搬運機器人設計說明書

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1、青島科技大學本科畢業(yè)設計（論文） 1 緒論 1.1研究背景與意義 工業(yè)機械手是近代自動控制領域中出現(xiàn)的一項新技術(shù)，并已成為現(xiàn)代機械制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個重要組成部分，這種新技術(shù)發(fā)展很快，逐漸成為一門新興的學科——機械手工程。機械手涉及到力學、機械學、電器液壓技術(shù)、自動控制技術(shù)、傳感器技術(shù)和計算機技術(shù)等科學領域，是一門跨學科綜合技術(shù)。 工業(yè)機械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動生產(chǎn)設備。工業(yè)機械手也是工業(yè)機器人的一個重要分支。他的特點是可以通過編程來完成各種預期的作業(yè)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機器各自的優(yōu)點，尤其體現(xiàn)在人的智能和適應性。機械手作業(yè)的準確性和環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國民經(jīng)濟領

2、域有著廣泛的發(fā)展空間[1-3]。 機械手的發(fā)展是由于它的積極作用正日益為人們所認識：其一、它能部分的代替人工操作；其二、它能按照生產(chǎn)工藝的要求，遵循一定的程序、時間和位置來完成工件的傳送和裝卸；其三、它能操作必要的機具進行焊接和裝配，從而大大的改善了工人的勞動條件，顯著的提高了勞動生產(chǎn)率，加快實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機械化和自動化的步伐。因而，受到很多國家的重視，投入大量的人力物力來研究和應用。尤其是在高溫、高壓、粉塵、噪音以及帶有放射性和污染的場合，應用的更為廣泛。在我國近幾年也有較快的發(fā)展，并且取得一定的效果，受到機械工業(yè)的重視。 圖1-1 生產(chǎn)線上的機械手 Fig.1-1 The mani

3、pulator on the production line 進入21世紀，隨著我國人口老齡化的提前到來，近來在東南沿海還出現(xiàn)大量的缺工現(xiàn)象，迫切要求我們提高勞動生產(chǎn)率，提高我國工業(yè)自動化水平勢在必行。工業(yè)機械手是工業(yè)生產(chǎn)的必然產(chǎn)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(shù)設備，對實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動化，推動工業(yè)生產(chǎn)的進一步發(fā)展起著重要作用，因而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(chǎn)率和自動化水平。工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)的笨重工件的搬運和長期頻繁、單調(diào)的操作，采

4、用機械手是有效的。此外，它能在高溫、低溫、深水、放射性和其他有毒、污染環(huán)境條件下進行操作以保護人身安全，更顯示其優(yōu)越性，有著闊的發(fā)展前途。 1.2工業(yè)機械手的簡史 用于再現(xiàn)人手的功能的技術(shù)裝置稱為機械手。機械手是模仿著人手的部分動作，按給定程序、軌跡和要求實現(xiàn)自動抓取、搬運或操作的自動機械裝置。在工業(yè)生產(chǎn)中應用的機械手被稱為工業(yè)機械手。 工業(yè)機械手是近代自動控制領域中出現(xiàn)的一項新技術(shù)，并已成為現(xiàn)代機械制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個重要組成部分，這種新技術(shù)發(fā)展很快，逐漸成為一門新興的學科——機械手工程。機械手涉及到力學、機械學、電器液壓技術(shù)、自動控制技術(shù)、傳感器技術(shù)和計算機技術(shù)等科學領域，是一門跨學

5、科綜合技術(shù)。 工業(yè)機械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動生產(chǎn)設備。工業(yè)機械手也是工業(yè)機器人的一個重要分支。他的特點是可以通過編程來完成各種預期的作業(yè)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機器各自的優(yōu)點，尤其體現(xiàn)在人的智能和適應性。機械手作業(yè)的準確性和環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國民經(jīng)濟領域有著廣泛的發(fā)展空間。 機械手的發(fā)展是由于它的積極作用正日益為人們所認識：其一、它能部分的代替人工操作；其二、它能按照生產(chǎn)工藝的要求，遵循一定的程序、時間和位置來完成工件的傳送和裝卸；其三、它能操作必要的機具進行焊接和裝配，從而大大的改善了工人的勞動條件，顯著的提高了勞動生產(chǎn)率，加快實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機械化和自動化的步伐。因而，

6、受到很多國家的重視，投入大量的人力物力來研究和應用。尤其是在高溫、高壓、粉塵、噪音以及帶有放射性和污染的場合，應用的更為廣泛。在我國近幾年也有較快的發(fā)展，并且取得一定的效果，受到機械工業(yè)的重視。 現(xiàn)代工業(yè)機械手起源于20世紀50年代初，是基于示教再現(xiàn)和主從控制方式、能適應產(chǎn)品種類變更，具有多自由度動作功能的柔性自動化產(chǎn)品。 機械手首先是從美國開始研制的。1958年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺機械手。他的結(jié)構(gòu)是：機體上安裝回轉(zhuǎn)長臂，端部裝有電磁鐵的工件抓放機構(gòu)，控制系統(tǒng)是示教型的。 1962年，美國機械鑄造公司在上述方案的基礎之上又試制成一臺數(shù)控示教再現(xiàn)型機械手。商名為Unimate(即萬

7、能自動)。運動系統(tǒng)仿造坦克炮塔，臂回轉(zhuǎn)、俯仰，用液壓驅(qū)動；控制系統(tǒng)用磁鼓最存儲裝置。不少球坐標式通用機械手就是在這個基礎上發(fā)展起來的。同年該公司和普魯曼公司合并成立萬能自動公司（Unimaton）,專門生產(chǎn)工業(yè)機械手。 圖1-2 世界上第一臺工業(yè)機械手 Fig.1-2 The worlds first industrial robots 1962年美國機械鑄造公司也試驗成功一種叫Versatran機械手，原意是靈活搬運。該機械手的中央立柱可以回轉(zhuǎn)，臂可以回轉(zhuǎn)、升降、伸縮、采用液壓驅(qū)動，控制系統(tǒng)也是示教再現(xiàn)型。雖然這兩種機械手出現(xiàn)在六十年代初，但都是國外工業(yè)機械手發(fā)展的基礎。 197

