三自由度液压机械手机构设计说明书.docx

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三自由度液压机械手机构设计说明书

题目三自由度液压机械手机构设计

摘要

随着工业技术的发展，人工的操作越来越不满足工业生产的要求，因此设计出了机械手。

本文简要地介绍了工业机器人的概念，机械手的组成和分类，机械手的自由度和座标型式以及国内外的发展形势。

本文以三自由度液压机械手为研究对象，结合理论与生产实际，确定机械手的坐标形式及自由度，并给定出机械手的技术参数。

根据确定的手臂的升降，回转，伸缩三个自由度，采用圆柱坐标系，设计了夹钳式手部结构，同时设计了手臂结构做各种运动的驱动结构。

在液压传动机构中，机械手的手臂伸缩采用伸缩油缸，手腕回转采用回转油缸，立柱的转动采用齿条油缸，机械手的升降采用升降油缸，并绘制出相关机构图。

关键词：

机械手，圆柱坐标，液压驱动

Abstract

Withthedevelopmentofindustrialtechnology,theartificialoperationmoreandmoredonotmeettherequirementsofindustrialproduction,thereforethedesignofamechanicalhand。

Thispaperbrieflyintroducestheconceptofindustrialrobots,composingandclassificationofthemanipulator,thedegreesoffreedommanipulatorandthecoordinatetypeaswellasthedomesticandforeigndevelopmentsituation。

Inthispaper,takingthethreeDOFhydraulicmanipulatorastheresearchobject,combinestheorywiththeactualproduction,identifymanipulatorcoordinatesformsanddegreesoffreedom,andgivenoutthetechnicalparametersofmechanicalhand。

Accordingtothedeterminationofthearmofthelift,rotary,telescopicthreedegreesoffreedom,usingthecylindricalcoordinatesystem,designofgripperstructure,whilethedesignofarmstructuretodoallkindsofmotordrivingstructure。

Inthehydraulicdrivebodies，manipulatorarmstretchingusingtelescopictank，rotatingcolumnoftanksusedrack，manipulatormovementsusingtankmovements，thecolumntakesthehorizontalmovementoftanks，anddrawtherelevantorganizationchart。

Keywords：

mechanicalhand;cylindricalcoordinate;fluidpowerdrive

摘要-----------------------------------------------------------

Abstract--------------------------------------------------------

第一章前言

1.1工业机器人的简介------------------------------------------

1.2世界的发展现状--------------------------------------------

1.3我国的发展现状--------------------------------------------

1.4本文设计的机械手的参数及概述------------------------------

第二章手部结构设计

2.1概述-------------------------------------------------------

2.2手部设计的要求---------------------------------------------

2.3手部的选取和设计计算---------------------------------------

第三章手臂结构设计

3.1概述-------------------------------------------------------

3.2臂部设计的要求---------------------------------------------

3.3臂部结构设计-----------------------------------------------

3.3.1手臂伸缩运动机构---------------------------------------

3.3.2手臂升降运动机构---------------------------------------

3.3.3手臂回转运动机构---------------------------------------

3.4机身的结构设计---------------------------------------------

结论------------------------------------------------------------

谢辞------------------------------------------------------------

第一章前言

1.1工业机器人的简介

随着工业技术的高速发展，纯人工操作已经越来越跟不上生产需求的步伐，而一些特殊高要求环境的工作，也无法安全的利用人工操作来顺利完成，于是，人们发明了工业机器人。

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.

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。

机械手的迅速发展是由于它的积极作用正日益为人们所认识；其一、它能部分代替人工操作；其二、它能按照生产工艺的要求，遵循一定的程序、时间和位置来完成工作的传送和装卸；其三，它能操作必要的机具进行焊接和装配。

从而大大的改善工人的劳动条件，显著的提高劳动生产率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。

因而，受到各先进工业国家的重视，投入大量的人工物力加以研究和应用。

尤其在高温、高压、粉压、噪音以及带有放射性的污染的场合，应用得更为广泛。

在我国，近几年来也有较快的发展，并取得一定的效果，受到机械工业和铁路工业部门的重视。

1.2世界的发展现状

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、便于操作和维修），而单机价格不断下降，平均单机价格从91年的10．3万美元降至97年的6．5万美元。

（2）．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市。

（3）．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，控制柜日见小巧，且采用模块化结构；大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。

（4）．机器人中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器，而遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制；多传感器融合配置技术在产品化系统中已有成熟应用。

（5）．虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制，如使遥控机器人操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操纵机器人。

（6）．当代遥控机器人系统的发展特点不是追求全自治系统，而是致力于操作者与机器人的人机交互控制，即遥控加局部自主系统构成完整的监控遥控操作系统，使智能机器人走出实验室进入实用化阶段。

美国发射到火星上的“索杰纳”机器人就是这种系统成功应用的最著名实例。

（7）．机器人化机械开始兴起。

从94年美国开发出“虚拟轴机床”以来，这种新型装置已成为国际研究的热点之一，纷纷探索开拓其实际应用的领域。

1.3国内的发展现状

目前国内外的发展趋势是：

1．研制有更多自由度的液压机械手，这样机械手就可以变得更加的灵活，从而完成更加多的动作。

2．研制带有行走机构的机械手，这种机械手可以从一个工作地点移动到另一个工作地点。

3．研制维修维护方便的通用机械手。

4．研制能自动编制和自动改变程序的通用机械手。

5．研制具有一定感触和一定智力的智能机械手。

这种机械手具有各种传感装置，并配有计算机。

根据仿生学的理论，用计算机充当其大脑，使它进行思考和记忆。

用听筒和声敏元件作为耳朵能听，用扬声器作为嘴能说话进行应答，用热电偶和电阻应变仪作为触觉和感触。

用滚轮或者双足式机构脚来实现自动移位。

这样的智能机械手可以由人的特殊语言对其下达命令，布置任务，使自动化生产线成为智能化生产线。

6．机械手的外观达到美观的要求，尽量用最简单的结构和设备能完成更加多的动作。

7．研制具有柔性系统的通用机械手

我国的工业机器人从80年代“七五”科技