关节型工业机械手毕业设计说明书Word格式.docx

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摘要

关于该关节型工业机械手的具体研究方法。

本次设计工作首先对实体安川机器人进行了细致的研究，了解了其内部的具体结构，安川机器人的结构可分为六个轴系，然后根据六个轴系对其内部结构进行分解，以便了解各个零件之间的配合，这样就对安川机器人有了大体的了解。

下面就进行尺寸的测量，尺寸的测量只需要测量一下大体的外观尺寸，而内部尺寸可根据零件的配合进行合理的设计。

然后，进行计算（包括电机功率的计算，轴的设计，齿轮的参数计算），接着可依据相关资料，选取恰当的电机。

最后，可根据实体与之前所掌握的知识对机械手的结构进行设计分析。

关键词:

伺服电机、机械手抓、移动旋转。

ABSTRACT

Hereisabouttheresearchmethodoftheindustrialmanipulatorjoints.ThedesignworkontherealfirstAnChuanrobothascarriedonthedetailedresearch,understandtheinternalstructureofconcrete,AnChuanrobotstructurecanbedividedintosixaxis,andthenaccordingtothesixaxisofitsinternalstructuredecomposition,inordertounderstandthecooperationbetweenthevariouspartsofthe,thusforAnChuanrobothaveroughlyunderstanding.Belowisthesizeofthemeasurement,thesizeofthemeasurementonlyneedtomeasurethegeneralappearanceofthesize,andtheinternaldimensioncanbereasonableaccordingtothepartsofthedesign.Then,computing（includingmotorpowercalculation,thedesignoftheshaft,thegearparametercalculation）,thencanaccordingtorelevantdata,selecttheappropriatemachine.Finally,accordingtotheentityandpriorknowledgeonthestructureofthemanipulatordesignanalysis.

Keywords:

servomotorrotate,manipulatorgrabbingandmoving.

1前言

1.1机械手国内外发展现状

1962年，美国机械铸造公司试制成一台数控试教机械手。

商名为Unimate。

运动系统仿造坦克炮塔，可以实现臂回转、俯仰功能，用液压驱动；

控制系统用磁鼓存储装置。

不少球坐标式通用机械手就是在这个基础上发展起来的。

1962年美国机械铸造公司也试验成功一种多关节机械手，它可实现灵活搬运，该机械手的中央立柱在原来的基础上其功能又可以实现臂的回转、升降、伸缩。

虽然这两种机械手都是出现在60年代初，但都是国外工业机械手发展的基础。

1978年美国斯坦福大学、麻省理工学院联合研制多关节型型工业机械手，装有小型电子计算机进行控制，用于装配流水线作业，定位误差可小于1毫米，这使机械手的发展达到新的高度。

美国还进一步通过改进结构提高机械手的可靠性与稳定性，从而降低成本。

如惠普曼公司建立了机械手试验台，进行各种性能的试验。

准备把故障前平均时间（注：

故障前平均时间是指一台设备可靠性的一种量度。

它给出在第一次故障前的平均运行时间），由400小时提高到1500小时，精度可提高到0.1毫米。

德国从1970年开始应用机械手，主要用于起重运输、焊接和准备的上下料等作业。

德国西门子公司采用关节式结构和程序控制，从而使机械手实现焊接功能。

近现代日本是工业机械手发展最快、应用最多的国家。

从美国引进二种典型机械手后，日本在此基础上继续创新，做到使机器人更加简便化与实用化。

据相关报道，1979年从事机械手的研究工作的研究单位多达80多个。

1976年各大学和国家研究部门用在机械手的研究费用为42%。

1979年日本机械手的产值达443亿元，产量为14535台。

其中固定程序和可变程序约为一半，达222亿日元，是1978年的2倍。

具有记忆功能的机械手产值约为67亿日元，比1978年增长50%。

智能机械手约为17亿日元，为1978年的6倍。

截止1979年，机械手累计产量达56900台。

在数量上已占世界首位。

约占70%，并以每年50%~60%的速度增长。

使用机械手最多的是汽车工业，其次是电机、电器。

预计到1990年将有55万机器人在工作。

进入到20世纪80年代以后，各国的机械手又取得更进一步的发展。

总的来说为了满足现代高速发展的工业的需求，机械手的发展更多的趋向于满足以下特点：

活动范围广，工作灵活性强，便于操作控制，可满足不同的工业需求。

比如说日本的安川机械手，就是基于实现不同的工作目的而设计的一种多关节型工业机械手，通过改变机械手的结构可以实现诸如搬运、喷漆、焊接、检测、探伤等任务。

国外机械手发展的不足。

在国外机械制造业中，多关节型工业机械手应用最多，发展最快，目前主要应用于重物的搬运，精密金属的探测，机床、模锻压力机的上下料，以及点焊、喷漆等作业的实现，它可按照事先制定的规定程序完成规定的作业，但还不具备任何传感反馈能力，不能应付外界的变化。

