电动式关节型机器人机械手的结构设计【四自由度+负重10KG】【8张CAD图纸+毕业论文】

电动式关节型机器人机械手的结构设计【四自由度+负重10KG】

45页 17000字数+说明书+任务书+8张CAD图纸【详情如下】

任务书.doc

传动原理图.dwg

工作空间图.dwg

机构简图.dwg

机身.dwg

电动式关节型机器人机械手的结构设计论文.doc

电动式关节型机器人机械手装配图.dwg

臂部.dwg

轴.dwg

齿轮轴.dwg

电动式关节型机器人机械手的结构设计

(毕业设计应完成的主要内容，设计任务达到的目标)

主要内容:

（1）完成调研报告和开题报告；

（2）完成电动式关节型机器人机械手的结构设计；

目标:

完成电动式关节型机器人机械手的结构设计，其中包括装配图及关键的零件图；

（毕业设计完成具体工作量；成果形式；验收方式）

（1）1张A0图纸，包括装配图、零件图；

（2）调研报告、开题报告以及设计计算说明书；

（对完成设计任务方面的具体要求：设计技术参数、数据及来源、调试所用仪器设备）

设计技术参数：

手部负重：       10kg（抓取物体的形状为圆柱体.圆柱半径.高度自定.密度7.8g/cm3.）

运动轴数：      

数据来源：

北京机械工业自动化研究所、上海发那科机器人有限公司

（对部分有实习环节的专业，提出实习或调研的具体要求，包括调研提纲、实习时间、地点和具体内容要求）

（1）了解国内外工业机器人的现状、水平和发展趋势；

（2）了解工业机器人的各个组成部分；

（3）掌握电动式关节型机器人机械手的组成机构及其工作原理；

（4）分析现有各种类型工业机器人的特点，如运动方式、驱动方式、控制方式等；

（5）总结出本设计课题的基本实现方法及结构，分析其技术关键及难点；

（6）做出本设计课题的设计安排，如技术线路、研究方法、设计工具、时间安排等。

目录

摘要 1

Abstract2

第1章 绪 论3

1.1绪言3

1.2课题工作要求6

1.3课题基本参数的确定7

第2章 结构的设计9

2.1手部机构9

2.1.1手指的形状和分类10

2.1.2设计时考虑的几个问题10

2.1.3手部夹紧的设计11

2.2 手腕结构设计12

2.2.1 手腕的自由度12

2.2.2 手腕的驱动力矩的计算12

2.3手臂伸缩升降的尺寸设计与校核17

2.3.1 手臂伸缩的尺寸设计与校核17

2.3.2 手臂升降的尺寸设计与校核18

2.3.3 手臂的尺寸设计与校核19

第3章  控制系统设计21

总 结43

致  谢44

参考文献45

摘要

本文简要介绍了电动式关节型机器人机械手的概念，机械手硬件和软件的组成，机械手各个部件的整体尺寸设计，气动技术的特点。本文对机械手进行总体方案设计，确定了机械手的坐标形式和自由度，确定了机械手的技术参数。同时，设计了机械手的夹持式手部结构，设计了机械手的手腕结构，计算出了手腕转动时所需的驱动力矩和回转气缸的驱动力矩。设计了机械手的手臂结构。设计出了机械手的气动系统，绘制了机械手气压系统工作原理图，大大提高了绘图效率和图纸质量，画出了机械手的装配图图。

关键词： 工业机器人 机械手 电动  电动式关节型机器人机械手

Abstract

At first, the paper introduces the conception of the industrial robot and the Eller. Dairy  information of the development briefly. What’s more, the paper accounts for the background and the primary mission of the topic. The paper introduces the function, composing and classification of the manipulator, tells out the free-degree and the form of coordinate. At the same time, the paper gives out the primary specification parameter of this manipulator,The paper designs the structure of the hand and the equipment of the drive of the manipulator. This paper designs the structure of the wrist, computes the needed moment of the drive when the wrist wheels and the moment of the drive of the pump.The paper designs the structure of the arm. The paper institutes two control schemes of according to the work flow of the manipulator. The paper draws out the work time sequence chart and the trapezium chart.

KEY WORDS: Industrial robot          robot       electric  

electric-type joints robot manipulator

1.3课题基本参数的确定

1、手部负重：10kg（抓取物体的形状为圆柱体.圆柱半径.高度自定.密度7.8g/cm3.）

2、自由度数：4个，沿Z轴的上下移动，绕Z轴转动，沿X                                     轴的伸缩，绕X轴的转动

3、坐标型式：圆柱坐标，其圆柱坐标型式的运动简图如图所示（见图1）

4、最大工作半径：1800mm，最小工作半径1350mm

5、手臂最高中心位置：1012mm

或伺服电机上端最高行程：1387mm（见图2）

             最小行程：1237mm6、手臂运动参数：

         伸缩行程（X）：450

              伸缩速度：〈250mm/s

              升降行程（Z）：150mm

              升降速度：〈60mm/s

              回转范围（φ）：0~180度

              回转速度：〈70/s

7、手腕运动参数：

       回转范围（ω）：0~180

       回转速度：90/s

8、手臂握力：由N=0.5/f*G定

       这里取f=0.1   G=10kg

      N=0.5/f*G=50kg

      即手指握力为50kg

9、定位方式：闭环伺服定位

10、重复定位精度：±0.05mm

11、驱动方式：电气（伺服电机）

12、控制方式：采用MGS-51单片微机第2章 结构的设计

2.1手部机构

   手部机构是机器人机械手直接与工件、工具等接触的部件，它能执行人手的部分功能。目前，根据被抓取工件、工件等的形状、尺寸、重量、易碎性、表面粗糙度的不同，在工业生产中使用着多种形式的手部机构，最常见的是钳爪式、磁吸式和气吸式，也有少数的特殊形式。不同形式的手部机构其夹紧力的计算各有不同。

