　　　在生产过程工业机械手是模拟人手动作的机械设备，它可以替代人工搬运重物或单调，在高粉尘，高温，有毒，易燃，放射性和其他相对较差的工作环境。机器人可用于在生产过程中的自动化抓住并移动工件自动化设备，它是在生产过程的机械化和自动化，开发出一种新的类型的设备。近年来，随着电子技术，特别是计算机的广泛使用机器人的开发和生产的高科技领域已成为迅速发展起来的一项新兴技术，它更促进机器人的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。机械手能够代替人类完成危险、减轻人类劳动强度、重复枯燥的工作，提高劳动生产力。

　　　本设计是关于三自由度的圆柱形机械手。利用Auto CAD软件对制件进行设计绘图。其包括夹持器、小臂、大臂和底座。明确合理的设计思路，确定了机械手工作原理并对然夹持器、气缸、步进电机、轴承进行了校核计算并附带了简图并对零件的质量、重心、惯性主轴和惯性力矩进行辅助设计计算，可以大大减轻在设计过程中繁琐计算及校核步骤。

关键字：机械手，气缸，校核。

摘要III

AbstractIV

目录V

1 绪论1

1.1 本课题研究的内容和意义1

1.2 国内外发展概况1

1.3 工业机械手设计内容2

1.4 机械手设计的作用2

1.5 工业机械手的分类和组成2

2 手部的设计5

2.1 机械手设计参数和运动方案5

2.1.1 运动方案5

2.1.2 驱动系统和位置检测装置的选择：5

2.2 手部设计的结构和计算6

2.2.1 机械手的基本要求6

2.3 手部力的计算7

2.3.1 夹紧力的计算7

2.3.2 手爪驱动气缸的设计8

2.3.3 手部误差的分析10

3 机械手臂的设计12

3.1 机械小臂设计12

3.1.1 小臂驱动力的计算12

3.1.2 小臂驱动气缸的设计13

3.1.3 气缸筒壁厚的计算14

3.1.4 气缸的选用14

3.1.5 校核活塞的稳定性14

3.1.6 小臂刚度校核15

3.1.7 端盖的连接方式及强度计算15

3.2 大臂的结构设计17

3.2.1 大臂的结构和要求17

3.2.2 驱动力的计算17

3.2.3 大臂驱动气缸的设计17

3.2.4 气缸的选择18

3.2.5 校核活塞的稳定性18

3.2.6 大臂刚度校核19

4 驱动系统设计20

4.1 轴承的设计20

4.1.1 轴承的选择20

4.1.2 轴承的计算：20

4.1.3 轴承的寿命校核：21

4.2 电机的基本情况和选择22

4.2.1 电机的选则与计算22

4.2.2 注意事项23

4.2.3 工作原理24

4.2.4 步进电机的特点24

4.3 谐波减速器24

4.3.1 谐波减速器的简介24

4.3.2 谐波减速器的设计25

4.4 腰座的结构26

5 总结28

致谢29

参考文献30

附录31

1.3 工业机械手设计内容

机电一体化技术是集合机械工程、传感技术、信息处理技术等形成的一种综合的技术。尽管机电一体化的产品种类比较多，但由于他们形式和复杂程度还有功能的不同，做工的机械本体部分是最基本的，必不可少的因素。工业机械手的设计在内容和知识还有深度上都是适中的。

　　　我们所要设计的是拟定整体的方案，驱动装置和传动装置的方案。根据自由度选择和合适的参数选择合适的手部和腕部还有臂和机身的结构。完成各部分的计算。工业机械手工作装配图的设计与绘制。气压系统的设计。机械手的运动分析。最后写上说明书。

1.4 机械手设计的作用

机械手的广泛运用可以归纳为以下几方面：

1）建造轴类、盘类、环类的自动线。一般采用的都是机械手在传送带之间或机床之间传送工件。深井泵厂自动生产线在沈阳和大连轴承4轴和5轴加工自动马达线轴等，已成为国内汽车生产线。

