自動(dòng)式水果機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、自動(dòng)式水果機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)-自動(dòng)裝杯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)摘要本論文圍繞自動(dòng)式水果機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中對(duì)自動(dòng)裝杯步驟的設(shè)計(jì)，首先是對(duì)夾住杯子的機(jī)械手進(jìn)行設(shè)計(jì)，相對(duì)給出適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)方案。選擇合適的伺服電機(jī)馬達(dá)。然后，根據(jù)直角坐標(biāo)輸送者的結(jié)構(gòu)來選擇適當(dāng)?shù)膫鲃?dòng)機(jī)構(gòu)，根據(jù)所選擇的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來進(jìn)行結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與減速器的選擇、軸承的選擇、軸的設(shè)計(jì)以及各部件強(qiáng)度的校正。在這次的設(shè)計(jì)中，5個(gè)自由度包裝材料的手型要求重要而小，外觀尺寸小，考慮到精度，需要5個(gè)自由度。分別是機(jī)體的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，XYZ臂的輸送，手的旋轉(zhuǎn)，手的抓住的張合。只有這樣，才能滿足柱狀零部件供應(yīng)的合理要求。關(guān)鍵詞：直角坐標(biāo)系；送料機(jī)械手；機(jī)械結(jié)構(gòu) ABSTRACTThis p

2、aper focuses on the structure design of automatic fruit machine to the design of automatic cup filling steps, the first is to clamp the cup manipulator design, relative to give an appropriate design scheme. Select the appropriate servo motor. Then, according to the cartesian coordinate conveyor stru

3、cture to choose the appropriate transmission mechanism, according to the selected transmission mechanism to carry out the structural design. Complete the selection of reducer, bearing selection, shaft design and the strength of the components of the correction. In this design, the hand shape of the

4、5-degree of freedom packaging material is important and small, and the appearance size is small. Considering the accuracy, 5 degrees of freedom are needed. These are the rotation motion of the body, the transport of XYZ arm, the rotation of the hand, and the tension of the grasp of the hand. Only in

5、 this way can the reasonable requirements for the supply of cylindrical parts be satisfied.Key words: Cartesian coordinate system; Feeding manipulator; The mechanical structure目錄1 緒論52原理方案設(shè)計(jì)93結(jié)構(gòu)尺寸確定124.三維建模及裝配395 有限元分析43結(jié)論48參考文獻(xiàn)49致謝I1 緒論1. 1國內(nèi)外發(fā)展及研究現(xiàn)狀1.1.1 機(jī)械手在國內(nèi)的發(fā)展以及研究現(xiàn)狀當(dāng)今急需加快助力我國機(jī)械手技術(shù)的成熟和推廣應(yīng)用，我國鼓勵(lì)

6、部分企業(yè)積極與高校開展機(jī)器人項(xiàng)目合作。例如，南航開發(fā)的pr1型機(jī)器人，近年來在國內(nèi)擁有相當(dāng)數(shù)量的機(jī)器人。中國是社會(huì)主義發(fā)展中國家，在七八十年代的時(shí)候，人口頗多，很多工廠也在此時(shí)崛起。不過由于社會(huì)經(jīng)濟(jì)的逐步發(fā)展，到了九十年代的時(shí)候，人口也開始有所回落了。而七八十年代的勞動(dòng)力也越來越老了。機(jī)器人的崛起，工業(yè)時(shí)代的來臨，經(jīng)濟(jì)全球化的出現(xiàn)，很多大型工廠得到快速發(fā)展，逐漸面向自動(dòng)化生產(chǎn)看齊。而目前企業(yè)所面臨的招工難的問題，也暗示著需要自動(dòng)化生產(chǎn)的早日崛起，而且自動(dòng)化生產(chǎn)能夠?qū)⑸a(chǎn)效率提高，精準(zhǔn)度也更高，產(chǎn)品的質(zhì)量也就有了保證，而且在未來的日常生產(chǎn)中，一些高危職業(yè)，比如運(yùn)輸,涂裝,研磨,焊接是所有機(jī)械的手

7、就可以完成,改變?nèi)丝诘慕M成結(jié)構(gòu)，改善老齡化問題，解決人口不足，提高勞動(dòng)力的安全意識(shí)，將高危工作交由機(jī)器人進(jìn)行。不過，由于我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較發(fā)達(dá)國家來說，還比較落后，很多大型工廠也僅僅是初步落實(shí)自動(dòng)化。而真正實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)則需要自動(dòng)化設(shè)備的不斷更新,優(yōu)化,自動(dòng)化設(shè)備,并擁有更多的企業(yè)資金實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化,生產(chǎn)量都不及時(shí)代的更替以及人才的流動(dòng)變化得快，很多企業(yè)的資金都投進(jìn)了生產(chǎn)自動(dòng)化設(shè)備中，最后得到的設(shè)備又不能提高生產(chǎn)力，生產(chǎn)質(zhì)量又不足，大量的資金只是換來一堆廢鐵。這體現(xiàn)了想要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)的困難之處。自動(dòng)化設(shè)備的通用性提高，工作人員能夠?qū)ψ詣?dòng)化生產(chǎn)對(duì)象進(jìn)行替換，也同樣可以生產(chǎn)其他產(chǎn)品。從生產(chǎn)這個(gè)產(chǎn)品

8、開始，可以生產(chǎn)兩個(gè)或三個(gè)通用的產(chǎn)品。如果能夠達(dá)到這樣的水準(zhǔn)，相信會(huì)有很多大型企業(yè)會(huì)推行自動(dòng)化生產(chǎn)。但是，目前我國的自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備還與發(fā)達(dá)國家存在距離，比如機(jī)器的四個(gè)家族都是先進(jìn)國家的。而反觀我國在人才儲(chǔ)備以及技術(shù)的先進(jìn)程度上都還欠缺。但我們需要認(rèn)清自己的不足的同時(shí)，也要有改變現(xiàn)狀的信心，在九十年代以來，很多地方都是依靠勞動(dòng)力來工作的，對(duì)自動(dòng)化生產(chǎn)還沒有完善的概念，最終沒有發(fā)展自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。當(dāng)前我國在培養(yǎng)先進(jìn)知識(shí)型技術(shù)人才上還存在著很多不足，很多民營企業(yè)都存在著人才難求的現(xiàn)狀，甚至國有企業(yè)也沒有人才支撐落實(shí)自動(dòng)化生產(chǎn)。不過我國目前也意識(shí)到相關(guān)問題的嚴(yán)重性了，已經(jīng)在相關(guān)人才的培養(yǎng)上出臺(tái)了很多政策

