汽車(chē)輪胎夾持機(jī)械手設(shè)計(jì)
汽車(chē)輪胎夾持機(jī)械手設(shè)計(jì),汽車(chē)輪胎夾持機(jī)械手設(shè)計(jì),汽車(chē)輪胎,夾持,機(jī)械手,設(shè)計(jì)
沈陽(yáng)化工大學(xué)科亞學(xué)院畢業(yè)論文文獻(xiàn)綜述基于汽車(chē)輪胎夾持機(jī)械手文獻(xiàn)綜述姓名：徐啟城 班級(jí)：機(jī)制1204 指導(dǎo)教師：王楠我國(guó)機(jī)械手的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來(lái)的一種高科技自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備，它對(duì)穩(wěn)定、提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，改善勞動(dòng)條件和產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代起著十分重要的作用。本文參閱了大量的國(guó)內(nèi)外期刊雜志，論述了機(jī)械手的組成和分類(lèi)，同時(shí)對(duì)國(guó)內(nèi)外機(jī)械手的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)做了一定的了解。對(duì)應(yīng)用機(jī)械手的工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)四大家族競(jìng)爭(zhēng)分析。另外，本文還對(duì)機(jī)械手的常見(jiàn)驅(qū)動(dòng)方式做了一番分析，并預(yù)測(cè)了機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì)。1. 機(jī)械手的研究現(xiàn)狀1.1. 概述及現(xiàn)狀機(jī)械手是一種模擬人手操作的自動(dòng)機(jī)械?？勺ト∥锛瓿刹僮鳌C(jī)械手可以代替人從事體力勞動(dòng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的自動(dòng)化，在有害環(huán)境下操作，保證安全，廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造等部門(mén)。美國(guó)原子能實(shí)驗(yàn)中，用機(jī)械手搬運(yùn)放射性材料，人在安全間操縱機(jī)械手進(jìn)行各種操作。機(jī)械手推廣到工業(yè)部門(mén)，高溫的地方取放工件，作為機(jī)床的輔助裝置在自動(dòng)機(jī)床。機(jī)械手主要由手部和運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。手部是用來(lái)抓持工件的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。1.2 機(jī)械手技術(shù)發(fā)展現(xiàn)象概述1.2.1機(jī)械手技術(shù)的發(fā)展 機(jī)械手是在機(jī)械化，自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)展起來(lái)的一種新型裝置。它是機(jī)器人的一個(gè)重要分支。它的特點(diǎn)是可通過(guò)編程來(lái)完成各種預(yù)期的作業(yè)任務(wù)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)了人的智能和適應(yīng)性(王希敏，1992)。在現(xiàn)代生產(chǎn)過(guò)程中，機(jī)械手被廣泛的運(yùn)用于自動(dòng)生產(chǎn)線中，機(jī)械手雖然目前還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復(fù)工作和勞動(dòng)，不知疲勞，不怕危險(xiǎn)，抓舉重物的力量比人手力大的特點(diǎn)，因此，機(jī)械手已受到許多部門(mén)的重視，并越來(lái)越廣泛地得到了應(yīng)用。(王承義，1995)機(jī)械手首先是從美國(guó)開(kāi)始研制的。1.2.2 機(jī)械手的組成分類(lèi)及驅(qū)動(dòng)1） .機(jī)械手的組成一般來(lái)說(shuō)，機(jī)械手主要有以下幾部分組成:1. 手部2. 傳送機(jī)構(gòu)3. 驅(qū)動(dòng)部分4. 控制部分5. 其它部分 (侯沂,劉濤.2004)1.2.3 機(jī)械手的分類(lèi)機(jī)械手從使用范圍、運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)形式、驅(qū)動(dòng)方式以及臂力大小四個(gè)方面的分類(lèi)分別為：1） .按使用范圍分類(lèi):1專(zhuān)用機(jī)械手一般只有固定的程序，而無(wú)單獨(dú)的控制系統(tǒng)。它從屬于某種機(jī)器或生產(chǎn)線用以自動(dòng)傳送物件或操作某一工具，例如“毛坯上下料機(jī)械手”、“曲拐自動(dòng)車(chē)床機(jī)械手”、“油泵凸輪軸自動(dòng)線機(jī)械手”等等。這種機(jī)械手結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，成本較低，適用于動(dòng)作比較簡(jiǎn)單的大批量生產(chǎn)的場(chǎng)合。2 通用機(jī)械手指具有可變程序和單獨(dú)驅(qū)動(dòng)的控制系統(tǒng)，不從屬于某種機(jī)器，而且能自動(dòng)完成傳送物件或操作某些工其的機(jī)械裝置。通用機(jī)械手按其定位和控制方式的不同，可分為簡(jiǎn)易型和伺服型兩種。簡(jiǎn)易型只是點(diǎn)位控制，故屬于程序控制類(lèi)型，伺服型可以是點(diǎn)位控制，也可以是連續(xù)軌跡控制，一般屬于數(shù)字控制類(lèi)型(李允文，1994)。2） .按運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)型式分類(lèi):1. 直角坐標(biāo)式機(jī)械手臂部可以沿直角坐標(biāo)軸X、Y、Z三個(gè)方向移動(dòng)，亦即臂部可以前后伸縮(定為沿X方向的移動(dòng))、左右移動(dòng)(定為沿Y方向的移動(dòng))和上下升降(定為沿Z方向的移動(dòng))(張軍，馮志輝，2004);2. 圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手手臂可以沿直角坐標(biāo)軸的X和Z方向移動(dòng)，又可繞Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)(定為繞Z軸轉(zhuǎn)動(dòng))，亦即臂部可以前后伸縮、上下升降和左右轉(zhuǎn)動(dòng);3. 球坐標(biāo)式機(jī)械手臂部可以沿直角坐標(biāo)軸X方向移動(dòng)，還可以繞Y軸和Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)，亦即手臂可以前后伸縮(沿X方向移動(dòng))、上下擺動(dòng)(定為繞Y軸擺動(dòng))和左右轉(zhuǎn)動(dòng)(仍定為繞Z軸轉(zhuǎn)動(dòng));4. 多關(guān)節(jié)式機(jī)械手這種機(jī)械手的臂部可分為小臂和大臂。其小臂和大臂的連接(肘部)以及大臂和機(jī)體的連接(肩部)均為關(guān)節(jié)(鉸鏈)式連接，亦即小臂對(duì)大臂可繞肘部上下擺動(dòng)，大臂可繞肩部擺動(dòng)多角，手臂還可以左右轉(zhuǎn)動(dòng)。(孫桓等，2006)3） 按驅(qū)動(dòng)方式分類(lèi):1. 液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)械手以壓力油進(jìn)行驅(qū)動(dòng);2. 氣壓驅(qū)動(dòng)機(jī)械手以壓縮空氣進(jìn)行驅(qū)動(dòng);3. 電力驅(qū)動(dòng)機(jī)械手直接用電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng);4. 機(jī)械驅(qū)動(dòng)機(jī)械手是將主機(jī)的動(dòng)力通過(guò)凸輪、連桿、齒輪、間歇機(jī)構(gòu)等傳遞給機(jī)械手的一種驅(qū)動(dòng)方式。4） 按機(jī)械手的臂力大小分類(lèi):1. 微型機(jī)械手臂力小于1;2. 小型機(jī)械手臂力為1-10;3. 中型機(jī)械手臂力為10-30;4. 大型機(jī)械手臂力大于30。2. 機(jī)械手的應(yīng)用機(jī)械人市場(chǎng)分析 日本和歐洲是全球工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)的兩大主角，并且實(shí)現(xiàn)了傳感器、控制器、精密減速機(jī)等核心零部件完全自主化。通過(guò)滿(mǎn)足具有國(guó)際性競(jìng)爭(zhēng)力的汽車(chē)、電子/電機(jī)產(chǎn)業(yè)等企業(yè)使用者之嚴(yán)苛的要求，以及銷(xiāo)售實(shí)績(jī)與專(zhuān)門(mén)技能的累積，日本工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為全球的領(lǐng)導(dǎo)者。