機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))——某生產(chǎn)線機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析

1、of 16 session brought to adhere to people-oriented, all-round, coordinated and sustainable scientific development view, promoting economic and social and human development. the core of the scientific outlook on development is people-oriented. implement the scientific concept of development and first

2、 implementation of people-oriented requirements. office of the party committee of this years work, we have to firmly establish the idea of people-oriented philosophy, richness of understanding the people-oriented, seriously implement people-oriented requirements correctly grasping the practice of pe

3、ople-oriented, through people-oriented three services working process, pushing the city party committee office work to a new level. investee (b) investee by people-oriented, in the final analysis is centred, human premise, a human-powered, human purpose. people-oriented thinking long. as early as th

4、e spring and autumn period of more than 2000 years ago, qi guan zhong: overlord of the beginning, and people-oriented. principle of the solid. for thousands of years, traditional chinese political culture there is a wide variety of people-oriented thought. pan gengs people to the duke of zhous prote

5、ct and then to confucius man, from his your kinglight to the idea of grand boat water and then to advocate since the han and tang dynasties nation , these useful idea is, is the country of the people, political sources. the rulers of people, the san zhi bei yan; the rulers of thin people, then died

6、suddenly. the west ever since the renaissance, it is because of the rise of humanism, really started to self awareness, self discovery and self-reflection. predecessors in criticism of marx and engels thought on the basis of the outcome of, according to the great discovery of historical materialism,

7、 reveals the true nature of human existence, the ideology was essential and strongly suggests, as provided. in 1894, the engels from marxs writings, singled out his favorite passage for the new century weekly solemn inscriptions: there, the free development of each is the free development of all peo

8、ple. in modern society, people-oriented thinking more and more attention. people generally regard it as a kind of economic and social development, a principle, a requirement, as a need to maintain the interest of the people of, a pursuit, a purpose. this idea was praised, with the profound connotati

9、on and practical significance. investee 1. people answering epistemological questions and answered the questions of methodology. people contains a profound philosophical, epistemological and methodological significance of science. known as epistemology, refers to the theories on the relationship bet

10、ween knowledge and practice. in the view of marx and engels, man is mans world, is the state, society, and history writers and characters. in other words, the world is one world, society is human society. we know the society, starting from the people to observe; we know the practice, from the people

11、 to study; we knew office work, from the people who set out to explore. ignoring this, will she seek三江學(xué)院2013屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）目 錄第一章 緒論1 1.1 課題背景及意義1 1.2 機(jī)械手的發(fā)展和趨勢(shì)1 1.3 某生產(chǎn)線機(jī)械手的設(shè)計(jì)要求和基本內(nèi)容2第二章 某生產(chǎn)線機(jī)械手模塊的設(shè)計(jì)4 2.1機(jī)械手驅(qū)動(dòng)方式的選擇4 2.2氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)械手的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展前景5 2.3機(jī)械手的設(shè)計(jì)方案6 2.4機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)6 2.5機(jī)械手的系統(tǒng)設(shè)計(jì)8 2.6機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算9 2.7機(jī)械

12、手手臂機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)12 2.8機(jī)械手腰部和機(jī)座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算13 2.9機(jī)座傳動(dòng)裝置的總體設(shè)計(jì)15第三章 旋轉(zhuǎn)模塊的設(shè)計(jì)23 3.1旋轉(zhuǎn)模塊總體設(shè)計(jì)23 3.2擺動(dòng)氣缸的選用23第四章 裝釘模塊的設(shè)計(jì)25 4.1 裝釘模塊的總體布置設(shè)計(jì)25 4.2釘盒的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)26 4.3壓釘軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)26 4.4裝釘氣缸的選用26 4.5導(dǎo)軸和導(dǎo)套的設(shè)計(jì)27第五章 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)28 5.1 三維建模28 5.2 caxa的運(yùn)用33結(jié)束語(yǔ)35致 謝36參考文獻(xiàn)37should be dealt with by the personnel department of the company. (3) pers

13、onal injury accident occurs, the direct punishment 500-1000, who is directly responsible for the accident responsibility, give notice of criticism and 50-100 economic sanctions against them. (4) to conceal the accident, reported without undue delay or false, to inform the administrative leadership o

14、f the criticism, resulting in serious consequences, the pursuit of leadership, along with 500-1000 punishment. (5) significant near miss should be attempted as the case of responsible for the accident and construction team injuries accident penalty provisions, mutatis mutandis. eight, should perform

15、 in the construction standards and specifications, serial number a 1 gb3323-2005 steel fusion welded butt joints, welding engineering-ray lighting and quality rating of 2 gb11345-89 steel welds manual methods of ultrasonic inspection and testing results for grade 3 gb50236-2002 industrial pipe weldi

16、ng engineering code for construction and acceptance of field equipment 4 hgj222-92 technical specification for welding of aluminium and its alloys 5 low temperature steel welding procedure 6 sh3525-2004 petrochemical jb/ t4708-2000 of welding procedure qualification for steel pressure vessels 7 jb/4

17、709-2000 8 jb4730-2005 pressure vessel welding procedures of steel pressure vessel ndt 9 jb/t4744-2000 steel pressure vessel products mechanical properties test of welded plate ii, mechanical equipment installationend to form a proper understanding. methodology refers to methods of knowing the world

