毕业论文-搬运机械手

1、毕业设计搬运机械手机械工程系学生姓名： 学号： 机械工程系机械设计制造及其自动化系 部：机械设计制造及其自动化专 业： 指导教师： 二零一五 年六 月诚信声明本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。 本人签名： 年 月 日毕业设计任务书设计题目： 系部： 机械工程系 专业： 机械设计制造及自动化 学号学生： 指导教师（含职称）： 设计（论文）的主要任务及目标介绍机械手的作用，机械手的组成和分类，说明自由度和机械手整体座标的形式。对机械手分别进行齿轮传动的设计和轴的设计。在确定动力的情况下通过计算分析，选择满足使用功率

2、的步进电机。2设计的基本要求和内容1）了解机械产品的设计方法。2）完成设计。3）完成相应的工程图。4）撰写毕业设计说明书。结构完整，层次分明，语言顺畅；避免错别字和错误标点符号；格式符合机械工程系学位论文格式的统一要求。3主要参考文献1张军,封志辉.多工步搬运机械手的设计J.机械设计,2004:56-128. 2李明.单臂回转机械手设计J.制造技术与机床,2004:108-252.3张展.机械设计通用手册M.机械工业出版社，2008:202-308.4闻邦椿.机械设计手册M.机械工业出版社，2010:82-186.4进度安排设计（论文）各阶段名称起 止 日 期1查阅文献，了解研究目的意义，完成

3、开题报告2014.12.01至2014.12.312了解的结构形式2015.01.01至2015.03.103完成设计2015.03.11至2015.04.304完成相应的工程图设计说明书等整体设计2015.05.01至2015.05.155撰写毕业设计说明书，准备答辩2015.05.16至2015.06.10审核人： 年 月 日搬运机械手摘 要：本设计简要介绍了搬运机械手的一些基本概念，介绍了搬运机械手各机械模块系统的组成及结构设计，以及搬运机械手目前在国内外的发展现状和发展前景，并对机械手的控制做了简单的介绍。同时，本设计对搬运搬运机械手各部分组成进行了结构设计和相应的设计计算，结合机械手

4、在实际生产中的作用，系统的设计和介绍了机械手在工作中的动作过程，确定出了机械手所采用的坐标形式和自由度的个数，并且给出了机械手的部分技术参数。本设计着重对搬运机械手的结构与驱动系统做了详细的分析计算，在搬运机械手的控制部分只简单的对PLC的工作原理和过程进行了阐述，并对搬运机械手进行了PLC梯形图程序的编写。关键词：搬运机械手，三自由度，圆柱坐标 Conveying ManipulatorAbstract:The design introduces some basic concepts of conveying manipulator, describes the composition a

5、nd structure of the mechanical system of the conveying manipulator design, as well as the manipulator for handling the current status and development prospects of both at home and abroad, and robot control is introduced. Meanwhile, the design for handling robot consists of various parts of the struc

6、ture and corresponding design, combined with the robots role in the actual production system design and introduction of the robot in action in the work process, determine the coordinates and the number of degrees of freedom manipulator and manipulator of some technical parameters are given. The desi

7、gn focuses on conveying manipulator structure and drive system to do a detailed analysis, in transporting manipulator control simply work on PLC theory and processes are described, and the PLC ladder program of the conveying Manipulator.Keywords: Conveying manipulator, Three degrees of freedom, The

8、cylindrical coordinates目录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc421008691 1 绪论1 HYPERLINK l _Toc421008692 1.1 搬运机械手的现状及应用 PAGEREF _Toc421008692 h 1 HYPERLINK l _Toc421008693 1.2 搬运机械手的组成及分类 PAGEREF _Toc421008693 h 2 HYPERLINK l _Toc421008694 2 搬运机械手的总体设计要求及手部的设计 PAGEREF _Toc421008694 h 4 HYPERLINK l _Toc4

