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（图纸+论文）四自由度棒料搬运机械手设计（全套完整）

产的约占。目前全国约有机器人用户家，拥有的工业机器人总台数约为台，其中从家外国公司进口的各类机器人占以上，并每年以台的速度增加。从机器人的应用与发展来看，在很多方面工业机器人代替人力劳动已是必然的趋势，工业机器人将来必定有广阔的发展前景。.本设计中的四自由度棒料搬运机械手所实现的功能本设计中的四自由度棒料搬运机械手，主要是针对质量少于的圆形棒料的搬运。本设计中的机械手有四个自由度，由底座的旋转，手臂的升降，手臂的伸缩，手爪的旋转组成。本机械手系统所要求的定位精度较高，而步进电机对系统位置控制比较准确且控制易于实现。故本机械手选用的驱动电机都是步进电机。.机械手手臂升降步进点击的选择机械手手臂升降用步进电机来驱动，通过丝杆传动来实现升降。初选步进电机由前计算丝杆导程为本设计机械手手臂升降速度选定为所以丝杆转速回转转矩式中机械手手臂升降相对丝杆的回转力矩机械手手臂升降相对丝杆的摩擦阻力矩机械手手臂升降在停止制动过程中相对与丝杆的惯性力矩其中，式中手臂升降启动或制动过程中角速度的变化量，也就是工作的角速度手臂升降启动或制动的时间本设计取为手臂升降时各部件对回转轴线的转动惯量，其中式中丝杆对其转动轴的转动惯量，其中式中丝杆的公称直径由前计算得丝杆的长度本设计取为.代入得升降电机与丝杆间的联轴器的转动惯量查机械设计手册软件版.得步进电机转子的转动惯量查机电综合设计指导书表得代入得把以上代入得其中式中手臂的自重约为丝杆螺母副与丝杆间的摩擦系数.查机械设计手册软件版.得代入得得电机与丝杆直接联接所以所以上式中负载峰值转速，如上计算负载峰值力矩，如上计算电动机的功率计算式上式中计算系数，其中般，本设计中取丝杆传动装置的效率，般取，本设计中取代入以上数据得根据负载峰值力矩最大静转矩，选用步矩角为步进电机，其最大静转矩为.，满足负载峰值力矩最大静转矩的要求。表电机参数电机型号相数步距角电压最大静转矩••最高空载启动频率运行频率转子转动惯量•分配方式质量三相六拍机械手底座回转驱动电动机的选择机械手机身安装在底座上所以底座作旋转时将手臂与机身起旋转机械手底座转速设计选取为即旋转的时间为回转转矩式中机械手整体相对底座回转轴的回转力矩机械手整体相对底变位系数柔轮与刚轮均采用渐开线齿形，波发生器采用控制式发生器，其中长轴.，短轴.，并且采用具有个直径为.滚珠的薄臂轴承。谐波齿轮轮齿的耐磨计算由于谐波齿轮的柔轮和刚轮的齿数均很多，两齿形曲线半径之差很小，所以轮齿工作时很接近面接触，则轮齿工作表面的磨损可由齿面的比压来控制。轮齿工作表面的耐磨损能力可由下式计算式中作用在柔轮上的转矩，由前计算取得柔轮分度圆直径，本设计中取为最大啮入深度，近似取，本设计中取齿宽，设计中取为当量于沿齿廓工作段全啮合的工作齿数，般可取载荷系数，取，设计中取为.齿宽许用比压，对于无润滑条件下工作的调质柔轮，取所以，代入得因满足，所以符合耐磨性要求。柔轮强度计算谐波齿轮工作时，柔轮筒体处于变应力状态，其正应力基本上是对称变化的，而切应力则呈脉动变化，若以分别表示正应力和切应力的应力幅和平均应力。正应力的应力幅和平均应力分别为由变形和外载荷所引起的切应力分别为则，切应力的应力幅和平均应力为以上式中柔轮工作转矩，由前计算取为柔轮齿根处的臂厚，设计中取为.计算平均直径，设计中为弹性模量，设计中为变形量本设计中为将具体数据代分别代入上式中得柔轮工作条件较恶劣，为使柔轮在额定载荷下不产生塑性变形和疲劳破坏，并考虑加工工艺较高的要求，决定选用作为柔轮材料。的力学性能如下，球化处理后硬度为，且，取柔轮正应力安全系数和切应力安全系数分别为柔轮的安全系数此数值大于许用安全系数.，则柔轮强度满足要求。机械手的各电机选择进电动机又称脉冲电动机，是种把电脉冲信号转换成与脉冲数成正比的角位移或直线位移的执行电机。.工作空间图.机械手驱动系统的设计机械手驱动器机械手驱动系统包括驱动器和传动机构,它们常和执行器联成体,驱动臂，杆和载荷完成指定的运动。常用的驱动器有电机液压和气动等驱动装置，其中采用电机驱动器是最常用的驱动方式，包括直流伺服电机，交流伺服电机及其步进电机等。本设计中底座的旋转与手臂升降都是采用步进电机作为驱动器在第章计算说明步进电机的选择，而手臂的伸缩则选用七缸作为驱动器。气爪的翻转是通过摆动气缸来作为驱动器。机械手传动机构手臂的升降是步进电机通过联轴器直接与丝杆连接。