　　　2）在实现单机自动化方面。各种的半自动化机床都有夹紧、进刀、切削、退刀和松开等反面的功能。不过还需要人去上下料。如果实现自动化只需要一个人去看管机器。现在机械手在这方面运用的有很多。一些国产机在出厂时附带机械手，安装机器人的用户提供了条件。

3）国内大规模生产3T，5T，10T锻造锤，转一转炉下部，两个机器人放置在炉子前有一定的角度，从而使材料的自动化。

　　　总的来说：对环境的适应性强，能代替危险的事物和对人有害的操作，长时间工作对人有害的场所，对于机械手是没有影响的。只要合理的设计，合理的选材就可以在高温、有害气体、放射性物质、灭火等环境中都能自如的工作。

　　　机械手的持久度和耐劳性能强，可以把人们从单调的劳动中解救出来。甚至扩大了人的功能，他进行适当的维修、检修即能实现长时间的单调重复的工作，有与机械手工作精确度高，可以避免认为的操作错误。

　　　机械手灵活性好，能适应产品的变化。因为机械手的运动程序和运动位置能够十分灵活的改变。因为他的自由度，又能提供迅速改变作业内容。在小批量生产中，起着重要的作用。采用机械手能明显提高劳动生产效率和生产成本。

1.5 工业机械手的分类和组成

按规格分类：微型的——重量在1kg以下；小型的——重量在10kg以下；中型的——重量在50kg以下；大型的——重量在200kg以下。

　　　按功能分类：

（1）简易型工业机械手。有两个固定的程序，近年来普遍采用可编程控制器组成控制系统。这种机械手气动的和液动的为主，因为这个结构简单而且价格便宜。运用于一些简单的单机搬运工作已经足够了，所以这种的工业机械手数量很多。

（2）记忆再现性工业机械手。这种机械手的移动设备通过人工领了一遍，然后记录原始的程序存储器，所以机器人可以重复上述动作。

（3）智能机械手。是由传感器控制的，具有视觉，还有触觉，还有行走功能和热觉。

　　　按用途分类：专用机械手和通用机械手。独立的控制系统，专用机械手，这种机械手的动作固定的对象变量，可靠，适用于大批量生产和大批量生产。通用机械手的工作范围大、通用性强。适用于中和小批量生产。

