送料机械手设计及Solidworks运动仿真
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毕业设计---数控车床上下料机械手Solidworks三维建模及动画演示
近年来随着工业自Байду номын сангаас化的发展机械手逐渐成为一门新兴的学科，并得到了较快的发展。机械手广泛地应用于锻压、冲压、锻造、焊接、装配、机加、喷漆、热处理等各个行业。特别是在笨重、高温、有毒、危险、放射性、多粉尘等恶劣的劳动环境中，机械手由于其显著的优点而受到特别重视。
机床上料机械手是典型的机电一体化设备，它可自动地为机床抓取工件，取代操作人员频繁取料，降低劳动强度，提高工作效率。
本课题所涉及的数控车上下料机械手自1999年投入运行,工作安全可靠,效果良好,可用做数控机床自动上料设备和生产线上的自动抓取设备。
本课题主要是应用Solidworks软件的三维设计功能，对数控车床上下料机械手的各零部件进行三维设计并实现其各部件的装配和运动仿真。
1. 1
人类在改造自然的历史进程中，随着对材料、能源和信息这三者的认识和用，不断创造各种工具（机器），满足并推动生产力的发展。
机器人技术从诞生到现在，虽然只有短短三十几年的历史，但是它却显示了旺盛的生命力。近年来，世界上对于发展机器人的呼声更是有增无减，发达国家竞相争先，发展中国家急起直追。许多先进技术国家已先后把发展机器人技术列入国家计划，进行大力研究。我国的机器人学的研究也已经起步，并把“机器人开发研究”和柔性制造技术系统和设备开发研究等与机器人技术有关的研究课题列入国家“七五”、“八五”科技发展计划以及“八六三”高科技发展计划。
总之，机械手是提高劳动生产率，改善劳动条件，减轻工人劳动强度和实现工业生产自动化的一个重要手段，国内外都很重视它的应用和发展。
1.3
1.3.1国外应用
美国制造155毫米的钢弹体洛克福特军械厂，从胚料加工开始到加工完毕直至弹体包装都自动进行，不用人手去接触，达到全自动生产。
机床上料机械手是典型的机电一体化设备，它可自动地为机床抓取工件，取代操作人员频繁取料，降低劳动强度，提高工作效率。
本课题所涉及的数控车上下料机械手自1999年投入运行,工作安全可靠,效果良好,可用做数控机床自动上料设备和生产线上的自动抓取设备。
本课题主要是应用Solidworks软件的三维设计功能，对数控车床上下料机械手的各零部件进行三维设计并实现其各部件的装配和运动仿真。
1. 1
人类在改造自然的历史进程中，随着对材料、能源和信息这三者的认识和用，不断创造各种工具（机器），满足并推动生产力的发展。
机器人技术从诞生到现在，虽然只有短短三十几年的历史，但是它却显示了旺盛的生命力。近年来，世界上对于发展机器人的呼声更是有增无减，发达国家竞相争先，发展中国家急起直追。许多先进技术国家已先后把发展机器人技术列入国家计划，进行大力研究。我国的机器人学的研究也已经起步，并把“机器人开发研究”和柔性制造技术系统和设备开发研究等与机器人技术有关的研究课题列入国家“七五”、“八五”科技发展计划以及“八六三”高科技发展计划。
总之，机械手是提高劳动生产率，改善劳动条件，减轻工人劳动强度和实现工业生产自动化的一个重要手段，国内外都很重视它的应用和发展。
1.3
1.3.1国外应用
美国制造155毫米的钢弹体洛克福特军械厂，从胚料加工开始到加工完毕直至弹体包装都自动进行，不用人手去接触，达到全自动生产。
SolidWorks Motion运动仿真教程PPT教学课件
About this course关于本课程
Prerequisites前提条件 Course Design Philosophy课程设计原理 Using this book本书使用方法 A note about files配套光盘说明 Conventions used in this book本书中采用的原理 Class Introductions课程介绍
Motion of a system is determined by
运动系统定义：
– Mechanical joints connecting the parts 零件的机械连接
– The mass and inertia properties of the components 部件的质量和惯性特性
Motion 运动仿真培训
Image courtesy of National Optical Astronomy
1 Observatory, operated by the Association of Universities
for Research in Astronomy, under cooperative agreement with the National Science Foundation.