而在經(jīng)過(guò)了日本國(guó)內(nèi)市場(chǎng)激烈的價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)后，也獲得了國(guó)際性的價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力。目前家用機(jī)器人也處于優(yōu)勢(shì)地位。歐州工業(yè)機(jī)器人和醫(yī)療機(jī)器人領(lǐng)域已居于領(lǐng)先地位。美國(guó)積極致力于以軍事、航天產(chǎn)業(yè)等為背景的開(kāi)發(fā)或創(chuàng)投企業(yè)，體現(xiàn)在系統(tǒng)集成領(lǐng)域，醫(yī)療機(jī)器人和國(guó)防軍工機(jī)器人具有主要優(yōu)勢(shì)。在機(jī)器人系統(tǒng)集成方面，除了機(jī)器人本體企業(yè)的集成業(yè)務(wù)，知名獨(dú)立系統(tǒng)集成商還包括杜爾、徠斯和柯馬等。2013年德國(guó)杜爾和意大利柯瑪?shù)南到y(tǒng)集成業(yè)務(wù)收入均約為7億美元，折人民幣100億元。機(jī)器人減速機(jī)70%以上市場(chǎng)份額由日本納博特斯克（Nabtesco）和哈默（Harmonicdrive）壟斷。2013年納博的減速器業(yè)務(wù)收入約為5億美元。中國(guó)產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)發(fā)布的2014-2019年工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)全景調(diào)研及投資方向研究報(bào)告指出：2013年ABB、發(fā)那科、庫(kù)卡、安川電機(jī)收入分別為418、60、24、38億美元；凈利潤(rùn)分別為28、15、0.8、0.8億美元；工業(yè)機(jī)器人收入均為10-14億美元左右，但收入占比差別較大，分別為3%、23%、42%、34%；2013年末市值分別為610、300、16、24億美元。注：工業(yè)機(jī)器人收入除ABB為2009年數(shù)據(jù)，其他為2013年末數(shù)據(jù)四大家族除了發(fā)那科綜合毛利率接近50%，其余毛利率水平基本在25-30%左右。四家凈利潤(rùn)水平相差較大，發(fā)那科凈利率達(dá)25%，ABB為7%，庫(kù)卡和安川電機(jī)僅為2-3%。從歷史數(shù)據(jù)看，過(guò)去十年四大家族PE水平保持在20-30倍左右。3. 結(jié)束語(yǔ) 中國(guó)作為制造業(yè)大國(guó)，要實(shí)現(xiàn)制造業(yè)自動(dòng)化必然缺不了機(jī)械手的應(yīng)用，誰(shuí)將會(huì)肩負(fù)重任完成這一偉大的使命呢？外國(guó)品牌機(jī)械手在技術(shù)上和做工上達(dá)到先進(jìn)的水平，但我們不能一味依賴(lài)外國(guó)品牌，我們要始終堅(jiān)持自主創(chuàng)新，做強(qiáng)做大我們的民主品牌。作為國(guó)產(chǎn)自主創(chuàng)新品牌的廣東拓斯達(dá)機(jī)械手目前在國(guó)內(nèi)制造業(yè)市場(chǎng)中份額每年逐漸攀升，廣東拓斯達(dá)機(jī)械手榮獲廣東省名牌產(chǎn)品，并且擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、核心技術(shù)和關(guān)鍵技術(shù)，以及戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)、先進(jìn)制造業(yè)產(chǎn)品。拓斯達(dá)自動(dòng)化主張“讓工業(yè)文明回歸自然之美”品牌價(jià)值，打造中國(guó)制造業(yè)自動(dòng)化第一品牌，實(shí)現(xiàn)無(wú)人化車(chē)間，積極推動(dòng)機(jī)器換人時(shí)代，而努力奮斗前行，機(jī)械手市場(chǎng)前景開(kāi)闊為工業(yè)的制造生產(chǎn)帶來(lái)變化的不僅僅是機(jī)械手使用的現(xiàn)代化生產(chǎn)技術(shù)，而且隨之而來(lái)的現(xiàn)代化管理模式也大大改變了企業(yè)的生機(jī)和活力和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。機(jī)械手的應(yīng)用對(duì)于企業(yè)調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，升級(jí)轉(zhuǎn)型，是一個(gè)良好的契機(jī)。6沈陽(yáng)化工大學(xué)科亞學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)題 目： 汽車(chē)輪胎夾持機(jī)械手設(shè)計(jì) 專(zhuān) 業(yè)： 機(jī)械制造及其自動(dòng)化 班 級(jí)： 機(jī)制1204 學(xué)生姓名： 徐啟城 指導(dǎo)教師： 王楠 論文提交日期： 2016 年 5 月 30 日論文答辯日期： 2016 年 6 月 6 日畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)機(jī)械制造及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)機(jī)制1204班學(xué)生：徐啟城畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：汽車(chē)輪胎夾持機(jī)械手設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）內(nèi)容：零件成型工藝性分析，機(jī)械手結(jié)構(gòu)類(lèi)型、方案確定，有關(guān)零件設(shè)計(jì)、計(jì)算，成型零件的制造工藝設(shè)計(jì)，零件相關(guān)圖紙的繪制。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）專(zhuān)題部分：零件成型工藝分析，選擇成型的零件，機(jī)械手結(jié)構(gòu)方案的確定，主要零部件的設(shè)計(jì)計(jì)算，有關(guān)參數(shù)的校核。 起止時(shí)間：2015.12.12016.6.1指導(dǎo)教師： 簽字 2016年6月6日沈陽(yáng)化工大學(xué)科亞學(xué)院全日制普通本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)誠(chéng)信聲明鄭重聲明：所呈交的本科畢業(yè)論文是自己在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，進(jìn)行研究所取得的結(jié)果，結(jié)果不存在知識(shí)產(chǎn)權(quán)爭(zhēng)議。除文中曾經(jīng)聲明援用的內(nèi)容外，本論文不含任何其余個(gè)人或團(tuán)體已經(jīng)頒發(fā)或撰寫(xiě)過(guò)的文章結(jié)果。對(duì)本文的咨詢(xún)做出重要貢獻(xiàn)的小我和團(tuán)體在文中均作了精確的解釋并表達(dá)了感謝。同時(shí)，本論文的著作權(quán)由本人于指導(dǎo)教師共同擁有。自己一切明白本說(shuō)明的法令后果由本人擔(dān)當(dāng)。畢業(yè)設(shè)計(jì)作者簽名：2016年5月30日摘要本設(shè)計(jì)是關(guān)于車(chē)床的機(jī)械手設(shè)計(jì)，在日常工作生產(chǎn)中機(jī)械手的運(yùn)用是非常廣泛的可以說(shuō)是一種必不可少的科技產(chǎn)品,機(jī)械手是一種模仿人手的結(jié)構(gòu)而設(shè)計(jì)的一種零件,在日常工作中它可以根據(jù)人們發(fā)送的指令來(lái)完成一系列的工作，所以它的靈活度十分的高運(yùn)用很廣泛。與此同時(shí)，也說(shuō)明了工業(yè)機(jī)械手可以完成人們完成不了或者很危險(xiǎn)的工作，比如，工業(yè)機(jī)械手可以代替人們做一下復(fù)雜精密的工作，這不僅可以減少失誤,還可以大大提高了工作的效率,有利于社會(huì)更快的發(fā)展，與此同時(shí)，比如一些很危險(xiǎn)的工作，比如在車(chē)床上切鋼板，如果讓人工來(lái)操作，那么就會(huì)顯的很危險(xiǎn)，所以這時(shí)候讓機(jī)械手來(lái)代替人工那么危險(xiǎn)系數(shù)會(huì)大大的降低，所以機(jī)械手的運(yùn)用必不可少。工業(yè)生產(chǎn)的大型工件的運(yùn)用和操作，此時(shí)人工來(lái)操作的話會(huì)很困難，但是如果編寫(xiě)程序讓機(jī)械手來(lái)操作那么工人只要按一下按鈕就可以輕松的操作機(jī)械手來(lái)完成一系列復(fù)雜的工作了。與此同時(shí)，對(duì)于一些十分嚴(yán)酷的環(huán)境，如果人工操作的話會(huì)顯十分的。更現(xiàn)實(shí)的優(yōu)勢(shì),具有廣闊的應(yīng)用前景。