機器人快換接頭畢業(yè)設計--機器人快換接頭的設計

1、<p>　　畢 業(yè) 設 計</p><p>　　題 目 名 稱： 機器人快換接頭的設計 </p><p>　　學生姓名： 學號： </p><p>　　二級院校（系）/專業(yè)： 機械工程學院/機電一體化</p><p>　　班 級： </p>&

2、lt;p>　　指 導 教 師： </p><p>　　2015.12.01——2016.06.02</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　機器人在工業(yè)生產(chǎn)中，越來越普遍的需要更換各種各樣的末端執(zhí)行器。如抓手、真空工具、焊槍、電動和氣動馬達等末端執(zhí)行器的更換，如果用人工的話會增加

3、機器人的停工時間，降低機器人的工作效率。</p><p>　　本課題的研究對象是快換接頭。先從機器人快換接頭的特點，引出國內(nèi)外快換接頭的發(fā)展狀況。通過對機器人快換接頭的簡介與分類，引出本課題的主要內(nèi)容：機器人手動快換接頭的設計。機器人快換接頭是用來快速、高效的更換機器人手臂末端執(zhí)行器的裝置，能在數(shù)秒內(nèi)完成末端執(zhí)行器的更換，從而大大提高了機器人的工作效率。而本課題對手動快換接頭本體的機械部分研究的關鍵在于鎖緊裝置和

4、氣路流通端口。鎖緊裝置設計的好壞決定了快換接頭鎖緊能力的高低，而氣路的氣密性決定氣源補給的質(zhì)量。本設計除了介紹機器人快換接頭的分類及現(xiàn)狀，鎖緊裝置的設計和氣路流通端口的研究外，也介紹了機器人自動快換接頭，進而與手動快換接頭做了一些比較。</p><p>　　關鍵詞：機器人快換接頭 鎖緊裝置 氣路流通端口</p><p><b>　　Abstract</b><

5、/p><p>　　Robots in the industrial production, more and more common need to replace a variety of end executor. Such as gripper, vacuum tools, welding torch, electric and pneumatic motor actuator at the end of th

6、e replacement, if using artificial increases the shutdown time of robot, reduce the working efficiency of the robot.</p><p>　　This topic research object is quick change connectors. First from the characteris

7、tics of quick change robot joint, which leads to the fast at home and abroad for joint development. Through the description and classification of quick change robot joint, lead to the main content of this topic: the desi

8、gn of the robot manually quick change connectors. Robot, quick change connector is used for rapid, efficient replacement actuators at the end of the robot arm device, can end in a few seconds to comp</p><p>

9、　　Keywords: Robot quick change connectors Locking device Pneumatic circulation ports</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第一章 緒論1</b></p><p>　　1.1 選題背景1&l

10、t;/p><p>　　1.2 機器人快換接頭簡述1</p><p>　　1.3 發(fā)展前景2</p><p><b>　　1.4 意義2</b></p><p>　　第二章 機器人快換接頭特點和國內(nèi)外狀態(tài)3</p><p>　　2.1機器人快換接頭的定義3</p><

11、;p>　　2.2機器人快換接頭的特點3</p><p>　　2.3 機器人快換接頭國內(nèi)外發(fā)展情況3</p><p>　　2.3.1國內(nèi)狀況3</p><p>　　2.3.2國外狀況4</p><p>　　2.3.3企業(yè)快換接頭舉例4</p><p>　　第三章 機器人快換接頭簡介6</p>

12、;<p>　　3.1機器人快換接頭分類6</p><p>　　3.1.1機器人自動快換接頭6</p><p>　　3.1.2機器人手動快換接頭7</p><p>　　3.2 機器人快換接頭應具有的特性7</p><p>　　第四章 手動快換接頭的設計9</p><p><b>　　4

13、.1設計內(nèi)容9</b></p><p>　　4.2材料及參數(shù)的選擇與設定9</p><p>　　4.3整體裝配11</p><p>　　4.3.1具體操作12</p><p>　　4.3.2裝配注意事項13</p><p>　　4.4主端口盤蓋的設計13</p><p>

14、　　4.5定位銷的選擇15</p><p>　　4.6鎖緊裝置的設計16</p><p>　　4.6.1中間銷的設計16</p><p>　　4.6.2鎖緊裝置手柄的設計18</p><p>　　4.6.3鎖緊銷的設計19</p><p>　　4.6.4固定銷的選擇20</p><p&g

15、t;　　4.7工具端口的設計21</p><p>　　4.7.1工具端口外輪廓的設計21</p><p>　　4.7.2工具端口氣源補給孔的設計22</p><p>　　第五章 自動快換接頭的介紹23</p><p>　　5.1主端口的介紹23</p><p>　　5.2工具端口的介紹23</p>