9、21008695 2.1 设计的总体要求 PAGEREF _Toc421008695 h 4 HYPERLINK l _Toc421008696 2.2 手部的设计原理及要求 PAGEREF _Toc421008696 h 5 HYPERLINK l _Toc421008697 2.3 手部的设计计算与校核 PAGEREF _Toc421008697 h 6 HYPERLINK l _Toc421008698 3 手臂的分析与设计 PAGEREF _Toc421008698 h 11 HYPERLINK l _Toc421008699 3.1 对手臂设计的基本要求 PAGEREF _Toc42

10、1008699 h 11 HYPERLINK l _Toc421008700 3.2 手臂机构的选择与设计 PAGEREF _Toc421008700 h 12 HYPERLINK l _Toc421008701 3.2.1 手臂直线伸缩运动的驱动力分析与计算 PAGEREF _Toc421008701 h 12 HYPERLINK l _Toc421008702 3.2.2 液压缸工作压力与结构的确定 PAGEREF _Toc421008702 h 14 HYPERLINK l _Toc421008703 4 机身的分析与设计 PAGEREF _Toc421008703 h 17 HYPER

11、LINK l _Toc421008704 4.1 腰部和基座的设计 PAGEREF _Toc421008704 h 17 HYPERLINK l _Toc421008705 4.1.1 结构设计 PAGEREF _Toc421008705 h 17 HYPERLINK l _Toc421008706 4.1.2 步进电机的选取 PAGEREF _Toc421008706 h 18 HYPERLINK l _Toc421008707 4.1.3 轴承的选取 PAGEREF _Toc421008707 h 22 HYPERLINK l _Toc421008708 4.2 机械传动装置的选取 PAG

12、EREF _Toc421008708 h 23 HYPERLINK l _Toc421008709 4.2.1 滚珠丝杠的选择 PAGEREF _Toc421008709 h 23 HYPERLINK l _Toc421008710 4.2.2 谐波齿轮的选择 PAGEREF _Toc421008710 h 25 HYPERLINK l _Toc421008711 4.2.3 轴的设计和联轴器的选择 PAGEREF _Toc421008711 h 26 HYPERLINK l _Toc421008712 5 搬运机械手控制系统的概述 PAGEREF _Toc421008712 h 28 HYP

13、ERLINK l _Toc421008713 5.1 PLC的组成和工作原理 PAGEREF _Toc421008713 h 28 HYPERLINK l _Toc421008714 5.2 机械手PLC梯形图 PAGEREF _Toc421008714 h 30 HYPERLINK l _Toc421008715 6 结论 PAGEREF _Toc421008715 h 32 HYPERLINK l _Toc421008716 参考文献 PAGEREF _Toc421008716 h 33 HYPERLINK l _Toc421008717 致谢 PAGEREF _Toc421008717

14、h 34太原工业学院毕业设计1 绪论1.1 搬运机械手的现状及应用工业机械手是最近几十年迅速发展起来的一种高科技装备。它具有通过计算机编程来完成各种预期动作的特点，尤其体现在仿照人手的智能化和适应性方面。并且机械手在准确性、效率、适用性等方面有着巨大的提升空间。搬运机械手在现代化的机械生产过程中作为一种新兴的自动化机械装置，被广泛的运用到了流水生产线上，机械手的更新换代和制造已经在许多高科技邻域里占有一席之地，是一门发展潜力巨大的机械工程技术，它的快速发展的促进了机械生产制造领域的发展进程，机械手使自动化和机械化两者充分的结合，大大的提高了生产制造的效率。虽然机械手目前还不能实现非常灵活的工作

15、，但它可以长时间的工作和劳动，不会疲劳，不怕危险，同时抓举工件的力气也比人的力气大很多，所以，机械手目前已得到了许多部门的青睐，并在现实生产中得到了越来越广泛地应用。机械手的主要特点 (1）对环境的适应性非常强，能够代替人类在危险、高温，高压的环境中工作。(2)机械手长时间工作、不会疲劳，可以代替人从事繁重单调的劳动。 (3）机械手的工作和重复定位能力比较强，比较精确，所以可以稳定和提高产品的生产质量，提高生产效率。 (4）机械手通用性比较强，灵活性也不错，能在生产制造的过程中很好的适应不同产品类型的不断变化，从而满足柔性生产的需求。 5)采用机械手可以明显的提高工厂的生产效率，减少了工厂使用

