普通机床物料搬运机械手设计

CAD图纸和说明书,咨询Q 197216396 或 11970985普通机床物料搬运机械手设计 设计 题目名称：普通机床物料搬运机械手设计 所在学院：专业（班级）：学生姓名：指导教师：评阅人：院 长 ：摘 要随着工业产业水平的发展的自动化，机器人的使用率越来越大，机械手也得到了工业生产的大量普及，它们被运用到了电子设备产业、汽车产业、食品产业、机械的加工与成型产业、医药产业等的流水线上, 它们不仅能够提高运输被运物的效率而且还可以节约地球上珍贵的能源，减低认为操作带来的失误和成本，使现代经济的发展需求得到满足。通过老师的悉心教导和自己查阅文献，在本文中对物料搬运机械手进行了总体机构的设计，设计出了直角坐标形式的搬运机械手。使机械手的能够完成机身的旋转，机械手臂的伸缩和升降；根据机械手的技术参数设计了机械手的手部夹持机构，并完成了二维图纸的工作量，并且对机械手的电动机和减速器的型号进行了选择；对机械传动系统、驱动系统的进行了设计，其中驱动系统包括液压系统和电机系统，电机系统选用了两个电机，在底座上的电机为机身的旋转提供动力，另一个电机为手臂的升降提供动力；并完成了整体的液压系统的设计计算，绘制了机械液压系统工作原理图。关键词： 机械手； 液压伺服定位； 驱动系统； 数控机床ABSTRACTWith the development of automation in the industrial industry, the utilization rate of robots is getting larger and larger, and robots are also widely used in industrial production. they have been applied to the assembly lines of electronic equipment industry, automobile industry, food industry, machining and forming industry of machinery, pharmaceutical industry and so on. they can not only improve the efficiency of transporting transported goods, but also save precious energy on earth, reduce errors and costs caused by operation, and meet the development requirements of modern economy. Through the teachers careful teaching and consulting the literature, this paper designs the overall mechanism of the material handling robot, and designs the handling robot in the form of right-angle coordinates. The manipulator can complete the rotation of the machine body, the extension and lifting of the manipulator; According to the technical parameters of the manipulator, the hand clamping mechanism of the manipulator is designed, and the workload of two-dimensional drawings is completed, and the models of the manipulators motor and reducer are selected. The mechanical transmission system and drive system are designed, wherein the drive system comprises a hydraulic system and a motor system, and the motor system selects two motors, the motor on the base provides power for the