玻璃自動(dòng)送料機(jī)械手說(shuō)明書(shū)

1、西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 目 錄摘要1.前言2.機(jī)械手設(shè)計(jì)任務(wù)1.1 機(jī)械手國(guó)內(nèi)外發(fā)展和分類(lèi)1.2 本課題內(nèi)容和要求3.設(shè)計(jì)方案論證2.1 機(jī)械手的總體設(shè)計(jì)2.2機(jī)械手腰座設(shè)計(jì)2.3 機(jī)械手手部設(shè)計(jì)2.4 機(jī)械手小臂設(shè)計(jì)2.5機(jī)械手大臂設(shè)計(jì)4.理論分析和設(shè)計(jì)計(jì)算3.1 手部設(shè)計(jì)計(jì)算3.2 腰身設(shè)計(jì)計(jì)算3.3 大臂設(shè)計(jì)計(jì)算3.4 小臂設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)論摘 要 在當(dāng)今大規(guī)模制造業(yè)中，企業(yè)為保障產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，普遍重視生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化程度高低，工業(yè)機(jī)器人作為自動(dòng)化生產(chǎn)線上的重要部分，已經(jīng)逐漸被企業(yè)所認(rèn)同并采用。工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用程度和技術(shù)水平在一定程度上反映了一個(gè)國(guó)家工業(yè)自動(dòng)化的水平。機(jī)械手是在自動(dòng)化

2、生產(chǎn)過(guò)程中使用的一種具有抓取和移動(dòng)工件功能的自動(dòng)化裝置，它是在機(jī)械化、自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)展起來(lái)的一種新型裝置。由于在工業(yè)生產(chǎn)中玻璃的加工需要短距離送料，人工既費(fèi)時(shí)費(fèi)力又危險(xiǎn)易碎，因此利用機(jī)械手裝置進(jìn)行玻璃的自動(dòng)送料是能提高生產(chǎn)效率和降低破損率和減少危險(xiǎn)的。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)即為玻璃自動(dòng)送料機(jī)械手的設(shè)計(jì)，采用直角坐標(biāo)型的結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)三個(gè)自由度，即升降、伸縮，直線送料三個(gè)運(yùn)動(dòng)。機(jī)械手手部采用氣流負(fù)壓式洗盤(pán)裝置，小臂為液壓缸裝置升降控制送料高度，大臂用絲桿螺母機(jī)構(gòu)控制送料位置，腰身為齒輪齒條機(jī)構(gòu)控制機(jī)械手送料直線運(yùn)動(dòng)。通過(guò)資料收集，方案確定，設(shè)計(jì)計(jì)算、ProE三維建模以及工程圖繪制以達(dá)到本次設(shè)計(jì)要求和目的。

3、【關(guān)鍵詞】機(jī)械手、送料、 ProE AbstractIn todays mass manufacturing, the enterprises to ensure product quality, improve production efficiency, generally attaches great importance to the production process of high and low degree of automation, industrial robot as an important part of automatic production line, ha

4、s gradually become the enterprise is accepted and adopted. Application level and technical level of the industrial robot to a certain extent reflects a countrys industrial automation level.Manipulator is used in the automatic production process of a kind of which has the function of grab and move th

5、e workpiece automatic device, it is in the process of mechanization, automation production, developed a new type of device.Because the glass in the industrial production processing of short feeding, artificial both laborious and danger is fragile, so the use of automatic feeding manipulator device f

6、or glass is to be able to improve production efficiency and reduce the damage rate and reduce the risk.The graduation design is the glass automatic feeding manipulator is designed, using rectangular coordinates type structure, design of three degrees of freedom, namely, lifting, telescopic, linear f

7、eed three sports.Air suction washing plate device for the robot hand, forearm for hydraulic cylinder lifting device feed height, arm with control feed screw nut mechanism, girth gear rack mechanism for control feeding manipulator linear motion.Through data collection, the scheme, design calculation,

8、 ProE 3 d modeling and engineering in order to achieve the purpose of the design requirements and drawing.【Key words】manipulator；feeding； ProE1.前言 機(jī)械手自問(wèn)世以來(lái)，經(jīng)過(guò)了40多年的發(fā)展，已廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。機(jī)械手最早應(yīng)用于制造工業(yè)，常用于噴漆、焊接、搬運(yùn)和上下料。機(jī)械手可代替人從事危險(xiǎn)、有毒、有害、高溫、高壓、重載、噪音、粉塵和低溫等惡劣環(huán)境中的工作；代替人完成單調(diào)重復(fù)和繁重的勞動(dòng)，不僅減少了人力資源的浪費(fèi)，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，而且大大改善了工人的勞

