機(jī)械手課程設(shè)計(jì)說明書

1、 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)說明書設(shè)計(jì)題目：裝箱機(jī)械手機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及分析 學(xué)生班級(jí)： 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 楊德勇 2014年1月8日 目錄第一章 設(shè)計(jì)任務(wù)書2第二章 題目分析、機(jī)械系統(tǒng)整體方案的設(shè)計(jì)3第三章 機(jī)械執(zhí)行系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)7第四章 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)8第五章 運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖設(shè)計(jì)11第六章 設(shè)計(jì)小結(jié)14第七章 參考資料15第一章 設(shè)計(jì)任務(wù)書設(shè)計(jì)題目：裝箱機(jī)械手機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及分析已知條件：在某裝箱機(jī)械手機(jī)構(gòu)中，要求其手的運(yùn)動(dòng)按簡(jiǎn)圖所示JKLM，MLKJ線路重復(fù)運(yùn)動(dòng)。其中JK段為取物料上升（物料來自傳送帶）；KL段為物料水平移動(dòng)；LM段為手抓放物料于箱內(nèi)，故對(duì)其直線要求較高。KL段若較平直可提高裝

2、箱穩(wěn)定性，但稍有誤差問題不大。JK是從輸送帶上抓取物料，其直線度要求不高，只要能將物料提高到C的高度即可。返回時(shí)要求按原來路線逆著走。尺寸參數(shù)為：a=120mm；b=600mm；c=50mm；d=1000mm。物料提升重量為2千克。設(shè)計(jì)任務(wù)：* 根據(jù)上述設(shè)計(jì)要求，每人至少提出兩種不同設(shè)計(jì)方案，選取其中最優(yōu)的方案，進(jìn)行機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖設(shè)計(jì)。對(duì)主體機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)位置分析,并按尺寸繪出相應(yīng)位置時(shí)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。（一號(hào)圖紙）（尺寸要準(zhǔn)確） * 對(duì)手爪中手指的開合機(jī)構(gòu)進(jìn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)。（二號(hào)圖紙:含結(jié)構(gòu)圖,機(jī)構(gòu)圖） * 每人編制一份設(shè)計(jì)說明書，設(shè)計(jì)方案均應(yīng)寫入說明書（封面、目錄、內(nèi)容、后記、參考書目等）內(nèi)。 設(shè)

3、計(jì)盡量考慮用已學(xué)過的機(jī)構(gòu)或幾種機(jī)構(gòu)的組合來實(shí)現(xiàn)位置要求，還應(yīng)考慮力求使機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)性、加工特性、使用性能、經(jīng)濟(jì)性等要好。第二章 題目分析、機(jī)械系統(tǒng)整體方案的設(shè)計(jì)題目分析：從題目可以知道，要實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的一系列運(yùn)動(dòng)需要各個(gè)機(jī)構(gòu)之間的完美配合。其中所設(shè)計(jì)的裝箱機(jī)械手機(jī)構(gòu)中主要分為三個(gè)步驟，抓取移動(dòng)放置。進(jìn)行動(dòng)作分解即有抓、上下移動(dòng)、左右移動(dòng)和放共6個(gè)動(dòng)作。時(shí)間分配和各動(dòng)作分配是這次設(shè)計(jì)的一個(gè)重點(diǎn)，當(dāng)然設(shè)計(jì)怎樣的機(jī)構(gòu)來完成各項(xiàng)動(dòng)作也是其中必須要完成的任務(wù)。機(jī)械手工作流程： 原位 夾緊 上升 左移下降 右移 上升 放開 下降總的來說機(jī)械手整套裝置可分解為簡(jiǎn)單的四個(gè)動(dòng)作：抓取、放開、橫移和豎移。 1.抓?。河?/p>

4、圖分析可知抓取過程為J點(diǎn)處，由于物體是在傳送帶上，因此在抓取過程中給機(jī)械爪手預(yù)留時(shí)間較短，即在抓取的時(shí)候動(dòng)作要迅速，這就對(duì)我們?cè)O(shè)計(jì)機(jī)械手的時(shí)候提出了具體的新要求。同時(shí)，在抓的過程保證機(jī)械手不能有左右移動(dòng)和上下移動(dòng)，以此來保證抓取位置的準(zhǔn)確性。 2.放開：相對(duì)抓取過程，放開過程相對(duì)容易一點(diǎn)，但在放開的同時(shí)要保證機(jī)械手的靜止性，或者說穩(wěn)定性。這對(duì)整個(gè)過程是至關(guān)重要的一個(gè)部分，能否正確的放置物件關(guān)系整個(gè)裝置的成敗。在這里我們可以考慮利用機(jī)械手的自動(dòng)控制，即當(dāng)物品到達(dá)指定位置后能自動(dòng)的將物品放開，這里需要我們?nèi)⒖紮C(jī)械手自動(dòng)抓取的相關(guān)設(shè)計(jì)。3. 橫移：橫移過程是在這機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要求中位移量最大，這里要考慮

