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設(shè)計(jì)
題目：工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)分析
系 別：
專(zhuān) 業(yè)：
班 級(jí)：
學(xué) 生：
學(xué) 號(hào)：
指導(dǎo)教師：
II
任務(wù)書(shū)
系別 專(zhuān)業(yè) 班1姓名 學(xué)號(hào)
1. 題目： 工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)分析
2.題目背景和意義： 機(jī)械手是模仿著人手的部分動(dòng)作，按給定程序、軌跡和要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓取、搬運(yùn)或操作的自動(dòng)機(jī)械裝置。在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的機(jī)械手被稱(chēng)為“工業(yè)機(jī)械手”。生產(chǎn)中應(yīng)用機(jī)械手可以提高生產(chǎn)的自動(dòng)化水平和勞動(dòng)生產(chǎn)率:可以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、保證產(chǎn)品質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn);尤其在高溫、高壓、低溫、低壓、粉塵、易爆、有毒氣體和放射性等惡劣的環(huán)境中，它代替人進(jìn)行正常的工作，意義更為重大。，通過(guò)該設(shè)計(jì)旨在鍛煉學(xué)生運(yùn)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法基本原理進(jìn)行設(shè)計(jì)和工程分析，使學(xué)生受到機(jī)械工程師基本訓(xùn)練。
3.設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容（理工科含技術(shù)指標(biāo)）：題目?jī)?nèi)容主要包括三個(gè)方面，專(zhuān)用機(jī)械手設(shè)計(jì)，建模和工程分析：
A. 在設(shè)計(jì)方面要求依據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)，設(shè)計(jì)生產(chǎn)線(xiàn)專(zhuān)用機(jī)械手的方案，結(jié)構(gòu)。
B.在建模方面要求建立專(zhuān)用機(jī)械手等的實(shí)體裝配模型。對(duì)實(shí)體裝配模型進(jìn)行工程簡(jiǎn)化。
C. 在工程分析方面要求合理確定約束條件，分析機(jī)械手手指在生產(chǎn)中的變形量并對(duì)強(qiáng)度進(jìn)行校核。
D. 運(yùn)動(dòng)分析方面要求提取六自由度機(jī)械手手指的速度，加速度，特性。并輸出運(yùn)動(dòng)規(guī)律曲線(xiàn)
E. 整個(gè)機(jī)械臂安裝在一個(gè)回轉(zhuǎn)支座上，回轉(zhuǎn)角度范圍為360度；大臂可做升降運(yùn)動(dòng)；小臂相對(duì)于大臂可擺動(dòng)，擺動(dòng)范圍為60-120度；小臂末端的手腕也可以擺動(dòng)，擺動(dòng)范圍為-60度到+60度；手腕的末端安裝一機(jī)械手，機(jī)械手具有開(kāi)閉能力，用于直徑30-45mm工件的抓取，工件長(zhǎng)度350mm，重量8kg。
4.設(shè)計(jì)的基本要求及進(jìn)度安排（含起始時(shí)間、設(shè)計(jì)地點(diǎn)）： 地點(diǎn)：校內(nèi)
第1周：收集資料，借閱參考書(shū)，下載相關(guān)英文文獻(xiàn)。
第2~8周：要求依據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)，設(shè)計(jì)生產(chǎn)線(xiàn)專(zhuān)用機(jī)械手的方案，結(jié)構(gòu)。選擇驅(qū)動(dòng)電機(jī)。
第8～14周：建立專(zhuān)用機(jī)械手等的實(shí)體裝配模型。對(duì)實(shí)體裝配模型進(jìn)行工程簡(jiǎn)化。
第14～16周：要求合理確定約束條件，分析機(jī)械手在生產(chǎn)中的變形量并對(duì)強(qiáng)度進(jìn)行校核。
第16～18周：分析結(jié)論撰寫(xiě)論文。
5.設(shè)計(jì)的工作量要求
① 實(shí)驗(yàn)（時(shí)數(shù)）*或?qū)嵙?xí)（天數(shù)）： 2周
② 圖紙（幅面和張數(shù)）*： A01.5張
③ 其他要求： 論文（字?jǐn)?shù)）：20000字左右；外文翻譯（字?jǐn)?shù)）： 不少于1500英文單詞 ；
參考文獻(xiàn)（篇數(shù)）：不少于 15篇（其中期刊文獻(xiàn)不少于5篇，外文文獻(xiàn)不少于3篇，其中一篇外文文獻(xiàn)為外文翻譯內(nèi)容）,要求在正文中標(biāo)注。
指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日
學(xué)生簽名： 年 月 日
系主任審批： 年 月 日
說(shuō)明：1本表一式二份，一份由學(xué)生裝訂入冊(cè)，一份教師自留。
2 帶*項(xiàng)可根據(jù)學(xué)科特點(diǎn)選填。
工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)分析
摘 要
在加速科技進(jìn)步中，機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展起著關(guān)鍵的作用，其任務(wù)是在工業(yè)生產(chǎn)中迅速將工藝裝備的獨(dú)立單元變?yōu)樽詣?dòng)化綜合體（自動(dòng)化工段，生產(chǎn)線(xiàn)和自動(dòng)化車(chē)間），將來(lái)甚至實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化工廠(chǎng)。這種自動(dòng)化生產(chǎn)最重要的特點(diǎn)是具有柔性，它能預(yù)料到，在節(jié)省勞力（或無(wú)人）情況下，根據(jù)工藝條件調(diào)整裝配，以適應(yīng)多種產(chǎn)品生產(chǎn)。
當(dāng)代柔性自動(dòng)化生產(chǎn)的建立和廣泛應(yīng)用，取決于作為科技進(jìn)步的催化劑的機(jī)床制造、機(jī)械手技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、儀器制造等技術(shù)的加速發(fā)展。工業(yè)機(jī)械手是多品種的經(jīng)常更換產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化的通用手段。在機(jī)械制造中，工業(yè)機(jī)械手既有效地用于柔性生產(chǎn)系統(tǒng)組成工藝裝備的基本工序中，也有效地用于輔助操作中。工業(yè)機(jī)械手與傳統(tǒng)自動(dòng)化手段不同之處，首先在于它在各種生產(chǎn)功能上的通用性和重新調(diào)整的柔性。在柔性生產(chǎn)系統(tǒng)中，工業(yè)機(jī)械手廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床、鍛壓機(jī)床、鑄造機(jī)械和倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)備上，以完成傳送裝備和其它操作。工業(yè)機(jī)械手和基本工藝裝備、輔助手段以及控制裝置一起形成各種不同形式的機(jī)械手技術(shù)綜合體—柔性生產(chǎn)系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)模塊。
隨著工業(yè)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的驚人發(fā)展，工業(yè)機(jī)械手技術(shù)也將得到迅速發(fā)展。應(yīng)用工業(yè)機(jī)械手是提高生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化，改善勞動(dòng)環(huán)境條件，提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率手段之一。
本次設(shè)計(jì)是根據(jù)對(duì)工業(yè)六自由度機(jī)械手的總體結(jié)構(gòu)及傳動(dòng)系統(tǒng)的分析和探討，進(jìn)行六自由度工業(yè)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)中XXXX老師給予了很大的指導(dǎo)和幫助，在此謹(jǐn)致謝意。
限于水平，本設(shè)計(jì)難免有缺點(diǎn)、錯(cuò)誤，懇請(qǐng)各位老師批評(píng)指正。
關(guān)鍵詞：自動(dòng)化生產(chǎn)；工業(yè)機(jī)械手；六自由度
Industrial Robot Design And Sports Structure Analysis
Abstract
Technological advances in accelerating the development of the manufacturing industry, mechanical plays a key role, its duty is in industrial production in the process equipment quickly independent modules into automation complexes, production line and automation sections of automation, workshop) even realizes automatic factory in the future. The automation production of the most important features is a flexible, it can predict that the labor-saving (or unmanned) cases, according to the process conditions adjustment to adapt to the various product assembly production.