9、動(dòng)條件，提高了生產(chǎn)效率和生產(chǎn)自動(dòng)化水平。目前機(jī)械手主要用于以下幾個(gè)方面。(1)惡劣的工作環(huán)境和危險(xiǎn)的工作在核工業(yè)中，核反應(yīng)堆內(nèi)具有較強(qiáng)的放射性，為了人員的安全，經(jīng)常需要機(jī)械手來(lái)完成相關(guān)的清理工作，另外在壓鑄、沖壓、熱處理、鍛造、噴漆車(chē)間以及有強(qiáng)烈紫外線照射的電弧焊等危險(xiǎn)領(lǐng)域的作業(yè)中也經(jīng)常需要用到機(jī)械手。(2)自動(dòng)化生產(chǎn)領(lǐng)域目前研制出了搬運(yùn)機(jī)械手、碼垛機(jī)械手、汽車(chē)座椅裝配機(jī)械手、點(diǎn)膠機(jī)械手等各類(lèi)工業(yè)機(jī)械手，主要用于生產(chǎn)上實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。如當(dāng)末端夾持焊槍時(shí)，可以對(duì)汽車(chē)或摩托車(chē)的車(chē)體進(jìn)行點(diǎn)焊或弧焊作業(yè)；當(dāng)末端安裝噴槍時(shí)可以進(jìn)行噴涂作業(yè)；當(dāng)末端安裝手鉗時(shí)，可以給壓鑄機(jī)或成型機(jī)進(jìn)行上下料作業(yè)或者用來(lái)裝配機(jī)械

10、零部件。目前我國(guó)已經(jīng)建成的自動(dòng)生產(chǎn)線有很多，如沈陽(yáng)水泵廠的環(huán)類(lèi)深井泵軸承體加工自動(dòng)線、上海動(dòng)力機(jī)廠的箱體類(lèi)氣缸蓋加工自動(dòng)線、大連電機(jī)廠的軸類(lèi)4號(hào)和5號(hào)電動(dòng)機(jī)軸加工自動(dòng)線、上海拖拉機(jī)齒輪廠的盤(pán)類(lèi)齒坯加工自動(dòng)線等等1。(3)在特殊作業(yè)場(chǎng)合進(jìn)行極限作業(yè)在一些極地探索、火山探險(xiǎn)、空間探索、深海探密等領(lǐng)域經(jīng)常要用到機(jī)器人去探索，目前研制出了螃蟹機(jī)器人，用于水下勘測(cè)任務(wù)操作，它的身體結(jié)構(gòu)接近于螃蟹，能夠完成指定的指令，也可以用于海洋搜尋及石油天然氣的勘測(cè)。還有用于國(guó)際空間站的機(jī)器人，可以對(duì)空間站的外表面進(jìn)行檢測(cè)。(4)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)目前研制出了太陽(yáng)能農(nóng)用機(jī)器人，他可以找到隱藏在農(nóng)作物中的雜草，這主要依賴(lài)于它的視

11、覺(jué)系統(tǒng)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有別于農(nóng)作物的植物時(shí)，它便利用數(shù)據(jù)庫(kù)提供的植物的特性與目標(biāo)植物加以比較，當(dāng)確定為雜草時(shí)，就會(huì)用機(jī)械手割斷雜草，同時(shí)還可以噴灑除草劑。(5)軍事應(yīng)用在軍事應(yīng)用中，軍人執(zhí)勤經(jīng)常會(huì)遇到危險(xiǎn)，這就需要機(jī)器人幫助完成執(zhí)勤任務(wù)，給機(jī)器人配備軍用機(jī)槍?zhuān)脵C(jī)器人完成炸彈清除工作。機(jī)械手在控制器的控制下，可以、仿人的手、腕、臂的動(dòng)作，按照固定的動(dòng)作流程進(jìn)行工作。我國(guó)絕大多數(shù)農(nóng)民工就業(yè)于勞動(dòng)密集型行業(yè)，勞動(dòng)密集型行業(yè)中絕大多數(shù)工作是簡(jiǎn)單的、重復(fù)性作業(yè)，這些工作沒(méi)有多少技術(shù)，農(nóng)民工很容易學(xué)會(huì)，但這些工作對(duì)從業(yè)者的體力反應(yīng)靈敏度或操作精確度有比較高的要求，因此，青年農(nóng)民工從事這些工作時(shí)勞動(dòng)生產(chǎn)率比較高

