自動(dòng)上下料機(jī)械手主要零部件設(shè)計(jì)及三維造型

1、摘要本次設(shè)計(jì)的課題是自動(dòng)上下料機(jī)械手的主要零部件設(shè)計(jì)及三維造型，確定了機(jī)械手的座標(biāo)型式和自由度，確定了機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)。 機(jī)械手能代替人工操作，起到減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約加工時(shí)間，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本的特點(diǎn)。在實(shí)用基礎(chǔ)上，對(duì)自動(dòng)上下料機(jī)械手直臂與夾持部件進(jìn)行三維設(shè)計(jì)，其中分為三個(gè)部分：手爪、手腕、直臂。整體機(jī)械手為直角坐標(biāo)型，驅(qū)動(dòng)均為電機(jī)驅(qū)動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，精度高。設(shè)計(jì)了手爪為平移型夾持式手爪，傳動(dòng)結(jié)構(gòu)為滑動(dòng)絲桿；手腕為回轉(zhuǎn)型，轉(zhuǎn)動(dòng)角度為0-180°，傳動(dòng)結(jié)構(gòu)為蝸輪蝸桿；設(shè)計(jì)了機(jī)械手的手腕結(jié)構(gòu)，計(jì)算出了手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)力矩；畫出機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖；對(duì)工作機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)

2、計(jì)算，包括主要部件的設(shè)計(jì)計(jì)算、強(qiáng)度校核和運(yùn)動(dòng)分析；設(shè)計(jì)繪制起升裝置的總圖和主要零件工作圖；利用三維CAD軟件對(duì)主要零件進(jìn)行實(shí)體設(shè)計(jì)和造型。關(guān)鍵詞：直臂與夾持部件；機(jī)械手；CAD二維設(shè)計(jì)；Pro/e三維設(shè)計(jì)Abstract The topic of this design is the main component of the automatic up-down material manipulator design and 3 d modelling, determine the coordinates of the manipulator type and degree of freedo

3、m, determine the technical parameters of the manipulator. Robots can replace manual operation, reduce labor intensity, save processing time, improve the production efficiency, reduce the production cost. On the basis of practical, automatic manipulator arm straight up and down and clamping parts for

4、 3 d design, which is divided into three parts: hand, wrist, arm straight. Integral type manipulator for rectangular coordinates, drive for motor drive, structure simple, reliable and high precision. Design hand claw clamping type gripper for translation, the transmission structure for sliding screw

5、; Wrist for transformation, rotation Angle of 0-180 °, for the worm gear and worm drive structure; Manipulator wrist structure was designed, calculated the wrist when the driving moment; Draw the manipulator kinematic sketch; The working mechanism and transmission system design and calculation,

6、 including design calculation, intensity and the movement of the main parts of analysis; Design drawing general layout and main parts of lifting device working drawing; Using three-dimensional CAD software for the main parts for physical design and modelling. Key word: Straight arm and clamping part

7、s; Manipulator; 2 d CAD design;Pro/e 3 d design目 錄摘要.IAbstract.IIAbstractI1緒論11.1前言和意義11.2 工業(yè)機(jī)械手的簡(jiǎn)史11.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和趨勢(shì)32機(jī)械手直臂部分的總體設(shè)計(jì)52.1 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇52.2 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇62.3傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的選擇62.4 機(jī)械手的基本形式選擇82.5 機(jī)械手直臂部分的主要部件及運(yùn)動(dòng)82.6 機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)93機(jī)械手手爪的三維設(shè)計(jì)113.1 手部設(shè)計(jì)基本要求113.2 典型的手部結(jié)構(gòu)113.3 機(jī)械手手爪的設(shè)計(jì)計(jì)算113.3.1選擇手爪的類型和夾緊裝置113.3.2 手爪夾持范圍計(jì)

8、算123.3.3 滑動(dòng)絲杠設(shè)計(jì)133.3.4 直齒輪設(shè)計(jì)153.3.5電機(jī)選型163.4 機(jī)械手手爪的三維出圖及其主要零部件出圖174機(jī)械手手腕部分的三維設(shè)計(jì)204.1腕部設(shè)計(jì)的基本要求204.2 腕部的結(jié)構(gòu)以及選擇204.2.1 典型的腕部結(jié)構(gòu)204.2.2 腕部結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇204.3 腕部的設(shè)計(jì)計(jì)算214.3.1 蝸輪軸的設(shè)計(jì)計(jì)算214.3.2 蝸輪齒輪設(shè)計(jì)224.3.3 步進(jìn)電機(jī)選型234.4 手腕部分出圖及主要零部件出圖245 直臂部分的三維設(shè)計(jì)315.1 手臂的結(jié)構(gòu)的選擇及其驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)315.2 滾珠絲杠設(shè)計(jì)315.3 錐齒輪設(shè)計(jì)335.4 電機(jī)選型355.5 機(jī)械手直臂部分三

9、維出圖及主要零部件出圖366. 總結(jié)407.致謝42參考文獻(xiàn)43湖北理工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）1緒論1.1前言和意義作為本次畢業(yè)設(shè)計(jì)研究的課題，此項(xiàng)研究是檢驗(yàn)學(xué)生在校學(xué)習(xí)成果的重要措施，也是提高教學(xué)質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。是對(duì)大學(xué)幾年所學(xué)的專業(yè)知識(shí)的一次整體的回顧，它將所學(xué)的機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械原理、機(jī)械加工工藝、機(jī)械制造裝配設(shè)計(jì)等有關(guān)的機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)主要課程緊密的聯(lián)系在一起；真正利用所學(xué)的專業(yè)知識(shí)來解決實(shí)際的生產(chǎn)問題，很好的將理論設(shè)計(jì)與實(shí)際應(yīng)用結(jié)合起來，考慮多方面的問題，諸如成本，可行性，設(shè)備的安全性，使用壽命，工作效率等的；在研究的過程當(dāng)中，通過不斷的遇到問題并設(shè)法解決之，可以培養(yǎng)我們的個(gè)人