The establishment of contemporary flexible automation production and application, as the catalyst and technological progress depends on the machine manufacturing, manipulator technology, computer technology, microelectronics technology, equipment manufacturing techniques, such as accelerating. Industrial manipulator is varieties replace frequently production process automation general means. In mechanical manufacturing, industrial robots effectively already for a flexible manufacturing system composition technological equipment basic working procedure, also effectively used to assist the operation. Industrial robots and traditional automation means differences in various production is firstly it on the function of universality and readjust the flexible. In flexible production systems, industrial robots are widely used in nc machine tools, forming machins tooles, casting machinery and warehousing equipment to complete transmission equipment and other operations. Industrial robots and basic technology and equipment, the auxiliary means and control devices formed together various forms of manipulator - flexible production technology complex basic system structure module.
With the industrial technology and the impressive economic development of industrial robots technology will also, rapid development. Application of industrial robots is to improve the production process automation, improve working conditions, improve product quality and production efficiency means one.
The design is based on industrial six degrees of freedom of the manipulator general structure and the transmission system is analyzed and discussed, the structure of the manipulator of industrial design. Mr Qian gave great learning the guidance and assistance in this to cause gratitude.
Limited to level, this design has to avoid shortcoming, the error, ask everybody the teacher criticism and corrections.
I
Key Words: Automation production; Special manipulator; Six degrees of freedom
1
目 錄
1 概述 1
1.1工業(yè)機(jī)械手的含義及技術(shù)概述 1
1.2工業(yè)機(jī)械手的組成 1
1.3工業(yè)機(jī)械手的現(xiàn)狀及國(guó)內(nèi)外發(fā)展趨勢(shì) 2
1.4 設(shè)計(jì)的任務(wù)要求 3
2 機(jī)械手的結(jié)構(gòu)分析 4
2.1總體結(jié)構(gòu)的概述 4
2.2第一軸（大臂）的結(jié)構(gòu) 5
2.3傳動(dòng)方案的確定 6
3 設(shè)計(jì)計(jì)算 8
4 傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 10
4.1第一軸的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 10
4.2斜齒輪傳動(dòng)軸上的軸承 22
5 機(jī)械手各零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 24
5.1轉(zhuǎn)角范圍的控制設(shè)計(jì) 24
5.2主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（第一臂與底座） 25
5.2.1 第一軸轉(zhuǎn)臂的結(jié)構(gòu) 26
5.2.2底座的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 26
6 機(jī)械手各自由度的連接過(guò)程及工程分析 26
6.1手指和活塞 26
6.1.1回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 26
6.1.2旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 26
6.2機(jī)械手的手指運(yùn)動(dòng)和力分析 27
6.2.1運(yùn)動(dòng)分析（adams） 27
6.2.2位移 28
6.2.3速度 28
6.2.4加速度 29
6.2.5手指模型應(yīng)力分析 29
7 總結(jié) 30
參考文獻(xiàn) 31
致謝 32
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）知識(shí)產(chǎn)權(quán)聲明 33
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）獨(dú)創(chuàng)性聲明 34
1 緒論
1 緒論
1.1工業(yè)機(jī)械手的含義及技術(shù)概述
到目前為止，世界各國(guó)對(duì)“工業(yè)機(jī)械手”還沒(méi)有做出統(tǒng)一的明確定義。通常所說(shuō)的“工業(yè)機(jī)械手”是一種能模擬人的手、臂的部分動(dòng)作，按照預(yù)定的程序、軌跡及其它要求，實(shí)現(xiàn)抓取、搬運(yùn)工件或操縱工具的自動(dòng)化裝置。而它與“機(jī)械手”有一些區(qū)別：“工業(yè)機(jī)械手”多數(shù)指程序可變的獨(dú)立的抓取、搬運(yùn)工件、操縱工具的裝置；“機(jī)械手”多數(shù)是指附屬于主機(jī)、程序固定的自動(dòng)抓取、操作裝置。如自動(dòng)線(xiàn)、自動(dòng)機(jī)的上、下料，加工中心的自動(dòng)換刀的自動(dòng)化裝置。
