倉儲(chǔ)智能裝卸裝置的物品取送機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)【含12張CAD圖紙、說明書】
倉儲(chǔ)智能裝卸裝置的物品取送機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)【含12張CAD圖紙、說明書】,含12張CAD圖紙、說明書,倉儲(chǔ),智能,裝卸,裝置,物品,機(jī)構(gòu),設(shè)計(jì),12,CAD,圖紙,說明書
任 務(wù) 書
1．畢業(yè)設(shè)計(jì)的背景：
在互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)及產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)化的趨勢(shì)下，倉儲(chǔ)物流業(yè)正迎來空前的發(fā)展機(jī)遇和全新的模式變化。智能化的自動(dòng)化倉儲(chǔ)模式正在飛速發(fā)展，貨物的取送也隨之要求著自動(dòng)化、智能化。
隨著互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)的崛起,物品取送機(jī)構(gòu)中，機(jī)械手無疑是比較好的選擇，作為現(xiàn)代物流中重要組成部分的機(jī)械手是貨物在倉庫搬運(yùn)中的重要工具。
2．畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)的內(nèi)容和要求：
內(nèi)容：確定機(jī)械手的總體結(jié)構(gòu)；對(duì)機(jī)械手的各個(gè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)分析
要求：1.在查閱、分析、研究相關(guān)資料的基礎(chǔ)上，完成開題報(bào)告和文獻(xiàn)綜述
2.在自己和老師的幫助下完成各個(gè)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，繪制原理圖，并進(jìn)行查驗(yàn)。
3.按學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)相關(guān)資料。
完成2.5張零號(hào)圖紙，1.5萬字設(shè)計(jì)說明書，4千字外文翻譯
3．主要參考文獻(xiàn)：
1、許福玲、陳堯明，液壓與氣壓傳動(dòng)-3版，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007
2、李菊麗、何紹華，機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)，北京：北京大學(xué)出版社，2013
3、孫桓、葛文杰，機(jī)械原理-8版，北京：高等教育出版社，2015
4、李瑞琴，機(jī)電一體化系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)，北京：科學(xué)技術(shù)出版社，2005
5、黃其圣，精密機(jī)械設(shè)計(jì)，北京：機(jī)械工業(yè)出版社
6、楊伯源，材料力學(xué)-1版，北京：機(jī)械工業(yè)出版社
7、程光蘊(yùn)，機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)-4版，北京：高等教育出版社，2008
8、尹志強(qiáng)，機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書，北京：機(jī)械工業(yè)大學(xué)出版社。
9、李翠赟，理論力學(xué)，西南交通大學(xué)出版社，2006
10、陳國(guó)定、吳立言，機(jī)械設(shè)計(jì)-9版，北京：高等教育出版社，2013
11、陳立德，機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)-2版，北京：高等教育出版社，2001
12、周驥平、林崗，機(jī)械制造自動(dòng)化技術(shù)-3版，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2013
13、張啟先編著，空間機(jī)構(gòu)的分析與綜合，上冊(cè)，北京：機(jī)械工業(yè)出版社
4．畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)進(jìn)度計(jì)劃(以周為單位)：
第一周：確定題目
第二周：收集翻閱相關(guān)資料
第三周：整理資料，論證分析論文的可行性、實(shí)際性，將題目和大致范圍確定下來，進(jìn)行開題報(bào)告
第四周：構(gòu)筑論文的大綱
第五-七周：根據(jù)資料，編寫論文，對(duì)論文編寫過程中發(fā)現(xiàn)的問題，和老師研究解決方案，進(jìn)行完善。
第八-九周：使用相應(yīng)軟件完成制圖
第十-十三周：完成論文的初稿，向指導(dǎo)老師尋求意見，優(yōu)化論文的結(jié)構(gòu)，查漏補(bǔ)缺，論文答辯
教研室審查意見：
室主任簽名： 年 月 日
學(xué)院審查意見：
教學(xué)院長(zhǎng)簽名： 年 月 日
開題報(bào)告
課題名稱
倉儲(chǔ)智能裝卸裝置的物品取送機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
課題來源
A.教師科研
課題類型
工程設(shè)計(jì)類
1．選題的背景及意義：
在互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)及產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)化的趨勢(shì)下，倉儲(chǔ)物流業(yè)正迎來空前的發(fā)展機(jī)遇和全新的模式變化。智能化的自動(dòng)化倉儲(chǔ)模式正在飛速發(fā)展，貨物的取送也隨之要求著自動(dòng)化、智能化。
隨著互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)的崛起,物品取送機(jī)構(gòu)中，機(jī)械手無疑是比較好的選擇，作為現(xiàn)代物流中重要組成部分的機(jī)械手是貨物在倉庫搬運(yùn)中的重要工具。
機(jī)械手不僅可以提高產(chǎn)品的質(zhì)量與產(chǎn)量,而且對(duì)保障人身安全,減輕勞動(dòng)強(qiáng)度,提高勞動(dòng)生產(chǎn)率,節(jié)約原材料消耗以及降低生產(chǎn)成本,有著十分重要的意義。
2．研究?jī)?nèi)容擬解決的主要問題：
1、選取機(jī)械手的坐標(biāo)型式和自由度；
2、設(shè)計(jì)出機(jī)械手的各執(zhí)行機(jī)構(gòu)，包括：手部、手腕、手臂等部件的設(shè)計(jì)。
3．研究方法技術(shù)路線：
1、 查閱大量有關(guān)搬運(yùn)機(jī)械手方面的書籍，積累經(jīng)驗(yàn)以做出大體設(shè)計(jì)方案。
2、 參閱有關(guān)機(jī)械手設(shè)計(jì)的有關(guān)書籍，掌握一般工業(yè)搬運(yùn)類機(jī)械手應(yīng)該具備的一些部件和動(dòng)力參數(shù)。
3、 向老師請(qǐng)教，咨詢?cè)O(shè)計(jì)方面有可能出現(xiàn)的問題與解決方案，同時(shí)向?qū)熣髑笞约悍桨傅暮侠硇耘c可行性。
4、 在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，完成分部件的設(shè)計(jì)以及最終的總體設(shè)計(jì)。
4．研究的總體安排和進(jìn)度計(jì)劃：
第一周：確定題目
第二周：收集翻閱相關(guān)資料
第三周：整理資料，論證分析論文的可行性、實(shí)際性，將題目和大致范圍確定下來，進(jìn)行開題報(bào)告
第四周：構(gòu)筑論文的大綱
第五-七周：根據(jù)資料，編寫論文，對(duì)論文編寫過程中發(fā)現(xiàn)的問題，和老師研究解決方案，進(jìn)行完善。
第八-九周：使用相應(yīng)軟件完成制圖
第十-十三周：完成論文的初稿，向指導(dǎo)老師尋求意見，優(yōu)化論文的結(jié)構(gòu)，查漏補(bǔ)缺，論文答辯
5．主要參考文獻(xiàn)：
1、許福玲、陳堯明，液壓與氣壓傳動(dòng)-3版，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007
2、李菊麗、何紹華，機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)，北京：北京大學(xué)出版社，2013
3、孫桓、葛文杰，機(jī)械原理-8版，北京：高等教育出版社，2015
4、李瑞琴，機(jī)電一體化系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)，北京：科學(xué)技術(shù)出版社，2005
5、黃其圣，精密機(jī)械設(shè)計(jì)，北京：機(jī)械工業(yè)出版社
6、楊伯源，材料力學(xué)-1版，北京：機(jī)械工業(yè)出版社
7、程光蘊(yùn)，機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)-4版，北京：高等教育出版社，2008
8、尹志強(qiáng)，機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書，北京：機(jī)械工業(yè)大學(xué)出版社。
9、李翠赟，理論力學(xué)，西南交通大學(xué)出版社，2006
10、陳國(guó)定、吳立言，機(jī)械設(shè)計(jì)-9版，北京：高等教育出版社，2013
11、陳立德，機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)-2版，北京：高等教育出版社，2001
12、周驥平、林崗，機(jī)械制造自動(dòng)化技術(shù)-3版，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2013
13、張啟先編著，空間機(jī)構(gòu)的分析與綜合，上冊(cè)，北京：機(jī)械工業(yè)出版社
14、ClavelR .Delta,a fast robot wth parallel geometry. The18thInt. Symposium on in dustrial robots( ISIR),Sydney,Australia,1988,91-100.
15、John J.Craig,Introduction to Robotics Mechanics and Control,Second Edition,Addison-Wesley,Reading,MA,1989.
指導(dǎo)教師意見：
指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日
教研室意見：
教研室主任簽名： 年 月 日
學(xué)院意見：
教學(xué)院長(zhǎng)簽名： 年 月 日
摘要
倉儲(chǔ)方面的物品取送工作目前仍以人工操作為主體，對(duì)于日益增加的工作量來說，人工已經(jīng)難以滿足這方面的需求，急需設(shè)計(jì)一款用于物品取送的機(jī)構(gòu)來代替人工進(jìn)行繁重的工作，同時(shí)大大提高工作效率。
運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，對(duì)倉儲(chǔ)智能裝卸裝置的物品取送機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)與分析，而機(jī)械手無疑是很好的取送機(jī)構(gòu)，本文就是對(duì)于機(jī)械手的設(shè)計(jì)與分析，其中主要是對(duì)于機(jī)械手的各執(zhí)行機(jī)構(gòu)，包括：手爪、手腕、手臂等部件結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)與分析。除了對(duì)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)分析外，還對(duì)它的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了分析、選擇和設(shè)計(jì)。
關(guān)鍵詞 取送機(jī)構(gòu)；機(jī)械手；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)
Abstract
Warehousing and collection of goods is still based on manual operations. For the ever-increasing workload, it is difficult for manpower to meet this demand. It is urgent to design a mechanism for the collection of goods to replace heavy labor. Work, while greatly improving work efficiency.
Using the knowledge learned, design and analysis of the item picking and delivery mechanism of the warehousing intelligent loading and unloading device, and the robot is undoubtedly a good picking and delivery mechanism. This article is for the design and analysis of the robot, which is mainly for the implementing agencies of the robot. Including: Handle, wrist, arm and other parts of the structure of a detailed design and analysis. In addition to the design analysis of the manipulator's structure, it also analyzes, selects, and designs its drive system.
