机械毕业设计-焊接机械手的结构设计

关键词：StructuredesignofrobotThedesignforthedesignofweldingstructureofthemanipulator,themainresearchcontents:thedesignofthewaistturningmechanism；structuredesignoflarge,smallarmandwristrotation.Thisdesignbytheoveralllayoutwithreferencetotherelevantdesign,theexistingjointtypemanipulator,preliminarydeterminethemomentofinertiaofthewaist,soastodeterminethemotorselection,installationandotherrelateddesign.Completethedesignoftheoverallstructureoftheflexiblemanipulatorbasedonprecisionandthenext,andthenbasedontheoverallstructure,designofmechanicalarmtodeterminethedesignofallthemajorcomponentsofthe.Thedesignofthemaincomponents,includingthehousingdesign,structuraldesignofshaft,bearingselection,designandcalculationofthesizeofmotor,armstructureandfixed.Thedesignofthewholemadechangesintheexistingjointtypemanipulatorstructure,sothatitcanbettermeetthedesignrequirementofthisdesign.Thedesignhassimplestructure,lightweight,smallsize,lowcostofequipment,operationsafety,convenientoperation,easytorepairandmanagement.KeyWords：robotarm；harmonicdrive；structure 绪 机器人简 机器人的发展及应 点焊机器人介绍及其研究意 机器人的组 机械手的组 本文主要研究工 机械手的总体结 机械手总体结构的类 设计具体采用方 机械手腰部机 机械手腰部机座结构的设 机械手腰部机座设计的具体采用方 电动机的选 减速器的选 键的选 机械手手臂的结构设 设计具体采用方 大臂电动机的选 大臂减速器的相关计 小臂电动机的选 小臂减速器的相关计 机械手腕部的结构方案设 腕部电动机的选 腕部减速器的选 轴承的选用与校 结 参考文 致 毕业设计（论文）知识产权声 毕业设计（论文）独创性声 工业机器人（英语：industrialrobotIR）是广泛适用的能够自主动括灵活的，转动都是可编程控制的（即在工作过程中，无需任何外力的干工业机器人在经历了长期发展后，已经成为制造业中不可缺少的核心设出来去适应制造领域意外的各个行业。这些机器人作为机器人家族的后起之1920年捷克斯洛伐克作家卡雷尔·恰佩克在他的科幻小说《罗萨姆的机器Robota(捷克文，原意为“劳役、苦工”)Robotnik(波1939年美国纽约世博会上展出了西屋电气公司制造的家用机器人Elektro77个字，甚至可以抽烟，不过离真正1942年美国科幻巨匠阿西莫夫提出“机器人三定律”。虽然这只是科幻1954年美国人乔治·德沃尔制造出世界上第一台可编程的机器人，并注册1956年在达特茅斯会议上，马文·明斯基提出了他对智能机器的看法：智30年智能机器人的研究方向。1959年德沃尔与美国发明家约瑟夫·英格伯格联手制造出第一台工业机器人。随后，成立了世界上第一家机器人制造工厂——Unimation公司。由于英格1962年—1963年传感器的应用提高了机器人的可操作性。人们试着在机1961年恩斯特采用的触觉传感器，托莫维奇和博尼1962年在世界上最早的“灵巧手”上用到了压力传感器，而麦卡锡19631965MIT推出了1965年约翰·Beast机器人。Beast已经能通过声纳系统、光电管等装置，根据环境校正自己的位置。20世纪60年1968Shakey。它带有视么大。Shakey可以算是世界第一台智能机器人，拉开了第三代机器人研发的序1973年世界上第一次机器人和小型计算机携手合作，就诞生了美国CincinnatiMilacronT31978Unimation公司推出通用工业机器人PUMA，这标志着工业机器人技术已经完全成熟。PUMA至今仍然工作在工厂第一线。1984Helpmate，这种机器人能在医院里为病人送1999年日本索尼公司推出犬型机器人爱宝(AIBO)，当即销售一空，从此2002iRobotRoomba，它能避开障碍，自动设计行进路线，还能在电量不足时，自动驶向充电座。Roomba是目前世界上2006年6MicrosoftRoboticsStudio，机器人模块化、平用范围，例如：由计算机控制的具有适应性控制的装配用机器人、焊接机器采用并行处理的复合控制：由于微电子技术的发展，微型计算机的性能大幅提高，从而可以利用多个微处理器对各种感觉(如视觉、触觉等)信息进行并行处理，并控制机器人多功能的手快速地完成更复杂的工作。点焊机器人（spotweldingrobot）用于点焊自动作业的工业机器人。世界上1965UnimationUnimate机器基本设计，一般具有六个自由度：腰转、大臂转、小臂转、腕转、腕摆及腕捻。其驱动方式有液压驱动和电气驱动两种。其中电气驱动具有保养维修简（光电开关SQ1处按下启动按钮SB1,钻头进给至SQ20.PLCProgrammablelogicController，可编程逻辑控制器，一种数字运算自动控制技术、通信技术和传统的继电器控制技术而发展起来的新型工业控制装置，具有编程容易、体积小、使用灵活方便、抗干扰能力强、可靠性高等一系列优点，是专门为工业控制应用而设计的一种通用控制器，近年来在工业生产的许多领域，如冶金、机械、电力、石油、煤炭、化工、轻纺、交通、食品、环保、轻工、建材等工业部门得到了广泛的应用，已经成为工业C的应用日益广泛，学习和掌握其原理与应用设计对于工业领域的广大科技工作者以及大专院校电气和机电等有关专业的学生而言很有必要PLCPLCQQ36296518CAD60吨冲床自动上料装置是在一般冲床上改装冲床曲轴，添加上料机械手,升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1-1所示。

