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畢業(yè)設(shè)計 論文 指導(dǎo)教師評閱意見表 專業(yè) 機(jī)械設(shè)計制造 及其自動化 班級 1101 姓名 于兆明 題目 三自由度機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計 于兆明同學(xué)在畢業(yè)設(shè)計中 設(shè)計題目為三自由度機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè) 計 經(jīng)檢查得出以下結(jié)論 1 完成圖紙和設(shè)計計算說明書的規(guī)定畢業(yè)設(shè)計的工作量 2 設(shè)計計算書參數(shù)選取及計算正確 應(yīng)用基礎(chǔ)理論知識的能力較強(qiáng) 文中插圖較合理 3 結(jié)構(gòu)設(shè)計較好 視圖表達(dá)較為清晰 能用計算機(jī)進(jìn)行繪圖 4 具有良好的專業(yè)知識基礎(chǔ) 能夠結(jié)合題目進(jìn)行分析運(yùn)算 基礎(chǔ)概 念清楚 5 能夠結(jié)合題目查閱技術(shù)文獻(xiàn) 參考文獻(xiàn)較多 可以參加答辯 指 導(dǎo) 教 師 評 語 簽字 2015 年 5 月 25 日 文獻(xiàn)綜述 學(xué)院 機(jī)械與交通工程 專業(yè) 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 班級 機(jī)制 1101 班 學(xué)號 311202201 姓名 于兆明 指導(dǎo)教師 趙艷春 我國機(jī)械手的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動化生產(chǎn)設(shè)備 它對穩(wěn)定 提 高產(chǎn)品質(zhì)量 提高生產(chǎn)效率 改善勞動條件和產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代起著十分重 要的作用 本文參閱了大量的國內(nèi)外期刊雜志 論述了機(jī)械手的組成和分類 同時對國內(nèi)外機(jī)械手的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢做了一定的了解 對應(yīng)用機(jī)械手的 工業(yè)機(jī)器人市場四大家族競爭分析 另外 本文還對機(jī)械手的常見驅(qū)動方式做 了一番分析 并預(yù)測了機(jī)械手的發(fā)展趨勢 1 機(jī)械手的研究現(xiàn)狀 1 1 概述及現(xiàn)狀 機(jī)械手是一種模擬人手操作的自動機(jī)械 它可按固定程序抓取 搬運(yùn)物件或操 持工具完成某些特定操作 應(yīng)用機(jī)械手可以代替人從事單調(diào) 重復(fù)或繁重的體 力勞動 實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動化 代替人在有害環(huán)境下的手工操作 改善 勞動條件 保證人身安全 因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造 冶金 電子 輕工和原 子能等部門 20 世紀(jì) 40 年代后期 美國在原子能實(shí)驗中 首先采用機(jī)械手搬 運(yùn)放射性材料 人在安全間操縱機(jī)械手進(jìn)行各種操作和實(shí)驗 50 年代以后 機(jī) 械手逐步推廣到工業(yè)生產(chǎn)部門 用于在高溫 污染嚴(yán)重的地方取放工件和裝卸 材料 也作為機(jī)床的輔助裝置在自動機(jī)床 自動生產(chǎn)線和加工中心中應(yīng)用 完 成上下料或從刀庫中取放刀具并按固定程序更換刀具等操作 機(jī)械手主要由手 部和運(yùn)動機(jī)構(gòu)組成 手部是用來抓持工件 或工具 的部件 根據(jù)被抓持物件 的形狀 尺寸 重量 材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式 如夾持型 托持型 和吸附型等 運(yùn)動機(jī)構(gòu) 使手部完成各種轉(zhuǎn)動 擺動 移動或復(fù)合運(yùn)動來實(shí) 現(xiàn)規(guī)定的動作 改變被抓持物件的位置和姿勢 運(yùn)動機(jī)構(gòu)的升降 伸縮 旋轉(zhuǎn) 等獨(dú)立運(yùn)動方式 稱為機(jī)械手的自由度 為了抓取空間中任意位置和方位的物 體 需有 6 個自由度 由度是機(jī)械手設(shè)計的關(guān)鍵參數(shù) 由度自自越多 機(jī)械手 的靈活性越大 通用性越廣 其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜 一般專用機(jī)械手有 2 3 個自由 度 機(jī)械手的種類 按驅(qū)動方式可分為液壓式 氣動式 電動式 機(jī)械式機(jī)械 手 按適用范圍可分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種 按運(yùn)動軌跡控制方式可 分為點(diǎn)位控制和連續(xù)軌跡控制機(jī)械手等 機(jī)械手通常用作機(jī)床或其他機(jī)器的附 加裝置 如在自動機(jī)床或自動生產(chǎn)線上裝卸和傳遞工件 在加工中心中更換刀 具等 一般沒有獨(dú)立的控制裝置 有些操作裝置需要由人直接操縱 如用于原 子能部門操持危險物品的主從式操作手也常稱為機(jī)械手 1 2 機(jī)械手技術(shù)發(fā)展現(xiàn)象概述 1 2 1 機(jī)械手技術(shù)的發(fā)展 機(jī)械手是在機(jī)械化 自動化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置 它是機(jī) 器人的一個重要分支 它的特點(diǎn)是可通過編程來完成各種預(yù)期的作業(yè)任務(wù) 在 構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn) 尤其體現(xiàn)了人的智能和適應(yīng)性 王希敏 1992 在現(xiàn)代生產(chǎn)過程中 機(jī)械手被廣泛的運(yùn)用于自動生產(chǎn)線中 機(jī)械手雖然 目前還不如人手那樣靈活 但它具有能不斷重復(fù)工作和勞動 不知疲勞 不怕 危險 抓舉重物的力量比人手力大的特點(diǎn) 因此 機(jī)械手已受到許多部門的重 視 并越來越廣泛地得到了應(yīng)用 王承義 1995 機(jī)械手首先是從美國開始研 制的 1958 年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺機(jī)械手 它的結(jié)構(gòu)是 機(jī)體上安裝 一個回轉(zhuǎn)長臂 頂部裝有電磁塊的工件抓放機(jī)構(gòu) 控制系統(tǒng)是示教形的 1962 年 美國聯(lián)合控制公司在上述方案的基礎(chǔ)上又試制成一臺數(shù)控示教再現(xiàn)型機(jī)械 手 商名為 Unimate 即萬能自動 運(yùn)動系統(tǒng)仿照坦克炮塔 臂可以回轉(zhuǎn) 俯仰 伸縮 用液壓驅(qū)動 控制系統(tǒng)用磁鼓作為存儲裝置 不少球坐標(biāo)通用機(jī)械手就是 在這個基礎(chǔ)上發(fā)展起來的 同年 美國機(jī)械制造公司也實(shí)驗成功一種叫 Vewrsatran 機(jī)械手 該機(jī)械手的中央立柱可以回轉(zhuǎn) 升降采用液壓驅(qū)動控制系 統(tǒng)也是示教再現(xiàn)型 這兩種出現(xiàn)在六十年代初的機(jī)械手 是后來國外工業(yè)機(jī)械 手發(fā)展的基礎(chǔ) 1978 年美國 Unimate 公司和斯坦福大學(xué) 麻省理工學(xué)院聯(lián)合研 制一種 Unimate Vicarm 型工業(yè)機(jī)械手 裝有小型電子計算機(jī)進(jìn)行控制 用于裝 配作業(yè) 定位誤差小于 1 毫米 聯(lián)邦德國 KnKa 公司還生產(chǎn)一種點(diǎn)焊機(jī)械手 采用關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)和程序控制 目前 機(jī)械手大部分還屬于第一代 主要依靠人 工進(jìn)行控制 改進(jìn)的方向主要是降低成本和提高精度 第二代機(jī)械手正在加緊研 制 它設(shè)有微型電子計算控制系統(tǒng) 具有視覺 觸覺能力 甚至聽 想的能力 研究安裝各種傳感器 把感覺到的信息反饋 使機(jī)械手具有感覺機(jī)能 第三代 機(jī)械手則能獨(dú)立完成工作中過程中的任務(wù) 它與電子計算機(jī)和電視設(shè)備保持聯(lián) 系 并逐步發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng) FMS 和柔性制造單元 FMC 中的重要一環(huán)節(jié) 1 2 2 機(jī)械手的組成分類及驅(qū)動 1 機(jī)械手的組成一般來說 機(jī)械手主要有以下幾部分組成 1 手部 或稱抓取機(jī)構(gòu) 包括手指 傳力機(jī)構(gòu)等 主要起抓取和放置物件的作用 2 傳送機(jī)構(gòu) 或稱臂部 包括手腕 手臂等 主要起改變物件方向和位置的作用 3 驅(qū)動部分它是前兩部分的動力 因此也稱動力源 常用的有液壓氣壓電力和 機(jī)四種驅(qū)動形式 4 控制部分它是機(jī)械手動作的指揮系統(tǒng) 由它來控制動作的順序 程序 位置和 時間 甚至速度與加速度 等 5 其它部分如機(jī)體 行走機(jī)構(gòu) 行程檢測裝置和傳感裝置等 侯沂 劉濤 2004 2 機(jī)械手的分類機(jī)械手從使用范圍 運(yùn)動坐標(biāo)形式 驅(qū)動方式以及臂力大小四 個方面的分類分別為 1 手部 或稱抓取機(jī)構(gòu) 包括手指 傳力機(jī)構(gòu)等 主要起抓取和放置物件的作用 2 傳送機(jī)構(gòu) 或稱臂部 包括手腕 手臂等 主要起改變物件方向和位置的作用 3 驅(qū)動部分它是前兩部分的動力 因此也稱動力源 常用的有液壓氣壓電力和 機(jī)四種驅(qū)動形式 4 控制部分它是機(jī)械手動作的指揮系統(tǒng) 由它來控制動作的順序 程序 位置和 時間 甚至速度與加速度 等 5 其它部分如機(jī)體 行走機(jī)構(gòu) 行程檢測裝置和傳感裝置等 侯沂 劉濤 2004 1 2 3 機(jī)械手的分類 機(jī)械手從使用范圍 運(yùn)動坐標(biāo)形式 驅(qū)動方式以及臂力大小四個方面的分 類分別為 1 按使用范圍分類 1 專用機(jī)械手一般只有固定的程序 而無單獨(dú)的控制系統(tǒng) 它從屬于某種機(jī)器 或生產(chǎn)線用以自動傳送物件或操作某一工具 例如 毛坯上下料機(jī)械手 曲拐 自動車床機(jī)械手 油泵凸輪軸自動線機(jī)械手 等等 這種機(jī)械手結(jié)構(gòu)較簡單 成本較低 適用于動作比較簡單的大批量生產(chǎn)的場合 2 通用機(jī)械手指具有可變程序和單獨(dú)驅(qū)動的控制系統(tǒng) 不從屬于某種機(jī)器 而 且能自動完成傳送物件或操作某些工其的機(jī)械裝置 