流水線車(chē)床生產(chǎn)是未來(lái)生產(chǎn)行業(yè)的一個(gè)必然的趨勢(shì)，如果把機(jī)械手運(yùn)用到這個(gè)領(lǐng)域中那么就會(huì)大大降低工作時(shí)間，大大提高工作效率，所以在目前的這個(gè)領(lǐng)域里，對(duì)于機(jī)械手的開(kāi)放利用，是一個(gè)重大的商機(jī)，更是一個(gè)大的趨勢(shì)，因?yàn)樵谀壳暗纳a(chǎn)環(huán)境，該產(chǎn)品是必不可少的設(shè)備。所以就這點(diǎn)來(lái)說(shuō)，我國(guó)要大力發(fā)展機(jī)械電子方面，這個(gè)領(lǐng)域在未來(lái)有著不可替代的作用，如果大力發(fā)展了這個(gè)專(zhuān)業(yè)那么我國(guó)未來(lái)的機(jī)械電子行業(yè)，各種高科技行業(yè)都會(huì)有著更有力的發(fā)展。另一方面人才是這個(gè)領(lǐng)域的核心，所以要大力培養(yǎng)相關(guān)方面的人才才有可能讓我國(guó)在這個(gè)領(lǐng)域里越來(lái)越強(qiáng)大。并且通過(guò)發(fā)展自己的國(guó)家研究和開(kāi)發(fā)，使其可成為機(jī)械行業(yè)的良好發(fā)展動(dòng)力。對(duì)于這個(gè)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，手的設(shè)計(jì)是關(guān)鍵中的關(guān)鍵，人類(lèi)的手可以完成大量超凡復(fù)雜的工作，所以我們所制作的機(jī)械手也要這個(gè)方面的能力，有著超高的靈活度，那么機(jī)械手就可以完成一系列大量的工作，而且還進(jìn)一步的開(kāi)發(fā)了電子機(jī)器人可以執(zhí)行許多操作。只有本發(fā)明，誰(shuí)是從繁重的勞動(dòng)中逐漸的工對(duì)于人類(lèi)來(lái)說(shuō)無(wú)法完成或者危險(xiǎn)的工作，那么機(jī)械手是一個(gè)很好的代替。讓更多的人解放出來(lái)了，加入了許多機(jī)械電子零件的部分，不僅減少了人力，還大大縮小了工作的時(shí)間，對(duì)于一個(gè)企業(yè)來(lái)說(shuō)這個(gè)方面的創(chuàng)新不僅可以節(jié)約成本還可以提高效率，真是兩全其美。我相信大部分的工廠都愿意做這件事情。因?yàn)檫@時(shí)不僅節(jié)省了時(shí)間，同時(shí)也降低了企成本。這個(gè)主題的汽車(chē)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用,機(jī)械和液壓原理設(shè)計(jì)的總體方案設(shè)計(jì),已經(jīng)清楚的坐標(biāo)機(jī)械手和自由形式和機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)。和設(shè)計(jì)夾緊機(jī)械手手結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)手腕、手臂結(jié)構(gòu)。所以它可以執(zhí)行實(shí)際生產(chǎn)自動(dòng)上料運(yùn)動(dòng),根據(jù)滿(mǎn)足生產(chǎn)力的需求是機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)速度。關(guān)鍵詞：機(jī)械手；手部設(shè)計(jì)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；CADAbstractThis design is about lathe manipulator design, the application of manipulator in the daily work of production is a very broad is a kind of indispensable technology products, manipulator is a kind of imitating the structure and design of a part of a mans hand, it may, according to people in daily working to send instructions to complete a series of work, so its very high use of very broad flexibility. At the same time, also explains the industrial robots can do people not be completed or dangerous work, such as industrial robots can replace people to do the sophisticated work, this can not only reduce Error, can also greatly improve the work efficiency, promotes the development of society and faster, at the same time, such as some very dangerous work, such as on the lathe cutting steel plate, if let artificial operation, then will show is very dangerous, so this time let manipulator to replace the manual so will greatly reduce the risk coefficient, so the use of manipulator is indispensable. Industrial production of the use and operation of large workpieces, the artificial to operation will be very difficult, but if the program let manipulator operation workers just press the button can easily manipulator to complete a series of complex work. At the same time, for some very harsh environment, will show very if manual operation. The advantage of more realistic, has broad application prospects. Production line lathe is an inevitable trend of manufacturing industry future, if the manipulator used in this field would greatly reduce the working time, greatly improve the work efficiency, so in this area so far, for open using manipulator, is one of the major business opportunities, it is a big trend, because in the current production environment, the product is indispensable equipment. So, as such, our country should vigorously develop machinery and electronics, this area has an irreplaceable role in the future, if the developing the professional machinery and electronics industry in our country in the future, the development of various high-tech industry will have a more powerful. On the other hand talent is the core of the field, so Should vigorously develop relevant talents is likely to make in this field in our country is getting stronger and stronger. And through the development state of their own research and development, make its can be a good development momentum of machinery industry. For the design, the design of the hand is the key of the key, the human hand can do a lot of unusual complex work, so we made the manipulator also wants the ability, has high flexibility, then manipulator can complete a series of a lot of work, but