《机器人搬送设备设计11000字（论文）》

机器人搬送设备设计目录TOC\o"1-3"\h\u291781绪论 1159731.1设计背景及意义 1156261.1.1设计背景 1263321.1.2设计意义 5173671.2工业机械手的发展 5313601.2.1发展历史 558681.2.2发展趋势 8176371.3本章小结 1192032搬运机械手总体方案设计 12132612.1总体方案分析 1213772.1.1搬运机械手的组成 12134832.1.2机械系统设计分析 1311282.1.3搬运机械手设计参数 13243982.2机械手结构运动及轨迹分析 1419132.2.1机械手结构运动分析 14242752.2.2机械手运动轨迹分析 15148172.3搬运机械手传动机构形式 16213352.3.1链条传动 16238762.3.2各类带传动 17312292.3.3齿轮传动 17317512.3.4丝杠传动 1856892.4搬运机械手方案设计 18112362.4.1机械结构设计 18119182.4.2传动方案设计 18190042.5本章小结 19303搬运机械手传动机构设计 20102143.1动力传动系统 20265473.1.1电动驱动 2021883.1.2液压驱动器 20133643.1.3气动驱动器 20148033.2电机选型 20137313.3齿轮传动设计 21268483.4同步带结构设计计算 28135823.5丝杠结构设计 30207373.6轴承的计算校核 3595083.7本章小结 36298134搬运机械手零件结构设计 3762154.1手爪结构设计 37227034.2上臂结构设计 38123684.3下臂结构设计 39188294.4腰座结构设计 3975284.5底座结构设计 408494.6小臂后箱体结构的设计 41114174.7连杆结构的设计 41249334.8搬运机械手总体结构 41112754.9本章小结 42246175设计总结 4323051参考文献 451绪论1.1设计背景及意义1.1.1设计背景随着科技的不断进步和科技的高速发展，自动化控制开始了观感的应用，如自动机床、计算机系统、工业机器人和机械手控制等。工业机器人和机械手是一种相对较新的机电设备，开始改变现代技术和化学工业的面貌。机械手目前在非常广泛的意义上被使用，它也非常擅长现代机械，是一项先进的控制技术，这已经是现代机械制造领域的一个非常狭窄的环节。与此同时，这项技术发展得非常快，目前被现代学校称为机器人技术的一门学科所视为。由于这只机械手臂具有相对广泛的领域，如机械、机械和计算机技术，它也是一种综合技术。图1-1机械手机械手臂的快速发展是因为人们意识到它的积极作用：首先，它可以部分取代人工工作；第二，根据生产的技术要求，这是完全可行的，一旦完成了特定的程序，就可以按照规定的时间、地点和程序完成工作；第三，还可以对一些轻型装配和焊接部件进行管理、自动化焊接和装配工作、减少人工生产、提高生产效率以及在工业生产中发挥更大作用，加速发展。这也与他们受到高度重视有关，而许多国家对待他们非常认真，在他们的研究中投入了大量的人力和物质力量。特别是在某些特殊条件下，如高温或高血压，以及一些环境中使用的噪音。最近，我的发展速度也相当快，而且有一些结果被机械工业所评估。简单地说，机械手是一种多功能机制，在自动化控制中更可靠，同时可编程，更方便地更新或改变编程。它本身有多种自由度，可以在不同的条件下运作，以实现目标。从技术上讲，机械手更容易成为机器的一部分，但更专业。与此同时，该领域的快速发展提高了许多单一特征，程序控制的重复操作旨在实现共同目标。在这个工作计划中，这种被称为普遍机械手的机械手臂可以快速改变，而且它也足够强大，能够适应它们，目前许多小型生产中使用。