16、;<p><b>　　結 論25</b></p><p><b>　　謝 辭26</b></p><p><b>　　參考文獻27</b></p><p><b>　　附錄28</b></p><p><b>　　第

17、一章 緒論</b></p><p><b>　　1.1 選題背景</b></p><p>　　隨著科技的進步，工業(yè)生產(chǎn)正逐步走向一體化和智能化。本世紀60年代初為了加快工業(yè)生產(chǎn)力的發(fā)展，工業(yè)機器人應運而生，到如今機器人已成為大多數(shù)工業(yè)生產(chǎn)線不可缺少的“操作者”，機器人的運用代替了傳統(tǒng)的勞動力生產(chǎn)，給工業(yè)生產(chǎn)帶來了巨大的變革。</p>&l

18、t;p>　　長久以來，傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)都是依靠工人進行操作。然而在工業(yè)生產(chǎn)中，有許多工序都是需要不斷地進行機械式的重復的，其過程枯燥乏味。不僅如此，工業(yè)生產(chǎn)線的環(huán)境有時也相對惡劣，越來越不適合人工作業(yè)，機器人的出現(xiàn)幫助工人擺脫了惡劣的環(huán)境和枯燥乏味的工作狀態(tài)。雖然機器人在充滿危險的環(huán)境下可以將繁重復雜、精密度要求高的工作完成得很出色，但是當代工業(yè)對生產(chǎn)商品的要求已不只在于質(zhì)，他們對數(shù)量的需求也越來越高，所以提高機器人的作業(yè)速度是當前

19、的主要任務之一。提高機器人作業(yè)速度的方式之一就是減少機器人手臂末端執(zhí)行器的更換時間，為了解決執(zhí)行器更換速度慢、柔性差的問題，許多公司相繼推出了機器人快換接頭。</p><p>　　快換接頭的出現(xiàn)無疑是提高了工業(yè)機器人的作業(yè)效率，給工業(yè)生產(chǎn)帶來了方便。現(xiàn)在，快換接頭獲得了普遍的運用，變成大多數(shù)工業(yè)機器人的重要組成部分。</p><p>　　機器人快換接頭在世界各地都能買到，從機器人快換接頭輸

20、出規(guī)模來看，美國、德國、法國位居全球前三，其他國家在機器人快換接頭的生產(chǎn)上也緊隨其后。</p><p>　　1.2 機器人快換接頭簡述</p><p>　　此次的課題是研究機器人快換接頭的組成及主體機械部分的設計。機器人快換接頭的主體部分由主端口和工具端口兩部分組成，主端口與機器人的手臂相連接，工具端口與機器人手臂的末端執(zhí)行器相連接。機器人快換接頭的作用就是在機器人需要更換末端執(zhí)行器時，

21、減少人工的干預，縮短更換的時間，在電路與氣路的幫助下將末端執(zhí)行器精確定位到工業(yè)機器人的手臂末端。</p><p><b>　　1.3 發(fā)展前景</b></p><p>　　隨著經(jīng)濟與科技水平的發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)也達到了空前的盛狀，工業(yè)機器人也越來也多的運用到了生產(chǎn)線中，逐步取代了傳統(tǒng)的勞動力。在機器人的實際應用中，社會需求激勵著機器人技術不斷地改進、優(yōu)化，機器人快換接頭

22、就是為提高工業(yè)機器人的生產(chǎn)率和柔性而問世的。現(xiàn)如今，工業(yè)機器人越發(fā)普遍地運用到了生活當中，所從事的行業(yè)由工業(yè)制造領域延伸到了醫(yī)療領域和軍事領域，這就需要快換接頭也隨著機器人性能的變化不斷地優(yōu)化和改良，所以在未來，快換接頭的發(fā)展遠景還是十分可觀的。</p><p><b>　　1.4 意義</b></p><p>　　該機器人快換接頭雖然體積不大，但是它的外觀簡潔，內(nèi)

23、部結構細致，大有“麻雀雖小，五臟俱全”之勢。在國內(nèi)，機器人快換接頭的生產(chǎn)技術還遠不如國外，所以更要致力于該項目的研究。本課題的研究與設計不僅符合我國生產(chǎn)領域的發(fā)展趨勢，也會給我將來的學習與工作帶來很大的幫助。</p><p>　　第二章 機器人快換接頭特點和國內(nèi)外狀態(tài)</p><p>　　2.1機器人快換接頭的定義</p><p>　　機器人快換接頭是一種通過快速