also further development of the electronic robots can perform many operations. Only the present invention, who is gradually the heavy labor work for human could not be complete or dangerous work, the manipulator is a very good instead. Let more people to liberate, joined the many mechanical parts, electronic components not only reduce the manpower, also greatly reduces the work time, the innovation for an enterprise can not only save costs but also can improve the efficiency, is the best of both worlds. I believe that most of the factories are willing to do it. Because at this moment not only saves time, but also reduce the enterprise cost.The theme of car the application of the computer-aided design technology, overall design of mechanical and hydraulic principle design and has clear the coordinates of the manipulator and free form and technical parameters of the manipulator. And design the clamping manipulator hand structure, structure of the wrist, arm structure. So it can perform the actual production of automatic feeding movement, according to meet the needs of productivity is the rate of movement of the manipulator.KeyWords: manipulator; handing structure ; structure design; CAD目 錄第一章 前言11.1工業(yè)機(jī)械手的分類(lèi)11.2輪胎夾持機(jī)械手的設(shè)計(jì)背景21.3輪胎夾持機(jī)械手的組成及作用21.3.1組成21.3.2作用51.4畢業(yè)設(shè)計(jì)章節(jié)內(nèi)容6第二章 輪胎夾持機(jī)械手的傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)72.1輪胎夾持機(jī)械手的設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)72.2傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)72.2.1原理設(shè)計(jì)72.2電機(jī)的選擇82.2.1 電機(jī)的功率選擇82.2.2電機(jī)的品牌及型號(hào)確定11第三章 輪胎夾持機(jī)械手的主體部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)133.1機(jī)器人連接部分基座的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)133.2輪胎夾持機(jī)械手手指部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)153.2.1手指的結(jié)構(gòu)153.2.2手指內(nèi)部壓力傳感器的設(shè)計(jì)17第四章 基于solidworks軟件進(jìn)行輪胎夾持機(jī)械手的建模及裝配204.1 solidworks軟件建模與裝配概述204.2 運(yùn)用SolidWorks軟件進(jìn)行零件設(shè)計(jì)（以伺服滑臺(tái)的零件中的一個(gè)為例）204.3運(yùn)用SolidWorks軟件進(jìn)行零件裝配23畢業(yè)設(shè)計(jì)感想28致謝29參考文獻(xiàn)30沈陽(yáng)化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第一章 前言第一章 前言1.1工業(yè)機(jī)械手的分類(lèi)1.按用途分類(lèi)工業(yè)機(jī)械手按照用途可以分為專(zhuān)用機(jī)械手和通用機(jī)械手。2.按控制型式分類(lèi)工業(yè)機(jī)械手按控制型式可以分為點(diǎn)位控制型機(jī)械手和連續(xù)控制型機(jī)械手。3.工業(yè)機(jī)械手的基本型式及其運(yùn)動(dòng)形式機(jī)械手型式較多，從手臂坐標(biāo)的型來(lái)說(shuō)，基本有四種基本的型式，分別是:直角坐標(biāo)式，圓柱坐標(biāo)式，球坐標(biāo)式和關(guān)節(jié)式等。直角坐標(biāo)式機(jī)械手這種型式的機(jī)械手結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)動(dòng)直觀、便于實(shí)現(xiàn)高精度。占據(jù)空間位置大，工作范圍較小是缺點(diǎn)。圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手又稱(chēng)為回轉(zhuǎn)型機(jī)械手，是應(yīng)用最多的一種型式，它適用于搬運(yùn)和測(cè)量工件。球坐標(biāo)式機(jī)械手一個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、兩個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)以及兩個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)加一個(gè)直線運(yùn)動(dòng)，與回轉(zhuǎn)型機(jī)械手相比，在占有同樣空間位置的情況下，其工作范圍擴(kuò)大了。關(guān)節(jié)式機(jī)械手關(guān)節(jié)式機(jī)械手又稱(chēng)屈伸型機(jī)械手，是一種適用于靠近機(jī)體操作的機(jī)械手。它象人手一樣有肘，可實(shí)現(xiàn)多個(gè)自由度，動(dòng)作比較靈活，適于在夾窄空間工作。關(guān)節(jié)式機(jī)械手的特點(diǎn)有:大臂和小臂的擺動(dòng)，以及肘關(guān)節(jié)和肩關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng);它具有上肢結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)近似于人手操作的技能。1.2輪胎夾持機(jī)械手的設(shè)計(jì)背景目前很多企業(yè)采取人工搬運(yùn)，在一些簡(jiǎn)單重復(fù)尤其是比較笨重的操作中，用機(jī)械手替代人進(jìn)行工作，可以避免因?yàn)槠诓僮骰蚴д`而導(dǎo)致的人身事故。知名輪胎企業(yè)米其林現(xiàn)在仍然有人工搬運(yùn)輪胎，固特異也是如此，并不能完全采用自動(dòng)化流程來(lái)降低人工消耗。人工缺點(diǎn)：生產(chǎn)效率低下，不能及時(shí)的搬運(yùn)成品輪胎，導(dǎo)致輪胎推積。大型車(chē)輪胎重量基本在50kg左右，需要工人有良好的體力，長(zhǎng)時(shí)間搬運(yùn)導(dǎo)致工人體力不足，容易造成人身事故。橡膠輪胎生產(chǎn)過(guò)程中，必定產(chǎn)生有毒有害氣體，對(duì)工人的身體健康造成不可逆的影響?；谏鲜鋈秉c(diǎn)，機(jī)械自動(dòng)化流程是必要的，輪胎夾持機(jī)械手的應(yīng)用也會(huì)隨著發(fā)展而普及。1.3輪胎夾持機(jī)械手的組成及作用1.3.1組成輪胎夾持機(jī)械手系統(tǒng)包括關(guān)節(jié)機(jī)器人、前端夾持器、控制系統(tǒng)，本設(shè)計(jì)組要根據(jù)前端夾持器進(jìn)行設(shè)計(jì)。輪胎前端夾持器的組成動(dòng)力裝置、檢測(cè)裝置、傳動(dòng)裝置、執(zhí)行裝置1.動(dòng)力裝置機(jī)械手按驅(qū)動(dòng)方式分為液壓式，氣動(dòng)式，電動(dòng)式，機(jī)械式機(jī)械手；按適用范圍可以分為專(zhuān)用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種；按運(yùn)動(dòng)軌跡可以分為點(diǎn)為控制和連續(xù)軌跡控制機(jī)械手等。（1）電動(dòng)驅(qū)動(dòng)精確度高節(jié)省能源精密控制改善環(huán)保水平降低噪音節(jié)約成本（2）氣壓驅(qū)動(dòng)優(yōu)點(diǎn)空氣作為介質(zhì)?？諝獾恼扯群苄。瑩p失也很小。