数控机床上下料机械手设计大学论文

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1、 摘要通过大学本科四年对机械设计制造及其自动化专业的所学知识进行整理，对工业机器人各部分机械结构设计和功能的论述和分析，设计了一种的用于机床上下料的机械手。本设计的主要内容是5R关节型机械手的结构设计，上下料机械手的主要任务是在各个加工工序的数控机床和自动生产线上运送工件，能实现生产工序上下料自动化。针对各个关节处采用独立的电机驱动。各个操作臂由五个转动副串联而成，操作臂包括基座、腰部、手臂、腕部、手爪。并对各关节的伺服电机的选择和传动进行了设计计算，对进行主要零件校核计算。关键词: 关节型; 机械手; 多自由度Abstract Through four years of undergradu

2、ate mechanical engineering and automation professional to organize the knowledge of the various parts of industrial robots and mechanical design features discussion and analysis, design a robot one machine for loading and unloading. The main contents of this design is the design 5R articulated robot

3、, the main task of loading and unloading robot CNC machine tools in various manufacturing processes and automatic production line delivery of the workpiece, to achieve the production process automation and unloading. For each of the joints with a separate motor. Each operating arm by the rotation of

4、 five deputy in series, including the base operating arm, waist, arm, wrist, gripper. And each joint servo motor and drive selection carried out design calculations, performed the main parts of the checking calculation.Key words： Joint type; Manipulator; Many degrees of freedom目 录第一章引言 11.1 选题背景 11.

5、2 机械手的发展动态 21.3 机械手的分类 31.4 课题研究的意义 4第二章机械手结构原理和工作要求分析 52.1 机械手结构原理及工作要求 52.2 机械手机构运动分析 62.3 机械手上下料工作空间轨迹分析 8第三章机械手各结构设计 103.1 手爪的结构设计 103.1.1 手爪的设计要求 103.1.2 手爪的分类 103.1.3 手爪结构的确定 103.2 手腕的结构设计 113.2.1 手腕的设计要求 113.2.2 手腕的结构确定 113.3 手臂的结构设计 113.3.1 手臂的设计要求 123.3.2 大、小手臂的结构 123.3.3 小臂结构形式的确定 123.4 基座

6、结构的设计 133.4.1 基座结构的设计要求 133.5 小臂后箱体结构设计 133.6 连杆结构设计 13第四章机械手关键轴的校核 144.1 腕部输入轴的结构 144.2 腕部输入轴的校核 15第五章机械手动力参数的计算 175.1 伺服电机的选型 175.1.1 初步估计机械手的质量 175.1.2 计算各个轴的转速和转矩 185.1.3 计算伺服电机的功率 205.2 锥齿轮设计 215.2.1 齿轮精度、材料 215.2.2 按齿面接触疲劳强度校核 215.2.3 按齿根弯曲强度设计 225.2.4 锥齿轮参数计算 235.3 同步带轮的设计 235.3.1 同步齿形带传动计算 2

7、35.3.2 带轮几何尺寸的计算 255.4 减速器的设计 265.4.1 减速器减速比的计算 265.4.2 减速器输出轴径的计算 27结论 28参考文献 29致 谢 30沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章引言第一章 引言1.1 选题背景工业机器人是一种新兴的机电一体化生产的工具之一，属于现代化、自动化装备包括机械制造、人工智能、计算机技术、控制、传感器等多种学科的先进技术。由于工业机械手具有各种特性和优点，可以更好的服务于我们的学习和生活。被广泛运用与生物科技和生产制造以及医学技术上等。美国的科学家曾对传统观念上的机器人进行了更深的解读，突破了传统，打破了就观念，提出了机器人不应该仅

8、仅局限于模仿人的形状，只要是可以控制并能够代替人类完成我们生产、生活所需工作即可。随着科技技术的进步，在实际生产制造和我们日常生活中，能简单代替人工完成工作的机器人已经满足不了人类的需求，现代的机器人的发展成为一种拥有人类敏捷反应、分析判断能力和机器本身可在恶劣环境中保持高精度并持续工作的特长于一身的电子机械装置。因为现代社会的迅速发展，现代机器人在制作业中运用越来越广泛，与此同时研发出来了各种机器人应用于除制造业以外的各行各业，例如服务型机器人、农业机器人、水下探测机器人、医疗应用机器人、军事机器人等等。工业机器人是机器人在工业生产中的运用尤为重要，尤其是可在高温高压、多粉多尘、易燃易爆、放

