机电一体化课程设计：机械手伸缩臂设计Word文档格式.doc

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指导教师：

设计周数：

2周

设计成绩：

目录

第1章概论

1.1我国机器人的发展状况...................................................................................................3

1.2工业机械手的组成及原理..................................................................................................4

1.3机械手的应用......................................................................................................................5

第2章机械手伸缩臂机械部分设计计算

2.1设计方案论证以及确定.....................................................................................................6

2.1.1设计参数......................................................................................................................6

2.2机械手伸缩臂总体结构设计方案.....................................................................................6

2.3执行装置的设计方案........................................................................................................7

2.3.1滚珠丝杠的选择......................................................................................................7

2.3.2减速齿轮的有关计算.................................................................................................13

2.3.3电动机的选择............................................................................................................18

第3章液压控制系统的设计与计算

3.1设计方案........................................................................................................................20

3.2液压回路设计................................................................................................................20

3.3油泵的选择设计............................................................................................................21

3.3.1油泵的选择设计........................................................................................................21

3.3.2泵驱动电机的选择设计............................................................................................22

第一章概论

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。

业机器人机械手是模仿人的手部动作，按照给定的程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运和操纵的自动装置，它是机械化、自动化的重要手段。

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。

工业机械手可以在高温、高压、危险、易燃、易爆、放射性等恶劣的环境，以及笨重、单调、频繁的操作中，代替人的工作，具有重要的意义。

在机械加工中，冲压、铸造、锻造、焊接、热处理、电镀、喷漆、装配以及轻工业、交通运输、国防工业等各方面，也已愈来愈引起人们的重视。

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。

1.1我国机器人的发展状况

我国工业机器人发展于20世纪70年代，经过30多年的发展，大致经历了三个阶段：

70年代的萌芽期，80年代的开发期，90年代的适用化期。

20世纪70年代是世界科技发展的一个里程碑：

人类登上了月球，实现了金星、火星的软着陆。

我国也发射了人造卫星，世界范围内工业机器人的应用掀起了一个高潮，尤其在日本发展更为迅猛，它补充了日益短缺的劳动力。

在这种情况下，我国于1972开始研究制造自己的机器人。

进入20世纪80年代后，随着改革开放的不断深入，在高科技浪潮的冲击下，我国机器人技术的开发与研究得到了政府的重视与支持。

“七五”期间，国家投入资金，对工业机械人及其零部件进行攻关，完成了工业机械人的成套技术的开发，研制出了喷漆取得了一大批科研成果，成功地研制出了一批特种机器人。

从20世纪90年代初期起，我国的国民经济进入实现两个根本转变时期，掀起了新一轮的经济体制改革和技术进步的热潮。

我国的工业机器人又在实践中迈出了一大步，先后研制出一批点焊、装配、喷漆、切割、搬运、包装、码垛等各种用途的工业机器人，并实施了一批机器人应用工程，形成了一批机器人产业化基地，为我国机器人产业的腾飞奠定了基础。

目前我国机器人的研究主要内容如下：

①示教再现型工业机器人的产业化技术的研究

这些研究主要包括：

关节式、侧喷式、顶喷式、龙门式喷涂机器人的标准化、通用化、模块化、系列化设计；

柔性仿形喷涂机器人的开发；

焊接机器人的标准化、通用化、模块化、系列化设计；

弧焊机器人用激光视觉焊缝跟踪装置的开发；

焊接机器人的离线示教编程以及工作站系统动态仿真；

电子行业用装配机器人产品标注化、通用化、模块化、系列化设计；

批量生产机器人所用的专用制造、装配、测试设备和工具的研究的开发。

②智能机器人的开发

遥控加局部自主系统构成和控制策略研究；

智能移动机器人的导航很定位技术研究；

面向遥控机器人的虚拟现实系统；

人机交互环境建模系统；

基于计算机屏幕的多机器人遥控技术。

③机器人化机械研究开发

这些研究开发主要包括：

并联机构机床与机器人化加工中心开发研究；

机器人化无人职守和具有自适应能力的多机遥控操作的大型散料输送设备

④以机器人为基础的重组装配系统

这些系统主要包括；

开放式模块化装配机器人；

面向机器人装配的设计技术；

机器人柔性化装配系统设计技术，可重构机器人柔性装配系统设计技术；

装配力觉、视觉技术；

智能装配策略以及控制技术

⑤多传感信息融合与配制技术

该技术主要包括：

机器人的传感器配制和融合技术在水泥生产过程配制和污水处理自动控制系统中的应用；

机电一体化智能传感器的设计应用。

1.2工业机械手的组成及原理

工业机械手是将圆柱形零件从传送带上股夹装到专用机床上，待加工完毕后再夹装回传送带的专用机械手（见示意图）。

机械手总体设计分为夹持器、伸缩臂、升降臂和底座四大部件设计及二个系统：

PC电控系统与液压控制系统设计。

夹持器安装于伸缩臂上，伸缩臂安装在升降臂上，升降臂安装在底座上。

连接方式均为法兰盘螺栓连接。

机械手的动作要求分为16步。

从原位开始——升降臂下降——夹持器夹紧——升降臂上升——底座快进回转——底座慢进——伸缩臂伸出——夹持器松开——伸缩臂缩回；

待加工完毕后，伸缩臂伸出——夹持器夹紧——伸缩臂缩回——底座快退（回转）——底座慢退——升降臂下降——夹持器松开——升降臂上升到原位停止，准备下次循环。

圆柱形零件的尺寸为直径100—140毫米，高为150毫米，机械手回转角度为90度。

图1-1机械手立体机构示意图

1.3工业机械手的应用

工业机械手最早应用于汽车制造工业，常用于焊接、喷漆、上下料和搬运。

工业机械手延伸和扩大了人的手足和大脑功能，它可代替人从事危险、有害、有毒、低温和高热等恶劣环境中的工作；

代替人完成繁重、单调的重复劳动，提高劳动生产率，保证产品质量。

工业机械手与数控加工中心、自动搬运小车以及自动检测系统可组成柔性制造系统（FMS）和计算机集成制造系统（CIMS）,实现生产自动化。

随着工业机器人技术的发展，其应用已扩展到宇宙探索、深海开发、核科学研究和医疗

福利领域。

火星探测器就是一种遥控的太空作业机器人。

工业机械手也可用于海底采矿、深海打捞和大陆架开发等。

在核科学研究中，机器人就常用于核工厂设备的检验和维修。

在军事上则可用来排雷和装填炮弹。

机械手在医疗福利和生活服务领域中的应用更为广泛，如护理、导盲、擦窗户等。

第二章机械手伸缩臂机械部分设计计算

2.1设计方案论证以及确定

2.1.1设计参数

1.伸缩长度：

300mm，伸缩臂固定在升降台上，随升降台做上下运动和旋转运动；

伸缩臂前端安装机械手，用于夹持工件；

伸缩臂直线伸缩，完成工件的工位转换；

2.单方向伸缩时间：

1.5—2.5s；

3.定位误差要定位措施，定位误差小于2mm；

4.前端安装机械手，伸缩终点无刚性冲击。

2.2机械手伸缩臂总体结构设计方案

经过本人的反复思考及论证，先做出运动简图。

现如下图2-1所示，该机构中支座安装在机器人床身上，用于安装滚珠丝杠和伸缩杆等零件。

由步进电动机

（1）驱动，带动一级齿轮减速器

（2）。

通过减速器输出轴与丝杠（