图1-2冲压送料机械手现代汽车的生产情况也很清楚：所有这些工厂都是生产线，特别是焊接技术，以及生产线，主要用来制造机械手。身体在每次运动中都是这样移动的，然后身体的身体被控制、呼吸和下降，同时将其放置在指定的位置。这些机械手不仅出现在这些工业中，还出现在一些家用电器工厂中，这些工厂在装配线上使用这种机械手，而且还出现在制造机械手臂的大部分线路上。工业机械手是近几十年来发展起来的先进的自动化生产机器。机械手也是机器人的一种，能够根据预期要求将材料从特定地点移动到指定位置或根据预期要求控制工件进行加工。发展方向是更高的智能化和更好的适应性。操作者动作的准确性和在各种环境下的动作完成度在现代经济中具有非常大的发展前景。机械手的成长在于它的巨大作用，作用如下：（1）机械手能大幅度降低人的劳动强度；（2）机械手能按预期要求进行物料的搬运；（3）机械手可以使用各种机器用来进行装配和焊接，从而极大减少人的劳动，明显提升了生产率，由于其不会像人产生疲劳，所以工作效率也得到了很大的提高。物料搬运机械手在国内外同行业的应用，应用如下：（1）在热加工方面的应用由于热处理造成的极端高温和恶劣恶劣的工作环境，这里最重要的是确保人员的安全，其次是提高工作效率和生产力。，机器人的优点是更大的显示出来了（2）在冷加工方面的应用对于冷加工，需要机械手进行工具更换和材料处理。近来已应用于自动化加工生产线，在机床与设备的连接中发挥着重要作用。（3）在铁路系统的应用由于轨道安装在铁路系统中，轨道和其他辅助部件的搬运、频繁安装、拆卸和维护是需要十分庞大的劳动力来作为支撑的。机械手的出现给行业带来了好消息。机械手大大降低了人们的劳动强度，改善了劳动条件，提高了工作效率，为铁路建设做出了巨大贡献。在过去的几十年里，行业中出现了智能、适应性强的机械手，出现了更多类型的机器人。在未来的工业发展中，将会使用越来越多的机械手，这将帮助社会生产，进一步提高生产力。1.1.2设计意义（1）能提高生产过程的自动化程度机械手的使用是必要的，在一些集会，和焊接生产线有很多优势，可以加快转移的材料或装卸以及工件的机械组装，是很有帮助的，效率提高，成本控制，自动化程度这些因素是非常重要的。（2）可以改善工作条件，避免人身事故在一些特殊的环境中，人们很难工作，或很难在其中工作一段时间，如高温、高压或低温，低压环境中，更多的噪音或放射性材料和其他环境是非常危险的人。这个时候使用机械手可以很好的完成工作，不需要担心这些问题，代替人在工作岗位上完成。同时这也是你的工作条件，也是为了避免一些生命安全事故。（3）可以减少人力，方便节奏性生产在使用机械手时，更多的是代替手工工作的一种情况，这也直接减少了人力，而且机械手能够长时间不间断的工作，所以也直接提高了生产效率。1.2工业机械手的发展1.2.1发展历史随着社会不断的的发展，社会对生产力和生产力的要求也随之越来越大，先进的技术和各种应用存在，作为现代生产和现代社会生产力的主要支撑，工业机械手在未来将发挥更大的作用。工业操纵者将推动社会进步到更高水平。根据人工智能机器人的出现和工业机械手的引进的具体统计，机械手行业正处于年均10%以上的高速发展阶段。操纵者将在未来继续增长。图1-3第一台机械手1962年晚些时候，在美国早期研究的基础上又出现了另一种机械手臂，一种由数字控制的机械手势模型，也被称为通用自动装置。事实上，他的推进系统在模拟坦克塔或液压发动机方面做得更好。事实上，美国高度重视机械手设计，高度重视机械手臂的性能改善和可靠性，并高度重视这一点，同时还进行了许多改进整个结构的试验，同时考虑到成本。在这种情况下，德国制造机器的速度非常快，1970年赫尔曼本人的操作系统非常快，同时使用了操纵者，而条件则使用了操纵者，而斯瓦罗钦地区和斯瓦罗彻姆地区与操纵者之前的操作系统相似。德国公司KnKa也以研究除了点焊接手以外的其他东西而闻名，这是一种用于连接软件控制的结构的关节。