工業(yè)機(jī)械手由操作機(jī)(機(jī)械本體)、控制器、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和檢測(cè)傳感裝置構(gòu)成，是一種仿人操作、自動(dòng)控制、可重復(fù)編程、能在三維空間完成各種作業(yè)的機(jī)電一體化自動(dòng)化生產(chǎn)社備。它對(duì)穩(wěn)定、提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，改善勞動(dòng)條件和產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代起著十分重要的作用。工業(yè)機(jī)械手技術(shù)是綜合了計(jì)算機(jī)、控制論、機(jī)構(gòu)學(xué)、信息和傳感技術(shù)、人工智能、仿生學(xué)等多學(xué)科而形成的高新技術(shù)，是當(dāng)代研究十分活躍，應(yīng)用日益廣泛的領(lǐng)域。機(jī)械手應(yīng)用情況，是一個(gè)國(guó)家工業(yè)自動(dòng)化水平的重要標(biāo)志。機(jī)械手并不是在簡(jiǎn)單意義上的代替人工的勞動(dòng)，而是綜合了人的特長(zhǎng)和機(jī)器特長(zhǎng)的一種擬人的電子機(jī)械裝置，既有人對(duì)環(huán)境狀態(tài)的快速反應(yīng)和分析判斷能力，又有機(jī)器長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)工作、精確度高、抗惡劣環(huán)境的能力，從某種意義上說(shuō)它也是機(jī)器的進(jìn)化過(guò)程產(chǎn)物，它是工業(yè)以及非產(chǎn)業(yè)界的重要生產(chǎn)和服務(wù)性設(shè)備，也是先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的自動(dòng)化設(shè)備。
1.2工業(yè)機(jī)械手的組成
工業(yè)機(jī)械手一般由執(zhí)行系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和人工智能系統(tǒng)組成。如圖1-1所示。
目前，具有人工智能系統(tǒng)的工業(yè)機(jī)械手即智能機(jī)械手還處于研究實(shí)驗(yàn)階段。而應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)際的多數(shù)是那些具有執(zhí)行系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的工業(yè)機(jī)械手。
a．執(zhí)行系統(tǒng)
執(zhí)行系統(tǒng)是工業(yè)機(jī)械手完成握取工件（或工具）實(shí)現(xiàn)所需的各種運(yùn)動(dòng)的機(jī)械部件，包括：手部、腕部、臂部，還有機(jī)身和行走機(jī)構(gòu)。
b．驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)
驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是向執(zhí)行系統(tǒng)各部件提供動(dòng)力的裝置。采用的動(dòng)力源不同，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)方式也不同。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)方式有四種：液壓式、氣壓式、電氣式、機(jī)械式。
c．控制系統(tǒng)
控制系統(tǒng)是工業(yè)機(jī)械手或機(jī)械手的指揮系統(tǒng)，它控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，讓執(zhí)行機(jī)構(gòu)按照規(guī)定的要
西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
求進(jìn)行工作、并檢測(cè)其正確與否。一般常見(jiàn)的為電氣與電子回路控制，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)也不斷增多。就其控制方式，可分為分散控制與集中控制兩種類(lèi)型。若控制的運(yùn)動(dòng)軌跡來(lái)分，有兩種：點(diǎn)位控制和連續(xù)軌跡控制。
1.3工業(yè)機(jī)械手的現(xiàn)狀及國(guó)內(nèi)外發(fā)展趨勢(shì)
工業(yè)機(jī)械手是一種對(duì)生產(chǎn)條件和生產(chǎn)環(huán)境適應(yīng)性和靈活性很強(qiáng)的柔性自動(dòng)化設(shè)備，它對(duì)穩(wěn)定提高產(chǎn)品品質(zhì)、提高生產(chǎn)效率和改善勞動(dòng)條件起著十分重要的作用。工業(yè)機(jī)械手技術(shù)的發(fā)展必將對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)和生產(chǎn)力發(fā)展產(chǎn)生更加深遠(yuǎn)的影響。所以，國(guó)內(nèi)外工業(yè)機(jī)械手的發(fā)展十分迅速。
國(guó)外機(jī)械手領(lǐng)域發(fā)展近幾年有如下幾個(gè)趨勢(shì)：
a.工業(yè)機(jī)械手的性能不斷提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操作與維修），而單機(jī)價(jià)格不斷下降，平均單機(jī)價(jià)格從91年的10.3萬(wàn)美元降至97年的6.5萬(wàn)美元。
b.機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展。例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機(jī)、減速器、檢測(cè)系統(tǒng)三為一體；由關(guān)節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造機(jī)械手整機(jī)；國(guó)外已有模塊化裝配機(jī)械手產(chǎn)品問(wèn)世。
c.工業(yè)機(jī)械手系統(tǒng)控制向基于PC機(jī)的開(kāi)放型控制器方向發(fā)展，便于標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化；器件集成度提高，控制柜日見(jiàn)小巧，且采用模塊化結(jié)構(gòu)；大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。
d.機(jī)械手中的傳感器作用日益重要，除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器外，裝配、焊接機(jī)械手還應(yīng)用了視覺(jué)、力覺(jué)等傳感器，而遙控機(jī)械手則采用視覺(jué)、聲覺(jué)、力覺(jué)觸覺(jué)等多傳感器的融合技術(shù)來(lái)進(jìn)行環(huán)境建模及決策控制；多傳感器融合配置技術(shù)在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟應(yīng)用。
e.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在機(jī)械手中的作用已從仿真、預(yù)演發(fā)展到用于過(guò)程控制，如使遙控機(jī)械手操作者產(chǎn)生置身于遠(yuǎn)端作業(yè)環(huán)境中的感覺(jué)來(lái)操縱機(jī)械手。
f.當(dāng)代遙控機(jī)械手系統(tǒng)的發(fā)展特點(diǎn)不是追求全治系統(tǒng)，而是致力于操作者與機(jī)械手的人機(jī)交互控制，即遙控加局部自主系統(tǒng)構(gòu)成完整的監(jiān)控遙控操作系統(tǒng)，使智能機(jī)械手走出實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入實(shí)用化階段。美國(guó)發(fā)射到火星上的“索杰納”機(jī)械手就是這種系統(tǒng)成功應(yīng)用的最著名實(shí)例。
h.機(jī)械手化機(jī)械開(kāi)始興起。從94年美國(guó)開(kāi)發(fā)出“虛擬軸機(jī)床”以來(lái)，這種新型裝置已成為國(guó)際研究的熱點(diǎn)之一，紛紛探索開(kāi)拓其實(shí)際應(yīng)用的領(lǐng)域。
