毕业论文
题目关节型工业机械手的结构设计
学院机械工程学院
专业机械工程及自动化
班级机自0917班
学生廉开发
学号20090421170
指导教师苏东宁
二〇一三年六月三日
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
Here is about the research method of the industrial manipulator joints. The design work on the real first AnChuan robot has carried on the detailed research, understand the internal structure of concrete, AnChuan robot structure can be divided into six axis, and then according to the six axis of its internal structure decomposition, in order to understand the cooperation between the various parts of the, thus for AnChuan robot have roughly understanding. Below is the size of the measurement, the size of the measurement only need to measure the general appearance of the size, and the internal dimension can be reasonable according to the parts of the design. Then, computing (including motor power calculation, the design of the shaft, the gear parameter calculation), then can according to relevant data, select the appropriate machine. Finally, according to the entity and prior knowledge on the structure of the manipulator design analysis.
Keywords:servo motor rotate, manipulator grabbing and moving.
目录
摘要 ............................................................... I ABSTRACT .............................................................. II 1 前言 .. (1)
1.1 机械手国内外发展现状 (1)
1.2 多关节型工业机械手概述 (2)
1.3 机械手组成与分类 (3)
1.3.1机械手组成 (3)
1.3.2机械手分类 (3)
2机械手的设计方案 (5)
2.1设计任务的提出 (5)
2.2 机械手设计方案 (5)
2.2 方案特点 (6)
3.1 电机的选型 (7)
3.1.1 初步估算机械手的质量 (7)
3.1.2计算各个轴的转速及转矩 (8)
3.1.3 计算电机功率 (10)
3.2 锥齿轮设计 (10)
3.2.1 齿轮精度、材料 (10)
3.2.2 按齿面接触疲劳强度设计 (11)
3.2.3 按齿根弯曲强度设计 (12)
3.2.4 锥齿轮参数计算 (12)
3.3 同步带轮的设计 (13)
3.3.1 同步齿形带传动计算 (13)
3.3.2 带轮几何尺寸的计算 (15)
3.4 减速器的设计 (16)
3.4.1 减速器减速比的计算 (16)
3.4.2 减速器输出轴径的计算 (16)
4 机械手各结构设计 (18)
4.1 手爪结构的设计 (18)
4.1.1 手爪的设计要求 (18)
4.1.2 手爪的分类 (18)
4.1.3 手部结构形式的确定 (18)
4.2 手腕结构的设计 (18)
4.2.1 手腕的设计要求 (19)
4.2.2 手腕结构形式的确定 (19)
4.3 手臂结构的设计 (19)
4.3.1 手臂的设计要求 (19)
4.3.2 手臂结构 (20)
4.3.3 小臂结构形式的确定 (20)
4.4 小臂后箱体的结构设计 (20)
4.5 连接杆件的设计 (21)
5 关键轴的校核 (22)
5.1 腕部输入轴的结构 (22)
5.2 轴的校核 (22)
6 结论 (25)
参考文献 (26)
致谢 (27)
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，另外，通用机械手的工作范大、定位精度高、通用性强。因此，可以通过调整其动作程序，在不同的场合应用机械手。目前，通用机械手更多的应用在中小批量的自动化生产。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，伺服型可以是点位的，也可以实现连续控制，伺服型具有伺服系统定位控制系统，一般的伺服型通用机械手属于数控类型。
（2）专用机械手
相对于通用机械手，专用机械手具有工作动作少，工作对象单一，定位精度低等特点。它可应用于大批量的自动化生产，如自动机床，加工中心，自动的上下。
2.按驱动方式分
(1)液压传动机械手
用液压压力来驱动执行机构的机械手。其特点为:传动平稳，结构紧凑，动敏。由于油的泄露对机械手的工作性能影响较大。所以这种机械手对密封性要求比较严格。另外，不能在较高或较低的温度下工作。
(2)气压传动机械手
用压缩空气的压力来驱动执行机构的机械手。其特点为：输出力小，气动动作迅速，结构简单，成本低。由于空气可压缩的特性，该机械手工作冲击大，速度稳定性差，相对于液压机械手，气压机械手更适用于工作在高温、轻载的环境中。
(3)电机传动机械手
用直流电机，步进电机或伺服电机驱动的机械手
因不需要中间转换机构，故机构简单。另外，该机械手运动速度快，行程长。虽然应用不多，但很有发展前途。
