【JQ030】工业机器人设计【机械专业毕业设计论文】【优秀】【通过答辩】
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- 内容简介：
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I 无锡 太湖学院 机械 系 机电一体化 专业 毕 业 设 计论 文 任 务 书 一、题目及专题： 1、 题目 工业机器人设计 2、专题 二、课题来源及选题依据 工业机器人对于人类来说是当今世界最为突出的发明之一 ， 人类对 机器人 深入的进行 研究。 在 上 个 世纪 的 70 年代 以 后，计算机技术、控制技术、传感技术和人工智能技术 的 迅速发展， 工业 机器人 的研究 也进入 了 高速发展 的阶段，成为综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多门学科而形成的高新技术。其本质是感知、决策、行动和交互四大技术的综合，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的 一项技术 。机器人应用水平是一个国家工业自动化水平的重要标志 。 本课程通过对工业机器人设计，帮助自身加深对的理解和提高对其专业知识 机械原理、机械设计、 材料力学 机器人、传动、实体建模、有限元分析等方面的相关内容 的运用能力。 三、 本设计（论文或其他）应达到的要求： 了解 工业机器人设计 原 理，国内外的研究发展现状； 完成 工业机器人设计 的总体方案设计； 完成有关零部件的选型计算、结构强度校核及 气动 系统设计 ； 熟练掌握有关计算机绘图软件，并绘制装配图和零件图纸，折合 ； 完成设计说明书的撰写，并翻译外文资料 1篇 。 四、接受任务学生： 机械 94 班 姓名 白文杰 五、开始及完成日期： 自 2012 年 11 月 12 日 至 2013 年 5 月 25 日 六、设 计（论文）指导（或顾问）： 指导教师 签名 签名 签名 教 研 室主任 学科组组长研究所所长 签名 系主任 签名 2013 年 11 月 12 日 编号 无锡 太湖学院 毕业设计（论文） 相关资料 题目： 工业机器人设计 机电 系 机械工程及自动化 专业 学 号： 0923195 学生姓名： 白文杰 指导教师： 黄敏 （职称： 副教授 ） 2013年 5月 25日 无锡 太湖学院 毕业设计（论文） 开题报告 题目： 工业机器人设计 机电 系 机械工程及自动化 专业 学 号： 0923195 学生姓名 ： 白文杰 指导教师： 黄敏 （职称： 副教授 ） 2012年 11月 25日 课题来源 自拟 科学依据 （包括课题的科学意义；国内外研究概况、水平和发展趋势；应用前景等） 机器人是二十世纪人类最伟大的发明之一，人类对于机器人的研究由来已久。上世纪 70 年代之后，计算机技术、控制技术、传感技术和人工智能技术迅速发展，机器人技术也随之进入高速发展阶段，成为综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多门学科而形成的高新技 术。其本质是感知、决策、行动和交互四大技术的综合，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。机器人应用水平是一个国家工业自动化水平的重要标志 。 机器人技术的研究在经历了第一代示教再现型机器人和第二代感知型机器人两个阶段之后进入第三代智能机器人的发展阶段。 机械手是在自动化生产过程中使用的一种具有抓取和移动工件功能的自动化装置，它是在机械化、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机械化和自动化有机结合。机械手能代替人类完成危险、重复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，提高劳动生产 率 。机械手越来越广泛 地 得到了应用，在机械行业中它可用于零部件组装 ，加工工件的搬运、装卸，特别是在自动化数控机床、组合机床上使用更普遍。目前，机械手已发展成为柔性制造系统 机床设备和机械手共同构成一个柔性加工系统或柔性制造单元，它适应于中、小批量生产，可以节省庞大的工件输送装置，结构紧凑，而且适应性很强。当工件变更时，柔性生产 系统很容易改变，有利于企业不断更新适销对路的品种，提高产品质量，更好地适应市场竞争的需要。 此外， 医疗机器人是目前国外机器人研究领域中最活跃、投资最多的方向之一 ,其发展前景非常看好。近年来 ,医疗机器人技术引起美、法、德、意、日等国家学术界的极大关注 , 研究工作蓬勃兴起。二十世纪九十年代起，国际先进机器人计划已召开过的多届医疗外科机器人研讨会己经立项 ,开展基于遥控操作的外科研究 ,用于战伤模拟手术、手术培训、解剖教学。欧盟、法国国家科学研究中心也将机器人辅助外科手术及虚拟外科手术仿真系统作为重点研究发展的项目之 一在发达国家已经出现医疗，外科手术机器人市场化产品，并在临床上开展了 大 量病例研究 。 韩国和新加坡的机器人密度 (即制造业中每万名雇员占有的工业机器人数量 )居世界第 1揽了前三名。