– Applied forces to the system (Dynamics) 系统的作用力（动力学）
– Driving motions (Motors or Actuators) 驱动运动（运动或致动器）
– Time 时间
4
Mechanism types机构类型
Kinematic System运动学系统
Degrees of freedom自由度
实验指导书实验六SolidWorks运动仿真
实验一 SolidWorks运动仿真一、实验目的1.掌握SolidWorks图形装配方法2.掌握SolidWorks装配图的motion分析操作方法二、实验内容完成下列3个模型的装配及运动仿真图1压榨机机构图2凸轮机构图3夹紧机构三、实验步骤压榨机机构的装配与仿真3.1 压榨机机构的装配3.1.1 选择【文件】/【新建】/【装配体】命令，建立一个新装配体文件。
依次将机架和压榨杆添加进来，添加机架与压榨杆的同轴心配合。
如图4。
再将滑块添加进来，添加滑块与压榨杆的重合配合，如图5。
图4机架与压榨杆的同轴心配合图5滑块与压榨杆的重合配合3.1.2 添加滑块端面与机架端面的重合配合，以及滑块前视基准面与机架前视基准面的重合配合（点击图形区域左边的装配体下的机架前的“+”号即可找到前视基准面）最后将滑块拖动到中间位置。
图6机架与滑块的重合配合图7机架与滑块前视基准面的重合配合3.2 压榨机机构的运动仿真3.2.1 仿真前先将“solidworks motion ”插件载入，单击工具栏中按钮“”的下三角形，选择其中的“插件”，在弹出的“插件”设置框中，选中“solidworks motion”的前后框，如下图8所示。
在装配体界面，单击左下角的【运动算例】，再在【算例类型】下拉列表中选择【motion 分析】如下图9所示。
图8载入插件图9 motin 分析3.2.2 添加实体接触：单击工具栏上的“接触按钮”，在弹出的属性管理器中【接触类型】栏内选择“实体接触”，在【选择】栏内，点击视图区中压榨杆和滑块，“材料”栏内都选择“steel (dry)”, 单击“确定”按钮“”，如下图10所示。
同理再为滑块与机架添加实体接触，参数设置与压榨杆与滑块之间的一样。
图10添加实体接触3.2.3 添加驱动力：物体对压榨杆的反作用力即为驱动力，故在压榨杆上添加一恒力即可。
单击工具栏中的“力”按钮“”，在弹出的【力/扭矩】属性管理器中，【类型】选择“力”，【方向】选择“只有作用力”，“作用零件和作用应用点”，选择压榨杆上表面，单击改变力的方向向下，【力函数】选择“常量”，大小输入50牛顿，单击确定按钮。
基于Solidworks的机械手运动仿真设计
基于Solidworks的机械手运动仿真设计０引言机械手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。
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，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、轻工和原子能等部门，更能提高劳动生产率和自动化水平。
随着现代生产的机械化和自动化的发展对机器人的需求越来越大因而对机器人的末端执行机构机械手的研究尤为重要。
一些软件的发展为机械手的设计分析提供了方便降低了生产成本，本设计是基于Ｓolidworks软件，使得设计效率大大提高[1]。
本文是为普通车床配套而设计的上料机械手。
它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。
１机械手工作原理上料机械手直接与工件接触的部件,它能执行人手的抓握功能。
手抓取物体以物体为中心,用两根手指包络物体。
根据抓取物体时的相对状态,靠手指与工件之间的摩擦力来夹持工件。
本上料机械手采用二指平动手爪,属于夹持式手爪,手指由四杆机构带动,当上料机械手手爪夹紧和松开物体时,手指姿态不变,作平动。
机械手手爪的结构见图1，①为支架、②气动杆、③和④为大螺钉、⑤和⑥为三孔连杆、⑦为小螺钉、⑧短连杆、⑨和⑩为手指。
通过气动杆②来传动力的，气缸带动气动杆②使之向上移动时,其它的杆件共同运动,此时手爪是处于握紧工件的过程;反之,当气缸带动气动杆②向下移动时, 手爪是处于张开的过程。
这样,用气缸带动连杆②做往复平动，从而使其它杆件运动,带动手爪张合，手指上的任意一点的运动轨迹为一弧摆动。
图1机械手装配简图2基于Ｓolidworks机械手仿真动画设计2.1Ｓolidworks介绍SolidWorks是一款功能强大的中高端CAD软件，方便快捷是其最大特色。
它有全面的零件实体建模、生成工作机构的分解动画制作和高级动画制作等功能该软件以参数化特征造型为基础，具有功能强大、易学、易用等特点，是当前最优秀的中档三维CAD软件之一。
