四自由度棒料搬运机械手设计论文[带图纸]

四自由度棒料搬运机械手设计论文[带图纸]内容摘要：

转是摆动气缸通过气爪的连接附件直接相连接。 [5]如下图 图 气爪连接示图 毕业设计说明书论文 1961660126 课件之家的资料精心整理好资料 底座的旋转是通过步进电机联接谐波齿轮直接驱动转动机 座转动，从而实现机械手的旋转运动。 [5]如下图 ： 1—— 支座， 2—— 电机， 3—— 轴承， 4—— 带传动， 5—— 壳体 6—— 位置传感器， 7—— 柔轮， 8—— 波发生器， 9—— 刚轮 图 机械手底座传动示图 本设计中的四自由度棒料搬运机械手的有关技术参数见表 21。 表 21 机械手参数表 机械手类型 四自由度圆柱坐标型 抓取重量 2Kg 自由度 4 个（ 2 个回转 2 个移动） 底座 长 290mm，回转运动，回转角 240176。 ，步进电机驱动 PLC 控制 手臂升降机构 长 550mm， 升降运动，升降范围 400mm，步进电机驱动 PLC 控制 手臂伸缩机构 长 826mm，伸缩运动，伸缩范围 270mm，气缸驱动 活塞位置控制 气爪旋转机构 旋转运动，旋转角 180o，气缸驱动，行程开关控制 毕业设计说明书论文 1961660126 课件之家的资料精心整理好资料 3 机械手的传动设计 滚珠丝杠的选择 丝杆所受载荷主要是手臂的重力，设计的手臂质量约为 25KG即等效载荷 NF 245m。 丝杆选为有效行程 450mm , 由前电机选择的计算丝杆转速 min525m rn  , 设计使用寿命取 L=27106r ，工作温度低于 100℃ ，可靠度 95%，精度为 3 级精度。 [1] 计算工作载荷： FK mcF 式中： K—— 颠覆力矩影响的实验系数，设计取为 FF mc K = 245 = 294 N 最大动负载 C 的计算 最大动负载 C 的计算公式： mm FLC  f3 [12] 查机电综合设计指导书式 214 得 式中： L—— 工作寿命，单位为 106r，本设计取为 27 106r fm—— 运转状态系数，无冲击取 ~1 ，本设计取 Fm—— 滚珠丝杆工作载荷（ N）； 把以上数据代入 mm FLC  f3 得： 0 5 82 9 C 选择滚珠丝杆副的型号 C= 按 aCC ，查机电综合设计指导书表 27，选用汉江机床厂 FN 型滚珠丝杠，系列代号为 FN250624。 [12]其中 7747aCN 0D = 25 mm , nP =6mm , 螺杆不长， 变形量不大无需验算。 效率计算 螺旋导程角 γ = dPnarctan = ondParctan = 3186。 57′ 毕业设计说明书论文 1961660126 课件之家的资料精心整理好资料 效率的计算公式： )tan(tan [12] 查机电综合 设计指导书式 215 得 式中：  —— 丝杆螺旋导程角有前计算的 753  —— 摩擦角丝杆副摩擦系数为 ~  ，其摩擦角为 01 把以上数据代入)tan(tan   得： %959 5 )01753t a n ( 753t a n   谐波齿轮减速器参数的确定 一般一级谐波齿轮减速比可以在 50～ 500 之间，谐波齿轮结构简单，零件少，重量轻，运动误差小，无冲击，齿的磨损小，传动精度高，传动平稳。 谐波齿轮减速传动装置明显的优点，已广泛用于机器人和其它机电一体化机械 设备中。 本设计的底座旋转采用谐波齿轮减速器传动。 谐波齿轮采用带杯形柔轮的谐波传动组合件。 它是由三个基本构件构成的，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。 谐波齿轮的设计基本参数如下： 传动比： 100i2 ； 柔轮变形波数： U=2 ； 柔轮齿数： 2 0 01 0 02i  UZ R ； 刚轮齿数： 2022200rc  UZZ ； 模数：  ； 柔轮臂厚： H ； 尺宽： mm20b ； 其中，柔轮与柔轮的啮合参数经计算分别确定如下： 毕业设计说明书论文 1961660126 课件之家的资料精心整理好资料 全齿高： R ；  ； 分度圆直径： mm80dR ；  ； 齿顶圆直径：  ；  ； 齿根圆直径：  ；  ； 齿形角： 20R ； 20c ； 变位系数： RX ； CX ； 柔轮与刚轮均采用渐开线齿形，波发生器采用控制式发生器，其中长轴 2a= ，短轴 2b= ，并且采用具有 23 个直径为。 谐波齿 轮轮齿的耐磨计算： 由于谐波齿轮的柔轮和刚轮的齿数均很多，两齿形曲线半径之差很小，所以轮齿工作时很接近面接触，则轮齿工作表面的磨损可由齿面的比压 P 来控制。 