齒輪傳動(dòng)式機(jī)器人畢業(yè)設(shè)計(jì)

畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書題目齒輪傳動(dòng)式機(jī)器人設(shè)計(jì)學(xué)號(hào)姓名班級(jí)專業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化指導(dǎo)教師學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院答辯日期摘要隨著工業(yè)自動(dòng)化發(fā)展，機(jī)器人在工業(yè)中的應(yīng)用越來(lái)越重要。文章主要是對(duì)機(jī)器人手抓及其主要傳動(dòng)部件的設(shè)計(jì)和計(jì)算。本次設(shè)計(jì)主要是機(jī)器人的手抓對(duì)直徑為80150，質(zhì)量為5千克的物體進(jìn)行抓取。設(shè)計(jì)時(shí)主要對(duì)手抓的力學(xué)分析、夾緊等，并計(jì)算齒輪及軸的數(shù)據(jù)。采用UG軟件對(duì)機(jī)器人的手抓進(jìn)行三維建模和運(yùn)動(dòng)仿真。關(guān)鍵詞齒輪；手抓；軸；電機(jī)ABSTRACTWITHTHEDEVELOPMENTOFINDUSTRIALAUTOMATION,ROBOTHASBEENUSEDININDUSTRYMOREANDMOREIMPORTANTTHISPAPERISMAINLYONTHEROBOTHANDANDITSMAJORCOMPONENTSAREDESIGNEDANDCALCULATEDTHECRAWLDIAMETER80150MMAMASSOF5KGWORKPIECEROBOTISDESIGNEDANALYSISOFMECHANICALHAND,THECLAMPINGISDESIGNEDGEARANDSHAFTDATAWERECALCULATEDTHEROBOTSCRAWLWORKPIECEISCREATEDBY3DMODELINGANDMOTIONSIMULATIONKEYWORDSGEARSCLUTCHSHAFTMOTOR目錄摘要IABSTRACTII第1章緒論1第2章工業(yè)機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì)3第3章機(jī)器人的總體設(shè)計(jì)方案531行星齒輪減速機(jī)的特點(diǎn)與應(yīng)用531液壓傳動(dòng)與氣壓傳動(dòng)的比較7第4章機(jī)器人的設(shè)計(jì)841機(jī)器人手爪的設(shè)計(jì)842機(jī)器人小臂上齒輪、軸的設(shè)計(jì)1343機(jī)器人大臂上齒輪、軸的設(shè)計(jì)1544機(jī)器人機(jī)身上齒輪、軸的設(shè)計(jì)1845機(jī)器人底座上齒輪、軸的設(shè)計(jì)20第5章機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)仿真26第6章總結(jié)28參考文獻(xiàn)29致謝31第1章緒論機(jī)械手是用于再現(xiàn)人手的功能的技術(shù)裝置手。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)械手被稱為工業(yè)機(jī)械手。工業(yè)機(jī)械手是近代自動(dòng)控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項(xiàng)新技術(shù)，并已成為現(xiàn)代機(jī)械制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分，這種新技術(shù)發(fā)展很快，逐漸成為一門新興的學(xué)科機(jī)械手工程。機(jī)械手涉及到力學(xué)、機(jī)械學(xué)、電器液壓技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感器技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域，是一門跨學(xué)科綜合技術(shù)。工業(yè)機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來(lái)的一種高科技自動(dòng)生產(chǎn)設(shè)備。工業(yè)機(jī)械手也是工業(yè)機(jī)器人的一個(gè)重要分支。他的特點(diǎn)是可以通過編程來(lái)完成各種預(yù)期的作業(yè)，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)在人的智能和適應(yīng)性。機(jī)械手作業(yè)的準(zhǔn)確性和環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域有著廣泛的發(fā)展空間。機(jī)械手的發(fā)展是由于它的積極作用正日益為人們所認(rèn)識(shí)其一、它能夠?qū)崿F(xiàn)部分的代替人工操作；其二、它能按照生產(chǎn)工藝的要求，遵循一定的程序、時(shí)間和位置來(lái)完成工件的傳送和裝卸；其三、它能操作必要的機(jī)具進(jìn)行焊接和裝配，從而大大的改善了工人的勞動(dòng)條件，顯著的提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化的步伐。