西欧的意大利、法国、英国和东 面 的匈牙利、波兰等，机器人制造业及应用机器人的情况都有很大发展 研 究内容 （ 1） 了解工业机械人的工作原理，国内外的研究发展现状 。 （ 2） 完成工业机器人的总体方案设计（包括行走机构，回转机构、夹持结构）等 。 （ 3） 完成有关零部件的选型计算、结构强度校核计算； （ 4） 熟练掌握有关计算机绘图软件，并绘制装配图和零件图纸，折合 少于 （ 5） 完成设计说明书的撰写，并翻译外文资料 1 篇。 拟采取的研究方法、技术路线、实验方案及可行性分析 工业机器人目前已成为大规模制造业中作自动化生产线上的重要成员。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。 本课题属工程设计类课题，要求完成工业机器人 的总体和零部件结构设计 。通过本设计，可以帮助学生加深对本专业的相关知识理解和提高综合运用专业知识能力。 研究计划及预期成果 研究计划： 2012 年 11 月 12 日 12 月 25 日：按照任务书要求查阅论 文相关参考资料 。 填写毕业设计开题报告书。 2013 年 1 月 11 日 3 月 5 日：填写毕业实习报告。 2013 年 3 月 8 日 3 月 14 日：按照要求修改毕业设计开题报告。 2013 年 3 月 15 日 3 月 21 日：学习并翻译一篇与毕业设计相关的英文材料。 2013 年 3 月 22 日 4 月 11 日： 分析 全自动机械手中 “臂 ”机构 的基本原理，基本理论及方法； 全自动机械手中 “臂 ”机构 的传动设计及基本设计计算 。 2013 年 4 月 12 日 4 月 25 日： 全自动机械手中 “臂 ”机构 的设计、 结构图、装配图设计； 全自动机械手中 “臂 ”机构 传动分析研究 。 2013 年 4 月 26 日 5 月 21 日：毕业论文撰写和修改工作 。 特色或创新之处 （ 1） 结构紧凑，工作范围大而安装占地小。 （ 2） 具有很高的可达性。可以使其手部进入像汽车车身这样一个封闭的空间内 进行作业，而直角坐标型的机器人就不行。 （ 3） 因为没有移动关节，所以不需要导轨。转动关节容易密封，由于轴承件是 大量生产的标准件，则摩擦小，惯量小，可靠性好。 （ 4） 所需关节驱动力矩小，能量消耗少 已具备的条件和尚需解决的问题 （ 1） 通过参考大量的文献，掌握课题研究的 背景，调研国内外有关课题研究方面的现状、发展和应用情况，发现 全自动机械手中“臂”机构设计中的 问题，明确课题研究的目的、意义、任务及内容。 （ 2） 学习和掌握 全自动机械手实现手术 的相关方法和技术， 并 结合课题实际分析 各种相关方法和技术的优缺点，以便确定方案和设计内容 指导教师意见 指导教师签名： 年 月 日 教研室（学科组、研究所）意见 教研室主任签名： 年 月 日 系意见 主管领导签名： 年 月 日 英文原文 F A . of be If we to be or 2 of to a of of of of a of a 1. of a of by In of of is of in In to of of of a a of if it is to of in of on of of of an as V =6V= of D F = n u m b e r of of a of be 6,656 6 is We of of of of of be of 20 n we 0 2 of of of to a of of of F n we (a) A of is of is (b) by a in (c) of to is We of o f o f a) To a or in is a of in to To a in is a We in a of A of is . (b) of We to to a of be to or of 32be If is a to in or In 6 of a 6 or of of 0 us 1 1 L3 in is a is a to a of so a) b)in no in of to or of be is to a is in o. 2). to of of 0 2 of 1. We as 4. (c) o f 2 be in of a in of We to of be as 6. 1. L I L I L) 2. R 1 L) 3. R I R I L) 4. R I ) 5. ). o f a a) We of to of we to of to as of a of a of z (b) or of a is is R R , we of be of R is R 1 R 1 R of in So 1 R 1 R be to If we a of x, y, z we of of We be r o l l - p i t c h - y a w 2. of x, y, z an on of e of of to 0of of in we 2 of to a of in 3. F of a at to be a is of 3, be i is di is ai is ai is of T is 