Keywords pickup agency robot structural design drive system
28
目 錄
摘要 I
Abstract II
1 緒論 1
1.1 設(shè)計(jì)背景 1
1.2 設(shè)計(jì)意義 1
1.3 機(jī)械手簡(jiǎn)介 1
1.3.1 機(jī)械手介紹 1
1.3.2 機(jī)械手構(gòu)成 1
1.3.3 機(jī)械手發(fā)展史 2
1.3.4 機(jī)械手分類 2
1.4 設(shè)計(jì)原則 3
2 取送機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案 5
2.1 取送機(jī)械手的總體設(shè)計(jì) 5
2.1.1 取送機(jī)械手的結(jié)構(gòu)類型 5
2.1.2 選取方案 6
2.2 關(guān)于取送機(jī)械手的腰座設(shè)計(jì) 6
2.2.1設(shè)計(jì)要求 6
2.2.2機(jī)械手腰座的最終設(shè)計(jì)方案 7
2.3 關(guān)于取送機(jī)械手的手臂設(shè)計(jì) 7
2.3.1設(shè)計(jì)要求 7
2.3.2機(jī)械手手臂的最終設(shè)計(jì)方案 8
2.4 關(guān)于取送機(jī)械手的手腕設(shè)計(jì) 8
2.4.1設(shè)計(jì)要求 8
2.4.2機(jī)械手手腕的最終設(shè)計(jì)方案 8
2.5 關(guān)于取送機(jī)械手的手爪設(shè)計(jì) 9
2.5.1設(shè)計(jì)要求 9
2.5.2結(jié)構(gòu)形式 9
2.5.3機(jī)械手手爪的最終設(shè)計(jì)方案 10
2.6 關(guān)于取送機(jī)械手的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 10
2.6.1常見的幾種傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 10
2.6.2機(jī)械手傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的最終設(shè)計(jì)方案 12
3 機(jī)械手驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 14
3.1 機(jī)械手驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的分類及特點(diǎn) 14
3.1.1機(jī)械式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 14
3.1.2液壓式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 14
3.1.3氣壓式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 15
3.1.4電氣式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 16
3.2 機(jī)械手對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的基本要求 18
3.3 機(jī)械手對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的取用原則 18
3.4本次設(shè)計(jì)對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的選取 19
4 理論設(shè)計(jì)計(jì)算 20
4.1液壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算 20
4.1.1確定液壓系統(tǒng)基本方案 20
4.1.3計(jì)算和選擇液壓元件 22
4.2 電機(jī)選型有關(guān)參數(shù)計(jì)算 23
4.2.1有關(guān)參數(shù)的計(jì)算 23
4.2.2電機(jī)型號(hào)的選擇 24
致謝 27
參考文獻(xiàn) 28
1 緒論
1.1 設(shè)計(jì)背景
最近這些年來，伴隨著互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，人們的消費(fèi)方式也發(fā)生了改變，網(wǎng)購成為了一種風(fēng)尚，這就給倉儲(chǔ)物流方面帶來了巨大的發(fā)展前景，為了順應(yīng)時(shí)代的潮流，避免被時(shí)代所淘汰，智能倉儲(chǔ)應(yīng)時(shí)而生。智能化的自動(dòng)化倉儲(chǔ)模式正在飛速發(fā)展，貨物的取送也隨之要求著自動(dòng)化、智能化。
隨著互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)的崛起,物品取送機(jī)構(gòu)中，機(jī)械手無疑是比較好的選擇，作為現(xiàn)代物流中重要組成部分的機(jī)械手是貨物在倉庫物品取送中的重要工具。
1.2 設(shè)計(jì)意義
現(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)的很多公司在倉儲(chǔ)物流方面，裝卸工件的工作仍由人工完成，此種方式勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率不高。為了以極小的的投入獲取較多的工作成果,并適應(yīng)現(xiàn)代自動(dòng)化,根據(jù)相應(yīng)的工作要求與流程,利用機(jī)器人技術(shù)，設(shè)計(jì)用一臺(tái)用于物品取送的機(jī)械手代替人工工作，來獲取最大利益。
機(jī)械手工作不僅可以改善產(chǎn)品的質(zhì)量和增加產(chǎn)品的產(chǎn)量,而且對(duì)保障人身安全,減小勞動(dòng)強(qiáng)度,促進(jìn)勞動(dòng)生產(chǎn)效率的提高,減少消耗節(jié)約成本,有著重大意義。
1.3 機(jī)械手簡(jiǎn)介
1.3.1 機(jī)械手介紹
在人們的日常生活中,科學(xué)技術(shù)的進(jìn)展速度快得讓人難以想象,機(jī)械手更是如此，機(jī)械手手臂與有人類的手臂不同之處就在于靈活、精度及耐力方面，它們?cè)诠ぷ鲿r(shí)可以做到比人工更精確，也可以日復(fù)一日、年復(fù)一年的重復(fù)著同一段動(dòng)作。隨著工業(yè)的大力發(fā)展，機(jī)械手臂必將應(yīng)用到更多行業(yè),機(jī)械手經(jīng)過幾十年的發(fā)展而形成的一種高科技自動(dòng)生產(chǎn)設(shè)備，可以在不適于人工的環(huán)境下工作。
機(jī)械手的獲取動(dòng)力的方式有四種，它們分別是液壓驅(qū)動(dòng)、氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)、電動(dòng)驅(qū)動(dòng)和機(jī)械驅(qū)動(dòng)。只要將計(jì)算機(jī)程序控制技術(shù)運(yùn)用到機(jī)械手當(dāng)中便可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。
1.3.2 機(jī)械手構(gòu)成
一個(gè)機(jī)械手要想做到智能自動(dòng)化，它得做到對(duì)各個(gè)方面的設(shè)計(jì)，包括對(duì)機(jī)體結(jié)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。機(jī)械手手部的作用是抓取所需物品，由于物品的種類、形狀等方面存在差異，也就設(shè)計(jì)出了很多種對(duì)應(yīng)形式的手部，如夾著物品移動(dòng)的、托著物品移動(dòng)的、吸著物品移動(dòng)的等。機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的作用是為手部抓取物品提供定位精度，調(diào)整手部的位置確保手部能夠準(zhǔn)確抓取到物品。機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)具有一定的自由度，它們都是獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)方式，如手臂的前后直線運(yùn)動(dòng)、腰座的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)等。擁有6個(gè)自由度的機(jī)械手就可完成空間中所有的運(yùn)動(dòng)，想要抓取哪個(gè)物品就能抓到那個(gè)物品。雖然說自由度越多，機(jī)械手就可以完成越多的動(dòng)作，但是自由度越多同時(shí)也就意味著這個(gè)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)形式越復(fù)雜，也就越難以制造，這就會(huì)增加機(jī)械手的制造成本，所以機(jī)械手的自由度應(yīng)適當(dāng)。控制系統(tǒng)的作用是對(duì)機(jī)械手的動(dòng)作進(jìn)行控制，使得它能夠完成我們需要的動(dòng)作，從而完成相應(yīng)的工作。
1.3.3 機(jī)械手發(fā)展史
機(jī)械手最原始的表現(xiàn)形態(tài)就是大量用于工業(yè)當(dāng)中的工業(yè)機(jī)器人，它的機(jī)械化與自動(dòng)化可以讓人擺脫繁重的工作量，能夠取代人在惡劣的環(huán)境下進(jìn)行工作，因此廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等行業(yè)。
它是以古代機(jī)器人為基礎(chǔ)而發(fā)展變革出來的，于20世紀(jì)中期開始便進(jìn)行了關(guān)于機(jī)械手的研究，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)方面取得了一個(gè)又一個(gè)的突破，它的發(fā)展前景也便利了機(jī)械手的發(fā)展。此外，工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中對(duì)于大批量、大勞動(dòng)量的生產(chǎn)作業(yè)的方式加速了自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，這也促使著機(jī)械手的更新?lián)Q代。另一方面，高危行業(yè)也要求機(jī)械手代替人工進(jìn)行對(duì)有害物質(zhì)的處理工作。隨著越來越多的不同的需求，機(jī)械手被運(yùn)用到越來越多的領(lǐng)域當(dāng)中，它的形式也越來越先進(jìn)。
1.3.4 機(jī)械手分類
機(jī)械手有好多種，究竟根據(jù)什么標(biāo)準(zhǔn)來對(duì)它進(jìn)行分類，至今還沒有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)在暫時(shí)根據(jù)下面幾點(diǎn)來進(jìn)行：
1、根據(jù)使用途徑來進(jìn)行劃分
（1）專用機(jī)械手
這種機(jī)械手是依附于加工機(jī)床的，程序是固定好的，并且沒有控制系統(tǒng)的。這種類型的機(jī)械手動(dòng)作是比較少的，作業(yè)的對(duì)象只能是一種，構(gòu)造不復(fù)雜，用起來可靠性是非常高的，并且價(jià)格還不高等等，在很多自動(dòng)機(jī)床，自動(dòng)生產(chǎn)線上使用。
（2）通用機(jī)械手
這種類型的機(jī)械手是具備自己的控制系統(tǒng)的，程序是可以進(jìn)行變化的，在動(dòng)作的時(shí)候，靈活性是非常好的。這種機(jī)械手按照用的地方不一樣，它的動(dòng)作順序是可以進(jìn)行變化的，并且控制部分也是獨(dú)立的。通用機(jī)械手可以工作的地方是比較大的，定位的時(shí)候精度是非常高的，并且還通用，生產(chǎn)數(shù)量不多，經(jīng)常要更換加工品種的，可以用它來進(jìn)行。