3.按控制方式分
(1)点位控制
实现点与点之间的移动，但只能控制过程中几个点，不能控制运动轨迹。
(2)连续位控制
它的运动轨迹为空间的连续曲线，空间设计点为无限点，可以实现准确与平稳的运动。电气控制范围广，控制系统复杂。这类机械手一般采用小型计算机进行控制。
2机械手的设计方案
2.1设计任务的提出
设计一种较为灵活的重物搬运机械手,实现流水线上零件的搬运与放置。
所涉及的多关节型工业机械手用能抓取生产线上的零件,转过一定角度后，将零件放下。要求抓取零件的重量可达7公斤,手爪的开合程度可达110毫米。另，并通过设计不同形式的手爪结构能适应不同零件的尺寸要求。
通过结构的扩展，机械手能实现其它的作业要求,比如焊接等。
所涉及的多关节机械手结构应力求简单。
2.2机械手设计方案
图2.2 关节型工业机械手的结构图
该关节型机械手由五部分组成。分别为底座、大臂、小臂、腕部、机械手爪。各部分的驱动方式如下：
1）底座回转的腰关节：由安装在底座内的电机带动整个机械手作360度的旋转运动。2）大臂回转的肩关节：由伺服交流电机带动齿轮减速器运动，从而带动大臂以上的结构绕肩关节作旋转运动，即产生俯仰运动。
3）小臂与腕部的回转：由交流伺服电机带动齿轮减速器运动，从而带动大臂以上的的整体作旋转运动，即产生俯仰运动。
4）小臂腕部的回转：由交流伺服电机带动齿轮减速器运动，从而带动大臂以上的整体作回转运动。
5）手腕的旋转运动：由腕内部的伺服电机带动机械手作旋转运动，即回转运动。6）手腕的上下运动：由腕内部的交流伺服电机带动腕整体作旋转运动，即俯仰运动。
该关节型工业机械手的自由度，分别为：底座绕S轴作360度的旋转运动；大臂绕L轴的旋转运动（左右运动）；小臂绕U轴的旋转运动（上下运动）；小臂绕R轴的回转运动；手腕的回转运动；手腕的上下运动。
2.2方案特点
此多关节型工业机械手应能实现抓取流水线上的重物的功能。而且它的最大抓取重量达到7公斤。所以该机械手在满足上述功能的基础上应力求结构简单，经济实用。
3 动力参数的计算
3.1 电机的选型
对于机器人这种属于机电一体化产品来说，伺服系统相当重要的。要求私服系统具有快速性，精确性和稳定性，即输出量准确而迅速的响应指令输入变化。按其控制原理可分为开、闭环两大类。开环伺服系统的执行元件大多采用步进电机，闭环伺服系统的大多元件采用直流伺服电机和交流伺服电机。虽然两者在控制方式上相似（脉冲串和方向信号），但在使用性能和应用场合上存在着较大的差异。首先，控制精度不同。交流伺服电机的控制精度是步距角为1.8°的步进电机的脉冲当量的1/655，控制精度更高；其次，低频特性不同。步进电机在低速时易出现低频振动现象。交流伺服电机运转非常平稳，即使在低速时也不会出现振动现象；第三，矩频特性不同。步进电机的输出力矩随转速升高而下降，且在较高转速时会急剧下降，所以其最高工作转速一般在300～600RPM 。交流伺服电机为恒力矩输出，即在其额定转速（一般为2000RPM 或3000RPM ）以内，都能输出额定转矩，在额定转速以上为恒功率输出；第四，过载能力不同。步进电机一般不具有过载能力，而交流伺服电机具有较强的过载能力；第五，运行性能不同。步进电机的控制为开环控制，启动频率过高或负载过大易出现丢步或堵转的现象，停止时转速过高易出现过冲的现象，交流伺服驱动系统为闭环控制控制性能更为可靠；第六，速度响应性能不同。步进电机从静止加速到工作转速（一般为每分钟几百转）需要200～400毫秒。交流伺服系统的加速性能较好，以松下MSMA 400W 交流伺服电机为例，从静止加速到其额定转速3000RPM 仅需几毫秒，可用于要求快速启停的控制场合[2]。
综上所述，交流伺服系统在许多性能方面都优于步进电机。而本次设计的机械手要求运行精度高，运转平稳，恒功率输出，有较强的过载能力，速度响应快，所以选用交流伺服电机作为动力源。 3.1.1 初步估算机械手的质量
计算各部分体积与质量
机械手的材料为铝合金，密度为2.8?310Kg/3m
V (机座)=V （底座）+V （圆柱1）+V (线盒)
=7.81?310-3m
V （回转头）= V （底2）+V （圆柱2）
=22R l π+222l h d ??
=5.93?310-3m
M (回转头)=5.93?310-?2.8?310
=16.6Kg
V (下臂)=0.5?(0.590?0.070?0.080)
=1.652?3103m
M (下臂)=1.652 ?310?2.8?310-
=4.63Kg
V (上臂后箱体)= 0.2861.015.0??+075.0152.0152.0??
=4.5?310-+1.73?310- =6.23?310-3m
M （上臂后箱体）=6.23=?8.217.44Kg
V (上臂)=094.0126.048.0??=5.69?310-3m V (减速器)=2R l π=3.142(0.1)?05.0?=1.57?310-3m
M (减速器)=1.57=?8.2 4.4Kg
U 、S 、L 轴电机质量：1M =7Kg ; R 轴电机质量：2M =3Kg ; T 、B 轴电机质量：3M =1.5Kg .
机械手质量M = M (机座)+ M （回转头）+ M （下臂）+ M （上臂后箱体）+ M （上臂）+M （电机）+M （减速器）
=114.51Kg
3.1.2计算各个轴的转速及转矩
转速与角速度之间关系为：
n=
602w
π
? （3.1） 由（1）的各轴转速：
60 2.62225.02/min s r n π?== 60 2.79226.64/min l r n π?== 60 2.97228.36/min u r n π
?=
=
605.93
2/min 56.63R r n π
?== 605.932/min 56.63B r n ?== 609.08
2/min 86.71T r n π
?=
=
各轴的转矩：
11[] 1.2U U U T G L G L =?+?? （3.2）
=(7?9.8?0.995+39.4?9.8?0.32)?1.2 =(67.228+123.558)?1.2 =228.9
其中G 为物体重量，1G 为上臂的重量，U L 为重物到U 轴距离，1U L 为上臂重心到U 轴的距离，1.2为安全系数。
[] 1.2T f G T T T =+? （3.3）
=[] 1.2G u r G l ??+??
