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In the modern manufacturing areas and transmission transportation applications, the role of the robot is more and more important. This design is in the service of the unloading system of the punch. Because that the stamping frequency is fast and the stamping mold is for delivering, the feed system will go on after the stamping being taken out. Thus, the work efficiency is reduced. Due to the fast frequency, exact positioning and being without tiredness, it can be instead of the workers, and the above problem can be resolved by the automatic unload system. In this design, the overall structure design of robot is finished, which consists of the lifting part and the slewing part. Through calculating and checking, some important parts, such as cylinders, axes, gears, covers, racker, rotating retaining plate, and so on, are chosen. Using this structure, the problem of the unsafety for taking out the stamping is well solved. At the same time, the system construction, the theory of operation, pneumatic control system and the SCM control system are designed. The power of lifting and slewing part is provide by two cylinders, and the electro-magnetic change-over valve is controlled by SCM to control the motion of the cylinders.Using this design, the unloading time is shortened, the work efficiency is enhanced, and the quality of the productions is improved. Additionally, the structure of the design is simple and it has a high applied-value.Key words: Punch; Robot; Structure design; Control system目 录摘要ABSTRACT1 绪论12 机械手方案设计33 机械手结构设计5 3.1 机械手总体设计53.2 机械手零件选用及校核83.3设计过程中的注意事项164 机械手控制部分的设计174.1 工业机器人控制系统的主要功能和控制方式174.2 气动控制部分184.3 单片机控制部分205 机械手的保养215.1 密封与润滑215.2 机械手的维护与保养226 总结23参考文献24附录1：外文翻译25附录2：外文原文29致 谢38致谢在这次毕业设计中，我收获了很多，首先把我几年来所学的机械理论知识做了一次系统的复习，培养了我综合运用所学知识，独立分析问题和解决问题的能力，也使我学会怎样更好的利用图书馆、网络查找资料和运用资料，还使我学会如何与同学共同讨论问题。但在设计过程中也遇到很多问题，如设计综合考虑不够周全，但这对我以后的工作有很大的帮助,今后我会在工作中不断的学习,努力的提高自己的水平。最后感谢学校、学院各位老师4年来给我的教育和培养，特别感谢我的导师给我耐心，细心的指导。38摘 要机械手技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的一门学科。