2、根據(jù)驅(qū)動(dòng)辦法不一樣來進(jìn)行劃分
（1）液壓傳動(dòng)機(jī)械手
這種機(jī)械手的動(dòng)力部分就是液壓的壓力。主要的特征就是，可以對(duì)超過幾百公斤的物料進(jìn)行抓取，在進(jìn)行傳動(dòng)的時(shí)候穩(wěn)定性非常好，并且構(gòu)造也很緊湊，工作起來非常靈活。不過，這種機(jī)械手對(duì)于密封性的要求是很高的，一旦有油漏出來，那么機(jī)械手的工作效果就沒有那么好了，它是不能在溫度很高，或者是很低的地方進(jìn)行工作的。
（2）氣壓機(jī)械手的動(dòng)力來源就是壓縮空氣。它的好處是，介質(zhì)到處都有，輸出的力氣不大，氣動(dòng)在工作的時(shí)候是非?？斓模瑯?gòu)造一點(diǎn)都不復(fù)雜，并且花銷還比較少。不過，也有不好的地方，因?yàn)榭諝馐强梢赃M(jìn)行壓縮的，所以說它的穩(wěn)定性是不怎么好的，沖擊也是不小的，不過起源壓力是比較小的，抓取的產(chǎn)品最多是三十公斤，一樣的抓重條件下，它的體積是大于液壓機(jī)械手的，在一些溫度非常高，環(huán)境惡劣的地方，速度非常快，載荷比較小的時(shí)候可以拿來用。
（3）機(jī)械傳動(dòng)機(jī)械手
這種機(jī)械手是一種專用機(jī)械手，是安裝在加工機(jī)床上的，它是通過工作機(jī)械將動(dòng)力傳送出去的。好處是工作的時(shí)候精度高，并且可靠性非常高，工作的時(shí)候頻率是非常大的，不過不好的地方在于構(gòu)造非常大，并且程序不能進(jìn)行變更。正常只能進(jìn)行上下料。
（4）電力傳動(dòng)機(jī)械手
這種機(jī)械手的結(jié)構(gòu)是比較特別的，它里面是有電路的，這種機(jī)械手不需要安裝轉(zhuǎn)換裝置，所以結(jié)構(gòu)一點(diǎn)都不復(fù)雜。這種機(jī)械手工作的時(shí)候速度是非常快的，并且工作行程非常長(zhǎng)，不管是維護(hù)，還是用起來都比較容易。這種機(jī)械手現(xiàn)在還比較少，不過市場(chǎng)前景不錯(cuò)。
3、劃分的時(shí)候根據(jù)控制辦法來進(jìn)行
（1）點(diǎn)位控制
在進(jìn)行動(dòng)作的時(shí)候，其實(shí)就是點(diǎn)跟點(diǎn)進(jìn)行移動(dòng)，只需要對(duì)點(diǎn)的地點(diǎn)進(jìn)行控制，運(yùn)動(dòng)的軌跡是控制不了的。要想要對(duì)多一些的點(diǎn)進(jìn)行控制，那么這樣的話電氣控制系統(tǒng)就比較復(fù)雜了?，F(xiàn)在用的專用機(jī)械手，通用機(jī)械手控制都是這種。
（2）連續(xù)軌跡控制
這種軌跡的線路可以是任何一種不間斷的曲線，它的特征是設(shè)定的點(diǎn)是沒有限制的，所以的移動(dòng)流程都是被控制的，它的運(yùn)動(dòng)是非常穩(wěn)定，并且準(zhǔn)確性是很高的，可以使用的地方是比較多的，不過電氣控制系統(tǒng)非常復(fù)雜，這樣的機(jī)械手在控制的時(shí)候一般都是用小型的計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)的。
1.4 設(shè)計(jì)原則
對(duì)于此次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，在進(jìn)行設(shè)計(jì)之前，有一個(gè)指導(dǎo)原則是必要的。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)原則如下：
1.必須以任務(wù)書所要求的具體設(shè)計(jì)要求為一切設(shè)計(jì)的前提，在此基礎(chǔ)上再進(jìn)行其他方面的補(bǔ)充設(shè)計(jì)。
2.要滿足所有要求的同時(shí)還得節(jié)約成本，因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)是畢業(yè)設(shè)計(jì)，所以，將大學(xué)期間的所學(xué)到的知識(shí)盡可能多的綜合運(yùn)用到本次設(shè)計(jì)中，將會(huì)對(duì)所學(xué)知識(shí)有更深的認(rèn)識(shí)與掌握。
3.最后還得考慮到個(gè)人的能力水平以及時(shí)間安排，充分發(fā)揮自己的主觀能動(dòng)性，腳踏實(shí)地，實(shí)事求是的做好本次設(shè)計(jì)。
2 取送機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案
2.1 取送機(jī)械手的總體設(shè)計(jì)
2.1.1 取送機(jī)械手的結(jié)構(gòu)類型
經(jīng)過查閱資料得知，工業(yè)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)類型有很多，根據(jù)坐標(biāo)的不一樣分為四種，其結(jié)構(gòu)形式與特點(diǎn)詳細(xì)如下：
1.圓柱坐標(biāo)式結(jié)構(gòu)
機(jī)械手中運(yùn)用最多的就是這種形式，它多用于取送和丈量物品。它的結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，讓人很容易有一個(gè)直觀的認(rèn)識(shí)，所占用的空間較小。它的可以做到的動(dòng)作是兩個(gè)直線方向的運(yùn)動(dòng)外加一個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
圖2-1 圓柱坐標(biāo)式結(jié)構(gòu)圖
2.直角坐標(biāo)式結(jié)構(gòu)
直角坐標(biāo)式機(jī)械手通常都不是單獨(dú)使用的，它一般都會(huì)與傳送帶結(jié)合起來使用。它手臂所做的上升和下降運(yùn)動(dòng)、向左和向右運(yùn)動(dòng)以及向前和向后運(yùn)動(dòng)是按照空間直角坐標(biāo)系的方向進(jìn)行運(yùn)作的。其它可以做到的動(dòng)作只有直線方向的運(yùn)動(dòng)。
圖2-2 直角坐標(biāo)式結(jié)構(gòu)圖
3.球坐標(biāo)式結(jié)構(gòu)
球坐標(biāo)式機(jī)械手的自由度多，而自由度多就意味著可以做到很多動(dòng)作，所以此種機(jī)械手適用范圍相當(dāng)廣闊。它可以做到的動(dòng)作可以是一個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)也可以是多個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，直線運(yùn)動(dòng)他也可以完成。
圖2-3 球坐標(biāo)式結(jié)構(gòu)圖
4.關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)
關(guān)節(jié)式機(jī)械手的工作場(chǎng)合基本上都是接近機(jī)體的。它的結(jié)構(gòu)形式類似于人手的肘關(guān)節(jié)，非常直觀，也非常靈巧，可以完成很多工作。
圖2-4 關(guān)節(jié)式式結(jié)構(gòu)圖
2.1.2 選取方案
取送機(jī)械手雖然可以促進(jìn)勞動(dòng)生產(chǎn)率、節(jié)省生產(chǎn)成本并提高生產(chǎn)安全系數(shù)，但這是建立在選擇或是設(shè)計(jì)出正確的取送機(jī)械手的基礎(chǔ)上的，否則將會(huì)使工作更加復(fù)雜。
根據(jù)本次設(shè)計(jì)需要，以及對(duì)于此取送機(jī)械手各種要求的綜合考慮，需要在滿足所有系統(tǒng)要求的基礎(chǔ)上，我們需要做到盡可能精簡(jiǎn)的結(jié)構(gòu)，以最小的代價(jià)而實(shí)現(xiàn)所需，并且還要有良好的可靠性。而本次設(shè)計(jì)的機(jī)械手要想實(shí)現(xiàn)對(duì)物品的取送，那么它至少得做到四個(gè)運(yùn)動(dòng)，包括手爪部位的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、臂部的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和臂部的上下和前后方向的直線運(yùn)動(dòng)。綜合考慮這一切之后，可以知道機(jī)械手的自由度為4，結(jié)構(gòu)類型選取為關(guān)節(jié)式坐標(biāo)機(jī)械手，它的結(jié)構(gòu)形式類似于人手的肘關(guān)節(jié)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)練且動(dòng)作靈巧，可以完成多種運(yùn)動(dòng)，還可較準(zhǔn)定位物品。
2.2 關(guān)于取送機(jī)械手的腰座設(shè)計(jì)
2.2.1設(shè)計(jì)要求
取送機(jī)械手的腰座，也就是各類型機(jī)械手的旋轉(zhuǎn)基座。作為機(jī)械手的基座和首個(gè)回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，它上面安裝了機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)部件，機(jī)械手的整體重量也需要它來承擔(dān)。那么，設(shè)計(jì)取送機(jī)械手的腰座時(shí)，就要做到以下幾點(diǎn)要求：
1.為了確保機(jī)械手在工作過程中的穩(wěn)定性，這就要求取送機(jī)械手的腰座的安裝基面得足夠大。
2.機(jī)械手腰座上的各個(gè)機(jī)構(gòu)部件材料及制造得合要求，它們的剛度和強(qiáng)度必須要符合可以承擔(dān)整個(gè)機(jī)體重量的標(biāo)準(zhǔn)。
3.機(jī)械手腰座上的各個(gè)機(jī)構(gòu)部件的制造與安裝精度必須達(dá)到要求，以確保機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)精度和定位精度。
4.機(jī)械手腰座要設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)裝置為其提供動(dòng)力，讓其實(shí)現(xiàn)臂部的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
5.機(jī)械手腰座的結(jié)構(gòu)要盡可能簡(jiǎn)單，還得設(shè)計(jì)相應(yīng)的調(diào)整機(jī)構(gòu)以便利各結(jié)構(gòu)的安裝和調(diào)整。腰部結(jié)構(gòu)與手臂的結(jié)合點(diǎn)得有一個(gè)可靠的基準(zhǔn)面，用于確保位置精度。
2.2.2機(jī)械手腰座的最終設(shè)計(jì)方案
