買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 摘 要 隨著工業(yè)自動化發(fā)展的需要，機械手在工業(yè)應用中越來越重要。文章主要敘述了磁吸式機械手的設計計算過程 。 首先，本文介紹機械手的作用，機械手的組成和分類。 文章中介紹了磁吸式機械手的設計理論與方法。全面詳盡的討論了磁吸式機械手的手部、腕部、手臂以及機身等主要部件的結(jié)構(gòu)設計。 對于即將畢業(yè)的學生來說，本次設計的最大成果就是：綜合運用機械設計、機械制圖、機械制造基礎、金屬材料與熱處理、公差與技術測量、理論力學、材料力學、機械原理、計算機應用基礎以及工藝、夾具等基礎理論、工程技術和生產(chǎn)實踐知識。掌握機械設 計的一般程序、方法、設計規(guī)律、技術措施，并與生產(chǎn)實習相結(jié)合，培養(yǎng)分析和解決一般工程實際問題的能力，具備了機械傳動裝置、簡單機械的設計和制造的能力。 關鍵詞 ： 機械手；磁吸式機械手；電磁鐵；行程開關；齒輪齒條； 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 in is of of of s of s of so on as as 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 目 錄 摘 要 . I . 緒 論 . 1 言 . 1 業(yè)機械手的簡史 . 1 業(yè)機械手在生產(chǎn)中的應用 . 3 械手的組成 . 3 業(yè)機械手的發(fā)展趨勢 . 5 文主要研究內(nèi)容 . 5 章小結(jié) . 6 2 磁吸式機械手的總體設計方案 . 7 . 7 . 7 章小結(jié) . 7 3 機械手手部的設計計算 . 8 件尺寸 . 9 . 8 . 9 . 11 章小結(jié) . 11 4 腕部的設計計算 . 12 部設計的基本要求 . 12 部的結(jié)構(gòu)設計 . 12 章小結(jié) . 12 5 臂部的設計及有關計算 . 13 部設計的基本要求 . 13 臂的典型機構(gòu)以及結(jié)構(gòu)的選擇 . 13 . 14 6 機身的設計計算 . 15 身的整體設計 . 15 動系統(tǒng)設計計算 . 24 章小結(jié) . 25 結(jié) 論 . 26 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 致 謝 . 27 參考文獻 . 28 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 1 1 緒 論 用于再現(xiàn)人手的的功能的技術裝置稱為機械手。機械手是模仿著人手的部分動作，按給定程序、軌跡和要求實現(xiàn)自動抓 取、搬運或操作的自動機械裝置。在工業(yè)生產(chǎn)中應用的機械手被稱為工業(yè)機械手。 工業(yè)機械手是近代自動控制領域中出現(xiàn)的一項新技術，并已成為現(xiàn)代機械制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個重要組成部分，這種新技術發(fā)展很快，逐漸成為一門新興的學科 機械手工程。機械手涉及到力學、機械學、電器液壓技術、自動控制技術、傳感器技術和計算機技術等科學領域，是一門跨學科綜合技術。 工業(yè)機械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動生產(chǎn)設備。工業(yè)機械手也是工業(yè)機器人的一個重要分支。他的特點是可以通過編程來完成各種預期的作業(yè)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機器各自的 優(yōu)點，尤其體現(xiàn)在人的智能和適應性。機械手作業(yè)的準確性和環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國民經(jīng)濟領域有著廣泛的發(fā)展空間。 機械手的發(fā)展是由于它的積極作用正日益為人們所認識：其一、它能部分的代替人工操作；其二、它能按照生產(chǎn)工藝的要求，遵循一定的程序、時間和位置來完成工件的傳送和裝卸；其三、它能操作必要的機具進行焊接和裝配，從而大大的改善了工人的勞動條件，顯著的提高了勞動生產(chǎn)率，加快實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機械化和自動化的步伐。