文档包括:
说明书一份，32页，16100字左右。
开题报告一份。
中期报告一份。
外文翻译一份。
图纸共5张，如下所示
A0-手臂伸缩手腕回转部分.dwg
A0-机械手装配图.dwg
A1-手臂升降回转.dwg
A3-活塞杆.dwg
A3-缸体.dwg
办公打印机整箱码垛机械手的设计
摘 要
工业机器人的技术水平和应用程度在一定程度上反映了一个国家工业自动化的水平，随着工业自动化发展的需要，机械手在工业应用中越来越重要。目前工业机械手主要承担着焊接、喷涂、搬运以及码垛等重复性并且劳动强度较大的工作。本文简要介绍了工业机器人的概念，机械手的组成和分类，气动技术的特点及国内外发展状况，本文主要对机械手进行了总体结构设计，确定了机械手的技术参数。同时，设计了机械手的手部结构、腕部结构及机械手的升降臂和回转臂结构，研究了机械手的气动系统。
关键词：工业机器人;机械手;码垛
Design of the Automatic Manipulator for Office printers palletizing
Abstract
Industrial robot technology and applications to some extent,reflect the extent of a country’s level of industrial automation,with the development needs of industrial automation,mechanical hand more and more important in industrial appliations.Current industrial robot is mainly responsible for the welding,coating,handling,and palletizing and other repetitive work and the labor intensity greatly.This paper briefly introduces the concept of industrial robots,composition and classification of the manipulator,the characteristics of peneumatic technology development status of home and abroad.This paper makes an overall design of mainpulator,determine the technical parameters of manipulator.Meanwhile,design and calculation of the manipulator lifting arm and rotating arm structure,design of manipulator han structure.Research of the pneumatic manipulator system.
Keywords: industrial robot;manipulator;palletizing
目 录
1 绪论 1
1.1 课题背景及研究意义 1
1.2 国内外相关研究情况 1
1.2.1 国内机器人研究情况 1
1.2.2 国外机器人研究情况 2
1.3 机械手的组成和分类 2
1.3.1 机械手的组成 2
1.3.2 机械手的分类 5
1.4 本课题研究的主要内容 6
1.5完成本课题的工作方案及进度计划 7
1.6毕业设计的工作量要求 7
2 机械手的设计方案 8
2.1 机械手的座标型式与自由度 8
2.2 机械手的手部结构方案设计 8
2.3 机械手的手腕结构方案设计 8
2.4 机械手的手臂结构方案设计 8
2.5 机械手基座部分设计 8
2.6 机械手的驱动方案设计 9
2.7 机械手的技术参数 9
3 手部结构设计 10
3.1 夹持式手部 10
3.2 手部设计的基本要求 10
3.2.1 应具有适当的夹紧力和驱动力 10
3.2.2 手指应具有一定的开闭范围 10
3.2.3 应保证工件在手指内的夹持精度 10
3.2.4 要求结构紧凑、重量轻、效率高 10
3.2.5 应考虑通用性和特殊要求 11
3.3 手部驱动气缸的设计 11
4 手腕结构设计 14
4.1 手腕的自由度 14
4.2 手腕的驱动力矩的计算 14
4.2.1 腕部回转支承处的摩擦力据 14
4.2.2 手腕转动件和工件的偏重对转动轴线所产生的偏重力矩 14
4.2.3 克服启动惯性所需的力矩 15
4.2.4 回转缸的动片与缸径、定片、端盖等处密封装置的摩擦阻力矩 15
5 臂部结构设计 17
5.1 臂部设计的基本要求 17
5.1.1 臂部应承载能力大、刚度好、自重轻 17
5.1.2 臂部运动速度要高，惯性要小 17
5.1.3 手臂动作应该灵活 17
5.2 手臂伸缩与手腕回转部分 18
5.2.1 结构设计 18
5.2.2 导向装置 18
5.2.3 手臂伸缩驱动力的计算 19
5.3 手臂升降和回转部分 19
5.3.1 结构设计 19
5.4 手臂伸缩、升降用液压缓冲器 20
5.5 手臂回转用液压缓冲器 20
6 基座结构设计 22
7 结论 23
参考文献 24
致谢 26
毕业设计（论文）知识产权声明 27
毕业设计（论文）独创性声明 28
1、毕业设计（论文）题目背景、研究意义及国内外相关研究情况。
1.1 课题名称
办公打印机整箱码垛机械手的设计
1.2 课题研究背景和意义