我國(guó)的工業(yè)機(jī)械手從80年代“七五”計(jì)劃科技攻堅(jiān)開(kāi)始起步，在國(guó)家的支持下，通過(guò)“七五”、“八五”科技攻堅(jiān)，目前已基本掌握了機(jī)械手操作機(jī)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)、控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)技術(shù)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù)，生產(chǎn)了部分機(jī)械手關(guān)鍵元器件，開(kāi)發(fā)出噴漆、弧焊、點(diǎn)焊、裝配、搬運(yùn)等機(jī)械手；其中有130多臺(tái)套噴漆機(jī)械手在二十余家企業(yè)的近30條自動(dòng)噴漆生產(chǎn)線(xiàn)（站）上獲得廣泛應(yīng)用，弧焊機(jī)械手已應(yīng)用在汽車(chē)制造廠(chǎng)的焊
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裝線(xiàn)上。但總的來(lái)看，我國(guó)的工業(yè)機(jī)械手技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國(guó)外比還有一定的距離，如可靠性低于國(guó)外產(chǎn)品；機(jī)械手應(yīng)用工程起步比較晚，應(yīng)用領(lǐng)域窄，生產(chǎn)線(xiàn)技術(shù)系統(tǒng)與國(guó)外比還有差距；在應(yīng)用規(guī)模上，我國(guó)已安裝的國(guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)械手約200臺(tái)，約占全球已安裝臺(tái)數(shù)的萬(wàn)分之四。以上原因主要是沒(méi)有形成機(jī)械手產(chǎn)業(yè)，當(dāng)前我國(guó)的機(jī)械手生產(chǎn)都是應(yīng)用戶(hù)的要求，“一客戶(hù)，一次重新設(shè)計(jì)”，品種規(guī)格多、批量小、零部件通用化程度低、供貨周期長(zhǎng)、成本也不低，而且質(zhì)量、可靠性不穩(wěn)定。因此迫切需要解決產(chǎn)業(yè)化前期的關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行全面規(guī)劃，搞好系列化、通用化、?；O(shè)計(jì)，積極推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。
我國(guó)的智能機(jī)械手和特種機(jī)械手在“863”計(jì)劃的支持下，也取得了不少成果。其中最為突出的是水下機(jī)械手，6000米水下無(wú)纜機(jī)械手的成果居世界領(lǐng)先水平，還開(kāi)發(fā)出直接遙控機(jī)械手、雙臂協(xié)調(diào)控制機(jī)械手、爬壁機(jī)械手、管道機(jī)械手等機(jī)種。在機(jī)械手視覺(jué)、力覺(jué)、觸覺(jué)、聲覺(jué)等基礎(chǔ)技術(shù)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用上開(kāi)展了不少工作，有了一定的發(fā)展基礎(chǔ)。但是在多傳感器信息融合控制技術(shù)、遙控加局部自主系統(tǒng)遙控機(jī)械手、智能裝配機(jī)械手、機(jī)械手化機(jī)械等的開(kāi)發(fā)應(yīng)用方面則剛剛起步，與國(guó)外先進(jìn)水平差距較大，需要在原有成績(jī)的基礎(chǔ)上，有重點(diǎn)地系統(tǒng)攻關(guān)，才能形成系統(tǒng)配套可供實(shí)用的技術(shù)和產(chǎn)品，以期在二十一世紀(jì)立于世界先進(jìn)行列之中。
1.4 設(shè)計(jì)的任務(wù)要求
本次設(shè)計(jì)是針對(duì)六自由度工業(yè)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
主要設(shè)計(jì)要求如下：
機(jī)械臂：大臂可升降，小臂相對(duì)大臂可擺動(dòng)，范圍為60～120；
底 座：轉(zhuǎn)角范圍為0～360。
3
2 機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2 機(jī)械手的結(jié)構(gòu)分析
2.1總體結(jié)構(gòu)的概述
目前，世界上已有許多工業(yè)機(jī)械手，其中大部分屬于“示教再現(xiàn)”型。如果將這類(lèi)機(jī)械手稱(chēng)作第一代，那么，具有一定程度的視覺(jué)、觸覺(jué)、或某種分析、判斷能力的工業(yè)機(jī)械手就屬于第二代了。不少?lài)?guó)家正在積極研制具有觀(guān)覺(jué)、觸覺(jué)等功能的工業(yè)機(jī)械手，并取得了不少成果，但是，真正將這些成果應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)際的還為數(shù)不多。在實(shí)際生產(chǎn)（如噴漆、焊接、裝配等）中被廣泛應(yīng)用的工業(yè)機(jī)械手，示教再現(xiàn)型還是較多。
一般的機(jī)械手，它由機(jī)械手的機(jī)構(gòu)部分、傳感器組、控制部分及信息處理部分構(gòu)成。機(jī)構(gòu)部分有機(jī)械手和移動(dòng)機(jī)構(gòu)兩部分組成；傳感器有測(cè)量機(jī)械手自身位置姿態(tài)和速度、加速度的內(nèi)傳感器和了解外部環(huán)境及作業(yè)對(duì)象工作情況的外傳感器；控制器是直接控制機(jī)械手運(yùn)動(dòng)的裝置，只要不是自主型移動(dòng)機(jī)械手，它通常放在與機(jī)械手不同的地方，通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)連接。在工業(yè)機(jī)械手的控制裝置中，有電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、PTP運(yùn)動(dòng)目標(biāo)點(diǎn)和CP運(yùn)動(dòng)軌跡數(shù)據(jù)的記憶裝置和定位控制電路等。信息處理裝置通過(guò)信息傳輸裝置與機(jī)械手本體相連，多用于智能機(jī)械手。
如圖2.1，該機(jī)械手具有六自由度，即大臂的回轉(zhuǎn)、臂的左右擺動(dòng)、臂的上下擺動(dòng)、手腕的回轉(zhuǎn)、手腕的伸縮和手爪的抓取。當(dāng)然，圖中沒(méi)有表示出控制系統(tǒng)及手爪抓取的那一部分。
該六自由度機(jī)械手運(yùn)動(dòng)的情況說(shuō)明如下：首先，由電動(dòng)機(jī)M1經(jīng)過(guò)傳動(dòng)系統(tǒng)帶動(dòng)大臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，且與大臂相連的所有其它手臂、手腕及機(jī)械構(gòu)件也隨大臂一起作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；而后另一手臂由電動(dòng)機(jī)M2直接驅(qū)動(dòng)作左右擺動(dòng)；還有，第三臂由電動(dòng)機(jī)M3直接驅(qū)動(dòng)作上下擺動(dòng)；最后，手腕的回轉(zhuǎn)、伸縮及手爪的抓取由其它三個(gè)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。
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2.2第一軸（大臂）的結(jié)構(gòu)
大臂的結(jié)構(gòu)圖（圖2.1）及其傳動(dòng)原理簡(jiǎn)圖（圖2.2）：
圖2.1大臂的結(jié)構(gòu)圖
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圖2.2 及其傳動(dòng)原理簡(jiǎn)圖
