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
The topic of this design is the main component of the automatic up-down material manipulator design and 3 d modelling, determine the coordinates of the manipulator type and degree of freedom, determine the technical parameters of the manipulator.
Robots can replace manual operation, reduce labor intensity, save processing time, improve the production efficiency, reduce the production cost. On the basis of practical, automatic manipulator arm straight up and down and clamping parts for 3 d design, which is divided into three parts: hand, wrist, arm straight. Integral type manipulator for rectangular coordinates, drive for motor drive, structure simple, reliable and high precision. Design hand claw clamping type gripper for translation, the transmission structure for sliding screw; Wrist for transformation, rotation Angle of 0-180 °, for the worm gear and worm drive structure; Manipulator wrist structure was designed, calculated the wrist when the driving moment; Draw the manipulator kinematic sketch; The working mechanism and transmission system design and calculation, including design calculation, intensity and the movement of the main parts of analysis; Design drawing general layout and main parts of lifting device working drawing; Using three-dimensional CAD software for the main parts for physical design and modelling.
Key word: Straight arm and clamping parts; Manipulator;
2 d CAD design;Pro/e
3 d design
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 (36)
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)
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Cincinnati Milacron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Helpmate，这种机器人能够在医院里为病人送饭、送药、送邮件。同年，英格伯格还预言：我要让机器人擦地板、做饭、出去帮我洗车、检查安全。
1996年：本田公司推出仿人型机器人P2，使双足行驶机器人的研究达到了一个新的水平。随后许多国家著名企业争相研制代表自己公司形象的仿人型机器人，以展示公司的科研实力。
1998年：丹麦乐高公司推出机器人Mind-storms套件，让机器人制造变得跟搭积木一样，相对简单又能任意拼装，是机器人开始走入个人世界。
1999年：日本索尼公司推出机器人狗爱宝（AIBO），当即销售一空，从此娱乐机器人迈进普通家庭。
2002年：美国iRobot公司推出了吸尘器机器人Roomba，它是目前世界上销量最大、商业化最成功的家用机器人。
2006年：微软公司推出Microsoft Robotics Studio机器人，从此机器人模块化、平台统一化的趋势越来越明显。比尔盖茨语言，家用机器人将很快席卷全球。
随着科学技术的不断进步，推动着机器人技术不断发展和完善；机器人技术的发展和广泛应用，又促进了人民生活的的改善，推动着生产力的提高和整个社会的进步。机器人技术作为当今科学技术发展的前沿科学，将成为未来社会和生活中不可或缺的一门技术。
1.3 国内外研究现状和趋势
目前，在国内外各种机器人和机械手的研究成为科研的热点，其研究的现状和大体趋势如下：
1.工业机械手性能不断提高(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。
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械手整机;国外已有模块化装配机器人产品问市。
3.工业机械手控制系统向基于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.机械手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、焊接机械手还应用了视觉、力觉等传感器，而遥控机械手则采用视觉、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.虚拟现实技术在机械手中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制，如使遥控机械手操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操纵机械手。
总的来说，大体是两个方向：其一是机器人的智能化，多传感器、多控制器，先进的控制算法，复杂的机电控制系统；其二是与生产加工相联系，满足相对具体的任务的工业机器人，主要采用性价比高的模块，在满足工作要求的基础上，追求系统的经济、简洁、可靠，大量采用工业控制器，市场化、模块化的元件。
我国的机器人技术起步较晚，从二十世纪八十年代才开始。我国早就把机器人列入国家重点科研规划内容，在一系列计划的支持下，机器人基础理论和基础元、器件研究全面展开。目前我国已经基本掌握了机器人的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计基础、运动学和轨迹规划技术，生产了部分机器人关键元器件。在以后的机器人设计制造技术中，我国逐步缩小了与世界先进水平的差距。
2机械手直臂部分的总体设计
2.1 执行机构的选择
（1）手部是装在工业机器人手腕上直接抓握工件或执行作业的部件。分为机械钳爪式手部结构和吸附式手部结构。具有以下特点：1）手部与腕部相连处可拆卸，手部与手腕有机械接口，也可能有电、汽、液接头，当工业机器人作业对象不同时，可以方便的拆卸和更换手部。2）手部是工业机器人的末端操作器。它可以像人手那样具有手指，也可以不具备手指；可以是类人的手爪，也可以是进行专业操作的工具，如装在机器人手腕上的喷漆枪、焊接工具等。3）手部的通用性比较差。工业机器人的手部通常是专用的装置，一种手爪往往只能抓我一种工件或几种在形状、尺寸、质量等方面相近似的工件，只能执行一种作业任务。4）手部是一个独立的部件，假如把手腕归属于臂部，那么工业机器人机械系统的三大件就是机身、臂部、和手部。手部是决定整个工业机器人作业完成好坏、作业柔性好坏的关键部件之一。