8、8年美國Unimate公司和斯坦福大學、麻省理工學院聯(lián)合研制一種Unimate-Vic-arm型工業(yè)機械手，裝有小型電子計算機進行控制，用于裝配作業(yè)，定位誤差可小于1毫米。 美國還十分注意提高機械手的可靠性，改進結(jié)構(gòu)，降低成本。如Unimate公司建立了8年機械手試驗臺，進行各種性能的試驗。準備把故障前平均時間（注：故障前平均時間是指一臺設備可靠性的一種量度。它給出在第一次故障前的平均運行時間），由400小時提高到1500小時，精度可提高到0.1毫米。 圖1-3 六自由度機械手 Fig.1-3 Six degrees of freedom manipulator 德國機器制造業(yè)是從

9、1970年開始應用機械手，主要用于起重運輸、焊接和設備的上下料等作業(yè)。德國KnKa公司還生產(chǎn)一種點焊機械手，采用關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)和程序控制。 瑞士RETAB公司生產(chǎn)一種涂漆機械手，采用示教方法編制程序。 瑞典安莎公司采用機械手清理鑄鋁齒輪箱毛刺等。 日本是工業(yè)機械手發(fā)展最快、應用最多的國家。自1969年從美國引進二種典型機械手后，大力研究機械手的研究。據(jù)報道，1979年從事機械手的研究工作的大專院校、研究單位多達50多個。1976年個大學和國家研究部門用在機械手的研究費用42%。1979年日本機械手的產(chǎn)值達443億日元，產(chǎn)量為14535臺。其中固定程序和可變程序約占一半，達222億日元，是19

10、78年的二倍。具有記憶功能的機械手產(chǎn)值約為67億日元，比1978年增長50%。智能機械手約為17億日元，為1978年的6倍。截止1979年，機械手累計產(chǎn)量達56900臺。在數(shù)量上已占世界首位，約占70%，并以每年50%～60%的速度增長。使用機械手最多的是汽車工業(yè)，其次是電機、電器。預計到1990年將有55萬機器人在工作。 1978年，日本山梨大學牧野洋發(fā)明SCARA，該機器人具有四個軸和四個運動自由度，(包括繞X,Y,Z方向的旋轉(zhuǎn)自由度和沿Z軸的平移自由度)。該系列的操作手在其動作空間的四個方向具有有限剛度，而在剩下的其余兩個方向上具有無限大剛度。 如今SCARA機器人[4]還廣泛應用于

11、塑料工業(yè)、汽車工業(yè)、電子產(chǎn)品工業(yè)、藥品工業(yè)和食品工業(yè)等領域。它的主要職能是搬取零件和裝配工作。它的第一個軸和第二個軸具有轉(zhuǎn)動特性，第三和第四個軸可以根據(jù)工作的需要的不同，制造成相應多種不同的形態(tài)，并且一個具有轉(zhuǎn)動、另一個具有線性移動的特性。由于其具有特定的形狀，決定了其工作范圍類似于一個扇形區(qū)域。 圖1-4 日本的SCARA機器人 Fig.1-4 Japans SCARA robot 第二代機械手正在加緊研制。它設有微型電子計算機控制系統(tǒng)，具有視覺、觸覺能力，甚至聽、想的能力。研究安裝各種傳感器，把感覺到的信息反饋，使機械手具有感覺機能。目前國外已經(jīng)出現(xiàn)了觸覺和視覺機械手。 第三

12、代機械手（機械人）則能獨立地完成工作過程中的任務。它與電子計算機和電視設備保持聯(lián)系。并逐步發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng)FMS(Flexible Manufacturing system)和柔性制造單元(Flexible Manufacturing Cell)中重要一環(huán)。 1.3國內(nèi)外機械手研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 （1）工業(yè)機器人性能不斷提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修），而單機價格不斷下降，平均單機價格從91年的10.3萬美元降至97年的6.5萬美元。 （2）機械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展。例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機、減速機、檢測系統(tǒng)三位一體化；由關(guān)節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造機器人整

13、機；國外已有模塊化裝配機器人產(chǎn)品問市。 （3）工業(yè)機器人控制系統(tǒng)向基于PC機的開放型控制器方向發(fā)展，便于標準化、網(wǎng)絡化；器件集成度提高，控制柜日見小巧，且采用模塊化結(jié)構(gòu)；大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。 （4）機器人中的傳感器作用日益重要，除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器外，裝配、焊接機器人還應用了視覺、力覺等傳感器。 （5）虛擬現(xiàn)實技術(shù)在機器人中的作用已從仿真、預演發(fā)展到用于過程控制，如使遙控機器人操作者產(chǎn)生置身于遠端作業(yè)環(huán)境中的感覺來操縱機器人。 （6）當代遙控機器人系統(tǒng)的發(fā)展特點不是追求全自治系統(tǒng)，而是致力于操作者與機器人的人機交互控制，即遙控加局部自主系統(tǒng)構(gòu)成

14、完整的監(jiān)控遙控操作系統(tǒng)，使智能機器人走出實驗室進入實用化階段。 （7）機器人化機械開始興起。從94年美國開發(fā)出“虛擬軸機床”以來，這種新型裝置已成為國際研究的熱點之一，紛紛探索開拓其實際應用的領域。 1.4我國工業(yè)機器人的發(fā)展 我國工業(yè)機器人起步于20世紀70年代初期，經(jīng)過30多年的發(fā)展，大致經(jīng)歷了3個階段：70年代的萌芽期，80年代的開發(fā)期和90年代的適用化期。 20世紀70年代是世界科技發(fā)展的一個里程碑：人類登上了月球，實現(xiàn)了金星、火星的軟著陸。我國也發(fā)射了人造衛(wèi)星。世界范圍內(nèi)工業(yè)機器人的應用掀起了一個高潮，尤其在日本發(fā)展更為迅猛，它補充了日益短缺的勞動力。在這種背景下，我國于19

15、72年開始研制自己的工業(yè)機器人。 進入20世紀80年代后，隨著改革開放的不斷深入，在高技術(shù)浪潮的沖擊下，我國機器人技術(shù)的開發(fā)與研究得到了政府的重視與支持?！捌呶濉逼陂g，國家投入資金，對工業(yè)機器人及其零部件進行攻關(guān)，完成了示教再現(xiàn)式工業(yè)機器人成套技術(shù)的開發(fā)，研制出了噴涂、電焊、弧焊和搬運機器人。1986年，國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃開始實施，經(jīng)過幾年的研究，取得了一大批科研成果，成功地研制出了一批特種機器人。 從20世紀90年代初期起，我國的國民經(jīng)濟進入實現(xiàn)兩個根本轉(zhuǎn)變時期，掀起了新一輪的經(jīng)濟體制改革和技術(shù)進步熱潮。我國的工業(yè)機器人又在實踐中邁進了一大步，先后研制出了點焊、弧焊、裝配、噴漆、切割