=(7?9.8?0.08?0.07+7?9.8?0.09)?1.2 =(0.384+6.174)?1.2 =7.87
其中f T 为T 轴摩擦力矩，G T 为偏转力矩，u 为摩擦系数，r 为手腕的旋转半径，l 为重物重心到手腕水平轴线的距离。
1.2B B T G L =?? （3.4）
=7?9.8?0.35?1.2 =28.81
其中B L 为重物到B 轴的距离。
11[] 1.2R f G T T T =+? （3.5）
=10.47 其中1f T 为摩擦力矩，1G T 为偏转力矩。
L T =(7?9.8?1.41+39.4?9.8?0.74+4.63?9.8?0.21)?1.2
=470.38
S T =7?9.8?(0.785-0.09-0.05+0.35+0.42)?1.2+15.9?9.8?(0.365-0.09+0.42+0.2
1)?1.2 =325.339 3.1.3 计算电机功率 功率计算公式为：
P T W =? （3.6） R R R P T W =?=10.47?5.93=62.09 U P =U T ?U W =228.9?2.97=679.83
B P =B T ?B W =28.81?5.93=170.84 T P =T T ?T W =7.87?9.08=71.46 S P =S T ?S W =325.339?2.62=855.64
L P =L T ?L W =470.38?2.79=1312.36
伺服电机采用安川电机，根据下表选取
U 轴采用SGMPH-08A;B 轴采用SGMPH-02A;T 轴采用SGMPH-01A;R 轴采SGMPH-01A;S 轴采用SGMPH-08A;L 轴采用SGMPH-15A 。
3.2 锥齿轮设计
3.2.1 齿轮精度、材料
设计的机械手要求运行平稳且此处转速较高，所以选用六级精度，主动轮采用40r C (调质)，硬度为280 HBS ，从动轮材料为45钢(调质)，硬度为240 HBS ，两者材
料的硬度差为40 HBS 。 3.2.2 按齿面接触疲劳强度设计 由设计计算公式进行计算：
1d ≥ （3.7） 计算各式中未知量的数值： 1）[]H σ
[]lim
HN H H K S
σσ=
（3.8） 查机械手册可知主动轮与从动轮的疲劳极限分别为：
[]1H σ=540MPa []2H σ=517MPa
2）弹性影响系数：1
2189.8E Z MPa = 3）计算载荷系数K 由公式
A v H H K K K K K αβ= （3.9） 得K=2.475
4）齿宽系数R φ取1/3
5）主动轮传递的转矩: 595.510/112.3T P n N η=?=齿轮 综上可求得：112.47d mm ≥ 初取1d =40mm 6）校核，由公式：
[]5H H Z σσ=≤ （3.10）
求得：[]237.5H H MP σσ=≤，符合要求。 3.2.3 按齿根弯曲强度设计
有设计计算公式进行计算：
a
m ≥
（3.11）
计算式中各未知量的数值： 1）计算弯曲疲劳应力[]F σ：
F N F E
F K S
σσ=
???? （3.12） 查机械设计手册可得主动轮与从动轮的接触许用应力分别为：
1F σ????=2F σ????=310.7MPa
2）求主从动轮的齿形系数和应力校正系数：
Fa Y =2.65，Sa Y =1.58；
将以上数值带入，可得：m=0.44 选m=2.5 3）校核： 由公式：
(10.5)
t F a S a
R F F KFY Y bm φσσ=
≤????- （3.13） 得17.46a 310.7MPa F MP σ=≤????，符合要求。 3.2.4 锥齿轮参数计算 选择齿形角=20°；
齿顶高系数*
1a
h =； 顶隙系数*0.2c =； 端面模数m=2.5； 齿数比为1：1；
设小齿轮的齿数116Z =，变位齿数120x x ==，120i i x x ==；
分锥角为45°； 小齿轮的分度圆直径：
11d mz = 2.51640=?=mm （3.14） 大齿轮的分度圆直径：
22 2.51640d mz ==?=mm
齿宽系数13R ?=；
齿宽：
9.42R b R ?==mm （3.15） 齿顶高：
*
121() 2.5a a a h h h x m ==+=mm （3.16）
齿根高：
1212 5.5 2.5f f a a h h h h h h ==-=-=-=3mm （3.17） 齿顶圆直径：
121112cos 402 2.5cos 45a a a d d d h δ==+=+??=43.5mm （3.18）
3.3 同步带轮的设计
3.3.1 同步齿形带传动计算 计算功率：
1.2c A S p K K =+=
由机械设计手册表8-29选取 1.2A K =，由表8-28取0s K =； 模数：根据1c P N 和由图8-3选取m=1.5； 小带轮齿数：由表8-31选取116Z =； 小带轮节圆直径：
1d =m 1z =1.5?16=24mm
大带轮齿数：
21 1.491623Z iZ ==?= （3.19） 大带轮节圆直径：
2d =m 2z =1.5?23=35mm
初定中心距：0a =200mm ； 初定胶带节线长度及其齿数：
2
210120
()2()24op d d L a d d a π
-≈+++ （3.20）
2
(3524)2200(2435)24200
π
-=?+++
? =492.828mm
按表8-27选取接近p L 及其齿数Z ：
2
210120
()2()24op d d L a d d a π
-≈+++
（3.21）
518.4p L =；110Z =；
计算中心距：
02
P OP
L L a a -=+
（3.22） =212.782
213≈mm
小带轮啮合齿数：
21
1126()d d n a z z -≈- （3.23）
单位带宽的离心拉力：
2
qv C g
F =
32.610-=? N/mm （3.24）
带宽：
102C
Z C P b ==16.34 （3.25）
由表3-27圆整为16b =mm ； 有效圆周力：
102 6.50C
P t V
F =
= （3.26）
3.3.2 带轮几何尺寸的计算 齿形角：40α=°； 节距：
3.14 1.5
4.71p m π==?= mm （3.27）
B 轴带轮节圆直径：
11 1.51624d mz mm ==?=（小带轮） 22 1.52334.5d mz mm ==?=（大带轮）
T 轴带轮节圆直径：
11 1.51624d mz mm ==?=（小带轮）
22 1.51928.5d mz mm ==?=（大带轮）
B 轴带轮顶圆直径：
1122420.37523.25a d d δ=-=-?=mm （小带轮） （3.28）
22234.520.37533.75a d d δ=-=-?=mm （大带轮）
T 轴带轮顶圆直径：
1122420.37523.25a d d δ=-=-?=mm （小带轮）
22227.5a d d δ=-=mm （大带轮）
尺侧间隙：
00.40j j ==mm （由表8-34） （3.29）
径向间隙：
00.55c c ==mm
顶圆齿槽宽：
2.56a f e s j =+=mm （
3.30） 齿槽深：
`0.90.55 1.45h h c mm =+=+=
B 轴带轮根圆直径：
11220.35f a d d h mm =-=（小带轮） （3.31）
22230.85f a d d h mm =-=（大带轮）
机电工程学院 课程设计说明书（2014 /2015 学年第一学期） 课程名称：机电一体化课程设计题目：工业机械手设计 专业班级：11级机电七班 学生姓名：王岩 学号：110200719 指导教师：赵喜敬 设计周数：二周 设计成绩： 2014年12月30日
目录 第一章工业机械手综述 (1) 1.1工业机械手的发展概况 (1) 1.2工业机械手的应用 (1) 1.3工业机械手的组成及原理 (1) 第二章伸缩臂的设计方案 (3) 2.1 设计方案论证以及确定 (3) 2.1.1 设计参数及要求 (3) 2.1.2 设计方案的比较论证 (4) 2.2 机械手伸缩臂总体结构设计方案 (4) 2.3 执行装置的设计方案 (4) 2.3.1 滚珠丝杠的选择 (4) 2.3.2减速齿轮的有关计算 (10) 2.3.3电动机的选择 (15) 第三章 PLC控制系统设计 (17) 3.1 PLC的构成及工作原理 (17) 3.2 选择PLC (17) 3.3 PLC外部I/O分配图 (18) 3.4 软件设计 (19) 3.5 硬件设计 (27) 总结 (28) 参考文献 (29)