1.1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件的重量及尺寸。常用的指形有平面的、V形面的和曲面的:手指有外夹式和内较常用的有:滑槽杠杆式、连杆杠杆式、斜面杠杆式、齿轮齿条式、丝杠螺母式，式弹簧式和重力式等。本文首先确定了机械手的总体布局，然后提出了各个部分的具体设计方工业机器人的结构形式主要有直角坐标结构，圆柱坐标结构，球坐标结本题目规格参数280度；120度；0-具体到本设计，因为焊枪质量约0.5KG，且考虑到焊接机械手的加工精因为小臂比大臂更灵活，活动更频繁，所以初始取a（大臂）=500mm；b（小2.12.2腰部的回转运动要有相应的驱动装置，它包括驱动器（电动、液压及气JG1、JG2、JG3，JG4根据0的转动惯量为： mr2

（J0

l11

1ml31

m(ll22

1ml 2

m(lll33

1ml 3

JG0.43750.58332.450.2660.451250.001660.007N.mm4.19571N.mm设输出轴速度为180s所需时间t1s

机座TJXw4.19571X1π

15N.m。P(1.5~2.5)MLP

其中：PmMLPLP系数1.5~2.515XP2.5X 131N.m

3-0.89X10-3.130r/min。伺服电机在额定转速之下可以调节需要转i

3000

PL80-100100。3.2 额定输入速度：4000min- 平均寿命 法兰精度:DIN42955-输出轴键标准:圆头普通平键（A型）GB1096-79择键，然后再进行强度校核，键的材料按标准规定采用抗拉强度σB600MPa45钢。JJ04.19571X104电机的转子惯量为0.89X104

所以选取合 45号钢，查表知轴的许用扭剪应力[τ]=30MPa，由C=120。此轴传递扭矩T1=15N.m d

n

0.4

28.5mm性好，比重小（1/42/3），但是，其价格机器人各关节的轴承间隙要尽可能小，以减小机械间隙所造成的运动误JG1、JG2、JG3根据平行轴0的转动惯量为： 1mr2 3

J

m(ll2)21ml2m(l

l3)21ml

2

2

3 30.5832.450.2660.451250.00166N.mm3.75191N.mm设输出轴速度为180s所需时间t1s

大臂TJXw3.75191X1π

13N.m。P(1.5~2.5)MLP

其中：PmMLPLP系数1.5~2.513XP2X 91N.m

4.1额定功 额定转 额定转 转子惯 0.89X10-4.130r/min。伺服电机在额定转速之下可以调节需要转i

3000

PL80-8080。JJ04.19571X104电机的转子惯量为0.89X104Kg.m2

T1=13N.md

n

0.4

28.5mm 1mr2

J m(ll3)21ml G 3 3

0.33750.1250.0416N.mm0.5041N.mm

设输出轴速度为120s所需时间t1s小臂

J

Xw0.5041X180 1.0556N.m

2N.m。P(1.5~2.5)MLP

其中：PmMLPLP系数1.5~2.52XP2.5X 12N.m

0.024X10-4.220r/min。伺服电机在额定转速之下可以调节需要转

i

4000

4.3PL40-200200。 额定输入转速:4500min- 工作温度：- 平均寿命 法兰精度:DIN42955-重量：0.6Kg 输出轴键标准:圆头普通平键（A型）GB1096-79。45JJ00.126025X104

