毕业设计（论文）冲压机械手的设计（磁吸式）.doc

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1、冲压机械手的设计（磁吸式）摘要 随着工业自动化发展的需要，机械手在工业应用中越来越重要。文章主要叙述了磁吸式机械手的设计计算过程 。首先，本文介绍机械手的作用，机械手的组成和分类。文章中介绍了磁吸式机械手的设计理论与方法。全面详尽的讨论了磁吸式机械手的手部、腕部、手臂以及机身等主要部件的结构设计。关键词：机械手；磁吸式机械手；电磁铁；行程开关；齿轮齿条；The design of the stamping manipulator (the air absorbed)AbstractThe applying of the manipulators is more and more importa

2、nt in the industry, with the development of industrial automation. The paper mainly narrated the design and calculation of the Ci absorbed type of manipulator.The first，The paper introduces the function, composing and classification of the manipulator.This article elaborates the Ci absorbed type of

3、manipulators design theory and method. The comprehensive exhaustive discussion has transported the Ci absorbed type of manipulators hand, the wrist, the arm ，the fuselage and so on ,which the major structural design computation.Keywords: manipulator; the Ci absorbed type of manipulator; Electromagne

4、t; Position limited switch; gear and rack 目录中文摘要1英文摘要11绪论51.1前言5 1.2 工业机械手的简史5 1.3工业机械手在生产中的应用71.4机械手的组成71.4.1执行机构7 1.4.2驱动机构81.4.3控制系统分类81.5工业机械手的发展趋势81.6本文主要研究内容91.7本章小结92磁吸式机械手的总体设计方案102.1机械手的主要部件及运动102.2驱动机构的选择102.3本章小结103机械手手部的设计计算113.1工件尺寸113.2机械手手抓的设计计算113.2.1选择手抓的类型113.2.2手抓的力学分析11 3.3 电磁铁的选

5、择123.3.1 电磁铁简介123.3.2 电磁铁分类123.3.3 选择真空泵的类型133.4 行程开关的选择143.5本章小结144 腕部的设计计算154.1 腕部设计的基本要求154.2 腕部的结构设计154.3 本章小结155 臂部的设计及有关计算165.1 臂部设计的基本要求165.2 手臂的典型机构以及结构的选择165.2.1 手臂的典型运动机构165.2.2 手臂运动机构的选择165.3 本章小结176 机身的设计计算186.1 机身的整体设计186.2 传动系统设计计算186.2.1 轴的设计计算186.2.2 V带的设计计算206.2.3 V带轮的设计计算226.2.4 齿轮

6、齿条的设计计算226.2.5 键的设计计算266.2.6 轴承的选择28 6.2 本章小结287 结论291 绪论1.1前言用于再现人手的的功能的技术装置称为机械手。机械手是模仿着人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。在工业生产中应用的机械手被称为工业机械手。工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新技术，并已成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分，这种新技术发展很快，逐渐成为一门新兴的学科机械手工程。机械手涉及到力学、机械学、电器液压技术、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域，是一门跨学科综合技术。工业机械手是近几十年发展起来的一种高科

7、技自动生产设备。工业机械手也是工业机器人的一个重要分支。他的特点是可以通过编程来完成各种预期的作业，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现在人的智能和适应性。机械手作业的准确性和环境中完成作业的能力，在国民经济领域有着广泛的发展空间。机械手的发展是由于它的积极作用正日益为人们所认识：其一、它能部分的代替人工操作；其二、它能按照生产工艺的要求，遵循一定的程序、时间和位置来完成工件的传送和装卸；其三、它能操作必要的机具进行焊接和装配，从而大大的改善了工人的劳动条件，显著的提高了劳动生产率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。因而，受到很多国家的重视，投入大量的人力物力来研究和应用。尤其是

8、在高温、高压、粉尘、噪音以及带有放射性和污染的场合，应用的更为广泛。在我国近几年也有较快的发展，并且取得一定的效果，受到机械工业的重视。 机械手是一种能自动控制并可从新编程以变动的多功能机器，他有多个自由度，可以搬运物体以完成在不同环境中的工作。 机械手的结构形式开始比较简单，专用性较强。 随着工业技术的发展，制成了能够独立的按程序控制实现重复操作，适用范围比较广的“程序控制通用机械手”，简称通用机械手。由于通用机械手能很快的改变工作程序，适应性较强，所以它在不断变换生产品种的中小批量生产中获得广泛的引用。1.2 工业机械手的简史现代工业机械手起源于20世纪50年代初，是基于示教再现和主从控制