過(guò)載保護(hù)。缺點(diǎn)由于空氣具有可壓縮性。因?yàn)楣ぷ鲏毫Φ停ㄒ话銥?.31.0MPa），總輸出力不宜大于1040KN。噪聲較大，在高速排氣時(shí)要加消聲器。氣動(dòng)裝置中的氣信號(hào)傳遞速度在聲速以?xún)?nèi)比電子及光速慢。（3）液壓驅(qū)動(dòng)優(yōu)點(diǎn)有很大的力矩慣量比，體積小、重量輕、慣性小、結(jié)構(gòu)緊湊、布局靈活。速度、扭矩、功率均可無(wú)極調(diào)節(jié)。元件的自潤(rùn)滑性好。缺點(diǎn)液壓傳動(dòng)不能得到嚴(yán)格的傳動(dòng)比不適宜遠(yuǎn)距離傳動(dòng)。在高溫和低溫條件下，采用液壓傳動(dòng)有一定的困難。液壓元件制造精度要求高，給使用與維護(hù)保養(yǎng)帶來(lái)一定困難。發(fā)生故障不易檢查。根據(jù)工件要求，被加持物體體積較大，重量較重，選擇電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)提供加持力。而液壓和氣壓雖然可以提供較大的動(dòng)力源，但是沒(méi)有電機(jī)驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單、方便。而且電機(jī)拆裝方便，價(jià)格低廉。因此綜上所述，動(dòng)力源選擇電機(jī)驅(qū)動(dòng)。2.檢測(cè)裝置控制系統(tǒng)是通過(guò)機(jī)械手每個(gè)自由度的電機(jī)控制，來(lái)完成特定動(dòng)作。同時(shí)接受傳感器反饋的信息，形成穩(wěn)定的閉環(huán)控制。傳感器分為內(nèi)部狀態(tài)傳感器和外部狀態(tài)傳感器（1） 內(nèi)部狀態(tài)傳感器分為位置傳感器和角度傳感器（2）外部傳感器：物體識(shí)別傳感器主要是通過(guò)視覺(jué)和觸覺(jué)來(lái)感知物體探測(cè)傳感器主要應(yīng)用在光電開(kāi)關(guān)和超聲波距離傳感器應(yīng)用在攝像機(jī)等領(lǐng)域力傳感器是本設(shè)計(jì)主要用到的傳感器，能感知工作中力的大小，避免力量過(guò)大將工件破壞。3.傳動(dòng)的類(lèi)型（1）鏈傳動(dòng)工作特點(diǎn)鏈傳動(dòng)是由兩個(gè)具有特殊齒形的鏈輪和一條撓性的閉合鏈條所組成的。（2）齒輪傳動(dòng)齒輪傳動(dòng)是一種嚙合傳動(dòng)（3）蝸桿傳動(dòng)原理蝸桿傳動(dòng)主要由兩根蝸桿組成蝸桿傳動(dòng)主要特點(diǎn)：速比大傳動(dòng)平穩(wěn)有自鎖作用效率低本設(shè)計(jì)采用蝸桿傳動(dòng)，由兩個(gè)蝸桿帶動(dòng)夾手的移動(dòng)。4.執(zhí)行裝置手部 既直接與工件接觸的部分，一般是回轉(zhuǎn)型或平動(dòng)型，手部多為兩指。根據(jù)需要分為外抓式和內(nèi)抓式兩種；也可以用負(fù)壓式或真空式的空氣吸盤(pán)和電磁吸盤(pán)。本設(shè)計(jì)采用平動(dòng)型，外抓式。1.3.2作用1.以提高生產(chǎn)過(guò)程中的自動(dòng)化程度應(yīng)用機(jī)械手有利于實(shí)現(xiàn)材料的傳動(dòng)、工件的裝夾、從而可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率和降低生產(chǎn)成本。2.以改善勞動(dòng)條件在高溫、有放射性或有其他毒性污染以及工作空間狹窄的場(chǎng)合中，應(yīng)用機(jī)械手就可以完成部分或者代替人安全的完成工作，從而改善勞動(dòng)條件。3.可以減輕人力應(yīng)用機(jī)械手代替人進(jìn)行工作，是減少人力的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)。1.4畢業(yè)設(shè)計(jì)章節(jié)內(nèi)容第一章 前言第二章輪胎夾持機(jī)械手的傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)第三章 輪胎夾持機(jī)械手的主體部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第四章 基于solidworks軟件進(jìn)行輪胎夾持機(jī)械手的建模及裝配22沈陽(yáng)化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第二章 輪胎夾持機(jī)械手的傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)第二章 輪胎夾持機(jī)械手的傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1輪胎夾持機(jī)械手的設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)本機(jī)械手的夾持工件1、輪胎的重量30kg到50kg2、夾手具備抓取輪胎的直徑范圍在：255-510mm，輪胎的厚度：100- 150mm3、機(jī)械手的夾持速度0.5m/s2.2傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)2.2.1原理設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)方案采用如下的原理圖見(jiàn)圖2.1圖2.1 原理圖1.電機(jī)2.減速器3.齒輪4.軸5.左旋絲杠6.夾手7.絲杠螺母8.聯(lián)軸器9.右旋絲杠工作原理說(shuō)明：在電機(jī)1的驅(qū)動(dòng)下，扭矩經(jīng)過(guò)減速器2以及齒輪的減速后，將扭矩傳給軸4，軸4是由兩個(gè)旋向相反的絲杠組成，絲杠5、9上分別安裝螺母，當(dāng)軸2沿不同方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)螺母的同時(shí)分離和靠攏，因?yàn)槁菽干习惭b著手指，所以能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)工件的加緊和松開(kāi)。2.2電機(jī)的選擇2.2.1 電機(jī)的功率選擇根據(jù)參數(shù)要求，輪胎重量為30kg-50kg，則最低標(biāo)準(zhǔn)為50kg，輪胎的在工件被加緊時(shí)，應(yīng)取需要夾緊力最大的情況，為標(biāo)準(zhǔn)情況。夾緊力 摩擦系數(shù) 安全系數(shù)工件因?yàn)閵A手在夾取的過(guò)程中，沒(méi)有沖擊力，所以工作平穩(wěn)，此時(shí)查機(jī)械手冊(cè)可知，工作安全系數(shù)，因?yàn)樽トr(shí)是輪胎與工件的接觸，所以查詢(xún)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可知摩 擦系數(shù)帶入數(shù)據(jù)，可得出夾緊力由于本次設(shè)計(jì)采用絲杠螺母結(jié)構(gòu)，兩手指上的夾緊力分別為查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得出軸=0.99聯(lián)軸器=0.99絲杠=0.94齒輪=0.97減速器=0.97=3984總=減速器軸齒輪軸=0.92直徑32mm絲杠參數(shù)見(jiàn)表2.1表2.1 絲杠參數(shù)表絲杠型號(hào)dIDaDABLHZDFU02510-432104.762406512145516.6DFU03204-442.38150801280659DFU03205-453.175508012102659DFU03206-463.969508012105659DFU03208-484.762508012122659DFU03210-4106.350508012162659根據(jù)參數(shù)表確定導(dǎo)程?？汕骉帶入數(shù)據(jù)得 KW= =125N為絲杠轉(zhuǎn)速 V=N I 速度0.5 電機(jī)功率P/總效率電機(jī)功率=543W所以本次設(shè)計(jì)采用750W電機(jī)，選擇三洋電機(jī)，擬定R2AA08075FXH002.2.2電機(jī)的品牌及型號(hào)確定電機(jī)的品牌：三洋電機(jī)型號(hào)確定：R2AA08075FXH00電機(jī)好處：（1）直流無(wú)刷變頻電機(jī)擁有節(jié)能、降噪的明顯優(yōu)勢(shì)。（2）就技能方面而言，因其采用直流變頻，從而降低了電耗。（3）降噪方面的優(yōu)勢(shì)，直流無(wú)刷變頻電機(jī)因其采用無(wú)刷技術(shù)，相比傳統(tǒng)的有刷電機(jī)，在降噪方面解決了有刷電機(jī)在換向時(shí)產(chǎn)生火花和碳刷產(chǎn)生的噪音。三洋直流無(wú)刷變頻電機(jī)因其超前的性能優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)已廣泛用于三洋系列產(chǎn)品上，在節(jié)能、環(huán)保方面也走在了同行業(yè)的前列，所以說(shuō)一個(gè)成功的技術(shù)研發(fā)會(huì)給一個(gè)行業(yè)帶來(lái)新鮮的血液，讓這個(gè)企業(yè)永遠(yuǎn)保持著生命力，毫無(wú)疑問(wèn)，三洋無(wú)刷變頻電機(jī)做到了這一點(diǎn)。