第一臂，也即大臂，該手臂實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)械手的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，整個(gè)系統(tǒng)由伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。為了實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)的設(shè)計(jì)要求以及結(jié)構(gòu)的最優(yōu)化設(shè)計(jì)要求，整個(gè)減速系統(tǒng)采用了三級(jí)斜齒輪傳動(dòng)，且所有的斜齒輪都裝在一個(gè)箱體（減速箱）里面。然而，與一般情況不同的是，第三級(jí)斜齒輪直接固定在機(jī)座上，從而使其它的（上級(jí)的斜齒輪）傳動(dòng)機(jī)構(gòu)繞著它轉(zhuǎn)動(dòng)，且電動(dòng)機(jī)又固定在大臂上，所以導(dǎo)致大臂帶著電動(dòng)機(jī)、減速箱一起作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
2.3傳動(dòng)方案的確定
根據(jù)工業(yè)機(jī)械手的總體結(jié)構(gòu)分析可知，工業(yè)機(jī)械手的三軸的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜。第一軸采用的是齒輪傳動(dòng)，第二軸、第三軸則采用的是擺線(xiàn)針輪行星齒輪傳動(dòng)。當(dāng)然，參照以上的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)分析，現(xiàn)擬定如下三種傳動(dòng)方案：
方案一：第一軸：齒輪傳動(dòng)（直齒或斜齒）
第二軸、第三軸：擺線(xiàn)針輪行星齒輪傳動(dòng)
方案二：第一軸：蝸桿蝸輪傳動(dòng)
第二軸、第三軸：蝸桿蝸輪傳動(dòng)
方案三：第一軸：蝸桿蝸輪傳動(dòng)
第二軸、第三軸：擺線(xiàn)針輪行星齒輪傳動(dòng)
方案比較論證
首先，已知各種傳動(dòng)的傳動(dòng)比u:直齒圓柱齒輪傳動(dòng)，u≤4；斜齒輪傳動(dòng)，u≤6；蝸桿蝸輪傳動(dòng)，5≤u≤70，常用15≤u≤50；擺線(xiàn)針輪行星齒輪傳動(dòng)， 11≤u≤87（單級(jí)）。然后估算各軸的傳動(dòng)比，初選轉(zhuǎn)速為1500r/min的原動(dòng)機(jī)，則u1=1500/15=100,
u2=1500/20=75。
第一軸傳動(dòng)的確定：蝸桿蝸輪傳動(dòng)的特點(diǎn)：1）傳動(dòng)平穩(wěn)，振動(dòng)沖擊和噪聲均很?。?）傳動(dòng)比也較大，結(jié)構(gòu)比較緊湊。而在這里采用此傳動(dòng)，則需要兩級(jí)傳動(dòng)才能滿(mǎn)足要求，蝸桿蝸輪的傳動(dòng)是兩軸交錯(cuò)的，這樣一來(lái)也就增加了結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，且同時(shí)也增加了轉(zhuǎn)時(shí)的負(fù)荷；3）由于蝸桿蝸輪嚙合輪齒間相對(duì)滑動(dòng)速度大，使得摩擦損耗大，因而傳動(dòng)效率較低。因此，第一軸采用齒輪傳動(dòng)。要實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求，如采用圓柱直齒輪傳動(dòng)則需要四級(jí)
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傳動(dòng)，而采用斜齒輪則需要三級(jí)就可以，并且知道在相同的條件下，采用斜齒輪傳動(dòng)比圓柱齒輪傳動(dòng)，在結(jié)構(gòu)上尺寸要小得多，由此可知，采用斜齒輪傳動(dòng)。斜齒傳動(dòng)有如下優(yōu)點(diǎn)：
a.嚙合性能好
b.重合度大，傳動(dòng)平穩(wěn)；
c.結(jié)構(gòu)緊湊，并且在總體結(jié)構(gòu)上也是合理的。
第二軸傳動(dòng)的確定：由各傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)比可知，第二軸的傳動(dòng)應(yīng)該采用擺線(xiàn)針輪行星齒輪傳動(dòng)。擺線(xiàn)針輪行星齒輪傳動(dòng)有如下優(yōu)點(diǎn)：
a.傳動(dòng)比大。一級(jí)傳動(dòng)比11～87，二級(jí)傳動(dòng)比為121～7569，三級(jí)傳動(dòng)比可達(dá)446571；
b.結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕。如將擺線(xiàn)針輪行星減速器與同功率的兩級(jí)普通圓柱齒輪減速器相比，體積可減小1/2～2/3，重量約減輕1/2～1/3以上；
c.效率較高。一般效率為0.92～0.94，最高可達(dá)0.97；
d.傳動(dòng)平穩(wěn)，過(guò)載能力較大，承受沖擊和振動(dòng)的性能較好；
e.工作可靠，壽命長(zhǎng)。但是這種傳動(dòng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工制造較困難。
總上所述，選擇方案一為最佳。第一軸采用三級(jí)斜齒輪傳動(dòng)，第二、第三軸采用擺線(xiàn)針輪行星齒輪傳動(dòng)。
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3 設(shè)計(jì)計(jì)算
根據(jù)設(shè)計(jì)方案可知，第二軸、第三軸的所有重量都是第一軸的負(fù)荷，所以說(shuō)，第一軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是很大的，必須計(jì)算各零部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，計(jì)算出最終動(dòng)力源軸上所需要的最大的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，再根據(jù)動(dòng)力源軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量進(jìn)行選擇電動(dòng)機(jī)。下面計(jì)算第一軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：
如圖3.1，該軸的轉(zhuǎn)動(dòng)軸與第二軸的轉(zhuǎn)動(dòng)軸不同，該轉(zhuǎn)動(dòng)軸的軸線(xiàn)為ob線(xiàn)，則在這種情況下，
圖3.1 軸線(xiàn)圖
第三臂的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：
Kgm2
第二軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：
（3.1）
Kgm2
兩電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：
Kgm2
兩個(gè)行星輪系的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：
Kgm2
減速箱的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：
Kgm2
第一軸本身的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：
Kgm2
所以，總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：
Kgm2
9
而轉(zhuǎn)動(dòng)角加速度為：
1/s2
則輸出軸的轉(zhuǎn)矩為由式（3-1-7）得：
Nm
轉(zhuǎn)換到電動(dòng)機(jī)上的轉(zhuǎn)矩為：
Nm
根據(jù)要求<，選P=3KW，n=1000r/min的MGMA型伺服電機(jī)，為28.4Nm。
4 傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算
4 傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算
4.1 第一軸的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