12、，但是非技術(shù)農(nóng)民工進(jìn)入中年后，體力、反應(yīng)靈敏度和操作精確度下降，勞動(dòng)生產(chǎn)率逐年降低。因此使用機(jī)械手，不但降低了人的體力勞動(dòng)，減少人力資源的浪費(fèi)，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，而且大大改善了工人的勞動(dòng)條件，提高了工作效率，加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化的步伐，為企業(yè)帶來(lái)更大的經(jīng)濟(jì)效益，更有利于企業(yè)的發(fā)展。尤其是在高溫、高壓、重載、粉塵、噪音以及帶有放射性和污染的危險(xiǎn)環(huán)境中應(yīng)用更為普遍。（袋裝碼垛機(jī)械手設(shè)計(jì)）2. 機(jī)械手設(shè)計(jì)任務(wù)2.1 機(jī)械手國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和分類(lèi) 1.機(jī)械手國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 工業(yè)機(jī)械手起源于20世紀(jì)50年代，最初是用來(lái)示教再現(xiàn)，這類(lèi)機(jī)械手沒(méi)有任何的傳感器，它的工作路徑和運(yùn)動(dòng)參數(shù)都是操作人員通過(guò)編程

13、來(lái)設(shè)定的。后來(lái)出現(xiàn)了感覺(jué)型機(jī)械手，這類(lèi)機(jī)械手配備了簡(jiǎn)單的內(nèi)、外部傳感器，具有部分適應(yīng)外部環(huán)境的能力，可以感知部分物理量并進(jìn)行反饋。再后來(lái)出現(xiàn)了智能型機(jī)械手，這類(lèi)機(jī)械手可以對(duì)外部環(huán)境信息進(jìn)行感知、提取、處理并做出適當(dāng)?shù)臎Q策，可以自主的完成某一項(xiàng)任務(wù)，至今仍處于研究和發(fā)展階段。目前，機(jī)械手在技術(shù)水平上優(yōu)勢(shì)集中于日美等幾個(gè)發(fā)達(dá)的工業(yè)化國(guó)家。1958年，創(chuàng)建世界上第一個(gè)機(jī)器人公司的Joseph F.Engel Berger 被譽(yù)為“工業(yè)機(jī)器人之父”，他參與設(shè)計(jì)了第一臺(tái)機(jī)器人-Unimate機(jī)器人，后來(lái)AMF公司研制的Versatran機(jī)器人也相繼問(wèn)世，它主要用于機(jī)器之間的物料運(yùn)輸，20世紀(jì)60年代，美

14、國(guó)斯坦福研究所研制了機(jī)器人Shakey。1986年，美國(guó)研制出了第一臺(tái)擬人型兩足步行機(jī)器人SD-2，8個(gè)自由度，可以靜態(tài)行走，1987年，Pacific Northwest實(shí)驗(yàn)室研制出38個(gè)自由度的液壓驅(qū)動(dòng)擬人機(jī)器人2。隨后，在美國(guó)的工業(yè)生產(chǎn)中，工業(yè)機(jī)械手得到了大力發(fā)展和廣泛應(yīng)用，日本機(jī)器人的發(fā)展經(jīng)歷了20世紀(jì)60年代的搖籃期、70年代的實(shí)用化時(shí)期以及80年代的普及期三個(gè)時(shí)期。1967年，日本東京機(jī)械貿(mào)易公司從美國(guó)AMF公司引進(jìn)了Versatran機(jī)器人，后來(lái)日本川崎重工業(yè)公司從美國(guó)引進(jìn)了Unimation機(jī)器人，1980年被日本人稱(chēng)為“日本的機(jī)器人元年”，在這一年，日本的機(jī)器人技術(shù)得到了極大

15、的成功和普及。1997年，日本本田公司研制出了世界上第一臺(tái)類(lèi)人型步行機(jī)器人樣機(jī)，2002年，該公司又研制出Asimo機(jī)器人。現(xiàn)在，日本擁有的工業(yè)機(jī)器人數(shù)量約占世界總數(shù)量的65%。我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人起步于20世紀(jì)70年代初期，經(jīng)過(guò)20多年的發(fā)展，大致經(jīng)歷了三個(gè)時(shí)期：70年代的萌芽期、80年代的開(kāi)發(fā)期和90年代的適用化期。1990年，國(guó)防科技大學(xué)研制出了我國(guó)第一臺(tái)類(lèi)人型機(jī)器人，命名為：先行者。1989年，我國(guó)成功的將自主研發(fā)的水下機(jī)器人出口到美國(guó)。1990年，我國(guó)又成功研制出了深潛6000米的水下機(jī)器人，同年我國(guó)自主開(kāi)發(fā)的機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)AGV 技術(shù)出口韓國(guó)3。近幾年，我國(guó)實(shí)施了“863”計(jì)劃，培養(yǎng)了