16、的劳动力，大大降低了劳动成本。目前，国外已经研发出了有触觉和视觉功能的机械手。第二代机械手也即将问世。它们都通过微型电子计算机来实现控制。国外所研制的机械手都安装了传感器，通过传感器能把外界感应到的信号准确的反馈到控制系统，使机械手具有感觉的能力。目前，国外也已经出现了第三代的自动化机械手，它能自行地完成工作中遇到的各种任务，同时它还与电子计算机设备有着着密切的联系，并且在不断的完善中，使其逐渐发展成为柔性制造系统（FMS）和柔性制造单元（FMC）中重要的一环。目前工业上对零部件的精度要求越来越高并且不再要求机械手能适应各种各样的工作环境，所以对机械手的性能也就随之提高。特别是搬运机械手，它对

17、整个系统的集中控制起了十分重要的作用。在重工业方面例如钢铁、制铝，等高温而又危险等重体力行业中，就要求实现自动化。为了提高人身安全以及对工作效率的保证，更重要的是对于高重量，件数少，速度慢和人工不能胜任的地方更要要机械手的帮助。在轻工业方面机械手主要是用于运输大批量的工件，这种行业的特点是，体积小，件数多，在这种加工生产线，自动线上人力会疲劳而机械手可以一直工作下去，它在加工厂里面也有很大的应用，例如上下料。进一步在程序控制，自动化反馈等方面已经成为一个重要分支。所以在生产自动化的进程中，机械手在现代工业应用中发挥着越来越重要的作用,大大地改善了工人的劳动环境,显著的提高了工厂的劳动生产率,大

18、大的推进了现代工业生产机械化和自动化的进程。1.2 搬运机械手的组成及分类机械手主要由执行机构、驱动机构以及控制系统三大部分组成。其组成和实现过程如下图：（1）执行机构( 如图1.1所示 ) 行程检测行程检测装置手部传感装置被传送物件驱动部分传送机构控制部分图1.1 执行机构图手部手臂的前端装着手部。转动轴安装在手臂内部，通过驱动装置把动力传给手腕，从而实现手部的各种动作。根据被夹持工件的外形和大小，通常机械手的手部会有不同型号和尺寸的夹持器，从而满足不同情况下的动作。手臂手臂有无关节和有关节手臂之分。手臂作为手部和基座的连接与传动的部件，通常将动力传到手部，使手部完成抓取工件的动作，并将工件

19、放到预先设定的位置。工业上的搬运机械手的支撑杆一般是由驱动手臂运动的部件与动力源(如液压、气压或电机等)相组装，用来完成机械手手臂的各种各样的复杂动作。在第三章会对它进行详细的参数计算，以保证它能支撑旋转式机械手要抓取的工件所受的重量，不会因工件重量过大而折断。本课题所设计搬运机械手，手臂能完成上升、下降、左转、右转和前伸、后退三个方向上的运动，且都通过行程开关来控制来满足定位的需求。（2） 驱动装置驱动装置主要有气动装置、液压装置、电气驱动和机械驱动装置四种。其中液压和气动装置使用的最多，电动、机械驱动较复杂，所以用的较少。液压装置由油缸、油泵、油箱和阀门等装置组成。液压驱动的优点是出力大、

20、体积小，能实现无级变速和自锁，可以停止在任意的位置。缺点是需要配备压力源，系统复杂成本比较高。气压驱动由气压马达、气压缸、气阀等装置组成。它的优点是集气简单，所需费用少。缺点是发出的动力较小，只有两种位置的动作，不能在中间位置停止，而且产生的噪音较大，装置维护难度较大。本课题设计的机械手，主要通过液压装置来实现手臂的伸缩和夹紧、放松；通过丝杠螺母来实现手臂的上升和下降，通过步进电机来实现手臂向左、向右方向的旋转。（3） 控制系统机械手控制系统主要是由到达位置、工作顺序、动作时间和加速度等要素构成的。机械手控制系统通常采用数字顺序控制。目前，机械手一般分为三种：第一种是不需要手动操作的通用机械手

