六自由度机械手设计说明书..

机电系统课程设计说明书

六自由度机械手

学院：农业工程与食品科学学院班级：农机0901

小组人员：孙海舰邹杨

指导老师：***

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、方案设计 (4)

二、结构设计 (4)

三、电机的选择 (5)

1.主回转轴电机的选用 (5)

2、大臂摆动电机选用 (6)

3、大臂转动电机选用 (6)

4、小臂摆动电机的选择 (6)

四、功能分析 (7)

五、基座旋转机构轴的设计及强度校核 (8)

六、液压泵俯仰机构零件设计及强度校核 (11)

七、左右摇摆机构设计及强度校核 (14)

八、连腕部俯仰机构零件设计及强度校核 (17)

九、旋转和夹紧的设计及强度校核 (22)

1.机械手指部基座与回转体的螺栓连接 (22)

2．机械手指部设计及夹紧力计算 (25)

十、机构各自由度的连接过程 (26)

十一、设计特色 (28)

十二、心得体会 (29)

一、方案设计

方案一：机械手采用气动控制，气压传动，其优点：1）以空气为工作介质，来源放不安，且用后可直接排入大气而不污染环境。2）空气粘性小，损失小，节能高效。3）动作迅速、反应快、维护简单、不易堵塞。4)工作环境适应性好，安全可靠。5）成本低、过载能自动保护。缺点：1）工作速度稳定性差。2）不易获得较大的推力或转矩。3）有较大的排气噪声，4）以空气无润滑性能，需在气路中设计给油润滑装置。

方案二：机械手采用电气控制，机械传动，其优点：1）精度高，伺服电机作为动力源，同步带等组成结构简单且效率高的传动机构。2）控制精度高，根据设定的参数实现精确控制，在高精度传感器、计量装置、计算机技术的支持下，能够大大超过其他控制方式达到的控制精度。3）改善环保水平，由于使用能源品种的减少及其优化的性能，污染减少了，噪音降低了，能够提供良好的工作环境。4）降低噪音，其运行噪音低于70分贝，大约是液压驱动的三分之二。

因此选用电气控制，机械传动，局部气动的机械手。能够更好的发挥两者的优点避免缺点。

二、结构设计

气动控制运动结构图如下图所示：

电气控制运动结构件图如下图所示：

其中电气传动的回转等复杂动作因采用的伺服电机及计算机控制，较气动控制简单，因此该结构选取完全的电气控制。而其机械手的加持可采用气动控制。

三、电机的选择

机械手除去加持装置总共有六个自由度，总共需用六个伺服电机。

1.主回转轴电机的选用

主电机传动比选择：25i =

主回转轴电机转矩，转动惯量计算：

222111

500.3350.70188J md kg m ==⨯⨯=⋅

222

21180 1.333.844J md Kg m ==⨯⨯=⋅

212max 20.70133.8

0.055625J J J Kg m i ++===⋅

111

50100.33541.844T mgr N m ==⨯⨯⨯=⋅

211

8010 1.352022

T mgL N m ==⨯⨯⨯=⋅

1241.852022.47225

T T T N m i ++===⋅电

根据转矩、转动惯量选择电机型号：松下电机MGMA 3KW ，额定转矩28.4N ·m ，

最大转矩，63.7N ·m ，电机转动惯量，4255.710Kg m -⨯⋅，额定转速1000r/min,最大转速，2000r/min ，外形分类F 型。

2、大臂摆动电机选用

传动比选择：25i =

电机转矩，转动惯量计算：

22211

80 1.228.844J md Kg m ==⨯⨯=⋅

22228.8

0.00460825J J Kg m i ===⋅电

11

8010 1.248022T mgL N m ==⨯⨯⨯=⋅

48019.225

T T N m i ===⋅电

根据转矩、转动惯量选择电机型号：松下电机MGMA 3KW ，额定转矩28.4N ·m ，最大转矩，63.7N ·m ，电机转动惯量，4255.710Kg m -⨯⋅，额定转速1000r/min,最大转速，2000r/min ，外形分类F 型。

3、大臂转动电机选用

传动比选择：10i =

电机转矩转、动惯量计算：

22211

800.0650.032588J md Kg m ==⨯⨯=⋅

220.03250.000325100J J Kg m i ===⋅电

111

30100.065 4.87544T mgr N m ==⨯⨯⨯=⋅

211

30100.5582.522

T mgL N m ==⨯⨯⨯=⋅

12 4.87582.58.737510

T T T N m i ++===⋅电

根据转矩、转动惯量选择电机型号：松下电机MGMA 900W ，额定转矩8.62N ·m ，最大转矩，19.3N ·m ，电机转动惯量，4211.210Kg m -⨯⋅，额定转速1000r/min,最大转速，2000r/min ，外形分类D 型。

4、小臂摆动电机的选择

传动比选择：15i =