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三自由度直角坐標(biāo)機(jī)械手設(shè)計(jì) 作 者 姓 名 汪增帥 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 指導(dǎo)教師姓名 付秀琢 專業(yè)技術(shù)職務(wù) 目 錄 摘 要 ……………………………………………………………1 第一章 概述…………………………………………………2 1.1機(jī)械手概述 ………………………………………………………2 1.2機(jī)械手歷史和現(xiàn)狀 ………………………………………………4 1.3機(jī)械手發(fā)展趨勢(shì)……………………………………………………6 第二章 總體設(shè)計(jì)………………………………………… 8 2.1機(jī)械手組成及各部分關(guān)系…………………………………………8 2.2總體方案擬定………………………………………………………9 2.3 驅(qū)動(dòng)方式的選擇……………………………………………………11 第三章 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)………………………………………13 3.1機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)………………………………………………13 3.2傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)…………………………………………………15 3.3導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)………………………………………………………20 3.4軸承的選擇………………………………………………………21 3.5電機(jī)的選擇………………………………………………………22 第四章 總結(jié)………………………………………………25 致謝…………………………………………………………………25 參考文獻(xiàn)………………………………………………………………26 摘 要 在工業(yè)上，自動(dòng)控制系統(tǒng)有著廣泛的應(yīng)用，如工業(yè)自動(dòng)化機(jī)床控制，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，機(jī)械手等。而工業(yè)機(jī)械手是相對(duì)較新的電子設(shè)備，它正開(kāi)始改變現(xiàn)代化工業(yè)面貌。本設(shè)計(jì)為三自由度直角坐標(biāo)型工業(yè)機(jī)械手，其工作方向?yàn)槿齻€(gè)直線方向。在控制器的作用下，它執(zhí)行將工件從一個(gè)地方搬到另一個(gè)地方這一簡(jiǎn)單的動(dòng)作,本文是對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)工作較全面的介紹和總結(jié)。 關(guān)鍵詞：三自由度 直角坐標(biāo) 工業(yè)機(jī)械手 ABSTRACT It is starting to change the modern industrial landscape. The design for the industrial robot of three degrees of freedom Cartesian coordinate its work direction for the three linear directions. The role of the controller, which performs the workpiece moved from one place to another place of this simple action, This is the entire design more comprehensive introduction and summary. Keywords：three degrees of freedom； rectangular coordinates； industrial robot 第一章 概述 1.1機(jī)械手概述 在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過(guò)程的機(jī)械化、自動(dòng)化已成為突出的主題?；さ冗B續(xù)性生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化已基本得到解決。但在機(jī)械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)是不連續(xù)的。專用機(jī)床是大批量生產(chǎn)自動(dòng)化的有效辦法；程控機(jī)床、數(shù)控機(jī)床、加工中心等自動(dòng)化機(jī)械是有效地解決多品種小批量生產(chǎn)自動(dòng)化的重要辦法。但除切削加工本身外，還有大量的裝卸、搬運(yùn)、裝配等作業(yè)，有待于進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)機(jī)械化。機(jī)械手的出現(xiàn)并得到應(yīng)用，為這些作業(yè)的機(jī)械化奠定了良好的基礎(chǔ)。 “工業(yè)機(jī)械手”（Industrial Robot）多數(shù)是指程序可變（編）的獨(dú)立的自動(dòng)抓取、搬運(yùn)工件、操作工具的裝置（國(guó)內(nèi)稱作工業(yè)機(jī)械手或通用機(jī)械手）。 機(jī)械手是一種具有人體上肢的部分功能，工作程序固定的自動(dòng)化裝置。機(jī)械手具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、維修容易的優(yōu)勢(shì)，但功能較少，適應(yīng)性較差。目前我國(guó)常把具有上述特點(diǎn)的機(jī)械手稱為專用機(jī)械手，而把工業(yè)機(jī)械人稱為通用機(jī)械手。 簡(jiǎn)而言之，機(jī)械手就是用機(jī)器代替人手，把工件由某個(gè)地方移向指定的工作位置，或按照工作要求以操縱工件進(jìn)行加工。 機(jī)械手一般分為三類。第一類是不需要人工操作的通用機(jī)械手，也即本文所研究的對(duì)象。它是一種獨(dú)立的、不附屬于某一主機(jī)的裝置，可以根據(jù)任務(wù)的需要編制程序，以完成各項(xiàng)規(guī)定操作。它是除具備普通機(jī)械的物理性能之外，還具備通用機(jī)械、記憶智能的三元機(jī)械。第二類是需要人工操作的，稱為操作機(jī)（Manipulator）。它起源于原子、軍事工業(yè)，先是通過(guò)操作機(jī)來(lái)完成特定的作業(yè)，后來(lái)發(fā)展到用無(wú)線電訊號(hào)操作機(jī)械手來(lái)進(jìn)行探測(cè)月球等。工業(yè)中采用的鍛造操作機(jī)也屬于這一范疇。第三類是專業(yè)機(jī)械手，主要附屬于自動(dòng)機(jī)床或自動(dòng)生產(chǎn)線上，用以解決機(jī)床上下料和工件傳送。這種機(jī)械手在國(guó)外通常被稱之為“Mechanical Hand”，它是為主機(jī)服務(wù)的，由主機(jī)驅(qū)動(dòng)。除少數(shù)外，工作程序一般是固定的，因此是專用的。 機(jī)械手按照結(jié)構(gòu)形式的不同又可分為多種類型，其中關(guān)節(jié)型機(jī)械手以其結(jié)構(gòu)緊湊，所占空間體積小，相對(duì)工作空間最大，甚至能繞過(guò)基座周圍的一些障礙物等這樣一些特點(diǎn)，成為機(jī)械手中使用最多的一種結(jié)構(gòu)形式，世界一些著名機(jī)械手的本體部分都采用這種機(jī)構(gòu)形式的機(jī)械手。 