推荐机械手结构设计毕业论文Word格式文档下载.docx

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运动系统仿造坦克炮塔，臂回转、俯仰，用液压驱动；

控制系统用磁鼓最存储装置。

不少球坐标式通用机械手就是在这个基础上发展起来的。

同年该公司和普鲁曼公司合并成立万能自动公司（Unimaton）,专门生产工业机械手。

1962年美国机械铸造公司也试验成功一种叫Versatran机械手，原意是灵活搬运。

该机械手的中央立柱可以回转，臂可以回转、升降、伸缩、采用液压驱动，控制系统也是示教再现型。

虽然这两种机械手出现在六十年代初，但都是国外工业机械手发展的基础。

1978年美国Uni-mate公司和斯坦福大学、麻省理工学院联合研制一种Uni-mate型工业机械手，装有小型电子计算机进行控制，用于装配作业，定位误差可小于±

1毫米。

美国还十分注意提高机械手的可靠性，改进结构，降低成本。

如Uni-mate公司建立了8年机械手试验台，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。

德国机器制造业是从1970年开始应用机械手，主要用于起重运输、焊接和设备的上下料等作业。

德国Kn-Ka公司还生产一种点焊机械手，采用关节式结构和程序控制。

瑞士RETAB公司生产一种涂漆机械手，采用示教方法编制程序。

瑞典安莎公司采用机械手清理铸铝齿轮箱毛刺等。

日本是工业机械手发展最快、应用最多的国家。

自1969年从美国引进二种典型机械手后，大力研究机械手的研究。

据报道，1979年从事机械手的研究工作的大专院校、研究单位多达50多个。

1976年大学和国家研究部门用在机械手的研究费用42%。

1979年日本机械手的产值达443亿日元，产量为14535台。

其中固定程序和可变程序约占一半，达222亿日元，是1978年的二倍。

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。

第二代机械手正在加紧研制。

它设有微型电子计算机控制系统，具有视觉、触觉能力，甚至听、想的能力。

研究安装各种传感器，把感觉到的信息反馈，使机械手具有感觉机能。

目前国外已经出现了触觉和视觉机械手。

第三代机械手（机械人）则能独立地完成工作过程中的任务。

它与电子计算机和电视设备保持联系。

并逐步发展成为柔性制造系统FMS（FlexibleManufacturingsystem）和柔性制造单元（FlexibleManufacturingCell）中重要一环。

随着工业机器手（机械人）研究制造和应用的扩大，国际性学术交流活动十分活跃，欧美各国和其他国家学术交流活动开展很多。

1.3国内形势[1]：

经过近十年的努力，我国在工业机器人应用工程的开发方面已具有相当的实力，已有一支了解企业的需求，能开发出符合实际使用条件应用工程，成本低，服务及时，具备与国外公司的竞争能力，因此加强工业机器人应用工程的开发，并围绕应用工程的需要进行工业机器人新产品的开发，使之具有一定的规模化生产能力，这

样可以促进我国企业的技术进步和提高竞争力，同时工业机器人的应用也可形成具有一定规模的产业。

如果说20世纪90年代机床创新的最大成就是发明并联机床的话，那么当今工业机器人在机床上的应用已成为发展的一大趋向。

机器人与机床相结合，以往主要是解决工件自动上下料搬运问题，致使机床得以无人化24小时连续运转。

如擅长专机制作的意大利COMAU公司，他们比较成熟地将缸体及缸盖生产线中的零件搬运，设计成由机器人完成。

当然，对工件的抛光打磨、清洗及其它脏、累活也是机器人表现的舞台。

去年9月在汉诺威EMO2005展览会上，工业机器人的应用非常抢眼，而且它应用的领域也在扩大。

然而在这次CCMT2006展览会上，值得一机器人应用是当今机床发展的一大趋向提的是1号馆W1-916意大利意沃乐EVOLUT公司，这个欧洲最大的机器人应用与集成公司，他们的一台DC-5机器人修边、倒角装置特别引人注目。

该机器人可以装夹工具对主轴上零件修边去毛刺，甚至机器人可以加装动力源用刀具对零件进行加工，因此它已将机械人传统的搬运、喷漆、焊接工作范围扩展到了金属切削及抛光领域。

工作单元还可以配备各种上料方式：

如带视频装置可抓取随机摆放的工件，或以旋转台摆放，或以传送带摆放等等。

DC-5工作单元可以处理的最大负荷为120/150kg。

适宜加工的金属材料为铝镁合金、铜、铅、铸铁等。

可以代替至少四个工人的工作量。

3D编程软件将以往8小时编程时间缩减为15分钟，为小批量多品种的工件提供最好的解决方案。

意沃乐公司除此以外最常涉足的领域还有用于压铸单元、车、铣中心单元、复合机床单元、零件抛光单元上的各种机械人应用等等。

随着社会的不断发展和进步，势必劳动力的成本将越来越高，对环保及安全的要求将越来越严，所以工业机器人的应用必将与时俱进。

而且，由机器人干出的工件，譬如说打磨，其零件的一致性肯定比人工来得好，因此欧洲有些名牌汽车制造商甚至对某些零件的某些工步，规定必须由机器人来操作。

由此看来，工业机器人在机床上的应用会将越来越广。

国外机器人领域发展近几年有如下几个趋势：

1.工业机器人性能不断提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操做和维修），而单机不断下降，平均单机价格从1991年的10.3万美元降至2002年的6.5万美元。

⒉机械结构向模块化、可重构化发展。

例如关节模块中的伺服电机、减速机检测系统三位一体化，由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机，国外已有模块化装配机器人产品问世。

