送料機械手設計及Solidworks運動仿真

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1、目錄 摘要 1 第一章 機械手設計任務書 1 1.1畢業(yè)設計目的 1 1.2本課題的內容和要求 2 第二章 抓取機構設計 4 2.1手部設計計算 4 2.2腕部設計計算 7 2.3臂伸縮機構設計 8 第三章 液壓系統(tǒng)原理設計及草圖 11 3.1手部抓取缸 11 3.2腕部擺動液壓回路 12 3.3小臂伸縮缸液壓回路 13 3.4總體系統(tǒng)圖 14 第四章 機身機座的結構設計 15 4.1電機的選擇 16 4.2減速器的選擇 17 4.3螺柱的設計與校核 17 第五章 機械手的定位與平穩(wěn)性 19 5.1常用的定位方式 19 5.2影響平穩(wěn)性和定位精度的因素

2、19 5.3機械手運動的緩沖裝置 20 第六章 機械手的控制 21 第七章 機械手的組成與分類 22 7.1機械手組成 22 7.2機械手分類 24 第八章 機械手Solidworks三維造型 25 8.1上手爪造型 26 8.2螺栓的繪制 30 畢業(yè)設計感想 35 參考資料 36 送料機械手設計及Solidworks運動仿真 摘要 本課題是為普通車床配套而設計的上料機械手。工業(yè)機械手是工業(yè)生產的必然產物，它是一種模仿人體上肢的部分功能，按照預定要求輸送工件或握持工具進行操作的自動化技術設備，對實現工業(yè)生產自動化，推動工業(yè)生產的進一步發(fā)展起著重要作用。因而

3、具有強大的生命力受到人們的廣泛重視和歡迎。實踐證明，工業(yè)機械手可以代替人手的繁重勞動，顯著減輕工人的勞動強度，改善勞動條件，提高勞動生產率和自動化水平。工業(yè)生產中經常出現的笨重工件的搬運和長期頻繁、單調的操作，采用機械手是有效的。此外，它能在高溫、低溫、深水、宇宙、放射性和其他有毒、污染環(huán)境條件下進行操作，更顯示其優(yōu)越性，有著廣闊的發(fā)展前途。 本課題通過應用AutoCAD 技術對機械手進行結構設計和液壓傳動原理設計，運用Solidworks技術對上料機械手進行三維實體造型，并進行了運動仿真，使其能將基本的運動更具體的展現在人們面前。它能實行自動上料運動；在安裝工件時，將工件送入卡盤中的夾緊運

4、動等。上料機械手的運動速度是按著滿足生產率的要求來設定。 關鍵字 機械手，AutoCAD，Solidworks 。 第一章 機械手設計任務書 1.1畢業(yè)設計目的 畢業(yè)設計是學生完成本專業(yè)教學計劃的最后一個極為重要的實踐性教學環(huán)節(jié)，是使學生綜合運用所學過的基本理論、基本知識與基本技能去解決專業(yè)范圍內的工程技術問題而進行的一次基本訓練。這對學生即將從事的相關技術工作和未來事業(yè)的開拓都具有一定意義。 其主要目的： 一、 培養(yǎng)學生綜合分析和解決本專業(yè)的一般工程技術問題的獨立工作能力，拓寬和深化學生的知識。 二、 培養(yǎng)學生樹立正確的設計思想，設計構思和創(chuàng)新思維，掌

5、握工程設計的一般程序規(guī)范和方法。 三、 培養(yǎng)學生樹立正確的設計思想和使用技術資料、國家標準等手冊、圖冊工具書進行設計計算，數據處理，編寫技術文件等方面的工作能力。 四、 培養(yǎng)學生進行調查研究，面向實際，面向生產，向工人和技術人員學習的基本工作態(tài)度，工作作風和工作方法。 1.2本課題的內容和要求 （一、）原始數據及資料 （1、）原始數據： a、 生產綱領：100000件（兩班制生產） b、 自由度（四個自由度） 臂轉動180 臂上下運動 500mm 臂伸長（收縮）500mm 手部轉動 180 （2、）設計要求： a、上料機械手結構設計圖、裝

6、配圖、各主要零件圖（一套） b、液壓原理圖（一張） c、機械手三維造型 d、動作模擬仿真 e、設計計算說明書（一份） （3、）技術要求 主要參數的確定： a、坐標形式：直角坐標系 b、臂的運動行程：伸縮運動500mm，回轉運動180。 c、運動速度：使生產率滿足生產綱領的要求即可。 d、控制方式：起止設定位置。 e、定位精度：0.5mm。 f、手指握力：392N g、驅動方式：液壓驅動。 （二、）料槽形式及分析動作要求 （ 1、）料槽形式 由于工件的形狀屬于小型回轉體，此種形狀的零件通常采用自重輸送的輸料槽,如圖1.1所示，該裝置結構簡單，不需要其它動力源和特

7、殊裝置，所以本課題采用此種輸料槽。 圖1.1機械手安裝簡易圖 （2、）動作要求分析如圖1.2所示 動作一：送 料 動作二：預夾緊 動作三：手臂上升 動作四：手臂旋轉 動作五：小臂伸長 動作六：手腕旋轉 預夾緊 手臂上升 手臂旋轉 小臂伸長 手腕旋轉 手臂轉回 圖1.2 要求分析 第二章 抓取機構設計 2.1手部設計計算 一、對手部設計的要求 1、有適當的夾緊力 手部在工作時，應具