9、，并且獲得了不錯(cuò)的收獲。由此，開發(fā)出了遙控機(jī)器人手，機(jī)器人手，調(diào)整控制爬上墻壁的機(jī)器人管道等的模型。當(dāng)今人工智能技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)人的五官感受了，在視聽覺上都能達(dá)到真人的水平。同時(shí)在傳感器上也有很高的造詣。中國的宇宙飛船具備人工智能技術(shù)。在外太空探險(xiǎn)中，可以不受大量輻射的輻射外探險(xiǎn)。我國在目前的人工智能研發(fā)上，在遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的開發(fā)中，以及機(jī)械方面的研究都與發(fā)達(dá)國家的技術(shù)水平有著很多的差距，這就需要大量的投資才能在研究上盡力追趕，其中系統(tǒng)的研發(fā)是一個(gè)重中之重，人才與技術(shù)也應(yīng)大力發(fā)展。1.1.2 機(jī)械手在國外的發(fā)展以及研究現(xiàn)狀國外近幾年在發(fā)展機(jī)械手上的成績：（1）區(qū)別機(jī)械手的好壞主要是在速度

10、以及精確度上去衡量的，而且性能好的機(jī)械手相對(duì)比較可靠，而由于很多大型的機(jī)械手生產(chǎn)商的出現(xiàn)，機(jī)械手的價(jià)格相對(duì)降低了。ABB機(jī)械手大概在三十萬左右。只是我國還是比較欠缺相關(guān)的人才，所以目前發(fā)展不起來。（2）機(jī)械手的發(fā)展已經(jīng)被模塊化了。單手就能實(shí)現(xiàn)各種功能。手把和伺服馬達(dá)相結(jié)合，再加上傳感器就能夠達(dá)到測量準(zhǔn)確位置的要求了。（3）機(jī)械手操作起來很簡單，而且應(yīng)用很廣泛，又容易維護(hù)，這對(duì)很多需要進(jìn)行可靠生產(chǎn)的企業(yè)來說，是個(gè)理想的設(shè)備，在未來的發(fā)展中，機(jī)械手會(huì)越來越操作簡潔化，功能全面化。（4）機(jī)械手在過去只是利用速度傳感器以及位置傳感器來感應(yīng)物體位置，而現(xiàn)在能夠通過視覺傳感器與聲音傳感器相結(jié)合，達(dá)到多功能

11、全方位地感知物體位置所在，而多個(gè)傳感器相結(jié)合也體現(xiàn)機(jī)械手在多應(yīng)用的情況下，協(xié)調(diào)性還是非常好的，而它的應(yīng)用也更智能化。（5）機(jī)器人手本來是參考真人的收來進(jìn)行研制的，而現(xiàn)在根據(jù)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展水平，機(jī)械手也采用遠(yuǎn)程操控來對(duì)機(jī)器人進(jìn)行控制，通過指令來實(shí)現(xiàn)虛擬技術(shù)。從原來的模擬控制發(fā)展到現(xiàn)在的過程控制。例如，操作者由遠(yuǎn)程操作者操作，該遠(yuǎn)程操作者可以得到對(duì)應(yīng)的環(huán)境的感官體驗(yàn)。（6）不停地完善自身的不足，是目前機(jī)器人手控系統(tǒng)發(fā)展道路的特點(diǎn)，進(jìn)入實(shí)用化階段。這個(gè)系統(tǒng)最著名的例子是成功發(fā)射了火星。（7）在人類探索宇宙的過程中，hand給予了我們太多幫助，當(dāng)出現(xiàn)不能被輻射的時(shí)候，也能利用機(jī)械手來對(duì)物體進(jìn)行操作，從而

12、完成我們的作業(yè)。1.2研究的背景及意義就在進(jìn)入新世紀(jì)以來，互聯(lián)網(wǎng)得到快速地發(fā)展，而它的發(fā)展也推動(dòng)了網(wǎng)購以及物流技術(shù)的更新迭代，從而出現(xiàn)了智能倉庫的應(yīng)用。普通的倉儲(chǔ)物流對(duì)貨物進(jìn)行分揀是繁雜而復(fù)雜的工作。花費(fèi)大量的人力和物力，分類后包裝貨物，放進(jìn)倉庫，工作很麻煩。如果有大量的貨物的情況下，這些貨物就不能及時(shí)的送到每個(gè)收件人手上，甚至?xí)霈F(xiàn)派件錯(cuò)誤，造成很大的損失。然而就在這時(shí)，企業(yè)的機(jī)械化生產(chǎn)得到快速的發(fā)展，也帶來了智能倉庫的應(yīng)用。這個(gè)智能倉庫是以計(jì)算機(jī)為平臺(tái)，然后通過計(jì)算機(jī)來對(duì)貨物進(jìn)行管理，不需要人工參與。大大節(jié)約了時(shí)間和勞力。智能倉庫主要是機(jī)械自動(dòng)化代替人工進(jìn)行作業(yè)。人的管理者，以及計(jì)算機(jī)的發(fā)

13、展，都推動(dòng)了機(jī)器自動(dòng)化工作的發(fā)展。目前，很多發(fā)達(dá)國家都應(yīng)用了智能倉庫來進(jìn)行物流管理，而且擁有很先進(jìn)的技術(shù)。其中智能倉庫里，機(jī)器人是最重要的角色，它們代替的是原來的人力管理，因此就形成了真正的無人，也能確保貨物的安全性。當(dāng)前制造業(yè)泛濫的前提下，很多企業(yè)都在想著怎么增加生產(chǎn)量，盡可能地減少成本的投入，實(shí)現(xiàn)利潤最大化。這是每個(gè)企業(yè)在真正意義上的發(fā)展方向。現(xiàn)在的人工費(fèi)這么高，在找普通工人這樣高難度的情況下，很多企業(yè)都在想著減少人工，但生產(chǎn)量又要增加，因此，自動(dòng)化生產(chǎn)則是企業(yè)所追求的理想生產(chǎn)方式。也正是自動(dòng)化生產(chǎn)才可以帶來人們所需的高質(zhì)量產(chǎn)品，這也帶來了企業(yè)所希望看到的高產(chǎn)能。而在國家看來，自動(dòng)化生產(chǎn)是

14、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與科學(xué)技術(shù)更新的必然產(chǎn)物。很多國家的勞動(dòng)力人口都在衰減，因?yàn)槔淆g化很嚴(yán)重。尤其是日本以及歐洲國家都是在此前提下產(chǎn)生工業(yè)自動(dòng)化，逐漸成為所有國家的發(fā)展。體現(xiàn)國家工業(yè)生產(chǎn)的綜合水平，在真正意義上就是取決于這國家有沒有先進(jìn)的自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)。當(dāng)今世界，機(jī)器人生產(chǎn)主要采用作業(yè)在線及編程作業(yè)方式，主要負(fù)責(zé)焊接、噴漆等高危工作，此外，在很多需要用到大量人力的工作也發(fā)揮著很大的作用。出錯(cuò)率更低，更便宜。隨著空氣伺服技術(shù)的出現(xiàn)，汽缸已經(jīng)可以由人為操作來隨時(shí)停止它的工作。的發(fā)展，汽缸在實(shí)際應(yīng)用中任何位置都可以停止。德國有一家專業(yè)生產(chǎn)汽缸的企業(yè)，就是利用傳感器與PLC進(jìn)行結(jié)合，這樣就能將汽缸進(jìn)行隨時(shí)啟停