QQ截图20131120123925.gif

工业机器人设计【三自由度】.gif

内容简介：: 无锡太湖学院机械系机电一体化专业毕业设计论文任务书一、题目及专题： 1、题目工业机器人设计 2、专题二、课题来源及选题依据工业机器人对于人类来说是当今世界最为突出的发明之一，人类对机器人深入的进行研究。在上个世纪的70年代以后，计算机技术、控制技术、传感技术和人工智能技术的迅速发展，工业机器人的研究也进入了高速发展的阶段，成为综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多门学科而形成的高新技术。其本质是感知、决策、行动和交互四大技术的综合，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的一项技术。机器人应用水平是一个国家工业自动化水平的重要标志。本课程通过对工业机器人设计，帮助自身加深对的理解和提高对其专业知识机械原理、机械设计、材料力学机器人、传动、实体建模、有限元分析等方面的相关内容的运用能力。3、本设计（论文或其他）应达到的要求：了解工业机器人设计原理，国内外的研究发展现状；完成工业机器人设计的总体方案设计；完成有关零部件的选型计算、结构强度校核及气动系统设计；熟练掌握有关计算机绘图软件，并绘制装配图和零件图纸，折合A0不少于2.5张；完成设计说明书的撰写，并翻译外文资料1篇。四、接受任务学生：机械94 班姓名白文杰五、开始及完成日期：自2012年11月12日至2013年5月25日六、设计（论文）指导（或顾问）：指导教师签名签名签名教研室主任学科组组长研究所所长签名系主任签名 2013年11月12日编号无锡太湖学院毕业设计（论文）相关资料题目：工业机器人设计机电系机械工程及自动化专业学号： 0923195学生姓名：白文杰指导教师：黄敏（职称：副教授） 2013年5月25日无锡太湖学院毕业设计（论文）开题报告题目：工业机器人设计机电系机械工程及自动化专业学号： 0923195 学生姓名：白文杰指导教师：黄敏（职称：副教授） 2012年11月25日课题来源自拟科学依据（包括课题的科学意义；国内外研究概况、水平和发展趋势；应用前景等）机器人是二十世纪人类最伟大的发明之一，人类对于机器人的研究由来已久。上世纪70年代之后，计算机技术、控制技术、传感技术和人工智能技术迅速发展，机器人技术也随之进入高速发展阶段，成为综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多门学科而形成的高新技术。其本质是感知、决策、行动和交互四大技术的综合，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。机器人应用水平是一个国家工业自动化水平的重要标志。机器人技术的研究在经历了第一代示教再现型机器人和第二代感知型机器人两个阶段之后进入第三代智能机器人的发展阶段。机械手是在自动化生产过程中使用的一种具有抓取和移动工件功能的自动化装置，它是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。近年来，随着电子技术特别是电子计算机的广泛应用，机器人的研制和生产已成为高技术领域内迅速发展起来的一门新兴技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化有机结合。机械手能代替人类完成危险、重复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，提高劳动生产率。机械手越来越广泛地得到了应用，在机械行业中它可用于零部件组装，加工工件的搬运、装卸，特别是在自动化数控机床、组合机床上使用更普遍。目前，机械手已发展成为柔性制造系统FMS和柔性制造单元FMC中一个重要组成部分。把机床设备和机械手共同构成一个柔性加工系统或柔性制造单元，它适应于中、小批量生产，可以节省庞大的工件输送装置，结构紧凑，而且适应性很强。当工件变更时，柔性生产系统很容易改变，有利于企业不断更新适销对路的品种，提高产品质量，更好地适应市场竞争的需要。此外，医疗机器人是目前国外机器人研究领域中最活跃、投资最多的方向之一,其发展前景非常看好。近年来,医疗机器人技术引起美、法、德、意、日等国家学术界的极大关注, 研究工作蓬勃兴起。二十世纪九十年代起，国际先进机器人计划已召开过的多届医疗外科机器人研讨会己经立项,开展基于遥控操作的外科研究,用于战伤模拟手术、手术培训、解剖教学。欧盟、法国国家科学研究中心也将机器人辅助外科手术及虚拟外科手术仿真系统作为重点研究发展的项目之一在发达国家已经出现医疗，外科手术机器人市场化产品，并在临床上开展了大量病例研究。韩国和新加坡的机器人密度(即制造业中每万名雇员占有的工业机器人数量)居世界第1-3位，包揽了前三名。西欧的意大利、法国、英国和东面的匈牙利、波兰等，机器人制造业及应用机器人的情况都有很大发展研究内容（1）了解工业机械人的工作原理，国内外的研究发展现状。（2）完成工业机器人的总体方案设计（包括行走机构，回转机构、夹持结构）等。