8、有適當的夾緊力，以保證夾持穩(wěn)定可靠，變形小，且不損壞工件的已加工表面。對于剛性很差的工件夾緊力大小應該設計得可以調節(jié)，對于笨重的工件應考慮采用自鎖安全裝置。 2、有足夠的開閉范圍 夾持類手部的手指都有張開和閉合裝置。工作時，一個手指開閉位置以最大變化量稱為開閉范圍。對于回轉型手部手指開閉范圍，可用開閉角和手指夾緊端長度表示。手指開閉范圍的要求與許多因素有關，如工件的形狀和尺寸，手指的形狀和尺寸，一般來說，如工作環(huán)境許可，開閉范圍大一些較好，如圖2.1所示。 圖2.1 機械手開閉示例簡圖 3、力求結構簡單，重量輕，體積小 手部處于腕部的最前端，工作時運動狀態(tài)多變，其結構，重量和

9、體積直接影響整個機械手的結構，抓重，定位精度，運動速度等性能。因此，在設計手部時，必須力求結構簡單，重量輕，體積小。 4、手指應有一定的強度和剛度 5、其它要求 因此送料，夾緊機械手，根據工件的形狀，采用最常用的外卡式兩指鉗爪，夾緊方式用常閉史彈簧夾緊，松開時，用單作用式液壓缸。此種結構較為簡單，制造方便。 二、拉緊裝置原理 如圖2.2所示【4】：油缸右腔停止進油時，彈簧力夾緊工件，油缸右腔進油時松開工件。 圖2.2 油缸示意圖 1、右腔推力為 FP=（π／4）DP （2.1） =（π／4）0.5251

10、0 =4908.7N 2、根據鉗爪夾持的方位，查出當量夾緊力計算公式為： F1=（2b／a）（cosα′）N′ （2.2） 其中 N′=498N=392N，帶入公式2.2得： F1=（2b／a）（cosα′）N′ =(2150/50)（cos30）392 =1764N 則實際加緊力為 F1實際=PK1K2/η （2.3） =17641.51.1/0.85=3424N 經圓整F1=3500N 3、計算手部活塞桿行程長L,即 L=（D/2）tgψ

11、 （2.4） =25tg30 =23.1mm 經圓整取l=25mm 4、確定“V”型鉗爪的L、β。 取L/Rcp=3 （2.5） 式中： Rcp=P/4=200/4=50 （2.6） 由公式（2.5）（2.6）得：L=3Rcp=150 取“V”型鉗口的夾角2α=120，則偏轉角β按最佳偏轉角來確定， 查表得： β=2239′ 5、機械運動范圍（

12、速度）【1】 （1）伸縮運動 Vmax=500mm/s Vmin=50mm/s （2）上升運動 Vmax=500mm/s Vmin=40mm/s （3）下降Vmax=800mm/s Vmin=80mm/s （4）回轉Wmax=90/s Wmin=30/s 所以取手部驅動活塞速度V=60mm/s 6、手部右腔流量 Q=sv （2.7） =60πr =603.1425 =1177.5mm/s 7、手部工作壓強 P= F1/S （2.8）

13、 =3500/1962.5=1.78Mpa 2.2腕部設計計算 腕部是聯結手部和臂部的部件，腕部運動主要用來改變被夾物體的方位，它動作靈活，轉動慣性小。本課題腕部具有回轉這一個自由度，可采用具有一個活動度的回轉缸驅動的腕部結構。 要求：回轉90 角速度W=45/s 以最大負荷計算： 當工件處于水平位置時，擺動缸的工件扭矩最大，采用估算法，工件重10kg，長度l=650mm。如圖2.3所示。 1、計算扭矩M1〖4〗 設重力集中于離手指中心200mm處，即扭矩M1為： M1=FS

14、（2.9） =109.80.2=19.6（NM） 工件 F S F 圖2.3 腕部受力簡圖 2、油缸（伸縮）及其配件的估算扭矩M2〖4〗 F=5kg S=10cm 帶入公式2.9得 M2=FS=59.80.1 =4.9（NM） 3、擺動缸的摩擦力矩M摩〖4〗 F摩=300（N）（估算值） S

15、=20mm （估算值） M摩=F摩S=6（NM） 4、擺動缸的總摩擦力矩M〖4〗 M=M1+M2+M摩 （2.10） =30.5（NM） 5.由公式 T=Pb（ΦA1-Φmm）106/8 （2.11） 其中： b—葉片密度，這里取b=3cm； ΦA1—擺動缸內徑, 這里取ΦA1=10cm； Φmm—轉軸直徑, 這里取Φmm=3cm。 所以代入（2.11）公式 P=8T/b（ΦA1-Φmm）106 =830.5/0.03（0.1-0.03）106 =0.

