机械手整体设计方案

目录1绪论11.1工业机械手概述11.2设计目的21.3课题内容和设计要求21.4机械手的系统工作原理及组成42机械手整体设计方案论证62.1机械手的整体设计62.2机械手腰座结构设计92.3机械手手臂结构的设计102.4机械手腕部的结构设计102.5机械手爪的结构设计112.6机械手的机械传动机构的设计132.7机械手驱动系统的设计142.8机器人手臂的平衡机构设计172.9机械手的主要技术参数183毕业设计感想19参考文献20致谢21车床上料机械手结构设计学生：吴浩（指导老师：涂敏）本课题是涉及工业加工中广泛应用的机械上料机器人的设计。其作用是根据工业要求进行抓取或移动工件的一类工具。机械手的诞生，改变了工业生产的方方面面。还有另外两个作为伸缩升降的机械臂。他们的主要参数是螺栓和螺母。也可依照具体的工业要求改变或更换吸盘。具体参数：回转角为60度，送料周期50-60次/min；腰座旋转机械手采用气缸驱动齿轮齿条传动。本设计使用autoCAD进行坐标和自由度确认，对机械手各个零部件以及总体要求进行设计的。同时，设计了机械手的夹持手部结构，设计了机械手的手腕结构，设计了机械手的手臂结构。他能实际自动上料运动，上料机械手的运动速度是按着满足生产率的要求来设定。关键词：机械手；手部设计；结构设计；AbstractThisissueisrelatedtothedesignofthefeedingrobotiswidelyusedinindustrialprocessingmachinery.Itisakindoftoolforgraspingormovingtheworkpieceaccordingtotherequirementsoftheindustry.Thebirthofthemanipulator,thechangeoftheindustrialproductionofallaspectsoftheside.Andtheothertwomovementsoftherobotstretchandlift,usingboltandnutadjustmentmayneedtochangetherobotarmheight,lengthandreplacementsuckeraccordingtoproduction.Rotationangle:60degrees;modeFeedingfrequency:50-60times/min.ThistopicaccordingtotheapplicationofmanipulatorinovermuchautoCADtechnologydesignandhydraulictransmissionprincipledesignofmanipulator,ofcourse,andfreedomcoordinatesdeterminedthetechnicalparametersofmanipulator.KeyWords：themanipulator；designforhanding；designforstructure1绪论机械手是工业生产中以代替人类劳动的方式而诞生的具有抓取和移动功能的自动化设备，近年来由于计算机技术的发展，慢慢地，机械手与计算机的技术结合又是一门新兴的技术，二者的结合，使得危险枯燥的重复动作得以解放。机械行业中，零部件的组装搬运，以及庞大工件的运输装置，无处不与机械手有着密切的联系，由于我国目前机器人的技术水平还与国际间有着很大的差别，所以为了弥补我国在这一技术上的落差，此次研究机械手是很有意义的。1.1工业机械手概述工业机械手是近几年来，新兴发展起来的自动装置。它的优点是通过其编程来完成各种人类所无法完成的动作从而体现了代替人类的智能和适应性。1.1.1机械手的应用性1、要想提高自动化程度，就要普及机械手的使用率，这样就可以提高生产效率，降低生产成本，加快实现企业生产机械化和自动化。