图1-4标准机器人瑞士RETAB公司还生产了自己的机械手臂，而不是机械手臂，它是卫星技术的组成程序。日本实际上是当时发展最快的国家，当时工业机械手臂被广泛使用。从一开始，美国就引入了两种经典的机械手臂。1.2.2发展趋势我国的工业发展速度非常快，因此对工业机械手的需求也非常大，但是我国的机械手的性能和数量都处于严重短缺的状态。许多先进的操纵器依赖于从国外进口。因此，为了大大降低人们的劳动强度，改善各种机械手的工作条件也逐渐得到了研究，主要在铸造、焊接、锻造、机械加工、冲压、装配、热处理、喷漆、检测等方面。在中国，使用最多的是第一代机械手。它结构简单，需要手动控制操作机械手。它很便宜，而且需要一些控制技巧。这是第二代机械手。它采用微机控制系统。通过各种传感器给予触觉、视觉和听觉反馈的能力。刺激发展的第三代机械手可以完成许多困难的动作。微型计算机和显示设备的进步将使它们成为FMS和FMC的重要组成部分，而第二代机械手将需要高级程序员。2搬运机械手总体方案设计械手最早应用在汽车制造工业，常用于上下料、搬运、焊接和喷漆等方面。机械手的出现，解放了人的手足，扩大了人的大脑功能。它不仅能够替代人在危险、有毒、有害、冰冷和高热等恶劣条件中工作。还能帮助人完成繁琐、单调的重复劳动，提高劳动生产率。目前机械手主要用在制造业里，尤其是在电器制造、汽车制造、机械制造及材料加工等行业。随着现代科技的进步，人们对产品的功能、性能等要求不断提高，机械手的应用范围也日益广大。气动机械手属于机械手的一种，它具有动作迅速、结构简单、运动平稳、可靠性高、节约能源和不污染环境等优点在生产和生活中被广泛使用。PLC控制机械手，可按相关要求选择相应的产品来完成复杂动作的逻辑控制。基于PLC控制的机械手，是以逻辑控制为主体，组成模拟量控制系统。这样的系统，抗干扰能力和带负载输出能力强，比较稳定，能够很好的适应环境。机械手可以进行各种编程，以完成各种要求的工作任务。它在构造上有人体的外形，同时在性能上兼有人的灵活和机器的精确等多个优点。尤其在智能和适应性上将人的特点体现的淋漓尽致。机械手作业准确，并且能够在许多恶劣的环境中完成作业。尤其在易爆，易燃，有毒，极寒，高温，及有放射性物质等危险的环境中替代人工进行繁琐且危险的工作。这对于改善工人的劳动环境，保护工人的身体健康具有十分积极的意义。同时，其在社会生产中应用愈来愈广泛，有着广阔的研究前景，值得深入探索和研究。2.1总体方案分析2.1.1搬运机械手的组成图2-1组成框架图它一般是由控制系统、机械系统（执行系统和驱动系统）及检测系统组成。（1）执行系统：执行系统是机械手执行动作所必须的构件的集合。（2）驱动系统：驱动执行系统进行动作。常用的机械传动、液压传动、气压传动和电机传动。（3）控制系统：控制驱动系统进行动作，即控制执行系统按照预计的程序进行动作。（4）检测系统：通过各类检测传感装置检测执行系统的状况，在产生错误或故障时发出警告，然后进行反馈。2.1.2机械系统设计分析本物料搬运机械手设计只是设计结构，也就是设计机械部分。机械部分主要是分为驱动部分和执行系统。各部分系统分析如下：（1）执行系统执行系统是机械手执行动作所必须的构件的集合。这里包括了机座、手臂梁、手腕梁等。（2）驱动系统是实现机械手运动的动力系统，用来驱动执行元件进行动作。常用的机械传动、液压传动、气压传动和电机传动。2.1.3搬运机械手设计参数根据通用自动装卸机械手的结构，初步制定了以下参数，并将根据此表进行如下设计。表2-1自动搬运机械手设计参数表下臂回转（°）腰座升降（mm）上臂伸缩（mm）手旋转（°）夹持重量（kg）90/-902007003603整机重量（kg）重复精度（mm）整机尺寸（mm）150±0.21500*1500*300表中的参数基于初始状态，值为正顺时针和负逆时针。2.2机械手结构运动及轨迹分析2.2.1机械手结构运动分析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。