（优秀毕业全套设计）四自由度棒料搬运机械手设计

它是由三个基本构件构成的，带凸缘的环形刚轮，杯形的柔轮和柔性轴承椭圆盘构成的波发生器。

谐波齿轮的设计基本参数如下传动比柔轮变形波数柔轮齿数刚轮齿数模数柔轮臂厚尺宽其中，柔轮与柔轮的啮合参数经计算分别确定如下全齿高分度圆直径齿顶圆直径齿根圆直径齿形角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。

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座回转轴的摩擦阻力矩机械手底座在停止制动过程中相对与丝杆的惯性力矩其中，式中底座旋转在启动或制动过程中角速度的变化量，也就是工作角速度底座旋转启动或制动的时间本设计中与的转化系数，本设计中取手臂机身转轴对底座旋转轴线的转动惯量由于本机械手是个不规则，不均匀的回转体所以算得转动惯量并不定十分准确。

在选用电机时相应把最大静转矩要求提高来选择。

式中手臂无气爪边的质量，本机械手为手臂有气爪边的质量，本机械手为其中手臂的质量，手臂两边都看作长杆来计算转动惯量机身的质量，本机械手为其中的转动惯量看作均匀圆柱体来计算与相对应的长度。

把以上数据代入得底座电机通过谐波减速器连接转动轴，偕波减速器传动比为。

所以上式中负载峰值转速，如上计算负载峰值力矩，如上计算电动机功率的计算公式式式中步进电动机的功率负载峰值转速，由前计算负载峰值力矩，由前计算.计算系数，其中般，本设计中取底座传动装置的效率，估算为，本机械手取为。

根据负载峰值力矩最大静转矩，选用步矩角为的步进电机，其最大静转矩为.，满足要求。

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．机械手各气动件的设计计算.气爪夹紧力的起算与气爪的选择气爪夹紧力的要求由设计任务书的要求气爪连工件的重量为，从而确定夹紧的工件重量约为。

本设计设计的机械手搬运的工件定为圆柱形的棒料。

其加紧视图如图图工件夹紧视图工件重力夹起工件主要是靠气爪手指与工件的静摩擦力克服工件的重力。

气爪拿起工件所需的力式中机器人的手爪抓取的工件的重力，本设计.安全系数，般取，本设计中取.机器人的手部工作状况系数，按计算得.为机器人手爪运动加速度的绝对值方位系数，根据机器人手爪与工件形状选把以上数据代入得气爪能拿起工件所需的夹紧力式中钢与钢接触的摩擦系数.查机械设计手册软件版.得把以上数据代入得气缸的选定中，首先确定其负载的大小，负载决定了缸径的大小其次要确定其行程安装形式等。

缸径的确定缸径与所使用的气源的压力有关，同时要确定动作方向是推力还是拉力。

本设计的气爪气缸工作主要以拉力。

本设计满足气缸理论推力拉力速度为的范围，其力学计算公式为拉力式中气缸直径，本设计初取为.气缸活塞杆直径，本设计初取为.气缸工作压力，本设计取为.气缸理论推力拉力把以上数据代入得计算得的为理论拉力，其实际拉力可根据计算。

式中气缸的工作效率，般在之间。

当工作压力增高缸径增大时效率增大。

本设计工作压力交大取为.。

把以上数据代入得气缸是气爪的的驱动器，气缸与气爪手指的连接结构如下图图气缸与气爪手指的连接结构图中为气爪手指夹紧工件的力臂。

为活塞杆推动手指的力臂。

气爪夹紧工件的力代入数据得由计算得所以初选的缸径，活塞杆直径满足设计要求。

行程的确定气缸的行程就是活塞移动的距离，对外表现为负载移动的距离，确定此距离时要充分考虑工况情况，应预留出点行程，避免活塞杆撞坏。

由气爪的工作要求本气缸的行程为。

气缸的动速度气缸的运动速度主要由所驱动的工作机构的需要来决定。

本气爪要求速度缓慢平稳，采用节流调速。

节流调速的方式有本气缸为水平安装采用用排气节流本设计中缸体选用的是不锈钢式，固本气缸需要加油润滑。

本气缸使用注意事项般气缸的正常工作条件环境温度为，工作压力为。

安装前，应在.倍工作压力条件下进行试验，不应漏气。

装配时，所有密封元件的相对运动工作表面应涂以润滑脂。

安装的气源进口处必须设置气源调节装置过滤器减压阀油雾器。

摆动气缸的选择前选择的的气爪其转动惯量其爪夹持的工件的转动惯量为式中工件的质量，本设计为工件的半径，本设计为工件的长度，本设计为把以上数据带入得加在摆动气缸工作上的转动惯量为由摆动气缸工作转动惯量选用预选费斯托公司的型气缸。

该气缸的许用转动惯量为满足要求。

由下图气缸摆动的时间约需.图气缸工作转动惯量与摆动时间关系该气缸是叶片驱动双作用气缸，在整个摆角范围内可实现无极摆角调节，终端位置可通过止动螺钉和紧固螺母调节。

止动杆上的冲击能量由弹性缓冲板吸收，终端缓冲由缓冲器实现。

转动叶片本身不用于确定终端位置，既止动杠杆和止动装置不能移动。

该摆动气缸防水防尘。

本气缸可实现摆角范围内无极摆角调节下图为其摆角调节结构示图