沈陽(yáng)化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第三章 輪胎夾持機(jī)械手的主體部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第三章 輪胎夾持機(jī)械手的主體部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1機(jī)器人連接部分基座的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu) 采用沈陽(yáng)新松通用型工業(yè)機(jī)器人210KG機(jī)器人SR210B見(jiàn)圖3.1 工業(yè)機(jī)器人圖3.1 工業(yè)機(jī)器人機(jī)器人鏈接法蘭見(jiàn)圖3.2圖3.2 法蘭參數(shù)圖機(jī)器人參數(shù)見(jiàn)圖3.3圖3.3 機(jī)器人參數(shù)圖3.2輪胎夾持機(jī)械手手指部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.2.1手指的結(jié)構(gòu)機(jī)械加持手采用V型結(jié)構(gòu)如圖3.4所示，可以確保工件在被加緊時(shí)有最大的夾緊力，保證工件不會(huì)在被加緊時(shí)脫落，避免損壞工件。 圖 3.4 手指結(jié)構(gòu)手指采用此種設(shè)計(jì)方案，兩個(gè)手指分別鏈接在左旋右旋絲杠上，可實(shí)現(xiàn)同時(shí)加緊和松開(kāi)。3.2.2手指內(nèi)部壓力傳感器的設(shè)計(jì)本文所采用的采用歐姆龍E32-T11N螺紋透過(guò)型光釬傳感器。傳感器的外觀及傳感器的參數(shù)如圖3.7所示。在機(jī)械夾手工作過(guò)程中，必須要確保工件不會(huì)被夾手的夾緊力所損壞，此時(shí)就必須要在機(jī)械夾手上添加傳感器，以保證工件不會(huì)被機(jī)械夾手所損壞，這是設(shè)計(jì)機(jī)械夾手所必備的元件。 圖3.7 傳感器圖優(yōu)點(diǎn)：標(biāo)準(zhǔn)的螺紋形狀。在支架上開(kāi)孔，使用螺母安裝。直角型的電纜可沿壁面接線，因此擁有不易鉤掛的優(yōu)點(diǎn)。傳感器參數(shù)圖見(jiàn)圖3.8圖3.8 傳感器參數(shù)圖該傳感器的作用：抓取過(guò)程中，當(dāng)夾手夾緊力輪胎時(shí)，傳感器向總控發(fā)出夾緊信號(hào)，當(dāng)總控系統(tǒng)接到該信號(hào)時(shí)候，會(huì)向機(jī)器人發(fā)出控制信號(hào)，機(jī)器人可以將輪胎移開(kāi)。沈陽(yáng)化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第四章 基于solidworks軟件進(jìn)行輪胎夾持機(jī)械手的建模及裝配第四章 基于solidworks軟件輪胎夾持機(jī)械手的建模及裝配 4.1 solidworks軟件建模與裝配概述 SolidWorks為達(dá)索系統(tǒng)（Dassault Systemes S.A）下的子公司，專(zhuān)門(mén)負(fù)責(zé)研發(fā)與銷(xiāo)售視窗產(chǎn)品。4.2 運(yùn)用SolidWorks軟件進(jìn)行零件設(shè)計(jì)運(yùn)用SolidWorks建模以機(jī)械夾手的手臂板為例進(jìn)行建模，建模過(guò)程如圖4.1、4.2、4.3所示。圖4.1 手臂板圖4.2 手臂板圖4.3 手臂板本文運(yùn)用SolidWorks軟件將模型中的其他零部件按照此步驟逐一設(shè)計(jì)，可得到所有零部件的部件的SolidWorks模型，為后續(xù)的夾手的裝配做足準(zhǔn)備。4.3運(yùn)用SolidWorks軟件進(jìn)行零件裝配將上述的SolidWorks軟件建模完成的零件進(jìn)行裝配，本文以導(dǎo)軌為例，運(yùn)送SolidWorks軟件進(jìn)行裝配具體的過(guò)程如下。首先，新建裝配體。點(diǎn)擊【新建】后出如圖4.4所示對(duì)話框，選擇對(duì)話框中的【裝配體】按鈕，并且點(diǎn)擊對(duì)話框中的【確定】按鈕，完成模型的建立。圖4.4 新建對(duì)話框插入首個(gè)裝配體零件。在點(diǎn)擊確定后，進(jìn)入SolidWorks裝配界面中，在裝配界面出現(xiàn)裝配操作對(duì)話框如圖4.5所示，點(diǎn)擊下方瀏覽插入的零件/裝配體按鈕，將對(duì)應(yīng)的零件模型插入到SolidWorks操作界面中。圖4.5 瀏覽對(duì)話框插入其他的模型，重復(fù)的操作上述的插入過(guò)程，可以完成零件的插入到SolidWorks界面。本次操作插入滑塊的零件，如圖4.6所示。圖4.6 滑塊導(dǎo)軌設(shè)置零件的配合。在軟件左上方配合按鈕是幫助裝配的，在點(diǎn)擊配合后，分別選定兩零件的接觸面。本文使用的配合包含到【寬度】及【對(duì)齊】配合等，具體選擇的表面圖4.7、圖4.8所示。圖4.7 導(dǎo)軌接觸面圖4.8 滑塊接觸面按照上述的配合的關(guān)系完成表面的裝配完成兩個(gè)零件的裝配。裝配的形式如圖4.9所示。圖4.9 滑塊導(dǎo)軌配合將SolidWorks所建立的零件圖，逐一在軟件中進(jìn)行裝配，得到最終的輪胎夾持機(jī)械手模型。裝配體的最終的形式如圖4.10所示。圖4.10 機(jī)械夾手沈陽(yáng)化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第五章 畢業(yè)設(shè)計(jì)感想畢業(yè)設(shè)計(jì)感想將近一個(gè)季度的畢業(yè)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)眼間已經(jīng)到了掃尾階段，在這小半年的的設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)過(guò)程中，我取得了前所未有的長(zhǎng)足進(jìn)步，這都要?dú)w功于這一階段幫助過(guò)我的老師和同學(xué)。我所選的畢業(yè)設(shè)計(jì)，也就是機(jī)械手的設(shè)計(jì)這個(gè)課題，是我以前從來(lái)沒(méi)有涉及過(guò)的。我覺(jué)得他完全是一個(gè)陌生者，但如今經(jīng)過(guò)指導(dǎo)老師的全力幫助以及對(duì)參考資料的翻閱和了解，我覺(jué)得已經(jīng)對(duì)機(jī)械手有了一定層次的了解。作為工業(yè)發(fā)展的一個(gè)方向，機(jī)械自動(dòng)化它有著廣袤的市場(chǎng)前景，他需要廣大工程師著力研究。機(jī)械手可以模仿人體上肢所能做出的一些動(dòng)作，因此要有一定的靈敏度。固對(duì)設(shè)計(jì)的要求比較高。我通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，大大的加強(qiáng)了我分析和解決問(wèn)題的能力，擴(kuò)寬和深化了學(xué)習(xí)過(guò)的知識(shí)面，更加熟練掌握了設(shè)計(jì)的一般程序規(guī)范和方法，也培養(yǎng)了我們正確使用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、機(jī)身材料、圖冊(cè)等工具書(shū)的能力。畢業(yè)設(shè)計(jì)就是在模擬未來(lái)的工作。我通過(guò)這次設(shè)計(jì)，對(duì)于即將到來(lái)的未來(lái)，以及將要從事的工作都充滿(mǎn)了信心！沈陽(yáng)化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 致謝致謝此論文文章由我尊敬的王楠老師的悉心指導(dǎo)，經(jīng)歷過(guò)長(zhǎng)時(shí)間刪改完成的。老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和精益求精的工作作風(fēng)使我收益頗豐。在此課題的研究以及開(kāi)發(fā)的時(shí)段，我得到了王老師的全力支持和大力幫助，同時(shí)為我提供了許多支持佐證還有專(zhuān)業(yè)的資料，我也是非常感謝他們對(duì)于我的幫助。四年的學(xué)習(xí)生活即將告于段落，我很感謝父母的資助與培養(yǎng)，也感謝老師和同學(xué)的鼓勵(lì)與幫助。沈陽(yáng)化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)1黃清遠(yuǎn),機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)M機(jī)械工業(yè)出版社.二零零零年二月2朱龍根黃雨華，機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì) M,機(jī)械工業(yè)出版社.一九九六年五月3成大先主編,機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)之液壓氣動(dòng)M,化學(xué)業(yè)出版社.二零零四年一月4成大先主編,機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第五版M化學(xué)工業(yè)出版社.二零零八年四月5工業(yè)機(jī)械手圖冊(cè)編寫(xiě)組,工業(yè)機(jī)械手圖冊(cè)M機(jī)械工業(yè)出版社.