第一章工业机械手综述 1.1工业机械手的发展概况 工业机械手在先进制造技术领域中扮演着极其重要的角色，是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备，是一种能自动化定位控制并可重新编程序以变动的多功能机器，它有多个自由度，可用来搬运物体以完成在各个不同环境中工作。 工业机械手即工业机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的现代化制造业重要的自动化装备。机械手技术涉及到力学、机械学、电气液压技术、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域，是一门跨学科综合技术。 1.2工业机械手的应用 机械手是工业自动控制领域中经常遇到的一种控制对象。机械手可以完成许多工作，如搬物、装配、切割、喷染等等，应用非常广泛。 在现代工业中，生产过程中的自动化已成为突出的主题。各行各业的自动化水平越来越高，现代化加工车间，常配有机械手，以提高生产效率，完成工人难以完成的或者危险的工作。目前在我国机械手常用于完成的工作有：注塑工业中从模具中快速抓取制品并将制品传送到下一个生产工序；机械手加工行业中用于取料、送料；浇铸行业中用于提取高温熔液等等。 广泛采用工业机械手，不仅可提高产品的质量与产量，而且对保障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动强度，提高劳动生产率，节约原材料消耗以及降低生产成本，有着十分重要的意义。同计算机、网络技术一样，工业机械手的广泛应用正在日益改善着人类的生产和生活方式。 1.3工业机械手的组成及原理 工业机械手一般应由机械系统、驱动系统、控制系统、检测系统和人工智能系统等组成。机械系统是完成抓取工件实现所需运动的执行机构；驱动系统的作用是向执行机构提供动力，执行元件驱动源的不同，驱动系统的传动方式有液动式、气动式、电动式和机械式四种，采用液压机构驱动机械手,结构简单、尺寸紧凑、重量轻、控制方便；控制系统是工业机械手的指挥系统，它控制工业机器人按规定的程序运动；检测传感系统主要检测工业机械手执行系统的运动位置、状态，并反馈给控制系统进而及时比较调整。
摘要 在当今大规模制造业中，企业为提高生产效率，保障产品质量，普遍重视生产过程的自动化程度，工业机器人作为自动化生产线上的重要成员，逐渐被企业所认同并采用。工业机器人的技术水平和应用程度在一定程度上反映了一个国家工业自动化的水平，目前，工业机器人主要承担着焊接、喷涂、搬运以及堆垛等重复性并且劳动强度极大的工作，工作方式一般采取示教再现的方式。 本文将设计一台四自由度的工业机器人，用于给冲压设备运送物料。首先，本文将设计机器人的底座、大臂、小臂和机械手的结构，然后选择合适的传动方式、驱动方式，搭建机器人的结构平台；在此基础上，本文将设计该机器人的控制系统，包括数据采集卡和伺服放大器的选择、反馈方式和反馈元件的选择、端子板电路的设计以及控制软件的设计，重点加强控制软件的可靠性和机器人运行过程的安全性，最终实现的目标包括：关节的伺服控制和制动问题、实时监测机器人的各个关节的运动情况、机器人的示教编程和在线修改程序、设置参考点和回参考点。 关键词：机器人，示教编程，伺服，制动
ABSTRACT In the modern large-scale manufacturing industry, enterprises pay more attention on the automation degree of the production process in order to enhance the production efficiency, and guarantee the product quality. As an important part of the automation production line, industrial robots are gradually approved and adopted by enterprises. The technique level and the application degree of industrial robots reflect the national level of the industrial automation to some extent, currently, industrial robots mainly undertake the jops of welding, spraying, transporting and stowing etc. , which are usually done repeatedly and take high work strength, and most of these robots work in playback way. In this paper I will design an industrial robot with four DOFs, which is used to carry material for a punch. First I will design the structure of the base, the big arm, the small arm and the end manipulator of the robot, then choose proper drive method and transmission method, building the mechanical structure of the robot. On this foundation, I will design the control system of the robot, including choosing DAQ card, servo control, feedback method and designing electric circuit of the terminal card and control software. Great attention will be paid on the reliability of the control software and the robot safety during running. The aims to realize finally include: servocontrol and brake of the joint, monitoring the movement of each joint in realtime, playback programming and modifying the program online, setting reference point and returning to reference point. KEY WORDS: robot, playback, servocontrol, brake
摘要 随着微电子技术、传感器技术、控制技术和机械制造工艺水平的飞速发展，机器人的应用领域逐步从汽车拓展到其它领域。在各种类型的机器人中，模拟人体手臂而构成的关节型机器人，具有结构紧凑、所占空间小、运动空间大等优点，是应用最为广泛的机器人之一。尤其由柔性关节组成的柔性仿生机器人在服务机器人及康复机器人领域中的应用和需求越来越突出。 本文将设计一台四自由度的工业机器人，用于给冲压设备运送物料。首先，本文将设计机器人的底座、大臂、小臂和机械手的结构，然后选择合适的传动方式、驱动方式，搭建机器人的结构平台；在此基础上，本文将设计该机器人的控制系统，包括数据采集卡和伺服放大器的选择、反馈方式和反馈元件的选择、端子板电路的设计以及控制软件的设计，重点加强控制软件的可靠性和机器人运行过程的安全性，最终实现的目标包括：关节的伺服控制和制动问题、实时监测机器人的各个关节的运动情况、机器人的示教编程和在线修改程序、设置参考点和回参考点。 关键词：机器人，示教编程，伺服，制动