9、射性等恶劣环境以及笨重单调、操作频繁中代替人类完成工作，如电焊、氩弧焊、装配、搬运、上下料、激光加工等等，对提高生产效率、保证产品质量、改善工作环境起到了重要的作用，所以得到人类日益的青睐。而多自由度关节型机械手是工业机器人的一个重要部分，通常由执行机构、驱动和控制系统以及传感器装置构成，是模仿人类手部进行工作的，可以按照给定的程序进行自动控制，可以完成可重复的动作，可以在三维空间实现自动抓取、搬运等各种动作。本设计正是研究工业上下料多自由度关节型机械手。1.2 机械手的发展动态随着科技的不断进步发展，机械手的性能也不断升级，从可以重复指定动作发展到可以通过运用传感技术对某些外面的信息进行反馈

10、调节的感觉型机械手，再到可以像人一样根据理解与感知进行判断不同环境的变化，并且可以顺利完成任务的智能机器人。这个发展的过程标志着人类文明的不断进步和发展，现在智能机器人仍然处于实验研究的阶段。机器人诞生于美国，并且美国的机器人技术在机器人发展中一直保持着世界领先水平。1958年美国研制出第一台机械手。但在1967-1974年这个时间段美国的机器人技术发展处于初级阶段，这是因为机器人适应性差以及造价非常昂贵以及政府并不是太重视机器人的发展，最后导致美国机器人的发展比较缓慢。随着科技的发展，为了迎合市场的多变性以及高效的生产，美国的各个部门开始重视机器人的发展，研发出了比较自动化的机器人，并且主动

11、的推广机器人技术。德国是从1970年开始应用的机械手。重点用于在运输货物、上下料、焊接等工作。日本、瑞士等国也开始重视机械手的研究。尤其是日本，日本的机器人发展过程主要分为三个阶段，（1）20世纪60年代萌芽期，（2）70年代的实际应用阶段（3）80年代的推广和提高阶段。日本首先引进美国的机器人，后来美国与日本达成了技术合作协议，引进了日本的机器人，在短短的几年时间里日本在机器人这一领域发生了巨大的反转，实现了真正的国产化。工业机器人发展得很快，发展至今在国际上主要是欧系和日系的机器人占主导地位。欧系中主要有瑞典的ABB公司、德国的CLOOS、KUKA公司等，日系中主要包括不二越、川崎、安川、

12、松下、OTC公司等，这些公司的产品都比较先进。从20世纪70年代开始，我国机器人的发展大概包括一下三个阶段：第一阶段为70年代的摇篮期，我国在1972年开始研发自己的产品，在1980年制作出来第一台机器人的样机。第二阶段为80年代的发展期，在改革开放的影响下，随着高新技术的不断发展以及国家对科技研究的大力支持，我国的机器人技术受到了社会各界的大力支持和高度的关注。第三阶段为90年代的适用期，在我们国家经济等各个方面的不断发展以及在高新技术的大力冲击下，我国工业机器人的研发有了质的飞跃，通过不断地实践操作研制出了适用于上下料、搬运、装配、装卸等各种工业机器人。 我国工业机器人发展事件 年代 事件

13、 1980 研制成中国第一台工业机器人样机 年代 事件 1985 中国第一台水下机器人“海人一号” 1986 中国第一台下水机器人深海实验成功 1988中国第一台中型水下机器人投入使用 1989水下机器人首次出口于美国 1990 中国第一台通用工业机器人控制器研制成功 1992 第一次运用于柔性制造 1993 中国唯一的国家工程研究中心成立主要用于研究机器人技术 1994 中国第一台高压水切割机器人投入使用（5R） 1994 中国第一台1000米水下机器人海试成功 1995 中国第一台点焊机器人开发成功（4R） 1995 自主开发AGV技术出口韩国 1995 中国第一台6000米水下机器人海试