9、方式、能适应产品种类变更，具有多自由度动作功能的柔性自动化。机械手首先是从美国开始研制的。1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手。他的结构是：机体上安装一回转长臂，端部装有电磁铁的工件抓放机构，控制系统是示教型的。 1962年，美国机械铸造公司在上述方案的基础之上又试制成一台数控示教再现型机械手。商名为Unimate(即万能自动)。运动系统仿造坦克炮塔，臂回转、俯仰，用液压驱动；控制系统用磁鼓最存储装置。不少球坐标式通用机械手就是在这个基础上发展起来的。同年该公司和普鲁曼公司合并成立万能自动公司（Unimaton）,专门生产工业机械手。1962年美国机械铸造公司也试验成功一种叫Versa

10、tran机械手，原意是灵活搬运。该机械手的中央立柱可以回转，臂可以回转、升降、伸缩、采用液压驱动，控制系统也是示教再现型。虽然这两种机械手出现在六十年代初，但都是国外工业机械手发展的基础。1978年美国Unimate公司和斯坦福大学、麻省理工学院联合研制一种Unimate-Vic-arm型工业机械手，装有小型电子计算机进行控制，用于装配作业，定位误差可小于1毫米。美国还十分注意提高机械手的可靠性，改进结构，降低成本。如Unimate公司建立了8年机械手试验台，进行各种性能的试验。准备把故障前平均时间（注：故障前平均时间是指一台设备可靠性的一种量度。它给出在第一次故障前的平均运行时间），由400

11、小时提高到1500小时，精度可提高到0.1毫米。德国机器制造业是从1970年开始应用机械手，主要用于起重运输、焊接和设备的上下料等作业。德国KnKa公司还生产一种点焊机械手，采用关节式结构和程序控制。瑞士RETAB公司生产一种涂漆机械手，采用示教方法编制程序。瑞典安莎公司采用机械手清理铸铝齿轮箱毛刺等。日本是工业机械手发展最快、应用最多的国家。自1969年从美国引进二种典型机械手后，大力研究机械手的研究。据报道，1979年从事机械手的研究工作的大专院校、研究单位多达50多个。1976年个大学和国家研究部门用在机械手的研究费用42%。1979年日本机械手的产值达443亿日元，产量为14535台。

12、其中固定程序和可变程序约占一半，达222亿日元，是1978年的二倍。具有记忆功能的机械手产值约为67亿日元，比1978年增长50%。智能机械手约为17亿日元，为1978年的6倍。截止1979年，机械手累计产量达56900台。在数量上已占世界首位，约占70%，并以每年50%60%的速度增长。使用机械手最多的是汽车工业，其次是电机、电器。预计到1990年将有55万机器人在工作。 第二代机械手正在加紧研制。它设有微型电子计算机控制系统，具有视觉、触觉能力，甚至听、想的能力。研究安装各种传感器，把感觉到的信息反馈，使机械手具有感觉机能。目前国外已经出现了触觉和视觉机械手。第三代机械手（机械人）则能独立

13、地完成工作过程中的任务。它与电子计算机和电视设备保持联系。并逐步发展成为柔性制造系统FMS(Flexible Manufacturing system)和柔性制造单元(Flexible Manufacturing Cell)中重要一环。1.3工业机械手在生产中的应用 机械手是工业自动控制领域中经常遇到的一种控制对象。机械手可以完成许多工作，如搬物、装配、切割、喷染等等，应用非常广泛。在现代工业中，生产过程中的自动化已成为突出的主题。各行各业的自动化水平越来越高，现代化加工车间，常配有机械手，以提高生产效率，完成工人难以完成的或者危险的工作。可在机械工业中，加工、装配等生产很大程度上不是连续的。

