六自由度机械手设计说明书要点Word格式.docx

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应用机械手代替人进行工作，这是直接减少人力的一个侧面，同时由于应用机械手可以连续的工作，这是减少人力的另一个侧面。

因此，在自动化机床的综合加工自动线上，目前几乎都设有机械手，以减少人力和更准确的控制生产的节拍，便于有节奏的进行工作生产。

应用前景

工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。

工业机械手的是工业机器人的一个重要分支。

它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。

机械手作业的准确性和各种环境中完成作业的能力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景。

机械手是在机械化，自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。

在现代生产过程中，机械手被广泛的运用于自动生产线中，机械人的研制和生产已成为高技术邻域内，迅速发殿起来的一门新兴的技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。

机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动，不知疲劳，不怕危险，抓举重物的力量比人手力大的特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用

目录

机械手的设计

一、方案设计

方案一：

机械手采用气动控制，气压传动，其优点：

1）以空气为工作介质，来源放不安，且用后可直接排入大气而不污染环境。

2）空气粘性小，损失小，节能高效。

3）动作迅速、反应快、维护简单、不易堵塞。

4工作环境适应性好，安全可靠。

5）成本低、过载能自动保护。

缺点：

1）工作速度稳定性差。

2）不易获得较大的推力或转矩。

3）有较大的排气噪声，4）以空气无润滑性能，需在气路中设计给油润滑装置。

方案二：

机械手采用电气控制，机械传动，其优点：

1）精度高，伺服电机作为动力源，同步带等组成结构简单且效率高的传动机构。

2）控制精度高，根据设定的参数实现精确控制，在高精度传感器、计量装置、计算机技术的支持下，能够大大超过其他控制方式达到的控制精度。

3）改善环保水平，由于使用能源品种的减少及其优化的性能，污染减少了，噪音降低了，能够提供良好的工作环境。

4）降低噪音，其运行噪音低于70分贝，大约是液压驱动的三分之二。

因此选用电气控制，机械传动，局部气动的机械手。

能够更好的发挥两者的优点避免缺点。

二、结构设计

气动控制运动结构图如下图所示：

电气控制运动结构件图如下图所示：

其中电气传动的回转等复杂动作因采用的伺服电机及计算机控制，较气动控制简单，因此该结构选取完全的电气控制。

而其机械手的加持可采用气动控制。

1、电机的选择

机械手除去加持装置总共有六个自由度，总共需用六个伺服电机。

1）主回转轴电机的选用

主电机传动比选择：

i=25

主回转轴电机转矩，转动惯量计算：

11J1=md2=⨯50⨯0.3352=0.701kg⋅m288

11222J2=md=⨯80⨯1.3=33.8Kg⋅m44

J+J0.701+33.8=0.055Kg⋅m2Jmax=1

22=i625

11T1=mgr=⨯50⨯10⨯0.335=41.8N⋅m44

11T2=mgL=⨯80⨯10⨯1.3=520N⋅m22

T+T41.8+520T电=12==22.472N⋅mi25

根据转矩、转动惯量选择电机型号：

松下电机MGMA3KW，额定转矩28.4N·

m，最大转矩，63.7N·

m，电机转动惯量，55.7⨯10-4Kg⋅m2，额定转速1000r/min,最大转速，2000r/min，外形分类F型。

2）大臂摆动电机选用

传动比选择：

电机转矩，转动惯量计算：

11J=md2=⨯80⨯1.22=28.8Kg⋅m244

J28.8J电=2=2=0.004608Kg⋅m2i25

11mgL=⨯80⨯10⨯1.2=480N⋅m22

T480T电===19.2N⋅mi25

m，T=最大转矩，63.7N·

3）大臂转动电机选用

i=10

电机转矩转、动惯量计算：

11J=md2=⨯80⨯0.0652=0.0325Kg⋅m288

