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送料机械手的设计【四自由度】【5张CAD图纸+毕业论文+开题报告+外文翻译+答辩稿】

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关键词：: 机械手设计四自由度 cad图纸毕业论文开题报告送料机械手外文翻译答辩

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送料机械手的设计【四自由度】

33页 11000字数+论文说明书+外文翻译+5张CAD图纸【详情如下】

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1 绪论 1

1.1 机器人 1

1.2 机械手 2

1.3 课题研究内容及解决手段 4

1.4 课题研究意义 4

2 机械手的结构方案和驱动方案选型 5

2.1 原始数据及资料 5

2.2 料槽形式及分析动作要求 5

2.3 机械手结构及驱动系统选型 6

3 系统各主要组成部分设计 8

3.1 抓取机构设计 8

3.2 液压驱动系统设计 15

3.3 机身结构的设计 20

3.4 机械手的定位及平稳性确定 24

4 传动系统三维造型设计 27

4.1 三维造型软件的概述 27

4.2 送料机械手三维造型图 29

结论语 30

致谢 31

参考文献 32

1 绪论

1.1 机器人

目前，工业机器人的定义，世界各国尚未统一，分类也不尽相同。最近联合国国际标准化组织采纳了美国机器人协会给工业机器人下的定义：工业机器人是一种可重复编程的多功能操作装置，可以通过改变动作程序，来完成各种工作，主要用于搬运材料，传递工件。参考国外的定义，结合我国的习惯用语，对工业机器人作如下定义：

工业机器人是一种机体独立，动作自由度较多，程序可灵活变更，能任意定位，自动化程度高的自动操作机械。主要用于加工自动线和柔性制造系统中传递和装卸工件或夹具[1]。

工业机器人以刚性高的手臂为主体，与人相比，可以有更快的运动速度，可以搬运更重的东西，而且定位精度相当高，它可以根据外部来的信号，自动进行各种操作。

工业机器人是在计算机控制下可编程的自动机器。采用工业机器人是提高产品质量与劳动生产率，实现生产过程自动化，改善劳动条件，减轻劳动强度的一种有效手段。机器人的诞生和发展虽只有30多年的历史，但它已应用到国民经济，民事技术等众多的领域，具有广阔的应用和发展前景，显示出强大的生命力[2]。

根据所处的环境和作业需求，工业机器人具有至少一项或多项拟人功能，如抓取功能或移动功能，或两者兼有之，另外还可能程度不等的具有某些环境感知功能（如视觉，力觉，触觉等）。以及语音功能及至逻辑思维，判断决策功能等。从而使其能在要求的环境中代替人进行作业。

在工业机器人的诸多功能中，抓取和移动是最主要的功能。这两项功能实现的技术基础是精巧的机械结构设计和良好的伺服控制驱动。本次设计就是在这一思维下展开的。根据设计内容和需求确定圆柱坐标型工业机器人，利用锥齿轮传动实现机器人的旋转，利用液压缸实现其移动以及对零件的抓取。在步进电机的控制下，机器达到精确的回转运动。

工业机器人的发展，由简单到复杂，由初级到高级逐步完善，它的发展过程可分为三代：

第一代工业机器人就是目前工业中大量使用的示教再现型工业机器人，它主要由手部、臂部、驱动系统和控制系统组成。它的控制方式比较简单，应用在线编程，即通过示教存贮信息，工作时读出这些信息，向执行机构发出指令，执行机构按指令再现示教的操作。

第二代机器人是带感觉的机器人。它具有寻力觉、触觉、视觉等进行反馈的能力。其控制方式较第一代工业机器人要复杂得多，这种机器人从1980年开始进入了实用阶段，不久即将普及应用。

第三代工业机器人即智能机器人。这种机器人除了具有触觉、视觉等功能外，还能够根据人给出的指令认识自身和周围的环境，识别对象的有无及其状态，再根据这一识别自动选择程序进行操作，完成规定的任务。并且能跟踪工作对象的变化，具有适应工作环境的功能。这种机器人还处于研制阶段，尚未大量投入工业应用[2-4]。

1.2 机械手

机械手，顾名思义，是指能模仿人手的部分动作，用以完成某些抓放，搬运物件或操纵工具等工作的自动化机械装置。机械手通常用附属于它所服务的设备，动作程序固定，多数没有独立的控制系统，其控制装置包括在主机的控制系统（不包括工业机器人）。

机械手（以及工业机器人）在机械加工自动化方面的应用主要有：自动上、下料和自动换刀[3]。

1.2.1 机械手的组成

执行系统一般包括手部、腕部、臂部、机身机座等，其中最主要是运动系统。

机械手主要由执行系统、驱动系统及控制系统三部分组成。

手部是夹紧（或吸附、托持）与松开工件或工具的部件，由手指（或吸盘），驱动元件和传动元件等组成。

腕部、臂部、机身是将手部抓取的工件或工具进行搬运或操作的部件。

驱动系统是驱动臂部、腕部、手部和机械手整体运动机构动作的动力装置，常用的驱动方式有液压、气动、机械、电气或其他的组合。

控制系统是支配机械手按规定程序和要求进行运动的装置，他们主要用来控制：

位置（点位控制或连续轨迹控制）

时间、速度和加速度等参数

机械手与主机及其它有关装置之间的联系[3]。

结论语

毕业设计转眼间就到了扫尾阶段，在这几个月的设计学习过程中，我取得了长足的进步。

在这次毕业设计中，我有很多收获，首先把我几年来所学的知识做了一次系统的复习，更深一步了解了所学的知识，培养了我综合运用所学知识，独立分析问题和解决问题的能力，也使我学会怎样更好的利用图书馆，网络查找资料和运用资料，还使我学会如何与同学共同讨论问题。这对我以后的工作有很大的帮助,今后我会在工作中不断的学习,努力的提高自己的水平。经过本次设计，我切实体会到作为一个优秀的设计人员的艰难性。在设计过程中，我经常遇到各种各样的问题，有的是知识方面的不足导致的，有的是设计经验方面不足导致的。这些问题有时使得我束手无措，不过在指导老师帮助和自己的努力下，终于使得我顺利完成了设计。

虽然我的设计存在很多不足的地方，总的来说，我希望通过这次毕业设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性的训练，从中锻炼自己分析问题，解决问题的能力，为将来工作打下良好的基础毕业设计是对未来工作的一种模拟。

总结与展望主要是写你论文都做了什么东西，还有什么地方需要进一步完善的。比如你做了那些部分的设计，遇到了哪些问题，但是这些问题要相对具体些，然后解决了什么问题，哪些问题还没有解决，等等，根据我说的，和你上面所写的内容，自己再修改一下。

致谢

我的毕业设计的课题是机械手的设计，这是一个我以前所没有接触的。我对它来说完全是一个陌生者，经过指导老师的帮助和对参考资料的拜读，我已经对机械手有了一定的了解。感谢老师对我的指导，使我毕业设计顺利完成。真诚感谢教授，和倪老师对我的毕业设计的指导，以及感谢学院为我们提供的便利条件，使我们的毕业设计如期完成。

参考文献

[1] 徐灏.机械设计手册3[M].北京：机械工业出版社,1998.

[2] 徐灏.机械设计手册4[M].北京：机械工业出版社,1998.

[3] 徐灏.机械设计手册5[M].北京：机械工业出版社,1998.

[4] 张建民.工业机器人[M].北京：北京理工大学出版社，1994.

[5] 《工业机械手》编写组.工业机械手-机械结构上[M].上海：上海科学技术出版社,2005.

[6] 《机床设计手册》编写组.机床设计手册3[M].北京：机械工业出版，1999.

[7] 丁树模.液压传动[M].北京：机械工业出版社，1998.

[8] 颜永年.机械制图[M].大连：大连理工大学工程画教教研室，1998.

[9] 李恒权，朱明臣，王德云.毕业设计指导书[M].山东：青岛海洋出版社，1990.