因而，受到很多國(guó)家的重視，投入大量的人力物力來(lái)研究和應(yīng)用。尤其是在高溫、高壓、粉塵、噪音以及帶有放射性和污染的場(chǎng)合，應(yīng)用的更為廣泛。在我國(guó)近幾年機(jī)械手也有較快的發(fā)展，并且取得一定的效果，也受到機(jī)械工業(yè)的重視。機(jī)械手是一種能自動(dòng)控制并可編程的多功能機(jī)器，他有多個(gè)自由度，可以搬運(yùn)物體以完成在不同環(huán)境中的工作。機(jī)械手的結(jié)構(gòu)形式剛開始是比較簡(jiǎn)單，且專用性較強(qiáng)。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，制成了能夠獨(dú)立按程序控制完成實(shí)現(xiàn)重復(fù)操作，適用范圍比較廣的“程序控制通用機(jī)械手”，簡(jiǎn)稱通用機(jī)械手。由于通用機(jī)械手能快速的改變了工作程序，適應(yīng)性較強(qiáng)，所以它在不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量生產(chǎn)中獲得廣泛的引用。在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程中的自動(dòng)化已成為突出的主題。各行各業(yè)的自動(dòng)化水平越來(lái)越高，現(xiàn)代化加工車間，常配有機(jī)械手，以提高生產(chǎn)效率，完成工人難以完成的或者危險(xiǎn)的工作?？稍跈C(jī)械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)很大程度上不是連續(xù)的。據(jù)資料介紹，美國(guó)生產(chǎn)的全部工業(yè)零件中，有75是小批量生產(chǎn)；金屬加工生產(chǎn)批量中有四分之三在50件以下，零件真正在機(jī)床上加工的時(shí)間僅占零件生產(chǎn)時(shí)間的5。從這里可以看出，裝卸、搬運(yùn)等工序機(jī)械化的迫切性，工業(yè)機(jī)械手就是為實(shí)現(xiàn)這些工序的自動(dòng)化而產(chǎn)生的。目前在我國(guó)機(jī)械手常用于完成的工作有注塑工業(yè)中從模具中快速抓取制品并將制品傳誦到下一個(gè)生產(chǎn)工序；機(jī)械手加工行業(yè)中用于取料、送料；澆鑄行業(yè)中用于提取高溫熔液等等。本文以能夠?qū)崿F(xiàn)這類工作的搬運(yùn)機(jī)械手為研究對(duì)象。下面具體說明機(jī)械手在工業(yè)方面的應(yīng)用。總的來(lái)說機(jī)械手是在機(jī)械化，自動(dòng)化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來(lái)的一種新型裝置。它是機(jī)器人的一個(gè)重要分支。它的特點(diǎn)是可通過編程來(lái)完成各種預(yù)期的作業(yè)任務(wù)，在結(jié)構(gòu)和性能上具有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)了人的智能和適應(yīng)性?，F(xiàn)代生產(chǎn)過程中，機(jī)械手被廣泛應(yīng)用于自動(dòng)生產(chǎn)線，雖然機(jī)械手在靈活性上不如人手，但是它具有不斷重復(fù)工作，不知疲倦，不怕危險(xiǎn)，抓舉重物的能力強(qiáng)于人手。第2章工業(yè)機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì)1隨著工業(yè)機(jī)器人性能不斷提高高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修，而單機(jī)價(jià)格不斷下降，平均單機(jī)價(jià)格從91年的103萬(wàn)美元降至97年的65萬(wàn)美元。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(cè)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)器人整機(jī)；國(guó)外已有模塊化裝配機(jī)器人產(chǎn)品問市。3工業(yè)機(jī)器人控制系統(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機(jī)器人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)器人還應(yīng)用了視覺、力覺等傳感器，而遙控機(jī)器人則采用視覺、聲覺、力覺、觸覺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。5虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在機(jī)器人中的作用已從仿真、預(yù)演發(fā)展到用于過程控制如使遙控機(jī)器人操作者產(chǎn)生置身于遠(yuǎn)端作業(yè)環(huán)境中的感覺來(lái)操縱機(jī)器人。