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設計二自由度關節(jié)式熱鐓擠送料機械手，由電動機驅動，夾送鐓料。以方案A為例，它的動作順序是：手指夾料，手臂上擺20o，手臂水平回轉100o，手臂下擺20o，手指張開放料。手臂再上擺，水平反轉，下擺，同時手指張開，準備夾料。主要要求完成手臂上下擺動以及水平回轉的機械運動設計。圖1.1為機械手的外觀圖。 1.2實訓目的和意義 21世紀是科技高度發(fā)達的時代，人們的消費力不斷增加。市場對質量可靠性能卓越的產(chǎn)品的需求大量增加，為滿足市場需求，各個企業(yè)工廠不斷建成現(xiàn)代化生產(chǎn)線，通過智能機器人來代替人力去快速高效的生產(chǎn)。各種高效率的機械手可以滿足工廠的生產(chǎn)需求，還可以克服惡劣環(huán)境完成工作。機械機械手的優(yōu)勢十分明顯.機械手作業(yè)的準確性和不同環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國民經(jīng)濟領域有著廣泛的發(fā)展空間。它不但能代替部分人工操作，還能按照生產(chǎn)工藝的要求，遵循一定的程序、時間和位置來完成工件的傳送和裝卸。同時，它還能操作必要的工具進行焊接和裝配，它高效不間斷地工作在各種復雜環(huán)境中,從而極大改善了工人的勞動條件，顯著提高了勞動生產(chǎn)率，加快了工業(yè)生產(chǎn)機械化和自動化的步伐，所以機械手的研制很有必要。 熱鐓擠送料機械手，該設計全面綜合的運用了機械專業(yè)學生在大學本科階段所學的各門專業(yè)課的知識，將這些專業(yè)課程的理論和實際進行了一次重要實踐。鍛煉了我們查詢資料自我學習的能力，培養(yǎng)了我們創(chuàng)新設計能力。該設計綜合運用了Admas、CAD、PORE等軟件，使我們對這些制圖軟件能熟悉運用。 機械手對工業(yè)的發(fā)展有著重要的意義。它的運用，使得在惡劣環(huán)境中的生產(chǎn)工作得以繼續(xù)進行。它可以模仿人的手部動作，按給定程序、軌跡和要求實現(xiàn)自動抓取、搬運和操作，可用來搬運物體，成在各個不同環(huán)境中的工作。在工業(yè)生產(chǎn)中，機械手的應用隨處可見，無論是組合機床，還是流水線生產(chǎn)，都可以運用機械手來進行上下料的工作。因此，進行機械手的研究是很有必要的。 1.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 機械手應用范圍十分廣泛，它常應用與機械制造、電子、冶金、輕重工業(yè)中，機械手是工業(yè)機器人的一種，?它是在工業(yè)機器人的基礎之上發(fā)展起來的。機械手的種類很多，常見的有液壓式、電動式、氣動式和機械式機械手。我們所設計的機械手為機械式。機械手的主要部件為手部和運動機構，運動機構用來控制的各種動作，使機械手完成上下擺動、左右回轉、伸縮、擺動等等運動。手部是根據(jù)所要抓取的物體的形狀、材質、大小、重量等因素來設計的。機械手的自由度影響機械手的靈活性、通用性，通常機械手自由度為4-5個，一般的專用的機械手由2-3個自由度。機械手通常用作機床、生產(chǎn)線等工作場合的上下料、換刀等工作。機械手的特點是工作時間長，工作精度高，抗干擾能力強，可以在惡劣環(huán)境中工作。 