[10] 王栋梁.机械基础[M].北京：机械基础，1995.

[11] 隆生.Solid Works设计与应用[M].北京：电子工业出版社，2004.

[12] 黄鹤汀.机械制造技术[M].北京：机械工业出版社，1998.

[13] 吴宗泽,罗圣国.机械设计课程设计手册[M].北京：高等教育出版社，2006

[14] 李允文.《工业机械手设计》[M].机械工业出版社,北京，1996.

[15] 丁树模.《液压传动》[M].机械工业出版社,北京，1992.

[16] 陆祥生、杨秀莲.《机械手》[M].中国铁道出版社,北京，1985.

内容简介：: 毕业设计 (论文 )外文资料翻译系部：机械工程系专业：机械工程及自动化姓名：学号：外文出处： ,997 附件：指导教师评语：签名：年月日注：请将该封面与附件装订成册。附件 1：外文资料翻译译文具有动态特性约束的高速灵活的机械手优化设计摘要：本文提出了一种强调时间独立和位移约束的机器手优化设计理论，该理论用数学编程的方法给予了实现。将各元件用灵活的连杆连接起来。设计变量即为零件横截面尺寸。另用最关键的约束等量替换时间约束。结果表明，此方法产生的设计结果比运用数，且利用等量约束所产生的设计方案更好。建立了序列二次方程基础上的优化设计方案，且设计灵敏度通过总体有限偏差来评定。动态非线性方程组包含了有效运动和实际运动的自由度。为了举例说明程序，设计了一款平面机器人，其中利用某一特定的方案并且运用了不同的等量约束进行了设计。版权属于 1997 年埃尔塞维尔科技有限公司 1 导论目前对高速机器人的设计要求越来越高，元件质量的最小化是必不可少的要求。传统机器手的设计取决于静态体系中运动方式的多样化，但这并不适合于高速系统即应力和绕度均受动力效应控制的系统。为了防止失败，在设计的时候必须考虑到有效轨迹和实际运动轨迹之间的相互影响。在暂态负载下对结构系统进行设计已经开始展开研究，该研究是基于下面几个不同的等量约束条件下进行的，分别为对临界点的选择上 1 ，反约束的时间限制2 ，和数 3,4的基础上进行研究。在选择临界点时，假定临界点的位置的时间是固定的，然而这种假设不适合高速系统。第二个办法的缺点是等量约束在可行域内几乎为 0，因此现在还没有迹象表明这些约束是否重要。使用数在可行域中产生了非零的等量约束，但它定义了一个保守的约束，从而产生了一个过于安全的设计方法。在设计机器手的时候，常规方法是考虑多静态姿态 5而不是考虑时间上的约束。这种方法并不适合高速系统，原因是一些姿态不能代表整个系统的运动，此外，位移和应力的计算也是不准确的，这是因为在计算的时候省略了刚性和弹性运动之间的联系。事实上，这种联系是灵活多体分析中最基本的 8。在这项研究中，开发了一种设计高速机械手的方法，这种方法考虑了系统刚性弹性运动之间的联系及时间独立等约束。把最关键的约束作为等量约束。最关键的约束的时间点可能随着设计变量值的变化而变化。反应灵敏度由整体偏移所决定，设计的最优化取决于序列二次方程式。为了说明程序，对双杆平面机器手的强度和刚度进行了优化。设计结果与那些采用了数的机器手进行对比。 2、设计理念在这一节中，机器手的优化设计方法使用用于计算强度和刚性的非线性数学编程方法。机器手由 N 个活动连杆组成，每一个连杆由有限零件柱组成。其目的是尽可能的减小机械手的质量。与强度关联的约束主要是应力元素和刚性约束。这些约束将使得有效运动的位移产生偏移。设计变量就是连杆和零件的截面特性。从数学上来说，目标函数11k i k 应满足这样的约束 : ( , ) 0jg x t 1 , . . . , （ 1）其中和别是第 k 个机构的第 i 个零件的密度和体积， x 是设计变量验证位移和应力的时候，参考文献 10中的递推公式可用来计算机器手有效轨迹与实际轨迹。将连杆k 联系起来，其中样通过缩小模型就可以减少每个连杆的实际自由度数了。系统的广义坐标系是由连杆变量i和模块变量i组成的。微粒 P 的运动速度可表式为 k i k i k (2) 其中和是相互制约的系数。凯恩（等人的方程式 12 曾被用来测定一些运动方程式如 F F (3) 其中 , T T 是整体速度向量， F 是合成外力向量， M、 Q 还有别为总质量、柯氏力、地心引力和弹力，计算公式如下： 11k i k i k i k ir r r f k i k d Vs y m M s y m （ 4） 11()r k i k i k d （ 5） 0 (6) 其中上标 r 和 f 分别代表有效自由度和实际自由度。 K 为对角矩阵，其对角线上的子矩阵是减少了的有效矩阵了验证子矩阵在方程（ 4， 5）中是否正确，和可表示如下： i k k i k ip q p q r s r s p, r=1,2,3; q=1, ,s=1, ,12 (7a) pq k k ik i k ip q p q r s p, r=1,2,3; q=1, ,m; s=1, 12 (7b) 其中是元件形状函数，m 是模块变量数。方程式中的标注即多次出现的下标指数是以概括的形式出现的，这些下标只不过是公式的一部分，并不表示某一含义除非特定指明。这些子矩阵可表示成： p q p q p t z s p t p q z s p q z s p t u ( ) k k k k i k k i k i k if f k i k i k t z s z u s m P R p q p q p t z s p t p q z s p q z s p t u ( ) k k k k i k k i k i k ir f k i k i k t z s z u s m P R 其中i k i k iu v u d V 和i k i k i k iz u s v z s u d V ； z,u=1,2,3； s,v=1, ,12 是时间变量，第 k 个机构的第 i 个元件的质量。在定义.q m p 和.k i k q r u m p r u pm r 时，柯氏力和地心引力可由下列算式计算出来： p q p q p q z s p q z sp z s p p u ( ) k k k i k ir k i k k i k k i k i k iq p z s z u s m a b a P b R p q p q p q z s p q z sp z s p p u ( ) k k k i k if k i k k i k k i k i k iq p z s z u s m a b a P b R 这个运动方程式综合了变量步长和变量预测校正的算法，以获取坐标系i和i中的时间记录。于是，有关物体参考系的节点位移可由模块转换公式i获得。由应力与位移关系式计算出零件受到的压应力。整个参考系中各点的位移可用i和机架的各节点位移算出。点的偏移可由那个点在实际运动和有效运动的位移差精确的求出。应当指出的是，在运动方程式中，设计变量函数的形式有矩阵，零件的质量和初始矢量中的列。因此在对灵敏度进行分析的时候，这些都应与设计变量区分开来。然而，分析并且验证灵敏度在这次研究中是个非常困难的项目。不全面的分析或是允许极小误差的方式来研究这一问题也未尝不是个好方法。对机器手进行动态分析的方法就是计算此，约束数目最好满足cN且这么多的约束在优化设计时也是不切实际的。不过有一个很有效的办法可以使约束数控制在t 的所有值，这就是用数 3 等量替换单个时间约束，此函数表示如下： 11( ) l n e x p ( )j x c 其中 ( ) ( , )j n j g x t和 C 是正数并由这可以说明数限定了一个保守的值域 4比如重要，而且 c 的值越大间的差就越小。这就是所谓用最关键的约束等量替换了诸如( ) m i n ( ) j x g X （ 11）之类的约束。在这一方法中，用等量约束这一值域里尽管左右突出的构件在过渡点有差异，但他们具有相同的标识和梯度，因此可在过渡点自然结合。随着时间逐步的趋近零点，等量约束也变得逐渐光滑。