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悬挂式工业装卸机械手设计【8张图/19500字】【优秀机械毕业设计论文】

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悬挂式工业装卸机械手设计【】【优秀机械毕业设计论文】.rar

A1-工业机器人原理简图.dwg

A1-工业机器人小车传动装置.dwg

A1-工业机器人小车机构.dwg

A1-工业机器人小车机构2.dwg

A1-工业机器人总体布局.dwg

A1-工业机器人手腕机构.dwg

A1-工业机器人手臂机构.dwg

A1-工业机器人滑板机构.dwg

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关键词：: 悬挂吊挂工业装卸机械手设计优秀优良机械毕业设计论文

资源描述：

文档包括:
说明书一份。50页，19500字。
文献综述一份。
开题报告一份。
外文翻译一份。

图纸共8张，如下所示
A1-工业机器人原理简图.dwg
A1-工业机器人小车传动装置.dwg
A1-工业机器人小车机构.dwg
A1-工业机器人小车机构2.dwg
A1-工业机器人总体布局.dwg
A1-工业机器人手腕机构.dwg
A1-工业机器人手臂机构.dwg
A1-工业机器人滑板机构.dwg

摘要
机械手也被称为自动手，能模仿人手和臂部的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具。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。文章主要叙述了机械手的设计计算过程。
首先，本文介绍了机械手的作用，机械手的组成并进行结构方案设计，同时，本文给出了这台机械手的主要性能规格参量。而后文中全面详尽的讨论了悬挂式工业机械手的手爪、腕部、手臂等主要部件的结构设计，并对臂部平移机构的强度、刚度进行了校核，对腕部驱动力进行了计算。

关键词：悬挂式工业机械手设计计算

ABSTRACT
Mechanical arm is known as automatic robotic hand,which can simulate some action of hands and arms to fix,transport and operate.With the need of improving of industrial automation,mechanical arm is becoming more and more significant.the article is narrative the design and calculation.
Above all, this article describes the role of mechanical arm.and robot design and structural components.While,it contains performance specifications which are central of whole designs.however it introduces Structural design of gripper, wrist, arm of mechanical arm ,and makes calculation for strength, stiffness and driving force of the wrist

Keywords: Suspended Industrial Mechanical Arm Design And Calculation.

目录
绪论 1
机械手综述 1
机械手国内外发展现况 1
第一章机械手的发展方向....……………………………………………………………………...2
1.1机械手的技术发展方向 2
1.2机械手的研究意义 3
1.3机械手的设计目的 3
第二章总体布局设计 4
2.1机械手的工作原理 4
2.2基本设计参数 5
2.3结构方案分析 6
第三章臂部的设计及有关计算 8
3.1 臂部设计的基本要求 8
3.2 手臂的典型机构以及结构的选择 9
3.2.1 手臂的典型运动机构 9
3.2.2 手臂运动机构的选择 9
3.3 手臂回转运动的驱动力计算 9
3.3.1 手臂平移机构的强度、刚度校核 9
3.3.2 手臂机构设计 10
第四章腕部的设计及有关计算 12
4.1 腕部设计的基本要求 12
4.2 腕部的结构以及选择 12
4.2.1典型的腕部结构 12
4.2.2 腕部结构和驱动机构的选择 12
4.3 腕部的设计计算 12
4.3.1 腕部设计考虑的参数 12
4.3.2 腕部的驱动力矩计算 12
4.3.3 腕部的机构设计 14
第五章机械手手爪的结构设计 16
5.1机械手末端执行器的设计要求 16
5.2机器人夹持器的运动和驱动方式 16
5.3 机器人夹持器的典型结构 17
5.4设计具体采用方案 17
第六章工艺规程编制 19
6.1零件分析 19
6.2制定工艺路线…………………...……………………………………………..19
6.3工艺卡片 20
6.4确定工艺方案的原则及注意的问题 23
第七章 PLC在机械手控制系统中的应用 25
7.1 plc概况及在机械手中的应用(这里以日本三菱plcF1—30MR讲解) 25
7.2机械手动作过程 27
7.3 机械手操作方式 27
7.4 PLC程序设计 29
7.4.1机械手的结构......................................................................30
7.4.2电气控制的设计.................................................................31
7.4.3操作面板及动作说明.......................................................31
7.5梯形图的总体设计.....................................................................34
7.5.1各部分梯形图的设计..........................................................35
7.6结论.......................................................................43
结论 45
参考文献 45
致谢 47

本课题研究的目的，意义

机械手也被称为自动手，能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。

　　机械手主要由手部和运动机构组成。手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。自由度是机械手设计的关键参数。自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用机械手有2～3个自由度。

机械手因其较高灵活性和通用性，在生活、制造等各个领域中都扮演着极其重要的角色，它能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。机械手是最早出现的工业机器人，也是最早出现的现代机器人，它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。

国内外研究现状

机械手最早应用在汽车制造工业，常用于焊接、喷漆、上下料和搬运。机械手延伸和扩大了人的手足和大脑功能，它可替代人从事危险、有害、有毒、低温和高热等恶劣环境中的工作；代替人完成繁重、单调重复劳动，提高劳动生产率，保证产品质量。目前主要应用于制造业中，特别是电器制造、汽车制造、塑料加工、通用机械制造及金属加工等工业。工业机械手与数控加工中心，自动搬运小车与自动检测系统可组成柔性制造系统(FMS)和计算机集成制造系统，实现生产自动化。随着生产的发展，功能和性能的不断改善和提高，机械手的应用领域日益扩大。

目前，国际上的机械手公司主要分为日系和欧系。日系中主要有安川、OTC、松下、FANLUC、不二越、川崎等公司的产品。欧系中主要有德国的KUKA、CLOOS、瑞典的ABB、意大利的C0毗U及奥地利的工GM公司。

我国机械手起步于20世纪70年代初期，经过30多年发展，大致经历了3个阶段：70年代萌芽期，80年代的开发期和90年代的应用化期。在我国，机械手市场份额大部分被国外机械手企业占据着。在国际强手面前，国内的机械手企业面临着相当大的竞争压力。如今我国正从一个“制造大国”向“制造强国”迈进，中国制造业面临着与国际接轨、参与国际分工的巨大挑战，对我国工业自动化的提高迫在眉睫，政府务必会加大对机器人的资金投入和政策支持，将会给机械手产业发展注入新的动力。

随着机械手发展的深度和广度以及机器人智能水平的提高，机械手已在众多领域得到了应用。从传统的汽车制造领域向非制造领域延伸。如采矿机器人、建筑业机器人以及水电系统用于维护维修的机器人等。在国防军事、医疗卫生、食品加工、生活服务等领域机械手的应用也越来越多。

在未来几年，传感技术，激光技术，工程网络技术将会被广泛应用在机械手工作领域，这些技术会使机械手的应用更为高效，高质，运行成本低。据猜测，今后机器人将在医疗、保健、生物技术和产业、教育、救灾、海洋开发、机器维修、交通运输和农业水产等领域得到应用。