18、, transforming the worlds theory. historical materialism tells us that social development, leave is impossible; all social progress, leaving people unable to achieve. we do anything, must first of all take into account the human factor, to find ways to give full play to the initiative and human crea

19、tivity, mobilizing peoples enthusiasm. this is the result of numerous historical practice of most of the scientific method. emperor taizongthe world of excellence into my opponent and zhenguan rule, qing zeng guofan to more aides for the first prerequisite zhong xing ming chen, are insisting on meth

20、odology of successful models. promoting the reform and development, construction of well-off, more demands that we as a people-oriented scientific method. we do work in the countryside, it is necessary to put farmers first we engage in state-owned enterprise reform, we must regard expanding employme

21、nt as an important goal we created urban, optimization-habitat environment must be pursued. promotion office, too, only mans subject status, to achieve rapid development. investee 2. people who responded to the question, and replied to questions depending on who. who issues, is concerned with the pr

22、oblem of the ruling party; depending on who issues are questions relating to the source of power of the ruling party. look at the trend of the world, throughout the ages, no partys fate was not to be dominated by people, no albert is not driven by the people of a nation. our party has always attache

23、d importance to people, caring for people, his people as the coldest winter, parents of people as their own, but there were also some in adhere to people-oriented bias, war sufan expansion peacetime cultural revolution, has caused a great loss to the revolution and construction. through history, our

24、 party proved that when people, caring for people, and along the way there is a powerful force; when to ignore peoples thinking, to ignore the interests and needs of the people, the partys cause will suffer setbacks. people-oriented, power for the people, this is the most fundamental rules governing

25、 laws, large and small, every aspect is also ruling is the most essential requirements. set up the people-oriented concept of governance, requires us to establish the main position, everything for the masses, rely on the masses, and consciously do right for the people, show concern for the benefit o

26、f people and bring benefit to the people, real people as masters of the country, construction of the main body and the cause of main. from this perspective, adhere to the people-oriented and that is power for the people is to uphold the mass viewpoint and the mass line of the party. office work is s

27、erving the overall work of the party. only around the service objects, service, relying on the service principal to the service in order to shun water push the boat, a long-term perspective, creating impressive performance. investee 3. people responded to a question of values, again answering outloo

28、k on questions. values and outlook are an organic unity, and outlook第一章 緒論1.1 課題背景及意義 某生產(chǎn)線機(jī)械手是一種具有開(kāi)放式特征的實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。是多種高科技的融合，可以完成電工、電子、單片機(jī)、機(jī)械設(shè)計(jì)、傳感器、機(jī)電控制、數(shù)字信號(hào)處理等許多課程的幾百個(gè)實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)。某生產(chǎn)線機(jī)械手的作用主要以展示機(jī)械結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)特征和功能關(guān)系為主。相對(duì)于工業(yè)機(jī)器人具有它的特殊性：首先，一臺(tái)機(jī)械手相當(dāng)于一個(gè)試驗(yàn)平臺(tái)，要能顯示多種運(yùn)動(dòng)性能。因此，應(yīng)用環(huán)境廣泛，功能多樣。其次，其制造加上精度略低于工業(yè)機(jī)器人，且性價(jià)比高。另外，它的體積小，重量輕。因

29、此，專用性強(qiáng)的生產(chǎn)線機(jī)械手的研制方法不能滿足這樣的要求。所以我用solidworks軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和對(duì)其進(jìn)行的原理分析設(shè)計(jì)了一種的可擴(kuò)展式機(jī)械手，具有造價(jià)低、調(diào)控容易、重復(fù)性好的特點(diǎn)。1.2 機(jī)械手的發(fā)展和趨勢(shì)機(jī)械手在現(xiàn)實(shí)生活中的種類可以說(shuō)是非常的多，然而最初的機(jī)械手是工業(yè)機(jī)械手，它最早應(yīng)用在汽車制造工業(yè)，常用于焊接、噴漆、上下料和搬運(yùn)。工業(yè)機(jī)械手延伸和擴(kuò)大了人的 手足和大腦功能，它可替代人從事危險(xiǎn)、有害、有毒、低溫和高溫等惡劣環(huán)境中工作：代替人完成繁重、單調(diào)重復(fù)勞動(dòng)，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，保證產(chǎn)品質(zhì)量。目前主要應(yīng)用與制造業(yè)中，特別是電器制造、汽車制造、塑料加工、通用機(jī)械制造及金屬加工等

30、工業(yè)。工業(yè)機(jī)械手與數(shù)控加工中心，自動(dòng)搬運(yùn)小車與自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)可組成柔性制造系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，功能和性能的不斷改善和提高，機(jī)械手的應(yīng)用領(lǐng)域日益擴(kuò)大。工業(yè)機(jī)械手是在第二次世界大戰(zhàn)期間發(fā)展起來(lái)的，始于40年代的美國(guó)橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的搬運(yùn)核原料的遙控機(jī)械操作手研究，它是一種主從型的控制系統(tǒng)。1958年美國(guó)聯(lián)合控制公司研制出第一臺(tái)機(jī)械手。它的結(jié)構(gòu)是：機(jī)體上安裝一回轉(zhuǎn)長(zhǎng)臂，端部裝有電磁鐵的工件抓放機(jī)構(gòu)，控制系統(tǒng)是示教型的；1962年，美國(guó)聯(lián)合控制公司在上述方案的基礎(chǔ)上，又試制成一臺(tái)數(shù)控示教再現(xiàn)型機(jī)械手。運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)仿造坦克炮塔，臂可以回轉(zhuǎn)、俯仰、伸縮，用液壓驅(qū)動(dòng)；控制系統(tǒng)

