球坐标机械手设计
37页 16000字数+说明书+任务书+开题报告+5张CAD图纸【详情如下】
A0机械手装配.dwg
A1机身外观.dwg
A1液压.dwg
A3动片.dwg
A3定片.dwg
任务书.doc
球坐标机械手设计开题报告.doc
球坐标机械手设计论文.doc
翻译-机械手.doc
摘 要
机械手与机械人是二十世纪五十年代以后,伴随着电子技术特别是电子计算机的广泛应用,而迅速发展起来的一门新兴技术。它综合应用了机械、电子、自动控制等先进技术以及物理，生物等学科的基础知识实现机械化与自动化的有机结合。它不仅在工业生产上，而且对宇宙开发，海洋开发，军事工程和生物医学等方面都起着推动的作用，因而日益受到世界许多国家政府，学术团队和科学技术人员的重视，毫无疑问，这门技术将具有广阔的发展前景。
在生产现代化领域里，材料的搬运，机床的上下料，整机的装配等是个薄弱环节。在机械工业部门，这些工序的费用占全部加工费用三分之二以上，而且绝大多数的事故发生在这些工序，自动上下料装置和工业机械手就是为实现这些工序的自动化而采用的。
通用机械手在工业生产中的应用只有二十来年的历史，这种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，并且研制了具有各种感觉器官的机器人。
关键字：机械手 液压缸 PLC 自由度 控制阀
Abstract
Machinery and mechanical hand is the 20th century after the 1950s, accompanied by electronic technology, especially the extensive application of computers and the rapid development of a new and emerging technologies. It comprehensive application of the machinery, electronics, automatic control, and other advanced technology, and physics, biology and other disciplines of basic knowledge of mechanization and automation to achieve the organic integration. It is not only in industrial production, but also the development of the universe, ocean development, military engineering and biomedical and other aspects of the role of promoting the play, thus increasing by many countries in the world government, academic team and the importance of science and technology, there is no doubt that This portal technology will have broad prospects for development.
In the field of modern production, material handling, machine tools expected from top to bottom with two of the assembly is a weak link. In the industrial machinery sector, these processes of the total cost of processing more than two thirds of the cost, but the majority of the accidents occurred in these processes, automatic device from top to bottom and industrial machinery is in hand to achieve the automation of these processes used.
Universal Manipulator in the industrial production of only 20 coming year history of such devices in foreign countries have attached considerable importance to the 1970s, has great variety and quantity of development and has developed a variety of sensory organ of the so-called machine People.
Keyword: manipulator hydraulic cylinder PLC freedom control valve
目 录
摘 要I
AbstractII
目 录III
1 绪论1
1.1 机械手的概述1
1.2 机械手的组成与分类1
1.2.1 机械手的组成1
1.2.2 机械手的分类2
1.3 机械手的应用简况、应用意义及发展趋势3
1.3.1 机械手发展概况3
1.3.2 机械手的组成4
1.3.3 上下料机械手的使用必要性5
1.4 机械手在生产中的作用5
2 总体方案分析7
2.1 总体方案分析7
2.2 方案的确定7
2.3 动作原理7
2.4 工业机械手的传动方案设计8
2.4.1 传动方案设计8
2.4.2 工业机械手主要技术参数8
3 手部的设计9
3.1 手部结构9
3.2 手爪的计算与分析10
3.2.1 手爪执行液压缸工作压力计算10
3.2.2 手爪的夹持误差分析与计算11
4 腕部的设计11
4.1 腕部结构11
4.2 腕部回转力矩的计算11
5 手臂的设计14
5.1 手臂伸缩液压缸的设计计算14
5.1.1 手臂作水平伸缩直线运动驱动力的计算14
5.1.2 手臂垂直升降运动驱动力的计算14
5.1.3 确定液压缸的结构尺寸15
5.1.4 活塞杆的计算16
5.1.5 液压缸端盖的联接方式与强度计算17
5.2 手臂俯仰运动的设计计算19
5.2.1 手臂俯仰时所需的驱动力矩19