要機(jī)械手像人一樣拿取東西，最簡(jiǎn)單的基本條件是要有一套類似于指、腕、臂、關(guān)節(jié)等部分組成的抓取和移動(dòng)機(jī)構(gòu)——執(zhí)行機(jī)構(gòu)；像肌肉那樣使手臂運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)－傳動(dòng)系統(tǒng)；像大腦那樣指揮手動(dòng)作的控制系統(tǒng)。這些系統(tǒng)的性能就決定了機(jī)械手的性能。一般而言，機(jī)械手通常就是由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)－傳動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)這三部分組成，如圖 1-1 所示。 圖1-1 機(jī)械手的一般組成 機(jī)械手的機(jī)械系統(tǒng)主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)－傳動(dòng)系統(tǒng)組成。執(zhí)行機(jī)構(gòu)是機(jī)械手賴以完成工作任務(wù)的實(shí)體，通常由連桿和關(guān)節(jié)組成，由驅(qū)動(dòng)－傳動(dòng)系統(tǒng)提供動(dòng)力，按控制系統(tǒng)的要求完成工作任務(wù)。驅(qū)動(dòng)－傳動(dòng)系統(tǒng)主要包括驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)系統(tǒng)。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)提供機(jī)械手各關(guān)節(jié)所需要的動(dòng)力，傳動(dòng)系統(tǒng)則將驅(qū)動(dòng)力轉(zhuǎn)換為滿足機(jī)械手各關(guān)節(jié)力矩和運(yùn)動(dòng)所要求的驅(qū)動(dòng)力或力矩。有的文獻(xiàn)則把機(jī)械手分為機(jī)械系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三大部分。其中的機(jī)械系統(tǒng)又稱操作機(jī)(Manipulator)，相當(dāng)于本文中的執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分。 1.2 機(jī)械手的歷史和現(xiàn)狀 機(jī)械手首先是從美國(guó)開(kāi)始研制的。1958年美國(guó)聯(lián)合控制公司研制出第一臺(tái)機(jī)械手。它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是機(jī)體上安裝一回轉(zhuǎn)長(zhǎng)臂，端部裝有電磁鐵的工件抓放機(jī)構(gòu)，控制系統(tǒng)是示教型的。 日本是工業(yè)機(jī)械手發(fā)展最快、應(yīng)用最多的國(guó)家。自1969年從美國(guó)引進(jìn)兩種典型機(jī)械手后，大力從事機(jī)械手的研究。 目前工業(yè)機(jī)械手大部分還屬于第一代，主要依靠人工進(jìn)行控制；控制方式則為開(kāi)環(huán)式，沒(méi)有識(shí)別能力；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(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，具有視覺(jué)、觸覺(jué)能力，甚至聽(tīng)、想的能力。研究安裝各種傳感器，把感覺(jué)到的信息進(jìn)行反饋，使機(jī)械手具有感覺(jué)機(jī)能。 第三代機(jī)械手（機(jī)械手）則能獨(dú)立地完成工作過(guò)程中的任務(wù)。它與電子計(jì)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(Flexible Manufacturing System) 和柔性制造單元FMC(Flexible Manufacturing Cell) 中的重要一環(huán)。 隨著工業(yè)機(jī)械手研究制造和應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，國(guó)際性學(xué)術(shù)交流活動(dòng)十分活躍，歐美各國(guó)和其他國(guó)家學(xué)術(shù)交流活動(dòng)開(kāi)展很多。國(guó)際工業(yè)機(jī)械手會(huì)議ISIR決定每年召開(kāi)一次會(huì)議，討論和研究機(jī)械手的發(fā)展及應(yīng)用問(wèn)題。 目前，工業(yè)機(jī)械手主要用于裝卸、搬運(yùn)、焊接、鑄鍛和熱處理等方面，無(wú)論數(shù)量、品種和性能方面還不能滿足工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需要。使用工業(yè)機(jī)械手代替人工操作的，主要是在危險(xiǎn)作業(yè)（廣義的）、多粉塵、高溫、噪聲、工作空間狹小等不適于人工作業(yè)的環(huán)境。 在國(guó)外機(jī)械制造業(yè)中，工業(yè)機(jī)械手應(yīng)用較多，發(fā)展較快。目前主要應(yīng)用于機(jī)床、模鍛壓力機(jī)的上下料，以及點(diǎn)焊、噴漆等作業(yè)，它可按照事先制訂的作業(yè)程序完成規(guī)定的操作，但還不具備傳感反饋能力，不能應(yīng)付外界的變化。如發(fā)生某些偏離時(shí)，就將引起零部件甚至機(jī)械手本身的損壞。 隨著現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，針對(duì)于上述各個(gè)領(lǐng)域的機(jī)械手系統(tǒng)的應(yīng)用和研究對(duì)系統(tǒng)本身也提出越來(lái)越多的要求。制造業(yè)要求機(jī)械手系統(tǒng)具有更大的柔性和更強(qiáng)大的編程環(huán)境，適應(yīng)不同的應(yīng)用場(chǎng)合和多品種、小批量的生產(chǎn)過(guò)程。計(jì)算機(jī)集成制造（CIM）要求機(jī)械手系統(tǒng)能和車間中的其它自動(dòng)化設(shè)備集成在一起。研究人員為了提高機(jī)械手系統(tǒng)的性能和智能水平，要求機(jī)械手系統(tǒng)具有開(kāi)放結(jié)構(gòu)和集成各種外部傳感器的能力。然而，目前商品化的機(jī)械手系統(tǒng)多采用封閉結(jié)構(gòu)的專用控制器，一般采用專用計(jì)算機(jī)作為上層主控計(jì)算機(jī)，使用專用機(jī)械手語(yǔ)言作為離線編程工具，采用專用微處理器，并將控制算法固化在EPROM中，這種專用系統(tǒng)很難（或不可能）集成外部硬件和軟件。修改封閉系統(tǒng)的代價(jià)是非常昂貴的，如果不進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，多數(shù)情況下技術(shù)上是不可能的。解決這些問(wèn)題的根本辦法是研究和使用具有開(kāi)放結(jié)構(gòu)的機(jī)械手系統(tǒng)。 美國(guó)工業(yè)機(jī)械手技術(shù)的發(fā)展，大致經(jīng)歷了以下幾個(gè)階段： （1）1963-1967年為試驗(yàn)定型階段。