J0.0325J电=2==0.000325Kg⋅m2i100

11T1=mgr=⨯30⨯10⨯0.065=4.875N⋅m44

11T2=mgL=⨯30⨯10⨯0.55=82.5N⋅m22

T+T4.875+82.5T电=12==8.7375N⋅mi10

松下电机MGMA900W，额定转矩8.62N·

m，最大转矩，19.3N·

m，电机转动惯量，11.2⨯10-4Kg⋅m2，额定转速1000r/min,最大转速，2000r/min，外形分类D型。

4）小臂摆动电机的选择

i=15

11J=md2=⨯20⨯0.552=1.5125kg⋅m244

J1.51252J电=2==0.0051Kg⋅m2i15

11T=mgL=⨯20⨯10⨯0.55=55N⋅m22

T55T电===3.67N⋅mi15

5小臂转动电机选择

11222J=md=⨯20⨯0.13=0.04225kg⋅m88

J0.04225==0.0004225Kg⋅m22i100

11T=mgr=⨯20⨯10⨯0.065=3.25N⋅m44

T3.25=0.32N5⋅mT电==i10

松下电机MDMA750W，额定转矩3.57N·

m，J电=最大转矩，10.7N·

m，电机转动惯量，6.2⨯10-4Kg⋅m2，额定转速2000r/min,最大转速，3000r/min，外形分类D型

5）手腕摆动电机选择

11J=md2=⨯5⨯0.0452=0.0025kg⋅m2

44

J0.0025J电=2==0.000025Kg⋅m2i100

11T=mgL=⨯5⨯10⨯0.045=1.125N⋅m22

T1.125T电===0.1125N⋅mi10

松下电机MQMA200W，额定转矩0.64N·

m，最大转矩，0.91N·

m，电机转动惯量，0.42⨯10-4Kg⋅m2，额定转速3000r/min,最大转速，5000r/min，外形分类A型。

2、V带的选择

该机械手中大臂摆动和手腕摆动需要选择V带。

1）大臂摆动V带选择

①计算功率：

Pca=KAP=1.2⨯3000=3.6Kw小带轮转速：

n1=1000

由上述数据可以选择带型为Ａ型；

根据参考文献【１】P155和P157可以选择小带轮直径为：

dd1=100mm计算得大带轮直径dd2=idd1=4⨯100=400mm

②验算带速：

v1=πdd1n1

60⨯1000=3.14⨯100⨯1000=5.23m/s符合V带选择标准。

60⨯1000

中心距的初算：

0.7（dd1+dd2≤a0≤2（dd1+dd2

得350≤a0≤1000，取a0=800；

③计算相应带长：

（dd1+dd22

Ld0≈2a0+（dd1+dd2+=1600+785+78.125=2463.1mm24a0π

根据参考文献【1】P146，Ld=2240mm同时查得长度系数KL=1.06；

④计算中心距：

a≈a0+

中心距的变动范围：

Ld-Ld0=688mm2

amin=a-0.015Ld=688-33.6=654mm

amax=a+0.03Ld=688+67.2=755mm

⑤验算小带轮包角：

57.3°

°

α1≈180-（dd2-dd1=180-300⨯=155°

a688°

大于90°

符合要求。

⑥确定带的根数：

z=PcaPca3.6===4根Pr（P0+∆P0KαKL（0.95+0.11⨯0.93⨯1.06⑦确定带的初拉力：

（F0min=500

=500⨯（2.5-KαPca+qv2Kαzv（2.5-0.93⨯3.6+0.1⨯5.2320.93⨯4⨯5.23

=145.2+2.7=147.7N

对于新安装的V带初拉力为1.5（F0min，对于运转后的V带初拉力应为

1.3（F0min

⑧计算带传动压轴力：

2

=2⨯4⨯147.7⨯sin77.5°

=1148.1NFP=2zF0sinα1

2）手腕摆动的V带的选择：

Pca=KAP=1.2⨯200=0.24Kw

小带轮转速：

n1=3000

由上述数据可以选择带型为Z型；

dd1=75mm计算得大带轮直径dd2=idd1=4⨯75=300mm

60⨯1000=3.14⨯75⨯3000=11.775m/s符合V带选择标准。

得262≤a0≤750，取a0=400；

Ld0≈2a0+（dd1+dd2+=800+588+87.89=1475.8mm24a0π

根据参考文献【1】P146，Ld=1400mm同时查得长度系数KL=1..14；

Ld-Ld0=362.1mm2

amin=a-0.015Ld=362-21=341mm

ama