因而，受到很多國家的重視，投入大量的人力物力來研究和應用。尤其是在高溫、高壓、粉塵、噪音以及帶有放射性和污 染的場合，應用的更為廣泛。在我國近幾年也有較快的發(fā)展，并且取得一定的效果，受到機械工業(yè)的重視。 機械手是一種能自動控制并可從新編程以變動的多功能機器，他有多個自由度，可以搬運物體以完成在不同環(huán)境中的工作。 機械手的結(jié)構(gòu)形式開始比較簡單，專用性較強。 隨著工業(yè)技術的發(fā)展，制成了能夠獨立的按程序控制實現(xiàn)重復操作，適用范圍比較廣的“程序控制通用機械手”，簡稱通用機械手。由于通用機械手能很快的改變工作程序，適應性較強，所以它在不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量生產(chǎn)中獲得廣泛的引用。 業(yè)機械手的簡史 現(xiàn)代工業(yè)機 械手起源于 20 世紀 50 年代初，是基于示教再現(xiàn)和主從控制方式、能適應產(chǎn)品種類變更，具有多自由度動作功能的柔性自動化 4產(chǎn) 品 。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 2 機械手首先是從美國開始研制的。 1958 年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺機械手。他的結(jié)構(gòu)是：機體上安裝一回轉(zhuǎn)長臂，端部裝有電磁鐵的工件抓放機構(gòu)，控制系統(tǒng)是示教型的。 1962 年，美國機械鑄造公司在上述方案的基礎之上又試制成一臺數(shù)控示教再現(xiàn)型機械手。商名為 萬能自動 )。運動系統(tǒng)仿造坦克炮塔，臂回轉(zhuǎn)、俯仰，用液壓驅(qū)動；控制系統(tǒng)用磁鼓 最存儲裝置。不少球坐標式通用機械手就是在這個基礎上發(fā)展起來的。同年該公司和普魯曼公司合并成立萬能自動公司（ ,專門生產(chǎn)工業(yè)機械手。 1962 年美國機械鑄造公司也試驗成功一種叫 械手，原意是靈活搬運。該機械手的中央立柱可以回轉(zhuǎn)，臂可以回轉(zhuǎn)、升降、伸縮、采用液壓驅(qū)動，控制系統(tǒng)也是示教再現(xiàn)型。雖然這兩種機械手出現(xiàn)在六十年代初，但都是國外工業(yè)機械手發(fā)展的基礎。 1978 年美國 司和斯坦福大學、麻省理工學院聯(lián)合研制一種工業(yè)機械手，裝有小型 電子計算機進行控制，用于裝配作業(yè)，定位誤差可小于 1 毫米。 美國還十分注意提高機械手的可靠性，改進結(jié)構(gòu)，降低成本。如 司建立了 8 年機械手試驗臺，進行各種性能的試驗。準備把故障前平均時間（注：故障前平均時間是指一臺設備可靠性的一種量度。它給出在第一次故障前的平均運行時間），由 400小時提高到 1500 小時，精度可提高到 米。 德國機器制造業(yè)是從 1970 年開始應用機械手，主要用于起重運輸、焊接和設備的上下料等作業(yè)。德國 司還生產(chǎn)一種點焊機械手，采用關節(jié)式結(jié)構(gòu)和程序控制。 瑞士 司生產(chǎn)一種涂漆機械手，采用示教方法編制程序。 瑞典安莎公司采用機械手清理鑄鋁齒輪箱毛刺等。 日本是工業(yè)機械手發(fā)展最快、應用最多的國家。自 1969 年從美國引進二種典型機械手后，大力研究機械手的研究。據(jù)報道， 1979 年從事機械手的研究工作的大專院校、研究單位多達 50 多個。 1976 年個大學和國家研究部門用在機械手的研究費用 42%。 1979年日本機械手的產(chǎn)值達 443 億日元，產(chǎn)量為 14535 臺。其中固定程序和可變程序約占一半，達 222 億日元，是 1978 年的二倍。具有記憶功能的機械手產(chǎn)值約為 67 億日元，比1978 年 增長 50%。智能機械手約為 17 億日元，為 1978 年的 6 倍。截止 1979 年，機械手累計產(chǎn)量達 56900 臺。在數(shù)量上已占世界首位，約占 70%，并以每年 50% 60%的速度增長。使用機械手最多的是汽車工業(yè)，其次是電機、電器。預計到 1990 年將有 55 萬機器人在工作。 第二代機械手正在加緊研制。它設有微型電子計算機控制系統(tǒng)，具有視覺、觸覺能力，甚至聽、想的能力。研究安裝各種傳感器，把感覺到的信息反饋，使機械手具有感覺機能。目前國外已經(jīng)出現(xiàn)了觸覺和視覺機械手。