10、獨(dú)立思考的能力和創(chuàng)新的意識(shí)；提高個(gè)人分析問題、解決實(shí)際問題的能力；此外，該通過對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)大學(xué)本科四年的所學(xué)知識(shí)進(jìn)行整合，完成一個(gè)特定功能、特殊要求的上下料機(jī)械手的設(shè)計(jì)，能夠比較好地體現(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)生的理論研究水平，實(shí)踐動(dòng)手能力以及專業(yè)精神和態(tài)度，具有較強(qiáng)的針對(duì)性和明確的實(shí)施目標(biāo)，能夠?qū)崿F(xiàn)理論和實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合。本次設(shè)計(jì)也要培養(yǎng)自己的自學(xué)與創(chuàng)新能力。因此本次設(shè)計(jì)綜合性和實(shí)踐性強(qiáng)、涉及知識(shí)面廣。所以在設(shè)計(jì)中既要注意基本概念、基本理論，又要注意生產(chǎn)實(shí)踐的需要，只有將各種理論與生產(chǎn)實(shí)踐相結(jié)合，才能很好的完成本次設(shè)計(jì)。這對(duì)我們將來所從事的行業(yè)有莫大的幫助。大學(xué)生在畢業(yè)前

11、都必須完成畢業(yè)論文的撰寫任務(wù)。 大學(xué)生撰寫畢業(yè)論文的目的，主要有兩個(gè)方面；一是對(duì)學(xué)生的知識(shí)相能力進(jìn)行一次全面考核。二是訓(xùn)練學(xué)生對(duì)進(jìn)行科學(xué)研究的基本功，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)獨(dú)立地分析問題和解決問題的能力，為以后撰寫專業(yè)學(xué)術(shù)論文打下良好的基礎(chǔ)。自動(dòng)上下料機(jī)械手的主要零部件設(shè)計(jì)及三維造型是在學(xué)完了機(jī)械制圖、機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械工程材料等進(jìn)行設(shè)計(jì)之后的下一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)。本次設(shè)計(jì)也要培養(yǎng)自己的自學(xué)與創(chuàng)新能力。因此本次設(shè)計(jì)綜合性和實(shí)踐性強(qiáng)、涉及知識(shí)面廣。所以在設(shè)計(jì)中既要注意基本概念、基本理論，又要注意生產(chǎn)實(shí)踐的需要，只有將各種理論與生產(chǎn)實(shí)踐相結(jié)合，才能很好的完成本次設(shè)計(jì)。1.2 工業(yè)機(jī)械手的

12、簡(jiǎn)史 現(xiàn)代工業(yè)機(jī)械手起源于20世紀(jì)50年代初，具有多自由度動(dòng)作功能的柔性自動(dòng)化產(chǎn)品。當(dāng)時(shí)數(shù)字計(jì)算機(jī)已經(jīng)出現(xiàn)，電子技術(shù)也有了長(zhǎng)足的發(fā)展，在產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域出現(xiàn)了受計(jì)算機(jī)控制的可編程數(shù)控機(jī)床，與機(jī)器人技術(shù)相關(guān)的控制技術(shù)和零部件加工也已有了扎實(shí)的基礎(chǔ)。另外，人類需要開發(fā)自動(dòng)機(jī)械，替代人去從事一些惡劣環(huán)境下的作業(yè)。正是在這一背景下，機(jī)器人技術(shù)的研究與應(yīng)用得到了快速發(fā)展。 以下列舉了現(xiàn)代機(jī)器人工業(yè)史上的幾個(gè)標(biāo)志性事件。 1954年：美國(guó)人戴沃爾（G.C.Devol）制造出世界上第一臺(tái)可編程的機(jī)械手，并注冊(cè)了專利。這種機(jī)械手能夠按照不同的程序從事不同的工作，因此具有通用性和靈活性。 1959年：戴沃爾（G.C.D

13、evol）與美國(guó)發(fā)明家英格伯格（Ingerborg）聯(lián)手制造出第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人。隨后，成立了世界上第一個(gè)機(jī)器人制造工廠Unimaton公司。由于英格伯格對(duì)工業(yè)機(jī)器人富有成效的研究和宣傳，他被成為“工業(yè)機(jī)器人之父”。 1962年：美國(guó)AMF公司生產(chǎn)出萬能搬運(yùn)（Versatran）機(jī)器人，與Unimaton公司生產(chǎn)的萬能伙伴（Unimate）機(jī)器人一樣成為真正商業(yè)化的工業(yè)機(jī)器人，并出口到世界各國(guó)，掀起了全世界對(duì)機(jī)器人和機(jī)器人研究的熱潮。1967年：日本川崎重工公司和豐田公司分別從美國(guó)購(gòu)進(jìn)了工業(yè)機(jī)器人Unimate和Verstran的生產(chǎn)許可證，日本從此開始了對(duì)機(jī)器人的研究和制造。20世紀(jì)60年代后

14、期，噴漆弧焊機(jī)器人問世并逐步開始應(yīng)用與工業(yè)生產(chǎn)。1968年：美國(guó)斯坦福研究所公布他們研發(fā)成功的機(jī)器人Shakey。它帶有視覺傳感器，能根據(jù)人的指令發(fā)現(xiàn)并抓取積木，不過控制它的計(jì)算機(jī)有一個(gè)房間那么大。Shakey可以成為世界上第一臺(tái)智能機(jī)器人，由此拉開了第三代機(jī)器人研發(fā)的序幕。1969年：日本早稻田大學(xué)加藤一郎實(shí)驗(yàn)室研發(fā)出第一臺(tái)以雙腳走路的機(jī)器人。加藤一郎長(zhǎng)期致力于研發(fā)仿人機(jī)器人，被譽(yù)為“仿人機(jī)器人之父”。日本專家一向以研發(fā)仿人機(jī)器人和娛樂機(jī)器人的技術(shù)見長(zhǎng)，后來更進(jìn)一步，催生出本田公司的ASIMO機(jī)器人和索尼公司的QRIO機(jī)器人。1973年：世界上機(jī)器人和小型計(jì)算機(jī)第一次攜手合作，單身了美國(guó)Ci