上述所提到的非线性约束优化问题可以由 1来解决，即运用序列二次方程的方法。这种优化需要初始信息/ g m=1, , 双杆平面机器人如图 1 所示。运动原理是被动块 E 沿直线从初始位置（1=120， 2=运动到终点位置（ 1=60， 2=。 E 的运动轨迹表示如下： 0 . 5 2( s i n )2 整个运动过程的时间 T= 每一个连杆的长度为并由两个等长的零件连接着。其零件的外径为本设计的变量， k=1,2； i=1,2。零件的厚度为体的压强和密度分别是 E=72 =2700Kg/块变量缩小了形状尺寸。最先结合的两个模块和最先有着固定自由的约束条件的轴也都被考虑到了。位于连接点 B 处的杆 2 质量为 2动物块和有效载荷的总质量为 1计的约束条件如下： i 75i=1, , 0,001m 其中应力约束由节点顶部或底部的点来验证。是 E 的实际运动轨迹与有效运动轨迹的偏离量（即 x 和 y 方向的最大偏移值）。初始设计变量 0 图 1 平面机器手操作器在这个例子里，等量约束是由最关键的约束组成的并且其结果与数的结果进行了比较。后者函数中适用了 c 的不同值，可以发现 c 的值越小其产生的设计就越死板。 c=50 时的设计是最理想的。应当指出的是编译器的限制可能会超过 c 的最大值，这完全取决于指数函数也就是只要设计变量的低限足够的小。另一方面，最关键的约束会产生极小质量的设计并且精确的迎合偏移位移量。最小的质量，恰当的直径和反复运动的次数在表 1 中列出。设计轨迹见表 2。表明了由数产生的结果，然而见应力远远小于允许值，因此应力约束受到了限制。连杆 2 中间的应力最大（见）图 3。被动物块的偏移量的最佳解决方案见图 4 图 2 设计参数表 1 平面机器人控制器最佳方法图 3 顶部连接两个的平均压力的最佳设计图 4 最终效应器偏差的最佳设计在研究中，高速遥控操纵器的最佳设计方案取决于动态特性。操纵器的固定轨迹与实际轨迹运动也必须考虑到。把最关键的约束用作等量约束。最关键的约束的时间点可能随着设计变量的改变而变化。这表明分段的等量约束并不会使设计过程产生缺陷。序列二次方程用于解决设计问题，其是运用整体偏差进行灵敏度计算。高速平面遥控操纵器已被优化设计成在应力和偏差限制下的最小质量。基于数产生的保守设计下使用等量约束，最好的设计理念就是用最关键的约束。 65. 2, 2551997 0 1997 6)002697 F . . 6531, 1 995) is of by in of of of is of on It is a by An on is by To a is a by 0 1997 1. he it to be of on in is by To be in of by on 11, of 2, 3,4. In it is of to be in is he is in is no is in an is in it a In of is to 5of is a to In is of a 8 In a of is of of as of as of is by is by 111. To a is by 2. n of a is as a of of k of is to of to of of of 255 2% S. . is as in of 5 2 To in 4, 5), 7” I” in 1=I ,=I to g,(x, t) 0 P, r = 1, 2, 3 j = 1, . , Y:; = $, + $;,& (1) q=l,., n, s=l,., 12 (7a) of of x is 8&+&,4!: p,r= 1,2,3 V of , is of In q= l,., m s= l,., 12, (7b) is ” is n, is to of m is of of in a of a be in a to a ” of k in a do of be as of is by f 2 mk of k=,=, i q, of a , be (7 7i,j$ j$,j$, 84 M; = f 2 m&, k=,i=l ?“I et s 12 to of +F”+F, (3) + &a + !;,Y;X: + &L.8) y = d is of is of , Q as UI s p”& d V :L$,. = s pkc#&$:; v!- F”=- O I Q!, = ,$, 4 6) + (/?&b;:, + u;&) &,b;:,. (9b) r f to he of by K is a a _ to of z,u= 1,2,3; s,v= l,., 12 is of of By = $?A& + & = $!&,& + $&,&, be 51 i to by of by of of in by , in of a is as of in It be in of of k k in in be to of is a in of A or is 3. he of is , of in of to be C x N, a of is in an An to of C to of of t is to by 3 as g,(x) = - i (10) .=I x) = gj(x, t”) c is a g, g,“). It be a 4 gj is g,n), of c, g,). as j(X) = x)l. (11) In gj a as it to In at of at by In as is by l I is on df/, M = 1, . . . , by in 4. is 1. A is in is to an 0, = 120”, 19 = - 150) to a 0, = 60”, - 30”) a is x =g T 2 E T t - x of T, is to .5 s. is of .6 m is by &, k = 1, 2; i = 1,2 of as of is to = 72 p = 2700 kg is by 1. A 2.0 t t 18.0 f 5 10 15 20 25 30 35 of 2. 258 S. . . 12 22 N) (4 9 9 8 of is at a kg of is 5i=l,.,n, 6 m, at n, of at 6 is of of in x y of 0 mm In by by In of c It of c in as A of c = 50 a It be be of c to if on On in of . 2. by CC of It is .5 t w 3. at of at in 0.6 s P $ 4. in 59 at of at 3. is 4. 5. n a of to of of by on as It of a in is in of by A of in . W. H. . T. . 3. 4. 5. 6. I. a. 9. 11. 12. of in 32, 4331989). E. J. . S. of 5, 3562 (1978). G. . by a 1137 (1979). R. T. 2. . P. 1990). D. A. . S. of 36, 1191990). M. H. . of 2, 2531994). J. H. . of . 16, 3441994). A. A. 1989). S. S. . J. A : I, 2931988). S. K. . M. L. of to . 