1963-1966年，萬(wàn)能自動(dòng)化公司制造的工業(yè)機(jī)械手供用戶做工藝試驗(yàn)。1967年，該公司生產(chǎn)的工業(yè)機(jī)械手定型為1900型。 （2）1968-1970年為實(shí)際應(yīng)用階段。這一時(shí)期，工業(yè)機(jī)械手在美國(guó)進(jìn)入應(yīng)用階段，例如，美國(guó)通用汽車公司1968年訂購(gòu)了68臺(tái)工業(yè)機(jī)械手；1969年該公司又自行研制出SAM新工業(yè)機(jī)械手，并用21組成電焊小汽車車身的焊接自動(dòng)線；又如，美國(guó)克萊斯勒汽車公司32條沖壓自動(dòng)線上的448臺(tái)沖床都用工業(yè)機(jī)械手傳遞工件。 （3）1970年至今一直處于推廣應(yīng)用和技術(shù)發(fā)展階段。1970-1972年，工業(yè)機(jī)械手處于技術(shù)發(fā)展階段。1970年4月美國(guó)在伊利斯工學(xué)院研究所召開(kāi)了第一屆全國(guó)工業(yè)機(jī)械手會(huì)議。據(jù)當(dāng)時(shí)統(tǒng)計(jì)，美國(guó)大約200臺(tái)工業(yè)機(jī)械手，工作時(shí)間共達(dá)60萬(wàn)小時(shí)以上，與此同時(shí)，出現(xiàn)了所謂了高級(jí)機(jī)械手，例如：森德斯蘭德公司（Sundstrand）發(fā)明了用小型計(jì)算機(jī)控制50臺(tái)機(jī)械手的系統(tǒng)。又如，萬(wàn)能自動(dòng)公司制成了由25臺(tái)機(jī)械手組成的汽車車輪生產(chǎn)自動(dòng)線。麻省理工學(xué)院研制了具有有“手眼”系統(tǒng)的高識(shí)別能力微型機(jī)械手。 其他國(guó)家，如日本、蘇聯(lián)、西歐，大多是從1967，1968年開(kāi)始以美國(guó)的“Versatran”和“Unimate”型機(jī)械手為藍(lán)本開(kāi)始進(jìn)行研制的。就日本來(lái)說(shuō)，1967年，日本豐田織機(jī)公司 引進(jìn)美國(guó)的“Versatran”,川崎重工公司引進(jìn)“Unimate”，并獲得迅速發(fā)展。通過(guò)引進(jìn)技術(shù)、仿制、改造創(chuàng)新。很快研制出國(guó)產(chǎn)化機(jī)械手，技術(shù)水平很快趕上美國(guó)并超過(guò)其他國(guó)家。經(jīng)過(guò)大約10年的實(shí)用化時(shí)期以后，從1980年開(kāi)始進(jìn)入廣泛的普及時(shí)代。 我國(guó)雖然開(kāi)始研制工業(yè)機(jī)械手僅比日本晚5-6年，但是由于種種原因，工業(yè)機(jī)械手技術(shù)的發(fā)展比較慢。目前我國(guó)已開(kāi)始有計(jì)劃地從國(guó)外引進(jìn)工業(yè)機(jī)械手技術(shù)，通過(guò)引進(jìn)、仿制、改造、創(chuàng)新，工業(yè)機(jī)械手將會(huì)獲得快速的發(fā)展。 1.3機(jī)械手發(fā)展趨勢(shì) 國(guó)內(nèi)各行各業(yè)對(duì)機(jī)械手的需求將越來(lái)越多，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)將穩(wěn)步增長(zhǎng)，根據(jù)目前的現(xiàn)狀，我國(guó)機(jī)械手近幾年發(fā)展的形式將會(huì)怎樣呢？根據(jù)我們的分析將會(huì)呈現(xiàn)如下幾個(gè)特點(diǎn)： 1．從國(guó)際市場(chǎng)來(lái)看，機(jī)械手工業(yè)是一種高投入低贏利的產(chǎn)業(yè)，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)極為激烈，機(jī)械手工業(yè)必須上一定規(guī)模才有利潤(rùn)可言，才有必需的開(kāi)發(fā)投入，才能走上良性循環(huán)的發(fā)展道路。世界上機(jī)械手產(chǎn)量最大的三家公司年產(chǎn)機(jī)械手?jǐn)?shù)均超千臺(tái)以上，其中ABB公司達(dá)到9000臺(tái)，安川電機(jī)公司近2500臺(tái)，KUKA公司近2000臺(tái)，從國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀來(lái)看，大公司、大企業(yè)通過(guò)與外國(guó)機(jī)械手公司合資合作，引進(jìn)技術(shù)和資金，逐步規(guī)模化生產(chǎn)機(jī)械手，把國(guó)內(nèi)機(jī)械手產(chǎn)業(yè)推向一個(gè)新的階段，其中有代表性的，如首鋼集團(tuán)公司與安川電機(jī)公司合資的首鋼莫托曼公司、唐山電子設(shè)備廠與松下電器公司合資的唐山松下產(chǎn)業(yè)機(jī)器有限公司、東風(fēng)汽車公司與德國(guó)KUKA公司合作、濟(jì)南二機(jī)床公司與美國(guó)ISI機(jī)械手公司合作等等。這些合資合作的開(kāi)展，將會(huì)有效地推動(dòng)中國(guó)機(jī)械手工業(yè)的進(jìn)步，全面促進(jìn)中國(guó)機(jī)械手工業(yè)水平的提高，但是它也會(huì)和其他外國(guó)機(jī)械手公司一樣，沖擊中國(guó)機(jī)械手市場(chǎng)，影響具有自主開(kāi)發(fā)能力的中國(guó)機(jī)械手產(chǎn)業(yè)的形成，也會(huì)使國(guó)內(nèi)其他的機(jī)械手生產(chǎn)廠家面臨一種嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。 2．由注重機(jī)械手單機(jī)開(kāi)發(fā)過(guò)渡到成套開(kāi)發(fā)機(jī)械手應(yīng)用系統(tǒng) 生產(chǎn)機(jī)械手多的大型公司，可以憑借規(guī)模優(yōu)勢(shì)，占據(jù)較大的市場(chǎng)份額，形成規(guī)模效益，而一些中小公司要想在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中求得生存，必須具有自己的特色。國(guó)外許多中小公司把自己的市場(chǎng)定位在機(jī)械手系統(tǒng)集成或某些有特長(zhǎng)領(lǐng)域，從而形成自己的局部?jī)?yōu)勢(shì)，在市場(chǎng)中求得生存和發(fā)展，如奧地利IGM公司以向用戶提供大型機(jī)械手焊接系統(tǒng)著稱，機(jī)械手在系統(tǒng)中只占售價(jià)的1/3左右，賣(mài)單臺(tái)機(jī)械手贏利甚微，而賣(mài)機(jī)械手系統(tǒng)卻贏利可觀。意大利COMAU公司以承接壓機(jī)生產(chǎn)線見(jiàn)長(zhǎng)，在這里，機(jī)械手系統(tǒng)是促銷售的關(guān)鍵。我國(guó)國(guó)內(nèi)機(jī)械手生產(chǎn)廠家規(guī)模大都較小，甚至談不上規(guī)模，而國(guó)內(nèi)一般企業(yè)又沒(méi)有能力將機(jī)械手有效地集成到生產(chǎn)系統(tǒng)中去，因此，那些進(jìn)行系統(tǒng)集成并向用戶提供一條龍服務(wù)的公司，在機(jī)械手市場(chǎng)中將有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。