16、89Mpa 又因為 W=8Q/（ΦA1-Φmm）b 所以 Q=W（ΦA1-Φmm）b/8 =（π/4）（0.1-0.03）0.03/8 =0.2710-4m/s =27ml/s 2.3臂伸縮機構設計 手臂是機械手的主要執(zhí)行部件。它的作用是支撐腕部和手部，并帶動它們在空間運動。 臂部運動的目的，一般是把手部送達空間運動范圍內的任意點上，從臂部的受力情況看，它在工作中即直接承受著腕部、手部和工件的動、靜載荷，而且自身運動又較多，故受力較復雜。 機械手的精度最

17、終集中在反映在手部的位置精度上。所以在選擇合適的導向裝置和定位方式就顯得尤其重要了。 手臂的伸縮速度為200m/s 行程L=500mm 1、手臂右腔流量，公式（2.7）得：【4】 Q=sv =200π40 =1004800mm/s =0.1/10m/s =1000ml/s 2、手臂右腔工作壓力，公式（2.8） 得：〖4〗 P=F/S （2.12） 式中：F——取工件

18、重和手臂活動部件總重，估算 F=10+20=30kg， F摩=1000N。 所以代入公式（2.12）得： P=（F+ F摩）/S =（309.8+1000）/π40 =0.26Mpa 3、繪制機構工作參數表如圖2.4所示： 圖2.4機構工作參數表 4、由初步計算選液壓泵〖4〗 所需液壓最高壓力 P=1.78Mpa 所需液壓最大流量 Q=1000ml/s 選取CB-D型液壓泵（齒輪泵） 此泵工作壓力為10Mpa，轉速為1800r/min，工作流量Q在

19、32—70ml/r之間，可以滿足需要。 5、驗算腕部擺動缸： T=PD（ΦA1-Φmm）ηm106/8 （2.13） W=8θηv/（ΦA1-Φmm）b （2.14） 式中：Ηm—機械效率取： 0.85～0.9 Ηv—容積效率?。? 0.7～0.95 所以代入公式（2.13）得： T=0.890.03（0.1-0.03）0.85106/8 =25.8（NM） T

20、 W<π/4≈0.785rad/s 因此，取腕部回轉油缸工作壓力 P=1Mpa 流量 Q=35ml/s 圓整其他缸的數值： 手部抓取缸工作壓力PⅠ=2Mpa 流量QⅠ=120ml/s 小臂伸縮缸工作壓力PⅠ=0.25Mpa 流量QⅠ=1000ml/s 第三章 液壓系統(tǒng)原理設計及草圖 3.1手部抓取缸 圖 3.1手部抓取缸液壓原理圖〖7〗 1、手部抓取

21、缸液壓原理圖如圖3.1所示 2、泵的供油壓力P取10Mpa，流量Q取系統(tǒng)所需最大流量即Q=1300ml/s。 因此，需裝圖3.1中所示的調速閥，流量定為7.2L/min，工作壓力P=2Mpa。 采用： YF-B10B溢流閥 2FRM5-20/102調速閥 23E1-10B二位三通閥 3.2腕部擺動液壓回路 圖 3.2腕部擺動液壓回路〖7〗 1、腕部擺動缸液壓

22、原理圖如圖3.2所示 2、工作壓力 P=1Mpa 流量 Q=35ml/s 采用： 2FRM5-20/102調速閥 34E1-10B 換向閥 YF-B10B 溢流閥 3.3小臂伸縮缸液壓回路 圖 3.3小臂伸縮缸液壓回路〖7〗 1、小臂伸縮缸液壓原理圖如圖3.3所示 2、工作壓力 P=0.25Mpa 流量 Q=1000ml/s 采用： YF-B10B 溢流閥 2FRM5-20/102

23、 調速閥 23E1-10B二位三通閥 3.4總體系統(tǒng)圖 圖 3.4總體系統(tǒng)圖〖7〗 1、總體系統(tǒng)圖如圖3.4所示 2、工作過程 小臂伸長→手部抓緊→腕部回轉→小臂回轉→小臂收縮→手部放松 3、電磁鐵動作順序表 元件 動作 1DT 2DT 3DT 4DT 5DT 小臂伸長 － + + - - 手部抓緊 － + - - - 腕部回轉 － + - + - 小臂收縮 － - - - - 手部放松 － - + - - 卸荷

24、＋ 圖 3.5總體系統(tǒng)圖 4、確電機規(guī)格： 液壓泵選取CB-D型液壓泵，額定壓力P=10Mpa，工作流量在32～70ml/r之間。選取80L/min為額定流量的泵， 因此：傳動功率 N=PQ/η （3.1） 式中：η=0.8 （經驗值） 所以代入公式（3.1）得： N=1080103106/600.8 =16.7KN 選取電動機JQZ-61-2型電動機，額定功率17KW， 轉速為2940r/min。 第四章 機身機座的結構設計 機身的直接支承

25、和傳動手臂的部件。一般實現臂部的升降、回轉或俯仰等運動的驅動裝置或傳動件都安裝在機身上，或者就直接構成機身的軀干與底座相連。因此，臂部的運動愈多，機身的結構和受力情況就愈復雜，機身既可以是固定式的，也可以是行走式的,如圖4.1所示。 圖4.1機身機座結構圖 臂部和機身的配置形式基本上反映了機械手的總體布局。本課題機械手的機身設計成機座式，這樣機械手可以是獨立的，自成系統(tǒng)的完整裝置，便于隨意安放和搬動，也可具有行走機構。臂部配置于機座立柱中間，多見于回轉型機械手。臂部可沿機座立柱作升降運動，獲得較大的升降行程。升降過程由電動機帶動螺柱旋轉。由螺柱配合導致了手臂的上下運動。手臂的回轉由電動