（3）完成有关零部件的选型计算、结构强度校核计算；（4）熟练掌握有关计算机绘图软件，并绘制装配图和零件图纸，折合A0不少于2.5张。（5）完成设计说明书的撰写，并翻译外文资料1篇。拟采取的研究方法、技术路线、实验方案及可行性分析工业机器人目前已成为大规模制造业中作自动化生产线上的重要成员。工业机器人的技术水平和应用程度在一定程度上反映了一个国家工业自动化的水平。本课题属工程设计类课题，要求完成工业机器人的总体和零部件结构设计。通过本设计，可以帮助学生加深对本专业的相关知识理解和提高综合运用专业知识能力。研究计划及预期成果研究计划：2012年11月12日-2012年12月25日：按照任务书要求查阅论文相关参考资料。填写毕业设计开题报告书。2013年1月11日-2013年3月5日：填写毕业实习报告。2013年3月8日-2013年3月14日：按照要求修改毕业设计开题报告。2013年3月15日-2013年3月21日：学习并翻译一篇与毕业设计相关的英文材料。2013年3月22日-2013年4月11日：分析全自动机械手中“臂”机构的基本原理，基本理论及方法；全自动机械手中“臂”机构的传动设计及基本设计计算。2013年4月12日-2013年4月25日：全自动机械手中“臂”机构的设计、结构图、装配图设计；全自动机械手中“臂”机构传动分析研究。2013年4月26日-2013年5月21日：毕业论文撰写和修改工作。特色或创新之处（1）结构紧凑，工作范围大而安装占地小。（2）具有很高的可达性。可以使其手部进入像汽车车身这样一个封闭的空间内进行作业，而直角坐标型的机器人就不行。（3）因为没有移动关节，所以不需要导轨。转动关节容易密封，由于轴承件是大量生产的标准件，则摩擦小，惯量小，可靠性好。（4）所需关节驱动力矩小，能量消耗少已具备的条件和尚需解决的问题（1）通过参考大量的文献，掌握课题研究的背景，调研国内外有关课题研究方面的现状、发展和应用情况，发现全自动机械手中“臂”机构设计中的问题，明确课题研究的目的、意义、任务及内容。（2）学习和掌握全自动机械手实现手术的相关方法和技术，并结合课题实际分析各种相关方法和技术的优缺点，以便确定方案和设计内容指导教师意见指导教师签名：年月日教研室（学科组、研究所）意见教研室主任签名：年月日系意见主管领导签名：年月日存档编码：无无锡锡太太湖湖学学院院 2013 届届毕毕业业作作业业周周次次进进度度计计划划、检检查查落落实实表表系别：信机系班级：机械94 学生姓名：白文杰课题（设计）名称：工业机器人设计开始日期：2012年11月12日周次起止日期工作计划、进度每周主要完成内容存在问题、改进方法指导教师意见并签字备注1-32012年11月12日-2012年12月2日教师下达毕业设计任务，学生初步阅读资料，完成毕业设计开题报告。按照任务书要求查阅论文相关参考资料，填写毕业设计开题报告书存在问题：书写格式有错误，对课题理解程度不够，分析有所欠缺。改进方法：在指导老师的帮助下，对课题有较深的了解。4-102012年12月3日-2013年1月20日指导专业实训机械设计综合实训存在问题：机械部件设计不够完善，缺少经验。改进方法：了解机械设计的详细过程。11-122013年1月21日-3月1日指导毕业实习相关机械制造厂实习，了解本专业的实践知识存在问题：没有实习实训的经验，无法将课本知融会贯通。改进方法：认真参与工作，虚心求教。132013年3月4日-3月8日查阅参考资料查阅与设计有关的参考资料不少于10篇，其中外文不少于5篇存在问题：查阅资料相关度小，无法满足要求。改进方法：利用空余时间，去图书馆查找相关资料，在网上查找相关文献。142013年3月11日-3月15日翻译外文资料翻译机械方面的外文资料存在问题：专业英文水平较低，无法正确翻译专业词汇。改进方法：借助一些翻译软件、专业字典帮助翻译提高翻译准确性性。152013年3月18日-3月22日工业机械手设计的整体分析分析各种结构的设计存在问题：缺乏设计经验，零件选择不确定。改进方法：通过比较决定最后方案。162013年3月25日-4月1010日绘制装配图初步绘制装配图存在问题：零部件配合有错误。改进方法：重新设计并绘制相关部件。172013年4月10日-4月1919日绘制装配图修改完成装配图存在问题：不能完全体现冲模细节。改进方法：绘制局部视图，体现细节。182013年4月2020日-4月2525日零件部设计对机械夹持器、电机等的设计和选择存在问题：夹持器尺寸计算选择方案。改进方法：选择滑槽杆夹持器进行计算。周次起止日期工作计划、进度每周主要完成内容存在问题、改进方法指导教师意见并签字备注19-202013年4月25日-4月3030日绘制零件图绘制底座、活塞、夹持器等存在问题：标注尺寸不全，图纸表示不全面。改进方法：检查标注，绘制局部剖图。212013年4月3131日-5月5 5日设计说明书（论文）、摘要和小结编写完成设计说明书（论文）、摘要和小结存在问题：说明书的格式不规范，摘要不合理要求等。改进方法：根据毕业设计的规范要求更改，重新按要求编写摘要。2220

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