数控机床上下料机械手设计【五自由度】
38页 10000字数+论文说明书+任务书+4张CAD图纸【详情如下】
手部箱体.dwg
数控机床上下料机械手装配图.dwg
数控机床上下料机械手设计论文.doc
电气原理图.dwg
腕部.dwg
毕业设计（论文）任务书
毕业设计（论文）题目：数控机床上下料机械手设计
毕业设计（论文）内容：
机械手的结构为关节型；分析数控机床的工作要求，简述机器手的工作流程，对机器末端执行器的工作空间进行分析；设计机械结构，选择控制器和电动机，完成装配图设计和主要零件图设计，验证主要零件的强度和刚度。主要技术指标：5个自由度，垂直关节，额定负载5kg，最大活动半径1200mm。
毕业设计（论文）专题部分：
（1）数控机床上下料机械手的结构原理和工作要求分析。
（2）机器手末端执行器的工作空间分析。
（3）机械结构设计，完成装配图和主要零件图。
（4）验证主要零件的强度和刚度
（5）选择控制器、伺服电动机、驱动器，设计连接电路图。
摘要
通过大学本科四年对机械设计制造及其自动化专业的所学知识进行整理，对工业机器人各部分机械结构设计和功能的论述和分析，设计了一种的用于机床上下料的机械手。本设计的主要内容是5R关节型机械手的结构设计，上下料机械手的主要任务是在各个加工工序的数控机床和自动生产线上运送工件，能实现生产工序上下料自动化。针对各个关节处采用独立的电机驱动。各个操作臂由五个转动副串联而成，操作臂包括基座、腰部、手臂、腕部、手爪。并对各关节的伺服电机的选择和传动进行了设计计算，对进行主要零件校核计算。
关键词: 关节型; 机械手; 多自由度
Abstract
Through four years of undergraduate mechanical engineering and automation professional to organize the knowledge of the various parts of industrial robots and mechanical design features discussion and analysis, design a robot one machine for loading and unloading. The main contents of this design is the design 5R articulated robot, the main task of loading and unloading robot CNC machine tools in various manufacturing processes and automatic production line delivery of the workpiece, to achieve the production process automation and unloading. For each of the joints with a separate motor. Each operating arm by the rotation of five deputy in series, including the base operating arm, waist, arm, wrist, gripper. And each joint servo motor and drive selection carried out design calculations, performed the main parts of the checking calculation.
Key words： Joint type; Manipulator; Many degrees of freedom
目 录
第一章引言 1
1.1 选题背景 1
1.2 机械手的发展动态 2
1.3 机械手的分类 3
1.4 课题研究的意义 4
第二章机械手结构原理和工作要求分析 5
2.1 机械手结构原理及工作要求 5
2.2 机械手机构运动分析 6
2.3 机械手上下料工作空间轨迹分析 8
第三章机械手各结构设计 10
3.1 手爪的结构设计 10
3.1.1 手爪的设计要求 10
3.1.2 手爪的分类 10
3.1.3 手爪结构的确定 10
3.2 手腕的结构设计 11
3.2.1 手腕的设计要求 11
3.2.2 手腕的结构确定 11
3.3 手臂的结构设计 11
3.3.1 手臂的设计要求 12
3.3.2 大、小手臂的结构 12
3.3.3 小臂结构形式的确定 12
3.4 基座结构的设计 13
3.4.1 基座结构的设计要求 13
3.5 小臂后箱体结构设计 13
3.6 连杆结构设计 13
第四章机械手关键轴的校核 14
4.1 腕部输入轴的结构 14
4.2 腕部输入轴的校核 15
第五章机械手动力参数的计算 17
5.1 伺服电机的选型 17
5.1.1 初步估计机械手的质量 17
5.1.2 计算各个轴的转速和转矩 18
5.1.3 计算伺服电机的功率 20
5.2 锥齿轮设计 21
5.2.1 齿轮精度、材料 21
5.2.2 按齿面接触疲劳强度校核 21
5.2.3 按齿根弯曲强度设计 22
5.2.4 锥齿轮参数计算 23
5.3 同步带轮的设计 23