國(guó)內(nèi)機(jī)械手生產(chǎn)廠家中北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所，以承接涂裝自動(dòng)化生產(chǎn)線見(jiàn)長(zhǎng)，累計(jì)產(chǎn)值近2000萬(wàn)元，中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所承接焊接生產(chǎn)線，累計(jì)產(chǎn)值近5000萬(wàn)元，哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)械手研究所的機(jī)械手碼垛生產(chǎn)線正在產(chǎn)業(yè)化，累計(jì)產(chǎn)值超千萬(wàn)元。 3．機(jī)械手開(kāi)發(fā)走開(kāi)放型科研之路 國(guó)內(nèi)通過(guò)“七五”機(jī)械手技術(shù)攻關(guān)，已具備了生產(chǎn)國(guó)產(chǎn)機(jī)械手的基礎(chǔ)，但國(guó)產(chǎn)機(jī)械手無(wú)論在技術(shù)上，還是可靠性上，都與國(guó)外機(jī)械手差相當(dāng)一段距離，要盡快縮短這種距離，必須走一條開(kāi)放型的自主科研道路。 1）多方籌措開(kāi)發(fā)資金，通過(guò)政府部門(mén)投資、用戶單位投資、自我積累、外商投資、銀行貸款等形式，籌措國(guó)產(chǎn)機(jī)械手的開(kāi)發(fā)資金。 2）消化和利用國(guó)外機(jī)械手技術(shù)、資料、樣機(jī)和關(guān)鍵元器件，為我所用。 3）選擇引進(jìn)國(guó)外質(zhì)量可靠的機(jī)械手零部件和元器件。 4）大力開(kāi)展國(guó)內(nèi)合作，利用國(guó)內(nèi)技術(shù)優(yōu)勢(shì)，開(kāi)發(fā)具有中國(guó)技術(shù)特色的國(guó)產(chǎn)機(jī)械手產(chǎn)品。 5）注意機(jī)械手產(chǎn)品的高可靠性，使國(guó)產(chǎn)機(jī)械手的可靠性與國(guó)外機(jī)械手具有可比性，同時(shí)要做到低成本、易操作。 第二章 總體設(shè)計(jì) 2.1機(jī)械手的組成及各部分關(guān)系概述 機(jī)械手的組成圖 它主要由機(jī)械系統(tǒng)(執(zhí)行系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng))、控制檢測(cè)系統(tǒng)及智能系統(tǒng)組成。 A、 執(zhí)行系統(tǒng)：執(zhí)行系統(tǒng)是工業(yè)機(jī)械手完成抓取工件，實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)動(dòng)所必需的機(jī)械部件，它包括手部、腕部、機(jī)身等。 （1） 手部：又稱手爪或抓取機(jī)構(gòu)，它直接抓取工件或夾具。 （2） 腕部：又稱手腕，是連接手部和臂部的部件，其作用是調(diào)整或改變手部的工作方位。 （3） 臂部：是支承腕部的部件，作用是承受工件的負(fù)荷，并把它傳遞到預(yù)定的位置。 （4） 機(jī)身：是支承手臂的部件，其作用是帶動(dòng)臂部升降或俯仰運(yùn)動(dòng)。 B、 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：為執(zhí)行系統(tǒng)各部件提供動(dòng)力，并驅(qū)動(dòng)其動(dòng)力的裝置。常用的機(jī)械傳動(dòng)、液壓傳動(dòng)、氣壓傳動(dòng)和電傳動(dòng)。本設(shè)計(jì)使用的是電傳動(dòng)。 C、 控制系統(tǒng)：通過(guò)對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制，使執(zhí)行系統(tǒng)按照規(guī)定的要求進(jìn)行工作，當(dāng)發(fā)生錯(cuò)誤或故障時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。 D、 檢測(cè)系統(tǒng)：作用是通過(guò)各種檢測(cè)裝置、傳感裝置檢測(cè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)情況，根據(jù)需要反饋給控制系統(tǒng)，與設(shè)定進(jìn)行比較，以保證運(yùn)動(dòng)符合要求。 各部分關(guān)系圖 2.2 總體方案擬定 本設(shè)計(jì)喂三自由度機(jī)械手，其工作方向?yàn)閄,Y,Z三個(gè)直線方向。在控制器的作用下，它執(zhí)行將工件從一個(gè)位置放到另一個(gè)位置，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，減少人力勞動(dòng)。本文是對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)工作較全面的介紹和總結(jié)。 工件搬運(yùn)圖 除去機(jī)械手的總體框架 2.3驅(qū)動(dòng)方式的選擇 機(jī)械手常用的驅(qū)動(dòng)方式有液壓驅(qū)動(dòng)、氣壓驅(qū)動(dòng)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)三種類型。這三種方法各有所長(zhǎng)，各種驅(qū)動(dòng)方式的特點(diǎn)見(jiàn)表2-1 表2-1三種驅(qū)動(dòng)方式的特點(diǎn)對(duì)照 內(nèi)容 驅(qū)動(dòng)方式 液壓驅(qū)動(dòng) 氣動(dòng)驅(qū)動(dòng) 電機(jī)驅(qū)動(dòng) 輸出功率 很大，壓力范圍為50～140Pa 大，壓力范圍為48～60 較大 控制性能 利用液體的不可壓縮性，控制精度較高，輸出功率大，可無(wú)級(jí)調(diào)速，反應(yīng)靈敏，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡控制 氣體壓縮性大，精度低，阻尼效果差，低速不易控制，難以實(shí)現(xiàn)高速、高精度的連續(xù)軌跡控制 控制精度高，功率較大，能精確定位，反應(yīng)靈敏，可實(shí)現(xiàn)高速、高精度的連續(xù)軌跡控制，伺服特性好，控制系統(tǒng)復(fù)雜 響應(yīng)速度 很高 較高 很高 結(jié)構(gòu)性能及體積 結(jié)構(gòu)適當(dāng)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)可標(biāo)準(zhǔn)化、模擬化，易實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動(dòng)。功率/質(zhì)量比大，體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，密封問(wèn)題較大 結(jié)構(gòu)適當(dāng)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)可標(biāo)準(zhǔn)化、模擬化，易實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動(dòng)。