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 3 第三代機械手（機械人）則能獨立地完成工作過程中的任務。它 與電子計算機和電視設備保持聯(lián)系。并逐步發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng) 柔性制造單元 (重要一環(huán)。 業(yè)機械手在生產(chǎn)中的應用 機械手是工業(yè)自動控制領域中經(jīng)常遇到的一種控制對象。機械手可以完成許多工作，如搬物、裝配、切割、噴染等等，應用非常廣泛 5廣 泛 。 在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程中的自動化已成為突出的主題。各行各業(yè)的自動化水平越來越高，現(xiàn)代化加工車間 ，常配有機械手，以提高生產(chǎn)效率，完成工人難以完成的或者危險的工作?？稍跈C械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)很大程度上不是連續(xù)的。據(jù)資料介紹，美國生產(chǎn)的全部工業(yè)零件中，有 75%是小批量生產(chǎn)；金屬加工生產(chǎn)批量中有四分之三在50 件以下，零件真正在機床上加工的時間僅占零件生產(chǎn)時間的 5%。從這里可以看出，裝卸、搬運等工序機械化的迫切性，工業(yè)機械手就是為實現(xiàn)這些工序的自動化而產(chǎn)生的。目前在我國機械手常用于完成的工作有：注塑工業(yè)中從模具中快速抓取制品并將制品傳誦到下一個生產(chǎn)工序；機械手加工行業(yè)中用于取料、送料；澆鑄行業(yè)中用于提取 高溫熔液等等。 工業(yè)機械手由執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動機構(gòu)和控制機構(gòu)三部分組成組成。 行機構(gòu) （ 1）手部 既直接與工件接觸的部分，一般是回轉(zhuǎn)型或平動型（多為回轉(zhuǎn)型，因其結(jié)構(gòu)簡單）。手部多為兩指（也有多指）；根據(jù)需要分為外抓式和內(nèi)抓式兩種；也可以用負壓式或真空式的空氣吸盤（主要用于吸冷的，光滑表面的零件或薄板零件）和電磁吸盤。 傳力機構(gòu)形式教多，常用的有：滑槽杠桿式、連桿杠桿式、斜槭杠桿式、齒輪齒條式、絲杠螺母式、彈簧式和重力式。 （ 2） 腕部 是連接手部和臂部的部件，并可用來調(diào)節(jié)被 抓物體的方位，以擴大機械手的動作范圍，并使機械手變的更靈巧，適應性更強。手腕有獨立的自由度。有回轉(zhuǎn)運動、上下擺動、左右擺動。一般腕部設有回轉(zhuǎn)運動再增加一個上下擺動即可滿足工作要求，有些動作較為簡單的專用機械手，為了簡化結(jié)構(gòu)，可以不設腕部，而直接用臂部運動驅(qū)動手部搬運工件。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 4 （ 3）臂部 手臂部件是機械手的重要握持部件。它的作用是支撐腕部和手部（包括工作或夾具），并帶動他們做空間運動。 臂部運動的目的：把手部送到空間運動范圍內(nèi)任意一點。如果改變手部的姿態(tài)（方位），則用腕部的自由度加以實現(xiàn)。因此，一般來說臂部具 有三個自由度才能滿足基本要求，即手臂的伸縮、左右旋轉(zhuǎn)、升降（或俯仰）運動。 手臂的各種運動通常用驅(qū)動機構(gòu)（如液壓缸或者氣缸）和各種傳動機構(gòu)來實現(xiàn)，從臂部的受力情況分析，它在工作中既受腕部、手部和工件的靜、動載荷，而且自身運動較為多，受力復雜。因此，它的結(jié)構(gòu)、工作范圍、靈活性以及抓重大小和定位精度直接影響機械手的工作性能。 （ 4） 行走機構(gòu) 有的工業(yè)機械手帶有行走機構(gòu)，我國的正處于仿真階段。 動機構(gòu) 驅(qū)動機構(gòu)是工業(yè)機械手的重要組成部分。根據(jù)動力源的不同 , 工業(yè)機械手的驅(qū)動機構(gòu)大致可分為液壓、 氣動、電動和機械驅(qū)動等四類。采用電動機構(gòu)驅(qū)動機械手 ,結(jié)構(gòu)簡單、尺寸緊湊、重量輕、控制方便。 制系統(tǒng)分類 在機械手的控制上，有點動控制和連續(xù)控制兩種方式。大多數(shù)用插銷板進行點位控制，也有采用可編程序控制器控制、微型計算機控制，采用凸輪、磁盤磁帶、穿孔卡等記錄程序。主要控制的是坐標位置，并注意其加速度特性。 