15、ncinnati Milacron公司的機(jī)器人T3。1979年：美國(guó)Unimaton公司推出通用工業(yè)機(jī)器人PUMA，這標(biāo)志著工業(yè)機(jī)器人技術(shù)已經(jīng)完全成熟。PUMA至今仍然工作在生產(chǎn)第一線，許多機(jī)器人技術(shù)的研究都一概機(jī)器人為模型和對(duì)象。1979年：日本山梨大學(xué)牧野洋發(fā)明了平面關(guān)節(jié)型SCARA機(jī)器人，該型機(jī)器人在此后的裝配作業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。1980年：工業(yè)機(jī)器人在日本開始普及。隨后，工業(yè)機(jī)器人在日本得到了巨大發(fā)展，日本也因此而贏得了“機(jī)器人王國(guó)”的美稱。1984年：英格伯格再次推出機(jī)器人Helpmate，這種機(jī)器人能夠在醫(yī)院里為病人送飯、送藥、送郵件。同年，英格伯格還預(yù)言：我要讓機(jī)器人擦地板、

16、做飯、出去幫我洗車、檢查安全。1996年：本田公司推出仿人型機(jī)器人P2，使雙足行駛機(jī)器人的研究達(dá)到了一個(gè)新的水平。隨后許多國(guó)家著名企業(yè)爭(zhēng)相研制代表自己公司形象的仿人型機(jī)器人，以展示公司的科研實(shí)力。1998年：丹麥樂高公司推出機(jī)器人Mind-storms套件，讓機(jī)器人制造變得跟搭積木一樣，相對(duì)簡(jiǎn)單又能任意拼裝，是機(jī)器人開始走入個(gè)人世界。1999年：日本索尼公司推出機(jī)器人狗愛寶（AIBO），當(dāng)即銷售一空，從此娛樂機(jī)器人邁進(jìn)普通家庭。2002年：美國(guó)iRobot公司推出了吸塵器機(jī)器人Roomba，它是目前世界上銷量最大、商業(yè)化最成功的家用機(jī)器人。2006年：微軟公司推出Microsoft Robot

17、ics Studio機(jī)器人，從此機(jī)器人模塊化、平臺(tái)統(tǒng)一化的趨勢(shì)越來越明顯。比爾蓋茨語言，家用機(jī)器人將很快席卷全球。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，推動(dòng)著機(jī)器人技術(shù)不斷發(fā)展和完善；機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，又促進(jìn)了人民生活的的改善，推動(dòng)著生產(chǎn)力的提高和整個(gè)社會(huì)的進(jìn)步。機(jī)器人技術(shù)作為當(dāng)今科學(xué)技術(shù)發(fā)展的前沿科學(xué)，將成為未來社會(huì)和生活中不可或缺的一門技術(shù)。1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和趨勢(shì) 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： 1.工業(yè)機(jī)械手性能不斷提高(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。 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

18、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)械手整機(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)械手控制系統(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)械手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)械手還應(yīng)用了視覺、力覺等傳感器，而遙控機(jī)械手則采用視覺、聲覺、力覺、觸覺等多傳感器的融合技術(shù)來進(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)械手中的作用已從仿真、預(yù)演

19、發(fā)展到用于過程控制，如使遙控機(jī)械手操作者產(chǎn)生置身于遠(yuǎn)端作業(yè)環(huán)境中的感覺來操縱機(jī)械手。總的來說，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，滿足相對(duì)具體的任務(wù)的工業(yè)機(jī)器人，主要采用性價(jià)比高的模塊，在滿足工作要求的基礎(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。我國(guó)的機(jī)器人技術(shù)起步較晚，從二十世紀(jì)八十年代才開始。我國(guó)早就把機(jī)器人列入國(guó)家重點(diǎn)科研規(guī)劃內(nèi)容，在一系列計(jì)劃的支持下，機(jī)器人基礎(chǔ)理論和基礎(chǔ)元、器件研究全面展開。目前我國(guó)已經(jīng)基本掌握了機(jī)器人的設(shè)計(jì)制造技術(shù)、控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和

20、軌跡規(guī)劃技術(shù)，生產(chǎn)了部分機(jī)器人關(guān)鍵元器件。在以后的機(jī)器人設(shè)計(jì)制造技術(shù)中，我國(guó)逐步縮小了與世界先進(jìn)水平的差距。2機(jī)械手直臂部分的總體設(shè)計(jì)2.1 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇 （1）手部是裝在工業(yè)機(jī)器人手腕上直接抓握工件或執(zhí)行作業(yè)的部件。分為機(jī)械鉗爪式手部結(jié)構(gòu)和吸附式手部結(jié)構(gòu)。具有以下特點(diǎn)：1）手部與腕部相連處可拆卸，手部與手腕有機(jī)械接口，也可能有電、汽、液接頭，當(dāng)工業(yè)機(jī)器人作業(yè)對(duì)象不同時(shí)，可以方便的拆卸和更換手部。2）手部是工業(yè)機(jī)器人的末端操作器。它可以像人手那樣具有手指，也可以不具備手指；可以是類人的手爪，也可以是進(jìn)行專業(yè)操作的工具，如裝在機(jī)器人手腕上的噴漆槍、焊接工具等。3）手部的通用性比較差。工業(yè)機(jī)器人

21、的手部通常是專用的裝置，一種手爪往往只能抓我一種工件或幾種在形狀、尺寸、質(zhì)量等方面相近似的工件，只能執(zhí)行一種作業(yè)任務(wù)。4）手部是一個(gè)獨(dú)立的部件，假如把手腕歸屬于臂部，那么工業(yè)機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)的三大件就是機(jī)身、臂部、和手部。手部是決定整個(gè)工業(yè)機(jī)器人作業(yè)完成好壞、作業(yè)柔性好壞的關(guān)鍵部件之一。 （2）腕部是連接手部和臂部的部件，起支撐和改變手部姿態(tài)的作用。機(jī)器人操作臂將末端工具至于其工作的三維空間內(nèi)的任意點(diǎn)需要三個(gè)自由度。為了進(jìn)行實(shí)際操作，它應(yīng)該能夠獎(jiǎng)工具置于任意的方位，同時(shí)需要一個(gè)腕部，一般還需要三個(gè)自由度，即回轉(zhuǎn)、俯仰和擺動(dòng)。腕部可具有不同的自由度數(shù)目和不同的結(jié)構(gòu)。腕部所需要的自由度根據(jù)機(jī)器人的工

