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題目：仿形車床上料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
1.畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）綜述（題目背景、研究意義及國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究情況）
1.1 題目背景、研究意義
機(jī)械手是近30年發(fā)展起來的一種典型的、機(jī)電一體化的自動(dòng)化生產(chǎn)工具。在制造工業(yè)中，應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人技術(shù)是提高生產(chǎn)過程自動(dòng)化，改善勞動(dòng)條件，提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的有效手段之一，也是新技術(shù)革命的一個(gè)重要內(nèi)容。機(jī)械手是能自動(dòng)化定位控制并可編程序?qū)崿F(xiàn)變動(dòng)的多功能機(jī)器，有多個(gè)自由度，可用來搬運(yùn)物體以完成在各個(gè)不同環(huán)境和各種預(yù)期的作業(yè)任務(wù)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)了人的智能和適應(yīng)性。廣泛采用工業(yè)機(jī)器人，不僅可提高產(chǎn)品的質(zhì)量與數(shù)量，而且對(duì)保障人身安全，改善勞動(dòng)環(huán)境，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，節(jié)約原材料消耗以及降低生產(chǎn)成本，對(duì)促進(jìn)我國(guó)制造業(yè)的崛起，有著十分重要的意義【1】。
1.2國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀
1.2.1 國(guó)內(nèi)研究狀況
我國(guó)工業(yè)機(jī)械手的研究與開發(fā)起步較晚，比歐美要晚30年左右，起步于上世紀(jì)70年代初期，經(jīng)過30多年的發(fā)展，大致可分為3個(gè)階段:70年代的萌芽期，80年代的開發(fā)期，90年代的實(shí)用化期。在高技術(shù)發(fā)展的推動(dòng)下，隨著改革開放方針的實(shí)施，實(shí)施，我國(guó)工業(yè)機(jī)器人在工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展進(jìn)程中扮演著極其重要的角色。
從第七個(gè)五年計(jì)劃(1986-199年)開始，我國(guó)政府大大加大了對(duì)工業(yè)機(jī)器人的重視程度，并且為此項(xiàng)目投入大量的資金，在眾多學(xué)者及研究人員的參與下，研究開發(fā)并且制造了一系列的工業(yè)機(jī)器人，其中有山北京機(jī)械自動(dòng)化研究所設(shè)計(jì)制造的噴涂機(jī)器人，廣州機(jī)床研究所和北京機(jī)床研究所合作設(shè)計(jì)制造的點(diǎn)焊機(jī)器人，大連機(jī)床研究所設(shè)計(jì)制造的氬弧焊機(jī)器人，沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)設(shè)計(jì)制造的裝卸載機(jī)器人等等。
目前我國(guó)已有500臺(tái)左右的焊接機(jī)器人分布于大陸各大中城市的汽車、摩托車、工程機(jī)械等制造業(yè)，其中55%左右為弧焊機(jī)器人，45%左右為點(diǎn)焊機(jī)器人，己建成的機(jī)器人焊接柔性生產(chǎn)線5條，機(jī)器人焊接工作站300個(gè)。90年代后半期是實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)機(jī)器人的商品化，為產(chǎn)業(yè)化奠定基礎(chǔ)的時(shí)期。目前，我國(guó)(指大陸地區(qū)，不包括港、臺(tái)、澳)工業(yè)機(jī)器人數(shù)量只有約2500臺(tái)，還沒達(dá)到1997年新加坡(3000多臺(tái))和我國(guó)臺(tái)灣省(5000多臺(tái))的水平【2-3】。
國(guó)內(nèi)主要機(jī)器人公司：
（1）中國(guó)新松機(jī)器自動(dòng)化股份有限公司
沈陽(yáng)新松機(jī)器人自動(dòng)化股份有限公司是由中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化所為主發(fā)起人投資組建的高技術(shù)公司，是機(jī)器人國(guó)家工程研究中心、國(guó)家八六三計(jì)劃智能機(jī)器人主題產(chǎn)業(yè)化基地、國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃成果產(chǎn)業(yè)化基地、國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃成果產(chǎn)業(yè)化基地。該公司是在國(guó)內(nèi)率先通過IS09001國(guó)際質(zhì)量保證體系認(rèn)證的機(jī)器人企業(yè)，并在《福布斯》2005年新發(fā)布的“中國(guó)潛力100榜”上名列第48位。其產(chǎn)品包括：rh6弧焊機(jī)器人、rd120點(diǎn)焊機(jī)器人及水切割、激光加工、排險(xiǎn)、澆注等特種機(jī)器【4】。