I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。机械手初位图如图2-2所示。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，如图2-3所示：图2-3与各连杆连接空间坐标系图2-3中θ为绕Zi旋转时Xi到Xi-1测量角度，d2、a2、a3；分别为1连杆、2连杆和3连杆的长度。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2-2所示。表2-2机械手连杆参数和关节变量（关节数）关节变化范围（°）100°0-180°～180°20-90°-90°～90°30°00°～180°40°0-90°～180°50-90°0-180°～180°表2-2中：沿方向测量到的距离单位为毫米，绕，轴旋转的到的角度单位为度；沿方向测量的到的距离单位为毫米；绕轴旋转的到的角度单位为度。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。2.2.2机械手运动轨迹分析机械手在完成搬运作业前，需要考虑生产现场的实际工况，如根据技术标准估计机械手的操作步骤和运动轨迹，有时还需要避开障碍物。工业机械手按操作方式可分为点对点行走机械手和路径连续运动机械手。描述机械手末端执行器的起始位置、姿势和目标位置和姿势。本设计选择先确定机械手在笛卡尔坐标系中的运动轨迹方程，将笛卡尔坐标轨迹转化为关节空间中各关节的运动轨迹，利用曲线绘制空间中的运动曲线。这时候就需要平滑机械手的运动。搬运空间的工作路径如图2-4所示：图2-4搬运空间作业路径图2.3搬运机械手传动机构形式常见的几种传动方式有链条传动、V带传动、平带传动、同步带传动、变速箱齿轮传动以及丝杠结构的传动。2.3.1链条传动链条的长度可以自己选择，所以轴的距离不是很准确，可以减少安装的难度。由于链条齿轮与链条之间的间隙，传动过程不是很准确，特别是当传动方向发生变化时存在一定的滞后。但其成本低，加工成本低，安装精度低，是一种非常方便快捷的解决方案。正因为链条传动不需要很高的精度，所以在高强度的越野环境和振动较大的环境中，链条传动也是最可持续、最稳定的旋转方式。图2-5链传动2.3.2各类带传动皮带传动广泛应用于高速、小直径、低噪音的场合。通常用于大型电机以驱动各种机械机构。滑轮需要摩擦才能保持运动，这会导致打滑和蠕动。平带需要张紧装置将能量从一个轮子传递到另一个轮子。这种拧紧过程会给轴承带来沉重的负担。失步问题不用于两端转速需要同步的情况，但可以用于存在短期过载的情况。图2-6带传动2.3.3齿轮传动机器人通常使用减速电机，这是齿轮箱和电动机的组合。齿轮箱内装有齿轮、轴、轴承、润滑油等刚性附件。变速箱必须由精确设计的部件组成。常用的方法是使用直齿轮、行星齿轮、蜗轮或这些齿轮的组合。齿轮传动的延伸包括齿轮齿条的传动，将旋转运动转换为直线运动，类似于涡轮蜗杆的结构。2.3.4丝杠传动丝杠传动也是将旋转运动转换为直线运动，特点是控制和运行精度高，常与伺服电机搭配使用，实现精准定点的运动。不足之处在于不能远距离传动，会发生变形，加工难度大等。2.4搬运机械手方案设计2.4.1机械结构设计根据自动搬运机械手手的实际运动需求，要实现自动上料，所以需要设计四个及以上的自由度来能保证实现所有的运动。经过实习的观察，和自己查询资料的结果，初步设计本次的方案如下图所示。1—底座；2—腰座；3—旋转体；4—上臂；5—滑台；6—上臂；7-手图2-7冲压送料机械手结构简图2.4.2传动方案设计完成机械安装的方法有很多，常见的有液压、气动和电机驱动。电机驱动结构比较复杂，但空间紧凑，非常适合使用小型结构的机械，所以动力全部由伺服电机驱动。