21、。第二种是需要手动才能操作的，称为操作机。第三种是用专用机械手。在国外，主要是搞第一类通用机械手，国外称为机器人。本设计的机械手属于第三类机械手。2 搬运机械手的总体设计要求及手部的设计2.1 设计的总体要求设计通用圆柱坐标系机械手及简介控制原理。设计中的搬运机械手每个方向的动作由电机和液压缸进行驱动，并通过行程开关来控制，技术指标如下：抓取重量：30N100N自由度（三个自由度）如下表2.1表2.1 自由度动作符号行程范围速度伸缩X400小于200mm/s升降Z300小于60mm/s回转0120小于90/s手指夹持范围：棒料，直径5060mm，长度6080mm定位精度：3mm控制方式：PLC

22、图2.1为机械手的整体示意图，图2.1 为机械手的整体示意图2.2 手部的设计原理及要求对手部设计的要求：（1）有适当的夹紧力和自锁能力在进行工作的时候，机械手的手部应该具有适当的夹紧力，从而能够更好的夹紧被加工工件，并且保证不会损坏到棒料的已加工表面。为防止出现棒料的掉落和意外事故的发生，手部夹持装置应该有自锁功能。（2）手部应该力求结构简单，重量轻，体积小机械手腕部的最前边是手部，在工作时，手部有不同的运动状态，所以它的结构、体积和重量会直接影响到整个机械手的工作状况、定位精度以及运动速度等特性。因此，所设计机械手的手部，应该有较轻的重量，较小的体积和简单的结构。（3）手部需要有足够的开闭

23、范围对于机械手手部来说，它需要有足够的开闭范围抓取物体。因此，手指开闭的范围要求与工件的尺寸和形状，手指的形状和尺寸等许多因素有关，一般而言，在工作环境的许可下，开闭的范围大一些较好，如图2.2所示。图2.2 机械手夹持机构原理图2.3 手部的设计计算与校核(1)对夹持装置的基本结构作受力分析设计手部主要是根据手部加在工件上的夹紧力，对于其夹紧力的方向、大小和作用位置都必须进行详细的分析、计算。一般而言，加紧力必须克服工件自身的重力所产生的静载荷（惯性力或惯性力矩）以使工件处在稳定的加紧状态。下面对夹持装置的基本结构作受力分析：如图2.3所示， 图2.3 夹持装置的手部结构及受力分析1手指 ，

24、2销轴 ，3杠杆通过杠杆3的作用，销轴2产生向上的拉力为F，同时经过销轴的中心O点，两手指1的滑槽对销轴所产生的反作用力分别为F1和F2，其力的方向垂直于滑槽的中心线OO1与OO2并指向O点，交F由Fx=0，得F1=由Fy=0，得F1F1=-由M01F=0,得因为h=cos则F=2bcos2FN/a其中，a手指的回转支点到对称中心的距离； 夹紧工件时手指滑槽的方向与两个回转支点之间的夹角。综上所述可知，当驱动力F的数值一定，角增大时，所需的握紧力FN也随之增大，但是角如果过大，则会导致拉杆行程太大，以及手部的结构增大，故，最好为30-40则，手指对工件的夹紧力的计算公式为：FNK1K2式中，K

25、1安全系数，通常取1.22.0 K2工作情况系数，主要是为了考虑到惯性力的影响，可近似的估计为，K2=1+b/a； 其中，a为重力方向的最大加速度；a=vmaxvmax运载t 系统达到最高速度所用的时间，通常取0.030.5s；K3方位系数，通过工件位置与手指的不同来选取G被抓取工件所受的重力（N）。(2)液压缸的选取表2.2 液压缸的工作压力活塞上所受的外力F（N）液压缸的工作压力Mpa活塞上所受的外力F（N）液压缸的工作压力Mpa小于50000.8200003.050001.5300004.0100002.550000以上5.0设a=50mm，b=100mm，1015d，则需校核其稳定性。