22、作性能來確定，在多數(shù)情況下，玩不具有兩個(gè)自由度，即回轉(zhuǎn)和俯仰或擺動(dòng)。腕部可用安裝在連接處的驅(qū)動(dòng)器直接驅(qū)動(dòng)，也可以從底座內(nèi)的動(dòng)力源經(jīng)鏈條、同步齒形帶、連桿或其他機(jī)構(gòu)遠(yuǎn)程驅(qū)動(dòng)。直接驅(qū)動(dòng)一般采用液壓或氣動(dòng)，具有較高的驅(qū)動(dòng)力和強(qiáng)度，但增加了機(jī)械手的質(zhì)量和慣性。遠(yuǎn)程驅(qū)動(dòng)可降低機(jī)械手的慣性，但需要傳動(dòng)裝置，設(shè)計(jì)較為復(fù)雜。 （3）臂部是機(jī)械手的重要握持部件。它的作用是支撐腕部和手部（包括工作或夾具），并帶動(dòng)他們做空間運(yùn)動(dòng)。臂部運(yùn)動(dòng)的目的：把手部送到空間運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)任意一點(diǎn)。如果改變手部的姿態(tài)（方位），則用腕部的自由度加以實(shí)現(xiàn)。因此，一般來說臂部具有三個(gè)自由度才能滿足基本要求，即手臂的伸縮、左右旋轉(zhuǎn)、升降（或俯

23、仰）運(yùn)動(dòng)。手臂的各種運(yùn)動(dòng)通常用驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)（如液壓缸或者氣缸）和各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，從臂部的受力情況分析，它在工作中既受腕部、手部和工件的靜、動(dòng)載荷，而且自身運(yùn)動(dòng)較為多，受力復(fù)雜。因此，它的結(jié)構(gòu)、工作范圍、靈活性以及抓重大小和定位精度直接影響機(jī)械手的工作性能。2.2 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是工業(yè)機(jī)械手的重要組成部分。根據(jù)動(dòng)力源的不同, 可分為以下四類：（1）氣壓傳動(dòng)機(jī)械手 氣壓機(jī)械手是以壓縮空氣的壓力來驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手。其特點(diǎn)為：輸出力大、易于保養(yǎng)、動(dòng)作迅速、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單成本低。但是由于空氣具有可壓縮的特性，工作速度的穩(wěn)定性較差、沖擊力大、定位精度一般、抓取力小。（2）液壓傳動(dòng)機(jī)械手 是以油

24、液壓縮的壓力來驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手。其特點(diǎn)為：輸出力大、傳動(dòng)平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)緊湊、動(dòng)作靈敏、抓取力大。但是這種機(jī)械手對(duì)密封性要求很高、不易于保養(yǎng)與維護(hù)、受到液體本身的屬性影響，不宜在高溫或者低溫的環(huán)境下工作、油的泄漏會(huì)導(dǎo)致對(duì)其工作性能產(chǎn)生很大的影響、油液過濾要求非常嚴(yán)格，成本高。（3）機(jī)械驅(qū)動(dòng)機(jī)械手 它是由機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手，是一種附屬于工作主機(jī)的專用機(jī)械手，動(dòng)力是由工作機(jī)械提供的。其主要特點(diǎn)為：運(yùn)動(dòng)精確，動(dòng)作頻率大，定位精度高。但是結(jié)構(gòu)較大，保養(yǎng)需求高。（4）電氣驅(qū)動(dòng)機(jī)械手 它是由電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手。其特點(diǎn)為：運(yùn)動(dòng)速度快，行程長(zhǎng)，定位精度高，易于維護(hù)、使用方便、節(jié)能環(huán)保。但

25、是其技術(shù)還不夠成熟、結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、成本也較高。 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是工業(yè)機(jī)械手的重要組成部分, 工業(yè)機(jī)械手的性能價(jià)格比在很大程度上取決于驅(qū)動(dòng)方案及其裝置?？紤]機(jī)械手的工作環(huán)境以及各驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)我們采用電動(dòng)驅(qū)動(dòng)。2.3傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的選擇（1）齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)圓柱齒輪，圓錐齒輪，諧波齒輪蝸輪蝸桿及，擺線針輪傳動(dòng)等是在工業(yè)機(jī)器人中經(jīng)常使用的幾種齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。（2）諧波齒輪傳動(dòng)諧波齒輪傳動(dòng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小重量輕，傳動(dòng)比大（幾十到幾百），傳動(dòng)精度高、回程誤差小、噪音低、傳動(dòng)平穩(wěn)，承載能力強(qiáng)、效率高等一系列優(yōu)點(diǎn)。故在工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。諧波齒輪傳動(dòng)與少齒差行星齒輪傳動(dòng)十分相似，它是依靠柔性齒輪產(chǎn)生的可控變形波引

26、起齒間的相對(duì)錯(cuò)齒來傳遞動(dòng)力與運(yùn)動(dòng)的，故諧波齒輪傳動(dòng)與一般的齒輪傳動(dòng)具有本質(zhì)上的差別。（3）螺旋傳動(dòng)螺旋傳動(dòng)及絲杠螺母，它主要是用來將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變換為直線運(yùn)動(dòng)或?qū)⒅本€運(yùn)動(dòng)變換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。螺旋傳動(dòng)有傳遞能量為主的，如螺旋壓力機(jī)、千斤頂?shù)?；有以傳遞運(yùn)動(dòng)為主的，如機(jī)床工作臺(tái)的進(jìn)給絲杠。絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)分為普通絲杠（滑動(dòng)摩擦）和滾珠絲杠（滾動(dòng)摩擦），前者結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工方便、制造成本低，具有自鎖能力；但是摩擦阻力矩大、傳動(dòng)效率低（30%40%）。后者雖然結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造成本高，但是其最大的優(yōu)點(diǎn)是摩擦阻力矩小、傳動(dòng)效率高（92%98%），其運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性好，靈活度高。通過預(yù)緊，能消除間隙、提高傳動(dòng)剛度；進(jìn)給精度和重復(fù)定