3, T = A I A 2 A 3 A 4 A s A 6 . (2) By of he of w of of of T be as a4 x 4 of a a e a be in q. (4), We 1, 02, 03, of of of be as of of of 12) 5), we e 4, 05, 06 by q. (13). of of so so we in to of in it is to to In we of (a) In is to of of . It is to at it is of of of n we R - P - Y as to to of of a of a R R R + 00) is by - r, is to of of of gP is as of to of to , R gP of of of to . We of is of to of of to of q. (17), we P as we 10) 11) to :, 02, 03 q. (13) to 4, 05,06. is I. a of a R - P - Y 3) - P - Y is by of . is to is to of d+. P2 of to of , of be of of we 1, 02, 03 10) 11)+, 05, 06 q. (13). . of is in to of go to go . P . . 1,02, 03, gP 10) 11). . 4, 05,06 q. (13)of is to a by in of to of (b) . 4, 05,06 by a . 1, 02, 0310) 11). . 4, 05, 06 q. (13), of . . of of of . . If is a go to to of is to to of or or in a It is a of to A in of of so it is of 4. he of A by of be by a in 2 of of is of of in . J., A on J. 7: 2151955. 2. 980. 3. NC 979. 4. ., B.: 13, 2, 311983. 5. 982. 6. 1983. 7. I摘 要 在生产过程工业机械手是模拟人手动作的机械设备， 它可以替代人工搬运重物或单调，在高粉尘，高温，有毒，易燃，放射性和其他相对较差的工作环境。机器人可用于在生产过程中的自动化抓住并移动工件自动化设备，它是在生产过程的机械化和自动化，开发出一种新的类型的设备。近年来，随着电子技术，特别是计算机的广泛使用机器人的开发和生产的高科技领域已成为迅速发展起来的一项新兴技术，它更促进机器人的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。机械手能 够 代替人类完成危险、减轻人类劳动强度 、 重复枯燥的工作，提高劳动 生产力。 本设计是关于三自由度的圆柱形机械手。利用 件对制件进行设计绘图 。 其包括夹持器、小臂、大臂和底座。明确合理的设计思路，确定了机械手工作原理并对然夹持器、气缸、步进电机、轴承进行了校核计算并附带了简图并 对零件的质量、重心、惯性主轴和惯性力矩进行辅助设计计算，可以大大减轻在设计过程中繁琐计算及校核步骤。 关键字： 机械手，气缸，校核。 is is in to of It in is of of of is a is in it It is a is in In of of a is in It of It of of It of is a is to of It it a of it of of It in 目录 摘 要 .录 . 绪论 . 错误 !未定义书签。 课题研究的内容和意义 . 错误 !未定义书签。 内外发展概况 . 错误 !未定义书签。 业机械手设计内容 . 错误 !未定义书签。 械手设计的作用 . 错误 !未定义书签。 业机械手的分类和组成 . 错误 !未定义书签。 2 手部的设计 . 错误 !未定义书签。 械手设计参数和运动方案 . 错误 !未定义书签。 动方案 . 错误 !未定义书签。 动系统和位置检测装置的选择： . 错误 !未定义书签。 部设计 的结构和计算 . 错误 !未定义书签。 械手的基本要求 . 错误 !未定义书签。 部力的计算 . 错误 !未定义书签。 紧力的计算 . 错误 !未定义书签。 爪驱动气缸的设计 . 错误 !未定义书签。 部误差的分析 . 错误 !未定义书签。 3 机械手臂的设计 . 错误 !未定义书签。 械小臂设计 . 错误 !未定义书签。 臂驱动力的计算 . 错误 !未定义书签。 臂驱动气缸的设计 . 错误 !未定义书签。 缸筒壁厚 的计算 . 错误 !未定义书签。 气缸的选用 . 错误 !未定义书签。 核活塞的稳定性 . 错误 !未定义书签。 臂刚度校核 . 错误 !未定义书签。 盖的连接方式及强度计算 . 错误 !未定义书签。 臂的结构设计 . 错误 !未定义书签。 臂的结构和要求 . 错误 !未定义书签。 动力的计算 . 错误 !未定义书签。 臂驱动气缸的设计 . 