15、。同時(shí)，很多自動(dòng)化生產(chǎn)的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?huì)越來越豐富，比如食物加工，汽車制造等人們?nèi)粘Ｐ枰纳a(chǎn)領(lǐng)域。從今以后，自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)的成熟也給了智能工廠的出現(xiàn)提供了很好的基礎(chǔ)，智能工廠可以實(shí)現(xiàn)無人管理，自動(dòng)化生產(chǎn)等工作。機(jī)械化操作會(huì)大大減少人工勞動(dòng)力的參與，也能減少很多物力，還能大幅提高工作效率。1.3.研究內(nèi)容和思路研究內(nèi)容：此次設(shè)計(jì)的機(jī)械手夾起的是柱狀的零件,紙杯塑料杯等,此次主要是柱狀的零件設(shè)計(jì)分析,手的內(nèi)部運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)主要是齒輪運(yùn)動(dòng)為主,其運(yùn)動(dòng)形式是關(guān)節(jié)式,機(jī)體在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，它在三維面上都是進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的漲落，而機(jī)械手會(huì)揪住它的張合。具體的機(jī)械手的外形大小是，高度為1000mm，寬度為650mm，長度

16、是450mm，它的其他制作要求如下：1. 整個(gè)機(jī)體的結(jié)構(gòu)比較緊密，工作效率非常高，而且穩(wěn)定。2. 對(duì)整個(gè)機(jī)體進(jìn)行三維計(jì)算的時(shí)候，利用軟件設(shè)計(jì)的環(huán)境來進(jìn)行封裝模擬。主要的研究想法是利用機(jī)械手在日常生產(chǎn)過程中的技術(shù)水平，對(duì)整個(gè)機(jī)械手的包裝能力進(jìn)行一個(gè)預(yù)測和模擬，也能夠?qū)φ麄€(gè)研究過程建立很好地基礎(chǔ)，還對(duì)派遣手的機(jī)械結(jié)構(gòu)、控制系統(tǒng)、電氣機(jī)械對(duì)分配有全面的了解。對(duì)這個(gè)課題進(jìn)行全面了解之后，采用更為可靠以及安全度高的設(shè)計(jì)方案。以下為思路概要：設(shè)計(jì)包裝送材料設(shè)計(jì)的機(jī)械手,并解決遇到的相關(guān)問題。包裝材料的機(jī)械手的構(gòu)造整體的構(gòu)思。根據(jù)機(jī)體的整個(gè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，最后采用最為適宜實(shí)驗(yàn)的電機(jī)馬達(dá)。機(jī)械手的整個(gè)結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)

17、開始就要有全面的認(rèn)識(shí)。完成手夾部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使送夾手實(shí)現(xiàn)夾取。學(xué)習(xí)繪圖軟件，比如CAD等，用來繪制一些相關(guān)的配件圖。2原理方案設(shè)計(jì)2.1送料機(jī)械手的結(jié)構(gòu)定義輸送材料的機(jī)械手主要利用電機(jī)馬達(dá)、傳動(dòng)部件進(jìn)行傳動(dòng)，完成了一系列的柱狀部件打包動(dòng)作。主要是輸送柱狀的零部件需要完成整個(gè)生產(chǎn)。主要是利用直角坐標(biāo)完成了輸送動(dòng)作。下面是這次的機(jī)器人的基本方案。2.2簡易流程概括圖2-1 簡易流程圖 本次設(shè)計(jì)整體流程分為自動(dòng)去皮切果部分和自動(dòng)裝杯部分，去皮切果部分結(jié)構(gòu)主要是人工把蘋果放到桌面的指定位置后，等待水果裝卸機(jī)械手臂的識(shí)別，當(dāng)機(jī)械手識(shí)別到指定位置有水果后，會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)，通過絲桿使機(jī)械臂沿y軸方向移動(dòng)，機(jī)械

18、爪前臂通過齒輪齒條沿z軸向下移動(dòng)，在通過齒輪齒條帶動(dòng)的將機(jī)械爪夾緊，將指定位置的水果以同樣的運(yùn)動(dòng)方式，抓取到去皮機(jī)上方，在通過機(jī)械前臂，把抓取爪中的水果沿z軸方向，向下插入到去皮機(jī)的果叉上，抓取機(jī)械爪放松，向上移動(dòng)，等待去皮步驟完成，當(dāng)感應(yīng)器識(shí)別到去皮完成的信號(hào)燈后，在次向下把水果夾緊后，沿z軸向上移動(dòng)，把水果夾出去皮機(jī)，在通過機(jī)械臂，沿y軸方向移動(dòng)到傳送帶的切果杯上方，機(jī)械前臂沿z軸向下移動(dòng)，靠近切果杯，之后，機(jī)械爪松開，使水果落入杯中，入杯后的水果杯傳送帶送入切果裝置中，切果裝置通過齒輪齒條沿z軸方向向下移動(dòng)，使刀具順利切中水果，切果完成后，刀具復(fù)位，傳送帶繼續(xù)移動(dòng)，到指定位置等待裝杯，機(jī)

19、械手定位到杯具位置等待，當(dāng)識(shí)別到杯具位置上有切果杯后，在齒輪及齒條的傳導(dǎo)下機(jī)械手的兩夾緊塊經(jīng)過x軸位移相互接近夾起裝有水果切塊的杯具，懸臂主板帶動(dòng)機(jī)械手做y軸負(fù)方向位移將杯具取出，接下來主軸在電機(jī)帶動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)至水果包裝杯位置，機(jī)械手轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)180將水果切塊導(dǎo)入水果包裝盒。同時(shí)水果裝卸的機(jī)械臂開始識(shí)別指定位置是否有下一個(gè)水果，識(shí)別到有之后，重復(fù)以上步驟，將水果去皮切瓣，循環(huán)往復(fù)，重復(fù)完成完整的一個(gè)生產(chǎn)流程。3結(jié)構(gòu)尺寸確定3.1本體結(jié)構(gòu)布局設(shè)計(jì)怎樣選擇最為合適的機(jī)械配置是機(jī)械設(shè)計(jì)里面最關(guān)鍵的一步，這一步對(duì)整個(gè)機(jī)械的總體設(shè)計(jì)以及制作過程都會(huì)產(chǎn)生重大影響。Z軸X軸這次設(shè)計(jì)的送手主要有5個(gè)組成部分，分別是

