六自由度機械手設計說明書

機電統(tǒng)課設計明書六自度機手學班

院農(nóng)業(yè)工程與食品科學學院級：農(nóng)機0901小組人員:孫海艦鄒楊指導老師:程衛(wèi)東

前言水中盡勞，使越些歐司們的動.變分密華區(qū)制始越的他工,周來可轉(zhuǎn)高手工取僅加.同斷具械多會著步展的漸在業(yè)越應越將毫械是造,化象此出大的成的1

案................................................................................3構(gòu)................................................................................3機............................................................................41.軸...........................................................42大機...........................................................53大機...........................................................54小機能................................................................................6座軸度壓構(gòu)強10右設.腕構(gòu)強16轉(zhuǎn)設.1機基體接.......................212機設力24構(gòu)的25設27心282

一、方案設計方案一機械手采用氣動控制,氣壓傳動其優(yōu)點空氣為工作介質(zhì),來源放不安，且用后可直接排入大氣而不污染環(huán)境2空氣粘性小，損失小，節(jié)能高效3）動作迅速、反應快、維護簡單、不易堵.4)工作環(huán)境適應性好，安全可靠。5成本低、過載能自動保護缺點：1）工作速度穩(wěn)定性差.2)不易獲得較大的推力或轉(zhuǎn)矩3)有較大的排氣噪聲4以空氣無潤滑性能，需在氣路中設計給油潤滑裝置。方案二：機械手采用電氣控制，機械傳,其優(yōu)點：）精度高，伺服電機作為動力源,同步帶等組成結(jié)構(gòu)簡單且效率高的傳動機構(gòu)控制精度高，根據(jù)設定的參數(shù)實現(xiàn)精確控制在高精度傳感器計量裝置計算機技術(shù)的支持下，能夠大大超過其他控制方式達到的控制精度3）改善環(huán)保水平，由于使用能源品種的減少及其優(yōu)化的性能染減少了,噪音降低了,能夠提供良好的工作環(huán)境.4）降低噪音，其運行噪音低于70分貝，大約是液壓驅(qū)動的三分之二。因此選用電氣控制,機械傳動局部氣動的機械手能夠更好的發(fā)揮兩者的優(yōu)點避免缺點。二、結(jié)構(gòu)設計氣動控制運動結(jié)構(gòu)圖如下圖所示：電氣控制運動結(jié)構(gòu)件圖如下圖所示：

1212電1212電其中電氣傳動的回轉(zhuǎn)等復雜動作因采用的伺服電機及計算機控制,較氣動控制簡單因此該結(jié)構(gòu)選取完全的電氣控制而其機械手的加持可采用氣動控制。三、電機的選機械手除去加持裝置總共有六個自由度，總共需用六個伺服電機。1。主回轉(zhuǎn)軸電機選用主電機傳動比選擇:i主回轉(zhuǎn)軸電機轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)動慣量計算

:1J20.335kg8

211J44

2

2J0.701J2i2625

0.055

211Tmgr0.33541.84411T22T41.8T12i

22.472N根據(jù)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)動慣量選擇電機型號松下電機MGMA3KW,額定轉(zhuǎn)矩m，最大轉(zhuǎn)矩,63.7N·m,電機轉(zhuǎn)動慣量，55.7

2

，額定轉(zhuǎn)1000r/min，最大轉(zhuǎn)速，2000r/min，外形分類F型。

電電12電電電12電2、大臂擺動電機用傳動比選擇:i電機轉(zhuǎn)矩,轉(zhuǎn)動慣量計算:11Jmd44

2

28.8

2JJi

211T480N22TTi根據(jù)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)動慣量選擇電機型號松下電機MGMA3KW,額定轉(zhuǎn)矩m，最大轉(zhuǎn)矩，63，電機轉(zhuǎn)動慣量，

2

，額定轉(zhuǎn)速1000r/min,最大轉(zhuǎn)速，2000r/min，外形分類F型。3、大臂轉(zhuǎn)動電機用傳動比選擇i電機轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)、動慣量計算：11Jmd288