24、更換機器人末端執(zhí)行器，使機器人更具柔性的裝置。</p><p>　　2.2機器人快換接頭的特點</p><p>　?。?）、在工業(yè)生產(chǎn)線中，機器人快換接頭能在短短數(shù)秒內(nèi)完成末端執(zhí)行器的更換；</p><p>　?。?）、機器人在作業(yè)時，其維護和修理工具的更換快速、高效，大大減少機器人的停工時間，從而減少生產(chǎn)過程中的損失；</p><p>　　

25、（3）、在投入實際生產(chǎn)應用時，機器人快換接頭能夠幫助機器人使用多個末端執(zhí)行器，因而增加了柔性；</p><p>　　（4）、末端執(zhí)行器的傳統(tǒng)更換方式過于笨重、繁瑣，而自動交換單一功能的末端執(zhí)行器方便快捷，完全可以取而代之。</p><p>　　（5）、對于一些重要的應用，機器人快換接頭還能提供一些備份工具，盡量避免意外事件的發(fā)生。</p><p>　　2.3 機器人

26、快換接頭國內(nèi)外發(fā)展情況</p><p><b>　　2.3.1國內(nèi)狀況</b></p><p>　　我國對機器人快換接頭的研究開始得晚，而且發(fā)展相對慢一些。雖然國內(nèi)的研究所和大學的相關部門都有研究，但是由于專業(yè)知識的局限性，專業(yè)技術水平也有待提高。</p><p>　　國內(nèi)生產(chǎn)的機器人快換接頭普遍存在的問題就是產(chǎn)品的可靠性低、通用性差且成本較高

27、。</p><p>　　現(xiàn)如今工業(yè)機器人在我國的應用越來越廣泛，機器人快換接頭的應用也隨之增加，但是這與國內(nèi)的快換接頭的生產(chǎn)水平相矛盾，所以快換接頭生產(chǎn)的當務之急就是降低生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)技術水平。</p><p><b>　　2.3.2國外狀況</b></p><p>　　從目前來看，國外在機器人快換接頭技術方面優(yōu)于我國。他們對這方面的研究早

28、于我國，發(fā)展也相對快于我國，所以機器人快換接頭的質(zhì)量也高于國內(nèi)。但是，他們的價格昂貴，相關的技術也不對外公開?？紤]到成本問題，許多的買家在機器人快換接頭的購買上猶豫不決。</p><p>　　在國外，工業(yè)生產(chǎn)已經(jīng)趨于一體化和智能化，機器人在工業(yè)生產(chǎn)中的應用也已經(jīng)越來越普遍，為提高機器人的作業(yè)效率，機器人快換接頭也逐漸成為機器人的標配。</p><p>　　2.3.3企業(yè)快換接頭舉例<

29、/p><p>　　美國ATI公司對機器人快換接頭的研究起于1989年， 當時機器人的生產(chǎn)效率有待提高，加快機器人手臂末端執(zhí)行器的更換速度成為提高機器人作業(yè)效率的方法之一。機器人快換接頭的誕生為機器人手臂末端執(zhí)行器的更換節(jié)約了大量的時間，為工業(yè)生產(chǎn)注入了新的能量。</p><p>　　如圖2-1所示，為美國ATI公司的QC-20快換接頭，該自動快換接頭由主端口和工具端口兩部分組成。機器人手臂末端

30、執(zhí)行器在需要更換時，會逐步接近并對準工具端口，主端口中的滾珠會在空氣流的推動下進入鎖緊環(huán)，被牢牢鎖住。當空氣流注入解鎖端口時，鎖緊裝置中的滾珠就會松開。</p><p>　　圖2-1 美國ATI公司的QC-20快換接頭</p><p>　　圖2-2所示的德國SCHUNK公司的快換接頭與AIT公司的QC-20快換接頭相似，也是利用滾珠在氣流的推動下的移動來實現(xiàn)鎖緊的。</p>

31、<p>　　圖2-2德國SCHUNK公司快換接頭</p><p>　　意大利GIMATIC S.p.A公司對機器人快換接頭的研究也頗有成果。圖2-3所示即為該公司研制的快換接頭，該快換接頭同樣是由主端口和工具端口兩部分組成。該裝置的鎖緊是通過工具端口的三個定位銷來實現(xiàn)的，在鎖緊時，工具端口的定位銷與主端口相對接，同時旋轉(zhuǎn)主端口，使工具端口的定位銷插入主端口的卡槽中，實現(xiàn)鎖緊。</p>&l

32、t;p>　　圖2-3 意大利快換接頭</p><p>　　第三章 機器人快換接頭簡介 </p><p>　　3.1機器人快換接頭分類</p><p>　　機器人快換接頭的造型美觀，形狀多樣。雖然一個機器人快換接頭只能安裝在一臺機器人上，但是它能夠方便靈活地安裝在大部分工業(yè)機器人上，在多樣的機器人加工領域表現(xiàn)得游刃有余。</p><p>