（2）腕部是连接手部和臂部的部件，起支撑和改变手部姿态的作用。机器人操作臂将末端工具至于其工作的三维空间内的任意点需要三个自由度。为了进行实际操作，它应该能够奖工具置于任意的方位，同时需要一个腕部，一般还需要三个自由度，即回转、俯仰和摆动。腕部可具有不同的自由度数目和不同的结构。腕部所需要的自由度根据机器人的工作性能来确定，在多数情况下，玩不具有两个自由度，即回转和俯仰或摆动。腕部可用安装在连接处的驱动器直接驱动，也可以从底座内的动力源经链条、同步齿形带、连杆或其他机构远程驱动。直接驱动一般采用液压或气动，具有较高的驱动力和强度，但增加了机械手的质量和惯性。远程驱动可降低机械手的惯性，但需要传动装置，设计较为复杂。
（3）臂部是机械手的重要握持部件。它的作用是支撑腕部和手部（包括工作或夹具），并带动他们做空间运动。臂部运动的目的：把手部送到空间运动范围内任意一点。如果改变手部的姿态（方位），则用腕部的自由度加以实现。因此，一般来说臂部具有三个自由度才能满足基本要求，即手臂的伸缩、左右旋转、升降（或俯仰）运动。手臂的各种运动通常用驱动机构（如液压缸或者气缸）和各种传动机构来实现，从臂部的受力情况分析，它在工作中既受腕部、手部和工件的静、动载荷，而且自身运动较为多，受力复杂。因此，它的结构、工作范围、灵活性以及抓重大小和定位精度直接影响机械手的工作性能。
2.2 驱动机构的选择
驱动机构是工业机械手的重要组成部分。根据动力源的不同, 可分为以下四类：（1）气压传动机械手
气压机械手是以压缩空气的压力来驱动执行机构运动的机械手。其特点为：输出力大、易于保养、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、冲击力大、定位精度一般、抓取力小。
（2）液压传动机械手
是以油液压缩的压力来驱动执行机构运动的机械手。其特点为：输出力大、传动平稳、结构紧凑、动作灵敏、抓取力大。但是这种机械手对密封性要求很高、不易于保养与维护、受到液体本身的属性影响，不宜在高温或者低温的环境下工作、油的泄漏会导致对其工作性能产生很大的影响、油液过滤要求非常严格，成本高。
（3）机械驱动机械手
它是由机械传动机构驱动的机械手，是一种附属于工作主机的专用机械手，动力是由工作机械提供的。其主要特点为：运动精确，动作频率大，定位精度高。但是结构较大，保养需求高。
（4）电气驱动机械手
它是由电机直接驱动执行机构运动的机械手。其特点为：运动速度快，行程长，定位精度高，易于维护、使用方便、节能环保。但是其技术还不够成熟、结构较复杂、成本也较高。
驱动机构是工业机械手的重要组成部分, 工业机械手的性能价格比在很大程度
上取决于驱动方案及其装置。考虑机械手的工作环境以及各驱动的特点我们采用电动驱动。
2.3传动结构的选择
（1）齿轮传动机构
圆柱齿轮，圆锥齿轮，谐波齿轮蜗轮蜗杆及，摆线针轮传动等是在工业机器人中经常使用的几种齿轮传动机构。
（2）谐波齿轮传动
谐波齿轮传动具有结构简单、体积小重量轻，传动比大（几十到几百），传动精度高、回程误差小、噪音低、传动平稳，承载能力强、效率高等一系列优点。故在工业机器人系统中得到广泛的应用。谐波齿轮传动与少齿差行星齿轮传动十分相似，它是依靠柔性齿轮产生的可控变形波引起齿间的相对错齿来传递动力与运动的，故谐波
齿轮传动与一般的齿轮传动具有本质上的差别。
（3）螺旋传动
螺旋传动及丝杠螺母，它主要是用来将旋转运动变换为直线运动或将直线运动变换为旋转运动。螺旋传动有传递能量为主的，如螺旋压力机、千斤顶等；有以传递运动为主的，如机床工作台的进给丝杠。
丝杠螺母传动分为普通丝杠（滑动摩擦）和滚珠丝杠（滚动摩擦），前者结构简单、加工方便、制造成本低，具有自锁能力；但是摩擦阻力矩大、传动效率低（30%~40%）。后者虽然结构复杂、制造成本高，但是其最大的优点是摩擦阻力矩小、传动效率高（92%~98%），其运动平稳性好，灵活度高。通过预紧，能消除间隙、提高传动刚度；进给精度和重复定位精度高。使用寿命长；而且同步性好，使用可靠、润滑简单，因此滚珠丝杠在机器人中应用很多。由于滚珠丝杠传动返行程不能自锁；因此在用于垂直方向传动时，须附加自锁机构或制动装置。
（4）同步带传动
同步带传动是综合了普通带传动和链轮链条传动优点的一种新型传动，它在带的工作面及带轮外周上均制有啮合齿，通过带齿与轮齿作啮合传动。为保证带和带轮作无滑动的同步传动，齿形带采用了承载后无弹性变形的高强力材料，无弹性滑动，以保证节距不变。同步带具有传动比准确、传动效率高（可达98%）、节能效果好；能吸振、噪声低、不需要润滑；传动平稳，能高速传动（可达40m/s）、传动比可达10，结构紧凑、维护方便等优点，故在机器人中使用很多。其主要缺点是安装精度要求高、中心距要求严格，同时具有一定的蠕变性。同步带带轮齿形有梯形齿形和圆弧齿形。（5）钢带传动
钢带传动的特点是钢带与带轮间接触面积大，是无间隙传动、摩擦阻力大，无滑动，结构简单紧凑、运行可靠、噪声低，驱动力矩大、寿命长，钢带无蠕变、传动效率高。
（6)链传动
机器人的手腕传动采用链传动，考虑到降低机器人尾端的重量，经常将腕关节处的驱动电机安装在大臂关节处或小臂后端。
（7)钢丝绳轮传动
钢丝绳轮传动的有点有传动刚度大、结构柔软、成本较低、结构简单等。其缺点有加速度不宜太高、带轮较大、安装面积大等。
2.4 机械手的基本形式选择
根据手臂的动作形态分析,常见的工业机械手按坐标形式大致可以分为以下4种: (1)直角坐标型机械手;(2)圆柱坐标型机械手; (3)球坐标(极坐标)型机械手; (4)多关节型机机械手。
图2.1 机械手基本形式
按照此次设计机械手的工作环境选用直角坐标型机械手，其特点是结构简单紧凑，定位精度高，比较满足设计要求。
2.5 机械手直臂部分的主要部件及运动
在直角坐标型机械手的基本方案选定后，根据设计任务，为了满足设计要求，关于机械手具有4个自由度即：手爪张合；手腕回转；直臂升降；横臂平移4个主要运动。
机械手主要由3个大部件和4个电机组成：（1）手部，采用滑动丝杆结构，通过电机带动实现手抓的张合。（2）腕部，采用一个步进电机带动蜗轮蜗杆实现手部回转0°~180°（3）臂部，采用滚珠丝杠，电机带动丝杆使螺母在横臂上移动来实现手臂平动，带动丝杆螺母使丝杆在直臂上移动实现手臂升降。
图2.2 机械手直臂与夹持部件总装三维图
2.6 机械手的技术参数
（1）用途：自动上下料
（2）设计技术的参数:
1、抓取重量:600g (夹持式手爪)
2、自由度数:4个自由度
3、坐标型式:直角坐标型
4、横臂手臂的长度:2000mm
5、手臂最大的高度:3000mm
6、手臂运动的参数
升降行程：950mm
升降速度：150mm/s
7、手腕运动的参数
回转的范围:0°-180°
3机械手手爪的三维设计
3.1 手部设计基本要求
（1）应具有适当的夹紧力及驱动力。应考虑到在一定的夹紧力的条件下，不同的传动机构需要不同大小的的驱动力。
（2）为了方便的抓取工件，手指必须能够张开足够的范围以达到所需的开闭角度（即手指从张开到闭合绕支点所转过的角度）?γ。
（3）手部设计应该做到结构紧凑、效率高、重量轻，在保证本身刚度、强度的前提下，尽可能使结构紧凑、重量轻，以利于减轻手臂的负载。
（4）应保证手抓的夹持精度。
3.2 典型的手部结构
（1）回转型包括滑槽杠杆式和连杆杠杆式两种。
（2）移动型移动型即两手指相对支座作往复运动。
（3）平面平移型。
3.3 机械手手爪的设计计算
3.3.1选择手爪的类型和夹紧装置
