铝合金机械手毕业论文

多自由度铝合金机械手的设计与实现作者姓名议一议专业机械设计制造及其自动化指导教师姓名意义i专业技术职务讲师1目录摘要…………………………………………………………………3第一章前言…………………………………………………41.1工业机械手概述…………………………………………………51.2机械手的组成和分类……………………………………………51.2.1机械手的组成…………………………………………………51.2.2机械手的分类…………………………………………………61.3国内外发展状况…………………………………………………61.3.1机械手发展历史………………………………………………61.3.2机械手发展趋势………………………………………………71.4本论文研究的内容及意义………………………………………8第二章工业机械手的总体设计……………………………92.1机械手基本形式的选择…………………………………………92.2机械手的主要部件及运动………………………………………92.3驱动机构的选择…………………………………………………92.4机械手主要技术参数指标………………………………………11第三章机械手的机械系统设计……………………………123.1机械手的手部设计基本要求……………………………………123.2机械手典型的手部结构…………………………………………123.3机械手手抓的设计计算…………………………………………123.3.1选择机械手手抓的类型及夹紧装置…………………………123.3.2手抓的力学分析………………………………………………123.3.3手抓夹紧力及驱动力的计算…………………………………133.3.4手抓夹持范围计算……………………………………………1423.4销轴的选择与校核………………………………………………15第四章机械手驱动装置的选择……………………………164.1机械手夹紧气缸的选择…………………………………………164.1.1气缸直径的计算………………………………………………174.1.2气缸型号的确定………………………………………………174.2机械手上升气缸的选择…………………………………………174.2.1手部重量的估算………………………………………………174.2.2上升气缸型号的选择…………………………………………184.2.3气缸控制回路原理图…………………………………………184.3电机的选择………………………………………………………194.3.1电机的类型及作用……………………………………………194.3.2电机的选择……………………………………………………204.4轴承的选择………………………………………………………214.4.1轴承的类型及特点……………………………………………214.4.2轴承的选择……………………………………………………214.5轴的设计…………………………………………………………22第五章总结与展望…………………………………………23参考文献………………………………………………………………25致谢…………………………………………………………………26山东轻工业学院2010届本科生毕业设计3摘要机械手主要由手部和运动机构组成。手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。自由度是机械手设计的关键参数。自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用机械手有2～3个自由度。本毕业设计中，采用直角坐标和关节坐标相结合的框架式机械结构形式，这种方式能够提高系统的稳定性和操作灵活性。传动装置是将驱动元件的动力传递给机器人机械手相应的执行机构，以实现各种必要的运动，传动方式上采用结构紧凑、传动比大的蜗轮蜗杆传动和将旋转运动转换为直线运动的螺旋传动。机械手驱动系统的设计往往受到作业环境条件的限制，同时也要考虑价格因素的影响以及能够达到的技术水平。由于步进电机能够直接接收数字量，响应速度快而且工作可靠并无累积误差，常用作数字控制系统驱动机构的动力元件，因此，在驱动装置中采用由步进电机构成的开环控制方式，这种方式既能满足控制精度的要求，又能达到经济性、实用化目的，在此基础上，对步进电机的功率计算及选型问题经行了分析。关键词：机械手自由度电机执行机构山东轻工业学院2010届本科生毕业设计4ABSTRACTThemanipulatorismainlycomposedofthehandandthemotion.Thehandisusesfortograspholdstheworkpiece(ortool)thepart,accordingtoisgraspedholdsthethingshape,thesize,theweight,thematerialandtheworkrequesthasmanykindsofstructuralstyles,liketheclamp,therequestholdandtheadsorptionandsoon1.Themotion,causesthehandtocompleteeachkindofrotation(swinging),themigrationorthecompoundmotionrealizesthestipulationmovement,changesisgraspedholdsthethingpositionandtheposture.Motion'sfluctuation,theexpansion,revolvingandsoonindependencemovementway,iscalledmanipulator'sdegree-of-freedom.Inordertocaptureinthespacetheoptionalpositionandthepositionobject,musthave6degrees-of-freedom.Thedegree-of-freedomisthekeyparameterwhichthemanipulatordesigns2.Thedegree-of-freedomaremore,manipulator'sflexibilityisbigger,theversatilityisbroader,itsstructureisalsomorecomplex.Generallythespecial-purposemanipulatorhas2~3degrees-of-freedom.Inthisarticle,themechanicalconfigurationcombinesthecharacterofdirectioncoordinateandthearthrosiscoordinatewhichcanimprovethestabilityandoperationflexibilityofthesystem.Themainfunctionofthetransmissionmechanismistotransmitpowertoimplementdepartmentandcompletethenecessarymovement.Inthistransmissionstructure,thescrewtransmissionmechanismtransmitstherotarymotionintolinearmotion.Wormgearcangivevarytransmissionratio.Bothofthetransmissionmechanismshaveacharacteristicofcompactstructure.Thedesignofdrivesystemoftenislimitedbytheenvironmentconditionandthefactorofcostandtechnicallever.''''Thestepmotorcanreceivedigitalsignaldirectlyandhastheabilitytoresponseouterenvironmentimmediatelyandhasnoaccumulationerror,whichoftenisusedindrivingsystem.Inthisdrivingsystem,open-loopcontrolsystemiscomposedofsteppingmotor,whichcansatisfythedemandnotonlyforcontrolprecisionbutalsoforthetargetofeconomicandpracticality.Onthisbasis，theanalysisofsteppingmotorinpowercalculatingandstyleselectingisalsogiven.Keywords：manipulator;degree-of-freedom;motor;implementdepartment山东轻工业学院2010届本科生毕业设计5第一章前言1.1工业机械手概述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特点，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3。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的技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好的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，不知疲倦，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，并越来越广泛的得到了应用。机械手技术涉及到力学、机械学、电气液压技术、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。1.2机械手的组成和分类1.2.1机械手的组成工业机械手是由执行机构、驱动机构和控制系统所组成4，如图1-1所示。a.执行机构：执行机构由抓取部分（手部），腕部，肩部和行走机构等运动部件组成。b.驱动机构：有气动，液动，电动和机械式四种形式。c.控制系统：有点动控制和连续控制两种方式，大多数用插销板进行点位程序控制，也有采用可编程序控制器控制、微型计算机数字控制，采用凸轮、磁盘磁带、穿孔卡等记录程序，主要控制的是坐标位置，并注意其加速度特性。d.基体（机身）：基体是整个机械手的基础。山东轻工业学院2010届本科生毕业设计6图1-1工业机械手各部分的组成1.2.2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，以完成各种规定的操作。它的特点是具备普通的机械性能之外，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。他起源于原子、军事工业，首先是通过操作机来完成特定的作业，后来发展到用