56, 444451 (1989). K. 5, 485500 (1985): - _ T. R. P. W. . A. 1983): 512-E 毕业设计 (论文 )开题报告学生姓名：学号：专业：机械工程及自动化设计 (论文 )题目：送料机械手的设计指导教师 : 开题报告填写要求 1开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效； 2开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见； 3“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于 15篇科技论文的信息量，一般一本参考书最多相当于三篇科技论文的信息量（不包括辞典、手册）； 4 有关年月日等日期的填写，应当按照国标 7408 94数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“ 2009 年 3 月 15 日”或“ 2009 毕业设计（论文）开题报告 1结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写 2000 字左右的文献综述：文献综述摘要文章阐述了机械手在制造工业中的发展，并分析了机械的组成部分及其工作原理和设计的过程。同时阐述了机械手在国内外的发展状况，以及机械手的分类。最后阐述了该课题的意义，及主要研究内容及研究方法。关键词机械手工业机器人 1 工业机器人概述目前，工业机器人的定义，世界各国尚未统一，分类也不尽相同。最近联合国国际标准化组织采纳了美国机器人协会给工业机器人下的定义：工业机器人是一种可重复编程的多功能操作装置，可以通过改变动作程序，来完成各种工作，主要用于搬运材料，传递工件。参考国外的定义，结合我国的习惯用语，对工业机器人作如下定义：工业机器人是一种机体独立，动作自由度较多，程序可灵活变更，能任意定位，自动化程度高的自动操作机械。主要用于加工自动线和柔性制造系统中传递和装卸工件或夹具 1。工业机器人以刚性高的手臂为主体，与人相比，可以有更快的运动速度，可以搬运更重的东西，而且定位精度相当高，它可以根据外部来的信号，自动进行各种操作。工业机器人是在计算机控制下可编程的自动机器。采用工业机器人是提高产品质量与劳动生产率，实现生产过程自动化，改善劳动条件，减轻劳动强度的一种有效手段。机器人的诞生和发展虽只有 30 多年的历史，但它已应用到国民经济，民事技术等众多的领域，具有广阔的应用和发展前景，显示出强大的生命力 1 工业机器人功能根据所处的环境和作业需求，工业机器人具有至少一项或多项拟人功能，如抓取功能或移动功能，或两者兼有之，另外还可能程度不等的具有某些环境感知功能（如视觉，力觉，触觉等）。以及语音功能及至逻辑思维，判断决策功能等。从而使其能在要求的环境中代替人进行作业。在工业机器人的诸多功能中，抓取和移动是最主要的功能。这两项功能实现的技术基础是精巧的机械结构设计和良好的伺服控制驱动。本次设计就是在这一思维下展开的。根据设计内容和需求确定圆柱坐标型工业机器人，利用锥齿轮传动实现机器人的旋转，利用液压缸实现其移动以及对零件的抓取。在步进电机的控制下，机器达到精确的回转运动 3 工业机器人的发展工业机器人的发展，由简单到复杂，由初级到高级逐步完善，它的发展过程可分为三代：第一代工业机器人就是目前工业中大量使用的示教再现型工业机器人，它主要由手部、臂部、驱动系统和控制系统组成。它的控制方式比较简单，应用在线编程，即通过示教存贮信息，工作时读出这些信息，向执行机构发出指令，执行机构按指令再现示教的操作。第二代机器人是带感觉的机器人。它具有寻力觉、触觉、视觉等进行反馈的能力。其控制方式较第一代工业机器人要复杂得多，这种机器人从 1980 年开始进入了实用阶段，不久即将普及应用。第三代工业机器人即智能机器人。这种机器人除了具有触觉、视觉等功能外，还能够根据人给出的指令认识自身和周围的环境，识别对象的有无及其状态，再根据这一识别自动选择程序进行操作，完成规定的任务。并且能跟踪工作对象的变化，具有适应工作环境的功能。这种机器人还处于研制阶段，尚未大量投入工业应用 4。工业机器人的总体结构工业机器人的组成及各部分关系概述：它主要由机械系统 (执行系统、驱动系统 )、控制检测系统及智能系统组成。 (1) 执行系统：执行系统是工业机器人完成抓取工件，实现各种运动所必需的机械部件，它包括手部、腕部、机身等。 (a) 手部：机器人为了进行作业而配置的操作机构，又称手爪或抓取机构，它直接抓取工件或夹具。 (b) 腕部：又称手腕，是连接手部和臂部的部件，其作用是调整或改变手部的工作方位。 (c) 臂部：联接机座和手部的部分，是支承腕部的部件，作用是承受工件的管理管理荷重，改变手部的空间位置，满足机器人的作业空间，将各种载荷传递到机座。 (d) 机身：机器人的基础部分，起支撑作用，是支撑手臂的部件，其作用是带动臂部自转、升降或俯仰运动。 (2) 驱动系统：为执行系统各部件提供动力，并驱动其动力的装置。常用的有机械传动、液压传动、气压传动和电传动。 (3) 控制系统：通过对驱动系统的控制，使执行系统按照规定的要求进行工作，当发生错误或故障时发出报警信号。 (4) 检测系统：作用是通过各种检测装置、传感装置检测执行机构的运动情况，根据需要反馈给控制系统，与设定进行比较，以保证运动符合要求。实践证明，工业机械手可以代替人手的繁重劳动，显著减轻工人的劳动强度，改善劳动条件，提高劳动生产率和自动化水平。工业生产中经常出现的笨重工件的搬运和长期频繁、单调的操作，采用机械手是有效的。此外，它能在高温、低温、深水、宇宙、放射性和其他有毒、污染环境条件下进行操作，更显示其优越性，有着广阔的发展前途 4 2 不同驱动系统工业机器人的比较工业机器人的驱动方式可分为四种： (1) 气力驱动式的机器人：气源压力一般只有 60右，适宜抓举力较小的场合。 (2) 液力驱动式的机器人：结构紧凑，传动平稳且动作灵敏，但对密封的要求较高，且不宜在高温或低温的场合工作，要求的制造精度较高，成本较高。 (3) 电力驱动式的机器人：无环境污染，易于控制，运动精度高，成本低，驱动效率高等优点，其运用最为广泛。 (4) 新型驱动式的机器人：例如静电驱动器，压电驱动器，形状记忆合金驱动器，人工肌肉及光驱动器等 4。 3 工业机械手机械手结构 (1) 手部：是机械手与工件接触的部件。由于与物体接触的形式不同，可分为夹持式和吸附式手部。由于本课题的工件是圆柱状棒料，所以采用夹持式。由手指和传力机构所构成，手指与工件接触而传力机构则通过手指夹紧力来完成夹放工件的任务。 (2) 手腕：是联接手部和手臂的部件，起调整或改变工件方位的作用。 (3) 手臂：支承手腕和手部的部件，用以改变工件的空间位置。 (4) 立柱：是支承手臂的部件。手臂的回转运动和升降运动均与立柱有密切的联系。机械手的立柱通常为固定不动的。 (5) 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，故起支承和联接的作用 7。机械手的分类 (1)根据所承担的作业的特点，工业机械手可分为以下三类： (a)承担搬运工作的机械手：这种机械手在主要工艺设备运行时，用来完成辅助作业，如装卸毛坯、工件和工夹具。 (b)生产工业用机械手：可用于完成工艺过程中的主要作业，如装配、焊接、涂漆、弯曲、切断等。 (c)通用工业机械手：其用途广泛，可以完成各种工艺作业 9。 (2)按功能分类： (a)专用机械手：它是附属于主机的具有固定程序而无独立控制系统的机械装置。专用机械手具有动作少，工作对象单一，结构简单，实用可靠和造价低等特点，适用于大批大量的自动化生产，如自动机床，自动线的上、下料机械手和“加工中心”附属的自动换刀机械手。 (b)通用机械手：又称工业机器人。它是一种具有独立控制系统的机械装置。具有程序可变、工作范围大、定位精度高、通用性强的特点，适用于不断变换品种的中小批量自动化的生产。 (c)示教再现机械手：采用示教法编程的通用机械手。所谓示教，即由人通过手动控制，“拎着”机械手做一遍操作示范，完成全部动作后，其储存装置即能记忆下来。