16、、搬運、包裝、碼垛等各種用途的工業(yè)機器人，并實施了一批機器人應用工程，形成了一批機器人產(chǎn)業(yè)化基地，為我國機器人產(chǎn)業(yè)的騰飛奠定了基礎。但是在多傳感器信息融合控制技術(shù)、遙控加局部自主系統(tǒng)遙控機器人、智能裝配機器人、機器人化機械等的開發(fā)用方面則剛剛起步，與國外先進水平差距較大，需要在原有成績的基礎上，有重點地系統(tǒng)攻關(guān)，才能形成系統(tǒng)配套可供實用的技術(shù)和產(chǎn)品，以期在“十五”后期立于世界先進行列之中。 2 物料搬運機械手總體設計 設計一臺工業(yè)機器人是一項復雜而又艱巨的任務，由于本人實踐經(jīng)驗的缺乏和認識上的不足，因此在設計上不可能面面俱到。本次設計僅僅只設計機器人的總體機械結(jié)構(gòu)，而對于控制系統(tǒng)以及細節(jié)

17、部分如機械手設計等等不作詳細的探討。 2.1機械手的功能要求 能夠快速、平穩(wěn)、準確的夾起物料并完成搬運工作時物料搬運機械手的最基本的功能要求，這要求具備一定的精度，具有一定的承載能力，同時還有一定的工作空間。當然靈活的自由度和完成一定動作的平穩(wěn)性也是必不可少的。在對于物料搬運機械手進行設計是，必須要根據(jù)機械手所要進行的動作，選擇合適的機械手的結(jié)構(gòu)，確定工作時序。應明確機械手搬運物料的重量和要滿足的精度。進而確定機械手運動控制的要求，并且還要兼顧通用性和專用性的同時，盡量選用已經(jīng)定型的標準組件，以實現(xiàn)機械手的模塊化[5-7]。 本設計所要設計的機械手主要用生產(chǎn)線上某袋裝化工產(chǎn)品的搬運動作。

18、搬運物料的結(jié)構(gòu)尺寸為，重量為20kg。因此機械手的主要設計參數(shù)如下。 表2-1 機械手主要設計要求 Tab.2-1 The mainly design requirements of Manipulator 項目 參數(shù) 自由度 3 最大回轉(zhuǎn)角度 240度 最小回轉(zhuǎn)角度 90度 最大工作半徑 960mm 最大載荷 30kg 額定載荷 20kg 手爪最大行程 410mm 2.2確定機器人類型 根據(jù)機器人的運動參數(shù)確定其運動形式，然后才能確定其結(jié)構(gòu)。根據(jù)機器人坐標建立的形式可以分為以下幾個類型。 (1)直角坐標型:主體結(jié)構(gòu)的關(guān)節(jié)都是移動關(guān)節(jié)。 特點是：

19、結(jié)構(gòu)簡單，剛度高。關(guān)節(jié)之間運動相互獨立，沒有耦合作用。占地面積大，導軌面防護比較困難。 (2)圓柱坐標型：圓柱坐標式機器人主體結(jié)構(gòu)具有三個自由度：腰轉(zhuǎn)、升降和伸縮。亦即具有一個旋轉(zhuǎn)運動和兩個直線運動。 特點：通用性較強；結(jié)構(gòu)緊湊；機器人腰轉(zhuǎn)時將手臂縮回，減少了轉(zhuǎn)動慣量。受結(jié)構(gòu)限制，手臂不能抵達底部，減少了工作范圍。 (3)球面坐標式（極坐標）： 機器人主體結(jié)構(gòu)具有三個自由度，兩個旋轉(zhuǎn)運動和一個直線運動。特點：工作范圍較大；占地面積??；控制系統(tǒng)復雜 (4)關(guān)節(jié)式機器人：關(guān)節(jié)式機器人的主體結(jié)構(gòu)的三個自由度腰轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)全部是轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)。 特點：動作靈活，工作空間大；關(guān)節(jié)運動部位

20、密封性好；運動學復雜，不便于控制。 綜合比較以上幾種方案的不同優(yōu)缺點及對設計要求的全面認識，本次設計采用圓柱坐標型結(jié)構(gòu)。此結(jié)構(gòu)有以下優(yōu)點：通用性較強；結(jié)構(gòu)緊湊；機器人腰轉(zhuǎn)時將手臂縮回，減少了轉(zhuǎn)動慣量。同時這類機械手也存在一些結(jié)構(gòu)上的缺點，例如手臂不能抵達底部，這樣就減少了工作范圍。 2.3 工業(yè)機器人的組成及各部分關(guān)系 圖2-1 工業(yè)機器人組成圖 Fig.2-1 The composition of industrial robot 2.4機械手總體設計及傳動形式說明 作為機械手的最終的執(zhí)行機構(gòu)，機械機構(gòu)的布局和類型直接影響到機械手的驅(qū)動系統(tǒng)和傳動方式，乃至影響整個機械手的工作

21、性能。針對本論文中提到的物料搬運機械手，機械手在做物料搬運時，手臂具有上升、下降、伸出和收縮的功能。并且機械手的腰部應能夠進行回轉(zhuǎn)。為了滿足功能要求，本論文的物料搬運機械手設計分為三個自由度。并且機械手的運動形式分為方向移動和工作執(zhí)行兩個部分。其中方向移動部分占兩個自由度，包括了伸出和縮回激動機構(gòu)和平面擺動機構(gòu)。由于這兩個自由度之間沒有耦合，所以可以有效的簡化機械手的運算和控制。工作執(zhí)行部分只有一個自由度，包括了上升和下降兩個運動形式。對于具體機械手的結(jié)構(gòu)圖見圖2-2。 圖2-2 機械手的總體圖 Fig.2-2 Overall figure of the manipulator 2.