26、機帶動減速器軸上的齒輪旋轉帶動了機身的旋轉，從而達到了自由度的要求。 4.1電機的選擇 機身部使用了兩個電機，其一是帶動臂部的升降運動；其二是帶動機身的回轉運動。帶動臂部升降運動的電機安裝在肋板上，帶動機身回轉的電機安裝在混凝土地基上。 1、帶動臂部升降的電機：〖10〗 初選上升速度 V=100mm/s P=6KW 所以n=（100/6）60=1000轉/分 選擇Y90S-4型電機，屬于籠型異步電動機。采用B級絕緣，外殼防護等級為IP44，冷卻方式為I（014）即全封閉自扇冷卻，額定電壓為380V，額定功率為50HZ。 如圖4.1 Y90S-4

27、電動機技術數據所示： 型號 額定功率KW 滿載時 堵轉電流 堵轉轉矩 最大轉矩 電流A 轉速r/min 效率% 功率因素 額定電流 額定轉矩 額定轉矩 Y90S-4 1.1 2.7 1400 79 0.78 6.5 2.2 2.2 圖4.1 Y90S-4電動機技術數據 2、帶動機身回轉的電機：〖10〗 初選轉速 W=60/s n=1/6轉/秒 =10轉/分 由于齒輪 i=3 減速器 i=30 所以n=10330=900轉/分 選擇Y90L-6型籠型異步電動機 電動機采用B級絕緣。外殼防護等級為IP44，

28、冷卻方式為I（014）即全封閉自扇冷卻，額定電壓為380V，額定功率為50HZ。 如圖4.2 Y90S-6電動機技術數據所示： 圖4.2 Y90L-6電動機技術 4.2減速器的選擇 減速器的原動機和工作機之間的獨立的閉式傳動裝置。用來降低轉速和增 轉矩，以滿足工作需要?！?〗 初選WD80型圓柱蝸桿減速器。 WD為蝸桿下置式一級傳動的阿基米德圓柱蝸桿減速器。 蝸桿的材料為38siMnMo調質 蝸輪的材料為ZQA19-4 中心矩a=80 Msq=4.011 （4.1） 傳動比I=30 傳動慣

29、量0.26510ˉkgm 4.3螺柱的設計與校核 螺桿是機械手的主支承件，并傳動使手臂上下運動。 螺桿的材料選擇：〖6〗 從經濟角度來講并能滿足要求的材料為鑄鐵。 螺距 P=6mm 梯形螺紋 螺紋的工作高度 h=0.5P （4.2） =3mm 螺紋牙底寬度 b=0.65P=0.656=3.9mm （4.3） 螺桿強度 [σ]= σs/3～5 （4.4） =150/3～5 =30～50Mpa 螺紋牙剪切[τ]=

30、40 彎曲[σb]=45～55 1、當量應力〖6〗 (4.5) 式中 T——傳遞轉矩Nmm [σ]——螺桿材料的許用應力 所以代入公式（4.5）得： σ= （42009.8/πd1）+3（2009.80.6/0.2d1） = （2495/ d1）+3（61.2/ d1）≤30～50106 =（2495/ d1）+3（61.2/ d1）≤900～25001012 =6225025/d14+11236/d16≤900～25001012 6225025d12+11236≤900d161012 6225025

31、0.0292+11236≤9000.02961012 即16471pa＜535340pa 合格 2、剪切強度〖6〗 Z=H/P=160/6 （旋合圈數） （4.6） τ=F/πd1bz （4.7） =2009.8/π0.0293.9（160/6）10-3 =206.8103pa =0.206Mpa＜[τ]=40Mpa 3、彎曲強度〖6〗 σb=3Fh/πd1b2z =

32、32009.83/π2.93.92（160/6） =0.48Mpa＜[σ]=45Mpa 合格 第五章 機械手的定位與平穩(wěn)性 5.1常用的定位方式 機械擋塊定位是在行程終點設置機械擋塊。當機械手經減速運行到終點時，緊靠擋塊而定位。 若定位前已減速，定位時驅動壓力未撤除，在這種情況下，機械擋塊定位能達到較高的重復精度。一般可高于 0.5mm，若定位時關閉驅動油路而去掉工作壓力，這時機械手可能被擋塊碰回一個微小距離，因而定位精度變低。 5.2影響平穩(wěn)性和定位精度的因素 機械手能否準確地工作，實際上是一個三維空間的定位問題，是若干線量和角量定位的組合。在許多較簡

33、單情況下，單個量值可能是主要的。影響單個線量或角量定位誤差的因素如下： （1、）定位方式 不同的定位方式影響因素不同。如機械擋塊定位時，定位精度與擋塊的剛度和碰接擋塊時的速度等因素有關。 （2、）定位速度 定位速度對定位精度影響很大。這是因為定位速度不同時，必須耗散的運動部件的能量不同。通常，為減小定位誤差應合理控制定位速度，如提高緩沖裝置的緩沖性能和緩沖效率，控制驅動系統(tǒng)使運動部件適時減速。 （3、）精度 機械手的制造精度和安裝調速精度對定位精度有直接影響。 （4、）剛度 機械手本身的結構剛度和接觸剛度低時，因易產生振動，定位精度一般較低。 （5、）運動件的重量 運動件的

