（毕业设计全套）数控卧式镗铣床换刀机械手设计（打包下载）

极坐标机器人的臂部结构，臂回转结构为齿轮齿条缸结构，臂俯仰臂伸缩均采用直线运动油缸。

多关节型机器人的臂部结构，这种类型的机械手多用于喷漆，故也称为喷漆机器人。

其臂部有回转俯仰和前后移动三个运动。

回转机构为齿轮齿条缸结构，俯仰和前后运动均采用铰链油缸驱动。

臂部伸缩运动结构，用钢管做成伸缩臂，由活塞杆带动齿轮沿固定齿条滚动而产生伸缩运动，这种结构的特点是传动效率高，易于实现较大行程和速度，它的行程和速度的大小与齿轮的直径大小有关。

臂部俯仰运动的结构，般采用铰接油气缸来实现。

铰接油气缸位于手臂下方，活塞杆与手臂之间用铰链连接，缸体与立柱之间用耳叉销轴等方式连接。

臂部回转及升降运动的结构，可采用齿条缸与升降缸实现臂回转和升降，臂回转还可用回转缸与行星齿轮传动，链条链轮传动。

臂部复合运动机构，它是将个驱动运动分解为个运动，并能依合成运动的形式实现复杂运动的机构。

在些专用机械手中常采用行星齿轮机构凸轮机构及连杆机构等来实现臂部的复合运动。

臂部运动的导向装置臂部的导向装置，机械手的手臂伸缩及升降运动机构上常设置导向装置，其目的是防止移动部件在伸缩及升降时产生不必要的转动，以保证手臂运动方位的准确性。

增大移动部件的刚性，减少移动部件由于自重与抓取重量所引起的变形和位移。

承受移动部件的部分自重和抓取工件或工具的部分重量。

导向装置般根据臂部的安装形式具体的结构及抓取重量等因素来确定，就导向装置而言，其导向精度刚度和耐磨性对机械手的精度和其它工作性能影响很大，在设计时必须充分注意。

这里仅就几种特殊形式作简单介绍单导向杆式单导向杆般配置在驱动油气缸体的侧或活塞杆内。

放在活塞杆内时，虽然结构紧凑，但是工艺性比较差。

单导向杆导向装置结构简单重量轻摩擦力小，但是承载能力较低，刚性差，而且导向杆内走管通道少。

般用于较小型的机器人。

单导向杆般采用实心圆杆方杆空心圆杆花键轴等。

方杆比圆杆刚性好，但加工比较困难。

双导向杆式双到向杆般对称配置在驱动油气缸两侧。

这种形式受力情况好刚性大，可承受重载，导向杆内部走管道多，便于油路配置。

但转动惯量增加，不利于回转定位。

双导向杆般采用圆杆，以便内部通走管。

导轨式导轨式的形式较多，其共同特点是刚性好，工作平稳导向性能好，但结构比较复杂。

适用于负载较重速度较低的机器人或专用机械手。

滚珠花键式焊接结构的轴套前端固接个循环滚珠套，套内装有若干钢珠，并设有保持架。

滚珠花键轴的圆弧性花键槽与其中部分钢珠配合，轴套的转动通过循环滚珠套及钢珠传给花键轴，花键轴在随手臂移动时便带动钢珠滚动并自行循环，实现滚动摩擦代替普通花键轴的滑动摩擦。

这种结构摩擦阻力小，定向精度高，移动速度快，但是结构比较复杂，制造成本高。

本课题中要求臂部具有个自由度即升降回转伸缩运动。

臂部的结构形式必须根据机器人的运动形式抓取重量动作自由度运动精度等因素来确定。

为了防止臂部在运动过程中产生过大的变形，手臂要有足够的刚度，导向性要好，偏重力矩要小，运动要平稳，定位精度要高，回转运动用伺服电机驱动，通过对内齿轮实现手臂的回转运动。