1.2.2 國(guó)外研究狀況
機(jī)器人首先是從美國(guó)開始研制的。1958年美國(guó)聯(lián)合控制公司研制出第一臺(tái)器人。它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是機(jī)體上安裝回轉(zhuǎn)長(zhǎng)臂，端部裝有電磁鐵的工件抓放機(jī)構(gòu)，控制系統(tǒng)是示教型的。
日本是一工業(yè)機(jī)器人發(fā)展最快、應(yīng)用最多的國(guó)家。自1969年從美國(guó)引進(jìn)兩種典型機(jī)器人后，大力從事機(jī)器人的研究。
在國(guó)外機(jī)械制造業(yè)中，工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用較多，發(fā)展較快。目前，工業(yè)機(jī)器人主要用于裝卸、搬運(yùn)、焊接、鑄鍛和熱處理等方面無(wú)論數(shù)量、品種，和性能方面還不能滿足工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需要。使用工業(yè)機(jī)器人代替人工操作的，.主要是在危險(xiǎn)作業(yè)(廣義的)、多粉塵、高溫、噪聲、工作空間狹小等不適于人工作業(yè)的環(huán)境。
國(guó)外主要機(jī)器人公司：
（1）瑞典ABB Robotics公司
ABB公司是世界上最大的機(jī)器人制造公司。1974年，ABB公司研發(fā)了全球第一臺(tái)全電控制式工業(yè)機(jī)器人IRB6，主要應(yīng)用于工件的取放和物料的搬運(yùn)。1975年，公司生產(chǎn)第一臺(tái)焊接機(jī)器人。到1980年兼并Trallfa噴漆機(jī)器人公司后，機(jī)器人產(chǎn)品趨于完備。至2002年，ABB公司銷售的工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)突破10萬(wàn)臺(tái)，是世界上第一個(gè)突破10萬(wàn)臺(tái)的廠家。ABB公司制造的工業(yè)機(jī)器人廣泛應(yīng)用在焊接、裝配、鑄造、密封涂膠、材料處理、包裝、噴漆、水切割等領(lǐng)域。
（2）日本安川電機(jī)
安川電機(jī)(Yaskawa Electric Co.)自1977年研制出第一臺(tái)全電動(dòng)工業(yè)機(jī)器人以來，已有29年的機(jī)器人研發(fā)生產(chǎn)的歷史，旗下?lián)碛蠱otoman美國(guó)、瑞典、德國(guó)以及Synetics Solutions美國(guó)公司等子公司，至今共生產(chǎn)13000多臺(tái)機(jī)器人產(chǎn)品，而最近2年生產(chǎn)的機(jī)器人30 000多臺(tái)，超過了其他機(jī)器人制造公司。
安川電機(jī)核心工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品包括：點(diǎn)焊和弧焊機(jī)器人、油漆和處理機(jī)器人、LCD玻璃板傳輸機(jī)器人和半導(dǎo)體晶片傳輸機(jī)器人等。該公司是將工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用到半導(dǎo)體生產(chǎn)領(lǐng)域的最早廠商之一。2004年該公司機(jī)器人銷售收人為1051億日元，占該公司營(yíng)業(yè)總收人30%億日元的34%【4】。
1.2.3 機(jī)械手及其組成
機(jī)械手是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，它把機(jī)、電、磁、氣合于一體，它能全自動(dòng)地為機(jī)床抓取工件，取代操作人員頻繁地取料，從而大大減輕了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度并提高了工作效率。機(jī)械手主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及位置檢測(cè)裝置等所組成【7】。如圖1.1所示：
圖1.1工業(yè)機(jī)械手各部分關(guān)系圖
（一）執(zhí)行機(jī)構(gòu)：執(zhí)行機(jī)構(gòu)是工業(yè)機(jī)器人完成抓取工件，實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)動(dòng)所必需的機(jī)械部件，它包括手部、腕部、臂部、機(jī)身等。結(jié)構(gòu)示意圖如圖1.2所示。
圖1.2機(jī)械手的組成
（二）驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)
機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)裝置。常用的有液壓傳動(dòng)、氣壓傳動(dòng)、電力傳動(dòng)和機(jī)械傳動(dòng)等四種形式。
（三）控制系統(tǒng)