26、稳定的性条件是FF式中，FK为临界力；nK为安全系数，一般取其中FK式中，E是活塞杆的弹性模量，一般取2.1105MPa；S是活塞杆的横截面积；是活塞杆的柔度系数，查机械设计手册故可计算得FK=228860.1N，所以，活塞杆有足够的稳定性！4 机身的分析与设计4.1 腰部和基座的设计4.1.1 结构设计通过安装在支座上的步进电机和谐波齿轮直接驱动带动机座转动，从而实现机械手的旋转运动，通过安装在顶部的步进电机和联轴器带动滚珠丝杠转动实现手臂的上下移动。在丝杠的两边装有两根导向轴，既保证了机械手手臂能够随机座一起转动，又能保证实现平稳的升降运动。导向轴选用钢材，从而在减小重量的同时节省成本，其

27、设计结构如下图2-10。1底座，2步进电机，3齿轮，4基座5支架，6滚珠丝杠，7导向柱，8联轴器图4.1 腰部和基座结构图1底座，2步进电机，3圆锥滚子轴承，4带，5外壳6行程开关，7柔轮，8波发生器，9刚轮图4.2 环形轴承的机器人机座4.1.2 步进电机的选取步进电机是一种将电脉冲信号变换成为相应的角位移或者制线位移的机电执行元件。在正常使用的情况下，每当输入一个电脉冲，步进电机就转动一个角度，前进一步。 HYPERLINK javascript:; 没输入一个脉冲信号，电机就转动一个步距角，因此，这种电动机就称为步进电动机。又因为它输入的既不是正弦交流电，也不是恒定的直流电，而是电脉冲信

28、号，所以被叫做脉冲电动机。步进电机的转速、角位移与脉冲信号的频率和脉冲数成正比，负载变化对它没有影响，步进电机按照脉 HYPERLINK javascript:; 冲信号转动相应的角度被称为“步距角”也被叫做步距，步进电机每转过一个步距角的角度是固定不变的，它的大小与绕组的相数、转子的齿数和通电方式有关系。目前我国步进进电机步剧角为0.36到90给几个脉冲信号走相应的角度。因此人们通常是通过控制脉冲个数来控制角位移角度，进而达到目的的准确定位；同时控制电机转动的速度和加速度也可以通过控制脉冲频率来实现，从而实现调速。步进电机是一种感应电机，它有单相轮流通电、双向轮流通电和单双向轮流通电等方式。

29、定子绕组每改变一次通电方式，称为一拍。“单”是指每次切换前后只有一组绕组通电；“双”是指每次有两相绕组通电。步进电机是动力源，是机电一体化很重要的部件，在各种自动化控制系统中被广泛应用。随着现代化电子元器件的微小化和计算机技术的快速发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个行业的经济领域应用都非常广。搬运机械手在升降和旋转方向的运动均由步进电机提供动力，为了有根据的选取合适的步进电机作为动力源，对不同的驱动方式进行详细的对比，通过对比，可以得出，用步进电机作为动力源有许多的有点。如方便进行控制，定位比较精确，可通过编程进行重复动作等，接下来就开始选择步进电机的型号。初步选择的电机为BF反应式步进电

30、机，型号为：90BF001。下表4.2为它的一些详细的参数：表4.2 电机参数表步进的电机型号电机相数电机的步距角/（）电压/V最大静转矩/Nm(Kgfcm)最高的空载启动频 率/HZ正常工作频率/HZ转子转动惯量10Kgm分配方式质量/Kg90BF0014 0.980 3.922000800017.64四相八拍4.5（1）传动系统等效转动惯量计算每个传动的就够都折算到步进电机轴上所得的总转动惯量，就是传动系统等效转动惯量。电机转子转动惯量的折算查表得出，=1.764cm2联轴器转动惯量的折算 （式4.1）其中： D是圆柱体的直径（cm）, 是圆柱的质量（Kg），L是圆柱体的长度。对于钢材，材