16、一大批機(jī)器人方面的專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員，我國(guó)又斥資5800萬(wàn)元在沈陽(yáng)建立機(jī)器人“機(jī)器人技術(shù)國(guó)家工程研究中心”和“智能機(jī)器人中心”，這充分說(shuō)明了我國(guó)對(duì)工業(yè)機(jī)器人的重視。目前我國(guó)建立了多條工業(yè)機(jī)械手生產(chǎn)線，包括：弧焊機(jī)械手生產(chǎn)線、裝配機(jī)械手生產(chǎn)線、噴涂生產(chǎn)線和焊裝生產(chǎn)線等，我國(guó)的機(jī)械手技術(shù)取得了許多前所未有的成果。但是盡管如此，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)外相比還有一定的差距，因此，我國(guó)應(yīng)該加快工業(yè)化進(jìn)程，提高關(guān)鍵技術(shù)，培養(yǎng)更多的專(zhuān)業(yè)化人才。（袋裝碼垛機(jī)械手設(shè)計(jì)）目前，在國(guó)內(nèi)外各種機(jī)器人和機(jī)械手的研究成為科研的熱點(diǎn)，其研究的現(xiàn)狀和大體趨勢(shì)如下：A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

17、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)。B工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)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。C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(jué)、力覺(jué)等傳感器，而遙控機(jī)器人則采用視覺(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)行決策控制；多傳感器融合配置技術(shù)成為智能化機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)。D關(guān)節(jié)式、側(cè)噴式、頂噴式、龍門(mén)式噴涂機(jī)器人產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、模塊化、系列化設(shè)計(jì)；柔性仿形噴涂機(jī)器人開(kāi)

18、發(fā)，柔性仿形復(fù)合機(jī)構(gòu)開(kāi)發(fā)，仿形伺服軸軌跡規(guī)劃研究，控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)； E焊接、搬運(yùn)、裝配、切割等作業(yè)的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、模塊化、系列化研究；以及離線示教編程和系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真?？偟膩?lái)說(shuō)，大體是兩個(gè)方向：其一是機(jī)器人的智能化，多傳感器、多控制器，先進(jìn)的控制算法，復(fù)雜的機(jī)電控制系統(tǒng)；其二是與生產(chǎn)加工相聯(lián)系，滿(mǎn)足相對(duì)具體的任務(wù)的工業(yè)機(jī)器人，主要采用性?xún)r(jià)比高的模塊，在滿(mǎn)足工作要求的基礎(chǔ)上，追求系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)潔、可靠，大量采用工業(yè)控制器，市場(chǎng)化、模塊化的元件。2. 機(jī)械手分類(lèi) （1、）根據(jù)所承擔(dān)的作業(yè)的特點(diǎn)，工業(yè)機(jī)械手可分為以下三類(lèi)： 承擔(dān)搬運(yùn)工作的機(jī)械手：這種機(jī)械手在主要工藝設(shè)備運(yùn)行時(shí)，用來(lái)完成

19、輔助作業(yè)，如裝卸毛坯、工件和工夾具。 生產(chǎn)工業(yè)用機(jī)械手：可用于完成工藝過(guò)程中的主要作業(yè)，如裝配、焊接、涂漆、彎曲、切斷等。 通用工業(yè)機(jī)械手：其用途廣泛，可以完成各種工藝作業(yè)。 （2、）按功能分類(lèi) 專(zhuān)用機(jī)械手：它是附屬于主機(jī)的具有固定程序而無(wú)獨(dú)立控制系統(tǒng)的機(jī)械裝置。專(zhuān)用機(jī)械手具有動(dòng)作少，工作對(duì)象單一，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)用可靠和造價(jià)低等特點(diǎn)，適用于大批大量的自動(dòng)化生產(chǎn)，如自動(dòng)機(jī)床，自動(dòng)線的上、下料機(jī)械手和“加工中心”附屬的自動(dòng)換刀機(jī)械手。 通用機(jī)械手：又稱(chēng)工業(yè)機(jī)器人。它是一種具有獨(dú)立控制系統(tǒng)的機(jī)械裝置。具有程序可變、工作范圍大、定位精度高、通用性強(qiáng)的特點(diǎn)，適用于不斷變換品種的中小批量自動(dòng)化的生產(chǎn)。 示教