第一軸的傳動(dòng)方案已確定，采用三級(jí)斜齒輪傳動(dòng)，且電動(dòng)機(jī)的功率為P=3KW，n=1000r/min，則傳動(dòng)比u=1000/15=66.67。
已知斜齒輪的傳動(dòng)比u≤6，再根據(jù)傳動(dòng)減速時(shí)前面降得慢，而后面降得快的原則，三級(jí)降速的傳動(dòng)比分配如下： u=2.44.875.7。
第一級(jí)斜齒輪的傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算：已知電動(dòng)機(jī)的功率P=3KW，n=1000r/min，傳動(dòng)比u=2.4。
a. 選定齒輪類(lèi)型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù)
(1) 齒輪傳動(dòng)
按照傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)要求，選用斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)。
(2) 齒面的選擇
考慮減速設(shè)計(jì)的要求，故大、小齒輪都選用硬齒面。由查表(常用齒輪材料及其機(jī)械特性表)選得大、小齒輪的材料均為40Cr，并經(jīng)調(diào)質(zhì)及表面淬火，齒面硬度為48～55HRC。
(3) 選用精度等級(jí)
因采用表面淬火，輪齒的變形不大，不需磨削，故初選7級(jí)精度(GB10095-88)。
(4) 齒數(shù)
選小齒輪齒數(shù)Z1=35，大齒輪齒數(shù)Z2=uZ1=2.435=84。
(5) 選取螺旋角
初選螺旋角。
b. 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)
由設(shè)計(jì)計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算，即
≥mm （4.1）
（1）確定公式內(nèi)的各計(jì)算值
1）載荷系數(shù)
試選。
2）選取區(qū)域系數(shù)
由區(qū)域系數(shù)分布圖，選取區(qū)域系數(shù) 。
3）端面重合度
由標(biāo)準(zhǔn)圓柱齒傳動(dòng)的端面重合度得，。=
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4）計(jì)小齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩
N
5）圓柱齒輪齒寬系數(shù)
選取齒寬系數(shù)?d=0.9；
6) 彈性影響系數(shù)
由材料的彈性影響系數(shù)表，查得=189.8；
7) 接觸疲勞強(qiáng)度極限
齒輪接觸疲勞強(qiáng)度圖表，按齒面硬度中間值52HRC查
得大、小的接觸疲勞強(qiáng)度極限==1170Mpa；
8) 計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
9) 由接觸疲勞壽命系數(shù)
查得；
；
10) 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力
取失效概率為1%，安全系S=1,由下式得
[]=MPa
[]=MPa
則取[]H=([]+[])/2=1012Mpa
(2) 計(jì)算
1) 試算小齒輪分度圓直徑
≥ mm
根據(jù)計(jì)算的結(jié)果及電動(dòng)機(jī)的輸出軸徑，取=50m
2) 計(jì)算圓周速度
m/s
3) 計(jì)齒寬及摸數(shù)
mm
mm
4) 計(jì)算縱向重合度
5）計(jì)算載荷系數(shù)
已知使用系數(shù)。
根據(jù)，7級(jí)精度，由動(dòng)載荷系數(shù)值分布圖，查
得動(dòng)載荷系數(shù)KV=1.07；
由接觸強(qiáng)度計(jì)算用的齒向載荷分布系數(shù)()表，查得=2.728，由彎曲強(qiáng)度計(jì)算的齒向載荷分布系數(shù)()圖，查得 =2.45。
由齒向載荷分配系數(shù)(、),查得==1.2，
故載荷系數(shù)
=1×1.07×1.2×2.728=3.5
6) 按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑 mm
7) 計(jì)算模數(shù)
=
3.按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)
由式≥ mm （3.2）
(3) 確定計(jì)算參數(shù)
1)計(jì)算載荷系數(shù)
11.071.22.45=3.2
2) 縱向重合度
根據(jù)縱向重合度，從螺旋角影響系數(shù)圖表查得=0.88。
3) 計(jì)算當(dāng)量齒數(shù)
4) 查取齒形系數(shù)
由齒形系數(shù)及應(yīng)力校正系數(shù) 表查得 =2.44；=2.196
5) 查取應(yīng)力校正系數(shù)
由齒形系數(shù)應(yīng)力校正系數(shù)表查得 =1.654；=1.782
6) 彎曲疲勞強(qiáng)度極限
由齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限圖,查得 Mpa。
7) 彎曲疲勞壽命系數(shù)
由彎曲疲勞壽命系數(shù)=0.86，=0.87；
8) 計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力
取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，由下式得
417.714MPa
422.571MPa
9) 計(jì)算大、小齒輪的 并加以比較
=
=
得出小齒輪的數(shù)值大。
(4) 幾何尺寸計(jì)算
1) 計(jì)算中心距a
mm
將中心距圓整為=122.5mm
2) 按圓整后的中心距修正螺旋角
因值改變不大,故參數(shù)等不必修正。
3) 計(jì)算大小齒輪的分度圓直徑
mm
mm
4)計(jì)算齒輪寬度
mm圓整后取 B2=65 mm；B1=70 mm。
第二級(jí)的傳動(dòng)條件：電機(jī)的功率為P=4.5KW，n=416.7r/min，傳動(dòng)比u=4.87，具體設(shè)計(jì)計(jì)算如下：
5) 選定齒輪類(lèi)型、精度等級(jí)、材料及齒面
由查表(常用齒輪材料及其機(jī)械特性表)選得大、小齒輪的材料均為40Cr，并經(jīng)調(diào)質(zhì)及表面淬火，齒面硬度為48～55HRC。選用精度等級(jí)。 因采用表面淬火，輪齒的變形不大，不需磨削，故初選7級(jí)精度(GB10095-88)。
6）齒數(shù)
選小齒輪齒數(shù)Z1=24，大齒輪齒數(shù)Z2=uZ1=4.8724=117。
7）選取螺旋角
初選螺旋角。
c. 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)
(1）確定公式內(nèi)的各計(jì)算值
1）試選
2）區(qū)域系數(shù)
由區(qū)域系數(shù)分布圖，選取區(qū)域系數(shù) 。
3）端面重合度
由標(biāo)準(zhǔn)圓柱齒傳動(dòng)的端面重合度圖表，查得
， ，則=
4）計(jì)小齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩
N
5) 圓柱齒輪齒寬系數(shù)
選取齒寬系數(shù)?d=0.9；
6) 彈性影響系數(shù)
由材料的彈性影響系數(shù)表，查得=189.8；
7) 接觸疲勞強(qiáng)度極限
齒輪接觸疲勞強(qiáng)度圖表，按齒面硬度中間值52HRC查得大、小的接觸疲勞強(qiáng)度==Mpa；
8) 計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
9) 由接觸疲勞壽命系數(shù)
查得；；
10) 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力
取失效概率為1%，安全系S=1,由下式得
[]=MPa
[]=MPa
則取[]H=([]+[])/2=1017.5Mpa
(2) 計(jì)算
1) 試算小齒輪分度圓直徑
≥mm
2) 計(jì)算圓周速度
m/s