14、据资料介绍，美国生产的全部工业零件中，有75%是小批量生产；金属加工生产批量中有四分之三在50件以下，零件真正在机床上加工的时间仅占零件生产时间的5%。从这里可以看出，装卸、搬运等工序机械化的迫切性，工业机械手就是为实现这些工序的自动化而产生的。目前在我国机械手常用于完成的工作有：注塑工业中从模具中快速抓取制品并将制品传诵到下一个生产工序；机械手加工行业中用于取料、送料；浇铸行业中用于提取高温熔液等等。1.4 机械手的组成工业机械手由执行机构、驱动机构和控制机构三部分组成组成。1.4.1 执行机构（1）手部 既直接与工件接触的部分，一般是回转型或平动型（多为回转型，因其结构简单）。手部多为两指

15、（也有多指）；根据需要分为外抓式和内抓式两种；也可以用负压式或真空式的空气吸盘（主要用于吸冷的，光滑表面的零件或薄板零件）和电磁吸盘。 传力机构形式教多，常用的有：滑槽杠杆式、连杆杠杆式、斜槭杠杆式、齿轮齿条式、丝杠螺母式、弹簧式和重力式。（2） 腕部 是连接手部和臂部的部件，并可用来调节被抓物体的方位，以扩大机械手的动作范围，并使机械手变的更灵巧，适应性更强。手腕有独立的自由度。有回转运动、上下摆动、左右摆动。一般腕部设有回转运动再增加一个上下摆动即可满足工作要求，有些动作较为简单的专用机械手，为了简化结构，可以不设腕部，而直接用臂部运动驱动手部搬运工件。（3）臂部 手臂部件是机械手的重要握

16、持部件。它的作用是支撑腕部和手部（包括工作或夹具），并带动他们做空间运动。臂部运动的目的：把手部送到空间运动范围内任意一点。如果改变手部的姿态（方位），则用腕部的自由度加以实现。因此，一般来说臂部具有三个自由度才能满足基本要求，即手臂的伸缩、左右旋转、升降（或俯仰）运动。手臂的各种运动通常用驱动机构（如液压缸或者气缸）和各种传动机构来实现，从臂部的受力情况分析，它在工作中既受腕部、手部和工件的静、动载荷，而且自身运动较为多，受力复杂。因此，它的结构、工作范围、灵活性以及抓重大小和定位精度直接影响机械手的工作性能。（4） 行走机构 有的工业机械手带有行走机构，我国的正处于仿真阶段。1.4.2 驱

17、动机构驱动机构是工业机械手的重要组成部分。根据动力源的不同, 工业机械手的驱动机构大致可分为液压、气动、电动和机械驱动等四类。采用电动机构驱动机械手,结构简单、尺寸紧凑、重量轻、控制方便。1.4.3 控制系统分类在机械手的控制上，有点动控制和连续控制两种方式。大多数用插销板进行点位控制，也有采用可编程序控制器控制、微型计算机控制，采用凸轮、磁盘磁带、穿孔卡等记录程序。主要控制的是坐标位置，并注意其加速度特性。1.5工业机械手的发展趋势(1)工业机器人性能不断提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修)，而单机价格不断下降，平均单机价格从91年的10.3万美元降至97年的6.5万美元。(2)

18、机械结构向模块化、可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位一体化:由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机;国外已有模块化装配机器人产品问市。(3)工业机器人控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化;器件集成度提高，控制柜日见小巧，且采用模块化结构:大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。(4)机器人中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器，而遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制多传感器融合配置技术在产品化系统中已有成熟应用。(5)

19、虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制如使遥控机器人操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操纵机器人。(6)当代遥控机器人系统的发展特点不是追求全自治系统，而是致力于操作者与机器人的人机交互控制，即遥控加局部自主系统构成完整的监控遥控操作系统，使智能机器人走出实验室进入实用化阶段。美国发射到火星上的“索杰纳”机器人就是这种系统成功应用的最著名实例。(7)机器人化机械开始兴起。从94年美国开发出“虚拟轴机床”以来，这种新型装置已成为国际研究的热点之一，纷纷探索开拓其实际应用的领域。我国的工业机器人从80年代“七五”科技攻关开始起步，在国家的支持下，通过“七五”、“八五”科技

20、攻关，目前己基本掌握了机器人操作机的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术，生产了部分机器人关键元器件，开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人;其中有130多台套喷漆机器人在二十余家企业的近30条自动喷漆生产线(站)上获得规模应用，弧焊机器人己应用在汽车制造厂的焊装线上。但总的来看，我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，如:可靠性低于国外产品:机器人应用工程起步较晚，应用领域窄，生产线系统技术与国外比有差距;在应用规模上，我国己安装的国产工业机器人约200台，约占全球已安装台数的万分之四。以上原因主要是没有形成机器人产业，当前我国的机器人生产