1.4國內(nèi)外技術發(fā)展趨勢 機械手的未來發(fā)展方向為代替人工進行長時間重復高精通的工作，同時替代人工在環(huán)境惡劣，高溫有毒等環(huán)境中工作。機械手的模塊化同時也是它的發(fā)展趨勢，通過模塊化處理，可以使機械手快速響應，完成不同的工作。隨著時間的發(fā)展，機械手會變得越來越先進，逐步向智能化、模塊化發(fā)展。 第二章 熱鐓擠送料機械手擺臂的設計 2.1 擺臂方案A的設計 采用凸輪帶動搖桿的機構來實現(xiàn)機械手上下的擺動。上下擺動的角度位20度。此種方式設計簡單，能達到相應的設計強度要求。并且在運動過程中出現(xiàn)問題的可能性相對較小。如圖2.1 圖2.1 2.2 擺臂方案B的設計 采用凸輪帶動連桿機構實現(xiàn)上下運動。通過凸輪帶動桿2，且通過連桿之間的相互作用實現(xiàn)安放在C出的機械手達到預期的運動軌跡及線路。此方案設計相對復雜，但能滿足較高的強度，各桿之間受力相對均衡。如圖2.2 圖2.2 2.3 擺臂方案C的設計 采用曲柄滑塊+曲柄搖桿。通過偏心轉動帶動連桿運動，再由連桿拉動滑塊，從而完成從動件的間歇上下擺動，使機械手完成要求的上下擺動度數(shù)的要求。如圖2.3 圖2.3 2.4 擺臂方案的確定 根據(jù)給出的設計要求可以看出，機械手臂的抓舉重量為兩2KG，方案A設計簡單，且能達到強度要求，并且其機構簡單，易于實現(xiàn)，安裝也較為容易。方案B機構相對較多，不利于安放，并且此套裝置用于一般小型工廠，故要求其占地面積要小。方案C機構雖然比較簡單，但是相對于A還是比較復雜的。根據(jù)綜合考慮，選取方案A作為機械手上下擺動裝置。 第三章 熱鐓擠送料機械手回轉裝置設計 3.1 回轉裝置A的設計 采用齒輪進行機械裝置的回轉.其優(yōu)點為：可傳遞空間任意軸間的運動和動力，即軸可以平行，交叉或交錯；轉動平穩(wěn)，其傳動比恒定，大多數(shù)齒輪的傳動比是常數(shù)；適應范圍廣（傳遞速度、功率范圍都大）；壽命長；效率高；結構緊湊等優(yōu)點。齒輪傳動缺點： 制造成本高，剛性傳動沒有過載保護作用，振動和噪音等。設計的齒輪傳動如圖3.1 圖3.1 3.2 回轉裝置B的設計 采用齒輪齒條進行機械裝置的回轉.其優(yōu)點為:承載力大，傳動精度較高可達0.1mm，可無限長度對接延續(xù)，傳動速度高于2m/s，齒輪齒條傳動缺點：傳動噪音大，磨損大。設計的齒輪齒條傳動如圖3.2所示（模數(shù)m取為1} 圖3.2 3.3 回轉裝置C的設計 采用曲柄搖桿機構進行回轉。使用的曲柄搖桿機構，使得機構具有急回特性。但是搖桿的擺角較大，但曲柄搖桿機構運動表較復雜，計算難度大，致使運動的停歇時間難以把握，設計難度大。 圖3.3 3.4 回轉裝置方案的確定 根據(jù)綜合考慮，通過采用齒輪進行機械裝置的回轉更加適合設計要求。B方案：齒輪齒條承載力大，傳動精度較高可達0.1mm，可無限長度對接延續(xù)，傳動速度高于2m/s滿足設計要求。綜上認為回轉方案B作為機械手回轉裝置更好。 3.5 驅動裝置的選擇 選擇電機類型：電動機是機器中運動和動力的來源，其種類很多，有電動機、內(nèi)機、蒸汽機、水輪機、氣輪機、液動機等。電動機結構簡單、工作可靠、控制方便、維護容易，一般機械上大多數(shù)是均采用電動機驅動。 3.5.1 常用電動機的結構特征 （1）Y系列三相異步電動機 該系列電機能防止水滴、灰塵、鐵屑或其他雜物浸入電機內(nèi)部，它是我國近年來研制成功的型電動機。 (2)電磁條速三相異步電動機 名稱：YCD電磁調(diào)速三相異步電動機。