機(jī)械手腰座部分要實(shí)現(xiàn)臂部的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，為這個(gè)運(yùn)動(dòng)提供動(dòng)力的方法有兩種：一是電機(jī)通過減速機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)從而提供動(dòng)力，二是通過擺動(dòng)液壓缸或液壓馬達(dá)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)從而提供動(dòng)力。當(dāng)前來說第一種是比較主流的，這是由于這種方式的驅(qū)動(dòng)形式可以控制得到一個(gè)比較高的精度，并且這種形式的結(jié)構(gòu)也很緊密，相對(duì)比較精簡(jiǎn)，沒有那么多多余的系統(tǒng)和元件等方面的設(shè)計(jì)。腰座作為取送機(jī)械手承重機(jī)構(gòu)的同時(shí)還要完成臂部的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，它在機(jī)械手當(dāng)中擔(dān)任著重要職責(zé)，它需要對(duì)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)精度負(fù)責(zé)，為了讓機(jī)械手在運(yùn)行之中可以保證較好的運(yùn)動(dòng)精度，選取第一種以電機(jī)來驅(qū)動(dòng)的方式來實(shí)現(xiàn)腰座的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)無疑是最好的選擇。而考慮到通常情況下電機(jī)是沒有辦法直接驅(qū)動(dòng)的，還需要考慮到轉(zhuǎn)速等方面的具體要求，考慮到齒輪傳動(dòng)過程中會(huì)出現(xiàn)無法擺脫的齒側(cè)間隙這種情況，它會(huì)對(duì)傳動(dòng)的精度造成極大的負(fù)面作用，為了解決這些問題，綜合對(duì)比之后決定，齒輪傳動(dòng)采用一級(jí)齒輪傳動(dòng)的形式，傳動(dòng)也取較大傳動(dòng)比，至少得大于100，而且齒輪的強(qiáng)度、硬度都得足夠高，齒輪的制造精度也得足夠高，這樣做的話，將會(huì)使得傳動(dòng)過程中所形成的誤差降到最小。腰座結(jié)構(gòu)圖如下所示：
圖2-5 腰座結(jié)構(gòu)圖
2.3 關(guān)于取送機(jī)械手的手臂設(shè)計(jì)
2.3.1設(shè)計(jì)要求
取送機(jī)械手的手臂是用來將手爪移動(dòng)到所需位置以及承載手爪抓取物品的最大重量和自身重量，它的設(shè)計(jì)要求如下：
1.手臂應(yīng)具有良好的承載能力，用于承載物品及自身重量，還要有良好的剛性，這樣在抓取物品時(shí)才能有良好的平穩(wěn)性和定位精度。
2.手臂的結(jié)構(gòu)應(yīng)精簡(jiǎn)，這樣可以使手臂運(yùn)動(dòng)靈活，同時(shí)節(jié)約成本，手臂的自身重量要輕，這可以讓手臂具有良好的穩(wěn)定性。
3.手臂上各關(guān)節(jié)應(yīng)設(shè)計(jì)調(diào)整機(jī)構(gòu)用以調(diào)整間隙來減小誤差。
2.3.2機(jī)械手手臂的最終設(shè)計(jì)方案
機(jī)械手手臂獲取動(dòng)力的方式有多種，如用電機(jī)驅(qū)動(dòng)的方式提供動(dòng)力、用液壓驅(qū)動(dòng)的方式提供動(dòng)力等。為了讓手臂運(yùn)動(dòng)得安全且平穩(wěn)，將采用液壓驅(qū)動(dòng)的方式為手臂提供動(dòng)力，以液壓缸的直接驅(qū)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)此直線運(yùn)動(dòng)，簡(jiǎn)單易控。
液壓驅(qū)動(dòng)的方式可以提供較大的驅(qū)動(dòng)力，這就可以滿足機(jī)械手在工作過程中的穩(wěn)定性和剛度的要求。所以手臂液壓缸的設(shè)計(jì)得以大的直徑的缸為基礎(chǔ)，慢慢進(jìn)行強(qiáng)度的校核，此外還要考慮到不得影響整體結(jié)構(gòu)。
為了迎合具體工作的需求，手臂的結(jié)構(gòu)應(yīng)精巧緊湊，由于系統(tǒng)剛度的要求，單單一味地增大缸徑是不行的，為了解決這個(gè)問題，所以設(shè)計(jì)底座時(shí)使用了雙液壓泵的結(jié)構(gòu)，以此來增加剛度，同時(shí)對(duì)于機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)剛度和平穩(wěn)性也有明顯的提高。
在結(jié)構(gòu)上，要做到精巧緊湊，為此參照了挖掘機(jī)的機(jī)構(gòu)形式，在其基礎(chǔ)上再進(jìn)行一些特殊需求的修改，使其滿足設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)的手臂結(jié)構(gòu)如下：
圖2-6 手臂結(jié)構(gòu)圖
2.4 關(guān)于取送機(jī)械手的手腕設(shè)計(jì)
2.4.1設(shè)計(jì)要求
手腕部件是用于連接手臂與手爪的中間部件，它的作用主要是調(diào)整手爪抓取物品時(shí)的方向與位置，讓機(jī)械手更加靈活同時(shí)更加精準(zhǔn)。此設(shè)計(jì)中的手腕是兩個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中除去使臂部旋轉(zhuǎn)的另一個(gè)使手爪旋轉(zhuǎn)的部件。設(shè)計(jì)手腕時(shí)有很多需要考慮的地方：
1.手腕用以連接手臂和手爪，為了確保兩部分連接穩(wěn)定，手腕的強(qiáng)度和剛度必須足夠大。
2.在滿足要求的情況下，手腕的結(jié)構(gòu)應(yīng)簡(jiǎn)單緊湊，自身重量也要盡量輕巧，避免給手臂和腰座帶來不必要的負(fù)重。
3.設(shè)計(jì)相應(yīng)的調(diào)整機(jī)構(gòu)來減小由傳動(dòng)間隙所帶來的誤差。
2.4.2機(jī)械手手腕的最終設(shè)計(jì)方案
通過對(duì)機(jī)械手運(yùn)行時(shí)的要求分析，同時(shí)考慮到提升安全性與可靠性（在實(shí)現(xiàn)硬性要求的基礎(chǔ)上），也為了使機(jī)械手整體結(jié)構(gòu)精簡(jiǎn)緊湊，本設(shè)計(jì)將小臂與手腕部分設(shè)計(jì)在一塊，這樣不僅可以降低機(jī)械手在工作中的控制難度，還可以減去一些不需要的結(jié)構(gòu)，同時(shí)能夠滿足工作需求。此手腕結(jié)構(gòu)如下：
圖2-7手腕結(jié)構(gòu)圖
2.5 關(guān)于取送機(jī)械手的手爪設(shè)計(jì)
2.5.1設(shè)計(jì)要求
機(jī)械手的手爪起到的用途是抓取所需物品和運(yùn)送它到指定位置的機(jī)構(gòu)，它有著類似于人手的模樣與效用，被安裝在機(jī)械手手腕的前端。它的設(shè)計(jì)要求如下：
1.手爪應(yīng)具有足夠大的夾緊力：除了物品的自身重量外，還需考慮到機(jī)械手在抓取和運(yùn)送過程中慣性力以及過程中的晃動(dòng)，為了確保物品不脫落和穩(wěn)定到達(dá)位置，手爪的夾緊力必須得足夠大。
2.手爪的手指間應(yīng)有合適的開閉角度：手爪手指打開的最大角度和閉合的最小角度為開閉角度，用以確保物品可以被成功抓取。
3.手爪應(yīng)具有足夠的剛度與強(qiáng)度：足夠的剛度與強(qiáng)度可以保證手爪在抓取物品的過程中不會(huì)出現(xiàn)折斷或變形的情況發(fā)生。
4.手爪的設(shè)計(jì)還需要考慮到被抓取物的形狀特征，在此基礎(chǔ)上加以設(shè)計(jì)來滿足其他方面的要求。
5.手爪應(yīng)設(shè)計(jì)得盡可能精簡(jiǎn)，這樣不僅節(jié)約成本，還有利于裝卸與維護(hù)。
6.手爪的驅(qū)動(dòng)裝置得有足夠的驅(qū)動(dòng)力。
2.5.2結(jié)構(gòu)形式
機(jī)械手手爪的形式一般分為以下幾種：
1.平行杠桿式
此種乃是采取的平行四邊形結(jié)構(gòu)，所以很容易就可以確保手爪的平行運(yùn)動(dòng)，其產(chǎn)生的摩擦力也相對(duì)較小。
2.楔塊杠桿式
此種類型的手爪是應(yīng)用楔塊和杠桿之間的配合來實(shí)現(xiàn)手爪的張開與閉合，從達(dá)到抓取與放開物品的要求。
3.齒輪齒條式
此種類型的手爪是利用活塞的運(yùn)動(dòng)來提供一個(gè)推動(dòng)力來使齒條運(yùn)動(dòng)起來，讓運(yùn)動(dòng)的齒條來帶動(dòng)齒輪進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)讓手爪取送物品的目標(biāo)。
4.滑槽式
此種類型的手爪是利用活塞的前后運(yùn)動(dòng)來提供動(dòng)力，從而使滑槽中的銷子來帶動(dòng)手爪的開合。因?yàn)榇耸肿Φ拈_合大，比較適合抓取不同體積的物品。
5.連桿杠桿式
此種類型的手爪是運(yùn)用活塞的推動(dòng)產(chǎn)生的動(dòng)力來使手爪的開合。此種形式通常與彈簧一起使用以此來平衡杠桿帶來的較大的夾緊力。
2.5.3機(jī)械手手爪的最終設(shè)計(jì)方案
聯(lián)系此次設(shè)計(jì)的具體需求，將幾種結(jié)構(gòu)形式的手爪進(jìn)行對(duì)比后得出最適方案，本次設(shè)計(jì)的機(jī)械手手爪將設(shè)計(jì)成連桿杠桿式的手爪，通過運(yùn)用活塞的推動(dòng)產(chǎn)生的動(dòng)力來控制手爪的開合，從而實(shí)現(xiàn)抓取物品的功用。手爪的開閉角度由手爪所抓取的物品決定，本次設(shè)計(jì)為倉儲(chǔ)智能裝卸裝置的物品，所以按照物品直徑為300mm~600mm來設(shè)計(jì)。此手爪的結(jié)構(gòu)如下所示：
圖2-8手爪結(jié)構(gòu)圖
2.6 關(guān)于取送機(jī)械手的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
2.6.1常見的幾種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)
1. 諧波齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)
諧波齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是一種特殊的新式傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，它與其他傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的不同之處在于它是利用彈性變形運(yùn)動(dòng)來達(dá)到傳動(dòng)的目的，它一改以往傳統(tǒng)的采用構(gòu)件模式，使用柔性構(gòu)件來替代剛性構(gòu)件來實(shí)現(xiàn)機(jī)械傳動(dòng)，從而獲得了一系列其他傳動(dòng)所難以達(dá)到的特殊效用。
它的優(yōu)點(diǎn)有：
（1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，零件少，體積小，重量輕
（2）傳動(dòng)比大，傳動(dòng)比范圍廣
（3）由于同時(shí)嚙合的齒數(shù)多，齒面相對(duì)滑動(dòng)速度低，使其承載能力高，傳動(dòng)平穩(wěn)且精度高，噪聲低
（4）傳動(dòng)效率較高，且在傳動(dòng)比很大的情況下，仍具有較高的效率
（5）同軸性好等
因?yàn)橹C波傳動(dòng)所具有的與眾不同的優(yōu)點(diǎn)，多年來，很多領(lǐng)域都對(duì)其進(jìn)行了利用。國(guó)內(nèi)外的運(yùn)用實(shí)踐顯示，無論是用于高精度方面的精密諧波傳動(dòng)，還是用于傳遞扭矩的動(dòng)力諧波傳動(dòng)，都表現(xiàn)得十分出色；諧波傳動(dòng)優(yōu)于其他傳動(dòng)方式的地方主要在于它可以用于工作環(huán)境比較惡劣的情況下。
2.齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)
齒輪傳動(dòng)種類繁多并且普遍應(yīng)用于大多行業(yè)當(dāng)中。
它的主要優(yōu)點(diǎn)有：結(jié)構(gòu)緊湊；工作可靠、壽命長(zhǎng)；傳動(dòng)比穩(wěn)定等。
齒輪傳動(dòng)的缺點(diǎn)就在于它的齒輪會(huì)產(chǎn)生不同形式的失效形式，它們大致包含齒輪折斷和齒面磨損、點(diǎn)蝕、膠合及塑性變形等。
為了讓齒輪擺脫上述幾種失效形式，可以采取一些措施解決這些問題，如選取合適的材料來制造齒輪，并事先將主、從動(dòng)輪進(jìn)行磨合，或者選用適合的潤(rùn)滑劑進(jìn)行潤(rùn)滑等。
齒輪材料的選取也得滿足以下幾個(gè)條件：
（1）齒輪材料的選取得以達(dá)到在工作中的各項(xiàng)要求為基礎(chǔ)