33、;　　為了適應機器人在生產(chǎn)線中高強度、高精度的作業(yè)，機器人快換接頭不僅具有高的硬度和負載能力，同時還具有顯著的重復性。最重要的是，機器人快換接頭能夠快速更換機器人末端執(zhí)行器，并且易于容納同一裝配機器或加工中心的多種不同零件，是機器人應用的理想選擇。</p><p>　　機器人快換接頭按照本體部分鎖緊裝置的不同大體可分為兩種：一種是自動快換接頭，另一種是手動快換接頭。</p><p>　　3

34、.1.1機器人自動快換接頭 </p><p>　　如圖3-1所示為機器人自動快換接頭，在快換系統(tǒng)的支持下，機器人自動快換接頭會根據(jù)需要自動更換末端執(zhí)行器來完成相應的任務。</p><p>　　將選好的工具與機器人快換接頭的工具端口相連接，機器人手臂與主端口相連接?？鞊Q接頭上的定位銷、銷孔、電路、氣路以及鎖緊裝置都能夠幫助其進行準確的定位。在機器人手臂移動到確定的位置和姿態(tài)的時候，鎖緊裝置就

35、會立刻啟動，進而實現(xiàn)鎖緊。</p><p>　　圖3-1機器人自動快換接頭</p><p>　　3.1.2機器人手動快換接頭</p><p>　　如圖3-2所示為機器人手動快換接頭，機器人手臂末端執(zhí)行器在該快換接頭的作用下，能夠在幾秒內(nèi)快速地完成相應的更換。機器人手動快換接頭的空氣端口和電氣連接器能夠向系統(tǒng)輸出瞬時動力，無需手動重新連接空氣管道，從而減少了機器人的停

36、工時間。 </p><p>　　與自動快換接頭不同的是，在進行鎖緊、釋放的過程中手動快換接頭需要人工的干預，才能完成末端執(zhí)行器的更換。</p><p>　　圖3-2 機器人手動快換接頭</p><p>　　3.2 機器人快換接頭應具有的特性</p><p>　　綜合考慮機器人快換接頭的工作方式以及工作環(huán)境，機器人快換接頭應該具備以下的特性：&

37、lt;/p><p>　?。?）、具有足夠強的穩(wěn)定性。</p><p>　　當快換接頭產(chǎn)生故障或者它的氣壓消失時，為了能夠保證穩(wěn)定可靠的連接，往往需要機器人快換接頭具有足夠的連接強度。而具有強穩(wěn)定性的快換接頭的鎖緊裝置能夠出色地完成防止主端口與工具端口分離的任務。</p><p>　?。?）、結構必須緊湊，尺寸要盡量的小。</p><p>　　不同

38、的機器人有不同的承重量，在設計機器人快換接頭時要將機器人的最大持重量考慮在內(nèi)。在保證不影響機器人功能發(fā)揮的前提下，機器人快換接頭的尺寸要盡可能小，結構也要盡量緊湊，這樣可以將對機器人運作時靈活性的影響降到最低。</p><p><b>　?。?）、重量輕</b></p><p>　　機器人手臂的持重量有限，如果機器人快換接頭的重量過大那么末端執(zhí)行器以及所夾持的物品的重

39、量和種類將會受到更大的限制。所以，快換接頭的選材顯得尤為重要，應該盡量選擇比重較輕的材料。</p><p>　　（4）、通過性必須良好。</p><p>　　機器人在進行末端執(zhí)行器的更換時也會出現(xiàn)一些突發(fā)狀況，為了保證末端執(zhí)行器能夠順利地更換，機器人快換接頭應該具備供氣流流通的氣路連接口，供信號交流的信號線所對應的端口以及允許電流流入的端口等。</p><p>　　

40、（5）、位置精度要保持足夠。</p><p>　　工業(yè)生產(chǎn)中對機器人作業(yè)時的位置精度的要求是非常高的，位置精度不夠往往會造成產(chǎn)品質(zhì)量的不合格，影響產(chǎn)量。機器人快換接頭的位置精度越高，末端執(zhí)行器的連接與釋放就會越準確。</p><p>　　第四章 手動快換接頭的設計</p><p><b>　　4.1設計內(nèi)容</b></p>&l

41、t;p>　　在我充分了解了機器人快換接頭的特性、優(yōu)點、工作原理以及適用的范圍之后，基于對造型美觀簡潔的設計理念，確定了快換接頭的外部輪廓；結合工業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)狀提出了對快換接頭本體機械部分相關細節(jié)的設計內(nèi)容，并確定了有關的參數(shù)。</p><p>　　在對機器人快換接頭的研究中，我通過查閱資料的方法完成了該裝置的細節(jié)上的設計、零件圖及裝配圖的繪制。</p><p>　　機器人快換接頭作為機

