一种吸盘式搬运机械手的设计与研究分析Word下载.docx

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毕业设计作者签名：

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摘要

根据工厂的实际环境和自动化设备的布局，设计了六个自由度的关节型吸盘式搬运机械手，它根本能够到达空间的任意位置，实现物品的准确转移。

通过查阅相关资料，结合各方面的因素，确定了机械手的总体设计方案，通过相关的技术参数的查阅，确定了手臂、吸盘等参数的标准化。

在此根底上通过采样、分析、计算、校验，确定了各部件的结构尺寸，以及电机、减速器规格的选择。

通过solidworks软件，根据相关尺寸的大小，绘制出机械手的三维实体模型，并且绘制出相应的工程图。

对吸盘机械手进行运动学分析及手臂的位移、速度、加速度等运动仿真，模拟出机械手的运动轨迹，绘制出机械手的运动参数曲线图，并能够实现物品迅速准确转移到目的地的动作。

关键词：

吸盘式关节型机械手；

机器臂结构分析；

结构设计；

三维设计；

运动学仿真

1

ASTRACT

Accordingtothelayoutoftheactualplantenvironmentandautomationequipment,thedesignofthesixdegreesoffreedomarticulatedsuctioncuptypemanipulator,whichcanbasicallyarriveatarbitrarylocationinspace,torealizetheaccuratetransfer.Throughaccesstorelevantinformation,combinedwithvariousaspectsoffactors,todeterminetheoveralldesignschemeofthemanipulator,throughaccesstorelevanttechnicalparameterstodeterminethearm,standardizationofdiskparameters.Onthisbasis,throughsampling,analysis,calculationandvalidation,todeterminethestructuresizeofeachcomponent,andthemotor,decelerationdevicespecification.

BySolidWorkssoftware,accordingtothesizerelatedtothesizeofthedrawthethree-dimensionalentitymodelofthemanipulator,anddrawthecorrespondingengineeringdrawings.Themanipulatorsuckerforkinematicsanalysisandarmofthedisplacement,velocityandaccelerationofmotionsimulation.Simulationofthetrajectoryofthemanipulatordrawmanipulatormotionofparametriccurves,andcanrealizethegoodsquicklyandaccuratelytransferredtothedestinationoftheaction.

Keywords:

Articulatedmanipulator；

Robotarmstructureanalysis；

Structuredesign；

Three-dimensionaldesign;