5.2.2 缸盖联接螺钉计算和动片联接螺钉计算20
机身设计21
6.1 机身结构的计算21
6.2 机身设计时应注意的事项23
7 机械手液压系统工作原理23
7.1 能量转化简图23
7.2 液压系统的组成24
7.3 液压传动系统机械手的特点24
7.4 油缸泄漏问题与密封装置25
7.4.1 活塞式油缸的泄漏与密封25
7.4.2 回转油缸的泄漏与密封25
7.5 液压系统传动方案的确定26
7.5.1 各液压缸的换向回路26
7.5.2 调速方案26
7.5.3 减速缓冲回路27
7.5.4 系统安全可靠性27
结 论30
致 谢31
参考文献32
指具有可变程序和单独驱动的控制系统，不从属于某种机器，而且能自动
生成传送物件或操作某些工具的机械装置。通用机械手按其定位和控制方式的不同，可分为简易型和伺服型两种。简易型只是点位控制，故属于程序控制类型，伺服型可以是点位控制，也可以是连续轨迹控制，一般属于数字控制类型。这种机械手由于手指可更换(或可调节)，程序可变，故适用于中、小批生产。但因其运动较多，结构较复杂，技术条件要求较高，故制造成本一般也较高。
(2) 按机械手臂部的运动坐标型式分类：
①直角坐标式机械手
臂部可以沿直角坐标轴X、Y、Z三个方向移动，亦即臂部可以前后伸缩(定为沿X 方向的移动)、左右移动(定为沿Y方向的移动)和上下升降(定为沿Z方向的移动)；
②圆柱坐标式机械手
手臂可以沿直角坐标轴的X和Z方向移动，又可绕Z轴转动(定为绕Z轴转动)，亦即臂部可以前后伸缩、上下升降和左右转动；
③球坐标式机械手
臂部可以沿直角坐标轴X方向移动，还可以绕Y轴和Z轴转动，亦即手臂可以前后伸缩(沿X方向移动)、上下摆动(定为绕Y轴摆动)和左右转动(仍定为绕Z轴转动)；
④多关节式机械手
这种机械手的臂部可分为小臂和大臂。其小臂和大臂的连接(肘部)以及大臂和机体的连接(肩部)均为关节(铰链)式连接，亦即小臂对大臂可绕肘部上下摆动，大臂可绕肩部摆动多角，手臂还可以左右转动。
(3) 按机械手的驱动方式分类：
①液压驱动机械手以压力油进行驱动；
②气压驱动机械手以压缩空气进行驱动；
③电力驱动机械手直接用电动机进行驱动；
④机械驱动机械手是将主机的动力通过凸轮、连杆、齿轮、间歇机构等传给机械手的一种驱动方式。
(4) 按机械手的臂力大小分类：
①微型机械手 臂力小于1kg；
②小型机械手 臂力为1—10kg；
③中型机械手 臂力为10—30kg；
④大型机械手 臂力大于30kg。
1.3 机械手的应用简况、应用意义及发展趋势
1.3.1 机械手发展概况
机械手是在自动化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。近年来，随着电子技术，特别是电子计算机的广泛应用，机器人的研制和生产已成为高技术领域内迅速发展起来的一门新兴技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与自动化的有机结合。
机械手是一种模仿人手部的动作，按照预先设定的程序、轨迹和其他要求，实现抓取、搬运工件和操纵工具的自动化装置。
机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动、不知疲劳、不怕危险、抓举重物的力量臂人手大等特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛的得到应用。
1.3.2 机械手的组成
机械手的形式是多种多样的，有的较为简单，有的较为复杂，但基本的组成形式是相同的。一般机械手由执行机构、传动系统、控制系统和辅助装置组成。
机械手的执行机构，由手、手腕、手臂、支座组成。手是抓取机构，用来夹紧或是松开工件，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，可以进行上下、左右和回转动作。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，上下升降和左右摆动等。支柱用来支撑手臂，它是固定的，也可以根据需要做成移动的
执行机构的动作要有传动系统来实现。常用的机械手传动系统分机械传动、液压传动、气压传动和电力传动等几种形式。
控制系统的主要作用是控制机械手按一定的程序、方向、位置、速度进行动作。简单的机械手一般不设置专用的控制系统，只采用行程开关、继电器、控制阀及电路便可实现对传动系统的控制，使执行机构按要求进行动作。动作复杂的机械手则要采用可编程控制器、微型计算机进行控制。
简单的组成和分类以及适用范围如下：
(1) 工业机械手的组成：
执行系统的组成：手部、腕部、机身、行走机构。
驱动系统的组成：各种电气、液压元件。
控制系统的组成：位置检测器、记忆存储器。
(2) 工业机械手的分类：
液压式：操作力大，动作平稳，其缺点是泄油会影响系统的工作性能，油的粘度对温度的变化敏感。
气动式：气源方便，维护简单，易于获得高速度，其缺点是操作力有限，体积大。空气压缩性大,速度控制困难,动作不平稳,控制有滞后现象。
电动式：动力源方便，操作力度大。其缺点是需要设置减速机构，结构较复杂，或用特殊电机驱动。
机械式：一般借助主机动力源，通过凸轮，连杆机构来实现规定的动作，变换程序较困难，结构庞大。
(3) 工业机械手按适用范围分：
专业机械手：一般指附属于某一设备的，动作程序固定的，没有独立的控制系本设计通过对机电一体化专业大学所学知识进行整合，完成一个特定功能、满足特殊要求的四自由度球坐标机械手的设计，比较好地体现机电一体化专业毕业生的理论研究水平、实践动手能力以及专业精神和态度，具有较强的针对性和明确的实施目标，实现了理论和实践的有机结合。
本设计摒弃了照搬照抄国外设计，不具体问题具体分析，不顾具体工作要求，一味仿照国外原型，盲目选择高精度、高性能、高价格的先进元件和设备，从而导致很多功能根本用不着，“大材小用”，无谓的提高了成本，造成资源浪费的老设计“套路”和老方法。在满足系统工艺要求的前提下，将机械手系统中相对独立的环节采用高性价比且相对简洁的结构形式和控制系统，采用模块化设计，大量采用标准化、模块化的通用元配件，从而使成本大为降低，具有显著的技术经济性。本机械手能够实现与数控机床相配合，实现加工过程中上下料的自动化、无人化。而且，只要把手爪的结构稍作改变,就可实现多种工件的自动上料。它在实际生产中的应用推广必将提高产品的质量，并且节约能源，减轻工人的劳动强度，促进生产技术的进步。具有很好的经济效益。
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