一九七八年九月6沈陽(yáng)機(jī)床工業(yè)公司七二一大學(xué)，工業(yè)機(jī)械手M遼寧人民出版社.一九七九年二月7田綠竹王新主編,機(jī)械制圖M冶金工業(yè)出版社,二零零七年八月專(zhuān)業(yè)相關(guān)的資料在設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)出了三張CAD裝配圖，保存在壓縮包中。（附件） 動(dòng)態(tài)優(yōu)化的一種新型高速，高精度的三自由度機(jī)械手彭蘭（蘭朋），魯南立，孫立寧，丁傾永(機(jī)械電子工程學(xué)院，哈爾濱理工學(xué)院，哈爾濱 150001，中國(guó))( Robotics Institute。Harbin Institute of Technology，Harbin 150001，P。R。China) 摘要介紹了一種動(dòng)態(tài)優(yōu)化三自由度高速、高精度相結(jié)合，直接驅(qū)動(dòng)臂平面并聯(lián)機(jī)構(gòu)和線性驅(qū)動(dòng)器，它可以提高其剛度進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)分析軟件ADAMS仿真模擬環(huán)境中，進(jìn)行仿真模擬實(shí)驗(yàn).設(shè)計(jì)調(diào)查是由參數(shù)分析工具完成處理的，分析了設(shè)計(jì)變量的近似的敏感性，包括影響參數(shù)的每道光束截面和相對(duì)位置的線性驅(qū)動(dòng)器上的性能.在適當(dāng)?shù)姆绞较拢Ｐ涂梢垣@得一個(gè)輕量級(jí)動(dòng)態(tài)優(yōu)化和小變形的參數(shù)。一個(gè)平面并聯(lián)機(jī)構(gòu)不同截面是用來(lái)改進(jìn)機(jī)械手的.結(jié)果發(fā)生明顯的改進(jìn)后的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真分析和另一個(gè)未精制一個(gè)幾乎是幾乎相等.但剛度的改進(jìn)的質(zhì)量大大降低，說(shuō)明這種方法更為有效的。關(guān)鍵詞: 機(jī)械手、 ADAMS、 優(yōu)化、 動(dòng)力學(xué)仿真0 簡(jiǎn)介并聯(lián)結(jié)構(gòu)機(jī)械手（PKM）是一個(gè)很有前途的機(jī)器操作和裝配的電子裝置，因?yàn)樗麄冇幸恍┟黠@的優(yōu)勢(shì)，例如：串行機(jī)械手的高負(fù)荷承載能力，良好的動(dòng)態(tài)性能和精確定位的優(yōu)點(diǎn)等. 一種新型復(fù)合3一DOF臂的優(yōu)點(diǎn)和串行機(jī)械手，也是并聯(lián)機(jī)構(gòu)為研究對(duì)象，三自由度并聯(lián)機(jī)器人是少自由度并聯(lián)機(jī)器人的重要類(lèi)型。三自由度并聯(lián)機(jī)器人由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制相對(duì)容易，價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，具有很好的應(yīng)用前景。但由于它們比六自由度并聯(lián)機(jī)器人更復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)特性，增加了這類(lèi)機(jī)構(gòu)型綜合的難度，因此對(duì)三自由度并聯(lián)機(jī)器人進(jìn)行型綜合具有理論意義和實(shí)際價(jià)值。本文利用螺旋理論對(duì)三自由度并聯(lián)機(jī)器人進(jìn)行型綜合，以總結(jié)某些規(guī)律，進(jìn)一步豐富型綜合理論，并為新機(jī)型的選型提供理論依據(jù)，以下對(duì)其進(jìn)行闡述。如圖-1所示 機(jī)械手組成的平面并聯(lián)機(jī)構(gòu)(PPM)包括平行四邊形結(jié)構(gòu)和線性驅(qū)動(dòng)器安裝在PPM.兩直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)c整合交流電高分辨率編碼器的一部分作為驅(qū)動(dòng)平面并聯(lián)機(jī)械裝置.線型致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)的聲音線圈發(fā)動(dòng)機(jī).這被認(rèn)為是理想的驅(qū)動(dòng)短行程的一部分.作為一個(gè)非換直接驅(qū)動(dòng)類(lèi)，音圈電機(jī)可以提供高位置敏感和完美的力量與中風(fēng)的角色，高精密線性編碼作為回饋部分保證在垂直方向可重復(fù)性。另一方面，該產(chǎn)品具有較高的剛度比串行機(jī)械手，因?yàn)樗奶攸c(diǎn)和低封閉環(huán)慣性轉(zhuǎn)矩。同時(shí)，該系統(tǒng)可以克服了柔性耦合力學(xué)彈性、齒輪、軸承、被撕咬支持，連接軸和其他零件，包括古典驅(qū)動(dòng)設(shè)備，因此該機(jī)械手是更容易得到動(dòng)力學(xué)性能好、精度高。圖-1 3自由度的混合結(jié)構(gòu)的機(jī)械手當(dāng)長(zhǎng)度的各個(gè)環(huán)節(jié)的平面并聯(lián)機(jī)時(shí)，構(gòu)決定于運(yùn)動(dòng)學(xué)分析和綜合4-7，機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的首要任務(wù)，應(yīng)加大僵硬、降低質(zhì)量.關(guān)于幾個(gè)參數(shù)模型.這是它重要和必要的影響，研究了各參數(shù)對(duì)模型表現(xiàn)以進(jìn)一步優(yōu)化。本文就開(kāi)展設(shè)計(jì)研究工具，通過(guò)參數(shù)分析亞當(dāng)斯，又要適當(dāng)?shù)姆绞絹?lái)獲得一個(gè)輕量級(jí)的優(yōu)化和小變形系統(tǒng)。1 仿真模型ADAMS(Automatic Dynamic Analysis 0f Mechanical System)自動(dòng)機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析是一個(gè)完美的軟件，對(duì)機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模擬可處理機(jī)制包括有剛性和靈活的部分，仿真模型可以創(chuàng)造出機(jī)械手的亞當(dāng)斯環(huán)境 如圖-2。OXYz是全球性的參考幀，并OXYz局部坐標(biāo)系，兩個(gè)直流驅(qū)動(dòng)電機(jī)、交流和02M O1A表示，與線性驅(qū)動(dòng)器CH被視為剛性轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量電機(jī)傳動(dòng)的120kg/cm2。大眾的線性驅(qū)動(dòng)器是1.5kg，連接AB、德、03F和LJ被視為柔性體立柱、橫梁GK，通用公司和公里，形成一個(gè)三角形，也被當(dāng)作柔性傳動(dòng)長(zhǎng)度的鏈接是決定提前運(yùn)動(dòng)學(xué)設(shè)計(jì)為AB =O3F = 7cm，DE=IJ=7cm，GK= 7cm，GM =11.66cm， = 8.338cm。其它維度，這個(gè)數(shù)字是01A = 02M =7cm，CB=CD=HJ 2.5cm。EF=EG=JK= 3cm。 雖然總平面并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)都是在水平、垂直和水平剛度必須在豎向剛度特征通常低于水平僵硬，因?yàn)樗慕巧诖怪睉冶哿旱慕孛娉叽缬?jì)算每一束平面并聯(lián)機(jī)構(gòu)和相對(duì)位置的線性驅(qū)動(dòng)器是兩個(gè)非常僵硬的影響因素的系統(tǒng)。運(yùn)動(dòng)支鏈可分為三類(lèi)：主動(dòng)鏈（由驅(qū)動(dòng)器賦予確定獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的支鏈。一般是單驅(qū)動(dòng)器控制一個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)），從動(dòng)鏈（不帶驅(qū)動(dòng)器、被迫作確定運(yùn)動(dòng)的支鏈。又分為以下兩種：約束鏈：獨(dú)立限制機(jī)構(gòu)自由度的從動(dòng)鏈。冗余鏈：重復(fù)限制機(jī)構(gòu)自由度的從動(dòng)鏈）復(fù)合鏈（有單驅(qū)動(dòng)器、但限制一個(gè)以上的機(jī)構(gòu)自由度的支鏈，實(shí)際是主動(dòng)鏈與約束鏈的組合）-并聯(lián)機(jī)構(gòu)是由這幾種支鏈用不同形式組合起來(lái)的。動(dòng)鏈中的約束鏈除了可以提高機(jī)構(gòu)剛度和作為測(cè)量鏈外，其更主要的作用是用來(lái)約束動(dòng)平臺(tái)的某一個(gè)或幾個(gè)自由度，以使其實(shí)現(xiàn)預(yù)期的運(yùn)動(dòng)。 