通用機(jī)械手按其定位和控 制方式的不同 可分為簡易型和伺服型兩種 簡易型只是點(diǎn)位控制 故屬于程 序控制類型 伺服型可以是點(diǎn)位控制 也可以是連續(xù)軌跡控制 一般屬于數(shù)字 控制類型 李允文 1994 2 按運(yùn)動坐標(biāo)型式分類 1 直角坐標(biāo)式機(jī)械手臂部可以沿直角坐標(biāo)軸 X Y Z 三個方向移動 亦即臂部 可以前后伸縮 定為沿 X 方向的移動 左右移動 定為沿 Y 方向的移動 和上下 升降 定為沿 Z 方向的移動 張軍 馮志輝 2004 2 圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手手臂可以沿直角坐標(biāo)軸的 X 和 Z 方向移動 又可繞 Z 軸轉(zhuǎn) 動 定為繞 Z 軸轉(zhuǎn)動 亦即臂部可以前后伸縮 上下升降和左右轉(zhuǎn)動 3 球坐標(biāo)式機(jī)械手臂部可以沿直角坐標(biāo)軸 X 方向移動 還可以繞 Y 軸和 Z 軸轉(zhuǎn) 動 亦即手臂可以前后伸縮 沿 X 方向移動 上下擺動 定為繞 Y 軸擺動 和左 右轉(zhuǎn)動 仍定為繞 Z 軸轉(zhuǎn)動 4 多關(guān)節(jié)式機(jī)械手這種機(jī)械手的臂部可分為小臂和大臂 其小臂和大臂的連接 肘部 以及大臂和機(jī)體的連接 肩部 均為關(guān)節(jié) 鉸鏈 式連接 亦即小臂對大臂可 繞肘部上下擺動 大臂可繞肩部擺動多角 手臂還可以左右轉(zhuǎn)動 孫桓等 2006 3 按驅(qū)動方式分類 1 液壓驅(qū)動機(jī)械手以壓力油進(jìn)行驅(qū)動 2 氣壓驅(qū)動機(jī)械手以壓縮空氣進(jìn)行驅(qū)動 3 電力驅(qū)動機(jī)械手直接用電動機(jī)進(jìn)行驅(qū)動 4 機(jī)械驅(qū)動機(jī)械手是將主機(jī)的動力通過凸輪 連桿 齒輪 間歇機(jī)構(gòu)等傳遞給 機(jī)械手的一種驅(qū)動方式 4 按機(jī)械手的臂力大小分類 1 微型機(jī)械手臂力小于 1 2 小型機(jī)械手臂力為 1 10 3 中型機(jī)械手臂力為 10 30 4 大型機(jī)械手臂力大于 30 2 機(jī)械手的應(yīng)用 機(jī)械人市場分析 日本和歐洲是全球工業(yè)機(jī)器人市場的兩大主角 并且實(shí)現(xiàn)了傳感器 控制 器 精密減速機(jī)等核心零部件完全自主化 通過滿足具有國際性競爭力的汽車 電子 電機(jī)產(chǎn)業(yè)等企業(yè)使用者之嚴(yán)苛的 要求 以及銷售實(shí)績與專門技能的累積 日本工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為全球的 領(lǐng)導(dǎo)者 而在經(jīng)過了日本國內(nèi)市場激烈的價格競爭后 也獲得了國際性的價格 競爭力 目前家用機(jī)器人也處于優(yōu)勢地位 歐州工業(yè)機(jī)器人和醫(yī)療機(jī)器人領(lǐng)域已居于領(lǐng)先地位 美國積極致力于以軍 事 航天產(chǎn)業(yè)等為背景的開發(fā)或創(chuàng)投企業(yè) 體現(xiàn)在系統(tǒng)集成領(lǐng)域 醫(yī)療機(jī)器人 和國防軍工機(jī)器人具有主要優(yōu)勢 在機(jī)器人系統(tǒng)集成方面 除了機(jī)器人本體企業(yè)的集成業(yè)務(wù) 知名獨(dú)立系統(tǒng) 集成商還包括杜爾 徠斯和柯馬等 2013 年德國杜爾和意大利柯瑪?shù)南到y(tǒng)集成 業(yè)務(wù)收入均約為 7 億美元 折人民幣 100 億元 機(jī)器人減速機(jī) 70 以上市場份額由日本納博特斯克 Nabtesco 和哈默 Harmonicdrive 壟斷 2013 年納博的減速器業(yè)務(wù)收入約為 5 億美元 中國產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)發(fā)布的 2014 2019 年工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)全景調(diào)研及投資方向 研究報告 指出 2013 年 ABB 發(fā)那科 庫卡 安川電機(jī)收入分別為 418 60 24 38 億美元 凈利潤分別為 28 15 0 8 0 8 億美元 工業(yè)機(jī)器 人收入均為 10 14 億美元左右 但收入占比差別較大 分別為 3 23 42 34 2013 年末市值分別為 610 300 16 24 億美元 注 工業(yè)機(jī)器人收入除 ABB 為 2009 年數(shù)據(jù) 其他為 2013 年末數(shù)據(jù) 四大家族除了發(fā)那科綜合毛利率接近 50 其余毛利率水平基本在 25 30 左右 四家凈利潤水平相差較大 發(fā)那科凈利率達(dá) 25 ABB 為 7 庫卡和 安川電機(jī)僅為 2 3 從歷史數(shù)據(jù)看 過去十年四大家族 PE 水平保持在 20 30 倍左右 3 機(jī)械手發(fā)展前景及方向 1 重復(fù)高精度精度是指機(jī)器人 機(jī)械手到達(dá)指定點(diǎn)的精確程度 它與驅(qū)動器的 分辨率以及反饋裝置有關(guān) 重復(fù)精度是指如果動作重復(fù)多次 機(jī)械手到達(dá)同樣位 置的精確程度 重復(fù)精度比精度更重要 如果一個機(jī)器人定位不夠精確 通常會顯 示一個固定的誤差 這個誤差是可以預(yù)測的 因此可以通過編程予以校正 重復(fù)精 度限定的是一個隨機(jī)誤差的范圍 它通過一定次數(shù)地重復(fù)運(yùn)行機(jī)器人來測定 隨 著微電子技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)的發(fā)展 機(jī)械手的重復(fù)精度將越來越高 它的應(yīng)用領(lǐng) 域也將更廣闊 如核工業(yè)和軍事工業(yè)等 2 模塊化有的公司把帶有系列導(dǎo)向驅(qū)動裝置的機(jī)械手稱為簡單的傳輸技術(shù) 而 把模塊化拼裝的機(jī)械手稱為現(xiàn)代傳輸技術(shù) 模塊化拼裝的機(jī)械手比組合導(dǎo)向驅(qū) 動裝置更具靈活的安裝體系 它集成電接口和帶電纜及油管的導(dǎo)向系統(tǒng)裝置 使 機(jī)械手運(yùn)動自如 模塊化機(jī)械手使同一機(jī)械手可能由于應(yīng)用不同的模塊而具有 不同的功能 擴(kuò)大了機(jī)械手的應(yīng)用范圍 是機(jī)械手的一個重要的發(fā)展方向 3 無給油化為了適應(yīng)食品 醫(yī)藥 生物工程 電子 紡織 精密儀器等行業(yè)的 無污染要求 不加潤滑脂的不供油潤滑元件已經(jīng)問世 隨著材料技術(shù)的進(jìn)步 新型材料 如燒結(jié)金屬石墨材料 的出現(xiàn) 構(gòu)造特殊 用自潤滑材料制造的無 潤滑元件 不僅節(jié)省潤滑油 不污染環(huán)境 而且系統(tǒng)簡單 摩擦性能穩(wěn)定 成 本低 壽命長 4 機(jī)電一體化由 可編程序控制器 傳感器 液壓元件 組成的典型的控制系統(tǒng)仍 然是自動化技術(shù)的重要方面 發(fā)展與電子技術(shù)相結(jié)合的自適應(yīng)控制液壓元件 使液 壓技術(shù)從 開關(guān)控制 進(jìn)入到高精度的 反饋控制 省配線的復(fù)合集成系統(tǒng) 不僅減 少配線 配管和元件 而且拆裝簡單 大大提高了系統(tǒng)的可靠性 而今 電磁閥的 線圈功率越來越小 而 PLC 的輸出功率在增大 由 PLC 直接控制線圈變得越來越 可能 隨著科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展 機(jī)械手的應(yīng)用領(lǐng)域也不斷擴(kuò)大 目前 機(jī)械手不僅 應(yīng)用于傳統(tǒng)制造業(yè)如采礦 冶金 石油 化學(xué) 船舶等領(lǐng)域 同時也已開始擴(kuò)大到核能 航空 航天 醫(yī)藥 生化等高科技領(lǐng)域以及家庭清潔 醫(yī)療康復(fù)等服務(wù)業(yè)領(lǐng)域中 如 水 下機(jī)器人 拋光機(jī)器人 打毛刺機(jī)器人 擦玻璃機(jī)器人 高壓線作業(yè)機(jī)器人 服裝裁剪 機(jī)器人 制衣機(jī)器人 管道機(jī)器人等特種機(jī)器人以及掃雷機(jī)器人 作戰(zhàn)機(jī)器人 偵察 機(jī)器人 哨兵機(jī)器人 排雷機(jī)器人 布雷機(jī)器人等軍用機(jī)器人都是機(jī)械手應(yīng)用的典 型 機(jī)械手廣泛應(yīng)用于各行各業(yè) 而且 隨著人類生活水平的提高及文化生活的日 益豐富多彩 未來各種專業(yè)服務(wù)機(jī)器人和家庭用消費(fèi)機(jī)器人將不斷貼近人類生活 其市場將繁榮興旺 5 機(jī)械手能模仿人手和臂的某些動作功能 用以按固定程序抓取 搬運(yùn)物件或 操作工具的自動操作裝置 機(jī)械手是最早出現(xiàn)的工業(yè)機(jī)器人 也是最早出現(xiàn)的 現(xiàn)代機(jī)器人 它可代替人的繁重勞動以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動化 能在有害 環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全 因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造 冶金 電子 輕工和 原子能等部門 機(jī)械手在機(jī)械制造行業(yè)中應(yīng)用較多 發(fā)展也很快 目前主要用于注塑輔機(jī) 上自動取出產(chǎn)品 機(jī)床 橫鍛壓力機(jī)的上下料 以及點(diǎn)焊 噴漆等作業(yè) 它可 按照事先指定的作業(yè)程序來完成規(guī)定的操作 機(jī)械手的發(fā)展趨勢是大力研制具 有某種智能的機(jī)械手 使它具有一定的傳感能力 能反饋外界條件的變化 作 相應(yīng)的變更 如位置發(fā)生稍許偏差時 即能更正并自行檢測 重點(diǎn)是研究視覺 功能和觸覺功能 1 工業(yè)機(jī)械手性能不斷提高 高速度 高精度 高可靠性 便于操作和維修 2 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) 減速機(jī) 檢測系統(tǒng)三位一體化 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) 國外已 有模塊化裝配機(jī)械手產(chǎn)品問市 3 工業(yè)機(jī)械手控制系統(tǒng)向基于 PC 機(jī)的開放型控制器方向發(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 4 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 力覺等傳感器 而遙控機(jī)械手則采用視覺 聲覺 力覺 觸覺等多傳感器的融合技術(shù)來進(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 5 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)境中的感覺來操縱機(jī)械手 