本设计是设计抓取圆柱形物块的机械手。常用的工业机械手手爪按握持工件的原理,分为吸附和夹持两大类。吸附式常用于抓取工件表面平整、面积较大的板状物体,不适合用于本方案。本设计机械手采用夹持式手指,夹持式机械手按运动形式可分为回转型和平移型。平移型手指的张开闭合靠手指的平行移动,这种手指结构简单, 适于夹持平板和圆柱类材料, 且工件径向尺寸的变化不影响其轴心的位置, 其理论夹持误差为零。通过综合考虑，本设计选择平移型夹持式手爪，采用滑动丝杆这种传动结构方式。
运行方式为电机带动直齿轮使丝杠转动进而带动手爪接触块移动，从而形成手爪的张合，当手爪抓到零件时，电机停止转动，手爪产生自锁，在机械手臂的带动下带动零件移动。
图3.1 二维手爪结构图
3.3.2 手爪夹持范围计算
1、加工毛坯尺寸：Φ20mm-Φ30mm
2、长度：100mm上下
3、毛坯质量（以钢材密度计算）：约250g-550g（按最大600g计算）
4、装夹深度：约 25mm
5、纵向定位精度：0.1mm
6、横向定位精度：1mm
手爪接触块为橡胶制品，橡胶具有定伸强度高，弹性大，电绝缘性优良和抗撕裂性，耐旱性良好和加工性佳，耐磨性等特点。
图3.2 手爪橡胶
3.3.3 滑动丝杠设计 设计条件： 1、需自锁
2、丝杠长度 145mm
3、最大质量共计约1100g 。
4、丝杠载荷：丝杠竖直时承受最大轴向力为N F a 6.11max =，G=mg (g 取10N/kg)。 设计计算：
（1）牙型、材料和许用应力 采用梯形单头螺纹
螺杆材料选45钢，经调制处理，2/360mm N s =σ，由机械手册查表可得
许用拉应力为2/72~1205~3mm N s p ==σ
σ ..............................................................（3.1）
手爪部分为轻载，螺母材料选择耐磨铸铁。由机械手册查表可得
许用弯曲应力为2/60~50mm N bp =σ， 取2
/50mm N bp =σ ； 许用剪应力为2
/40mm N p =τ
由机械手册查表可得
许用压强为2/8~6mm N P p =，其中取2
/6mm N P p =
（2）按耐磨性计算螺杆的中径
由表中公式得，p
P F
d ψ8
.02≥， ....................................................................................（3.2） 采用整体式螺母，其中取2.1=ψ，mm P F d p 02.16
8.16.118.08
.02=?==ψ 由GB/T 5796.3-1986，可选用10=d ，5.1=P ，922==D d ，5.104=D ，
5.73=d ，81=D 的梯形螺纹、中等精度。螺杆左右两端分别采用不同的旋转方向，螺旋副标记分别为：
e H LH T r 7/7210-?，e H T r 7/7210-?。
螺母高度为mm d H 8.1092.12=?==ψ，其中取mm H 11= 则螺纹圈数为62/11/===P H n 圈 （3）自锁性验算
由于是单头螺纹，导程为mm P S 5.1==，故螺纹升角为
'43914.35
.1arctan arctan 2?=?==d S πλ ........................................................................（3.3）
由机械手册查表可得耐磨铸铁和钢的12.0~10.0=f ，取11.0=f ，可得
'50615cos 11
.0arctan 2
cos arctan
'?=?==αρf
...................................................................（3.4）
'ρλ<，所以自锁可靠。
（4）螺杆的强度校核
由机械手册查表可得，螺纹摩擦力矩为
mm N F d M a t ?=?+????=+=11.9)'506'43tan(6.11921
)'tan(2121ρλ， ...................（3.5）
代入以下公式可得
p t ca mm N d M d F σπσ<=??+??=+=22
32223323/322.0)5
.72.011.9(3)5.714.36.114()2.0(3)4(
...（3.6） （5）螺母螺纹的强度校核
由于螺母材料强度低于螺杆，故只需校核螺母螺纹的强度即可。 由机械手册查表可得
牙根宽度为，基本牙高为mm P H 75.05.15.05.01=?==
代入以下中的公式得 p mm N bn D F τπτ<=???==24/060.06
975.05.1014.36.11 ...........................................（3.7）
bp b n b D FH σπσ<=?????==
139.06
975.05.1014.375
.06.11332
241 ................................................（3.8） （6）横向振动校核
对于钢制螺杆min /714151705
.7730.4103.12103.122
26
23
216
r l d n c
c c =???=?=μ ...........（3.9） 应满足转速n 使min /571328.0r n n c =≤
（7）效率
由回转运动转化为直线运动时有
304.0~292.0)'506'43tan()
'43tan()99.0~95.0()'tan(tan )99.0~95.0(=?+??=+=ρλλη .........（3.10）
所以效率取为297.0=η
3.3.4 直齿轮设计
表3.1 直齿轮参数表
项 目 符号 齿轮1 单位 单位 齿 轮2 单位 几何参数：
齿 数 Z 20 35
法 向 模 数 m n
1.5 毫米 法 向 压 力 角 αn
20 度 有 效 齿 宽 b 12 毫米 齿 顶 高 系 数 ha* 1 顶 隙 系 数 c* 0.25 标 准 中 心 距 a0 41.2 毫米 中 心 距 a
42 毫米 分 度 圆 直 径 d 30 毫米 52.5 毫米 基 圆 直 径 d b 28.191 毫米 49.33 毫米 顶 圆 直 径 d a 33 毫米 57 毫米 根 圆 直 径 d f 26.25 毫米 50.34 毫米 齿 顶 高 h a 1.452 毫米 2.25 毫米 齿 根 高 h f 1.875 毫米 1.077 毫米 全 齿 高 h t 3.33
毫米 弧 齿 厚 S t 2.356 毫米 2.93 毫米 名 义 转 矩 T 0.0539 N·m 0.09 N·m 名 义 功 率 P 0.02 Kw 0.04 Kw 转 速 n 3500 r / min 1998 r / min 材 质
支 承 形 式
非对称支承
3.3.5电机选型
计算条件：空行程最长为mm l 60=，夹紧时间不应超过1.2s 设计计算：（电机选型部分根据计算需要而定）
螺母移动平均速度为s mm s mm t l v /502.160===，
.....................................................（3.11） 丝杠的平均转速为s r n /3.33= 摩擦转矩有
mm N F d M T a t ?=?+????=+=
=11.9)'506'43tan(6.1192
1
)'tan(21211ρλ.................（3.12） mm N FD T ?=???==64.4106.1112.03
1
312μ ........................................................（3.13）
mm N T ?=03