机械手主要由手部、运动机构和控制系统三大部分组成。手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。自由度是机械手设计的关键参数。自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用机械手有2～3个自由度。控制系统是通过对机械手每个自由度的电机的控制，来完成特定动作。同时接收传感器反馈的信息，形成稳定的闭环控制。控制系统的核心通常是由单片机或dsp等微控制芯片构成，通过对其编程实现所要功能。

机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。

机械手通常用作机床或其他机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，一般没有独立的控制装置。有些操作装置需要由人直接操纵，如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为机械手。机械手在锻造工业中的应用能进一步发展锻造设备的生产能力，改善热、累等劳动条件。

现在我们的研究课题是装卸工业机械手，它是一种模仿人手部分动作A按照预先设定的程序Z轨迹或其它要求实现抓取Z搬运工件或操纵工具的自动化装置)其手部抓持工件的迅速Z准确和牢固程度都将直接影响机械手的工作性能)根据手部所抓持工件的形状Z尺寸Z重量Z材料和表面状况的不同A手部具有多种结构型式)手指式手部是以手指的张开和闭合来抓持工件A它对抓取各种形状的工件具有较大的适应性A故应用最广。

它可完成重物抓取搬运翻转对接微调角度等三维空间移载动作。为物料上下线和生产部品组装提供极理想的助力搬运和组装工具。装卸工业机械手在降低作业劳动强度提供物料安全搬运的同时，也可满足特殊环境如防爆车间，人员无法进入的危险场所提供系统解决方案。可完成各种复杂的工作，降低成本提高效率使用范围广，灵活机动性强，适用于汽车制造，家电视讯，金属制造工业铸造航空以及造纸，食品烟草，玻璃陶瓷，制药，化工石油等行业为生产的优化发挥着巨大的作用。