⒊工业机器人控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化；

器件集成度提高，控制柜日渐小巧，且采用模块化结构；

大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维

2总体分析

2.1自由度分析

　　该机械手臂用于物流生产线上物品的抓取和易位。

整个机械臂安装在一个回转支座上，回转角度范围为360°

；

肩关节为转动关节,回转角度范围为360°

小臂相对于大臂可摆动，摆动范围为60°

-120°

小臂末端的手腕也可以摆动，水平和垂直摆动范围为-60°

到+60°

手腕的末端安装一机械手，机械手具有开闭能力，用于直径30-45mm工件的抓取。

系统共有5个自由度，分别是基座的回转旋转、肩部俯仰、肘部左右俯仰、腕部转动及俯仰。

2.2功能分析

该机构是一个五自由度的工业机械手，能完成夹紧、旋转、俯仰、摇摆以及回转动作，可用于工业流水线上的操作。

我们主要针对设计的是在流水线上对已加工成品的夹取放置（范围为边长为1000mm），机构简便、效率高，可控范围大，基座运用齿轮传动，效率高，强度大，可调角度大，回转机构和俯仰机构都是-60°

到60°

。

机构所用零件便于加工，标准件较多，便于机构的组装，相应的成本也不高

2.3机械手的机构形式

基座的回转可以进行360°

的回转，实现机器人本体除基座以外机构的转动（腰部）；

与基座相连的转动肩关节，可以带动大臂，小臂，手腕及工件的上下转动，幅度较大，可以满足60°

的俯仰要求（肩部）；

与此相连部分为左右摇摆机构，能够完成-60°

~60°

度的左右来回摆动，可满足机器人工作空间上高度的要求（肘部）；

接着下去手腕的是俯仰机构和摆动机构，也可实现上下俯仰动作，也可完成左右摆动，分别实现手爪的俯仰和摆动，角度范围为-60°

机构采用齿轮传动控制各自由度的动作，简单方便且功率大，各自由度之间相互联系且独立，动作时互不干涉。

2.4各关节的结构原理及分析

根据功能要求，在设计研究时将其分为肩部机构，上臂机构，肘部传动机构，前臂机构，手爪夹持机构。

肩部机构实现肩关节的转动动作，电机转动，带动减速此轮传动机构，从而实现肩关节的旋转运动。

肘部传动机构实现关节屈|伸动作。

由上臂外层，上臂内层，定位螺钉，电机，齿轮组成。

电机驱动小齿轮，通过小齿轮带动大齿轮，大齿轮与前臂机构固定连接，从而实现肘关节的屈|伸动作。

前臂机构实现前臂的内转|外转和腕关节的外展|内收两个动作。

有腕关节驱动电机，前臂机构的外壁与腕关节的内壁的过渡套圈，腕关节内壁，前臂机构的外壁，前臂机构的外壁，前臂驱动电机，传动齿轮等组成。

腕关节的旋转动作比较简单，因此可以直接用小电机带动腕关节实现。

前臂的内转|外转动作是通过前臂的电机驱动小齿轮，带动大齿轮实现的。

腕关节俯仰用电机驱动齿轮传动实现。

2.5电机布局分析

机器人的结构布局，对其综合性能有很大影响。

首先看一下机器人本体主要部件的布局。

按照腰部关节转动的电机1就安装在机座上；

但是对于驱动肩关节的电机2则应该放置到底座部件上边。

如果把电机2也同样安装在机座上，那么它的传动则是一个问题，因为电机1和电机2均在机座上，并且都要传动到腰部和肩关节，无疑会增加基座和腰部的体积，而且在丝杆的传动中可以到达很高的速度，故把电机2安装在机器人的顶部直接驱动齿轮。

机器人的肘关节是通过同步带传动，对于腕部的转动，则因为其需要的扭矩较小，故电机3的体积小，质量小，按照就近原则,将其安装在小臂上，腕部的摆动依靠电机4传动齿轮实现，电机4安装把其放在手腕的末端。

3机械手方案的创成和机械结构设计

3.1机械手机械设计的特点

串联型机械手设计与一般的机械设计相比，有很多不同之处。

首先，从机械结构学的角度来看，机械手的结构是有一系列连杆通过旋转关节（或移动关节）连接起来的开式运动链。

开链结构使得机械手的运动分析和静力分析复杂，两相邻杆件坐标系之间的位置关系，末端执行器的位姿与各关节变量之间的关系，末端执行器的受力和各关节驱动力矩（或力）之间的关系等，都不是一般分析机构方法能解决的了的，需要建立一套针对空间的开链机构的运动学，静力学方法。

末端执行器是运动学分析的主要内容。

其次，由于开链机构相当于一系列悬挂臂杆件串联在一起，机械误差和弹性变形的累积使机器人的刚度和精度大受影响。

因此在进行机械手机械设计时要特别注意刚度和精度的设计。

再次，机械手是典型的机电一体化产品，在进行结构设计时必须考虑到驱动和控制等方面的问题，这和一般的机械设计的产品设计不同。

另外，与一般机械产品相比，机械手的设计在结构的紧凑性，灵巧性方面有更高的要求。

3.2与机械手有关的概念[7]

自由度：

机械手一般都为多关节的空间机构，其运动副通常有很多移动副和转动副。

相应的，与转动副相连的关节成为转动关节。

以移动副相连的关节为移动关节。

这些关节中，单独驱动的关节为主动关节。

主动关节的数目成为机械手的自由度。

机械手由于用途广泛[2]，种类繁多，机构也多种多样，根据本体结构坐标系的特点，大体上可分为：

（1）直角坐标型这种机械手具有三个互相垂直的移动轴线，它们通过手臂的上下，左右移动和前后伸缩构成一个直角坐标系。

其手腕能摆动和旋转。

这种机械手的机