31、料密度为,把数据代入上式得： 滚珠丝杠转动惯量的折算查表可知，滚珠丝杠的转动惯量为0.94Kgcm2/m，又因为滚珠丝杠的长度L380mm，所以滚珠丝杠转动惯量为=0.940.38=0.357Kgcm2手臂转动惯量的折算因为工作台是可以移动的，所有它的移动使的惯量必须折算到滚珠丝杠的轴上，则其折算后的转动惯量可按下式进行计算： （式4.2） 其中，是滚珠丝杠的导程（cm）；是工作台的质量（kg）。所以：系统等效转动惯量计算（2）验算矩频特性步进电机的最大静转矩就是指电机的定位转矩，查表得，。步进电机的名义启动转矩与最大静转矩的关系为： （式4.3） 查表得，0.707。所以，所以步进电机所需要

32、的空载启动力矩的计算如下： （式4.4） 式中：是空载时的启动力矩（Ncm）；为空载启动时运动机构从静止提速到最大快进速度，折算到步进电机轴上的加速力矩（Ncm）；为空载时折算到电机轴上的摩擦力矩（Ncm）； 有关的各项力矩值计算如下：加速力矩 （式4.5） （式4.6） （式4.7）空载摩擦力矩 （式4.8） 其中：取0.8 附加摩擦力矩 （式4.9） 其中：是未预紧时滚珠丝杠传动的效率，故取0.96。所以，步进电机所需空载启动力矩：（式4.10）初选电机型号时应该满足步进电机所需要的空载启动力矩小于等于步进电机的名义启动力矩，即 从上式可知电机初步满足要求。（3）启动矩频特性校核步进电机的

33、启动一般分为突跳启动和升速启动两种。突跳启动使用较少。升速启动就是步进电机从速度为零开始慢慢加速，在速度为零时，他的启动频率也是零。并且在一定的时间里，根据一定的加速规律进行加速。当启动完成时，步进电机的速度也就达到了最高。查表得，步进电机150BF002的启动频率为，所以所选用的电机不会丢步。（4）运行矩频特性校核步进电机的最高快进运行频率可按下式计算： （式4.11） 式中：为运动部件最大快进速度。算得。快进力矩的计算公式： （式4.12） 带入数值得：。查运行矩频特性图，可得：快进力矩对应的允许快进频率；所以,所用的电机都满足快速进给运行矩频特性要求。经过上边的计算与分析，本设计选取的步

34、进电机90BF001是适合使用的，能完成所需要的动作过程。4.1.3 轴承的选取（1）基座的支撑部件选用环形轴承，它相比其它轴承的特点是：直径较大但宽度较小，而且精度也比较高，刚度较大、既能承受径向力和轴向又能承受倾覆力矩。（2）圆锥滚子轴承安装在滚珠丝杠的下面，它的型号为30204，具体的参数如下：表4.3 轴承参数表轴承代号 基本额定 极限转速 r/min动载荷Ca /KN静载荷 C0a 脂润滑油润滑 3020428.230.58000100004.2 机械传动装置的选取4.2.1 滚珠丝杠的选择假设滚珠的使用寿命为Lh = 15000 h 左右，可靠度为95%，精度是3级精度。（1）计算

35、载荷Fc = （式4.13）查机械设计手册，得= 1.1 ， = 1.0 ，=1.61 ， = 1 Fc = = 1.11.01.6111000 = 1771 N （式4.14） = = = 19559 N （式4.15）（2）选择滚珠丝杆副的型号滚珠丝杠是机械产品上将回转运动转化直线运动最适合的部件。滚珠丝杠由螺杆、螺母、钢球、预压片、反向器、防尘器组成。它的功能就是转化运动即将旋转运动转化成直线运动，这是艾克姆螺杆的进一步延伸和发展，这项发展的重要意义就是将轴承从滑动动作变成滚动动作。滚珠丝杆都用滚动轴承支承。可用的滚动轴承种类很多。就目前工业上普遍来说，主要用到二种，一种是推力角接触轴承