Kinematicssimulation

目录

1绪论 1

引言 1

关节机械手研究概况 2

国外研究现状 2

国内研究现状 2

关节机械手的总体结构 3

主要内容 4

本章小结 5

2总体方案设计 6

机械手工程概述 6

工业机械手总体设计方案论述 6

机械械传动原理 7

机械手总体方案设计 8

本章小结 9

3机械手大臂部结构设计 10

大臂部结构设计的根本要求 10

大臂部结构设计 10

大臂电机及减速器选型 10

减速器参数的计算 11

承载能力的计算 15

柔轮齿面的接触强度的计算 15

柔轮疲劳强度的计算 16

本章小结 20

4小臂结构设计 21

腕部设计 21

手腕偏转驱动计算 21

手腕俯仰驱动计算 32

电动机的选择 32

小臂部结构设计 34

小臂电机及减速器选型 34

传动结构形式的选择 35

几何参数的计算 35

凸轮波发生器及其薄壁轴承的计算 36

柔轮齿面的接触强度的计算 37

柔轮疲劳强度的计算 37

轴结构尺寸设计 38

轴的受力分析及计算 39

轴承的寿命校核 40

本章小结 42

5机身设计 43

步进电机选择 43

计算输出轴的转矩 43

确定各轴传动比 45

传动装置的运动和动力参数 45

齿轮设计与计算 48

高速级齿轮设计与计算 48

低速级齿轮设计与计算 52

轴的设计与计算 55

输入轴的设计与计算 55

中间轴的设计与计算 58

输出轴的设计与计算 61

轴承的校核 63

输入轴上轴承寿命计算 63

中间轴上轴承寿命计算 64

输出轴上轴承寿命计算 65

键的选择和校核 67

键的选择 67

键的校核 67

机身结构的设计 68

机身箱体材料的选择 68

机身的结构设计及制造工艺 68

本章小结 68

6基于solidworks的吸盘式机械手的三维设计与装配仿真 69

基于solidworks三维建模的介绍 69

主要零件的三维实体模型的创立及装配 69

基于solidworks运动学仿真局部的操作步骤及仿真结果 72

本章小结 74

总结与展望 76

致谢 77

参考文献 78

73

1绪论

1.1引言

机器人，典型的机电一体化产品，多关节型机器人机械手是研究的一个热点领域。

在机械、电子、信息理论、人工智能、生物学和计算机等领域中，得到了极大的应用和推广，它具有速度快，效率高，应用范围广等多特点，而且具有广阔的市场和开展空间。

1959年，世界上第一台工业机器人的诞生，机器人开辟了新的开展时代。

多关节机器人科学技术的飞速开展，研究和应用的开展。

世界著名的机器人专家，加藤一郎教授，在早稻田大学说：

“一个机器人最大的特点，你有需要它的功能〞无论是自动化道路脚下程度有多高，这都是复杂的动态系统。

伟大的创造家托马斯·

爱迪生曾说过这样一句话：

“机器人，对环境是有益的。

〞它有很好的适应性，它具有非常较高的环境要求。

可以翻开无限广阔的前景，有必要扩大机器人的应用领域。

以下主要是设计机械手的原因和目的：

代替了人类劳动，解放了人的双手，提高了生产率，而且它们是开发的一种系统，以便它可以在许多结构性和非结构性相配合，更重要的是，使用这些功能，像人性化的效劳，需要内在的人性化、系统化。

在这方面的研究，可以扩大研究机器人的方向和研究机器人的市场，机器人，如智能机器人，可以起到人工智能和效劳人类的重要作用。

关节机器人，世界上没有统一的分类，定义是不一样的。

对于近期标准化的联合国国际组织已经通过美国协会的定义为关节机械手的机械人：

多关节机器人，搬运为主料，转移为目的，为了各种工作完成，通过改变动作程序，还需要再编程的多功能操作装置。

外国定义与我们的关节型机器人有不同的参考定义。

多关节型机器人，独立的主体可以放在任何地方，动作的自由度，程序可以灵活地改变，高度自动化机器人。

它可用于汽车喷漆、涂料、和货物搬运、码垛等方面。

关节型机器人的臂与主体，相对于人，可以携带重物，可以有一个较快的移动速度，有非常高的定位精度，它是自动的，可以执行各种操作，它可以是一个外部信号执行单元。

多关节型机器人是在计算机控制下的可编程自动化的机器。

能够提高产品的质量和劳动生产率，在生产过程，多关节机器人是自动化的，在通过改良，改善工作条件下，它是降低了劳动强度的有效手段。

机器人诞生和开展，虽然只有30多年的历史，但是在一个国家经济领域中，机器人已经应用于民用工程中，显示了强大的生命力，未来的开展不可估量，需要我们进一步努力，开创美好的未来。

1.2关节机械手研究概况

1.2.1国外研究现状

人类和动物的运动原理的第一个系统研究使迈布里奇创造了照相机跟单，即设定的触发相机，并在1877年他成功地验证了他的假定。

后来，使用这种方法的相机是用来研究人体运动Demeny。

从1930年到1950年，苏联也伯恩斯坦也深入研究，从人类和动物动力机制的角度看，并提出的理论非常形象化的描述人类和动物的运动机制。

真正研究机构运动的大多是全面研究，系统于1960年推出至今，比拟完整的理论体系的形成，并在一些国家，如日本，美国和苏联已成功开发，可以是静态或动态的多臂枢轴原型得到开展。

在20世纪60年代和70年代，武装多搬运运动控制理论产生三种类型的控制方法这是非常重要的，这限制了国家控制，控制参考模型和控制算法。

这三种控制的方法对所有类型的搬运机械手都是适用的。

国家控制是在1961年提出的模型的参考，于1975年由美国法恩斯沃思南斯拉夫托莫维奇正式提出，该算法是由著名的南斯拉夫研究所米哈伊尔•罗多搬运运动学专家鲍宾Vukobratovic博士在1969-1972年的教堂中提出。

这三种类型的控制方法和他们之间的存在内在关系。

有限状态控制实质上是一个控制参考模型，并且该控制算法得到了证实和应用。

在搜索步态中，苏联Bessonov和Umnov定义“最正确步态〞，Kugushev和美国Jaro-shevskij定义自由的步伐。

这两种步态不仅能适应，而且要适应胳膊多和腿多的机器人。

在这些中，对于自由路径的步骤，有他的的条件和规那么。

如果地形是非常粗糙的，所以运动臂多搬运，下一步应放在哪里脚不能基于对步骤序列来加以考虑，但应通过步骤以便攀登者去通过一些优化标准来确定哪个是所谓的自由速度。

稳定性研究手臂动作的多搬运，美国Hemami，该提议的稳定性和系统的控制的简化模型作为振荡器，反转〔倒立摆〕，它可以被解释为在换能器存在的问题中为了向前运动。

此外，为了减少考虑，Hemam