功率/質(zhì)量比大，體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，密封問(wèn)題較小 伺服電動(dòng)機(jī)易于標(biāo)準(zhǔn)化，結(jié)構(gòu)性能好，噪聲低，電動(dòng)機(jī)一般需配置減速裝置，除DD電動(dòng)機(jī)外，難以直接驅(qū)動(dòng)，結(jié)構(gòu)緊湊，無(wú)密封問(wèn)題 安全性 防爆性能較好，用液壓油作傳動(dòng)介質(zhì)，在一定條件下有火災(zāi)危險(xiǎn) 防爆性能好，高于1000kPa(10個(gè)大氣壓)時(shí)應(yīng)注意設(shè)備的抗壓性 設(shè)備自身無(wú)爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)，直流有刷電動(dòng)機(jī)換向時(shí)有火花，對(duì)環(huán)境的防爆性能較差 對(duì)環(huán)境的影響 液壓系統(tǒng)易漏油，對(duì)環(huán)境有污染 排氣時(shí)有噪聲 無(wú) 續(xù)表2-1三種驅(qū)動(dòng)方式的特點(diǎn)對(duì)照 在工業(yè)機(jī)械手中應(yīng)用范圍 適用于重載、低速驅(qū)動(dòng)，電液伺服系統(tǒng)適用于噴涂機(jī)械手、點(diǎn)焊機(jī)械手和托運(yùn)機(jī)械手 適用于中小負(fù)載驅(qū)動(dòng)、精度要求較低的有限點(diǎn)位程序控制機(jī)械手，如沖壓機(jī)械手本體的氣動(dòng)平衡及裝配機(jī)械手氣動(dòng)夾具 適用于中小負(fù)載、要求具有較高的位置控制精度和軌跡控制精度、速度較高的機(jī)械手，如AC伺服噴涂機(jī)械手、點(diǎn)焊機(jī)械手、弧焊機(jī)械手、裝配機(jī)械手等 成本 液壓元件成本較高 成本低 成本高 維修及使用 方便，但油液對(duì)環(huán)境溫度有一定要求 方便 較復(fù)雜 機(jī)械手驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)各有其優(yōu)缺點(diǎn)，通常對(duì)機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的要求有： 1）．驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的質(zhì)量盡可能要輕，單位質(zhì)量的輸出功率要高，效率也要高； 2）．反應(yīng)速度要快，即要求力矩質(zhì)量比和力矩轉(zhuǎn)動(dòng)慣量比要大，能夠進(jìn)行頻繁地起、制動(dòng)，正、反轉(zhuǎn)切換； 3）．驅(qū)動(dòng)盡可能靈活，位移偏差和速度偏差要??； 4）．安全可靠； 5）．操作和維護(hù)方便； 6）．對(duì)環(huán)境無(wú)污染，噪聲要小； 7）．經(jīng)濟(jì)上合理，尤其要盡量減少占地面積。 經(jīng)上述分析此三自由度機(jī)械手X,Y,Z方向驅(qū)動(dòng)及機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)。 第3章 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3.1機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 搬運(yùn)機(jī)械手能夠模仿人手部的部分動(dòng)作，按照設(shè)定的程序、軌跡和要求，代替人工在高溫和危險(xiǎn)的作業(yè)區(qū)進(jìn)行單調(diào)持久的作業(yè)，實(shí)現(xiàn)一些人工不可能完成的工作，這不僅可以使人手避免出現(xiàn)可能的危險(xiǎn)情況，保障生產(chǎn)安全，還能促進(jìn)工作線的流水化，提高了工作效率，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，改善了勞動(dòng)環(huán)境，已經(jīng)成為現(xiàn)代制造業(yè)中不可或缺的一種自動(dòng)化裝置。 根據(jù)對(duì)機(jī)械手的工藝過(guò)程及控制要求分析，機(jī)械手的動(dòng)作過(guò)程如圖所示： 原點(diǎn) 下降 抓緊 X,Y,Z方向的運(yùn)動(dòng) 放松 以下是機(jī)械手的視圖表示： 三視圖 3.2傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 表4-1 工業(yè)機(jī)器人常用傳動(dòng)方式的比較 工業(yè)機(jī)器人常用傳動(dòng)方式的比較 傳動(dòng)方式 特點(diǎn) 運(yùn)動(dòng)方式 距離 應(yīng)用部件 圓柱齒輪 用于手臂第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸提供大扭矩 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 近 臀部 錐齒輪 轉(zhuǎn)動(dòng)軸反向垂直相交 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 近 臀部、腕部 渦輪蝸桿 大傳動(dòng)比，重量大，有發(fā)熱問(wèn)題 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 近 臀部、腕部 行星傳動(dòng) 大傳動(dòng)比，價(jià)格高，重量大 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 近 臀部、腕部 諧波傳動(dòng) 很大的傳動(dòng)比，尺寸小，重量輕 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 近 臀部、腕部 鏈傳動(dòng) 無(wú)間隙，重量大 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)移 遠(yuǎn) 移動(dòng)部分、腕部 同步齒形帶 有間隙和振動(dòng)，重量輕 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)移 遠(yuǎn) 腕部、手抓 鋼絲傳動(dòng) 遠(yuǎn)距離傳動(dòng)力性能很好 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 遠(yuǎn) 腕部、手抓 齒輪齒條 精度高，價(jià)格低 轉(zhuǎn)移、移轉(zhuǎn) 遠(yuǎn) 腕部、手抓、臀部 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是指向各軸傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，以實(shí)現(xiàn)軸間的相對(duì)移動(dòng)，在三自由度直角坐標(biāo)機(jī)器人中，其主要傳動(dòng)機(jī)構(gòu)為平移型傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。從上表一中我們可以看到各種傳動(dòng)方式的對(duì)比。 機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，可以將動(dòng)力所提供的運(yùn)動(dòng)的方式、方向或速度加以改變，被人們有目的地加以利用。我國(guó)古代傳動(dòng)機(jī)構(gòu)類型很多，應(yīng)用很廣，除了上面介紹的以外，像地動(dòng)儀、鼓風(fēng)機(jī)等等，都是機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的產(chǎn)物。