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蜡模制壳机械手机械部分设计
摘 要
最近，全球内带有夹子夹子或手的机械手系统已经发展起来了，多种方法应用其上，有拟人化和非拟人化的，不仅调查了这些系统的机械结构，而且还包括其必要的控制系统，如同人手一样，这些机械人系统可以用它们的手去抓不同的物体，而且不用改换夹子，这些机械手具备特殊的运动能力比如小质量和小惯量，这使被抓物体在机械手的工作范围内做更复杂、更精确的操作变得可能。这些复杂的操作被抓物体绕任意角度和轴旋转。
本论文介绍了用于夹持蜡模机械手的设计。它采用液压驱动，点位程序控制，动作平稳，控制方便。本论文主要阐述该机械手的夹紧、伸缩、升降和回转的设计和计算。首先从机械手的基础知识介绍有关机械手的组成、分类、臂部设计、液压控制的多种方案，再从本次设计所要求的功能原理设计开始，对于不同的方案加以比较和论证，从中可确定出最优方案，并采用其方案，在对其的结构设计的基础上，对其驱动力和驱动力力矩进行计算。着重阐述了机身的设计，具体阐述了机械手的设计原则和步骤，分析了设计时应注意的问题，并对机械手的平稳性及定位精度给予详细的论述。设计并分析了该机械手所用的液压控制的方法和过程。由于经验不足，知识有限，难免有误，有待改进。
关键词 液压；机械手；液压缸
Wax molded shell robot mechanical part design
Abstract
Recently, the world inside with clamps clips or hand robotic systems have been developed, a variety of methods applied on it, there are anthropomorphic and non-anthropomorphic, not only the investigation of these systems mechanical structure, but also its necessary control system, as manpower, these robotic systems can use their hands to grab different objects, and do not change the clip, these robots possess exceptional athletic ability such as small mass and small inertia, which makes the grasped object in the robot's operating range done within a more complex, more precise operation becomes possible. These complex operations are grasping objects around any angle and axes.
This thesis introduces to used for clipping to hold the outside circle a design for and down anticipating machine hand. It adopts the liquid presses to drive, ordering a procedure control, acting steady, control convenience.
This thesis expatiates the rise and fall of the machine’s hand primarily with the design of the turn-over with compute. Constitute, divide into section form the relevant machine in introduction in knowledge in foundation of the machine hand first, wrist a various projects for and arm department designing, liquid pressing control, start from this design a function for requesting principle, take into the comparison to the different project with the argument, can make sure the superior project from the inside, combine to adopt its project, in as to it’s of the foundation of the construction design, as to it’s driver force and moment proceed the calculation. Emphasize the design that expatiated the fuselage, expatiated the design principle of the machine hand in a specific way with the step, analyzed the problem of design should notice, and give to the steady and fixed position accuracy of the machine hand detailed treatise. Because of experience shortage, the knowledge is limited, difficult do not need the mistake, treat to improve.
Keywords manipulator； liquid presses； driving force； fixed position accuracy
目录
摘 要 I
Abstract II
第1章 绪论 1
1.1 机械手在生产中的作用 1
1.2 机械手国内现状和发展趋势 1
1.3 论文研究的内容 2