物料抓取机械手的设计与仿真
2.3运动仿真的实现方法
2.3运动仿真的实现方法
运动仿真主要通过计算机辅助设计软件来实现。这些软件通常具有强大的建 模和分析功能，可以建立详细的机械系统模型，并进行动态性能分析和优化。此 外，一些软件还提供了与控制系统仿真工具的集成，以实现整个系统的联合仿真。
三、总结
三、总结
物料抓取机械手的设计及运动仿真在自动化生产中具有极其重要的意义。通 过对机械手结构的合理设计、动力学模型的精确建立以及驱动系统的优化，可以 有效地提高机械手的性能和质量。通过运动仿真可以有效地预测和解决潜在的问 题，提高设计成功率，降低制造成本。随着技术的不断发展，我们有理由相信， 更加高效和智能的物料抓取机械手将会在未来的自动化生产中发挥更加重要的作 用。
二、运动仿真
2.1运动仿真简介
2.1运动仿真简介
运动仿真是在设计阶段对机械系统进行模拟分析和验证的方法。通过运动仿 真，可以在实际制造之前发现和解决潜在的问题，提高机械系统的性能和质量。
Hale Waihona Puke 2.2运动仿真的应用2.2运动仿真的应用
在物料抓取机械手的设计中，运动仿真可用于验证结构设计、优化动力学模 型以及评估抓取策略的可行性。通过运动仿真，可以模拟机械手的实际运动过程， 并精确计算出抓取时间、抓取位置、抓取力度等关键参数，为实际制造提供重要 参考。
物料抓取机械手的设计与仿真
01 引言
03 模拟仿真 05 总结
目录
02 阐述设计 04 实验制作 06 参考内容
引言
引言
随着工业自动化的不断发展，机器人技术已经成为现代生产过程中不可缺少 的一部分。其中，物料抓取机械手作为一种重要的机器人技术，被广泛应用于自 动化生产线上。本次演示将介绍物料抓取机械手的设计与仿真，首先阐述机械手 的设计思路和结构原理，然后介绍模拟仿真的方法，最后讨论实验制作的过程、 难点及解决方法。
搬运机械手设计及运动仿真
L = (D/2)tgw
=25Xtg3O°
=23. lmm
经圆整取1=25mm
4、 确定“V”型钳爪的L、“取
L/R^
式中：
Rcp
由公式(2.5) (2.6)得：L=3X1^?=150
取“V”型钳II的夹角20 =120°,则偏转角“按最佳偏转角來确定, 査表得：
P二22°39'
5、机械运动范围（速度）111
5、验算腕部摆动缸：
1 =
8
w=
式中：Hm—机械效率取：0.85〜0.9
H v—容积效率取：0.7〜0.95
所以代入公式（2.13）得：
千089x0.03x（0.12-0.032）x0.85x106
T
8
=25.8（NM）
T vM = 30.5（NM）
代入公式（2.14）得：
（8x27x10^）x0,85
3.1手部抓取缸9
3.2腕部摆动液压回路10
3.3小臂伸缩缸液压回路11
3.4总体系统图12
4机身机座的结构设计13
4.1电机的选择13
4.2减速器的选择15
4.3螺柱的设计与校核15
5机械手的定位与平稳性17
5.1常用的定位方式17
5.2够响平稳性和定位精度的因素17
5.3机械手运动的缓冲装置18
This issue thi'ough the application of SolidWorks to proceed with tlie structural design of mechanical and hydraulic pnnciples of design, technology use SolidWorks feeding robot three-dimensional solid modeling and simulation of tlie movement, its basic movements can be more specific m the show people before
=25Xtg3O°
=23. lmm
经圆整取1=25mm
4、 确定“V”型钳爪的L、“取
L/R^
式中：
Rcp
由公式(2.5) (2.6)得：L=3X1^?=150
取“V”型钳II的夹角20 =120°,则偏转角“按最佳偏转角來确定, 査表得：
P二22°39'
5、机械运动范围（速度）111
5、验算腕部摆动缸：
1 =
8
w=
式中：Hm—机械效率取：0.85〜0.9
H v—容积效率取：0.7〜0.95
所以代入公式（2.13）得：
千089x0.03x（0.12-0.032）x0.85x106
T
8
=25.8（NM）
T vM = 30.5（NM）
代入公式（2.14）得：
（8x27x10^）x0,85
3.1手部抓取缸9
3.2腕部摆动液压回路10
3.3小臂伸缩缸液压回路11
3.4总体系统图12
