毕业设计（论文）-基于轮胎夹持机械手设计（全套图纸）

沈 阳 化 工 大 学 科 亚 学 院 本 科 毕 业 设 计 全套图纸加 153893706 题 目： 基于汽车轮胎夹持机械手设计 专 业： 机械制造及其自动化 班 级： 机制 1204 学生姓名： 指导教师： 论文提交日期： 2016 年 5 月 30 日 论文答辩日期： 2016 年 6 月 6 日 毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）任务书 机械制造及其自动化 专业 机制 1204 班 学生： 毕业设计（论文）题目： 基于汽车轮胎夹持机械手设计 毕业设计（论文）内容： 零件成型工艺性分析，机械手结构类型、方案确定，有关零 件设计、计算，成型零件的制造工艺设计，零件相关图纸的 绘制。 毕业设计（论文）专题部分： 零件成型工艺分析，选择成型的零件，机械手结构方案的确 定，主要零部件的设计计算，有关参数的校核。 起止时间：2015.12.12016.6.1 指导教师： 签字 2016 年 6 月 6 日 沈阳化工大学科亚学院全日制普通本科生 毕业设计诚信声明 郑重声明：所呈交的本科毕业论文是自己在导师的指导下，进行研究所取得的结果， 结果不存在知识产权争议。除文中曾经声明援用的内容外，本论文不含任何其余个人 或团体已经颁发或撰写过的文章结果。 对本文的咨询做出重要贡献的小我和团体在文 中均作了精确的解释并表达了感谢。同时，本论文的著作权由本人于指导教师共同拥 有。自己一切明白本说明的法令后果由本人担当。 毕业设计作者签名： 2016 年 5 月 30 日 摘要摘要 本设计是关于车床的机械手设计，在日常工作生产中机械手的运用 是非常广泛的可以说是一种必不可少的科技产品,机械手是一种模仿人 手的结构而设计的一种零件,在日常工作中它可以根据人们发送的指令 来完成一系列的工作，所以它的灵活度十分的高运用很广泛。与此同时， 也说明了工业机械手可以完成人们完成不了或者很危险的工作，比如， 工业机械手可以代替人们做一下复杂精密的工作，这不仅可以减少 失误,还可以大大提高了工作的效率,有利于社会更快的发展，与此同时， 比如一些很危险的工作，比如在车床上切钢板，如果让人工来操作，那 么就会显的很危险，所以这时候让机械手来代替人工那么危险系数会大 大的降低，所以机械手的运用必不可少。工业生产的大型工件的运用和 操作，此时人工来操作的话会很困难，但是如果编写程序让机械手来操 作那么工人只要按一下按钮就可以轻松的操作机械手来完成一系列复杂 的工作了。与此同时，对于一些十分严酷的环境，如果人工操作的话会 显十分的。更现实的优势,具有广阔的应用前景。流水线车床生产是未来 生产行业的一个必然的趋势，如果把机械手运用到这个领域中那么就会 大大降低工作时间，大大提高工作效率，所以在目前的这个领域里，对 于机械手的开放利用，是一个重大的商机，更是一个大的趋势，因为在 目前的生产环境，该产品是必不可少的设备。所以就这点来说，我国要 大力发展机械电子方面，这个领域在未来有着不可替代的作用，如果大 力发展了这个专业那么我国未来的机械电子行业，各种高科技行业都会 有着更有力的发展。另一方面人才是这个领域的核心，所以 要大力培养相关方面的人才才有可能让我国在这个领域里越来越强大。 并且通过发展自己的国家研究和开发，使其可成为机械行业的良好发展 动力。 对于这个设计来说，手的设计是关键中的关键，人类的手可以完成 大量超凡复杂的工作，所以我们所制作的机械手也要这个方面的能力， 有着超高的灵活度，那么机械手就可以完成一系列大量的工作，而且还 进一步的开发了电子机器人可以执行许多操作。只有本发明，谁是从繁 重的劳动中逐渐的工对于人类来说无法完成或者危险的工作，那么机械 手是一个很好的代替。让更多的人解放出来了，加入了许多机械电子零 件的部分，不仅减少了人力，还大大缩小了工作的时间，对于一个企业 来说这个方面的创新不仅可以节约成本还可以提高效率，真是两全其美。 我相信大部分的工厂都愿意做这件事情。因为这时不仅节省了时间，同 时也降低了企成本。 这个主题的汽车计算机辅助设计技术的应用,机械和液压原理设计 的总体方案设计,已经清楚的坐标机械手和自由形式和机械手的技术参 数。和设计夹紧机械手手结构,结构手腕、手臂结构。所以它可以执行实 际生产自动上料运动,根据满足生产力的需求是机械手的运动速度。 关键词关键词：机械手；手部设计；结构设计；CAD Abstract This design is about lathe manipulator design, the application of manipulator in the daily work of production is a very broad is a kind of indispensable technology products, manipulator is a kind of imitating the structure and design of a part of a mans hand, it may, according to people in daily working to send instructions to complete a series of work, so its very high use of very broad flexibility. At the same time, also explains the industrial robots can do people not be completed or dangerous work, such as industrial robots can replace people to do the sophisticated work, this can not only reduce Error, can also greatly improve the work efficiency, promotes the development of society and faster, at the same time, such as some very dangerous work, such as on the lathe cutting steel plate, if let