6 當(dāng)代遙控機(jī)械手系統(tǒng)的發(fā)展特點(diǎn)不是追求全自治系統(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)驗室進(jìn)入實(shí)用化階段 4 結(jié)束語 中國作為制造業(yè)大國 要實(shí)現(xiàn)制造業(yè)自動化必然缺不了機(jī)械手的應(yīng)用 誰 將會肩負(fù)重任完成這一偉大的使命呢 外國品牌機(jī)械手在技術(shù)上和做工上達(dá)到 先進(jìn)的水平 但我們不能一味依賴外國品牌 我們要始終堅持自主創(chuàng)新 做強(qiáng) 做大我們的民主品牌 作為國產(chǎn)自主創(chuàng)新品牌的廣東拓斯達(dá)機(jī)械手目前在國內(nèi) 制造業(yè)市場中份額每年逐漸攀升 廣東拓斯達(dá)機(jī)械手榮獲廣東省名牌產(chǎn)品 并 且擁有自主知識產(chǎn)權(quán) 核心技術(shù)和關(guān)鍵技術(shù) 以及戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè) 先進(jìn)制造 業(yè)產(chǎn)品 拓斯達(dá)自動化主張 讓工業(yè)文明回歸自然之美 品牌價值 打造中國制 造業(yè)自動化第一品牌 實(shí)現(xiàn)無人化車間 積極推動機(jī)器換人時代 而努力奮斗 前行 機(jī)械手市場前景開闊為工業(yè)的制造生產(chǎn)帶來變化的不僅僅是機(jī)械手使用的 現(xiàn)代化生產(chǎn)技術(shù) 而且隨之而來的現(xiàn)代化管理模式也大大改變了企業(yè)的生機(jī)和 活力和市場競爭力 機(jī)械手的應(yīng)用對于企業(yè)調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu) 升級轉(zhuǎn)型 是一個 良好的契機(jī) 沈 陽 化 工 大 學(xué) 科 亞 學(xué) 院 本科生畢業(yè)設(shè)計成績考核評價表 答辯小組 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計 名 稱 三自由度機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 班級 1101 姓名 于兆明 評價人 權(quán)重 評價點(diǎn) 得分 10 圖紙完備 整潔 設(shè)計說明書的撰寫質(zhì)量 9 5 分析 計算 論證的綜合能力 5 5 能綜合運(yùn)用所學(xué)知識和專業(yè)知識 獨(dú)立工作能力強(qiáng) 5 指導(dǎo)教師 5 畢業(yè)實(shí)習(xí)表現(xiàn) 進(jìn)度表書寫情況 4 10 設(shè)計的有重大改進(jìn)或獨(dú)特見解 有一定應(yīng)用價值 8 5 設(shè)計的難度和工作量 結(jié)合本專業(yè)情況 4 5 計算 圖紙 公式 符號 單位是否符合工程設(shè)計規(guī)范 4 評閱人 5 說明書的條理性 語言 書寫 圖表水平 4 10 設(shè)計規(guī)格符合要求及答辯規(guī)范程度 10 答辯掛圖準(zhǔn)備情況 10 答辯中思維敏捷 知識面寬厚程度 10 回答問題的正確性 有無錯誤 答辯小組 10 是否有創(chuàng)新意識 設(shè)計是否有新意 合計 分?jǐn)?shù) 教師 評閱人和答辯小組按以上各條的相應(yīng)評價點(diǎn)給出得分 合計總分?jǐn)?shù) 在總成績分?jǐn)?shù)中 90 100 分為優(yōu)秀 80 89 分為良好 70 79 為 中等 60 69 為及格 不足 60 分為不及格 列入本表右側(cè)成績欄中 注意 有嚴(yán)重抄襲現(xiàn)象的學(xué)生成績應(yīng)定為不及格 有抄襲現(xiàn)象 但不嚴(yán)重的學(xué)生成績應(yīng)降檔處理 指導(dǎo)教師 評閱人及答辯小組對 此應(yīng)切實(shí)注意 如有不可解決的分歧 可交于院系答辯委員會裁定 成績 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 參考文獻(xiàn) 1 摘要 隨著現(xiàn)代機(jī)械工業(yè)的發(fā)展 在機(jī)械生產(chǎn)中機(jī)械人得到了更廣泛 的應(yīng)用 其中應(yīng)用最為廣泛的機(jī)械人是一個可以改編程序的多功能 操作器 設(shè)計用來按照開始編制的完整完成多種作業(yè)的運(yùn)動程序運(yùn) 送材料 零件 工具或?qū)Ｓ迷O(shè)備 然而在機(jī)械人當(dāng)中的主要部件就 是大家所熟悉的機(jī)械手 本文主要介紹機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計 主要對液壓系統(tǒng) 支持手臂運(yùn) 動的液壓缸 使手臂可以在 180 范圍內(nèi)的回轉(zhuǎn)缸進(jìn)行設(shè)計 主要參 數(shù)為 抓取重量最大為 50N 最大夾持鍛坯直徑為 120 主要用于 夾持直徑在 80 120 的鍛坯件 本次機(jī)械手的設(shè)計 分為七部分進(jìn)行介紹 手腕和加緊油缸 結(jié)構(gòu)的設(shè)計 是根據(jù)手部的旋轉(zhuǎn)角度 進(jìn)行擺動缸的設(shè)計 機(jī)械 手臂伸縮機(jī)構(gòu)設(shè)計 該種機(jī)構(gòu)主要由活塞桿 油缸體 中間架體 左壓條 滑枕和右壓條等組合而成 定位油缸的選定和設(shè)計 主 要用來定位機(jī)械手的位置 中間架座部件的設(shè)計 通過齒輪與機(jī) 械手臂回轉(zhuǎn)油缸穩(wěn)固聯(lián)接 而回轉(zhuǎn)油缸的殼體又穩(wěn)固在機(jī)械手臂伸 縮機(jī)構(gòu)的中間體上 從而使機(jī)械手臂運(yùn)動連貫并且定位準(zhǔn)確 最 后是主要部件的連接設(shè)計 關(guān)鍵詞 夾持式機(jī)械手 液壓系統(tǒng) 工作原理 伸縮 定位 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 參考文獻(xiàn) 2 Abstract This text mainly introduces the machine hand structure design main to the liquids press system support the liquids of the arm sport s press an urn and make the turn over urn that the arm revolve in 180 scopes carry on a design Its main parameter is The biggest work radius is a 120mm biggest grab at the weight as5 Mainly used for the work piece handling loading and unloading can be applied to most of the plant operations cutting device The manipulator design divided into six parts description wrist structure design is based on grasping part of the rotation angle swing cylinder design arm structure of the design telescopic arm to the main structure internal hydraulic cylinder sleeve driven sets of telescopic arm to achieve the operation arm cylinder design which is based on the entire arm and the weight of the hand arm rotational angle of the design to achieve the required operating range arm structure design the arm is the support arm component must be carefully considered the arm of materials so that they will reach the strength final link is a major component of the design arm and boom boom and hydraulic cylinder blocks as well as the size the arm are connected by hinged 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 參考文獻(xiàn) 3 Keywords to clip machinery hand Press sulfide hydraulic work axiom flexibility fixed position 目 錄 第一章引 言 1 1 1 機(jī)械手的分類 1 1 2 機(jī)械手的組成 4 1 3 應(yīng)用機(jī)械手的意義 6 第二章總體技術(shù)方案及系統(tǒng)組成 8 2 1 原始數(shù)據(jù) 8 2 2 工作要求 8 2 3 系統(tǒng)組成 9 2 4 總體技術(shù)方案 9 2 4 1 動作分析 10 2 4 2 手部 10 第三章回轉(zhuǎn)裝置的總體組成及結(jié)構(gòu)設(shè)計 12 3 1 回轉(zhuǎn)裝置的組成 12 3 1 1 執(zhí)行件 12 3 1 2 傳遞件 12 3 1 3 驅(qū)動件 12 第四章機(jī)械傳動方案的設(shè)計與計算 14 4 1 小車的主要組成部分 14 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 參考文獻(xiàn) 4 4 2 同步帶傳動方式優(yōu)缺點(diǎn) 14 4 3 驅(qū)動動力源 15 4 4 機(jī)械傳動方案的設(shè)計計算 15 4 4 1 設(shè)計數(shù)據(jù)確定 16 4 4 2 同步帶結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算 17 致謝 22 參考文獻(xiàn) 23 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計 論文 答辯成績評定 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 論文 答辯委員會于 2015 年 6 月 5 日 審查了 機(jī)械設(shè)計制作及自動化 專業(yè) 于兆明 的畢業(yè)設(shè)計 論文 設(shè)計 論文 題目 三自由度機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計 設(shè)計 論文 專題部分 三自由度機(jī)械手結(jié)構(gòu) 