伸缩运动用伺服电机驱动，由斜齿轮带动螺杆螺母作相对的移动，使手臂能灵活地伸缩。

升降运动用伺服电机驱动，通过丝杠与滚珠的回转，带动外壳体在机座外侧表面作相对滑动，实现手臂的升降。

在手臂回转运动中，手臂的重量通过大齿轮由交叉轴承。

该轴承是根据标准的止推轴承特制设计的，型属此种。

的额定运载荷是，额定静载荷是，完全可以满足许用条件要求。

该轴承的内外圈都可有螺孔以联接用，并且在淬火之前铣外圈的键槽和大齿轮进行周向固定。

特制的交叉滚珠轴承结构尺寸如下.润滑方式脂润滑。

机座是机械手用来手臂部件，并安装驱动装置与其它装置的部件，故稳定性要好，且满足足够的刚度，机座为的尺寸，足够满足运动时的平稳。

总体结构图见附图.机械手机身的设计计算机身是直接支撑和驱动手臂的部件。

般实现手臂的回转和升降运动，这些运动的传动机构都安在机身上，或者直接构成机身的躯干与底座相连。

因此，臂部的运动越多，机身的机构和受力情况就越复杂。

机身是可以固定的，也可以是行走的，既可以沿地面或架空轨道运动。

机身的整体设计按照设计要求，机械手要实现手臂的回转运动，实现手臂的回转运动机构般设计在机身处。

为了设计出合理的运动机构，就要综合考虑，分析。

机身承载着手臂，做回转，升降运动，是机械手的重要组成部分。

常用的机身结构有以下几种回转缸置于升降之下的结构。

这种结构优点是能承受较大偏重力矩。

其缺点是回转运动传动路线长，花键轴的变形对回转精度的影响较大。

回转缸置于升降之上的结构。

这种结构采用单缸活塞杆，内部导向，结构紧凑。

但回转缸与臂部起升降，运动部件较大。

活塞缸和齿条齿轮机构。

手臂的回转运动是通过齿条齿轮机构来实现齿条的往复运动带动与手臂连接的齿轮作往复回转，从而使手臂左右摆动。

分析经过综合考虑，本设计选用回转缸置于升降缸之上的结构。

本设计机身包括两个运动，机身的回转和升降。

如上图所示，回转机构置于升降缸之上的机身结构。

手臂部件与回转缸的上端盖连接，回转缸的动片与缸体连接，由缸体带动手臂回转运动。

回转缸的转轴与升降缸的活塞杆是体的。

活塞杆采用空心，内装花键套与花键轴配合，活塞升降由花键轴导向。

花键轴与与升降缸的下端盖用键来固定，下短盖与连接地面的的底座固定。

这样就固定了花键轴，也就通过花键轴固定了活塞杆。

这种结构是导向杆在内部，结构紧凑。

具体结构见下图。

驱动机构是液压驱动，回转缸通过两个油孔，个进油孔，个排油孔，分别通向回转叶片的两侧来实现叶片回转。

回转角度般靠机械挡块来决定，对于本设计就是考虑两个叶片之间可以转动的角度，为满足设计要求，设计中动片和静片之间可以回转。

图回转缸置于升降缸之上的机身结构示意图机身回转机构的设计计算回转缸驱动力矩的计算手臂回转缸的回转驱动力矩，应该与手臂运动时所产生的惯性力矩及各密封装置处的摩擦阻力矩相平衡。

惯性力矩的计算式中回转缸动片角速度变化量，在起动过程中起动过程的时间手臂回转部件包括工件对回转轴线的转动惯量。

若手臂回转零件的重心与回转轴的距离为，则式中回转零件的重心的转动惯量。

回转部件可以等效为个长，直径为的圆柱体，质量为设置起动角度，则起动角速度.，起动时间设计为.。

.密封处的摩擦阻力矩可以粗略估算下.，由于回油背差般非常的小，故在这里忽略不计。

经过以上的计算.回转缸尺寸的初步确定设计回转缸的静片和动片宽，选择液压缸的工作压强为。

为输出轴与动片连接处的直径，设，则回转缸的内径通过下列计算既设计液压缸的内径为，根据表.选择液压缸的基本外径尺寸不是最终尺寸，再经过配合等条件的考虑。

液压缸盖螺钉的计算根据表.所示，因为回转缸的工作压力为，所以螺钉间距小于，根据初步估算，所以缸盖螺钉的数目为个面个，两个面是个。

危险截面所以，所以螺钉材料选择，则螺钉的直径螺钉的直径选择.选择的开槽盘头螺钉。

经过以上的计算，需要螺钉来连接，最终确定的液压缸的截面尺寸如图.所示，内径为，外径为，输出轴径为图回转缸的截面图动片和输出轴间的连接螺钉动片和输出轴之间的连接结构如图.。