机械手可按示范操作的程序行程进行重复的再现工作。 (3)按驱动方式分： (a)液压传动机械手 (b)气压传动机械手 (c)机械传动机械手 (4)按控制方式分： (a)固定程序机械手：控制系统是一个固定程序的控制器。程序简单，程序数少，而且是固定的，行程可调但不能任意点定位。 (b)可编程序机械手：控制系统是一个可变程序控制器。其程序可按需要编排，行程能很方便改变 10 械手应用按机械手布局形式分可分为：架空式机械手、附机式机械手、落地式机械手三种。此外，还有安装在自动线料道上或料道旁，实现工件上、下料，传递转位、转向，粉料等用途的机械手，他们具有运动单一、结构简单，位置灵活及精度一般要求较低的特点。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 4 课题研究内容及进度安排设计参数及技术要求 (1)原始数据： (a)生产纲领： 100000 件（两班制生产） (b)自由度（四个自由度）臂转动 180 臂上下运动 500伸长（收缩） 500部转动 180 (2)技术要求 (a)坐标形式：圆柱坐标系 (b)臂的运动行程：伸缩运动 500转运动 180。 (c)运动速度：使生产率满足生产纲领的要求即可。 (d)控制方式：起止设定位置。 (e)定位精度： (f)手指握力： 392N (g)驱动方式：液压驱动课题研究内容 (1)根据设计要求及原始数据，进行机械手抓取机构设计； (2)进行液压系统原理设计，并画草图； (3)进行机座机身的结构设计； (4)研究机械手的定位及平稳性； (5)研究机械手的控制方式。 5 结束语本课题通过应用术对机械手进行结构设计和液压传动原理设计。它能实行自动上料运动；在安装工件时，将工件送入卡盘中的夹紧运动等。上料机械手的运动速度是按着满足生产率的要求来设定。参考文献 1 徐灏 M械工业出版社 ,1998. 2 徐灏 M械工业出版社 ,1998. 3 徐灏 M械工业出版社 ,1998. 4 张建民 M京理工大学出版社， 1994. 5 工业机械手编写组机械结构上 M海科学技术出版社 ,2005. 6 机床设计手册编写组 M 机械工业出版， 1999. 7 丁树模 M 机械工业出版社， 1998. 8 颜永年 M 大连理工大学工程画教教研室， 1998. 9 李恒权，朱明臣，王德云 M 青岛海洋出版社， 1990. 10 王栋梁 M机械基础， 1995. 11 隆生计与应用 M 电子工业出版社， 2004. 12 黄鹤汀 M 机械工业出版社， 1998. 13 吴宗泽 ,罗圣国 M 高等教育出版社， 2006 14 李允文 .工业机械手设计 M北京， 1996. 15 丁树模 .液压传动 M北京， 1992. 毕业设计（论文）开题报告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）： 1 要研究的问题了解送料机械手的特点：根据送料机械手的特点，执行系统一般包括手部、腕部、臂部、机身机座等，其中最主要是运动系统。机械手主要由执行系统、驱动系统及控制系统三部分组成。手部是夹紧（或吸附、托持）与松开工件或工具的部件，由手指（或吸盘），驱动元件和传动元件等组成。腕部、臂部、机身是将手部抓取的工件或工具进行搬运或操作的部件。驱动系统是驱动臂部、腕部、手部和机械手整体运动机构动作的动力装置，常用的驱动方式有液压、气动、机械、电气或其他的组合。控制系统是支配机械手按规定程序和要求进行运动的装置，他们主要用来控制：位置（点位控制或连续轨迹控制）时间、速度和加速度等参数机械手与主机及其它有关装置之间的联系。 2 要采用的手段 1) 在学校图书馆查阅相关资料。通过书籍和网络查找最新的夹具设计的发展动向，尽量在保证原来参数的基础上，采用最新的一些结构，这样才能使设计具有实用性和时代性。 2) 通过老师的指导。通过老师的指导，可以便捷地设计步骤。 3) 通过浏览因特网上的相关资料。网上有很多关于机械手设计指导。 4) 用相关的绘图软件画出零件图和装配图。学习软件，绘出零件图和装配图。同时对照课题任务的内容和要求，对具体参数进行设计和计算，选择合适的结构和部件，画出重要部件或者结构的视图，同时通过指导老师的指导对每一个可执行的方案进行最后的分析和确认， 5) 撰写设计说明书。毕业设计（论文）开题报告指导教师意见： 1对“文献综述”的评语： 2对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果的预测：指导教师：年月日所在专业审查意见：负责人：年月日送料机械手的设计,课题简介,工业机械手是工业生产的必然产物，它是一种模仿人体上肢的部分功能，按照预定要求输送工件或握持工具进行操作的自动化技术设备，对实现工业生产自动化，推动工业生产的进一步发展起着重要作用。本课题通过应用AutoCAD 技术对机械手进行结构设计和液压传动原理设计。要求该机械手能实行自动上料运动；在安装工件时，将工件送入卡盘中的夹紧运动等。通过本课题的设计，能够提高学生的理论分析与计算能力，同时提高学生的分析问题和解决问题的能力,设计任务,自由度（四个自由度）臂转动180 臂上下运动 500mm 臂伸长（收缩）500mm 手部转动 180 坐标形式：圆柱坐标系臂的运动行程：伸缩运动500mm，回转运动180。运动速度：使生产率满足生产纲领的要求即可。控制方式：起止设定位置。定位精度：0.5mm。手指握力：392N ，驱动方式：液压驱动,动作要求分析如图所示：动作一：送料动作二：预夹紧动作三：手臂上升动作四：手臂旋转动作五：小臂伸长动作六：手腕旋转,机械手的驱动方式,a)气力驱动式：气源压力一般只有60Mpa左右，适宜抓举力较小的场合。 (b)液力驱动式：结构紧凑，传动平稳且动作灵敏，但对密封的要求较高，且不宜在高温或低温的场合工作，要求的制造精度较高，成本较高。 (c)电力驱动式：无环境污染，易于控制，运动精度高，成本低，驱动效率高等优点，其运用最为广泛。 (d)新型驱动式：例如静电驱动器，压电驱动器，形状记忆合金驱动器，人工肌肉及光驱动器等,选型,本课题所设计的机械手为通用型的机械手，其中坐标系为圆柱坐标系结构。由于本课题的工件是圆柱状棒料，所以采用夹持式手部设计方案。手部部分由手指和传力机构所构成，手指与工件接触而传力机构则通过手指夹紧力来完成夹放工件的任务。其他部分则按照一般工业生产所采用的通用形式进行设计。驱动系统选用电机驱动和液压驱动，电机驱动用于机座的旋转和手臂的上下移动，液压驱动用于手臂的伸缩和机械手的夹取和翻转,机械手由4大部分组成: (1) 手部 :完成夹紧动作，用液压驱动，根据手握紧力392N计算出两机械爪张开角度，之间的距离，以及所驱动它的油缸的压力大小,2) 腕部：具有回转这一个自由度，可采用具有一个活动度的回转缸驱动的腕部结构,3) 臂部：它的作用是支撑腕部和手部，并带动它们在空间伸缩运动。通过它的行程，流量确定油缸大小，从而确定臂的尺寸,4) 机身：实现臂部的升降、回转或俯仰等运动的驱动装置或传动件都安装在机身上，或者就直接构成机身的躯干与底座相连。确定电机，泵，减速器的型号。并校核螺柱的强度,外观图,液压原理图,腕部回转,手部抓取,臂部伸缩,其他设计,机械手定位方式影响平稳性和定位精度的因素机械手运动的缓冲装置三维图的设计,谢谢各位老师本科毕业设计说明书（论文）第 1 页共 33 页目录 1 绪论错误 !未定义书签。机器人错误 !未定义书签。机械手错误 !未定义书签。课题研究内容及解决手段错误 !未定义书签。课题研究意义错误 !未定义书签。 2 机械手的结构方案和驱动方案选型错误 !未定义书签。原始数据及资料错误 !未定义书签。料槽形式及分析动作要求错误 !未定义书签。机械手结构及驱动系统选型错误 !未定义书签。 3 系统各主要组成部分设计错误 !未定义书签。抓取机构设计错误 !未定义书签。液压驱动系统设计错误 !未定义书签。