随着我国经济的持续发展和科学技术的突飞猛进，现代物流作为现代经济的重要组成部分和工业化进程中最为经济合理的综合服务模式，正在全国范围内得以迅速发展。自动化立体仓库作为现代物流系统的重要组成部分，是一种多层存放货物的高架仓库系统，它是在不直接进行人工干预的情况下自动地存储和取出物流的系统。
码垛机械手是完成自动化立体仓库中最重要的设备之一，是货物堆放到立体仓库的前端设备，它能够把单一的物料码放到一起，便于运输，提高了生产效率。它将已装入容器的纸箱，装入大袋的化工产品、水泥、粮食等按一定排列码放在木质（或塑料）托盘上，进行自动堆码，可堆码多层，然后推出，便于叉车运至仓库储存。可大大地减少劳动人员和降低劳动强度，是现代工业社会发展的高科技产物，对提高生产率、降低成本有着重要意义。
1.3 国内外相关研究情况
最早将工业机器人技术用于物体的码放和搬运是日本和瑞典。20世纪70年代末日本第一次将机器人技术用于码垛作业。1974年，瑞典ABB公司研发了全球第一台全电控式工业机器人IRB6，主要应用于工件的取放和物料的搬运。除此之外，德国、意大利、韩国等国家工业机器人的研发水平也相当高。随着计算机技术、工业机器人技术以及人工智能控制等技术的发展和日趋成熟，日本、德国、美国、瑞典、意大利、韩国等国家在包装码垛机器人的研究上做了大量工作，相应推出了自己的码垛机器人，如日本的FANUC和OKURA以及FUJI系列，德国的KUKA系列，瑞典的ABB系列等。
德国、瑞典以及日本等国家的码垛机器人一般为4~6轴机器人，主要由固定底座、连杆、连杆臂、臂部、腕部以及末端执行器组成。机器人主体多采用优质轻巧的铸铝材料制造和连杆式关节型的机构形式，均利用CAD和FEM有限元技术进行结构优化设计，具有较高的机械性能和抗震能力；驱动系统均采用模块式数字化AC伺服电机和RV减速器，取消了腕部关节驱动电机和平衡块，大大优化了整机结构;针对不同类型的产品和包装件，还设计了真空吸持、夹持、义式等多种形式的智能末端执行器。这些先进码垛机器人最显著的技术特点就是采用了基于PC的开放式控制系统，令机器人能够高速、精准、稳定可靠地运行。如瑞典ABB公司为IRB系列码垛机器人研发了主动安全软件和被动安全软件，可对机器人的运动和载荷情况进行监控;电子稳定路径功能可确保机器人在考虑加速度、阻力、重力、惯性等条件的同时，遵循预定运行路径;主动制动系统可以确保机器人维持运行路径的同时对制动予以控制，被动安全功能可实现机器人进行负载识别。日本FANUC M410i系列码垛机器人软件体系也非常强大，PalletTool /PalletPROTM用于码垛设置、仿真和操作;Supports Collision GuardTM用于减少机器人、夹持器、箱/袋以及外围设备的碰撞损坏;基于网络的软件工具用于远程联机、诊断和生产监控;还专门配备了机器视觉引导系统，用于引导机器人完成拆垛和检查工作。
我国的工业机器人从上世纪80年代“七五”科技攻关开始起步，在国家的支持下，通过“七五”、“八五”科技攻关，目前已基本掌握了机器人的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术，生产了部分机器人关键元器件，开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人，其中有130多台套喷漆机器人在20余家企业的近30条自动喷漆生产线站上获得规模应用，弧焊机器人也已应用在汽车制造厂的焊装线上。
但总体来看，我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外相比还有一定的差距，如可靠性低于国外产品；机器人应用工程起步较晚，应用领域狭窄，生产线系统技术与国外相比仍有差距；在应用规模上，我国已安装的国产工业机器人约200多台，仅占全球已安装台数的万分之四。形成以上现象的主要原因是没有形成机器人产业，当前我国的机器人生产都是迎合客户的要求，即“一个客户，一次重新设计”，品种规格多，批量小，零部件通用化程度低，供货周期长，成本高，而且质量和可靠性不稳定。因此迫切需要解决产业化前期的关键技术，对产品进行全面规划，完善系列化、通用化、模块化设计，积极推进产业化进程。
2 本课题研究的主要内容和研究方法或措施。
2.1 主要内容
（1）了解工业机器人的发展及在工业生产中的应用、基本结构和工作原理。
（2）了解并分析办公打印机下线搬运码垛的工作路线。
（3）完成该机械手的结构设计和主要部件的设计计算。
（4）应用软件绘制所设计机械手的装配图。
2.2 研究方法
（1）收集相关资料，并对现有的资料进行研究分析，进而分析自己完成本课题还存在那方面的困难，除了现有的知识外还应该具备那些新的知识。
（2）向指导老师咨询有关问题和上网查文献资料。
（3）设定并计算机械手的相关参数。
（4）画出装置草图并进行相关修改。
（5）用计算机绘制装配图和零件图。
（6）模拟调试后对整个机械手进行完善。
2.3机械手的组成
码垛的作用是将装箱的产品有规律地码放在垛盘上，以便入库和出厂。码垛机械手的工作原理是在高速干包生产线上，通过输箱链道将箱子有规律地集中到整理平台上，外形尺寸和垛盘相等，上下层排列方式不同，机械手从整理平台上将整层的箱子抓起、上升、旋转到垛盘上方、下降、放到垛盘上，码到规定的层数，完成一垛的码垛。
机械手主要由执行机构、驱动系统、控制系统以及位置检测装置等所组成。如下图所示：
(1)执行机构
包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的还增设行走机构。
①手部
即与物件接触的部件。由于与对象接触的形式不同，可分为夹持式和吸附式手部。
②手腕
是连接手部和手臂的部件，并可用来调整被抓取物件的方位(即姿势)。
③手臂
手臂是支承被抓对象、手部、手腕的重要部件。手臂的作用是带动手指去抓取对象，并按预定要求将其搬运到指定的位置.