42、器人中的一部分，在工業(yè)生產(chǎn)中起到了很大的作用，在它的幫助下機器人得以在幾秒內(nèi)完成末端執(zhí)行器的更換，進而使機器人更具柔性。 </p><p>　　4.2材料及參數(shù)的選擇與設定</p><p>　　因為機器人手臂的承重有限，所以選擇密度較小的鋁合金作為快換接頭本體的材料?？紤]到機器人應具備足夠強的穩(wěn)定性，在一些需要高耐磨性的零件的選擇上盡量采用經(jīng)過并行熱處理的碳鋼。</p>&l

43、t;p>　　因為該手動快換接頭的使用對象為不超過12kg的物體，所以結合查閱的相關資料及實地觀察將快換接頭的質(zhì)量控制在HWK的質(zhì)量0.23kg,HWA的質(zhì)量0.12kg。并將它能抓取物件的最大重量設定為12kg。</p><p>　?。?）、鎖緊力矩的設定</p><p>　　機器人末端執(zhí)行器不抓取重物時，機器人快換接頭所承受的重量（末端執(zhí)行器的重量）為6kg,因為手動快換接頭在工作

44、時所承受的總重（末端執(zhí)行器和重物的總和）最多為18kg，所以機器人快換接頭所承受的力最小為60N，最大為180N。機器人快換接頭的直徑d為50mm。</p><p>　　根據(jù)公式（h為快換接頭的半徑d/2）可知快換接頭的鎖緊力矩為1.5-4.5N·m。</p><p><b>　?。?）、強度的計算</b></p><p>　　根據(jù)表

45、4-1常用材料的主要力學性能可知，鋁合金的屈服點應力σs 為274MPa。</p><p>　　表4-1常用材料的主要力學性能</p><p>　　因為鋁合金是塑性材料所以安全因數(shù)n為1.5～2.5?？紤]到安全與經(jīng)濟方面的問題，取較合適的安全因數(shù)以達到最實用的目的。</p><p>　　根據(jù)公式（其中［σ］為許用應力，為屈服點應力，n為安全因數(shù)），可求得許用應力可取

46、為109.6～1182.7MPa。</p><p>　　取許用應力為110MPa，將工具端口與中間銷接觸的一個面近似看做直徑為3.3mm的圓，受力圖如圖4-1所示。</p><p>　　圖4-1 中間銷的受力圖</p><p><b>　　根據(jù)公式，可知；</b></p><p>　　根據(jù)，求得該裝置是安全的；</

47、p><p><b>　　根據(jù)，通過變換得；</b></p><p>　　綜合安全與便捷方面的考量，由此可設定結構的許可載荷為900N。</p><p><b>　　4.3整體裝配</b></p><p>　　機器人手動快換接頭由主端口盤蓋、工具端口、中間銷、手柄、鎖緊螺栓、定位銷組成，如圖4-2所示。詳

48、細的外部輪廓如圖4-3、4-4、4-5所示。</p><p>　　圖4-2 機器人手動快換接頭</p><p>　　圖4-3 手動快換接頭裝配圖A 圖4-4手動快換接頭裝配圖B</p><p>　　圖4-5 手動快換接頭裝配圖C</p><p><b>　　4.3.1具體操作</b></

49、p><p>　　圖4-6 手動快換接頭操作圖</p><p><b>　　1、釋放操作：</b></p><p>　　打開手柄90度，不需要完全打開手柄，只需輕輕打開一些就可以讓半圓柱螺栓輕輕旋轉(zhuǎn)。然后逆時針方向旋轉(zhuǎn)主端口上的手柄，直到停止。將手柄放到打開的位置就無法實現(xiàn)連接，主端口和工具端口可以在這個位置上任意移動，如圖4-6所示。</p&

50、gt;<p><b>　　2、鎖緊操作</b></p><p>　　順時針旋轉(zhuǎn)主端口上的手柄180度直到停止，就實現(xiàn)了鎖緊。合攏手柄90度，將鎖緊螺栓插入與之對應的孔中，固定手柄的位置即為圖4-6的逆向操作。</p><p>　　4.3.2裝配注意事項</p><p>　　在設計零件的時候首先要考慮的就是尺寸的問題，各個零件在配合

