运送铝活塞铸造毛坯机械手

1、毕业设计（论文） 题 目：运送铝活塞铸造毛坯机械手设计 专 业：机械设计制造与自动化 班 级：1001 学 号：2010010950 姓 名：周峰 指导老师：王洪新目 录中文摘要Abstract第1章 绪论1.1 工业机器人简介1.2 工业机器人发展第2章 工业机器人的总体设计 2.1工业机器人的组成及各部分关系概述 2.2工业机器人的设计分析 2.2.1设计要求 2.2.2总体方案拟定 2.2.3工业机器人主要技术性能参数第3章 工业机器人的机械系统设计 3.1工业机器人的运动系统分析 3.1.1机器人的运动概述 3.1.2机器人的运动过程分析 3.2工业机器人的执行机构设计 3.2.1末端

2、执行机构设计 3.2.1.1设计时要注意的问题 3.2.1.2总体结构设计 3.2.1.3液压缸的选择和夹紧力的校验 3.2.1.4弹性爪的强度校验 3.2.2手臂机构的设计 3.2.2.1手臂的设计要求 3.2.2.2伸缩液压油缸的选择 3.2.2.3活塞杆的强度校验 3.2.3腰部和基座设计 3.2.3.1结构设计 3.2.3.2步进电机的选择 3.2.3.3轴承的选择 3.2.3.4齿轮的选择第4章 工业机器人的计算机控制系统概述4.1 工业机器人控制系统的特点及对控制功能的基本要求4.2 计算机控制系统的设计方案4.3 硬件电路的组成4.4 电路接口说明第5章 工业机器人运行时应采取的

3、安全措施 5.1 安全要求 5.2 实施方法总 结 鸣 谢参考文献中文摘要在工业上，自动控制系统得到了广泛的应用，譬如工业自动化控制系统、机器人、计算机系统等，然而工业机器人是相对较新的电子设备，它开始改变现代化工业的面貌。实际应用的机器人由带有腕（或称为手臂）的主机身和机身端部的工具（通常是某些类型的夹持器）组成，也包括一个辅助动力系统。本文是对整个设计工作较为全面的介绍和总结。关键词：手臂；夹持器；工业机器人。AbstractOn the industrially ,automatic control system has been widely used ,such as automat

4、ion machine tool control ,robotics, computer and so on.Industrial robots are relatively new electromechanical devices that beginning to change the appearance of modern industry .A physical robot is normally composed of a main frame(or arm)with a wrist and some tooling (usually some type of gripper)

5、at the end of the frame .An auxiliary power system also be include withe the robot .The paper is more comprehensive introduction and summing-up for the whole design work.Key words: arm; gripper; Industrial robot.第1章 绪论1.1 工业机器人简介随着我国工业的发展，工业机器人得到了广泛的应用，其集中了机械工程、电子工程、计算机工程、自动控制工程以及人工智能等多学科最新的研究成果，工业机

6、器人的广泛应用是一个国家科技和经济实力的象征。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，主要应用于材料的搬运、传递工件。在实际的工业生产中，工业机器人能够替代工人做特定的单调、频繁和重复的长时间作业，或是危险、恶劣环境下的工作。譬如：涂装、热处理、冲压、压力铸造、焊接、机械加工和简单装配等工序上，以及原子能工业等部门中，以此来完成对人体有害的燃料搬运或工艺操作。主体、驱动系统和控制系统三个基本部分组成了工业机器人，工业机器人中抓取和移动是其最主要的功能，机械机构设计和伺服控制系统是工业机器人实现该功能的技术基础，本设计就是根据该思维出发，根据设计内容和需求

7、确定圆柱坐标型工业机器人，由锥齿轮的传动实现机器人的旋转，液压缸实现移动及抓取，再由步进电机实现精确回转。1.2 工业机器人的发展在我国，工业机器人起步于70年代，经过了20多年的发展与研究，工业机器人的经历在我国可以划分为3个阶段：70年代的萌芽期，80年代的开发期和90年代的适用期。在70年代，世界科技水平飞速发展，阿姆斯特丹代表人类登上了月球，实现了金星、火星的软着陆，我国的人造卫星也是在这个时期成功发射。工业机器人的应用开始受到关注，工业机器人在生产中的应用大大解决了日益匮乏的劳动了，我国于1972年开始研制属于自己的工业机器人。随着80年代更改开放的深入，我国机器人技术的开发与研究得