5.3.1 同步齿形带传动计算 23
5.3.2 带轮几何尺寸的计算 25
5.4 减速器的设计 26
5.4.1 减速器减速比的计算 26
5.4.2 减速器输出轴径的计算 27
结论 28
参考文献 29
致 谢 30
第一章 引言
1.1 选题背景
工业机器人是一种新兴的机电一体化生产的工具之一，属于现代化、自动化装备包括机械制造、人工智能、计算机技术、控制、传感器等多种学科的先进技术。由于工业机械手具有各种特性和优点，可以更好的服务于我们的学习和生活。被广泛运用与生物科技和生产制造以及医学技术上等。
美国的科学家曾对传统观念上的机器人进行了更深的解读，突破了传统，打破了就观念，提出了机器人不应该仅仅局限于模仿人的形状，只要是可以控制并能够代替人类完成我们生产、生活所需工作即可。随着科技技术的进步，在实际生产制造和我们日常生活中，能简单代替人工完成工作的机器人已经满足不了人类的需求，现代的机器人的发展成为一种拥有人类敏捷反应、分析判断能力和机器本身可在恶劣环境中保持高精度并持续工作的特长于一身的电子机械装置。因为现代社会的迅速发展，现代机器人在制作业中运用越来越广泛，与此同时研发出来了各种机器人应用于除制造业以外的各行各业，例如服务型机器人、农业机器人、水下探测机器人、医疗应用机器人、军事机器人等等。工业机器人是机器人在工业生产中的运用尤为重要，尤其是可在高温高压、多粉多尘、易燃易爆、放射性等恶劣环境以及笨重单调、操作频繁中代替人类完成工作，如电焊、氩弧焊、装配、搬运、上下料、激光加工等等，对提高生产效率、保证产品质量、改善工作环境起到了重要的作用，所以得到人类日益的青睐。而多自由度关节型机械手是工业机器人的一个重要部分，通常由执行机构、驱动和控制系统以及传感器装置构成，是模仿人类手部进行工作的，可以按照给定的程序进行自动控制，可以完成可重复的动作，可以在三维空间实现自动抓取、搬运等各种动作。本设计正是研究工业上下料多自由度关节型机械手。
1.2 机械手的发展动态
随着科技的不断进步发展，机械手的性能也不断升级，从可以重复指定动作发展到可以通过运用传感技术对某些外面的信息进行反馈调节的感觉型机械手，再到可以像人一样根据理解与感知进行判断不同环境的变化，并且可以顺利完成任务的智能机器人。这个发展的过程标志着人类文明的不断进步和发展，现在智能机器人仍然处于实验研究的阶段。
第六章结论
为了避免安全隐患，提高工业生产的安全性、高效性以及自动化的程度，避免作业工人单调地重复笨重而繁琐的危险工作，本文设计了这款数控机床上下料5R关节型机械手。通过对该机械手的运动分析、机械手各个部位的总体设计和分析和动力参数的计算。反复设计方案，验证了最终的方案的正确性，提高了设计方案的质量。对本设计的主要工作总结如下：
第一，根据工业生产车间实际工作状况和数控加工的自动生产线技术标准，选择了一款自动上下料的5个自由度的关节型机械手，机械手通过5个关节联动实现提前设定的运动。
第二，通过查阅资料分别为机械手爪、腕部、大臂、小臂、底座这五部分，确定各个关节的方案与结构形式。按照顺序，先从机械手爪开始,确定工件的抓取形式以及手爪的结构与尺寸,紧接着，确定腕部的结构形式与尺寸，然后设计了大小手臂以及基座的结构形式和所用材料。第三，确定机械手的动力参数,以及驱动腕部与手爪转动的电机的功率与型号，再确定电机的型号。
第四，对机械手各部分主要零件进行了计算校核。
通过本次毕业设计得到的一些心得体会：以前在做课程设计的时候，更多的只是了解一些比较肤浅的东西，并完全没与实体接触过，而且所用知识非常有限。相比较而言，本次毕业设计，不但接触到了实物、从网上看了很多相关视频，而且所用的知识也是非常的广泛，包括机械原理、机械设计、机电一体化设计、互换性原理等，大学四年所学过的与机械相关的知识都有涉及，另一个比较好的方面是养成了查阅手册的习惯。通过本次毕业设计，我培养了一种自觉动手、动脑的好习惯,而且思维的缜密性与严谨性得到锻炼。
参考文献
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[15] Industrial Robots For Manipulation with Parallel Kinematic Machines Zdenek Kolibal
致谢
本次设计已经结束，通过本次设计，将在学校学理论知识运用到了实际应用中，将理论知识进一步深化，让我对大学四年所学的东西有了更加深刻的认识。本次设计进行的比较顺利，一路设计过来并没有太大的麻烦，所以，我要感谢老师为我制定的仔细方案以及悉心的指导。刚开始设计的阶段我一片迷然，不知道先做什么后做什么，没有主次之分。而王老师为我制定了仔细的方案，告诉我如果要做与机械手有关的课题，首先要对机械手有个大体的了解。老师指导我参看许多关于机器人期刊和论文以及相关的视频，并对内部结构做了详细的介绍，这为我后期设计提供了很大的方便，然后王老师不定期的指导我，及时的为我解决设计过程中的问题，让我对机器人的结构逐渐有了深刻的认识。为了解决作图的困难，老师为我提供了一份参考图，并帮助我纠正其中的错误结构。本次毕业设计，我学到了很多知识,这里面包含了老师的汗水与辛苦,太多的感谢无从说起，在这里只是简单的说一声“谢谢”。
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