4机身机座的结构设计13
4.1电机的选择13
4.2减速器的选择15
4.3螺柱的设计与校核15
5机械手的定位与平稳性17
5.1常用的定位方式17
5.2够响平稳性和定位精度的因素17
5.3机械手运动的缓冲装置18
This issue thi'ough the application of SolidWorks to proceed with tlie structural design of mechanical and hydraulic pnnciples of design, technology use SolidWorks feeding robot three-dimensional solid modeling and simulation of tlie movement, its basic movements can be more specific m the show people before
基于Solidworks的机械手三维建模及其运动仿真
5 结语
责任编辑：于淑清 收稿日期：2010－04－14
215
第 31 卷第 10 期
基于 Solidworks 的机械手三维建模及其运动仿真— ——夏学文，等
Vol.31No.10
1.1 机械手零部件的三维建模
的零部件会自动定义为固定静止的部件，然后依次
Solidworks 零部件的建模过程为： 首先选取合 插入 各 零 部 件 ，通 过 一 系 列 的 配 合 约 束 关 系 ，装 配
［5］吴序堂. 齿轮啮合原理［M］. 西安：西安交通大学出版社，2009. ［6］刘鹄然，赵东福，宋德玉. 现代啮合理论［M］. 杭州：浙江大学出版
社 ，2008. 作 者 简 介 ： 耿 金 萍 （1984- ），女 ，江 苏 徐 州 人 ，中 国 矿 业 大 学 机
电 学 院 ，研 究 生 ，机 械 制 造 及 其 自 动 化 专 业 ，电 话 ：0516-83590278 ， 电 子 信 箱 ：gengjinping188@.
注意的问题。 有些零部件特征相当的复杂，例如铲 零部件”命令，依次如图 1 所示，排列各零部件，顺
臂爪臂的建模。 因为它的主体特征是一个比较复杂 序按照从上到下排列。 注意插入的零部件应该集中
的曲面，所以需要熟练曲面建模的命令。 曲面建模 在一个区域，不要过于分散，以便于下一步装配步
通过带 控 制 线 的 扫 描 曲 面 、放 样 曲 面 、边 界 曲 面 以 骤 。 （3）装 配 时 ，将 所 有 的 零 部 件 通 过 “重 合 ”、“平
1.2 机械手的装配 Solidworks 提供了强大的装配功能，其优点为：
（1）在 装 配 体 环 境 下 ，可 以 方 便 地 设 计 及 修 改 零 部
基于Solidworks创建的机械手的SimMechanics仿真
现代制造技术与装备2016年11月-正文-20161205.indd 61
2016/12/19 10:3动过程
现代制造技术与装备
２０１６ 第 １１ 期 总第 ２４０ 期
入 SimMechanics，进行仿真优化。
旋转角速度 W23(deg/s) 旋转角速度 W22(deg/s) 旋转角速度 W21(deg/s) 旋转角速度 W13(deg/s) 旋转角速度 W12(deg/s) 旋转角度 θ12(deg) 手指 1 中指节运动曲线 50 0 -50 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 时间 T(s) 手指 1 远指节运动曲线 20 0 -20 旋转角加速度 2 2 2 2 旋转角加速度 α21(deg/s ) 旋转角加速度 α13(deg/s ) 旋转角加速度 α12(deg/s ) α23(deg/s2) 旋转角加速度 α22(deg/s ) 200 150 100 50 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 时间 T(s) 1 0 ×104
图 6 展示了机械手的整个运动过程。初始状态时，机械 手三指摊开；在 0 ～ 3s 内，手指 2 和 3 绕着各自的近指节 关节旋转 180°，至三指并拢，如图６（c）所示；3 ～ 6s， 三手指同时向掌心弯曲， 做抓取状 ； 6 ～ 10s， 三手指重新张开。
-1 -2 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 时间 T(s) ×104
图 ４ Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ 装配体转换流程图 图 ２ 机械手三视图 图 ３ 机械手 Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ 三维装配图