有組合式和整體式兩種機構，這兩種調(diào)速電動機為防護式，空氣自冷，臥式安裝，且無碳刷，集電環(huán)等滑動接觸部件。 3.5.2 選定電動機的容量 電動機的容量選得合適與否，對電動機的工作和經(jīng)濟性都有影響。當容量小于工作要求時，電動機不能保證工作裝置的正常的工作，或使用電動機因長期的過載而過早損壞；容量過大則電動機的價格高，能量不能充分利用，且常常不在滿載下運行，其效率和功率的因數(shù)都較低，造成浪費。 電機的容量的主要由電動機的運行時的發(fā)熱情況決定，而發(fā)熱又與其工作情況決定。 工作機所需工作功率，應由機器工作阻力和運動參數(shù)計算得來的，可按下式計算： 其中：T——工作機的阻力矩，；n——工作機的轉速，； 經(jīng)過綜合考慮決定選用Y132S—4型號電動機（電流A：11.6 轉速: 960r/mm 效率:85.5 功率因數(shù) cos?:0.82 功率:5.5kw） 3.6 循環(huán)圖的擬定 根據(jù)設計題目的要求。對機械手的運動過程做了如下的分解。如圖3.4 表3.1 機械手 上擺20° 停止 下擺20° 停止 上擺 20° 下擺 20° 轉臺 停止 水平回轉100° 停止 停止 水平反轉100° 停止 圖3.4 第四章 熱鐓擠送料機械手方案的確定與計算 4.1 擬訂的方案 方案a：由電動機提供動力源，通過皮帶輪傳動，并分兩路。一路通過圓錐齒輪和蝸桿，使凸輪連桿運動，從而完成安裝在連桿末端的抓手上下擺動，上下擺動的夾角為15°；另一路同樣通過圓錐齒輪傳動，再傳動給兩組不完全齒輪，通過連在轉臺上的軸，從而使轉臺完成水平110°的回轉運動。 圖4.1（1—電動機 2—機械手擺動裝置 3—轉臺 4—抓手 5—機械手水平回轉裝置） 方案b: 分兩部分完成。一部分由電動機提供動力源，帶動凸輪轉動，從而完成機械手的上下擺動，上下擺動的角度為20°。另一部分有曲柄的回轉帶動齒條做往復運動，從而驅動齒輪帶動中轉軸產(chǎn)生角度為100°的回轉運動，而正是齒條的往復運動，齒輪從而實現(xiàn)了正反轉。 圖4.2 方案C：由電動機提供動力源，通過皮帶傳送，一方面通過帶動錐齒輪傳動，使用的曲柄搖桿機構，搖桿的擺角較大，為120°，另一方面，通過錐齒輪和直齒輪的傳動，使用偏心轉動帶動連桿運動，再由連桿拉動滑塊，從而完成從動件的間歇上下擺動。使機械手完成要求的上下擺動15度的要求。 圖4.3 4.2 最終方案的確定與說明 根據(jù)確定的運動運動路線，可以確定方案B更適合設計要求，在達到設計要求的同時，其加工難度，加工花費等性價比更高。因而選擇B方案。如圖4.4。 上下擺：凸輪加搖桿的組合； 水平擺：齒輪齒條的組合。 圖4.4 4.3 方案的計算 齒輪齒條參數(shù)選定與計算： 齒輪參數(shù)：m=1 ha*=1 c*=0.25 z=30 齒輪的齒數(shù)為30，則其分度圓直徑為30mm，齒條移動的距離L=（100/360）*2π*（30/2）=26.18，齒條長度應大于26.18mm，故齒條長度可取40mm。 曲柄滑塊機構參數(shù)設計： 圖4.5 設曲柄AB的長為a，連桿AC長為b，A在A’位置時齒條處于最高位置，A在A’位置時齒條處于最低位置；因為他是一個對心曲柄機構，則齒條移動的距離L=2a，所以a=13.09mm；要保證在運動過程中齒條不與曲柄相碰，必須使得齒條在最低位置時兩鉸鏈的距離大于a，即b-a>a，所以可取b=30mm。 