21、都是应用户的要求，“一客户，一次重新设计”，品种规格多、批量小、零部件通用化程度低、供货周期长、成本也不低，而且质量、可靠性不稳定。因此迫切需要解决产业化前期的关键技术，对产品进行全面规划，搞好系列化、通用化、模块化设计，积极推进产业化进程.我国的智能机器人和特种机器人在“863”计划的支持下，也取得了不少成果。其中最为突出的是水下机器人，6000m水下无缆机器人的成果居世界领先水平，还开发出直接遥控机器人、双臂协调控制机器人、爬壁机器人、管道机器人等机种:在机器人视觉、力觉、触觉、声觉等基础技术的开发应用上开展了不少工作，有了一定的发展基础。但是在多传感器信息融合控制技术、遥控加局部自主系统

22、遥控机器人、智能装配机器人、机器人化机械等的开发用方面则刚刚起步，与国外先进水平差距较大，需要在原有成绩的基础上，有重点地系统攻关，才能形成系统配套可供实用的技术和产品，以期在“十五”后期立于世界先进行列之中。1.6 本文主要研究内容本文研究了国内外机械手发展的现状，通过学习机械手的工作原理，熟悉了磁吸式机械手的运动机理。在此基础上，确定了磁吸式机械手的基本系统结构，对磁吸式机械手的运动进行了简单的分析，完成了磁吸式机械手机械方面的设计工作（包括传动部分、执行部分、驱动部分）的设计工作。1.7 本章小结 本章简要的介绍了机械手的基本概念。在机械手的组成上，系统的从执行机构、驱动机构以及控制部分

23、三个方面说明。比较细致的介绍了机械手的发展趋势，简要的叙述了本文研究的内容。2 磁吸式机械手的总体设计方案本课题是磁吸式机械手的设计。本设计主要任务是完成机械手的结构以及传动方面设计。在本章中对机械手的驱动机构等进行了确定。因此，在机械手的执行机构、传动机构是本次设计的主要任务。2.1机械手的主要部件及运动根据设计任务，为了满足设计要求，本设计中机械手能够作垂直运动。本设计机械手主要由4个大部件组成：（1）手部，采用四个吸盘，通过采用电磁铁使吸盘内产生磁力来搬运工件。（2） 腕部，采用四根支架来固定吸盘以及通过焊接和臂部相联。（3）臂部，采用铝合金手臂，通过焊接与手腕联结，通过螺钉与齿条联结。

24、（4）机身，采用齿轮齿条机构实现机械手的垂直运动。 通过V带将电动机的转动传递给轴上的齿轮，再通过齿轮齿条将回转运动转换为垂直运动，从而使磁吸式机械手做垂直运动。2.2驱动机构的选择驱动机构是工业机械手的重要组成部分, 工业机械手的性能价格比在很大程度上取决于驱动方案及其装置。根据动力源的不同, 工业机械手的驱动机构大致可分为液压、气动、电动和机械驱动等四类。采用电动机构驱动机械手,结构简单、尺寸紧凑、重量轻、控制方便，驱动力大等优点。因此，机械手的驱动方案选择电动驱动。电动机的型号为Y160M1-2。其额定功率为11KW，额定转速为1500r/min。2.3 本章小结本章对机械手的整体部分进

25、行了总体设计，选择了机械手的基本形式以及主要部件，确定了本设计采用电动驱动。下面的设计计算将以次进行。3 机械手手部的设计计算3.1 工件尺寸 工件的尺寸为1501003。材料为钢，钢的密度为7.85。3.2机械手手抓的设计计算 3.2.1选择手抓的类型本设计是设计磁吸式机械手的设计，常用的工业机械手手部,按握持工件的原理,分为夹持和吸附两大类。吸附式常用于抓取工件表面平整、面积较大的板状物体,适合用于本方案。通过综合考虑，本设计选择吸盘作为磁吸式机械手的手抓。为了使机械手能够平稳的搬动工件，所以选择四个吸盘，吸盘内的磁力由电磁铁提供。3.2.2 手抓的力学分析1、首先是电源设计，即线圈两端的