6當(dāng)代遙控機(jī)器人系統(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)器人的人機(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)器人走出實(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)器人就是這種系統(tǒng)成功應(yīng)用的最著名實(shí)例。7機(jī)器人化機(jī)械開始興起。從94年美國(guó)開發(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，紛紛探索開拓其實(shí)際應(yīng)用的領(lǐng)域。我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人從80年代“七五”科技攻關(guān)開始起步，在國(guó)家的支持下，通過“七五”、“八五”科技攻關(guān)，目前己基本掌握了機(jī)器人操作機(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)器人關(guān)鍵元器件，開發(fā)出噴漆、弧焊、點(diǎn)焊、裝配、搬運(yùn)等機(jī)器人其中有130多臺(tái)套噴漆機(jī)器人在二十余家企業(yè)的近30條自動(dòng)噴漆生產(chǎn)線站上獲得規(guī)模應(yīng)用，弧焊機(jī)器人己應(yīng)用在汽車制造廠的焊裝線上。但總的來(lái)看，我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人技術(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)器人應(yīng)用工程起步較晚，應(yīng)用領(lǐng)域窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與國(guó)外比有差距在應(yīng)用規(guī)模上，我國(guó)己安裝的國(guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人約200臺(tái)，約占全球已安裝臺(tái)數(shù)的萬(wàn)分之四。以上原因主要是沒有形成機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，當(dāng)前我國(guó)的機(jī)器人生產(chǎn)都是應(yīng)用戶的要求，“一客戶，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、模塊化設(shè)計(jì)，積極推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程我國(guó)的智能機(jī)器人和特種機(jī)器人在“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)器人，6000M水下無(wú)纜機(jī)器人的成果居世界領(lǐng)先水平，還開發(fā)出直接遙控機(jī)器人、雙臂協(xié)調(diào)控制機(jī)器人、爬壁機(jī)器人、管道機(jī)器人等機(jī)種在機(jī)器人視覺、力覺、觸覺、聲覺等基礎(chǔ)技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用上開展了不少工作，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)器人、智能裝配機(jī)器人、機(jī)器人化機(jī)械等的開發(fā)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“十五”后期立于世界先進(jìn)行列之中。第3章機(jī)器人的總體設(shè)計(jì)方案機(jī)器人在抓取工件時(shí)通過氣缸的運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)手抓的閉合。在抓取工件時(shí)手抓需要一定的夾緊力，這由工件的質(zhì)量及手抓結(jié)構(gòu)決定。在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中先確定手抓的形狀及其質(zhì)量以及手抓的轉(zhuǎn)動(dòng)速度來(lái)確定電機(jī)及手抓的動(dòng)力源，從而對(duì)齒輪及軸進(jìn)行計(jì)算。整個(gè)傳動(dòng)分為四部分小臂與手抓的傳動(dòng)、大臂與小臂的傳動(dòng)、機(jī)身與大臂的傳動(dòng)、底座與機(jī)身的傳動(dòng)。每一部分的傳動(dòng)都由電機(jī)提供動(dòng)力，再通過齒輪傳動(dòng)來(lái)完成。31行星齒輪減速機(jī)的特點(diǎn)與應(yīng)用減速機(jī)在我國(guó)經(jīng)濟(jì)中起到核心地位的作用，它使用在伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)和負(fù)載之間，通過降低速度來(lái)提高扭矩、匹配慣量。