設(shè)計 論文 共 28 頁 設(shè)計圖紙 4 張 指導(dǎo)教師 評 閱 人 畢業(yè)設(shè)計 論文 答辯委員會意見 成績 學(xué)院答辯委員會 主任委員 簽章 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計 論文 答辯記錄 專業(yè)班級 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 1101 學(xué) 號 31122201 姓 名 于兆明 答辯內(nèi)容記錄 記錄人 沈 陽 化 工 大 學(xué) 科 亞 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 論 文 題 目 三自由度機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 班 級 1101 班 學(xué)生姓名 于兆明 指導(dǎo)教師 趙艷春 論文提交日期 2015 年 月 1 日 論文答辯日期 2015 年 月 5 日 畢業(yè)設(shè)計 論文 任務(wù)書 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 機(jī)制 1101 班 學(xué)生 于兆明 畢業(yè)設(shè)計 論文 題目 三自由度機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計 畢業(yè)設(shè)計 論文 內(nèi)容 1 設(shè)計說明書一份 2 CAD 圖紙一套 包括總裝圖 零件圖 3 文獻(xiàn)綜述 不少于 3000 字 畢業(yè)設(shè)計 論文 專題部分 三自由度機(jī)械手結(jié)構(gòu) 起止時間 2015 年 3 月 6 日 至 2015 年 6 月 5 日 指導(dǎo)教師 簽字 2015 年 3 月 6 日 摘要 隨著現(xiàn)代機(jī)械工業(yè)的發(fā)展 在機(jī)械生產(chǎn)中機(jī)械人得到了更廣泛的應(yīng) 用 其中應(yīng)用最為廣泛的機(jī)械人是一個可以改編程序的多功能操作器 設(shè)計用來按照開始編制的完整完成多種作業(yè)的運(yùn)動程序運(yùn)送材料 零件 工具或?qū)Ｓ迷O(shè)備 然而在機(jī)械人當(dāng)中的主要部件就是大家所熟悉的機(jī)械 手 本文主要介紹機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計 主要對液壓系統(tǒng) 支持手臂運(yùn)動的 液壓缸 使手臂可以在 180 范圍內(nèi)的回轉(zhuǎn)缸進(jìn)行設(shè)計 主要參數(shù)為 抓 取重量最大為 50N 最大夾持鍛坯直徑為 120 主要用于夾持直徑在 80 120 的鍛坯件 本次機(jī)械手的設(shè)計 分為七部分進(jìn)行介紹 手腕和加緊油缸結(jié)構(gòu) 的設(shè)計 是根據(jù)手部的旋轉(zhuǎn)角度 進(jìn)行擺動缸的設(shè)計 機(jī)械手臂伸縮 機(jī)構(gòu)設(shè)計 該種機(jī)構(gòu)主要由活塞桿 油缸體 中間架體 左壓條 滑枕 和右壓條等組合而成 定位油缸的選定和設(shè)計 主要用來定位機(jī)械手 的位置 中間架座部件的設(shè)計 通過齒輪與機(jī)械手臂回轉(zhuǎn)油缸穩(wěn)固聯(lián) 接 而回轉(zhuǎn)油缸的殼體又穩(wěn)固在機(jī)械手臂伸縮機(jī)構(gòu)的中間體上 從而使 機(jī)械手臂運(yùn)動連貫并且定位準(zhǔn)確 最后是主要部件的連接設(shè)計 關(guān)鍵詞 夾持式機(jī)械手 液壓系統(tǒng) 工作原理 伸縮 定位 Abstract This text mainly introduces the machine hand structure design main to the liquids press system support the liquids of the arm sport s press an urn and make the turn over urn that the arm revolve in 180 scopes carry on a design Its main parameter is The biggest work radius is a 120mm biggest grab at the weight as5 Mainly used for the work piece handling loading and unloading can be applied to most of the plant operations cutting device The manipulator design divided into six parts description wrist structure design is based on grasping part of the rotation angle swing cylinder design arm structure of the design telescopic arm to the main structure internal hydraulic cylinder sleeve driven sets of telescopic arm to achieve the operation arm cylinder design which is based on the entire arm and the weight of the hand arm rotational angle of the design to achieve the required operating range arm structure design the arm is the support arm component must be carefully considered the arm of materials so that they will reach the strength final link is a major component of the design arm and boom boom and hydraulic cylinder blocks as well as the size the arm are connected by hinged Keywords to clip machinery hand Press sulfide hydraulic work axiom flexibility fixed position 目 錄 第一章引 言 1 1 1 機(jī)械手的分類 1 1 2 機(jī)械手的組成 4 1 3 應(yīng)用機(jī)械手的意義 6 第二章總體技術(shù)方案及系統(tǒng)組成 8 2 1 原始數(shù)據(jù) 8 2 2 工作要求 8 2 3 系統(tǒng)組成 9 2 4 總體技術(shù)方案 9 2 4 1 動作分析 10 2 4 2 手部 10 第三章回轉(zhuǎn)裝置的總體組成及結(jié)構(gòu)設(shè)計 12 3 1 回轉(zhuǎn)裝置的組成 12 3 1 1 執(zhí)行件 12 3 1 2 傳遞件 12 3 1 3 驅(qū)動件 12 第四章機(jī)械傳動方案的設(shè)計與計算 14 4 1 小車的主要組成部分 14 4 2 同步帶傳動方式優(yōu)缺點(diǎn) 14 4 3 驅(qū)動動力源 15 4 4 機(jī)械傳動方案的設(shè)計計算 15 4 4 1 設(shè)計數(shù)據(jù)確定 16 4 4 2 同步帶結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算 17 致謝 22 參考文獻(xiàn) 23 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第一章 引言 1 第 1 章 引 言 機(jī)械工業(yè)是我國國民的基礎(chǔ) 為國民經(jīng)濟(jì)各個產(chǎn)業(yè)提供裝備且為人民生活 提供實(shí)用消費(fèi)產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè) 無論是傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè) 以及新興行業(yè) 都是和各種 工業(yè)機(jī)械設(shè)備是分不開的 工業(yè)機(jī)械設(shè)備的性能 質(zhì)量和成本 為提供中國國 民經(jīng)濟(jì)各部門和國家的整體經(jīng)濟(jì)效率的所有技術(shù)進(jìn)步有著直接的影響 機(jī)械行 業(yè)的技術(shù)水平和規(guī)模是衡量整個國家的經(jīng)濟(jì)實(shí)力和重要標(biāo)準(zhǔn)的科學(xué)技術(shù)水平 因此 在世界各地發(fā)展機(jī)械行業(yè)在經(jīng)濟(jì)實(shí)力發(fā)展的一個重要戰(zhàn)略 工業(yè)機(jī)器人是近幾十年來迅速發(fā)展高科技自動化生產(chǎn)設(shè)備 而工業(yè)機(jī)械手 是作為工業(yè)機(jī)器人的重要分支之一 其特性可以被編程來完成各種預(yù)期的任務(wù) 分配 對整體結(jié)構(gòu)性能人和機(jī)器的相關(guān)優(yōu)勢 尤其反映了人們的智力和適應(yīng)性 在各種不適環(huán)境下的情況下的機(jī)械手操作精度和運(yùn)算能力 在國民經(jīng)濟(jì)的各個 領(lǐng)域的工作有一個良好的發(fā)展態(tài)勢 機(jī)械手是機(jī)械自動化生產(chǎn)發(fā)展的過程中發(fā)展起來的一種創(chuàng)新機(jī)制 如今 現(xiàn)代化的自動化生產(chǎn)線作業(yè)的該設(shè)備廣泛應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人的過程 和機(jī)器人 生產(chǎn)這種新技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)在技術(shù)上完善 并快速發(fā)展 它被促進(jìn)的工業(yè)機(jī)械 手的發(fā)展過程中 操縱器可以更好地實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動化的整體組合 而機(jī)械 手靈活 方便 但它有重復(fù)的工作和工作 不知道疲勞 這是人手所不具備的 抓住重量的能力也大于人的能力 因此 機(jī)械手正在很多部門 并應(yīng)用到越來 越多的廣泛領(lǐng)域和項目 涉及機(jī)械 機(jī)電液壓技術(shù) 計算機(jī)技術(shù) 傳感器技術(shù)和科技等領(lǐng)域的自動 化控制技術(shù)的機(jī)械手技術(shù) 是一種跨學(xué)科的綜合技術(shù) 機(jī)械手作為多功能機(jī)器是可以自動化定位 控制并且可重新編程序以的 并且擁有多個自由度 可以在各式各樣的工作環(huán)境下正確的完成任務(wù) 1 1 機(jī)械手的分類 機(jī)械手一般可分為三類 第一種類為通用型機(jī)械手 無需人工操作 它不 