在现代制造领域和传动运输等应用中，机器手的作用越来越大。该设计是为冲床的卸料系统而服务的。冲床的冲压频率快，而冲压模具为上出料模具，工人必须将冲压件取出后才能让送料系统继续工作，无形中降低了工作效率。由于机械手动作频率快，定位准确且无疲劳等因素,所以选用机械手可代替人工搬运，采用自动卸料装置能解决此问题。该设计完成了机械手的总体结构设计，其中包括升降部分及回转部分的设计，通过计算校核选取设计了气缸、轴、齿轮、端盖、摆杆、旋转支撑板等重要部件，此结构能较好的解决冲压件不易安全取出的问题。同时对系统构成和工作原理以及气动控制部分和单片机控制部分作了设计，升降和回转的动力由两个气缸提供，控制部分是由单片机控制电磁换向阀，从而控制气缸的运动。该设计节省了卸料所花费的时间，提高了生产效率，并且提高产品质量，结构简单，具有一定的应用价值。关键词：冲床；机械手；结构设计；控制系统ABSTRACTThe technology of robot is one new and high technology integrated with several disciplines, such as the computer, Kybernetika, agencies sciences, and information and sensor technology, artificial intelligence, bionics, and so on. It is one contemporary discipline with very active research and increasingly widespread application. In the modern manufacturing areas and transmission transportation applications, the role of the robot is more and more important. This design is in the service of the unloading system of the punch. Because that the stamping frequency is fast and the stamping mold is for delivering, the feed system will go on after the stamping being taken out. Thus, the work efficiency is reduced. Due to the fast frequency, exact positioning and being without tiredness, it can be instead of the workers, and the above problem can be resolved by the automatic unload system. In this design, the overall structure design of robot is finished, which consists of the lifting part and the slewing part. Through calculating and checking, some important parts, such as cylinders, axes, gears, covers, racker, rotating retaining plate, and so on, are chosen. Using this structure, the problem of the unsafety for taking out the stamping is well solved. At the same time, the system construction, the theory of operation, pneumatic control system and the SCM control system are designed. The power of lifting and slewing part is provide by two cylinders, and the electro-magnetic change-over valve is controlled by SCM to control the motion of the cylinders.Using this design, the unloading time is shortened, the work efficiency is enhanced, and the