【毕业设计】印刷业直角坐标型码垛机器人手臂及抓取部分毕业设计说明书

世界机器人的发展现代工业机械手起源于世纪年代初，是基于示教再现和主从控制方式能适应产品种类变更，具有多自由度动作功能的柔性自动化。

机械手首先是从美国开始研制的。

年美国联合控制公司研制出第台机械手。

他的结构是机体上安装个回转长臂，端部装有电磁铁的工件抓放机构，控制系统是示教型的。

年，美国机械铸造公司在上述方案的基础之上又试制成台数控示教再现型机械手，商名为即万能自动。

运动系统仿造坦克炮塔，臂回转，俯仰，用液压驱动控制系统用磁鼓存储装置。

不少球坐标式通用机械手就是在这个基础上发展起来的。

同年该公司和普鲁曼公司合并成立万能自动公司，专门生产工业机械手。

年美国机械铸造公司也试验成功种叫机械手，原意是灵活搬运。

该机械手的中央立柱可以回转，臂可以回转升降伸缩采用液压驱动，控制系统也是示教再现型。

虽然这两种机械手出现在六十年代初，但都是国外工业机械手发展的基础。

年美国公司和斯坦福大学麻省理工学院联合研制种型工业机械手，装有小型电子计算机进行控制，用于装配作业，定位误差可小于毫米。

美国还十分注意提高机械手的可靠性，改进结构，降低成本。

如公司建立了年机械手试验台，进行各种性能的试验，准备把故障前平均时间注故障前平均时间是指台设备可靠性的种量度，它给出在第次故障前的平均运行时间，由小时提高到小时，精度可提高到。

德国机器制造业是从年开始应用机械手，主要用于起重运输焊接和设备的上下料等作业。

德国公司还生产种点焊机械手，采用关节式结构和程序控制。

瑞士公司生产种涂漆机械手，采用示教方法编制程序。

瑞典安莎公司采用机械手清理铸铝齿轮箱毛刺等。

日本是工业机械手发展最快应用最多的国家。

自年从美国引进二种典型机械手后，大力研究机械手的研究。

据报道，年从事机械手的研究工作的大专院校研究单位多达多个。

年个大学和国家研究部门用在机械手的研究费用。

年日本机械手的产值达亿日元，产量为台。

其中固定程序和可变程序约占半，达亿日元，是年的二倍。

具有记忆功能的机械手产值约为亿日元，比年增长。

智能机械手约为亿日元，为年的倍。

截止年，机械手累计产量达台。

在数量上已占世界首位，约占，并以每年的速度增长。

使用机械手最多的是汽车工业，其次是电机电器。

预计到年将有万机器人在工作。

第二代机械手正在加紧研制。

它设有微型电子计算机控制系统，具有视觉触觉能力，甚至听想的能力。

研究安装各种传感器，把感觉到的信息反馈，使机械手具有感觉机能。

目前国外已经出现了触觉和视觉机械手。

第三代机械手机械人则能地完成工作过程中的任务。

它与电子计算机和电视设备保持联系，并逐步发展成为柔性制造系统和柔性制造单元中重要环。

随着工业机器手研究制造和应用的扩大，国际性学术交流活动十分活跃，欧美各国和其他国家学术交流活动开展很多。

国外机器人领域发展近几年有如下几个趋势工业机器人性能不断提高高速度高精度高可靠性便于操作和维修，而单机价格不断下降，平均单机价格从年的万美元降至年的万美元。

机械结构向模块化可重构化发展。

例如关节模块中的伺服电机减速机检测系统三位体化由关节模块连杆模块用重组方式构造机器人整机国外已有模块化装配机器人产品问市。

工业机器人控制系统向基于机的开放型控制器方向发展，便于标准化网络化器件集成度提高，控制柜日见小巧，且采用模块化结构大大提高了系统的可靠性易操作性和可维修性。

机器人中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置速度加速度等传感器外，装配焊接机器人还应用了视觉力觉等传感器，而遥控机器人则采用视觉声觉力觉触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制多传感器融合配置技术在产品化系统中已有成熟应用。

虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真预演发展到用于过程控制，如使遥控机器人操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操纵机器人。

当代遥控机器人系统的发展特点不是追求全自治系统，而是致力于操作者与机器人的人机交互控制，即遥控加局部自主系统构成完整的监控遥控操作系统，使智能机器人走出实验室进入实用化阶段。

美国发射到火星上的索杰纳机器人就是这种系统成功应用酌最著名实例。

机器人化机械开始兴起。

从年美国开发出虚拟轴机床以来，这种新型装置已成为国际研究的热点之，纷纷探索开拓其实际应用的领域。

我国工业机器人的发展有人认为，应用机器人只是为了节省劳动力，而我国劳动力资源丰富，发展机器人不定符合我国国情。

这是种误解。

在我国，社会主义制度的优越性决定了机器人能够充分发挥其长处。

它不仅能为我国的经济建设带来高度的生产力和巨大的经济效益，而且将为我国的宇宙开发海洋开发核能利用等新兴领域的发展做出卓越的贡献。

我国的工业机器人从年代七五科技攻关开始起步，在国家的支持下，通过七五八五科技攻关，目前已基本掌握了机器人操作机的设计制造技术控制系统硬件和软件设计技术运动学和轨迹规划技术，生产了部分机器人关键元器件，开发出喷漆弧焊点焊装配搬运等机器人其中有多台套喷漆机器人在二十余家企业的近条自动喷漆生产线站上获得规模应用，弧焊机器人已应用在汽车制造厂的焊装线上。