附屬于某種主機(jī)的裝置 可以自行根據(jù)不同任務(wù)的需求進(jìn)行程序的編制 以便 可以完成各項操作 它特點(diǎn)是不但具備了普通機(jī)械的性能 還具備記憶智能與 通用機(jī)械 第二類為操作機(jī) 需要人工操作 這類機(jī)械手起源于軍事和原子工 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第一章 引言 2 業(yè) 最先是需要操作機(jī)來完成特定的作業(yè)動作 后來發(fā)展到可以利用無線電訊 號操作機(jī)來完成包括探測月球在內(nèi)的一些高級的作業(yè)動作 而機(jī)械工業(yè)中所采 用的鍛造操作機(jī)就是屬于這一類機(jī)械手 第三類為主機(jī)專用機(jī)械手 主要依附 于自動機(jī)床和自動線上 用來解決機(jī)床上下料和工件送給動作 這種機(jī)械手國 外稱之為 Mechanical Hand 是專門為主機(jī)服務(wù)機(jī)械 由主機(jī)提供驅(qū)動 除極 少數(shù)外 工作程序一般是固定的 目前 在國外第一類通用機(jī)械手應(yīng)用的較多 國外稱之為機(jī)器人 本課題 所研究機(jī)械手則是屬于第三種類機(jī)械手 1 簡史 機(jī)械手開始于美國開發(fā)研制的 美國聯(lián)合控制公司于 1958 年研發(fā)出了第一 臺機(jī)械手 它的結(jié)構(gòu)是 機(jī)體上安裝了一個可回轉(zhuǎn)長臂 頂部裝有電磁塊制作 的工件抓取機(jī)構(gòu) 控制系統(tǒng)為演示教形的 美國聯(lián)合控制的公司在于 1962 年 根據(jù)上述方案 開發(fā)機(jī)器人的數(shù)控示范 教學(xué)類型 命名為 Unimate 即萬能自動 這組運(yùn)動系統(tǒng)是仿照坦克炮塔 臂 可以俯仰 旋轉(zhuǎn)和縮放 由液壓驅(qū)動 控制系統(tǒng)是使用鼓作為存儲設(shè)備 現(xiàn)代 也有很多的操盤一般球面坐標(biāo)被包的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的 同年 公司和 Leo pluijmen 公司合并成立了通用自動公司 是專業(yè)生產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人 美國機(jī)械制造公司在 1962 年也研制出了一種叫 Vewrsatran 的機(jī)械手 該 機(jī)械手的中央立柱可以回轉(zhuǎn) 它的升降采用了液壓驅(qū)動控制系統(tǒng) 雖然兩種機(jī) 械手都出現(xiàn)在六十年代初期 但兩者都是國外工業(yè)機(jī)械手發(fā)展的基礎(chǔ) 為 Unimate 公司和斯坦福大學(xué)在美國于 1978 年 麻省理工學(xué)院聯(lián)合開發(fā)了 為 Unimate Vicarm 工業(yè)機(jī)器人 操縱器安裝到控制小型電腦 要在裝配工作 中使用 其定位誤差小于 1 毫米 雖然從早期的 20 世紀(jì) 70 年代的德國機(jī) 械制造行業(yè)開始應(yīng)用的機(jī)械手 主要目的是進(jìn)行焊接 起重 運(yùn)輸設(shè)備和材料 等工作難度動作上下 目前 工業(yè)機(jī)械手中的大部分屬于第一代 控制主要依靠人工來進(jìn)行 目 前的努力改進(jìn)的方向主要是在于提高精度和降低成本兩個方面 現(xiàn)在第二代機(jī)械手正在緊鑼密鼓地研制中 設(shè)有微型電子計算控制系統(tǒng) 具有可視 可觸的能力 甚至還可能具備聽和想等智能能力 需要研發(fā)安裝上 各種傳感器 并且把感受到的信息反饋到信息終端 使機(jī)械手成為有感覺的智 能機(jī)能 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第一章 引言 3 而第三代機(jī)器人都能獨(dú)立完成作業(yè)任務(wù) 它的電子計算機(jī)和電視設(shè)備能保 持穩(wěn)定的連接 它也是一個機(jī)械手發(fā)展成柔性制造系統(tǒng) FMS 和柔性制造單元 FMC 的重要一步 2 應(yīng)用簡況 在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn) 機(jī)械化和自動化的生產(chǎn)過程中已經(jīng)成為一個突出重點(diǎn) 而在化工等行業(yè)的連續(xù)生產(chǎn)自動化過程已經(jīng)基本解決 但在生產(chǎn)組裝加工是不 足夠的機(jī)械和在工業(yè)生產(chǎn)過程中的問題 因此 處理卸載過程自動化機(jī)械等問 題十分迫切 工業(yè)機(jī)器人是解決夫人和發(fā)展的過程自動化的問題 根據(jù)現(xiàn)有的研究資料統(tǒng)計 美國的技術(shù)偏重在于毛坯的生產(chǎn)環(huán)節(jié) 而日本 則偏重于機(jī)械加工環(huán)節(jié) 隨著機(jī)械手技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步 該應(yīng)用的對象會不 斷進(jìn)行改變 機(jī)械手的作用在于鍛造作業(yè)中能進(jìn)一步成為為鍛造設(shè)備的生產(chǎn)力 進(jìn)而改 善人工操作面臨的熱 累 險等勞動條件與鏡況 在國內(nèi)機(jī)械手工業(yè)和鐵路產(chǎn)業(yè)的研究中首先要在單機(jī) 專機(jī)上采用機(jī)械手 上下料 用于減輕工人的勞動強(qiáng)度和危險度 而在國外鐵路工業(yè)中應(yīng)用機(jī)械手卻是用于在鐵路車軸 輪等大 中批量零 件的加工和生產(chǎn) 并能與機(jī)床共同工作組成一個綜合性的數(shù)控加工機(jī)械工作系 統(tǒng) 3 國外使用機(jī)械組件在操縱器的研究成為了焦點(diǎn) 有相機(jī)和微型計算機(jī)一 起研究 為了準(zhǔn)確地確定軸承零件實(shí)現(xiàn)鑲嵌加載的目標(biāo) 4 發(fā)展趨勢 工業(yè)機(jī)械手主要表現(xiàn)在無論數(shù)量 品種 還是性能機(jī)床加工 鑄造 熱處 理等 以及作用還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有它是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要 在國內(nèi)機(jī)械手的主要發(fā)展逐步擴(kuò)大應(yīng)用范圍 注重功能開發(fā)鑄造 機(jī)械手 的熱處理 從而減輕勞動強(qiáng)度 提高了作業(yè)的條件 在專業(yè)機(jī)械工業(yè) 也發(fā)展 相當(dāng)迅速的機(jī)械手的同時 將各種機(jī)械手的運(yùn)動工作 如擺動 俯仰 升降 機(jī)構(gòu)如收縮 橫向和縱向機(jī)構(gòu) 設(shè)計成為一個典型的機(jī)械 所以 你可以根據(jù) 不同的要求和不同類型的需求而研制 這可以靈活地組成的工業(yè)機(jī)器人的功能 這大大方便了工業(yè)過程的設(shè)計 如制造和零件更廣泛地擴(kuò)大應(yīng)用范圍 此外正 確的方向 減少沖擊 提高了速度 以更好地發(fā)揮機(jī)械手的作用 此外 在現(xiàn)代研究應(yīng)側(cè)重于機(jī)械手的發(fā)展 如伺服 記憶體再現(xiàn) 考慮用 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第一章 引言 4 腹腔鏡 通常連接到一個微型計算機(jī)的機(jī)械手 具有觸覺 視覺等的智能機(jī)械 手的性能的感覺 在國外機(jī)械制造業(yè)中的應(yīng)用及各種機(jī)械手 目前主要應(yīng)用于機(jī)床 臥式鍛 壓機(jī)上下點(diǎn)焊 噴漆等 這種機(jī)械手可以根據(jù)預(yù)先設(shè)定以完成操作任務(wù)的程序 此外 國外操縱的發(fā)展趨勢是注重機(jī)械智能性能發(fā)展 與感知能力 并正在努 力可以反饋外部環(huán)境的變化 并作出相應(yīng)的改變 如當(dāng)位置偏差 機(jī)械手可以 檢測并更正 在視覺和觸覺功能 目前已經(jīng)取得了一定的成績 安裝機(jī)械手與視覺功能是在電視 迷你計算機(jī) 如計算機(jī) 攝像機(jī)和一個 距離傳感器裝置的工作 工作是 TV 攝像機(jī)對象可以轉(zhuǎn)化為視頻信號 然后傳 送到計算機(jī)中 計算機(jī)分析對象 如類型 大小 位置和顏色 以及指示指令 來控制所述操縱器的行動 觸覺功能安裝在機(jī)械手的觸覺反饋控制裝置 機(jī)械手首先需要手指在工作 中找到了工作 并通過安裝在手指的內(nèi)部壓力敏感元件的觸摸效果 手指后提 前去搶占文物 手柄的大小可以操作的敏感元素的手指往里裝 可實(shí)現(xiàn)全自動 控制的握力大小 傳感器技術(shù)的不斷發(fā)展 使機(jī)器人的運(yùn)算能力將得到進(jìn)一步 的發(fā)展 但是更重要則是將機(jī)械手 單元和柔性制造系統(tǒng)并相結(jié)合 進(jìn)而從能根本 改變機(jī)械制造系統(tǒng)的人工操作 1 2 機(jī)械手的組成 機(jī)械手主要是由驅(qū)動機(jī)構(gòu) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)三部分構(gòu)成 各組成部分 的關(guān)系如下圖 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 如圖 1 1 所示 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第一章 引言 5 圖 1 1 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 手部 手部安裝在手臂的前端 手臂中鑲孔裝置中有轉(zhuǎn)動軸軸承 并可以把動作 傳給手腕 用以作轉(zhuǎn)動 伸屈手腕 開閉合手指的動力 本課所指的機(jī)械手則僅需進(jìn)行開閉手指的動作 機(jī)械手手就像一個人的手指 分為無關(guān)節(jié) 關(guān)節(jié)固定和關(guān)節(jié) 三種自由 手指的數(shù)量也可以被分為手指 三個和四個手指 大多使用手指的 因為手指 能夠根據(jù)夾持物體的大小裝配各種形狀和尺寸與卡盤的形狀 這樣就可以完成 基本操作需求 本課題的機(jī)械手使用的是二指形狀 手臂 手臂則有無關(guān)節(jié)和有關(guān)節(jié)手臂之分 本次課題機(jī)械手的手臂采用的是無關(guān)節(jié)臂 手臂是引導(dǎo)手指準(zhǔn)確把握構(gòu)件的主要目的 并傳輸?shù)剿璧奈恢?