34、重量包括機械手本身的重量和被抓物的重量。 運動件重量的變化對定位精度影響較大。通常，運動件重量增加時，定位精度降低。因此，設計時不僅要減小運動部件本身的重量，而且要考慮工作時抓重變化的影響。 （6、）驅動源 液壓、氣壓的壓力波動及電壓、油溫、氣溫的波動都會影響機械手的重復定位精度。因此，采用必要的穩(wěn)壓及調節(jié)油溫措施。如用蓄能器穩(wěn)定油壓，用加熱器或冷卻器控制油溫，低速時，用溫度、壓力補償流量控制閥控制。 （7、）控制系統(tǒng) 開關控制、電液比例控制和伺服控制的位置控制精度是個不相同的。這不僅是因為各種控制元件的精度和靈敏度不同，而且也與位置反饋裝置的有無有關。 本課題所采用的定位精度

35、為機械擋塊定位 5.3機械手運動的緩沖裝置 緩沖裝置分為內緩沖和外緩沖兩種形式。內緩沖形式有油缸端部緩沖裝置和緩沖回路等。外緩沖形式有彈性機械元件和液壓緩沖器。內緩沖的優(yōu)點是結構簡單，緊湊。但有時安置位置有限；外緩沖的優(yōu)點是安置位置靈活，簡便，緩沖性能好調等，但結構較龐大。 本課題所采用的緩沖裝置為油缸端部緩沖裝置。 當活塞運動到距油缸端蓋某一距離時能在活塞與端蓋之間形成一個緩沖室。利用節(jié)流的原理使緩沖室產生臨時背壓阻力，以使運動減速直至停止，而避免硬性沖擊的裝置，稱為油缸端部緩沖裝置。 在緩沖行程中，節(jié)流口恒定的，稱為恒節(jié)流式油缸端部緩沖裝置。 設計油缸端部恒節(jié)流緩沖裝置時，

36、amax（最大加速度）、Pmax（緩沖腔最大沖擊壓力）和Vr（殘余速度）三個參數是受工作條件限制的。通常采用的辦法是先選定其中一個參數，然后校驗其余兩個參數。步驟如下： ① 選擇最大加速度 通常，amax值按機械手類型和結構特點選取，同時要考慮速度與載荷大小。對于重載低速機械手，- amax取5m/s2以下，對于輕載高速機械手，-amax取5～10 m/s2 ② 計算沿運動方向作用在活塞上的外力F 水平運動時： F=PSA-Ff （5.1） =0.25103π3.62

37、-7 =138N ③ 計算殘余速度Vr Vr=VO/ 1-amaxm/F （5.2） =0.1/0.64=0.15m/s 第六章 機械手的控制 控制系統(tǒng)是機械手的重要組成部分。在某種意義上講，控制系統(tǒng)起著與人腦相似的作用。機械手的手部、腕部、臂部等的動作以及相關機械的協調動作都是通過控制系統(tǒng)來實現的。主要控制內容有動作的順序，動作的位置與路徑、動作的時間。 機械手要用來代替人完成某些操作，通常需要具有圖6.1所示的機能〖3〗。 實現上述各種機能的控制方式有多種多樣。機械手的程序控制方式可分為兩大

38、類，即固定程序控制方式和可變程序控制方式。 本課題所用的是固定程序控制類別的機械式控制。 常用凸輪和杠桿機構來控制機械手的動作順序、時間和速度。一般常與驅動機構并用，因此結構簡單，維修方便，壽命較長，工作比較可靠。適用于控制程序步數少的專用機械手。 裝卸工件 狀別識別 環(huán)境識別 操作機能 檢測、識別機能 控制機能 示教機能

39、 動作控制機能 動作順序控制機能 運動控制機能 圖6.1機械手的控制機能 第七章 機械手的組成與分類 7.1機械手組成 機械手主要由執(zhí)行機構、驅動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)組成。〖9〗 （1、）執(zhí)行機構：包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的還增設行走機構如7.1所示。 圖7.1機構簡圖 ① 手部：是機械手與工件接觸的部件。由于與物體接觸的形式不同，可分為夾持式和吸附式手部。由于本課題的工件是圓柱狀棒料，所以采用夾持式。由手指和傳力機構所構成，手指與工件接觸而傳力機構則通過手指夾緊力來完成夾放工件的任務。 ② 手腕

40、：是聯接手部和手臂的部件，起調整或改變工件方位的作用。 ③ 手臂：支承手腕和手部的部件，用以改變工件的空間位置。 ④ 立柱：是支承手臂的部件。手臂的回轉運動和升降運動均與立柱有密切的聯系。機械手的立柱通常為固定不動的。 ⑤ 機座：是機械手的基礎部分。機械手執(zhí)行機構的各部件和驅動系統(tǒng)均安裝于機座上，故起支承和聯接的作用。 （2、）驅動系統(tǒng)：機械手的驅動系統(tǒng)是驅動執(zhí)行運動的傳動裝置。常用的有液壓傳動、氣壓傳動、電力傳動和機械傳動等四種形式。 （3、）控制系統(tǒng)：控制系統(tǒng)是機械手的指揮系統(tǒng) ，它控制驅動系統(tǒng)，讓執(zhí)行機構按規(guī)定的要求進行工作，并檢測其正確與否。一般常見的為電器與電子回路控制，計