2

2JJ0.000325Kg電i100

21410.5582.5N24.87512i10

根據(jù)轉(zhuǎn)矩動慣量選擇電機型號下電機900W定轉(zhuǎn)矩8，最大轉(zhuǎn)矩，19。3N·m，電機轉(zhuǎn)動慣量

2

，額定轉(zhuǎn)速1000r/min,最大轉(zhuǎn)速，2000r/min,外形分類D型。4、小臂擺動電機選擇傳動比選擇i

電電電電電電J

1144

2

2JJi15

21mgL255i15根據(jù)轉(zhuǎn)矩動慣量選擇電機型號電機MGMA900W,額定轉(zhuǎn)8，最大轉(zhuǎn)矩，19。3N·m，電機轉(zhuǎn)動慣量

2

，額定轉(zhuǎn)速1000r/min,最大轉(zhuǎn)速，2000r/min,外形分類D型。5、小臂轉(zhuǎn)動電機擇傳動比選擇i11J20.1320.0422588J0.04225J電i100

Kg

21mgrN43.25i10

0.325根據(jù)轉(zhuǎn)矩動慣量選擇電機型號電機MDMA750W,額定轉(zhuǎn)m，最大轉(zhuǎn)矩,10，電機轉(zhuǎn)動慣量，6.2Kg，額定轉(zhuǎn)速2000r/min,最大轉(zhuǎn)速，3000r/min，外形分類D型四、功能分析系統(tǒng)共有6個自由度，分別是夾緊、旋轉(zhuǎn)、俯(1右搖擺、俯仰2)及基座的回轉(zhuǎn)?；幕剞D(zhuǎn)自由度可以進行度的回轉(zhuǎn)基座相連的俯仰機構(gòu)(包含液壓缸)可進行俯仰動作，幅度較大,可以滿足度的俯仰要求，與此相連部分為左右搖擺機構(gòu)，能夠完成-60~60度的左右來回擺動，接著下去的是俯仰機構(gòu)，與搖擺機構(gòu)內(nèi)部類,亦可完成—60～60度的上下俯仰動作，最后的是旋轉(zhuǎn)部分與手指部分旋轉(zhuǎn)部分可以正反旋轉(zhuǎn)手指部分通過在手腕上滑槽來控制收放動作機構(gòu)采用液壓控制各自由度的動作簡單方便且功率大各自由度之間相互聯(lián)系且獨立，動作時互不干涉.6

BS332BS332五、基座旋轉(zhuǎn)構(gòu)軸的設計及強度校核設計及計算項目

結(jié)果1.按扭轉(zhuǎn)強度概略計算軸頸650N/mm1）選用號鋼，調(diào)質(zhì)。查表得650N，BNmm2N/2，300/，SN/155/N/2390/B155/T2）按公式，算得0.2[0.2[，因為360NBA

20.1204

0.0113

2

，MPa，

390N/mmBdmm

2[/2rm為齒輪分度圓半徑，0則:0.0091m。考慮到軸是垂直布置，過細會失穩(wěn)，因此取d52mm,最小直徑為花鍵內(nèi)徑。2.擬定軸的結(jié)構(gòu)1）支承采圓錐滾子軸承3007712GB277—84，取下端軸頸直徑為60mm寬2）下端軸直徑80mm,寬3）齒輪下端面由軸環(huán)定位

下軸頸直徑60mm軸肩直徑安裝齒輪的軸段直徑80mm軸環(huán)高度軸環(huán)直徑100mm

0.1，鑒于軸環(huán)承受軸的重力，軸環(huán)直徑寬4）徑寬豰（

上軸頸直徑60mm花鍵小徑5）齒輪上面接觸套筒,固定套筒的軸身直徑70mm，花鍵大徑軸兩端倒角

345

安裝齒輪的軸段上A型槽的寬、深、長分別為、6、70mm.鍵槽居中布置。此外用過盈配合

H7r寬6）套筒上圓錐滾子軸承，與下端軸承一樣。軸頸直徑為寬30mm;7）和上端相密封的軸身直徑56mm,寬36mm；8）連接花的上軸頭小徑，大徑，寬9）軸兩端345