错误 !未定义书签。 缸的选择 . 错误 !未定义书签。 核活塞的稳定性 . 错误 !未定义书签。 臂刚度校核 . 错误 !未定义书签。 4 驱动系统设计 . 错误 !未定义书签。 承的设计 . 错误 !未定义书签。 承的选择 . 错误 !未定义书签。 承的计算： . 错误 !未定义书签。 承的寿命校核： . 错误 !未定义书签。 机的基本情况和选择 . 错误 !未定义书签。 机的选则与计算 . 错误 !未定义书签。 意事项 . 错误 !未定义书签。 作原理 . 错误 !未定义书签。 进电机的特点 . 错误 !未定义书签。 波减速器 . 错误 !未定义书签。 波减速器的简介 . 错误 !未定义书签。 波减速器的设计 . 错误 !未定义书签。 座的结构 . 错误 !未定义书签。 5 总 结 . 错误 !未定义书签。 致 谢 . 错误 !未定义书 签。 参考文献 . 错误 !未定义书签。 附 录 . 错误 !未定义书签。 存档编码：无无锡锡太太湖湖学学院院 2013 届届毕毕业业作作业业周周次次进进度度计计划划、检检查查落落实实表表 系别：信机系 班级： 机械94 学生姓名：白文杰 课题（设计）名称： 工业机器人设计 开始日期：2012年11月12日周次起止日期工作计划、进度每周主要完成内容存在问题、改进方法指导教师意见并签字备 注1-32012年11月12日-2012年12月2日教师下达毕业设计任务，学生初步阅读资料，完成毕业设计开题报告。按照任务书要求查阅论文相关参考资料，填写毕业设计开题报告书存在问题：书写格式有错误，对课题理解程度不够，分析有所欠缺。改进方法：在指导老师的帮助下，对课题有较深的了解。4-102012年12月3日-2013年1月20日指导专业实训机械设计综合实训存在问题：机械部件设计不够完善，缺少经验。改进方法：了解机械设计的详细过程。11-122013年1月21日-3月1日指导毕业实习相关机械制造厂实习，了解本专业的实践知识存在问题：没有实习实训的经验，无法将课本知融会贯通。改进方法：认真参与工作，虚心求教。132013年3月4日-3月8日查阅参考资料查阅与设计有关的参考资料不少于10篇，其中外文不少于5篇存在问题：查阅资料相关度小，无法满足要求。改进方法：利用空余时间，去图书馆查找相关资料，在网上查找相关文献。142013年3月11日-3月15日翻译外文资料翻译机械方面的外文资料存在问题：专业英文水平较低，无法正确翻译专业词汇。改进方法：借助一些翻译软件、专业字典帮助翻译提高翻译准确性性。152013年3月18日-3月22日工业机械手设计的整体分析分析各种结构的设计存在问题：缺乏设计经验，零件选择不确定。改进方法：通过比较决定最后方案。162013年3月25日-4月1010日绘制装配图初步绘制装配图存在问题：零部件配合有错误。改进方法：重新设计并绘制相关部件。172013年4月10日-4月1919日绘制装配图修改完成装配图存在问题：不能完全体现冲模细节。改进方法：绘制局部视图，体现细节。182013年4月2020日-4月2525日零件部设计对机械夹持器、电机等的设计和选择存在问题：夹持器尺寸计算选择方案。改进方法：选择滑槽杆夹持器进行计算。周次起止日期工作计划、进度每周主要完成内容存在问题、改进方法指导教师意见并签字备 注19-202013年4月25日-4月3030日绘制零件图绘制底座、活塞、夹持器等存在问题：标注尺寸不全，图纸表示不全面。改进方法：检查标注，绘制局部剖图。212013年4月3131日-5月5 5日设计说明书（论文）、摘要和小结编写完成设计说明书（论文）、摘要和小结存在问题：说明书的格式不规范，摘要不合理要求等。改进方法：根据毕业设计的规范要求更改，重新按要求编写摘要。222013年5月6日-5月10日修改设计说明书（论文）格式修改设计说明书开题报告格式存在问题：附录格式不规范，摘要英文不合理要求等。改进方法：根据毕业设计的规范要求更改。232013年5月13日-5月17日上交资料、准备答辩整理所有资料，打印后上交，准备答辩按学院要求整理并装订 说明： 1、“工作计划、进度”、“指导教师意见并签字”由指导教师填写，“每周主要完成内容”，“存在问题、改进方法”由学生填写。 2、本表由各系妥善归档，保存备查。编号 无锡 太湖学院 毕业设计（论文） 题目： 工业机器人设计 机电 系 机械工程及自动化 专业 学 号： 0923195 学生姓名： 白文杰 指导教师： 黄敏 （职称： 副教授 ） 2012 年 5 月 25 日无锡 太湖学院本科毕业设计（论文） 诚 信 承 诺 书 本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文） 工业机器人设计 是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果，其内容除了在毕业设计（论文）中特别加以标注引用，表示致谢的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人、集体已发表或撰写的成果作品。 