為了使 操作者能夠準(zhǔn)確地工作 三自由度的手臂都需要小心和精確定位 本課題所做的機(jī)械手是在手臂三個自由度的前伸后退 上升下降 左轉(zhuǎn)右 轉(zhuǎn)三個方向定位上都是采用了行程開關(guān) 近一步確保了定位的精準(zhǔn)度 機(jī)械手的運(yùn)動是平移運(yùn)動和旋轉(zhuǎn)分不開的 因此 它主要是在液壓馬達(dá)用 的伺服致動器 擺動缸電脈沖馬達(dá) 和直圓柱體 直流伺服電動機(jī)和步進(jìn)電機(jī) 等 軀干是使手臂 電動源和執(zhí)行機(jī)構(gòu)能夠固定相連接的支架 驅(qū)動機(jī)構(gòu) 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第一章 引言 6 驅(qū)動機(jī)構(gòu)主要有四種 液壓 氣壓 電動和機(jī)械驅(qū)動 這 4 種驅(qū)動中屬液 壓氣壓使用最多 能夠占據(jù) 90 以上 而電動 機(jī)械驅(qū)動則是使用的少之又少 主要是通過液壓油缸 油泵 閥和燃料箱來實(shí)現(xiàn)傳輸 它是利用油缸 馬 達(dá)齒輪 齒條和實(shí)現(xiàn)該臂的線性運(yùn)動 并通過擺動油缸 減速機(jī)和電機(jī) 油缸 機(jī)架 鏈或齒輪 鏈輪等 要實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)臂運(yùn)動 液壓驅(qū)動的高壓 產(chǎn)量大 體 積小 運(yùn)動平穩(wěn)的優(yōu)點(diǎn) 并且可以無極變速 自動鎖定 并且可以在中間位置 停止 其缺點(diǎn)是需要配備壓力源 該系統(tǒng)是復(fù)雜的和成本較高 由氣動驅(qū)動元件的氣動馬達(dá) 氣動氣缸 閥等一般采用采用四到六個大氣 壓 個別的崛起可以達(dá)到 8 10 個大氣壓 它的優(yōu)點(diǎn)是空氣便捷 維護(hù)簡單 成 本低 的缺點(diǎn)是 輸出小 體積大 但是 由于大的空氣的可壓縮性是比較難 以實(shí)現(xiàn)的停止 控制方法的唯一點(diǎn) 潤滑性差 這會導(dǎo)致壓力系統(tǒng)的中間位置 是容易生銹 為了減低停機(jī)時產(chǎn)生的沖擊力效果 氣壓系統(tǒng)應(yīng)裝有速度控制或緩沖機(jī)構(gòu) 電力驅(qū)動的產(chǎn)量不多 現(xiàn)在是使用三相感應(yīng)電動機(jī)作為主要動力 以極大 的減速比減速 以驅(qū)動致動器 直線運(yùn)動由電機(jī)絲桿螺母機(jī)構(gòu)驅(qū)動 其他用于線 性電機(jī) 通用機(jī)械手正在思考與齒輪箱 直流或交流伺服電機(jī) 步進(jìn)電機(jī)等 電力驅(qū)動的優(yōu)勢在于簡單的電源 使用簡單 維護(hù)方便 驅(qū)動和控制系統(tǒng) 被用作電源的形式 輸出較大 缺點(diǎn)是控制反應(yīng)速度慢 機(jī)械驅(qū)動則只能應(yīng)在于固定的場地 一般使用凸輪連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)制定的動 作 它的優(yōu)點(diǎn)在于動作準(zhǔn)確可靠 成本低 速度快 缺點(diǎn)是不易調(diào)整結(jié)構(gòu)形狀 本課題所研究的機(jī)械手則是采用電動機(jī)帶動絲杠螺母機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)手臂的上 升與下降方面 5 控制系統(tǒng) 機(jī)械手控制系統(tǒng)的主要因素 包括工作秩序 位置和加速度等 控制系統(tǒng)是根據(jù)動作的要求設(shè)計的 該數(shù)字序列被用于控制 首先 你需 要編寫程序 并將其存儲 然后根據(jù)設(shè)定的程序 然后以控制的操縱器的正確 操作 1 3 應(yīng)用機(jī)械手的意義 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第一章 引言 7 隨著科學(xué)技術(shù) 越來越多的各種機(jī)械手和應(yīng)用的發(fā)展 在機(jī)械行業(yè) 焊接 鑄造 鉚釘 耐壓 抗沖擊 熱處理 檢驗 組裝 電鍍 噴漆 機(jī)械加工等 工作的類型是真正的應(yīng)用程序的原因 其他部門 如輕工業(yè) 建筑業(yè) 重工業(yè) 以及在國防工業(yè)等已使用 在機(jī)械工業(yè)中 使用機(jī)械手的意義可為一下幾點(diǎn) 1 自動化程度成產(chǎn)過程中的提高 應(yīng)用機(jī)械手可以方便的材料制成 換刀 所述工件和機(jī)器組件的加載和卸 載的傳送諸如自動化的程度 不僅提高了勞動生產(chǎn)率 降低了生產(chǎn)成本 2 能夠完善勞動條件 避免危險事故 在高溫 高壓 低溫 有灰塵 低壓 臭味 噪聲 有放射性或有其他毒 性污染等工作場合中 用人為去操作則是很危險的 也無法完美做到 而應(yīng)用 機(jī)械手可部分甚至全部代替人安全完成作業(yè) 大大解決勞動危險問題 3 可以減輕人力勞動強(qiáng)度 更有節(jié)奏的生產(chǎn) 應(yīng)用機(jī)械手代替人來進(jìn)行工作任務(wù) 這是直接減少人力投入的一個重要方 面 同時應(yīng)用機(jī)械手可以進(jìn)行連續(xù)的無疲勞工作 這是也減少人力投入的另一 個方面 因此 在自動化機(jī)床的綜合加工的自動線上 目前用的幾乎都是機(jī)械 手 只有極少數(shù)的人力 實(shí)現(xiàn)了減少人力投入和更準(zhǔn)確的控制生產(chǎn)的節(jié)拍 使 得生產(chǎn)作業(yè)的工作進(jìn)行的更有節(jié)奏 根據(jù)上面敘述 在生產(chǎn)生活中成功有效的應(yīng)用機(jī)械手 是發(fā)展機(jī)械工業(yè)的 必然也是一種重要趨勢 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第二章 總體技術(shù)方案及系統(tǒng)組成 8 第二章 總體技術(shù)方案及系統(tǒng)組成 2 1 原始數(shù)據(jù) 負(fù)載重量 10kg 重復(fù)定位精度 1mm 自由度 3 Z 軸的移動 R 軸的平動 軸的轉(zhuǎn)動 Z 大臂的升降 R 大臂的伸縮 腰軸 各軸最大運(yùn)動速度 Z 軸上下 200mm s 軸回轉(zhuǎn) 30 s R 軸伸縮 200mm s 各軸最大運(yùn)動范圍 Z 軸上下 550mm 軸回轉(zhuǎn) 90 R 軸伸縮 400mm 2 2 工作要求 機(jī)械手的工藝流程 機(jī)械手初始位 機(jī)械手前伸 機(jī)械手上升 機(jī)械手抓緊物件 機(jī)械手后退 機(jī)械手前進(jìn) 小車 小車停止 機(jī)械手左轉(zhuǎn) 90 機(jī)械手前伸 機(jī)械手松 開物件 機(jī)械手后退 小車 機(jī)械手下降 機(jī)械手右轉(zhuǎn) 90 小車后退 退 至初始位 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第二章 總體技術(shù)方案及系統(tǒng)組成 9 圖 2 1 機(jī)構(gòu)簡圖 2 3 系統(tǒng)組成 本課機(jī)械手系統(tǒng)是由機(jī)體 傳送機(jī)構(gòu) 動力源和控制裝置四部分組成 主 體由汽車和部件 如本體 輸送機(jī)構(gòu)主要由伸縮臂和把握機(jī)構(gòu) 電源是由液壓傳 動和機(jī)械傳動 控制裝置主要由自動控制和手動控制兩部分組成 2 4 總體技術(shù)方案 畢業(yè)設(shè)計的目的就是要把我們上課所學(xué)的分散的知識點(diǎn)綜合起來進(jìn)行靈活 運(yùn)用 由于機(jī)電一體化是目前產(chǎn)業(yè)發(fā)展的趨勢 所以 我的畢業(yè)設(shè)計的主要研 究是 機(jī) 電 流動性 這三個在一起 機(jī) 指機(jī)器 機(jī)械的主要作用可分為五個部分 分別是和的操盤下 機(jī) 械手放松 前后機(jī)械臂的收縮后 車前進(jìn)后退 轉(zhuǎn)向操縱的左轉(zhuǎn)右 這五個部 分在機(jī)器上完成上下的操縱器的運(yùn)動 在本主題的研究操縱器由電機(jī)絲杠螺母 機(jī)構(gòu)驅(qū)動 以實(shí)現(xiàn)該臂向上和向下移動 滾珠絲杠驅(qū)動是放在適量做搓絲之間 的摩擦產(chǎn)生的螺絲和螺母深溝球之間 絲桿驅(qū)動沿著軌道線驅(qū)動滾帶球推進(jìn) 滾珠絲杠傳動與滑動絲杠傳動相比 具有以下特點(diǎn) 傳動的效率高 滾珠絲杠副的傳動效率能達(dá) 85 98 為滑動絲杠 副的 3 4 倍 運(yùn)動平穩(wěn) 它得到的接近恒定滾動摩擦系數(shù) 較小的摩擦轉(zhuǎn)矩差異 開始工作 有起動時 低速無爬行沒有影響 能源預(yù)緊 所述預(yù)裝可以消除過量配合間隙配合后 可提高接觸剛 度和傳輸?shù)臏?zhǔn)確性 同時增加摩擦扭矩已經(jīng)比較適中 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第二章 總體技術(shù)方案及系統(tǒng)組成 10 工作的壽命長 滾珠絲杠螺母對摩擦表面具有精度高 硬度高 壽命 長和精度穩(wěn)定 壽命約為滑動絲杠副的 4 10 倍以上 定位和重復(fù)定位精度高 由于滾珠絲杠副的摩擦小 無爬行 發(fā)熱小 裂紋 可以通過擴(kuò)張的預(yù)加載預(yù)拉伸補(bǔ)償 因此 可以實(shí)現(xiàn)更高的定位 并重 復(fù)定位精度 同步性良好 同時可以使用更多套相同的滾珠絲杠副驅(qū)動的同時在 相同的多個移動部件 可以得到更好的同步性 可靠性高 潤滑密封裝置具有結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點(diǎn) 維護(hù)方便 不自鎖 用于垂直移動機(jī)械手 必須添加剎車裝置 經(jīng)濟(jì)性差 成本高 由于工件的結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性 所以價格高的生產(chǎn)成 本也高 經(jīng)過計算 選擇如下 電動機(jī)型號 Y802 2 功率 1 1W 絲杠型號 Tr40 7 2 4 1 動作分析 工業(yè)機(jī)械手的機(jī)械機(jī)構(gòu)是指是機(jī)械手進(jìn)行操作 夾持工件及各種運(yùn)動的機(jī) 械部件 機(jī)械部件主要包括手部 手臂可以前后伸縮部分 手臂可以上下升降 部分 腰部可以回轉(zhuǎn)部分以及行走機(jī)構(gòu)和機(jī)座 2 4 2 手部 手部 包括杠桿手指 單向函數(shù)型封閉式油缸等 經(jīng)過工作原理 利用這 個對象指的是綁雙手緊握油缸動作 通過拉桿連接旋轉(zhuǎn)手指 保持和釋放操作 1 手臂的前后伸縮部分 手臂的前后伸縮部分是由直線油缸來帶動實(shí)現(xiàn) 當(dāng)直線油缸工作時機(jī)械手通過活塞桿行程的變化而變化 從而完成了手臂 的伸縮運(yùn)動 2 手臂的上下升降部分 手臂的上下升降部分則是由電動機(jī) 絲桿傳動副 立柱等部分組成 3 電機(jī)的工作 通過聯(lián)軸器旋轉(zhuǎn)螺桿 但螺母周由徑向轉(zhuǎn)動極限螺栓 螺 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第二章 總體技術(shù)方案及系統(tǒng)組成 11 母和臂幀影響可以是向上和向下 腰轉(zhuǎn)部分主要是由轉(zhuǎn)盤和回轉(zhuǎn)油缸兩部分組成 回轉(zhuǎn)油缸進(jìn)入壓力 回轉(zhuǎn)油缸的回轉(zhuǎn)軸開始執(zhí)行回轉(zhuǎn)動作 并通過活塞桿 的伸縮來帶動轉(zhuǎn)盤 就實(shí)現(xiàn)了機(jī)械手的左右轉(zhuǎn)動 