　　　本课题主要对搬运机器人的机械部分展开讨论，对原有的机械结构提出了新的改进方法，并把现在的新技术应用到本课题中，从而使得搬运机器人更加适用于现在的工业工作环境。通过详细了解搬运机器人在工业上的应用现状，提出了具体的搬运机器人设计要求，并根据搬运机器人各部分的设计原则，进行了系统总体方案设计以及包括：机器人的手部、腕部、臂部、腰部在内的机械结构设计。此搬运机器人的驱动源来自液压系统，执行元件包括：柱塞式液压缸、摆动液压缸、伸缩式液压缸等。通过液压缸的运动来实现搬运机器人的各关节运动，进而实现搬运机器人的实际作业。

关键词：搬运机器人；液压系统；机械结构设计

1绪论1

1.1 工业机器人简介1

1.2世界机器人的发展3

1.3我国工业机器人的发展4

1.4本文研究内容5

1.4.1机械手的技术参数5

1.4.2工作范围6

1.4.3运动速度6

1.4.4手臂的配置形式7

2 结构设计8

2.1总体的设计思路8

2.2拟采用的设计方案8

2.2.1自由度和坐标系的选择8

2.2.2驱动方式的选择8

2.2.3手臂的设计9

2.2.4臂部的设计9

2.2.5机座的设计9

2.2.6机械手技术参数9

3手部结构11

3.1概述11

3.2设计时应考虑的几个问题11

3.3夹紧力的计算11

3.4夹紧缸的拉力计算12

3.5确定缸的直径12

4臂部的结构14

4.1概述14

4.2臂部具体设计方案及计算14

4.3前后伸缩手臂的设计计算15

4.3.1前后伸缩手臂驱动力的计算15

4.3.2前后伸缩液压缸的内径计算16

4.3.3活塞杆直径d的计算17

4.4上下伸缩手臂的设计计算17

4.4.1上下伸缩手臂驱动力的计算17

4.4.2上下伸缩液压缸的内径计算17

4.4.3活塞杆直径d的计算17

5 液压系统简介19

6总结20

6.1主要任务20

6.2技术要求20

6.3设计步骤20

6.3.1 搜集资料20

6.3.2计算21

6.3.3装配图及零件图的绘制21

6.4 设计感想21

参考文献23

致谢24

机械手的技术参数

　　　（1）抓重：100Kg(夹持式手部)

　　　（2）自由度数：3个（手抓张合、手臂上下、左右移动）

　　　（3）坐标形式：直角坐标

　　　（4）手臂运动参数

　　　手臂左右行程：500mm

　　　手臂上下行程：350mm

　　　国内搬运机械手的发展趋势主要可以概括为以下几点：

　　　(1) 搬运机械手性能不断提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修)，而单机价格不断下降。

　　　(2) 机械结构向模块化、可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位一体化:由关节模块、连杆模块用重组方式构造搬运机械手整机;国外已有模块化装配搬运机械手产品问市。

　　　(3) 搬运机械手的控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化;器件集成度提高，控制柜日见小巧，且采用模块化结构:大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。

　　　(4) 搬运机械手中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，搬运机械手还应用了视觉、力觉等传感器，

　　　(5) 虚拟现实技术在搬运机械手中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制如使遥控机械手操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操纵搬运机械手。

1.4本文研究内容

1.4.1机械手的技术参数

　　　对象：直径300mm，高400mm的柱形桶装；

　　　抓重：100Kg(夹持式手部)；

　　　自由度数：3个（手抓张合、手臂上下、左右移动）；

　　　坐标形式：直角坐标；

　　　目前使用的机械手的臂力范围较大，国内现有的机械手的臂力最小为0.15N，最大为8000N。安全系数K一般可在。

1.4.2工作范围

　　　机械手的工作范围根据工艺要求和操作运动的轨迹来确定。一个操作运动的轨迹是几个动作的合成，在确定的工作范围时，可将轨迹分解成单个的动作，由单个动作的行程确定机械手的最大行程。

　　　本机械手的动作范围确定如下：

　　　手臂升降行程350mm

　　　手臂水平运动行程500mm

1.4.3运动速度

　　　机械手各动作的最大行程确定之后，可根据生产需要的工作拍节分配每个动作的时间，进而确定各动作的运动速度。搬运机械手要完成整个搬运过程，需完成夹紧工件、手臂升降、伸缩，平移等一系列的动作，这些动作都应该在工作拍节规定的时间内完成，具体时间的分配取决于很多因素，根据各种因素反复考虑，对分配的方案进行比较，才能确定。

　　　机械手的总动作时间应小于或等于工作拍节，如果两个动作同时进行，要按时间长的计算，分配各动作时间应考虑以下要求：

　　　（1）给定的运动时间应大于液压元件的执行时间；

　　　（2）伸缩运动的速度要大于回转运动的速度，因为回转运动的惯性一般大于伸缩运动的惯性。在满足工作拍节要求的条件下，应尽量选取较低的运动速度。机械手的运动速度与臂力、行程、驱动方式、缓冲方式、定位方式都有很大关系，应根据具体情况加以确定。

　　　（3）在工作拍节短、动作多的情况下，常使几个动作同时进行。为此驱动系统要采取相应的措施，以保证动作的同步。

　　　搬运机械手的各运动速度如下：

　　　手臂伸缩速度：；

　　　手臂升降速度：；

　　　手臂水平运动速度：

　　　手指夹紧油缸的运动速度：

1.4.4 手臂的配置形式

　　　机械手的手臂配置形式基本上反映了它的总体布局。运动要求、操作环境、工作对象的不同，手臂的配置形式也不尽相同。本机械手采用悬挂式机械手。机座上可以装上独立的控制装置，便于搬运与安放，机座底部也可以安装行走机构，已扩大其活动范围，它分为手臂配置在机座顶部与手臂配置在机座立柱上两种形式，本机械手采用手臂配置在机座立柱上的形式。手臂配置在机座立柱上的机械手多为圆柱坐标型，它有升降、伸缩运动，工作范围较大。

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