（2）應(yīng)考慮齒輪尺寸的大小是否得當(dāng)、毛坯成形方法是否合適及熱處理和制造工藝是否是最優(yōu)選擇項(xiàng)，能否達(dá)到要求
（3）齒面要硬、齒心要韌
（4）經(jīng)濟(jì)實(shí)惠
3.鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)
鏈傳動(dòng)是一種撓性傳動(dòng)，它的結(jié)構(gòu)如圖4所示，是鏈條與鏈輪的結(jié)合，它的工作方式是經(jīng)由鏈條和鏈輪之間的嚙合來傳送運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，被較為普遍的應(yīng)用在現(xiàn)代機(jī)械當(dāng)中。
鏈傳動(dòng)與帶傳動(dòng)兩相比較，帶傳動(dòng)時(shí)帶需張得很緊，而鏈傳動(dòng)時(shí)鏈條卻不必如此，因此，作用于軸上的徑向壓力就沒帶傳動(dòng)那么大；鏈傳動(dòng)比帶傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)更加精簡(jiǎn)，制造成本也就更低；而且，鏈傳動(dòng)可以在較為苛刻的要求下工作。
使用鏈傳動(dòng)比起使用齒輪傳動(dòng)可以節(jié)約較大成本，因?yàn)樗鼘?duì)于制造精度的要求沒有齒輪傳動(dòng)那般嚴(yán)苛，就使得它的制造成本較少。
當(dāng)傳動(dòng)的距離較大時(shí)，使用齒輪傳動(dòng)會(huì)增加額外的成本，因?yàn)閭鲃?dòng)距離較大時(shí)，齒輪傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)就得設(shè)計(jì)得復(fù)雜以完成工作需求。鏈傳動(dòng)多用于傳動(dòng)距離較大，對(duì)于工作可靠性有較高要求，或是工作條件比較苛刻的地方。
圖2-9鏈傳動(dòng)簡(jiǎn)圖
4.帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)
帶傳動(dòng)也是一種撓性傳動(dòng)，它主要由帶輪和傳動(dòng)帶構(gòu)成。它的運(yùn)動(dòng)原理如圖5所示：當(dāng)主動(dòng)帶輪1提供動(dòng)力最先轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶輪和帶之間就會(huì)產(chǎn)生摩擦或者形成嚙合現(xiàn)象，將運(yùn)動(dòng)和和動(dòng)力通過傳動(dòng)帶3傳遞給從動(dòng)帶輪2。帶傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)為結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，一目了然、在傳動(dòng)過程中可以保持非常好的穩(wěn)定性、價(jià)格比較合理公道等，因?yàn)檫@些優(yōu)點(diǎn)，它也被普遍應(yīng)用于近代機(jī)械當(dāng)中。
圖2-10帶傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)示意圖
5.螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)
螺旋傳動(dòng)的工作原理是通過操縱由螺母和螺桿組成的螺旋副來完成傳動(dòng)的。它可以完成很多工作，但是它最普遍也是最特殊、有別于其他傳動(dòng)的作用就是可以實(shí)現(xiàn)對(duì)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)化，將其轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N形式的運(yùn)動(dòng)-直線運(yùn)動(dòng)，在此轉(zhuǎn)變過程中還能保持對(duì)力與運(yùn)動(dòng)的傳送。
螺旋傳動(dòng)的種類眾多，按其用途不同，可分為以下三種類型：
（1）傳力螺旋。 顧名思義，它的作用就是傳遞動(dòng)力。
（2）傳導(dǎo)螺旋。它的主要作用是傳遞運(yùn)動(dòng)，也不時(shí)用于對(duì)軸向載荷的承載工作。
（3）調(diào)整螺旋。它用以調(diào)整、固定零件的相對(duì)位置。
2.6.2機(jī)械手傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的最終設(shè)計(jì)方案
結(jié)合先前對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，由于手臂部分將液壓缸直接設(shè)計(jì)在其上為其提供動(dòng)力，因此，它既可算是為機(jī)械手提供動(dòng)力的元件，又可當(dāng)做是機(jī)械手的一個(gè)關(guān)節(jié)，那么它就不需要再進(jìn)行其他中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，這樣設(shè)計(jì)還有其他的好處，它不單單是將手臂的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了單純的簡(jiǎn)化，它還保留原有的工作需求，這樣精簡(jiǎn)的結(jié)構(gòu)還意味著成本的減少。
對(duì)于機(jī)械手腰座部分，它的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是由步進(jìn)電機(jī)來提供動(dòng)力的，難以控制它的運(yùn)動(dòng)速度，所以就必須得設(shè)計(jì)相應(yīng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來增大扭矩和控速。通過查閱資料，相較之下，選取圓柱齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)最為合適?？紤]到要盡可能減小傳動(dòng)過程中的產(chǎn)生的誤差，增加扭矩，同時(shí)也要確保較高的精度，還要適當(dāng)?shù)亟档碗姍C(jī)的轉(zhuǎn)速，來使得機(jī)械手在運(yùn)行過程中可以保持一個(gè)平穩(wěn)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。經(jīng)過查閱資料得知，這里的齒輪傳動(dòng)就只有采用較大傳動(dòng)比，至少大于100的一級(jí)齒輪傳動(dòng)才能達(dá)到要求。另外，此處齒輪的材料還得是高強(qiáng)度、高硬度的，其制造精度也必須極高。
最后，手爪部分，為了能夠抓取較重的物品，此處也采用液壓驅(qū)動(dòng)，也就無需再設(shè)計(jì)此部分的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。
3 機(jī)械手驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案
3.1 機(jī)械手驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的分類及特點(diǎn)
機(jī)械手驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的選擇一般只有四種，它們分別是機(jī)械式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、液壓式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、氣動(dòng)式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和電氣式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。對(duì)于它們各自的適用范圍和特點(diǎn)在下文有比較全面的介紹。
3.1.1機(jī)械式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)
機(jī)械式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)只用在特定的場(chǎng)合。它一般用于完成固定的動(dòng)作，而完成這些固定的動(dòng)作主要是靠凸輪連桿機(jī)構(gòu)。其特點(diǎn)是動(dòng)作確實(shí)可靠，工作速度高，成本低，但存在重量大、動(dòng)作平滑性差、噪聲大和不易于調(diào)整的缺點(diǎn)。
3.1.2液壓式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)
液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是一個(gè)完整的系統(tǒng)，它一般由多部分構(gòu)成，如油泵、液壓缸等，它的作用是為各個(gè)機(jī)構(gòu)提供動(dòng)力。液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可以提供相當(dāng)大的動(dòng)力可以讓機(jī)械手擁有超強(qiáng)的抓取能力。液壓驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)可以表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：
1.結(jié)構(gòu)精簡(jiǎn)，不僅表現(xiàn)直觀，還節(jié)約成本。
2.運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，它可以讓機(jī)械手在運(yùn)行過程中保持安穩(wěn)。
3.抗沖擊，它本身的韌性十分高，使得它可以承受較大的沖擊力。
4.防爆，因?yàn)槠涮厥獾慕Y(jié)構(gòu)與超強(qiáng)的剛度，可以防止爆炸發(fā)生。
它的缺點(diǎn)是它有可能出現(xiàn)漏油現(xiàn)象，從而給環(huán)境帶來危害，并且在高溫或低溫環(huán)境下難以工作。
液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是從世界上第一臺(tái)機(jī)器人的誕生時(shí)便在使用并延續(xù)至今，如今更是廣泛應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人行業(yè)?，F(xiàn)在，雖然電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在市場(chǎng)中占有較大比重，但它主要占據(jù)著中小型載荷的機(jī)器這部分市場(chǎng)，而液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在大型高負(fù)荷機(jī)器市場(chǎng)中仍是主導(dǎo)地位。
液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在機(jī)械手中的作用除了給運(yùn)動(dòng)件提供動(dòng)力外，還起到放大控制信號(hào)的功率的作用，這樣就可以對(duì)機(jī)械手中液壓驅(qū)動(dòng)的這部分執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行準(zhǔn)確控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)動(dòng)作的控制，讓其完成規(guī)定動(dòng)作。機(jī)械手的液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制方式可以分為程序控制和伺服控制這兩種。
1.程序控制的液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)