artificial operation, then will show is very dangerous, so this time let manipulator to replace the manual so will greatly reduce the risk coefficient, so the use of manipulator is indispensable. Industrial production of the use and operation of large workpieces, the artificial to operation will be very difficult, but if the program let manipulator operation workers just press the button can easily manipulator to complete a series of complex work. At the same time, for some very harsh environment, will show very if manual operation. The advantage of more realistic, has broad application prospects. Production line lathe is an inevitable trend of manufacturing industry future, if the manipulator used in this field would greatly reduce the working time, greatly improve the work efficiency, so in this area so far, for open using manipulator, is one of the major business opportunities, it is a big trend, because in the current production environment, the product is indispensable equipment. So, as such, our country should vigorously develop machinery and electronics, this area has an irreplaceable role in the future, if the developing the professional machinery and electronics industry in our country in the future, the development of various high- tech industry will have a more powerful. On the other hand talent is the core of the field, so Should vigorously develop relevant talents is likely to make in this field in our country is getting stronger and stronger. And through the development state of their own research and development, make its can be a good development momentum of machinery industry. For the design, the design of the hand is the key of the key, the human hand can do a lot of unusual complex work, so we made the manipulator also wants the ability, has high flexibility, then manipulator can complete a series of a lot of work, but also further development of the electronic robots can perform many operations. Only the present invention, who is gradually the heavy labor work for human could not be complete or dangerous work, the manipulator is a very good instead. Let more people to liberate, joined the many mechanical parts, electronic components not only reduce the manpower, also greatly reduces the work time, the innovation for an enterprise can not only save costs but also can improve the efficiency, is the best of both worlds. I believe that most of the factories are willing to do it. Because at this moment not only saves time, but also reduce the enterprise cost. The theme of car the application of the computer- aided design technology, overall design of mechanical and hydraulic principle design and has clear the coordinates of the manipulator and free