減速的機(jī)類型有許多種，在目前的市場(chǎng)上主要有擺線針輪減速機(jī)、行星齒輪減速機(jī)、渦輪蝸桿減速機(jī)、齒輪減速機(jī)等，由于行星減速機(jī)精度高，免維護(hù)等原因在市場(chǎng)上越來(lái)越受到廣大用戶的喜愛，但其價(jià)格比較貴。減速機(jī)一般用于低轉(zhuǎn)速大扭矩的傳動(dòng)設(shè)備，把電機(jī)、內(nèi)燃機(jī)或其他高速運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力通過減速機(jī)的輸入軸上的齒數(shù)的齒輪嚙合輸出軸上的大齒輪來(lái)達(dá)到減速目的，普通的減速機(jī)也會(huì)有幾對(duì)相同原理的齒輪來(lái)完成減速效果，大小齒輪的齒數(shù)比就是傳動(dòng)比。減速機(jī)是一種動(dòng)力傳達(dá)機(jī)構(gòu)，利用齒輪的轉(zhuǎn)換器，將馬達(dá)的會(huì)轉(zhuǎn)數(shù)減速到所需要的回轉(zhuǎn)數(shù)，并得到加大轉(zhuǎn)矩的機(jī)構(gòu)。幾種型號(hào)的行星齒輪減速機(jī)如圖31、圖32所示圖31全系列行星齒輪減速機(jī)圖32PWD215帶腳底行星齒輪減速機(jī)311行星齒輪減速機(jī)的優(yōu)點(diǎn)1）減速機(jī)的以及小。2）減速機(jī)的精度高，一般間隙能到10弧分以下，一轉(zhuǎn)360度，1度有60弧分。3）減速機(jī)的傳動(dòng)效率高，一般在95以上。4）減速機(jī)的輸出扭矩高。5）減速機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)平順噪音小，一般在65分貝以下；其適用于網(wǎng)印設(shè)備、切割焊接設(shè)備、包裝機(jī)械、印刷機(jī)械、生產(chǎn)機(jī)械手、半導(dǎo)體設(shè)備、鋰電設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備、試驗(yàn)機(jī)以及各種非標(biāo)設(shè)備。312行星減速機(jī)的選型1）首先應(yīng)選擇與電機(jī)安裝法蘭相匹配的行星齒輪減速電機(jī)，其中電機(jī)都是按照安裝法蘭來(lái)分類的，例如伺服電機(jī)分為40系列、60系列、80系列、110系列、130系列、150系列、180系列等；步進(jìn)電機(jī)分為42系列、57系列、86系列、110系列、130系列等，行星減速機(jī)也是根據(jù)安裝法蘭來(lái)確定型號(hào)的，因此400W60系列的伺服電機(jī)或57的步進(jìn)電機(jī)一般選60系列的行星齒輪減速機(jī)；750W80系列的伺服電機(jī)或86的步進(jìn)電機(jī)選80系列的行星減速機(jī)。在選擇的時(shí)候要嚴(yán)格按照安裝法蘭來(lái)選。2）減速機(jī)的輸入和輸出形式輸入方面有，有孔輸入和周輸入；輸出方面有軸輸出、孔輸出等。3）減速比的確定具體的減速比是由設(shè)備廠家根據(jù)自己的設(shè)備要求來(lái)確定的。就目前行星齒輪減速機(jī)一般可分為3級(jí)，也有廠家只有2級(jí)，1級(jí)減速一般在20以下；2級(jí)減速一般在20100之間，3級(jí)減速在100以上，級(jí)數(shù)越高所需要的價(jià)格越高以及間隙越大。4）減速機(jī)外形的選擇有圓形的減速機(jī)、也有方形的減速機(jī)。由于方形額定輸出扭矩比圓形大，而且在制作工藝比圓形復(fù)雜等原因，方形一般比圓形要貴在選擇時(shí)一般比較傾向圓形。32液壓傳動(dòng)與氣壓傳動(dòng)的比較1）在傳動(dòng)時(shí)液壓傳動(dòng)比氣壓傳動(dòng)壓力高，動(dòng)力大。由于抓取工件的質(zhì)量較大所以選擇液壓傳動(dòng)較好，2）液壓的傳動(dòng)精度比氣壓的高，氣缸一般傳動(dòng)比較簡(jiǎn)單只有伸出和收回兩個(gè)動(dòng)作，而液壓的動(dòng)作可以是多樣化的加上比例閥或伺服閥后，能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)作的加速和減速操作起來(lái)更為方便。在油缸上加上位移傳感器后還可以進(jìn)行位移的反饋，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制系統(tǒng)所以液壓轉(zhuǎn)動(dòng)較為氣壓傳動(dòng)較好。3）在傳動(dòng)時(shí)液壓傳動(dòng)的停頓比氣壓傳動(dòng)停頓?。ㄒ后w和氣體受到壓力作用體積會(huì)壓縮而相同壓力下液體體積變化較?。?，應(yīng)此選液壓傳動(dòng)較好。4）液壓傳動(dòng)的平穩(wěn)性要比氣壓傳動(dòng)好。綜上述液壓傳動(dòng)比氣壓傳動(dòng)的一些優(yōu)越性，在設(shè)計(jì)中應(yīng)選液壓傳動(dòng)為手抓的動(dòng)力源。第4章機(jī)器人的設(shè)計(jì)41機(jī)器人手爪的設(shè)計(jì)下面對(duì)手抓的基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)分析滑槽杠桿圖41（A）為常見的滑槽杠桿式手部結(jié)構(gòu)。