14、成功（CR-01） 1997 自主版权的高性能机器人控制器批量生产 1997 自主开发的冲压自动化线用于一汽大众生产线 1998中国第一台激光加工机器人研发成功1.3 机械手的分类机械手一般分为三类：（1）无需人工参与操作的一般机械手。是一种独立的、不需要依附属于主机的装置。根据编制程序来完成各项规定的操作。它的优点是具有普通的机械性能以外，同时还具有普通机械、拥有智能记忆的三元机械。（2）需要人工参与操作的，叫做操作机。起源于与军事有关的工业，首先通过操作机来完成特定的工作，然后发展到用无线电信号操作机来进行探测工作等。在工业中用的锻造 操作机也属于这一范围。（3）是用专用机械手，主要依属于

15、数控机床或生产线上，用来解决数控机床上下料和工件配送。为附属的主机服务的，并由主机进行驱动；其工作程序通常是固定的，所以是专用的。本次设计的机械手就属于第三类机械手。1.4 课题研究的意义 工业机器人开始运用于汽车制造业中，充分发挥人的各个功能，代替人完成坏境恶劣的工作，以及人类无法完成的工作，但目前，在国内工业生产整体的自动化程度相对较差，工件上下料生产线的自动化技术水平低下是主要原因之一。我国的很多工业企业生产的工件是由人手工完成的，再生产过程中存在相当大的安全隐患，其生产效率也较低，而且成本费用很高，原材料的消耗也大，对企业的发展和进步都有巨大的影响。对于生产设备自动化程度较高的工业车间

16、，研发一套较好的自动生产线可以有效的提高企业的生产效率，上下料的搬运关节型机械手是自动化生产线开发的核心组成部分，本文就主要对自动生产线中上下料的机械手进行设计和研究，其流程图如下：图1.1上下料流程图该设计对提高生产效率，改善产品质量，提高原材料的利用率，避免工人出现安全隐患具有深远的意义。4沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章机械手结构原理和工作要求分析第二章 机械手结构原理和工作要求分析2.1 机械手结构原理及工作要求该设计的机械手在满足工作任务要求的前提下还要保证机械手爪可以精确的到达指定位置。在运送工件的过程中需要保证运动的灵活性和连续性，所以在设计时需要减轻重量、减少自身体积，

17、简化传动装置但要保证传动的稳定性。本文设计的关节型机械手在上下料工作中主要技术参数：自由度数目：5个坐标形式：垂直关节型额定载荷：5kg 最大活动半径：1200mm根据主要技术参数和通过查阅相关的资料进行分析研究，本设计采用5R关节型的结构，其结构原理简图如下：图2.1关节型机械手的结构原理简图 该关节型机械手由五部分组成。分别为基座、大臂、小臂、腕部、手爪。各部分的驱动方式如下：（1）基座回转的腰关节：由安装在基座内的电机带动整个机械手作360度的旋转运动。（2）大臂回转的肩关节：由伺服交流电机带动齿轮减速器运动，从而带动大臂以上的结构绕肩关节作旋转运动，即产生俯仰运动。（3）小臂回转的肘关

18、节：由伺服交流电机带动齿轮减速器运动，从而带动大臂以上的整体作旋转运动，即产生俯仰运动。（4）腕部腕关节的旋转运动：由腕内部的伺服电机带动机械手作旋转运动，即回转运动。（5）腕部腕关节的上下运动：由腕内部的交流伺服电机带动腕整体作旋转运动，即俯仰运动。该关节型机械手的5个自由度，分别为：底座作360度的旋转运动；大臂的旋转运动（左右运动）；小臂的旋转运动（上下运动）；腕部的回转运动（手爪转动）；腕部的上下运动。2.2 机械手机构运动分析 5R关节机械手是将连杆通过5个转动副串联成的，一端固定在基座上，另一端装有抓取工件用的机械手爪。通过驱动器来驱动各个关节运动使机械手按照提前设定的运动轨迹实现

