机械原理课程设计装箱机械手机构Word文档格式.docx
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方案设计过程分析..........................................................................7
最优方案详细分析........................................................................10
机械抓手设计................................................................................13
机械传动系统设计方案................................................................15
设计小结.......................................................................................16
参考资料.......................................................................................16
指导老师评语................................................................................17
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课程设计的目的
（1）机械原理课程设计旨在使学生运用本课程所学的理论知识以及
有关课程的知识，进行一次较全面的综合性的设计练习，从而培养学
生分析和解军问题的能力。
（2）通过对装箱机械手的机构方案的拟定及其机构简图设计，增强
对设计工作的了解和认识，并培养学生的机构设计能力和机构分析能
力。
设计题目及设计要求
在某装箱机械手机构中，要求其手的运动按简图所示JKLM，MLKJ线路
重复运动。
其中JK段为取物料上升（物料来自传送带）；
KL段为物料
水平移动；
LM段为手抓放物料于箱内，故对其直线要求较高。
KL段若
较平直可提高装箱稳定性，但稍有误差问题不大。
JK是从输送带上抓
取物料，其直线度要求不高，只要能将物料提高到C的高度即可。
返
回时要求按原来路线逆着走。
今给定预期轨迹的尺寸分别为：
a=120mm；
b=600mm；
c=50mm；
d=1000mm。
物料提升重量为2千克。
机械手设计的基本步骤及工作流程
（1）机械手设计的主要步骤如下图:
（2）机械手工作流程
3
原位→下降→夹紧→上升→左移
↖↓
右移←上升←放松←下降
设计任务
（1）根据上述设计要求，每人至少提出两种不同设计方案，
选取其中最优的方案，进行机构简图设计。
对主体机构进行运动位置
分析,并按尺寸绘出相应位置时机构运动简图。
（一号图纸）（尺寸要准
确）
（2）对手爪中手指的开合机构进行机构运动方案设计。
（3）每人编制一份设计说明书，设计方案均应写入说明书（封面、目
录、内容、后记、参考书目等）内。
设计说明
（1）本设计尽量考虑用已学过的机构或几种机构的组合来实现位置
要求，熟练运用本课程知识。
（2）应考虑从动力源到执行部件之间的整体运动传递方案，尤其执
行部分更为重要，可参考《机械设计》中的传动方案知识。
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（3）除应考虑运动情况外还应考虑力求使机构运动性、加工特性、
用性能、经济性等要好，要尽量使用成熟的机构及其组合。
除考虑满
足轨迹要求外，还应考虑其各段行程中的运动规律的性能的特殊要
求。
工作要求
（1）绘图准确，布局尽可能匀称，图上线条、符号、尺寸标注及书写
字体（仿宋体）要规范化，图面整洁，质量要求高。
（2）说明书要求论述内容完整，步骤清楚，分析有条理，字迹工整，
绘图准确，装订成册。
（3）计应按预定进度进行，每天务必按时到设计教室，及时完成设计
任务，不准无故迟到、早退、旷课等，不准做与设计无关的工作。
设计方案
题目分析
由题意可知：
所设计的装箱机械手机构中主要分为三个步骤，抓取—
移动—放置，为了使其能彼此配合有序稳定的完成指定的任务，在时
间上就必须要严格的控制好，因此在设计其执行系统时需按时间进行
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分配。
下面就先对抓取—移动—放置这三个步骤进行分析。
抓取：
由图分析可知抓取过程为JK段，开始时机械爪手出于K点，开
关启动后，机械爪手向下下降50mm（为了能减少执行系统的空间，可
以在里加上一个放大机构），此时只能是竖直方向的移动，水平移动方
向必须保持静止，当爪手下降到指定的高度，需要给机械爪手预留3
秒的时间保证其能顺利抓取物料，抓取物料结束之后还须上升到初始
的高度，准备进行水平方向的移动，在这下降抓取上升的过程中水平
始终要保持静止。
移动：
移动的过程在图示中是属于LK阶段，在机械手抓取物料成功后，
此时竖直方向将不再移动，只有水平方向在移动，移动的距离为
600mm，跟抓取时一样，这里也可以安放一套放大机构来减小执行机
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构的空间，在移动的过程中需要让其尽可能的保持稳定性，一方面可
以通过减慢速度来提高其稳定性，也可以在设计时采用三角稳定结构，
保证你水平移动的稳定性。
放置：
放置过程是整个过程的关键所在（LM为下降的过程），如果安
放是出现了问题，整个过程都前功尽弃，在安放的过程中最重要的一
点就是要保证其直线度的准确性，为此在水平移动是最后要采用减速
的方案，使其在最后有缓冲的余地，保证在下降的过程时能稳定下降，
下降到120mm时，此时机械手放开物料，整个过程结束。
机械系统整体设计方案
根据题目的意思，以及其中需要着重注意的几点问题，设计了三种可
行性的方案。
以及机械手的设计。
方案设计过程分析：
第一种：
在这个方案中，我们采取的是三个线段上的运动分别用三个
