六自由度机械手设计

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机械设计课程设计说明书

六自由度机械手

TOPWORK

上海交通大学机械与动力工程学院专业机械工程与自动化

设计者:

李晶(5030209252)

李然(5030209316) 潘楷

(5030209345) 彭敏勤

(5030209347) 童幸

(5030209349)

指导老师:高雪官

2006616

、八—

刖言

在工资水平较低的中国,制造业尽管仍属于劳动力密集型,机械手的使用已经越来越普及。那些电子和汽车业

的欧美跨国公司很早就在它们设在中国的工厂中引进了自

动化生产。但现在的变化是那些分布在工业密集的华南、

华东沿海地区的中国本土制造厂也开始对机械手表现出越

来越浓厚的兴趣,因为他们要面对工人流失率高,以及交

货周期缩短带来的挑战。

机械手可以确保运转周期的一贯性,提高品质。另

外,让机械手取代普通工人从模具中取出零件不仅稳定,

而且也更加安全。同时,不断发展的模具技术也为机械手

提供了更多的市场机会。

可见随着科技的进步,市场的发展,机械手的广泛应用已渐趋可能,在未来的制造业中,越来越多的机械手将

被应用,越来越好的机械手将被创造,毫不夸张地说,机

械手是人类是走向先进制造的一个标志,是人类走向现代化、高科技进步的一个象征。因此如何设计出一个功能强大,结构稳定的机械手变成了迫在眉睫的问题。

目录

一.设计要求和功能分析

4

- •- ■基座旋转机构轴的设计及强度校核

5

三.液压泵俯仰机构零件设计和强度校核

8

四.左右摇摆机构零件设计和强度校核

11五.连腕部俯仰机构零件设计和强度校核

14六.旋转和夹紧机构零件设计和强度校核

19七.机构各自由度的连接过程

25八.设计特色

28九.心得体会

28十.参考文献30

一. 任务分工31

十二.附录(零件及装配图)31

设计要求

该机械臂用于物流生产线上物品的抓取和易位。整个机械臂安装在一个回转支座上,回转角度范围为360 度;小臂相对于大臂可摆动,摆动范围为60-120 度;小臂末端的手腕也可以摆动,摆动范围为-60 度到+60 度;手腕的末端安装一机械手,机械手具有开闭能力,用于直径30-45mm 工件的抓取,工件长度350mm ,重量8kg 。

功能分析

系统共有6 个自由度,分别是夹紧、旋转、俯仰(1)、左右摇摆、俯仰(2 )及基座的回转。

基座的回转自由度可以进行360 度的回转;与基座相连的俯仰机构(包含液压缸)可进行俯仰动作,幅度较大,可以满足60-120 度的俯仰要求,与此相连部分为左右摇摆机构,能够完成-60~60 度的左右来回摆动,接着下去的是俯仰机构,与摇摆机构内部类似,亦可完成-60~60 度的上下俯仰动作,最后的是旋转部分与手指部分,旋转部分可以正反旋转,手指部分通过在手腕上滑槽来控制收放动作。机构采用液压控制各自由度的动作,简单方便且功率大,各自由度之间相互联系且独立,动作时互不干涉。

基座旋转机构轴的设计及强度校核

1)支承采用圆锥滚子轴承3007712 按GB277-84 ,

取下端轴颈直径为60mm,宽33mm ;

2)下端轴肩直径80mm,宽25mm ;

3)齿轮下端面由轴环定位,

h 0.1d 5 0.1 80 5 13,鉴于轴环承受轴的重力,轴环

直径100mm,宽20mm ;

4)齿轮轴头直径80mm,宽97mm,稍小于轮豰(100-3);

5)齿轮上端面接触套筒,固定套筒的轴身直径70mm,宽15mm ;

6)套筒上接圆锥滚子轴承,与下端轴承一样。轴颈直径为60mm,宽30mm ;

7)和上端盖相密封的轴身直径56mm,宽36mm ;

8)连接花键的上轴头小径52mm,大径56mm,宽27mm ;

9)轴两端倒角3 45°;

10)齿轮与平键米用过盈连接,米用A型平键,键槽宽度b 20,槽深t 6,槽长L应小于齿轮的宽度,取L 70mm,轴段上平键居中布置。过盈配合取

H 7

r6

3.计算支反力和绘制弯矩图和扭矩图安装齿轮的轴段直径80mm

轴环咼度20mm

轴环直径100mm

上轴颈直径60mm

花键小径52mm

花键大径56mm

轴两端倒角3 45°

安装齿轮的轴段上A型键槽的宽、深、长分别为20、6、

70mm。键槽居中布置。此

H 7

外用过盈配合

r6

在轴承受到支反力,这样产生弯矩

2)最大弯矩发生在平键中心的界面处

M R A l 1 24kN 108.5mm 2608Nm

3)扭矩

2

T pAr 0 5Mpa 0.0113m

0.108m 6102Nm

4.强度精确校核

可知危险剖面在平键中心处,此时弯矩最大,且有 键槽,抗弯剖面模量和抗扭剖面模量较小。对该面 进行精确校核。

H 7

1)过盈配合为——时的应力集中系数k 2.62, r6

k 1.89

32kN

F r 56kN

R A F |2

R B F l1

l 56 56

81.5 190 108.5 190

24kN 32 kN

2

F r pA 5Mpa 0.0113m

支座A 的支反力R A F *

支座B 的支反力R B F *

56kN 56 8「5

190 56 108・5

190

24 kN , 32kN

M 2608Nm

T 6102Nm

2)尺寸系数 0.64

0.72

确定平键中心出的截面为危

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