31、用磁鼓做儲(chǔ)存裝置。不少球面坐標(biāo)式機(jī)械手就是在這個(gè)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的；同年該公司和普曼公司合并成為萬(wàn)能制動(dòng)公司，專門生產(chǎn)工業(yè)機(jī)械手。1962年美國(guó)機(jī)械鑄造公司也實(shí)驗(yàn)成功一種叫versatran機(jī)械手，原意是靈活搬運(yùn)，可做點(diǎn)位和軌跡控制：該機(jī)械手的中央立柱可以回轉(zhuǎn)、升降、伸縮，采用液壓驅(qū)動(dòng)，控制系統(tǒng)也是示教再現(xiàn)型。雖然這2種機(jī)械手出現(xiàn)在六十年代初，但都是國(guó)外機(jī)械手發(fā)展的基礎(chǔ)。從60年代后期起，噴漆、弧焊工業(yè)機(jī)器人相繼在生產(chǎn)中開(kāi)始應(yīng)用。1978年美國(guó)unimate公司和斯坦福大學(xué)、麻省理工學(xué)院聯(lián)合研制出一種unimationvic.arm型工業(yè)機(jī)械手，裝有小型電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，用于裝配作業(yè)。聯(lián)邦德國(guó)

32、機(jī)器制造業(yè)是從1970年開(kāi)始應(yīng)用機(jī)械手，主要用于起重運(yùn)輸、焊接和設(shè)備的上下料等作業(yè)：聯(lián)邦德國(guó)kuka公司還生產(chǎn)一種點(diǎn)焊機(jī)械手，采用關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)和程序控制；日本是工業(yè)機(jī)器人發(fā)展最快，應(yīng)用國(guó)家最多的國(guó)家，自1969年從美國(guó)引進(jìn)兩種典型機(jī)械手后，開(kāi)始大力從事機(jī)械手的研究，目前以成為世界上工業(yè)機(jī)械手應(yīng)用最多的國(guó)家之一。前蘇聯(lián)自六十年代開(kāi)始發(fā)展應(yīng)用機(jī)械手，主要用于機(jī)械化、自動(dòng)化程序較低、繁重單調(diào)、有害于健康的輔助性工作。我國(guó)工業(yè)機(jī)械手的研究與開(kāi)發(fā)始于20世紀(jì)70年代。1972年我國(guó)第一臺(tái)機(jī)械手開(kāi)發(fā)于上海，隨之全國(guó)各省都開(kāi)始研制和應(yīng)用機(jī)械手。從第七個(gè)五年計(jì)劃（1986-1990）開(kāi)始，我國(guó)政府將工業(yè)機(jī)器人的

33、發(fā)展列入其中，并且為此項(xiàng)目投入大量的資金，研究開(kāi)發(fā)并且制造了一系列的工業(yè)機(jī)器人，有由北京機(jī)械自動(dòng)化研究所設(shè)計(jì)制造的噴涂機(jī)器人，廣州機(jī)床研究所和北京機(jī)床研究所合作設(shè)計(jì)制造的點(diǎn)焊機(jī)器人，大連機(jī)床研究所設(shè)計(jì)制造的氬弧焊機(jī)器人，沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)設(shè)計(jì)制造的裝卸載機(jī)器人等等。這些機(jī)器人的控制器，都是由中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所和北京科技大學(xué)機(jī)器人研究所開(kāi)發(fā)的，同時(shí)一系列的機(jī)器人關(guān)鍵部件也被開(kāi)發(fā)出來(lái)，如機(jī)器人專用軸承，減震齒輪，直流伺服電機(jī)，編碼器，dcpwm等等。我國(guó)的工業(yè)機(jī)械手發(fā)展主要是逐步擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。在應(yīng)用專業(yè)機(jī)械手的同時(shí)，相應(yīng)的發(fā)展通用機(jī)械手，研制出示教式機(jī)械手、計(jì)算機(jī)控制機(jī)械手和組合式機(jī)械手等?？?/p>

34、以將機(jī)械手各運(yùn)動(dòng)構(gòu)件，如伸縮、擺動(dòng)、升降、橫移、俯仰等機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)成典型的通用機(jī)構(gòu)，以便根據(jù)不同的作業(yè)要求，選用不用的典型機(jī)構(gòu)，組裝成各種用途的機(jī)械手，即便于設(shè)計(jì)制造，又便于跟換工件，擴(kuò)大了應(yīng)用范圍。1.3 某生產(chǎn)線機(jī)械手的設(shè)計(jì)要求和基本內(nèi)容 所謂機(jī)械手的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)是指具有特定功能的、相互間具有許多聯(lián)系要素構(gòu)成的一個(gè)整體。首先，從系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā)，本設(shè)計(jì)是采用內(nèi)部系統(tǒng)設(shè)計(jì)與外部系統(tǒng)設(shè)計(jì)相結(jié)合的方法，既重視內(nèi)部系統(tǒng)設(shè)計(jì)，也重視內(nèi)、外系統(tǒng)的聯(lián)系。在確定系統(tǒng)功能時(shí)，每個(gè)模塊都遵循保證基本功能、滿足使用功能、剔除多余功能，恰到好處地利用外觀功能和原則。因此，本著該設(shè)計(jì)意圖，根據(jù)動(dòng)作要求對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，本