ABSTRACT With the development of microelectronic technology, sensor technology, the rapid development of control technology and machinery manufacturing technology level, the application of robots gradually expanded from cars to other fields. In all types of robots, the articulated robot arm simulation human form, has the advantages of compact structure, small occupied space, large moving space, is one of the most widely used robots. Especially flexible biomimetic robot composed of flexible joint in the field of service robot and rehabilitation robot application and demand more and more prominent. In this paper I will design an industrial robot with four DOFs, which is used to carry material for a punch. First I will design the structure of the base, the big arm, the small arm and the end manipulator of the robot, then choose proper drive method and transmission method, building the mechanical structure of the robot. On this foundation, I will design the control system of the robot, including choosing DAQ card, servo control, feedback method and designing electric circuit of the terminal card and control software. Great attention will be paid on the reliability of the control software and the robot safety during running. The aims to realize finally include: servocontrol and brake of the joint, monitoring the movement of each joint in realtime, playback programming and modifying the program online, setting reference point and returning to reference point. KEY WORDS: robot, playback, servocontrol, brake
平面关节型机械手设计 设计任务书 一、通过设计平面关节型机械手，培养综合运用所学知识，分析问题和解决问题的能力。 有关资料：上下料搬运机械手，个自由度，平面关节型；需要搬运的工件：环类零件，内孔直径；高,厚,（只能从内孔夹持工件），材料钢，将工件从一条输送线搬运到与之平行的另一条输送线上，（两输送线距离为,高度差）。 要求：设计方案和计算正确，叙述清楚，图纸符合规范。 二、图纸： .机械手机构简图 .工作空间投影图 .机械手传动原理图 .机械手装配图 .零件图 三、实习： .本校机械实验室组装各类机械手模型。 .学习工业机械人设计方面知识。 五、进度： 月日到月日实习，拟订设计方案 月日到月日机械手传动原理图 月日到月日机械手装配图
月日到月日零件图 月日到月日写说明书 引言 平面关节型机械手是应用最广泛的机械手类型之一，既可以用于实际生产，又可以用于教学实验和科学研究。用于实际生产，它能够满足装配作业内容改变频繁的要求；用于教学实验，它能够使人直观地了解机器人结构组成、动作原理等，所以开发设计和研究平面关节型机械手具有最广泛的实际意义和应用前景。其中比较突出的是美国国家半导体公司生产的可编程全数字运动控制芯片，它具有位的位置、速度和加速度寄存器，内置算法，其参数可以修改；支持实时读取和设定速度、加速度以及位置等运动参数，内置的梯形图发生器能够自动生成速度曲线，平稳地加速、减速；支持增量式光电码盘的倍频输入；芯片的主频为和。 一机械手结构 本文设计的平面关节型机械手的实物照片如图所示，其主要包括两个旋转关节（分别控制机械大臂和小臂旋转以及手抓张合）和一个移动关节（控制手腕伸缩），图为机械手简化模型。各关节均采用直流电机作为驱动装置，在机械大臂和小臂的旋转关节上还装配有增量式光电编码器，提供半闭环控制所需的反馈信号。直流电机的运动控制采用自行开发的基于和构成的多关节控制卡，并编制了能满足运动控制要求的软件，实现对机械手的速度、位置以及关节联动控制。由于机械手个关节电机的控制系统基本类似，因此在下文中，笔者将以单个关节电机为例向读者介绍平面关节型机械手的控制系统设计过程。
第一章引言 1.1 工业机械手概述 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。机器人应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标志。生产中应用机械手可以提高生产的自动化水平，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。 液压传动机械手是以压缩液体的压力来驱动执行机构运动的机械手。其主要特点是:介质李源极为方便，输出力小，液压动作迅速，结构简单，成本低。但是，由于空气具有可压缩的特性，工作速度的稳定性较差，冲击大，而且气源压力较低，抓重一般在30公斤以下，在同样抓重条件下它比液压机械手的结构大，所以适用于高速、轻载、高温和粉尘大的环境中进行工作。 液压技术有以下优点: （1）体积小、重量轻，因此惯性力较小，当突然过载或停车时，不会发生大的冲击； （2）能在给定范围内平稳的自动调节牵引速度，并可实现无极调速； （3）换向容易，在不改变电机旋转方向的情况下，可以较方便地实现工作机构旋转和直线往复运动的转换； （4）液压泵和液压马达之间用油管连接，在空间布置上彼此不受严格限制； （5）由于采用油液为工作介质，元件相对运动表面间能自行润滑，磨损小，使用寿命长；（6）操纵控制简便，自动化程度高； （7）容易实现过载保护。
电气控制与PLC 课程设计说明书 题目机械手控制 院系机械工程学院 专业机械工程及自动化(电梯工程) 班级0722112 学号072211221 学生姓名孙奇 指导教师胡朝斌、易风 机械工程学院 2014年6月
目录 一、绪论 (3) 二、机械手的工作原理 (4) 2.1机械手的概述 (4) 2.2机械手的工作原理 (5) 三、机械手的工作流程图 (7) 四、输入和输出点分配图及原理接线图 (8) 五、元器件选型清单 (10) 六、控制程序 (14) 6.1初始化流程图设计 (14) 6.2手动操作梯形图 (15) 6.3回原点方式顺序功能图 (16) 6.4自动方式顺序功能图 (17) 6.5 PLC总程序梯形图 (18) 七、总结 (23) 参考文献 (24)
一、绪论 1.1 可编程序控制器的应用和发展概况 可编程序控制器（programmable controller），现在一般简称为PLC （programmable logic controller），它是以微处理器为基础，综合了计算机技术、半导体集成技术、自动控制技术、数字技术、通信网络技发展起来的一种通用的工业自动控制装置。以其显著的优点在冶金、化工、交通、电力等领域获得了广泛的应用，成为了现代工业控制三大支柱之一。 1.2 PLC的应用概况 PLC的应用领域非常广，并在迅速扩大，对于而今的PLC几乎可以说凡是需要控制系统存在的地方就需要PLC，尤其近几年来PLC的性价比不断提高已被广泛应用在冶金、机械、石油、化工、轻功、电力等各行业。 按PLC的控制类型，其应用大致可分为以下几个方面。 （1）用于逻辑控制 这是PLC最基本，也是最广泛的应用方面。用PLC取代继电器控制和顺序控制器控制。例如机床的电气控制、包装机械的控制、自动电梯控制等。 （2）用于模拟量控制 PLC通过模拟量I/O模块，可实现模拟量和数字量之间转换，并对模拟量控制。 （3）用于机械加工中的数字控制 现代PLC具有很强的数据处理功能，它可以与机械加工中的数字控制（NC）及计算机控制（CNC）紧密结合，实现数字控制。 （4）用于工业机器人控制 （5）用于多层分布式控制系统 高功能的PLC具有较强的通信联通能力，可实现PLC与PLC之间、PLC与远程I/O之间、PLC与上位机之间的通信。从而形成多层分布式控制系统或工厂自动化网络。 1.3 PLC概况及在机械手中的应用 （1）可靠性高、抗干扰能力强 （2）控制系统构成简单、通用性强 由于PLC是采用软件编程来实现控制功能，对同一控制对象，当控制要求改变需改变控制系统的功能时，不必改变PLC的硬件设备，只需相应改变软件程序。