20、機(jī)器架，三維軸上的手臂以及手持部分，其中三維軸上的手臂會(huì)安裝在持針器上，與其他兩條手臂接上，然后與機(jī)器的手腕處相連，并與拉鎖部連接。這次設(shè)計(jì)的送手的布局圖如圖3-1所示。機(jī)座手部Y軸圖3-1 送料機(jī)械手的結(jié)構(gòu)布局圖3.2各關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)方案確定現(xiàn)在，用于包裝機(jī)器人連接的一般驅(qū)動(dòng)方法有油壓驅(qū)動(dòng)、氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)和馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。油壓和氣壓的驅(qū)動(dòng)被廣泛使用在包裝機(jī)上。幾個(gè)包裝機(jī)器人同時(shí)使用多種驅(qū)動(dòng)方法，根據(jù)不一樣外表的機(jī)器人，會(huì)有不一樣的特點(diǎn)以及使用介紹。根據(jù)每種不同的驅(qū)動(dòng)方式，采用最為適合操作的驅(qū)動(dòng)方法和包裝機(jī)器人9。3.2.1液壓驅(qū)動(dòng)需要一套供油系統(tǒng)。特別是電液伺服系統(tǒng)需要緊密的過濾裝置。否則會(huì)破損。油壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

21、具有較大的功率和輸出功率，形成伺服機(jī)構(gòu)，常用于驅(qū)動(dòng)大型手關(guān)節(jié)。3.2.2.氣壓驅(qū)動(dòng)由于難以精確控制位置，空氣驅(qū)動(dòng)的包裝機(jī)器人在腕力在300N之內(nèi)，它在運(yùn)動(dòng)起來的時(shí)候，速度非?？?，而且能夠應(yīng)對(duì)比較高溫，而且高灰塵的環(huán)境。3.2.3.電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器有很多種，分別是一般交流馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器、交流直流伺服馬達(dá)及步進(jìn)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器?，F(xiàn)有的交流和直流馬達(dá)驅(qū)動(dòng)必須加裝一個(gè)加減速的裝置來輔助，因?yàn)檫@種馬達(dá)的扭矩非常大，所以導(dǎo)致控制起來非常不穩(wěn)定，只適合一些中型和重包裝機(jī)器人。步進(jìn)電機(jī)的輸出扭矩小，控制性能好，速度和位置控制準(zhǔn)確材料性能提高，馬達(dá)性能逐漸提高。缺點(diǎn)是易磨損。在研究和比較了各種包裝機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)方法后

22、，這個(gè)設(shè)計(jì)的包裝機(jī)器人由交流直流伺服馬達(dá)來完成。3.3各關(guān)節(jié)減速傳動(dòng)方案確定3.3.1.齒輪傳動(dòng)齒輪驅(qū)動(dòng)器是機(jī)械驅(qū)動(dòng)器中最廣泛使用的類型。齒輪傳動(dòng)的主要缺點(diǎn)是對(duì)齒輪、特殊齒輪和特殊工具(如齒輪成形機(jī)和用于制造齒輪的壓路機(jī))的制造和安裝要求較高。普通齒輪傳動(dòng)也叫做封閉式傳動(dòng)，維護(hù)起來的要求非常高。所以造成價(jià)格昂貴，不適用于軸間距比較大的傳動(dòng)3.3.2行星齒輪傳動(dòng)行星的齒輪傳動(dòng)需要通過交付的形式來進(jìn)行，而交付則由柔性輪、剛性輪、晶片產(chǎn)生器三個(gè)基本構(gòu)成。如圖3-2所示。三個(gè)構(gòu)成要素中的一個(gè)是可以任意設(shè)定,另一個(gè)是保留下來,一個(gè)是驅(qū)動(dòng)速度(固定齒輪相比)減少或增加使能意識(shí)到,或者為了形成差速傳達(dá)兩個(gè)輸

23、入和一個(gè)輸出可以代替。行星計(jì)劃主要用于軍事生產(chǎn)、醫(yī)療設(shè)備、起重機(jī)、儀器精度、包裝機(jī)器人等。圖3-2 行星減速器結(jié)構(gòu)圖如上所述，這次的設(shè)計(jì)用齒輪進(jìn)行減速和傳動(dòng)。3.4各關(guān)節(jié)傳動(dòng)布局確定據(jù)設(shè)計(jì)要求，分別對(duì)國內(nèi)外專用包裝機(jī)器人的結(jié)構(gòu)、各個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)，還有三維空間上的結(jié)構(gòu)以及驅(qū)動(dòng)方式來進(jìn)行探討。3.4.1.底部旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)方案底部旋轉(zhuǎn)是利用伺服電機(jī)馬達(dá)來完成的，而且在行星減速器對(duì)其減速之后，再由圓柱形的齒輪傳給主軸。圖3-3基座內(nèi)部傳動(dòng)3.4.2.XYZ軸傳動(dòng)方案圖3-4 Y軸傳動(dòng)伺服馬達(dá)和減速機(jī)進(jìn)行結(jié)合之后，再通過螺釘?shù)膫鬟f之后，可以在兩邊的軌道上直線運(yùn)動(dòng)。3.4.3.腕關(guān)節(jié)擺動(dòng)傳動(dòng)方案伺服馬達(dá)主要

24、是經(jīng)過主軸的傳動(dòng)，然后更改傳動(dòng)的角度，最后回到板子再到流水線。圖3-5 腕關(guān)節(jié)傳動(dòng)3.4.4.手持關(guān)節(jié)動(dòng)作方案圖3-6 機(jī)械手傳動(dòng)用齒輪的齒條以及直線型的滑軌來進(jìn)行傳動(dòng)。3.5送料機(jī)械手運(yùn)行參數(shù)確定3.5.1工作空間的確定由關(guān)節(jié)機(jī)械手的構(gòu)造可知，來找到適合自己的運(yùn)動(dòng)軌跡。這個(gè)運(yùn)動(dòng)軌跡就是在機(jī)械手進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候，手腕需要保持有足夠的活動(dòng)空間，這也是衡量它的技術(shù)水平最重要的參數(shù)，它的活動(dòng)軌跡是500mm以內(nèi)。具體可見下圖3-8：圖3-7 送料機(jī)械手的工作范圍簡圖3.5.2送料機(jī)械手的工作要求包裝機(jī)器人具有工作范圍廣、動(dòng)作靈活、靈活性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)緊湊等特點(diǎn)，可以捕捉到接近基本的東西。按照東西的不同使用途

25、徑以及特性，得到以下的參數(shù)：尺寸是高為1000mm ，寬為650mm ，以及長度450mm；有五個(gè)自由度；是采用垂直的方式進(jìn)行列坐標(biāo)；最大的負(fù)載重量是兩千克；它的活動(dòng)范圍在半徑500mm以內(nèi)表3-1 各關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)范圍和最大工作轉(zhuǎn)速各關(guān)節(jié)部件最大工作范圍（）最大工作轉(zhuǎn)速（rad/s）腰部回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)1701.96XYZ軸關(guān)節(jié)+150、-901.57腕部擺動(dòng)關(guān)節(jié)1803.93手持工具加持（采用齒輪齒條）3603.933.6底座旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)機(jī)械設(shè)計(jì)3.6.1.電機(jī)的選型和校核如何選擇直流伺服電機(jī)馬達(dá)伺服電機(jī)馬達(dá)的重要指標(biāo)是功率。但是，伺服電機(jī)馬達(dá)的選擇不是依靠功率，而是按照下面的參數(shù)來選擇。3.6.2運(yùn)動(dòng)參數(shù)

