下料，加工中心的自动换刀的自动化装置。
1.3 机械手国内外研究现状
机械手机械手（Industral Robot ,简称IR）是1960年由《美国金属市场》报首先使用的，但这个概念是由美国George·C·Pevol在1954年申请的专利“程序控制物料传送装置“时提出来的。在这专利中所记述的机械手机械手，以现在的眼光来看，就是示教再现机械手。
随后，美国的Unimation公司和美国的机械铸造(AMF)公司于1962年分别制造了实用的一号机，并分别取名为Unimate和Ver·satran。Unimate机械手外形类似坦克炮塔，采用极坐标结构，而Versatran机械手采用圆柱坐标结构。
上述两种机械手成为机械手结构的主流，美国通用汽车公司和福特汽车公司在其金属冷热加工中，采用这类机械手进行压、铸、冲压等上、下料，收到了良好的效果。
美国的机械手机械手技术的发展，大致经历了以下几个阶段：
1963~1967年为实验定型阶段。1963~1967年，万能自动公司制造的机械手机械手供用户做工艺实验。1967年，该公司生产的机械手机械手定型为1900台。
1968~1970年为实验应用阶段。这一时期，机械手机械手在美国进入应用阶段。例如美国通用汽车公司1968年订购了68台机械手机械手；1969年又自行研制出SAM型机械手机械手，并用21台组成了点焊小汽车车身的焊接自动线。
1970年至今一直出于技术发展和推广应用阶段。1970~1972年，机械手机械手处于技术发展阶段。1970年4月美国在伊利斯工学院研究所召开了第一届全国机械手机械手会议。据当时统计，美国已采用了大约200台机械手机械手，工作时间共达60万小时以上。与此同时，出现了所谓高级机械手，例如森德斯兰德公司（Sundstrand）发明了用小型计算机控制50台机械手机械手的系统。
在欧洲第一台机械手机械手是1963年瑞典Kavieldt公司发表的第一台操作机。
日本在六十年代初期就开始研制固定程序控制的机器手，并从其他各国引进了用于不同生产过程的机械手，并获得迅速，很快研制出日本国产华的机械手机械手，技术水平很快赶上了美国并超过了其它国家，目前机械手机械手在日本已得到迅速发展并很快得到普及。
我国虽然开始研制机械手机械手仅比日本晚5~6年，但由于种种原因，机械手机械手的技术发展比较慢。但目前已引起了有关方面的极大关注。除了引进、消化、仿制外，已经具备了一定的独立设计和研制能力。在1958年自治区成立30年大庆站展览馆展出了由新机械局研制的跳舞机械手《阿依古丽》。在1986年地十六届广交会上，成都电讯工程学院研制的第三代仿人机械手《成蓉小姐》已经用汉语或英语向来宾问好，并能简要的介绍的展览产品及回答简单问话。西北电讯工程学院研制的微机控制示教再现式机械手《西电I号》，也于1985年9月在陕西省科技贸易大会上进行了表演。此外，清华大学自动化系研制的具有视觉手眼系统，北京钢铁学院研制的焊接机械手，均已达到了较高的水平。同时，在机械手学科中的视觉、听觉、语音合成、触觉、计算控制以及人工智能诸领域研究，也取得了一定的进展。
近几年来的成就表明，我国机械手技术已经迈出了可喜的一步。相信在不久的将来，我们一定回赶上世界各国前进的步伐。
1.4 机械手发展趋势
机械手是一种模拟人手操作的自动机械。它可按固定程序抓取、搬运物件或操持工具完成某些特定操作。应用机械手可以代替人从事单调、重复或繁重的体力劳动，实现生产的机械化和自动化，代替人在有害环境下的手工操作，改善劳动条件，保证人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。20世纪40年代后期，美国在原子能实验中，首先采用机械手搬运放射性材料，人在安全间操纵机械手进行各种操作和实验。50年代以后，机械手逐步推广到工业生产部门，用于在高温、污染严重的地方取放工件和装卸材料，也作为机床的辅助装置在自动机床、自动生产线和加工中心中应用，完成上下料或从刀库中取放刀具并按固定程序更换刀具等操作。我国工业机械手的研究与开发起步较晚，比欧美要晚 30 年左右，起步于上世纪 70 年代，1972 年我国第一台机械手 在上海开发成功，随之全国各省都开始研制和应用机械手。从第七个五年计划（1986～1990 年）开始，我国政府大大加 大了对工业机械手的重视程度，并且为此项目投入大量的资 金，在众多学者及研究人员的参与下，研究开发并且制造了一系列的工业机械手，与此同时，一系列的机械手关键部件也被开发出来，如机械手专用轴承，减震齿轮，直流伺服电机，编码器等等。
国外机械手的发展趋势是大力研制具有某种智能的机械手。使它具有一定的传感能力，能反馈外界条件的变化，作相应的变更。重点是研究视觉功能和触觉功能。随着传感技术的发展机械手装配作业的能力也将进一步提高，更重要的是将机械手、柔性制造系统和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。
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