手指 1 近指节 Y X 手指 3 手指 2 Z 中指节
近指关节可绕 Z 轴旋转一定角度；三个手指的中指节和远 指节都为旋转副关节，可绕 X 轴旋转。
物料抓取机械手设计及运动仿真
物料抓取机械手设计及运动仿真作者：闫敬民柳靓南李荣王雪何盛斌来源：《中国管理信息化》2018年第19期[摘要] 机械手是物流自动分拣系统中不可或缺的组成部件，为提高机械手抓取物品的灵活性及抓取能力，基于欠驱动机构，设计物流抓取机械手，该机械手具有结构简单、性能可靠、输出力大。
通过调整机械手3根手指其相对位置，且能主动适应被抓取物件的形状。
根据被抓去物体需求，对该手抓各零部件进行了设计，并针对其抓取状态下进行了静力学分析。
在此基础上对于机械手抓取过程进行了运动仿真，结果表明，该机械手设计合理可靠，可实现物流分拣过程中货物的抓取。
[关键词] 机械手；运动仿真；结构设计doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2018. 19. 032[中图分类号] F273 [文献标识码] A [文章编号] 1673 - 0194（2018）19- 0075- 030 前言近些年随着不断推进产业转型及升级，“中国制造2025”提出以及“一带一路”的实施，为了降低成本以及提高效率，工业机器人的研究及制造成为当前最大的研究热点[1-3]。
世界机器人联合会（IFR）数据显示，预计到2020年，中国将成为全球规模最大的机器人市场。
就物流行业来说，巨大的用人成本、较低的工作效率与精度，对于具有自动化、智能化的物流机器人的研究更加迫切，尤其在危险、有毒、单调、繁重的物流作业环节和场合，更能凸现机器人的优势[4-6]。
1 机械手总体结构设计随着电子商务的不断发展，商品的外包装不再是单一的箱体类，而是越来越多样化，而物流活动中无论是搬运、分拣、出入库等，都涉及对其进行抓取，目前物流行业中的这些不规则货品的作业还是以人工为主。
为此，设计了一种抓取不规则物品的机械手。
该机械抓手能执行不同形状尺寸物料的抓取，共有12个自由度，由3根手指、手掌、转动机构、底座几个部分组成（如图1所示），三根手指通过3个传动连接件和滚珠丝杠与驱动器相连。
物料抓取机械手设计及运动仿真
物料抓取机械手设计及运动仿真随着工业自动化的不断发展，越来越多的制造和加工过程采用机器人和自动化设备来完成。
其中，物料抓取机械手的设计和运动仿真对于实现自动化生产流程的高效运行具有至关重要的作用。
本文将介绍物料抓取机械手的设计要点及运动仿真的重要性，并探讨相关的问题及解决方案。
物料抓取机械手的设计首先需要确定其结构形式和基本参数。
一般而言，机械手主要由手部机构、腕部机构和臂部机构组成。
手部机构负责抓取物料，腕部机构则负责手腕的姿态调整，臂部机构支持机械手的移动。
根据实际生产需要，可在设计中针对不同的物料特性和抓取要求进行结构优化。
物料抓取机械手的运动过程中涉及到复杂的动力学关系。
因此，在设计中需要建立相应的动力学模型，以实现精确的运动控制和抓取策略。
动力学模型需要考虑重力、摩擦力、空气阻力等各种外部力的影响，同时还需要机械内部的动态特性。
物料抓取机械手的驱动系统是实现抓取动作的关键部分。
根据不同的应用场景和性能需求，可选择不同的驱动方式，如液压驱动、气压驱动、电动驱动等。
在设计中，需要根据实际情况选择合适的驱动方式和驱动元件，并综合考虑驱动系统的布局和重量等因素。
运动仿真是在设计阶段对机械系统进行模拟分析和验证的方法。
通过运动仿真，可以在实际制造之前发现和解决潜在的问题，提高机械系统的性能和质量。
在物料抓取机械手的设计中，运动仿真可用于验证结构设计、优化动力学模型以及评估抓取策略的可行性。
通过运动仿真，可以模拟机械手的实际运动过程，并精确计算出抓取时间、抓取位置、抓取力度等关键参数，为实际制造提供重要参考。
运动仿真主要通过计算机辅助设计软件来实现。
这些软件通常具有强大的建模和分析功能，可以建立详细的机械系统模型，并进行动态性能分析和优化。
一些软件还提供了与控制系统仿真工具的集成，以实现整个系统的联合仿真。
物料抓取机械手的设计及运动仿真在自动化生产中具有极其重要的意义。
通过对机械手结构的合理设计、动力学模型的精确建立以及驱动系统的优化，可以有效地提高机械手的性能和质量。
上料机械手的设计及Inventor运动仿真 精品
