(完整版)上海交大--六自由度机械手

机械设计课程设计说明书

六自由度机械手

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

2006.6.16

前言

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

二. 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 十一. 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

设计及计算项目

结果

1. 按扭转强度概略计算轴颈

1）选用45号钢，调质。查表得2650/B N mm σ=，

2

360/S N mm σ=，

2

1300/N mm σ-=，

21155/N mm τ-=，2360/B N mm τ=，2390/B N mm σ=

2）按公式，算得

033

0.2[]0.2[]pAr T

d ττ==，因为2

2

20.1200.011344

huosai d A m ππ⨯=

=

=，5p MPa =，2[]40/N mm τ=，00.108r m =为齿轮分度圆半径，则：

0.0091d m ≥。考虑到轴是垂直布置，过细会失稳，因此取52d mm =，最小直径为花键内径。 2. 拟定轴的结构 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， 0.150.180513h d =+=⨯+=，鉴于轴环承受轴的重2650/B N mm σ= 2360/S N mm σ= 21300/N mm σ-= 21155/N mm τ-=

2

360/B N mm τ=

2390/B N mm σ=

52d mm =

下轴颈直径60mm 轴肩直径80mm

安装齿轮的轴段直径80mm 轴环高度20mm 轴环直径100mm

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345o ⨯；

10） 齿轮与平键采用过盈连接,采用A 型平键，键槽宽度20b =，槽深6t =，槽长L 应小于齿轮的宽度，取70L mm =，轴段上平键居中布置。过盈配合取76H r 3. 计算支反力和绘制弯矩图和扭矩图 1）由于活塞齿条的作用，轴受到水平方向的力，同时在轴承受到支反力，这样产生弯矩。 250.011356r F pA Mpa m kN ==⨯=

支座A 的支反力281.55624190A l R F kN l ==⨯=， 支座B 的支反力1108.55632190B l R F kN l ==⨯= 2）最大弯矩发生在平键中心的界面处 124108.52608A M R l kN mm Nm =⨯=⨯=

3）扭矩 20

50.01130.1086102T pAr Mpa m m Nm ==⨯⨯=

上轴颈直径60mm

花键小径52mm 花键大径56mm

轴两端倒角345o

⨯

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。此外

用过盈配合7

6

H r

56r F kN =

281.5

5624190A l R F kN l ==⨯=

1108.5

5632190

B l R F kN l ==⨯=

2608M Nm =

6102T Nm =