26、电压。建议使用直流电源，因为直流电流可以保证次吸力稳定，没有交变。介于你设计的磁吸力小，可选用5-12V直流电源（电压越大，反应速度越快）。 2、绕线组材料的选取，如果设计要求绕线组质量轻，则可选择漆包铝线。一般情况下，选择漆包铜线，因为铜的电阻率低。 3、考虑绕线组的发热，绕线组是有电阻的，其发热功率P=U*U/R（U为电源电压）。 4、选用横截面积合适的导线作为绕线组。 5、磁吸力F磁感应强度B，而BI*N（电流与匝数的乘积） ，而I=U/R，且RN。（复杂吧，简化一下） 具体公式：B=u*I*N/2；R=*L/S=*D*N/S；（u是轮子的磁导率、是导线的电阻率、S是导线的横截面积、D是

27、线圈的平均直径32mm、N0.85*(20-12)*33.5/S、L是导线总长 。注意：S的单位是平方毫米；的单位是欧姆毫米） 则：B0.59*u*S/(可以看出只要绕线区域一定，B与N无关。) 看线圈发热功率：P=U*U/R(S2)；所以导线横截面积S尽量取小，但S过小会导致磁吸力变化速度慢。 选择每个吸盘的直径相同，d=20mm 工件的质量m=v=7.851501003g=353.250g所以根据平衡公式得 G=4F mg=4F即每个电磁吸盘的磁力：F=mg/4=0.3532509.8/4N=0.8654625N3.3电磁铁选择3.3.1电磁铁简介内部带有铁芯的通电螺线管叫电磁铁。电磁铁是

28、利用载流铁心线圈产生的电磁吸力来操纵机械装置，以完成预期动作的一种电器。它是将电能转换为机械能的一种电磁元件。当在通电螺线管内部插入铁芯后，铁芯被通电螺线管的磁场磁化。磁化后的铁芯变成了一个磁体，这样由于两个磁场互相叠加，从而使螺线管的磁性大大增强。为了使电磁铁的磁性更强，通常将铁芯制成蹄形。但要注意蹄形铁芯上线圈的绕向相反，一边顺时针，另一边必须逆时针。如果绕向相同，两线圈对铁芯的磁化作用将相互抵消，使铁芯不显磁性。另外，电磁铁的铁芯用软铁制做，而不能用钢制做。否则钢一旦被磁化后，将长期保持磁性而不能退磁，则其磁性的强弱就不能用电流的大小来控制，而失去电磁铁应有的优点1822年，法国物理学家

29、阿拉戈和吕萨克发现，当电流通过其中有铁块的绕线时，它能使绕线中的铁块磁化。这实际上是电磁铁原理的最初发现。1823年，斯特金也做了一次类似的实验：他在一根并非是磁铁棒的U型铁棒上绕了18圈铜裸线，当铜线与伏打电池接通时，绕在U型铁棒上的铜线圈即产生了密集的磁场，这样就使U型铁棒变成了一块“电磁铁”。这种电磁铁上的磁能要比永磁能大放多倍，它能吸起比它重20倍的铁块，而当电源切断后，U型铁棒就什么铁块也吸不住，重新成为一根普通的铁棒。 斯特金的电磁铁发明，使人们看到了把电能转化为磁能的光明前景，这一发明很快在英国、美国以及西欧一些沿海国家传播开来。 1829年，美国电学家亨利对斯特金电磁铁装置进行

30、了一些革新，绝缘导线代替裸铜导线，因此不必担心被铜导线过分靠近而短路。由于导线有了绝缘层，就可以将它们一圈圈地紧紧地绕在一起，由于线圈越密集，产生的磁场就越强，这样就大大提高了把电能转化为磁能的能力。到了1831年，亨利试制出了一块更新的电磁铁，虽然它的体积并不大，但它能吸起1吨重的铁块。电磁铁是一种把电能转化为直线运动机械能的电器元件.它的特点是直线运动时比电动机加转换机构的结构简单,成本低,噪音小,寿命长,力度可精确地数码控制.广泛用于家电,玩具,机车,工业自动化等需要把电能转化为直线运动机械能,或电能转化为吸力,制动力,加速能量的部件上.吸盘式电磁铁是根据电磁转换的原理，在通电状态下产生