51、尺寸的設定上一定要結合裝配的實際需求，提前確定好相應的尺寸。</p><p>　　在裝配的過中如若遇到裝配不上的問題，切勿將裝配圖全盤否決，要耐心尋找問題的所在，如果發(fā)現(xiàn)是零件的設計尺寸有問題，應將該零件重新設計。</p><p>　　如果要裝配的零件數(shù)量繁多，應該將要裝配的零件分成幾個部分分別進行裝配，再將裝配好的幾個部分總體裝配。這樣做的好處是當裝配過程中出現(xiàn)問題的時候，可以縮小問題出

52、現(xiàn)的范圍，縮短查找問題的時間。</p><p>　　4.4主端口盤蓋的設計</p><p>　　以造型美觀簡潔的設計理念為前提，將機器人快換接頭設計為圓盤的形狀。在不影響快換接頭的性能的前提下將分度圓直徑設定為50mm，厚度不超過30mm。</p><p>　　機器人快換接頭的主端口盤蓋在設計時，將主端口的側(cè)面供空氣流流通的端口設計為螺紋孔，其尺寸為M5，留出的密封

53、溝槽用來放置圓環(huán)形密封圈，這樣的設計可以提高氣路的氣密性。密封圈的選擇對氣密性的影響也是不可忽視的，一般以橡膠或者皮革材料為主。在盤蓋異于空氣流通端口的一側(cè)切槽，留出供電機控制連接器連接的螺紋孔，并在開槽一側(cè)通直徑為10mm的光孔貫穿至相對面，為鎖緊裝置中的中間銷預留空間，具體尺寸如圖4-7所示。外部輪廓采用光滑的曲面，既美觀也將對機器人作業(yè)時的影響降低到最小，如圖4-8所示。</p><p>　　圖4-7 主端

54、口盤蓋</p><p>　　圖4-8 主端口盤蓋</p><p>　　圖4-9為主端口的局部圖，主端口對接表面的氣源流通端口設計成圓孔，其孔直徑設定為3mm。因該孔在對接的時候容易產(chǎn)生漏氣的現(xiàn)象，使整個裝置在運作時無法實現(xiàn)快換的效果。所以結合實際情況，將圓孔改為錐孔，并將表面锪平，這樣做有利于增強裝置的氣密性。</p><p>　　圖4-9 主端口局部圖</p

55、><p><b>　　4.5定位銷的選擇</b></p><p>　　銷作為標準件，起到連接零件的作用。工業(yè)生產(chǎn)中常用到的銷主要是圓柱銷和圓錐銷兩種。該快換接頭所用的定位銷為圓柱銷，在快換接頭主端口與工具端口連接鎖緊時，將主端口中該定位銷插到與之相對應的光孔中，起到精確定位的作用。</p><p>　　為了能與主端口和工具端口的定位孔相匹配，將定位

56、銷的直徑d設置為4mm,根據(jù)表4-2圓柱銷的選擇標準將該定位銷的長度l設置為12mm。</p><p>　　表4-2 圓柱銷選擇標準（mm） </p><p><b>　　續(xù)表</b></p>

57、<p>　　4.6鎖緊裝置的設計</p><p>　　鎖緊裝置由手柄、鎖緊螺栓、中間銷組成，該裝置是機器人快換接頭的核心部分。</p><p>　　4.6.1中間銷的設計</p><p>　　中間銷作為鎖緊裝置中的主要組成部分，在鎖緊過程中發(fā)揮著極大的作用。在選用中間銷的尺寸時，參考標準與固定銷相同。選用直徑為10mm的圓柱銷，參考主端口盤蓋的的尺寸，

58、將中間銷的長度設置為37mm，為了適應實際的裝配需要，在中間銷的一端預留一個供與手柄相連接的部分，具體尺寸如圖4-10所示。</p><p><b>　　圖4-10 中間銷</b></p><p>　　在設計中間銷時選擇圓柱銷為原型，圓柱形的中間銷雖然在動力源消失時也能實現(xiàn)鎖緊的目的，但是在快換接頭更換末端執(zhí)行器時需要將快換裝置中的各零件拆開才能實現(xiàn)更換，無法滿足機器

59、人快換接頭在數(shù)秒內(nèi)完成更換的要求。所以在中間銷的中間部分開了如圖4-11所示的槽，這樣就可以通過鎖緊裝置旋轉(zhuǎn)的方式實現(xiàn)鎖緊與釋放，縮短末端執(zhí)行器的更換時間。值得注意的是該槽的位置要與主端口的盤蓋相適應。</p><p><b>　　圖4-11 中間銷</b></p><p>　　4.6.2鎖緊裝置手柄的設計</p><p>　　手動快換接頭在末