有電氣控制和射流控制兩種，一般常見的為電氣控制。它是機(jī)械手的重要組成部分，它支配著機(jī)械手按規(guī)定的程序運(yùn)動(dòng)并記憶人們給予機(jī)械手的指令信息(如動(dòng)作順、運(yùn)動(dòng)軌跡、運(yùn)動(dòng)速度及時(shí)間)，同時(shí)按其控制系統(tǒng)的信息對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，必要時(shí)可對(duì)機(jī)械手的動(dòng)作進(jìn)行監(jiān)視當(dāng)動(dòng)作有錯(cuò)誤或發(fā)生故障時(shí)即發(fā)出報(bào)警信號(hào)。
（四）位置檢測(cè)裝置
控制機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)位置，并隨時(shí)將執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際位置反饋給控制系統(tǒng)，并與設(shè)定的位置進(jìn)行比較，然后通過控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整從而使執(zhí)行機(jī)構(gòu)以一定的精度達(dá)到設(shè)定位置【8】。
2. 本課題研究的主要內(nèi)容和采用的研究方案、研究方法或措施
2.1本課題的主要研究?jī)?nèi)容
1）運(yùn)動(dòng)功能設(shè)計(jì)：即自由度設(shè)計(jì)，應(yīng)盡可能的靈活運(yùn)動(dòng)和大的工作空間，分析各關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)以及排列順序等。
2）??傳動(dòng)功能設(shè)計(jì)：機(jī)械手操作機(jī)是由若干個(gè)構(gòu)件和關(guān)節(jié)組成的多自由度空間機(jī)構(gòu)，傳動(dòng)功能中驅(qū)動(dòng)器安排和機(jī)構(gòu)要合理。
3）?機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：滿足強(qiáng)度和剛度情況下，要充分考慮機(jī)器人的結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、體積小等特點(diǎn)。同時(shí)滿足裝卸方便，便于維修、調(diào)整。
2.2工況分析
仿形車床上料機(jī)械手需抓取短軸套類零件，手臂回轉(zhuǎn)角度為90度，負(fù)載20kg。零件直徑50mm，抓取零件示意圖如下圖2.1所示：
圖2. 1機(jī)械手抓取零件示意圖
2.3 研究方案
任務(wù)書要求機(jī)械手手臂回轉(zhuǎn)角度為90度，即大方向?yàn)橐粋€(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)，加上手腕回轉(zhuǎn)及手指夾緊又算上一個(gè)小方向的轉(zhuǎn)動(dòng)和一個(gè)小方向的平動(dòng)，一共三個(gè)自由度。首先確定自由度與坐標(biāo)型式。
2.3.1本設(shè)計(jì)機(jī)械手自由度和坐標(biāo)型式的論證
自由度是機(jī)械手設(shè)計(jì)的主要參數(shù)，每一個(gè)構(gòu)件(即運(yùn)動(dòng)件)相對(duì)固定座標(biāo)系所具有的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)稱為自由度。由設(shè)計(jì)要求可知機(jī)械手手臂有一個(gè)大方向轉(zhuǎn)動(dòng)，手腕小方向回轉(zhuǎn)及手指的平動(dòng)夾緊。實(shí)現(xiàn)平動(dòng)與轉(zhuǎn)動(dòng)的坐標(biāo)型式有：
（1） 直角座標(biāo)式
直角座標(biāo)式機(jī)械手手臂的運(yùn)動(dòng)系由三個(gè)直線運(yùn)動(dòng)所組成，即沿直角座標(biāo)系的X軸的伸縮、沿Z軸的升降、沿Y軸的橫移。它的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，定位精度高，適用于主機(jī)位置成行徘列的場(chǎng)合。但是由于占地面積大而工作范圍小以及靈活性差，限制了它的使用范圍。
（2）圓柱坐標(biāo)式
圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手手臂的運(yùn)動(dòng)系由兩個(gè)直線運(yùn)動(dòng)和一個(gè)回轉(zhuǎn)所組成，即沿x軸的伸縮、沿Z軸的升降和繞z軸的回轉(zhuǎn)。結(jié)構(gòu)圖如圖2.2所示，簡(jiǎn)圖如圖2.3所示。
圖2.2圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手結(jié)構(gòu)圖
圖2.3圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手簡(jiǎn)圖
它與直角座標(biāo)式相比較．占地面積小而活動(dòng)范圍大，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，并能達(dá)到較高的定位精度，因此應(yīng)用較廣泛。
（3）球坐標(biāo)式
球坐標(biāo)式機(jī)械手手臂的運(yùn)動(dòng)系由兩個(gè)直線運(yùn)動(dòng)和一個(gè)回轉(zhuǎn)所組成，即沿X軸的仲縮、沿Z軸的升降和繞Z軸的回轉(zhuǎn)。