quality of the productions is improved. Additionally, the structure of the design is simple and it has a high applied-value.Key words: Punch; Robot; Structure design; Control system目 录摘要ABSTRACT1 绪论12 机械手方案设计33 机械手结构设计5 3.1 机械手总体设计53.2 机械手零件选用及校核83.3设计过程中的注意事项164 机械手控制部分的设计174.1 工业机器人控制系统的主要功能和控制方式174.2 气动控制部分184.3 单片机控制部分205 机械手的保养215.1 密封与润滑215.2 机械手的维护与保养226 总结23参考文献24附录1：外文翻译25附录2：外文原文29致 谢38冲床自动卸料机械手的设计1. 绪论20世纪70年代，机器人这一名词刚刚引进我国时被称为机械手，机械手主要用于危险、重复、笨重、单调、多粉尘及下料等工作场合。现在的机器人是一种在机构上和功能方面都与人相像的灵活而又通用的自动机，并应用于多种场合，如：水下机器人，服务机器人，空间机器人，微机器人等。自第一台机器人诞生至今，已走过了半个多世纪的历程，全球工业机器人的装机量已超过百万台，形成了一个巨大的机器人产业。在现代制造领域尤其是在金属加工中，机器人的作用越来越大。在工业自动化生产中，无论是单机还是组合机床，以及自动生产流水线，都要用到机械手来完成工件的取放。它是一种模仿人手动作，按照预先设定的程序、轨迹或其他要求，实现抓取、搬运工件或操作工具的自动化装置。它在二十世纪五十年代就已用于生产，是在自动上下料机构的基础上发展起来的一种机械装置，开始主要用来实现自动上下料和搬运工件，完成单机自动化和生产线自动化。随着应用范围的不断扩大，现在用来夹持工具和完成一定的作业。用机械手代替人工卸料，不但减轻了人的劳动强度，而且节省了大量的卸料所需的时间，提高工作效率。目前的机器人的结构形式是多种多样的，但归纳起来，机器人基本上是由执行机构、控制系统和驱动系统三部分组成。1.执行机构执行机构也叫做操作机，由一系列连杆和关节或其他形式的运动副组成，可实现各个方向的运动，它包括机座、立柱、手臂、腕关节和手爪等部件。有时为了增加机器的工作空间，在机座处装有行走机构。2.驱动系统驱动系统主要是指驱动执行机构的传动装置，根据动力源的不同，可分为 电动、液压和气压三种。液压系统可以和执行机构在一起，也可以安装在单独的液压柜中。驱动系统中的驱动器，如电机、气缸、油缸可以与操作机直接相连，也可以通过齿轮、链条、谐波传动装置等与执行机构相连。3.控制系统控制系统是机器人的主要组成部分，控制系统的作用是支配执行机构按所需的顺序，沿规定的位置或轨迹运动。从控制系统构成来看，可分为开环控制系统和闭环控制系统；从控制的方式看可分为程序控制系统，适应性控制系统和人工智能控制系统。我国的机械手技术已日趋成熟，已形成了几家具有一定竞争力的机械手公司和产业化基地。机器人不但在数量上有所突破，在质量上也有了质的飞跃。近年来，随着气动技术的迅速发展，气动元件及气动自动化技术已越来越多的应用于机械手，构成气动机械手，气动机械手是集机械，电气，气动和控制于一体的典型机电一体化产品。气动系统的最大优势就是低成本，模块化和集成化。这种机械手在自动化领域中，与电动和液压驱动的机械手相比，显示出独特的优越性，得到了越来越广泛的应用。目前，以信息技术为代表的现代科学技术的发展对机械制造业提出了更高、更新的要求，更加体现了机械装备制造业作为高新技术产业化载体在推动整个社会技术进步和产业升级中不可替代的基础作用。而在工业自动化成果转移，用信息化带动工业化、用高新技术改造传统产业已成为我国工业机器人发展的必由之路。今后机器人将逐渐发展成为完全智能化的机器。由于机器人技术的发展，提高了机器人可靠性和智能化程度，其应用领域正在不断扩大。在越来越多的工程技术领域，我们将看到越来越多的机器人在神气绝妙地工作。机器人产业将随着机器人技术的发展和对机器人要求的增加而稳步发展。由于机器人产业的发展，需要越来越多的机器人的研究，随着计算机，传感，机电一体化技术的发展，工业机械手的可靠性不断提高，应用范围也不断扩大，并且向着产品高技术化、经营规模化、服务个性化、自动化、人性化等方向不断深入，相信我们将会看到有形形色色的机械手在更多的机械领域为人类服务。2.机械手方案设计冲床的辊式自动卸料系统工作原理是：等待加工的原材料为薄片的钢料,利用辊子将其从上下冲模中引出，步进电机旋转轴通过联轴器分别与图中的后辊和下辊连接。后辊当中，上辊的作用是通过可调弹的压力给剩余的废料一个向下的力将其压在下辊上，当电动机通电转动时，上辊和下辊由于摩擦力的作用，同时反向旋转。