④立柱
立柱是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分，手臂的回转运动和升降(或俯仰)运动均与立柱有密切的联系。机械手的立往通常为固定不动的，但因工作需要，有时也可作横向移动，即称为可移式立柱。
⑤行走机构
当工业机械手需要完成较远距离的操作，或扩大使用范围时，可在机座上安
装滚轮、轨道等行走机构，以实现工业机械手的整机运动。滚滚轮轮式式布行走机构可分为有轨的和无轨的两种。驱动滚轮运动则应另外增设机械传动装置。
⑥机座
机座是机械手的基础部分，机械手执行机构的各部件和驱动系统均安装于机
座上，故起支撑和连接的作用。
(2)驱动系统
驱动系统是驱动机械手执行机构运动的动力装置，通常由动力源、控制调节装置和辅助装置组成。常用的驱动系统有液压传动、气压传动、电力传动和机械传动。
根据设计要求选用直接驱动，没有远距离传动的必要。
(3)控制系统
控制系统是支配着工业机械手按规定的要求运动的系统。目前工业机械手的控制系统一般由过程控制系统和电气定位(或机械挡块定位)系统组成。
控制系统有电气控制和射流控制两种，它支配着机械手按规定的程序运动，并记忆人们给予机械手的指令信息(如动作顺序、运动轨迹、运动速度及时间)，同时按其控制系统的信息对执行机构发出指令，必要时可对机械手的动作进行监视，当动作有错误或发生故障时即发出报警信号。
(4)位置检测装置
控制机械手执行机构的运动位置，并随时将执行机构的实际位置反馈给控制
系统，并与设定的位置进行比较，然后通过控制系统进行调整，从而使执行机构
以一定的精度达到设定位置。
机械手的手部是用来抓持工件的部件，将直接影响到机械手的工作性能，它是工业机械手的关键部件之一。
设计时要注意的问题：
①结构尽量紧凑重量轻，以利于腕部和臂部的结构设计
②手指应有一定的开闭范围。它的大小不仅与工件的尺寸有关，而且应注意手部接近工件的运动路线及其方位的影响。
③手指应有足够的夹紧力，除考虑夹持工件的重力外，还应考虑工件在传送过程中的动载荷
④应能保证工件在手指内准确定位。
本设计题目中的打印机为已装箱的惠普1020激光打印机，其基本参数如下表述示：
对象尺寸（mm） 对象重量（kg） 垂直行程mm 半径（米）？
250*380*220【注】 6.5 500-1750 3
【注】参照惠普激光打印机1020参数：产品尺寸 242*370*209
产品重量 5.8kg
搬运码垛行程：
水平方向：伸缩行程500mm
纵向（即铅锤方向）升降行程：660mm
三、本课题研究的重点及难点，前期已开展工作
对绘图软件的掌握不熟练，可能会影响绘图，但会努力学习，以便尽快熟练的使用绘图工具。由于没有实际工作经验，在很多参数的选择上，可能会出现考虑不充分的问题，但会尽量参考资料，选择合适的参数。
查找资料，准备机械手的设计前期准备。
四、完成本课题的工作方案及进度计划
1—3周：调研并收集资料。
3—6周：确定设计方案和整体结构特点。
7—11周：完成结构设计计算。
12—15周：完成机械手结构设计的总装配图。
16—18周：完成论文撰写，准备答辩。
毕业设计（论文）的工作量要求：毕业设计论文一篇，不少于10000字；
（1）实验（时数）或实习（天数）：2周
（2）图纸（幅面和张数）：A0图纸（折合）2张；
（3）其他要求：外文翻译不少于3000字，参考文献不少于15篇。
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