19、上下料运动。 机械手的机构组成有5个连杆和5个转动关节，各个连接杆件包括腰部、大小手臂、腕部、手爪。假设腰部为1个连杆、大小手臂分别为2、3连杆，腕部为4连杆，手爪为5连杆，基座不看做连杆，假设为0连杆，其中关节2、关节3、关节4可以使其机械手的工作空间形成灵活空间。1关节连接1连杆于基座0,2关节连接2连杆于1连杆，3关节连接3连杆于2连杆，4关节连接4连杆与3连杆，5关节连接5连杆与4连杆。机械手初位图如下： 图2.2机械手的初位图 在机械手上建立各个坐标系分别与各连杆固定连接，如下图所示： 图2.3与各连杆固定连接空间坐标系图2.3中为绕旋转时到测量角度，分别为1连杆、2连杆和3连杆的长

20、度。根据图中对机械手的建立的各坐标系进行分析得出各关节变量和各参数如下表所示。 表2.1机械手连杆参数和关节变量 i(关节数） 关节变化范围 1 0 0 2 0 3 0 4 0 5 0 0 表中：方向测量的距离单位为毫米； 轴旋转的的角度单位为度； 方向测量的的距离单位为毫米；轴旋转的的角度单位为度。第1、2和3关节主要用来确定机械手的末端执行器在空间的位置，关节4、5组成手腕机构用来确定末端执行器的姿态。2.3 机械手上下料工作空间轨迹分析在机械手完成上下料的任务之前，要根据技术标准对机械手的操作步骤、运动轨迹进行预期估计，要考虑到生产现场的实际工作情况，比如有时需要躲避障碍物等。按照工业机

21、械手的作业方式可分为点位走也机械手和路径连续运动机械手，5R关节型机械手实现上下料的运动属于点到点的运动，所以需要描述出机械手末端执行器的起始位置姿态和目标位置和姿态。本次设计选在直角坐标系中先确定机械手运动轨迹的方程，在将直角坐标轨迹转换成关节空间中各关节的运动轨迹，并在空间中用曲线拟定运动曲线。在这其中需要保证机械手运动的平稳性。上下料空间工作路径如图2.4 图2.4上下料空间工作路径图机械手各杆的结构尺寸由工作空间确定，本设计确定的五自由度关节型机器人的具体结构和主要尺寸如图2.5所示 图2.5机械手的主要尺寸9沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章机械手各关节结构的设计第三章 机械手

22、各关节结构的设计3.1 手爪的结构设计3.1.1 手爪的设计要求因为要完成上下料的工作，所以手爪的手指间要张开一定的角度；要保持夹持位置的精度；可以保证工件的准确定位；满足一定的刚度和强度；满足上下料要求的夹持力；在满足上述要求的同时应使机械手手爪的结构相对简单、紧凑、重量较轻，这样可以减轻手臂的载荷。3.1.2 手爪的分类按不同的原理，可分为多种类型的手爪：机械手爪、磁力吸盘、真空式吸盘。3.1.3 手爪结构形式的确定 图3.1机械手爪结构简图手爪的结构形式与质量主要取决与工件的形状与质量。本次采用的机械手爪如图为气动式V字型手爪。3.2 手腕的结构设计3.2.1 机械手腕设计的要求 手腕的

23、设计要求：由于腕部位置在手臂的末端，所以为了减轻手臂的负荷，应该尽量让腕部有结构紧凑的部件，尽量减少其重量与体积；合理的选择腕部的自由度数；提高腕部的精度与传动的刚度，减少机械传动系统中由于间隙产生的反转误差。该机械手的腕部结构采用两自由度，分别为手爪的转动与腕关节的摆动，从而满足上下料作业时的工作空间要求。将腕关节的驱动电机放置在小臂内可以使腕部的结构简单紧凑。通过传动机构带动腕部结构绕腕关节轴实现摆动。3.2.2 手腕结构形式的确定 图3.2手腕内部结构图如图夹持臂通过伺服电机为动力绕自身旋转，伺服电机带动同步齿形带转动，然后通过多级锥齿轮带动夹持臂的转动。3.3 手臂的结构设计3.3.1