22、4.1機械手的傳動形式說明 由于本機器人主要實現(xiàn)了三個自由度的運動，所以其傳動形式也相對比較簡單，下面對其傳動形式予以說明。 （1）腰部回轉(zhuǎn)運動。由于本機械手要實現(xiàn)物料的搬運，要具有一定的精度。并且考慮到機械手的通用性，在其他場合下也能很快的進行工作轉(zhuǎn)換，對于腰部的回轉(zhuǎn)運動采用了步進電機提供動力源。因為步進電機的轉(zhuǎn)速相對于我們要求的腰部回轉(zhuǎn)運動的速度較快，而且還應該提供較大的力矩，因此此處應選擇帶有減速器的步進電機，減速器應為行星輪減速器。 （2）手臂部位的伸出和收縮。手臂部位的伸縮運動同樣需要一定的精度，同時為了節(jié)省空間和減輕手臂的重量，此處也是選擇了步進電機來作為動力源，同時運動的傳

23、遞使用了絲杠與絲杠螺母的形式。 （3）手爪的上下運動。手爪的上下運動對于搬運機械手來說要求的精度相對較低，而且此處需要的上下運動的力比較大，大約300N，因此此處我們選擇使用氣缸來實現(xiàn)這個方向的運動。 （4）手爪的夾持運動。一般情況下，我們不會講手爪的夾持運動當做機器人的自由度，但是在這里涉及到運動形式的介紹，因此在此處對于手爪的夾持運動一并進行說明。此處物體的重量比較大，為了提供足夠的加持力，我們選用氣缸來作為手爪的動力源，此處進行了手爪的結(jié)構(gòu)設計。 2.4.2滾珠絲杠 滾珠絲桿是將回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動，或?qū)⒅本€運動轉(zhuǎn)化為回轉(zhuǎn)運動的理想的產(chǎn)品。滾珠絲桿由螺桿、螺母和滾珠組成。它的功

24、能是將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化成直線運動，這是滾珠螺絲的進一步延伸和發(fā)展，這項發(fā)展的重要意義就是將軸承從滾動動作變成滑動動作。由于具有很小的摩擦阻力，滾珠絲杠被廣泛應用于各種工業(yè)設備和精密儀器。 滾珠絲杠軸承為適應各種用途，提供了標準化種類繁多的產(chǎn)品。廣泛應用與機床，滾珠的循環(huán)方式有循環(huán)導管式、循環(huán)器式、端蓋式。 圖2-3 滾珠絲杠圖 Fig.2-3 The ball screw 預壓方式有定位預壓（雙螺母方式、位預壓方式）、定壓預壓。可根據(jù)用途選擇適當類型。絲桿有高精度研磨加工的精密滾珠絲杠（精度分為從CO-C7的6個等級）和經(jīng)高精度冷軋加工成型的冷軋滾珠絲杠軸承（精度分為從C7-C10的3

25、個等級）。另外，為應付用戶急需交貨的情況，還有已對軸端部進行了加工的成品，可自由對軸端部進行追加工的半成品及冷軋滾珠絲杠軸承。作為此軸承的周邊零部件，在使用所必要的絲杠支撐單元、螺母支座、鎖緊螺母等也已被標準化了，可供用戶選擇使用。 滾珠絲杠軸承以多年來所累積制品技術(shù)為基礎，從材料、熱外理、制造、檢查至出貨，都是以嚴謹?shù)钠繁Ｖ贫葋砑右怨芾?，因此具有高信賴性? 2.4.3直線導軌 直線導軌可分為：滾輪直線導軌和滾珠直線導軌兩種，前者速度快精度稍低，后者速度慢精度較高。 直線導軌又稱線軌、滑軌、線性導軌、線性滑軌，用于直線往復運動場合，擁有比直線軸承更高的額定負載， 同時可以承擔一定的扭矩

26、，可在高負載的情況下實現(xiàn)高精度的直線運動. 分為方形滾珠直線導軌，雙軸芯滾輪直線導軌，單軸芯直線導軌。 在大陸稱直線導軌，臺灣一般稱線性導軌，線性滑軌。 直線運動導軌的作用是用來支撐和引導運動部件，按給定的方向做往復直線運動。依摩擦性質(zhì)而定，直線運動導軌可以分為滑動摩擦導軌、滾動摩擦導軌、彈性摩擦導軌、流體摩擦導軌等種類。直線軸承主要用在自動化機械上比較多,像德國進口的機床,折彎機,激光焊接機等等,當然直線軸承和直線軸是配套用的。像直線導軌主要是用在精度要求比較高的機械結(jié)構(gòu)上, 滑塊-使運動由曲線轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€。新的導軌系統(tǒng)使機床可獲得快速進給速度，在主軸轉(zhuǎn)速相同的情況下，快速進給是直線導

27、軌的特點。直線導軌與平面導軌一樣，有兩個基本元件；一個作為導向的為固定元件，另一個是移動元件。由于直線導軌是標準部件，對機床制造廠來說．唯一要做的只是加工一個安裝導軌的平面和調(diào)整導軌的平行度。 圖2-4 直線導軌 Fig.2-4 the linear guide-way 作為導向的導軌為淬硬鋼，經(jīng)精磨后置于安裝平面上。與平面導軌比較，直線導軌橫截面的幾何形狀，比平面導軌復雜，復雜的原因是因為導軌上需要加工出溝槽，以利于滑動元件的移動，溝槽的形狀和數(shù)量，取決于機床要完成的功能。例如：一個既承受直線作用力，又承受顛覆力矩的導軌系統(tǒng)，與僅承受直線作用力的導軌相比．設計上有很大的不同。 2

28、.4.4 步進電機與氣缸 步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進電機件。在非超載的情況下，電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響，當步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進電機按設定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運行的?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的。 圖2-5 步進電機 Fig.2-5 The stepping motor 步進電機的特點： （1）一般步進電機的精度為步進角的3-

29、5%，且不累積。 （2）步進電機外表允許的最高溫度。步進電機溫度過高首先會使電機的磁性材料退磁，從而導致力矩下降乃至于失步，因此電機外表允許的最高溫度應取決于不同電機磁性材料的退磁點；一般來講，磁性材料的退磁點都在攝氏130度以上，有的甚至高達攝氏200度以上，所以步進電機外表溫度在攝氏80-90度完全正常。 （3）步進電機的力矩會隨轉(zhuǎn)速的升高而下降。當步進電機轉(zhuǎn)動時，電機各相繞組的電感將形成一個反向電動勢；頻率越高，反向電動勢越大。在它的作用下，電機隨頻率（或速度）的增大而相電流減小，從而導致力矩下降。 （4）步進電機低速時可以正常運轉(zhuǎn),但若高于一定速度就無法啟動,并伴有嘯叫聲。 步