35、次的設(shè)計(jì)包括以下幾個(gè)基本內(nèi)容： 1.掌握機(jī)械手整條生產(chǎn)線的工作原理，并分析各工作模塊的功能。 2.對(duì)機(jī)械手工作模塊的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。 3.根據(jù)功能需要，進(jìn)行機(jī)構(gòu)原理圖設(shè)計(jì)和運(yùn)動(dòng)分析。 4.測(cè)繪零件，設(shè)計(jì)零件，用solidworks 2011繪制三維零件圖，并進(jìn)行三維裝配圖設(shè)計(jì)。 5.對(duì)三維圖進(jìn)行分析和修改，然后轉(zhuǎn)化為工程圖以便畫二維圖。 6.對(duì)部分典型或非標(biāo)零件用caxa 2011或solidworks 2011進(jìn)行設(shè)計(jì)。 7.完成設(shè)計(jì)圖紙，包括零件圖、裝配圖。最終本人用solidworks 2011設(shè)計(jì)完成的三維裝配圖如圖1.3所示： 圖1.3 三模塊總裝配圖 第二章 某生產(chǎn)線機(jī)械手模塊的

36、設(shè)計(jì)2.1機(jī)械手驅(qū)動(dòng)方式的選擇機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方式一般有三種方式：氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式、液壓驅(qū)動(dòng)方式、電驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式1.氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式 氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、氣源簡(jiǎn)便獲得、能得到較高的開(kāi)關(guān)速度、可安裝調(diào)速器，使開(kāi)關(guān)速度按需要進(jìn)行調(diào)整、氣體削減性大，關(guān)閉時(shí)有彈性、成本低。氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)的缺點(diǎn)：因氣體有削減性所以速度不易勻稱 ，噪聲大，難以準(zhǔn)確控制位置及速度。2.液壓驅(qū)動(dòng)方式 液動(dòng)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體種小、輸出力大、簡(jiǎn)便獲得低速或高速，能無(wú)級(jí)變速、功率重量比大，低速平穩(wěn)、由于液壓油的黏性而效率較高，有自潤(rùn)滑功能和防銹功能。 液動(dòng)驅(qū)動(dòng)的缺點(diǎn)： 油溫變化引起油粘度的變化、液壓元件和管道易滲漏、配管，維修不方便、易

37、漏油，成本較高。3.電驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式 電動(dòng)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)：適用性較強(qiáng)，不受環(huán)境溫度影響、輸出轉(zhuǎn)矩范圍廣、控制方便，能自由地采用直流、交流、短波、脈沖等各種信號(hào)，適于放大、記憶、邏輯判斷和計(jì)算等工作、可落實(shí)超小型化、擁有機(jī)械自鎖性、安裝、維護(hù)檢修方便、可分為步進(jìn)驅(qū)動(dòng)、直流驅(qū)動(dòng)和交流驅(qū)動(dòng)。其中直流驅(qū)動(dòng)調(diào)速性能好，功率較大，效率高。 電動(dòng)驅(qū)動(dòng)的缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)龐雜、機(jī)械效率低一般只有25%-60%、輸出轉(zhuǎn)速不能太低或太高、易受電源電壓、頻率變化的影響 根據(jù)機(jī)械手的功能的動(dòng)作要求，確定利用電機(jī)驅(qū)動(dòng)的直流驅(qū)動(dòng)和錐齒輪傳動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；利用氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的上下運(yùn)動(dòng)；考慮到本設(shè)計(jì)中的機(jī)械手工作范圍較小，利

38、用氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)手臂的伸縮運(yùn)動(dòng)；考慮到機(jī)械手的手部需結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，容易維修，而且重量要輕，機(jī)械手的手部也采用氣缸驅(qū)動(dòng)。鑒于上面三種驅(qū)動(dòng)方式，選擇氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式為本設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)。2.2氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)械手的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展前景2.2.1氣動(dòng)機(jī)械手的應(yīng)用現(xiàn)狀近20年來(lái)，氣動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域迅速拓寬，尤其在各種自動(dòng)化生產(chǎn)線上得到廣泛的應(yīng)用。電氣可編程控制技術(shù)與氣動(dòng)技術(shù)相結(jié)合，使整個(gè)系統(tǒng)自動(dòng)化的程度變得更高，控制方式更靈活，性能更可靠。從各國(guó)的行業(yè)統(tǒng)計(jì)資料來(lái)看，近30年來(lái)，氣動(dòng)行業(yè)發(fā)展很快。我國(guó)的氣動(dòng)行業(yè)起步較晚，但發(fā)展較快，從20世紀(jì)80年化中期開(kāi)始，氣動(dòng)元件產(chǎn)值的年遞增率達(dá)20%以上，高于中國(guó)機(jī)械工業(yè)產(chǎn)值平均