我國(guó)古代傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，主要有齒輪傳動(dòng)、繩帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)。 齒輪傳動(dòng)：齒輪只用來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)，強(qiáng)度要求不高。至于生產(chǎn)上所采用的齒輪，要傳遞較大的動(dòng)力，受力一般較大，強(qiáng)度要求較高。古代在利用畜力、水力和風(fēng)力進(jìn)行提水、糧食加工等工作時(shí)，都要應(yīng)用此類齒輪。例如在翻車上，須應(yīng)用一級(jí)齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，以改變運(yùn)動(dòng)的方位和傳遞，適應(yīng)翻車的工作要求。其工作示意圖如下圖4-2。 齒輪傳動(dòng)式由兩個(gè)或兩個(gè)以上的齒輪組成的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。它不但可以傳遞運(yùn)動(dòng)角位移和角速度，而且還可以傳遞力和力矩。 圖4-2 鏈傳動(dòng) 鏈，在我國(guó)古代出現(xiàn)很早，商代的馬具上已有青銅鏈條，其他青銅器和玉器上也有用鏈條作為裝飾的。西安出土的秦代銅車馬上，有十分精美的金屬鏈條。但這都不能算是鏈傳動(dòng)。作為動(dòng)力傳動(dòng)的鏈條，出現(xiàn)在東漢時(shí)期。東漢時(shí)畢嵐率先發(fā)明翻車，用以引水。根據(jù)其工作原理和運(yùn)動(dòng)關(guān)系，可以看作是一種鏈傳動(dòng)。翻車的上、下鏈輪，一主動(dòng)，一從動(dòng)，繞在輪上的翻板就是傳動(dòng)鏈，這個(gè)傳動(dòng)鏈兼做提水的工作件，因此，翻車是鏈傳動(dòng)的一種特例。到了宋代，蘇頌制造的水運(yùn)儀象臺(tái)上，出現(xiàn)了一種“天梯”，實(shí)際上是一種鐵鏈條，下橫軸通過(guò)“天梯”帶動(dòng)上橫軸，從而形成了真正的鏈傳動(dòng)。 繩帶傳動(dòng) 這是一種利用摩擦力的傳動(dòng)方式。在西漢時(shí)，四川出產(chǎn)井鹽，在鑿井、提水時(shí)，都是用牛帶動(dòng)大繩輪，收卷繞過(guò)滑輪上的繩索，來(lái)提升鑿井工具、鹵水等。西漢時(shí)出現(xiàn)的手搖紡車，是一種典型的繩帶傳動(dòng)。在西漢時(shí)期的畫(huà)像石上，有幾幅手搖紡車圖，可以清楚地看到：大繩輪主動(dòng)，通過(guò)繩索帶動(dòng)紗錠，用手搖大繩輪旋轉(zhuǎn)一周，紗錠旋轉(zhuǎn)幾十周，效率很高。以后出現(xiàn)的三錠、五錠的紡車，效率就更高了。元代的水運(yùn)大紡車，也是用繩帶傳動(dòng)的。東漢時(shí)，冶金手工業(yè)有一項(xiàng)重要發(fā)明“水排”，用于鼓風(fēng)。這種繩帶傳動(dòng)的工作原理是：水力推動(dòng)臥式水輪旋轉(zhuǎn)，水輪軸上裝有大繩輪，通過(guò)繩帶帶動(dòng)小繩輪，小繩輪軸上端曲柄隨之旋轉(zhuǎn)，通過(guò)連桿推動(dòng)鼓風(fēng)器鼓風(fēng)。這種水排鼓風(fēng)效力很高，可以抵得上幾百匹馬鼓風(fēng)。它的出現(xiàn)，標(biāo)志著東漢時(shí)發(fā)達(dá)的機(jī)械已經(jīng)在我國(guó)出現(xiàn)了，因而意義十分重大。 在經(jīng)過(guò)了以上論證后，我決定采用齒輪鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。 現(xiàn)在我以圖4-3為例來(lái)說(shuō)明齒輪鏈傳動(dòng)的轉(zhuǎn)換關(guān)系。 圖4-3 在設(shè)計(jì)這個(gè)齒輪鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的時(shí)候我主要考慮到兩個(gè)問(wèn)題：一是齒輪鏈的引入會(huì)改變系統(tǒng)的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，從而使驅(qū)動(dòng)電機(jī)的響應(yīng)時(shí)間減少，這樣伺服系統(tǒng)就更加容易控制。輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量轉(zhuǎn)換到驅(qū)動(dòng)電機(jī)上，等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的下降與輸入輸出齒輪齒數(shù)的平方成正比。二是在引入齒輪鏈的同時(shí)，由于齒輪間隙誤差，將會(huì)導(dǎo)致機(jī)器人手臂的定位誤差增加；而且，假如不采取一些補(bǔ)救措施，齒隙誤差還會(huì)引起伺服系統(tǒng)的不穩(wěn)定性。 滑動(dòng)螺旋的特點(diǎn)：①結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便；②易于實(shí)現(xiàn)逆行程自鎖，工作安全可靠；③摩擦阻力大，傳動(dòng)效率低；④容易磨損，軸向剛度較差。 滾珠螺旋的特點(diǎn)：①摩擦阻力小，傳動(dòng)效率高；②磨損小、壽命長(zhǎng)、工作可靠性好；③具有運(yùn)動(dòng)的可逆性，應(yīng)設(shè)防逆動(dòng)裝置；④軸向剛度較高，抗沖擊性能較差；⑤結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工制造較難；⑥預(yù)緊后得到很高的定位精度（約達(dá)5um/300㎜）和重復(fù)定位精度（可達(dá)1~2um）。 參照設(shè)計(jì)要求發(fā)現(xiàn)，滑動(dòng)螺旋和滾動(dòng)螺旋均可滿足要求，擬選定滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)方式。 1.滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)特點(diǎn) （1）螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)一周，螺母移動(dòng)一個(gè)螺距（彈頭螺紋）。因?yàn)槁菥嘁话愫苄?，所以在轉(zhuǎn)角很大的情況下，能獲得很小的直線位移量，可大大縮短機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)鏈，故裝置結(jié)構(gòu)緊湊。 （2）具有較好的增力作用。只要給主動(dòng)件一個(gè)較小的轉(zhuǎn)矩，從動(dòng)件即能獲得較大的轉(zhuǎn)矩。 （3）由于工作臺(tái)采用滑動(dòng)螺旋設(shè)計(jì)，存在較大的滑動(dòng)摩擦，致使其效率偏低，磨損較快。 2.螺桿材料、熱處理及精度 所有軸的制造材料均為45號(hào)鋼。螺紋部分采用表面淬火處理，保證硬度達(dá)到45HRC，使螺紋具有較好的強(qiáng)度和韌性?？紤]傳動(dòng)工作臺(tái)的技術(shù)要求和安裝限制，選取公差等級(jí)為h7級(jí)的基軸制配合。 3.螺紋數(shù)據(jù)的初步設(shè)計(jì)與校核 考慮到實(shí)際中軸向力的影響較大，選取梯形螺紋作為基本齒形。根據(jù)GB/T 5796.3-2005，。試?。ㄍ饴菁y）公稱直徑，對(duì)應(yīng)的中徑，小徑，螺距。由GB/T5796.4-2005，對(duì)于h7的梯形外螺紋，中徑的極限尺寸，。 