3) 計(jì)算齒寬及摸數(shù)
mm
mm
4) 計(jì)算縱向重合度
5) 計(jì)算載荷系數(shù)
已知使用系數(shù)。
根據(jù)，7級(jí)精度，由動(dòng)載荷系數(shù)值分布圖，查得動(dòng)載荷系數(shù)KV=1.05；
由接觸強(qiáng)度計(jì)算用的齒向載荷分布系數(shù)()表，查得 =1.41，由彎曲強(qiáng)度計(jì)算的齒向載荷分布系數(shù)()圖，查得 =1.37。
由齒向載荷分配系數(shù)(、),查得==1.2，故載荷系數(shù):
=1×1.07×1.2×1.41=1.78
6) 按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑mm
7) 計(jì)算模數(shù)
=mm
(3) 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)
根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算公式（3.2）來(lái)計(jì)算：
1)計(jì)算載荷系數(shù)
11.071.21.37=1.726
2）縱向重合度
根據(jù)縱向重合度，從螺旋角影響系數(shù)圖表查得 =0.8。
3）計(jì)算當(dāng)量齒數(shù)
4) 取齒形系數(shù)
由齒形系數(shù)及應(yīng)力校正系數(shù) 表查得 =2.592； =2.158
5) 取應(yīng)力校正系數(shù)
由齒形系數(shù)應(yīng)力校正系數(shù)表查得 =1.596；=1.792
6) 齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限圖
查得Mpa。
7）彎曲疲勞壽命系數(shù)
由彎曲疲勞壽命系數(shù)=0.87，=0.9；
8）計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力
取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，由下式得
422.571MPa
437.143MPa
9）計(jì)算大、小齒輪的 并加以比較
=
=
小齒輪的數(shù)值大。
≥mm
對(duì)比計(jì)算結(jié)果,由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法向模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法向模數(shù),根據(jù)滿(mǎn)足彎曲強(qiáng)度及接觸疲勞強(qiáng)度,最后取 =1.5mm
(4) 幾何尺寸計(jì)算
1) 計(jì)算中心距
mm
將中心距圓整為=108.5
2) 按圓整后的中心距修正螺旋角
因值改變不大,故參數(shù)等不必修正。
3) 大小齒輪的分度圓直徑
mm
mm
4) 計(jì)算齒輪寬度
mm
圓整后取 B2=35mm；B1=40mm。
d. 轉(zhuǎn)臂軸承的選擇計(jì)算
(1) 估計(jì)擺線(xiàn)輪內(nèi)孔半徑
=(0.4～0.5) =40～50mm
(2) 擇軸承型號(hào)尺寸
經(jīng)查表選用502310E C=105000 N C0=71000 N
D1=97 mm d=50mm b=27 mm da=60 mm Da=89.6 mm a=5 mm
(3) 名義徑向載荷R
R= =5776.698N
(4) 當(dāng)量動(dòng)載荷 P
P==1.35776.698=7509.71N
—?jiǎng)虞d荷系數(shù)，一般取 =1.2～1.5。軸承相對(duì)轉(zhuǎn)速n
n=+=1000+=1015r/min
(5) 軸承壽命
h
因?yàn)樗蟮玫妮S承壽命≥15000h,所以滿(mǎn)足要求。
e. 轉(zhuǎn)臂軸承的選擇計(jì)算
(1）估計(jì)擺線(xiàn)輪內(nèi)孔半徑
=(0.4～0.5) =52～65mm
(2）擇軸承型號(hào)尺寸
經(jīng)查表選用502313 C=114600 N C0=85200 N D1=121.5 mm d=65mm b=33mm da=77mm Da=114.6mm a=7 mm
(3）名義徑向載荷R
R= =12830.82N
(4）當(dāng)量載荷 P
P==1.312830.82=16680.1N
(5）軸承相對(duì)轉(zhuǎn)速 n
n=+=1000+=1020r/min
(6) 軸承的壽命
h
因?yàn)樗蟮玫妮S承壽命≥15000 h ,所以滿(mǎn)足要求。
f. 針齒銷(xiāo)彎曲強(qiáng)度計(jì)算
(1) 針齒結(jié)構(gòu)尺寸
m
mm
（）
mm
(2) 最大彎矩
Nmm
(3) 許用彎曲應(yīng)力
MPa
(4) 校核彎曲應(yīng)力
MPa
因?yàn)椋綶]，所以滿(mǎn)足要求。
4.2斜齒輪傳動(dòng)軸上的軸承
根據(jù)齒輪軸徑值，查滾動(dòng)軸承樣本或機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得，第二軸上選用圓錐滾子軸承7204，C=15500N；第三軸上選用圓錐滾子軸承7205，C=19520N，則校核壽命如下：
第二軸的從動(dòng)齒輪受力大小為：
切向力為：N
徑向力為：
N
軸向力為：N
根據(jù)，則軸承的名義載荷P為：
（4.3）
式中，-載荷系數(shù)，-徑向動(dòng)載荷系數(shù)，-軸向動(dòng)載荷系數(shù)，所以， N
則軸承的壽命為：
h
因?yàn)椋@里軸承的預(yù)期壽命為=15000h，而，故所選的軸承可滿(mǎn)足壽命要求。
第三軸的從動(dòng)齒輪受力為：
切向力為：N
徑向力為：
N
軸向力為：N
根據(jù)，則軸承的名義載荷P為：N則軸承的壽命為：
h
因?yàn)?，這里軸承的預(yù)期壽命為=15000h，而，故所選的軸承可滿(mǎn)足壽命要求。
西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
5 機(jī)械手各零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
5.1 轉(zhuǎn)角范圍的控制設(shè)計(jì)
控制系統(tǒng)是工業(yè)機(jī)械手的重要組成部分，在某種意義上講，控制系統(tǒng)起著與人腦相似的作用，工業(yè)機(jī)械手的手部、腕部、臂部、行走機(jī)構(gòu)等的動(dòng)作以及與相關(guān)機(jī)械的協(xié)調(diào)動(dòng)作都是通過(guò)控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。主要控制內(nèi)容有動(dòng)作的順序、動(dòng)作的位置與路徑、動(dòng)作的時(shí)間。
按設(shè)計(jì)要求要實(shí)現(xiàn)的轉(zhuǎn)角范圍，可以直接由控制系統(tǒng)來(lái)完成，控制動(dòng)作的位置或動(dòng)作的時(shí)間，從而控制轉(zhuǎn)角。這里用擋塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)控制轉(zhuǎn)角范圍。第一軸的控制轉(zhuǎn)角（0～270）的擋塊結(jié)構(gòu)示意圖如圖5.1:
圖5.1 擋塊結(jié)構(gòu)示意圖
5.2主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（第一臂與底座）
5.2.1 第一軸轉(zhuǎn)臂的結(jié)構(gòu)
如圖5.2，具體尺寸見(jiàn)附圖（零件圖）。
5.2.2底座的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
如圖5.3。
圖5.2 轉(zhuǎn)臂結(jié)構(gòu)
圖5.3 底座結(jié)構(gòu)
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6 機(jī)構(gòu)各自由度的連接過(guò)程及工程分析
6 機(jī)構(gòu)各自由度的連接過(guò)程及工程分析
6.1手指和活塞
本機(jī)械手共有6個(gè)自由度，分別是，即大臂的回轉(zhuǎn)、臂的左右擺動(dòng)、臂的上下擺動(dòng)、手腕的回轉(zhuǎn)、手腕的伸縮和手爪的抓取。采用普通螺栓連接。