凸輪參數(shù)設計 由連桿機構可計算出凸輪尺寸。桿AB=30mm，BC=30mm。由BC-AB*tan20 o可確定此凸輪的參數(shù)，基圓半徑r=15mm，此數(shù)據(jù)為確定凸輪輪廓線的依據(jù)。 圖4.6 傳動分析： 送料頻率為10次／min,即每次／6s;這6s可進行如下分配： 手指夾料(1s)——手臂上擺20°(1s)——手臂回轉100°(2s)——手臂下擺20°(1s)——手指松開(1s)——手臂上擺20°(1s)——手臂反轉100°(2s)——手臂下擺20°(1s) 執(zhí)行機構在一個周期的運動如下表所示： 表4.1 機構運動循環(huán)圖 動作序號 動作名稱 轉角（時間s） 1 手指夾料 0°（1） 2 手臂上擺 20°（1） 3 手臂回轉110° 100°（2） 4 手臂下擺 20°（1） 5 手指放料 0°（1） 6 手臂上擺 20°（1） 7 手臂反向回轉110° 100°（2） 8 手臂下擺 20°（1） 機械手臂上下擺時間為1s，此時凸輪需轉動半圈，所以凸輪的轉速為30r/min； 機械手臂回轉時間為2s，此時圓盤需轉動半圈，所以圓盤的轉速為15r/min。 傳動比分配 上下擺： 齒輪1和齒輪2 的傳動比為4，所以齒輪2和齒輪4的轉速為240r/min。齒輪4和齒輪3的傳動比也為4，所以齒輪3齒輪5的轉速為60r/min。齒輪6和齒輪5的傳動比為2，所以齒輪6和盤形凸輪的轉速都為30r/min。根據(jù)機構的循環(huán)圖可知，手臂擺動的周期為1s，正好可以用30r/min的盤形凸輪帶動。 回轉： 同理，齒輪1和齒輪2 的傳動比為4，所以齒輪2和齒輪4的轉速為240r/min。齒輪4和齒輪3的傳動比也為4，所以齒輪3齒輪5的轉速為60r/min。齒輪6和齒輪5的傳動比為4，所以齒輪6和盤形凸輪的轉速都為15r/min。根據(jù)機構的循環(huán)圖可知，手臂回轉的周期為2s，正好可以用15r/min的圓盤帶動。 圖4.7 第五章 三維建模與仿真 5.1 三維模型建立 圖5.1 Pro/E整體建模 5.2 運動仿真 第六章 總結 熱墩擠送料機械手的設計不僅能減輕工人們的作業(yè)強度，而且還大大提高了工作效率。在如今強調(diào)效率與質量的時代，機械手等產(chǎn)品也廣泛運用在各行各業(yè)之中，為人們的生活水平的提高做出了很大的貢獻。 在這次設計過程中，我們掌握了很多設計知識，學會了幾個軟件的使用并有所提高。發(fā)現(xiàn)有些東西非常有用，比如AutoCAD、Pro/E，ADAMS的使用。但是也碰到了很多問題，機構的功能不能完全掌握、傳動性不明確、運動循環(huán)圖不清晰以及機構不能完美的連貫起來，這些都是最重要也是最難的。 機械學作為一門傳統(tǒng)的基礎學科，內(nèi)容豐富，涉及面廣。目前，機械學正與電子電氣、液壓等多種學科，聯(lián)系更為緊密，它的綜合性更強。機械學的學習將是一個艱苦但卻值得努力的過程。 心得體會 過這次實訓，我們收獲了很多，一方面學習到了許多以前沒學過的專業(yè)知識與知識的應用，另一方面還提高了自我動手做項目的潛力。本次實訓，對我們潛力的進一步鍛煉,?也是一種考驗。從中獲得的諸多收獲，也是很可貴的，是十分有好處的。在實訓中我學到了許多新的知識。是一個讓我把書本上的理論知識運用于實踐中的好機會,原先，學的時候感嘆學的資料太難懂，此刻想來，有些其實并不難,關鍵在于理解。 在這次實訓中還鍛煉了我其他方面的潛力，提高了我的綜合素質。