27、位精度高。使用壽命長(zhǎng)；而且同步性好，使用可靠、潤(rùn)滑簡(jiǎn)單，因此滾珠絲杠在機(jī)器人中應(yīng)用很多。由于滾珠絲杠傳動(dòng)返行程不能自鎖；因此在用于垂直方向傳動(dòng)時(shí)，須附加自鎖機(jī)構(gòu)或制動(dòng)裝置。（4）同步帶傳動(dòng)同步帶傳動(dòng)是綜合了普通帶傳動(dòng)和鏈輪鏈條傳動(dòng)優(yōu)點(diǎn)的一種新型傳動(dòng)，它在帶的工作面及帶輪外周上均制有嚙合齒，通過帶齒與輪齒作嚙合傳動(dòng)。為保證帶和帶輪作無滑動(dòng)的同步傳動(dòng)，齒形帶采用了承載后無彈性變形的高強(qiáng)力材料，無彈性滑動(dòng)，以保證節(jié)距不變。同步帶具有傳動(dòng)比準(zhǔn)確、傳動(dòng)效率高（可達(dá)98%）、節(jié)能效果好；能吸振、噪聲低、不需要潤(rùn)滑；傳動(dòng)平穩(wěn)，能高速傳動(dòng)（可達(dá)40m/s）、傳動(dòng)比可達(dá)10，結(jié)構(gòu)緊湊、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，故在機(jī)器人

28、中使用很多。其主要缺點(diǎn)是安裝精度要求高、中心距要求嚴(yán)格，同時(shí)具有一定的蠕變性。同步帶帶輪齒形有梯形齒形和圓弧齒形。（5）鋼帶傳動(dòng)鋼帶傳動(dòng)的特點(diǎn)是鋼帶與帶輪間接觸面積大，是無間隙傳動(dòng)、摩擦阻力大，無滑動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、運(yùn)行可靠、噪聲低，驅(qū)動(dòng)力矩大、壽命長(zhǎng)，鋼帶無蠕變、傳動(dòng)效率高。（6)鏈傳動(dòng)機(jī)器人的手腕傳動(dòng)采用鏈傳動(dòng)，考慮到降低機(jī)器人尾端的重量，經(jīng)常將腕關(guān)節(jié)處的驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝在大臂關(guān)節(jié)處或小臂后端。 （7)鋼絲繩輪傳動(dòng)鋼絲繩輪傳動(dòng)的有點(diǎn)有傳動(dòng)剛度大、結(jié)構(gòu)柔軟、成本較低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等。其缺點(diǎn)有加速度不宜太高、帶輪較大、安裝面積大等。2.4 機(jī)械手的基本形式選擇 根據(jù)手臂的動(dòng)作形態(tài)分析,常見的工業(yè)機(jī)械手

29、按坐標(biāo)形式大致可以分為以下4種: (1)直角坐標(biāo)型機(jī)械手;(2)圓柱坐標(biāo)型機(jī)械手; (3)球坐標(biāo)(極坐標(biāo))型機(jī)械手; (4)多關(guān)節(jié)型機(jī)機(jī)械手。圖2.1 機(jī)械手基本形式 按照此次設(shè)計(jì)機(jī)械手的工作環(huán)境選用直角坐標(biāo)型機(jī)械手，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，定位精度高，比較滿足設(shè)計(jì)要求。2.5 機(jī)械手直臂部分的主要部件及運(yùn)動(dòng)在直角坐標(biāo)型機(jī)械手的基本方案選定后，根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，為了滿足設(shè)計(jì)要求，關(guān)于機(jī)械手具有4個(gè)自由度 即：手爪張合；手腕回轉(zhuǎn)；直臂升降；橫臂平移4個(gè)主要運(yùn)動(dòng)。機(jī)械手主要由3個(gè)大部件和4個(gè)電機(jī)組成：（1）手部，采用滑動(dòng)絲桿結(jié)構(gòu)，通過電機(jī)帶動(dòng)實(shí)現(xiàn)手抓的張合。（2） 腕部，采用一個(gè)步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)蝸輪蝸桿實(shí)現(xiàn)

30、手部回轉(zhuǎn)0°180°（3）臂部，采用滾珠絲杠，電機(jī)帶動(dòng)絲桿使螺母在橫臂上移動(dòng)來實(shí)現(xiàn)手臂平動(dòng)，帶動(dòng)絲桿螺母使絲桿在直臂上移動(dòng)實(shí)現(xiàn)手臂升降。圖2.2 機(jī)械手直臂與夾持部件總裝三維圖圖2.3 二維示意圖2.6 機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)（1）用途：自動(dòng)上下料（2）設(shè)計(jì)技術(shù)的參數(shù): 1、抓取重量:600g (夾持式手爪) 2、自由度數(shù):4個(gè)自由度 3、坐標(biāo)型式:直角坐標(biāo)型 4、橫臂手臂的長(zhǎng)度:2000mm 5、手臂最大的高度:3000mm 6、手臂運(yùn)動(dòng)的參數(shù)升降行程：950mm升降速度：150mm/s 7、手腕運(yùn)動(dòng)的參數(shù)回轉(zhuǎn)的范圍:0°-180°3機(jī)械手手爪的三維設(shè)計(jì)3.