30、進電動機以其顯著的特點，在數(shù)字化制造時代發(fā)揮著重大的用途。伴隨著不同的數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展以及步進電機本身技術(shù)的提高，步進電機將會在更多的領域得到應用。 氣缸，是引導活塞在其中進行直線往復運動的圓筒形金屬機件。工質(zhì)在發(fā)動機氣缸中通過膨脹將熱能轉(zhuǎn)化為機械能；氣體在壓縮機氣缸中接受活塞壓縮而提高壓力。渦輪機、旋轉(zhuǎn)活塞式發(fā)動機等的殼體通常也稱“氣缸”。氣缸有作往復直線運動的和作往復擺動的兩類。作往復直線運動的氣缸又可分為單作用、雙作用、膜片式和沖擊氣缸4種。 根據(jù)工作所需力的大小來確定活塞桿上的推力和拉力。由此來選擇氣缸時應使氣缸的輸出力稍有余量。若缸徑選小了，輸出力不夠，氣缸不能正常工作；但缸徑過

31、大，不僅使設備笨重、成本高，同時耗氣量增大，造成能源浪費。在夾具設計時，應盡量采用增力機構(gòu)，以減少氣缸的尺寸。 2.4.5行星齒輪減速器 行星齒輪減速機主要傳動結(jié)構(gòu)為：行星輪，太陽輪，內(nèi)齒圈。 行星減速機因為結(jié)構(gòu)原因，單級減速最小為3，最大一般不超過10，常見減速比為：3.4.5.6.8.10，減速機級數(shù)一般不超過3，但有部分大減速比定制減速機有4級減速。相對其他減速機，行星減速機具有高剛性、高精度(單級可做到1分以內(nèi))、高傳動效率(單級在97%-98%)、高的扭矩/體積比、終身免維護等特點。因為這些特點，行星減速機多數(shù)是安裝在步進電機和伺服電機上，用來降低轉(zhuǎn)速，提升扭矩，匹配慣量[8]

32、。 行星減速機額定輸入轉(zhuǎn)速最高可達到18000rpm(與減速機本身大小有關(guān)，減速機外形越大，額定輸入轉(zhuǎn)速越小)以上，工業(yè)級行星減速機輸出扭矩一般不超過2000Nm，特制超大扭矩行星減速機可做到10000Nm以上。工作溫度一般在-25℃到100℃左右，通過改變潤滑脂可改變其工作溫度。 圖2-6 行星齒輪減速器 Fig.2-6 The planetary reducer 2.5本章小結(jié) 本章主要對搬運機械手的主要結(jié)構(gòu)形式和傳動形式進行了介紹和說明，并且對于設計中可能要選擇的一些標準間或者外購件進行了簡要的說明和介紹，主要是為后面的設計提供理論和技術(shù)的上支持，說明了整個設計的可行性。

33、 3 機械手末端執(zhí)行器及第三臂設計 3.1機械手末端執(zhí)行器設計方案 3.1.1末端執(zhí)行器設計要求和設計參數(shù) 設計要求： （1）要有足夠的夾持力和所需的夾持精度； （2）末端執(zhí)行器要連接在手腕上，應盡可能使結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、質(zhì)量輕小，以減輕手臂的負荷。 設計參數(shù)： （1）所需要夾緊的物料尺寸為。放松動作時兩個手爪間的最大距離為320mm~420mm。抓持速度為10m/s，夾持器從運輸車上抓取待加工的坯料送到加工機械上及把加工好的工件送回到運輸車上。 （2）工件重量20kg，簡化為的長方體材料。 （3）夾緊動作平穩(wěn)，起動和終止無剛性沖擊，由運動分析及所需夾持力得到機構(gòu)各部分尺寸。

34、 3.1.2手爪結(jié)構(gòu)的總體設計 末端執(zhí)行器采用兩個氣缸來完成，總體結(jié)構(gòu)如下圖所示。 圖3-1 末端執(zhí)行器 Fig.3-1 The end effector 手爪采用來個氣缸來完成抓取動作，對于手爪采用了可以替換的模塊化設計方式以便于物料的形狀發(fā)生變化時可以更換手爪。 3.1.3對于手爪氣缸的選型計算 用于手爪開合的兩個氣缸對于力的要求不是很高，因此對于此部分我們只做簡要的計算，并進行大體選型。 對于手爪閉合式所需要的力為200N，具體的行程應控制在30~50mm。因為氣缸在市場中有現(xiàn)成的可以選擇，因此我們只需要完成選型工作，購買合適的氣缸即可。 圖3-2 CQ2標準型

35、氣缸 Fig.3-2 CQ2 standard cylinders 本設計中手爪氣缸選用SMC公司CQ2標準型氣缸，該氣缸的具體參數(shù)如下表所示。根據(jù)設計參數(shù)和CQ2薄型氣缸選型手冊選擇氣缸。 表3-1 氣缸的主要選型參數(shù) Tab.3-1 Main parameter selection of air cylinder 項目 參數(shù) 公司 SMC 系列 CQ2系列 型號 CQ2B100-50D 缸徑 100mm 行程 50mm 最高使用壓力 1MPa 根據(jù)氣缸的以上參數(shù)，我們可以計算氣缸的推拉力為: 而對于我們的設計要求最大載荷為200N來說，最大7

36、85N的夾持力足夠使用了。其安全系數(shù)為： 因此設計符合設計要求和安全準則。 3.1.4對于手爪直線導軌的選擇 本處的直線導軌，實際為手爪的主要承重位置，因此在結(jié)構(gòu)上我們采用了雙導軌結(jié)構(gòu)設計，同時導軌采用雙滑塊模式，導軌的材料選用的碳素鋼。本設計中選購了Misumi公司的SEL2B13-310型號的直線導軌，該類型導軌為通用的輕型導軌。 圖3-3 直線導軌的布置 Fig.3-3 Linear guide arrangement 3.1.5手爪及其連接件設計 對于手爪的設計我們只是參考了對于物料搬運的手爪形狀的基本結(jié)構(gòu)，應為為了增強物料搬運機械手的通用性，我們將手爪利

37、用法蘭的形式與導軌連接，下午為手爪的效果圖。 圖3-4 手爪效果圖 Fig.3-4 Gripper rendering 由于整個手爪結(jié)構(gòu)的特殊性，我們特別設計了手爪、導軌以及氣缸這三個零件的連接件，效果圖如圖3-5。 圖3-5 連接件效果圖 Fig.3-5 Fitting effect 3.2機械手第三臂設計 第三臂要承受的負載力額定負載為20kg，最大負載為30kg。同時我們要求在z軸方向上的最大位移為350mm。 最大負載 同樣我們選擇SMC的氣缸，通過查閱SMC氣缸的選型手冊，我們暫選標準型氣缸MB系列，具體的參數(shù)見下表。 表3-2 氣缸的主要選型參數(shù) Ta