業(yè)機械手的發(fā)展趨勢 (1)工業(yè)機器人性能不斷提高 (高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修 )，而單機價格不斷下降，平均單機價格從 91 年的 美元降至 97 年的 美元。 (2)機械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展。例如關節(jié)模塊中的伺服電機、減速機、檢測系統(tǒng)三位一體化 :由關節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造機器人整機 ;國外已有模塊化裝配機器人產(chǎn)品問市。 (3)工業(yè)機器人控制系統(tǒng)向基于 的開放型控制器方向發(fā)展，便于標準化、網(wǎng)絡化 ;器件集成度提高，控制柜日見小巧，且采用模塊化結(jié)構(gòu) :大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。 (4)機器人中的傳感器作用日益重要，除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器外，裝配、焊接機器人還應用了視覺、力覺等傳感器，而遙控機器人則采用視覺、聲覺、力買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 5 覺、觸覺等 多傳感器的融合技術來進行環(huán)境建模及決策控制多傳感器融合配置技術在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟應用。 (5)虛擬現(xiàn)實技術在機器人中的作用已從仿真、預演發(fā)展到用于過程控制如使遙控機器人操作者產(chǎn)生置身于遠端作業(yè)環(huán)境中的感覺來操縱機器人。 (6)當代遙控機器人系統(tǒng)的發(fā)展特點不是追求全自治系統(tǒng)，而是致力于操作者與機器人的人機交互控制，即遙控加局部自主系統(tǒng)構(gòu)成完整的監(jiān)控遙控操作系統(tǒng)，使智能機器人走出實驗室進入實用化階段。美國發(fā)射到火星上的“索杰納”機器人就是這種系統(tǒng)成功應用的最著名實例。 (7)機器人化機械開始興起。從 94 年美 國開發(fā)出“虛擬軸機床”以來，這種新型裝置已成為國際研究的熱點之一，紛紛探索開拓其實際應用的領域。我國的工業(yè)機器人從80 年代“七五”科技攻關開始起步，在國家的支持下，通過“七五”、“八五”科技攻關，目前己基本掌握了機器人操作機的設計制造技術、控制系統(tǒng)硬件和軟件設計技術、運動學和軌跡規(guī)劃技術，生產(chǎn)了部分機器人關鍵元器件，開發(fā)出噴漆、弧焊、點焊、裝配、搬運等機器人 ;其中有 130 多臺套噴漆機器人在二十余家企業(yè)的近 30 條自動噴漆生產(chǎn)線(站 )上獲得規(guī)模應用，弧焊機器人己應用在汽車制造廠的焊裝線上。但總的來看，我國的工業(yè) 機器人技術及其工程應用的水平和國外比還有一定的距離，如 :可靠性低于國外產(chǎn)品 :機器人應用工程起步較晚，應用領域窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術與國外比有差距 ;在應用規(guī)模上，我國己安裝的國產(chǎn)工業(yè)機器人約 200 臺，約占全球已安裝臺數(shù)的萬分之四。以上原因主要是沒有形成機器人產(chǎn)業(yè)，當前我國的機器人生產(chǎn)都是應用戶的要求，“一客戶，一次重新設計”，品種規(guī)格多、批量小、零部件通用化程度低、供貨周期長、成本也不低，而且質(zhì)量、可靠性不穩(wěn)定。因此迫切需要解決產(chǎn)業(yè)化前期的關鍵技術，對產(chǎn)品進行全面規(guī)劃，搞好系列化、通用化、模塊化設計，積極推進產(chǎn)業(yè) 化進程 863”計劃的支持下，也取得了不少成果。其中最為突出的是水下機器人， 6000m 水下無纜機器人的成果居世界領先水平，還開發(fā)出直接遙控機器人、雙臂協(xié)調(diào)控制機器人、爬壁機器人、管道機器人等機種 :在機器人視覺、力覺、觸覺、聲覺等基礎技術的開發(fā)應用上開展了不少工作，有了一定的發(fā)展基礎。但是在多傳感器信息融合控制技術、遙控加局部自主系統(tǒng)遙控機器人、智能裝配機器人、機器人化機械等的開發(fā)用方面則剛剛起步，與國外先進水平差距較大，需要在原有成績的基礎上，有重點地系統(tǒng)攻關，才能形成系統(tǒng)配 套可供實用的技術和產(chǎn)品，以期在“十五”后期立于世界先進行列之中。 