26、底座旋轉(zhuǎn)的時(shí)候，它的速度為1，而主軸在旋轉(zhuǎn)的時(shí)候速度為： 式（3.1）公式里面的 代表的是主軸的直徑。3.6.3電機(jī)的轉(zhuǎn)速 設(shè)定齒輪的減速比i等于6 式（3.2）3.6.4主軸旋轉(zhuǎn)需要牽引力計(jì)算 牽引力F的公式是 式（3.3） 3.6.5求換算到電機(jī)軸上的負(fù)荷力矩 式（3.4） 當(dāng)?shù)扔?.7, 等于1214.612, 等于0.15公式里的 代表的是摩擦系數(shù)； F代表的是牽引力； W代表的是主軸的重力； D代表的是主軸直徑；代表的是傳遞效率； 代表的是傳動(dòng)裝置減速比。3.6.6求換算到電機(jī)軸上的負(fù)荷慣性 式（3.5） 公式里的 代表的是主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；代表的是大齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；代表的是小齒輪的轉(zhuǎn)

27、動(dòng)慣量；代表的是電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。3.6.7電機(jī)的選定根據(jù)轉(zhuǎn)矩的最大值以及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量來找到對(duì)應(yīng)的條件，所以需要采用直流伺服電動(dòng)機(jī)。表3-2 電動(dòng)機(jī)參數(shù)型號(hào)電刷材料額定功率轉(zhuǎn)子慣量電機(jī)直徑電機(jī)軸直徑電機(jī)長度效率MAXONF2260石墨1KW12903204020070%3.6.8電機(jī)的驗(yàn)算 式（3.6） 式（3.7）即 式（3.8）公式里的 代表的是電機(jī)轉(zhuǎn)子慣量。從以上的計(jì)算可以看出，選擇的直流電機(jī)滿足了設(shè)計(jì)要求。3.7.1快移時(shí)的加速性能最大空棒對(duì)扭矩進(jìn)行加速的時(shí)候，如果沒有在主軸上連到三維軸，那么就需要在靜止?fàn)顟B(tài)下，按照步驟來對(duì)指令進(jìn)行加速執(zhí)行。直到伺服馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)速度達(dá)到時(shí)。那么此時(shí)的最大空棒

28、就會(huì)對(duì)扭矩進(jìn)行最大馬力的加速，此時(shí)伺服馬達(dá)的最大輸出的扭矩是。 式（3.9）加速時(shí)間 式（3.10）公式里的 代表的是機(jī)械時(shí)間常數(shù)為19.3.7.2齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)和校核1）齒輪材料、熱處理方法及應(yīng)力的計(jì)算根據(jù)使用條件選擇軟齒面齒輪。齒輪:45號(hào)鋼，質(zhì)量調(diào)整處理，硬度為230 235hbs。大齒輪:45號(hào)鋼，正火處理，硬度190 277hbs。 確定許用應(yīng)力a.確定極限應(yīng)力和b.計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N，確定壽命系數(shù)為、 式(3.11) 式(3.12)查文獻(xiàn)1得 c.計(jì)算許用應(yīng)力 查文獻(xiàn)1取等于1，等于1.4。 式(3.13) 式(3.14) 先大致確定齒輪的基本參數(shù)和主要尺寸a.選擇齒輪類型依據(jù)齒輪傳

29、動(dòng)的工作條件，選用直齒圓柱齒輪。b.選擇齒輪精度等級(jí)初步選用6級(jí)精度。c.初選參數(shù)先選：等于45、等于270、等于等于0、等于0.2d.初步計(jì)算齒輪的主要尺寸因?yàn)楦鶕?jù)齒輪的方案，需要選擇一些齒面很弱的，所以根據(jù)接觸的強(qiáng)度來設(shè)計(jì)是適合的。 式（3.15）所以需要先確定系數(shù)為：K、。取等于1、等于1.05、等于1.13、等于1.2，則K等于等于1.424。查文獻(xiàn)1得等于。代入等于式（3-11）得取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)等于1.5mm。 e.驗(yàn)算齒輪彎曲強(qiáng)度條件按彎曲強(qiáng)度條件及下式驗(yàn)算： 式（3.16） 計(jì)算彎曲應(yīng)力：計(jì)算結(jié)果表明該設(shè)計(jì)滿足強(qiáng)度要求。3.8 XYZ軸機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.8.1直線導(dǎo)軌的選取與校核根據(jù)結(jié)

30、構(gòu)特性和摩擦特性的導(dǎo)向類型請(qǐng)參照附錄表3-3。各種指南的主要特征和應(yīng)用被記載在表中。這次實(shí)驗(yàn)選擇的是第一種的滑動(dòng)型導(dǎo)軌。3.8.2初選導(dǎo)軌型號(hào)及估算導(dǎo)軌長度X方向初選導(dǎo)軌型號(hào)為GGB20BAL2P12x9404具體數(shù)據(jù)見機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)9-149 Y方向初選導(dǎo)軌型號(hào)為GGB20AAL2OP2x1090-4導(dǎo)引動(dòng)作正常，穩(wěn)定，沒有沖擊和振動(dòng)溫度。為什么要滾動(dòng)導(dǎo)軌呢?1）有很高的精確度。能夠很好地增加數(shù)控系統(tǒng)的反應(yīng)速度以及靈敏度，而且驅(qū)動(dòng)需要的功耗非常小。2）可以負(fù)重很多，而且很硬。3）可以很好地快速運(yùn)動(dòng)起來，而且瞬間的速度能夠高滑動(dòng)的引導(dǎo)十倍之多。4）導(dǎo)軌把設(shè)計(jì)簡單化了，在制作的時(shí)候，為了達(dá)到質(zhì)量上

31、的要求，減少了投入資金。導(dǎo)軌的長度:因?yàn)橛脕硪龑?dǎo)的長度會(huì)對(duì)工作臺(tái)有所影響，而引導(dǎo)系的長短是依靠滑動(dòng)引導(dǎo)的長度來決定的。它的公式是：根據(jù)這個(gè)公式可以得到Lx等于940mm,Ly等于600mm其中L導(dǎo)軌長度H滑塊的導(dǎo)向面長度S滑塊行程l封閉高度調(diào)節(jié)量S1在滑動(dòng)器抵達(dá)死點(diǎn)的情況下，滑動(dòng)器就會(huì)伸出的長度。S2在滑動(dòng)器抵達(dá)下方的死點(diǎn)的情況下?；瑒?dòng)器會(huì)伸出的長度。3.8.3計(jì)算滾動(dòng)導(dǎo)軌副的距離額定壽命X方向的導(dǎo)軌計(jì)算X方向初選導(dǎo)軌型號(hào)為GGB20BAL2P12x9404，查表9.3-731得，這種導(dǎo)軌的額定動(dòng)，靜載荷分別為Ca等于13.6kN,Coa等于20.3kN。4個(gè)滑塊的載荷按表9.348序號(hào)1的載