班 级： 机械 94 学 号： 0923195 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 I 无锡 太湖学院 机械 系 机电一体化 专业 毕 业 设 计论 文 任 务 书 一、题目及专题： 1、 题目 工业机器人设计 2、专题 二、课题来源及选题依据 工业机器人对于人类来说是当 今世界最为突出的发明之一 ， 人类对 机器人 深入的进行 研究。 在 上 个 世纪 的 70 年代 以 后，计算机技术、控制技术、传感技术和人工智能技术 的 迅速发展， 工业 机器人 的研究 也进入 了 高速发展 的阶段，成为综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多门学科而形成的高新技术。其本质是感知、决策、行动和交互四大技术的综合，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的 一项技术 。机器人应用水平是一个国家工业自动化水平的重要标志 。 本课程通过对工业机器人设计，帮助自身加深对的理解和提高对其专业知识 机械原理、机械设计、 材料力 学 机器人、传动、实体建模、有限元分析等方面的相关内容 的运用能力。 三、 本设计（论文或其他）应达到的要求： 了解 工业机器人设计 原理，国内外的研究发展现状； 完成 工业机器人设计 的总体方案设计； 完成有关零部件的选型计算、结构强度校核及 气动 系统设计 ； 熟练掌握有关计算机绘图软件，并绘制装配图和零件图纸，折合 ； 完成设计说明书的撰写，并翻译外文资料 1篇 。 四、接受任务学生： 机械 94 班 姓名 白文杰 五、开始及完成日期： 自 2012 年 11 月 12 日 至 2013 年 5 月 25 日 六、设计（论文）指导（或顾问）： 指导教师 签名 签名 签名 教 研 室 主 任 学科组组长研究所所长 签名 系主任 签名 2013 年 11 月 12 日工业机器人设计 要 在生产过程工业机械手是模拟人手动作的机械设备， 它可以替代人工搬运重物或单调，在高粉尘，高温，有毒，易燃，放射性和其他相对较差的工作环境。机器人可用于在生产过程中的自动化抓住并移动工件自动化设备，它是在生产过程的机械化和自动化，开发出一种新的类型的设备。近年来，随着电子技术，特别是计算机的广泛使用机器人的开发和生产的高科技领域已成为迅速发展起来的一项新兴技术，它更促进机器人的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。机械手能 够 代替人类完成危险、减轻人类劳动强度 、 重复枯燥的工作，提高劳动生 产力。 本设计是关于三自由度的圆柱形机械手。利用 件对制件进行设计绘图 。其包括夹持器、小臂、大臂和底座。明确合理的设计思路，确定了机械手工作原理并对然夹持器、气缸、步进电机、轴承进行了校核计算并附带了简图并 对零件的质量、重心、惯性主轴和惯性力矩进行辅助设计计算，可以大大减轻在设计过程中繁琐计算及校核步骤。 关键字： 机械手，气缸，校核。 is is in to of It in is of of of is a is in it It is a is in In of of a is in It of It of of It of is a is to of It it a of it of of It in V 目录 摘 要 . . 录 . V 1 绪论 . 1 课题研究的内容和意义 . 1 内外发展概况 . 1 业机械手设计内容 . 2 械手设计的作用 . 2 业机械手的分类和组成 . 2 2 手部的设计 . 5 械手设计参数和运动方案 . 5 动方案 . 5 动系统和位置检测装置的选择： . 5 部设计的 结构和计算 . 6 械手的基本要求 . 6 部力的计算 . 7 紧力的计算 . 7 爪 驱动气缸的设计 . 8 部误差的分析 . 10 3 机械手臂的设计 . 12 械小臂设计 . 12 臂 驱动力的计算 . 12 臂驱动气缸的设计 . 13 缸筒壁厚 的计算 . 14 气缸的选用 . 14 核活塞的稳定性 . 14 臂刚度校核 . 15 盖的连接方式及强度计算 . 15 臂的结构设计 . 16 臂的结构和要求 . 16 动力的计算 . 17 大臂驱动气缸的设计 . 17 缸的选择 . 18 核活塞的稳定性 . 18 臂刚度校核 . 18 4 驱动系统设计 . 20 承的设计 . 20 承的选择 . 20 承的计算： . 20 承的寿命校核： . 21 机的基本情况和选择 . 22 机的选则与计算 . 22 意事项 . 23 作原理 . 23 进电机的特点 . 24 波减速器 . 24 波减速器的简介 . 24 波减速器的设计 . 25 座的结构 . 26 5 总 结 . 27 致 谢 . 28 参考文献 . 29 附 录 . 30 工业机器人设计 1 1 绪论 课题研究的内容和意义 机械工业是国民的基本部分。工业机械手的设计是一项综合设计与机械制造，机电工程等专业联系一起。通过这次设计提高学生的机构分析能力，机电一体化机械结构设计的设计能力提升。来学习一些生产时的设计方法。 工业机械手是近十年来发展起来的，一种高科技自动生产。这体现了人类智能和适应性，机 械手能在各个环境下完成作业能力，在国民经济发展中起着重要的作用，具有很广阔的前景。