文主要研究內(nèi)容 本文研究了國內(nèi)外機械手發(fā)展的現(xiàn)狀，通過學習機械手的工作原理，熟悉了磁吸式機械手的運動機理。在此基礎上，確定了磁吸式機械手的基本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，對磁吸式機械買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 6 手的運動進行了簡單的分析，完成了磁吸式機械手機械方面的設計工作（包括傳動部分、執(zhí)行部分、驅(qū)動部分）的設計工作。 章小結(jié) 本章簡要的介紹了機械手的基本概念。在機械手的組成上，系統(tǒng)的從執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動機構(gòu)以及控制部分三個方面說明。比較細致的介紹了機械手的發(fā)展趨勢，簡要 的敘述了本文研究的內(nèi)容。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 7 2 磁吸式機械手的總體設計方案 本課題是磁吸式機械手的設計。本設計主要任務是完成機械手的結(jié)構(gòu)以及傳動方面設計。在本章中對機械手的驅(qū)動機構(gòu)等進行了確定。因此，在機械手的執(zhí)行機構(gòu)、傳動機構(gòu)是本次設計的主要任務。 械手的主要部件及運動 根據(jù)設計任務，為了滿足設計要求，本設計中機械手能夠作垂直運動。 本設計機械手主要由 4 個大部件組成：（ 1）手部，采用四個吸盤，通過采用電磁鐵使吸盤內(nèi)產(chǎn)生磁力來搬運工件。（ 2） 腕部，采用四根支架來固定吸盤以及通過焊接和臂部相聯(lián)。（ 3）臂部，采用鋁 合金手臂，通過焊接與手腕聯(lián)結(jié)，通過螺釘與齒條聯(lián)結(jié)。（ 4）機身，采用齒輪齒條機構(gòu)實現(xiàn)機械手的垂直運動。 通過 V 帶將電動機的轉(zhuǎn)動傳遞給軸上的齒輪，再通過齒輪齒條將回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為垂直運動，從而使磁吸式機械手做垂直運動。 動機構(gòu)的選擇 驅(qū)動機構(gòu)是工業(yè)機械手的重要組成部分 , 工業(yè)機械手的性能價格比在很大程度上取決于驅(qū)動方案及其裝置。根據(jù)動力源的不同 , 工業(yè)機械手的驅(qū)動機構(gòu)大致可分為液壓、氣動、電動和機械驅(qū)動等四類。采用電動機構(gòu)驅(qū)動機械手 ,結(jié)構(gòu)簡單、尺寸緊湊、重量輕、控制方便，驅(qū)動力大等優(yōu)點。因此，機械手的驅(qū)動 方案選擇電動驅(qū)動。電動機的型號為 額定功率為 11定轉(zhuǎn)速為 1500r/ 章小結(jié) 本章對機械手的整體部分進行了總體設計，選擇了機械手的基本形式以及主要部件，確定了本設計采用電動驅(qū)動。下面的設計計算將以次進行。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 8 3 機械手手部的設計計算 件尺寸 工件的尺寸為 150 100 3。材料為鋼，鋼的密度為 ，常用的工業(yè)機械手手部 ,按握持工件的原理 ,分為夾持和吸附兩大類。吸附式常用于抓取工件表面平整、面積較大的板狀物體 ,適合用于本方案。通過綜合考慮，本設計選擇吸盤作為磁吸式機械手的手抓。為了使機械手能夠平穩(wěn)的搬動工件，所以選擇四個吸盤，吸盤內(nèi)的磁力由電磁鐵提供。 抓的力學分析 1、首先是電源設計，即線圈兩端的電壓。建議使用直流電源，因為直流電流可以保證次吸力穩(wěn)定，沒有交變。介于你設計的磁吸力小，可選用 5流電源（電壓越大，反應速度越快）。 2、繞線組材料的選取，如果設計要求繞線組質(zhì)量輕，則可選擇漆包鋁線。一般情況下，選擇漆包銅線，因為銅的電阻率低。 3、考慮繞線組的發(fā)熱，繞線組是有電阻的，其發(fā)熱功率 P=U*U/R（ U 為電源電壓）。 4、選用橫截面積合適的導線作為繞線組。 5、磁吸力 F磁感應強度 B，而 B I*N（電流與匝數(shù)的乘積） ，而 I=U/R，且 R N。（復雜吧，簡化一下） 具體公式： B=u*I*N/2； R= *L/S= * *D*N/S；（ u 是輪子的磁導率、是導線的電阻率、 S 是導線的橫截面積、 D 是線圈的平均直徑 32N 20、L 是導線總長 。