拟采取的研究路线
调研
查阅资料—开题报告
文献综述—功能原理设计—结构设计—设计计算
校核—计算机绘图—设计说明书

悬挂式工业装卸机械手设计

内容简介：: 【 1】谢存禧 . 机器人技术及其应用 . 北京：机械工业出版社， 2005 【 2】张铁，谢存禧 . 机器人学华南理工大学出版社， 2002 【 3】宗光华 . 机器人创意设计与实践 . 北京：北京航空航天出版社， 2004 【 4】郭洪江 . 工业机器人技术 . 西安：西安电子科技大学出版社， 2006 【 5】朱世强，王宣银 . 机器人技术及其应用 . 浙江：浙江大学出版社， 2001 【 6】刘仙，王容 . 机械手原理 . 北京：中央广播电视大学， 2004 【 7】周伯英 . 工业机器人设计 . 北京：北京机械工业出版社， 1995 【 8】李允文 . 工业机械手设计 . 北京：机械工业出版社， 1996 【 9】达菲著 . 机构和机械手分析 . 北京：北京邮电学院出版社， 1990 【 10】王承义 . 机械手及其应用 . 北京：机械工业出版社， 1981 【 11】蔡自兴 . 机械人学的发展趋势和发展战略 . 北京：机械工业出版社， 2001 【 12】胡玉睿 . 机械手原理 . 北京：中央广播电视大学出版社， 2004 【 13】尤列维奇 . 机器人和机械手控制系统新时代出版社， 1985 【 14 】 A,1989. 本课题研究的目的，意义机械手也被称为自动手，能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。机械手主要由手部和运动机构组成。手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有 6 个自由度。自由度是机械手设计的关键参数。自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用机械手有 2 3个自由度。机械手因其较高灵活性和通用性，在生活、制造等各个领域中都扮演着极其重要的角色，它能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。机械手是最早出现的工业机器人，也是最早出现的现代机器人，它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。国内外研究现状机械手最早应用在汽车制造工业，常用于焊接、喷漆、上下料和搬运。机械手延伸和扩大了人的手足和大脑功能，它可替代人从事危险、有害、有毒、低温和高热等恶劣环境中的工作；代替人完成繁重、单调重复劳动，提高劳动生产率，保证产品质量。目前主要应用于制造业中，特别是电器制造、汽车制造、塑料加工、通用机械制造及金属加工等工业。工业机械手与数控加工中心，自动搬运小车与自动检测系统可组成柔性制造系统 (计算机集成制造系统，实现生产自动化。随着生产的发展，功能和性能的不断改善和提高，机械手的应用领域日益扩大。目前，国际上的机械手公司主要分为日系和欧系。日系中主要有安川、下、二越、川崎等公司的产品。欧系中主要有德国的典的大利的及奥地利的工我国机械手起步于 20 世纪 70 年代初期，经过 30 多年发展，大致经历了 3个阶段： 70 年代萌芽期， 80 年代的开发期和 90 年代的应用化期。在我国，机械手市场份额大部分被国外机械手企业占据着。在国际强手面前，国内的机械手企业面临着相当大的竞争压力。如今我国正从一个“制造大国”向“制造强国”迈进，中国制造业面临着与国际接轨、参与国际分工的巨大挑战，对我国工业自动化的提高迫在眉睫，政府务必会加大对机器人的资金投入和政策支持，将会给机械手产业发展注入新的动力。随着机械手发展的深度和广度以及机器人智能水平的提高，机械手已在众多领域得到了应用。从传统的汽车制造领域向非制造领域延伸。如采矿机器人、建筑业机器人以及水电系统用于维护维修的机器人等。在国防军事、医疗卫生、食品加工、生活服务等领域机械手的应用也越来越多。在未来几年，传感技术，激光技术，工程网络技术将会被广泛应用在机械手工作领域，这些技术会使机械手的应用更为高效，高质，运行成本低。据猜测，今后机器人将在医疗、保健、生物技术和产业、教育、救灾、海洋开发、机器维修、交通运输和农业水产等领域得到应用。机械手主要由手部、运动机构和控制系统三大部分组成。手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有 6 个自由度。自由度是机械手设计的关键参数。自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用机械手有 2 3 个自由度。控制系统是通过对机械手每个自由度的电机的控制，来完成特定动作。同时接收传感器反馈的信息，形成稳定的闭环控制。控制系统的核心通常是由单片机或微控制芯片构成，通过对其编程实现所要功能。机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。机械手通常用作机床或其他机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，一般没有独立的控制装置。有些操作装置需要由人直接操纵，如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为机械手。机械手在锻造工业中的应用能进一步发展锻造设备的生产能力，改善热、累等劳动条件。现在我们的研究课题是装卸工业机械手，它是一种模仿人手部分动作轨迹或其它要求实现抓取其手部抓持工件的迅速根据手部所抓持工件的形状重量手部具有多种结构型式 )手指式手部是以手指的张开和闭合来抓持工件故应用最广。它可完成重物抓取搬运翻转对接微调角度等三维空间移载动作。为物料上下线和生产部品组装提供极理想的助力搬运和组装工具。装卸工业机械手在降低作业劳动强度提供物料安全搬运的同时，也可满足特殊环境如防爆车间，人员无法进入的危险场所提供系统解决方案。可完成各种复杂的工作，降低成本提高效率使用范围广，灵活机动性强，适用于汽车制造，家电视讯，金属制造工业铸造航空以及造纸，食品烟草，玻璃陶瓷，制药，化工石油等行业为生产的优化发挥着巨大的作用。拟采取的研究路线调研查阅资料开题报告文献综述功能原理设计结构设计设计计算校核计算机绘图设计说明书进度安排文献综述前言机械手也被称为自动手，能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。它因其较高灵活性和通用性，在生活、制造等各个领域中都扮演着极其重要的角色。它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。纵观历史可知，现今工业产品各方面与以往有着很大的不同。它们的材料更加复杂，它们的结构更加多样化，精度要求更是比以往上升了数个级别。这些都是机械手出现的原因。给机械手设置固定的程序，使之代替工人作业，从长远角度看，不仅减少了工作时间，提高了工作效率，为公司减少了成本，更减少了工人的工作安全隐患，由此可见，机械手的普及不仅是我们现今的研究重点，更是大势所趋。通过对机械手的研究及制造，我们有望从机械领域解决一些瓶颈问题，虽然现在对机械手的研究还不成熟，但对它的研究将会对工业的发展起到关键性的作用，能有力带动基础科学和技术科学的结合，引领未来高新技术发展。我国工业发展规划前沿技术是指高技术领域中具有前瞻性、先导性和探索性的重大技术，是未来高技术更新换代和新兴产业发展的重要基础，是国家高技术创新能力的综合体现，选择前沿技术的主要原则：一是代表世界高技术前沿的发展方向，二是对国家未来新兴产业的形成和发展具有引领作用。三是有利于产业技术的更新换代，实现跨越发展。四是具备较好的人才队伍和研究开发基础。