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1、2013學(xué)年裝箱機(jī)械手機(jī)構(gòu)設(shè)計 機(jī)械原理設(shè)計(1) 課程設(shè)計 說明書 設(shè)計題目： 裝箱機(jī)械手機(jī)構(gòu) 學(xué)生班級： 流體1102 學(xué)生姓名： 李宇 指導(dǎo)教師： 楊德勇 日 期: 2014年1月2日 目錄 課程設(shè)計的目的 2 設(shè)計題目及設(shè)計要求 2 機(jī)械手設(shè)計的基本步驟及工作流程……………….……………………

2、………3 設(shè)計任務(wù) 3 設(shè)計說明 4 工作要求 4 設(shè)計方案 5 題目分析 5 機(jī)械系統(tǒng)整體設(shè)計方案 6 方案設(shè)計過程分析 7 最優(yōu)方案詳細(xì)分析 10 機(jī)械抓手設(shè)計 13 機(jī)械傳動系統(tǒng)設(shè)計方案 15 設(shè)計小結(jié) 16 參考資料 16 指導(dǎo)老師評語 17 課程設(shè)計的目的 （1）機(jī)械原理課程設(shè)計旨在使學(xué)生運(yùn)用本課程所學(xué)的理論知識以及有關(guān)課程的知識，進(jìn)行一次較全面的綜合性的設(shè)計練習(xí)，從而培養(yǎng)學(xué)生分析和解軍問題的能力。 （2）通過對裝箱機(jī)械手的機(jī)構(gòu)方案的擬定及其機(jī)構(gòu)簡圖設(shè)計，增強(qiáng)對設(shè)計工作的了解和認(rèn)識，并培養(yǎng)學(xué)生的機(jī)構(gòu)設(shè)計能力和機(jī)構(gòu)分析能力。 設(shè)計題目及設(shè)計要求

3、在某裝箱機(jī)械手機(jī)構(gòu)中，要求其手的運(yùn)動按簡圖所示JKLM，MLKJ線路重復(fù)運(yùn)動。其中JK段為取物料上升（物料來自傳送帶）；KL段為物料水平移動；LM段為手抓放物料于箱內(nèi)，故對其直線要求較高。KL段若較平直可提高裝箱穩(wěn)定性，但稍有誤差問題不大。JK是從輸送帶上抓取物料，其直線度要求不高，只要能將物料提高到C的高度即可。返回時要求按原來路線逆著走。 今給定預(yù)期軌跡的尺寸分別為：a=120mm；b=600mm；c=50mm；d=1000mm。物料提升重量為2千克。 機(jī)械手設(shè)計的基本步驟及工作流程 (1)機(jī)械手設(shè)計的主要步驟如下圖: (2)機(jī)械手工作流程 原位→下降→夾緊→上升→左移 ↖

4、 ↓ 右移←上升←放松←下降 設(shè)計任務(wù) （1）根據(jù)上述設(shè)計要求，每人至少提出兩種不同設(shè)計方案， 選取其中最優(yōu)的方案，進(jìn)行機(jī)構(gòu)簡圖設(shè)計。對主體機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動位置分析,并按尺寸繪出相應(yīng)位置時機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖。（一號圖紙）（尺寸要準(zhǔn)確） （2）對手爪中手指的開合機(jī)構(gòu)進(jìn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動方案設(shè)計。 （3）每人編制一份設(shè)計說明書，設(shè)計方案均應(yīng)寫入說明書（封面、目錄、內(nèi)容、后記、參考書目等）內(nèi)。 設(shè)計說明 （1）本設(shè)計盡量考慮用已學(xué)過的機(jī)構(gòu)或幾種機(jī)構(gòu)的組合來實現(xiàn)位置要求，熟練運(yùn)用本課程知識。 （2）應(yīng)考慮從動力源到執(zhí)行部件之間的整體運(yùn)動傳遞方案，尤其執(zhí)