39、年遞增率。隨著微電子技術(shù)、plc技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，氣動(dòng)技術(shù)已成為實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代傳動(dòng)與控制的關(guān)鍵技術(shù)之一。 由于氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)使用安全、可靠，可以在高溫、震動(dòng)、易燃、易爆、多塵埃、強(qiáng)磁、輻射等惡劣環(huán)境下工作。而氣動(dòng)機(jī)械手作為機(jī)械手的一種，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、動(dòng)作迅速、平穩(wěn)、可靠、節(jié)能和不污染環(huán)境、容易實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速、易實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)、易實(shí)現(xiàn)復(fù)雜動(dòng)作等優(yōu)點(diǎn)。所以，氣動(dòng)機(jī)械手被廣泛用于汽車制造業(yè)、半導(dǎo)體及家電行業(yè)、化肥和化工，食品和藥品的包裝、精密儀器和軍事上。現(xiàn)代汽車制造工廠的生產(chǎn)線，尤其是主要工藝的焊接生產(chǎn)線，大多采用了氣動(dòng)機(jī)械手。車身在每個(gè)工序的移動(dòng)；車身外殼被真空

40、吸盤吸起和放下，在指定工位的夾緊和定位；點(diǎn)焊機(jī)焊頭的快速接近、減速軟著陸后的變壓控制點(diǎn)焊，都采用了各種特殊功能的氣動(dòng)機(jī)械手。在彩電、冰箱等家用電器產(chǎn)品的裝配生產(chǎn)線上，在半導(dǎo)體芯片、印刷電路等各種電子產(chǎn)品的裝配流水線上，不僅可以看到各種大小不一、形狀不同的氣缸、氣爪，還可以看到許多靈巧的真空吸盤將一般氣爪很難抓起的顯像管、紙箱等物品輕輕地吸住，運(yùn)送到指定目標(biāo)位置。對(duì)加速度限制十分嚴(yán)格的芯片搬運(yùn)系統(tǒng)，采用了平穩(wěn)加速的sin氣缸。氣動(dòng)機(jī)械手用于對(duì)食品行業(yè)的粉狀、粒狀、塊狀物料的自動(dòng)計(jì)量包裝；用于煙草工業(yè)的自動(dòng)卷煙和自動(dòng)包裝等許多工序。如酒、油漆灌裝氣動(dòng)機(jī)械手；自動(dòng)加蓋、安裝和擰緊氣動(dòng)機(jī)械手等。 此外

41、，氣動(dòng)系統(tǒng)、氣動(dòng)機(jī)械手被廣泛應(yīng)用于制藥與醫(yī)療器械上。如：氣動(dòng)自動(dòng)調(diào)節(jié)病床機(jī)械手，外科手術(shù)機(jī)械手等。2.2.2氣動(dòng)機(jī)械手的發(fā)展前景目前在世界上形成了以日本、美國(guó)和歐盟氣動(dòng)技術(shù)、氣動(dòng)機(jī)械手三足鼎立的局面。我國(guó)對(duì)氣動(dòng)技術(shù)和氣動(dòng)機(jī)械手的研究與應(yīng)用都比較晚，但隨著投入力度和研發(fā)力度的加大，我國(guó)自主研制的許多氣動(dòng)機(jī)械手已經(jīng)在汽車等行業(yè)為國(guó)家的發(fā)展進(jìn)步發(fā)揮著重要作用。由于氣動(dòng)機(jī)械手有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速、易實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)、易實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的動(dòng)作等諸多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，可能預(yù)見(jiàn)，在不久的將來(lái)，氣動(dòng)機(jī)械手將越來(lái)越廣泛地進(jìn)入工業(yè)、軍事、航空、醫(yī)療、生活等領(lǐng)域。2.3機(jī)械手的設(shè)計(jì)方案2.3.1機(jī)械手系統(tǒng)工作原理和組成機(jī)械手主

42、要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和位置檢測(cè)裝置所組成。各系統(tǒng) 之間的相互關(guān)系如圖2.3.1所示： 圖2.3.1 系統(tǒng)之間相互關(guān)系機(jī)械手的工作原理：采用氣壓傳動(dòng)方式，來(lái)實(shí)現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)按規(guī)定要求，有順序，有運(yùn)動(dòng)軌跡的動(dòng)作；同時(shí)按其控制系統(tǒng)的信息對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出命令，必要時(shí)可對(duì)機(jī)械手的動(dòng)作進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)動(dòng)作有錯(cuò)誤或發(fā)生故障時(shí)可發(fā)出報(bào)警信號(hào)；位置檢測(cè)裝置可隨時(shí)將執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際位置反饋給控制系統(tǒng)，從而使執(zhí)行機(jī)構(gòu)以一定的要求達(dá)到設(shè)定位置。2.4機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1.執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括手部、手腕、手臂、立柱和機(jī)座等部件。（1）手部： 即與工件接觸的部件。由于與工件接觸的形式不同，可分為夾持式和吸附式。手部結(jié)構(gòu)取決于