机身结构的设计错误 !未定义书签。机械手的定位及平稳性确定错误 !未定义书签。 4 传动系统三维造型设计错误 !未定义书签。三维造型软件的概述错误 !未定义书签。送料机械手三维造型图错误 !未定义书签。结论语错误 !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。本科毕业设计说明书（论文）第 2 页共 33 页 1 绪论机器人目前，工业机器人的定义，世界各国尚未统一，分类也不尽相同。最近联合国国际标准化组织采纳了美国机器人协会给工业机器人下的定义：工业机器人是一种可重复编程的多功能操作装置，可以通过改变动作程序，来完成各种工作，主要用于搬运材料，传递工件。参考国外的定义，结合我国的习惯用语，对工业机器人作如下定义：工业机器人是一种机体独立，动作自由度较多，程序可灵活变更，能任意定位，自动化程度高的自动操作机械。主要用于加工自动线和柔性制造系统中传递和装卸工件或夹具 1。工业机器人以刚性高的手臂为主体，与人相比，可以有更快的运动速度，可以搬运更重的东西，而且定位精度相当高，它可以根据外部来的信号，自动进行各种操作。工业机器人是在计算机控制下可编程的自动机器。采用工业机器人是提高产品质量与劳动生产率，实现生产过程自动化，改善劳动条件，减轻劳动强度的一种有效手段。机器人的诞生和发展虽只有 30 多年的历史，但它已应用到国民经济，民事技术等众多的领域，具有广阔的应用和发展前景，显示出强大的生命力 2。根据所处的环境和作业需求，工业机器人具有至少一项或多项拟人功能，如抓取功能或移动功能，或两者兼有之，另外还可能程度不等的具有某些环境感知功能（如视觉，力觉，触觉等）。以及语音功能及至逻辑思维，判断决策功能等。从而使其能在要求的环境中代替人进行作业。在工业机器人的诸多功能中，抓取和移动是最主要的功能。这两项功能实现的技术基础是精巧的机械结构设计和良好的伺服控制驱动。本次设计就是在这一思维下展开的。根据设计内容和需求确定圆柱坐标型工业机器人，利用锥齿轮传动实现机器人的旋转，利用液压缸实现其移动以及对零件的抓取。在步进电机的控制下，机器达到精确的回转运动。工业机器人的发展，由简单到复杂，由初级到高级逐步完善，它的发展过程可分为三代：第一代工业机器人就是目前工业中大量使用的示教再现型工业机器人，它主要由手部、臂部、驱动系统和控制系统组成。它的控制方式比较简单，应用在线编程，即通过示教存贮信息，工作时读出这些信息，向执行机构发出指令，执行机构按指令再本科毕业设计说明书（论文）第 3 页共 33 页现示教的操作。第二代机器人是带感觉的机器人。它具有寻力觉、触觉、视觉等进行反馈的能力。其控制方式较第一代工业机器人要复杂得多，这种机器人从 1980 年开始进入了实用阶段，不久即将普及应用。第三代工业机器人即智能机器人。这种机器人除了具有触觉、视觉等功能外，还能够根据人给出的指令认识自身和周围的环境，识别对象的有无及其状态，再根据这一识别自动选择程序进行操作，完成规定的任务。并且能跟踪工作对象的变化，具有适应工作环境的功能。这种机器人还处于研制阶段，尚未大量投入工业应用 2 机械手机械手，顾名思义，是指能模仿人手的部分动作，用以完成某些抓放，搬运物件或操纵工具等工作的自动化机械装置。机械手通常用附属于它所服务的设备，动作程序固定，多数没有独立的控制系统，其控制装置包括在主机的控制系统（不包括工业机器人）。机械手（以及工业机器人）在机械加工自动化方面的应用主要有：自动上、下料和自动换刀 3。机械手的组成执行系统一般包括手部、腕部、臂部、机身机座等，其中最主要是运动系统。机械手主要由执行系统、驱动系统及控制系统三部分组成。手部是夹紧（或吸附、托持）与松开工件或工具的部件，由手指（或吸盘），驱动元件和传动元件等组成。腕部、臂部、机身是将手部抓取的工件或工具进行搬运或操作的部件。驱动系统是驱动臂部、腕部、手部和机械手整体运动机构动作的动力装置，常用的驱动方式有液压、气动、机械、电气或其他的组合。控制系统是支配机械手按规定程序和要求进行运动的装置，他们主要用来控制：位置（点位控制或连续轨迹控制）时间、速度和加速度等参数机械手与主机及其它有关装置之间的联系 3。机械手的应用本科毕业设计说明书（论文）第 4 页共 33 页按机械手布局形式分可分为：架空式机械手、附机式机械手、落地式机械手三种。此外，还有安装在自动线料道上或料道旁，实现工件上、下料，传递转位、转向，粉料等用途的机械手，他们具有运动单一、结构简单，位置灵活及精度一般要求较低的特点。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 3。机械手的分类 (1)根据所承担的作业的特点，工业机械手可分为以下三类： (a)承担搬运工作的机械手：这种机械手在主要工艺设备运行时，用来完成辅助作业，如装卸毛坯、工件和工夹具。 (b)生产工业用机械手：可用于完成工艺过程中的主要作业，如装配、焊接、涂漆、弯曲、切断等。 (c)通用工业机械手：其用途广泛，可以完成各种工艺作业 9。 (2)按功能分类 : (a)专用机械手：它是附属于主机的具有固定程序而无独立控制系统的机械装置。专用机械手具有动作少，工作对象单一，结构简单，实用可靠和造价低等特点，适用于大批大量的自动化生产，如自动机床，自动线的上、下料机械手和“加工中心”附属的自动换刀机械手。 (b)通用机械手：又称工业机器人。它是一种具有独立控制系统的机械装置。具有程序可变、工作范围大、定位精度高、通用性强的特点，适用于不断变换品种的中小批量自动化的生产。 (c)示教再现机械手：采用示教法编程的通用机械手。所谓示教，即由人通过手动控制，“拎着”机械手做一遍操作示范，完成全部动作后，其储存装置即能记忆下来。机械手手可按示范操作的程序行程进行重复的再现工作。 (3)按驱动方式分： (a)气力驱动式的机器人：气源压力一般只有 60右，适宜抓举力较小的场合。 (b)液力驱动式的机器人：结构紧凑，传动平稳且动作灵敏，但对密封的要求较高，且不宜在高温或低温的场合工作，要求的制造精度较高，成本较高。 (c)电力驱动式的机器人：无环境污染，易于控制，运动精度高，成本低，驱动本科毕业设计说明书（论文）第 5 页共 33 页效率高等优点，其运用最为广泛。 (d)新型驱动式的机器人：例如静电驱动器，压电驱动器，形状记忆合金驱动器，人工肌肉及光驱动器等 (4)按控制方式分 : (a)固定程序机械手：控制系统是一个固定程序的控制器。程序简单，程序数少，而且是固定的，行程可调但不能任意点定位。 (b)可编程序机械手：控制系统是一个可变程序控制器。其程序可按需要编排，行程能很方便改变 9。课题研究内容及解决手段 (1)根据设计要求及原始数据，进行机械手抓取机构设计； (2)进行液压系统原理设计，并画草图； (3)进行机座机身的结构设计； (4)研究机械手的定位及平稳性； (5)研究机械手的控制方式。课题研究意义 (1)培养学生综合分析和解决本专业的一般工程技术问题的独立工作能力，拓宽和深化学生的知识。 (2)培养学生树立正确的设计思想，设计构思和创新思维，掌握工程设计的一般程序规范和方法。 (3)培养学生树立正确的设计思想和使用技术资料、国家标准等手册、图册工具书进行设计计算，数据处理，编写技术文件等方面的工作能力。 (4)培养学生进行调查研究，面向实际，面向生产，向工人和技术人员学习的基本工作态度，工作作风和工作方法。本科毕业设计说明书（论文）第 6 页共 33 页 2 机械手的结构方案和驱动方案选型原始数据及资料 (1)原始数据： (a)生产纲领： 100000件（两班制生产） (b)自由度（四个自由度）臂转动 180 臂上下运动 500伸长（收缩） 500部转动 180 (2)技术要求主要参数的确定： (a)坐标形式：圆柱坐标系 (b)臂的运动行程：伸缩运动 500转运动 180。 (c)运动速度：使生产率满足生产纲领的要求即可。 (d)控制方式：起止设定位置。 (e)定位精度： (f)手指握力： 392N (g)驱动方式：液压驱动。料槽形式及分析动作要求 (1)料槽形式由于工件的形状属于小型回转体，此种形状的零件通常采用自重输送的输料槽 ,如图装置结构简单，不需要其它动力源和特殊装置，所以本课题采用此种输料槽。本科毕业设计说明书（论文）第 7 页共 33 页图械手安装简易图 (2)动作要求分析如图动作一：送料动作二：预夹紧动作三：手臂上升动作四：手臂旋转动作五：小臂伸长动作六：手腕旋转预夹紧手臂上升手臂旋转小臂伸长手腕旋转手臂转回图械手动作简易图机械手结构及驱动系统选型本课题所设计的机械手为通用型的机械手，其中坐标系为圆柱坐标系结构。由于本课题的工件是圆柱状棒料，所以采用夹持式手部设计方案。手部部分由手指和传力机构所构成，手指与工件接触而传力机构则通过手指夹紧力来完成夹放工件的任务。本科毕业设计说明书（论文）第 8 页共 33 页其他部分则按照一般工业生产所采用的通用形式进行设计。驱动系统选用电机驱动和液压驱动，电机驱动用于机座的旋转和手臂的上下移动，液压驱动用于手臂的伸缩和机械手的夹取和翻转 3。本科毕业设计说明书（论文）第 9 页共 33 页 3 系统各主要组成部分设计抓取机构设计手部设计计算 (1)对手部设计的要求 (a)有适当的夹紧力手部在工作时，应具有适当的夹紧力，以保证夹持稳定可靠，变形小，且不损坏工件的已加工表面。对于刚性很差的工件夹紧力大小应该设计得可以调节，对于笨重的工件应考虑采用自锁安全装置。 (b)有足够的开闭范围夹持类手部的手指都有张开和闭合装置。工作时，一个手指开闭位置以最大变化量称为开闭范围。对于回转型手部手指开闭范围，可用开闭角和手指夹紧端长度表示。手指开闭范围的要求与许多因素有关，如工件的形状和尺寸，手指的形状和尺寸，一般来说，如工作环境许可，开闭范围大一些较好，如图图械手开闭示例简图本科毕业设计说明书（论文）第 10 页共 33 页 (c) 力求结构简单，重量轻，体积小手部处于腕部的最前端，工作时运动状态多变，其结构，重量和体积直接影响整个机械手的结构，抓重，定位精度，运动速度等性能。因此，在设计手部时，必须力求结构简单，重量轻，体积小。 (d) 手指应有一定的强度和刚度 (e)其它要求：因此送料，夹紧机械手，根据工件的形状，采用最常用的外卡式两指钳爪，夹紧方式用常闭史弹簧夹紧，松开时，用单作用式液压缸。此种结构较为简单，制造方便。 (2)拉紧装置 4 如图示：油缸右腔停止进油时，弹簧力夹紧工件，油缸右腔进油时松开工件。图缸示意图 (a)右腔推力为 p 24/ （ = 32 =(b)根据钳爪夹持的方位，查出当量夹紧力计算公式为： 21 co s/2 （ P 本科毕业设计说明书（论文）第 11 页共 33 页其中 N =4 98N=392N，带入公式： 21 co s/2 =(2 150/50) （ 392 =1764N 则实际加紧力为（ =1764 424N 经圆整 500N 由公式 c 2/ 得： a=50.5 mm b=72 c)计算手部活塞杆行程长 L,即（ =25 圆整取 l=25d)确定“ V”型钳爪的 L、 3。取 L/ （式中：（由公式（： L=3 50 取“ V”型钳口的夹角 2 =120，则偏转角按最佳偏转角来确定，查表得： =2239 (5)机械运动范围（速度） (a)伸缩运动 00mm/s 0mm/s (b)上升运动 00mm/s 0mm/s (c)下降 00mm/s 0mm/s 本科毕业设计说明书（论文）第 12 页共 33 页 (d)回转0/s =30/s 所以取手部驱动活塞速度 V=60mm/s (6)手部右腔流量（ =60 2r =60 25 =s (7)手部工作压强 1 （ =3500/械手手部的尺寸如图示：图寸示意图腕部设计计算腕部是联结手部和臂部的部件，腕部运动主要用来改变被夹物体的方位，它动作灵活，转动惯性小。本课题腕部具有回转这一个自由度，可采用具有一个活动度的回本科毕业设计说明书（论文）第 13 页共 33 页转缸驱动的腕部结构。要求：回转 90 角速度 =45/s 以最大负荷计算：当工件处于水平位置时，摆动缸的工件扭矩最大，采用估算法，工件重 10度 l =650图 (1)计算扭矩 1 4 设重力集中于离手指中心 200扭矩 1 为： 1 （ =10 N M） F S F 图部受力简图 (2)油缸（伸缩）及其配件的估算扭矩 2 4 F =5 S =10入公式 2 =5 N M） (3)摆动缸的摩擦力矩摩4 摩F=300（ N）（估算值） S=20 （估算值）摩=摩F S =6（ N M）工件本科毕业设计说明书（论文）第 14 页共 33 页 (4)摆动缸的总摩擦力矩 4 = 1 + 2 + 摩（ =N M） (5)由公式 8/10 621 （其中： b 叶片密度，这里取 b=3 1A 摆动缸内径 , 这里取 1A =10 转轴直径 , 这里取3 所以代入（式 621 108 =8 106 =因为 1/8 所以 8/21 =（ /4）（ =10s =27ml/s 臂伸缩机构设计手臂是机械手的主要执行部件。它的作用是支撑腕部和手部，并带动它们在空间运动。臂部运动的目的，一般是把手部送达空间运动范围内的任意点上，从臂部的受力情况看，它在工作中即直接承受着腕部、手部和工件的动、静载荷，而且自身运动又较多，故受力较复杂。机械手的精度最终集中在反映在手部的位置精度上。所以在选择合适的导向装置和定位方式就显得尤其重要了 5。本科毕业设计说明书（论文）第 15 页共 33 页手臂的伸缩速度为 200m/s 行程 L=5001)手臂右腔流量，公式（： =200 40 =1004800s =0m/s =1000ml/s (2)手臂右腔工作压力，公式（得：（式中： F 取工件重和手臂活动部件总重，估算 F =10+20=30F=1000N。所以代入公式（：摩 =（ 30 000） / 40 =3)绘制机构工作参数表如表表构工作参数表机构名称工作速度行程工作压力流量手部抓紧腕部回转小臂伸缩 60mm/s 45 /s 200mm/s 25 90 500s 27m/s 1000ml/s (4)由初步计算选液压泵所需液压最高压力 P =需液压最大流量 Q =1000ml/s 选取轮泵）此泵工作压力为 10速为 1800r/作流量 2 70ml/ 本科毕业设计说明书（论文）第 16 页共 33 页以满足需要。 (5)验算腕部摆动缸： 8/10 621 （ 1/8 （式中：机械效率取： 0.9 容积效率取：以代入公式（： T = 106/8 =N M） T M=N M）代入公式（得： W =（ 8 27 10 s W /4 s 因此，取腕部回转油缸工作压力 P =1量 Q =35ml/s 圆整其他缸的数值：手部抓取缸工作压力 1P =2 流量 1Q =120ml/s 小臂伸缩缸工作压力 2P = 流量 2Q =1000ml/s 液压驱动系统设计液压控制室机械手的一种主要的控制形式。机械手的运动速度和操作室根据油的流量与压力来确定，因而只要控制油的流量和压力，就可以控制机械手的运动速度和操作力，油压压力一般在 5 140公斤 /厘米范围内，最大臂力可达 160公斤以上。主要优点： (1)液压执行元件 (马达和油缸 )结构紧凑，重量轻，功率小。本科毕业设计说明书（论文）第 17 页共 33 页 (2)可通过液压油带走大量热能，保证机械的正常运行，并由于液压油的润滑作用，可延长元件的使用寿命。 (3)液压元件有直线位移式和旋转式二种，适用范围较广，其控制速度的区间也比较宽。只要通过阀和泵的调节就能实现开环和闭环的控制系统。 (4)响应速度比较快，能高速启动，制动和反向，无后滞现象。其力矩一惯量比也较大，因而其加速度能力较强。 (5)液压元件于其他驱动元件相比，刚度较大，位置误差小，定位精度高，而且耐振动等。缺点 : (1)液压控制需要一套液压系统，不像电力容易获得，而且价格较贵。 (2)油温有上限，并难以保持不漏，比较脏，易于使阀和执行元件堵塞。 (3)控制系统比较复杂，处理功率讯号的数学运算误差，检测，放大，测试和补偿功能不如电子，机电装置灵活简便 4 手部抓取缸图部抓取缸液压原理图 (1)手部抓取缸液压原理图如图示 (2)泵的供油压力 0量 =1300ml/s。因此，需装图所示的调速阀，流量定为作压力 P=2 选取采用：本科毕业设计说明书（论文）第 18 页共 33 页 202 调速阀 23腕部摆动液压回路 4图部摆动液压回路 (1)腕部摆动缸液压原理图如图示 (2)工作压力 : P=1量 : Q=35ml/s 选取采用 : 202调速阀 34 换向阀溢流阀本科毕业设计说明书（论文）第 19 页共 33 页小臂伸缩缸液压回路臂部伸缩缸52图臂伸缩缸液压回路 (1)小臂伸缩缸液压原理图如图示 (2)工作压力 : P =量 : Q =1000ml/s 选取采用：溢流阀 202 调速阀 23 本科毕业设计说明书（论文）第 20 页共 33 页总体系统图图体系统图 (1)总体系统图如图示 , (2)工作过程 : 小臂伸长手部抓紧腕部回转小臂回转小臂收缩手部放松 (3)电磁铁动作顺序表 : 表元件动作 1臂伸长手部抓紧腕部回转小臂收缩手部放松卸荷 - - - - - + + + + - - + - - - + - - + - - - - - - - (4)确电机规格：液压泵选取定压力 P =10作流量在 32 70ml/取 80L/ 因此：传动功率 / （本科毕业设计说明书（论文）第 21 页共 33 页式中： =经验值）所以代入公式（： N =10 80 103 106/60 取电动机定功率 17 转速为 2940r/ 机身结构的设计机身是直接支承和传动手臂的部件。一般实现臂部的升降、回转或俯仰等运动的驱动装置或传动件都安装在机身上，或者就直接构成机身的躯干与底座相连。因此，臂部的运动愈多，机身的结构和受力情况就愈复杂，机身既可以是固定式的，也可以是行走式的 ,如图图身机座结构图臂部和机身的配置形式基本上反映了机械手的总体布局。本课题机械手的机身设计成机座式，这样机械手可以是独立的，自成系统的完整装置，便于随意安放和搬动，也可具有行走机构。臂部配置于机座立柱中间，多见于回转型机械手。臂部可沿机座立柱作升降运动，获得较大的升降行程。升降过程由电动机带动螺柱旋转。由螺柱配合导致了手臂的上下运动。手臂的回转由电动机带动减速器轴上的齿轮旋转带动了机本科毕业设计说明书（论文）第 22 页共 33 页身的旋转，从而达到了自由度的要求 7 电机的选择机身部使用了两个电机，其一是带动臂部的升降运动；其二是带动机身的回转运动。带动臂部升降运动的电机安装在肋板上，带动机身回转的电机安装在混凝土地基上。带动臂部升降的电机：初选上升速度 V =100mm/s P =6以 n =（ 100/6） 60=1000转 /分选择于笼型异步电动机。采用壳防护等级为却方式为 I（ 014）即全封闭自扇冷却，额定电压为 380V，额定功率为 50 如表 90 表 90型号额定功率载时堵转电流堵转转矩最大转矩电流 A 转速r/率 % 功率因素额定电流额定转矩额定转矩 400 79 减速器的选择 10 减速器的原动机和工作机之间的独立的闭式传动装置。用来降低转速和增转矩，以满足工作需要。初选圆柱蜗杆减速器。蜗杆下置式一级传动的阿基米德圆柱蜗杆减速器。蜗杆的材料为 38质蜗轮的材料为心矩 a=80 q=11 （传动比 I =30 传动惯量 10 m 本科毕业设计说明书（论文）第 23 页共 33 页螺柱的设计与校核 11 螺杆是机械手的主支承件，并传动使手臂上下运动。螺杆的材料选择：从经济角度来讲并能满足要求的材料为铸铁。螺距 P =6 梯形螺纹螺纹的工作高度 h = （ =3纹牙底宽度 b =6= （螺杆强度 11 = s/3 5 （ =150/3 5 =30 50纹牙剪切 =40 弯曲 b=45 55 (1)当量应力 231221 (式中 T 传递转矩 N 螺杆材料的许用应力所以代入公式（得： = 231221 )200(3)/ = 6231221 105030)/( 2495/ +3（ 900 2500 1012 =6225025/1236/900 2500 1012 62250251236 9001012 6225025 1236 900 1012 即 16471535340格 (2)剪切强度本科毕业设计说明书（论文）第 24 页共 33 页 =160/6 （旋合圈数）（（ =200 160/6） 10103 =403)弯曲强度 1/3 =3 200 3/ 160/6） = =45格机座的机械结构示意图带动机身回转的电机：初选转速 W =60/s N =1/6转 /秒 =10转 /分由于齿轮 I =3 减速器 I =30 所以 n =10 3 30=900转 /分选择笼型异步电动机电动机采用壳防护等级为却方式为 I（ 014）即全封闭自扇冷却，额定电压为 380V，额定功率为 50 如表 90 表 90型号额定功率载时堵转电流堵转转矩最大转矩电流 A 转速 r/率 % 功率因素额定电流额定转矩额定转矩 10 座的机械结构如图本科毕业设计说明书（论文）第 25 页共 33 页图座结构图机械手的定位及平稳性确定常用的定位方式机械挡块定位是在行程终点设置机械挡块。当机械手经减速运行到终点时，紧靠挡块而定位。若定位前已减速，定位时驱动压力未撤除，在这种情况下，机械挡块定位能达到较高的重复精度。一般可高于定位时关闭驱动油路而去掉工作压力，这时机械手可能被挡块碰回一个微小距离，因而定位精度变低 12。影响平稳性和定位精度的因素机械手能否准确地工作，实际上是一个三维空间的定位问题，是若干线量和角量定位的组合。在许多较简单情况下，单个量值可能是主要的。影响单个线量或角量定位误差的因素如下： (1)定位方式不同的定位方式影响因素不同。如机械挡块定位时，定位精度与挡块的刚度和碰接挡块时的速度等因素有关。 (2)定位速度定位速度对定位精度影响很大。这是因为定位速度不同时，必须耗散的运动部件的能量不同。通常，为减小定位误差应合理控制定位速度，如提高缓冲装置的缓冲性本科毕业设计说明书（论文）第 26 页共 33 页能和缓冲效率，控制驱动系统使运动部件适时减速。 (3)精度机械手的制造精度和安装调速精度对定位精度有直接影响。 (4)刚度机械手本身的结构刚度和接触刚度低时，因易产生振动，定位精度一般较低。 (5)运动件的重量运动件的重量包括机械手本身的重量和被抓物的重量。运动件重量的变化对定位精度影响较大。通常，运动件重量增加时，定位精度降低。因此，设计时不仅要减小运动部件本身的重量，而且要考虑工作时抓重变化的影响。 (6)驱动源液压、气压的压力波动及电压、油温、气温的波动都会影响机械手的重复定位精度。因此，采用必要的稳压及调节油温措施。如用蓄能器稳定油压，用加热器或冷却器控制油温，低速时，用温度、压力补偿流量控制阀控制。 (7)控制系统开关控制、电液比例控制和伺服控制的位置控制精度是个不相同的。这不仅是因为各种控制元件的精度和灵敏度不同，而且也与位置反馈装置的有无有关 13。本课题所采用的定位精度为机械挡块定位。机械手运动的缓冲装置缓冲装置分为内缓冲和外缓冲两种形式。内缓冲形式有油缸端部缓冲装置和缓冲回路等。外缓冲形式有弹性机械元件和液压缓冲器。内缓冲的优点是结构简单，紧凑。但有时安置位置有限；外缓冲的优点是安置位置灵活，简便，缓冲性能好调等，但结构较庞大。本课题所采用的缓冲装置为油缸端部缓冲装置。当活塞运动到距油缸端盖某一距离时能在活塞与端盖之间形成一个缓冲室。利用节流的原理使缓冲室产生临时背压阻力，以使运动减速直至停止，而避免硬性冲击的装置，称为油缸端部缓冲装置 12 在缓冲行程中，节流口恒定的，称为恒节流式油缸端部缓冲装置。

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