近 20 年来，气动技术的运用领域迅速拓宽，尤其在各个生产线上的应用。可编程控制和气动驱动相 结合，使整个自动化系统更高 级。控制更加的灵敏，性能更佳的可靠。 工业机械手设计是机械设计，机电一体化，机械制造等我们学习的专业中一个重要的环节，是学完有关专业课和教学基础课程的一次专业的综合设计。学生的机械结构设计和分析综合能力都得到了有效的提高。通过这次学习得到了掌握生场自动化的设计技能。 经过这次设计，可以把有联系的课程（气动技术，机械设计，机械原理，测试技术，危机计算机原理等）中我们所知道的理论性知识加以运用，从而得到巩固和发展，让理论和实际得到了更好的结合。所以说机械手设计是一门比较综合的设计。 经过这次设计，培养了学生独立 分析机械设计的能力，树立了正确的设计思想和思维，掌握了机电一体化一些机电产品的步骤和基本设计方法，这样为今后自动化的设计打下了良好的基础。 通过本次的机械手的设计，让学生熟练的去掌握和运用一些相关的知识，比如参考资料还有范文章结构。是学生具有一个设计人员应该具有的基本设计技能 1。 内外发展概况 现在对于国内的情况，机械手大部分的使用在各个领域。比如：在冷加工工业里还有在机床的加工上。当然我们在生产过程中会有很多的困难。比如说：形式复杂和环境温度过于高这些都影响着生产。但我们可以提供这方面的技术 解决困难，让机械手更好的工作为了更好的得机械手的能力，我们要提高它的性能和速度。 在其它行业和工业部门，也随着工业技术水平的不断提高，而逐步扩大机械手的使用。 现在对于国外在行业中运用机械手有很多。美国首先把机械手运用于搬运一些对人体具有伤害的放射性物质。国外实质上是使用的是定位控制机械手，他没有视觉上和触觉上的反馈。世界各地正在积极地研究视觉和触觉上有反馈的机械手，让他能够准确的来定位工件的位置和准确的夹持工件。为了判断机械手抓取的是否是工件，她有视觉传感器输入 三个方向的视觉的信息，因此，在计算机图形分析 ，以确定是否抓取工件。目前主要运用在机床，压力机的下料和横断压力机的下料，以及喷漆和点焊等作业。在 国外 发展机械手的 趋势是 加大力度 研制具有某种智能 能力 的机械手。 让其 具有一定的传感 的 能力， 对于外界的变化 能 够 反馈， 并相应的做出反应和变更 。如果有一个位置稍有偏差，即是能够自我纠正，但也可以检测，强调视觉功能和触觉功能的研究。已经取得了一些成果。世界高端无锡太湖学院学士学位论文 2 工业机器人，高精密，高速，多轴，轻量级的趋势。符合要求的微米和亚微米级的定位精度， 它的 运行速度可达到 3M/S 的 新产品，以实现六轴负载 2产系统量已超过总重量为 100重要的是，机器人 手的 柔性制造系统和柔性制造单元相结合，从根本上改变当前系统 的手动操作的机械制造状态。同时，随着机器人和小型化 再 小型化，其应用将超过传统的机械领域，向电子，生物，生命 及 科学，航空 和 航天等高端产业 方向上发展 。 业机械手设计内容 机电一体化技术是集合机械工程、传感技术、信息处理技术等形成的一种综合的技术。尽管机电一体化的产品种类比较多，但由于他们形式和复杂程度还有功能的不同，做工的机械本体部分是最基本的，必不可少的因素。工业机械手的设计在内容和知识还有深度上都是适中的。 我们所要设计的是拟定整体的方案，驱动装置和传动装置的方案。根据自由度选择和合适的参数选择合适的手部和腕部还有臂和机身的结构。完成各部分的计算。工业机械手工作装配图的设计与绘制。气压系统的设计。机械手的运动分析。最后写上说明书。 械手设计的作用 机械手的广泛运用可以归纳为以下几方面： 1）建造轴类、盘类、环类的自动线。一般采用的都是机械手在传送带之间或机床之间传送工件。深井泵厂自动生产线在沈阳和大连轴承 4轴和 5 轴加工自动马达线轴等，已成为国内汽车生产线。 2）在实现单机自动化方面。 各种的半自动化机床都有夹紧、进刀、切削、退刀和松开等反面的功能。不过还需要人去上下料。如果实现自动化只需要一个人去看管机器。现在机械手在这方面运用的有很多。一些国产机在出厂时附带机械手，安装机器人的用户提供了条件。 3）国内大 规模生产 3T， 5T， 10T 锻造锤，转一转炉下部，两个机器人放置在炉子前有一定的角度，从而使材料的自动化。 总的来说：对环境的适应性强，能代替危险的事物和对人有害的操作，长时间工作对人有害的场所，对于机械手是没有影响的。只要合理的设计，合理的选材就可以在高温、有害气体、放射性物质 、灭火等环境中都能自如的工作。 机械手的持久度和耐劳性能强，可以把人们从单调的劳动中解救出来。甚至扩大了人的功能，他进行适当的维修、检修即能实现长时间的单调重复的工作，有与机械手工作精确度高，可以避免认为的操作错误。 机械手灵活性好，能适应产品的变化。因为机械手的运动程序和运动位置能够十分灵活的改变。因为他的自由度，又能提供迅速改变作业内容。在小批量生产中，起着重要的作用。采用机械手能明显提高劳动生产效率和生产成本。 业机械手的分类和组成 按规格分类：微型的 重量在 1下； 小型的 重量在 10下 ；中型的 重量在 50下；大型的 重量在 200下。 按功能分类： 工业机器人设计 3 （ 1）简易型工业机械手。有两个固定的程序，近年来普遍采用可编程控制器组成控制系统。