注意： S 的單位是平方毫米；的單位是歐姆毫米） 則： B u*S/ (可以看出只要繞線區(qū)域一定， B 與 N 無關。 ) 看線圈發(fā)熱功率： P=U*U/R (S2)；所以導線橫截面積 S 盡量取小，但 S 過小會買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 9 導致磁吸力變化速度慢。 選擇每個吸盤的直徑相同， d= 20工件的質(zhì)量 m= v=150 100 3g= (3所以根 據(jù)平衡公式得 G=4F F 即每個電磁吸盤的磁力： F=N= (3磁鐵選擇 磁鐵簡介 內(nèi)部帶有鐵芯的通電螺線管叫電磁鐵。電磁鐵是利用載流鐵心線圈產(chǎn)生的電磁吸力來操縱機械裝置，以完成預期動作的一種電器。它是將電能轉(zhuǎn)換為機械能的一種電磁元件。當在通電螺線管內(nèi)部插入鐵芯后，鐵芯被通電螺線管的磁場磁化。磁化后的鐵芯變成了一個磁體，這樣由于兩個磁場互相疊加 ，從而使螺線管的磁性大大增強。為了使電磁鐵的磁性更強，通常將鐵芯制成蹄形。但要注意蹄形鐵芯上線圈的繞向相反，一邊順時針，另一邊必須逆時針。如果繞向相同，兩線圈對鐵芯的磁化作用將相互抵消，使鐵芯不顯磁性。另外，電磁鐵的鐵芯用軟鐵制做，而不能用鋼制做。否則鋼一旦被磁化后，將長期保持磁性而不能退磁，則其磁性的強弱就不能用電流的大小來控制，而失去電磁鐵應有的優(yōu)點 1822 年，法國物理學家阿拉戈和呂薩克發(fā)現(xiàn)，當電流通過其中有鐵塊的繞線時，它能使繞線中的鐵塊磁化。這實際上是電磁鐵原理的最初發(fā)現(xiàn)。 1823 年，斯特金也做了 一次類似的實驗：他在一根并非是磁鐵棒的 U 型鐵棒上繞了 18 圈銅裸線，當銅線與伏打電池接通時，繞在 U 型鐵棒上的銅線圈即產(chǎn)生了密集的磁場，這樣就使 U 型鐵棒變成了一塊“電磁鐵”。這種電磁鐵上的磁能要比永磁能大放多倍，它能吸起比它重 20 倍的鐵塊，而當電源切斷后， U 型鐵棒就什么鐵塊也吸不住，重新成為一根普通的鐵棒。 斯特金的電磁鐵發(fā)明，使人們看到了把電能轉(zhuǎn)化為磁能的光明前景，這一發(fā)明很快在英國、美國以及西歐一些沿海國家傳播開來。 1829 年，美國電學家亨利對斯特金電磁鐵裝置進行了一些革新，絕緣導線代替裸銅導線，因此 不必擔心被銅導線過分靠近而短路。由于導線有了絕緣層，就可以將它們一圈圈地緊緊地繞在一起，由于線圈越密集，產(chǎn)生的磁場就越強，這樣就大大提高了把電能轉(zhuǎn)化為磁能的能力。到了 1831 年，亨利試制出了一塊更新的電磁鐵，雖然它的體積買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 10 并不大，但它能吸起 1 噸重的鐵塊。 電磁鐵是一種把電能轉(zhuǎn)化為直線運動機械能的電器元件 成本低 ,噪音小 ,壽命長 ,力度可精確地數(shù)碼控制 玩具 ,機車 ,工業(yè)自動化等需要把電能轉(zhuǎn)化為直線運動機械能 ,或電能轉(zhuǎn)化為吸力 ,制動力 ,加速能量的部件上 . 吸盤式電磁鐵是根據(jù)電磁轉(zhuǎn)換的原理，在通電狀態(tài)下產(chǎn)生強大的電磁吸力，以控制物件的前進或停止狀態(tài)。該電磁鐵結(jié)構(gòu)簡單緊湊，線圈置于軟磁材料外殼之中并以環(huán)氧澆封，具有體積小，吸力大，牢固，可靠，全密封，環(huán)境適應性強等特點，該系列電磁鐵可進行遠程操作，動作簡單靈敏，功能穩(wěn)定可靠。被廣泛應用在自動化作業(yè)線上作為材料或產(chǎn)品的輸送控制件，在機械手、食品機械、醫(yī)療機械、自動化控制系統(tǒng)中亦有應用 磁鐵分類 電磁鐵的結(jié)構(gòu)形式很多，按磁路系統(tǒng)形式可分為拍合式、盤式、 E 形和螺管式。按銜鐵運動方式可分為轉(zhuǎn)動式和直 動式。 按其線圈電流的性質(zhì)可分為直流電磁鐵和交流電磁鐵；按用途不同可分為牽引電磁鐵、制動電磁鐵、起重電磁鐵及其他類型的專用電磁鐵。 牽引電磁鐵主要用于自動控制設備中，用來牽引或推斥機械裝置，以達到自控或遙控的目的；制動電磁鐵是用來操縱制動器，以完成制動任務的電磁鐵； 起重電磁鐵是用于起重、搬運鐵磁性重物的電磁鐵。 另外，電磁鐵根據(jù)所用電源的不同，有以下三種： 交流電磁鐵。閥用交流電磁鐵的使用電壓一般為交流 220V，電氣線路配置簡單。交流電磁鐵啟動力較大，換向時間短。