8、到了政府的重视，“七五”期间，开始对工业机器人及其零部件进行技术攻关，完成了示教再现式工业机器人成套技术的开发，研制出了涂装、焊接、搬运机器人；“863”计划的实施进一步促进了我国机器人的发展，并且成功的研制了一批特种机器人。90年代初期起，国民经济进入实现两个根本转变时期，高科技发展进一步得到腾飞，工业机器人又在实践中迈进了一大步，焊接、装配、涂装、切割、搬运等各种用途的工业机器人先后研制成功并得到了广泛的应用。而今，工业机器人在国外的发展已经实现了研制和生产的标准化，作为未来工业机器人的生产大国，标准化的过程是一重要的发展趋势。加快工业机器人的开发与生产是中国制造业向高端转变的重要途径，以

9、此来迎接国际先进制造和国际分工。第2章 工业机器人的总体设计 2.1工业机器人的组成及各部分关系概述 机械系统（执行系统、驱动系统）、控制系统及智能系统是工业机器人的主要组成部分。A、 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。 手部用于直接抓取工件或者夹具，是为了配合机器人进行作业而配置的操作机构；腕部则是用于调整或者改变手部的工作方位，它连接于手部和臂部；臂部则是连接机座和手部的部分，它支撑腕部，用于改变手部的空间位置，满足机器人的作业空间，传递载荷到机座。而机身则是整个机器人的最基础部分，起支撑作用，带动臂部自转、升降或俯仰。B、

10、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。机械传动、液压传动、气压传动和电传动都是我们日常常用的驱动系统、C、控制系统：通过对驱动系统的控制，完成按规定操作而进行工作，当发生错误或者故障时候发出警报。D、检测系统：主要通过外加的传感器检测执行机构的运动情况，将实时情况反馈到控制系统，与设定数据进行比较，以保证运动符合要求。2.2工业机器人的设计分析2.1.1设计要求 通过设计机械手，培养综合运用所学过的基本理论、基本知识和基本方法，分析能力和解决问题的能力。 有关数据：设计一机械手，将铝活塞铸造毛坯从模具中取出，之后运送到距离模具2米远处的铝活塞毛坯箱里。（铝活塞的基本尺寸等技术

11、要求参见顾崇衍编机械制造工艺学P91-P100。） 零件尺寸：外孔 101.6，高 106 。 零件材料：铝。2.2.2总体方案拟定 能够抓取和移动是工业机器人的最主要功能，要想能够很好的实现抓取和移动的功能，必须有着精巧的机械结构设计和良好的伺服控制驱动。所以设计由此展开，根据设计内容和需求确定工业机器人的工作方式，而机器人的旋转运动则是利用步进电机驱动和锥齿轮传动来实现；手臂的上下运动我们可以利用液压缸；在本设计中，工业机器人的工作范围不大，所以我们可以选择液压缸驱动实现手臂的伸缩运动；末端夹持器采用滑槽杠杆式回转型夹持器，选择小型液压缸驱动夹紧。图1：机器人外形图2.2.3工业机器人主要

12、技术性能参数工业机器人的技术参数是说明其规格和性能的具体指标。主要参数如下所示：A、 抓取重量：抓取重量是用来表明机器人负荷能力的技术参数，这是一项主要参数。这项参数与机器人的运动速度有关，一般是指在正常速度下所抓取的重量。B、 抓取工件的极限尺寸：抓取工件的极限尺寸是用来表明机器人抓取功能的技术参数，它是设计手部的基础。C、 坐标形式和自由度：说明机器人机身、手部、腕部等共有的自由度数及它们组成的坐标系特征。D、 运动行程范围：指执行机构直线移动距离或回转角度的范围，即各运动自由度的运动量。根据运动行程范围和坐标形式就可确定机器人的工作范围。E、 运动速度：是反映机器人性能的重要参数。通常所

13、指的运动速度是机器人的最大运动速度。它与抓取重量、定位精度等参数密切有关，互相影响。目前，国内外机器人的最大直线移动速度为1000mm/s左右，一般为200400mm/s；回转速度最大为180º/s，一般为50º/s。F、 编程方式和存储容量 本设计中的三自由度圆柱坐标型工业机器人的有关技术参数机械手类型三自由度圆柱坐标型抓取重量2.38KG自由度3个（一个回转2个移动）机座内部回转运动，回转角0°180°，步进电机驱动腰部机构伸缩运动，升降范围为40mm，液压缸驱动手臂机构伸缩运动，伸缩范围为70mm,液压缸驱动末端执行器液压缸驱动第3章 工业机器人的机械系统设计3.1工业机器人的运动系统分析 3.1.1机器人的运动概述 研究工业机器人的运动，我们可以从以下三个方面来讨论：工业机器人的自由度、工