本次設(shè)計(jì)的這種只用于取送物品的機(jī)械手，要想對(duì)液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)有效的控制，通常需要將計(jì)算機(jī)程序應(yīng)用其中。這類液壓系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮到以下幾點(diǎn)要求：
（1）密封性設(shè)計(jì)：液壓缸的密封性必須得達(dá)到要求，在此基礎(chǔ)上，密封件的選擇要以減小摩擦為目標(biāo)，來延長(zhǎng)液壓缸的使用年限。
（2）定位點(diǎn)的緩沖與制動(dòng)：在定點(diǎn)前設(shè)計(jì)必要的緩沖機(jī)構(gòu)可以有效解決手臂運(yùn)動(dòng)過程中的運(yùn)動(dòng)慣量過大的問題。
（3）設(shè)計(jì)相應(yīng)的保護(hù)回路以保障安全，從而延續(xù)液壓缸的使用年限。
（4）有需要時(shí)得設(shè)計(jì)相應(yīng)的蓄能器以備不時(shí)只需。
2.伺服控制的液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)
電-液伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的適用范圍十分寬泛，但通常情況下它主要應(yīng)用于具備點(diǎn)位控制或是連續(xù)軌跡控制的機(jī)械手當(dāng)中。它的閥類元件不僅可以有效的實(shí)現(xiàn)電液信號(hào)的轉(zhuǎn)換，還可以將信號(hào)的功率進(jìn)行放大。根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的需要，電-液伺服馬達(dá)和電-液伺服液壓缸可以設(shè)計(jì)成分離式的，也可以設(shè)計(jì)成一體式的，用以應(yīng)對(duì)不同的情況。分離式的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，設(shè)計(jì)時(shí)連接部分盡可能短，但也不要影響使用性能。
在機(jī)械手的伺服控制的液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，常用的電-液伺服控制的液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力機(jī)構(gòu)是電-液伺服液壓缸和電-液伺服擺動(dòng)馬達(dá)或電-液步進(jìn)馬達(dá)。液壓回轉(zhuǎn)執(zhí)行器是很特殊的伺服機(jī)構(gòu)，它的特殊之處就在于可以實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動(dòng)。當(dāng)它安裝在機(jī)械手手臂和手腕的關(guān)節(jié)上時(shí)，就與機(jī)械手手臂和手腕形成了一個(gè)整體，它既可算是為機(jī)械手提供動(dòng)力的元件，又可當(dāng)做是機(jī)械手的一個(gè)關(guān)節(jié)。
3.1.3氣壓式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)
氣壓式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)一般由氣缸、氣閥、氣罐和空壓機(jī)構(gòu)成，它的基本原理與液壓式相同，但傳遞介質(zhì)是空氣。它的優(yōu)點(diǎn)有：
1.氣源方便，空氣輕易就可獲得，成本小。
2.動(dòng)作迅速，由于傳遞的是空氣，它的密度小容易傳送。
3.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不僅便于裝卸、維修，還節(jié)省了制造成本。
雖然它的優(yōu)點(diǎn)很多，但也掩蓋不了它的缺點(diǎn)：
1.穩(wěn)定性差，空氣的可壓縮性導(dǎo)致工作不穩(wěn)定。
2.抓取能力弱，氣動(dòng)的氣壓太小，動(dòng)力也就小。
3.由于它工作時(shí)存在不穩(wěn)定隱患，它的速度也就很難加以控制。
氣動(dòng)機(jī)械手的動(dòng)力源壓縮空氣，此類機(jī)械手的工作場(chǎng)所通常都建有一個(gè)或多個(gè)壓縮空氣站，也可以在機(jī)械手上直接設(shè)計(jì)一個(gè)小型的氣源系統(tǒng)為其提供動(dòng)力。因?yàn)樗臍庠纯梢暂p松獲得，所以它通常被大量用于所需抓取力不太大，勞動(dòng)量龐大或是不適合人工的惡劣條件的場(chǎng)合。
氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要應(yīng)用是在中、小型機(jī)械手中，它的用途是為機(jī)械手完成對(duì)兩點(diǎn)式或有限點(diǎn)位控制的工作。這類機(jī)械手的結(jié)構(gòu)通常是圓柱坐標(biāo)結(jié)構(gòu)或是直角坐標(biāo)結(jié)構(gòu)，又或是這兩者組合而成的新型坐標(biāo)結(jié)構(gòu)?？删幊绦蚩刂破髯鳛樵谑袌?chǎng)上占主導(dǎo)地位的控制裝置也是應(yīng)用其中。氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包含氣源、氣動(dòng)三聯(lián)件、氣動(dòng)閥、氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、制動(dòng)器和限位器，下面是對(duì)它們各自的作用、組成等方面的介紹：
1.氣源 機(jī)械手工作場(chǎng)所的總的壓縮空氣站或與機(jī)械手設(shè)計(jì)為一體的小型的氣源機(jī)構(gòu)提供壓縮空氣。一個(gè)完整的氣源系統(tǒng)包含的機(jī)構(gòu)有空氣壓縮機(jī)、儲(chǔ)氣罐等。
2.氣動(dòng)三聯(lián)件 包括分水濾氣器，調(diào)壓器，油霧器這三部分，一般情況下三者是組裝起來使用的，也可以分開使用，但應(yīng)用較少。油霧器可能在某些情況下可以不用，但最好還是運(yùn)用起來，它可以起到減少摩擦，延長(zhǎng)機(jī)械使用年限的作用。
3.氣動(dòng)閥 氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，由于它多種多樣，也使得它應(yīng)用廣泛，如減壓閥用以減小壓力，節(jié)流調(diào)速閥用于調(diào)節(jié)速率等等。
4.氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 這部分常常用氣缸作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)。直線氣缸有單動(dòng)式和雙動(dòng)式兩種形式，雙動(dòng)式氣缸應(yīng)用較為廣泛，很多場(chǎng)合都有涉及，而單動(dòng)式氣缸用的很少，它用于少數(shù)特定的場(chǎng)合。氣缸最基本的作用便是為機(jī)器提供動(dòng)力，但它還有一些其他的作用，如對(duì)運(yùn)動(dòng)部件的速度進(jìn)行緩沖的作用等。根據(jù)機(jī)械手的具體需要來選取和設(shè)計(jì)相應(yīng)的氣缸，切不可隨意套用，拿來主義不可取。由橡膠和氟化塑料結(jié)合而成的密封環(huán)可以很好的保證氣缸的氣密性，還可以有效減小運(yùn)行過程中所產(chǎn)生的摩擦力?，F(xiàn)已研究出感應(yīng)式氣缸，就是將磁感應(yīng)技術(shù)加以利用，運(yùn)用其中，可以用于對(duì)位置的檢測(cè)工作。除了直線氣缸，就屬擺動(dòng)氣缸在機(jī)械手的市場(chǎng)中所占的比重最大。
5.制動(dòng)器 由于氣動(dòng)機(jī)械手對(duì)于精確定位定點(diǎn)的制動(dòng)有很高的要求，制動(dòng)器對(duì)于機(jī)械手的作用也就不言而喻了。對(duì)于大流量的電磁氣閥，就要求它的兩個(gè)停點(diǎn)之間距離較大，這樣可以形成一個(gè)緩沖時(shí)間，減小摩擦力，從而延長(zhǎng)使用壽命。而對(duì)于小流量的電磁氣閥來說，它在制動(dòng)過程中產(chǎn)生的摩擦力較小，就要求它的兩停點(diǎn)間距離盡可能小，只要保證氣缸的正常工作就行。定點(diǎn)數(shù)的多少也決定著制動(dòng)效果的好壞，而多位置制動(dòng)、反壓制動(dòng)和制動(dòng)裝置制動(dòng)是增加定點(diǎn)數(shù)較為有效的制動(dòng)方式。
6.限位器 限位器的作用就在于當(dāng)各運(yùn)動(dòng)部件到指定定位點(diǎn)時(shí)發(fā)出信號(hào)。對(duì)于檢測(cè)位置而言，感應(yīng)式氣缸用得最多，它可以不需要接觸部件僅憑電磁感應(yīng)就可精準(zhǔn)定位，是一種很理想的檢測(cè)裝置。常見的限位方式是利用氣缸中的鎖緊機(jī)構(gòu)將機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)部件進(jìn)行鎖定，這種方式的鎖定在機(jī)械再次運(yùn)行時(shí)需首先解鎖，否則會(huì)造成部件的損壞。
3.1.4電氣式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)
如今市面上機(jī)械手用的最多的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)就是電氣式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。一開始的時(shí)候，機(jī)械手多用步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，經(jīng)過研究，又發(fā)明了直流伺服電機(jī)，并再以此為基礎(chǔ)進(jìn)行改進(jìn)，最后研究出了交流伺服電機(jī)。這種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可以對(duì)機(jī)構(gòu)部件進(jìn)行直接驅(qū)動(dòng)，不過這種驅(qū)動(dòng)方式所獲得的動(dòng)力很大，很難調(diào)控，通常會(huì)設(shè)計(jì)減速裝置降速后再進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。對(duì)于某些有特殊要求的機(jī)械手也可直接驅(qū)動(dòng)，省去了減速裝置后結(jié)構(gòu)就變得簡(jiǎn)單很多。
這種驅(qū)動(dòng)方式的優(yōu)點(diǎn)也很多：
1.電源方便，隨著電力行業(yè)的飛速發(fā)展，電源獲取十分輕松且價(jià)格十分便宜。
2.響應(yīng)快，此種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)十分靈敏，啟動(dòng)迅速，執(zhí)行效率高。
3.所能提供的動(dòng)力較大，由于它是電機(jī)驅(qū)動(dòng)，可以獲得較大的驅(qū)動(dòng)力，而大的驅(qū)動(dòng)力又可轉(zhuǎn)變成大的動(dòng)力。
4.對(duì)于信號(hào)的檢測(cè)、傳遞和處理有著天然的優(yōu)勢(shì)。
這么多年來，伴隨著多個(gè)領(lǐng)域?qū)C(jī)械化、自動(dòng)化的迫切需求，這加大了對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)更新?lián)Q代的研究投入，使得一個(gè)接一個(gè)跨革命的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的誕生。電機(jī)驅(qū)動(dòng)在市場(chǎng)上占有較大比重，承重不超過一百公斤的機(jī)械手基本都使用這種驅(qū)動(dòng)方式。
