毕业论文：机械手毕业设计正文.doc

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XX大学200X届毕业设计说明书

摘要

随着社会的进步和科技的发展,机器人产品开始进入到生产过程和日常生活中,各种类型的机器人在特定的工作环境下发挥着越来越重要的作用。

但是目前对于移动式机器人多采用轮式移动机构,在适应复杂地形时无法满足路况的要求,由此设计一种灵活的、行走平稳和对路况适应性强的机器人成为解决此类问题的关键。

根据昆虫运动时采用的三角步态走法设计了机器人的腿部五连杆行走机构,并对其进行了占空比、稳定性、转弯状态等分析，由程序来控制机器人的动作。

关键词：

慧鱼机器人，工业机器人，仿生机器人

Withthedevelopmentofsocietyand technology, roboticsproducts begantoenter intothe processofproductionand dailylife, various typesofrobots playamoreandmoreimportantroleinthe specificworkingenvironment. However, for amobilerobot with wheeledmobilemechanism, cannotmeetthe requirement inthe complex terrain conditions, thusa key flexible, steadyrunning and be ontheroad theadaptabilityofthe robot tosolvethiskindofproblem design. Accordingtothe tripodgait ofinsectsby movementofthe walkinglegsmechanismdesign offivelink robot, andhascarriedonthe analysis, thestability of dutyratio, turningstate, the programtocontrolthe movementoftherobot.

目录

1绪论 1

1.1机械手概述 1

1.2机械手的组成和分类 2

1.2.1机械手的组成 2

1.2.2机械手的分类 4

1.3国内外发展状况 6

1.4课题的提出及主要任务 8

1.4.1课题的提出 8

1.4.2课题的主要任务 9

2机械手的设计方案 10

2.1机械手的座标型式与自由度 10

2.2机械手的手部结构方案设计 10

2.3机械手的手腕结构方案设计 10

2.4机械手的手臂结构方案设计 10

2.5机械手的驱动方案设计 11

2.6机械手的控制方案设计 11

2.7机械手的主要参数 11

2.8机械手的技术参数列表 11

3手部结构设计 14

3.1夹持式手部结构 14

3.1.1手指的形状和分类 14

3.1.2设计时考虑的几个问题 14

3.1.3手部夹紧气缸的设计 15

3.2气流负压式吸盘 18

4手腕结构设计 21

4.1手腕的自由度 21

4.2手腕的驱动力矩的计算 21

4.2.1手腕转动时所需的驱动力矩 21

5手臂结构设计 25

5.1手臂伸缩与手腕回转部分 25

5.1.1结构设计 25

5.1.2导向装置 26

5.1.3手臂伸缩驱动力的计 26

5.2手臂升降和回转部分 27

5.2.1结构设计 27

5.3手臂伸缩气缸的设计 28

5.4手臂伸缩、升降用液压缓冲器 31

5.5手臂回转用液压缓冲器 32

6结论 33

参考文献 34

致谢 36

第IV页共Ⅱ页

1绪论

1.1机械手概述

工业机器人由操作机（机械本体）、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，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[1]。

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[2]。

1.2机械手的组成和分类

1.2.1机械手的组成

机械手主要由执行机构、驱动系统、控制系统以及位置检测装置等所组成。

各系统相互之间的关系如方框图1.1所示。

控制系统

驱动系统

被抓取工件

执行机构

位置检测装置

图1.1机械手的组成方框图

（一）执行机构

包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的还增设行走机构。

1、手部

即与物件接触的部件。

由于与物件接触的形式不同，可分为夹持式和吸附式手部。

夹持式手部由手指（或手爪）和传力机构所构成。

手指是与物件直接接触的构件，常用的手指运动形式有回转型和平移型。

回转型手指结构简单，制造容易构件，故应用较广泛平移型应用较少，其原因是结构比较复杂，但平移型手指夹持圆形零件时，工件直径变化不影响其轴心的位置，因此适宜夹持直径变化范围大的工件。

手指结构取决于被抓取物件的表面形状、被抓部位（是外廓或是内孔）和物件的重量及尺寸。

常用的指形有平面的、V形面的和曲面的:

手指有外夹式和内撑式;指数有双指式、多指式和双手双指式等。

而传力机构则通过手指产生夹紧力来完成夹放物件的任务。

传力机构型式较常用的有:

滑槽杠杆式、连杆杠杆式、斜面杠杆式、齿轮齿条式、丝杠螺母多，式弹簧式和重力式等。

附式手部主要由吸盘等构成，它是靠吸附力（如吸盘内形成负压或产生电吸磁力）吸附物件，相应的吸附式手部有负压吸盘和电磁盘两类。

对于轻小片状零件、光滑薄板材料等，通常用负压吸盘吸料。

造成负压的方式有气流负压式和真空泵式。

对于导磁性的环类和带孔的盘类零件，以及有网孔状的板料等，通常用电磁吸盘吸料。

电磁吸盘的吸力由直流电磁铁和交流电磁铁产生。

用负压吸盘和电磁吸盘吸料，其吸盘的形状、数量、吸附力大小，根据被吸附的物件形状、尺寸和重量大小而定。

此外，根据特殊需要，手部还有勺式（如浇铸机械手的浇包部分）、托式（如冷齿轮机床上下料机械手的手部）等型式。

2、手腕

是连接手部和手臂的部件，并可用来调整被抓取物件的方位（即姿势）。

3、手臂

手臂是支承被抓物件、手部、手腕的重要部件。

手臂的作用是带动手指去抓取物件，并按预定要求将其搬运到指定的位置。

工业机械手的手臂通常由驱动手臂运动的部件（如油缸、气缸、齿轮齿条机构、连杆机构、螺旋机构和凸轮机构等）与驱动源（如液压、气压或电机等）相配合，以实现手臂的各种运动。

手臂可能实现的运动如下:

手臂运动

基本运动

复合运动

直线运动与回转运动的组合（即螺旋运动）

两直线运动的组合（即平面运动）

回转运动:

如水平回转、左右摆动运动

直线运动:

如伸缩、升降、横移运动

两回转运动的组合（即空间曲面运动）。

手臂在进行伸缩或升降运动时，为了防止绕其轴线的转动，都需要有导向装置，以保证手指按正确方向运动。

此外，导向装置还能承担手臂所受的弯曲力矩和扭转力矩以及手臂回转运动时在启动、制动瞬间产生的惯性力矩，使运动部件受力状态简单。

导向装置结构形式，常用的有:

单圆柱、双圆柱、四圆柱和V形槽、燕尾槽等导向型式。

4、立柱

立柱是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分，手臂的回转运动和升降（或俯仰）运动均与立柱有密切的联系。

机械手的立往通常为固定不动的，但因工作需要，有时也可作横向移动，即称为可移式立柱。

5、行走机构

当工业机械手需要完成较远距离的操作，或扩大使用范围时，可在机座上安装滚轮、轨道等行走机构，以实现工业机械手的整机运动。

滚轮式行走机构可分为有轨的和无轨的两种。

驱动滚轮运动则应另外增设机械传动装置。

6、机座

机座是机械手的基础部分，机械手执行机构的各部件和驱动系统均安装于机座上，故起支撑和连接的作用。

（二）驱动系统

驱动系统是驱动工业机械手执行机构运动的动力装置，通常由动力源、控制调节装置和辅助装置组成。

常用的驱动系统有液压传动、气压传动、电力传动和机械传动等四中形式。

（三）控制系统

控制系统是支配着工业机械手按规定的要求运动的系统。

目前工业机械手的控制系统一般由程序控制系统和电气定位（或机械挡块定位）系统组成。

控制系统有电气控制和射流控制两种，它支配着机械手按规定的程序运动，并记忆人们给予机械手的指令信息（如动作顺序、运动轨迹、运动速度及时间），同时按其控制系统的信息对执行机构发出指令，必要时可对机械手的动作进行监视，当动作有错误或发生故障时即发出报警信号。

（四）位置检测装置

控制机械手执行机构的运动位置，并随时将执行机构的实际位置反馈给控制系统，并与设定的位置进行比较，然后通过控制系统进行调整，从而使执行机构以一定的精度达到设定位置[3]。

1.2.2机械手的分类

工业机械手的种类很多，关于分类的问题，目前在国内尚无统一的分类标准，在此暂按使用范围、驱动方式和控制系统等进行分类。

（一）按用途分

机械手可分为专用机械手和通用机械手两种:

1、专用机械手

它是附属于主机的、具有固定程序而无独立控制系统的机械装置。

专用机械手具有动作少、工作对象单一、结构简单、使用可靠和造价低等特点，适用于大附属，如自动机床、自动线的上、下料机械手和‘加工中心”批量的自动化生产的自动换刀机械手。

2、通用机械手

它是一种具有独立控制系统的、程序可变的、动作灵活多样的机械手。

通过调整可在不同场合使用，驱动系统和格性能范围内，其动作程序是可变的，控制系统是独立的。

通用机械手的工作范围大、定位精度高、通用性强，适用于不断变换生产品种的中小批量自动化的生产。

通用机械手按其控制定位的方式不同可分为简易型和伺服型两种:

简易型以“开一关”式控制定位，只能是点位控制:

伺服型具有伺服系统定位控制系统，可以点位控制，也可以实现连续轨迹控制，一般的伺服型通用机械手属于数控类型。