60、端執(zhí)行器更換時需要人工將中間銷旋轉(zhuǎn)，進而將主端口和工具端口分離。為了便于手動操作也為了固定中間銷旋轉(zhuǎn)后的狀態(tài)，需要給中間銷增加一個手柄和鎖緊螺栓。</p><p>　　如圖4-12所示，手柄的形狀設計成圓弧形，且手柄的內(nèi)側(cè)與主端口的外輪廓相貼合，其厚度與寬度適中，其厚度設置為4mm，寬寬度設置為10mm。在手柄的一端預留出與中間銷連接的部分，另一端預留出與鎖緊銷連接的部分，且該部分要結合鎖緊銷來進行設計。<

61、/p><p><b>　　圖4-12 手柄</b></p><p>　　將端面設計成曲面的形式，這樣設計的目的不僅是為了美觀，也是為了不影響機器人的正常作業(yè)，外部輪廓如圖4-13所示。</p><p><b>　　圖4-13 手柄</b></p><p>　　4.6.3鎖緊銷的設計</p>

62、<p>　　鎖緊銷的作用是通過將手柄的位置固定在主端口的側(cè)面，從而實現(xiàn)中間銷對快換接頭的鎖緊，參照表4-2中的標準，具體尺寸如圖4-14所示，外部輪廓如圖4-15所示。</p><p><b>　　圖4-14 鎖緊銷</b></p><p><b>　　圖4-15 鎖緊銷</b></p><p>　　4.6.4

63、固定銷的選擇</p><p>　　圖4-16為固定銷，固定銷的作用就是連接手柄與中間銷。該固定銷的選擇與定位銷的選擇依據(jù)保持一致。根據(jù)供手柄與中間銷的預留孔，設定該固定銷的直徑為2.5mm，參照表4-2將該銷的長度設定為5mm，外部輪廓如圖4-17所示。</p><p><b>　　圖4-16 固定銷</b></p><p><b>

64、　　圖4-17 固定銷</b></p><p>　　4.7工具端口的設計</p><p>　　4.7.1工具端口外輪廓的設計</p><p>　　工具端口的作用就是與機器人末端執(zhí)行器相連接，通過其鎖緊裝置與主端口相連接。為了與主端口相配合，工具端口的外輪廓設計成凸臺的形狀，其側(cè)面與氣路相連的端口也設計成M5的螺紋孔，并在側(cè)面與主端口相對應的部位切槽，添加

65、一個電連接器的接口，具體尺寸如圖4-18所示。</p><p>　　圖4-18 手動快換接頭工具端口</p><p>　　為了與鎖緊裝置相配合，工具端口的鎖緊部分如圖4-19中所示，這樣做可以讓鎖緊裝置通過旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)末端執(zhí)行器的更換。</p><p>　　為了美觀，也為了避免在使用快換接頭劃傷手指，將工具端口的外輪廓曲線進行相應的倒角、圓角。</p>&

66、lt;p>　　圖4-19 工具端口</p><p>　　4.7.2工具端口氣源補給孔的設計</p><p>　　為了在與主端口連接的過程中能夠達到氣密性的要求，工具端口的連接部分也設計成圖4-20所示直徑為3mm的錐形孔，且孔面保持平整。在連接時，錐形孔中可以放入圓環(huán)形的密封圈確保氣密性。</p><p>　　圖4-20 工具端口</p><

67、;p>　　第五章 自動快換接頭的介紹</p><p><b>　　5.1主端口的介紹</b></p><p>　　機器人自動快換接頭的主端口主要起輔助鎖緊的作用，在設計時，因為快換接頭對氣密性的要求特別高，所以將主端口的端面供空氣流流通的端口設計為直徑為6mm的圓錐孔，留出的密封溝槽用來放置圓環(huán)形密封圈，這樣的設計可以提高氣路的氣密性。與手動快換接頭一樣，密封圈

68、的選擇對氣密性的影響也是不可忽視的，所以一般以橡膠或者皮革材料為主。在主端口側(cè)面的一邊切槽，留出供電機控制連接器連接的螺紋孔，如圖5-1所示。</p><p>　　圖5-1 自動快換接頭主端口</p><p>　　5.2工具端口的介紹</p><p>　　自動快換接頭的鎖緊主要是依靠工具端口上端與主端口連接部分中的滾珠來實現(xiàn)的，如圖5-2所示。所以在設計的過程中，滾

69、珠所對應的氣流流通端口的設計十分重要，為了保證氣密性，在氣流流通的端口將孔設計為錐形，這樣的設計不僅便于安放密封圈，也有利于高氣密性的實現(xiàn)。因為自動快換接頭的工具端口是通過其上端口的滾珠實現(xiàn)對主端口的鎖緊的，而手動快換接頭是通過工具端口的卡槽與主端口鎖緊裝置的配合，在人工的幫助下實現(xiàn)鎖緊的。所以自動快換接頭的精度和更換末端執(zhí)行器的速度都要比手動快換接頭更快，但是自動快換接頭的結構復雜，對技術的要求高，成本也相對要高出許多。在末端執(zhí)行器的