該機(jī)構(gòu)是一個(gè)六自由度的工業(yè)機(jī)械手，能夠完成加緊、旋轉(zhuǎn)、俯仰、搖擺以及回轉(zhuǎn)動(dòng)作。主要用于物品的抓取和位移，機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)便、效率高，可控范圍大，承重量大，基座運(yùn)用齒輪傳動(dòng)，效率高，強(qiáng)度大，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和俯仰機(jī)構(gòu)都是-60度到60度。
6.1.1回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)
圖6.1 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)
6.1.2旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)
圖6.2 旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)
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西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
6.1.3俯仰機(jī)構(gòu)
圖6.3 俯仰機(jī)構(gòu)
6.2機(jī)械手的手指運(yùn)動(dòng)和力分析
6.2.1運(yùn)動(dòng)分析（adams）
圖6.4 運(yùn)動(dòng)分析
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西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
6.2.2位移
圖6.5 位移分析
6.2.3速度
圖6.6 速度分析
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6.2.4加速度
圖6.7 加速度分析
6.2.5手指模型應(yīng)力分析
圖6.8 手指模型應(yīng)力分析
29
7 總結(jié)
7 總結(jié)
本課題的任務(wù)是設(shè)計(jì)六自由度工業(yè)機(jī)械手，該機(jī)械手在電動(dòng)機(jī)的選擇和傳動(dòng)結(jié)構(gòu)上需要查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，根據(jù)實(shí)際情況選擇對(duì)應(yīng)的大量的設(shè)計(jì)參數(shù)，參數(shù)選擇后，還需要查閱手冊(cè)，帶入相應(yīng)的公式進(jìn)行計(jì)算。設(shè)計(jì)效率低，計(jì)算復(fù)雜，出錯(cuò)率高。
雖然，設(shè)計(jì)繁瑣，但是設(shè)計(jì)流程非常規(guī)范，只需選擇正確的設(shè)計(jì)方案，按照公式計(jì)算，便可得出設(shè)計(jì)結(jié)果。因此該機(jī)械手電機(jī)最終采用P=3KW,n=1000r/min的MGMA型伺服電機(jī)，傳動(dòng)方案為：第一軸采用齒輪傳動(dòng)，第二、第三軸采用擺線(xiàn)針輪行星齒輪傳動(dòng)。
經(jīng)檢驗(yàn)，本機(jī)械手的設(shè)計(jì)符合實(shí)際要求，可以進(jìn)行批量生產(chǎn)，可應(yīng)用于實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)。本設(shè)計(jì)符合設(shè)計(jì)要求，即在運(yùn)行中滿(mǎn)足六自由度，但是倉(cāng)促中，本軟件也存在著很多的缺點(diǎn)和不足，比如在機(jī)械部分設(shè)計(jì)較為復(fù)雜等。
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致謝
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參考文獻(xiàn)
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致謝
致 謝
非常感謝XXXX老師，千老師在我大學(xué)的最后學(xué)習(xí)階段——畢業(yè)設(shè)計(jì)階段給自己的指導(dǎo)，從最初的定題，到資料收集，到寫(xiě)作、修改，到論文定稿，她給了我耐心的指導(dǎo)和無(wú)私的幫助。為了指導(dǎo)我們的畢業(yè)論文，她放棄了自己的休息時(shí)間，她的這種無(wú)私奉獻(xiàn)的敬業(yè)精神令人欽佩，在此我向她們表示我誠(chéng)摯的謝意。
通過(guò)這一階段的努力，我的畢業(yè)論文終于完成了，這意味著大學(xué)生活即將結(jié)束。在大學(xué)階段，我在學(xué)習(xí)上和思想上都受益非淺，這除了自身的努力外，與各位老師、同學(xué)和朋友的關(guān)心、支持和鼓勵(lì)是分不開(kāi)的。在此我表示衷心感謝。
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畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）知識(shí)產(chǎn)權(quán)聲明
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本人完全了解XXXX大學(xué)有關(guān)保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的規(guī)定，即：本科學(xué)生在校攻讀學(xué)士學(xué)位期間畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作的知識(shí)產(chǎn)權(quán)屬于XXXX大學(xué)。本人保證畢業(yè)離校后，使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作成果或用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作成果發(fā)表論文時(shí)署名單位仍然為XXXX大學(xué)。學(xué)校有權(quán)保留送交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的原文或復(fù)印件，允許畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）被查閱和借閱；學(xué)校可以公布畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的全部或部分內(nèi)容，可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）。
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畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）獨(dú)創(chuàng)性聲明
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）獨(dú)創(chuàng)性聲明
秉承學(xué)校嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)風(fēng)與優(yōu)良的科學(xué)道德，本人聲明所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的成果，不包含他人已申請(qǐng)學(xué)位或其他用途使用過(guò)的成果。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說(shuō)明并表示了致謝。
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）與資料若有不實(shí)之處，本人承擔(dān)一切相關(guān)責(zé)任。
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