装箱机械手机构设计及分析

目录

第一章设计任务书 (2)

第二章题目分析、机械系统整体方案的设计 (3)

第三章机械执行系统方案的设计 (7)

第四章机械传动系统方案设计 (8)

第五章运动循环图设计 (11)

第六章设计小结 (14)

第七章参考资料 (15)

第一章设计任务书

设计题目：装箱机械手机构设计及分析

已知条件：在某装箱机械手机构中，要求其手的运动按简图所示JKLM，MLKJ线路重复运动。其中JK段为取物料上升（物料来自传送带）；KL段为物料水平移动；LM段为手抓放物料于箱内，故对其直线要求较高。KL段若较平直可提高装箱稳定性，但稍有误差问题不大。JK是从输送带上抓取物料，其直线度要求不高，只要能将物料提高到C的高度即可。返回时要求按原来路线逆着走。

尺寸参数为：a=120mm；b=600mm；c=50mm；d=1000mm。物料提升重量为2千克。

设计任务：

* 根据上述设计要求，每人至少提出两种不同设计方案，选取其中最优的方案，进行机构简图设计。对主体机构进行运动位置分析,并按尺寸绘出相应位置时机构运动简图。（一号图纸）（尺寸要准确）

* 对手爪中手指的开合机构进行机构运动方案设计。（二号图纸:含结构图,机构图）

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* 每人编制一份设计说明书，设计方案均应写入说明书（封面、目录、内容、后记、参考书目等）内。

设计尽量考虑用已学过的机构或几种机构的组合来实现位置要求，还应考虑力求使机构运动性、加工特性、使用性能、经济性等要好。

第二章题目分析、机械系统整体方案的设计

题目分析：

从题目可以知道，要实现机械手的一系列运动需要各个机构之间的完美配合。其中所设计的装箱机械手机构中主要分为三个步骤，抓取—移动—放置。进行动作分解即有抓、上下移动、左右移动和放共6个动作。时间分配和各动作分配是这次设计的一个重点，当然设计怎样的机构来完成各项动作也是其中必须要完成的任务。

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机械手工作流程：

原位夹紧上升左移

下降

右移上升放开下降

总的来说机械手整套装置可分解为简单的四个动作：抓取、放开、横移和竖移。

1.抓取：由图分析可知抓取过程为J点处，由于物体是在传送带上，因此在抓取过程中给机械爪手预留时间较短，即在抓取的时候动作要迅速，这就对我们设计机械手的时候提出了具体的新要求。同时，在抓的过程保证机械手不能有左右移动和上下移动，以此来保证抓取位置的准确性。

2.放开：相对抓取过程，放开过程相对容易一点，但在放开的同时要保证机械手的静止性，或者说稳定性。这对整个过程是至关重要的一个部分，能否正确的放置物件关系整个装置的成败。在这里我们可以考虑利用机械手的自动控制，即当物品到达指定位置后能自动的将物品放开，这里需要我们去参考机械手自动抓取的相关设计。

3.横移：横移过程是在这机构设计要求中位移量最大，这里要考虑用运动放大装置来缩小原动件的动作范围，同时考虑到在横移过程中稳定性是很重要的一点，如果移动不稳定，会对整个机械手成功运输物品造成不利的影响。根据机械手运动轨迹图，在K点后，机械手由竖移转向横移，在L点，运动由横移转向竖移，所以运动方向的转换也是我们考虑的重点，利用凸轮传动，曲柄滑块都是可以完成这样的方向转换的。

4.竖移：竖移时，在下放其直线度是题目中特别要求的，因此我们可以考虑用滑块机构来保证其直线度。其次，对速度的控制也是需要考虑的，这对提起或放置过程中保证物体被成功夹起或放开有着不可忽视的作用。

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机械系统整体方案的设计:

第一种方案：此方案采用的是曲柄滑块和凸轮的相互组合，适当的设置滑杆的长度，使其能满足上下位移为50、120mm，横向滑杆可以满足其其左右移动600mnm，在上下移动时采用杠杆放大机构是为了减小凸轮的空间大小，减少加工量，节约材料。采用此种方案的缺点是需要两个电机独立控制曲柄和凸轮的运动，其中控制曲柄的电机为了实现整个机构的可逆性还需要正反转这对电机的寿命有很大的影响，同时也给控制方面提出了难题，增加了操作的复杂性。

第一方案图

第二种方案：本方案是利用滑块在特制导轨中的滑动来达到传送机械手的目的。利用凸轮加一个杠杆机构来完成来回摆动，摆杆带动滑块在导轨中运动。滑块上连接了一个滚子，利用滚子在导轨中的滚动来代替滑块的直接滑动，有效减小了摩擦。本方案的优点是只需要一个原动机就能带动机构循环工作运行，而且机构

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简单，成本低，具有很高的经济效益。本方案的不足之处也有不少，滑块的运行速度不均匀，需特制导轨，凸轮形状复杂，有些点受力较大，易磨损等。再加上这样思路已经被太多人使用过，在此我们不列为最优方案。

第二方案图

第三种方案：本方案是我们的最优方案。本方案最大特点是利用圆柱凸轮和盘式凸轮相结合的方式来完成机械手的横移和竖移，从而只需要一个原电机就可以完成机械手复杂的循环往复运动。而且通过圆柱凸轮和盘式凸轮上轨道的巧妙配合使得横移和竖移不相互冲突，即在横移时，竖直方向没有位移，在竖移是时，水平方向静止。同时，为了减小凸轮的制造面积，我们采用了杠杆放大原理，将凸轮产生的较小位移放大为机械手较大的移动。为减小凸轮所受冲击和磨损，我们在设计盘型凸轮形状时产用的是简谐运动规律来设计。这种方案也有不足之处，例如体积偏大，结构稍显复杂，有一定的加工难度。

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第三方案图

第三章机械执行系统方案的设计

在考虑装箱机械手装置的设计时，我们使其满足了在往上提起碰到重物时将其抓紧，在往下输送时遇到平面即重物停止不动时将其放开。

具体装置结构如下：本装置是利用齿轮与齿条的相互啮合来实现手爪的开张与闭合。在进行抓紧物料时，手爪依靠自身重力向内收缩，此时手爪之间距离大于19mm,分别位于重物两侧，碰到两侧壁时，由于收缩受阻手爪将越抓紧，从而实现抓紧的目的，接下就可以往上提起重物，由于重物自重缘故，重物有向下运动趋势，手爪将一直存在向内的抓紧力以此来保证在移动过程重物不脱落。在放开重物的时候手爪动作机理如下：当重物已经到了指定位置，即重物不能再有向下的运动了，而此时机械手还有向下运动趋势，所以手爪在齿轮的啮合作用下将

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