旋臂式机械手的设计 ㊣ 精品文档 值得下载

画法示例化学工业出版社。

升降臂运动平稳，起动和终止无刚性冲击。

设计方案的选择根据升降臂动作要求，结合已学知识，列出可实现动作要求的各种方案，进行对比分析，主要考虑技术可行，结构布局合理，工艺合理，经济性好。

作为初次设计，给出液压和电动两个设计方案，供设计时参考。

圆柱坐标直线移动升降臂升降臂与底座伸缩臂采用法兰连接，运动方式采用直线移动方式，升降滑台与升降臂立柱可采用燕尾导轨圆柱导轨特型导轨等联结方式。

考虑手臂最低工位的高度，可采用变行程措施以降低直线油缸的整体长度。

图为变行程机构的种形式。

极坐标旋转升降式升降臂升降臂完成起升所承载的伸缩臂与夹持器等，运动方式采用转动起升方式，升降臂与底座伸缩臂采用铰接方式。

升降臂起升过程中应保持伸缩臂及夹持器等的水平位姿。

升降臂可考虑采用平行四边形机构，升降臂与底座伸缩臂交接轴间的连锁运动机构等保持伸缩臂的水平位姿。

气压驱动方案设计工作原理采用单出杆双作用气压油缸或气压马达驱动，升降速度采用调速阀油节流调速，接近运动终点时，发出信号，进行调速缓冲，依靠行程极限与限位挡块联合定位，利用定型导轨或升降臂与底座伸缩臂间铰接处的相对转动实现升降运动，防止承载的伸缩臂与夹持器发生失控旋转。

气压系统的设计计算气压控制系统设计要满足升降臂动作逻辑要求，气压缸及其控制元件的选择要满足升降臂动力要求和运动时间要求，具体设计计算参见工业机器人液压传动控制系统设计毕业设计指导书。

图旋转升降式升降臂机械驱动方案设计采用电动机作为动力源，滚珠丝杠普通丝杠谐波减速器等传动机构。

升降臂升降转换可直接利用电动机正反转换向，也可以在变速装置中采用电磁离合器配合控制系统实现自动换向。

运动系统制动选择带有制动装置的制动电机，也可以选择利用电磁制动器与控制系统配合制动。

同时设计时考虑伸缩臂夹持器等承载重量的惯性力作用对定位的影响以及机构能够实现快速制动。

传动系统结构设计根据升降臂的不同结构形式驱动方案传动方式设计传动系统结构。

要求传动系统体积小，运动灵活，调整方便设计时应有利于构件间动力传递，机械效率较高。

传动系统设计与计算丝杠的选择与设计计算根据滑台受力分析，计算驱动功率。

根据大臂升降高度速度驱动功率计算丝杠导程公称直径长度等参数。

确定丝杠转速，选择标准丝杠。

选择丝杠时应考虑滑台在导轨上的可靠定位。

普通丝杠可以利用自锁性能，而滚珠丝杠无法实现自锁，因此需另外考虑制动系统。

丝杠设计计算此处省略字安全系数，取，般取由前面计算可得，则查机械设计课程设计手册，采用普通螺纹基本尺寸公称直径第二系列，可得螺距所以，。

取，，取。

所以，满足强度条件。

缸筒与缸底的焊接强度计算气缸推力焊缝效率，可取焊条材料得抗拉强度安全系数，取并查到焊条材料的抗拉强度为手工焊条，因此缸体与缸底得焊缝强度是满足要求得。

气压气缸其他零件结构尺寸得确定由于气压缸的工作负载较小，所以选定气压缸的工作压力为低压。

取额定工作压力为。

气压缸的基本形式如下图所示图气压缸的基本形式整个气缸安装在下部伸缩臂基座上。

活塞与活塞杆得连接结构气缸在般工作条件下，活塞与活塞杆采用螺纹连接。

其形式如图所示图活塞与活塞杆活塞杆导向套做成个套筒，压入缸筒，靠缸盖与缸筒得连接压紧固定，材料选用铸铁材料。

基本结构为图活塞杆导向套图中为缸盖，为橡胶防尘圈，为活塞杆，为活塞杆导向套。

活塞与缸体得密封。

采用型密封圈密封。

选用内径，截面直径为其基本形式如下图活塞密封圈图中即为型密封圈，则为活塞。

活塞与缸体之间靠型密封圈密封。

活塞杆端部结构形式及尺寸端部结构形式有外螺纹的，内螺纹的，光滑的，球形，耳环等等。

此处因活塞杆项要求。

快速响应性很强，只要有脉冲输入或停止输入，步进电机就立即转动或停转。

不通电时无定位力矩，转子能自由转动，每步有振荡和过冲，但在使用中失步和过冲完全在零件的尺寸误差之内，对加工精度影响甚小。

脉冲当量和步距角脉冲当量小可提高加工精度，但使系统复杂。

般加工精度的自动控制机床，脉冲当量可选为，初步确定步距角。

步进电机转轴上启动力矩的计算由文献查得启动力矩的计算公式为η式中电机启动力矩旋转进给抗力，垂直分力，导轨摩擦系数，选用淬火钢滚动导轨，取机器重量，按图纸粗估η总机械效率，取η则确定步进电机最大静转矩和最高工作频率为满足最小步距要求，电机选用三相六拍工作方式，由文献查得则步进电机最大静转矩为最高工作频率为步进电机的选择查表选用型步进电机，其参数如下步距角，选用三相六拍工作时取，最大静转距，最高空载启动频率，运行频率，相数，电压，相电流，满足需要。

