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1`本科毕业设计（论文）资料第一部分毕业设计本科毕业设计（论文）1摘要机械手是工业自动控制领域中经常遇到的一种控制对象。机械手可以完成许多工作，如搬物、装配、切割、喷然等等，应用非常广泛。在现代化工业中，生产过中的自动化已成为突出的主题。各行各业的自动化水平越来越高，现代化加工车间常配有机械手，以提高生产效率，或者完成工人难以完成的工作。据资料介绍，美国生产的全部零件中，有75%是小批量生产。金属加工批量中有四分之三在五十件以下，零件真正在机床上加工的时间仅占零件生产时间的5%。从这里可以看出，装卸、搬运等工序机械化得迫切性，工业机械手就是为实现这些工序的自动化而产生的。目前在我国机械手常用于完成的工作有：注塑工业中从模具中快速抓取制品并将制品传送到下一个生产工序；机械手加工行业中用于取料、送料；浇铸行业中用于提取高温溶液等等。本文以能够实现这类工作的搬运机械手为研究对象，熟悉搬运机械手的运动原理。在此基础上，确定了搬运机械手的基本系统结构，完成了机械手的设计工作，包括自动控制系统、气动系统、手部、腕部、手臂以及机身等主要部件的结构设计。关键词：搬运机械手，控制系统，气动2ABSTRACTManipulatorisindustrialautomaticcontrolfieldfrequentlyencounteredinacontrolobject.manipulatorcandomanywork,suchasmovingobjects,assembling,cutting,sprayhowever,etc,whichiswidelyapplied.inmodernindustry,theproductionofautomationhasbecomeoutstandingtheme.Inallwalksoflife,automationmoreandmorehigh,modernprocessingworkshopoftenequippedwithmanipulatortoimproveproductionefficiency,orcompleteworkerscompletedworkhard.metalprocessinginbatchofthreequartersin50pieces,partsbelowonthemachineprocessinginrealtimeaccountedforonly5%ofpartsproductiontime.Fromherecansee,loadingandunloading,handling,carryingtheprocesssuchasindustrialrobotshaveurgency,mechanizedforrealizingtheseprocessesisautomatedandofgeneration.Inourcountryatpresentisoftenusedinthefinishedworkofmanipulatorare:injectionindustryfromthemoldtograbproductsandfastteleporttothenextwillproductproductionprocesses;Manipulatorprocessingindustryforpicking,feeding;Castingindustryusedtoextracthigh-temperaturesolution,etc.Wecanachievethiskindofjobofcarryingmanipulatorastheresearchobject,familiarwiththekinematicprincipleofcarryingmanipulator.Onthisbasis,itdeterminesthebasicsystemstructurecarryingmanipulatorofthemanipulator,completedthedesign,includingtheautomaticcontrolsystem,pneumaticsystems,handandwrist,armandfuselageetc.,themaincomponentsofthestructuredesign.Keywords：carryingmanipulator,controlsystem,pneumatic3目录一绪论………………………………………………………………………1（一）机械手的应用现状和发展方向………………………………………1（二）机械手的分类…………………………………………………………11简史…………………………………………………………………22应用简况……………………………………………………………33发展趋势……………………………………………………………3（三）在机械工业中应用机械手的意义……………………………………6二机械手的总体方案设计………………………………………………8（一）主要技术参数…………………………………………………………8（二）工作要求………………………………………………………………8（三）系统组成………………………………………………………………8（四）总体技术方案…………………………………………………………91回转缸…………………………………………………………………92升降缸和伸缩缸………………………………………………………93执行部件………………………………………………………………94总体动作分析…………………………………………………………9三机械手的执行部件的设计……………………………………………10（一）电磁吸盘的类型选择…………………………………………………10（二）电磁吸盘的选用要素…………………………………………………111足够的电磁吸力……………………………………………………112根据被吸附的对象来确定电磁吸盘的形状………………………11（三）电磁吸力的计算………………………………………………………121确定电磁吸盘的吸力………………………………………………142计算磁感