（2）水平面内转30度，手臂自转90度，前进50mm。
机械手的夹持器还有夹紧和放松动作； 机械手工作频率：20/min； 升降 0.3kw，摆动 0.1kw，伸缩 0.1kw，夹持 0.2kw。2执行机构的选择与比较 §2-1 转角机构（实现平面转角0 30功能） 方案一 实现平面转角0 30的过程：电机带动不完全 齿轮运动，不完全齿轮带动全齿轮运动，与全 齿轮固结的四杆机构，使滚子在预先设计好形 状的槽内运动，左右运动的极限位置恰好是30 度。 机构评价： 优点：因为槽的形状固定，所以能保证在一个 行程内，机构的平面转角就是30度。 不完全齿轮的使用，为机械手在抓放物 体时留下了工作时间。 缺点：由于四杆机构的运动被槽限制住，最短杆 无法做周转运动，导致机构的回程要求齿 轮的翻转，必须在前面加入变速箱改变速 度方向。 方案二 实现平面转角0 30的过程：皮带轮传动给蜗 轮蜗杆从而使不完全齿轮，有间歇地带动完全齿 轮转动，齿轮通过杆拉动齿条，由齿轮来回往复 地带动固接杆转动0 30 机构评价： 优点：同样具有结构简单，传力较小运 动灵活，造价低准确地实现转角0 30的 要求，可以控制间歇实现循环功能。 缺点：磨损较严重，效率较低，齿轮尺 寸过大加工难。 方案三 30的过程：使用槽 实现平面转角0 轮实现平面转角30度，只要计算好槽轮 的槽数，就能在主动圆盘转360度时， 使从动轮转30度。机构评价： 优点：结构简单，外形尺寸小，机械效
率高，并能平稳的间歇地进行转位。 缺点：传动存在柔性冲击，且是单向的间歇运动，同样要求变速箱改变运动方向。 方案的选择与比较： 只有第二个方案能较好的实现对传动系统的功能要求在平面转动上能准确地控制在30度，制造简单方便。 §2-2 上升机构（实现上升100功能要求） 方案一 实现上升的过程：皮带轮传动，使蜗杆带动蜗轮，蜗轮和齿条配合。通过控 制蜗杆的半径，使转动一周后，使齿条上升100. 机构评价： 优点：蜗杆的轮齿是连续的螺旋尺，故传动平 稳，啮合冲击小。 缺点:啮合齿轮间的相对滑动速度较大，摩擦 磨损较大，传动效率较低，易出现发热 现象，常用耐磨材料制作，成本高。 方案二 实现上升的过程：皮带轮传动给蜗轮蜗杆 从而使凸轮转动，凸轮通过顶杆推动滑块滑 动，从而使工作杆上升100mm。 机构评价： 优点：结构简单，传力较小，凸轮不用太大就 可以达到所需要的高度。 缺点：效率过低，滑块容易磨损且一旦磨断严重影响上升高度，寿命不高。
毕业设计论文题目：气动机械手的设计 设计人： 指导教师： 所属院系： 专业班级： 2014年11月10日
第1章前言 1.1工业机械手概述 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.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
Equation Chapter 1 Section 1(1.1) 本科毕业设计说明书 题目抓件液压机械手设计 姓名Design of hydraulic manipulator for grasping 谢百松学号20051103006 专业机械设计制造及其自动化 指导教师肖新棉职称副教授 中国·武汉 二○○九年五月
分类号密级华中农业大学本科毕业设计说明书 抓件液压机械手设计 Design of hydraulic manipulator for grasping 学生姓名：谢百松 学生学号：20051103006 学生专业：机械设计制造及其自动化 指导教师：肖新棉副教授 华中农业大学工程技术学院 二○○九年五月
目录 摘要 (1) 关键词 (1) Abstract (1) Key words (1) 前言 (2) 1.总体方案设计 (2) 2.手部设计 (3) 2.1 确定手部结构 (4) 2.2 手部受力分析 (4) 2.3 手部夹紧力的计算 (5) 2.4 手抓夹持误差分析与计算 (6) 2.5 手部夹紧缸的设计计算 (6) 2.5.1 夹紧缸主要尺寸的计算 (6) 2.5.2 缸体结构及验算 (7) 2.5.3 缸筒两端部的计算 (8) 2.5.4 缸筒加工工艺要求 (10) 2.5.5 活塞与活塞杆的设计计算 (10) 3.臂部设计 (12) 3.1 臂部设计基本要求 (12) 3.2 臂部结构的确定 (12) 3.3 臂部设计计算 (12) 3.3.1 水平伸缩缸的设计计算 (12) 3.3.2 升降缸的设计计算 (14) 3.3.3 手臂回转液压缸的设计计算 (15) 4.液压系统设计 (16) 4.1 系统参数的计算 (16) 4.1.1 确定系统工作压力 (16) 4.1.2 各个液压缸流量的计算 (16) 4.2设计液压系统图 (17) 4.3 选择液压元件 (19) 4.3.1泵和电机的选择 (19) 4.3.2 选择液压控制阀和辅助元件 (19) 4.4根据动作要求编制电磁铁动作顺序表 (20) 5.控制系统设计 (21) 5.1 确定输入、输出点数，画出接口端子分配图 (21) 5.2 画出梯形图 (21) 5.3 按梯形图编写指令语句 (23) 6. 总结 (24) 参考文献 (25) 致谢 (26)
设计要求 一、通过设计平面关节型机械手，培养综合运用所学知识，分析问题和解决问题的能力。 有关资料：上下料搬运机械手，3个自由度，平面关节型；需要搬运的工件：环类零件，内孔直径50mm；高150mm,厚10mm,（只能从内孔夹持工件），材料40钢，将工件从一条输送线搬运到与之平行的另一条输送线上，（两输送线距离为2.5m,高度差0.4m）。 要求：设计方案和计算正确，叙述清楚，图纸符合规范。翻译一篇有关外文资料。 二、图纸： 1.机械手机构简图 2.工作空间投影图 3.机械手传动原理图 4.机械手装配图 5.零件图 三、实习： 1.本校机械实验室组装各类机械手模型。 2.学习工业机械人设计方面知识。 四、参考书： 1. 《工业机器人设计》周伯英机械工业出版社 1995 2. 《机器人机械设计》龚振帮电子工业出版社 1995 3. 《机构设计》（日）藤森洋三机械工业出版社 1990 4. 《机械手图册》（日）加藤一郎上海科技出版社 1989 5. 《机械设计图册》（5）成大先化学工业出版社 1999 五、进度： 3月24日到4月25日实习，拟订设计方案 4月264日到5月3日机械手传动原理图 5月4日到5月17日机械手装配图 5月18日到5月24日零件图 5月25日到6月1日写说明书