36、，这种轴承可以组配，摩擦力矩较小小；另一种是滚针-推力圆柱滚子组合轴承，这种，多用于重载，轴承刚度大。 HYPERLINK javascript:; 滚珠丝杠是许多机器中常见的传动部件，它的主要作用是将旋转运动转换成线性运动，或将扭矩转换成轴向反复作用力，同时兼具高精度、可逆性和高效率等优点它的传动效率高达85-98，是滑动丝杆副的2-4倍雇主丝杆副的摩擦角小于1，因此不自锁。因此设计的旋转式机械手的升降装置上必须有制动装置。滚珠丝杆由于受到的摩擦阻力很小，因此滚珠丝杠被大量应用于各种各样的工业设备如车床，铣床等和精密仪器上面如光学仪器上面。主要尺寸为：按= 19559N，查机械设计手册，选取

37、的滚珠丝杠的系列代号为FYC1-4008-2.5。= 40 mm , =8 mm , =4 mm , d = 39mm，滚珠直径d0=3.969mm滚道半径 R= 偏心距 e= （式4.16） 丝杠内径（式4.17）27 mm , =24000 N , =1880 N螺旋导程角 = arctan = arctan = 338（式4.18）螺杆不长，无需验算稳定性。 （3）刚度验算根据最差的情况进行考虑，则在螺距(导程)内受轴向力引起的弹性变形与受转矩引起弹性变形方向一致时的变形量最大，具体计算如下： = + （式4.19）式中 T1 = tan( +) = 1000tan(+) = 1321

38、Nmm磨擦系数f = 0.025, 当量磨擦角 = ，剪切弹性模量 G=8.33 N/mm2所以：= + （式4.20） = 0.0387 m 其中，危险截面= 35.76，E = 2.06每米螺杆长度上的螺矩的弹性变形 = = 6.6 /m ()p = 15/m （式4.21）因为滚球丝杆精度要求为3级精度，查表得，()p = 15/m所以其刚度满足要求。（4）计算效率 = = = 0.960 = 96% （式4.22）4.2.2 谐波齿轮的选择与普通齿轮进行对比发现谐波齿轮的特点为：(1)传动比大。(2)这种传动同时啮合的齿数较多，所以它的承载能力也就大。(3)运动时所产生的误差和冲击较小

39、，传动的精度也较高，传动相对比较平稳。(4)效率高。(5)起动时所需要的力矩较大，容易损坏柔轮，且传动比35时一般不用。本设计中的谐波齿轮是采用带杯形柔轮的谐波传动组合件。它是由带凸缘的环形刚轮，杯形的柔轮和柔性轴承、椭圆盘构成的波发生器三大部分共同组成的。型号XB1-80-100-2-3/3机型号100，既柔轮的公称内径为80mm减速比100精度等级为6级 4.2.3 轴的设计和联轴器的选择联轴器是机械传动中常用的部件。他们主要用来连接轴与轴或者是连接轴与其他回转面零件，以传递运动与转矩，有时候也可用做安全装置。图2-12所示为采用锥环（锥环夹紧环）无键消隙联轴器，可使动力传递没有反向间隙。

40、螺钉5通过压圈3施加轴向力时，由于锥环之间的楔紧作用，内外环2分别产生径向弹性变形，消除轴4与套筒1之间的配合间隙，并产生接触压力，通过磨擦传递转矩，而且套筒1与轴4之间的角度位置可以任意调节。这种联轴器传递转矩的能力很大，结构上更为简单，安装方便，易于制造，耐久度高，并且有一定的吸振和缓冲能力，允许被连接的俩轴之间有一定的轴向位移以及少量的径向位移和角位移。这种联轴器目前应用很广泛，品种也越来越多。1外套筒，2内环，3垫圈，4轴，5螺栓图 4.3 消隙联轴器本设计的轴为传动轴，其设计步骤如下：根据步进电机的相关参数确定出轴上的功率P1、转速n1和转矩P1=pn1=T1=9550000P1初步

41、确定轴的最小直径选取轴的材料为45钢，调质处理，取A0则dmin=A0由联轴器的型号确定出轴此处的直径为22mm，半联轴器的长度L=62mm，则半联轴器与轴配合的毂孔长度L1=30轴的结构设计为了满足轴向定位的要求，在联轴器的轴向处应该设有一个轴肩，轴肩高度为2mm，则此处轴颈为26mm，轴的另一段需要安装垫片，进行螺纹锁紧，则右侧直接应该为22mm，长度为38mm。轴的强度校核由于选定轴的材料为45钢，调质钢处理，其-1=60MPa，故，安全。5 搬运机械手控制系统的概述5.1 PLC的组成和工作原理工业机械手通常具有多个自由度，并且任意一个自由度都需要有一个伺服机构，它们共同工作，组成一个