24、 手臂的设计要求臂部的设计要求：（1）臂部的结构和尺寸应该满足设计任务所需要的工作空间要求；（2）根据手臂所受额定载荷，较合理的通过手臂的截面形状选择强度高、质量轻的材料；（3）为了减少驱动装置的负荷，应尽量减少手臂重量和相对其关节回转轴的力矩与转动惯量；（4）为了提高运动速度，应减少运转的冲击和动载荷；（5)为了提高运动精度和刚度，定位精度，应减少间隙引起的运动误差。本设计机械手的大臂与小臂的结构采用两自由度，分别为大臂与小臂的两个俯仰自由度，从而满足上下料搬运作业时所要求的空间任务。考虑到其性能参数和需要完成的任务要求本设计选用铝合金材料。考虑转矩、惯性和平衡性要求，为了实现机械手大臂与小

25、臂围绕各自关节的俯仰运动，将各关节驱动源分别放在前一关节处，这样就能通过传动装置带动大、小臂绕各自关节轴实现转动。3.3.2 大、小手臂的结构机械手臂包括以下几部分结构：臂杆、传动装置、驱动装置、定位装置连接装置及检测装置。按其运动形式分为： 手臂俯仰运动机构机械手的俯仰运动可通过液压缸和连杆组合来达到目的，也可以直接通过电机驱动大臂作俯仰运动。3.3.3 小臂结构形式的确定图3.3小臂的内部结构图小臂的作用是连接大臂与腕关节，也是使腕关节实现摆动的重要零件。可以将驱动腕关节作回转运动与俯仰运动的两个伺服电机安装在小臂内部。从而达到运动目的。3.4 基座结构的设计3.4.1 基座结构的设计要求

26、 基座设计的要求：由于基座承受着机械手的全部重量，运动部分全安装在基座，所以要求有足够大的安装基面，保证搬运工作时的整体稳定性；要有足够高的强度和刚度保证其承载能力。其材料选用铸铁或铸钢材料制成。3.5 小臂后箱体结构的设计小臂后箱体的作用：一方面起连接大臂与小臂的作用，另一方面安装在小臂后箱体内部的伺服电机驱动小臂绕自身轴作旋转运动。小臂后箱体结构形式的确定： 图3.4小臂后箱体结构图3.6 连杆结构的设计连杆的作用：一方面起连接大臂与小臂的作用，另一方面能够使小臂的运动范围更大，转动的更加灵活。连杆结构形式的确定： 图3.5连接杆件的结构简图14沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第四章机械

27、手关键轴的校核第四章 机械手关键轴的校核4.1 腕部输入轴的结构 初步确定于从动轮相连接的轴的直径，由公式：选择其轴的材料腕为45钢，经过调质处理，查表知=112。将P=0.0007kw，=0.85，n=3000r/min，带入上式，得选取；输入轴轴的结构设计如图4.2 腕部输入轴的校核带轮传递给轴的的扭转力矩为：=9549=9549=0.92 （4-1）力矩是通过带拉力F和 传送的，应有 （4-2） （4-3）已知： 求得 F=13.5 N，F=12 N齿轮法向力为： =45N。 （4-4）X轴简化后，在轴线上的横向力、F、引起变形，然后分解成X、Y轴的分量，结果如下：做扭矩图如下,可判定危

28、险截面为B，见下图：在截面B上，弯矩M和扭矩T分别为：与第三强度理论进行校核，得材料为45钢，经过调质处理，由手册可查，根据，故安全。17沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第五章机械手动力参数的计算第五章 机械手动力参数的计算5.1 伺服电机的选型相对于工业机械手这种机电一体化的产品来说，伺服系统是非常重要的。要求伺服系统具有较快的速度，较高的准确性和稳定性，即输出量准确可以迅速的响应指令输入量的变化。按照控制原理可分为开环、半闭环、闭环三大类。开环伺服系统的执行元件大多采用步进电机，闭环伺服系统的大多元件采用直流伺服电机和交流伺服电机。虽然两者在控制方式上都是以脉冲串和方向信号来控制，但是在