根据以上原则，要超前部署一批前沿技术，发挥科技引领未来发展的先导作用，提高我国高技术的研究开发能力和产业的国际竞争力，我国已把装备制造业作为当前最紧迫行业，面对各方面的挑战，装备制造业已不能与当前我国的发展水平同步了，而机械手是集各项技术于一身的工业机器，它包括控制技术，新材料，传感与检测，电子信息与传输等，我国重点发展的与机械手相关项目： 1、传感器网络及职能信息处理重点开发多种新型传感器及先进条码自动识别、射频标签、基于多种传感信息的职能化信息处理技术，发展低成本的传感器网络和实时信息处理系统，提供更方便、功能更强大的信息服务平台和环境。 2、重大生产事故预警与救援重点研究开发矿业瓦斯、突水、动力性灾害预警与防控技术，开发燃烧，爆炸、毒物泄露等重大工业事故防控与救援技术及相关设备。 3、职能感知技术重点研究基于生物特性、以自然语言和动态图像的理解为基础的“以人为中心”的职能信息处理和控制技术，中文信息助理、研究生物特征识别、智能交通等相关领域的系统技术。 4、新材料技术新材料技术将向材料的结构功能复合化、功能材料智能化，材料与器件集成化制备和使用过程绿色化发展。突破现代材料设计、评价、表征与先进制备加工技术，在纳米科学研究的基础上发展纳米材料与器件，开发超导材料、智能材料、能源材料等特种功能材料，开发超级结构材料，新一代光电信息材料等。 5、先进制造技术先进制造技术将向信息化、极限话和绿色化的方向发展，成为未来制造业赖以生存的基础和可持续发展的关键，重点突破极端制造、系统集成和协同技术、智能制造与应用技术、成套装备与系统的设计验证技术、基于高可靠性的大型复杂系统和装备的系统设计技术 6、智能服务机器人智能服务机器人是在非结构环境下为人类提供必要服务的多种高技术集成的智能化装备。以服务机器人和危险作业机器人应用需求为重点，研究设计方法、制造工艺、智能控制和应用系统集成等共性基础技术。所有这些前沿技术，发挥科技引领未来发展的先导作用，提高我国高技术的研发能力和产业的国际竞争力。机械手的构成及应用机械手主要由手部和运动机构组成。手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有 6 个自由度。自由度是机械手设计的关键参数。自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用机械手有 2 3 个自由度。机械手因其较高灵活性和通用性，在生活、制造等各个领域中都扮演着极其重要的角色，它能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。机械手是最早出现的工业机器人，也是最早出现的现代机器人，它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。机械手的发展机械手最早应用在汽车制造工业，常用于焊接、喷漆、上下料和搬运。机械手延伸和扩大了人的手足和大脑功能，它可替代人从事危险、有害、有毒、低温和高热等恶劣环境中的工作；代替人完成繁重、单调重复劳动，提高劳动生产率，保证产品质量。目前主要应用于制造业中，特别是电器制造、汽车制造、塑料加工、通用机械制造及金属加工等工业。工业机械手与数控加工中心，自动搬运小车与自动检测系统可组成柔性制造系统 (计算机集成制造系统，实现生产自动化。随着生产的发展，功能和性能的不断改善和提高，机械手的应用领域日益扩大。目前，国际上的机械手公司主要分为日系和欧系。日系中主要有安川、下、二越、川崎等公司的产品。欧系中主要有德国的典的大利的及奥地利的工我国机械手起步于 20 世纪 70 年代初期，经过 30 多年发展，大致经历了 3 个阶段： 70 年代萌芽期， 80 年代的开发期和 90 年代的应用化期。在我国，机械手市场份额大部分被国外机械手企业占据着。在国际强手面前，国内的机械手企业面临着相当大的竞争压力。如今我国正从一个“制造大国”向“制造强国”迈进，中国制造业面临着与国际接轨、参与国际分工的巨大挑战，对我国工业自动化的提高迫在眉睫，政府务必会加大对机器人的资金投入和政策支持，将会给机械手产业发展注入新的动力。本课题研究意义、研究现状、水平和发展趋势随着现代工业技术发展，工业自动化技术越来越高，工人工作环境和工作内容也要求理想化简单化，对于一些往复的工作由机械手远程控制或自动完成显得非常重要。这样可以避免一些人不能接触的物质对人体造成伤害，如冶金、化工、医药、航空航天等，对于机械手的研究国内外的水平不一，但代表当今最先进的技术在日本，他的自动化，人性化令人叹为观止，致谢技术依赖于控制理论、新材料科学，它是融合各种尖端技术的现代机器、我国也陆续在工业中有所应用，对于自动控制，柔性制造系统中应用更为广泛，但我国的自动化水平有待提高，只相当于世界先进技术在 80 年代的水平。随着工业现代化的发展，机械手技术也随之提高，发展的趋势是工作强度高，灵活性强，准确可靠，可以自动检测并下达动作命令，融入先进的人工智能，使人只作平时简单的维护，这也是现代工厂的发展趋势。结语通过收集各方面的资料，我已经对机械手有了初步的了解，虽然问题还是会在以后的设计中出现，不过我相信在老师的引领下，一定能圆满完成任务，完成对悬挂式装卸工业机械手的设计，请陈老师指教。参考文献机器人技术及其应用 . 北京：机械工业出版社， 2005 存禧 . 机器人学 . 广州：华南理工大学出版社， 2002 机器人创意设计与实践 . 北京：北京航空航天出版社， 2004 工业机器人技术 . 西安：西安电子科技大学出版社， 2006 宣银主编 . 机器人技术及其应用 . 浙江：浙江大学出版社，2001 容 . 机械手原理 . 北京：中央广播电视大学， 2004 工业机器人设计 . 北京：北京机械工业出版社， 1995 工业机械手设计 . 北京：机械工业出版社， 1996 机械人学的发展趋势和发展战略 . 北京：机械工业出版社，2001 10. 达菲著 . 机构和机械手分析 . 北京：北京邮电学院出版社， 1990 11. 王承义 . 机械手及其应用 . 北京：机械工业出版社， 1981 12. 胡玉睿 . 机械手原理 . 北京：中央广播电视大学出版社， 2004 A,1989. 工业机器人概述机器人是典型的机电一体化装置，它综合运用了机械与精密机械、微电子与计算机、自动控制与驱动、传感器与信息处理以及人工智能等多学科的最新研究成果，随着经济的发展和各行各业对自动化程度要求的提高，机器人技术得到了迅速发展，出现了各种各样的机器人产品。机器人产品的实用化，既解决了许多单靠人力难以解决的实际问题，又促进了工业自动化的进程。如今，机器人的种类很多，但大都用于工业领域，我们叫他“工业机器人”。今天我们就以工业机器人为例，说明他的基本组成及其工作原理。机器人可以认为是将手臂末端的工具、传感器和手爪移动到程序指定位置的一种机器。当机器人到达位置后，它将执行某种任务。这些任务可以是焊接、密封、机器装料、拆装以及装配工作。除了编程以及系统的开停之外，一般来说这些工作可以在无人干预下完成。如下叙述的是机器人系统基本术语：功能的机械手，通过给要完成的不同任务编制各种动作，它可以运动零件、材料、工具以及特殊装置。这个基本定义引导出后续段落的其他定义，从而描绘出一个完整的机器人系统。某些位置点上机器人将停下来做某些操作，如装配零件、喷涂油漆或者焊接。这些预编程点贮存在机器人的贮存器中，并为后续的连续操作所调用，而且这些预编程点像其他程序数据一样，可在日后随工作需要而变化。因且，正是这种可编程的特征，一个工业机器人很像一台计算机，数据可以在这里储存、后续调用与编辑。使机器人能弯屈、延伸和旋转，提供这些运动的是机械手的轴，亦是所谓的机械手的自由度。一个机械人能有 3，自由度一词总是与机器人轴数相关。它们是安装在机器人手臂末端的附件。这些连在机器人手臂末端的附件可使机器人抬起工件、点焊、刷漆、电焊弧、钻孔、打毛刺以及根据机器人的要求去做各种各样的工作。作单元是机器人执行任务所处的整体环境，该单元包括控制器、机械手、工作平台、安全保护装置或者传输装置。所有这些为保证机器人完成自己任务而必需的装置都包括在这一工作单元中。另外，来自外设的信号与机器人何时装配工作、取工件或放工件到传输装置上。