（1）腰座升降运动腰座的升降运动需要将电机的旋转运动转化为直线运动，进过上一小节对传动机构形式的分析，采用丝杠螺母的结构来实现。（2）下臂的旋转上臂的旋转运动可以直接使用电机驱动来完成，为节省空间，采用齿轮结构，利用一组直齿轮来完成驱动。（3）上臂的伸缩上臂伸缩的距离较长，不适合采用丝杠螺母的结构，为保证传动精度，本次设计采用同步带的结构加上直线滑块模组来保证上臂在下臂上精准的运动。（4）手结构的旋转当冲压送料手吸住冲压件后，可能不是想要的角度位置，所以需要设计一个旋转运动来实现。由于上臂较长，所以不能使用齿轮传动来实现，于是手结构的旋转也采用同步带的方式来完成。3搬运机械手传动机构设计3.1动力传动系统通常的机器人驱动方式有以下三种：3.1.1电动驱动电力驱动是目前使用最广泛的驱动。它的能量其实比手说的相对简单，在速度范围也很大，工作效率也是比较高的一类，它们大部分都是连接到减速装置上的，直接驱动比较困难。3.1.2液压驱动器液压传动这类型的驱动机器人系统更适合高功率，还因为权力的这种类型的驱动器的方面是相对较大的，也是一种以上的结构相对简单，不需要一个减速齿轮，与此同时，响应也相对快速、精确的伺服驱动是非常高的。3.1.3气动驱动器气压传动装置是一种结构相对简单，但在权力，没有液压驱动，条件下的平等权力，气动驱动功率小，而且对压力较小的原因，上面的控制速度不是很方便，所以在一些精度不高液位控制系统是能够使用。通过对以上三种驱动方式的比较，本课题的机器人在电动驱动的选择上采用了直流伺服电机和步进电机。3.2电机选型电机简单来说就是一个驱动机构，是冲压送料机械手动作的动力源，也是整个系统的一个核心装置，它对于安全性以及可靠性是有一定的影响的。电机的选择有多钟，由于本次冲压送料机械手传动的工件较小，所需要的位置精度很高，所以选用伺服电机作为本次设计使用。查询相关伺服电机资料，根据本次设计情况，可以选择110-02030伺服电机额定功率600W，额定电压220V，额定转矩1.96N·m。3.3齿轮传动设计图3-1齿轮设计1.齿轮的类型、精度等级要确定，而且材料和齿数也要确定1）根据确定的传动方案，本设计选用圆柱直齿圆柱齿轮，其压力角为20度。2）高精度自动搬运机械手手，选择7级精度。3）在材料选择上，目前为45钢齿轮，其硬度范围为229~286HBS。4）齿轮1齿数，传动比选取，齿轮2齿数为防止齿数啮合破坏，齿数互质，选择2.按齿面接触强度设计由设计计算公式进行验算，即 （1）确定公式中的计算值1）试选载荷系数2）计算齿轮传动的扭矩3）选取齿宽系数4）查询材料的弹性影响系数5）根据齿面硬度，确定齿轮的接触疲劳极限为，；6）齿轮应力循环次数(每天两次，每次8小时，每年使用300天，使用计算20年)7）查取接触疲劳寿命系数，8）计算接触疲劳许用力取失效概率为1%，安全系数，查询资料得取中较小者为该齿轮副的接触疲劳许用应力，即（2）计算1）试算齿轮分度圆直径2）计算圆周速度根据设定角加速器30所以有3）计算齿宽 为保证齿轮强度齿宽b取值13mm4）计算齿宽与齿高之比5）计算载荷由表查得使用系数；根据，6级精度，查得动再系数；直齿轮，；根据材料表的参数，采用这种插值法可以查到需要的参数，里面的齿轮的精度数值为6，在这个相对支承但是又不是对称布置的时候，其齿向载荷分布系数为；由，，查得 6）校正分度圆直径 7）计算模数 3.按齿根弯曲强度设计试算模数的设计公式 （1）确定公式内的各计算数值，1）查得齿轮的弯曲疲劳强度极限，QUOTEσFlim1，2）取弯曲疲劳寿命系数，3）计算弯曲疲劳需用应力。取弯曲疲劳安全系数S=1.7，由式得 4）计算载荷系数 5）查得齿形系数，6）查得应力校正系数，7）计算齿轮的并加以比较 因为齿轮1的大于齿轮2的数值，所以取（2）设计计算 根据上述计算，模量较小。考虑实际加工情况，考虑齿轮的强度和刚度要求，其取模量为m=2。4.确定几何尺寸1）计算分度圆直径 2）计算中心距 2）计算齿宽 保证强度，齿宽取整5.