現(xiàn)實(shí)中，滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)的失效性是主要是螺紋的磨損、螺桿的變形或螺紋的斷裂等。因此，滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)的校核通常包括耐磨性、剛度、穩(wěn)定性及強(qiáng)度等方面。根據(jù)使用需要，還需進(jìn)行驅(qū)動(dòng)力矩、效率與自鎖等其他方面的計(jì)算。 （1）螺旋升角及誘導(dǎo)摩擦角 ，得 查表【1】，鋼的摩擦系數(shù)，因而 其中，梯形螺紋的牙型半角 （2）軸向力的確定 根據(jù)要求，載重。設(shè)計(jì)中留出預(yù)留量，即考慮徑向力，取，則 。根據(jù)力的合成原理，得 （3）耐磨性校核 因?yàn)槟p的速度與螺紋工作表面大小有直接關(guān)系，所以為了提高螺旋傳動(dòng)壽命，必須限制螺紋工作表面壓強(qiáng)，即： 這里，取梯形螺紋螺紋工作高度。試選用整體式螺母()，因而。 這里初步確定螺紋材料為45號(hào)鋼，為兼顧螺紋的硬度和韌性要求，進(jìn)行比表面淬火處理，保證HRC在40～50。 查表【1】得45號(hào)鋼的許用壓強(qiáng) 。顯然，有成立，合格。 又螺母螺紋扣數(shù)，合格。 （4）驅(qū)動(dòng)力矩、傳動(dòng)效率及自鎖性校核 對(duì)于單線螺桿，。視螺旋副克服摩擦力的力矩為其驅(qū)動(dòng)力矩，即 傳動(dòng)效率 顯然，，故當(dāng)驅(qū)動(dòng)力矩去除后，螺旋將會(huì)自鎖，實(shí)現(xiàn)“穩(wěn)定剎車”。 （5）剛度校核 在長(zhǎng)度為1m的螺紋上，因軸向載荷和轉(zhuǎn)矩作用而產(chǎn)生的螺距累計(jì)變化量 查表1【1】可知，，精度等級(jí)合格。 表1 精度等級(jí) 5 6 7 8 9 10 15 30 55 110 （6）穩(wěn)定性校核 螺桿在受軸向載荷時(shí)，應(yīng)防止螺桿長(zhǎng)度與直徑比過(guò)大而造成側(cè)向彎曲。 顯然，有螺桿最大工作長(zhǎng)度>螺紋部分長(zhǎng)度>工作行程+螺母高度>工作行程+旋合長(zhǎng)度， 即 螺桿失穩(wěn)時(shí)的臨界軸向載荷。其中，支撐狀況選定為兩端固定（即軸向和徑向均存在載荷作用），取支撐系數(shù) 綜上，有（安全系數(shù)），合格 （7）強(qiáng)度校核 按第四強(qiáng)度理論校核螺桿強(qiáng)度，即 桿所受應(yīng)力 查表【1】得45號(hào)鋼得許用應(yīng)力 顯然，，合格 （8）重復(fù)精度校核 由GC-101-60，查得在h7精度等級(jí)下每一螺距的螺距誤差為，螺距的累積誤差為：0.009/25，0.012/100，0.018/300；牙型半角允差為20’。 因此，由螺桿傳動(dòng)造成的重復(fù)精度，合格 至此，所選外螺紋的所有技術(shù)指標(biāo)均已校驗(yàn)完畢，結(jié)果在合格范圍之內(nèi)。因而，最終確定所選外螺紋各技術(shù)數(shù)據(jù)如下： 公稱直徑，中徑(，)，小徑，螺距，螺旋升角 內(nèi)外螺紋精度及配合： 材料及熱處理：45#鋼表面淬火處理（HRC=45） 誤差分析： 螺距累計(jì)誤差：0.009/20，0.012/100，0.018/300,工作距離751-1220mm。重復(fù)精度被控制在在內(nèi)，完全滿足設(shè)計(jì)要求。 3.3導(dǎo)軌的設(shè)計(jì) 滑動(dòng)摩擦導(dǎo)軌的運(yùn)動(dòng)件與承導(dǎo)件直接接觸，優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、接觸剛度大，缺點(diǎn)：摩擦阻力大、磨損快、低速時(shí)易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。在此我們選擇滑動(dòng)圓柱形導(dǎo)軌。 材料： 用于導(dǎo)軌的材料，應(yīng)具有耐磨性好，摩擦因數(shù)小，并具有良好的加工和熱處理性質(zhì)。本設(shè)計(jì)導(dǎo)軌材料應(yīng)選用HT200，它具有較好的耐磨性，灰鑄鐵密度為ρ=7.0g/cm3。此灰鑄鐵導(dǎo)軌的硬度一般為180~200HBW。為了提高導(dǎo)軌表面硬度，采用表明淬火工藝，表面硬度可達(dá)55HRC，導(dǎo)軌的耐磨性可提高1~3倍。 3.4軸承的選擇 選擇軸承的類型與多種因素有關(guān)，通常根據(jù)下列幾個(gè)因素： ①允許空間；②載荷大小和方向。例如既有徑向又有軸向聯(lián)合載荷一般選用角接觸球軸承或圓錐滾子軸承，如徑向載荷大，軸向載荷小，可選深溝球和外圈都有擋邊的圓柱滾子軸承，如同時(shí)還存在軸或殼體變形大及安裝對(duì)中性差，可選用推力調(diào)心滾子軸承；③軸承工作轉(zhuǎn)速；④旋轉(zhuǎn)精度；⑤軸承的剛性；⑥軸向游動(dòng)。 由上綜合：本設(shè)計(jì)選用深溝球軸承。 根據(jù)與絲桿的裝配關(guān)系及尺寸，對(duì)照下表查找是合適軸承大小： 由以上對(duì)照表，我選擇 軸承代號(hào)6002的深溝球軸承 基本數(shù)據(jù)如下： 基本參數(shù)（尺寸）：d=15mm D=32mm B=9 a=7.5mm 安裝尺寸(mm)： da=17.4 Da=29.6 ras=0.3 3.5電機(jī)的選擇 機(jī)械手驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)各有其優(yōu)缺點(diǎn)，通常對(duì)機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的要求有： 1）．驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的質(zhì)量盡可能要輕，單位質(zhì)量的輸出功率要高，效率也要高； 2）．反應(yīng)速度要快，即要求力矩質(zhì)量比和力矩轉(zhuǎn)動(dòng)慣量比要大，能夠進(jìn)行頻繁地起、制動(dòng)，正、反轉(zhuǎn)切換； 3）．驅(qū)動(dòng)盡可能靈活，位移偏差和速度偏差要?。? 4）．安全可靠； 5）．操作和維護(hù)方便； 6）．對(duì)環(huán)境無(wú)污染，噪聲要??； 7）．經(jīng)濟(jì)上合理，尤其要盡量減少占地面積。 本設(shè)計(jì)選定為伺服電機(jī)，選定一款80CB系列交流伺服電機(jī)，數(shù)據(jù)如下： 絕緣電阻——500VDC 100MW Min 絕緣強(qiáng)度——1500VAC 1Minute 環(huán)境溫度—— -20℃ ～ +50℃ 絕緣等級(jí)——B級(jí) 技術(shù)參數(shù)： 技術(shù)參數(shù) 單位 80CB050C-010000 80CB075C -010000 80CB100C -010000 貨物編碼 031398 031400 031410 額定輸出功率 W 500 750 1000 額定轉(zhuǎn)矩 Nm 1.59 2.39 3.18 瞬間最大轉(zhuǎn)矩 Nm 4.78 7.16 9.55 額定轉(zhuǎn)速 rpm 3000 最高轉(zhuǎn)速 rpm 3600 電機(jī)轉(zhuǎn)子慣量 kgcm2 0.71 1.03 1.36 轉(zhuǎn)矩系數(shù) Nm/A 0.4 0.4 0.4 額定相電流 A 3.23 4.78 6.34 瞬間最大相電流 A 9.69 14.4 19.0 電樞繞組相電阻 Ω 3.6 1.6 1.2 電樞繞組相電感 mH 6.45 4.0 2.89 機(jī)械時(shí)間常數(shù) ms 1.46 1.16 1.06 電氣時(shí)間常數(shù) ms 2.06 2.30 2.34 重量 kg 2.4 2.9 3.3 編碼器 P/R 2500 負(fù)載慣量 負(fù)載慣量≤電機(jī)轉(zhuǎn)子慣量10（倍） 適配驅(qū)動(dòng)器 GS0075A GS0075A GS0100A 外形尺寸 單位：mm 80CB050C-010000 80CB075C-010000 80CB100C-010000 L 114 131 150 通過(guò)計(jì)算對(duì)比選定型號(hào)為80CB050C-010000 第4章 總結(jié) 總結(jié) 本次設(shè)計(jì)所做的主要工作有： 1．