32、荷計(jì)算式計(jì)算。其中工作臺(tái)的最大重量為:1)滾動(dòng)導(dǎo)軌的額定壽命計(jì)算公式6為：公式里的 L額定壽命（km）； Ca額定動(dòng)載荷（KN）； P當(dāng)量動(dòng)載荷（KN）； Fmax受力最大滑塊所受的載荷（KN）； Z導(dǎo)軌上的滑塊數(shù)；指數(shù)，當(dāng)導(dǎo)軌體為滾珠時(shí)，等于3；當(dāng)為滾柱時(shí)等于10/3；K額定壽命單位（KM），滾珠時(shí)，K等于50KM；滾柱時(shí)，K等于100KM；fh 硬度系數(shù)；fh （滾道實(shí)際硬度（HRC）。由于產(chǎn)品技術(shù)要求規(guī)定，滾道硬度不得低于58HRC，故通常可取fh 等于1ft 溫度系數(shù)為，查表6-27,得等于1fc接觸系數(shù)，查表6-37；得等于1fa精度系數(shù)為，查表6-47；取等于1.5fw查表6-57

33、；得載荷系數(shù)等于1 fw載荷系數(shù) 查表6-57；得等于1則L等于27166Km2)壽命時(shí)間的計(jì)算當(dāng)行程長度一定的情況下，h單位的額定壽命如下:公式里的 壽命時(shí)間（h） L額定壽命（km） La行程長度（m） 每分鐘往返次數(shù)則工作的時(shí)間為六小時(shí)每天;Lh等于30592.3/3006等于16.9年用同樣的道理求Y方向?qū)б泳嚯x的額定壽命:L等于26340.1kmLh等于25230h等于14年3.8.4導(dǎo)軌材料與熱處理機(jī)床滑動(dòng)導(dǎo)軌是用灰鑄鐵以及耐磨耗鑄鐵來做的?；诣T鐵通常用HT 200或HT 300做固定向?qū)В肏T 150或HT 200做動(dòng)向?qū)?。?dǎo)向件熱處理:一般重要的導(dǎo)向件，需要在對(duì)鑄造件進(jìn)行粗

34、加工后進(jìn)行一次時(shí)效處理，對(duì)高精度的導(dǎo)向件進(jìn)行半精加工后進(jìn)行第二次時(shí)效處理。3.8.5導(dǎo)軌的技術(shù)要求1）磨削導(dǎo)軌它的優(yōu)點(diǎn)在于能夠很穩(wěn)定的接觸，而且不易變形，利于收集油，同時(shí)外觀精致。不過需要的過多動(dòng)力，但工作效率很低。一般用在精確度比較高的向?qū)А?）幾何精度導(dǎo)軌的幾何精度都是利用導(dǎo)軌在直線上以及導(dǎo)軌之間的平行度等，而且?guī)缀尉榷家鶕?jù)機(jī)器其他的精度來確定的。這種結(jié)構(gòu)的導(dǎo)軌精度選擇的是三級(jí)。3.9電機(jī)選取和校核XYZ軸初選電機(jī)：選擇直流伺服電機(jī)，型號(hào)為SGMPH-15、額定功率P等于1.5kW、額定轉(zhuǎn)矩、額定轉(zhuǎn)速等于3000r/min、峰值轉(zhuǎn)矩等于60。圖3-8電機(jī)尺寸示意送料機(jī)械手的受力情況如圖

35、所示：圖3-9 送料機(jī)械手的受力簡圖XYZ關(guān)節(jié)的負(fù)荷轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J 式(4.1)外部負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量:即重物的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 式(4.2)公式里的、分別代表的是諧波減速器和齒輪傳動(dòng)的效率。等于0.8、等于0.98把數(shù)字代入公式(4-2)得: 內(nèi)部結(jié)構(gòu)及傳動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量立柱的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： 式(4.3) 公式里的：立柱質(zhì)量（），：立柱外半徑（m），：立柱內(nèi)半徑（m），：密度(/)，：立柱高度（m）。XYZ關(guān)節(jié)傳動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：估算得 由 式（4.3）得假設(shè)電機(jī)從0加速到3000 r/min所用的時(shí)間為0.25s，則就為角加速度 式(4.4)負(fù)載折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)矩 式(4.5) 因此折算到電機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩

36、T等于5.05電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩。電機(jī)的選擇符合要求。3.9.1絲桿計(jì)算和校核XYZ軸的傳動(dòng)時(shí)，螺絲的輸送設(shè)計(jì)是必要的。因?yàn)樗偷臅r(shí)候是扭矩和軸力，所以垂直于桌子的力很小。無視。這次將Z軸的設(shè)計(jì)作為標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)計(jì)，所以為0，工作質(zhì)量是根據(jù)整體質(zhì)量選擇的產(chǎn)品型號(hào)，質(zhì)量約為36kg，根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)果來測定表的質(zhì)量等于50kg. 加工產(chǎn)品的長度為200- 800mm，螺紋沖程為600mm。在這次的設(shè)計(jì)中，由于加工工作的負(fù)荷少，使用帶有減速機(jī)的伺服馬達(dá)，直接與螺釘驅(qū)動(dòng)表運(yùn)轉(zhuǎn)。螺釘兩端為固定支承，每臺(tái)安裝兩個(gè)60度接觸角推力角，與球軸承接觸，安裝椅背，進(jìn)行前拉伸。設(shè)計(jì)計(jì)算步驟:1. 絲杠載荷:導(dǎo)軌摩擦力 式(5.1)

37、依據(jù)上面動(dòng)力頭選用，鉆孔時(shí)軸向最大工進(jìn)阻力Famax等于244.5N；因此，絲桿軸向總載荷： 式(5.2)公式里的，F(xiàn)2為鉆孔時(shí)最大軸向阻力,F1為絲桿總阻力;2. 絲杠導(dǎo)程Ph設(shè)計(jì)空載時(shí)，工作臺(tái)最大速度: （初選絲桿轉(zhuǎn)速為1000r/min）4. 當(dāng)量轉(zhuǎn)速nm絲桿的旋轉(zhuǎn)速度快速的進(jìn)給。打孔的時(shí)候慢慢打入。取消小刀公式里的速送。5.當(dāng)量負(fù)荷6.初選滾珠絲杠(1)計(jì)算動(dòng)負(fù)荷 式(5.3) (2)要求壽命Lh壽命Lh等于300(日)16(h)0.6(開機(jī)率)10（年）等于28800h由壽命系數(shù)為 轉(zhuǎn)速系數(shù)為(3)綜合系數(shù)為滾珠絲杠的綜合系數(shù)為: (4)滾珠絲杠副的型號(hào) 額定動(dòng)負(fù)荷 預(yù)緊力 初選的滾