通过调整电机的转动角度，达到薄片钢料的间歇性进给。前辊与后辊的材料都是45号钢，而前辊是拉紧和定位的作用,为确保送料精度，辊的表面都都有滚花。工作原理图如下：图21冲床辊式自动送料系统图该系统简单,可靠,但是在使用过程中存在问题:该冲压模具的出料方式为上出料方式,加工后的零件是向上弹出，而不是下落的方式, 这个环节必须通过人力的方式将冲压后的零件取出，冲床与送料系统才能够继续工作,这种方式无形中降低了生产的工作效率。因此本设计就是设计出一套合理可行的自动卸料机构自动卸料机械手，用于冲床上的卸料系统。方案设计的指导思想是：机械手具有两个基本功能，吸料、移出。完成吸料所用的是电磁铁，经过通电和断电完成对冲压件的吸附和卸料。移出的装置是由升降和回转两部分组成，因此冲床自动卸料机械手结构上由升降和回转两个运动部件组成。冲压件的拾取采用一个具有吸附能力的电磁铁将工件吸附起来，升降部分的机构固定在冲床床身的侧面，带动回转机构整体的上升和下降。在自动卸料的过程当中，由于冲压机上下模开口和机械手吸起工件部分高度都不大，这就要求机械手的水平运动必须在一个与水平面平行的平面内。其工作过程图如下：图22机械手工作流程图3.机械手结构设计3.1机械手总体设计一般冲床都会有一个固定的频率，本次设计的冲床频率为40次/分,在机械手进给、冲压、卸料的三个运行步奏中，总的运行时间大概是1.5s。那么在卸料这个环节，时间必须小于1s，机械手的控制系统必须能够迅速的做出指令。另一方面,卸料过后，对于冲压后的零件安放的位置没有特别精确的位置要求，只需要安放在制定的区域内。对机械手的运行过程也没有特别高的要求，为了节约成本，此次设计的控制系统用点位控制。因此,采用单片机控制的气动系统作为冲床自动卸料机械手的设计方案。此机械手由两部分组成：升降机构和回转机构。总体装配图如下：图31冲床自动卸料机械手总体图机械手的升降部分：用来安装两个直线滚动轴承的直线滚动导套座、使回转机构上升和下降的升降气缸、用来克服力矩的两根导向柱、直线滚动导套座和旋转支撑板等部分组成。其作用是带动回转部分上升和下降，以便于吸附工件后能离开冲模，防止和冲模产生碰撞。升降气缸选用QGCX25-50型轻型气缸，其缸杆的伸缩可以带动支撑板的升降。采用双导柱辅助支撑方式用以克服倾翻力矩,导向柱随旋转支撑板一起升降。将升降部分固定在所需卸料的冲床上，整体就使机械手成为冲床的一部分，实现了完全固定。机械手的升降部分如下图32机械手升降部分原理图机械手的回转部分：由一个气缸带动齿条作往复运动，齿条与回转轴上的齿轮啮合，带动齿轮与轴做转动。轴的上端紧密焊接了一个摆杆，摆杆的末端安装了一个电磁铁，从而用来吸附冲压零件，并作往复摆动实现搬运功能。回转部分如下图：33机械手回转部分原理图3.2机械手零件选用及校核3.2.1驱动方式的选择通常来说机械手的驱动方式可分为四种：分别为液压驱动，气压驱动，电机驱动和机械传动，每一种都有特别适合场合，都有各自的特点。设计机械手要考虑其运行特点和环境因素，通过各个方面的协调与对比来选择适合的驱动方式。机械手的驱动没有特定的单一的驱动方式，只要系统的工作需要，可以几种驱动方式共同组成机械手的驱动系统。本次设计是安装在万能冲床机身上的卸料机械手，所以要求机械手的运行频率要快，且驱动的行程较短，经过对比，本次设计选用气压传动作为驱动的动力源。汽缸内型选择：根据所需的要求，选择双作用单活塞QGCX型气缸。表3-1 几种驱动方式的对比选择比较内容驱 动 方 式机械传动电 机 驱 动气压传动液压传动异步电机，直流电机步进或伺服电机输出力矩输出力矩较大输出力矩较大输出力矩较小输出力矩与本身的气压缸大小有关输出力矩很大控制性能定位精度高，可与主机严格同步控制性能较差控制性能好动作迅速，但是速度的稳定性较差有非常好的控制性能，适合多种控制要求维修使用维修使用方便维修使用方便维修使用较复杂能适合很多环境比较恶劣的生产场所，也容易维修不能用于可能会产生火源的场所，也容易维修应用范围自由度较少时，可以选泽适合比较大型的机械手常用于对系统精度要求非常高的机械手小型的机械手运动得比较多，适合所有型号的机械手成本复杂程度低成本低成本低成本较高结构简单，能源方便，成本低成本较高 初选活塞杆直径d=10mm，估算其重量：取G2=1N，假设气压缸内径D的计算：D汽缸的内径(m)；P为工作压力（Pa）；为负载率；负载率与汽缸工作压力有关，取，查液压传动与气压传动表13-2 ，所以取P=0.5。一般，此选0.3按液压传动与气压传动表13-3，圆整取32mm。一般，此选0.3取汽缸壁厚的计算按液压传动与气压传动表13-5查得汽缸重量的计算：其中：R汽缸外径R汽缸内径；H汽缸长度；汽缸材料密度；g取10，取25N。3.2.2支撑板的设计支撑板是在整个机械手结构当中，是属于升降的部分，用于推动回转机构的上升和下降的作用。该支撑板是用45号钢制成。外形为一圆盘，中间有螺孔，与气缸联接。