rotation of the machine body, and the other motor provides power for the lifting of the arm. And completed the design and calculation of the overall hydraulic system, and drew the working principle diagram of the mechanical hydraulic system.Key words: Manipulator；Hydraulic servo control；Drive system；Numerical control machine toolsII目 录1 .绪论11.1本课题的目的和意义11.2 机械手国内外研究进展及发展趋势11.3 设计要求22. 机械手总体方案设计32.1机械手总体结构的类型32.2机械手基本技术参数的确定32.3设计方案42.4驱动方式的选择52.5 机械手总装图53. 机械手各部件设计计算73.1 机械手手部结构的设计计算73.2 腕部设计计算93.3臂伸缩机构设计103.4机身和底座的设计124. 机械手液压原理图设计164.1手部抓取液压回路164.2腕部转动液压回路164.3小臂伸缩液压回路164.4总体系统图175. 电机和减速器的选择195.1电机的选择195.2减速器的选择205.3螺柱的设计与校核206. 机械手的定位缓冲装置226.1常用的定位方式226.2影响平稳性和定位精度的因素226.3机械手运动的缓冲装置237. 总结与展望24参考文献25附录1：译文26附录2：英文原文301. 绪论1.1本课题的目的和意义机械手设计是完成技术基础课和相关专业课后的专业课程的综合应用，通过设计，我们增强了分析和整合机构的能力，以及制定设计能力和机电一体化系统设计能力，初步掌握了实际生产过程自动化的设计方法。 （1）通过设计，为了在实践中应用课程中学到的理论知识（机械原理、机械设计、自动控制基础知识、机电一体化系统设计等），对这些知识进行了巩固，并且把理论与实践的结合。因此，机械手设计是一门综合性的专业设计，它涉及到基础课程和专业课程。（2）机械手设计是我们的机械设计和制造及其自动化专业的学生设计的完整的机电一体化整机设计。通过培养自主完成整机设计的能力，掌握机电一体化机械产品设计的基础方法和步骤，为我的未来的工作奠定良好的基础。目的：未来，人类将在某些严苛的场合进行生产，或者用于精简操作，操纵者会回报工作以挽救人的力量。意义：由于机械手在生活中的广泛使用，人类的生产率得到了极大的提高，我们的工作环境也得到了改善，让人类的生活变得越来越智能化。1.2 机械手国内外研究进展及发展趋势1.2.1 机械手的国内进展目前在一些机种方面，例如：弧焊机械人、搬运机械人、装配机械人、点焊机械人、喷涂机械人、特种机械人等基本掌握了机械手的设计制造技术，解决了控制驱动系统的设计和配置，软件和关键技术的编写，也掌握了全套弧焊自动化、自动化喷漆线及其周边配套设备的协调控制技术和自动通信；在基础部件方面，机械人焊接电源、谐波减速器、自动焊缝跟踪装置也取得了突破。从技术方面来看，中国已经为中国机械手技术的自主开发奠定了基础。1.2.2 机械手的国外进展近年来，国外工业机械手领域出现了一些发展趋势。虽然机械手的性能得到了大幅度的提高，但是它们的价格却在持续的下降；机械结构可重构和模块化；控制系统朝向开放的基于PLC的控制器发展；传感器作用日益重要；虚拟现实技术在机械手中的作用已从排练和仿真演变成了过程控制。1.2.3 机械手的发展趋势目前，各种机械手和机器人的研制已经成为各个国家的研究热点：1机械手的结构会向着模块化前进。例如：关节模块中伺服电机、减速器、检测系统三位一体化；机械手的机器会从关节模块和链接模块以重新组织的方式来构造。2工业机器人将向由PC机控制系统开放型方向进取。设备的集成度提高，控制柜的体积慢慢变小，拥有模块化结构；系统的可靠性会随之提高、易于操性和有可维修性。3机器人将采用传感器。装配和焊接机器人也采用传感器，例如：视觉和力传感器，而遥控机器人利用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器融合技术进行决策控制；智能化机器人将采用多传感器融合配置的关键技术。4机械手将开发柔性仿形涂绘机器人，开发柔性仿形复合机构，将对仿形伺服轴轨迹的规划进行研究。 5工业机器人产品将进行离线教学编程和系统动态仿真。