38、b.3-2 Main parameter selection of air cylinder 項目 參數(shù) 公司 SMC 系列 MB系列 型號 MDB100-350 缸徑 100mm 行程 350mm 最高使用壓力 1MPa 根據(jù)氣缸的以上參數(shù)，我們可以計算氣缸的推拉力為: 而對于我們的設計要求最大載荷為300N來說，最大785N的夾持力足夠使用了。其安全系數(shù)為： 因此此設計符合設計要求和安全準則。 第三臂的氣缸外形圖如下圖所示。 圖3-6 第三臂氣缸及其底座 Fig.3-6 The third arm cylinder and its ba

39、se 3.3 小結(jié) 本章主要完成了物料搬運機械手的末端執(zhí)行器和第三臂上下移動的設計工作。對于用的氣缸進行了選型，對主要的零件進行了設計。通過校核，所選擇的氣缸和設計均符合設計要求和安全準則。 4 物料搬運機械手小臂設計 4.1機械手小臂的主要機械傳動部件 4.1.1機械傳動部件及其功能要求 機械傳動部件在本產(chǎn)品中主要有絲杠螺母傳動，聯(lián)軸器，導軌等。其主要功能是傳遞轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，機械傳動部件主要是轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速變換器。其目的是使執(zhí)行元件與轉(zhuǎn)速方面得到最佳匹配。機械傳動部件對伺服系統(tǒng)的伺服特性有很大的影響，特別是其傳動類型，傳動方式，傳動剛度以及傳動可靠性對機電一體化系統(tǒng)的精度，穩(wěn)定性和快

40、速響應性有重大影響。因此，應設計和選擇傳動間隙小，精度高，體積小，重量輕，運動平穩(wěn)，傳遞轉(zhuǎn)矩較大的傳動部件[9]。 傳動機構(gòu)主要是對運動的變換，主要是其形式，行程，方向，速度。動力的變換主要是其大小和方向。還要克服慣性力（力矩）及摩擦阻力。 4.1.2滾軸絲杠的選用 本設計使用的滾珠絲杠導程是10mm，絲杠直徑是16mm, 絲杠螺母機構(gòu)有滑動摩擦機構(gòu)和滾動摩擦機構(gòu)之分。滑動絲杠螺母機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、加工方便、制造成本低、具有自鎖功能，但其摩擦阻力矩大、傳動效率低（30%~40%）。滾動絲桿螺母機構(gòu)雖然結(jié)構(gòu)復雜、制造成本高，但其最大優(yōu)點是摩擦阻力矩小、傳動效率高（92%~40%），因此在機電一

41、體化系統(tǒng)中得到廣泛應用。 本設計使用絲桿轉(zhuǎn)動、螺母移動的傳動方式。 絲桿轉(zhuǎn)動、螺母移動，該傳動形式需要限制螺母的轉(zhuǎn)動，故需導向裝置，其特點是結(jié)構(gòu)緊湊、絲桿剛性較好，適用于工作行程較大的場合。 表4-1絲杠螺母基本參數(shù) Tab.4-1 Basic parameters of the lead screw nut 螺帽種類 精度 直徑（mm） 長度（mm） 額定載荷（動） 額定載荷（靜） 單螺帽 C10 16 1172 8.2KN 17.8KN （1）滾珠絲杠的工作原理 滾珠絲杠副是一種新型螺旋傳動機構(gòu)，其具有螺旋槽的絲杠與螺母之間裝有中間傳動原件——滾珠，它由

42、絲杠，螺母，滾珠，反向器組成。絲杠轉(zhuǎn)動時，帶動滾珠沿螺紋軌道滾動，在螺母的螺旋槽兩端設有滾珠回程引導裝置構(gòu)成滾珠的返回通道，從而形成滾珠流動的閉合回路。 （2）滾珠絲杠傳動的優(yōu)點 具有軸向剛度高（通過預緊可消除絲杠與滾珠之間的軸向間隙），運動平穩(wěn)，傳動精度高，不易磨損，使用壽命長。 但不能自鎖，具有傳動的可逆性，在升降傳動時，需要采取制動措施。 4.1.3 導軌的選用 （1）導軌的作用 導軌的作用是使運動部件能沿一定的軌跡運動（導向），并承受運動部件及工件的重量和切削力（承載）。在導軌副中，運動的一方叫運動導軌；不運動的一方叫支撐導軌。運動導軌相對于支撐導軌的運動，通常是直線運動或

43、回轉(zhuǎn)運動。 （2）導軌的設計要求 導向精度高 影響導軌精度的主要原因除制造精度外，還有導軌的結(jié)構(gòu)形式，裝配量。導軌及其支撐部件的剛度和熱變形，對靜壓導軌還有油膜的剛度等。 耐磨性能好 主要是指使用過程中能否保持一定的導向精度，應該力求減少磨損量，并在磨損后能自動補償或便于調(diào)整。因此可選用合適的耐磨涂料，潤滑方法和保護裝置，使導軌具有良好的工作條件，以減少摩擦和磨損。 足夠的剛度 導軌受力變形會影響部件之間的導向精度和相對位置，因此要求導軌有足夠的剛度。 運動輕便和低速平穩(wěn)性 要使導軌的阻力小，運動輕便，低速運行時無爬行現(xiàn)象。 結(jié)構(gòu)工藝性好 要加工和裝配方便，使用時便于調(diào)整

44、和維修，成本低。 （3）本設計的導軌特性 矩形導軌的特點是結(jié)構(gòu)簡單，制造，檢驗和修理方便，導軌面較寬，承載能力大，剛度高，但磨損后不能自動補償，須有調(diào)整間隙的裝置，但一個方向上的調(diào)整不會影響到另一個方向上的位移，因此安裝調(diào)整比較方便，在相同情況下，摩擦阻力與接觸變性都比較小。 圖4-1矩形導軌 Fig.4-1 The rectangular guideway 4.1.4 步進電機的選用 （1）步進電機的原理 步進電機是一種利用電磁感應原理，將電脈沖型號轉(zhuǎn)換成直線或角位移的執(zhí)行元件。每輸入一個脈沖電機轉(zhuǎn)軸步進一個步距角增量。電機總的回轉(zhuǎn)角與輸入脈沖數(shù)成正比例，相應的轉(zhuǎn)速取決于輸