故mm N T T T T q ?=++=++=75.13064.411.9321........................................................（3.14）
88.29550
1998
75.139550=?==
n
T P q q
选用转速为min /35000r n =的直流电机，速比为75.10
==
n
n i 齿轮传动效率为96.01=η、滑动螺旋传动效率为297.02=η 总效率为29.0297.096.021=?==ηηη 电机轴驱动转矩：
mm N i T T q L ?===1.2729.0/75.1/75.13/η ............................................................（3.15） 电机轴输出功率：
W n T P L L 93.9955035001.2795500=?== ............................................................................（3.16）
电机选用40ZY -02型号直流电动机
目录 第一章绪论 1.1 项目的技术背景与研究意义 1.2 取苗装置的国内外研究现状 1.2.1国外取苗装置的研究现状 1.2.2国内取苗装置的研究现状 1.3论文的研究目标与研究内容 1.4论文研究的技术路线 第二章穴盘苗自动移栽机机械手整机方案设计 2.1 穴盘苗自动移栽机机械手工作原理和结构分析2.2 利用UG建立样机模型 第三章穴盘苗自动移栽机取苗装置的结构设计 3.1 取苗机构的基本构成 基本结构 （1）机械手 （2）穴盘定位平台 （3）驱动系统 （4）控制系统 PLC程序 （5）底座 3.2 取苗机构的工作原理 第四章穴盘苗自动移栽机送苗装置的设计要求分析1穴盘育苗及穴盘的选择 2送苗装置的工作原理和结构组成 3送苗机构的控制系统 第五章取苗装置的实验研究 1.取苗装置影响因素分析 2影响取苗成功率的因素 3取苗装置手臂角度的实验分析
第六章总结与展望1 全文总结 2研究展望 结束语 参考文献 致谢
第一章绪论 1.1项目的技术背景与研究意义 随着社会进步和人民生活水平的提高，设施农业已成为国民经济中的支柱产业，温室蔬菜、花卉及棉花生产对发展农村经济，增加农民收入，丰富人民的菜篮子，改善人民生活具有举足轻重的作用。穴盘苗移栽是近年才兴起的种植新技术，它具有缩短生育期，提早成熟，提高棉花单产，具有广阔的推广前景。过去几年温室大棚育出成品苗向大田移栽，全部是靠人工移栽。穴盘苗自动移栽技术是温室蔬菜或花卉生产实现工厂化和自动化而采用的一种重要的种植方式。目前，国内穴盘苗移栽的取苗、喂苗环节主要靠手工完成，劳动强度大，作业效率低，不能满足规模化生产的需要，从而制约了蔬菜生产的发展。因此，研制开发适合我国国情、结构简单、价格低廉、性能稳定可靠的中小型穴盘苗自动移栽机迫在眉睫，而移栽机械手是温室穴盘苗移栽自动化的关键部分，能够完成“穴盘定位—自动送苗—钵苗抓取—钵苗投放”这一系列连续动作，其性能直接影响移栽机的移栽质量。穴盘苗移栽机械手的研究对实现实现温室穴盘苗移栽生产过程自动化、减轻穴盘苗移栽作业的劳动强度、提高作物移栽质量，推进我国温室农业作物生产机械化和自动化进程，特别是我国“十二五”农业发展规划的顺利实施具有重大意义。 1.2 取苗装置的国内外研究现状 国外穴盘苗移栽机取苗装置的技术较成熟，而且大部分机型开始投入使用，尤其是应用于花卉、蔬菜等经济价值高的作物的大面积移栽，具有很好的经济价值。国内的研究主要集中在各大高校及科研院所，且大部分的研究成果只是样机的试制，尚没有成型的机型投入生产应用。 1.2.1国外取苗装置研究现状 20 世纪初期部分国家开始出现移栽机具。三十年代出现移栽装置或移栽器代替人工取苗。五十年代移栽的生产技术研究，研制出了不同结构的半自动移栽机。八十年代，半自动移栽机已在欧美国家的农业生产中广泛被使用，培育穴盘苗、移栽作物等，实现了制造机械、播种机械、移栽机等各种机械配套使用。到90年代,有关部门加强从育苗到栽植整个系统的研究,使育苗和栽植有机地结合,研制出多种全自动移栽机,如日本90年代初将穴盘苗自动移栽机列为农业机械急需开发的项目,日本农机研究所联合三家农机公司,于1993年至1995年期间开发出了三种型号的全自动移栽机（图1-1～1-3）,可移栽穴盘苗或纸钵苗,主要
上下料机械手 上下料机械手主要实现机床制造过程的完全自动化，并采用了集成加工技术，适 用于生产线的上下料、工件翻转、工件转序等。在国内的机械加工，目前很多都是使 用专机或人工进行机床上下料的方式，这在产品比较单一、产能不高的情况下是非常 适合的，但是随着社会的进步和发展，科技的日益进步，产品更新换代加快，使用专 机或人工进行机床上下料就暴露出了很多的不足和弱点，一方面专机占地面积大结构复杂、维修不便，不利于自动化流水线的生产；另一方面，它的柔性不够，难以适应日益加快的变化，不利于产品结构的调整；其次，使用人工会造成劳动强度的增加，容易产生工伤事故，效率也比较低下，且使用人工上下料的产品质量的稳定性不够， 不能满足大批量生产的需求。 广州神勇智能装备有限公司在研发生产上下料机械手方面具有丰富的经验。已有 很多成功案例解决现在中小企业招工难的问题。 使用上下料机器人自动柔性搬运系统就可以解决以上问题, 该系统具有很高的效 率和产品质量稳定性, 柔性较高且可靠性高, 结构简单更易于维护, 可以满足不同种类产品的生产, 对用户来说, 可以很快进行产品结构的调整和扩大产能, 并且可以大大降低产业工人的劳动强度。 上下料机器人采用模块化设计，可以进行各种形式的组合，组成多台联机的生产线。组成部分有：立柱、横梁(X轴)、竖梁(Z轴)、控制系统、上下料仓系统、爪手系 统等。各模块在机械上彼此相对独立，亦可以在一定范围内进行任意组合，可实现对 车床、加工中心、插齿机、电火花机床、磨床等类设备的自动化生产。 上下料机器人的安装调试可以与加工机床分开进行，机床部分为标准机即可。机
器人部分是一个完全独立体，即便在顾客现场亦可对已经购买的机床进行自动化改造和升级。换言之，机器人故障时，只需调整或维修机器人而不会影响机床的正常运转。 机器人控制系统是整条自动化线的大脑，控制 着每部分机构，即可以独立工作，也可以协调合作， 顺利完成生产。机器人控制系统功能：①对机器人 运行轨迹进行编程;②对各部分机构独立操作;③ 提 供必要的操作指导及诊断信息;④ 能协调机器人与 机床之间的工作过程;⑤ 控制系统具有丰富的I/O 口资源，可扩展;⑥多种控制模式，如：自动，手动，停止，急停，故障诊断。 优越性： (1) 生产效率高：要提高生产效率，必须控制生产节拍。除了固定的生产加工节拍无法提高外，自动上、下料取代了人工操作，这样就可以很好的控制节拍，避免了由于人为因素而对生产节拍产生的影响，大大提高了生产效率。 (2) 工艺修改灵活：我们可以通过修改程序和手爪夹具，迅速的改变生产工艺，调试速度快，免去了对员工还要进行培训的时间，快速就可投产。 (3) 提高工件出场质量：机器人自动化生产线，从上料，装夹，下料完全由机器人完成，减少了中间环节，零件质量大大提高，特别是工件表面更美观。 应用领域：在实践中，自动上下料机器手几乎可以在工业生产中的各行各业被大量广泛应用，具有操作方便，效率高，工件质量高等优点，同时将操作工人从繁重，单调的工作环境中解救出来，越来越受到生产厂家的青睐，拥有此套生产线势必能凸显企业生产实力，提高市场的竞争力，是工业生产加工的必然趋势。
毕业设计（论文） （说明书） 题目：气动通用上下料机械手的设计 平顶山工业职业技术学院 毕业设计（论文）任务书 任务下达日期 2012 年 2 月 20 日设计（论文）开始日期 2012 年 2 月 26 日