2、改善劳动条件、避免人类在高温，高压，噪音，脏乱以及有毒有害气体等容易使人类产生危害的场所，或者人手操作是有危险或基本不可能的。同时，在一些简单的行动，但是，重复操作，代替手工操作，可以避免因疲劳操作或疏忽个人意外。3、减少人力，便于有节奏的生产应用机械手来代替人类，这是直接减少人力的一个方面，另外由于机械手本身的优势所在，可以有效地避免恶劣环境或场所危及人身安全从而代替人类上产作业这是另一个减少人力的层面。因此，现如今的自动化程度较高的生产线都配备机械手，不仅可以节省人力更能提高生产效率。1.1.2机械手先进性工业机械手近年来新兴的一门自动化技术，并且很快已成为当代工业生产体系中的一个重要组成环节，这种新技术发展迅猛并且逐渐在国内外乃至全球热门起来。1.2设计目的毕业设计是机械专业完成教学计划极为关键的教学环节，能够让学生综合运用所学过的各个科目，相互结合，通过理论应用到实际中解决许多问题。。其主要目的：培养学生综合分析和处理专业技术问题的能力，从而夯实基础，拓宽知识面。培养学生树立正确的设计理念，大胆设想，勇于创新的思维。培养学生树立正确的认识和使用国家标准，等技术手册准则以及强有力而又准确快速的计算能力。培养学生进行基于基础，正视现实问题，面向生产，面向实际工业问题的基本工作态度，工作作风和工作方法。1.3课题内容和设计要求（一）原始数据及资料（1）原始数据：A.生产纲领：100000件B.自由度（四个自由度）臂转动180o臂上下运动600mm臂伸长（收缩）500mm手部转动90o（2）设计要求：a、上料机械手结构设计图、装配图、各主要零件图（一套）b、设计计算说明书（一份）（3）技术要求主要参数的确定：a、坐标形式：直角坐标系b、机械臂行程：伸缩范围500mm，回转角度180o。c、运动速度：能满足工业要求和生产需要。d、控制方式：起止设定位置。e、定位精度：±3mm。f、手指握力：60kgg、驱动方式：液压驱动。（二）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旋转，这种形状的零件通常采用重力输送物料的输送槽，如图1机械手安装简单如图所示，该装置结构简单，不需要其他电源及专用设备。所以本课题采用此种输料槽.图1机械手安装简易图（2）动作要求分析动作一：手臂伸长（小段距离）至料区动作二：手爪夹紧动作三：手臂上升动作四：手腕旋转动作五：手臂扭转动作六：小臂伸出动作七：机座移动（棒料送入卡盘）动作八：手部松开动作九：小臂收缩动作十：手腕回转动作十一：机座移回动作十二：手臂回转动作十三：手臂下降1.4机械手的系统工作原理及组成机械手的运行原理框图见下图。图2工作原理框图(一)执行机构主要由手掌，手臂，手腕以及立柱和增设行走机构等组成。1、手部即与物件接触的部件。因为抓取工件时的姿态不同，大致有夹持式和吸附式两种，此次设计采用夹持式手部结构。夹持式结构简单，主要包括手指和传动部件。2、手腕手腕是连接手臂和手掌的中间部件，除了连接作用它还可以用来调整抓取工件后的摆放方位。3、手臂手臂是支承被抓工件与手掌，手腕连接的重要部件。手臂驱动手指抓握物体的作用，并根据预定的要求将被运送到指定地点。工业机械手臂主要由运动部件以及驱动部件组成，从而实现手臂的各种动作。4、机座机座是机械手的基础部分，机械手执行机构的各个部位和驱动系统都可以装在机座上，所以机座的作用也就是连接和支撑。(二)驱动系统驱动系统是用来控制机械手各部位完成相应动作的执行机构。常见的几类有液压传动、气压传动、机械传动。(三)控制系统控制系统是控制机械手完成指定指令和动作的系统。当前工业生产最普遍的是由程序控制系统和电气定位系统组成。(四)位置检测装置位置监测装置是将执行机构的具体位置反馈给控制器，通过分析计算执行操作，因此，具有一定的精度执行机构设置的位置。2机械手整体设计方案论证2.1机械手的整体设计2.1.1机械手总体结构类型工业机器人按结构组成可分为：直角坐标结构，圆柱坐标结构，球坐标结构，关节型结构四类。