AB圖41滑槽杠桿式手部結(jié)構(gòu)、受力分析1手指2銷軸3杠桿在杠桿3的作用下，銷軸2向上的拉力為F，并通過銷軸中心O點(diǎn)，兩手指1的滑槽對(duì)銷軸的反作用力為F1和F2，其力的方向垂直于滑槽的中心線和并指1O2向點(diǎn)，交和的延長(zhǎng)線于A及B。O1F2由0得X120得Y12COSF1F由0得H01MNCOSAF2NBF（41）式中A手指的回轉(zhuǎn)支點(diǎn)到對(duì)稱中心的距離（MM）。工件被夾緊時(shí)手指的滑槽方向與兩回轉(zhuǎn)支點(diǎn)的夾角。由分析可知，當(dāng)驅(qū)動(dòng)力一定時(shí)，角增大，則握力也隨之增大，但角過FNF大會(huì)導(dǎo)致拉桿行程過大，以及手部結(jié)構(gòu)增大，因此最好。034夾緊力及驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算手指加在工件上的夾緊力，是設(shè)計(jì)手部的主要依據(jù)。必須對(duì)大小、方向和作用點(diǎn)進(jìn)行分析計(jì)算。一般來(lái)說，需要克服工件重力所產(chǎn)生的靜載荷以及工件運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化的慣性力產(chǎn)生的載荷，以便工件保持可靠的夾緊狀態(tài)。手指對(duì)工件的夾緊力可按公式計(jì)算123NFKG（42）式中，安全系數(shù)，通常1220。1K工作情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響?？山瓢聪率焦?其中A，重力方向的最大上升加速度。BMAXVT響式中，運(yùn)載時(shí)工件最大上升速度。MAXV系統(tǒng)達(dá)到最高速度的時(shí)間，一般選取00305S。T響方位系數(shù)，根據(jù)手指與工件位置不同進(jìn)行選擇。3KG被抓取工件所受重力（N）。表41液壓缸的工作壓力作用在活塞上外力F（N）液壓缸工作壓力MPA作用在活塞上外力F（N）液壓缸工作壓力MPA小于50000810200003000020405000100001520300005000040501000020000253050000以上5080計(jì)算設(shè)A100MM,B50MM,；機(jī)械手達(dá)到最高響應(yīng)時(shí)間為05S，0104求夾緊力和驅(qū)動(dòng)力和驅(qū)動(dòng)液壓缸的尺寸。NF設(shè)。15K10221BA05983根據(jù)公式；將已知條件帶入15NFN3940517根據(jù)驅(qū)動(dòng)力公式得1796N3COS0122驅(qū)取。08513805796F驅(qū)實(shí)際確定液壓缸的直徑D24DDP實(shí)際（43）選取活塞桿直徑D05D,選擇液壓缸壓力油工作壓力P081MPA。524416208708105FP實(shí)際根據(jù)表42中得表42液壓缸的參數(shù)（JB82666），選取液壓缸內(nèi)徑為D40MM。則活塞桿內(nèi)徑為取D22MM。為了保證手抓張開角為，活塞桿運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)度為30MM。06手爪夾持范圍，手指長(zhǎng)100MM,當(dāng)手抓沒有張開角的時(shí)候，如圖42（A）所示，根據(jù)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，它的最小夾持半徑，當(dāng)張開時(shí)，如圖42（B）所示，最1R406大夾持半徑計(jì)算如下2R0023COS9TG機(jī)械手的夾持半徑從4090MM。（A）B圖42手抓張開示意圖機(jī)械手的精度設(shè)計(jì)要求工件定位準(zhǔn)確,抓取精度高,重復(fù)定位精度和運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性好,并有足夠的抓取能力。機(jī)械手能否準(zhǔn)確夾持工件，把工件送到指定位置，不僅取決于機(jī)械手的定位精度（由臂部和腕部等運(yùn)動(dòng)部件來(lái)決定），而且也于機(jī)械手夾持誤差大小有關(guān)。特別是在多品種的中、小批量生產(chǎn)中，為了適應(yīng)工件尺寸在一定范圍內(nèi)變化，一定進(jìn)行機(jī)械手的誤差。圖43手抓夾持誤差分析示意圖該設(shè)計(jì)以棒料來(lái)分析機(jī)械手的夾持誤差精度。機(jī)械手的夾持范圍為80MM180MM。一般夾持誤差不超過1MM,分析如下。工件的平均半徑9042CPR65M手指長(zhǎng),取V型夾角。10LM1偏轉(zhuǎn)角按最佳偏轉(zhuǎn)角確定1106COSCOS4IN0INCPRL計(jì)算0IN0RL5當(dāng)S時(shí)帶入有MAXIN（44）2222MAXMINCOSCOS0678SINISIMAXMAXRLLLL夾持誤差滿足設(shè)計(jì)要求。42機(jī)器人小臂上齒輪、軸的設(shè)計(jì)421選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料1）工作機(jī)一般速度不高，故精度不高選等級(jí)為7級(jí)。