自动上下料机械手的主要零部件设计及三维造型.doc

自动上下料机械手的主要零部件设计及三维造型.doc

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摘要

本次设计的课题是自动上下料机械手的主要零部件设计及三维造型，确定了机械手的座标型式和自由度，确定了机械手的技术参数。

机械手能代替人工操作，起到减轻工人劳动强度，节约加工时间，提高生产效率，降低生产成本的特点。

在实用基础上，对自动上下料机械手直臂与夹持部件进行三维设计，其中分为三个部分：

手爪、手腕、直臂。

整体机械手为直角坐标型，驱动均为电机驱动，结构简单可靠，精度高。

设计了手爪为平移型夹持式手爪，传动结构为滑动丝杆；手腕为回转型，转动角度为0-180°，传动结构为蜗轮蜗杆；设计了机械手的手腕结构，计算出了手腕转动时所需的驱动力矩；画出机械手的运动简图；对工作机构和传动系统进行设计计算，包括主要部件的设计计算、强度校核和运动分析；设计绘制起升装置的总图和主要零件工作图；利用三维CAD软件对主要零件进行实体设计和造型。

关键词：

直臂与夹持部件；机械手；CAD二维设计；Pro/e三维设计

Abstract

Thetopicofthisdesignisthemaincomponentoftheautomaticup-downmaterialmanipulatordesignand3dmodelling,determinethecoordinatesofthemanipulatortypeanddegreeoffreedom,determinethetechnicalparametersofthemanipulator.

Robotscanreplacemanualoperation,reducelaborintensity,saveprocessingtime,improvetheproductionefficiency,reducetheproductioncost.Onthebasisofpractical,automaticmanipulatorarmstraightupanddownandclampingpartsfor3ddesign,whichisdividedintothreeparts:

hand,wrist,armstraight.Integraltypemanipulatorforrectangularcoordinates,driveformotordrive,structuresimple,reliableandhighprecision.Designhandclawclampingtypegripperfortranslation,thetransmissionstructureforslidingscrew;Wristfortransformation,rotationAngleof0-180°,forthewormgearandwormdrivestructure;Manipulatorwriststructurewasdesigned,calculatedthewristwhenthedrivingmoment;Drawthemanipulatorkinematicsketch;Theworkingmechanismandtransmissionsystemdesignandcalculation,includingdesigncalculation,intensityandthemovementofthemainpartsofanalysis;Designdrawinggenerallayoutandmainpartsofliftingdeviceworkingdrawing;Usingthree-dimensionalCADsoftwareforthemainpartsforphysicaldesignandmodelling.

Keyword:

Straightarmandclampingparts;Manipulator;

2dCADdesign;Pro/e3ddesign

目录

摘要...............................................................................................................................................................I

Abstract........................................................................................................................................................II