如发生一些偏离或误差时，就将引起零部件甚至机械手本身的损坏。

为此，国外机械手的发展趋势正是大力研制智能机械手，如果在碰到一些偏离或误差时，能反馈外界条件的变化，从而作相应的变更。

在机械手上安装电视照相机和光学测距仪以及微型计算机。

其工作原理具体如下工作时机械手先伸出手指寻找工作，通过装在手指内的压力传感器产生触感作用，然后伸向前方，抓住工件。

手的抓力大小可通过装在手指内侧的压力感敏元件来控制，达到自动调整握力的大小。

总之，随着技术的发展，机械手的流水装配作业的能力将进一步提高。

将机械手和柔性控制制造系统及柔性制造单元相结合将是主要的发展趋势，使目前机械制造系统的人工操作状态得到进一步的改善。

相对于国外机械手的高速发展，国内机械手的发展则比较滞缓。

目前国内机械手的应用主要应用在铸锻、热处理方面，这样可以减轻劳动强度，改善作业条件。

为进一步促进国内机械手的发展。

我们在应用专用机械手的同时，相应地发展通用机械手，有条件的还要研制试教型机械手、计算机控制机械手和组合式机械手甚至是智能型机械手。

在不同类型的机构中可以应用机械手的伸缩、俯仰、升降、旋转等功能，另外可根据不同的作业要求，选用不同的典型部件，设计不同的典型机构，即可组成各种不同用途的机械手，相应的实现重物搬运，金属检测，金属焊接等功能。

如果有条件的话还应大力研究伺服型、记忆再现型，以及具有触觉、视觉等性能的机械手，并考虑与计算机联用，逐步成为整个机械制造系统中的一个基本单元，从而进一步缩小与德日等国外机器人发展较快的国家之间的差距。

×

……

简单说一下多关节型工业机械手的应用意义。

第一：

应用多关节型工业机械手可以是实现生产过程中的自动化进程。

概括地说，在工厂或车间中，应用关节型机械手可以实现工件的搬运与装卸，机器的装配。

第二：

应用多关节型机械手可以减少人力，从而降低成本。

在自动化生产线上，如果更广泛的应用了机械手，在减少人力的同时，还可以大大提高效率。

1.2多关节型工业机械手概述

工业机器人的组成可分为操作机（机械本体）、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置，是一种仿人操作，自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。

特别适合于多品种、变批量的柔性生产。

它对稳定、提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。

机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。

机器人应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标志。

机器人并不是在简单意义上代替人工的劳动，而是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置，既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力，又有机器可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力，从某种意义上说它也是机器的进化过程产物，它是工业以及非产业界的重要生产和服务性设各，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备.机械手是模仿着人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。

在工业生产中应用的机械手被称为“工业机械手”。

生产中应用机械手可以提高生产的自动化水平和劳动生产率:

可以减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全生产;

尤其在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣的环境中，它代替人进行正常的工作，意义更为重大。

因此，在机械加工、冲压、铸、锻、焊接、热处理、电镀、喷漆、装配以及轻工业、交通运输业等方面得到越来越广泛的引用.机械手的结构形式开始比较简单，专用性较强，仅为某台机床的上下料装置，是附属于该机床的专用机械手。

随着工业技术的发展，制成了能够独立的按程序控制实现重复操作，适用范围比较广的“程序控制通用机械手”，简称通用机械手。

由于通用机械手能很快的改变工作程序，适应性较强，所以它在不断变换生产品种的中小批量生产中获得广泛的引用。

1.3机械手组成与分类

1.3.1机械手组成

机器人的组成一般可分成三大部分，即机械系统、驱动系统和控制系统。

而本体结构是具有和人手臂相似的动作功能。

可在空间抓放物体或进行其他操作，由机械结构、驱动装置及传动装置组成。

机械手包括末端执行器，臂部、腕部、机座和行走机构的设计。

下面来一次介绍这几部分结构。

（1）末端执行器俗称手爪。

是机器人直接用于抓取和握紧（或吸附）工件或夹持专用工具（如喷枪、扳手、焊接工具）进行操作的部件，它能模仿人手的动作。

手爪安装于手臂的前端，它的结构与尺寸可根据不同的作业要求来设计。

机械手爪一般可分为三类分别为机械式夹持器、吸附式末端式末端执行器和专用工具。

需要强调的是我所设计的机械手需要完成重物搬运功能，在一定条件下可以焊接。

（2）腕部又称手腕。

是连接手臂与末端执行器的部件。

由于腕部结构的设计可以更灵活的，更广泛的实现重物的搬运。

（3）臂部又称手臂。

臂部是用来支撑手腕与末端执行器的部件。

它包括驱动装置、传动装置、定位装置和检测原件等。

（4）机座是机器人的基础部分，有固定式与移动式两种，其支撑作用。

因为所研究的机器人为流水线机器人，所以，选用固定式机座。

其直接支撑手臂部件，从而实现臂部回转。

1.3.2机械手分类

关于工业机械手的分类，可按应用用途、驱动方式和控制系统分类。

1.按用途分

机械手可分为通用机械手与专业机械手两大类。

（1）通用机械手

通用机械手最大的特点是其驱动系统与控制系统独立