form and technical parameters of the manipulator. And design the clamping manipulator hand structure, structure of the wrist, arm structure. So it can perform the actual production of automatic feeding movement, according to meet the needs of productivity is the rate of movement of the manipulator. KeyWords: manipulator; handing structure ; structure design; CAD 目目 录录 第一章 前言 1 1.1 工业机械手的分类 1 1.2 轮胎夹持机械手的设计背景 1 1.3 轮胎夹持机械手的组成及作用 2 1.3.1 组成 . 2 1.3.2 作用 . 4 1.4 毕业设计章节内容 5 第二章 轮胎夹持机械手的传动系统设计 6 2.1 轮胎夹持机械手的设计关键技术参数 6 2.2 传动方案设计 6 2.2.1 原理设计 . 6 2.2 电机的选择 7 2.2.1 电机的功率选择 . 7 2.2.2 电机的品牌及型号确定 . 8 第三章 轮胎夹持机械手的主体部分结构设计 . 10 3.1 机器人连接部分基座的结构设计结构 . 10 3.2 轮胎夹持机械手手指部分的结构设计 . 11 3.2.1 手指的结构 11 3.2.2 手指内部压力传感器的设计 12 第四章 基于 solidworks 软件进行轮胎夹持机械手的建模及装配 . 14 4.1 solidworks 软件建模与装配概述 14 4.2 运用 SolidWorks 软件进行零件设计 （以伺服滑台的零件中的 一个为例） 14 4.3 运用 SolidWorks 软件进行零件装配 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 毕业设计感想 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 致谢 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 参考文献 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 前言 1 第一章 前言 1.1 工业机械手的分类工业机械手的分类 1.按用途分类 工业机械手按照用途可以分为专用机械手和通用机械手。 2.按控制型式分类 工业机械手按控制型式可以分为点位控制型机械手和连续控制型机械手。 3.工业机械手的基本型式及其运动形式 机械手型式较多，从手臂坐标的型来说，基本有四种基本的型式，分别是: 直角坐标式，圆柱坐标式，球坐标式和关节式等。 直角坐标式机械手 这种型式的机械手结构简单、 运动直观、 便于实现高精度。 占据空间位置大， 工作范围较小是缺点。 圆柱坐标式机械手 圆柱坐标式机械手又称为回转型机械手，是应用最多的一种型式，它适用于 搬运和测量工件。 球坐标式机械手 一个旋转运动、两个旋转运动以及两个旋转运动加一个直线运动，与回转型 机械手相比，在占有同样空间位置的情况下，其工作范围扩大了。 关节式机械手 关节式机械手又称屈伸型机械手，是一种适用于靠近机体操作的机械手。它 象人手一样有肘，可实现多个自由度，动作比较灵活，适于在夹窄空间工作。关 节式机械手的特点有:大臂和小臂的摆动， 以及肘关节和肩关节的运动;它具有上 肢结构，可实现近似于人手操作的技能。 1.2 轮胎夹持机械手的设计背景轮胎夹持机械手的设计背景 目前很多企业采取人工搬运，在一些简单重复尤其是比较笨重的操作中，用 机械手替代人进行工作，可以避免因为疲劳操作或失误而导致的人身事故。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 前言 2 知名轮胎企业米其林现在仍然有人工搬运轮胎，固特异也是如此，并不能完 全采用自动化流程来降低人工消耗。 人工缺点： 生产效率低下，不能及时的搬运成品轮胎，导致轮胎推积。 大型车轮胎重量基本在 50kg 左右，需要工人有良好的体力，长时间搬运 导致工人体力不足，容易造成人身事故。 橡胶轮胎生产过程中，必定产生有毒有害气体，对工人的身体健康造成不 可逆的影响。 基于上述缺点，机械自动化流程是必要的，轮胎夹持机械手的应用也会随着 发展而普及。 1.3 轮胎夹持机械手的组成及作用轮胎夹持机械手的组成及作用 1.3.1 组成组成 轮胎夹持机械手系统包括关节机器人、前端夹持器、控制系统，本设计组要 根据前端夹持器进行设计。 轮胎前端夹持器的组成动力装置、检测装置、传动装置、执行装置 1.动力装置 机械手按驱动方式分为液压式，气动式，电动式，机械式机械手；按适用范 围可以分为专用机械手和通用机械手两种； 按运动轨迹可以分为点为控制和连续 轨迹控制机械手等。 （1）电动驱动 精确度高 节省能源 精密控制 改善环保水平 降低噪音 节约成本 （2）气压驱动 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 前言 3 优点 空气作为介质。 空气的粘度很小，损失也很小。 过载保护。 缺点 由于空气具有可压缩性。 因为工作压力低（一般为 0.31.0MPa） ，总输出力不宜大于 1040KN。 噪声较大，在高速排气时要加消声器。 气动装置中的气信号传递速度在声速以内比电子及光速慢。 （3）液压驱动 优点 有很大的力矩惯量比，体积小、重量轻、惯性小、结构紧凑、布局灵活。 速度、扭矩、功率均可无极调节。 元件的自润滑性好。 缺点 液压传动不能得到严格的传动比 不适宜远距离传动。 在高温和低温条件下，采用液压传动有一定的困难。 液压元件制造精度要求高，给使用与维护保养带来一定困难。 发生故障不易检查。 根据工件要求，被加持物体体积较大，重量较重，选择电机驱动机构提供加 持力。 而液压和气压虽然可以提供较大的动力源， 但是没有电机驱动简单、 方便。 而且电机拆装方便，价格低廉。因此综上所述，动力源选择电机驱动。 2.检测装置 控制系统是通过机械手每个自由度的电机控制，来完成特定动作。