机器人系统有三个基本不见：机械手、控制器和动力源。 A机械手机械手做机器人系统中粗重工作，它包括两个部分：机构和附件 ,机械手也有联接附件基座，如下图所示一机器人基座与附件之间的联接情况。机械手基座通常固定在工作区域的地基上，有时基座也可以移动，在这种情况下基座安装在导轨或者轨道上，允许机械手从一个位置移动到另外一个位置。正如前面所提到的那样，附件从机器人基座上延伸出来，附件就是机器人的手臂，它可以是直线型，也可以是轴节型手臂，轴节型手臂也是大家所知的关节型手臂。机械臂使机械手产生各轴的运动。这些轴连在一个安装基座上，然后再练到托架上，托架确保机械手停留在某一位置。在手臂的末端上，连接着手腕，手腕由辅助轴和手腕凸缘组成，手腕是让机器人用户在手腕凸缘上安装不同工具来做不同种工作。机器手的轴使机械手在某一区域内执行任务，我们将这个区域为机器人的工作单元，该区域的大小与机械手的尺寸相对应，一个典型装配机器人的工作单元。随着机器人机械结构尺寸的增加，工作单元的范围也必须相应增加。机械手的运动由执行元件或驱动系统来控制。执行元件或驱动系统允许各轴在工作单元内运动。驱动系统可用电气液压和气压动力，驱动系统所产生的动力经机构转变为机械能，驱动系统与机械传动链相匹配。由链、齿轮和滚珠丝杠组成的机械传动链驱动着机器人的各轴。机器人控制器是工作单元的核心。控制器储存着预编程序供后续条用、控制外设，及与厂内计算机进行通讯以满足产品经常更新的需要。控制器用于控制机械手运动和在工作单元内控制机器人外设。用户可通过手持的示教盒将机械手运动的程序编入控制器。这些信息储存在控制器的存储器中以备后续调用，控制器存储了机器人系统的所有编程数据，它能存储几个不同的程序，并且所有这些程序均能编辑。控制器要求能够在工作单元内与外设进行通信。例如控制器有一个输入端，它能标识某个机加工操作何时完成。当该加工循环完成后，输入端接通，告诉控制器定位机械手以便能抓取以加工工件，随后机械手抓取一未加工工件，将其放置在机床上。接着，控制器给机床开始加工的信号。控制器可以由根据时间顺序而步进的机械式轮毂组成，这种类型的控制器可用在非常简单的机械系统中。用于大多数机器人系统中的控制器代表现代电子学的水平，是更复杂的装置，即它们是由微处理器操纵的。这些微处理器可以是 8 位， 16 位或 32 位处理器。它们可以使得控制器在操作工程中显得非常柔性。控制器能通过通信线发送电信号，使它能与机器手各轴交流信息，在机器人的机械手和控制器之间的双向交流信息可以保持系统操作和位置经常更新，控制器亦能控制安装在机器人手腕上的任何工具。控制器也有与厂内各计算机进行通信的任务，这种通信联系使机器人成为计算机辅助制造（统的一个组成部分。存储器。基于微处理器的系统运行时要与固态的存储装置相连 ,这些存储装置可以是磁泡，随机存储器、软盘、磁带等。每种记忆存储装置均能贮存、编辑信息以备后续调用和编辑。动力源是给机器人和机器手提供动力的单元。传给机器人系统的动力源有两种，一种是用于控制器的交流电，另一种是用于驱动机械手各轴的动力源，例如，如果机器人的机械手是由液压和气压驱动的，控制信号便传送到这些装置中，驱动机器人运动。对于每一个机器人系统，动力是用来操纵机械手的。这些动力可来源于液压动力源、气压动力源或电源，这些能源是机器人工作单元整体的一部分。机器人的制造动系统、驱动装置和控制系统进行分析和设计采用直角坐标和关节坐标相结合的框架式机械结构形式，这种方式能够提高系统的稳定性和操作灵活性。传动装置的作用是将驱动元件的动力传递给机器人机械手相应的执行机构，以实现各种必要的运动，传动方式上采用结构紧凑、传动比大的蜗轮蜗杆传动和将旋转运动转换为直线运动的螺旋传动。机械手驱动系统的设计往往受到作业环境条件的限制，同时也要考虑价格因素的影响以及能够达到的技术水平。由于步进电机能够直接接收数字量，响应速度快而且工作可靠并无累积误差，常用作数字控制系统驱动机构的动力元件，因此，在驱动装置中采用由步进电机构成的开环控制方式，这种方式既能满足控制精度的要求，又能达到经济性、实用化目的 2. 对机械手运动学和动力学进行分析运动学分析是路径规划和轨迹控制的基础，对操作臂进行了运动学正、逆问题的分析可以完成操作空间位置和速度向驱动空间的映射，采用齐次坐标变换法得到了操作臂末端位置和姿态随关节夹角之间的变换关系，采用几何法分析了操作臂的逆向运动学方程求解问题，对控制系统设计提供了理论依据。机器人动力学是研究物体的运动和作用力之间的关系的科学，研究的目的是为了满足是实时性控制的需要 3. 对机械手控制部分进行分析控制部分是整个物料抓取机械手系统设计关键和核心，它在结构和功能上的划分和实现直接关系到机器人系统的可靠性、实用性，也影响和制约机械手系统的研制成本和开发周期。在控制主机的选用上，采用结构紧凑、扩展功能强和可靠性高的业控制计算机作为主机。硬件是整个控制系统以及极限位置功能赖以存在的物质基础，软件则是计算机控制系统的神经中枢，软件设计的目的是以最优的方式将各部分功能有机的结合起来，使系统具有较高的运行效率和较强的可靠性。在物料抓取机械手软件的设计上，采用的是模块化结构，分为系统初始化模块、数据处理模块和故障状态检测与处理等几部分。步进电机的启停频率远远小于其最高运行频率，为了提高工作效率，需要步进电机高速运行并快速启停时，必须考虑它的升，降速控制问题。电机的升降速控制可以归结为以某种合理的力一式控制发送到步进电机驱动器的脉冲频率，这可由硬件实现，也可由软件方法来实现。本文提出了一种算法简单、易于实现、理论意义明确的步进电机变速控制策略 :定时器常量修改变速控制方案。该方法能使步进电机加速度与其力矩频率曲线较好地拟合，从而提高变速效率。最后，对论文主要研究内容和取得的技术成果进行了总结，提出了存在的问题和不足，同时对机器人技术的发展和应用进行了展望 is a of of so of is of of to is a of in we we as an of be of as a an to a at it of be or a of be of a on of is in 1. A is a to or of a of to in a of a 2. to At of as of or in s as as be as to an is a be 3. is of It to is by s of of A 6 of of to of on a 4. of on of s to of s to do a of on is of 5. of of is in be a or a is in to do is in In in to it up or to a A . of of a to of is to of be In is to a or a to be to As of is of It be a or a is as an of of to a in is to a in At of a is is up of a to to s it to a is of to of of a As s of of is by or or to or by is to by in of be of B. he in is of in is to s as as to of of a is in of of It of be is to an a is is to so it up a is up by to be a of of a on of 162to be in it to of a of of on of s of as of a As is a of in be or or C. he is to of to of is C of of is of if id by or to of is to be a a or an of of n of of of is of to in to on of is by to of to of of no as of of in a of . is on of to of of is to is of of of of is to of . of is it in of to In of C as is of is of of is to in to of of is as so of is In to of of is in or of s be by to a be by or by A is is to to is s At up in of in is 编号 20120852147 本科生毕业设计悬挂式工业装卸机械手设计 f 生姓名李彬专业机械电子工程学号 0852147 指导教师陈玲学院机电工程学院 2012 年 6 月长春理工大学光电信息学院本科毕业论文 I 摘要机械手也被称为自动手，能模仿人手和臂部的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具。