45、入脈沖頻率。 步進電機的運動是由一系列電脈沖控制，脈沖發(fā)生器所產(chǎn)生的電脈沖型號，通過環(huán)行分配器按一定的順序加到電動機的各個繞組上。為了使電動機能夠輸出足夠的功率，通過環(huán)行分配器產(chǎn)生的脈沖信號還需要進行功率放大。環(huán)行分配器，功率放大器以及其它輔助電路統(tǒng)稱為步進電動機的驅(qū)動電源。 （2）步進電機的特點 主要特點是能實現(xiàn)精確定位、精確位移，且無積累誤差。這是因為步進電機運動受輸入脈沖控制，其位移量是斷續(xù)的，總的位移量嚴格等于輸入的指令脈沖數(shù)或其平均轉(zhuǎn)速嚴格正比于數(shù)量輸入指令脈沖的頻率[10]。 步進電機是機電一體化產(chǎn)品中關(guān)鍵部件之一，通常被用作定位控制和定速控制。步進電機慣量低、定位精度高、

46、無累積誤差、控制簡單等特點。 廣泛應用于機電一體化產(chǎn)品中，如：數(shù)控機床、包裝機械、計算機外圍設備、復印機、傳真機等。 （3）步進電機的選用原則 選擇步進電機時，首先要保證步進電機的輸出功率大于負載所需的功率。而在選用功率步進電機時，首先要計算機械系統(tǒng)的負載轉(zhuǎn)矩，電機的矩頻特性能滿足機械負載并有一定的余量保證其運行可靠。在實際工作過程中，各種頻率下的負載力矩必須在矩頻特性曲線的范圍內(nèi)。一般地說最大靜力矩Mjmax大的電機，負載力矩大。 選擇步進電機時，應使步距角和機械系統(tǒng)匹配，這樣可以得到機床所需的脈沖當量。在機械傳動過程中為了使得有更小的脈沖當量，一是可以改變絲桿的導程，二是可以通

47、過步進電機的細分驅(qū)動來完成。但細分只能改變其分辨率，不改變其精度。精度是由電機的固有特性所決定。 選擇功率步進電機時，應當估算機械負載的負載慣量和機床要求的啟動頻率，使之與步進電機的慣性頻率特性相匹配還有一定的余量，使之最高速連續(xù)工作頻率能滿足機床快速移動的需要。 （4）本設計的選用 本設計選用東方電機PK26系列的2相步進電機，2相PK系列為高轉(zhuǎn)矩 低振動型步進電動機。除了每轉(zhuǎn)200分割（1.8?/step）的標準型外，另外還備有每轉(zhuǎn)400分割的高分辨率型以及高轉(zhuǎn)矩、高分辨率的減速機型產(chǎn)品。驅(qū)動本系列時需另購驅(qū)動器。 本系列產(chǎn)品備有高轉(zhuǎn)矩 高效率型、高轉(zhuǎn)矩型、標準型、標準型保護等級

48、IP65規(guī)格、高分辨率型、SH減速機型等產(chǎn)品種類。 本設計用T3060型式的高轉(zhuǎn)矩型60mm的步進電機。 圖4-2 T3060步進電機 Fig.4-2 T3060 stepping motor 表4-2本設計選用電機的基本參數(shù) Tab.4-2 The design chooses the basic parameters of motor 名稱 類型 安裝尺寸 軸型 步距角 最大靜止轉(zhuǎn)矩 額定電流 保持轉(zhuǎn)矩 2相步進電機 高轉(zhuǎn)矩 60mm 單軸 1.8度 1.7 Nm 2A/相 2.2 Nm 4.1.5 聯(lián)軸器的選用 十字滑塊聯(lián)軸器由兩個在端面

49、上開有凹槽的半聯(lián)軸器和一個兩面帶有凸牙的中間盤組成。因凸牙可在凹槽中滑動，故可補償安裝及運轉(zhuǎn)時兩軸間的相對位移。 這種聯(lián)軸器零件的材料可用45鋼，工作表面需要進行熱處理，以提高其硬度；要求較低時也可用Q275鋼，不進行熱處理。為了減少摩擦及磨損，使用時應從中間盤的油孔中注油進行潤滑。 因為半聯(lián)軸器與中間盤組成移動副，不能發(fā)生相對轉(zhuǎn)動，故主動軸與從動軸的角速度應相等。但在兩軸間有相對位移的情況下工作時，中間盤就會產(chǎn)生很大的離心力，從而增大動載荷及磨損。因此選用時應注意其工作轉(zhuǎn)速不得大于規(guī)定值。 本設計參考選用十字滑塊聯(lián)軸器，主要因為它具有以下優(yōu)點： （1）結(jié)構(gòu)簡單的高扭矩剛性、高靈敏度聯(lián)

50、軸器。 （2）主體中間用十字滑塊聯(lián)接，安裝方便，免維護。 （3）零回轉(zhuǎn)間隙。 （4）主體軸套采用鋁合金,體積輕巧。 （5）安裝方便、免維護、可抗油污抗腐蝕和電氣絕緣。 （6）容許大的徑向和軸向，角向偏差。 （7）吸收較的的傳動扭力。 （8）壽命長,性能安全可靠。 （9）制作工藝:精車件,表面處理:本色陽極氧化處理。 4.2手臂部分運動計算 4.2.1速度的計算 （1）電動機轉(zhuǎn)速： 其中為步進電機的步距角（度），為脈沖頻率（脈沖/秒） （2）每轉(zhuǎn)脈沖數(shù) 其中為每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)， 為導程取10mm。 （3）工作臺運動速度 4.2.2手臂的結(jié)構(gòu)形式 圖4-

51、3 手臂傳動結(jié)構(gòu)圖 Fig.4-3 Arm drive structure 圖4-4 手臂底座結(jié)構(gòu)圖 Fig.4-4 The arm base structure 4.3小結(jié) 本章主要針對物料搬運機械手的第二個關(guān)節(jié)，也就是小臂進行了結(jié)構(gòu)設計，對其使用的電機、滾珠絲杠等主要的外購部件進行了選型，并且進行了簡要計算，說明了設計的可行性和合理性。 5底座及第一關(guān)節(jié)設計 5.1總體設計 第一關(guān)節(jié)是整個機械手設計部分承載重量最大的部分，因此這個設計的合理性決定了整個機械手的穩(wěn)定性。圖5-1所示為機械手底座部分的截圖。 圖5-1 底座部分 Fig.5-1 The base p