38、珠絲杠符合設(shè)計(jì)要求。7. 絲杠螺紋部分長度LuLu等于工作臺(tái)最大行程(600)+螺母長度(129)+兩端余程(25)等于300+129+252等于779mm8.支承距離L 支承距離LLu等于479 因此取L等于1100mm9.臨界轉(zhuǎn)速校核 (1)絲杠底徑 取25mm (2)支承方式系數(shù)為 查表 (兩端固定) (3)臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算長度 臨界轉(zhuǎn)速: 式(5.4)可見ncnma 所以符合要求;10. 壓桿穩(wěn)定校核 兩端固定支承，螺絲釘不受壓縮，所以不需要校正穩(wěn)定性。11. 預(yù)拉伸計(jì)算 設(shè)溫升為3.5C(1)溫升引起的伸長量 式（5.5）(2)絲杠全長伸長量 (3)預(yù)緊力 式（5.6）12. 軸承的選擇

39、(1)軸端結(jié)構(gòu)采用E型和F型 (并排)軸端(2)軸承型號(hào)主要尺寸和參數(shù) 軸承型號(hào)為7602020TVP (3)預(yù)緊力確定 預(yù)緊力Fo等于2300N 軸承的最大軸向載荷為 由于FoFmax/3等于1636/3等于545N 所以,符合要求.(4)疲勞壽命計(jì)算 式（5.7） 由軸承動(dòng)負(fù)荷計(jì)算公式校核 C等于2549N因此軸承在使用周期上是符合標(biāo)準(zhǔn)的。13.定位精度校核 (1)絲杠在拉壓載荷下的 最大彈性位移 式（5.8）快速移動(dòng)時(shí)F等于50.6N , 等于1.2um鉆孔時(shí)F等于295N , 等于7.8um(2)絲杠與螺母間的接觸變形 式（5.9）經(jīng)通過表格可以得到CMD3210-2.5滾珠絲杠到螺母

40、的接觸的剛度 Kc等于955N/um 所以得:快速移動(dòng)時(shí) 鉆孔時(shí) (3)軸承的接觸變形 角接觸軸承的軸向剛度 快速移動(dòng)時(shí) 鉆孔時(shí) (4)絲杠系統(tǒng)的總位移 式（5.10）快速移動(dòng)時(shí) 鉆孔時(shí) (5)定位精度 螺母是出現(xiàn)于螺釘?shù)闹虚g，與螺母相對(duì)是不相同的。根據(jù)上面講述的，得到的位移大小是650mm。然后檢測出來的螺釘精確度達(dá)到一級(jí)的水平，任何情況下的誤差都不超高66um。而且這時(shí)候的輸送速度是在2.97 um。可以達(dá)到將輪廓控制定位的準(zhǔn)確度保持在0.01/ 300mm上。同樣可以得到，這樣也能夠達(dá)到精密磨削的定位準(zhǔn)確度是保持在0.002 / 300mm。能夠達(dá)到打孔的時(shí)候需要的定位精確度的需要。根據(jù)

41、上面的計(jì)算處理之后，能夠得到這個(gè)滾珠絲杠是達(dá)到定位精度的需要。3.10夾持膠帶關(guān)節(jié)機(jī)械設(shè)計(jì)3.10.1.齒輪齒條的設(shè)計(jì)與校核齒輪參數(shù)的選擇 齒輪模式的值是m 等于 2.5,活性基爾的牙齒數(shù)z 等于 25,壓力是角取等于 20機(jī)架基爾的牙齒數(shù)量是上述馬達(dá)的輸出旋轉(zhuǎn)數(shù)而定。齒輪在轉(zhuǎn)動(dòng)的速度是n等于 10r /min，齒輪在傳動(dòng)的時(shí)候扭矩是122n，導(dǎo)向裝置的工作時(shí)間是八小時(shí)每天。而且使用的周期是五年內(nèi)。主動(dòng)式小齒輪是用20mncr 5材料來做的，經(jīng)過浸炭淬火來處理。另外，機(jī)架齒輪是用45號(hào)鋼和41cr 4來做的，經(jīng)過高頻的淬火來進(jìn)行處理。剛度是在56hrc以上。如果需要降低重量，外表就需要用鋁合金

42、來進(jìn)行壓鑄。齒輪幾何尺寸確定齒頂高 ha=17mm齒根高 hf=5.5mm ,齒高 分度圓直徑 齒頂圓直徑 齒根圓直徑 基圓直徑 法向齒厚為 端面齒厚為 分度圓直徑與齒條運(yùn)動(dòng)速度的關(guān)系 齒距 齒輪中心到齒條基準(zhǔn)線距離 齒輪的齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) （1）試?。?）斜齒輪的轉(zhuǎn)矩 （3）取齒寬系數(shù)為 （4）齒輪齒數(shù) （5）復(fù)合齒形系數(shù)為 等于（6）許用彎曲應(yīng)力 為齒輪材料的彎曲疲勞強(qiáng)度的基本值。9.9試取等于10mm(7) 圓周速度 取b等于49mm (8)計(jì)算載荷系數(shù)為1） 通過表格可以得到 使用系數(shù)為等于12） 根據(jù)v等于0.032m/s ,和8級(jí)精度，通過表格可以得到3） 通過表格可以得到 齒向載

43、荷分布系數(shù)為4） 通過表格可以得到 齒間載荷分布系數(shù)為 5）修正值計(jì)算模數(shù)9.215故前取10mm不變齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核校核公式為 許用接觸應(yīng)力 通過表格可以得到由圖得安全系數(shù)為 通過表格可以得到彈性系數(shù)為 通過表格可以得到區(qū)域系數(shù)為 重合的時(shí)候，它的系數(shù)為 螺旋角系數(shù)為 Map1650MPa根據(jù)上面的公式可以得到齒輪在達(dá)到一定強(qiáng)度的時(shí)候，就可以滿足這次實(shí)驗(yàn)的需要。齒條的設(shè)計(jì)由齒輪進(jìn)行咬合的時(shí)候的特點(diǎn)可以看出:齒輪在分界的時(shí)候都是要和此圓進(jìn)行重疊的，不過掛架上的齒輪需要在正確安裝的前提下，才能與圓重疊。齒輪與車架齒輪進(jìn)行咬合的時(shí)候，那個(gè)角度一直都是等于壓力角。所以,齒條模數(shù)m等于2,壓力角選

44、擇的齒輪數(shù)目z180,一共的長度是600mm在端面上的模數(shù)是 在端面上的壓力角是 在法面上的齒距是 在端面上的齒距是 在齒頂上的高系數(shù)為 在法面上頂隙系數(shù)為 齒頂?shù)母邽?齒根的高為 齒輪的高度為 在法面上的齒輪厚度是 在端面上的齒輪厚度是 4.三維建模及裝配4.1底座旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)建模底座傳動(dòng)是利用齒輪傳動(dòng)，利用電機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪，完成減速器運(yùn)動(dòng)，另外旋轉(zhuǎn)主軸還安裝推力軸承和深溝球軸承，如下所示圖4-1 主軸底座4.2.X軸建模本次設(shè)計(jì)的X軸主要是利用電機(jī)驅(qū)動(dòng)聯(lián)軸器，進(jìn)而絲桿傳動(dòng)，有軸承座，還有拖鏈等，等，如下所示圖4-2 X軸建模4.3.Y軸建模本次設(shè)計(jì)的X軸主要是利用電機(jī)驅(qū)動(dòng)聯(lián)軸器，進(jìn)而絲桿傳動(dòng)，有軸