31、强大的电磁吸力，以控制物件的前进或停止状态。该电磁铁结构简单紧凑，线圈置于软磁材料外壳之中并以环氧浇封，具有体积小，吸力大，牢固，可靠，全密封，环境适应性强等特点，该系列电磁铁可进行远程操作，动作简单灵敏，功能稳定可靠。被广泛应用在自动化作业线上作为材料或产品的输送控制件，在机械手、食品机械、医疗机械、自动化控制系统中亦有应用3.3.2 电磁铁分类电磁铁的结构形式很多，按磁路系统形式可分为拍合式、盘式、E形和螺管式。按衔铁运动方式可分为转动式和直动式。 按其线圈电流的性质可分为直流电磁铁和交流电磁铁；按用途不同可分为牵引电磁铁、制动电磁铁、起重电磁铁及其他类型的专用电磁铁。 牵引电磁铁主要用于

32、自动控制设备中，用来牵引或推斥机械装置，以达到自控或遥控的目的；制动电磁铁是用来操纵制动器，以完成制动任务的电磁铁； 起重电磁铁是用于起重、搬运铁磁性重物的电磁铁。 另外，电磁铁根据所用电源的不同，有以下三种： 交流电磁铁。阀用交流电磁铁的使用电压一般为交流220V，电气线路配置简单。交流电磁铁启动力较大，换向时间短。但换向冲击大，工作时温升高(外壳设有散热筋)；当阀芯卡住时，电磁铁因电流过大易烧坏，可靠性较差，所以切换频率不许超过30次min，寿命较短。 直流电磁铁。直流电磁铁一般使用24V直流电压，因此需要专用直流电源。其优点是不会因铁芯卡住而烧坏(其圆筒形外壳上没有散热筋)，体积小，工作

33、可靠，允许切换频率为120次min，换向冲击小，使用寿命较长。但启动力比交流电磁铁小。 本整型电磁铁。本整型指交流本机整流型。这种电磁铁本身带有半波整流器，可以在直接使用交流电源的同时，具有直流电磁铁的结构和特性。 3.4行程开关的选择 行程开关又称为限位开关，是一种利用生产机械某些运动部件的碰撞来发出控制命令的主令电器。用于控制生产机械的运动方向，速度，行程大小或位置的一种自动控制器件。 行程开关广泛应用于各类机床，起重机以及轻工业机械的行程控制。当生产机械运动到某一预定位置时，行程开关通过机械可动部分的动作，将机械信号转换为电信号，以实现对生产机械的控制，限制它们的动作和位置，借此对生产机

34、械以必要的保护。 行程开关按其结构可分为直动式（如LX1，JLXK1系列），滚轮式（如LX2，JLXK2系列）和微动式（如LXW-11，JLXK1-11系列）三种。 直动式行程开关的动作原理与按钮相同。但它的缺点是分合速度取决于生产机械的移动速度，当移动速度低于时，触点分断太慢，易受电弧烧损。此时，应采用有盘形弹簧机构瞬时动作的滚轮式行程开关。当生产机械的行程比较小且作用力也很小时，可采用具有瞬时动作和微小行程的微动式行程开关。 在本设计中，电磁铁使吸盘产生磁力，从而吸盘将工件吸起。当工件被搬运到预定位置时，通过撞击行程开关，使吸盘与大气相连，从而使吸盘放下工件。 通过综合考虑，选择滚轮式行程

35、开关JLXK2系列，其触点为常闭触点。行程开关放在机械手的手臂上，这样可以使行程开关随机械手一起运动。3.5 本章小结通过本章的设计计算，先通过工件计算了吸盘内所需达到的压强，然后依此选择了真空泵的型号，行程开关的型号以及行程开关的位置。4 腕部的设计计算4.1 腕部设计的基本要求（1） 力求结构紧凑、重量轻腕部处于手臂的最前端，它连同手部的静、动载荷均由臂部承担。显然，腕部的结构、重量和动力载荷，直接影响着臂部的结构、重量和运转性能。因此，在腕部设计时，必须力求结构紧凑，重量轻。（2）结构考虑，合理布局 腕部作为机械手的执行机构，又承担连接和支撑作用，除保证力和运动的要求外，要有足够的强度、