综上所述，大体是两个方向：其一是机器人的模块化化，多传感器、多控制器，先进的控制算法和复杂的机电控制系统的智能化；其次是生产和加工相联系，以满足相对具体的任务；在满足工作要求的基础上，追求系统的经济性，简洁性，可靠性，大量采用工业控制器市场化、模块化的元件。1.3 设计要求1根据设计要求及原始数据，进行机械手抓取机构及底座、机身的设计，选择驱动方式；2根据机械手的动作，进行液压系统原理设计；3描述出机械手常用的缓冲定位装置。2. 机械手总体方案设计2.1机械手总体结构的类型工业机器人有直角坐标型机器人结构，球坐标型机器人结构，关节型机器人结构和圆柱坐标型机器人结构这四大类。1直角坐标型式机器人结构 直角坐标机器人还有一个名字叫笛卡尔坐标机器人，直角坐标机器人的空间运动是用三个相互垂直的直线运动来实现的。由于直线运动易于实现全闭环的位置控制，所以，直角坐标机器人有可能达到很高的位置精度（m级）。但是，这种直角坐标机器人的运动空间相对机器人的结构尺寸来讲，是比较小的。因此，为了实现一定的运动空间，直角坐标机器人的结构尺寸要比其他类型的机器人的结构尺寸大得多。直角坐标机器人的工作空间为一空间长方体。直角坐标机器人主要用于装配作业及搬运作业，直角坐标机器人有悬臂式，龙门式，天车式三种结构。2圆柱坐标型式机器人结构圆柱坐标型式机器人的空间运动是用一个回转运动及两个直线运动来实现的。这种机器人构造比较简单，精度还可以，常用于搬运作业。其工作空间是一个圆柱状的空间。3球坐标型式机器人结构球坐标型式机器人的空间运动是由两个回转运动和一个直线运动来实现的。这种机器人结构简单、成本较低，但精度不很高。主要应用于搬运作业。其工作空间是一个类球形的空间。4关节型式机器人结构多关节型机器人的空间运动是由三个回转运动实现的。关节型机器人动作灵活，结构紧凑，占地面积小。相对机器人本体尺寸，其工作空间比较大。此种机器人在工业中应用十分广泛，如焊接、喷漆、搬运、装配等作业，都广泛采用这种类型的机器人。关节型机器人结构，有水平关节型和垂直关节型两种。2.2机械手基本技术参数的确定搬运机械手的基础技术参数是机械手的机能以及规格的数值： 1臂力本次设计的机械手所需要的臂力为30kg。2机器人的结构的形式和自由度的数目本次设计的机械手所采用的坐标的形式为圆柱坐标的形式，其中它还包含了四个自由度，他们包含着：手腕回转运动、手臂的伸缩运动、手臂的升降运动以及机身带动手臂的旋转运动。3机械手的手指的夹持范围本次设计的机械手夹持的圆柱形棒料工件，夹持范围为60100mm。4控制方式由PLC控制。5定位精度本次设计所设计的机械手定位精度是1 mm。6机械手行程范围和工作速度如表2-1表2-1 机械手的行程范围和工作速度机构的名称行程的范围工作的速度手部夹紧25mm50mm/s腕部回转9090/s臂部伸缩500mm200mm臂部升降500mm100mm/s机身旋转18060/s2.3设计方案机械手设计方案采用圆柱坐标机器人；结构主要由执行机构、驱动机构和控制机构三部分组成。执行机构是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。驱动机构，驱动手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。图2-1 机械手工作原理图在本次设计中，被运输物体的重量有30KG，而且有50mm长，考虑到数控机床布局的具体形式及对机械手的具体要求，在符合系统工艺要求的前提下，尽量简化结构以减低成本并提高产品的可靠性。机械手工作原理如图2-1所示。2.4驱动方式的选择1.液压驱动机械手的手部的开闭、手腕的回转运动及手臂的伸缩动作都采用了液压驱动。2.电机驱动在机器手驱动系统中，常用的电机类型包括步进电机、直流伺服电机及交流伺服电机。步进电机可直接将电脉冲信号转换成转角，每输入一个电脉冲，步进电机就回转一定的角度，其回转角度大小与脉冲数成正比，旋转方向取决于输入脉冲的顺序。步进电机可在很宽的范围内通过改变脉冲的频率来进行调速，从而实现快速起动、反转和制动，有较强的阻碍偏离稳定的能力。在机器人无位置反馈的位置控制系统中得到了广泛的应用。 直流伺服电机在机器人中应用也很广泛，它常用于直接带动滚珠丝杠驱动关节手臂运动。直流伺服电机的工作原理和基本结构与一般动力用直流电机相同。按激磁方式直流伺服电机可分为永磁式、他激式、串激式和并激式等。在机械手驱动系统中多采用永磁式直流伺服电机。交流伺服电机在机器人中的应用情况与直流伺服电机相同，但交流伺服电机与直流伺服电机相比，其无电刷、功率大、过载能力强、环境适应性好，因而交流伺服电机是今后机械手用电机的发展方向。 