2）材料的選擇。通過查書選小齒輪材料為40CR，硬度為280HBS，大齒輪材料為剛，硬度240HBS，其硬度相差40HBS。3）選小齒輪齒數(shù)為12大齒輪齒數(shù)為121518。1Z2Z4）齒面接觸強(qiáng)度。422確定公式的各數(shù)值1選取載荷系數(shù)為13。1K2小齒輪的傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩。手抓的質(zhì)量約為9KG；電機(jī)可以從表43中選擇表43電機(jī)的型號(hào)及參數(shù)公式10VFP0（45）9841W則可以得出14W。0P電機(jī)的型號(hào)選為362YX03PX36；電機(jī)轉(zhuǎn)矩為095NM。3選取齒寬系數(shù)為。1D4）選取彈性影響系數(shù)為。21A89MPZE5）查疲勞強(qiáng)度極限小齒輪；大齒輪為。IM601HLMPAHLIM5026選取接觸疲勞壽命系數(shù)為；。KN10HN27）安全系數(shù)為S1則。5HLIM423小齒輪的分度圓直徑1TD3211H2EUKTZDT（46）1364MM取14。TD11）中心距的確定30IDT12A（47）2選取113MMNM21COSZA（48）取15。N/COS15MM1DNM1Z/COS27MM22A225MM大齒輪如圖44圖44直徑為27MM的齒輪3）軸的計(jì)算軸與齒輪的配合處軸的12MM；選取兩端軸成為6MM。B15MM；手抓與小臂間連接處寬為36MM。如圖45中53MM，77MM，25MM，203MM。圖45長(zhǎng)為633MM的軸通過計(jì)算可得軸長(zhǎng)L633MM。43機(jī)器人大臂上齒輪、軸的設(shè)計(jì)431選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料1）工作機(jī)一般速度不高，故精度不高選等級(jí)為7級(jí)。2）材料的選擇。通過查書選小齒輪材料為40CR，硬度為280HBS，大齒輪材料為剛，硬度240HBS，其硬度相差40HBS。3）選小齒輪齒數(shù)為17大齒輪齒數(shù)為173253。1Z2Z4）齒面接觸強(qiáng)度。432確定公式的各數(shù)值1）選取載荷系數(shù)為13。1K2）小齒輪的傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩。由于電機(jī)帶動(dòng)的質(zhì)量為300N則；電機(jī)可由表44中選擇表44電機(jī)的型號(hào)及參數(shù)公式10VFP0（49）236W則可以得出36W。0P電機(jī)的型號(hào)為36LYX04PX，電機(jī)轉(zhuǎn)矩為169NM。3選取齒寬系數(shù)為。1D4）選取彈性影響系數(shù)為。21A89MPZE5）查疲勞強(qiáng)度極限小齒輪；大齒輪為。IM601HLMPAHLIM5026選取接觸疲勞壽命系數(shù)為；。KN10HN27）安全系數(shù)為S1則。5HLIM433小齒輪的分度圓直徑1TD2131217HTDKTUEMZ（410）則，取17。TD11）中心距的確定41MM411IDT12A2）選取145MMNM21COSZA取15。N/COS255MM1DNM1Z/COS795MM22A525MM大齒輪如圖46圖46直徑為795MM的齒輪3）軸的計(jì)算軸與齒輪的配合處軸的24MM；選取兩端軸成為12MM。B32MM；手抓與小臂間連接處寬為683MM。如圖47中8MM，25MM，445MM，341MM。圖47長(zhǎng)為1266MM的軸通過計(jì)算可得軸長(zhǎng)L1266MM。44機(jī)器人機(jī)身上齒輪、軸的設(shè)計(jì)441選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料1工作機(jī)一般速度不高，故精度不高選等級(jí)為7級(jí)。2材料的選擇。通過查書選小齒輪材料為40CR，硬度為280HBS，大齒輪材料為剛，硬度240HBS，其硬度相差40HBS。3選小齒輪齒數(shù)為17大齒輪齒數(shù)為173253。1Z2Z4齒面接觸強(qiáng)度。442確定公式的各數(shù)值1選取載荷系數(shù)為13。1K2小齒輪的傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩。由于電機(jī)帶動(dòng)的質(zhì)量為450N；電機(jī)由表45中選擇表45電機(jī)的型號(hào)及參數(shù)公式41210VFP0654W29則可以得出2925W。0P電機(jī)的型號(hào)為36LYX03PX36，選電機(jī)轉(zhuǎn)矩為317NM。3選取齒寬系數(shù)為。1D4選取彈性影響系數(shù)為。21A89MPZE5查疲勞強(qiáng)度極限小齒輪；大齒輪為。IM601HLMPAHLIM5026選取接觸疲勞壽命系數(shù)為；。KN10HN27安全系數(shù)為S1則。5HLIM443小齒輪的分度圓直徑1TD413213123HTDKTUEMZ取32MM。TD11）中心距的確定656MM414IDT12A2選取1815MMNM21COSZA取2MM。