43、被抓取工件的表面形狀、被抓部位和物件的重量以及尺寸。本設(shè)計(jì)考慮到以上因素，工件屬于輕、狀零件，所以采用吸附式手部，吸附式手部主要由吸盤等構(gòu)成，它是靠吸附力吸附物件的。（2）手腕： 手腕是連接手部和手臂的部件，并可用來(lái)調(diào)整被抓取物件的方位。（3）手臂： 手臂的作用是帶動(dòng)手部去抓取物件，并按預(yù)定要求將其搬運(yùn)到指定的位置。（4）立柱：立柱是支承手臂的部件，手臂的回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動(dòng)均與立柱有密切的聯(lián)系。（5）機(jī)座： 機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的各部件和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)均裝在機(jī)座上，故它起支撐和連接的作用。 2.驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是驅(qū)動(dòng)機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的。常用驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有液壓傳動(dòng)、氣壓傳動(dòng)和機(jī)械傳動(dòng)。 3.控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)是

44、支配著機(jī)械手按規(guī)定的動(dòng)作要求進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)，它支配著機(jī)械手按規(guī)定的程序運(yùn)動(dòng)，必要時(shí)可對(duì)機(jī)械手的動(dòng)作進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)動(dòng)作有錯(cuò)誤或發(fā)生故障時(shí)即發(fā)出報(bào)警信號(hào)。 4.位置檢測(cè)裝置 它可將執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際位置反饋給控制系統(tǒng)，并與設(shè)定的位置相比較，通過(guò)控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，從而使執(zhí)行機(jī)構(gòu)以一定的精度達(dá)到設(shè)定位置。本課題采用氣動(dòng)位置傳感器，它可以將位移的變化轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫Φ淖兓?，再轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏康淖兓?.4.1機(jī)械手坐標(biāo)形式的選擇按機(jī)械手手臂的不同運(yùn)動(dòng)形式，其坐標(biāo)形式可分為直角坐標(biāo)型、圓柱坐標(biāo)型、球坐標(biāo)型及關(guān)節(jié)坐標(biāo)型。如圖2.4.1所示： （a） （b） 直角坐標(biāo)系 圓柱坐標(biāo)系 （c） （d） 球型坐標(biāo)系 關(guān)節(jié)式坐標(biāo)系 圖

45、2.4.1 坐標(biāo)形式由于本次設(shè)計(jì)的機(jī)械手是通過(guò)兩個(gè)移動(dòng)和一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)手部空間位置的改變，因此，采用圓柱坐標(biāo)形式。2.4.2機(jī)械手的技術(shù)參數(shù) 1.機(jī)械手最大抓重： 1kg 2.工件尺寸：長(zhǎng)*寬*高=50*50*25（mm） 3.坐標(biāo)形式：圓柱坐標(biāo) 4.支座旋轉(zhuǎn)角度：180 5.手臂運(yùn)動(dòng)參數(shù)：伸縮行程：100mm 伸縮速度：100mm/s 升降行程：60mm 升降速度：100mm/s 6.機(jī)械手定位精度：0.5mm2.5機(jī)械手的系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1.機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)自由度自由度是指機(jī)械手所具有的獨(dú)立坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)的數(shù)目。本設(shè)計(jì)的機(jī)械手具有轉(zhuǎn)動(dòng)副和移動(dòng)副兩種運(yùn)動(dòng)副，具有手臂伸降，旋轉(zhuǎn)和前后伸縮三個(gè)自由度。 2.機(jī)

46、械手的工作范圍 工作范圍是指手臂末端或手腕中心所能到達(dá)的所有點(diǎn)的集合。該機(jī)械手的工作范圍如圖2.5所示：圖2.5 機(jī)械手工作范圍 3.機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)類型本設(shè)計(jì)采用圓柱坐標(biāo)形式的方案，運(yùn)動(dòng)形式為一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)，兩個(gè)移動(dòng)，共三個(gè)自由度組成的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。2.6機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算2.6.1氣缸的選用 1.預(yù)選氣缸的缸徑 一般用作實(shí)驗(yàn)的工件不會(huì)太重，塑料制品工件和鋁制工件即可。 根據(jù)氣缸的負(fù)載狀態(tài)，鋁制工件的質(zhì)量：m1=0.15kg/m2 塑料工件的質(zhì)量：m2=0.1kg/m2 鋁制工件的重力為：g=m1g=0.159.8=1.47n 可確定氣缸的軸向負(fù)載力f1.47n。 根據(jù)負(fù)載的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，參考表2

47、.6.1-1，預(yù)選氣缸的負(fù)載率=0.7。表2.6.1-1負(fù)載率與負(fù)載的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)負(fù)載的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)負(fù)載率靜載荷（如夾緊）70%動(dòng)載荷氣缸速度50mm-500mm/s50%氣缸速度500mm/s30% 根據(jù)氣源供氣條件，確定氣缸的使用壓力p。p應(yīng)小于減壓閥進(jìn)口壓力的85%。本課題設(shè)計(jì)的氣缸為單作用氣缸，工作壓力p=0.3mpa。由以上分析得單作用氣缸的直徑： d=2.98（mm）查smc現(xiàn)代實(shí)用氣動(dòng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，得d=4mm 2.預(yù)選氣缸的行程根據(jù)氣缸的操作距離及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的行程比來(lái)預(yù)選氣缸的行程，應(yīng)盡量選為標(biāo)準(zhǔn)行程，可保證供貨迅速，成本降低。本設(shè)計(jì)氣缸行程選為l=30mm。 3.選擇氣缸的品種 查smc手