20、再現(xiàn)機(jī)械手：采用示教法編程的通用機(jī)械手。所謂示教，即由人通過(guò)手動(dòng)控制，“拎著”機(jī)械手做一遍操作示范，完成全部動(dòng)作后，其儲(chǔ)存裝置即能記憶下來(lái)。機(jī)械手可按示范操作的程序行程進(jìn)行重復(fù)的再現(xiàn)工作。（3、）按驅(qū)動(dòng)方式分 液壓傳動(dòng)機(jī)械手 氣壓傳動(dòng)機(jī)械手 機(jī)械傳動(dòng)機(jī)械手（4、）按控制方式分 固定程序機(jī)械手：控制系統(tǒng)是一個(gè)固定程序的控制器。程序簡(jiǎn)單，程序數(shù)少，而且是固定的，行程可調(diào)但不能任意點(diǎn)定位。 可編程序機(jī)械手：控制系統(tǒng)是一個(gè)可變程序控制器。其程序可按需要編排，行程能很方便改變。圖1-1 機(jī)器人的一般組成 圖1-2 機(jī)器人各組成部分之間的關(guān)系2.2本課題內(nèi)容及要求 本課題旨在設(shè)計(jì)一種玻璃自動(dòng)送料的機(jī)械手裝

21、置，使在玻璃生產(chǎn)加工中能對(duì)玻璃進(jìn)行小范圍的送料。該機(jī)械手工作范圍為1500mm寬2500mm長(zhǎng)1200mm高，抓取的為片狀玻璃，重量小于5kg。工作過(guò)程為吸盤(pán)吸取玻璃，小臂提升玻璃至安全高度，大臂橫向移動(dòng)到指定位置，機(jī)身縱向直線運(yùn)動(dòng)至目的地上方，小臂向下放料，機(jī)械手按送料動(dòng)作反向回到原處，完成一個(gè)周期的工作。本設(shè)計(jì)需要完成機(jī)械手手部，小臂，大臂，腰身，機(jī)架等的設(shè)計(jì)計(jì)算，并通過(guò)三維建模完成各部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使得該設(shè)計(jì)滿(mǎn)足自動(dòng)送料基本功能，然后繪制工程圖，最后書(shū)寫(xiě)說(shuō)明書(shū)。3.設(shè)計(jì)方案論證3.1 機(jī)械手總體設(shè)計(jì)對(duì)于一般送料機(jī)械手而言，要求實(shí)現(xiàn)拾料送料放料回程等過(guò)程，在機(jī)械加工中需要準(zhǔn)確，快速得實(shí)現(xiàn)這

22、些動(dòng)作就要求機(jī)械手具有很高的精度，靈活的自由度，足夠的活動(dòng)范圍以及一定的承載能力，此外還需要靈活有效的控制系統(tǒng)。而本課題為玻璃的自動(dòng)送料機(jī)械手，是一種對(duì)玻璃等易碎片狀物料的專(zhuān)用機(jī)械手，因此要求定位準(zhǔn)確，沖擊小，足夠的送料活動(dòng)空間。設(shè)計(jì)玻璃自動(dòng)送料機(jī)械手首先通過(guò)資料收集了解目前送料機(jī)械手發(fā)展?fàn)顩r，機(jī)械手基本結(jié)構(gòu)功能以及機(jī)械設(shè)計(jì)一般原則。其次，明確作業(yè)對(duì)象技術(shù)要求和作業(yè)環(huán)境，確定大致作業(yè)工序。明確作業(yè)對(duì)象材料形狀和特點(diǎn)，送料過(guò)程受力特性和質(zhì)量參數(shù)等，進(jìn)一步確定機(jī)械手結(jié)構(gòu)。最后綜合考慮機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)和所選零件，使其在滿(mǎn)足基本傳動(dòng)，力學(xué)等要求上盡量簡(jiǎn)便經(jīng)濟(jì)，盡量使用標(biāo)準(zhǔn)件簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)制造過(guò)程，降低零件制造難