29、运用性能和应用场合上并不相同。第一，控制精度不同。交流伺服电机的控制精度是步距角为1.8的步进电机的脉冲当量的1/655，控制精度更高；第二，低频特性不同。步进电机在低速时易出现低频振动现象。交流伺服电机运转非常平稳，即使在低速时也不会出现振动现象；第三，矩频特性不同。步进电机的输出力矩随转速升高而下降，且在较高转速时会急剧下降，所以其最高工作转速一般在300600RPM。交流伺服电机为恒力矩输出，即在其额定转速（一般为2000RPM或3000RPM）以内，都能输出额定转矩，在额定转速以上为恒功率输出；第四，过载能力不同。步进电机一般不具有过载能力，而交流伺服电机具有较强的过载能力；第五，运行

30、性能不同。步进电机的控制为开环控制，启动频率过高或负载过大易出现丢步或堵转的现象，停止时转速过高易出现过冲的现象，交流伺服驱动系统为闭环控制控制性能更为可靠；第六，速度响应性能不同。步进电机从静止加速到工作转速（一般为每分钟几百转）需要200400毫秒。交流伺服系统的加速性能较好，以松下MSMA 400W交流伺服电机为例，从静止加速到其额定转速3000RPM仅需几毫秒，可用于要求快速启停的控制场合。总结上述材料，交流伺服系统在许多性能方面都优于步进电机。而本次设计的机械手要求运行精度高，运转平稳，恒定功率输出，有较强的过载能力，速度响应快，所以选用交流伺服电机作为驱动源。5.1.1 初步估计机

31、械手的质量计算各部分体积与质量机械手的材料为铝合金，密度为2.8Kg/ V(基座)=V（底座）+V（圆柱1）+V(线盒)=7.81 V（回转头）= V（底2）+V（圆柱2） =+ =5.93 (回转头)=5.932.8 =16.6Kg V(下臂)=0.5(0.5900.0700.080) =1.652 (下臂)=1.652 2.8 =4.63Kg V(上臂后箱体)= 0.286+=4.5+1.73=6.23 （上臂后箱体）=6.2317.44Kg V(上臂)=5.69 V(减速器)=3.14=1.57 (减速器)=1.574.4KgU、S、L各转动轴电机质量： =7Kg;R轴电机质量： =3K

32、g;T、B轴电机质量： =1.5Kg.机械手质量= (机座)+ （回转头）+ （下臂）+ （上臂后箱体）+ （上臂）+（电机）+（减速器）=114.51Kg5.1.2 计算各个轴的转速和转矩 转速与角速度之间关系为：n= （5-1） 由5-1得各轴转速：25.02r/min26.64r/min28.36r/min56.63r/min56.63r/min86.71r/min 各轴的转矩： （5-2）=(79.80.995+39.49.80.32)1.2=(67.228+123.558)1.2=228.9其中G为物体重量，为上臂的重量，为重物到U轴距离，为上臂重心到U轴的距离，1.2为安全系数。

33、（5-3）=(79.80.080.07+79.80.09)1.2=(0.384+6.174)1.2 =7.87其中为T轴摩擦力矩，为偏转力矩，为摩擦系数，r为手腕的旋转半径，为重物重心到手腕水平轴线的距离。 （5-4）=79.80.351.2=28.81 其中为重物到B轴的距离。 （5-5） =10.47其中为摩擦力矩，为偏转力矩。 =(79.81.41+39.49.80.74+4.639.80.21)1.2=470.38=79.8(0.785-0.09-0.05+0.35+0.42)1.2+15.99.8(0.365-0.09+0.42+0.21)1.2=325.339 5.1.3 计算伺服

34、电机的功率 功率计算公式为： （5-6）=10.475.93=62.09=228.92.97=679.83=28.815.93=170.84=7.879.08=71.46=325.3392.62=855.64=470.382.79=1312.36伺服电机采用安川电机，根据下表选取 U轴采用SGMPH-08A;B轴采用SGMPH-02A;T轴采用SGMPH-01A;R轴采用SGMPH-01A;S轴采用SGMPH-08A;L轴采用SGMPH-15A。其相应配套伺服驱动器型号U轴SGMPH-08A电机选用SGDM-08A;B轴SGMPH-02A电机选用SGDM-02A;T轴SGMPH-01A电机选用