48、冊(cè)表，為了滿足安裝空間小，氣缸小巧，選驅(qū)動(dòng)方式為彈簧壓回型的cj1系列，如表2.6.1-2。本設(shè)計(jì)選用氣缸的型號(hào)為：cj1b4-30型單作用彈簧壓回型氣缸。 4.校核氣缸所能提供的拉力 氣缸內(nèi)徑為4mm,使用壓力為0.6mpa，可知?dú)飧姿芴峁┑睦椋?fq=pa=p=0.6106106=1.884n 可知1.884n1.47n,所以可以認(rèn)為氣缸的選用是合適的。表2.6.1-2系列微型氣缸的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格 缸徑2.54使用介質(zhì)空氣最高使用壓力0.7mpa最低使用壓力0.3mpa活塞速度50-500mm/s行程公差0-0.52.6.2真空吸盤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1.真空吸盤連接結(jié)構(gòu) 為了抓取工件，采用真空吸盤

49、結(jié)構(gòu)，如圖2.5.1所示，首先真空吸盤組建在氣缸的推動(dòng)下下移，當(dāng)吸盤4碰到工件時(shí)彈簧3壓縮，整個(gè)導(dǎo)向桿1在防轉(zhuǎn)螺釘2 的作用下直線移動(dòng)保證工件不會(huì)壓壞，然后吸盤吸住工件。 圖2.5.1真空吸盤結(jié)構(gòu)2.6.3真空吸盤的選取 吸盤是直接吸附物體的元件。吸盤通常是由橡膠材料與金屬骨架壓制成型的。吸盤的橡膠出現(xiàn)脆裂，是橡膠老化的表現(xiàn)。通過(guò)查找相關(guān)真空吸盤的資料，本設(shè)計(jì)的工件質(zhì)量輕，因此，選取吸盤的形式為風(fēng)琴型吸盤，吸盤直徑為10，材料為硅橡膠。 2.6.4手部結(jié)構(gòu)的質(zhì)量 與設(shè)計(jì)的手部結(jié)構(gòu)和使用環(huán)境方面選lldpe樹(shù)脂（線型低密度聚乙烯 ），它具有優(yōu)異的耐環(huán)境應(yīng)力開(kāi)裂性能和電絕緣性，較高的耐熱性能，抗沖

50、和耐穿刺性能等。 lldpe樹(shù)脂的密度：0.91-0.94g/cm3; 鋁合金zl101的密度：2.6-2.8g/cm3；45鋼的密度：7.85g/cm3。通過(guò)solidworks 2011的質(zhì)量屬性工具計(jì)算得到手部結(jié)構(gòu)的質(zhì)量為： m手=m樹(shù)+m鋁+m鋼=52.11+9.45+9.48=71.04g2.7機(jī)械手手臂機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)2.7.1手臂設(shè)計(jì)的要求 1.需根據(jù)手臂所受載荷和結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，合理選擇手臂截面形狀和高強(qiáng)度輕型材料。 2.盡量減少運(yùn)動(dòng)的動(dòng)載荷與沖擊，提高手臂運(yùn)動(dòng)的響應(yīng)速度。 3.手臂部分的結(jié)構(gòu)必需滿足完成作業(yè)任務(wù)提出的工作空間要求。 4.要盡量減輕手臂運(yùn)動(dòng)部分的重量，以減少整個(gè)手臂對(duì)回轉(zhuǎn)

51、軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣性。 5.除了手臂部份設(shè)計(jì)力求結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕外，同時(shí)要采用一定形式的緩沖措施。 6.手臂部分的設(shè)計(jì)需動(dòng)作迅速、靈活、平穩(wěn)，定位精度高。 本設(shè)計(jì)中，手臂的上下運(yùn)動(dòng)由氣缸驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)緊湊，裝拆方便，導(dǎo)向裝置由一根立柱導(dǎo)向，防止手臂在直線運(yùn)動(dòng)過(guò)程中沿運(yùn)動(dòng)軸線發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，確保手臂隨機(jī)座一起轉(zhuǎn)動(dòng)。手臂的結(jié)構(gòu)圖如圖2.7.1所示：1.橫梁 2.導(dǎo)軸上固定件3.導(dǎo)向柱4.直角連接零件5.伸縮氣缸6.支撐架圖2.7.1 手臂結(jié)構(gòu)圖2.7.2伸縮氣缸的選用 1.考慮到以上設(shè)計(jì)要求，且要滿足行程要求，經(jīng)過(guò)查找篩選預(yù)選smc氣缸的cqm系列薄型單桿雙作用氣缸，型號(hào)為：cqmb20rc-100-m9b