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。文章主要叙述了机械手的设计计算过程。首先，本文介绍了机械手的作用，机械手的组成并进行结构方案设计，同时，本文给出了这台机械手的主要性能规格参量。而后文中全面详尽的讨论了悬挂式工业机械手的手爪、腕部、手臂等主要部件的结构设计，并对臂部平移机构的强度、刚度进行了校核，对腕部驱动力进行了计算。关键词：悬挂式工业机械手设计计算长春理工大学光电信息学院本科毕业论文 is as of to of of is is of it of it of of 长春理工大学光电信息学院本科毕业论文录绪论 . 错误 !未定义书签。机械手综述 . 1 机械手国内外发展现况 . 1 第一章机械手的发展方向 . .械手的技术发展方向 . 2 械手的研究意义 . 2 械手的设计目的 . 3 第二章总体布局设计 . 4 械手的工作原理 . 4 本设计参数 . 5 构方案分析 . 6 第三章臂部的设计及有关计算 . 8 部设计的基本要求 . 8 臂的典型机构以及结构的选择 . 9 臂的典型运动机构 . 9 臂运动机构的选择 . 9 臂回转运动的驱动力计算 . 9 臂平移机构的强度、刚度校核 . 9 臂机构设计 . 11 第四章腕部的设计及有关计算 . 12 部设计的基本要求 . 12 部的结构以及选择 . 12 型的腕部结构 . 12 部结构和驱动机构的选择 . 12 部的设计计算 . 12 部设计考虑的参数 . 12 部的驱动力矩计算 . 13 部的机构设计 . 15 第五章机械手手爪的结构设计 . 16 械手末端执行器的设计要求 . 16 器人夹持器的运动和驱动方式 . 16 器人夹持器的典型结构 . 17 计具体采用方案 . 17 第六章工艺规程编制 . 19 件分析 . 19 定工艺路线 . .艺卡片 . 20 定工艺方案的原则及注意的问题 . 23 第七章机械手控制系统中的应用 . 25 7.1 况及在机械手中的应用 (这里以日本三菱 30解 ) . 25 械手动作过程 . 27 械手操作方式 . 27 长春理工大学光电信息学院本科毕业论文序设计 . 30 械手的结构 . 电气控制的设计 . 操作面板及动作说明 .形图的总体设计 . 各部分梯形图的设计 .论 . 论 . 43 参考文献 . 45 致谢 . 46 长春理工大学光电信息学院本科毕业论文 1 绪论机械手综述机械手也被称为自动手，能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。机械手主要由手部和运动机构组成。手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有 6 个自由度。自由度是机械手设计的关键参数。自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用机械手有 2 3 个自由度。机械手因其较高灵活性和通用性，在生活、制造等各个领域中都扮演着极其重要的角色，它能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。机械手国内外发展现况机械手最早应用在汽车制造工业，常用于焊接、喷漆、上下料和搬运。机械手延伸和扩大了人的手足和大脑功能，它可替代人从事危险、有害、有毒、低温和高热等恶劣环境中的工作；代替人完成繁重、单调重复劳动，提高劳动生产率，保证产品质量。目前主要应用于制造业中，特别是电器制造、汽车制造、塑料加工、通用机械制造及金属加工等工业。工业机械手与数控加工中心，自动搬运小车与自动检测系统可组成柔性制造系统 (计算机集成制造系统，实现生产自动化。随着生产的发展，功能和性能的不断改善和提高，机械手的应用领域日益扩大。我国机械手起步于 20 世纪 70 年代初期，经过 30 多年发展，大致经历了 3 个阶段： 70 年代萌芽期， 80 年代的开发期和 90 年代的应用化期。在我国，机械手市场份额大部分被国外机械手企业占据着。在国际强手面前，国内的机械手企业面临着相当大的竞争压力。如今我国正从一个 “制造大国 ”向 “制造强国 ”迈进，中国制造业面临着与国际接轨、参与国际分工的巨大挑战，对我国工业自动化的提高迫在眉睫，政府务必会加大对机器人的资金投入和政策支持，将会给机械手产业发展注入新的动力【 1】。长春理工大学光电信息学院本科毕业论文 2 第一章机械手的发展方向械手的技术发展方向目前国内工业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。因此，国内主要是逐步扩大机械手应用范围，重点发展铸锻、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，相应地发展通用机械手，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式机械手等。将机械手各运动构件，如伸缩、摆动、升降、横移、俯仰等机构，以及适于不同类型的夹紧机构，设计成典型的通用机构，以便根据不同的作业要求，选用不用的典型部件，即可组成各种不同用途的机械手。既便于设计制造，又便于改换工作，扩大了应用的范围。同时要提高精度，减少冲击，定位精确，以更好地发挥机械手的作用。此外还应大力研究伺服型、记忆再现型，以及具有触觉、视觉等性能地机械手，并考虑于计算机联用，逐步成为整个机械制造系统中的一个基本单元【 2】。在国外机械制造业中，工业机械手应用较多，发展较快。目前主要用于机床、模锻压力机的上下料，以及点焊、喷漆等作业中，它可按照事先制定的作业程序完成规定的操作，但是还不具备任何传感反馈能力，不能应付外界的变化。如发生某些偏离时，就将引起零部件甚至机械手本身的损坏。为此，国外机械手的发展趋势是大力研制具有某些智能的机械手，使其拥有一定的传感能力，能反馈外界条件的变化，做出相应的变更。如位置发生稍些偏差时，即能更正，并自行检测，重点是研究视觉功能和触觉功能。视觉功能即在机械手上安装有电视照相机和光学测距仪（即距离传感器）以及卫星计算机。工作时，电视照相机将物体形象变成视频信号，然后传送给计算机，以便分析物体的种类、大小、颜色和方位，并发出指令控制机械手进行工作。触觉功能即在机械手上安装有触觉反馈控制装置。工作时机械手先伸出手指寻找工件，通过装在手指内的压力敏感元件产生触感作用，然后伸向前方，抓住工件。手的抓力大小可通过装在手指内侧的压力敏感元件来控制，达到自动调整握力的大小。总之，随着传感技术的发展，机械手的装配作业的能力将进一步提高。到 1995 年，全世界约有 50%的汽车由机械手装配。现今机械手的发展更主要的是将机械手和柔性制造系统以及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【 3】。械手的研究意义随着现代工业技术发展，工业自动化技术越来越高，工人工作环境和工作内容也要求理想化简单化，对于一些往复的工作由机械手远程控制或自动完成显得非常重要。