；10齒輪與平鍵采用過盈連接，采用A型平鍵，鍵槽寬b，槽t，槽長L小于齒輪的寬度，L軸段上平鍵居中布置。過盈配合取

H7r

56kNr3.計算支反力和繪制彎矩圖和扭矩圖1）由于活齒條的作,軸受到水平方向的力，同時在軸承受到支反力,這樣產(chǎn)生彎矩.

l81.5R224lpAMpamr

2

56kN

R

l108.5156kNl190l81.5支座A的支反力RFl190l支座B支反力RF56l190

24kNkN2）最大彎發(fā)生在平鍵中心的界面處M24kNNm

M

amam3）扭矩Mpa0.0113m04.強度精確校核

2

0.108m

Nm確定平鍵中心出的截面為危險面作精確強度校核。可知危險剖面在平鍵中心處此時彎矩最且有鍵槽彎剖面模量和抗扭剖面模量較小對該面進行精確校核。H71）過配合為時的應力集中系數(shù)rk1.89

k2.62k1.890.722）尺寸系3）表面質(zhì)系數(shù)

K

k

2.620.64

4）綜合影響系數(shù)K

k

2.62，0.64

K

k

1.890.72K

k

1.890.72

；

0.24/

2M26085）彎曲應N/10750

2

m

11.14N/

2F566）平均應5024z

2

11.14N

2

a

/

27）扭轉(zhuǎn)應幅

a

T6102N/224500T

2

m

a

/mm

28）扭轉(zhuǎn)平應力N/2m9）按公式考慮正應力時的安全系數(shù)

31.4SKa

m

只考慮切應力的安全系數(shù)S

Ka

m

SSS〉[S］滿足強度要求S2

六、液壓泵俯機構(gòu)零件設計及強度校核設計及計算說明1．采用普螺柱連接，布局如圖2．確定螺組連接所受的工作載荷只受橫向載荷(作用于接合面垂直向下）根據(jù)UG質(zhì)量分析，得到前四個自由度的總質(zhì)量總

主要結(jié)果

mg674.829.816619.98Nv總

6619.98Nv根據(jù)UG離分析，前四個自由度質(zhì)心到螺柱分布中心的距離l574.6mm傾覆力矩（順時針方向）

M

?MFl6619.98574.6?mmv3．計算傾力矩的工作拉力在傾覆力矩作用下，左面的螺釘受到加載作用而右面的螺釘受到減載作用左面的螺柱受力較大,所受載荷由書本的（11—得知為10

0b00b0Fmax

Ml4

maxli

M4

N

i4．求每個柱所需的預緊力橫向工作載荷將使連接件下滑采用通螺柱連時是靠摩擦力來承受，M對摩擦力無影響，雖在M的作用下，左邊的壓力減小，但右面的拉力增大，所以保證不下滑的條件，由式（—）可知;kFFzfk=1。2f=0。2

N0F04．計算螺直徑

1.26619.9840.2

螺柱所受的總拉力由式（）求得FFbc由表取1=0.3c2

c1Fc1cFFF13733.81Nc1查表選擇螺柱材料為，性能等級。6屈服強度

Nb

Nmm

2

，安全系數(shù)S4，需用應力為

mmS

2根據(jù)式(—）求得螺柱危險剖面的直徑(螺紋小)為：d

4F

413733.81

mm初取直d=165．校驗螺組連接接合面的工作能力1）連接接面右端不超過許用值，以防止接合面壓潰,由式（1139有：

初取直d

0

p

zFAW式中，接合面面積Al22

2

；接合面抗彎剖面模量

l22

2

6

mm

3

pmax

3.86N6

2由表119得

接合面強度滿足工作p

0.50.5250mm

2

pmax

要求2）連接接面左端應保持一定的預緊力，以防止接合面產(chǎn)生間隙，

min

由式（11-38）

pmin

zF43.860AW1.33由于會產(chǎn)生間,應提高預緊力，間隙的最小預緊力

min

,求得不產(chǎn)生

重新求得螺柱所受到的總拉力由式（重新求得螺柱所受到的總拉力Fb

'

cFF0.312679.468Nc1

'b由式（1121重新求得螺柱危險截面的剖面直徑d'