外侧有对称的两个圆孔，用来固定导向柱。其直径为172mm，中间螺孔直径分别为6、4mm，放导向柱的用孔直径为20mm，螺栓选择GB/TM61型孔。支撑板图如下所示：图34 支撑板零件图3.2.3滚动导套座的设计滚动导套座是用来固定机械手升降部分的套座，其直接和冲床床身相连并固定。其外形为圆盘，中间有圆孔，用来固定升降气缸。外侧有对称的两个出料孔，内有轴承，中间放置导向柱。图35滚动导套座3.2.4导向柱的设计导向柱的材料是45号钢。其上端固定在支撑板上（用螺栓连接）。通过滚动导套座中的圆柱滚子轴承，随着支撑板一起做上下往复运动，起到了辅助支撑作用，防止了倾覆力矩的发生。导向柱的设计尺寸为直径20mm,长为100mm。图36导向柱零件图3.2.5摆杆的设计用工字钢作为摆杆的结构形式，不但工字钢的抗弯系数比较大，还能减小摆杆的横截面积，减轻了摆杆的质量，使机械手整体重量降低。从经济的角度讲，选用工字钢能降低材料的成本。设我们所抓取的工件和抓取电磁铁总共为10kg，经过简单的比较，我们初选10号工字钢,则理论质量，设小臂长为600mm。校核： 取75N按材料力学公式5.11所以：h为工字钢的高度b为工字钢的腰宽Fs为所受的力所以选10号工字钢合适。326回转轴的设计回转轴是机械手回转部分的重要部件.其主要直径分别是18mm、22mm、30mm材料为45号钢。其受力情况如图所示：图37 轴受力图用所受力最大的横截面验算：所以轴合适。3.2.7齿轮的设计设z的齿数为z=23，按机械原理表10-1标准模数系列表（GB1357-2008）取m=2，取。则分度圆直径： （3.11）齿顶高： （3.12）齿根高： （3.13） 齿顶圆直径： （3.14）由于与齿条相啮合，所以不必计算齿条的参数，齿条参数可与齿轮的相关参数一致。3.2.8轴承的选用与校核由于轴为竖直轴，所以轴上的轴承受到一个由径向力的作用和一个轴向力的作用，由已知数据可知，查机械设计手册5表39.2-23圆锥滚子轴承（GB/T297-1994）可以粗选型号329/22-2BC，则：由于另一个轴承只是起辅助支撑的作用，则根据轴直径的大小，查机械设计手册5表39.2-23圆锥滚子轴承（GB/T297-1994）可以粗选型号32904-2BD轴承校核轴承静载能力公式： （3.15） 式中-轴承静强度安全系数-当量静载荷结合机械手的运动形式，查机械设计表13-8可得由于 （3.16）式中：-为径向载荷，-为轴向载荷。所以查机械设计表13-5可得：，则所以 （3.18）由计算可知，轴承受的力远远小于额定静载荷，所以此轴承合理，不必进行校核计算。33设计过程中的注意事项（1）摆杆刚度要好，要合理的选择摆杆的横截面的形状，工字杆的刚度相比其他形状杆的刚度大，首选工字钢。（2）摆杆终端所产生的倾覆力矩尽量小，使危险截面能够在危险系数内安全的工作，不至于频繁的弯曲或变形。（3）所有零件要有足够的刚度和稳定性。 （4）能选择标准件的，最好都选择标准件，通过标准件的尺寸再设计相关零件的尺寸，这样能降低计算量。（5）要留有有一定的调节空间，方便与实际环境相结合。（6）自身结构布置要合理，便于维修。4机械手的控制部分设计41工业机器人控制系统的主要功能和控制方式工业机器人的控制系统是整个机器人组成部分当中最为核心的装置，充当着机器人行动的命令者。控制系统必须使机器人在复杂的周围环境中能够准确的识别运行轨迹，每个时间点机器人所到达的特定位置。要完成复杂的控制，控制系统主要有两个功能：（1）示教再现功能 控制系统通过示教盒，或者一步一步进行示教操作。让预先设定的动作顺序，运动速度，位置信息，用一定的方法教给工业机器人。由其记忆装置将所教的东西记录在存储器当中，当需要这个操作的时候直接从原有的记录当中调出来，完成所需的操作。（2）运动控制功能对工业机器人末端操作器的位姿，速度，加速度等方面的控制。工业机器人的控制方式： 点位控制方式（PTP控制） 就本机械手而言，用以吸取冲压工件的磁盘。在三维空间中运动，规定的时间点上，准时要出现在某一个点位上，但是其运动的轨迹与路径没有任何要求。这种控制系统没有严格精确的规定，在实际的设计与运行当中，能够特别简单的实现，在工业生产当中，特别是对于机器人的精度要求不高的生产环境中，非常的适合。所以，在一些简单的控制设计里，这种控制方式大量的减少了设计的繁琐。 连续轨迹控制方式（CP控制）这种控制方式与前面的控制方式相比，对于速度，轨迹和位置都有特别严格的要求。机器人的每一个关节都能够很协调同步的进行运动，在完成整个任务的过程中，不但要速度精确，位置精确，还要使所运行的轨迹是一条平滑的弧线。这种控制，适合进行点位较多，精确程度要求较高的加工方式。 力控制方式 在完成吸附，放置产品的时候，不但需要有特别准确点，还要在工作中，适当的环节里进行力或者力矩的控制。这种控制方式的原理与位置伺服控制相同，但是它是通过力或者力矩的信号进行反馈的。