这样可以避免一些人不能接触的物质对人体造成伤害，如冶金、化工、医药、航空航天等，对于机械手的研究国内外的水平不一，但代表当今最先进的长春理工大学光电信息学院本科毕业论文 3 技术在日本，他的自动化，人性化令人叹为观止，致谢技术依赖于控制理论、新材料科学，它是融合各种尖端技术的现代机器、我国也陆续在工业中有所应用，对于自动控制，柔性制造系统中应用更为广泛，但我国的自动化水平有待提高，只相当于世界先进技术在 80 年代的水平。随着工业现代化的发展，机械手技术也随之提高，发展的趋势是工作强度高，灵活性强，准确可靠，可以自动检测并下达动作命令，融入先进的人工智能，使人只作平时简单的维护，这也是现代工厂的发展趋势【 4】。械手的设计目的工业机械手设计是机械制造、机械设计和机械电子工程等专业的一个重要教学环节，是学完技术基础课及有关专业课以后的一次专业课程内容得综合设计。通过设计提高学生的机械分析与综合能力、机械结构设计的能力、机电液一体化系统设计的能力，掌握实现生产过程自动化的设计方法。通过这一环节要求达到：（ 1）通过设计，把握有关课程（机构分析与综合、机械原理、机械设计、液压与气压传动技术、自动控制理论、测试技术、数控技术、微型计算机原理及应用、自动化机械设计等）中所获得的理论知识在实际中综合地加以运用，是这些知识得到巩固和发展，并使理论知识和生产密切的结合起来。因此，工业机械手的设计是有关专业基础课和专业课以后的综合性的专业课程设计。（ 2）工业机械手设计是机械设计及制造专业和机械电子工程专业的学生一次比较完整的机电一体化的整机设计。通过设计，培养学生独立的机械整机设计能力，树立正确的设计思路，掌握机电一体化机械产品设计的基本方法和步骤，为自动化机械设计打下良好的基础。（ 3）通过设计，使学生能熟练地应用有关参考资料、计算图表、手册、图册及规范，熟悉有关国家标准和部分标准，以完成一个工业技术人员在机械整机设计方面所必须具备的基本技能训练。（ 4）由于机械手设计工作量比较大，为使学生在短时间内得到完整训练，同学以小组为单位，分工合作共同完成此次机械手设计任务，这样既节省了时间，有解决了量大，时间紧的矛盾，同时最大限度的培养了学生分工协作完成大型设计的能力【 5】。长春理工大学光电信息学院本科毕业论文 4 第二章总体布局设计械手的工作原理机械手的系统工作原理框图如图 2示图 2机械手的系统工作原理框图机械手的工作原理：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。在序控制的条件下，采用气压传动方式，来实现执行机构的相应部位发生规定要求的，有顺序，有运动轨迹，有一定速度和时间的动作。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。位置检测装置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【 6】。 (一 )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。由于与物件接触的形式不同，可分为夹持式和吸附式手在本课题中我们采用夹持式手部结构。夹持式手部由手指 (或手爪 )和传力机构所构成。手指是与物件直接接触的构件，常用的手指运动形式有回转型和平移型。回转型手指结构简单，制造容易，故应用较广泛。平移型应用较少，其原因是结构比较复杂，但平移型手指夹持圆形零件时，工件直径变化不影响其轴心的位置，因此适宜夹持直径变化范围大的工件。手指结构取决于被抓取物件的表面形状、长春理工大学光电信息学院本科毕业论文 5 被抓部位 (是外廓或是内孔 )和物件的重量及尺寸。而传力机构则通过手指产生夹紧力来完成夹放物件的任务。传力机构型式较多时常用的有 :滑槽杠杆式、连杆杠杆式、斜面杠杆式、齿轮齿条式、丝杠螺母弹簧式和重力式等。 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物件、手部、手腕的重要部件。手臂的作用是带动手指去抓取物件，并按预定要求将其搬运到指定的位置。工业机械手的手臂通常由驱动手臂运动的部件 (如油缸、气缸、齿轮齿条机构、连杆机构、螺旋机构和凸轮机构等 )与驱动源 (如液压、气压或电机等 )相配合，以实现手臂的各种运动【 7】。 4、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。 (二 )驱动系统驱动系统是驱动工业机械手执行机构运动的。它由动力装置、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、机械传动。 (三 )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程序控制系统和电气定位 (或机械挡块定位 )系统组成。该机械手采用的是序控制系统，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【 8】。 (四 )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。本设计参数根据本次机械手的应用场合和实地的应用要求，其主要的设计参数要求如下：（ 1）承载能力： 160 2）自由度数： 4 长春理工大学光电信息学院本科毕业论文 6 （ 3）手腕摆动： 90 （ 4）夹持器转动： 0.6 m s （ 5）最大位移：小车水平位移（ 15850 滑板垂直位移（ 590 构方案分析悬挂式工业机器人用于金属切削机床和加工旋转体机床组组成的柔性自动成套设备上，悬挂式工业机器人可完成机床上所有必要的操作，从贮存箱中抓取毛坯和卸下在机床上加工好的零件，传输毛坯或零件到机床上或贮存箱中，安装毛坯到机床上，安放零件到贮存箱接收空箱中。而且，毛坯和零件必须以定向形式存放在贮存箱中【 9】。图 2构形式 1 结构 1 中机械手支承系统安装在立柱上，沿门架的导轨移动有专用液压驱动装置的小车。采用弹性液压和电气管路以传递能量到液压驱动装置和工业机器人电控信号。在小车的侧面上装着滑板，它由液压驱动装置相对其机体在垂直方向移动。在滑板上安装手臂机构，带液压驱动装置的转动型。在手臂的下部安装手腕，它可借专用平移机构保持在空间的一定姿态，平移机构与手臂摆动驱动装置一起工作。在手臂的头部中，由标准化支架固定着可换夹持装置，它装有专用电接触传感器，以确定毛坯或零件与夹持器的接触力矩。有被加工的毛坯型式来确定夹持器的结构：工业机械手用于轴类零件【 10】。长春理工大学光电信息学院本科毕业论文 7 图 2构形式 2 结构 2 中机械手支承系统安装在立柱上，小车沿着其导轨移动，小车上装有专用液压驱动装置，用电气管路传递能量到液压驱动装置和工业机器人电控信号。滑板装在小车侧面，它由液压驱动装置相对机体在垂直方向上移动。手臂机构安装在滑板上，可与滑板一起移动。手腕安装在手臂下部，它可由专用液压驱动装置相对于水平轴转动。在手臂的头部，由标准化支架固定着可换夹持装置，它装有专用电接触传感器以确定毛坯或零件与夹持器的接触力矩。在结构 2 中的夹持器主要用于夹持法兰件。接下来我们以结构 1 来分析机械手的各个部件【 11】。长春理工大学光电信息学院本科毕业论文 8 第三章臂部的设计及有关计算手臂部件是机械手的主要握持部件。它的作用是支撑腕部和手部（包括工件或工具），并带动它们作空间运动。手臂运动包括 2 个运动：回转和升降，这样保证机械手可以顺利完成它的工作，拿到要求范围内所需物件。臂部运动的目的：把手部送到空间运动范围内任意一点。如果改变手部的姿态（方位），则用腕部的自由度加以实现。因此，一般来说臂部应该具备 2 个自由度能满足基本要求，既手臂回转和升降运动。手臂的各种运动通常用驱动机构和各种传动机构来实现，从臂部的受力情况分析，它在工作中即直接承受腕部、手部、和工件的静、动载荷，而且自身运动较多。因此，它的结构、工作范围、灵活性等直接影响到机械手的工作性能【 12】。部设计的基本要求一、臂部应承载能力大、刚度好、自重轻根据受力情况，合理选择截面形状和轮廓尺寸。