5、用運(yùn)動(dòng)放大裝置來縮小原動(dòng)件的動(dòng)作范圍，同時(shí)考慮到在橫移過程中穩(wěn)定性是很重要的一點(diǎn)，如果移動(dòng)不穩(wěn)定，會(huì)對(duì)整個(gè)機(jī)械手成功運(yùn)輸物品造成不利的影響。根據(jù)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)軌跡圖，在K點(diǎn)后，機(jī)械手由豎移轉(zhuǎn)向橫移，在L點(diǎn)，運(yùn)動(dòng)由橫移轉(zhuǎn)向豎移，所以運(yùn)動(dòng)方向的轉(zhuǎn)換也是我們考慮的重點(diǎn)，利用凸輪傳動(dòng)，曲柄滑塊都是可以完成這樣的方向轉(zhuǎn)換的。 4.豎移：豎移時(shí)，在下放其直線度是題目中特別要求的，因此我們可以考慮用滑塊機(jī)構(gòu)來保證其直線度。其次，對(duì)速度的控制也是需要考慮的，這對(duì)提起或放置過程中保證物體被成功夾起或放開有著不可忽視的作用。機(jī)械系統(tǒng)整體方案的設(shè)計(jì): 第一種方案：此方案采用的是曲柄滑塊和凸輪的相互組合，適當(dāng)?shù)脑O(shè)置滑桿的

6、長(zhǎng)度，使其能滿足上下位移為50、120mm，橫向滑桿可以滿足其其左右移動(dòng)600mnm，在上下移動(dòng)時(shí)采用杠桿放大機(jī)構(gòu)是為了減小凸輪的空間大小，減少加工量，節(jié)約材料。采用此種方案的缺點(diǎn)是需要兩個(gè)電機(jī)獨(dú)立控制曲柄和凸輪的運(yùn)動(dòng)，其中控制曲柄的電機(jī)為了實(shí)現(xiàn)整個(gè)機(jī)構(gòu)的可逆性還需要正反轉(zhuǎn)這對(duì)電機(jī)的壽命有很大的影響，同時(shí)也給控制方面提出了難題，增加了操作的復(fù)雜性。第一方案圖第二種方案：本方案是利用滑塊在特制導(dǎo)軌中的滑動(dòng)來達(dá)到傳送機(jī)械手的目的。利用凸輪加一個(gè)杠桿機(jī)構(gòu)來完成來回?cái)[動(dòng)，擺桿帶動(dòng)滑塊在導(dǎo)軌中運(yùn)動(dòng)?；瑝K上連接了一個(gè)滾子，利用滾子在導(dǎo)軌中的滾動(dòng)來代替滑塊的直接滑動(dòng)，有效減小了摩擦。本方案的優(yōu)點(diǎn)是只需要一個(gè)

7、原動(dòng)機(jī)就能帶動(dòng)機(jī)構(gòu)循環(huán)工作運(yùn)行，而且機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，具有很高的經(jīng)濟(jì)效益。本方案的不足之處也有不少，滑塊的運(yùn)行速度不均勻，需特制導(dǎo)軌，凸輪形狀復(fù)雜，有些點(diǎn)受力較大，易磨損等。再加上這樣思路已經(jīng)被太多人使用過，在此我們不列為最優(yōu)方案。第二方案圖第三種方案：本方案是我們的最優(yōu)方案。本方案最大特點(diǎn)是利用圓柱凸輪和盤式凸輪相結(jié)合的方式來完成機(jī)械手的橫移和豎移，從而只需要一個(gè)原電機(jī)就可以完成機(jī)械手復(fù)雜的循環(huán)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。而且通過圓柱凸輪和盤式凸輪上軌道的巧妙配合使得橫移和豎移不相互沖突，即在橫移時(shí)，豎直方向沒有位移，在豎移是時(shí)，水平方向靜止。同時(shí)，為了減小凸輪的制造面積，我們采用了杠桿放大原理，將凸輪產(chǎn)生的