设计（论文）完成日期 2012 年 5 月 20 日设计（论文）题目：气动通用上下料机械手的设计 A·编制设计 B·设计专题（毕业论文） 指导教师田慧玲 系（部）主任 年月日 平顶山工业职业技术学院 毕业设计（论文）答辩委员会记录 进行了毕业设计（论文）答辩。 设计题目：气动通用上下料机械手的设计 专题（论文）题目：气动通用上下料机械手的设计
指导老师：田慧玲 答辩委员会根据学生提交的毕业设计（论文）材料，根据学生答辩情况，经答辩委员会讨论评定，给予学生毕业设计（论文）成绩 为。 答辩委员会人，出席人答辩委员会主任（签字）： 答辩委员会副主任（签字）： 答辩委员会委员：，，， ，，， 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）评语 第页
毕业设计（论文）及答辩评语：
气动通用上下料机械手的设计 摘要 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，气动技术的特点，PLC控制的特点及国内外的发展状况。 本文对机械手进行了总体方案设计，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。同时，分别设计了机械手的夹持式手部结构以及吸附式手部结构;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和回转气缸的驱动力矩;设计了机械手的手臂结构，设计了手臂伸缩、升降用液压缓冲器和手臂回转用液压缓冲器。 设计出了机械手的气动系统，绘制了机械手气压系统工作原理图。利用可编程序控制器对机械手进行控制，选取了合适的PLC型号，根据机械手的工作流程制定了可编程序控制器的控制方案，画出了机械手的工作时序图和梯形图，并编制了可编程序控制器的控制程序。 关键词：工业机器人，机械手，气动，可编程序控制器(PLC)
天津机电职业技术学院毕业综合实践报告 专业电气自动化 班级电气自动化三班
目录 1 机械手的基本介绍 (1) 1.1 机械手的基本结构组成 (1) 1.1.1 气动手爪 (1) 1.1.2 伸缩气缸 (1) 1.1.3 回转气缸及垫板 (2) 1.1.4 提升气缸 (2) 1.2 直线运动传动组件 (2) 1.3 气动控制回路 (3) 2 传感器部分 (5) 2.1 传感器简介 (5) 2.2 磁性开关 (5) 2.3 光电传感器和光纤传感器 (5) 3 伺服电机应用 (7) 3.1 伺服系统 (7) 3.2 交流伺服系统的位置控制模式 (8) 3.3 接线 (10) 3.4 伺服驱动器的参数设置与调整 (10) 3.4.1 参数设置方式操作说明 (11) 3.4.2 面板操作说明： (11) 3.4.3 部分参数说明 (11) 3.5 最大速度（MAX_SPEED）和启动/停止速度（SS_SPEED）12 3.6 移动包络 (13) 4 PLC程序编写 (15) 4.1 PLC的选型和I/O接线 (15) 4.2 伺服电机驱动器参数设置 (15) 4.3 编写和调试PLC控制程序 (16) 4.4 初态检查复位子程序和回原点子程序 (19) 4.5 急停处理子程序 (20) 个人收获 (23) 参考文献 (24) 附录 (25) 致谢 (28)
1 机械手的基本介绍 1.1 机械手的基本结构组成 1.1.1 气动手爪 用于在各个工作站物料台上抓取/放下工件。由一个二位五通双向电控阀控制。见图 1-1 图 1-1 气动手爪 1.1.2 伸缩气缸 用于驱动手臂伸出缩回。由一个二位五通单向电控阀控制。见图 1-2 图 1-2 伸缩气缸
上下料机械手开题报告 篇一：生产线组合机床自动上下料机械手开题报告毕业设计（论文）开题报告 题目生产线组合机床自动上下料机械手课题类型设计课题来源自拟课题学生姓名张三学号XX01010001 专业机制本科年级班 09级1班 指导教师李四职称讲师 填写日期： XX 年 3 月 28 日 篇二：上下料机械手设计-开题报告 题目：上下料机械手的设计 姓名： 学号： 专业： 指导老师： 职称： 时间： 上下料机械手的设计 1 、科学依据 ? 课题的科学意义 通过设计出上下料机械手来提高工作效率，降低工人的工作强度，使我们的工厂向无人化、机械化、高效化发展。
通过设计，培养学生调研、文献检索及应用的独立工作能力，使学生掌握机电系统的监控的一般方法及步骤，熟练掌握各类资料、手册以及计算机等工具的使用方法，提高学生的自学能力、动手能力与创新能力。 ? 课题的提出 进入21世纪，随着我国人口老龄化的提前到来，近来在东南沿海还出现在大量的缺工现象，迫切要求我们提高劳动生产率，降低工人的劳动强度，提高我国工业自动化水平势在必行，本设计的目的就是设计一个气动上下料机械手，应用于工业自动化生产线，实现自动化生产，减轻产业工人大量的重复性劳动，同时又可以提高劳动生产率。 现在的机械手大多采用液压传动，液压传动存在以下几个缺点: 1) 液压传动在工作过程中常有较多的能量损失(摩擦损失、泄露损失等):液压传动易泄漏，不仅污染工作场地，限制其应用范围，可能引起失火事故，而且影响执行部分的运动平稳性及正确性。 2)工作时受温度变化影响较大。油温变化时，液体粘度变化，引起运动特性变化。 3）因液压脉动和液体中混入空气，易产生噪声。 4）为了减少泄漏，液压元件的制造工艺水平要求较高，故价格较高;且使用维护需要较高技术水平。鉴于以上这些
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
-- 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 Thｅtopic of this ｄｅsiｇn iｓthｅｍaｉn ｃompoｎent ｏf theａutomatiｃup-ｄoｗn mａｔerial manipuｌatｏr ｄesiｇn and 3 d mｏdeｌling, detｅrmｉｎe the ｃoordｉnates ｏfｔhe manipulatｏr type ａnd dｅｇｒeｅof freedom, dｅterｍine the techniｃal pａrameters of tｈe manipuｌａtor. Ｒｏｂots cａn ｒeplａce manｕａｌopｅｒａtion，reduce lａboｒｉntensitｙ，savｅｐroceｓｓing time,ｉｍprove the producｔion efficieｎｃy,rｅducｅtｈｅpｒｏdｕction cｏｓｔ.Ｏn the bａsis of practｉcａｌ，aｕtoｍatic manｉpulａtor arm ｓtrａｉｇht up andｄowｎanｄclampiｎg ｐarts fｏr 3 d ｄesｉgｎ，ｗhｉch is ｄｉvided into ｔhree pａrｔs: ｈand, wrist，arｍstraighｔ. Iｎtegral ｔyｐｅｍanｉｐuｌator ｆor ｒectangular coordiｎates, ｄriｖe fｏｒmotｏｒdriｖe, strｕcturｅsimple，ｒeliａble and ｈigｈprｅｃisｉon．Ｄeｓｉgnｈａnd clａw clａｍｐing tyｐｅgｒiｐper ｆor tｒansｌａtｉon, tｈe ｔransｍission sｔrｕctｕｒｅfor slｉｄing screw; Ｗrist fｏr ｔｒaｎsfｏｒmatｉｏn, roｔaｔｉoｎAｎglｅoｆ0-180°, foｒtheｗorm gear aｎd worm drｉvｅstructurｅ；Ｍanｉpulaｔor wrist ｓt ｒuctuｒeｗas dｅsｉgned, caｌcuｌateｄｔhe ｗｒｉｓtｗｈｅnｔｈe d ｒｉｖinｇmoｍent；Draw thｅｍanｉpｕlator kinematic skｅtch; Ｔhe woｒｋiｎｇmｅchanism and tｒansmissｉon systｅm deｓign and cａlculation, inc ｌuｄｉng desｉgｎｃａlcｕlatｉｏn, inｔensity and tｈeｍovｅmeｎt o ｆtｈe main partｓof ａnａlysis; Deｓｉgn dｒawing gｅneｒaｌlayouｔand ｍaiｎparts ｏｆｌiftinｇdｅvｉce wｏrkｉｎｇdrawinｇ；Ｕsing th ｒee-ｄimeｎsiｏnaｌCＡＤｓｏfｔwarｅfor thｅｍaiｎpaｒｔs ｆor physicaｌdesｉgｎaｎd moｄｅｌling. Kｅｙwｏrd: Straight arm and clamping ｐａｒtｓ; Manipulaｔor; 2 d ＣAD ｄeｓｉgn;Ｐro/e 3 d desｉgn