N1D/COS34MMNM1Z/COS106MM22A70MM大齒輪如圖48圖48直徑為106MM的齒輪3軸的計(jì)算軸與齒輪的配合處軸的30MM；選取兩端軸成為18MM。B42MM；手抓與小臂間連接處寬為1366MM。如圖49中12MM，55MM，754MM，335MM。圖49長(zhǎng)為1969MM的軸通過計(jì)算可得軸長(zhǎng)L1969MM。45機(jī)器人底座上齒輪、軸的設(shè)計(jì)451兩級(jí)減速1）選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料。2）工作機(jī)一般速度不高，故精度不高選等級(jí)為7級(jí)。3）材料的選擇。通過查書選小齒輪材料為40CR，硬度為280HBS，大齒輪材料為剛，硬度240HBS，其硬度相差40HBS。4）選小齒輪齒數(shù)為21大齒輪齒數(shù)為213267。1Z2Z5齒面接觸強(qiáng)度。452確定公式的各數(shù)值1）選取載荷系數(shù)為13。1K2）小齒輪的傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩。由于電機(jī)帶動(dòng)的質(zhì)量為550N；電機(jī)由表46中選表46電機(jī)的型號(hào)及參數(shù)通過圖410可以知道電機(jī)的基本尺寸。圖410電機(jī)的基本尺寸公式41510VFP06539W則可以得出39W。0P電機(jī)的型號(hào)36LYX04PX，選電機(jī)轉(zhuǎn)矩為1905NM。3選取齒寬系數(shù)為。1D4）選取彈性影響系數(shù)為。21A89MPZE5）查疲勞強(qiáng)度極限小齒輪；大齒輪為。IM601HLMPAHLIM5026選取接觸疲勞壽命系數(shù)為；。KN10HN27）安全系數(shù)為S1則。5HLIM453小齒輪的分度圓直徑1TD41621312HTDKTUEZ3585MM取40。TD11）中心距的確定84MM417IDT12A2選取199MMNM21COSZA取2MM。N1D/COS42MMNM1Z/COS134MM22A88MM大齒輪如圖411圖411直徑為134MM的齒輪3）軸的計(jì)算軸與齒輪的配合處軸的30MM；選取兩端軸成為27MM；B50MM；如圖412中30MM，42MM，65MM，815MM，355。圖412長(zhǎng)為229MM的軸通過計(jì)算可得軸長(zhǎng)L252MM。4541級(jí)減速1）選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料。2）工作機(jī)一般速度不高，故精度不高選等級(jí)為7級(jí)。3）材料的選擇。通過查書選小齒輪材料為40CR，硬度為280HBS，大齒輪材料為剛，硬度240HBS，其硬度相差40HBS。4）選小齒輪齒數(shù)為17大齒輪齒數(shù)為173253。1Z2Z5齒面接觸強(qiáng)度。455確定公式的各數(shù)值1選取載荷系數(shù)為13。1K2小齒輪的傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩。由于電機(jī)帶動(dòng)的質(zhì)量為500N；電機(jī)由表47中選則表47電機(jī)的型號(hào)及參數(shù)公式41810VFP06542W可以得出4225W。0P電機(jī)的型號(hào)36LYX04PX。電機(jī)轉(zhuǎn)矩為1905NM。3選取齒寬系數(shù)為。1D4）選取彈性影響系數(shù)為。21A89MPZE5）查疲勞強(qiáng)度極限小齒輪；大齒輪為。IM601HLMPAHLIM5026選取接觸疲勞壽命系數(shù)為；。KN10HN27）安全系數(shù)為S1則。5HLIM456小齒輪的分度圓直徑1TD4193211H2EUKTZDT32MM取32TD11）中心距的確定656MM420IDT12A2選取1815MMNM21COSZA取2MMN1D/COS34MMNM1Z/COS106MM22A70MM大齒輪如圖413圖413直徑為106MM的齒輪3軸的計(jì)算軸與齒輪的配合處軸的30MM；選取兩端軸成為18MM；B42MM；如圖414中21MM，50MM，25MM，29MM，375MM。圖414齒輪軸軸通過計(jì)算可得軸長(zhǎng)L1565MM。第5章機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)仿真在仿真前，先對(duì)機(jī)器人的手抓進(jìn)行三維建模如圖52。在圖中可以看出手抓可以看作由三部分組成手指、銷、連桿（其中連桿起活塞的作用）。打開UG，選擇開始里面的運(yùn)動(dòng)仿真具體操作如下1）三次選則連桿分別是兩次手指的選則、連桿和銷的選擇（連桿和銷看作一個(gè)連桿）。2移動(dòng)副的選擇連桿和銷軸為可動(dòng)的、兩個(gè)銷孔位固定的。3選擇連桿和銷為駕駛員，并且設(shè)定時(shí)間、速度及運(yùn)動(dòng)方向。4）對(duì)仿真過程進(jìn)行仿真演示。5）對(duì)連桿的速度和手指的張合角度的增量進(jìn)行圖表生成。操作步驟也可以在圖51中看出圖51仿真的具體操作圖52運(yùn)動(dòng)仿真三維圖圖53運(yùn)動(dòng)仿真通過UG軟件來(lái)模擬現(xiàn)實(shí)中機(jī)器人對(duì)零件的抓取來(lái)達(dá)到目的。