Abstract I

1绪论 1

1.1前言和意义 1

1.2工业机械手的简史 1

1.3国内外研究现状和趋势 3

2机械手直臂部分的总体设计 5

2.1执行机构的选择 5

2.2驱动机构的选择 6

2.3传动结构的选择 6

2.4机械手的基本形式选择 8

2.5机械手直臂部分的主要部件及运动 8

2.6机械手的技术参数 9

3机械手手爪的三维设计 11

3.1手部设计基本要求 11

3.2典型的手部结构 11

3.3机械手手爪的设计计算 11

3.3.1选择手爪的类型和夹紧装置 11

3.3.2手爪夹持范围计算 12

3.3.3滑动丝杠设计 13

3.3.4直齿轮设计 15

3.3.5电机选型 16

3.4机械手手爪的三维出图及其主要零部件出图 17

4机械手手腕部分的三维设计 20

4.1腕部设计的基本要求 20

4.2腕部的结构以及选择 20

4.2.1典型的腕部结构 20

4.2.2腕部结构和驱动机构的选择 20

4.3腕部的设计计算 21

4.3.1蜗轮轴的设计计算 21

4.3.2蜗轮齿轮设计 22

4.3.3步进电机选型 23

4.4手腕部分出图及主要零部件出图 24

5直臂部分的三维设计 31

5.1手臂的结构的选择及其驱动机构 31

5.2滚珠丝杠设计 31

5.3锥齿轮设计 33

5.4电机选型 35

5.5机械手直臂部分三维出图及主要零部件出图 36

6.总结 40

7.致谢 42

参考文献 43

湖北理工学院毕业设计（论文）

1绪论

1.1前言和意义

作为本次毕业设计研究的课题，此项研究是检验学生在校学习成果的重要措施，也是提高教学质量的重要环节。

是对大学几年所学的专业知识的一次整体的回顾，它将所学的机械设计、机械原理、机械加工工艺、机械制造装配设计等有关的机械设计制造及其自动化专业主要课程紧密的联系在一起；真正利用所学的专业知识来解决实际的生产问题，很好的将理论设计与实际应用结合起来，考虑多方面的问题，诸如成本，可行性，设备的安全性，使用寿命，工作效率等的；在研究的过程当中，通过不断的遇到问题并设法解决之，可以培养我们的个人独立思考的能力和创新的意识；提高个人分析问题、解决实际问题的能力；此外，该通过对机械设计制造及其自动化专业大学本科四年的所学知识进行整合，完成一个特定功能、特殊要求的上下料机械手的设计，能够比较好地体现机械设计制造及其自动化专业毕业生的理论研究水平，实践动手能力以及专业精神和态度，具有较强的针对性和明确的实施目标，能够实现理论和实践的有机结合。

本次设计也要培养自己的自学与创新能力。

因此本次设计综合性和实践性强、涉及知识面广。

所以在设计中既要注意基本概念、基本理论，又要注意生产实践的需要，只有将各种理论与生产实践相结合，才能很好的完成本次设计。

这对我们将来所从事的行业有莫大的帮助。

大学生在毕业前都必须完成毕业论文的撰写任务。

大学生撰写毕业论文的目的，主要有两个方面；一是对学生的知识相能力进行一次全面考核。

二是训练学生对进行科学研究的基本功，培养学生综合运用所学知识独立地分析问题和解决问题的能力，为以后撰写专业学术论文打下良好的基础。

自动上下料机械手的主要零部件设计及三维造型是在学完了机械制图、机械制造技术基础、机械设计、机械工程材料等进行设计之后的下一个教学环节。

本次设计也要培养自己的自学与创新能力。

因此本次设计综合性和实践性强、涉及知识面广。

所以在设计中既要注意基本概念、基本理论，又要注意生产实践的需要，只有将各种理论与生产实践相结合，才能很好的完成本次设计。

1.2工业机械手的简史

现代工业机械手起源于20世纪50年代初，具有多自由度动作功能的柔性自动化产品。

当时数字计算机已经出现，电子技术也有了长足的发展，在产业领域出现了受计算机控制的可编程数控机床，与机器人技术相关的控制技术和零部件加工也已有了扎实的基础。

另外，人类需要开发自动机械，替代人去从事一些恶劣环境下的作业。

正是在这一背景下，机器人技术的研究与应用得到了快速发展。

以下列举了现代机器人工业史上的几个标志性事件。

1954年：

美国人戴沃尔（G.C.Devol）制造出世界上第一台可编程的机械手，并注册了专利。

这种机械手能够按照不同的程序从事不同的工作，因此具有通用性和灵活性。

1959年：

戴沃尔（G.C.Devol）与美国发明家英格伯格（Ingerborg）联手制造出第一台工业机器人。

随后，成立了世界上第一个机器人制造工厂——Unimaton公司。

由于英格伯格对工业机器人富有成效的研究和宣传，他被成为“工业机器人之父”。

1962年：

美国AMF公司生产出万能搬运（Versatran）机器人，与Unimaton公司生产的万能伙伴（Unimate）机器人一样成为真正商业化的工业机器人，并出口到世界各国，掀起了全世界对机器人和机器人研究的热潮。

1967年：

日本川崎重工公司和丰田公司分别从美国购进了工业机器人Unimate和Verstran的生产许可证，日本从此开始了对机器人的研究和制造。

20世纪60年代后期，喷漆弧焊机器人问世并逐步开始应用与工业生产。

1968年：

美国斯坦福研究所公布他们研发成功的机器人Shakey。

它带有视觉传感器，能根据人的指令发现并抓取积木，不过控制它的计算机有一个房间那么大。

Shakey可以成为世界上第一台智能机器人，由此拉开了第三代机器人研发的序幕。

1969年：

日本早稻田大学加藤一郎实验室研发出第一台以双脚走路的机器人。

加藤一郎长期致力于研发仿人机器人，被誉为“仿人机器人之父”。

日本专家一向以研发仿人机器人和娱乐机器人的技术见长，后来更进一步，催生出本田公司的ASIMO机器人和索尼公司的QRIO机器人。

1973年：

世界上机器人和小型计算机第一次携手合作，单身了美国CincinnatiMilacron公司的机器人T3。

1979年：

美国Unimaton公司推出通用工业机器人PUMA，这标志着工业机器人技术已经完全成熟。

PUMA至今仍然工作在生产第一线，许多机器人技术的研究都一概机器人为模型和对象。

1979年：

日本山梨大学牧野洋发明了平面关节型SCARA机器人，该型机器人在此后的装配作业中得到了广泛的应用。

1980年：

工业机器人在日本开始普及。

随后，工业机器人在日本得到了巨大发展，日本也因此而赢得了“机器人王国”的美称。

1984年：

英格伯格再次推出机器人Help