旋臂式机械手的装配模型由以上设计数据，以强大的三维模块建立的旋臂式机械手的模型如图所示。

图旋臂式机械手的模型总结机械手技术涉及到电子机械学自动控制技术传感器技术和计算机技术等科学领域，是门学科综合技术。

机械手是模仿人手的部分动作，按给定程序轨迹和要求实现自动抓取帮运或操作动作的自动化装置。

工业机械手是近几十年发展起来的种高科技自动生产设备，它也是工业机器人的个重要分支，在构造和性能兼有人和机器各自的优点，尤其体现在人世的智能和适应性。

机械手作业的准确性和环境中完成作业的能力，在国民经济领域有着广泛的发展空间。

本课题针对机械制造业的生产特点，设计种用于拾取轴类零件的气动式机械手，以实现轴类零件搬运过程的自动化，减轻生产劳动强度，提高生产效率。

本课题设计种用于塑料注塑成型领域的旋臂式机械手，以提高自动化生产效率。

本次机械手的设计本设计说明书主要对于夹持器，伸缩臂的设计思想和设计过程。

内容主要包括夹持器与伸缩臂总体方案的确定，采用了液压与电动驱动系统，相应的涉及到电机和液压缸的选择计算，总体结构设计主要部件的受力分析和强度校核。

题目的综合训练比较强，涉及知识面广，重点在于培养工程思想及意识，理论联系实际，提高初步设计能力。

设计要求在保证其原有性能的前提下，尽可能地提高其特色即性能价格比。

并且要求该机械手具有较小的体积，简单的结构和低廉的价格，以及造型美观的外形，各调整环节的设计要方便人体接近方便工具的使用。

其难点在于结合实际，进行结构设计在设计过程中，本人综合运用了四年来所学到的专业知识，感觉到自己专业知识中方面的欠缺，通过再次的复习，明显感觉到了知识的增长，我们从中学到了很多的知识，也体会到了毕业设计的综合性，结合辅导老师的指导与自己的专业知识和生产实践，才能较为完整地完成此次设计任务。

参考文献濮良贵，纪名刚主编机械设计第七版北京高等教育出版社，孙恒，陈作模主编机械原理高等教育出版社郑堤，唐可洪主编机电体化设计北京机械工业出版社，张建民著机电体化系统设计第二版北京高教出版社，冯辛安主编机械制造装备设计大连机械工业出版社，刘杰等编著机电体化技术基础与产品设计北京冶金工业出版社，谢存禧，张铁主编机器人技术及其应用北京机械工业出版社，张铁，谢存禧编机器人学广州华南理工大学出版社丁树模主编液压传动北京机械工业出版社，王春行主编液压控制系统北京机械工业出版社，张海根主编机电传动控制高等教育出版社孙训方，方孝淑编著材料力学人民教育出版社徐灏主编机械设计手册北京机械工业出版社，宗光华主编机器人创意设计与实践北京航空航天出版社宋德玉主编可编程序控制器原理及应用系统设计技术北京冶金工业出版社郭洪江主编工业机器人技术西安电子科技大学出版社朱定，选用外螺纹连接形式。

其基本结构如下图活塞杆端部结构形式图中各尺寸可查气压传动设计手册得，当时，取，导向杆机构设计导向机构的作用导向机构的作用是保证液压缸活塞杆伸出时的方向性，提供机构刚度，保证伸缩量的准确性。

导向机构的外形尺寸及材料导向选择矩形导轨导向，导轨为伸缩臂基座上得部分，经加工而成滑台则在其上滑动且滑台得端部靠法兰安装夹持器部分。

材料选择为号钢，如图所示图导向机构图中为滑台，为伸缩臂基座，为矩形导轨的压板。

此处矩形导轨是直接在基座上加工出来的，滑台在导轨面上滑动，靠压板来固定调节。

基座臂厚为。

矩形导轨的弯曲强度及挠度的校核导轨的弯曲应力符合要求。

因为只计算了边得矩形导轨，由结构可知还有另外边得导轨支撑，故满足条件。

杆的挠度此杆为悬臂梁，根据简单载荷作用下梁的挠度和转角公式，式中是截面抗弯刚度本式计算是完全把载荷加在导轨上，实际是载荷由导轨和活塞杆共同承受，所以导向杆的挠度会更小，符合设计要求。

转角符合要求。

导轨的表面处理及润滑导轨表面淬火，可以提高表面硬度增加导向杆的耐磨性，也可以保证导向杆的韧性，同时需要精加工以提高导轨的精度要求导轨的润滑可采用润滑脂润滑，或是采用润滑油润滑。

此处采用润滑脂润滑。

伸缩臂基座与升降臂相连靠伸缩臂基座底部的法兰。

其上有个的内六角圆柱头螺钉。

伸缩臂范围控制与调整伸缩臂伸缩范围控制靠行程开关与活动挡块，这里特别解释如下设备附件活动挡块，它用在当设备安装好后，可以靠它在小范围内调节臂的伸长量，其结构图如图所示此活动挡块可套装在导向杆上，处可以压住行程开关压柱，从而压动行程开关使行程开关实现动作。

此外除上述调节外，还可以调节连接件的旋入导向