但換向沖擊大，工作時溫升高 (外殼 設有散熱筋 )；當閥芯卡住時，電磁鐵因電流過大易燒壞，可靠性較差，所以切換頻率不許超過 30 次 命較短。 直流電磁鐵。直流電磁鐵一般使用 24V 直流電壓，因此需要專用直流電源。其優(yōu)點是不會因鐵芯卡住而燒壞 (其圓筒形外殼上沒有散熱筋 )，體積小，工作可靠，允許切換頻率為 120 次 向沖擊小，使用壽命較長。但啟動力比交流電磁鐵小。 本整型電磁鐵。本整型指交流本機整流型。這種電磁鐵本身帶有半波整流器，可以在直接使用交流電源的同時，具有直流電磁鐵的結(jié)構(gòu)和特性。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 11 程開關的選擇 行程開關又 稱為限位開關，是一種利用生產(chǎn)機械某些運動部件的碰撞來發(fā)出控制命令的主令電器。用于控制生產(chǎn)機械的運動方向，速度，行程大小或位置的一種自動控制器件。 行程開關廣泛應用于各類機床，起重機以及輕工業(yè)機械的行程控制。當生產(chǎn)機械運動到某一預定位置時，行程開關通過機械可動部分的動作，將機械信號轉(zhuǎn)換為電信號，以實現(xiàn)對生產(chǎn)機械的控制，限制它們的動作和位置，借此對生產(chǎn)機械以必要的保護。 行程開關按其結(jié)構(gòu)可分為直動式（如 列），滾輪式（如 微動式（如 列）三 種。 直動式行程開關的動作原理與按鈕相同。但它的缺點是分合速度取決于生產(chǎn)機械的移動速度，當移動速度低于時，觸點分斷太慢，易受電弧燒損。此時，應采用有盤形彈簧機構(gòu)瞬時動作的滾輪式行程開關。當生產(chǎn)機械的行程比較小且作用力也很小時，可采用具有瞬時動作和微小行程的微動式行程開關。 在本設計中，電磁鐵使吸盤產(chǎn)生磁力，從而吸盤將工件吸起。當工件被搬運到預定位置時，通過撞擊行程開關，使吸盤與大氣相連，從而使吸盤放下工件。 通過綜合考慮，選擇滾輪式行程開關 列，其觸點為常閉觸點。行程開關放在機械手的手臂上，這樣可 以使行程開關隨機械手一起運動。 章小結(jié) 通過本章的設計計算，先通過工件計算了吸盤內(nèi)所需達到的壓強，然后依此選擇了真空泵的型號，行程開關的型號以及行程開關的位置。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 12 4 腕部的設計計算 部設計的基本要求 （ 1） 力求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕 腕部處于手臂的最前端，它連同手部的靜、動載荷均由臂部承擔。顯然，腕部的結(jié)構(gòu)、重量和動力載荷，直接影響著臂部的結(jié)構(gòu)、重量和運轉(zhuǎn)性能。因此，在腕部設計時，必須力求結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕。 （ 2）結(jié)構(gòu)考慮，合理布局 腕部作為機械手的執(zhí)行機構(gòu)，又承擔連接和支撐 作用，除保證力和運動的要求外，要有足夠的強度、剛度外，還應綜合考慮，合理布局，解決好腕部與臂部和手部的連接。 （ 3） 必須考慮工作條件 對于本設計，機械手的工作條件是在工作場合中搬運加工的工件，因此不太受環(huán)境影響，沒有處在高溫和腐蝕性的工作介質(zhì)中，所以對機械手的腕部沒有太多不利因素。 部的結(jié)構(gòu)設計 腕部采用平面式，用四根支架作成。下面采用兩根支架 ,支架上面再放兩根支架，四根支架上都不采用實體式，如果吸盤的位置正好吸在工件孔的位置，這樣就會導致機械手不能搬動工件。采用此設計，可以人工調(diào)整機械手手部 的位置來解決此問題。上面和下面的支架通過手部吸盤上的螺栓進行連接。跟螺栓進行連接的墊片采用快換墊片，這樣可以迅速地調(diào)整機械手的手部位置。 章小結(jié) 本章根據(jù)機械手手腕需達到的要求，選擇了平面結(jié)構(gòu)的腕部結(jié)構(gòu)。并對組成腕部的支架采用非實體式以及采用快換墊片的優(yōu)點進行了敘述。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 13 5 臂部的設計及有關計算 手臂部件是機械手的主要握持部件。它的作用是支撐腕部和手部（包括工件或工具），并帶動它們作空間運動。手臂的各種運動通常用驅(qū)動機構(gòu)和各種傳動機構(gòu)來實現(xiàn)，從臂部的受力情況分析，它在工作中即直接承受腕部、手部 、和工件的靜、動載荷，而且自身運動較多。因此，它的結(jié)構(gòu)、工作范圍、靈活性等直接影響到機械手的工作性能。 