5、行部分更為重要，可參考《機(jī)械設(shè)計》中的傳動方案知識。 （3）除應(yīng)考慮運(yùn)動情況外還應(yīng)考慮力求使機(jī)構(gòu)運(yùn)動性、加工特性、用性能、經(jīng)濟(jì)性等要好，要盡量使用成熟的機(jī)構(gòu)及其組合。除考慮滿足軌跡要求外，還應(yīng)考慮其各段行程中的運(yùn)動規(guī)律的性能的特殊要求。 工作要求 （1） 繪圖準(zhǔn)確，布局盡可能勻稱，圖上線條、符號、尺寸標(biāo)注及書寫字體（仿宋體）要規(guī)范化，圖面整潔，質(zhì)量要求高。 （2） 說明書要求論述內(nèi)容完整，步驟清楚，分析有條理，字跡工整，繪圖準(zhǔn)確，裝訂成冊。 （3） 計應(yīng)按預(yù)定進(jìn)度進(jìn)行，每天務(wù)必按時到設(shè)計教室，及時完成設(shè)計任務(wù)，不準(zhǔn)無故遲到、早退、曠課等，不準(zhǔn)做與設(shè)計無關(guān)的工作。 設(shè)計方案

6、 題目分析 由題意可知：所設(shè)計的裝箱機(jī)械手機(jī)構(gòu)中主要分為三個步驟，抓取—移動—放置，為了使其能彼此配合有序穩(wěn)定的完成指定的任務(wù)，在時間上就必須要嚴(yán)格的控制好，因此在設(shè)計其執(zhí)行系統(tǒng)時需按時間進(jìn)行分配。下面就先對抓取—移動—放置這三個步驟進(jìn)行分析。 抓?。河蓤D分析可知抓取過程為JK段，開始時機(jī)械爪手出于K點，開關(guān)啟動后，機(jī)械爪手向下下降50mm（為了能減少執(zhí)行系統(tǒng)的空間，可以在里加上一個放大機(jī)構(gòu)），此時只能是豎直方向的移動，水平移動方向必須保持靜止，當(dāng)爪手下降到指定的高度，需要給機(jī)械爪手預(yù)留3秒的時間保證其能順利抓取物料，抓取物料結(jié)束之后還須上升到初始的高度，準(zhǔn)備進(jìn)行水平方向的移動，在這下降抓

7、取上升的過程中水平始終要保持靜止。 移動：移動的過程在圖示中是屬于LK階段，在機(jī)械手抓取物料成功后，此時豎直方向?qū)⒉辉僖苿?，只有水平方向在移動，移動的距離為600mm，跟抓取時一樣，這里也可以安放一套放大機(jī)構(gòu)來減小執(zhí)行機(jī)構(gòu)的空間，在移動的過程中需要讓其盡可能的保持穩(wěn)定性，一方面可以通過減慢速度來提高其穩(wěn)定性，也可以在設(shè)計時采用三角穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，保證你水平移動的穩(wěn)定性。 放置：放置過程是整個過程的關(guān)鍵所在（LM為下降的過程），如果安放是出現(xiàn)了問題，整個過程都前功盡棄，在安放的過程中最重要的一點就是要保證其直線度的準(zhǔn)確性，為此在水平移動是最后要采用減速的方案，使其在最后有緩沖的余地，保證在