4 行走機(jī)構(gòu) 行走機(jī)構(gòu)主要是由電動機(jī) 齒輪 帶輪等部分組成 電動機(jī)工作進(jìn)行時 通過齒輪 帶輪的傳動 帶動小車的輪子轉(zhuǎn)動 來實(shí) 現(xiàn)行走動作 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第三章 回轉(zhuǎn)裝置的總體組成及結(jié)構(gòu)設(shè)計 12 第三章 回轉(zhuǎn)裝置的總體組成及結(jié)構(gòu)設(shè)計 3 1 回轉(zhuǎn)裝置的組成 回轉(zhuǎn)裝置主要是由執(zhí)行件 傳遞件及控制系統(tǒng)三大部分組成 3 1 1 執(zhí)行件 本次課設(shè)計應(yīng)用回轉(zhuǎn)臺與傳遞件 是鏈輪共同使用的一個長平鍵的心軸 驅(qū)動件驅(qū)動傳遞件 鏈輪傳動 鏈輪通過共用件通過共享鏈輪將直接得 到主軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的部分上的旋轉(zhuǎn)臺 使它可以旋轉(zhuǎn) 3 1 2 傳遞件 因為本課題中對機(jī)械手的要求是為間歇往返的回轉(zhuǎn)運(yùn)動 所以要考慮采用 回轉(zhuǎn)曲線傳動 回轉(zhuǎn)傳動分為帶傳動 齒輪傳動和鏈傳動這三種類型 齒輪傳動而高效 工作可靠 結(jié)構(gòu)緊湊 使用壽命長等特點(diǎn) 廣泛的轉(zhuǎn)速 和功率等 但細(xì)節(jié)上的制造和安裝精度要求較高 且不能緩沖沒有沒有過載保 護(hù)裝置 在精度低時 噪音過大 由于這一類的操盤旋轉(zhuǎn)精度不高 因此將不 予考慮 鏈傳動有無彈性滑動和打滑的現(xiàn)象 但穩(wěn)定的工作 具有準(zhǔn)確平均速度比 傳動效率高 并且在相同的傳輸功率的結(jié)構(gòu)的情況下更緊湊 鏈條張力小 在 鏈輪軸的力作用很小 所以它可用于低速和重載荷的條件下 并與齒輪傳動 鏈傳動制造和安裝精度要求比較 低鏈瞬時傳動比的主要缺點(diǎn)是不恒定的 行 駛穩(wěn)定性較差 具有沖擊和噪音的工作 很容易磨損后跳躍齒輪 周期性重負(fù) 載的傳輸及嚙合沖擊發(fā)生 因此 不適合大負(fù)荷變化和快速反向旋轉(zhuǎn)的場合 皮帶傳動是一種廣泛使用的機(jī)械傳動 它具有結(jié)構(gòu)簡單 生產(chǎn)成本低 傳 輸非常流暢 無潤滑 制造和安裝精度也不高 噪音小 還是可以緩沖減震 過載保護(hù)功能 同步帶傳動是一種網(wǎng)狀型皮帶傳動裝置 具有摩擦傳動帶和齒輪傳動裝置 的特性 具有同時大發(fā)送功率 驅(qū)動更精確等 所以是穩(wěn)定的 可用于高傳輸 精度的工作情況 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第三章 回轉(zhuǎn)裝置的總體組成及結(jié)構(gòu)設(shè)計 13 3 1 3 控制系統(tǒng) 機(jī)械手控制系統(tǒng)的主要要素 包括到達(dá)的位置 工作進(jìn)行的順序 各式加 速度還有運(yùn)動工作的時間等 控制系統(tǒng)可以根據(jù)動作的要求是 要設(shè)計一個特定的數(shù)字序列被用于控制 這將是第一個寫一個程序來存儲 然后根據(jù)設(shè)定的程序 工作來控制機(jī)械手 本課就是采用的電機(jī)驅(qū)動 通過齒輪和效用函數(shù)的使用軸馬達(dá)驅(qū)動皮帶輪 傳動 實(shí)現(xiàn)了車步行運(yùn)動 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第四章 機(jī)械傳動方案的設(shè)計與計算 14 第四章 機(jī)械傳動方案的設(shè)計與計算 4 1 小車的主要組成部分 驅(qū)動系統(tǒng) 驅(qū)動系統(tǒng)是運(yùn)用步進(jìn)電動機(jī)帶動同步帶與帶輪驅(qū)動小車沿著軌道進(jìn)行的徑 向往返運(yùn)動 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 交換工作臺輸出方式采取的是送出的方式 交換工作臺的輸出沿著相對軌 道送出 控制部分 采用 PLC 編程控制器來確保完成小車各種狀態(tài)運(yùn)動的控制 其小車示意圖如圖 4 1 所示 圖 4 1 小車示意圖 4 2 同步帶傳動方式優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn) 比較準(zhǔn)確的傳動 同步帶采用的是嚙合傳動 且工作時無滑動穩(wěn)定 較高的傳動效率 最高效率可達(dá) 96 與 V 帶相比下能節(jié)能 10 以上 平穩(wěn)傳動 能夠吸收振動 噪音也很小 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第四章 機(jī)械傳動方案的設(shè)計與計算 15 可使用的范圍非常廣泛 傳動比最高能達(dá) 10 帶輪直徑比 V 帶小很 多 從而不無需大的張緊力 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)最高速可大到 50m s 傳遞功率 300KW 擁有準(zhǔn)確的傳動比 耐磨和耐油性較好 對軸及軸承的壓力小 也可 以使用較小的帶輪直徑 采用較短的中心距和而較大的則是速比 可以在各式各樣的工作環(huán)境下穩(wěn)定工作 無需潤滑 易于保養(yǎng) 缺點(diǎn) 安裝要求高 需要平行二帶輪軸線 在與二帶輪軸線垂直的平面同步運(yùn) 行 帶輪中心距必須嚴(yán)格要求 安裝不當(dāng)容易發(fā)生爬齒 干涉 跳齒等現(xiàn)象 帶和帶輪的工藝制造復(fù)雜且繁瑣 批量成產(chǎn)會受到成本的影響 4 3 驅(qū)動動力源 步進(jìn)電動機(jī)的工作原理是把脈沖信號轉(zhuǎn)變換成角位移和直線位移的執(zhí)行元 件 這也是一種機(jī)械式的脈沖轉(zhuǎn)換器 脈沖的每一次輸出 步進(jìn)電動機(jī)就會前 進(jìn)一步 所以被稱為脈沖電動機(jī) 步進(jìn)電動機(jī)三大類主要有 反應(yīng)式步進(jìn)電動 機(jī) 永磁感應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)還有機(jī)床磁式步進(jìn)電動機(jī) 本次設(shè)計采用其中的反 應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī) 因為它的結(jié)構(gòu)較為簡單 且在工業(yè)上運(yùn)用的方向也較為廣泛 之所以步進(jìn)電動機(jī)能成為現(xiàn)代控制數(shù)學(xué)系統(tǒng)執(zhí)行重要元件 是因為步進(jìn)電 動機(jī)無論是在本身上還是在性能方面都在不斷的改進(jìn)與完善 其優(yōu)點(diǎn)如下 可直接實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制 控制性能好 元件為無接觸式 因為它沒有電刷和轉(zhuǎn)換器 可以可靠而又平穩(wěn)的運(yùn)行 步進(jìn)電動機(jī)規(guī)定承受的范圍負(fù)載內(nèi) 步距值并不會受到負(fù)載大小影響 電壓電 源的影響 波形及環(huán)境周圍溫度不斷變換的影響 抵抗干擾能力較強(qiáng) 可以保 持穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速運(yùn)行 誤差不長期積累 反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)相繞組功率的情況下 有能力的自我鎖定和永磁步進(jìn)電 機(jī)也可以保持轉(zhuǎn)矩 4 4 機(jī)械傳動方案的設(shè)計計算 本次設(shè)計所選用了一級傳動 得知其傳動比為 1 5 本次設(shè)計計算是參照 下冊機(jī)械工業(yè)出版社出版 中 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第四章 機(jī)械傳動方案的設(shè)計與計算 16 的第十章帶傳動和鏈傳動第五節(jié)同步帶與多契帶傳動中的同步帶傳動章節(jié) 4 4 1 設(shè)計數(shù)據(jù)確定 因預(yù)定設(shè)計的車速為 3km h 并且還想到實(shí)際的車速有 50 的誤差問題 所以 實(shí)際得到的最高車速為 4 5km h 折算成米 秒 應(yīng)為 1 25m s V 車 1 25m s 根據(jù)工作上的實(shí)際要求所以取的車輪直徑為 130mm 又因為車速為 1 25m s 所以小車速行駛速度也應(yīng)等于輪子的切向行駛速度 因為 V dn 60 1000 4 1 V 車輪切向速度 V 1 25m s d 車輪直徑 d 130mm n 車輪轉(zhuǎn)速 所以經(jīng)計算得 n 60 1000V d 60 1000 1 25 3 14 130 184rpm 因為驅(qū)動軸轉(zhuǎn)數(shù)就是等于轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)速 所以 n 轉(zhuǎn)驅(qū) n 184rpm n 轉(zhuǎn)驅(qū) 184rpm 因為 T 9 55 P 驅(qū) n 4 2 610 T 驅(qū)動轉(zhuǎn)矩 T 9NM P 驅(qū)動軸功率 n 驅(qū)動軸轉(zhuǎn)速 n 184rpm 所以經(jīng)計算得 9 9 55 P 驅(qū) 1843106 P 驅(qū) 0 2KM 因為 n 電 n 驅(qū) 4 3 n 驅(qū) 驅(qū)動軸轉(zhuǎn)速 n 驅(qū) 184rpm n 電 電機(jī)軸轉(zhuǎn)速 傳動比 所以計算得 n 電 n 電驅(qū) n 電 1 5 184 276rpm 記 n 電 276rpm 由于驅(qū)動主軸 9 n 米 根據(jù)所選模型的實(shí)際工作需求 130 bf001 相五相步進(jìn)角 為 0 75 10 12 80V 電流電壓空載 9 31 n 的最大轉(zhuǎn)矩 起始頻率 3000 步驟 s 空載運(yùn)行頻率為 16000 步 s 反應(yīng)一步進(jìn)電機(jī) 因為 T 電 9 55 P 電 n 電 4 4 610 T 電 電機(jī)軸轉(zhuǎn)矩 T 電 9 31n m n 電 電機(jī)軸轉(zhuǎn)速 n 電 276rpm 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第四章 機(jī)械傳動方案的設(shè)計與計算 17 P 電 電機(jī)功率 所以計算得 P 電 T 電 n 電 9 55 9 31 276 9 55 0 26km 6103610 P 電 0 26km 因為 總 帶 聯(lián) 滾 4 5 總 總的傳動效率 帶 同步帶的傳動效率 帶 0 98 聯(lián) 聯(lián)軸器的傳動效率 聯(lián) 0 99 滾 滾動軸承的傳動效率 滾 0 99 所以 總 0 98 0 99 0 99 0 99 總 0 99 因為 P 驅(qū) P 實(shí)電 總 4 6 P 驅(qū) 驅(qū)動軸功率 P 驅(qū) 0 