部設計的基本要求 一、 臂部應承載能力大、剛度好、自重輕 根據(jù)受力情況，合理選擇截面形狀和輪廓尺寸。 提高支撐剛度和合理選擇支撐點的距離。 合理布置作用力的位置和方向。 注意簡化結(jié)構(gòu)。 提高配合精度。 二、 臂部運動速度要高，慣性要小 三、手臂動作應該靈活 總結(jié)：以上要求是相互制約的，應該綜合考慮這些問題，只有這樣，才能設計出完美的、性能良好的機械手。 臂的典型機構(gòu)以及結(jié)構(gòu)的選擇 臂的典型運動機構(gòu) 常見的手臂伸縮機構(gòu)有以下幾種： 雙導桿手臂伸縮機構(gòu)。 手臂的典型運動形式有：直線運動，如手臂的伸縮，升降和橫向移動；回轉(zhuǎn)運動，如手臂的左右擺動，上下擺動；符合運動，如直線運動和回轉(zhuǎn)運動組合，兩直線運動的雙層液壓缸空心結(jié)構(gòu)。 雙活塞桿液壓崗結(jié)構(gòu)。 活塞桿和齒輪齒條機構(gòu)。 臂運動機構(gòu)的選擇 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 14 通過以上，綜合考慮，本設計要求機械手垂直移動，選擇齒輪齒條機構(gòu)。 臂部采用鋁合金材料，這樣可以減少手臂運動件的重量，可以減少臂部的慣量。臂部通過焊接與腕部相連，再通過焊接與齒 條外面的端板相連接。通過 螺釘將外端板與齒條相聯(lián)接。這樣當齒條磨損后，可以換新的齒條。 章小結(jié) 本章設計了機械手的手臂結(jié)構(gòu)，手臂采用齒輪齒條機構(gòu)，對手臂與手腕以及與齒條聯(lián)結(jié)的方式做了介紹。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 15 6 機身的設計計算 機身是直接支撐和驅(qū)動手臂的部件。一般實現(xiàn)手臂的回轉(zhuǎn)和升降運動，這些運動的傳動機構(gòu)都安在機身上，或者直接構(gòu)成機身的軀干與底座相連。因此，臂部的運動越多，機身的機構(gòu)和受力情況就越復雜。機身是可以 固定的，也可以是行走的，還可以沿地面或架空軌道運動。 身的整體設計 按照設計要求，機械手要實現(xiàn)手臂的水平運動，實現(xiàn)手臂的回轉(zhuǎn)運動機構(gòu)一般設計在機身處。為了設計出合理的運動機構(gòu)，就要綜合考慮，分析。 機身承載著手臂，做垂直運動，是機械手的重要組成部分。常用的機身結(jié)構(gòu)有以下幾種： （ 1） 回轉(zhuǎn)缸置于升降之下的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)優(yōu)點是能承受較大偏重力矩。其缺點是回轉(zhuǎn)運動傳動路線長，花鍵軸的變形對回轉(zhuǎn)精度的影響較大。 （ 2） 回轉(zhuǎn)缸置于升降之上的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)采用單缸活塞桿，內(nèi)部導向，結(jié)構(gòu)緊湊。但回轉(zhuǎn)缸與臂部一起升降，運動部 件較大。 （ 3） 活塞缸和齒條齒輪機構(gòu)。手臂的回轉(zhuǎn)運動是通過齒條齒輪機構(gòu)來實現(xiàn)：齒輪的往復回轉(zhuǎn)帶動與手臂連接的齒條的往復運動，從而使作水平運動。 分析： 經(jīng)過綜合考慮，本設計選用齒條齒輪結(jié)構(gòu)。齒輪通過鍵與軸相連接，電動機再通過V 帶輪帶動軸轉(zhuǎn)動，從而帶動齒輪轉(zhuǎn)動，齒輪將運動傳遞給齒條，最終通過齒條使機械手能夠作垂直運動。 動系統(tǒng)設計計算 軸的設計計算 軸是組成機器的主要零件之一 ,一切作回轉(zhuǎn)運動的傳動零件 (例如齒輪 ,蝸輪等 ),都必須安裝在軸上才能進行運動及動力的傳遞。因此軸的主要功用是支撐回轉(zhuǎn) 零件及傳遞運動和動力。 在此次設計中，選擇 45 鋼作為軸的材料。因為碳鋼比合金鋼價廉，對應力集中的敏感性較低，同時也可以用熱處理或化學熱處理的辦法提高其耐磨性和抗疲勞強度，所以碳鋼制造軸尤為廣泛。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 16 選擇軸徑： 軸的直徑30 (6因為軸的材料為 45 鋼，所以 1031260 150 的電動機型號為 2，額定功率 1速 500r/因為傳遞的效率 =以軸上的輸入功率 P= =11 0 轉(zhuǎn)速 n=(1500/r/60r/ (6所以 d 1 0