所以，力矩控制方式相较前两个控制而言，多了一个传感器，更加精确与对环境的识别能力。42气动控制部分由于整个机械手是由气缸来提供动力的。所以控制了气缸的运动就控制了机械手的运动。图41气动系统原理图如上图所示：进入系统的空气，首先要经过一个过滤器，再经过减压阀和油雾器分别进入两个电磁阀。左边的电磁换向阀控制机械手的升降气缸，右边的电磁换向阀控制机械手的回转气缸。两个电磁换向阀的进气口都装有手动节流阀，用来调整流量，达到控制气压缸杆的运动速度。气压的电磁换向阀和液压传动中的电磁控制一样，都是用电磁力使阀芯移动，形成不同的通路，实现控制的目的。按动作方式不同，电磁控制换向阀可分为直动式和先导式，都是利用电磁力推动阀芯换向。压缩空气在没有经过处理时，会有很多杂质，而这些杂质分为很多种，比如漂浮着的尘土，空气中含有酸性或者碱性的水蒸气，或者是从压缩机中挥发的润滑油。为了防止机器受到不必要损害，保证设备的长时间正常运行，降低维修和保养成本，出去空气中的污染物是非常有必要的。分水过滤器：用于空气的粗过滤，其作用是为了能除去空气中对机械系统有害的杂质，油滴和冷凝水。油雾器分为两种：一种是能把雾化后油雾颗粒约为20um的油雾全部随压缩空气输出的普通型油雾器，另一种是只能把雾化后的油雾中油雾粒径为2-3um的油雾随空气输出的微雾型油雾器。固定节流式输出的油雾浓度随输出空气的变化而变化，而可变节流式输出的油雾浓度基本上保持恒定，不随输出空气流量而变化。减压阀的主要作用是能使其进出口压力不同，出口的压力低于进口的压力，并使出口压力可以调节，能使出口的压力维持一个定值，使整个系统能够稳定的工作，不受到气流的影响。减压阀也分为直动式和先导式：减压阀直动式是指借助改变弹簧力来直接调整压力，而减压阀先导式则用预先调整好的气压来代替直动式调压弹簧来进行调压。用流量特性作比较，先导式减压阀性能比直动式减压阀的的性能要好。43单片机控制部分单片机控制部分由于系统的控制对象仅为5个电磁铁(2个三位四通电磁换向阀共有4个电磁铁,加上冲压件吸附电磁铁,共5个),且都为开关量控制,为节省成本,采用单片机控制系统如图4.2所示：选用8952单片机,它片内有8KB的Flash存储器,晶振频率为33MHz。由于其内部含Flash存储器,系统在开发和调试过程中十分容易进行程序的修改,同时,在系统工作过程中,能够有效地保存一些数据信息。单片机的看门狗电路采用集成的看门狗电路x25045。系统显示部分由8位LED数码管组成,其中最高2位作为功能,状态指示符,低6位用来显示数据。显示驱动器选用的是带有串行接口的8位LED控制驱动器PS7219,它可以同时驱动8位LED,与单片机的接口采用简单的3线SPI方式,硬件线路十分简单。键盘输入设置了16个按键,识别方法采用简单实用的线反转法,16个按键按44的阵列接到P3口上的8位I/O上,采用查询方式工作。为确保机械手工作时冲头位于最上面,将冲头位置检测传感器的信号接到单片机的INT1口(此信号在原辊式自动送料系统中已采集),以中断方式工作。单片机通过P1口的输出控制5个电磁铁(阀)。为了提高系统的抗干扰能力,采用光电隔离器TLP521,实现了系统内外部电路的隔离,抑制了各种尖峰脉冲和噪声干扰,从而提高了系统的稳定性。图42系统的单片机控制原理图5机械手的保养51密封与润滑轴承润滑应用塑性的润滑脂，液体的矿物油和固体润滑剂。下面是几种常用的润滑剂：钙基润滑脂，这种润滑脂在轴承温度低于60的情况下可以长期使用，短时间温度可达70；允许轴的圆周速度不超过10m/s。钠基润滑脂，这种润滑脂用在轴的圆周速度低于10m/s的地方，它很难熔化，因此可以在轴承温度为100120的情况下使用。钠基润滑脂（113，JBL1HVH1，RH32），这种润滑脂可以在轴的圆周速度达15m/s的情况下使用。113号润滑脂一般用于在-20100温度下工作的轴承。JBL1HV1V号润滑脂用在铁路车辆轴箱的轴承中。润滑脂填充填充标准一般是被填充壳体自由体积空间的1/21/3。润滑的主要目的是在接触表面形成油膜减少接触面的磨损和摩擦。润滑脂流动性差，不需要经常更换，既起润滑，又起密封作用。润滑脂的受温度的影不大，温度上升的过程中，黏度的变化很小，其具有良好的黏附性，可以防锈，减振及降低噪声。滚动轴承的外界工作环境、转动速度、工作过程中产生的温度，决定其密封的方法与润滑的种类。密封是机械设备中应用最广的零部件之一，主要的作用是防止泄露与外界环境对机身重要部位的污染。一般情况下，轴承采用润滑脂润滑。具体选择可按速度因数值确定，d代表轴承内径，n代表轴承转速，当dn（1.52）10(5)mmr/min时，当速度因数在这范围内的时候采用脂润滑，高于这个值的时候为油润滑。本设计选择是标准号为GB491-1987的钙基润滑脂。