52、art 5.2交叉滾子軸承 對于本設計中底座處因為小臂為懸臂形式，并且要用電機產(chǎn)生回轉(zhuǎn)運動，因此在此處應使用特殊的軸承，本設計中選用交叉滾子軸承。 它們的滾子在內(nèi)輪與外輪間，間隔交叉地彼此成直角方式排列。它們能同時承受來自各方向荷重 ( 如軸向、推力或動量荷重等 ) 。因滾子與軌道表面成線狀接觸， 圖5-2 交叉滾子軸承 Fig.5-2 The crossed roller bearing 因此，軸承受荷重而彈性變形之可能性很小。此型軸承廣泛運用在如工業(yè)自動機械人、工作機械及醫(yī)療設施等，需要剛性高、緊密及高轉(zhuǎn)速下仍能確保精確之場合下。 在交叉滾子軸承中，因圓柱滾子在呈 90

53、 的 V 形溝槽滾動面上通過間隔保持器被相互垂直地排列，所以 1 個交叉滾子軸承就可承受徑向負荷、軸向負荷及力矩負荷等所有方向的負荷。內(nèi)外圈的尺寸被最小限度地小型化，特別極薄型式是接近于極限的小型尺寸，并且具有高剛性，所以最適合于工業(yè)用機器人的關(guān)節(jié)部或旋轉(zhuǎn)部、機械加工中心的旋轉(zhuǎn)工作臺、機械手旋轉(zhuǎn)部、精密旋轉(zhuǎn)工作臺、醫(yī)療機器、計量器、 IC 制造裝置等的用途。 交叉滾子軸承，因被分割的內(nèi)環(huán)或外環(huán)，在裝入滾柱和間隔保持器后，與交叉滾柱軸環(huán)固定在一起，以防止互相分離，故安裝交叉滾柱軸環(huán)時操作簡單。由于滾柱為交叉排列，因此只用1套交叉滾柱軸環(huán)就可承受各個方向的負荷，與傳統(tǒng)型號相比，剛性提高3~4倍。

54、同時，因交叉滾子軸承內(nèi)圈或外圈是兩分割的構(gòu)造，軸承間隙可調(diào)整，即使被施加預載，也能獲得高精度地旋轉(zhuǎn)運動。 （1）具有出色的旋轉(zhuǎn)精度 交叉滾子軸承內(nèi)部結(jié)構(gòu)采用滾子呈90相互垂直交叉排列， 滾子之間裝有間隔保持器或者隔離塊，可以防止?jié)L子的傾斜所滾子之間相互磨察，有效防止了旋轉(zhuǎn)扭矩的增加。另外，不會發(fā)生滾子的一方接觸現(xiàn)象或者鎖死現(xiàn)象；同時因為內(nèi)外環(huán)是分割的結(jié)構(gòu)，間隙可以調(diào)整，即使被世家預壓，也能獲得高精度的旋轉(zhuǎn)運動。 （2）操作安裝簡化 被分割成2部分的外環(huán)或者內(nèi)環(huán)，在裝入滾子和保持器后，被固定在一起，所以安裝時操作非常簡單。 （3）承受較大的軸向和徑向負荷 因為滾子在呈90的V型溝槽

55、滾動面上通過間隔保持器被相互垂直排列，這種設計使交叉滾子軸承就可以承受較大的徑向負荷、軸向負荷及力矩負荷等所有方向的負荷。 （4）大幅節(jié)省安裝空間 交叉滾子軸承的內(nèi)外環(huán)尺寸被最小限度的小型化，特別是超薄結(jié)構(gòu)是接近極限的小型尺寸，并且具有高剛性，所以最適合于工業(yè)機器人的關(guān)節(jié)部位或者旋轉(zhuǎn)部位、機械加工中心的旋轉(zhuǎn)工作臺、機械手旋轉(zhuǎn)部、精密旋轉(zhuǎn)工作臺、醫(yī)療儀器、計量器具、IC制造裝置等廣泛用途。 5.3減速步進電機 本設計中選用減速步進電機，主要原因是步進電機控制容易，而且減速步進電機可以減少設計的工作量，下圖為減速步進電機的模型圖。 圖5-3減速步進電機 Fig.5-3 Decele

56、ration stepper motor 本設計中選用的減速步進電機是東方馬達的PN減速步進電機，其最大轉(zhuǎn)矩為60NM，本設計中所選擇的減速步進電機的具體參數(shù)見下表。 表5-1 減速步進電機參數(shù) Tab.5-1 Slow step motor parameters 型號 保持轉(zhuǎn)矩 減速比 分辨率 容許轉(zhuǎn)矩 最大轉(zhuǎn)矩 容許速度 ARL98-N36 37Nm 50 0.0072度 37Nm 60Nm 0-60r /min 5.4小結(jié) 本章主要物料搬運機械手的底座及第一關(guān)節(jié)部分進行了設計和說明。對于底座傳動形式進行了設計，對要進行外購的減速步進電機進行了選型。初

57、步說明了設計的合理性和結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新性。 6總結(jié) 本設計是物料搬運機械手的設計，通過半年時間的努力，設計終于完成。這次設計給了我們一個很好的機會，使我們了解了設計工作的基本流程和設計的方法以及理念。 在此次的畢業(yè)設計中，我遇到了許多以前從未遇到過的問題，但通過指導教師的指導和我的努力，這些問題都得到了較好的解決。 雖然我設計的只是個簡單的搬運機械手，但需要完成伸縮、回轉(zhuǎn)、擺動等功能，對應分別要對這些機構(gòu)進行設計和計算，以及對油路及其部件的選擇。通過這些機設計，使理論知識與實際相結(jié)合，鞏固和深化了所學過的專業(yè)理論知識。在設計的過程中我不斷探索、不斷學習和修改。自學了許多相關(guān)學科的內(nèi)容，求教了多位專業(yè)老師，上網(wǎng)和在圖書館查閱大量相關(guān)資料。 課題已經(jīng)接近尾聲，一切似乎已將要結(jié)束，而我卻感覺這一切似乎才剛剛開始。通過這次畢業(yè)設計，對知識結(jié)構(gòu)、設計方法、設計思維我有了一個重新的認識。在本次設計中，前前后后遇到了不少困難，例如對絲杠軸傳動、Z軸傳動的自行設計，絲杠軸的如何擺放等等問題。由于實踐經(jīng)驗的不足，盡管最后的方案不是太完美，但是我們都慶幸從中所獲甚豐。 由于時間問題，對于本次機械手的設計還存在許多問題，許多地方都還有待改進和提高，希望各位專家評審多多指教。 31