提高支撑刚度和合理选择支撑点的距离。合理布置作用力的位置和方向。注意简化结构。提高配合精度。二、臂部运动速度要高，惯性要小机械手手部的运动速度是机械手的主要参数之一，它反映机械手的生产水平。对于高速度运动的机械手，其最大移动速度设计在 1000 1500mm/s,最大回转角速度设计在 180/s 内，大部分平均移动速度为 1000mm/s，平均回转角速度在 90/s。在速度和回转角速度一定的情况下，减小自身重量是减小惯性的最有效，最直接的办法，因此，机械手臂部要尽可能的轻。减少惯量具体有 3 个途径：（ 1）减少手臂运动件的重量，采用铝合金材料。（ 2）减少臂部运动件的轮廓尺寸。（ 3）减少回转半径，再安排机械手动作顺序时，先缩后回转（或先回转后伸缩），尽可能在较小的前伸位置下进行回转动作。（ 4）驱动系统中设有缓冲装置。三、手臂动作应该灵活为减少手臂运动之间的摩擦阻力，尽可能用滚动摩擦代替滑动摩擦。对于悬挂式的机械手，其传动件、导向件和定位件布置合理，使手臂运动尽可能平衡，以减少对升降支撑轴线的偏心力矩，特别要防止发生机构卡死（自锁现象）。为此，必须计算使之满足不自锁的条件【 13】。长春理工大学光电信息学院本科毕业论文 9 臂的典型机构以及结构的选择臂的典型运动机构常见的手臂升降机构有以下几种：（ 1）按照升降机构的不同分：剪叉式、升缩式、套筒式、升缩臂式、折臂式、平移式。（ 2）按移动的方法不同分：固定式、拖拉式、自行式、车载式、可驾驶式。臂运动机构的选择通过以上，综合考虑，本设计选择平移机构，使用液压驱动 ,液压缸选取双作用液压缸。臂回转运动的驱动力计算先进行粗略的估算，或类比同类结构，根据运动参数初步确定有关机构的主要尺寸，再进行校核计算，修正设计。如此反复，绘出最终的结构。做水平机构升降运动的液压缸的驱动力根据液压缸运动时所克服的摩擦、惯性等几个方面的阻力，来确定液压缸所需要的驱动力。液压缸活塞的驱动力的计算。 F=F 摩 +F 密 +F 回 +F 惯式中 F 摩摩擦阻力。手臂运动时，为运动表面间的摩擦阻力； F 密密封装置处的摩擦阻力； F 回液压缸回油腔底压油液所造成的阻力； F 惯起动或制动时，活塞杆所受平均惯性力；臂平移机构的强度、刚度校核分析：平移机构的强度、刚度的校核，要选取极限位置，以保证其他位置上的强度、刚度都满足要求。下图是机械手臂部极限位置受力示意图，此时弯曲应力最大且挠度最大，于是我们在此位置校核平移机构的弯曲强度和刚度。我们选择材料为45 号钢，已知其许用弯曲强度是 100用最大挠度是性模量E=210移机构的长度设为 1180径为 40重为 160：图 3械手臂部受力示意计算如下：长春理工大学光电信息学院本科毕业论文 10 1 弯曲强度校核由于导向杆有两个且两导向杆受力均衡，可按一个导向杆计算。由：式中最大弯曲应力；最大弯矩； A杆的截面面积；许用弯曲应力；令手腕及手抓部分的重量为 20 g=10 m/ 180/1000 （ 1600+200 ） /2 （ = 1062 Nm A= 2401000 2= （ a100 （即所以满足要求。 2 刚度校核已知 45 号钢的弹性模量 E=210 ： 464， 3m 式中 I惯性矩； E弹性模量；最大挠度；计算可得： 3m （ = 341 6 0 0 2 0 0 1 . 1 8 6 42 3 2 1 0 0 . 0 42 = 所以满足要求。长春理工大学光电信息学院本科毕业论文 11 臂机构设计图 3挂式机械手手臂机构如图 3示，手臂机体 1 由两个管焊制而成，在其上部和下部安装有轴颈，上轴颈 2 和机体 1 刚性连接，并装在滚动轴承中，而滚动轴承安装在固定于滑板的支架 3 中。在一个上轴颈上装有凸轮 4，它作用在控制手臂的极限位置和中间位置的开关 5 上，在固定于滑板上的支架 3 上安装转动接头 6，用以将液压管线引到手臂机构上，下轴颈 7 装在手臂机体 1 的滚动轴承上。手腕 8 固定在这些轴颈上，其中一个轴颈 7 带有花键，通过花键将平移机构 9 的直线移动转变为头部 8 的旋转运动。这样，在手臂任意位置上，头部将保持垂直定向。在手臂机体 1 下部安装转动接头 10，以引导液压管线到头部机构上【 14】。长春理工大学光电信息学院本科毕业论文 12 第四章腕部的设计及有关计算部设计的基本要求 (1) 力求结构紧凑、重量轻腕部处于手臂的最前端，它连同手部的静、动载荷均由臂部承担。显然，腕部的结构、重量和动力载荷，直接影响着臂部的结构、重量和运转性能。因此，在腕部设计时，必须力求结构紧凑，重量轻【 15】。 (2) 结构考虑，合理布局腕部作为机械手的执行机构，又承担连接和支撑作用，除保证力和运动的要求外，要有足够的强度、刚度外，还应综合考虑，合理布局，解决好腕部与臂部和手部的连接。 (3) 必须考虑工作条件对于本设计，机械手的工作条件是在工作场合中搬运加工的棒料，因此不太受环境影响，没有处在高温和腐蚀性的工作介质中，所以对机械手的腕部没有太多不利因素。部的结构以及选择型的腕部结构 (1) 具有一个自由度的回转驱动的腕部结构。它具有结构紧凑、灵活等优点而被广腕部回转，总力矩 M，需要克服以下几种阻力：克服启动惯性所用。回转角由动片和静片之间允许回转的角度来决定（一般小于 270）。 (2) 齿条活塞驱动的腕部结构。在要求回转角大于 270的情况下，可采用齿条活塞驱动的腕部结构。这种结构外形尺寸较大，一般适用于悬挂式臂部。 (3) 具有两个自由度的回转驱动的腕部结构。它使腕部具有水平和垂直转动的两个自由度。 (4) 机 16】。部结构和驱动机构的选择本设计要求手腕回转 90，综合以上的分析考虑到各种因素，腕部结构选择具有一个自由度的回转驱动腕部结构，采用液压驱动。部的设计计算部设计考虑的参数夹取工件重量 160回转 90。长春理工大学光电信息学院本科毕业论文 13 部的驱动力矩计算腕部回转时，需要克服以下几种阻力一、腕部回转支承处得摩擦力矩 M 摩 R 1 1 R 2 21= F D + F （）（式中：轴承处支反力（ N），可由静力平衡方程求得；轴承直径（ m）； f轴承的摩擦系数，对于滚动轴承 f=于滑动轴承f= 为简化计算，取 M 摩 =阻力矩二、克服由于工件重心偏移所需力矩 M 偏（ M 偏 = 式中： e工件重心到手腕回转轴线的垂直距离（ m）三、克服启动惯性所需力矩 M 惯启动过程近似等加速运动，根据手腕回转的角速度及启动所需时间 t 启，按下式：= J + J 惯工件启（）或者根据腕部角速度及启动过程转过的角速度启按下式： 2= J + 惯工件启（）（式中： J 工件工件对手腕回转轴线的转动惯量（ Nm J手腕回转部分对腕部回转轴线的转动惯量（ Nm 手腕回转过程的角速度（ 1/s）； t 启启动过程中所需时间（ s），一般取 0.3 s；启启动过程所转过的角度（结构 1 的机械手部主要抓取轴类件，轴类件的转动惯量为： 2 12 （手腕回转所需的驱动力矩相当于上述三项之和： = M + M + 偏惯摩如果手腕回转部分的转动惯量（ J+ J 工件）不是很大时，手腕启动过程所产生的惯性力矩也不大，为了简化计算可以将计算力矩 M 偏、 M 摩适当放大，而省略掉这时 = 1 . 1 M + 偏摩（）（长春理工大学光电信息学院本科毕业论文 14 我们取夹取棒料直径 100度 1000量 160手部回转 90时，计算力矩：（ 1）手抓、手抓驱动液压缸及回转液压缸转动件等效为一个圆柱体，高为220径 120重力估算： 230 . 0 6 0 . 2 2 7 8 0 0 9 . 8 1 9 0G K g m N K g N （（ 2）简化计算可知摩擦力矩 M 摩（ 3）启动过程所转过的角度启 18=速转动角速度 =10s。 22M J J 惯工件启查取转动惯量公式有： 2 2 2 21 1 1 9 0 0 . 0 6 0 . 0 3 4 22 2 9 . 8 R

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