机械手的手臂的升降运动还有机身的旋转运动均是选用了这种方式。2.5 机械手总装图图2-2机械手装配图3. 机械手各部件设计计算3.1机械手手部结构的设计计算F +图3-1 滑槽杠杆式手部构造、受力剖析1手指2销轴3杠杆1.如图3-1所示由FX=0 得 (3-1)由FY=0 得 (3-2)由MO1F=0 得 (3-3) h=a/cos (3-4) F=2bacos2Fn (3-5)式中：手指的回转支点到对称中心线点的距离，取a=50mm； b夹紧力作用点与回转支点间的距离，取b=50mm；夹紧工件时，两回转支点与手指的滑槽方向的夹角，取=30。Fn为手指握力，查握力计算公式得Fn=0.5G。所以计算得Fn=0.5G=0.5mg=0.5300.98=147N所以由手部的驱动力计算公式(3-5)经过计算得：F=220.5N F实际=Fk1k2/ (3-6)算式中的F是理想驱动力； k1=1.5；安全系数； k2=1+ag；工作情况系数；取k2=1.2； 工作效率取=0.9所以 F实际=441N (3-7)2.如图所示： 图3-2取油缸内径d=50mm，手部夹紧速度v=50mm/s；供油压力: P=F实际S=F实际4d2 (3-8)经计算得： P=4414502=0.22MPa (3-9)3.活塞杆工作运动长度L,即L=（D/2）tg （3-10）式中D=50mm，=30得出L=23.1mm L=25mm（圆整）4.计算两个爪子的L、：取 L/RCP=3 （3-11）式中： Rcp=P/4=200/4=50 （3-12）由公式（3-11）（3-12）得：L=3RCP=150两爪的夹角2=120， 查表得知：=2239（按最佳偏向角计算）5. 手部右腔流量Q=Sv=4d2v=450250=98.2ml/s （3-13）6.验算定位误差由题可知 R最大加持半径=50mm R最小夹持半径=30mmRcp=（R1+R2）/2 （3-14） Rcp=40mm查表得知定位误差为1.2mm，m=2，LAB=mRcp=402=80mm （3-15）查表得最佳的偏转角是c=5444所以定位误差为：=lAB 2+(R1sin)2-lABR1sincosC-lABsinc=1.01mm (3-16)3.2 腕部设计计算腕部是连接手和手臂的部件。 要求：90的回转区间以及转动时速度=45/s用最大负荷计算：要使摆动缸的工件的扭矩达到最大值，必须要平放工件。工件总重10kg，长度l=650mm。如图3-3所示。3.2.1计算扭矩M1设重力集齐在离手指中央200mm处，即扭矩M1为：M1=FS （3-17） M1=mg0.2=19.6（NM） m=10kg F S F 图3-33.2.2油缸（伸缩）及其配件的估算扭矩M2F=5kg S=10cm代入公式2.9得M2=FS=59.80.1 =2.6（NM） 3.2.3摆动缸的摩擦力矩M摩M摩=SF摩=0.0250=0.1MNm3.2.4摆动缸的总摩擦力矩MM=0.19+2.6+0.1=2.89Nm （3-18） 3.2.5油缸压力P由公式T=Pb（A1-mm）106/8 （3-19）其中： b叶片密度，这里取b=2cm； P油压；T驱动力矩；C摆动缸内径, 这里取A1=9.5cm；B转轴直径, 这里取mm=3cm。所以代入（3-19）公式P=8T/b（C-B）106 (3-20)=82.89/0.02（0.95-0.03）106=0.128Mpa3.2.6 计算流量Q=8QbC-B （3-21）Q=0.125bC-B=4,b=0.02，得出Q=31.9ml/s3.3臂伸缩机构设计手臂的出现让机械手活动起来更为灵活，所以操作时它是最重要的部件。它可以支持住手腕和手的重量，并使它们在空间中来去自由的活动。手部的位置精度越高，则机械手的精度越高。手臂伸缩的速度为200m/s行程L=500mm1. 流经手臂的流量Q=sv （3-25） =200402 1050ml2.手臂右腔工作压力，公式得： P=F/S （3-24）式中：F为液压缸活塞驱动力，F摩=G2L+aa=1890N。 （3-25）其中为当量摩擦系数，去=0.42；G运动部件所承重，取500N；L为手臂重心到端点的距离，为180mm F惯=Ggt=102N （3-26）为速度变化量，为0.2m/s；t是启动的过程所用的时间，取0.010.5s,本次取0.1s；F密=0.03FF=F摩+F惯+F回+F密=2053.6N （3-27） 所以代入公式（3-24）得： P=F/S=2053.6/40=0.41MPa3.