同时接受 传感器反馈的信息，形成稳定的闭环控制。 传感器分为内部状态传感器和外部状态传感器 （1） 内部状态传感器分为位置传感器和角度传感器 （2）外部传感器： 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 前言 4 物体识别传感器主要是通过视觉和触觉来感知 物体探测传感器主要应用在光电开关和超声波 距离传感器应用在摄像机等领域 力传感器是本设计主要用到的传感器，能感知工作中力的大小，避免 力量过大将工件破坏。 3.传动的类型 （1）链传动工作特点 链传动是由两个具有特殊齿形的链轮和一条挠性的闭合链条所组成的。 （2）齿轮传动 齿轮传动是一种啮合传动 （3）蜗杆传动原理 蜗杆传动主要由两根蜗杆组成 蜗杆传动主要特点： 速比大 传动平稳 有自锁作用 效率低 本设计采用蜗杆传动，由两个蜗杆带动夹手的移动。 4.执行装置 手部 既直接与工件接触的部分，一般是回转型或平动型，手部多为两指。 根据需要分为外抓式和内抓式两种； 也可以用负压式或真空式的空气吸盘和电磁 吸盘。 本设计采用平动型，外抓式。 1.3.2 作用作用 1.以提高生产过程中的自动化程度 应用机械手有利于实现材料的传动、工件的装夹、从而可以提高劳动生产效 率和降低生产成本。 2.以改善劳动条件 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 前言 5 在高温、有放射性或有其他毒性污染以及工作空间狭窄的场合中，应用机械 手就可以完成部分或者代替人安全的完成工作，从而改善劳动条件。 3.可以减轻人力 应用机械手代替人进行工作，是减少人力的另一个优势。 1.4 毕业设计章节内容毕业设计章节内容 第一章 前言 第二章轮胎夹持机械手的传动系统设计 第三章 轮胎夹持机械手的主体部分结构设计 第四章 基于 solidworks 软件进行轮胎夹持机械手的建模及装配 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 轮胎夹持机械手的传动系统设计 6 第二章 轮胎夹持机械手的传动系统设计 2.1 轮胎夹持机械手的设计关键技术参数轮胎夹持机械手的设计关键技术参数 本机械手的夹持工件 1、轮胎的重量 30kg 到 50kg 2、夹手具备抓取轮胎的直径范围在：255-510mm，轮胎的厚度：100- 150mm 3、机械手的夹持速度 0.5m/s 2.2 传动方案设计传动方案设计 2.2.1 原理设计原理设计 本设计方案采用如下的原理图见图 2.1 图 2.1 原理图 1.电机 2.减速器 3.齿轮 4.轴 5.左旋丝杠 6.夹手 7.丝杠螺母 8.联轴器 9.右旋丝杠 工作原理说明：在电机 1 的驱动下，扭矩经过减速器 2 以及齿轮的减速后， 将扭矩传给轴 4，轴 4 是由两个旋向相反的丝杠组成，丝杠 5、9 上分别安装螺 母，当轴 2 沿不同方向转动时，可以实现螺母的同时分离和靠拢，因为螺母上安 装着手指，所以能够实现对工件的加紧和松开。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 轮胎夹持机械手的传动系统设计 7 2.2 电机的选择电机的选择 2.2.1 电机的功率选择电机的功率选择 根据参数要求，轮胎重量为 30kg-50kg，则最低标准为 50kg，轮胎的 =50 gG 在工件被加紧时，应取需要夹紧力最大的情况，为标准情况。 FfK G 夹紧力 摩擦系数 安全系数 工件因为夹手在夹取的过程中，没有冲击力，所以工作平稳，此时查机械手 册可知，工作安全系数， 因为抓取时是轮胎与工件的接触，所以查询机械设计手册可知摩 擦系数 带入数据，0.1 1.2 50 9.8F 可得出夹紧力 由于本次设计采用丝杠螺母结构，两手指上的夹紧力分别为 查机械设计手册得出 轴=0.99 联轴器=0.99 丝杠=0.94 齿轮=0.97 减速器=0.97 2 F I T = 丝杠 = 58804 20.94 =3984 总=减速器轴齿轮轴=0.92 直径 32mm 丝杠参数见表 2.1 表 2.1 丝杠参数表 丝杠型号 d I Da D A B L H Z 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 轮胎夹持机械手的传动系统设计 8 DFU02510-4 32 10 4.762 40 65 12 145 51 6.6 DFU03204-4 4 2.381 50 80 12 80 65 9 DFU03205-4 5 3.175 50 80 12 102 65 9 DFU03206-4 6 3.969 50 80 12 105 65 9 DFU03208-4 8 4.762 50 80 12 122 65 9 DFU03210-4 10 6.350 50 80 12 162 65 9 根据参数表确定导程。 可求 T 带入数据得 3984 0.125 0.05 9550 P =KW VN I= = =125 N 为丝杠转速 V=N I 速度 0.5 电机功率 P/总效率 电机功率=543W 所以本次设计采用 750W 电机，选择三洋电机，拟定 R2AA08075FXH00 2.2.2 电机的品牌及型号确定电机的品牌及型号确定 电机的品牌：三洋电机 型号确定：R2AA08075FXH00 电机好处： （1）直流无刷变频电机拥有节能、降噪的明显优势。 （2）就技能方面而言，因其采用直流变频，从而降低了电耗。 （3）降噪方面的优势，直流无刷变频电机因其采用无刷技术，相比传统的 有刷电机，在降噪方面解决了有刷电机在换向时产生火花和碳刷产生的噪音。 三洋直流无刷变频电机因其超前的性能优势，现已广泛用于三洋系列产品 上，在节能、环保方面也走在了同行业的前列，所以说一个成功的技术研发会给 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 轮胎夹持机械手的传动系统设计 9 一个行业带来新鲜的血液，让这个企业永远保持着生命力，毫无疑问，三洋无刷 变频电机做到了这一点。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 轮胎夹持机械手的主体部分结构设计 10 第三章 轮胎夹持机械手的主体部分结构设计 3.1 机器人连接部分