31、1 手部設(shè)計(jì)基本要求（1） 應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膴A緊力及驅(qū)動(dòng)力。應(yīng)考慮到在一定的夾緊力的條件下，不同的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)需要不同大小的的驅(qū)動(dòng)力。（2） 為了方便的抓取工件，手指必須能夠張開足夠的范圍以達(dá)到所需的開閉角度（即手指從張開到閉合繞支點(diǎn)所轉(zhuǎn)過的角度）。（3） 手部設(shè)計(jì)應(yīng)該做到結(jié)構(gòu)緊湊、效率高、重量輕，在保證本身剛度、強(qiáng)度的前提下，盡可能使結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕，以利于減輕手臂的負(fù)載。（4） 應(yīng)保證手抓的夾持精度。3.2 典型的手部結(jié)構(gòu)（1） 回轉(zhuǎn)型 包括滑槽杠桿式和連桿杠桿式兩種。（2） 移動(dòng)型 移動(dòng)型即兩手指相對(duì)支座作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。（3） 平面平移型。3.3 機(jī)械手手爪的設(shè)計(jì)計(jì)算3.3.1選擇手爪的類型和夾緊裝

32、置本設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)抓取圓柱形物塊的機(jī)械手。常用的工業(yè)機(jī)械手手爪按握持工件的原理,分為吸附和夾持兩大類。吸附式常用于抓取工件表面平整、面積較大的板狀物體,不適合用于本方案。本設(shè)計(jì)機(jī)械手采用夾持式手指,夾持式機(jī)械手按運(yùn)動(dòng)形式可分為回轉(zhuǎn)型和平移型。平移型手指的張開閉合靠手指的平行移動(dòng),這種手指結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單, 適于夾持平板和圓柱類材料, 且工件徑向尺寸的變化不影響其軸心的位置, 其理論夾持誤差為零。通過綜合考慮，本設(shè)計(jì)選擇平移型夾持式手爪，采用滑動(dòng)絲桿這種傳動(dòng)結(jié)構(gòu)方式。運(yùn)行方式為電機(jī)帶動(dòng)直齒輪使絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)而帶動(dòng)手爪接觸塊移動(dòng)，從而形成手爪的張合，當(dāng)手爪抓到零件時(shí)，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，手爪產(chǎn)生自鎖，在機(jī)械手臂的帶動(dòng)下

33、帶動(dòng)零件移動(dòng)。圖3.1 二維手爪結(jié)構(gòu)圖3.3.2 手爪夾持范圍計(jì)算 1、加工毛坯尺寸：20mm-30mm 2、長(zhǎng)度：100mm上下 3、毛坯質(zhì)量（以鋼材密度計(jì)算）：約250g-550g（按最大600g計(jì)算） 4、裝夾深度：約 25mm 5、縱向定位精度：0.1mm 6、橫向定位精度：1mm 手爪接觸塊為橡膠制品，橡膠具有定伸強(qiáng)度高，彈性大，電絕緣性優(yōu)良和抗撕裂性，耐旱性良好和加工性佳，耐磨性等特點(diǎn)。圖3.2 手爪橡膠3.3.3 滑動(dòng)絲杠設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)條件： 1、需自鎖 2、絲杠長(zhǎng)度 145mm 3、最大質(zhì)量共計(jì)約1100g。 4、絲杠載荷：絲杠豎直時(shí)承受最大軸向力為，G=mg (g取10N/kg)。

34、設(shè)計(jì)計(jì)算：（1） 牙型、材料和許用應(yīng)力采用梯形單頭螺紋螺桿材料選45鋼，經(jīng)調(diào)制處理，由機(jī)械手冊(cè)查表可得許用拉應(yīng)力為 .（3.1）手爪部分為輕載，螺母材料選擇耐磨鑄鐵。由機(jī)械手冊(cè)查表可得許用彎曲應(yīng)力為， 取 ；許用剪應(yīng)力為由機(jī)械手冊(cè)查表可得許用壓強(qiáng)為，其中?。?） 按耐磨性計(jì)算螺桿的中徑由表中公式得， .（3.2）采用整體式螺母，其中取，由GB/T 5796.3-1986，可選用，的梯形螺紋、中等精度。螺桿左右兩端分別采用不同的旋轉(zhuǎn)方向，螺旋副標(biāo)記分別為：，。螺母高度為，其中取則螺紋圈數(shù)為圈（3） 自鎖性驗(yàn)算由于是單頭螺紋，導(dǎo)程為，故螺紋升角為 .（3.3）由機(jī)械手冊(cè)查表可得耐磨鑄鐵和鋼的，取，

35、可得 .（3.4），所以自鎖可靠。（4） 螺桿的強(qiáng)度校核由機(jī)械手冊(cè)查表可得，螺紋摩擦力矩為， .（3.5）代入以下公式可得.（3.6）（5） 螺母螺紋的強(qiáng)度校核由于螺母材料強(qiáng)度低于螺桿，故只需校核螺母螺紋的強(qiáng)度即可。由機(jī)械手冊(cè)查表可得牙根寬度為，基本牙高為代入以下中的公式得 .（3.7） .（3.8）（6） 橫向振動(dòng)校核對(duì)于鋼制螺桿 .（3.9）應(yīng)滿足轉(zhuǎn)速n使（7） 效率由回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)時(shí)有 .（3.10）所以效率取為3.3.4 直齒輪設(shè)計(jì)表3.1 直齒輪參數(shù)表項(xiàng) 目符號(hào)齒輪1單位單位齒 輪2 單位幾何參數(shù)：齒 數(shù) Z2035法 向 模 數(shù) m n1.5毫米法 向 壓 力 角 n20度

36、有 效 齒 寬 b12毫米齒 頂 高 系 數(shù) ha*1頂 隙 系 數(shù) c*0.25標(biāo) 準(zhǔn) 中 心 距 a041.2毫米中 心 距 a42毫米分 度 圓 直 徑 d30毫米52.5毫米基 圓 直 徑 d b28.191毫米49.33毫米頂 圓 直 徑 d a33毫米57毫米根 圓 直 徑d f26.25毫米50.34毫米齒 頂 高h(yuǎn) a1.452毫米2.25毫米齒 根 高h(yuǎn) f1.875毫米1.077毫米全 齒 高h(yuǎn) t3.33毫米弧 齒 厚S t2.356毫米2.93毫米名 義 轉(zhuǎn) 矩T0.0539N·m0.09N·m名 義 功 率P0.02Kw0.04Kw轉(zhuǎn) 速n3500