4

432373.843.14

24.41

最終選定螺柱直徑為24mm

1

mm的螺柱差小于5%工程允許范圍內(nèi)，

GB/T901—B級查GB/T901-1988，B級等長螺柱M24

等長螺柱M24

七、左右搖擺構(gòu)設計及強度校核設計及計算項目

結(jié)果一．

動葉片中3個螺釘設計由公式11-17得d1

01.確定預緊力F

由公式0

fi1）安全裕度系1.2s2）接合面間摩擦系數(shù)0.153）工作轉(zhuǎn)油取動葉片與油液接觸面積150油壓為2MPa，油壓作用在動葉片上的等效力的作用點位rmm圓周上620234)rmm

2023NF0

0.15

N

N

2.查表116，取材料為號鋼，性能等級為8.8級屈服強度極

s

Nmm

2初

估

直

徑

查

表

取s[

]165/

2d

1.343157.33165

mm取螺釘直徑查表11-1mm1

螺釘直徑M24二．

動葉片中2個銷的設計d

z

4F

]1.

確定剪切力Fp油取動葉片與油液接觸面積85mmmm油壓為2，油壓在動葉片等效力的作用點位r圓周上p油

6

23800N2.3.

確定銷個數(shù)z查機械手冊，取材料為號鋼常用的

p

]80MPad

4238002

6

0.01376

FN三．

動葉片與套筒之間的鍵的設計p

4dhl

]pl

4]p

1.

工作轉(zhuǎn)Tp

'2.

油壓為2，承壓面Ammmm作用點離鍵沿半徑方向4040952000N回轉(zhuǎn)直徑的d85鍵高2mm]110MPap

4952000l85l

四．

軸的設計

/

]Tp油取p2Mpa,A=85mm150mmr油

lmmT

6

m去材料為鋼[dd=60mmT2167.5Nm

八、連腕部俯機構(gòu)零件設計及強度校核設計及計算項目

結(jié)果五．

動葉片中3個螺釘設計由公式11-17得d1

03.確定預緊力F

由公式1129F0

fi4）安全裕度系1.2s5）接合面間摩擦系數(shù)0.156）工作轉(zhuǎn)油取動葉片與油液接觸面積mm油壓為2MPa油壓作用在動葉片上的等效力的作用點位rmm周上28.4375N2N4）rmm

F0

1.2

N

180004.查表11-6，取材料為45號鋼，性能等級為8。8級屈服強度極Nmms

2初估直徑表—74,]/

2d1

18000

螺栓直徑M16取螺釘直徑查表—d連接前自由度箱體的4個定螺釘設計1.求每個螺釘?shù)乃桀A緊力和總拉力Fb0

c1c12

F1）剩余預緊力F0

Kza.b.d.

安全裕度系數(shù)Ks接合面間摩擦系數(shù)0.15螺釘個數(shù)z4前自由度總質(zhì)mkg形心位置x316mmcGmg1204.06cF0

'

1.21204.064

2408.112）查表11—5，

c2c1

2

3）由公式11—36F24l2i。lmml為螺釘?shù)街行木€的距離iib。s316mms為前自由度總質(zhì)量到接口的力臂c

0

ppFmax

0.0754

N2408.113359.32Nb2.設計直徑d1

b查表116，取材料為號鋼性能等級級，屈服極限/

2

初估表，s

]/N/

2d

1.3

5.89mm3.校核螺釘接合面的工作能力接合面上側(cè)不出現(xiàn)縫隙的條件0AW1）4

螺栓直徑M162)03)A200mm

4

mm

24)M1204.060.316380.48380480N15）W2001333333.33643359.32380480滿足41333333.33接合面下側(cè)不出現(xiàn)壓潰的條件0]A1）4