伺服電動(dòng)機(jī)與其他好多機(jī)構(gòu)相組合，可以形成多種伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)單元，用于各種不同需要的場(chǎng)合。國(guó)外電氣式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展已進(jìn)入更深層次，他們的系統(tǒng)已經(jīng)可以做到結(jié)合多級(jí)旋轉(zhuǎn)變壓器實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動(dòng)，關(guān)鍵的是它還可以讓機(jī)械手具有較高的傳動(dòng)精度，從而準(zhǔn)確定位并工作。
1.機(jī)械手驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電機(jī)的選擇
對(duì)于機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電機(jī)的選擇問題，要結(jié)合機(jī)械手的特點(diǎn)、使用范圍等多個(gè)方面進(jìn)行分析，并結(jié)合各種電機(jī)的適用范圍、特征等方面，進(jìn)行多方面比對(duì)考慮，從而選取最適合的一種電機(jī)，而非驅(qū)動(dòng)力最大或是其他單一方面表現(xiàn)較好的電機(jī)。選好電機(jī)的種類之后，還得根據(jù)機(jī)械手要求的電機(jī)所要達(dá)到的轉(zhuǎn)速、額定功率等參數(shù)選擇相應(yīng)的電機(jī)型號(hào)。電動(dòng)機(jī)的分類多種多樣，而用于機(jī)械手驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)方面的電動(dòng)機(jī)有六種，它們各自的信息如下表3-1所示：
表3-1 各驅(qū)動(dòng)器信息表
名稱
特點(diǎn)及機(jī)能
適用范圍
結(jié)構(gòu)特征
驅(qū)動(dòng)器
同步交流伺服電動(dòng)機(jī)
電機(jī)的轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)同步；不論低速還是高速，定子繞組都可通較大電流，轉(zhuǎn)矩不受影響
適用于中小容量的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)
轉(zhuǎn)子由永久磁鐵做成，定子有三相，轉(zhuǎn)子比較細(xì)
交流脈沖寬度調(diào)制變頻調(diào)速器
異步交流伺服電動(dòng)機(jī)
電機(jī)轉(zhuǎn)速始終小于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，結(jié)構(gòu)精簡(jiǎn)，容量大，實(shí)惠
適用于容量大的場(chǎng)合
定子由對(duì)稱三相繞組組成
交流脈沖寬度調(diào)制變頻調(diào)速器
小慣量永磁直流伺服電動(dòng)機(jī)
電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，理論加速度大，反應(yīng)迅速，低速性好，調(diào)速比范圍大，但低速時(shí)輸出力矩小。
適用于要求反應(yīng)迅速而負(fù)載力矩小的場(chǎng)合
轉(zhuǎn)子直徑小，慣量小
直流脈沖寬度調(diào)制伺服驅(qū)動(dòng)器SCR變壓驅(qū)動(dòng)器
大慣量永磁直流伺服電動(dòng)機(jī)
輸出力矩大，轉(zhuǎn)矩波動(dòng)小，機(jī)體硬度高，磨合性較高
適用于驅(qū)動(dòng)力矩較大的場(chǎng)合
轉(zhuǎn)子較粗
直流脈沖寬度調(diào)制伺服驅(qū)動(dòng)器，SCR變壓驅(qū)動(dòng)器
有刷繞組永磁直流伺服電動(dòng)機(jī)
轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，反應(yīng)靈敏；轉(zhuǎn)子無鐵損，效率高；換向性好，使用壽命長(zhǎng)；輸出力矩穩(wěn)定。
適用于可頻繁起制動(dòng)、正反轉(zhuǎn)工作，響應(yīng)迅速的場(chǎng)合
無鐵心，具有軸向平面間隙
直流脈沖寬度調(diào)制伺服驅(qū)動(dòng)器，SCR變壓驅(qū)動(dòng)器
反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)
可將電脈沖信號(hào)直接轉(zhuǎn)換成步距角，輸出力矩較大
適用于數(shù)字系統(tǒng)中作為執(zhí)行元件
定子和轉(zhuǎn)子均由軟磁材料制成，由永磁體構(gòu)成轉(zhuǎn)子磁極
直流脈沖寬度調(diào)制伺服驅(qū)動(dòng)器SCR變壓驅(qū)動(dòng)器
2.機(jī)械手電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)伺服驅(qū)動(dòng)器
（1）直流電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)器
直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器一般為直流脈沖寬度調(diào)制伺服驅(qū)動(dòng)器，它的電源電壓雖然是恒定不變的，但是電機(jī)的轉(zhuǎn)速卻是可以改變的，只要對(duì)電路加以控制就可改變電路中脈沖的寬度，從而更改電機(jī)電樞兩側(cè)的平均電壓，以此來調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。
脈沖寬度調(diào)制伺服驅(qū)動(dòng)器有著調(diào)速范圍寬泛、低速性好，反應(yīng)靈敏、工作效率高等優(yōu)點(diǎn)。目前已廣泛應(yīng)用于各類數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人及其它機(jī)電一體化產(chǎn)品中用做直流伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)。
（2）步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器
步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的作用是將接收到的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)椴骄嘟菍?shí)現(xiàn)位移，還可以控制脈沖信號(hào)的頻率和個(gè)數(shù)來完成電機(jī)調(diào)速和精確定位的工作。
步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器是步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)不可分割的一部分，缺少了它，步進(jìn)電機(jī)就無法正常工作。
3.2 機(jī)械手對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的基本要求
機(jī)械手對(duì)于驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的要求有以下幾點(diǎn)：
1.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕，單位重量的輸出功率高、效率高。
2.響應(yīng)速度快、工作時(shí)動(dòng)作要流暢，過程中不能有沖擊。
3.控制要方便靈活，盡量減小運(yùn)行過程中的位移和速度偏差。
4.運(yùn)行要保持安全平穩(wěn)，設(shè)備要便于安裝和維修。
5.減小對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響。
3.3 機(jī)械手對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的取用原則
對(duì)于機(jī)械手驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的選取，得結(jié)合機(jī)械手用于何處、有何性能需求、怎樣控制、是否便于維護(hù)保養(yǎng)、功耗是否合理、成本是否合適等各個(gè)方面加以考慮選取。機(jī)械手驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的選用原則通常包含三方面：
1.控制方式。對(duì)倉儲(chǔ)物品的取送機(jī)械手的控制方式，通常選取以程序控制的方式。對(duì)于用于其他用途的機(jī)械手，只要適合，可用伺服控制。
2.作業(yè)環(huán)境要求。如果對(duì)于環(huán)境沒有特殊要求，通常采用電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，而若是對(duì)工作環(huán)境有特殊要求的，如工作場(chǎng)所僅需要做到防爆，那么電-液伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)無疑是最好的選擇，若是對(duì)工作環(huán)境有著極嚴(yán)苛的要求，如防腐、防爆、防毒都要做到，那么就得選用交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)?？偠灾?，就是根據(jù)需求而選。
3.運(yùn)行速度和定位精度。對(duì)于機(jī)械手的定位精度要求較高且運(yùn)行速度也要求較高的情況下，常常采取電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)，而對(duì)于要求定位精度高，卻對(duì)運(yùn)行速度沒有要求的情況下，一般采用步進(jìn)電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。
3.4本次設(shè)計(jì)對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的選取
結(jié)合本次設(shè)計(jì)的需求，本設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可分為三塊。
機(jī)械手腰座這部分有個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，它對(duì)于精度有較高要求，但對(duì)速度卻沒有太高的要求，因此可以采用步進(jìn)電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。
機(jī)械手手臂部分，它對(duì)于精度與速度的要求和腰座部分相同，但是它本身的自重較大，會(huì)影響定位準(zhǔn)確度，故而取用電-液伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。
機(jī)械手手爪部分，由于對(duì)抓取能力有一定的要求，同樣選取電-液伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。
4 理論設(shè)計(jì)計(jì)算
4.1液壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算
4.1.1確定液壓系統(tǒng)基本方案
液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)一般有兩種：用于實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)的液壓缸和用于實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的液壓馬達(dá)。它們的特征和適用范圍如下表4-1所示：
表4-1各類液壓缸及液壓馬達(dá)信息表
名稱
特征
適用范圍
葉片馬達(dá)
體型小、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小