各个机构的优缺点分别介绍如下。1.直角坐标机器人结构直角坐标机器人的运动规律是遵循空间三个相互垂直的直线运动原则，如图3.a。2.圆柱坐标机器人结构圆柱坐标机器人的运动由直线和回转运动两种形式构成。这种机器人构造简易，位置精度一般，大多情况用于搬运作业。它的工作空间是一个圆柱状的空间。3.球坐标机器人结构球坐标机器人的空间运动是由两个回转运动和一个直线运动来实现的，如图3.c。这类机器人构造简单，造价便宜，位置精度不高，一般也都是被用作搬运作业。其工作空间是一个类球形的空间。4.关节型机器人结构如图3所示。即为关节型机器人的结构组成。关节型机器人构造紧密，占用空间较小，而且灵活轻便。相对其本身而言，其作业空间比较大。这种机器人广泛用于，焊接，喷漆行业，也有一部分在搬运，装配领域也被广泛应用。图3机械手总体结构类型2.1.2机械手的坐标形式与自由度按照运动形式和规律可分为直角坐标式（图4）、圆柱坐标式、球坐标式和关节式。正因为对饲养机械车床提升臂，收缩和回转运动，（见图5）。为此，三自由度圆柱坐标操盘。图4机械手直角坐标系图5机械手手腕转动形式2.1.3设计具体采用方案这次设计是通用类型的上料机械手（如图6所示），这类机械手适合于批量或小批量生产、可以改变动作程序的自动搬运的操作设备，运转幅度大和操作单调频繁的作业环境。它可用于操作环境恶劣的场合。图6通用车床机械手结构图2.2机械手腰座结构设计操纵器的整体设计，是对机器人的腰部，各个部分详细的设计手腕，臂必备武器。2.2.1机械手腰座设计工业机器人是一种腰座由圆柱坐标构造的机器人，球坐标机器人和机器人的旋转底座。本部分设计应当遵循以下设计原则：1.腰座本身应留有足够的空间，用以安装其他构件，从而保证作业时的稳定性。2.腰座本身应该有足够的刚度和强度，用以支撑工件及其他部件。3腰座的重量较为集中，只有一定的驱动装置才能驱动使其作回转运动。4.腰部结构要便于安装、调整。腰部与机器人手臂的联结要有可靠的定位基准面，以保证各关节的相互位置精度。调整机制，用来调整轴承间隙和间隙减腰。腰座具体结构如下：图7腰座具体结构2.3机械手手臂结构的设计2.3.1机械手手臂设计要求本次设计机器人手臂，应遵循以下原则；1.机器人手臂关节轴相互平行；而且关节轴垂直应在一点相交，以达到更好地控制。2.机器人整体尺寸要小以应对作业空间的需要。工作空间的形状和大小与机器人手臂的长度，手臂关节的转动范围有密切的关系。3.机器人一般是反应灵敏迅速的特点，这就要求其整体结构和手臂构造的材料轻巧，刚度宜选用高强度铝合金材质。4.机器人手臂连接点要求空隙适合工艺要求。5.机器人的手臂各部件重量要轻，以达到作业时的灵敏及其精度要求。2.4机械手腕部的结构设计机器人手腕是在其工作空间用以支撑连接机器人的末端执行器的构件。机器的机械臂腕端用与行使，上了机器人的手臂，末端空间的运动轨迹手腕完成运动心态，作用。2.4.1机器人手腕结构的设计要求1.机器人手腕的自由度要求其自由度数目满足生产需要，由于自由度越高手腕的灵活度越高。可增加自由度也做成手腕，结构较复杂，控制难度，成本将增加。因此，腕关节自由度，应根据实际使用要求确定。针对自由度数目操作要求，应尽可能小。2.机器人手腕因为承载较多重量。所以设计要求其重量与体积要尽可能小。为了降低机器人手腕的重量，通过分离传输驱动手腕机构。3.机器人手腕和末端执行器连接，因此，标准的法兰连接结构的加载和卸载方便末端。4.机器人手腕及其连接件刚度硬度应满足生产要求。2.4.2设计具体采用方案经过对上下料作业的具体分析，以及车床加工的具体形式及对机械手上下料运动时的工业要求，在满足工艺要求的前提下应提高设备的可行性与安全性，为降低控制难度以及机械手构造的简易性，这种设计是可行而且满足要求的。具体的手指结构见图8。图8车床上料机械手手指2.5机械手爪的结构设计2.5.1机械手爪的设计要求机器人末端执行器是安装在机器人手腕上用来进行某种操作或作业的附加装置。一个