平面关节型机械手设计 [摘要]平面关节型机械手采用两个回转关节和一个移动关节；两个回转关节控制前后左右运动，而移动关节则实现上下运动，其工作空间如工作空间图，它的纵截面为矩形的回转体，纵截面高为移动关节的行程长，两回转关节转角的大小决定回转体截面的大小、形状。关键词:机械手轴承汽缸 [Abstract]Selective Compliance Assembly Robot Arm have two slew joints and one move joints , two slew joints control the moving of the front and back left and right . the move joints control the moving of up and down . the work room as work room drawing . the vertical section is a rectangle slew . the high of the vertical section is move joints’journey ,the move angle of the two slew joints decide the big and small and figure of the vertical section . Key words:manipulator axletree cylinder 第1章机械手总体设计 工业机械手是一种模仿人手部分动作，按照预先设定的程序，轨迹或其他要求，实现抓取、搬运工件或操作工具的自动化装置。它在二十世纪五十年代就已用于生产，是在自动上下料机构的基础上发展起来的一种机械装置，开始主要用来实现自动上下料和搬运工件，完成单机自动化和生产线自动化，随着应用范围的不段扩大，现在用来夹持工具和完成一定的作业。实践证明它可以代替人手的繁重劳动，减轻工人的劳动强度，改善劳动条件，提高劳动生产率。 平面关节型机器人又称SCARA型装配机器人，是Selective Compliance Assembly Robot Arm的缩写，意思是具有选择柔顺性的装配机器人手臂。在水平方向有柔顺性，在垂直方向有较大的刚性。它结构简单，动作灵活，多用于装配作业中，特别适合小规格零件的插接装配，如在电子工业零件的插接、装配中应用广泛。 总体设计的任务：包括进行机械手的运动设计，确定主要工作参数，选择驱动系统和电控系统，整体结构设计，最后绘出方案草图。
机电工程学院 《专业综合课程设计》 说明书 课题名称：简易机械手机械机构设计 学生姓名：沈柳根学号：20110611119 专业：机械电子工程班级：11机电 成绩：指导教师签字： 2015年1月5日
摘要 简易机械手是工业机械手的简化，功能相似，而工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新的技术，是现代控制理论与工业生产自动化实践相结合的产物，并以成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分。工业机械手是提高生产过程自动化、改善劳动条件、提高产品质量和生产效率的有效手段之一。工业机械手设计是机械制造、机械设计和机械电子工程等专业的一个重要教学环节，是学完技术基础课及有关专业课以后的一次专业课程内容得综合设计。通过设计提高学生的机械分析与综合能力、机械结构设计的能力、机电液一体化系统设计的能力，掌握实现生产过程自动化的设计方法。 通过对于气动机械手的设计，展现了各个相关学科知识在这里的整合，有利于理解专业知识。 关键词：简易机械手；结构设计；气动
目录 摘要....................................................... 错误！未定义书签。 1 设计任务介绍及意义 (1) 1.1设计任务意义： (1) 1.2设计任务要求介绍： (1) 2 总体方案设计 (3) 2.1 结构分析 (3) 2.3 设计简介 (3) 3 机械传动结构设计 (5) 3.1传动结构总体设计 (5) 3.2手指气缸的设计 (6) 3.3纵向气缸的设计 (12) 3.4横向气缸的设计 (13) 4最终图纸 (15) 4.1装配图 (15) 5 总结 (16) 参考文献 (17)
成都航空职业技术学院 汽车工程系 设计说明书 设计题目: 汽车模拟装配线两关节机械手臂 组员姓名：赵治帅张良李杉李廷堃郑宁波 专业班级：机电一体化 10939 指导教师：申爱民 20011 年10 月30日
摘要 本文对模拟汽车装配线的工作原理和运动控制做了阐述，对如何防止故障时撞车和故障报警做出了系统说明，并深入研究了导轨的滑撬式传动和脱钩式等其他传动的优缺点；认真研究了步进电机伺服电机的原理，然后给出了具体的实现方法。现代汽车总装工艺自动化程度越来越高。汽车制造总装机械化生产包括整车装配线、车身输送线、储备线、升降机等。主要分为一次内饰装配线（车身打号、天窗、线束、ABS、顶棚、地毯、气囊帘、车门支撑板、车门玻璃、密封条、仪表盘、水箱等）、底盘线（油管、油箱、隔热板、动力总成、后悬、排气管、挡泥板、轮胎等）、二次内饰线（风窗玻璃、座椅、仪表板后端、电瓶、空滤器、备胎、后备箱备附件、雨刷、介质加注、车门调整、线路管路插接等）、整车完整性检查、整车测试线、路试跑到、调整雨淋线等。 但由于受资源和能力限制，我们的模拟生产线只取其中的一次内饰、底盘、二次内饰，加上上线和下线工位，一共是五个工位且都采用一个工位表示。主要目的是将说学过的机电一体化只是都用到，并实现部分功能。达到训练、学以致用，能力提高的目的。 关键词:汽车装配工艺结构原理
目录 摘要................................................................................................................................. 目录 ............................................................................................................................. 序言................................................................................................................................... 1总体结构方案说明： ....................................................................................................... 1.1 ........................................................................................................................... 1.1.1..................................................................................................................... 1.1. 2..................................................................................................................... 1.2 .............................................................................................................................. 1.3 ........................................................................................................................... 1.3.1..................................................................................................................... 1.3. 2..................................................................................................................... 1.3.3..................................................................................................................... 1.3.4..................................................................................................................... 2．系统主要功能及技术指标、原理图................................................................................