但总的来看，我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有定的距离，如可靠性低于国外产品机器人应用工程起步较晚，应用领域窄，生产线系统技术与国外比有差距在应用规模上，我国已安装的国产工业机器人约台，则确定载荷系数因工作载荷稳定，故取载荷分布不均系数由文献中表，选取使用系数由于转速不高，冲击不大，可取动载系数则确定弹性影响系数因选用的是铸锡磷青铜齿面和钢杆相配，故确定接触系数先假设齿条有效距离与中心距的比值，从参考文献，图中可查得。

确定许用接触应力根据齿面材料为铸锡磷青铜，金属模铸造，齿面硬度，可从文献，表中查得齿轮的基本许用应力。

应力循环次数寿命系数则计算中心距取中心距，因，故从参考文献，表中取模数，推杆有效距离。

这时，从参考文献，图中可查得接触系数，因为，因此以上计算结果可用。

齿条与齿轮的主要参数与几何尺寸齿条齿条模数为，轴向齿距直径系数齿条轴向齿厚齿轮齿轮齿数取变位系数齿轮分度圆直径校核齿根弯曲疲劳强度当量齿数根据，，从文献，图中可查得齿形系数。

螺旋角系数许用弯曲应力从文献，表中查得由制造的齿条的基本许用弯曲应力。

寿命系数弯曲强度在允许范围之内。

验算效率η已知与相对滑动速度有关。

从文献，表中用插值法差得代入式中得η，大于原估计值，因此可采用。

齿轮的校核与计算设计对象与已知参数设计对象带动机械手爪圆柱直齿不完全齿齿轮传动。

由液压杆直接驱动，齿条参数以确定。

选定齿轮类型精度等级材料及齿数选用直齿圆柱齿轮传动机械手夹持工件速度不高，但对时间精度有较高要求，故选用级精度。

材料选择。

由，表选择齿条材料为调质，硬度为，齿轮材料为钢调质，硬度为，二者材料硬度差为。

齿轮受力分析进行齿轮强度计算之前，首先应明确轮齿上所受到的力，作出受力分析，对齿轮传动进行受力分析也是计算安装齿轮的轴及轴承时所必须的。

齿轮传动般加以润滑，啮合轮齿间的摩擦力通常很小，计算轮齿受力时，可不予考虑。

沿啮合线作用在齿面上的法向载荷垂直于齿面，为了计算方便，将法向载荷单位为在节点处分解为两个相互垂直的分力，即圆周力与径向力单位均为如图所示。

由此得式中齿轮传递的转矩，齿轮的节圆直径，对标准齿轮即为分度圆直径啮合角，对标准齿轮，。

图齿轮受力分析以上分析的是主动轮轮齿上的力，从动轮轮齿上的力分别与其大小相等，方向相反。

按齿面接触强度设计由文献，计算公式进行试算，即确定公式内的各计算数值试选载荷系数计算小齿轮传递的扭矩。

由文献，表选取齿宽系数由文献，表查得材料的弹性影响系数。

由文献，图按齿面硬度查得齿条的接触疲劳强度极限齿轮的接触疲劳强度极限。

由文献，式计算应力循环次数。

取接触疲劳寿命系数，。

计算接触疲劳许用应力取失效概率为，安全系数，由文献，式得计算试算齿轮分度圆直径，代入中较小的值。

计算圆周速度计算齿宽计算齿宽与齿高之比模数齿高计算载荷系数。

根据已有的设计，齿轮级精度，由文献，图查得动载荷系数直齿轮，由文献，表查得使用系数由文献，表用插值法查得级精度齿轮相对支承非对称布置时，。

由，查文献，图得故载荷系数按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由文献，式得计算模数按齿根弯曲强度设计由文献，式得弯曲强度的设计公式为确定公式内的各计算数值由文献，图查得齿条的弯曲疲劳强度极限齿轮的弯曲疲劳强度极限由文献，图取弯曲疲劳寿命系数，计算弯曲疲劳许用应力。

取弯曲疲劳安全系数，由文献，式得计算载荷系数查取齿形系数由文献，表查得。

查取应力校正系数。

由文献，表查得。

计算齿条齿轮的并加以比较。

齿条的数值大。

设计计算对此计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径即模数与齿数的乘积有关，可取由弯曲强度算得的模数，按接触强度算得的分度圆直径，算出齿轮齿数几何尺寸计算计算分度圆直径计算中心距计算齿轮宽度取，。

推杆的强度校核设计对象齿条连接的液压推杆。

推杆的材料与机械性能材料钢表面调质处理硬度为。

机械性能查文献，表可知抗拉强度极限屈服强度极限弯曲疲劳极限剪切疲劳极限推杆的强度校核因为推杆只在轴线方向上受力，所以推杆只受拉伸和压缩力的作用，因为拉伸力远大于压缩力，所以仅校核拉伸力即可。

压因压，所以推杆符合要求。

第五章设