這種型式的機(jī)械手具有動(dòng)作靈活，占地面積小而工作范圍大等特點(diǎn)，它適用于沿伸縮方向向外作業(yè)的傳動(dòng)形式。但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，此外，手臂擺角的誤差通過手臂會(huì)引起手部中心處的誤差放大。
（4）關(guān)節(jié)式
關(guān)節(jié)式機(jī)械手，其手臂的運(yùn)動(dòng)類似人的手臂可作幾個(gè)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)。它由大小兩臂和立柱等所組成，大小兩臂之間的聯(lián)接為肘關(guān)節(jié)，大臂與立柱之間的聯(lián)接為肩關(guān)節(jié)，各關(guān)節(jié)均由鉸鏈構(gòu)成以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)，手臂的運(yùn)動(dòng)由三個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)所組成【9】。
比較以上坐標(biāo)形式，結(jié)合本設(shè)計(jì)要求，能滿足規(guī)定自由度，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，定位精度高，占地面積小而活動(dòng)范圍大，故選擇圓柱坐標(biāo)式。
2.3.2本設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)方式的選擇
（1）液壓驅(qū)動(dòng)
液壓傳動(dòng)機(jī)械手是以油液的壓力來驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手。其主要優(yōu)點(diǎn)是：抓重可達(dá)幾百公斤以上、傳動(dòng)平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)緊湊、動(dòng)作靈敏。缺點(diǎn)是：對(duì)密封裝置要求嚴(yán)格，不宜在高溫、低溫下工作【8】。
（2）氣壓驅(qū)動(dòng)
氣壓傳動(dòng)機(jī)械手是以壓縮空氣的壓力來驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手。其主要優(yōu)點(diǎn)是：介質(zhì)來源極方便、氣動(dòng)動(dòng)作迅速、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低。缺點(diǎn)是：由于空氣具有可壓縮的特性，工作速度的穩(wěn)定性較差，而且氣源壓力較低抓重一般在30公斤以下，適用于高速、輕裁、高溫和粉塵大的環(huán)境中進(jìn)行工作。
（3）機(jī)械傳動(dòng)
機(jī)械傳動(dòng)機(jī)械手即由機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(如凸輪、連桿、齒輪和齒條、間歇機(jī)構(gòu)等)驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手。它是一種附屬于工作主機(jī)的專用機(jī)械手，其動(dòng)力是由工作機(jī)械傳遞的。它的主要優(yōu)點(diǎn)是：運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確可靠、動(dòng)作頻率高，缺點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)較大，動(dòng)作程序不可變。
（4）電力傳動(dòng)
電力傳動(dòng)機(jī)械手即由特殊結(jié)構(gòu)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、直線電機(jī)或功率步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手，因?yàn)椴恍枰虚g的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，故機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，其中直線電機(jī)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)速度快和行程長(zhǎng)，維護(hù)和使用方便。此類機(jī)械手目前還不多，但有發(fā)展前景【8】。