41、算機控制系統(tǒng)也不斷增多。 7.2機械手分類 （1、）根據所承擔的作業(yè)的特點，工業(yè)機械手可分為以下三類： ① 承擔搬運工作的機械手：這種機械手在主要工藝設備運行時，用來完成輔助作業(yè)，如裝卸毛坯、工件和工夾具。 ② 生產工業(yè)用機械手：可用于完成工藝過程中的主要作業(yè)，如裝配、焊接、涂漆、彎曲、切斷等。 ③ 通用工業(yè)機械手：其用途廣泛，可以完成各種工藝作業(yè)。 （2、）按功能分類 ① 專用機械手：它是附屬于主機的具有固定程序而無獨立控制系統(tǒng)的機械裝置。專用機械手具有動作少，工作對象單一，結構簡單，實用可靠和造價低等特點，適用于大批大量的自動化生產，如自動機床，自動線的上、下料

42、機械手和“加工中心”附屬的自動換刀機械手。 ② 通用機械手：又稱工業(yè)機器人。它是一種具有獨立控制系統(tǒng)的機械裝置。具有程序可變、工作范圍大、定位精度高、通用性強的特點，適用于不斷變換品種的中小批量自動化的生產。 ③ 示教再現機械手：采用示教法編程的通用機械手。所謂示教，即由人通過手動控制，“拎著”機械手做一遍操作示范，完成全部動作后，其儲存裝置即能記憶下來。機械手可按示范操作的程序行程進行重復的再現工作。 （3、）按驅動方式分 ① 液壓傳動機械手 ② 氣壓傳動機械手 ③ 機械傳動機械手 （4、）按控制方式分 ① 固定程序機械手：控制系統(tǒng)是一個固定程序的控制器。程序簡單，程序數少，

43、而且是固定的，行程可調但不能任意點定位。 ② 可編程序機械手：控制系統(tǒng)是一個可變程序控制器。其程序可按需要編排，行程能很方便改變。 第八章 機械手Solidworks三維造型 首先我要對Solidworks進行介紹一下，它是一種先進的，智能化的參變量式CAD設計軟件，在業(yè)界被稱為“3D機械設計方案的領先者”，易學易用，界面友好，功能強大，在機械制圖和結構設計領域，掌握和使用Solidworks已經成為最基本的技能之一。 與傳統(tǒng)的2D機械制圖相比，參變量式CAD設計軟件具有許多優(yōu)越性，是當代機械制圖設計軟件的主流和發(fā)展方向。傳統(tǒng)的CAD設計通常是按照一定的比例關系

44、，從正視，側視，俯視等角度，根據投影，透視效果逐步繪出所需要的各個單元，然后標注相應尺寸，這就要求制圖和看圖人員都必須具備良好的繪圖和三維空間想象能力。如果標注尺寸發(fā)生變化，幾何圖形的尺寸不會同步變更；如果改變了幾何圖行，其標注尺寸也不會發(fā)生變化，還要重新繪制，標注，因此繪圖工作相當繁重。 參變量式CAD設計軟件，是參數式和變量式的統(tǒng)稱。在繪制完草圖后，可以加入尺寸等數值限制條件和其他幾何限制條件，讓草圖進入完全定義狀態(tài)，這就是參數式模式。由于軟件自動加入了關聯屬性，如果修改了標注尺寸，幾何圖形的尺寸就會同步更新。也可以暫時不充分的限制條件，讓草圖處于欠定義狀態(tài)，這就是變量式操作模態(tài)。 S

45、olidworks模形由零件，裝配體和工程圖等文件組成，沒有生成零件之前的圖紙稱為草圖。由2D，3D草圖直接生成3D模形和工程圖時，如果修改了草圖的標注尺寸，其3D模形和工程圖會同步更新；相反，如果修改了工程圖的標注尺寸，其3D模形和草圖也會同步更新。軟件使用起來非常方便，大大減少了設計人員的工作量，提高了工作效率。 通常，從打開一個零件文件或建立一個新零件文件開始，繪制草圖、生成基體特征、然后在模型上添加更多的特征，生成零件。也可以從其他軟件導入曲面或幾何實體開始，編輯特征，生成零件和裝配體工程圖。這是常用的設計方法，也就是自下而上的設計方法。 草圖繪制從零件文件開始，對于一個新的產品設

46、計，要首先建立零件文件。 由于零件、裝配體及工程圖的相關性，所以當其中一個視圖改變時，其他兩個視圖也會自動改變。 SolidWorks2004允許自定義功能,選擇菜單欄中的“工具”-“選擇”命令,可以顯示.定義”系統(tǒng)選項”和”文件屬性”選項卡. SolidWorks2004可以自動保存工作.自動恢復功能可以自動保存零件,裝配體或工程圖文件的信息,在系統(tǒng)死機時不會丟失數據.如果設定此選項,則選擇”工具”_”選項”菜單命令.在”系統(tǒng)選項”選項卡上,單擊”備份”選項,選擇”每(n)次更改后,自動恢復信息”復選框,然后設定信息自動保存前應發(fā)生的變更次數. SolidWorks2004具有很強的