52机械手的维护与保养正确、合理的调整使用机械手，可以保证继续黄的使用一定期限性进行维护，使用中注意： （1）充分熟悉掌握本机机械手的结构、特点及使用方法；（2）机械手调整时使用合适的扳手及调整工具，禁止敲打和冲击。（3）机械手发生故障应立即停止，进行检查，只有在排除故障后才允许重新启动。（4）机械手的工作表面应经常保持清洁，工作后应切断电路的总开关。（5）在各外露的加工表面上涂一层薄油以防止生锈。（6）该设备主要用于小型作业，每次运动的进给量不易过大，防止用力过大，损伤机械手。6总结本次毕业设计是传统的工业搬运机械手中的冲床卸料机械手结构设计。根据冲床的生产情况，要求设计的机械手能够在一分钟之内完成40次的卸料。经分析后，确定了一个整体结构由两部分组成的自动卸料机械手。这两部分分别为回转机构部分和升降机构部分。在回转拾取零件的部分，采用了电磁铁吸附的方式。升降部分固定在冲床床身上,带动回转部分整体升降,回转部分负责将电磁铁转入和转出工作台，达到卸料的目的。气动部分由两个三位四通电磁换向阀控制两个气缸做升降和回转运动。控制部分由单片机控制电磁换向阀，继而控制机械手做吸料、转出、卸料、转入等运动。在升降部分确定了气压缸的型号、导向柱、支撑板和轴承的大小，轴承套座根据轴承的尺寸进行设计。回转部分，通过计算，确定了气压缸的基本参数，齿轮和圆柱齿条的参数，校核了圆锥滚子轴承、摆杆和回转轴的强度。经过实际的装配在不影响工作性能的条件下，将部分尺寸进行细微的改动。通过毕业设计我巩固了所学习过的机械原理、机械零件等专业基础知识，又进一步深入了解了电工电子学、计算机（课程）、控制工程等相关方面的知识，真正将所学的知识综合的运用在了一起。参考文献1孙恒，陈作模，葛文杰.机械原理M.西北工业大学机械原理及机械零件教研室编著.高等教育出版社.8版，2013.5.2濮良贵,陈国定，吴立言.机械设计M.西北工业大学机械原理及机械零件教研室编著.9版；高等教育出版社，2013.5.3刘宏新.机电一体化技术M. 北京：机械工业出版社，2015.4郭斌,王彦明,陆艺等.冲床上下料机械手臂及驱动系统设计J.机械传动,2016,40(2)：150153，157.5田乐帅.冲床上下料机械手的设计与研究D.青岛科技大学硕士学位论文,2016.6孙珑.冲压机上下料机械手的开发与研究D.华南理工大学硕士学位论文，2015.7覃南强,谭仲海.基于工业机器人的冲压自动上下料系统的设计J.企业科技与发展,2015,10(398）：4345.8李娜.气动技术在冲压行业中的应用J.液压气动与密封,2016，2：73-75.9于衍伟.适于中小型冲床的经济性自动送料机械手研制J.锻压技术,2011，36（6）：6669.10王建明.自动线与工业机械手技术M.天津，天津大学出版社,2009.11钟全熊.冲压工艺及设备M.北京，北京理工大学出版社，2010.12郑峥.冲压注塑成型设备M.北京，机械工业出版社，2015.13章宏甲.液压与气压传动M.机械工业出版社.第一版；2004年：P91-P98。14张弛.冲床卸料机械手的研制J.机械设计与制造，2005.1015吴宗泽.机械设计实用手册M.北京，化学工业出版社.3版，2010.216郭洪红.工业机器人技术M.西安，西安电子科技大学出版社，2006.317XiangqiHuang,TakeshiSasaki,HidekiHashimoto,FumihiroInoue,BoZheng,TakeshiMasuda,KatsushiIkeuchi.AnAccurateandEfficientPileDriverPositioningSystemUsingLaserRangeFinderM.SpringerBerlinHeidelberg:2013.18TakeshiSasaki,HiroshiKawahara,FumihiroInoue,HidekiHashimoto.CircleFittingBasedPilePositioningandMachinePoseEstimationfromRangeDataforPileDriverNavigationJ.IFACProceedingsVolumes,2012,45(22):.19XuZhou,YuRongChen,ZhenWang.ContactbetweenPrefabricatedPileandPileClampingJawsunderPileDrivingJ.AppliedMechanicsandMaterials,2012,1468(101):.37附录1：外文翻译6自由度的SCARA操纵器的设计构造和控制Claudio Urrea, Juan Corts, Jos Pascal应用研究与技术学报14（2016）396-404摘要：提出了具有6自由度（DOF）的机器人操纵器的设计和实现，它构成了可以测试和研究各种控制技术的物理平台。 