这种机械手气动的和液动的为主，因为这个结构简单而且价格便宜。运用于一些简单的单机搬运工作已经足够了，所以这种的工业机械手数量很多。 （ 2）记忆再现性工业机械手。这种机械手的移动设备通过人工领了一遍，然后记录原始的程序存储器，所以机器人可以重复上述动作。 （ 3）智能机械手。是由传感器控制的，具有视觉，还有触觉， 还有行走功能和热觉。 按用途分类：专用机械手和通用机械手。独立的控制系统，专用机械手，这种机械手的动作固定的对象变量，可靠，适用于大批量生产和大批量生产。通用机械手的工作范围大、通用性强。适用于中和小批量生产 2。 工业机械手是由执行机构、驱动机构和动力机构组成。如图 械手传动机构 执行机构它主要有夹持器、臂部、腰座和行走机构等运动机构构成。 传力机构有很多的形式，比如有：滑槽杠杆式、连杆杠杆式、斜锲杠杆式、丝杠螺母式、 弹簧式和重力式。 传动机构主要组成部分手臂可以有 3 个自由度，可以采用的是圆柱型坐标系、直角坐标系。球坐标系和多关节四种坐标系，这四种方式。圆柱型坐标占的空间比较小，工作范围也小但是他惯性大并且不能抓物体的底面。直角坐标工作范围下而且占的空间大，最关键是自由度少。球坐标和多关节式占有的空间小、惯性小吗、动力小、工作范围也小还能抓一个底面的物体，唯一的缺点就是多关节机械手结构过于复杂，一般很少用到。 驱动机构有气动、液动、电动和机动这四种方式。液动输出高，臂力可以达到 1000够实现连环的控制，是工业机 械手的用途更加的广泛。气动式不仅速度快、结构简单而且成本低。有较高的定位精度但是臂力在 300N 以下。所以不同的场合适合用不同的驱动方式。 控制系统有连续型控制和点控制两种方式。大多数的点位控制都用的是插销板和可编程控制器和计算机来控制。用磁盘磁带等来记录程序。主要控制其坐标的位置，并注意其加速度的特性。 这边将设计圆柱型机械手，圆柱型机械手结构简单容易上手。圆柱形机械手简图 制机构 驱动机构 执行机构 工件 位置检测装置 无锡太湖学院学士学位论文 4 1 手爪 2 气缸 1 3 气缸 2 4 气缸 3 5 谐波减速器 6 步进电机 图 柱型机械手简 这设计为具有一个指导原则。毕业设计的原则是：使命陈述为根本设计目标要求的具体设计要求，充分考虑机器人的工作环境和过程的具体要求。符合技术要求的基础上，尽可能多地具有结构简单，尽可能使用标准化，模块化的通用元件配件，以降低成本，同时提高了可靠性。本着科学，经济和满足生产要求的设计原则，还要考虑设计毕业设计的特点，在大学所学到的知识，如机械设计，机械原理，气动，电气传动与控制，电子技术，自动控制，机械系统仿真尽可能的设计 的综合运用知识，设计对巩固和加强，考虑到个人能力水平和大学水平的知识客观现实的时候，充分发挥个人的积极性，朴实的，现实做设计 3。 1 2 3 4 5 6 工业机器人设计 5 2 手部的设计 械手设计参数和运动方案 动方案 机器人为了工作有一执行机构被称之为手爪。手不直接用于装夹工件的手结构是多样的，有不同的材料属性，以及不同的表面条件。 方案设计 图 械设计方案 方案一：采用较大的回转半径，在相同转速的 条件下，由于回转的角度较小，故所需的时间较短； 但他也有它自身的缺点，他回转臂较长。这样回转轴做回转运动时 的转动惯量和偏重力矩 比较大 ；可以考虑使用配重块来调整，但会影响整体的设计结构，并且增加整机的重量。 方案二：采用较小的回转半径，可以减少其关节回转轴的转动惯量和偏重力矩。在相同转速的条件下，由于回转的角度较 大 ，故所需的时间较长，但可以考虑适当提高转速来满足要求。 综上两种方案，决定采用方案二。 设计时的主要参数主要参数 ： （ 1） 抓取重量 200N。 （ 2）的最大工作范围：根据所选择 的形式的运动，按最大的自由度来决定。 （ 3） 运动速度：根据设计过程中实际情况进行确定。 （ 4） 定位精度：采用机械挡块定位机构，定位精度 3 动系统和位置检测装置的选择： （ 1） 驱动系统 （ 2） 腰座回转运动上的旋转运动由步进电机驱动器，具有更好的控制性， 还有 定位精确， 小 体积等特点 。 （ 3）剩余的移动考虑气动驱动器，具有结构简单，使用方便，成本低能量 （ 4） 位置检测装置 （ 5）行程检测装置使用行程开关，机械挡块，它是通常使用的运动少低速专用机械手工件 传送带 工件 传送带 方案 1 方案 2 无锡太湖学院学士学位论文 6 和较高的使用寿命，成本相对于便宜等 。 （ 6） 腰座的角位移 一般采用位置传感起来检测。 结构布置上的要求： 臂部要防止偏重；加强臂部刚度；改进缓冲装置和提高配合精度。 设计方法： 在整体设计完成的主要参数是确定的，设计中的整体结构的机器人。在设计过程中进行检查的每个部分上的 部件 的质量，密度，体积，重心，转动惯量和惯性主轴计算机辅助设计计算，可以 很好的 减少在设计过程中繁琐的计算和检查程序 。 根据机械手部分的相互关系，采用从：末端执行器 小臂 大臂 机座的顺序进行设计 4。 部设计的结构和计算 械手的基本要求 （ 1）要有夹紧力和驱动力，手部力量要适当，过小就夹持不住，松动、脱落。 那么结构庞大，不经济，耗能大。 （ 2）手指要有足够的角度开闭，一边抓取和退出工件。 （ 3）要有准确的夹持精度，有准确的相对位置 （ 4）要结构紧凑，重量轻，效率高。 （ 5）还要考虑到适应环境的特殊性。比如说在高温环境下、冲击力比较大的环境、 腐蚀性比较轻的环境下。 这次设计的是：采用滑槽杠杆式，双支点夹持物体，运用力矩原则把手闭合， 持体。 基本结构的分析 5 本次采用的是滑槽杆手爪 图 槽手爪 b 表示支点到工件中心的距离单位为 表示手爪夹紧时滑槽方向与两支点间的夹角。 c 表示销中心的位置到支点中心距离。 在杠杆 3 向下的力的作用，销轴会有一个向上拉力为 F ,则滑槽对销轴有方作用力。 b 2 1 a c 连杆 工件 工业机器人设计 7 图 2爪受力分析 由 0F 得 21 (由 0 得 F (力矩等于零得 1 ( 将（ 2(式中的 a 表示支点到对称中心的距离单位为 b 表示支点到工件中心的距离单 位为 表示手爪夹紧时滑槽方向与两支点间的夹角。 分析表明，当驱动力 F 是常数，角度的增大，握力也增加，但角度太一般的原因的杆的行 程 太大，增加手的结构的，所以最好 = 030 040 部力的计算 紧力的计算 增加手指夹紧力工件手主要的设计基础。 大小，方向和作用点，必须加以分析和计算。一般的状况下，需要克服静载荷和运动产生的工件的负荷状态下工件原料的重力而所产生的惯性力，这样工件保持一个稳定的夹紧的状态 6 。 工件 被手指夹紧 的夹紧力可按下式计算： 21(式中 1K 安全系数， 一般取 2K 动载系数，主要考虑惯性力的影响 。 (其中 a 是重力方向上升 时所产生的最大 加速度 ； g 是重力方向向下加速度一般取9.8 或 1 F 1 C N 无锡太湖学院学士学位论文 8 ( 运载 时上升的最大 速度； 系统 所要 达到最高速度 时所需的 时间，一般选取 3K 方位系数， 它是依照 手指 和 工件位置 不同 来 进行选择； 查机械工程手册， 3K =1； G 被抓取 的 工件所受 到的 重力（ N）。 00 . 手爪的各个尺寸 0 50 030 机械手 所能 达到最高 的 响应时间是 夹紧力 驱动力 F 和驱动 气缸的尺寸 。 （ 1） 设 1K =00mm/s 工件在重力方向移动速度为 数据代入式（ 2得 动载荷系数 12= 3K =1 根据 (2式，将已知条件 1,21 1 200=以 得到夹紧力为 查机械工程手册表 的连杆传动的和部 分 结构，根据前面所示的机械手结构，并对照表 取 1 F )(s N ( 根据驱动力公式 ； 取 ，取 而 150b ， 50a ， 030 则得如下驱动力。 N 4 030s 30s 05015021F )s s in s P . 爪驱动气缸的设计 气缸是由缸筒、端盖、活塞、活塞杆和密封件等组成 (1)缸筒的内径 的 大小表 示 了气缸 的 输出力的大小。活塞在静止缸 上 应该做的往复运动滑动 ， 内筒的表面粗糙度应可以实现 (2)端盖 上 进气和排气和进气系统，气口上方，一些设备仍然 在 盖 上 还具有缓冲机构 。杆侧的端盖具有从活塞向外，以防止泄漏，并防止外部的灰尘混合罐的密封和防尘密封。杆侧 的 端盖上 面还 设 制 有导向套，以 方便 提高气缸的导向 的 精度， 另一方面也承受了 少量的横向负载， 并且 减小 了 活塞杆 其 伸出时 侯 的下弯 曲 量， 这样就大大的 延长气缸 的 使用寿工业机器人设计 9 命。为减轻 导向套的 重量并防 止生 锈， 通 常使用 的是 铝合金压铸 。 (3)活塞 它在汽缸里面是一 受 到 压力 作用的 零件。 设计活塞密封圈是为了防止活塞左边和右边发生串气 。活塞环的磨损有明显的效果，减少活塞密封圈的磨损，提高指导，减少摩擦。耐磨环长使用聚氨酯、聚四氟乙烯、夹布合成树脂等材料。密 封圈尺寸 是决定活塞宽度的必要因素 。 如果说 滑动部分 过于 短 小 ， 容易 引起早期 的卡死和磨损。 常用铝合金和铸铁 来制造活塞。 (4)活塞杆 则 是气缸中最重要的受力零件 了。在正常情况下，它是利用高碳钢，硬铬电镀表面，提高了耐磨损性，其密封 7 。 (5)静止不动的部分的密封即使静密封，相反来回转动或者反复来回运动的部件的密封也就是所谓的动密封。 单个动作 就是 一 端只有一个 活塞杆，只从一个方向的一端的气体 进行输出 ，输出功率大，靠弹簧复 位双作用 是指由的 活塞两侧 进行 交替 的 供气， 由 两个方向输出力。 冲击气缸：是一种新型元件。它 能够 把压缩气体的压力转换 成 活塞 前后运动 的动能，因此完成 作功 效果 。冲击气缸 其中 增加带有 了 喷口 以及 泄流口的中盖。中盖把气缸分成 三个部分，分别是 储气腔、头腔和尾腔 这三部分 。它 应用广泛，主要的运用于 冲孔 、 下料和成型等多 样性的工作 。摆动气缸从叶片来回摆动，将被分离成两个腔的两腔交替地供应，从而使输出轴作摆动运动。工作环境的基础上的力的大小来确定进一步的推力和拉力杆尺寸。若 选择的汽 缸径小了， 那么 输出力 将 不够，气缸 就 不能 够 正常 的 工作 。如果 缸径过大，笨重的消耗增加的移动设备，成本 绞 高， 则就会 造成 很大的 浪费。在设计时，减少气缸的尺寸 ，则 应尽量采用增力机构 。 (1)一般采用
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