35、SGDM-01A;R轴SGMPH-01A电机选用SGDM-001A;S轴SGMPH-08A电机选用SGDM-08A;L轴SGMPH-15A电机选用SGDM-15A。5.2 锥齿轮设计5.2.1 齿轮精度、材料机械手运行要求平稳而且有的地方转速较高，所以选用6级精度，主动轮采用40(经过调质)，硬度为280 HBS，从动轮材料为45钢(经过调质)，硬度为240 HBS，两者材料的硬度差为40 HBS。5.2.2 按齿面接触疲劳强度校核由设计计算公式进行计算： （5-7）计算各式中未知量的数值：（1） （5-8）通过机械手册可知主动轮与从动轮的疲劳极限分别为： =540MPa =517MPa（2）

36、弹性影响系数：（3）计算载荷系数K由公式 （5-9）得K=2.475（4）齿宽系数取1/3（5）主动轮传递的转矩: 综上可求得：初取=40mm（6）校核，由公式： （5-10）求得：，符合要求。5.2.3 按齿根弯曲强度设计由计算公式进行计算： （5-11）计算式中各未知量的数值：（1）计算弯曲疲劳应力： （5-12） 查机械设计手册可得主动轮与从动轮的接触许用应力分别为： =310.7MPa（2）求主从动轮的齿形系数和应力校正系数： =2.65，=1.58； 将以上数值带入，可得：m=0.44 选m=2.5（3）校核： 由公式： （5-13）得，符合要求。5.2.4 锥齿轮参数计算选择齿形角

37、=20；齿顶高系数；顶隙系数；端面模数m=2.5；齿数比为1：1；设小齿轮的齿数，变位齿数，；分锥角为45；小齿轮的分度圆直径： mm （5-14）大齿轮的分度圆直径：mm 齿宽系数；齿宽： mm （5-15）齿顶高： mm （5-16）齿根高： =3mm （5-17）齿顶圆直径： =43.5mm （5-18）5.3 同步带轮的设计5.3.1 同步齿形带传动计算计算功率：通过机械设计手册表8-29选取，由表8-28取；模数：根据由图8-3选取m=1.5；小带轮齿数：由表8-31选取；小带轮节圆直径：=1.516=24mm大带轮齿数： （5-19）大带轮节圆直径： =1.523=35mm初定中心

38、距：=200mm；初定胶带节线长度及其齿数： （5-20）=492.828mm按表8-27选取接近及其齿数Z： （5-21）；计算中心距： （5-22） =212.782 mm小带轮啮合齿数： （5-23）单位带宽的离心拉力： N/mm （5-24）带宽： 16.34 （5-25）由表3-27圆整为mm；有效圆周力： 6.5 （5-26）5.3.2 带轮几何尺寸的计算齿形角：；节距： mm （5-27）B轴带轮节圆直径：（小带轮）（大带轮）T轴带轮节圆直径：（小带轮） （大带轮）B轴带轮顶圆直径： mm（小带轮） （5-28）mm（大带轮）T轴带轮顶圆直径： mm（小带轮） mm（大带轮）尺侧

39、间隙：mm（由表8-34） （5-29）径向间隙：mm顶圆齿槽宽： mm （5-30）齿槽深： B轴带轮根圆直径： （小带轮） （5-31)（大带轮）T轴带轮根圆直径：（小带轮） （大带轮）根圆齿槽深： 齿根圆角半径： 齿顶圆角半径：B轴带轮齿宽：B=b+3=19mmT轴带轮齿宽：B=b+6=22mm5.4 减速器的设计5.4.1 减速器减速比的计算各个轴减速器减速比分别为： R轴减速器减速比； T轴减速器减速比； B轴减速器减速比； S轴减速器减速比； U轴减速器减速比； L轴减速器减速比；5.4.2 减速器输出轴径的计算以R轴、B轴、T轴为例进行计算：先初步估算轴的最小直径，从伺服电机到轴

40、的功率为，减速器输出轴的转速即为夹持臂回转的转速。选择输出轴的材料为45钢，调质处理。查手册=112，根据公式： = （5-32）R轴减速器的最小输出轴径：=112=10.81mmB轴减速器的最小输出轴径：=112=13.73mmT轴减速器的最小输出轴径：=112=9.9mm29沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第六章结论第六章结论为了避免安全隐患，提高工业生产的安全性、高效性以及自动化的程度，避免作业工人单调地重复笨重而繁琐的危险工作，本文设计了这款数控机床上下料5R关节型机械手。通过对该机械手的运动分析、机械手各个部位的总体设计和分析和动力参数的计算。反复设计方案，验证了最终的方案的正确性