绘制齿轮零件图，详细见附件二维图纸6.齿轮主要参数表表3-1齿轮的主要参数名称代号齿轮1齿轮2模数m2中心距A69压力角α20精度等级JD6齿数z1752齿宽b1313分度圆直径d34104齿顶圆直径da38108齿根圆直径df29993.4同步带结构设计计算选择滚珠丝杠和皮带，需要对滚珠丝杠和皮带的主要参数进行设计。在计算前，先对平台下各自由度的荷载进行估算：第一自由度荷载为20kg；第二自由度为5kg；第三个自由度为0.5kg。设计计算以抓取同步带为例进行设计，该同步带主要完成手爪的夹持和张紧，由于设计抓取的重物为圆柱形，外径Φ40-60mm，长度范围为40-60mm，质量小于500，所以传动的功率估计为500W，带轮转速100r/min。1）设计功率由表查得2）选定带型和节距根据，节距3）确定小带轮齿数根据带型H和小带轮转速，查得小带轮的最小齿数在这里取4）小带轮节圆直径根据上式查得其外径5）在这里大带轮和小带轮相同，传动比为1因此大带轮的外径与小带轮相同所以有，6）带速v7）初定轴间距取8）确定带长及齿数根据上式查得带长代号为1100的H型同步带，其节线长，节线长上的齿数。9）实际轴间距a10）小带轮啮合齿数11）基本额定功率由机械手机手册]查得，12）计算带宽由手册查得H型带由手册查得，应选带宽代号为300的H型带，其13）带轮结构和尺寸传动选用的同步带为1100H300；3.5丝杠结构设计采用丝杠传动。丝杠的轴向力是三自由度载荷的总力。因此，丝杠的轴向载荷为200N。必要的条件是：丝杠负荷；电机最高转速n=3000r/min；丝杠导程=10mm；等效速度(考虑到运动过程中轴向载荷小，电机转速高，将等效速度简化为1500r/min)；等效负载(根据恒载运动的原理)。图3-2丝杠结构设计计算动负载：由公式其中：寿命系数，转速系数，要求寿命，=300×16×10＝48000h综合系数，其中：查表3-2得；查表3-3得；查表3-4得；查表3-5得；查表3-6得表3-2温度系数工作温度小于10012515017520022525010.950.900.850.800.750.70表3-3硬度系数硬度》585552.55047.545401.01.111.351.561.922.43.85表3-4精度系数精度等级1、2、34、57101.00.90.80.7表3-5负载性质系数负荷性质无冲击平稳运转一般运动有冲击和振动运转1-1.21.2-1.51.5-2.5表3-6可靠性系数可靠度9095969798991.000.620.530.440.330.21经计算，得，因此得到选用RNBS标准螺帽精度为滚珠丝杠副，其型号为RNBS2510A，其额定动载荷为3.24KN>2.1KN，满足要求根据工作冲程的垂直方向为300mm，标准螺杆长度为500mm的滚珠丝杠副。不发生共振临界转速校核：式中E—材料的拉、压弹性模量，钢的J—丝杠轴最小截面惯性矩（）；A—丝杠轴最小截面面积；—临界转速计算长度（m）；ρ—材料密度钢的；—安全系数，取=0.8；将E、J、A、ρ、的值代入得其中：查表3-7得：=3.927，由滚珠丝杠副参数知：丝杠螺纹底径mm临界转速长度：mm经计算得，符合要求表3-7支撑方式系数支撑方式一端固定一端自由一端固定一端游动两端固定0.252.004.001.8753.9274.730适应范围低速短轴垂直安装中速、较高精度高速、高精度、高刚度临界压缩载荷校核：不发生失稳的最大压缩载荷，以表示，按欧拉公式计算式中E、J、—含义同上；—最大受压长度（m）；—丝杠支承方式系数；—安全系数，取=；将E、J、、π的值代入上式可简化得其中：查表3-8得：=2.00，由滚珠丝杠副参数知：丝杠螺纹底径mm临界转速长度：mm经计算得15.2KN，符合要求。