比較以上幾種驅(qū)動(dòng)方式，結(jié)合本設(shè)計(jì)要求，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)要結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)平穩(wěn)、動(dòng)作靈敏、抓重大，決定臂部與腕部選用液壓驅(qū)動(dòng)兼齒輪機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)方式。對(duì)于手部的直線運(yùn)動(dòng)可以選用齒輪齒條機(jī)構(gòu)、滾珠絲杠機(jī)構(gòu)、液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、電磁驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。齒輪齒條機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)：占用空間大、加工安裝精度差、傳動(dòng)噪音大；滾珠絲杠機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)：承載能力較低、加工成本高、運(yùn)行噪音高、對(duì)使用環(huán)境要求高；電磁驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)太復(fù)雜，比較以上幾種手部直線驅(qū)動(dòng)方式，決定手部也選擇液壓驅(qū)動(dòng)方式。
2.3.3本設(shè)計(jì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇
（1）手臂結(jié)構(gòu)的選擇
手臂是工業(yè)機(jī)器人必不可少的部件，作用是支撐腕部和手部，帶動(dòng)手部按規(guī)定的運(yùn)動(dòng)軌跡由某一位置到達(dá)另一制定位置。臂部一般有伸縮、回轉(zhuǎn)、俯仰和升降四個(gè)自由。
任務(wù)書要求手臂要能回轉(zhuǎn)90度，故選用具有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的手臂結(jié)構(gòu)，能實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)有：
1）回轉(zhuǎn)油缸
目的油(氣)缸有單葉片式和雙葉片式兩種，機(jī)械手手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)采用單葉片式回轉(zhuǎn)油(氣)缸的比較多，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，可獲得無(wú)級(jí)變速的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，但回轉(zhuǎn)缸輸出軸的回轉(zhuǎn)角度小于360度，并要求嚴(yán)格的密封【9】。
2）活塞缸和齒輪齒條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)
齒條齒輪機(jī)構(gòu)是通過活塞缸帶動(dòng)齒條往復(fù)移動(dòng)來帶動(dòng)與手臂聯(lián)接的齒輪作往復(fù)回轉(zhuǎn)，即實(shí)現(xiàn)手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。帶動(dòng)齒條往復(fù)移動(dòng)酌活塞缸可以由壓力油或壓縮空氣驅(qū)動(dòng)。
3）鏈輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)
鏈條鏈輪傳動(dòng)是將鏈條的直線運(yùn)動(dòng)變?yōu)殒溳喌幕剞D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，它的回轉(zhuǎn)角度可大于360度。
4）活塞缸和連桿機(jī)構(gòu)
手臂的上下擺動(dòng)由鉸按活塞油缸和連桿機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。
比較以上幾種執(zhí)行機(jī)構(gòu)，結(jié)合本設(shè)計(jì)要求，回轉(zhuǎn)油缸能滿足轉(zhuǎn)動(dòng)90度，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，輸出精度高，體積小，故選用回轉(zhuǎn)油缸。
（2）腕部結(jié)構(gòu)的選擇
本設(shè)計(jì)要求機(jī)械手的腕要能小方向回轉(zhuǎn)，手腕的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)可采用回轉(zhuǎn)油缸，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、靈活，但是回轉(zhuǎn)角度小，并且要求嚴(yán)格密封，以便保證穩(wěn)定的輸出扭矩【14】。當(dāng)要求較大回轉(zhuǎn)角度時(shí)，常采用齒輪齒條或鏈輪鏈條以及輪系傳動(dòng)。
腕部的運(yùn)動(dòng)也可以與手臂組成復(fù)合運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，手臂的復(fù)合運(yùn)動(dòng)不僅可使機(jī)械手的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且可簡(jiǎn)化驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，并使機(jī)械手傳動(dòng)準(zhǔn)確，工作可靠，因而在生產(chǎn)中應(yīng)用的比較多。手臂復(fù)合運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括1）曲線凹槽機(jī)構(gòu)，2）連桿機(jī)構(gòu)，3）齒輪機(jī)構(gòu)，齒輪機(jī)構(gòu)又包括行星齒輪機(jī)構(gòu)，齒輪杠桿機(jī)構(gòu)，