2Kw 總 總機(jī)械傳動功率 總 0 99 P 實(shí)電 實(shí)際的電動機(jī)功率 所以計算得 P 實(shí)電 P 驅(qū) 總 0 2 0 99 0 21kw P 實(shí)電 0 21kw 因為 P 實(shí)電 P 電 所以符合工作要求 4 4 2 同步帶結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算 求出設(shè)計功率 因為 Pd Pm K 4 7 Pd 設(shè)計功率 Pm 電動機(jī)功率 P P 0 26kw K 修正載荷系數(shù) 實(shí)用機(jī)械設(shè)計手冊 下 表 10 5 9 修正載荷系數(shù) K 取 1 8 因為傳動裝置不是張緊裝置和系統(tǒng)減速 額外的修正系數(shù)為零所以 Pd 1 8 0 26 0 5kw 選擇帶的節(jié)距 因為 Pd 0 5kw n 電 276rpm n1 小帶輪轉(zhuǎn)速 查 實(shí)用機(jī)械設(shè)計手冊 下 圖 10 5 4 查出了同步帶節(jié)距代號為 H 而對應(yīng)的 節(jié)距 Pd 12 7mm 確定其帶輪的直徑和各帶節(jié)線長長度 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第四章 機(jī)械傳動方案的設(shè)計與計算 18 查 實(shí)用機(jī)械設(shè)計手冊 表 10 5 8 得 H 型帶的小帶輪的轉(zhuǎn)速 n1 276rpm 因而 小于 900rpm 所以得出小帶輪最少的齒數(shù) Z1 應(yīng)為 14 Z1 取 22 因為 Z2 Z1 傳動比 1 5 Z2 大帶輪齒數(shù) Z1 小帶輪齒數(shù) Z1 22 所以 Z1 1 5 22 33 查 機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計 表 3 11 得出大帶齒輪數(shù) 大帶輪齒數(shù) Z2 應(yīng)取標(biāo)準(zhǔn)值為 32 Z2 32 小帶輪節(jié)圓直徑 因為 1 Pb Z1 4 8 Pb 同步帶節(jié)距 Pb 12 7mm Z1 小帶輪齒數(shù) Z1 22 所以計算得 d1 12 7 22 3 14 88 94mm d1 88 94mm 同理可得 大帶輪節(jié)圓直徑 d2 129 36mm d2 129 36mm 選擇帶長 LP 初定中心距 a 因為 0 7 d2 d1 a 2 d2 d1 d2 大帶輪節(jié)圓直徑 d2 129 36mm d1 小帶輪節(jié)圓直徑 d1 88 94mm 所以 152 81 a 436 6 a 取 420mm a 420mm 因為 Lp 2aCOS d2 d1 2 d2 d1 180 定 角 4 9 因為 arcsin d2 d1 2a 4 10 1 所以 arcsin 129 36 88 94 2 420 3 所以 a 420mm 3 所以 Lp 2 420 COS3 129 36 88 94 2 3 129 36 88 94 180 839 343 2 1184mm 節(jié)線長 Lp 1184mm 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第四章 機(jī)械傳動方案的設(shè)計與計算 19 查 實(shí)用機(jī)械設(shè)計手冊 下 表 10 5 5 取整數(shù)得出結(jié)果 選用長度代號為 510 Lp 1295 4mm 齒數(shù) Zb 102 的同步帶 傳動中心距 a 的確定 因為 M Pb 8 2Zb Z1 Z2 4 11 M 修正系數(shù) Pb 同步帶節(jié)距 Pb 12 7mm Zb 同步帶齒數(shù) Zb 102 Z1 大帶輪齒數(shù) Z1 22 Z2 小帶輪齒數(shù) Z2 32 所以計算得 M 12 7 8 21 102 22 32 238 125 M 238 125mm 因為 a M 4 12 8 1212ZpbM 238 125 476mm 483 05 3 a 476mm 所以節(jié)線長 Lp 1295 4mm 傳動中心距 a 476mm 選擇標(biāo)準(zhǔn)帶寬 確認(rèn)小帶輪的轉(zhuǎn)速 n1 184rpm 小帶輪的齒數(shù) Z1 22 查 實(shí)用機(jī)械設(shè)計手冊 下 表 10 5 17 運(yùn)用差值方法計算出 H 型帶的額定基準(zhǔn) 功率 P 2 7Kw 確定實(shí)際帶寬 bs 因為 bs bs Pd k2 P 4 13 bs 標(biāo)準(zhǔn)帶寬 即查 實(shí)用機(jī)械設(shè)計手冊 下 表 10 5 4 bs 76 2mm Pd 設(shè)計功率 Pd 0 5kw K2 嚙合齒數(shù)系數(shù) K2 根據(jù)實(shí)際的工作需求得出 K2 1 所以 bs 76 2 0 5 1 2 7 17 414 需要查 實(shí)用機(jī)械設(shè)計手冊 表 10 5 4 中 bs 取標(biāo)準(zhǔn)值為 25 4mm 其寬度標(biāo)準(zhǔn)代 號為 100 極限寬度偏差為 bs 25 4mm8 03 確定帶寬系數(shù) Kw 因為 Kw bs bs 所以 Kw 25 4 76 2 0 2914 14 Kw 0 29 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第四章 機(jī)械傳動方案的設(shè)計與計算 20 確定額定功率 P 因為 P K2 Kw P 4 14 K2 嚙合齒數(shù)系數(shù) k2 1 Kw 帶寬系數(shù) kw 0 29 P 基準(zhǔn)額定功率 P 2 7kw 所以計算得 P 0 29 2 7 0 77kw 因為 P Pd 所以滿足設(shè)計要求 帶的圓周速度 V 的確定 因為 V Pb Z1n1 60 1000 4 15 Pb 帶的節(jié)距 Pb 12 7mm Z1 小帶輪齒數(shù) Z1 22 n1 小帶輪轉(zhuǎn)速 n1 276r mm 所以計算得 V 12 7 22 276 60 1000 1 3m s 工作能力驗算 因為 P K2 kw Ta bs m v bs V 10 4 16 23 K2 嚙合齒數(shù)系數(shù) K2 1 Kw 帶寬系數(shù) Kw 0 29 Ta 許用工作拉力 該拉力需查 實(shí)用機(jī)械設(shè)計手冊 表 10 5 9 Ta 2100 85N m 單位長度的質(zhì)量查 實(shí)用機(jī)械設(shè)計手冊 表 10 5 9 得知 m 0 448 m 所以 P 1 25 4 76 2 2100 85 25 4 0 448 1 3 76 2 1 3 1000 0 7814 2 因為 P Pd 所以額定功率大于設(shè)計功率所以傳動帶的能力足夠支持運(yùn)轉(zhuǎn) 最小軸徑的確定 因為 dmin A 4 17 3 np A 該系數(shù)修正需查 簡用機(jī)械設(shè)計手冊 的表 14 13 軸承材料應(yīng)為 45 鋼 A 為 118 P 傳遞功率為 0 26kw n 驅(qū)動軸轉(zhuǎn)速為 184r mm 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第四章 機(jī)械傳動方案的設(shè)計與計算 21 所以 dmin A 118 13mm3 np3184 26 0 d 取 30mm 結(jié)果整理 選用 H 型同步帶 Pb 12 7mm Lp 1295 4mm Bs 25 4mm 小帶輪 Z 22 d 88 94mm 大帶輪 Z 32 d 129 36mm 傳動的中心距 a 476mm 傳動帶長度帶號為 510 而寬度帶號為 100 剩下查 實(shí)用機(jī)械設(shè)計手冊 表 10 5 20 表 10 5 10 最小軸徑為 30mm 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 致謝 22 致 謝 首先 我要誠摯的感謝沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院以及機(jī)械與交通工程系的各 位老師這四年來對我的悉心栽培 是老師們的精心培養(yǎng) 讓我成為了一名合格 的大學(xué)畢業(yè)生 學(xué)到了很多專業(yè)知識 使我熟練掌握專業(yè)僅能 并且培養(yǎng)了我 的動手實(shí)踐能力 至此 我要特別感謝我的指導(dǎo)老師趙艷春老師 在老師的精心指導(dǎo)下 不 僅讓我對這次的畢業(yè)設(shè)計的課題有了深刻的了解 也從中掌握了機(jī)械設(shè)計的大 致要求 設(shè)計的基本步驟 趙艷春老師在設(shè)計之初 過程和最后的總結(jié)部分給 我提出了很多的寶貴建議 是我少走很多的彎路 能直接捕捉到本次設(shè)計的精 髓所在 這次的畢業(yè)設(shè)計也完整而又順利的完成了 這是我四年來我大學(xué)生活的一 個見證 也是老師們悉心教育我們的一個見證 我會把它當(dāng)做一個人生的起點(diǎn) 朝著這方向繼續(xù)努力下去 最后 對那些幫助過我的老師 同學(xué) 朋友們 是你們的幫助使我如虎添翼 順利完成了畢業(yè)設(shè)計 誠摯的感謝你們 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 參考文獻(xiàn) 23 參考文獻(xiàn) 1 楊黎明 機(jī)械零件設(shè)計手冊 第一版 國防工業(yè)出版社 1986 12 2 吳宗澤 機(jī)械設(shè)計 第一版 中央廣播電視大學(xué)出版社 1998 2 3 盧頌峰 機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計手冊 第一版 中央廣播電視大學(xué)出版社 1998 4 4 非標(biāo)準(zhǔn)零件手冊 第三版 國防工業(yè)出版社 5 液壓與氣動傳動 機(jī)械工業(yè)出版社 6 機(jī)械手及其應(yīng)用 機(jī)械工業(yè)出版社 7 液壓元件樣本 機(jī)械工業(yè)出版社 8 楊長能 張興毅 可編程序控制器基礎(chǔ)及應(yīng)用 第一版 重慶大學(xué)出版社 1992 1 9 左建民 液壓與氣壓傳動 第二版 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 1999 5 10 孫燕華 AutoCAD2000 機(jī)械制圖 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2002 9 11 顧京 數(shù)控加工編程及操作 北京 高等教育出版社 2003 9 12 陳立德 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計指導(dǎo)書 第二版 北京 高等教育出版社 2004 6 13 金大鷹 機(jī)械制圖 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2001 7 14 柴鵬飛 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ) 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2004 8