首先，它鍛煉了我做項目的潛力,提高了獨立思考問題、自我動手操作的潛力，在工作的過程中，勾了以前學習過的知識,并掌握了一些應用知識的技巧等。其欺，實訓中的項目作業(yè)也使我更加有團隊精神。 參考文獻 【1】《機械原理（第八版）》（主編：孫桓、陳作模、葛文杰） 【2】《機械原理課程設計指導書》 18 機構綜合分析與創(chuàng)新實訓熱鐓機送料機械手答辯人：XXX題目題目簡介簡介 設計二自由度關節(jié)式熱鐓擠送料機械手，由電動機驅動，夾送鐓料，往40噸鐓頭機送料。它的動作順序是：手指夾料，手臂上擺20，手臂水平回轉100，手臂下擺20，手指張開放料。手臂再上擺，水平反轉，下擺，同時手指張開，準備夾料。主要要求完成手臂上下擺動以及水平回轉的機械運動設計。圖示為機械手的外觀圖。運動仿真機械手上下擺動運動設計機械手上下擺動運動設計此種方式設計簡單，能達到相應的設計強度要求。并且在運動過程中出現(xiàn)問題的可能性相對較小，安裝也較為容易。機械手水平回轉運動設計機械手水平回轉運動設計齒輪齒條承載力大，傳動精度較高可達0.1mm，可無限長度對接延續(xù)，傳動速度高于2m/s滿足設計要求。最終簡圖最終簡圖最終模型最終模型齒輪齒條參數(shù)選定與計算齒輪齒條參數(shù)選定與計算齒輪參數(shù)：m=1 ha*=1 c*=0.25 z=30齒輪的齒數(shù)為30，則其分度圓直徑為30mm，齒條移動的距離L=（100/360）*2*（30/2）=26.18，齒條長度應大于26.18mm，故齒條長度可取40mm。曲柄滑塊機構參數(shù)設計曲柄滑塊機構參數(shù)設計 設曲柄AB的長為a，連桿AC長為b，A在A位置時齒條處于最高位置，A在A位置時齒條處于最低位置；因為他是一個對心曲柄機構，則齒條移動的距離L=2a，所以a=13.09mm；要保證在運動過程中齒條不與曲柄相碰，必須使得齒條在最低位置時兩鉸鏈的距離大于a，即b-aa，所以可取b=30mm。凸輪參數(shù)設計凸輪參數(shù)設計 由連桿機構可計算出凸輪尺寸。桿AB=30mm，BC=30mm。由BC-AB*tan20 可確定此凸輪的參數(shù)，基圓半徑r=15mm，此數(shù)據(jù)為確定凸輪輪廓線的依據(jù)。傳動分析傳動分析 送料頻率為10次min,即每次6s;這6s可進行如下分配 機械手臂上下擺時間為1s，此時凸輪需轉動半圈，所以凸輪的轉速為30r/min；機械手臂回轉時間為2s，此時圓盤需轉動半圈，所以圓盤的轉速為15r/min。動作序號動作名稱轉角（時間s）1手指夾料0（1）2手臂上擺20（1）3手臂回轉100100（2）4手臂下擺20（1）5手指放料0（1）6手臂上擺20（1）7手臂反向回轉100100（2）8手臂下擺20（1）傳動比傳動比分配分配(上下擺上下擺)齒輪1和齒輪2 的傳動比為4，所以齒輪2和齒輪4的轉速為240r/min。齒輪4和齒輪3的傳動比也為4，所以齒輪3齒輪5的轉速為60r/min。齒輪6和齒輪5的傳動比為2，所以齒輪6和盤形凸輪的轉速都為30r/min。根據(jù)機構的循環(huán)圖可知，手臂擺動的周期為1s，正好可以用30r/min的盤形凸輪帶動。傳動比傳動比分配分配（回轉回轉）同理，前面的傳動一樣，齒輪6和齒輪5的傳動比為4，所以齒輪6和盤形凸輪的轉速都為15r/min。根據(jù)機構的循環(huán)圖可知，手臂回轉的周期為2s，正好可以用15r/min的圓盤帶動。傳動比傳動比分配分配謝謝機械原理課程設計答辯匯報機械原理課程設計答辯匯報