23、度。通過(guò)上述過(guò)程便可以確定機(jī)械手整體合格部分結(jié)構(gòu)，采用直角坐標(biāo)的型式，因此具有橫向直線送料，縱向升降，大臂伸縮三個(gè)自由度。確定機(jī)械手腰身，大臂，小臂，手部分別采用齒輪齒條結(jié)構(gòu)，絲杠螺母結(jié)構(gòu)，氣動(dòng)裝置，負(fù)壓式吸盤(pán)結(jié)構(gòu)。考慮到采用步進(jìn)式電機(jī)的經(jīng)濟(jì)實(shí)用，因此腰身移動(dòng)和大臂伸縮分別用兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)作為電源。3.2 機(jī)械手腰身設(shè)計(jì)考慮到簡(jiǎn)便制造容易，安裝方便等，腰身直線送料采用齒輪齒條結(jié)構(gòu)。齒條用螺釘安裝在由型材鋼焊接而成的機(jī)架上，電機(jī)通過(guò)以及減速將扭矩傳輸?shù)窖睚X輪上，與齒條配合實(shí)現(xiàn)直線送料。并在機(jī)架上安裝一導(dǎo)向桿，既能準(zhǔn)確導(dǎo)向，又能分擔(dān)機(jī)械手重量，平衡受力。3.3 機(jī)械手手部設(shè)計(jì)機(jī)械手作業(yè)對(duì)象為片狀玻

24、璃，設(shè)計(jì)質(zhì)量為5kg，材料易碎，因此機(jī)械手手部采用負(fù)壓式吸盤(pán)結(jié)構(gòu)，吸盤(pán)口為軟膠類(lèi)材料使其為柔性接觸，安全可靠。3.4 機(jī)械手小臂設(shè)計(jì)豎直安裝的小臂需要在抓去物料時(shí)短距離的上升和下降的運(yùn)動(dòng)，考慮到液壓裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，驅(qū)動(dòng)力足，便于控制，故采用液壓裝置。3.5 機(jī)械手大臂設(shè)計(jì)機(jī)械手大臂具有伸縮的運(yùn)動(dòng)，需要一定的定位精度和承載能力，選擇絲桿螺母結(jié)構(gòu)，并輔以一與絲桿同長(zhǎng)度的導(dǎo)向桿起到導(dǎo)向和分擔(dān)受力的左右。設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù):1、抓重5公斤 ( 氣流負(fù)壓式吸盤(pán))2、自由度數(shù)3個(gè)自由度3、座標(biāo)型式直角座標(biāo)4、最大工作范圍5、手臂最大中心高1000mm6、手臂運(yùn)動(dòng)參數(shù)伸縮行程 1400mm伸縮速度 500mm/s升

25、降行程 500mm升降速度 300mm/s 送料行程 2500mm 送料速度 500mm/s 7、定位方式行程 開(kāi) 關(guān) 或可調(diào)機(jī)械擋塊等8 緩沖方式液壓緩沖器9 驅(qū)動(dòng)方式步進(jìn)電機(jī) 氣壓傳 動(dòng)10 控制方式點(diǎn)位程序控制(采用PLC)4.理論分析和設(shè)計(jì)計(jì)算4.1 手部設(shè)計(jì)計(jì)算 機(jī)械手的手部通常有夾鉗式、吸附式、專(zhuān)用操作器及轉(zhuǎn)換器、仿生多指靈巧手等種類(lèi)。其中吸附式手部靠吸附力取料，利用吸盤(pán)內(nèi)的壓力和大氣壓力之間的壓力差來(lái)吸附物體，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、吸附力分布均勻、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，但要求所吸附表面平整光滑、無(wú)孔和無(wú)油。吸附式手部分為氣吸附和磁吸附兩種，主要用于大平面、易碎、易破、微小不易抓取的物體。氣流負(fù)壓

26、式吸盤(pán)是利用吸盤(pán)(即用橡膠或軟性塑料制成皮腕)內(nèi)形成負(fù)壓將工件吸住。它適用于搬運(yùn)一些薄片形狀的工件，如薄鐵片、板材、紙張以及薄壁易碎的玻璃器皿、弧形殼體零件等，尤其是玻璃器皿及非金屬薄片，吸附效果更為明顯。由于作業(yè)對(duì)象為玻璃，是薄片狀易碎材料，因此選用氣流負(fù)壓式吸盤(pán)。按形成負(fù)壓(或真空)的方法，氣流負(fù)壓式手部可分為真空式、氣流負(fù)壓式和擠壓排氣式吸盤(pán)。在本機(jī)械手中，擬采用噴射式氣流負(fù)壓吸盤(pán)。圖 3- 3 噴 射 氣 流 原 理 圖Fig.3-3 Principium Diagram Of Eject Airflow噴射式氣流負(fù)壓吸盤(pán)的工作原理如圖3-3所示，根據(jù)流體力學(xué)，氣體在穩(wěn)定流動(dòng)狀態(tài)下，單