47、文件交換功能,可以輸入,輸出數十種文件格式,可以與AutoCAD，pro/ENGINEER,Solid Edge,CAM等軟件很方便地進行文件交換。 SolidWorks2004在草圖繪制模式及工程圖中提供顯示網格線和捕捉網格線功能。可將網格線與模型邊線對齊，還可捕捉到角度。網格線和捕捉功能在SolidWorks2004中不太使用，因為SolidWorks是參變量軟件，尺寸和幾何關系已提供了所需的精度。 8.1上手爪造型 8.1.1、上手爪的幾何造型結構簡析 從圖8-1可看出手爪為一個拉伸長出的基體板，其端面五段直線、一段圓弧、一個導向槽和一個圓構成封閉的草圖，并對其拉伸基體，

48、然后再創(chuàng)建根除草圖。切除實體，可依據以下的順序進行建模。 圖8-1上手爪 8.1.2、創(chuàng)建上手爪 草圖繪制 1． 啟動Solidworks后，單擊“標準”工具欄上的“新建”（）命令按鈕，或選擇“文件”——“新建”菜單命令，打開“新建Solidworks文件”對話框如圖8-2所示。 圖8-2新建Solidworks文件對話框 2． 單擊“零件”圖標（或單擊“高級”按鈕，進入Tutrial窗口，然后選擇“零件”圖標）。 3． 單擊“確定”按鈕，這時就會創(chuàng)建一個新的零件文件。 首先要繪制草圖，然后拉伸生成零件的基體特征。由于該草圖是減速器正箱體，為了保證對稱，要先

49、繪制中心線，然后利用中心線鏡向草圖。 4． 在Feture.Manager設計樹中選擇前視基準面。 5． 單擊草圖繪制工具欄的“草圖繪制”（）命令按鈕，此時在前視基準面上打開一張草圖。 6． 單擊草圖繪制工具欄上的“中心線”（）命令按鈕，將指針移到草圖原點處。當指針變?yōu)辄c時，表示指針正位于原點上。單擊鼠標左鍵，向上移動指針，生成中心線如圖8-3所示。 圖8-3繪制中心線 7． 單擊草圖繪制工具欄上的“直線”（）命令按鈕，或選擇“工具”——“草圖繪制實體”—“直線”菜單命令，須繪制如圖8-4草圖。指針形變筆形。單擊放置第一點，然后拖動拉出第一段，第二段（或直接繪制一個矩行）

50、圖8-4上手爪草圖繪制 8． 單擊草圖繪制工具欄上的“圓”（）命令按鈕，或選擇“工具”——“草圖繪制工具”——“圓”菜單命令， 繪制圓和圓孤。 9． 草圖為藍色：表示欠定義，因此可以自由調動形狀和大小。 10.單擊標準工具欄的選擇命令。選擇上手爪的直線，雙擊此直線上的尺寸可以任意改變它的數值，按其上手爪的零件圖寫入正確的尺寸。 拉伸基體特征 通過拉伸所繪制的草圖來生成基體的操作步驟如下： 1． 單擊“特征”工具欄上的“拉伸凸臺基體”（）命令按鈕，拉伸PropertyManager出現。 2． 在“方向1”組框中，執(zhí)行如下操作。 將終止條件設置為“給定深度”。設置深度為52mm。

51、可使用方向鍵或直接輸入數值來增加數值。圖形區(qū)域中顯示拉伸的預覽。 3． 單擊確定按鈕，生成拉伸。新特征“拉伸1”出現在Feature Manager設計樹中和圖形區(qū)域如圖8-5。 圖8-5拉伸基體 4． 單擊Feature Manager設計樹中“拉伸1”旁的加號，用于拉伸特征的“草圖1”現已列在特征的下面。 5． 單擊標準工具欄上的保存命令按鈕，在“文件名”文本框中鍵入“上手爪”，單擊“保存”按鈕。 6． 選中拉伸表面，單擊草圖繪制工具欄的“草圖繪制”（）命令按鈕，此時在拉伸表面上打開一張草圖如圖8-6所示。 圖8-6拉伸表面草圖 7． 單擊“特征”工具欄上的“切除凸臺

52、基體”（）命令按鈕，切除PropertyManager出現。 8． 在“方向1”組框中，執(zhí)行如下操作。 將終止條件設置為“給定深度”。設置深度為33mm?？墒褂梅较蜴I或直接輸入數值來增加數值。圖形區(qū)域中顯示拉伸的預覽。 單擊確定按鈕，生成切除。新特征“切除1”出現在Feature Manager設計樹中和圖形區(qū)域如圖8-7 圖8-7切除凸臺基體 9.同理挖兩個圓柱如圖8-8所示 圖8-8上手爪 8.2螺栓的繪制 1． 新建一個文件，并將其命名為“螺紋。Sldprt”. 2． 調出模板庫特征以建立派生螺栓。如圖8-9所示. 在一個空白文件中依次選擇菜單“工具“/”F

53、eaturePalatte”命令。將彈出“FeaturePalatte”窗口，切換到“安裝目錄data＼palette parts＼Hardware”下，按住鼠標左鍵，將法蘭螺栓拖到空白文件的圖形區(qū)域，彈出一樣詢問對話框詢問是否建立一個派生零件。單擊”是“按扭，繪圖區(qū)出現了一個法蘭螺栓。 圖8-9派生螺栓 3.編輯特征管理器中箭頭的“flange.bolt”名稱，在彈出的快捷菜單中選擇“關聯中編輯”命令，該調色板特征分解為所包含的單個特征。右擊“Thread Cut”的名稱，在彈出的快捷鍵菜單中選擇“編輯草圖”命令，將值為0.05mm的尺寸D1修改為1.30mm,并單擊確定“命令按