圖-2 仿真模型2 仿真模擬結(jié)果在本節(jié)中，平均位移的末端是用來(lái)描述動(dòng)態(tài)剛度，這是在不同的配置在不同的線性驅(qū)動(dòng)器向前，從最初的位置的目的地，一般的豎向位移的機(jī)械手是作為目標(biāo)來(lái)研究豎向剛度，平均差別的橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)點(diǎn)之間有一個(gè)剛性數(shù)學(xué)模型，模型，作為目標(biāo)來(lái)研究水平剛度。并聯(lián)機(jī)器人的構(gòu)型設(shè)計(jì)即型綜合是并聯(lián)機(jī)器人設(shè)計(jì)的首要環(huán)節(jié)，其目的是在給定所需自由度和運(yùn)動(dòng)要求條件下，尋求并聯(lián)機(jī)構(gòu)桿副配置、驅(qū)動(dòng)方式和總體布局等的各種可能組合。國(guó)內(nèi)的許多學(xué)者正致力于這方面的研究，其中比較有代表性的有如下幾種方法：黃真為代表的約束綜合法；楊廷力等人的結(jié)構(gòu)綜合法；代表的李代數(shù)綜合法。以上各種方法自成體系，各有特點(diǎn)，都缺乏理論的完備性。本文提出添加約束法，是從限制自由度的角度出發(fā)，增加約束，去除不需要的自由度，因每條主動(dòng)鏈只有一個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置，讓其控制一個(gè)自由度，其余自由度通過(guò)純約束鏈去除，這樣可以使主、從動(dòng)運(yùn)動(dòng)鏈的作用分離，運(yùn)動(dòng)解耦，有利于控制。具有三自由度的并聯(lián)機(jī)床，當(dāng)采用條主動(dòng)支鏈作為驅(qū)動(dòng)時(shí)，機(jī)構(gòu)就需要約束另三個(gè)自由度，通過(guò)選擇無(wú)驅(qū)動(dòng)裝置的從動(dòng)鏈來(lái)完成，則整個(gè)機(jī)構(gòu)成為有確定運(yùn)動(dòng)的三自由度的并聯(lián)機(jī)構(gòu)。黃真等提出的約束綜合法對(duì)完全對(duì)稱(chēng)的少自由度并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)進(jìn)行了型綜合，完全對(duì)稱(chēng)的支鏈結(jié)構(gòu)相同，都屬于復(fù)合鏈，每條支鏈除都有一個(gè)單驅(qū)動(dòng)器，控制一個(gè)自由度外，還應(yīng)約束一個(gè)以上自由度才能使機(jī)構(gòu)的六個(gè)自由度全部受控，使機(jī)構(gòu)有確定的運(yùn)動(dòng)。2.1 截面效應(yīng)扭轉(zhuǎn)變形位移的連結(jié)將會(huì)引起的，所以，扭轉(zhuǎn)常數(shù)的橫截面，重力是研究裝系統(tǒng)來(lái)研究，采取扭轉(zhuǎn)剛度的垂直切片lxx不變的各個(gè)環(huán)節(jié)和梁作為設(shè)計(jì)變量的變化，從 0.1 x 105mm4 與 3.5 x 105 mm4。圖-3 不斷的效果在垂直變形扭轉(zhuǎn)圖-3顯示了平均位移與截面扭轉(zhuǎn)常數(shù)末端的各個(gè)環(huán)節(jié)和梁，根據(jù)它的變化速率的環(huán)節(jié)，是最大的，AB是鏈接，LJ依次分別GK梁和KM有在豎向剛度性能。其他的仿真結(jié)果表明，水平位移之間的差異進(jìn)行比較，結(jié)果表明該模型體育智力H和剛性模型變化小就改變了恒定不變的時(shí)候扭加載慣性力的線性驅(qū)動(dòng)器，但是水平位移的變化，這意味著在這種模擬豎向變形的生產(chǎn)水平位移系統(tǒng)機(jī)械手。注意端面線性驅(qū)動(dòng)器的主要原因是水平變形、線性驅(qū)動(dòng)器機(jī)器人是由兩個(gè)節(jié)點(diǎn)C和H . 所以，我們計(jì)算了不同的Z-coordinate攝氏度之間，如圖所示，在圖4 -扭轉(zhuǎn)常數(shù)的影響差別的鏈接德。其次是最有效的通用和連接梁，連接O3F，梁GK有效果。因此，應(yīng)采取AB和連接區(qū)段大扭常數(shù)的免疫力，豎向剛度較大并行扭轉(zhuǎn)不變的鏈接德也使較少的均勻性，降低線性驅(qū)動(dòng)器不可以降低水平變形。圖-4 在不影響扭不變?nèi)鐖D-5、6所展示的影響是區(qū)域慣性轉(zhuǎn)矩的設(shè)計(jì)變量是區(qū)域剛度和慣性轉(zhuǎn)矩的各個(gè)環(huán)節(jié)和梁lz，圖顯示增加lw卡爾減少的速度高于垂直位移的不斷增加Ixx扭轉(zhuǎn)。這個(gè)Yxx AB、梁的鏈接，鏈接O3F是Iyy三個(gè)主要因素決定了豎向剛度。圖-6 所示 鏈接的AB、梁公里，連接03F也是其中的三個(gè)主要因素決定的均勻性線性傳動(dòng)裝置、不同的分析結(jié)果表明，Izz效果好，具有至少兩個(gè)垂直和水平剛度，這意味著這種結(jié)構(gòu)，具有足夠的水平，降低Izz剛度的鏈接和增加Iyy AB、梁的鏈接，鏈接O3F公里的好方法，優(yōu)化系統(tǒng)。圖-5 瞬間的慣性效應(yīng)對(duì)垂直位移圖-6 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不平衡的影響2.2影響的線性驅(qū)動(dòng)器的相對(duì)位置線性執(zhí)行器的慣性是主要載荷之一，在機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)，不同的相對(duì)應(yīng)的垂直位置產(chǎn)生不同的變形，圖7顯示了絕對(duì)平均的最終效應(yīng)垂直位移時(shí)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)以恒定的加速度旋轉(zhuǎn)，我們可以看到，過(guò)低或過(guò)高的相對(duì)位置會(huì)造成比格變形，最好的位置是一對(duì)Z = 24毫米的地方大概是從中間環(huán)節(jié)連接O3F到 AB.圖-7 影響線性驅(qū)動(dòng)器的相對(duì)位置3 分析改進(jìn)的機(jī)械手根據(jù)上述模擬結(jié)果，所有改進(jìn)的機(jī)械手的設(shè)計(jì)，時(shí)間如下：鏈接截面AB，DE，lJ 與30mm的基礎(chǔ)和高度，10毫米的厚度;鏈接O3F和矩形空心梁與30mm的基礎(chǔ)和高度工型鋼，l0mm法蘭和6mm網(wǎng);梁競(jìng)，通用汽車(chē)與8mm的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)和30mm高的矩形。圖-8 梯形運(yùn)動(dòng)姿態(tài)圖-9中回應(yīng)的是機(jī)械手，相比之下，圖-10中提高初始的反應(yīng)，在其中所有的鏈接和機(jī)械手的矩形截面梁的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，用30毫米，高度的差異是曲線，C和H的曲線積分，二是垂直位移的末端，改進(jìn)系統(tǒng)中最大位移0.7Um最初的0.12Um相比，爭(zhēng)論的振動(dòng)激勵(lì)后仍停留在O.06Um0.15% sO.05Um相比的初始變形改善系統(tǒng)的初始小于前者具有較少的慣性，因?yàn)樵谙嗤牟椒ゲ粩嗉涌?，保持振?dòng)瓣膜差不多一樣，它對(duì)這整個(gè)系統(tǒng)中來(lái)說(shuō)，仍然改善系統(tǒng)的剛度，幾乎相當(dāng)于初始制度，針對(duì)大規(guī)模的平面并聯(lián)機(jī)構(gòu)在該系統(tǒng)相比下降了30%，這樣的初始優(yōu)化是有效的。 圖-9 、 圖-10 動(dòng)態(tài)響應(yīng)4 結(jié)論本文設(shè)計(jì)了一種新型三自由度機(jī)械手變量的敏感性進(jìn)行了研究在ADAMS環(huán)境中，可以得出以下結(jié)論：1） 機(jī)器人具有較大的水平剛度，最終水平位移，效應(yīng)主要是由機(jī)械手垂直變形造成的，因此，更重要的是增加的幅度比剛度豎向剛度。2） 參數(shù)Ixx，Iyy并鏈接截面剛度Izz有不同的效應(yīng)，Iyy已經(jīng)對(duì)垂直剛度的影響最大，Ixx在第二位的是，Ixx具有在垂直剛度的影響最小，他們都較少對(duì)水平比垂直剛度剛度。3） 橫截面的不同環(huán)節(jié)都有不同的影響，連線豎向剛度AB和德應(yīng)該使用區(qū)扭轉(zhuǎn)常數(shù)和慣性力矩大，如變形、長(zhǎng)方形、橫梁KM，線 03F應(yīng)該使用區(qū)段形梁等重大時(shí)刻轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、橫梁GK，和GM 可以使用盡可能的一小部分，從而降低了質(zhì)量。4） 最佳的線性驅(qū)動(dòng)器的相對(duì)位置可以減少變形，最好的位置是垂直的平行結(jié)構(gòu)。5） 改進(jìn)的機(jī)械手的動(dòng)態(tài)分析表明該優(yōu)化設(shè)計(jì)方法研究的基礎(chǔ)上的效率。參考文獻(xiàn) l Dasgupta B，Mmthyunjayab T S。 The Stewart platform manipulator：a review。Mechatm and Machine Theory，200o。35 (1)：1540 2 Xi F，Zhang D，Xu Z，et al。A 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