37、r / min1998r / min材 質(zhì)支 承 形 式非對(duì)稱支承3.3.5電機(jī)選型計(jì)算條件：空行程最長(zhǎng)為，夾緊時(shí)間不應(yīng)超過1.2s設(shè)計(jì)計(jì)算：（電機(jī)選型部分根據(jù)計(jì)算需要而定）螺母移動(dòng)平均速度為， .（3.11）絲杠的平均轉(zhuǎn)速為摩擦轉(zhuǎn)矩有.（3.12） .（3.13）故.（3.14）選用轉(zhuǎn)速為的直流電機(jī)，速比為齒輪傳動(dòng)效率為、滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)效率為總效率為電機(jī)軸驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩： .（3.15）電機(jī)軸輸出功率： .（3.16）電機(jī)選用40ZY-02型號(hào)直流電動(dòng)機(jī)3.4 機(jī)械手手爪的三維出圖及其主要零部件出圖圖3.3 手爪三維圖圖3.4 直齒輪絲桿圖3.5 電機(jī)齒輪圖3.6 齒輪箱圖3.7 手爪接觸塊連接件和

38、絲桿螺母圖3.8 手爪裝配件4機(jī)械手手腕部分的三維設(shè)計(jì)4.1腕部設(shè)計(jì)的基本要求（1） 力求重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊腕部處于機(jī)械手臂的最前端，它連同手部的動(dòng)、靜載荷且均由臂部承擔(dān)。顯然，腕部的重量、結(jié)構(gòu)和動(dòng)力載荷，直接影響著臂部的重量、結(jié)構(gòu)和運(yùn)轉(zhuǎn)性能。所以，在設(shè)計(jì)機(jī)械手腕部時(shí)，必須力求重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊。（2）結(jié)構(gòu)考慮，合理布局 腕部作為機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)之一，又承擔(dān)支撐和連接的作用，除保證力和運(yùn)動(dòng)的要求以外，要有足夠的剛度、強(qiáng)度外，還應(yīng)該綜合考慮，合理布局，解決好腕部與手部和臂部的連接。（3） 必須考慮工作的條件對(duì)于此次設(shè)計(jì)，機(jī)械手的工作條件是在工作場(chǎng)合中搬運(yùn)加工過程中產(chǎn)生的棒料，因此不太受環(huán)境的影響，沒

39、有處在腐蝕性和高溫的工作介質(zhì)中，所以對(duì)機(jī)械手的腕部材料沒有太多的不利因素。4.2 腕部的結(jié)構(gòu)以及選擇4.2.1 典型的腕部結(jié)構(gòu)(1) 具有一個(gè)自由度的回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動(dòng)的典型腕部結(jié)構(gòu)。它具有靈活、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛運(yùn)用，總力矩M，需要克服以下幾種阻力：克服啟動(dòng)慣性所用?；剞D(zhuǎn)角的極限值由動(dòng)片和靜片之間允許回轉(zhuǎn)的角度來決定（一般小于270°）。(2) 齒條活塞驅(qū)動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu)。在要求回轉(zhuǎn)角大于270°的情況下，可采用齒條活塞驅(qū)動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)外形尺寸比較大，一般適用在懸掛式臂部結(jié)構(gòu)中。(3) 具有兩個(gè)自由度的回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu)。它使腕部具有垂直和水平轉(zhuǎn)動(dòng)的兩個(gè)自由度。(4) 機(jī)

40、-液結(jié)合的腕部結(jié)構(gòu)。4.2.2 腕部結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇此次設(shè)計(jì)要求手腕的回轉(zhuǎn)角度為90°或180°，則腕部結(jié)構(gòu)則選擇具有一個(gè)自由度的回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)腕部結(jié)構(gòu)。步進(jìn)電機(jī)是一種利用電磁鐵的作用原理將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為線位移或角位移的電機(jī)。將數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)再根據(jù)給定的數(shù)據(jù)和要求進(jìn)行運(yùn)算，而后發(fā)出電脈沖信號(hào)，計(jì)算機(jī)每發(fā)出一個(gè)脈沖，步進(jìn)電機(jī)便轉(zhuǎn)過一定角度，又步進(jìn)電機(jī)通過傳動(dòng)裝置來控制腕部轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)很小角度。脈沖接著一個(gè)一個(gè)的發(fā)來，步進(jìn)電機(jī)便一步一步的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)手腕轉(zhuǎn)動(dòng)到所需要的角度。 因此手腕結(jié)構(gòu)為步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)渦輪蝸桿運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)：其主要功能是控制手爪的轉(zhuǎn)向，從而使其能準(zhǔn)確的抓取零件

41、和放置零件。 運(yùn)行方式為步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)蝸輪蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)，繼而控制手腕的轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)到一定的角度(90°或180°)時(shí)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，手爪產(chǎn)生自鎖，進(jìn)而完成手腕的轉(zhuǎn)動(dòng)功能。4.3 腕部的設(shè)計(jì)計(jì)算計(jì)算條件：夾取工件重量600g左右，回轉(zhuǎn)角度為180°。4.3.1 蝸輪軸的設(shè)計(jì)計(jì)算設(shè)計(jì)計(jì)算：（1）選擇軸的材料軸的材料選擇為45鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理。由機(jī)械手冊(cè)表6-1-1查得：，（2）初步確定最小軸徑按表選取由機(jī)械手冊(cè)查得 .（4.1）（3）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖4.1 蝸輪軸結(jié)構(gòu)圖（4）鍵的選擇與校核1、蝸輪連接鍵選擇普通平鍵為 由機(jī)械手冊(cè)可查得 .（4.2）由機(jī)械手冊(cè)可查得所以2、軸端連接鍵選