52、（缸徑為20mm，行程100mm）。 本設(shè)計(jì)所選伸縮氣缸符合體積小、重量輕、薄、安裝空間小、安裝方便等特點(diǎn)。 2.選擇安裝方式 本薄型單桿雙作用伸縮氣缸只需基本型安裝即可滿足要求。2.7.3導(dǎo)向裝置 氣動(dòng)機(jī)械手的手臂在進(jìn)行伸縮（或升降）時(shí)，為了防止手臂繞軸線轉(zhuǎn)動(dòng)或產(chǎn)生變形，以保證手部的正確方向，以增加手臂的剛性，在設(shè)計(jì)手臂結(jié)構(gòu)時(shí)，必須采用適當(dāng)?shù)膶?dǎo)向裝置。它根據(jù)手臂的結(jié)構(gòu)、抓重等因素選取。 目前常采用的導(dǎo)向裝置有單導(dǎo)向桿、雙導(dǎo)向桿、四導(dǎo)向桿等，在本機(jī)械手設(shè)計(jì)中采用單導(dǎo)向桿來(lái)增加手臂的剛性和導(dǎo)向性。2.7.4手臂和手部的總質(zhì)量 35鋼的密度：7.85g/cm3;青銅的密度：8.43g/cm3 通過(guò)

53、solidworks 2011的質(zhì)量屬性工具計(jì)算得到手部結(jié)構(gòu)和臂部結(jié)構(gòu)的總質(zhì)量為： m=m手+m鋁+m缸+m閥+m薄片+m其他=71.04+271.94+451.6+84.29+30.57+175.83=1085.27（g）2.8機(jī)械手腰部和機(jī)座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算2.8.1機(jī)械手腰部和機(jī)座的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 其結(jié)構(gòu)示意圖如圖2.8.1所示。手臂升降裝置主要由立柱、導(dǎo)軸上零件1、導(dǎo)軸下零件2、升降氣缸5、塊零件6、定位套3和轉(zhuǎn)柱7等組成，塊零件和轉(zhuǎn)柱通過(guò)螺母連接，即轉(zhuǎn)柱定制為螺紋柱，安裝方便，節(jié)約成本。手臂機(jī)座結(jié)構(gòu)主要由三塊鋁型材8通過(guò)螺栓連接而成。實(shí)現(xiàn)機(jī)械手手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)形式多種多樣，常用的有葉片式回

54、轉(zhuǎn)缸、齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、鏈輪傳動(dòng)機(jī)械、連桿機(jī)構(gòu)等。在本設(shè)計(jì)中，手臂回轉(zhuǎn)裝置用齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)形式。通過(guò)plc控制伺服電機(jī)帶動(dòng)齒輪外罩4內(nèi)的齒輪，達(dá)到手臂回轉(zhuǎn)的功能。圖2.8.1 機(jī)械手腰部和機(jī)座的結(jié)構(gòu)圖2.8.2機(jī)械手升降氣缸的選用 1.已知：升降氣缸預(yù)選smc氣缸的薄型氣缸。手臂結(jié)構(gòu)總質(zhì)量為m=1085.27，考慮到在臂部安裝時(shí)還要添加控制部分，故預(yù)選負(fù)載力為f=30n；查相關(guān)手冊(cè)取氣缸工作壓力為p=0.4mpa;由smc手冊(cè)查得負(fù)載率=0.5。因此，氣缸缸徑為：d=13.8mm經(jīng)圓整并查手冊(cè)標(biāo)準(zhǔn)取：d=20（mm） 為便于安裝調(diào)試，對(duì)行程要留有適當(dāng)余量，所示預(yù)選氣缸標(biāo)準(zhǔn)行程為h=60mm,預(yù)選sm

55、c薄型單桿雙作用氣缸的型號(hào)為：cqmb20rc-60。 2.驗(yàn)證氣缸的緩沖能力根據(jù)氣缸的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是輸出推力還是拉力、負(fù)載率=0.5、氣缸的行程l=60mm和氣缸的動(dòng)作時(shí)間t=0.6s,由smc手冊(cè)相應(yīng)圖可查得氣缸的理論基準(zhǔn)速度=220mm/s。 根據(jù)氣缸的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是輸出力還是拉力以及負(fù)載率，可查得氣缸的最大速度vmax與理論基準(zhǔn)速度之比值，從而求得氣缸的最大速度vmax。查得： =0.9 vmax=v0=2200.9=198mm/s 最后根據(jù)各系列緩沖氣缸的緩沖特性曲線和氣緩沖氣缸的緩沖特性曲線，若氣缸的負(fù)載質(zhì)量m和最大速度的交點(diǎn)在預(yù)選氣缸缸徑的緩沖特性曲線之下，則表示負(fù)載運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能mv2max小于氣缸的允許吸收的最大能量，即該預(yù)選缸徑的緩沖能力滿足要求。本設(shè)計(jì)所選的伸縮氣缸負(fù)載質(zhì)量較小，從手冊(cè)圖中查可知所選擇的缸徑的緩沖能力能滿足要求。2.8.3機(jī)械手的平穩(wěn)性和臂桿平衡方法 1.機(jī)械手的平穩(wěn)性分析 在設(shè)計(jì)中，臂部的運(yùn)動(dòng)較多，如果運(yùn)動(dòng)速度和負(fù)載較大，當(dāng)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化時(shí)，將產(chǎn)生沖擊和振動(dòng)。這不僅會(huì)影響機(jī)械手的精確定位，甚至?xí)蛊洳荒苷＿\(yùn)轉(zhuǎn)。為了提高平穩(wěn)性，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采取有效的緩沖裝置吸