应强度或磁通量…………………………………………153初算总安匝数………………………………………………………164线圈尺寸的计算……………………………………………………175核算线圈的温升……………………………………………………18四传动系统设计……………………………………………………………20（一）臂部的设计及有关计算………………………………………………201臂部设计的基本要求…………………………………………………202手臂的典型机构以及结构的选择……………………………………213手臂直线运动的驱动力计算…………………………………………214气压缸工作压力和结构的设计………………………………………235气压缸的尺寸参数的确定……………………………………………25（二）机身升降机构的设计计算……………………………………………2641手臂偏重力矩的计算…………………………………………………262升降不自锁条件分析计算……………………………………………283升降运动气缸驱动力的计算…………………………………………29（三）机身回转机构的设计计算……………………………………………301回转缸驱动力的计算…………………………………………………302回转缸尺寸的初步确定………………………………………………313汽缸盖螺钉的计算……………………………………………………314动片和输出轴螺钉计算………………………………………………325轴承的选择分析………………………………………………………336机身与手臂连接处的螺栓直径的确定………………………………33五机械手气动系统设计…………………………………………………36（一）机械手的工作原理分析………………………………………………36（二）液压系统控制原理图设计……………………………………………361气动传动系统原理图…………………………………………………362各缸运动过程分析……………………………………………………37六机械手电气控制系统的分析设计……………………………………38（一）机械手电气控制系统的概述…………………………………………381可编程序控制器的选择………………………………………………382输入输出点地址编号及硬件接线……………………………………38（二）机械手电气控制程序…………………………………………………38（三）机械手电气控制系统图………………………………………………39七结论…………………………………………………………………………42参考文献………………………………………………………………………43致谢……………………………………………………………………………44图纸清单…………………………………………………………………………451一绪论(一)机械手的应用现状和发展方向机械工业是国民的装备部，是为国民经济提供装备和为人民生活提供耐用消费品的产业。不论是传统产业，还是新兴产业，都离不开各种各样的机械装备，机械工业所提供装备的性能、质量和成本，对国民经济各部门技术进步和经济效益有很大的和直接的影响。机械工业的规模和技术水平是衡量国家经济实力和科学技术水平的重要标志。因此，世界各国都把发展机械工业作为发展本国经济的战略重点之一。工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。工业机械手的是工业机器人的一个重要分支。它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。机械手作业的准确性和各种环境中完成作业的能力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景。机械手是在机械化，自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。在现代生产过程中，机械手被广泛的运用于自动生产线中，机械人的研制和生产已成为高技术邻域内，迅速发殿起来的一门新兴的技术，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的有机结合。机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动，不知疲劳，不怕危险，抓举重物的力量比人手力大的特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用。机械手技术涉及到力学、机械学、电气液压技术、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域，是一门跨学科综合技术。机械手是一种能自动化定位控制并可重新编程序以变动的多功能机器，它有多个自由度，可用来搬运物体以完成在各个不同环境中工作。（二）机械手的分类机械手一般分为三类：第一类是不需要人工操作的通用机械手。它是一种独立的不附属于某一主机的装置。它可以根据任务的需要编制程序，以完成各项规定的操作。它的特点是具备普通机械的性能之外，还具备通用机械、记忆智能的三元机械。第二类是需要人工才做的，称为操作机。它起源于原子、军事工业，2先是通过操作机来完成特定的作业，后来发展到用无线电讯号操作机来进行探测月球等。工业中采用的锻造操作机也属于这一范畴。第三类是用专用机械手，主要附属于自动机床或自动线上，用以解决机床上下料和工件送。这种机械手在国外称为“MechanicalHand”，它是为主机服务的，由主机驱动；除少数以外，工作程序一般是固定的，因此是专用的。在国外，目前主要是搞第一类通用机械手，国外称为机器人。本课题所做的机械手是属于第三类机械手。1简史机械手首先是从美国开始研制的。1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手。它的结构是：机体上安装一个回转长臂，顶部装有电磁块的工件抓放机构，控制系统是示教形的。1962年，美国联合控制公司在上述方案的基础上又试制成一台数控示教再现型机械手。商名为Unimate（即万能自动）。运动系统仿照坦克炮塔，臂可以回转、俯仰、伸缩、用液压驱动；控制系统用磁鼓作为存储装置。不少球坐标通用机械手就是在这个基础上发展起来的。同年该