41、，提高了设计方案的质量。对本设计的主要工作总结如下：第一，根据工业生产车间实际工作状况和数控加工的自动生产线技术标准，选择了一款自动上下料的5个自由度的关节型机械手，机械手通过5个关节联动实现提前设定的运动。第二，通过查阅资料分别为机械手爪、腕部、大臂、小臂、底座这五部分，确定各个关节的方案与结构形式。按照顺序，先从机械手爪开始,确定工件的抓取形式以及手爪的结构与尺寸,紧接着，确定腕部的结构形式与尺寸，然后设计了大小手臂以及基座的结构形式和所用材料。第三，确定机械手的动力参数,以及驱动腕部与手爪转动的电机的功率与型号，再确定电机的型号。第四，对机械手各部分主要零件进行了计算校核。通过本次毕业设

42、计得到的一些心得体会：以前在做课程设计的时候，更多的只是了解一些比较肤浅的东西，并完全没与实体接触过，而且所用知识非常有限。相比较而言，本次毕业设计，不但接触到了实物、从网上看了很多相关视频，而且所用的知识也是非常的广泛，包括机械原理、机械设计、机电一体化设计、互换性原理等，大学四年所学过的与机械相关的知识都有涉及，另一个比较好的方面是养成了查阅手册的习惯。通过本次毕业设计，我培养了一种自觉动手、动脑的好习惯,而且思维的缜密性与严谨性得到锻炼。30沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 参考文献参考文献1 吴宗泽.机械零件设计手册 M.北京工业出版社，2004,13(8):188-1992 陈新元.

43、装配线机械手电气混合控制J.液压与气动,20073 陶相厅,袁锐波,罗景气.动机械手的应用现状与发展前景J.中国传动网, 20084 李瑞东.气动技术基础M.机械工业出版社,19825 李允文. 工业机械设计手册M.北京：机械工业出版社，1994,86 候析,刘涛.装卸机械手设计研究M.机械工业出版社，2004,77 卢松峰.机械课程设计手册M.北京工业出版社，1994,88 李昌辉.自动上料机器人系统开发D.哈尔滨工业大学，20099 陈志权.基于PLC气动机械手的控制系统J.兵工自动化,2008,410 孙迎远.PLC在气动机械手中的应用J.煤矿机械,2008,911 王雄耀.近代气动机器

44、人的发展与应用J.液压气动与密封,1999,512 彭坚.气动机械手与PLC控制系统的设计与实现J.同用机械,2004,713 杨振球，易孟林.高精度气动机械手的研发及应用J.液压与气动，2006,214 Modular Robot for Flexible Assembly.Pritschow.G.Wurst K.H15 Industrial Robots For Manipulation with Parallel Kinematic Machines Zdenek Kolibal31沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 致谢致谢本次设计已经结束，通过本次设计，将在学校学理论知识运用到了实际应

45、用中，将理论知识进一步深化，让我对大学四年所学的东西有了更加深刻的认识。本次设计进行的比较顺利，一路设计过来并没有太大的麻烦，所以，我要感谢王老师为我制定的仔细方案以及悉心的指导。刚开始设计的阶段我一片迷然，不知道先做什么后做什么，没有主次之分。而王老师为我制定了仔细的方案，告诉我如果要做与机械手有关的课题，首先要对机械手有个大体的了解。王老师指导我参看许多关于机器人期刊和论文以及相关的视频，并对内部结构做了详细的介绍，这为我后期设计提供了很大的方便，然后王老师不定期的指导我，及时的为我解决设计过程中的问题，让我对机器人的结构逐渐有了深刻的认识。为了解决作图的困难，王老师为我提供了一份参考图，并帮助我纠正其中的错误结构。本次毕业设计，我学到了很多知识,这里面包含了老师的汗水与辛苦,太多的感谢无从说起，在这里只是简单的说一声“谢谢”。32