机器人具有机械，电子和控制系统，为其设计和实现的直观图形界面允许用户轻松地命令该机器人并为其生成轨迹。 实现这项工作需要将电子，微控制器编程，MatLab / Simulink编程，控制系统，PC和微控制器之间的通信，机械，组装等方面的知识整合在一起。关键词：机器人系统; 工业机器人;SCARA; 设计; 控制系统1.介绍在过去的几十年中，机器人技术在过程自动化方面发挥了非常重要的作用，机器人操纵者在几个生产领域的发展中起着主导作用。 如今，工业机器人被用于各种任务的自动化，例如组装，转移材料，各种焊接，材料的精密切割，码垛，涂装，远程外科手术等许多可能的应用（Lpez，Casteln，Castro ，Pena，Osorio，2013; Siqueira，Terra，Bergerman，2011）。 通常，工业机器人被用于执行重复的作业和/或需要精确度和人难以达到的速度。 这使得有可能提高产品的质量和生产效率（Ben-Gharbia，Maciejewski，Roberts，2014; UrreaKern，2014）。 因此，工业机器人越来越多地用于现代和自动化生产过程以及危险应用中，其使用明显是合理的。另一方面，工业机器人每天可以在许多小时内执行任务，而不会因为目前高度发达和强大的设备而不会失败而变得疲劳或者失去精度或有效性。 因此，要了解，研究，改进，重编程和适应这些系统到不同的场景是必要的，所以用户可以尽可能地从中获益（Gmezet al。，2014; SicilianoKhatib，2008; UrreaKern，2014）。目前的工作源于迫切需要有实际的平台进行科学研究和相应的验证。 除了提出和验证新的控制系统之外，实现具有6自由度的机器人操纵器允许改进工业机器人的控制系统。 因此，本文介绍了具有SCARA1配置的机器人的设计和构造过程，在当今行业有很大的应用（UrreaKern，2012）。2.先进的技术2.1 工业机器人有各种类型的机器人，这取决于它们的物理配置可以分为多种联合的，移动的，zoomorphic的，android和混合的。 在许多关联类中，我们有像图1所示的工业机器人（Adept - SCARA机器人，n.d.）。工业机器人可以被认为是对应于机械手或机械臂，终端执行器，电动机元件或致动器，信息传感器和控制器的一组集成子系统SCARA操纵器具有精度和速度稳定工作所必需的功能（Yamazaki，2014）。由于这个原因，它们被广泛应用于工业装配任务（Wang，Liu，Wei，Xu，Zhang，2014）。已经为这些机器人开发了不同的应用，例如，Wang等人（2014）设计了一个带有双CPU的控制系统，其中基于C +（ROBOOP）中的Robotics Object Oriented Package实现了逆运动学和动力学分析。此外，Surapong和Mitsantisuk（2016）使用SCARA机器人来实现干扰观测器（DOB），而不是力传感器来控制位置并估计外力。另一方面，在Jo和Cheol（2001）中，模糊滑模控制器被设计用于改进快速操作中的特征以及这种类型的控制器的换向效应。该算法通过数字信号处理器（DSP）在SCARA机器人中实现。同样，使用类似特征的机器人，Rossomando和Soria（2016）实现了一种自适应神经网络滑模控制器来补偿机器人的动态变化。此外，Prajumkhaiy和Mitsantisuk（2016）提出了一种补偿SCARA操纵器中的摩擦力的方法，以减少产生的热量，从而防止在操作期间机器人损坏，从而延长工作时间。最后，Bruzzone和Bozzini（2011）进行了一项研究，旨在提高这种机器人机器人的能量效率。2.2机器人控制机器人控制的目的是向关节发送控制信号，使机器人遵循指定的轨迹。已经开发了许多具有不同特性和复杂性的控制算法。现在列举了一些在闭环方案下运行的机器人操纵器的联合控制策略：解耦接头控制，计算扭矩，自适应控制，增益调度或增益规划，自适应计算控制器参考模型，自适应计算对控制器，力控制，鲁棒控制，学习控制等。在列出的控制策略中，本文中使用的控制策略对应于解耦控制，因为我们只是旨在验证这个新设计和实现的机器人的正确功能。这种控制技术实现起来相当简单，因为它不考虑机器人关节之间产生的扰动，即每个关节通过一个PID控制器每个关节以独立的方式来控制每个关节。 PID控制器本质上尝试纠正产生错误的扰动，这必须被抵消（Siqueira等，2011; UrreaKern，2014）。该控制器产生对应于三个项的和的控制信号：项P与误差成比例，项I与误差的积分成正比，项D与误差的导数成正比。以下公式描述了这种类型的控制器：e = ys p- y，其中u是控制信号，e是控制误差，ys是设定值，y是测量过程变量（实际值）。 控制器的参数是比例增益K，积分时间Ti和微分时间Td。在表1中，显示了SCARA操纵器中使用的控制器的参数值3.一般设计3.1 完整的系统