結(jié)合本設(shè)計(jì)要求，上料機(jī)械手腕要做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，為了使機(jī)械手傳動(dòng)準(zhǔn)確，工作可靠故選擇采用手臂的復(fù)合運(yùn)動(dòng)中的行星齒輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。
（3）手部結(jié)構(gòu)的選擇
手部是機(jī)械手直接用于抓取和握緊工件或夾持專用工具進(jìn)行操作的部件。它安裝在操作機(jī)手腕或手臂的機(jī)械接口上。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖2.4所示。
圖2.4機(jī)械手手部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
由于本設(shè)計(jì)中手部要實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)，能實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)的手部結(jié)構(gòu)可以分為以下四種。
1）回轉(zhuǎn)型滑槽杠桿式手部結(jié)構(gòu)
2）筒夾內(nèi)漲式手部結(jié)構(gòu)
3）移動(dòng)型齒輪齒條式手部結(jié)構(gòu)
如圖2.5所示在單向作用油缸1的右腔通入壓力油液，使活塞齒條2左移帶動(dòng)齒輪3回轉(zhuǎn)，而齒輪3又使齒條4右移，兩手指即夾緊工件，靠彈簧使手指張開。
圖2.5移動(dòng)型齒輪齒條式手部結(jié)構(gòu)
4）移動(dòng)型的雙連桿式手部結(jié)構(gòu)
比較以上幾種手部結(jié)構(gòu)，結(jié)合本設(shè)計(jì)要求，既準(zhǔn)確夾緊力又大的選擇移動(dòng)型齒輪齒條式手部結(jié)構(gòu)。
綜上所述，如圖2.6所示，總體結(jié)構(gòu)為回轉(zhuǎn)油缸帶動(dòng)轉(zhuǎn)臂回轉(zhuǎn)，中心錐齒輪固定不動(dòng)，所以，轉(zhuǎn)臂就帶動(dòng)行星輪一起運(yùn)動(dòng)，這時(shí)，行星輪一面作自轉(zhuǎn)，同時(shí)又繞轉(zhuǎn)臂軸線作公轉(zhuǎn)。，所以，機(jī)械手工作時(shí)，轉(zhuǎn)臂轉(zhuǎn)過90度，行星輪本身自轉(zhuǎn)（即手腕的運(yùn)動(dòng)），夾持式手部及夾緊油缸裝在手臂上，由手臂帶動(dòng)夾持式手部走空間曲線軌跡，將工件送到機(jī)床頂尖處(上料) 【16】。
圖2.6機(jī)械手總體結(jié)構(gòu)示意圖
3．本課題的重點(diǎn)難點(diǎn)分析
3.1重點(diǎn)：
1）運(yùn)動(dòng)功能設(shè)計(jì)：即自由度設(shè)計(jì)，應(yīng)盡可能的靈活運(yùn)動(dòng)和大的工作空間，分析各關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)以及排列順序等。
2）??傳動(dòng)功能設(shè)計(jì)：機(jī)械手操作機(jī)是由若干個(gè)構(gòu)件和關(guān)節(jié)組成的多自由度空間機(jī)構(gòu)，傳動(dòng)功能中驅(qū)動(dòng)器安排和機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。
3）?機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：滿足強(qiáng)度和剛度情況下，要充分考慮機(jī)器人的結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、體積小等特點(diǎn)，因此機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
3.2難點(diǎn)：
1）機(jī)械手手臂、手腕、手部的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
2）傳動(dòng)部件、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和各個(gè)運(yùn)動(dòng)部件的連接設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)功能設(shè)計(jì)。
4．完成本課題的工作方案及進(jìn)度計(jì)劃
第1～2周：調(diào)研、查閱資料；
第3～4周：總體方案分析論證、開題報(bào)告；
第5～6周：結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，參數(shù)確定；
第7～8周：按所給規(guī)格范圍，性能進(jìn)行分析，強(qiáng)度和運(yùn)動(dòng)學(xué)校核；
第9～10周：開始繪制零件圖，準(zhǔn)備中期報(bào)告；
第11～12周：各模塊詳細(xì)設(shè)計(jì)，繪制裝配圖草圖；
第13～14周：整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，繪制總圖及零件圖，撰寫論文；
第15周：準(zhǔn)備畢業(yè)答辯；