不同的装置进行传动，左端的LM段用的是曲柄滑块结构进行传动，LK
段也是用的曲柄滑块结构进行传动，在JK段，考虑到长段较小，一次
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选用凸轮结构进行传动。
本方案中，需要在连接机械手的竖轴上装有
卡槽结构，并且需要滑块的两端装有接触开关，保证水平运动到两端
点处时，水平传动的曲柄结构电机停转，而控制竖直运动的曲柄或凸
轮的电机开始运动，这样，机械手便可以按照预订的轨迹进行运动。
本方案中，出机械的传动装置外，控制机械手的轨道运动共需要三个
独立的电机进行传动，如图所示：
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方案2：
考虑到方案1中用到的电机过多，轨道的三个方向的运动共
用到三个电机驱动，在本方案中，将在方案1的基础上进行简化，我
们将水平运动用一个凸轮结构来实现，而左右两端的竖直方向的运动
用如图所示的机构实现，如图中，由于机械手连接的滑块距离“杠杆中
心”距离的不同，在同一曲柄的作用下可以实现滑块行程的不同，取适
当的大小即可以实现左端上下运动行程为120mm，右端上下运动行程
为50mm。
对于凸轮，距离凸轮旋转中心的距离差为600mm，就可以
保重左右运动了。
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方案3：
方案1与方案2均存在不足之处，比如方案1，所用到的
电机过多经济效益较差，，并且各个电机独立运行，依靠触发开关来
实现传动的连贯性，而触发开关的设计又存在诸多的问题。
方案2中，
用到两个独立的电机驱动，而且在水平方向的行程运用的是凸轮，这
样，凸轮的尺寸就会相当大，而且也会用到触发开关来控制。
因此，
结合方案1与方案2，现给出本方案的设计见图，如图所示，本方案
中，机械手的轨迹运动，只用到一个电机驱动，给出凸轮的适当几何
形状，即可实现，在本方案中，不需要额外的电路控制，即可实现循
环运动。
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最优方案详细分析：
方案3结构分析：
如图所示，机械手的竖直方向的运动依靠凸轮
上方连接凸轮内槽的杆子和滚子实现，机械手水平方向的运动依靠凸
轮左边连接滚子的横杆和凸轮外周实现。
机械手在竖直方向的位
置随时间变化的关系如图所示：
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由此可以确定凸轮内槽的形状为：
R-d1-50,R-d2=120
机械手在水平方向的位置随时间的变化关系为：
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可以得出凸轮外周的几何形状为：
R2-R1=600*（1:
5）=120mm
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由于考虑到引导水平运动和竖直运动的滚子接触凸轮的位置成90度
的关系，因此，在融合凸轮内槽与外周时有90度的对应关系。
综上
可得，凸轮的几何形状为：
在本方案中，可以认为机械手的轨迹运动时依靠两个不同的凸轮实现
的，只是为了更少的用到电机，以及节约凸轮用料，一次将两个凸轮
综合在一起，凸轮的外周和内槽都可以驱动，这样就可以节约一个电
机和一个凸轮。
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机械抓手设计：
如图所示为我们设计的机械抓手，我们所设
计的抓手的传动机构是蜗轮蜗杆结构，蜗杆直接连接电机，
两侧蜗轮分别连接两“手指”，蜗轮蜗杆结构的传动比较大，并
且可以实现自锁，所以可以顺利抓牢指定物体。
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机械传动系统的设计方案
对于方案3的选择，需要一个电机带动凸轮转动即可实现所有的行程
运动，但若电机直接与凸轮相连，这样显然凸轮的运动速度过快，运
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动不稳定，并且可能导致装置损坏，因此应该选择适当传动比的齿轮
来实现，我们选择的是200:
1传动比的齿轮组，假定电机转速为
1000r/min，这样才能保证机械系统正常的运行。
电机在此转速下，机
械手没分钟进行5个运动周期，即进行来回5次抓物。
n1:
n2=1/50n3/n4=1/40
机械手本身的传动系统：
因为我们设计的机械手运用的是蜗轮蜗杆结
构，蜗轮蜗杆结构本身就可以有较大的传动比，因此选择适当的传动
比，蜗杆即可以与电机直接相连。
我们选在的蜗轮蜗杆结构的传动比
为40:
1.
设计小结
通过这次课程设计，我有了很多收获。
首先，通过这一次的课程设计，
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我进一步巩固和加深了所学的基本理论、基本概念和基本知识，培养
了自己分析和解决与本课程有关的具体机械所涉及的实际问题的能
对平面连杆机构和凸轮有了更加深刻的理解，为后续课程的学习
奠定了坚实的基础。
而且，这次课程设计过程中，与同学们激烈讨论，
团结合作，最终完美的实现了预期的目的，大家都受益匪浅，也对这
次经历难以忘怀。
其次通过这次课程设计，对装箱机械手的工作原理
以及机构选型、运动方案的确定以及对导杆机构进行运动分析有了初
步详细精确话的了解，这都将为我以后参加工作实践有很大的帮助。
非常有成就感，培养了很深的学习兴趣。
衷心感谢杨老师这个学期以
来的悉心教导与鼓励，在杨老师的耐心指导下，我们才能完成了这次
课程设计，并从中学到了非常多的知识。
参考资料
《机械原理课程设计手册》高等教育出版社
《机械原理》人民教育出版社
《机械原理课程设计指导书》高等教育出版社
《机械原理与设计》机械工业出版社
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指导老师评语：
19
签字：
成绩评定：
20
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