8、下降的過程時能穩(wěn)定下降，下降到120mm時，此時機(jī)械手放開物料，整個過程結(jié)束。 機(jī)械系統(tǒng)整體設(shè)計方案 根據(jù)題目的意思，以及其中需要著重注意的幾點問題，設(shè)計了三種可行性的方案。以及機(jī)械手的設(shè)計。 方案設(shè)計過程分析： 第一種：在這個方案中，我們采取的是三個線段上的運(yùn)動分別用三個不同的裝置進(jìn)行傳動，左端的LM段用的是曲柄滑塊結(jié)構(gòu)進(jìn)行傳動，LK段也是用的曲柄滑塊結(jié)構(gòu)進(jìn)行傳動，在JK段，考慮到長段較小，一次選用凸輪結(jié)構(gòu)進(jìn)行傳動。本方案中，需要在連接機(jī)械手的豎軸上裝有卡槽結(jié)構(gòu)，并且需要滑塊的兩端裝有接觸開關(guān)，保證水平運(yùn)動到兩端點處時，水平傳動的曲柄結(jié)構(gòu)電機(jī)停轉(zhuǎn)，而控制豎直運(yùn)動的曲柄或凸輪的

9、電機(jī)開始運(yùn)動，這樣，機(jī)械手便可以按照預(yù)訂的軌跡進(jìn)行運(yùn)動。本方案中，出機(jī)械的傳動裝置外，控制機(jī)械手的軌道運(yùn)動共需要三個獨立的電機(jī)進(jìn)行傳動，如圖所示： 方案2： 考慮到方案1中用到的電機(jī)過多，軌道的三個方向的運(yùn)動共用到三個電機(jī)驅(qū)動，在本方案中，將在方案1的基礎(chǔ)上進(jìn)行簡化，我們將水平運(yùn)動用一個凸輪結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)，而左右兩端的豎直方向的運(yùn)動用如圖所示的機(jī)構(gòu)實現(xiàn)，如圖中，由于機(jī)械手連接的滑塊距離“杠桿中心”距離的不同，在同一曲柄的作用下可以實現(xiàn)滑塊行程的不同，取適當(dāng)?shù)拇笮〖纯梢詫崿F(xiàn)左端上下運(yùn)動行程為120mm，右端上下運(yùn)動行程為50mm。對于凸輪，距離凸輪旋轉(zhuǎn)中心的距離差為600mm，就可以保重左右運(yùn)

10、動了。 方案3：方案1與方案2均存在不足之處，比如方案1，所用到的電機(jī)過多經(jīng)濟(jì)效益較差，，并且各個電機(jī)獨立運(yùn)行，依靠觸發(fā)開關(guān)來實現(xiàn)傳動的連貫性，而觸發(fā)開關(guān)的設(shè)計又存在諸多的問題。方案2中，用到兩個獨立的電機(jī)驅(qū)動，而且在水平方向的行程運(yùn)用的是凸輪，這樣，凸輪的尺寸就會相當(dāng)大，而且也會用到觸發(fā)開關(guān)來控制。因此，結(jié)合方案1與方案2，現(xiàn)給出本方案的設(shè)計見圖，如圖所示，本方案中，機(jī)械手的軌跡運(yùn)動，只用到一個電機(jī)驅(qū)動，給出凸輪的適當(dāng)幾何形狀，即可實現(xiàn)，在本方案中，不需要額外的電路控制，即可實現(xiàn)循環(huán)運(yùn)動。 最優(yōu)方案詳細(xì)分析： 方案3結(jié)構(gòu)分析：如圖所示，機(jī)械手的豎直方向的運(yùn)動依靠

11、凸輪上方連接凸輪內(nèi)槽的桿子和滾子實現(xiàn)，機(jī)械手水平方向的運(yùn)動依靠凸輪左邊連接滾子的橫桿和凸輪外周實現(xiàn)。機(jī)械手在豎直方向的位置隨時間變化的關(guān)系如圖所示： 由此可以確定凸輪內(nèi)槽的形狀為： R-d1-50,R-d2=120 機(jī)械手在水平方向的位置隨時間的變化關(guān)系為： 可以得出凸輪外周的幾何形狀為： R2-R1=600*（1:5）=120mm 由于考慮到引導(dǎo)水平運(yùn)動和豎直運(yùn)動的滾子接觸凸輪的位置成90度的關(guān)系，因此，在融合凸輪內(nèi)槽與外周時有90度的對應(yīng)關(guān)系。綜上可得，凸輪的幾何形狀為： 在本方案中，可以認(rèn)為機(jī)械手的軌跡運(yùn)動時依靠兩個不同的凸輪實現(xiàn)的，只是為了