圖52、圖53中由具體的仿真運(yùn)動(dòng)（手抓的張開與閉合）觀察手抓在抓取零件時(shí)各部件之間的運(yùn)動(dòng)從而達(dá)到預(yù)期目的。通過對(duì)機(jī)器人手抓的運(yùn)動(dòng)仿真可以看出連桿的運(yùn)動(dòng)和手抓的張開閉合有一定關(guān)系。在圖54中可以看出連桿運(yùn)動(dòng)的快慢直接影響手抓的角度增幅。當(dāng)連桿速度一定時(shí)增幅角度也一定?？梢院?jiǎn)單認(rèn)為二者的運(yùn)動(dòng)關(guān)系為正比關(guān)系。圖54連桿速度與手抓角度張合增幅通過對(duì)機(jī)器人手抓的運(yùn)動(dòng)仿真，從中可以較為清晰的看到手抓在抓去工件時(shí)的幾個(gè)傳動(dòng)。以動(dòng)力源（連桿）在X軸方向上的往復(fù)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)銷軸一起運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)過程中銷軸通過滑槽帶動(dòng)手指做開合運(yùn)動(dòng)（手指在運(yùn)動(dòng)時(shí)是繞著銷孔轉(zhuǎn)動(dòng)的）。通過這樣一個(gè)簡(jiǎn)單的仿真就可以較為清楚的知道手抓簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)（兩個(gè)手指、在手指上要有個(gè)支架、液壓缸、銷。）。這使得在設(shè)計(jì)機(jī)器人手抓更為容易。第6章總結(jié)通過了解機(jī)器人對(duì)人類工業(yè)發(fā)展的意義及其價(jià)值，這些對(duì)于設(shè)計(jì)機(jī)器人也具有一定的意義。例如機(jī)械手的結(jié)構(gòu)形式比較簡(jiǎn)單，專用性較強(qiáng)，具有不斷重復(fù)工作，不知疲倦，不怕危險(xiǎn)，抓舉重物的能力強(qiáng)于人手。通用機(jī)械手能快速的改變了工作程序，適應(yīng)性較強(qiáng)。由于機(jī)械手具有以上特點(diǎn)所以它在不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量生產(chǎn)中獲得廣泛的引用。機(jī)器人的設(shè)計(jì)主要集中在3、4、5章。第3章主要是行星齒輪減速電機(jī)的特點(diǎn)及液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)。其中了解到行星齒輪減速電機(jī)它具有轉(zhuǎn)速低、傳動(dòng)的力較大、功率小等特點(diǎn)。液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，主要是液壓傳動(dòng)平穩(wěn)性高、裝置的重量輕結(jié)構(gòu)緊湊慣性小等優(yōu)點(diǎn)。第4章手抓的設(shè)計(jì)，其中主要是手抓夾緊力和基本尺寸的計(jì)算以及手抓的動(dòng)力源的選擇。第5章主要是電機(jī)計(jì)算以及齒輪和軸的計(jì)算。在第6章中主要是機(jī)器人手抓的運(yùn)動(dòng)仿真。通過全文我們了在對(duì)機(jī)器人設(shè)計(jì)的過程中有必要了解的東西，如電機(jī)、齒輪、手抓、液壓缸以及其他在設(shè)計(jì)過程中所涉及到的內(nèi)容。特別是有關(guān)的計(jì)算更為重要。參考文獻(xiàn)1楊化書,曲新峰工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展J黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),20040442432何樂基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的換熱器仿真系統(tǒng)研究D燕山燕山大學(xué),20033江濟(jì)良,屠大維,張國(guó)棟,趙其杰基于認(rèn)知模型的室內(nèi)移動(dòng)服務(wù)機(jī)器人人機(jī)耦合協(xié)同作業(yè)機(jī)制J智能系統(tǒng)學(xué)報(bào),2012,032512584曹龍華機(jī)械原理M北京高等教育出版社,19865鄒慧君,傅祥志,張春林,李杞儀機(jī)械原理M北京高等教育出版社,19996曹龍華機(jī)械原理M北京高等教育出版社,19867傅則紹機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)M成都成都科技大學(xué)出版社,19888鄒慧君機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)手冊(cè)M上海上海交通大學(xué)出版社,19949孟憲源,姜琪機(jī)構(gòu)構(gòu)型與應(yīng)用M北京機(jī)械工業(yè)出版社,200510王興海,安永辰,工業(yè)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的動(dòng)力優(yōu)化設(shè)計(jì)J哈爾濱工