42、多变量的控制系统。PLC即可编程序逻辑控制器，目前，在国内外已广泛应用于自动化、机器人、生产流水线控制等工业生产中，PLC的应用范围通常可分为五种：（1）顺序控制；（2）运动控制；（3）过程控制；（4）数据处理；（5）通信网络。(1)PLC的组成PLC的本质就是用来控制的一种微型计算机，因此，PLC与计算机的组成非常相似，从硬件结构上来看，它也有中央处理器（CPU）、输入/输出（IO）接口、存储器等。具体的组成情况如下图5.1所示，中央处理器（CPU）单元PLC存储中央处理器（CPU）单元PLC存储单元输入/输出单元电源部分接口单元外部设备(2)PLC的工作原理及特点PLC的工作方式是按照集中

43、输入、集中输出、不断的周期性循环扫描的方式进行工作的。PLC的工作过程由三个基本的部分组成；具体的工作原理如下图5.2所示，第一部分是上电处理；第二部分是扫描过程；第三部分是出错处理。YYNN电源ON内部处理输入处理（输入传送、远程I/O）通信服务（外设、CPU、总线服务）更新时钟、特殊寄存器CPU运行方式执行程序输出处理执行自诊断PLC正常？存放自诊断错误结果致命错误CPU强制为STOPSTOPRUNY图5.2 PLC运行框图PLC的特点有：可靠性高，抗干扰能力强；通用灵活；编程简单方便；功能完善，扩展能力强；设计、施工、调试的周期短，维护方便。5.2 机械手PLC梯形图本设计不仅对于利于P

44、LC对搬运机械手进行控制的原理作了简单的介绍，还利用PLC编写了控制搬运机械手的梯形图。由于本设计的搬运机械手有三个自由度，且动作靠行程开关来控制，现将每个信号所代表的意思写在了下表5.1中。表5.1 信号表示含义表信号表示的含义信号表示的含义Q1旋转电机正转I81启动自锁按钮Q2旋转电机反转I82正向旋转位置开关Q3液压缸前伸I83伸长位置开关Q4液压缸收缩I84下降位置开关Q5升降电机正转I85上升位置开关Q6升降电机反转I86收缩位置开关I87反向旋转位置开关在将各个信号和所表示的含义定义后，接下来设计并编写了控制搬运机械手的PLC梯形图，如下图5.3所示。图5.3 PLC梯形图6 结论

45、通过此次毕业设计，让我理解到了许多关于机械手的相关知识，同时也对目前国内外机械手的发展现状有了一定的了解。经过国家几十年的发展，中国国内的机械手不断地发展壮大，尤其对于搬运机械手来说发展更是日新月异，而搬运机械手的技术正在日趋完善。本论文在分析策略，总结以前经验的同时，介绍了我设计的搬运机械手各机械模块系统的组成及结构设计，并对机械手的控制做了简单的介绍。本次的毕业设计中设计的搬运机械手并不是通用机械手，所以，动作比较固定，机构也相对简单，专用性比较强。在驱动设计中，采用了液压传动，液压出力较大，同时可用电液伺服机构实现连续的运动控制，从而使机械手有较高的定位精度，使机械手用途更广。该搬运机械手选择了二指夹持机构，可以抓取一般的棒料，抓取的物体形状相对单一，在设计中也存在许多的局限和不足之处，希望通过不断的学习和今后的努力，对搬运机械手的设计有一个清晰而系统的设计方法。参考文献1潘骏，段福斌，杨文华，吴立军.机械设计基础M.南京大学出版社，2007:15-157.2孟少龙.机械加工工艺手册M.北京，机械工业出版社，1991:45-91.3汤瑞.轻工机械设计M.上海：同济大学出版社，