適用于高轉(zhuǎn)速、低轉(zhuǎn)矩、動(dòng)作靈敏的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)
齒輪馬達(dá)
結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低
適用于高轉(zhuǎn)速、低轉(zhuǎn)矩的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)
擺線齒輪馬達(dá)
體積小、輸出轉(zhuǎn)矩大
適用于低速、小功率大轉(zhuǎn)矩的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)
軸向柱塞馬達(dá)
運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、轉(zhuǎn)矩大、轉(zhuǎn)速范圍大
適用于大轉(zhuǎn)矩的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)
徑向柱塞馬達(dá)
轉(zhuǎn)速低，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，輸出轉(zhuǎn)矩大
適用于低速大轉(zhuǎn)矩回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)
柱塞缸
結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單
適用于單向工作，靠外力返回
擺動(dòng)缸
單葉片式小于360
雙葉片式小于180
適用于小于360的擺動(dòng)
適用于小于180的擺動(dòng)
單活塞桿液壓缸
有效工作面積大、雙向不對(duì)稱
適用于往返不對(duì)稱的直線運(yùn)動(dòng)，差動(dòng)連接可實(shí)現(xiàn)快進(jìn)
雙活塞桿液壓缸
雙向?qū)ΨQ
適用于雙向工作的往復(fù)場(chǎng)合
此次設(shè)計(jì)的機(jī)械手為關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)的機(jī)械手，此機(jī)械手共有4個(gè)自由度。
4.1.2確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)
壓力和流量作為液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)，它們對(duì)于液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及液壓元件的選取起著至關(guān)重要的作用。液壓缸所需承載的外部載荷決定了壓力的大小，而液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)速度和結(jié)構(gòu)尺寸決定了流量的大小。
1.計(jì)算液壓缸的總載荷
液壓缸的總載荷的計(jì)算公式見（4-1）。
（4-1）
式中——表示的是機(jī)械手上的外加載荷，因?yàn)樗椒较驔]有外加載荷，故此處為0；
——表示的是活塞所受到的慣性力；
——表示的是克服密封件摩擦阻力所需的力；
——表示的是導(dǎo)向裝置上的摩擦阻力；
——表示的是回油被壓形成的阻力。
（1）對(duì)于的計(jì)算
活塞所受到的慣性力的計(jì)算公式見（4-2）。
（4-2）
式中——表示的是液壓缸所需帶動(dòng)的總重力，此處取為2000；
——表示的是重力加速度， ；
——表示的是速度的變化量；
——表示的是機(jī)器啟動(dòng)或制動(dòng)的時(shí)間，一般為0.01~0.5，此處取0.2s。
將數(shù)據(jù)帶入上述公式計(jì)算得：=1.02
（2）對(duì)于的計(jì)算
克服密封件摩擦阻力所需的力的公式見（4-3）。
（4-3）
式中——表示的是克服密封件摩擦阻力所需的空載壓力，如果該液壓缸工作壓力<16 ，則查相關(guān)手冊(cè)此處取=0.2 ；
——表示的是進(jìn)油工作腔的有效面積；
將數(shù)據(jù)帶入上述公式計(jì)算得，啟動(dòng)時(shí)： 565
運(yùn)動(dòng)時(shí)： 283
（3）對(duì)于的計(jì)算
機(jī)械手水平方向上有兩個(gè)導(dǎo)桿，內(nèi)導(dǎo)桿和外導(dǎo)套之間的摩擦力的計(jì)算公式見（4-4）。
（4-4）
式中——表示的是機(jī)械手和所取物品的總重力，此處取為2000；
——表示的是摩擦系數(shù)，此處取=0.2；
將數(shù)據(jù)帶入上述公式計(jì)算得： =400
（4）對(duì)于的計(jì)算
回油背壓形成的阻力計(jì)算公式見（4-5）。
（4-5）
式中——表示的是回油背壓，一般為0.3~0.5 ，此處取=0.3
——表示的是有桿腔活塞面積，考慮兩邊差動(dòng)比為2；
將數(shù)據(jù)代入上述公式得：，
根據(jù)液壓缸各工作階段受力情況分析，液壓缸的總載荷為
2.液壓缸主要參數(shù)的確定
結(jié)合本設(shè)計(jì)為用于物品取送機(jī)構(gòu)的機(jī)械手的要求來看，此機(jī)械手的系統(tǒng)剛度和工作時(shí)的安穩(wěn)性是至關(guān)重要的。所以，考慮到剛度和安穩(wěn)性的要求，液壓缸參數(shù)的選取得滿足需要，才能確保整個(gè)系統(tǒng)的剛度和安穩(wěn)性。經(jīng)過仔細(xì)分析，綜合考慮各方面的因素，初步確定各液壓缸的基本參數(shù)如下：
表4-2大臂液壓缸參數(shù)
缸內(nèi)徑
壁厚
桿直徑
行程
工作壓力
60
15
38
600
3
臂液壓缸主要承受軸向力，同時(shí)液壓泵也作為臂部機(jī)構(gòu)。
表4-3 小臂液壓缸參數(shù)
缸內(nèi)徑
壁厚
桿直徑
行程
工作壓力
60
15
38
154
2
表4-4 手爪執(zhí)行柱塞缸參數(shù)
缸內(nèi)徑
壁厚
直徑
行程
工作壓力
20
5
20
80
3~6
大臂和小臂液壓泵各選取2個(gè)。
4.1.3計(jì)算和選擇液壓元件
1.對(duì)于液壓泵的選取計(jì)算
（1）計(jì)算液壓泵的實(shí)際工作壓力
液壓泵的實(shí)際工作壓力的計(jì)算公式見（4-6）。
（4-6）
式中——表示的是計(jì)算工作壓力，前以定為；
——表示的是對(duì)于進(jìn)油路采用調(diào)速閥的系統(tǒng)壓力，可估為0.5~1.5，這里取為1。
所以，可以計(jì)算出液壓泵的實(shí)際工作壓力為
（2）計(jì)算液壓泵的流量
液壓泵流量的計(jì)算公式見（4-7）。
（4-7）
式中——表示的是液壓泵的泄露因數(shù)，取1.1；
——表示的是機(jī)械手工作時(shí)的最大流量，其計(jì)算公式見（4-8）。
（4-8）
將數(shù)據(jù)帶入上述公式計(jì)算得： =3.140
將數(shù)據(jù)帶入上述公式計(jì)算得：
（3）計(jì)算液壓泵電機(jī)的功率
電機(jī)功率的計(jì)算公式見（4-9）。
（4-9）
式中——表示的是最大運(yùn)動(dòng)速度下所需的流量，此處取為3.140；
——表示的是液壓泵實(shí)際的工作壓力，此處為5；
——表示的是液壓泵的總效率，此處取為0.8；
將數(shù)據(jù)帶入上述公式計(jì)算得： =。
2.控制元件的選擇
根據(jù)系統(tǒng)中的最高工作壓力和通過該閥的最大流量，從標(biāo)準(zhǔn)元件的產(chǎn)品樣本中選取各控制元件。這部分在考慮具體的作業(yè)時(shí)根據(jù)詳細(xì)的要求再結(jié)合具體情況進(jìn)行詳細(xì)，這里暫從略。
4.2 電機(jī)選型有關(guān)參數(shù)計(jì)算
4.2.1有關(guān)參數(shù)的計(jì)算
1.當(dāng)傳動(dòng)負(fù)載作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)
電機(jī)負(fù)載額定功率的計(jì)算公式見（4-10）。
（4-10）
電機(jī)負(fù)載加速功率的計(jì)算公式見（4-11）。
（4-11）
電機(jī)負(fù)載力矩（折算到電機(jī)軸）的計(jì)算公式見（4-12）。
（4-12）
電機(jī)負(fù)載GD（折算到電機(jī)軸）的計(jì)算公式見（4-13）。
（4-13）
電機(jī)起動(dòng)時(shí)間的計(jì)算公式見（4-14）。
（4-14）
電機(jī)制動(dòng)時(shí)間的計(jì)算公式見（4-15）。
（4-15）
式中——表示的是電機(jī)的額定功率，KW；
——表示的是電機(jī)的加速功率，KW；
——表示的是電機(jī)負(fù)載軸的回轉(zhuǎn)速度，r/min；
——表示的是電機(jī)軸的回轉(zhuǎn)速度，r/min；
——表示的是負(fù)載的速度，m/min；
——表示的是減速機(jī)效率；
——表示的是摩擦系數(shù)；
——表示的是負(fù)載轉(zhuǎn)矩（負(fù)載軸）；
——表示的是電機(jī)啟動(dòng)最大轉(zhuǎn)矩；
——表示的是負(fù)載轉(zhuǎn)矩（折算到電機(jī)軸上）；
——表示的是負(fù)載的；
——表示的是負(fù)載（折算到電機(jī)軸上）；
——表示的是電機(jī)的。
而本設(shè)計(jì)中，腰部的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)的，那么它傳遞運(yùn)動(dòng)形式就屬于第二種。下面進(jìn)行具體的計(jì)算。
因?yàn)檠康幕剞D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)只存在摩擦力矩，除此之外在圓周轉(zhuǎn)動(dòng)方向上不存在其他的轉(zhuǎn)矩，則在回轉(zhuǎn)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩計(jì)算公式見（4-16）。
（4-16）
式中——表示的是滾動(dòng)軸承的摩擦系數(shù)，取0.005；
——表示的是機(jī)械手本身與負(fù)載的重量之和，此處取2000；
——表示的是回轉(zhuǎn)軸上傳動(dòng)大齒輪的分度圓半徑，R=240；
將數(shù)據(jù)帶入上述公式，計(jì)算得：=0.24；
并且，腰部回轉(zhuǎn)速度定為=5r/min；傳動(dòng)比定為1/120；
又因?yàn)? 帶入數(shù)據(jù)計(jì)算得：=20.91334。
將其帶入上述公式，計(jì)算得：
電機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間是： ；
電機(jī)的制動(dòng)時(shí)間是： ;
則電機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩為：。
4.2.2電機(jī)型號(hào)的選擇
1.腰部電機(jī)型號(hào)選擇
根據(jù)以上結(jié)果，綜合考慮各種因素，選擇國(guó)產(chǎn)北京和利時(shí)電機(jī)技術(shù)有限公司（原北京四通電機(jī)公司）的步進(jìn)電機(jī)，具體型號(hào)為：110BYG550B-SAKRMA-0301或110BYG550B-SAKRMT-0301或110BYG550B-BAKRMT-0301,此型號(hào)的步進(jìn)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是震動(dòng)很小、轉(zhuǎn)矩很大以及綜合性能不錯(cuò)。它的相關(guān)參數(shù)和特性曲線如下所示。驅(qū)動(dòng)方式：升頻升壓； 步距角：0.36°；
其中步距角0.36，而腰部齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比為1：120，理論上步進(jìn)電機(jī)通過減速裝置減速后將合適的動(dòng)力傳遞到回轉(zhuǎn)軸，則回轉(zhuǎn)軸的步距角將為電機(jī)實(shí)際步距角的1/1
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