3.6轴承的计算校核图3-3轴承设计根据结构尺寸，旋转轴承6203，内径17mm，外径40mm，预期轴承的寿命=50000h。查询资料可得：=20100N，=22000N由于轴承所受载荷平稳，=1.0大齿轮的圆周力：==N=36.30N大齿轮的径向力：==36.30°=13.21N轴承承受的轴向力主要是冲压件送料机械手腰座以上的所有重力，估计上部总的质量W为2kg，则轴向力：=29.8=19.6N计算当量动载荷：==1.50＞故X=0.56，Y=1.71寿命计算：==由于轴承受力很小，故远远超过需用寿命。4搬运机械手零件结构设计4.1手爪结构设计机械手的通用性是更重要的是，如果特征太简单，没有太多的价值，所以在这个多才多艺的加强，有必要手操纵的机制做一个结构，可以更换，另外，可以变成一种气动吸盘的结构。这种手的结构是手指和力的传递的简单结合。这种制度形式多样，适应面广。对手部的基本要求（1）具有足够的夹紧力；手指的夹紧力也是一个重要的因素。在确定时，需要考虑一些影响因素才能确定。首先要考虑的是惯性力和振动，确保机械手在工作时不会松动或脱落。（2）手指间应具有一定的开闭角；手指的开闭角度用来保证物体在达到指定位置4后可以正常的分离或进入。一般情况下，当工作条件较好，环境允许时，最好是打开和关闭更大的范围。（3）保证工件准确定位；设计过程中总会有偏差，所以在选择和匹配时采用了IT8级，可以满足工件的定位。所以可以设计为夹持型机械手，利用齿轮啮合的转动，完成对圆柱形工件的夹取，这样实现的传动效率高，结构简单。为了简化结构，设计将齿轮和连接臂做成一个整体，不仅能提高强度使得设计结构更为紧凑。图4-1手爪结构设计装配图4.2上臂结构设计上臂采用一块底板和一个封罩组合的结构，采用钣金件风罩大大降低上臂结构的重量，从而降低对电机和整体性能的要求。上臂的作用主要是驱动末端手结构的旋转，同时利用封罩将同步带挡住防止灰尘等杂物进入。材料选用密度低的铝料能进一步减轻重量，同时加工制造也更方便。图4-2上臂侧板结构图4.3下臂结构设计下臂结构和上臂类似，因为设计上臂的驱动也是采用同步带的结构，上臂作用在同步带上，随着同步带的移动而改变位置。所以下臂设计成由三块板组合而成的U型槽结构，同步在才槽中运动。在U型槽外设计左右两组滑槽导轨，上臂的结构固定在滑槽上，这样保证上臂精准的直线运动。图4-3下臂设计结构图4.4腰座结构设计机械手的腰部可以支撑手臂，并实现机械手的回转功能，所以腰部旋转最要的是有足够的转矩和适合转速，并克服运动时产生的负载转动惯量。除了需要根据实际情况加装减速装置之外，还应满足以下基本要求：（1）足够的强度和刚度。（2）较好的整机低频和动态特性，不致发生共振。（3）良好的热稳定性。（4）工艺性要好，便于拆装和安全运输。4.5底座结构设计底座结构采用ht-200铸铁板，将小型冲压件的进给机械手的大部分质量集中在底座上，从而降低了机械手的重心，保证了其正常完成冲压件的进给操作。底座设计成筒状结构，中间腰座的升降就在圆筒内部完成，根据腰座升降结构的尺寸大小以及升降范围设计底座结构图如下。图4-4底座结构图4.6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。4.7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。4.8搬运机械手总体结构通过对机械手总体方案、驱动方案、传动方案等分析与设计，做出了本机械手的总体结构设计，如图4-6所示。从中可以知道，本机械手是一种中小型摆臂式圆柱坐标型四自由度机械手。它主要由端拾器部分，手臂部分，腕部和腰座等部分组成。其中，机械手的升降是腰部相对于基座箱体的运动；机械手手臂的伸缩是主臂相对副臂的运动；机械手整体大回转主要是腰部的旋转；机械手手部小回转则是副臂末端腕部的旋转，它们共同作用，实现了机械手的空间运作，从而使机械手末端能够准确抓取工件，并将工件放置到指定