第2章 蜡模机械手的总功能原及方案的选择与确定 4
2.1 功能原理设计 4
2.2 初选方案 5
2.2.1 方案一 5
2.2.2 方案二 5
2.3 方案选取 6
第3章 机械手总体方案总结 7
3.1 传动方案的确定 7
3.2 规格参数 7
3.3 结构特点 7
3.3.1 抓取机构 7
3.3.2 手臂的回转运动结构 8
3.3.3 手臂的升降运动机构 8
3.3.4 其它装置 8
3.4 机械手的液压传动系统 9
第4章 机械手的各部分设计 10
4.1 手臂部分设计 10
4.1.1 手臂部分设计要求 10
4.2 手臂回转运动 12
4.2.1 回转缸的选取 12
4.2.2 回转缸主要参数计算 13
4.3 手臂升降运动 15
4.3.1 升降运动机构配置形式 15
4.3.2 液压缸主要参数的确定 16
第5章 机械手的其它部分装置 18
5.1 行程位置检测装置 18
5.2 定位缸 18
结论 20
参考文献 21
致 谢 22
附录 23
第1章绪论
1.1机械手在生产中的作用
机械工业是国民的装备部，是为国民经济提供装备和为人民生活提供耐用消费品的产业。机械工业的规模和技术水平是衡量国家经济实力和科学技术水平的重要标志。因此，世界各国都把发展机械工业作为发展本国经济的战略重点之一。新世纪，生产水平及科学技术的不断进步与发展带动了整个机械工业的快速发展。现代工业中，生产过程的机械化，自动化已成为突出的主题。然而在机械工业中，加工、装配等生产是不连续的。单靠人力将这些不连续的生产工序衔接起来，不仅费时而且效率不高。同时人的劳动强度非常大，有时还会出现失误及伤害。显然，这严重影响制约了整个生产过程的效率和自动化程度。机械手的应用很好的解决了这一情况，它不存在重复的偶然失误，也能有效的避免了人身事故。
在机械工业中，机械手的应用具有以下意义：
1. 可以提高生产过程的自动化程度
应用机械手，有利于提高材料的传送、工件的装卸、刀具的更换以及机器的装配等的自动化程度，从而可以提高劳动生产率，降低生产成本，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。
2. 可以改善劳动条件、避免人身事故
在高温、高压、低温、低压、有灰尘、噪声、臭味、有放射性或有其它毒性污染以及工作空间狭窄等场合中，用人手直接操作是有危险或根本不可能的。而应用机械手即可部分或全部代替人安全地完成作业，大大地改善了工人的劳动条件。同时，在一些动作简单但又重复作业的操作中，以机械手代替人手进行工作，可以避免由于操作疲劳或疏忽而造成的人身事故。
3.可以减少人力，便于有节奏的生产
应用机械手代替人手进行工作，这是直接减少人力的一个侧面，同时由于应用机械手可以连续地工作，这是减少人力的另一个侧面。因此，在自动化机床和综合加工自动生产线上目前几乎都设有机械手，以减少人力和更准确地控制生产的节拍，便于有节奏地进行生产。
1.2机械手国内现状和发展趋势
目前国内机械于主要用于机床加工、铸锻、热处理等方面，数量、品种、性能方面都不能满足工业生产发展的需要。所以，在国内主要是逐步扩大应用范围，重点发展铸造、热处理方面的机械手，以减轻劳动强度，改善作业条件，在应用专用机械手的同时，相应的发展通用机械手，有条件的还要研制示教式机械手、计算机控制机械手和组合机械手等。同时要提高速度，减少冲击，正确定位，以便更好的发挥机械手的作用。此外还应大力研究伺服型、记忆再现型，以及具有触觉、视觉等性能的机械手，并考虑与计算机连用，逐步成为整个机械制造系统中的一个基本单元。 国外机械手在机械制造行业中应用较多，发展也很快。
目前主要用于机床、横锻压力机的上下料，以及点焊、喷漆等作业，它可按照事先指定的作业程序来完成规定的操作。国外机械数的发展趋势是大力研制具有某种智能的机械手。使它具有一定的传感能力，能反馈外界条件的变化，作相应的变更。如位置发生稍许偏差时，即能更正并自行检测，重点是研究视觉功能和触觉功能。目前已经取得一定成绩。
目前世界高端工业机械手均有高精化，高速化，多轴化，轻量化的发展趋势。定位精度可以满足微米及亚微米级要求，运行速度可以达到3M/S，量产产品达到6轴，负载2KG的产品系统总重已突破100KG。更重要的是将机械手、柔性制造系统和柔性制造单元相结合，从而根本改变目前机械制造系统的人工操作状态。同时，随着机械手的小型化和微型化，其应用领域将会突破传统的机械领域，而向着电子信息、生物技术、生命科学及航空航天等高端行业发展。
目前我国机械手的研发和应用还处在一个发展的阶段，跟美国日本等发达国家相比还有很大的差距，很多产品还需进口，特别是高灵活、高精度的机械手。要使我国机械工业更进一步在发展壮大，就必须提高其自动化程度和生产效率，将人手操作变为机械手操作。同时，国家应加大对机械手及机器人的研发投入，积极开发出拥有自主知识产权的产品，从根本上解决对国外产品的进口需求。
1.3论文研究的内容
在现代工业自动化生产领域里，蜡模制壳是十分重要的工作环节，而实现这个环节的自动化将大大提高生产效率，减少成本并且避免造成对人体的危害。工业机械手就是为了实现这些环节的自动化而设计的。
自动化蜡模制壳装置是蜡模件经过定向机构实现定向排列，然后顺次地由机械手把它夹取送去沾水玻璃、喷砂，并把工件取走放置下一个工位。如工件易损坏，形状复杂，很难实现自动定向，则往往通过人工定位后，再有机械手进行制壳工作。
目前我国研制使用的工业机械手大多数是属于专用机械手，仅有少量的通用机械手。由于通用机械手改变工作程序比较方便，特别适用于多品种、小批量的生产。
通用机械手在工业生产中的应用只有二十来年的历史。这些装置在国外得到相当重视，到七十年代，其品种和数量都有很大的发展，并且研制出了各种具有感觉器官的工业机器人。
我所设计的是蜡模制壳机械手。属于圆柱坐标式，全液压驱动机械手，具有手臂升降，收缩，回转3个自由度，执行机构由手部，手臂伸缩机构，手臂升降机构，手臂回转机构组成。它的工作过程是手臂伸出夹紧蜡模并收回，沾取水玻璃，喷砂，重复沾取喷砂3次，送到下一工位并复位。
手臂的回转采用单片式液压摆动马达，油缸摆角为180度，使用在180度以内，回转油缸的动片与输出轴固联，输出轴通过键与回转连接件连接，回转油缸的壳体与手臂坐固联，当回转油缸的动片回转时，带动输出轴自转。从而带动手臂坐也绕O——O轴线回转，即为手臂的水平
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