由初步计算选液压泵所需液压最高压力 P=0.41MPa所需液压最大流量 Q=1005ml/s选择CB-D型液压泵（齿轮泵）他的参数如表3-1所示，此泵工作压力P为10MPa，转速n为1800r/min，可以满足需要。型号排量ml/r压力MPa压力MPa转速r/min转速r/min容积效率%CB-D32-7010（min）14（max）1800240090表3-1 CB-D型液压泵参数4.选取电机根据CB-D液压泵的Pmax确定电机功率：Pmax=14702400600.9=43.6KW所以这个机械手选择Y200M-2型电机（JB/T 9616-1999），他的额定的功率是45KW。转速为2970r/min。5.验算腕部摆动缸：T=PDm（A1-mm）1060.125 （3-28）=8v/b（A1-mm） （3-29）式中：m为机械效率，取值在0.85到0.90之间v为容积效率，取值在0.70到0.95之间所以代入公式（3-28）得：T=0.890.03（0.12-0.032）0.85106/8 （3-30） =25.8（NM）MM=30.5（NM）因此，取手部抓取缸的工作压力 P=0.25MPa 流量 Q=100ml/s圆整多个缸的数值：腕部旋转缸的工作压力P1=0.15MPa 流量 Q1=35ml/s小臂伸缩缸的工作压力P1=0.45MPa 流量Q1=1000ml/s最后结果如表3-2名称行程范围工作压力工作速度流量手爪的握紧25mm0.25MPa50mm/s100ml/s手腕的回转900.15MPa90/s35ml/s手臂的伸缩500mm0.45MPa200mm/s1000ml/s表3-2 最终结果3.4机身和底座的设计3.4.1 机身的螺杆的设计和计算1.确定牙型、材料和许用应力：此螺杆应用梯形螺纹的45钢的铸铁，单线为1=n；查【机械设计手册】表7.2-6得知，许用比压Pp=1118N/mm2，vs3m/s；螺杆的许用应力为：屈服应力为s=340N/mm2p=s35=68113.4N/mm2 ； 取p=90N/mm2。 （3-31）bp=11.2p=901088N/mm2； 取bp=99N/mm2。 （3-32）p=0.6p=54N/mm2 （3-33）螺母的许用应力为：bp=50N/mm2 ； p=0.6p=35N/mm2。2耐磨性的设计计算本设计的螺母为整体式的螺母，故取=1.8，F=2500N。螺杆中径： d20.8F/(Pp）=9mm (3-34)螺柱的螺纹数据：大径d=36mm，螺距P=6mm，中径d2=33mm，小径d1=29mm，牙顶隙ac=0.5mm。螺母高度H： H=d2=59.4mm; 取H=60mm (3-35)螺纹的旋合圈数和工作高度计算：z=HP=10 （3-36）h=0.5P=3mm （3-37）导程角的验算：=arctanP/d2=3.3123 (3-38)牙面滑动速度：vs=d2vxPcos=1.73m/s3m/s; vx=0.1m/s (3-39)故最开始取的Pp的值符合规格。自锁的验算：查机械手册得知=0.5；牙型角=30。当量摩擦角：PV=arctan/cos2=8.827 （3-40）因为PV所以符合自锁需求。3.螺杆强度的计算摩擦转矩：T1=12d2Ftan+Pv=8872.8Nmm （3-41）ca=4F/d12+3T1/0.2d132=4.925Nmm2p满足要求。螺牙的强度计算：压根宽：b=0.65P=3.9mm=Fdbz=0.567Nmm2p=35Nmm2 （3-42）b=3Fhdb2z=1.308Nmm2bp=50Nmm2 （3-43）所以在牙根处的剪切强度及其弯曲强度均满足要求。3.4.2齿轮设计计算1.材料选择小齿轮选择40cr（调质）材料，241286HBS（固有硬度区间）；大齿轮选择45钢（正火）材料，162217HBS（固有硬度区间）。2.模数的确定根据本设计需要，初步选定齿数为z1=20，z2=60。令：Flim1=290MPa，Flim2=200MPa，SFlim=1.4，YST=2查找机械设计图5.19，得：YN11.0=YN2。查找机械设计图5.32，得：YX1=1.0=YX2。经计算得：F1=Flim1YSTYN1YX1SFlim=414.2857MPa (3-44)F2=Flim2YSTYN2YX2SFlim=284.7143MPa (3-45)查机械手册图5.14，得：YFa1=2.66，YFa2=2.16。查机械手册图5.15，得：YSa1=1.55，YSa2=1.84。经计算得：YFa1YSa1F1=0.010;YFa2YSa2F2=0.014。 （3-46）故 YFa2YSa2F2=YFaYSaF 。 （3-47）取KtYt=1.4;a=0.2。m34KTYFaYSaYau+Iz12F=3.66 (3-48)(3-48)中的T=200Nm。取m=4代入（3-48）得：KY=1.531.4。所以a=mz1u+I2=160mm （3-49）3.强度校核电动机的圆周速度为：v=d1n160000=0.04m/s （3-50）以八级精度来定义的话：vz1100=0.008m/s （3-51）查机械手册图5.3、图5.4图5.7得KA=1.10;KV=1.00；bd1=0.3。经计算得齿宽为：b=aa=24mm取k=1.03；k=1.1经计算得载荷系数为:k=kAkVkk=1.25 (3-52)齿轮的分度圆直径的计算：d1=mz1=80mm；d2=mz2=240mm （3-53）齿轮的基圆直径的计算：db1=d1cos=75.175mm, db2=d2cos=225.526mm (3-54)齿轮的齿顶圆直径的计算：da1=88mm;da2=248mm (3-55)齿轮的齿顶压力角为:a1=arccosdb1/da1=31.3218 a2=arccosdb2/da2=24.5803 (3-56)=12Z1tana1-tan+Z2tana2-tan=1.6708 (3-57)所以取：Y=0.25+0.75a=0.699 （3-58）所以：F1=2KTYFa1YSa1Ybd1m=187.63MPa0.7F1=290MPa (3-59)F2=2KTYFa2YSa2Ybd2m=120.58MPa0.7F1=200MPa (3-60)满足强度要求。4.齿轮的齿数z1=20,z2=60,m=4mm,=20,u=3,d1=80,d2=240,da1=88mm,da2=248mm,df1=70mm,df2=230mm,a1=31.3218,a2=24.5803,v=0.04m/s,b=24mm。4. 机械手液压原理图设计4.1手部抓取液压回路图 4-1手部抓取缸液压原理图1、手部抓取缸液压原理图如图4-1所示2、泵的提供压力P取10MPa，流量Q取最大流量即Q=1300ml/s。因此，采用图4-1中所示的调速阀来调节速度，选择合适流量值为100L/min，工作压力P=0.25MPa。采用： YF-B10B 溢流阀 2FRM5-20/102 调速阀 23E1-10B 二位三通阀4.2腕部转动液压回路 图4-2腕部转动液压回路1、腕部摆动油缸液压原理图如图4-2所示2、工作压力 P=0.15MPa流量 Q=35ml/s采用：2FRM5-20/102 调速阀34E1-10B 换向阀（O型保压）YF-B10B 溢流阀4.3小臂伸缩液压回路 图4-3小臂伸缩缸液压回路1、小臂伸缩油缸液压原理图如图4-3所示2、工作压力 P=0.45MPa流量 Q=1000ml/s采用： YF-B10B 溢流阀2FRM5-20/102 调速阀23E1-10B 二位三通阀4.4总体系统图 图 4-4液压总体系统图1.总体系统图如图4-4所示2.工作过程 手臂伸长手爪夹紧腕部回转手臂缩回手爪松开卸荷3.动作顺序表表4-1动作顺序表 元件动作1DT2DT3DT4DT5DT手臂伸长+-手爪夹紧+-腕部回转+-手臂缩回-+-手爪松开-卸荷-5. 电机和减速器的选择5.1电机的选择本次设计选择用到两个电机，一个带动臂部的升降运动，第二个带动机身的旋转运动。驱使臂部升降运动的电机安装在肋板上，驱使机身旋转的电机安装在底部，并且和减速器连接。1、 带动臂部升降的电机：小臂的起落速度为v=100mm/s，驱动力F=2500N.P=Fv1000=0.25KW (5-1)螺杆转速： n=60vd=53.1r/min （5-2）其中d螺杆大径，d=36mm；所以选择Y100L-6（JB/T 9616-1999）型电动机. Y100L-6型电动机参数如表5-1所示：表5-1 Y100L-6电动机型号额定功率KW满载时转速r/min电流A效率%功率因素Y100L-61.5940477.50.74电机输出轴 D=28mm。联轴器选择：圆柱型套筒式联轴器2845GB/T 117-20002、带动机身回转的电机： 初选转速 =60/s n=1/6rad/s=10r/min由于齿轮减速比 i=3减速器减速比 i=30所以n=10330=900r/min选择Y90L-6型笼型异步电动机电动机的属性是采用B级绝缘，外壳防护等级为IP44，制冷模为I014即全封闭自扇冷却，U额=380V，P额=50HZ。