54、扭.” 如圖8-10所示 圖8-10螺栓 4.添加螺紋主體 1) 繪制截面草圖 以plane2為草繪平面,繪制等邊三角行草圖,作為螺紋掃描是截面.按住[ctrl]鍵并單擊其中的兩條邊,在屬性管理器中單擊”相等約束”按扭,再另外選兩條邊,并添加同樣的約束.三角形邊長為1.5mm.其中一邊與螺紋圓柱體縱剖面邊線重合,且該邊的一個端點與梯面的投影線重合. 如圖8-11所示 圖8-11螺紋截面草圖 2) 繪制螺旋線基圓 以階梯面為草繪平面,繪制一個階梯面與螺紋圓柱面的交線圓重合的圓,此圓控制著螺旋線的直經. 3) 添加基準軸 單擊基準軸按扭或依次選擇菜單 “插入”/“參考幾何

55、體”/“基準軸”命令；將彈出基準軸屬性管理器，然后在繪圖區(qū)域選擇螺紋圓柱面，此時面〈1〉出現在基準軸對話框中的所選項目中，選擇定義方式為“圓柱/圓錐面”，單擊“確定”按扭，生成基準軸。 4）添加螺旋線 選取步驟2）中所繪制的草圖圓，依次選擇菜單“插入”/“曲線”/“螺旋線”/“渦壯線”命令，將彈出“螺旋線”對話框，選擇定義方式為“螺 距 和圈數”，螺距改為1.50mm，圈數為19,起始角度為0,選中順時針旋轉，單擊“確定”按扭，生成螺旋線。如圖8-12所示 圖8-12生成螺旋線 5）添加掃描特征 在特征工具欄中單擊“掃描”按扭或依次選擇菜單“插入”/“凸臺”/“掃描”命令，

56、將彈出掃描特征屬性管理器在圖形區(qū)域分別選取步驟1）和4） 中。方向和扭轉類型選擇隨路徑變化，單擊“確定”按扭；螺紋生成。 5.添加螺紋尾段 （1） 添加基準面 在參考幾何體工具欄中單擊“基準面”按鈕或依次選擇菜單“插入”/“參考幾何體”/“基準面”命令，將彈出基準面屬性管理器，在其中選擇兩面夾角，其值為45，選擇Plane3和Axisl，單擊“確定”按鈕生成基準面。 （2）添加第二截面 在上一步生成的基準面上繪制等腰三角形，其底邊與螺紋圓柱的生命，高為0.65mm，底邊的一個端點與曙紋底部的螺旋線重合。如圖8-13所示 圖8-13第二截面 （3）添加第三截面 采用與前

57、兩步類似的方法，繪制草圖，該草圖為一點，其所在平面與Plane3成90度角如圖8-14所示。 圖8-14第三截面 （4）添加放樣特征 依次選擇圖形區(qū)域中3個截面，單擊“確定”按鈕，螺紋一端的放樣特征生成。 采用上述步驟在螺紋的另一端生成螺紋過渡放樣特征；最終得到一個完整的法蘭螺栓。 畢業(yè)設計感想 兩個月的畢業(yè)設計轉眼間就到了掃尾階段，在這兩個月的設計學習過程中，我取得了長足的進步。 我的畢業(yè)設計的課題是機械手的設計，這是一個我以前所沒有接觸的。我對它來說

58、完全是一個陌生者，經過指導老師的幫助和對參考資料的拜讀，我已經對機械手有了一定的了解[2]。 機械自動化作為工業(yè)發(fā)展的一個方向，它有著廣闊的市場，屬于實際需要去研制的一種項目。機械手能模仿人體上肢的某些動作，就需要有一定的靈敏度，對設計的要求較高。通過這次設計，提高了我分析和解決問題的能力，擴寬和深化了學過的知識，掌握了設計的一般程序規(guī)范和方法，培養(yǎng)了我們正確使用機身材料、國家標準、圖冊等工具書的能力。 畢業(yè)設計是對未來工作的一種模擬。 通過這次設計，我對未來所從事的工作充滿了信心！ 參考資料 1、《機械設計手冊3》 機械工

59、業(yè)出版社,徐灝主編 2、《機械設計手冊4》 機械工業(yè)出版社,徐灝主編 3、《機械設計手冊5》 機械工業(yè)出版社,徐灝主編 4、《工業(yè)機器人》 北京理工大學出版社,張建民著 5、《工業(yè)機械手-機械結構上》 上海科學技術出版社 《工業(yè)機械手》編寫組 6、《機床設計手冊3》,部件、機構及總體設計 機械工業(yè)出版 《機床設計手冊》編寫組 7、《液壓傳動》 機械工業(yè)出版社,丁樹模主編 8、《機械制圖》 大連理工大學工程畫教教研室 高等教育出版社 9、《畢業(yè)設計指導書》 青島海洋出版社 李恒權、朱明臣、王德云主編 10、《機械基礎》 中國勞動出版社，王棟梁主編 11、《solidworks設計與應用》 電子工業(yè)出版社 隆生主編 12、《機械制造技術》 機械工業(yè)出版社，黃鶴汀主編