机床上下料机械手设计_说明书(65页) 机床上下料机械手设计说明书第1章绪论1.1 选题背景机械手是在自动化生产过程中使用的一种具有抓取和移动工件功能的自动化装置，它是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。近年来，随着电子技术特别是电子计算机的广泛应用，机器人的研制和生产已成为高技术领域内迅速发展起来的一门新兴技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。机械手能代替人类完成危险、重复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，提高劳动生产力。机械手越来越广泛的得到了应用，在机械行业中它可用于零部件组装，加工工件的搬运、装卸，特别是在自动化数控机床、组合机床上使用更普遍。目前，机械手已发展成为柔性制造系统FMS和柔性制造单元FMC中一个重要组成部分。把机床设备和机械手共同构成一个柔性加工系统或柔性制造单元，它适应于中、小批量生产，可以节省庞大的工件输送装置，结构紧凑，而且适应性很强。当工件变更时，柔性生产系统很容易改变，有利于企业不断更新适销对路的品种，提高产品质量，更好地适应市场竞争的需要。而目前我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，应用规模和产业化水平低，机械手的研究和开发直接影响到我国自动化生产水平的提高，从经济上、技术上考虑都是十分必要的。因此，进行机械手的研究设计是非常有意义的。 1.2 设计目的本设计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、特殊要求的数控机床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。目前，在国内很多工厂的生产线上数控机床装卸工件仍由人工完成，劳动强度大、生产效率低。为了提高生产加工的工作效率,降低成本,并使生产线发展成为柔性制造系统,适应现代自动化大生产,针对具体生产工艺,利用机器人技术，设计用一台装卸机械手代替人工工作，以提高劳动生产率。本机械手主要与数控车床（数控铣床，加工中心等）组合最终形成生产线，实现加工过程（上料、加工、下料）的自动化、无人化。目前，我国的制造业正在迅速发展，越来越多的资金流向制造业，越来越多的厂商加入到制造业。本设计能够应用到加工工厂车间，满足数控机床以及加工中心的加工过程安装、卸载加工工件的要求，从而减轻工人劳动强度，节约加工辅助时间，提高生产效率和生产力。 1.3 国内外研究现状和趋势目前，在国内外各种机器人和机械手的研究成为科研的热点，其研究的现状和大体趋势如下： A．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。B．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。 C．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决策控制；多传感器融合配置技术成为智能化机器人的关键技术。 D．关节式、侧喷式、顶喷式、龙门式喷涂机器人产品标准化、通用化、模块化、系列化设计；柔性仿形喷涂机器人开发，柔性仿形复合机构开发，仿形伺服轴轨迹规
自动上下料机械手开题报告 1.课题研究的意义 对实现工业生产自动化，推动工业生产的进一步发展起着重要的作用。因而具有强大的生命力受到人们的广泛重视和欢迎。实践证明，工业机械手可以代替人手的繁重劳动，显著减轻工人的劳动强度，改善劳动条件，提高劳动生产率和自动化水平。工业生产中经常出现的笨重工件的搬运和长期频繁、单调的操作，采用机械手是有效的。此外，他能在高温、低温、深水、宇宙、放射性和其他有毒、污染环境条件下进行操作，更显示其优越性，悠着广阔的发展前途。 2.课题简介和设计要求 1、简介 本课题是为普通车床配套而设计的自动上下料机械手。工业机械手是工 业生产的必然产物，他是一种模仿人体上肢的部分功能，按照预定要求 输送工件或握持工具进行操作的自动化技术设备，对实现工业生产自动 化，推动工业生产的进一步发展起着重要作用 2、本设计的具体要求 本课题通过应用Auto CAD 技术对机械手进行结构设计和液压传动原理 设计，运用PRO/E技术对自动上下料机械手进行三维实体造型，并进行 了运动仿真，使其能将基本的运动更具体的展现在人们面前。他能实行 自动上下料运动。机械手的运动速度是按着满足生存率的要求来设定的。 3.课题研究拟采用的手段和工作路线 课程设计方法； 设计时，认真阅读参考现有的相关技术资料，继承或借鉴前任人的设计经验和成果，但不盲目抄袭，根据具体的设计条件和要求，独立思考，大胆的进行改进与创新，争取拿出一个高质量的设计成果。 全面考虑现有机械手零部件的强度、刚度、工艺性、经济性和维护性等方面要求任何零部件的结构和尺寸。 设计时应尽量使用标准和规范，这样有利于零件的互换性和工艺性，同时也可减少设计工作量、节省设计时间，对于国家标准或部门规范，一般都要严格遵守和执行。设计中采用标准或规范的多少，是评价设计质量的一项重要指标。因此，毕业设计中，凡是有国家标准和企业标准规范要求的，应尽量采用。 工作路线： 了解设计任务书，明确设计要求、工作条件、涉及内容的步骤；通过查阅有关设计资料，参观实物征询操作人员的建议等，了解设计对象的性能、结构及工艺性；准好设计需要的资料、绘图工具；拟定涉及计划等。 绘制机械手各部件装配草图；进行机械手总体结构设计和部件设计。 写明整个设计的主要计算和一些技术说明。
组合机床上下料机械手控制系统的毕业设 计 1 绪论 在工业生产线中，机械手具有很广泛的用途。它是工作抓取和装配系统中的一个重要组成部分。它的基本作用是从指定位置抓取工件运送到另一个指定的位置进行装配。机械手臂代替了人土的繁杂劳动，并且操作精度高，提高了产品质量和生产效率。 1.1 课题简介 1.1.1 机械手概述 运物件或操作工具的自动操作装置。如图1-1它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻上和原子能等部门。 机械手主要由手部、运动机构和控制系统三大部分组成。手部是用来抓持工件(或工具)的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动(摆动)、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。自由度是机械手设计的关键参数。自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广在工业生产线中，机械手具有很广泛的用途。它是工作抓取和装配系统中的一个重要组成部分。它的基本作用是从指定位置抓取工件运送到另一个指定的位置进行装配。机械手臂代替了人土的繁杂劳动，并且操作精度高，提高了产品质量和生产效率。 机械手的组成:能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物 图1-1 自动上下料机械手