12、更少的用到電機(jī)，以及節(jié)約凸輪用料，一次將兩個凸輪綜合在一起，凸輪的外周和內(nèi)槽都可以驅(qū)動，這樣就可以節(jié)約一個電機(jī)和一個凸輪。 機(jī)械抓手設(shè)計：如圖所示為我們設(shè)計的機(jī)械抓手，我們所設(shè)計的抓手的傳動機(jī)構(gòu)是蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)，蝸桿直接連接電機(jī)，兩側(cè)蝸輪分別連接兩“手指”，蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)的傳動比較大，并且可以實現(xiàn)自鎖，所以可以順利抓牢指定物體。 機(jī)械傳動系統(tǒng)的設(shè)計方案 對于方案3的選擇，需要一個電機(jī)帶動凸輪轉(zhuǎn)動即可實現(xiàn)所有的行程運(yùn)動，但若電機(jī)直接與凸輪相連，這樣顯然凸輪的運(yùn)動速度過快，運(yùn)動不穩(wěn)定，并且可能導(dǎo)致裝置損壞，因此應(yīng)該選擇適當(dāng)傳動比的齒輪來實現(xiàn)，我們選擇的是200:1傳動

13、比的齒輪組，假定電機(jī)轉(zhuǎn)速為1000r/min，這樣才能保證機(jī)械系統(tǒng)正常的運(yùn)行。電機(jī)在此轉(zhuǎn)速下，機(jī)械手沒分鐘進(jìn)行5個運(yùn)動周期，即進(jìn)行來回5次抓物。 n1:n2=1/50 n3/n4=1/40 機(jī)械手本身的傳動系統(tǒng)：因為我們設(shè)計的機(jī)械手運(yùn)用的是蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)，蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)本身就可以有較大的傳動比，因此選擇適當(dāng)?shù)膫鲃颖?，蝸桿即可以與電機(jī)直接相連。我們選在的蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)的傳動比為40:1. 設(shè)計小結(jié) 通過這次課程設(shè)計，我有了很多收獲。首先，通過這一次的課程設(shè)計， 我進(jìn)一步鞏固和加深了所學(xué)的基本理論、基本概念和基本知識， 培養(yǎng)了自己分析和解決與本課程有關(guān)的具體機(jī)械所涉及的實際問題的

14、能力。對平面連桿機(jī)構(gòu)和凸輪有了更加深刻的理解，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)奠定了堅實的基礎(chǔ)。而且，這次課程設(shè)計過程中，與同學(xué)們激烈討論，團(tuán)結(jié)合作，最終完美的實現(xiàn)了預(yù)期的目的，大家都受益匪淺，也對這次經(jīng)歷難以忘懷。 其次通過這次課程設(shè)計，對裝箱機(jī)械手的工作原理以及機(jī)構(gòu)選型、運(yùn)動方案的確定以及對導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動分析有了初步詳細(xì)精確話的了解，這都將為我以后參加工作實踐有很大的幫助。非常有成就感，培養(yǎng)了很深的學(xué)習(xí)興趣。衷心感謝楊老師這個學(xué)期以來的悉心教導(dǎo)與鼓勵，在楊老師的耐心指導(dǎo)下，我們才能完成了這次課程設(shè)計，并從中學(xué)到了非常多的知識。 參考資料 《機(jī)械原理課程設(shè)計手冊》高等教育出版社 《機(jī)械原理》人民教

15、育出版社 《機(jī)械原理課程設(shè)計指導(dǎo)書》高等教育出版社 《機(jī)械原理與設(shè)計》機(jī)械工業(yè)出版社 指導(dǎo)老師評語： 簽字： 成績評定： 16