电机的转子惯量为0.024X104Kg.m2

所以选取合 此轴传递扭矩T1=2N.mn1=20r/min d

n

0.03

13.7mm 1mr2

G

J3JG0.000417N.mm

设输出轴速度为120s所需时间t1s腕部

Xw0.000417X 0.00087336N.m1

1N.m。P(1.5~2.5)MLP

其中：PmMLPLP系数1.5~2.50.00087336XP2.5X 0.00508N.m

博美 i

4000

PL40-200200。JJ00.00010425X104电机的转子惯量为0.024X104Kg.m2

所以选取合 此轴传递扭矩T1=1N.mn1=20r/min d

n

0.03

13.7mm1，不能承受径向载荷，一对圆锥滚子轴承。额定动载荷比1.5~2.5。能承受单向轴向载荷，在径向轴向位移。313系列具有较大的接触角，可以承受更大的轴向载荷。深沟球轴承，承载能力较小，额定动载荷比为1。主要承受径向载荷，也推力球轴承：根据安装轴承段的轴径为35mm，以及轴承长度及安装考51107GB301-1995。其基本尺寸如下：70mm，以及轴承长度及安装考30214GB297-94。35mm，以及轴承长度及安装考61807GB276-94。15mm，以及轴承长度及安装考61802GB276-94。15mm，以及轴承长度及安装考61802GB276-94。61807GB276-94的校核：深沟球轴承61807详细参数如下：d=35(mm)D=47(mm)B=7(mm)Cr=4900(N)Cor=nlimz=11000(r/min)nlimy=使用《机械设计手册（新编软件版）20086.16.26.36.4径向载荷Fr=150(N)轴向载荷Fa=0(N)Cofp1.2接触角a=0(℃)判断系数e=径向载荷系数X轴向载荷系数Y当量动载荷P轴承所需基本额定动载荷C'=6.5C4900(N)当量动载荷P=180(N)轴承转速n=30(r/min)T<=120(℃)（ft1）要求寿命Lh'=5000(h)计算寿命Lh=L1020173(10^6转)可靠度系数a1=材料系数a2=运转条件系数a3=Lna20173(10^6转)Name=

6.6Comp=西安工业大学北方信息工程学院设计日期Date=2013-4-12Time=下午Fr=150Fa=0轴颈直径d1=55转速n=30要求寿命Lh'=5000温度系数Grease=BType=深沟球轴承轴承型号BCode=61807轴承内径d=35(mm)D=47(mm)轴承宽度B=7(mm)基本额定动载荷C=4900基本额定静载荷Co=4000极限转速(油nlimy=15000接触角a=0(度)fp=1.2判断系数径向载荷系数轴向载荷系数P=180轴承所需基本额定动载荷C'=374.415轴承寿命Lh=11207228验算结果Test=61802GB276-94的校核：深沟球轴承61802详细参数如下：d=15(mm)D=24(mm)B=5(mm)Cr=2100(N)Cor=nlimz=22000(r/min)nlimy=---计算过程径向载荷Fr=70(N)轴向载荷Fa=0(N)Cofp1.2接触角a=0(℃)判断系数e=0.16X1轴向载荷系数Y当量动载荷P轴承所需基本额定动载荷C'=C2100(N)当量动载荷P=84(N)轴承转速n=20(r/min)T<=120(℃)（温度系数ft=1）Lh'5000(h)计算寿命Lh=L1015625(10^6转)可靠度系数a1=材料系数a2=运转条件系数a3=Lna15625(10^6转)Name=Comp=西安工业大学北方信息工程学院设计日期Date=2013-4-12Time=下午Fr=70Fa=0轴颈直径d1=15转速n=20要求寿命Lh'=5000温度系数Grease=BType=深沟球轴承轴承型号BCode=61802轴承内径d=15(mm)D=24(mm)轴承宽度B=5(mm)基本额定动载荷C=2100基本额定静载荷Co=1300极限转速(油nlimy=30000接触角a=0(度)fp=1.2判断系数径向载荷系数X=1轴向载荷系数Y=0