   钳爪式手部机构是最常见的形式之一。手爪有两个、三个或多个，其中两个的最多。抓取工件的方式有两种：外卡式和内撑式。从其机械机构特征、外观与功用来看，有多种形式，它们分别是：

（1）拨杆杠杆式钳爪

（2）平行连杆式钳爪

（3）齿轮齿条移动式钳爪

（4）重力式钳爪

（5）自锁式钳爪

（6）自动定心钳爪

（7）抓取不同直径工件的钳爪

（8）具有压力接触销的钳爪

（9）抓勾与定位销十钳爪

（10）复杂形状工件用的自动调整式钳爪

（11）同时抓取一对工件的钳爪与内撑式三指钳爪

（12）特殊式手指钳爪

同时对钳爪的选用也非常重要，应考虑以下几个方面：

1应具有足够的夹紧力，这样才能防止工件在移动过程中脱落，一般夹紧力为工件重量的2到3倍。

2应具有足够的张开角，来适应它抓取和松开工件之间较大的直径范围，而且夹持工件中心位置变化要小（即定位误差小）。

3应具有足够的强度和刚度，以免承受在运动过程中产生的惯性力和震动的影响。

4应能保证工件的可靠定位

5应适应被抓取对象的要求

6尽可能具有一定的通用性  

夹持式手部结构由手指(或手爪)和传力机构所组成。其传力结构形式比较多，如滑槽杠杆式、斜楔杠杆式、齿轮齿条式、弹簧杠杆式等。

2.1.1手指的形状和分类

夹持式是最常见的一种，其中常用的有两指式、多指式和双手双指式:按手指夹持工件的部位又可分为内卡式(或内涨式)和外夹式两种:按模仿人手手指的动作，手指可分为一支点回转型，二支点回转型和移动型(或称直进型)，其中以二支点回转型为基本型式。当二支点回转型手指的两个回转支点的距离缩小到无穷小时，就变成了一支点回转型手指;同理，当二支点回转型手指的手指长度变成无穷长时，就成为移动型。回转型手指开闭角较小，结构简单，制造容易，应用广泛。移动型应用较少，其结构比较复杂庞大，当移动型手指夹持直径变化的零件时不影响其轴心的位置，能适应不同直径的工件

2.1.2设计时考虑的几个问题

(一)具有足够的握力(即夹紧力)

在确定手指的握力时，除考虑工件重量外，还应考虑在传送或操作过程中所产生的惯性力和振动，以保证工件不致产生松动或脱落。

(二)手指间应具有一定的开闭角

两手指张开与闭合的两个极限位置所夹的角度称为手指的开闭角。手指的开闭角应保证工件能顺利进入或脱开，若夹持不同直径的工件，应按最大直径的工件考虑。对于移动型手指只有开闭幅度的要求。

(三)保证工件准确定位

为使手指和被夹持工件保持准确的相对位置，必须根据被抓取工件的形状，选择相应的手指形状。例如圆柱形工件采用带“V”形面的手指，以便自动定心。

(四)具有足够的强度和刚度

手指除受到被夹持工件的反作用力外，还受到机械手在运动过程中所产生的惯性力和振动的影响，要求有足够的强度和刚度以防折断或弯曲变形，当应尽量使结构简单紧凑，自重轻，并使手部的中心在手腕的回转轴线上，以使手腕的扭转力矩最小为佳。

(五)考虑被抓取对象的要求

根据机械手的工作需要，通过比较，我们采用的机械手的手部结构是一支点， 两指回转型，由于工件多为圆柱形，故手指形状设计成V型，其结构如附图所示。致  谢

在本设计的开题论证、课题研究、论文撰写和论文审校整个过程中，得到了老师的亲切关怀和精心指导，使得本设计得以顺利完成，其中饱含了老师的汗水和心血。老师敏锐的学术思想、严谨踏实的治学态度、渊博的学识、精益求精的工作作风、诲人不倦的育人精神，将永远铭记在学生心中，使学生终生受益。在此我们向老师表示衷心的感谢和崇高的敬意。同时也感谢班主任老师在这几年来对我们的虚心的教导。

感谢学校给我们提供设计场地，和系领导的关心和指导，在设计过程中，结合工作体会和经历，提出了许多建设性的观点，为我完成设计给予了极大的帮助。

感谢机电工程系的领导和老师对我的关心和帮助。

参考文献

（1）费仁元 张慧慧. 机器人机械设计和分析.北京：北京工业大学出版社，1998

（2）马香峰. 机器人机构学.北京：机械工业出版社，1991

（3）加藤一郎. 机械手图册.上海：上海科学技术出版社，1979

（4）张铁 谢存禧. 机器人学.广州：华南理工大学出版社，2000

（5）宗光华 张慧慧 译. 机器人设计与控制.北京：科学出版社，2004

（6）张建民. 工业机器人.北京：北京理工大学出版社，1988

（7）周伯英. 工业机器人设计.北京：机械工业出版社，1995

（8）索罗门采夫. 工业机器人图册.北京：机械工业出版社，1993

（9）余达太. 工业机器人应用工程.北京：冶金工业出版社，1999

（10）吴芳美. 机器人控制基础.北京：中国铁道出版社，1992

（11）任大为. 机械设计手册.北京：化学工业出版社，1998

（12）徐灏. 新编机械设计师手册.北京：机械工业出版社，1995

（13）黄靖远. 机械设计学.北京：机械工业出版社，1999

（14）孟宪源等. 现代机构手册（上、下册）.北京：1994