件或操作工具的自动操作装置。它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻上和原子能等部门。 1.1.2 国外机械手的现状和发展趋势 目前工业机械手主要用于机床加工、铸造、热处理等方面，无论数量、品种和性能方而还是不能满足工业发展的需要。 在国主要是逐步扩大应用围，重点发展铸造、热处理方而的机械手，以减轻劳动强度，改善作业条件，在应用专用机械手的同时，相应的发展通用机械手，有条件的还要研制示教式机械手、计算机控制机械手和组合机械手等。将机械手各运动构件，如伸缩、摆动、升降、横移、俯仰等机构以及根据不同类型的加紧机构，设计成典型的通用机构，所以便根据不同的作业要求选择不同类型的基加紧机构，即可组成不同用途的机械手。既便于设计制造，有便于更换上件，扩大应用围。同时要提高速度，减少冲击，正确定位，以便更好的发挥机械手的作用。 此外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，并考虑与计算机连用，逐步成为整个机械制造系统中的一个基本单元。 在国外机械制造业中工业机械手应用较多，发展较快。目前主要用于机床、横锻压力机的上下料，以及点焊、喷漆等作业，它可按照事先指定的作业程序来完成规定的操作。 此外，国外机械手的发展趋势是大力研制具有某种智能的机械手。使它具有一定的传感能力，能反馈外界条件的变化，作相应的变更。如位置发生稍许偏差时，即能更正井自行检测，重点是研究视觉功能和触觉功能。目前已经取得一定成绩。 视觉功能即在机械手上安装有电视照相机和光学测距仪(即距离传感器)以及微型计算机。工作是电视照相机将物体形象变成视频信号，然后送给计算机，以便分析物体的种类、大小、颜色和位置，并发出指令控制机械手进行工作。 触觉功能即是在机械手上安装有触觉反馈控制装置。工作时机械手首先伸出手指寻找工作，通过安装在手指的压力敏感元件产生触觉作用，然后伸向前方，抓住工件。手的抓力大小通过装在手指的敏感元件来控制，达到自动调整握力的大小。总之，随着传感技术的发展机械手装配作业的能力也将进一步提高。 更重要的是将机械手、柔性制造系统和柔性制造单元相结合，从而根本改变目前机械制造系统的人工操作状态。 1.1.3 基本工作过程 如图为机械手运动图，机械手的动作过程：手臂 顺时针旋转—手臂下降—手臂右行—手腕顺时针旋
液压机械手设计毕业设计 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：日期： 指导教师签名：日期： 使用授权说明 本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名：日期：
一、引言 1.1机械 液压通用机械手，就其本质上来说，属于工业机器人的范畴，机器人学是近几十年来迅速发展起来的一门综合学科。它集中了机械工程、电子工程、计算机科学、自动控制以及人工智能等多种学科的最新研究成果，体现了光机电一体化技术的最新成就，是当代科学技术发展最活跃的领域之一，也是我国科技界跟踪国际高技术发展的重要课题。 “机械手”（Machanical Hand）：多数指附属于主机、程序固定的自动抓取、操作装臵（国内一般称作机械手或专用机械手）。如自动线、自动机的上下料，加工中心的自动换到的自动化装臵。 1.2机械手特点、结构与研究意义 1.2.1机器人的特点 机器人的主要特点体现在它的通用性和适应性等方面。 1.通用性 机器人的通用性指具有执行不同功能和完成多样简单任务的实际能力；通用性也意味着，机器人是可变的几何结构。或者说在机械结构上允许机器人执行不同的任务或以不同的方式完成同一工作。 2.适应性 机器人的适应性是指具有对环境的自适应能力，及机器人能够自主执行实现经规划的中间任务，而不管执行过程中所发生的没有预计到的环境变化。 1.2.2机器人的系统结构 一个机器人系统一般由四个相互作用的部分组成，即机械手、环境、任务和控制器。 工业机器人的本体机械系统即为通常的机械手装臵，他由肩、臂、腕、机身或行走机构组成，组合为一个相互依赖的运动机构。 环境即指机器人所处的周围状态，环境不仅由机和条件决定，而且有环境和它所包含的每个事物的全部自然特性决定。 机器人体系结构中的任务一般定义为环境的两种状态（初始状态和目标状态）间的差别，必须用适当的程序语言来描述，并能为计算机所理解。 机器人控制器一般为控制计算机，接收来自传感器的信号，对其进行数据处理，并按照预存信息，即机器人的状态及环境情况等，生成控制信号来驱动机器人的各个关节运动。
理工学院毕业设计(论文)开题报告 题目：铣床自动上下料点位控制机械手的设计 学生姓名：韩抟彬学号： 10L0551370 专业：机械设计制造及其自动化 指导教师：陈继荣 2014年3月31日
毕业设计开题报告 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。 PLC是以现代微处理器技术为核心的控制器，作为一种通用的工业控制器，其可靠性高、抗干扰能力强；PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性，此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息；PLC采用光电隔离和滤波技术有效抑制外部干扰源对PLC的影响，此外PLC还可在强、通用性好；开发周期短，功耗小。本课题对现代工业的的发展具有很重要的意义。 1．课题研究的目的和意义 1.1本课题的意义 机械手又名工业机器人，是近代自动控制领域中出现的一项新技术，并已成为现代科技的一个重要组成部分。在机械行业中，机械手越来越广泛的得到应用，它可用于零部件的组装，加工工件的搬运、装卸，特别是在自动化数控机床、组合机床上使用更为普遍。目前，机械手已发展成为柔性制造系统FMS和柔性制造单元FMC中一个重要组成部分。把机床设备和机械手共同构成一个柔性加工系统或柔性制造单元，可以节省庞大的工件输送装置，结构紧凑，而且适应性很强。 机械手的积极作用正日益为人们所认识，其一，它能部分地代替人的劳动并能达到生产工艺的要求，遵循一定的程序、时间和位置来完成工件的传送。因此，它能大大地改善工人的劳动条件，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。因此，受到各先进单位的重视并投入了大量的人力物力加以研究和应用。尤其在高温、高压、粉尘、噪声的场合，应用得更为广泛。在我国，近代几年来也有较快的发展，并取得一定的
中国石油大学（北京）现代远程教育 毕业设计（论文） 机械设计制造及其自动化方向 ——自动上下料机械手设计 姓名： 学号： 200808108461 性别：男 专业: 机械设计制造及其自动化 批次： 0809 层次：专升本 电子邮箱： @https://www.doczj.com/doc/d31878560.html, 联系方式： 学习中心： 指导教师： 2011年4月22日
目录 第一章绪论 (4) 1.1工业机械手概况 (4) 1.2工业机械手的分类 (4) 1.3工业机械手的发展趋势 (5) 1.4本章小结 (6) 第二章工业机械手的设计方案 (7) 2.1工业机械手的组成 (7) 2.2规格参数 (8) 2.3设计路线与方案 (8) 2.4本章小结 (9) 第三章机械手各部分的计算与分析 (10) 3.1手部计算与分析 (10) 3.1.1 输入输出力的比率分析 (10) 3.2 腕部计算与分析 (13) 3.2.1腕部设计的基本要求 (13) 3.2.2腕部回转力矩的计算 (13) 3.2.3腕部摆动油缸设计 (16) 3.2.4选键并校核强度 (17) 3.3臂部计算与分析 (18) 3.3.1 臂部设计的基本要求 (18) 3.3.2 手臂的设计计算 (20) 3.4 机身计算与分析 (28) 3.5 本章小结 (28) 第四章液压系统 (29) 4.1液压缸 (29) 4.2计算和选择液压元件 (31) 4.2.1液压泵的选取要求及其具体选取 (31) 4.2.2选择液压控制阀的原则 (33) 4.2.3选择液压辅助元件的要求 (33)