手臂上安装丝杆螺母副，从而驱动手臂的升降。手臂的伸缩是通过气缸杆直接连接装有摆动气缸的摆动气缸安装板，从而实现伸缩运动的。气爪的旋转是摆动气缸通过气爪的连接附件直接相连接。如下图.图.气爪连接示图底座的旋转是通过步进电机联接谐波齿轮直接驱动转动机座转动，从而实现机械手的旋转运动。如下图.支座，电机，轴承，带传动，壳体位置传感器，柔轮，波发生器，刚轮图.机械手底座传动示图本设计中的四自由度棒料搬运机械手的有关技术参数见表。机械手类型四自由度圆柱坐标型抓取重量自由度个个回转个移动底座长，回转运动，回转角，步进电机驱动控制手臂升降机构长，升降运动，升降范围，步进电机驱动控制手臂伸缩机构长，伸缩运动，伸缩范围，气缸驱动活塞位置控制气爪旋转机构旋转运动，旋转角，气缸驱动，行程开关控制表机械手参数表机械手的传动设计.滚珠丝杠的选择丝杆所受载荷主要是手臂的重力，设计的手臂质量约为即等效载荷。丝杆选为有效行程自由度,搬运,机械手,设计,毕业设计,全套,图纸绪论.工业机器人的技术与发展机器人又称机械手，机械人，英文名称，在人类科技发展史上其来有自，早在三国时代，诸葛亮发明的木牛流马即是古代中国人的智能结晶。随着近代的工业革命，机器产业的不断发展成为近代工业的主要支柱。机器人的研究从开始就是拟人化的，所以才有机械手机械臂的开发与制作，也是为了以机械来代替人去做人力所无法完成的劳作或探险。但近十几年来，机器人的开发不仅越来越优化，而且涵盖了许多领域，应用的范畴十分广阔。工业机器人是典型的机电体化高技术产品。在许多生产领域，它对于提高生产自动化水平，提高劳动生产率产品质量和经济效益，改善工人劳动条件的作用日见显著。不少劳动条件恶劣生产要求苛刻的场合，工业机器人代替人力劳动已是必然的趋势。工业机器人是种机体独立，动作自由度较多，程序可灵活变更，能任意定位，自动化程度高的自动操作机械。主要用于加工自动线和柔性制造系统中传递和装卸工件或夹具。工业机器人以刚性高的手臂为主体，与人相比，可以有更快的运动速度，可以搬运更重的东西，而且定位精度相当高，它可以根据外部来的信号，自动进行各种操作。工业机器人的发展，由简单到复杂，由初级到高级逐步完善，它的发展过程可分为三代第代工业机器人就是目前工业中大量使用的示教再现型工业机器人，它主要由手部臂部驱动系统和控制系统组成。它的控制方式比较简单，应用在线编程，即通过示教存贮信息，工作时读出这些信息，向执行机构发出指令，执行机构按指令再现示教的操作。第二代工业机器人是带感觉的机器人。它具有寻力觉触觉视觉等进行反馈的能力。其控制方式较第代工业机器人要复杂得多，这种机器人从年开始进入了实用阶段，不久即将普及应用。第三代工业机器人即智能机器人。这种机器人除了具有触觉视觉等功能外，还能够根据人给出的指令认识自身和周围的环境，识别对象的有无及其状态，再根据这识别自动选择程序进行操作，完成规定的任务。并且能跟踪工作对象的变化，具有适应工作环境的功能。这种机器人还处于研制阶段，尚未大量投入工业应用。世界上工业机器人萌芽于年代的美国，经过多年的发展，已被不断地应用于人类社会很多领域，正如计算机技术样，机器人技术正在日益改变着我们的生产方式。进入年代，世界机器人工业继续稳步增长，每年增长率保持在左右，世界上已拥有机器人数量达到万台左右，年世界机器人市场曾度出现小的低谷，近年除日本外，欧美机器人市场也开始复苏，并日益兴旺。与全球机器人市场样，中国机器人市场也逐渐活跃，年上半年，我国从事机器人及相关技术产品研制生产的单位已达家，研制生产的各类工业机器人约有台，其中已用于生产的约占。目前全国约有机器人用户家，拥有的工业机器人总台数约为台，其中从家外国公司进口的各类机器人占以上，并每年以台的速度增加。从机器人的应用与发展来看，在很多方面工业机器人代替人力劳动已是必然的趋势，工业机器人将来必定有广阔的发展前景。.本设计中的四自由度棒料搬运机械手所实现的功能本设计中的四自由度棒料搬运机械手，主要是针对质量少于的圆形棒料的搬运。本设计中的机械手有四个自由度，由底座的旋转，手臂的升降，手臂的伸缩，手爪的旋转组成。本设计中的机械手是种通用型棒料搬运机械手。通过气爪手指的不同选择可满足小于直径的棒料的搬运。通过示教再现或程序的直接控制可实现在机械手工作范围内把棒料从指定点搬运到另指定点，并把棒料翻转过来。通过对机械手的相应控制还可实现对棒料的排列。.本设计中的四自由度棒料搬运机械手设计的意义机器人工程是近二十多年迅速发展起来的，目前已应用与许多生产领域。由目前的发展状况看，在可预见的将来它将在生产中扮演越来越重要的角色。