8、較小位移放大為機(jī)械手較大的移動(dòng)。為減小凸輪所受沖擊和磨損，我們?cè)谠O(shè)計(jì)盤型凸輪形狀時(shí)產(chǎn)用的是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律來設(shè)計(jì)。這種方案也有不足之處，例如體積偏大，結(jié)構(gòu)稍顯復(fù)雜，有一定的加工難度。 第三方案圖第3章 機(jī)械執(zhí)行系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)在考慮裝箱機(jī)械手裝置的設(shè)計(jì)時(shí)，我們使其滿足了在往上提起碰到重物時(shí)將其抓緊，在往下輸送時(shí)遇到平面即重物停止不動(dòng)時(shí)將其放開。具體裝置結(jié)構(gòu)如下：本裝置是利用齒輪與齒條的相互嚙合來實(shí)現(xiàn)手爪的開張與閉合。在進(jìn)行抓緊物料時(shí)，手爪依靠自身重力向內(nèi)收縮，此時(shí)手爪之間距離大于19mm,分別位于重物兩側(cè)，碰到兩側(cè)壁時(shí)，由于收縮受阻手爪將越抓緊，從而實(shí)現(xiàn)抓緊的目的，接下就可以往上提起重物，由于重物自

9、重緣故，重物有向下運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，手爪將一直存在向內(nèi)的抓緊力以此來保證在移動(dòng)過程重物不脫落。在放開重物的時(shí)候手爪動(dòng)作機(jī)理如下：當(dāng)重物已經(jīng)到了指定位置，即重物不能再有向下的運(yùn)動(dòng)了，而此時(shí)機(jī)械手還有向下運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，所以手爪在齒輪的嚙合作用下將向外張開，從而完成放開重物的動(dòng)作。 此機(jī)械手的優(yōu)點(diǎn)是不須再外加電源而自動(dòng)實(shí)現(xiàn)抓緊和放開，并且能保證在移動(dòng)時(shí)重物依舊被抓牢，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便。第4章 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)我們的裝箱機(jī)械手的傳動(dòng)系統(tǒng)方案如下所示：我們運(yùn)用圓柱凸輪與盤式凸輪相結(jié)合的方式，將兩個(gè)從動(dòng)滾子的上下和左右運(yùn)動(dòng)結(jié)合到了一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)上，從而 D 杠桿2 O2 E C A O1 B 杠桿1實(shí)現(xiàn)了以一個(gè)

10、電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)完成兩種不同的運(yùn)動(dòng)。由于機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)軌跡相對(duì)來說較長(zhǎng)，例如橫向移動(dòng)長(zhǎng)達(dá)600mm,為了減小凸輪的面積，我們采取了杠桿機(jī)構(gòu)，利用杠桿的放大原理，將凸輪的上的微小移動(dòng)放大，從而使機(jī)械手有較大的位移。 機(jī)械手裝置傳動(dòng)系統(tǒng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖根據(jù)杠桿原理， 所以有: ； (、分別表示A、B、C、D四點(diǎn)的位移） 根據(jù)a=120mm；b=600mm；c=50mm；所以由得最后我們?cè)O(shè)定： 盤式凸輪的形狀如下： 圓柱凸輪側(cè)面展開圖如下： O O 工作原理： 當(dāng)盤式凸輪繞著O旋轉(zhuǎn)時(shí)，從，凸輪推動(dòng)滾子E將從左向右運(yùn)動(dòng)，即B點(diǎn)也是從左向右運(yùn)動(dòng)，通過杠桿后，A點(diǎn)將從右向左運(yùn)動(dòng)。當(dāng)從時(shí)，A點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)將會(huì)與上所述剛好相反，從

11、而完成橫向移動(dòng)的可逆過程。 當(dāng)圓柱凸輪也繞著O軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，C點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)隨著圓柱上軌道的上下而上下運(yùn)動(dòng)，而通過杠杠后，D點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向剛好與C點(diǎn)相反，這樣完成從原動(dòng)件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞到了機(jī)械手的上下運(yùn)動(dòng)。一個(gè)周期后機(jī)械手從原點(diǎn)開始經(jīng)歷上下運(yùn)動(dòng)之后又回到了原點(diǎn)。 當(dāng)盤式向右或向左推動(dòng)滾子時(shí)圓柱凸輪上的軌跡為水平線，即圓柱上滾子不做上下運(yùn)動(dòng)，這樣機(jī)械手只做橫向移動(dòng)，并不上下移動(dòng)；當(dāng)圓柱上的滾子做上下運(yùn)動(dòng)，盤式凸輪的運(yùn)轉(zhuǎn)情況是滾子在等直徑圓弧上運(yùn)動(dòng)，即凸輪并不推動(dòng)或拉動(dòng)滾子向左向右運(yùn)動(dòng)，這樣機(jī)械手就只做上下運(yùn)動(dòng)。 盤式和圓柱凸輪的準(zhǔn)確搭配使得機(jī)械手能精確的完成設(shè)定的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)抓、放、橫移豎移。 第五章 運(yùn)動(dòng)循環(huán)