42、擇普通平鍵為。由機(jī)械手冊(cè)可查得 .（4.3）由機(jī)械手冊(cè)可查得所以（5）軸的強(qiáng)度校核其條件為 .（4.4）其中 軸的計(jì)算應(yīng)力，MPa； M 軸所受的彎矩，Nmm ； .（4.5） T 軸所受的扭矩，Nmm； W 軸的抗彎截面系數(shù)，； 對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力時(shí)軸的許用彎曲應(yīng)力，其值按表計(jì)算.（4.6）即270MPa，故所設(shè)計(jì)的軸安全。4.3.2 蝸輪齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算條件：蝸輪軸輸出功率為，轉(zhuǎn)速為，負(fù)載轉(zhuǎn)矩為，傳動(dòng)比為。工作壽命為設(shè)計(jì)計(jì)算：1選擇材料和加工精度蝸桿材料選用45鋼、蝸輪材料選用ZCuAl10Fe3、加工精度為7級(jí)1. 初選幾何參數(shù)，2. 計(jì)算蝸輪蝸桿傳動(dòng)效率和蝸桿輸入轉(zhuǎn)矩粗算傳動(dòng)效率為 .（4.7

43、）蝸輪輸出轉(zhuǎn)矩為 .（4.8）蝸桿輸入轉(zhuǎn)矩為 .（4.9）3. 確定許用接觸應(yīng)力蝸桿輸入功率為 .（4.10）滑動(dòng)速度為、 .（4.11） .（4.12）4. 求載荷系數(shù)K動(dòng)載荷系數(shù)為、嚙合質(zhì)量系數(shù)為、小時(shí)載荷率為、小時(shí)載荷率系數(shù)為、環(huán)境溫度系數(shù)為、工作情況系數(shù)為由于不帶風(fēng)扇，所以： .（4.13）5. 計(jì)算m和q值 .（4.14）其中取 ，167.蝸輪齒面接觸強(qiáng)度的校核驗(yàn)算 .（4.15）所以接觸強(qiáng)度足夠。4.3.3 步進(jìn)電機(jī)選型計(jì)算條件：手腕電機(jī)載荷約為85N，蝸輪軸轉(zhuǎn)速為設(shè)計(jì)計(jì)算：手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的時(shí)間約為，期間做功為 .（4.16）蝸輪軸輸出功率為 .（4.17）渦輪軸轉(zhuǎn)矩為 .（4.18）

44、電機(jī)軸輸出轉(zhuǎn)矩為 .（4.19）電機(jī)軸輸出功率為 .（4.20）步距角取。 .（4.21）靜力矩為 .（4.22）選用型號(hào)為57BYG450C的永磁感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)4.4 手腕部分出圖及主要零部件出圖圖4.2 手腕三維圖圖4.3 手腕法蘭圖4.4 蝸桿圖4.5 蝸輪圖4.6 蝸輪軸圖4.7 軸端法蘭圖4.8 蝸輪蝸桿箱體圖4.9 蝸輪蝸桿箱蓋圖4.10 蝸輪軸承蓋圖4.11 蝸輪軸承蓋開口圖4.12 嵌入式軸承蓋圖4.13 嵌入式軸承蓋開口5 直臂部分的三維設(shè)計(jì) 臂部運(yùn)動(dòng)的目的是把手部送到空間運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)任意一點(diǎn)。如果需要改變手部的姿態(tài)（方位），則利用腕部的自由度加以實(shí)現(xiàn)。因此，一般來說臂部應(yīng)該

45、具備3個(gè)自由度才能滿足所需的基本要求，既手臂左右回轉(zhuǎn)、伸縮和升降運(yùn)動(dòng)。手臂的各種運(yùn)動(dòng)往往利用驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)（設(shè)計(jì)所選為步進(jìn)電機(jī)）和各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，由臂部的受力情況分析可知，它在工作中不僅直接承受手部、腕部和工件的靜、動(dòng)載荷，而且其自身運(yùn)動(dòng)也較多。因此，它的結(jié)構(gòu)、工作范圍、靈活性等直接影響到機(jī)械手的工作性能。 手臂部件是機(jī)械手的主要握持部件。它的作用是支撐腕部和手部（包括工件或工具），并帶動(dòng)它們作空間運(yùn)動(dòng)。手臂運(yùn)動(dòng)應(yīng)該包括3個(gè)運(yùn)動(dòng)：伸縮、回轉(zhuǎn)和升降。本次設(shè)計(jì)主要講直臂的升降。5.1 手臂的結(jié)構(gòu)的選擇及其驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) 機(jī)械手的手臂升降伸縮運(yùn)動(dòng)都為直線運(yùn)動(dòng)。直線運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)一般是氣動(dòng)傳動(dòng)，液壓傳動(dòng)以及電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠來實(shí)現(xiàn)。 我們選用滾珠絲杠結(jié)構(gòu)的手臂，螺母帶動(dòng)絲杠進(jìn)行升降和平移，采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)。結(jié)構(gòu)如下圖：中間為絲杠，兩邊為光桿。 運(yùn)行方式為電機(jī)帶動(dòng)錐齒輪，繼而帶動(dòng)絲杠螺母，絲杠螺母是固定點(diǎn)，相對(duì)的絲杠做上下移動(dòng)。5.2 滾珠絲杠設(shè)計(jì)（1）選取的滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)為磨制絲杠(右旋)上固定端到螺母間距離(臨界長(zhǎng)度)為 下固定端到螺母間距離(臨界長(zhǎng)度)為設(shè)計(jì)的后絲杠總長(zhǎng)為最大行程為 支承方式設(shè)計(jì)為兩端固定定位精度：   由表查得，有效行程內(nèi)目標(biāo)行程公差為，行程變動(dòng)量為 由表查得，任意300mm行程內(nèi)行程變動(dòng)量為，2弧度內(nèi)行程變動(dòng)量為 絲杠精度選擇5級(jí)，可靠性90%。（2）計(jì)算載