70、更換速度上也能在幾秒的時間內(nèi)實現(xiàn)。綜合經(jīng)濟與實際生產(chǎn)方面的考量，對于一些規(guī)模較小的機械生產(chǎn)公司來說手動快換接頭更適合。</p><p>　　圖5-2 自動快換接頭工具端口</p><p><b>　　結 論</b></p><p>　　隨著機器人在工業(yè)中的運用越來越多，機器人快換接頭也漸漸普遍地被運用到了工業(yè)生產(chǎn)當中。在機器人快換接頭的研究

71、方面我國的技術遠不如國外，所以我國應該加深對該領域的研究，來滿足現(xiàn)代化工業(yè)的要求。</p><p>　　通過這次機器人快換接頭的設計，我對機器人快換接頭的工作原理與結構有了更深層次的了解。機器人快換接頭的內(nèi)部結構相當復雜，除了機械上的結構之外，它還包含了氣動、電路上的相關部件。三年的學習中，機器人快換接頭是我最熟悉，也是最感興趣的一塊。一開始我想在將手動快換接頭研究透徹的基礎上對自動快換接頭進行進一步的鉆研，但是

72、由于自身水平的有限，目前只能將自動快換接頭作為一個了解，但可以在以后的學習中進行深入的鉆研。在這次課題的研究中，我意識到了自己知識的匱乏，也為此深感慚愧。</p><p>　　在機器人快換接頭的繪制中，我對SolidWorks軟件也有了一定的了解，SolidWorks這款功能強大的軟件，不僅能像CAD一樣繪制出二維圖，還能生成三維的圖形。但是這款軟件只能應用于一些結構比較簡單的機械裝置中，對于一些結構復雜的機械裝

73、置，則需要使用CATIA這款軟件來繪制。CATIA是專門用來對結構復雜的設備進行繪制的軟件，無論在功能還是繪圖質(zhì)量上都要高出其它的繪圖軟件。雖然這次在對快換接頭的研究中我沒有使用CATIA，但是了解了這款軟件的功能之后，我準備在以后的研究中，將CATIA這款軟件作為我繪圖的首選。在這次對款換接頭的研究過程中，我學習到在零件裝配時要注意的細節(jié)，也掌握了一些零件裝配的技巧，這對我不久后去新的學校深造有非常大的幫助。</p>&

74、lt;p><b>　　謝 辭</b></p><p>　　這次的畢業(yè)設計得以完成多虧了**老師的指導和同學們的幫助。</p><p>　　張老師不僅是我的課題指導老師，還是我的班主任。 在做畢業(yè)設計之前，我就受到班主任的許多幫助，知道是班主任指導我的畢業(yè)設計之后，我的內(nèi)心是喜悅的，因為我們相處的時間也有一年多，大家都比較熟悉。但是在一開始課題確定的時候我一直

75、猶豫不決，沒有一個確切的方向，每每張老師問起我準備往什么方向?qū)懙臅r候我都支支吾吾，幸好張老師看出了我的問題所在并及時為我指正了方向，并不斷地安慰鼓勵我，這才使我堅持了下來。萬事開頭難，在課題的確定上，我足足花了幾個月的時間。在課題確定了之后，我查閱了大量的資料，但仍然有很多不明白的地方需要向張老師請教，張老師對于我的叨擾并沒有任何的不耐煩，對我提出的任何問題都耐心地解答，借這個機會我要向張老師說聲謝謝。</p><p

76、>　　除了張老師的幫助與指導之外，同學們對我的鼓勵也起到了非常大的作用。我在做畢業(yè)設計的這段時間，真真切切地感受到了自己知識的欠缺、能力的有限，所以我一度被挫敗感包圍。幸好有同學們在我的身邊陪伴我、安慰我、鼓勵我，我才能從挫敗感中走出來，積極投身于畢業(yè)設計。與同學們相處的這三年，我非常的開心，如今隨著畢業(yè)設計的完成，我們也即將各奔東西。很感謝同學們的陪伴，在這里謝謝同學們對我的照顧。</p><p>　　感

77、謝學校給我提供了良好的學習環(huán)境，在充滿書卷氣息的校園里，我學習到了許多的知識。我還要感謝我的父母，沒有他們在經(jīng)濟上的支持我就無法在這里安心的學習。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 韓建海，工業(yè)機器人（第二版），華中科技大學出版社，2012</p><p>　　[2] 王道林，機械制造技術，江蘇教育出版社

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