连接螺钉般为偶数，对称安装，并用两个定位销定位。

连接螺钉的作用使动片和输出轴之间的配合紧密。

于是得式中每个螺钉预紧力动片的外径被连接件配合面间的摩擦系数，刚对铜取.螺钉的强度条件为或带入有关数据，得螺钉材料选择，则螺钉的直径螺钉的直径选择.选择的开槽盘头螺钉。

机身升降机构的计算.手臂偏重力矩的计算图手臂各部件重心位置图零件重量等。

现在对机械手手臂做粗略估算总共.计算零件的重心位置，求出重心到回转轴线的距离。

.所以，回转半径计算偏重力矩.升降不自锁条件分析计算手臂在的作用下有向下的趋势，而里柱导套有防止这种趋势。

由力的平衡条件有即所谓的不自锁条件为即取.当时，.因此在设计中必须考虑到立柱导套必须大于.手臂做升降运动的液压缸驱动力的计算式中摩擦阻力，参考图.取.零件及工件所受的总重。

的计算设定速度为起动或制动的时间差.近似估算为.将数据带入上面公式有的计算液压缸在这里选择型密封，所以密封摩擦力可以通过近似估算最后通过以上计算当液压缸向上驱动时，当液压缸向下驱动时，轴承的选择分析对于升降缸的运动，对于机身回转用的轴承有影响，因此，这里要充分考虑这个问题。

对于本设计，采用支点，双固定，另支点游动的支撑结构。

作为固定支撑的轴承，应能承受双向轴向载荷，故内外圈在轴向全要固定。

其结构参看本章开始的机身结构示意图.。

本设计采用两个角接触球轴承，面对面或者背对背的组合结构。

这种结构可以承受双向轴向载荷。

.驱动方式该机器人共具有四个独立的转动关节，连同末端机械手的运动，共需要五个动力源。

机器人常用的驱动方式有液压驱动气压驱动和电机驱动三种类型。

这三种方法各有所长，各种驱动方式的特点见表.表.三种驱动方式的特点对照内容驱动方式液压驱动气动驱动电机驱动输出功率很大，压力范围为大，压力范围为，最大可达较大控制性能利用液体的不可压缩性，控制精度较高，输出功率大，可无级调速，反应灵敏，可实现连续轨迹控制气体压缩性大，精度低，阻尼效果差，低速不易控制，难以实现高速高精度的连续轨迹控制控制精度高，功率较大，能精确定位，反应灵敏，可实现高速高精度的连续轨迹控制，伺服特性好，控制系统复杂响应速度很高较高很高结构性能及体积结构适当，执行机构可标准化模拟化，易实现直接驱动。

功率质量比大，体积小，结构紧凑，密封问题较大结构适当，执行机构可标准化模拟化，易实现直接驱动。

功率质量比大，体积小，结构紧凑，密封问题较小伺服电动机易于标准化，结构性能好，噪声低，电动机般需配置减速装置，除电动机外，难以直接驱动，结构紧凑，无密封问题安全性防爆性能较好，用液压油作传动介质，在定条件下有火灾危险防爆性能好，高于个大气压时应注意设备的抗压性设备自身无爆炸和火灾危险，直流有刷电动机换向时有火花，对环境的防爆性能较差对环境的影响液压系统易漏油，对环境有污染排气时有噪声无在工业机器人中应用范围适用于重载低速驱动，电液伺服系统适用于喷涂机器人点焊机器人和托运机器人适用于中小负载驱动精度要求较低的有限点位程序控制机器人，如冲压机器人本体的气动平衡及装配机器人气动夹具适用于中小负载要求具有较高的位置控制精度和轨迹控制精度速度较高的机器人，如伺服喷涂机器人点焊机器人弧焊机器人装配机器人等成本液压元件成本较高成本低成本高维修及使用方便，但油液对环境温度有定要求方便较复杂机器人驱动系统各有其优缺点，通常对机器人的驱动系统的要求有．驱动系统的质量尽可能要轻，单位质量的输出功率要高，效率也要高．反应速度要快，即要求力矩质量比和力矩转动惯量比要大，能够进行频繁地起制动，正反转切换．驱动尽可能灵活，位移偏差和速度偏差要小．安全可靠．操作和维护方便．对环境无污染，噪声要小．经济上合理，尤其