轮齿工作表面的耐磨损能力可由下式计算： [7] 2020pR n vTKPPd h b Z 式中： T—— 作用在柔轮上的转矩（ mN ），由前计算取得 m2  NT ； Rd —— 柔轮分度圆直径，本设计中取为 Rd =80mm ； nh —— 最大啮入深度，近似取 nh =（ ~ ） m，本设计中取 1 .4 0 .4 0 .5 6nh m m   ； b —— 齿宽（ mm），设计中取为 b=20mm ； vZ —— 当量于沿齿廓工作段全啮合的工作齿数 ，一般可取 1520 007 Z ； K—— 载荷系数，取 ~K ，设计中取为 K= ； P —— 齿宽许用比压 ，对于无润滑条件下工作的调质柔轮，取 P =8MPA ； 所以，代入vn bhd 2020 ZKTP R  得： 2 0 0 0 2 1 . 58 0 0 . 5 6 2 0 1 50 . 4 4 6 4M P aP     毕业设计说明书论文 1961660126 课件之家的资料精心整理好资料 因 MPAMPA  满足 aP ，所以符合耐磨性要求。 柔轮强度计算： 谐波齿轮工作时，柔轮筒体处于变应力状态，其正应力基本上是对称变化的，而切应力则呈脉动变化，若以 mam  , 分别表示正应力和切应力的应力幅和平均应力。 [11] （ 1）正应力的应力幅和平均应力分别为： 0, 2  mpDE  （ 2）由变形和外载荷所引起的切应力分别为： 12pp2p1y2 0 0 0,hE0 . 5 D hTD    则，切应力的应力幅和平均应力为： )(   ym 以上式中： T—— 柔轮工作转矩（ mN ），由前计算取为： T=2 mN ； 1h —— 柔轮齿根处的臂厚（ mm），设计中取为： 1h = ； PD —— 计算平均直径（ mm），设计中为： mmD 1fp  ； E—— 弹性模量（ aMP ），设计中为 E =206000 aMP ； —— 变形量（ mm）， Rc dd ，本设计中为 =－ 80= ； 将具体数据代分别代入上式中得： 323220. 8 20 6 10 0. 63. 55 56 .1 03 ( )00. 8 20 6 10 0. 60. 5 7. 90 2( )20 00 20. 33 9( )79 .1 0. 60. 5 ( ) 0. 5 ( 7. 90 2 0. 33 9) 4. 12 1 ( )aamyaaa m y aMPMPMPMP                   毕业设计说明书论文 1961660126 课件之家的资料精心整理好资料 柔轮工作条件较恶劣，为使柔轮在额定载荷下不产生塑性变形和疲劳破坏，并考虑加工工艺较高的要求，决定选用 30CrMnSiA 作为柔轮材料。 30CrMnSiA 的力学性能如下： [6] 1 1 0 0 , 9 0 0b a s aM P M P ，球化处理后硬度为 HRC26~24 ， 且，取： 110 . 4 5 0 . 4 5 1 1 0 0 4 9 5 ( )0 . 2 5 0 . 2 5 1 1 0 0 2 7 5 ( )ba MPMP       柔轮正应力安全系数和切应力安全系数分别为： 11495 275 aamn kn k        柔轮的安全系数： nn 2222    此数值大于许用安全系数 ，则柔轮强度满足要求。 毕业设计说明书论文 1961660126 课件之家的资料精心整理好资料 4 机械手的各电机选择 进电动机又称脉冲电动机，是一种把电脉冲信号转换成与脉冲数成正比的角位移或直线位移的执行电机。 本机械手系统所要求的定位精度较高，而步进电机对系统位置控制比较准确且控制易于实现。 故本机械手选用的驱动电机都是步进电机。 机械手手臂升降步进点击的选择 机械手手臂升降用步进电机来驱动，通过丝杆传动来实现升降。 初选步进电机 75 003BF [8] 由前计算丝杆导 程为 mmLo 6 本设计机械手手臂升降速度选定为 smmS 35 所以丝杆转速： m i  OLSW  回转转矩： fgac MMM  式中： cM —— 机械手手臂升降相对丝杆的回转力矩 ； fM —— 机械手手臂升降相对丝杆的摩擦阻力矩 ； gaM —— 机械手手臂升降在停止（制动）过程中相对与丝杆的惯性力矩 ； 其中： twoga JM ， 式中：  —— 手臂升降启动或制动过程中角速度的变化量，也就是工作的角速度： 23 4 9 .9 8 ( / m in ) 3 4 9 .9 8 3 6 .6 4 9 ( / )60r ra d s     ； t —— 手臂升降启动或制动的时间：本设计取为 ）（  ； 0J —— 手臂升降时各部件对回转轴线的转动惯量 2mkg， 其中： dls JJJJ o 式中： sJ —— 丝杆对其转动轴的转动惯量 2kg， 其中： 10smJ D L 式中： mD —— 丝杆的公称直径由前计算得 ）（ D 毕业设计说明书论文 1961660126 课件之家的资料精心整理好资料 L—— 丝杆的长度本设计取为 (m) 代入得： ）（ 234mkg0 0 1 3 2  J lJ —— 升降电机与丝杆间的联轴器的转动惯量 ）（ 2s mkg0 0 1 J 查机械设计手册 (软件版 ) 得； dJ —— 步进电机转子的转动惯量 ）（ 2d。