總體方案的確定。 經(jīng)綜合考慮，確定采用電力驅(qū)動(dòng)形式，具有手部的上下左右前后三個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)，級(jí)夾子的松放，使整體的結(jié)構(gòu)小型化， 2．機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研制。 機(jī)械結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，從整體布局來(lái)看，實(shí)現(xiàn)了模塊化，大量采用標(biāo)準(zhǔn)化通用元配件，從而使成本大為降低，具有顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。各自由度自成體系，又能協(xié)調(diào)的組織在一起，其各個(gè)部分連接處線條分明、直觀性好，其各個(gè)部件可以分別拆卸，快速更換，方便維修。 綜上，通過(guò)近三個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)，經(jīng)過(guò)資料的收集、方案的選擇比較和論證，到分析計(jì)算，再到工程圖紙的繪制以及畢業(yè)設(shè)計(jì)論文的撰寫(xiě)等各個(gè)環(huán)節(jié)，我對(duì)大學(xué)三年所學(xué)的知識(shí)有了一個(gè)深層次的理解，同時(shí)對(duì)工程的理解更加深刻和準(zhǔn)確。 使我真正感受到儀器設(shè)計(jì)在各業(yè)中的廣泛應(yīng)用。同時(shí)，也使我深深體會(huì)到：要真正完成一個(gè)零部件的設(shè)計(jì)，不但要掌握儀器設(shè)計(jì)、互換性、誤差理論等多學(xué)科的知識(shí)，而且還要有繼而不舍的鉆研精神，要善于學(xué)習(xí)新的知識(shí)，只有將這兩方面的知識(shí)融會(huì)貫通和有機(jī)結(jié)合，才能設(shè)計(jì)出合格的裝置來(lái)。 同時(shí)，我對(duì)于AutoCAD軟件的使用，也在這段時(shí)間里有了質(zhì)的飛躍。越是熟悉AutoCAD的使用，我越是驚訝于這款軟件的強(qiáng)大和實(shí)用，同時(shí)也感慨于自己所學(xué)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，我想，只有不斷的汲取知識(shí)、向他人學(xué)習(xí)，才能做到更加靈活、熟練的掌握這款機(jī)械設(shè)計(jì)人員的“必修軟件”。 設(shè)計(jì)開(kāi)始時(shí)，由于缺乏設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，加之對(duì)各方面技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的不甚了解，我的設(shè)計(jì)曾一度停滯不前。但是，通過(guò)自己不斷的分析，大量查找閱讀相關(guān)資料，和同學(xué)們積極討論，并經(jīng)常尋求老師的指導(dǎo)，終于使自己的設(shè)計(jì)思路愈發(fā)清晰、明朗，最終完成了包括裝配圖、零件圖和設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)在內(nèi)的所有實(shí)驗(yàn)任務(wù)。這一切，使我真正體會(huì)到：端正的設(shè)計(jì)態(tài)度和良好的合作意識(shí)是所有設(shè)計(jì)人員所必須具備的素質(zhì)。同時(shí)，經(jīng)過(guò)這段時(shí)間的不斷摸索和設(shè)計(jì)，令我對(duì)儀器設(shè)計(jì)有了更加深刻的了解，也大大提高了我的動(dòng)手實(shí)踐能力，培養(yǎng)了濃厚的科研興趣，使我在學(xué)習(xí)的過(guò)程中深受其益。誠(chéng)然，我的設(shè)計(jì)中可能還存在種種問(wèn)題，但我相信：我已經(jīng)傾盡了自己的最大努力，而這次的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)就像是里程碑一樣，必將見(jiàn)證我今后的不斷成長(zhǎng)和進(jìn)步！ 在計(jì)算校核時(shí)，為了弄清一個(gè)陌生的知識(shí)點(diǎn)，上網(wǎng)搜索、查詢手冊(cè)、求助老師，真是做到了多管齊下。在AutoCAD做圖中，更是一次次的重復(fù)著查詢、討論、糾錯(cuò)、復(fù)查的繁瑣步驟?？梢哉f(shuō)，最后的成果里傾注了我的精力與心血。在這段時(shí)間里，我真正將我在大學(xué)所學(xué)和所用結(jié)合了起來(lái)，做到學(xué)以致用，收獲是難以估價(jià)的。 古人說(shuō)，千里之行始于足下，一分耕耘一分收獲，我堅(jiān)信，付出的努力總會(huì)有回報(bào)，以后我會(huì)做的更好！ 致 謝 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)工作是在付秀琢老師的耐心指導(dǎo)和悉心關(guān)懷下完成的。她那豐富的專業(yè)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)以及對(duì)專業(yè)孜孜不倦的敬業(yè)態(tài)度讓我感觸很深。她給予了我們充分的指導(dǎo)，并且還培養(yǎng)了我們獨(dú)立思考問(wèn)題的能力。從她身上,我不僅學(xué)到了很多專業(yè)方面的知識(shí),還學(xué)到了一種嚴(yán)謹(jǐn)?shù)那笾?。所有這些都將成為我們以后繼續(xù)學(xué)習(xí)的榜樣。為此，學(xué)生對(duì)您表示衷心的感謝和深深的敬意！ 同時(shí)在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，很多的同學(xué)和老師給予了我很大大的幫助。在這難忘的三個(gè)多月中，沒(méi)有他們的支持，我的設(shè)計(jì)不可能這樣順利的完成。在此，對(duì)這些同學(xué)和老師也表示衷心的感謝！ 在我查找資料的過(guò)程中，得到了學(xué)校圖書(shū)館有關(guān)人員的大力支持，給我們提供了必要的資料，使我的設(shè)計(jì)工作得到了順利進(jìn)行，并最終按時(shí)完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)。在此，也一并對(duì)他們的熱心幫助表示感謝！ 參考文獻(xiàn) ［1］王曉莉，機(jī)械制圖 北京，科學(xué)出版社 2006 ［2］邱士安，機(jī)電一體化技術(shù) 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