27、位時(shí)間內(nèi)氣體經(jīng)過(guò)噴嘴的每一個(gè)截面的氣體質(zhì)量均相等。因此，在最簡(jiǎn)單的情況下，低流速(高壓強(qiáng))截面的噴嘴應(yīng)當(dāng)具有大面積，而高流速(低壓強(qiáng))截面的噴嘴應(yīng)當(dāng)具有小面積。所以，壓縮空氣由噴嘴進(jìn)口處A進(jìn)入后，噴嘴開(kāi)始一段由大到小逐漸收縮，而氣流速度逐漸增大，當(dāng)沿氣流流動(dòng)方向截面收縮到最小處X時(shí)即臨界面積)，流速達(dá)到臨界速度即音速，此時(shí)壓力近似為噴嘴進(jìn)口處的壓力之半，即= 0.52 8P,。為了使噴嘴出口處的壓力低于Pk，必須在噴嘴臨界面以后再加一段漸擴(kuò)段，這樣可以在噴嘴出口處獲得比音速還要大的流速即超音速，并在該處建立低壓區(qū)域，使C處的氣體不斷的被高速流體卷帶走，如C處形成密封空腔，就可使腔內(nèi)壓力下降而形

28、成負(fù)壓。當(dāng)在C處連接橡膠皮腕吸盤(pán)，即可吸住工件。圖 3- 4 所示為可調(diào)的噴射式負(fù)壓吸盤(pán)結(jié)構(gòu)圖。為了使噴嘴更有效地工作，噴嘴口與噴嘴套之間應(yīng)當(dāng)有適當(dāng)?shù)拈g隙，以便將被抽氣體帶走。當(dāng)間隙太小時(shí)，噴射氣流和被抽氣體將由于與套壁的摩擦而使速度降低，因而降低了抽氣速率;當(dāng)間隙太大時(shí)，離噴射氣體越遠(yuǎn)的氣體被帶著向前運(yùn)動(dòng)的速度就越低，同時(shí)間隙過(guò)大，從噴嘴套出口處反流回來(lái)的氣體就越多，這就使抽氣速率大大的降低。因此，間隙要適宜，最好使噴嘴與噴嘴套之間的間隙可以調(diào)節(jié)， 以便噴嘴有效地工作。在圖3-4中，噴嘴5與噴嘴套6的相對(duì)位置是可以調(diào)節(jié)的，以便改變間隙的大小。1. 株膠吸盤(pán)2.吸盤(pán)芯子3.通氣壞打4.吸盤(pán)體5

29、.噴嘴6.噴嘴套圖 3- 4 可 調(diào)噴 射 式 負(fù) 壓 吸 盤(pán) 結(jié)構(gòu)（機(jī)械手設(shè)計(jì)） 本課題設(shè)計(jì)玻璃自動(dòng)送料機(jī)械手作業(yè)對(duì)象為小塊片狀玻璃，重量不超過(guò)5kg，則負(fù)壓式吸盤(pán)吸力可由下列計(jì)算公式計(jì)算： 式中:P吸盤(pán)吸力(N)，本機(jī)械手的吸盤(pán)吸力為50N，故P=50N;D吸盤(pán)直徑 (cm).N分吸盤(pán)數(shù)量，本機(jī)械手吸盤(pán)數(shù)量為4;吸盤(pán)吸附工件在起動(dòng)時(shí)的安全系數(shù)，在此取=1.5;工作情況系數(shù)。若板料間有油膜存在則要求吸附力大些;若裝有分料器 ， 則 吸附力就可小些。另外工件從模具取出時(shí)，也有摩擦力的作用， 同 時(shí) 還應(yīng)考慮吸盤(pán)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中由于加速運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的慣性力影響。 因 此 ，應(yīng)根據(jù)工作條件的不同，選取工

30、作情況系數(shù)，一般可在(13)的范圍內(nèi)選取。在此，取=1.5 : 工件情況系數(shù)。吸盤(pán)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中會(huì)由于加速運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生慣性力影響，因此，根據(jù)工作條件的不同，一般在1-3的范圍內(nèi)選取工件情況系數(shù)。在此，取=2； 帶入數(shù)據(jù)得： = =8.46cm故吸盤(pán)直徑可選為10cm4.2 機(jī)械手腰身設(shè)計(jì)計(jì)算電機(jī)選型：機(jī)械手腰身與導(dǎo)軌為齒輪齒條配合，通過(guò)步進(jìn)電機(jī)經(jīng)過(guò)一級(jí)減速帶動(dòng)齒輪在固定齒條上做直線送料運(yùn)動(dòng)。設(shè)與導(dǎo)軌齒條配合的齒輪模數(shù)m=3，齒數(shù)z=18,壓力角=，齒寬b=50 , ,腰身移動(dòng)速度v=0.5m/s滑動(dòng)部分質(zhì)量w=50kg折算到電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩, ,其中，摩擦因數(shù)，在此設(shè)為=0.3R齒輪分度圓半徑