45、承座，還有拖鏈等，如下所示圖4-3 Y軸建模4.4.Z軸建模本次設(shè)計(jì)的X軸主要是利用電機(jī)驅(qū)動(dòng)聯(lián)軸器，進(jìn)而絲桿傳動(dòng)，有軸承座，還有拖鏈等，等，如下所示圖4-4 Z軸建模4.5夾持部分建模本次設(shè)計(jì)的夾持部分主要是利用電機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪齒條，完成夾手的對(duì)向移動(dòng)，本次組成結(jié)構(gòu)還有滑軌等，如下所示圖4-5 機(jī)械手建模4.6手部旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)建模本次設(shè)計(jì)的夾持部分主要是利用電機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸，本次旋轉(zhuǎn)的角度主要是靠電機(jī)控制，因此對(duì)其控制必須用到PLC，完成夾手的旋轉(zhuǎn)移動(dòng)，本次組成結(jié)構(gòu)還有軸承等，如下所示圖4-6 手部旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)建模4.7總體建模本次結(jié)構(gòu)將XYZ軸結(jié)構(gòu)組裝起來，然后安裝夾持部分和旋轉(zhuǎn)部分，完成機(jī)械手的總裝，如

46、下所示：圖4-7 總裝圖5.夾持機(jī)械手零部件有限元分析5.1有限元分析軟件SolidWorks是全球第一個(gè)出現(xiàn)的，由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)研發(fā)而成的三維CAD系統(tǒng)，它的功能很多，適用范圍很廣泛。 比如它有三個(gè)特點(diǎn)，那就是功能多，學(xué)習(xí)起來簡單，而且創(chuàng)新也方便，這三個(gè)特點(diǎn)讓它變成最先進(jìn)，最受歡迎的三維CAD解決方案。它還能設(shè)計(jì)出各種各樣的方案，還可以減低錯(cuò)誤，提高質(zhì)量。稍微了解Windows系統(tǒng)的用戶，都可以用SolidWorks 來創(chuàng)作。它一些獨(dú)有的功能可以滿足很多用戶，也方便了用戶的創(chuàng)作需求，它的資源管理器也是很方便的，就好像Windows系統(tǒng)自帶的資源管理器一樣。當(dāng)使用它進(jìn)行創(chuàng)作的時(shí)候，用戶可以高效地完

47、成工作。當(dāng)前市面上的三維CAD解決方案里面，SolidWorks屬于一款使用起來比較簡單的軟件。美國著名咨詢公司Daratech所評(píng)論：“在基于Windows平臺(tái)的三維CAD軟件中，SolidWorks是最著名的品牌，是市場快速增長的領(lǐng)導(dǎo)者。”它的一些很好用的，很受歡迎的功能是可以百分百進(jìn)行編輯的，它的一些零件也是與設(shè)計(jì)息息相關(guān)的。SolidWorks開發(fā)了多種網(wǎng)格劃分方法，可以用于結(jié)構(gòu)靜力動(dòng)力分析、結(jié)構(gòu)非線性分析、動(dòng)力學(xué)分析、熱分析、電磁場分析、流體分析、聲場分析、壓電分析H6l。實(shí)體建模有SPACECLAIM和DM這兩款簡易模型軟件，用戶也可以根據(jù)自己的需求，導(dǎo)入其他三維軟件建立的模型進(jìn)行

48、處理。SolidWorks可處理復(fù)雜的固體力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)和高度模擬的非線性力學(xué)等力學(xué)問題。相較于其他有限元分析軟件，SolidWorks最大的特點(diǎn)是可以進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)別的分析。主要功能包括：靜態(tài)應(yīng)力分析、位移響應(yīng)分析、水下沖擊分析、疲勞壽命分析等多種工業(yè)工況的分析，但其至今未更新流體計(jì)算的模塊，各模塊間相互獨(dú)立，聯(lián)系性不強(qiáng)。5.2.Y軸懸臂主板靜力學(xué)分析1.利用Soildwork2016的零件模塊建模圖5-1 懸臂主板建模2.點(diǎn)擊simulation圖5-2 仿真3.新增算例如下：圖5-3 靜應(yīng)力分析4.配置截面屬性定義材料屬性選擇材料鋁合金密度為2700彈性模量為6.9e+010N/m2泊松比0

49、.33圖5-4 配置截面屬性5.增加載荷，如下圖所示：此板主要是前端是固定，末端受力。因此對(duì)其進(jìn)行增加載荷和固定。本次載荷參考上述計(jì)算得知末端受力越200N，預(yù)算上述電機(jī)已經(jīng)滑軌安裝板約為20KG圖5-5 擺放載荷位置6.增加約束，對(duì)前端位置增加固定約束圖5-6 增加約束7. 生成網(wǎng)格，首先選擇的網(wǎng)格屬性為四面體自由網(wǎng)格劃分技術(shù)，然后選擇布種密度，根據(jù)實(shí)際劃分的疏密情況全局種子近似全局尺寸設(shè)置為8圖5-9 生成網(wǎng)格8.生成結(jié)果圖5-10應(yīng)力圖圖5-11 變形位移圖圖5-12 應(yīng)力變形位移圖9.結(jié)果分析由SW軟件可以看出，上述三個(gè)分析對(duì)比可以看出，第一張圖是零件的表面受力分析可以看出此板受力可以

50、滿足施加載荷200N，可見是藍(lán)色的受力很多，看不到紅色受力集中，可見設(shè)計(jì)三維安全的。第二張圖是受力變形集中情況，可以看出是施加載荷200N的情況下可以發(fā)現(xiàn)此板的受力應(yīng)變沒有明顯的集中受力部分，主要集中邊緣外側(cè)，變形大概1.5mm，也沒有很明顯的受力變形大的地方。第三張圖片是受力變形位移量，可以看出此零件變形的數(shù)據(jù)0.0024mm，因此是可以忽略的。結(jié)論第1， 需要清晰知道什么是機(jī)械手，以及它目前的發(fā)展?fàn)顩r是怎樣的，然后根據(jù)它的情況來制定這次實(shí)驗(yàn)的目的與意義。本設(shè)計(jì)是基于該機(jī)械手的工作要求,機(jī)械手手本體結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)方案的對(duì)比分析開始,整個(gè)手的結(jié)構(gòu)方案,并初步?jīng)Q定伺服電機(jī)和傳動(dòng)裝置的挑選，同時(shí)對(duì)整個(gè)計(jì)算的步驟都盡可能詳細(xì)化，然后設(shè)計(jì)出伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的直角坐標(biāo)機(jī)械手。第二，按照不同驅(qū)動(dòng)