Y90S-6电动机各种数据如图5-2所示：型号额定功率KW满载时转速r/min电流A效率%功率因素Y90L-63.29103.273.50.72表5-2 Y90L-6电动机技术数据电机尺寸D=28mm；减速器输入轴尺寸d=30mm；所以选择KL5联轴器J128443062JBZQ4387-1986.5.2减速器的选择减速器的原动机和减速机之间的单独装置，用来降低速度和增添扭矩以满足需求。选择WP0120型（外购）圆柱蜗杆减速器。5.3螺柱的设计与校核螺杆是主承机器人的，并给手臂上下运动传递动力。螺杆的材料选择：符合经济角度要求的材料为铸铁。螺距 P=6mm 梯形螺纹螺纹的操作高度 h=0.5P （5-3）=3mm螺纹的牙底宽度 b=0.65P=0.656=3.9mm （5-4）螺杆强度 = s/35 （5-5）=150/35=3050MPa螺纹牙剪切 =40弯曲 b=45551、当量应力=4Fd122+3T0.2d132 (5-6)式中 T传递转矩Nmm螺杆材料的许用应力 所以代入公式（5.5）得：=42009.8d122+32009.80.6/0.2d132=2495/d122+361.2/d1323050106=2495/d122+361.2/d13290025001012 =6225025/d14+11236/d1690025001012 6225025d12+11236900d161012 62250250.0292+112369000.02961012得 16471pa535340pa合格2、剪切强度Z=H/P=160/6 （旋合匝数） （5-7）=F/d1bz （5-8） =2009.8/0.0293.9（160/6）10-3 =206.8103Pa=0.206MPa=40MPa 3、弯曲强度b=3Fh/d1b2z =32009.83/2.93.92（160/6） =0.48MPa=45MPa 合格6. 机械手的定位缓冲装置6.1常用的定位方式为了满足工业生产的需要，机械手应具有必要的重复定位精度。根据机械手工作场合及工作情况的不同，搬运物件、装配或操持工具进行喷涂、焊接等，都要求有适宜的定位精度。 机械手定位精度的高低与其手臂承受的负荷（即臂力）、手臂结构的刚度、运动速度、工作行程、运动部件间的配合间隙、定位方法及定位前运动的平稳性等因素有关。液压机械手的定位系统可分为机械挡块定位和电气定位系统。最简单的方法是利用油缸的活塞（或回转油缸的动片）紧靠油缸端盖（或定片）而定位。如果未实现完全缓冲时，就有损坏油缸零件的危险。因此在结构设计时要考虑设置端部缓冲装置或在设计液压系统时增加缓冲回路。常用的机械挡块定位结构还包括：插销定位、多级油缸定位等。电气定位系统基本上可分为：开关控制和伺服控制系统。6.2影响平稳性和定位精度的因素1机械手准确工作涉及到三维定位问题，是多个线量和角度量定位的结合。在许多更为简单的情况下，单个量值可能占主导地位。影响单线量或角量定位误差的因素有一下几点：（1）运动件的重量运动件的重量包括机械人自身的重量G1和被捕捉物体的重量G2。通常被挪动物的重量增大时，定位精度会随之变低。于是设计中不光是要减小被挪动物自身的质量，还要考虑到改变工作重量的影响。（2）精度工厂提供的制造精度和操作人员安装时的安装调速精度都会会对定位精度形成负面的影响。（3）定位速度定位速度对定位精度有很大的影响。因为速度不同时，需要不同等的能量。一般来说，为了减小定位误差，应当合适的控制定位速度，例如：增添缓冲物的缓冲能力和缓冲效率，并控制驱动系统及时放慢速度。（4）刚度当机械手自身的结构刚度和接触刚度低时，定位精度会很低，很容易发生波动。（5）定位方式不同的定位方式影响因素不同。如定位机械挡块的时候，定位精度与诸如挡块的刚度和撞击挡块的速度等成分有关。（6）驱动源液压的压力波动，气、电压波动、油温波动、气温波动都会影响机械手的重复定位精度。因此，要选择需要的稳压及调节油温方式。（7）控制系统开关、电液比例和伺服控制的位置精度是不同的。这不仅是由于各种控制元件的准确性和灵敏度的差异，而且还与位置的反馈装置的存在或不存在相关联。本课题使用的定位精度为机械挡块定位。6.3机械手运动的缓冲装置缓冲装置分为内部缓冲和外部缓冲两种形式。内部缓冲形式包括柱面终端缓冲装置和缓冲回路等。外部缓冲拥有弹性机械元件和液压缓冲器。内缓冲的长处是结构单调、紧凑。但有时安放位置有局限性；外部缓冲的长处是安放位置灵动，简便，缓冲性能好调等，但结构较为庞大。常见的缓冲装置包括三种：固定行程位置、可调行程位置以及多点定位。该课题选择的缓冲装置是油缸端部缓冲装置。当活塞移动一定距离时，缓冲室形成在活塞与端盖中间间。利用节流的原理使缓冲室的中间产生暂时的背压阻力，从而让运动减速直至停止。