36、刚度外，还应综合考虑，合理布局，解决好腕部与臂部和手部的连接。（3） 必须考虑工作条件对于本设计，机械手的工作条件是在工作场合中搬运加工的工件，因此不太受环境影响，没有处在高温和腐蚀性的工作介质中，所以对机械手的腕部没有太多不利因素。4.2 腕部的结构设计 腕部采用平面式，用四根支架作成。下面采用两根支架,支架上面再放两根支架，四根支架上都不采用实体式，如果吸盘的位置正好吸在工件孔的位置，这样就会导致机械手不能搬动工件。采用此设计，可以人工调整机械手手部的位置来解决此问题。上面和下面的支架通过手部吸盘上的螺栓进行连接。跟螺栓进行连接的垫片采用快换垫片，这样可以迅速地调整机械手的手部位置。4.3

37、本章小结本章根据机械手手腕需达到的要求，选择了平面结构的腕部结构。并对组成腕部的支架采用非实体式以及采用快换垫片的优点进行了叙述。5 臂部的设计及有关计算手臂部件是机械手的主要握持部件。它的作用是支撑腕部和手部（包括工件或工具），并带动它们作空间运动。手臂的各种运动通常用驱动机构和各种传动机构来实现，从臂部的受力情况分析，它在工作中即直接承受腕部、手部、和工件的静、动载荷，而且自身运动较多。因此，它的结构、工作范围、灵活性等直接影响到机械手的工作性能。 5.1 臂部设计的基本要求一、 臂部应承载能力大、刚度好、自重轻（1） 根据受力情况，合理选择截面形状和轮廓尺寸。（2） 提高支撑刚度和合理选

38、择支撑点的距离。（3） 合理布置作用力的位置和方向。（4） 注意简化结构。（5） 提高配合精度。二、 臂部运动速度要高，惯性要小三、手臂动作应该灵活总结：以上要求是相互制约的，应该综合考虑这些问题，只有这样，才能设计出完美的、性能良好的机械手。5.2 手臂的典型机构以及结构的选择5.2.1 手臂的典型运动机构常见的手臂伸缩机构有以下几种：（1） 双导杆手臂伸缩机构。（2） 手臂的典型运动形式有：直线运动，如手臂的伸缩，升降和横向移动；回转运动，如手臂的左右摆动，上下摆动；符合运动，如直线运动和回转运动组合，两直线运动的双层液压缸空心结构。（3） 双活塞杆液压岗结构。（4） 活塞杆和齿轮齿条机构

39、。5.2.2 手臂运动机构的选择（1） 通过以上，综合考虑，本设计要求机械手垂直移动，选择齿轮齿条机构。臂部采用铝合金材料，这样可以减少手臂运动件的重量，可以减少臂部的惯量。臂部通过焊接与腕部相连，再通过焊接与齿条外面的端板相连接。通过M6的螺钉将外端板与齿条相联接。这样当齿条磨损后，可以换新的齿条。5.3本章小结本章设计了机械手的手臂结构，手臂采用齿轮齿条机构，对手臂与手腕以及与齿条联结的方式做了介绍。6 机身的设计计算机身是直接支撑和驱动手臂的部件。一般实现手臂的回转和升降运动，这些运动的传动机构都安在机身上，或者直接构成机身的躯干与底座相连。因此，臂部的运动越多，机身的机构和受力情况就越

40、复杂。机身是可以固定的，也可以是行走的，还可以沿地面或架空轨道运动。6.1 机身的整体设计按照设计要求，机械手要实现手臂的水平运动，实现手臂的回转运动机构一般设计在机身处。为了设计出合理的运动机构，就要综合考虑，分析。机身承载着手臂，做垂直运动，是机械手的重要组成部分。常用的机身结构有以下几种：（1） 回转缸置于升降之下的结构。这种结构优点是能承受较大偏重力矩。其缺点是回转运动传动路线长，花键轴的变形对回转精度的影响较大。（2） 回转缸置于升降之上的结构。这种结构采用单缸活塞杆，内部导向，结构紧凑。但回转缸与臂部一起升降，运动部件较大。（3） 活塞缸和齿条齿轮机构。手臂的回转运动是通过齿条齿轮