31、進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)總效率為=0.9i 傳動(dòng)比，設(shè)i=5F=軸向載荷則由于有一級(jí)減速，增加兩個(gè)齒輪，設(shè)齒輪總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量估算聯(lián)軸器外徑D=0.04m M=0.2kg聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：電動(dòng)機(jī)軸上的加速轉(zhuǎn)矩：配合齒輪的轉(zhuǎn)速n為加速時(shí)間，因此 折算到電動(dòng)機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)矩：故：電機(jī)選擇2S86Q-05180 ,保持轉(zhuǎn)矩為4.5N.m , 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 則 符合條件 工件最快速度對(duì)應(yīng)的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為,則對(duì)應(yīng)的運(yùn)行頻率為 從2S86Q-05180的矩頻特性曲線上可以看出，此速度（或頻率）時(shí)電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩大于，故此電動(dòng)機(jī)滿(mǎn)足要求。電機(jī)輸出軸的設(shè)計(jì) 由于減速比i=5，則電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)作用在軸上的最大轉(zhuǎn)矩為T(mén)，其扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為式中

32、扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，MPa;T 傳遞的轉(zhuǎn)矩，； P軸傳遞的功率，kW; 由此可得軸徑的設(shè)計(jì)公式為式中 查表A取為105軸為45鋼 輸出功率為：軸的最小直徑顯然應(yīng)是安裝聯(lián)軸器處軸段的直徑，該直徑的選取必須與聯(lián)軸器孔徑相匹配。選擇聯(lián)軸器型號(hào)。計(jì)算轉(zhuǎn)矩,考慮到轉(zhuǎn)矩變化很小，故取則根據(jù)計(jì)算轉(zhuǎn)矩，查標(biāo)準(zhǔn)，選用型聯(lián)軸器軸孔直徑14mm ,軸孔長(zhǎng)L=32mm,螺栓為M6，數(shù)量為三個(gè)，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。故選用電機(jī)輸出軸減速齒輪模數(shù)m=2,齒數(shù)z=17 的標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪；軸2減速齒輪為模數(shù)m=2,齒數(shù)z=85 的標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪。軸的校核：4.3 機(jī)械手大臂設(shè)計(jì)計(jì)算絲杠選擇 機(jī)械手大臂做伸縮運(yùn)動(dòng)，采用絲杠螺母結(jié)構(gòu)，根據(jù)機(jī)械手

33、作業(yè)范圍，設(shè)計(jì)大臂最大行程為1400mm；快速移動(dòng)的速度為0.5m/s；加減速時(shí)間常數(shù)t=0.15m/s；定位精度為；希望大臂能達(dá)到的工作壽命為20000小時(shí)；直線導(dǎo)軌摩擦系數(shù)；最大轉(zhuǎn)速；導(dǎo)程螺母計(jì)算 加速時(shí)的加速度，軸向負(fù)載；固定速度時(shí)的軸向負(fù)載；減速時(shí)的軸向負(fù)載；其中M為工作臺(tái)質(zhì)量，M=40kg , t 為加減速時(shí)間常數(shù)t=0.15s ,為工作臺(tái)與直線導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)。數(shù)據(jù)帶入上式得,利用負(fù)載條件計(jì)算軸向平均負(fù)載和平均轉(zhuǎn)速有 ， 其中得工作時(shí)間，所以有 ， ， 估算滾珠絲杠螺紋小徑 根據(jù)計(jì)算結(jié)果選擇FFB型滾珠絲杠螺母副，型號(hào)為FFB2506-2 ,其公稱(chēng)直徑 基本導(dǎo)程 ，螺紋底徑 ，絲杠外徑 ，鋼球直徑 ，循環(huán)圈數(shù)2，滾珠絲杠安裝方式為一端固定一端游動(dòng)支撐方式，固定端軸承型號(hào)：2列組合60度接觸推力接觸求軸承（背靠背組配）760204TNI即內(nèi)徑d=20mm ，D=47mm ,寬度B=14mm，游動(dòng)端型號(hào)：兩個(gè)深溝球軸承組配6204 ，內(nèi)徑d=20mm ,外徑D=47mm ，寬度B=14mm。 步進(jìn)電機(jī)的選擇根據(jù)以