在缓冲时，节流孔是始终不变的，被叫做为恒定节流式油缸端部缓冲装置。7. 总结与展望本次设计的机械手的机身被设计成机座式，这样的机械手有利于搬运工件，并且可以安装行走装置。手臂安放在机座螺柱中间，这种设计经常可以在回转型的机械手上面看到。手臂可以在螺柱上作上下运动，得到很大的上下行程。电动机带动螺柱旋转是机械手完成升降运动。手臂的旋转是电动机联结减速器，电动机运动从而是减速器上的齿轮旋转带动了手臂旋转，这样就可以是自由度达到要求。自由度越少，机械手的动作就越单调；考虑到工业生产上的特性、工厂所具备的设备条件，还有设备损坏带来的额外成本等因素，所以设计中多选取标准件。所设计的机械手的设计和安装变的简单，维护也变得更加方便。参考文献1 丁树模,液压传动M.北京:机械工业出版社,2007.2 熊幸明,曹才开,一种工业机械手的PLC控制J.微计算机信息,2006,11s:120-122.3 孔秀艳,一种四轴搬运机械手的PLC控制J.大众科技,2008,7:112-113.4 王炳实,机床电气控制.第三版J.北京:机械工业出版社,2004:146-162.5 赵 旭,基于机电液一体化的液压机械手设计及其控制D,2010.6 王雷，金林根，刘志虎机床机械手结构设计与仿真J重庆文理学院学报，2014，33(5)：71-76.7 牛瑞利,基于西门子PLC的小型搬运机械手控制系统设计D,2013.8 徐 帅,基于PLC的气动搬运机械手控制系统J,2016,9:75-78.9 Wen-Hong Zhu,Joris De Schutter.VIRTUAL DECOMPOSITION BASED MOTION/FORCE CONTROL OF A KUKA361 INDUSTRIAL MANIPULATORJ. IFAC Proceedings Volumes,2002,35(1)：241-246.10 Alejandro Peralta Soler, Colleen W. Marano,Margaret Bryans, Activation of NF-B is necessary for the restoration of the barrier function of an epithelium undergoing TNF-induced apoptosisJ,1999,1:56-66.11 毛毅龙,罗一平,王小明.基于PLC控制的液动机械手设计J,2012,4:357-360.12 Akira Abe , Kotaro Hashimoto. A novel feedforward control technique for a flexible dual manipulator J. Robotics and Computer-Integrated Manufacturing, 2015, 35:169-177.13 吴 迪,生产线搬运机构的研究D,2014.14 郭洪武浅析机械手的应用与发展趋势J中国西部科技，2012，11(10):3-12.15 牛瑞利,基于西门子PLC的小型搬运机械手控制系统设计D,2013.16 李 亮,机械手对目标物体的抓取D,2009.17 卢秉恒,机械制造技术基础M.第三版,2007.附录1：译文1.介绍朱等人已经提出了一种名为“虚拟分解控制”的系统方法，其能够实现各种控制目标而不限制目标机器人系统。人。 （1997年）。基本思想是将整个机器人系统“切”成物体并打开链条。一个物体通常是一个刚体，为其提供了运动/力控制规范。开放链是由关节连接的一系列刚性连接。因此，完整的机器人系统的控制问题被转换成每个子系统的多个控制问题 - 一个对象或一个开放的链。结构参数不确定性是用独立的参数适应法则处理的。每个双物理连接的子系统之间的动态相互作用完全由一个称为虚功率流量的标量项表示在它们之间的切点上。在本文中，这种新颖的控制方法被用于控制一个六联合工业机器人KUKA361执行混合运动/力量任务。2.虚拟分解控制对于一个特定的系统 - 一个配备有位于手腕处的SCHUNK力传感器F450 / T45（测量范围为450N和45Nm）的限制运动的KUKA361机器人，参见图1，在该位置放置一个“切割点” 的力传感器，使得机器人系统被虚拟地分解成一个物体和一个基底固定的开放链。 该对象是从机器人上切割下来的结构，而底部固定的开放链条是除联动机构之外的六联KUKA361机器人。 框架C被分配并固定到“切割点”，并且框架O被固定到端部效应器。对象的动态方程（作用因子）被描述为（Zhu，et。al。，1997）：ModdtoX+C