4.2.4具体选择液压原件 (33) 4.3本章小结 (34) 第五章液压缸的保养与维修 (36) 5.1液压元件的安装 (36) 5.2 液压系统的一般使用与维护 (36) 5.3 一般技术安全事项 (36) 第六章机械手控制系统 (37) 结论 (38) 参考文献 (39) 致谢 (40)
自动上下料机械手毕业 设计 Revised as of 23 November 2020
自动上下料机械手直臂与夹持部件的三维设计及主要零部件设计 学生姓名XXX学号XXXXXX 学生专业机械设计制造及其自动化班级机械XX 系机电指导教师XX 副教授
自动上下料机械手直臂与夹持部件的三维设计及主要零部件设计 摘要：机械手能代替人工操作，起到减轻工人的劳动强度，节约加工时间，提高生产效率，降低生产成本的特点。在实用的基础上，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。设计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。直臂传动结构为滚珠丝杆。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。 关键词：机械手；直臂与夹持部件；Pro/e三维设计；CAD二维设计 中图分类号：T
摘要.................................................................. .................................................................... .........................I 目次............................................................................................................................................... .............III 1绪论 (1) 前言和意义 (1) 工业机械手的简史 (1) 国内外研究现状和趋势 (3) 本章小结 (3) 2机械手直臂部分的总体设计 (4) 执行机构的选择 (4) 驱动机构的选择 (4) 传动结构的选择 (5) 机械手的基本形式选择 (6) 机械手直臂部分的主要部件及运动 (7) 机械手的技术参数 (8) 本章小结 (9) 3机械手手爪的三维设计 (10) 手部设计基本要求 (10) 典型的手部结构 (10) 机械手手爪的设计计算 (10) 选择手爪的类型及夹紧装置 (10) 手爪夹持范围计算 (11) 滑动丝杠设计 (12) 直齿轮设计 (14) 电机选型 (15) 机械手手爪的三维出图及其主要零部件出图 (16) 本章小结 (18) 4机械手手腕部分的三维设计 (19) 腕部设计的基本要求 (19) 腕部的结构以及选择 (19) 典型的腕部结构 (19) 腕部结构和驱动机构的选择 (20) 腕部的设计计算 (20) 蜗轮轴的设计计算 (20)
第1章绪论 1.1 选题背景 机械手是在自动化生产过程中使用的一种具有抓取和移动工件功能的自动化装置，它是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。近年来，随着电子技术特别是电子计算机的广泛应用，机器人的研制和生产已成为高技术领域内迅速发展起来的一门新兴技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。机械手能代替人类完成危险、重复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，提高劳动生产力。机械手越来越广泛的得到了应用，在机械行业中它可用于零部件组装，加工工件的搬运、装卸，特别是在自动化数控机床、组合机床上使用更普遍。目前，机械手已发展成为柔性制造系统FMS和柔性制造单元FMC 中一个重要组成部分。把机床设备和机械手共同构成一个柔性加工系统或柔性制造单元，它适应于中、小批量生产，可以节省庞大的工件输送装置，结构紧凑，而且适应性很强。当工件变更时，柔性生产系统很容易改变，有利于企业不断更新适销对路的品种，提高产品质量，更好地适应市场竞争的需要。而目前我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，应用规模和产业化水平低，机械手的研究和开发直接影响到我国自动化生产水平的提高，从经济上、技术上考虑都是十分必要的。因此，进行机械手的研究设计是非常有意义的。 1.2 设计目的 本设计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、特殊要求的数控机床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。 目前，在国内很多工厂的生产线上数控机床装卸工件仍由人工
摘要 本文对机械手进行了总体方案设计，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。同时，设计了机械手的夹持式手部结构;设计了机械手的手臂结构。设计出了机械手的液动系统，绘制了机械手液压系统工作原理图。利用可编程序控制器对机械手进行控制，选取了合适的PLC型号，根据机械手的工作流程制定了可编程序控制器的控制方案，画出了机械手的工作时序图和梯形图，并编制了可编程序控制器的控制程序。 关键词：机械手，液动，可编程序控制器(PLC)
Abstract In this paper, hands on mechanical design of an overall program to determine the coordinates of the robot type and degree of freedom to determine the technical parameters of the manipulator. At the same time, the design of the mechanical hand gripping the hand-type structure; designed robot arm structure. Designed hydraulic manipulator system manipulator drawn schematic diagram of hydraulic system.The use of programmable logic controller to control the robot, select the appropriate PLC model, based on workflow manipulator developed a PLC control program, the mechanical hand to draw timing diagrams and ladder work and preparation that can be controller programmed control procedures. Key words: mechanical hand, hydraulic, programmable logic controller (PLC)