多自由度机械手设计
36页-17000字数+说明书+开题报告+中期报告+7张CAD图纸
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多自由度机械手设计开题报告.doc
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底座.dwg
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机械手图纸全部.dwg
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腰部中间轴.dwg
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齿轮.dwg
摘要
随着现代科学技术的发展，机器人技术越来越受到广泛关注，在工业生产日益现代化的今天，机器人的使用变得越来越普及。因此，对于机器人技术的研究也变得越来越迫切，尤其是工业机器人方面。本论文作者针对这一领域，设计了一款液压机械机械手，该机器人拥有五个自由度。首先，作者针对该机器人的设计要求，对结构设计选择了一个最优方案，对关键零件设计并进行校核。
本课题是一个机械、液压紧密的实用性项目，文中对机械手机械结构的设计、液压系统的设计讨。最后，总结了全文，指出了机械手的改进措施、应用前景和发展方向。
关键字：机械手，液压系统，五个自由度
目录
摘要I
AbstractII
第1章 绪论1
1.1 选题背景及其意义1
1.2 国内外研究现状与发展趋势1
1.3 本设计主要研究的内容3
第2章 机械手的总体设计4
2.1 机械手的组成及各部分关系概述4
2.2 机械手的设计分析4
2.2.1 设计要求4
2.2.2 总体设计任务分析4
2.2.3 总体方案拟定6
第3章 机械手结构的设计分析8
3.1 末端操作器的设计分析8
3.2 手腕的设计分析8
3.3 手臂的设计分析8
3.4 机身和机座的设计分析9
第4章 机械手各部件的载荷计算11
4.1 设计要求分析11
4.2 手指夹紧机构的设计11
4.3 手臂伸缩机构载荷的计算12
4.4 手臂俯仰机构载荷的计算13
4.5 机身摆动机构载荷力矩的计算13
4.6 初选系统工作压力14
第5章 机械手各部件结构尺寸计算及校核16
5.1 手腕油缸尺寸的确定16
5.2 手臂伸缩机构结构尺寸的确定19
5.3 手臂俯仰机构结构尺寸的确定19
5.4 机身摆动机构的确定19
5.5 强度校核19
5.6 弯曲稳定性校核20
第6章 液压系统的设计22
6.1 制定基本方案22
6.1.1 基本回路的选择22
6.2 液压元件的选择22
6.2.1 液压泵的选择22
6.2.2 液压泵所需电机功率的确定24
6.2.3 液压阀的选择24
6.2.4 液压辅助元件的选择原则25
6.2.5 油箱容量的确定26
6.2.6 液压原理图27
结论29
参考文献30
本设计主要研究的内容
本课题研究的机械手一共拥有五个自由度，采用全液压驱动，本文拟定解决的主要问题如下：
1、机械部分
机械手的执行机构，由手爪、手腕、手臂、支座组成。手爪是抓取机构，用来夹紧或是松开喷枪，与人的手指相仿，能完成人手的类似动作。手腕是连接手指和手臂的元件，可以进行俯仰动作。简单的机械手可以没有手腕，而只有手臂，手臂的动作和手腕相类似，只是动作范围更大，可以前后伸缩，上下俯仰和左右摆动等。支柱用来支撑手臂，它是固定的。
（1）机械结构部分
1.运动形式方案选择
为实现不同动作，应选取不同方案。本课题已确定采用球坐标机构。
2.机身结构
机身采用回转与俯仰结构机身。实现回转的驱动方案有几种，摆动油缸驱动，升缩油缸在上，回转油缸在下。实现机身回转采用液压马达驱动。
3.手臂结构
手臂的运动方式为左右转动、前后伸缩及上下摆动，其中上下摆动采用手臂俯仰油缸与活塞杆机构连用来实现，手臂的前后伸缩采用直线缸来实现。
4.手腕结构
手腕设计根据我所设计的机械手的要求，选择双自由度手腕。手腕的俯仰动作由液压缸直接驱动，抓取同样用液压缸驱动。
（2）机械手驱动方案
采用液压驱动，液压实现机身的回转与俯仰，以及各部件的伸缩俯仰运动。为实现机身的旋转，选用液压马达驱动。手臂伸缩与俯仰都采用液压缸驱动。手腕俯仰采用液压缸驱动，手抓的驱动同样采用液压驱动。
第2章 机械手的总体设计
2.1 机械手的组成及各部分关系概述
机械手由三大部分（机械部分、传感部分、控制部分）六个子系统（驱动系统、机械结构系统、感受系统、机器人-环境交互系统、人机交互系统、控制系统）组成。
机械结构系统：机器人的机械结构又主要包括末端操作器、手腕、手臂、机身（立柱）。
驱动系统：驱动器是把从动力源获得的能量变换成机械能，使机器人各关节工作的装置，常见的驱动形式有步进电机驱动、直流电机驱动、交流电机驱动、液压驱动、气压驱动以及近些年出现的一些特殊的新型驱动（例如超声波驱动、磁致伸缩驱动、静电驱动等）。
控制系统：机器人的控制方式多种多样，根据作业任务不同，主要可分为点位控制方式（PTP）、连续轨迹控制方式（CP）、力（力矩）控制方式和智能控制方式。
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