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作品名称：自动取料机械手臂
学校名称：厦门大学嘉庚学院
参赛队伍：雾天快乐
队伍编号：220560
参赛学生：丁睿梁雨辰
指导老师：邱玥
投票日期：2025年10月10日 00:00->2025年12月15日 00:00
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详细说明

本课题面向国内中小型企业数控机床上下料环节仍普遍依赖人工、劳动强度大、效率低、废品率高的痛点，提出并研制了一台六自由度关节型自动取料机械手。论文统计显示，2004 年我国自主生产的工业机械手仅 1400 台，进口高达 9000 台，单台均价 8 万元以上，高昂成本使中小企业难以承受；而人工上下料平均节拍 45 s，废品率 3%–5%，夜班效率再降 30%。在此背景下，作者以“可替代人工、价格可接受、空间占用小”为边界条件，开发额定负载 10 kg、最大工作半径 1200 mm、重复定位精度 ±0.2 mm 的样机，目标将节拍缩短至 20 s、废品率降至 1% 以下，设备成本控制在 3 万元级。

结构组成遵循“腰座—大臂—小臂—腕—末端”经典关节链。腰座采用 45 钢调质主轴，d=35 mm，与 ZCuAl10Fe3 蜗轮配做，模数 m=2、蜗杆头数 z1=1、蜗轮齿数 z2=40，传动比 i=40，配以 57BYG450C 步进电机（静力矩 0.9 N·m、步距角 1.8°），实现 360° 连续回转，额定转速 45 r/min，轴承寿命计算值 1.42×108 h，远高于 20 年两班制需求。大臂、中臂、小臂均为液压摆动-直线复合结构：水平伸缩缸缸径 60 mm、杆径 25 mm、行程 400 mm，垂直升降缸缸径 60 mm、行程 100 mm，两缸额定压力 1 MPa，活塞杆表面镀铬 0.03 mm，导向杆跨距 320 mm，弯曲刚度较单缸方案提高 2.8 倍。末端执行器为连杆杠杆式液压手爪，缸径 20 mm、行程 80 mm，夹持力 120 N，开口范围 0–50 mm，可适应 φ10–φ45 mm 柱状工件。整机六轴全部密封，壳体防护等级 IP54，自重 120 kg，底座占地 500 mm×500 mm，安装高度 980 mm，可直接替换原人工站在数控车床前的操作位。

功能与使用严格对应数控车床“上料—加工—下料”循环。工作流程：①腰座旋转 90° 至储料区；②水平缸伸出 350 mm；③垂直缸下降 80 mm；④手爪夹紧 1.5 s；⑤垂直缸提升；⑥水平缸缩回；⑦腰座回转 90° 至机床主轴；⑧重复定位精度实测 ±0.18 mm，满足 φ20 mm 毛坯±0.5 mm 装夹要求；⑨加工完成后反向动作下料，单件平均节拍 18.7 s。整机通过 PLC 顺序控制，I/O 点 24 入/16 出，预留 485 接口，可与数控系统 M 代码联动，实现无人值守夜班。液压站采用 1.1 kW 三相异步电机驱动齿轮泵，额定流量 3.15 L/min，油箱有效容积 12 L，系统最高压力 5 MPa，温升试验 35 ℃，噪声 68 dB(A)，符合车间环保要求。