12、圖設(shè)計(jì) 機(jī)械手先從JK段取物料上升（物料來自傳送帶）；KL段為物料水平移動(dòng)；LM段為抓手放物料于箱內(nèi)。機(jī)械手放下物料后，沿ML段上升a距離，再沿LK段往前運(yùn)動(dòng)b距離，到達(dá)K點(diǎn)后，下降c距離，完成一次運(yùn)動(dòng)循環(huán)。返回的時(shí)候軌跡為。給定預(yù)期軌跡的尺寸分別為：a=120mm；b=600mm；c=50mm；根據(jù)機(jī)械手循環(huán)軌跡繪制各點(diǎn)位移如下表： 各點(diǎn)位移 mm 各點(diǎn) J-KK-LL-MM-LL-KK-J E （+向左，-向右）0-6000+600 A （+向左，-向右）0+60000-6000 C （+向上，-向下）-16.70+40-400+16.7 D （+向上，-向下）+500-120+1200-

13、50 機(jī)械手 軌跡 機(jī)械手 軌跡繪制C點(diǎn)在圓柱面上運(yùn)動(dòng)軌跡如下圖：C點(diǎn)的軌跡即是圓柱面上的軌道跡線。 盤式凸輪從動(dòng)滾子位移跡線如下圖： 為了避免凸輪與滾子之間產(chǎn)生剛性沖擊，我們對(duì)滾子的變速過程采用了簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，同時(shí)也避免柔性沖擊，這樣能大大延長(zhǎng)凸輪的使用壽命，也是機(jī)械手在運(yùn)作過程中更為平穩(wěn)，噪聲小。根據(jù)各點(diǎn)運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖表，軌跡圖，我們可以看出，當(dāng)滾子完成半個(gè)周期時(shí)，機(jī)械手完成抓、移、放的過程。后半個(gè)周期，機(jī)械手沿著前半個(gè)周期走過的軌跡逆向返回。第六章 設(shè)計(jì)小結(jié) 所謂實(shí)習(xí)，就是讓我們通過實(shí)踐，通過自己實(shí)際動(dòng)手動(dòng)腦來將自己所學(xué)融匯貫通并進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新。通過這次課程設(shè)計(jì)，讓我收獲很多。首先，通過這一次的

14、課程設(shè)計(jì)， 所學(xué)的基本理論得到了一步鞏固和加深，讓我對(duì)自己所學(xué)的基本概念和基本知識(shí)有了更深層次的了解，知道了原來所學(xué)的知識(shí)是可以利用在各種場(chǎng)合，只要你有心去發(fā)現(xiàn)，去觀察，你會(huì)看到其實(shí)在我么日常生活中處處有著課本上那些知識(shí)的影子。同時(shí)，培養(yǎng)了自己分析和解決相關(guān)機(jī)械原理所涉及的問題的能力。讓我對(duì)平面連桿機(jī)構(gòu)，杠桿和凸輪有了更加深刻的理解，進(jìn)一步增強(qiáng)了自己的設(shè)計(jì)和分析能力。其次，這次課程設(shè)計(jì)過程中，是六個(gè)人一組，我們通過與同學(xué)們的激烈討論和相互探討，一步一步從初始方案到最佳方案，將團(tuán)結(jié)合作的精神發(fā)揮的淋漓盡致，感受到了團(tuán)隊(duì)的力量。 最后通過這次課程設(shè)計(jì)，是我們對(duì)裝箱機(jī)械手的工作原理以及機(jī)構(gòu)選型、運(yùn)動(dòng)方案的確定以及對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析有了較為深刻的了解，這都將為我以后參加工作實(shí)踐打下了基礎(chǔ)，同時(shí)也激發(fā)了我的興趣，原來機(jī)械設(shè)計(jì)也并不是那么枯燥的，它自有它動(dòng)人之處讓你印象深刻。 同時(shí)在課程設(shè)計(jì)的過程中也存在