41、机构来实现：齿轮的往复回转带动与手臂连接的齿条的往复运动，从而使作水平运动。分析：经过综合考虑，本设计选用齿条齿轮结构。齿轮通过键与轴相连接，电动机再通过V带轮带动轴转动，从而带动齿轮转动，齿轮将运动传递给齿条，最终通过齿条使机械手能够作垂直运动。6.2 传动系统设计计算6.2.1 轴的设计计算 轴是组成机器的主要零件之一,一切作回转运动的传动零件(例如齿轮,蜗轮等),都必须安装在轴上才能进行运动及动力的传递。因此轴的主要功用是支撑回转零件及传递运动和动力。 在此次设计中，选择45钢作为轴的材料。因为碳钢比合金钢价廉，对应力集中的敏感性较低，同时也可以用热处理或化学热处理的办法提高其耐磨性和抗

42、疲劳强度，所以碳钢制造轴尤为广泛。 选择轴径： 轴的直径因为轴的材料为45钢，所以 取因为选择的电动机型号为Y160M22，额定功率=11Kw，转速=1500r/min，又因为传递的效率=0.909，所以轴上的输入功率P=11Kw 0.909=10Kw。转速n=(1500/1.5625)r/min=960r/min 所以dmm 所以取轴的最小轴径d=35mm。轴的设计结构见下图6.2.2 V带的设计计算带传动是由固联于主动轴上的带轮，固联于从动轴上的带轮和紧套在两轮上的传动带组成的。当原动机驱动主动轮转动时，由于带和带轮间的摩擦（或啮合），便拖动从动轮一起转动，并传递一定动力。带传动具有结构简

43、单，传动平稳，造价低廉以及缓冲吸振等特点，在近代机械中被广泛应用。 在一般机械传动中，应用最广的是V带传动。V带的横截面呈等腰梯形，带轮上也做出相应的轮槽。传动时，V带只和轮槽的两个侧面接触，即以两侧面为工作面。根据槽面摩擦的原理，在同样的张紧力下，V带传动较平带传动能产生更大的摩擦力。这是V带传性能上的最主要优点，再加上V带传动允许的传动比较大，结构较紧凑，以及V带多已标准化并大量生产等优点，因而V带传动的应用比平带传动广泛得多。因此采用V带传动。因为电动机型号为Y160M22，额定功率=11Kw，转速=1500r/min，传动比i=1.5625，一天运转 16h.1.确定计算功率由表86查

44、得工作状况系数=1.1,故 = P =1.111=12.1Kw 2.选择V带带型 普通V带的抗拉体的结构分为帘布芯和绳芯两种。帘布芯V带，制造方便。绳芯V带柔韧性好，抗弯强度高，适合于转速较高，载荷不大和带轮直径较小的场合。 而窄V带是用合成纤维绳作抗拉体，与普通V带相比，当高度相同时，窄V带得宽度约缩小1/3，而承载能力可提高1.5-2.5倍，适合于传递动力大而又要求传动装置紧凑的场合。 因为此次设计得机械手机构需传递较大得动力，而且要求传动装置尽量紧凑，所以采用窄V带。3.选取窄V带带型 根据,由图89确定选用SPZ型。4.确定带轮基准直径 由表83和表87取主动轮基准直径=80。 根据式

45、（815），从动轮基准直径 =i=（150080960）=125 根据表87，取=125。 按式（813）验算带的速度 V= =6.28m/s35m/s带的速度合适。 5.确定窄V带的基准长度和传动中心距 根据0.7(+) 2(+),初步确定中心距=350。 根据式（820）计算带所需的基准长度 =1023.296由表82选带的基准长度=1000。 按式（821）计算实际中心距 a a=+(- )/2=【350(10001023.296)2】=361.648 6.验算主动轮上的包角 由式（86）得 = 主动轮上的包角合适。 7.计算窄V带的根数z 由式（822）知 由=1500r/min, =80mm，i=1.5625,查表85c和表85d得 1.6Kw 0.18Kw 查表88得=0.98,查表82得=0.9则 Z=7.7 取z=8根6.2.3 V带轮的设计计算 V带轮的选择 在设计V带轮时应满足的要求有：质量小；结构工艺性好；无过大的铸造内应力；质量分布均匀，转速高时要经过动平衡；轮槽工作面要精细加工（表面粗糙度一般应为3.2），以减少带的磨损；各槽的尺寸和角度应保持一定的精度，以使载荷分布较为均匀等。 从动V带轮的选择 对于从动V 带轮,因为轴的直径为35,而带轮的基准直径=125。其基准直径，所以从动V 带轮采用腹板式。