毕业设计（论文）题目：气动机械手的设计 系部：机电工程系 专业：数控技术 班级： ： 学号：
目录 摘要 (3) 第一章前言 1.1机械手概述 (4) 1.2机械手的组成和分类 (4) 1.2.1机械手的组成．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4 1.2.2机械手的分类．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6 第二章机械手的设计方案 2.1机械手的坐标型式与自由度．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 8 2.2机械手的手部结构方案设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 8 2.3机械手的手腕结构方案设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 9 2.4机械手的手臂结构方案设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9 2.5机械手的驱动方案设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9 2.6机械手的控制方案设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9 2.7机械手的主要参数．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9 2.8机械手的技术参数列表．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9 第三章手部结构设计 3.1夹持式手部结构．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11 3.1.1手指的形状和分类．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11 3.1.2设计时考虑的几个问题．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．14
任务书 学院：专业：班级：学生情况指导教师情况题目类型 姓名学号姓名职称单位理论研究□科研开发□ 机电工程学院工程设计√论文□ 题目电动式关节型机器人机械手的结构设计与仿真 主要内容以及目标(毕业设计应完成的主要内容，设计任务达到的目标) 主要内容: （1）完成调研报告和开题报告； （2）完成电动式关节型机器人机械手的结构设计； （3）建立该机械手的三维虚拟模型并对其进行运动仿真； （4）中英文摘要各200字，设计说明书不少于15000字； （5）外文资料翻译不少于5000字。 目标: （1）完成电动式关节型机器人机械手的结构设计，其中包括装配图及关键的零件图；（2）对机械手进行三维建模、虚拟装配与仿真。 成果形式（毕业设计完成具体工作量；成果形式；验收方式）（1）3张A0图纸，包括装配图、零件图； （2）调研报告、开题报告以及设计计算说明书；（3）机械手的三维虚拟模型以及运动仿真的录像。 基本要求（对完成设计任务方面的具体要求：设计技术参数、数据及来源、调试所用仪器设备） 设计技术参数： 手部负重：10kg（抓取物体的形状为圆柱体.圆柱半径.高度自定.密度7.8g/cm3.） 运动轴数： 数据来源： 北京机械工业自动化研究所、上海发那科机器人有限公司 实习调研要求（对部分有实习环节的专业，提出实习或调研的具体要求，包括调研提纲、实习时间、地点和具体内容要求） （1）了解国内外工业机器人的现状、水平和发展趋势； （2）了解工业机器人的各个组成部分； （3）掌握电动式关节型机器人机械手的组成机构及其工作原理； （4）分析现有各种类型工业机器人的特点，如运动方式、驱动方式、控制方式等；（5）总结出本设计课题的基本实现方法及结构，分析其技术关键及难点； （6）做出本设计课题的设计安排，如技术线路、研究方法、设计工具、时间安排等。
第一章引言 1.1 液压机械手概述 液压传动机械手是以压缩液体的压力来驱动执行机构运动的机械手。其主要特点是:介质源极为方便，输出力小，液压动作迅速，结构简单，成本低。但是，由于空气具有可压缩的特性，工作速度的稳定性较差，冲击大，而且气源压力较低，抓重一般在30公斤以下，在同样抓重条件下它比液压机械手的结构大，所以适用于高速、轻载、高温和粉尘大的环境中进行工作。 液压技术有以下优点: （1）体积小、重量轻，因此惯性力较小，当突然过载或停车时，不会发生大的冲击； （2）能在给定范围内平稳的自动调节牵引速度，并可实现无极调速； （3）换向容易，在不改变电机旋转方向的情况下，可以较方便地实现工作机构旋转和直线往复运动的转换； （4）液压泵和液压马达之间用油管连接，在空间布置上彼此不受严格限制； （5）由于采用油液为工作介质，元件相对运动表面间能自行润滑，磨损小，使用寿命长；（6）操纵控制简便，自动化程度高； （7）容易实现过载保护。 1.2 液压机械手的设计要求 1.2.2 课题的设计要求 本课题将要完成的主要任务如下: (1)机械手为通用机械手，因此相对于专用机械手来说，它的适用面相对较广。 (2)选取机械手的座标型式和自由度。 (3)设计出机械手的各执行机构，包括:手部、手腕、手臂等部件的设计。为了使通用性更强，手部设计成可更换结构，不仅可以应用于夹持式手指来抓取棒料工件，在工业需要的时候还可以用气流负压式吸盘来吸取板料工件。 (4)液压传动系统的设计 本课题将设计出机械手的液压传动系统，包括液压元器件的选取，液压回路的设计，并绘出液压原理图。 (5)机械手的控制系统的设计 本机械手拟采用可编程序控制器(PLC)对机械手进行控制，本课题将要选取PLC型号，根