32）3359.320

接合面符合工作要求3）mm

mm

4）M0.316380.48N38048015）W2001333333.336

36）表[]640512N/mmp

0043359.32380480512足441333333.33注特殊情況為當前自由度部分自由下垂四個螺釘完全承受前部分的重力，每個螺釘承受GF122.8639.8N，圖，得此時44

，

12

，

由

此

符合工作要求d1

1.30

1.3

1.6滿足條件。動葉片中2銷的設計d

z

4F

]確定剪切油取動葉片與油液接觸面積mm油壓為2，油壓在動葉片等效力的作用點位r圓周上油

6

N

F確定銷個數(shù)z查機械手冊，取材料為號鋼常用的

p

]80MPad

4112502

6

0.00598m

dmm動葉片與套筒之間的鍵的設計p

4dhl

]pl

4]p工作轉(zhuǎn)T

'油壓為2承壓面A75mm作用點離鍵沿半徑方向40N回轉(zhuǎn)直徑的d

鍵高2mm

p

]110MPa

cecel

475

l軸的設計mg1MG(65119211T217508.852422]穩(wěn)定不變扭矩b0.27]M2T)N3W8946.17603

lmmM198094.7451NNM206616.6363eM206616.6363N/8946.1760

2

/

2]，e]40素鋼

[]碳素鋼

九、旋轉(zhuǎn)和夾的設計及強度校核1。機械手指部基與回轉(zhuǎn)體的螺栓連接將前部指部和輪胎簡化為一簡支梁結(jié)構(gòu)，在其質(zhì)心處受到一集中力。機構(gòu)簡設計及計算說明1．采用普螺栓連接，布局如圖示。2．確定螺組連接所受的工作載荷。只受到橫向載荷(作用于接合面,垂直向下）根據(jù)UG的質(zhì)量分析后，得知不得總質(zhì)量為：

主要結(jié)果

0b00b031.211所要夾取得輪胎質(zhì)量為kg2)g(gv

m

s

）

N傾覆力矩順時針方向

M14.234mmMFl。2714.23

3．計算各栓所受的工作拉力。在傾覆力矩的作用下，上面的螺栓受到加載作用，而下面的螺栓受到減載的作用，故上面的螺栓受力較大，所受的載荷由書本的（11—3）知為:Fmax

Mli

maxl2i

M42

Ni上面的螺栓所受到的總工作拉力：

max

NFF474.33Nmax4．求每個栓所需的預緊力。橫向工作載荷將使指架下滑，采用普通螺栓時是靠摩擦力來承受；M對摩擦力無影響，雖在M作用下，上面的壓力減小,但下邊的F增,以保證不下滑的條件是：由式（11-27)可知:kFFzf

F=474.33N

=1.2f=0。2F

1.2404.274

606.405

=6065．計算螺直徑.螺栓所受的總拉力由式(11-19）求得：cFF1Fc1c由表11—5取1=0.3c2

22NFb

c1c1

F0.3474.33

748.704N查表11.6選擇螺栓材料為Q235,性能等級取。6，其屈服極

s

N

mm

不控制預緊力初取直徑為16mm，查表。7，安全系數(shù)為，則s47.5。4根據(jù)公式（11—21)求得螺栓危險剖面的直徑（螺紋小徑）為：d

4F

4

mm

螺釘?shù)闹睆組10查GB/822-1988選用公稱直徑d（螺紋小d8。的螺釘。螺紋規(guī)格：d=M10，公稱直徑d50mm,性能等級為3.6級的H型螺釘1988。6．校核螺組連接接合面的工作能力.1接接合面下端的擠壓應力不超過許用值,以防止接合面壓潰，由式(11—）有：

十字槽圓柱頭螺釘

p

zF0AW式中，接合面面積Ahl；22接合面抗彎剖面模量：W

l26h2

mm32

pmax

14.231.333

46

N

mm

2

接合面強度滿足工作要求由表11。9查得

250