（）任务书专业班级姓名一、课题名称：上料机械手的设计及Inventor运动仿真二、主要技术指标：主要参数的确定a）坐标形式：直角坐标b) 臂的运动行程：伸缩运动100mm，回转运动150°c）运动速度：使生产率满足生产纲领的要求即可d）控制方式：起止设定位置e）定位精度：±0.5 mmf ) 手指握力：392Ng) 驱动方式：气压驱动三、工作内容和要求：原始数据及资料㈠原始数据：a）生产纲领：1000件（两班制生产）b) 自由度（四个自由度）c）臂转动150°d）上下运动500 mme）臂伸长（收缩）100 mm㈡设计要求a）上料机械手结构图，装配图，各主要零件图（一套）b) 气压原理图（一张）c）机械手三维造型及运动模拟仿真d）设计说明书（一份）四、主要参考文献：[1]王淳.气动技术.中国轻工业出版社.20XX[2]王承义．其应机械手及用[M]．北京：机械工业出版社，1981[3]王承义．机械手及其应用[M]．北京：机械工业出版社，1981．[4]廖常处．PLC编程及应用[M]．机械工业出版社，20XX．[5]黎树明等．工程船液压传动装置．北京：人民交通出版社，1984[6]凌勇坚．绞车气动刹车装置的设计．机械，20XX(4)[7]许伟达，凌勇坚．气压操作系统的设计．液压与气动，20XX (3)[8]林国重等．液压传动与控制．北京：北京理工大学出版社．1986[9]官忠范等．液压传动系统．北京：机械工业出版社，1981[10]膪启贤主编自动机械设计．北京：轻工业出版社出版．1987[11]黄锡凯,邦文纬主编机械原理北京：高等教育出版杜.1981[12]棘灏主编机械设计手册．北京：化工业出版社出版．1991学生（签名）年月日指导教师（签名）年月日教研室主任（签名）年月日系主任（签名）年月日（）开题报告设计（）题目上料机械手的设计及Inventor运动仿真一、选题的背景和意义自从1962年美国研制出世界上第一台工业机器人以来，机器人技术及其产品发展很快，机器人技术不再局限于传统的工业和制造业，已被应用于众多领域。
基于SolidWorks和ADAMS的装车机械手运动仿真
基于SolidWorks和ADAMS的装车机械手运动仿真武金艺;黄金凤;李炜;田雪珂【期刊名称】《机床与液压》【年(卷),期】2016(044)009【摘要】For actural problems existed in today's cement loading transportation industry, a simple structure, easy control of bagged cement loading manipulator automatically was developed and designed. The entity model of truck loading manipulator was estab-lished by using three-dimension ( 3D) software SolidWorks, the model was imported into simulation software ADAMS environments, then appling constraints and drives to the model. Through the model of kinematics simulation analysis, the kinematics parameters of key components were gotten, and component motion characteristic curve was drawn. The analysis results can verify the rationality and feasi-bility of mechanism, and provide reference evidence for the motion control and the optimal design of mechanical structure of loading manipulator.%针对当今水泥装载运输行业中存在的实际问题,开发设计一种结构简单、控制容易的自动袋装水泥装车机械手.利用三维建模软件SolidWorks建立装车机械手的实体模型,将模型导入仿真软件ADAMS环境中,并进一步的添加约束和驱动等,通过对该模型进行运动学仿真分析,得到关键构件的运动学参数,绘出构件的运动特性曲线,验证机构设计的合理性和可行性,为机械手的运动控制及机械结构的优化设计提供参考依据.【总页数】5页(P52-56)【作者】武金艺;黄金凤;李炜;田雪珂【作者单位】华北理工大学机械工程学院, 河北唐山063009;华北理工大学机械工程学院, 河北唐山063009;华北理工大学机械工程学院, 河北唐山063009;华北理工大学机械工程学院, 河北唐山063009【正文语种】中文【中图分类】TP241;TH122【相关文献】1.基于Solidworks的机械手爪运动仿真及有限元分析 [J], 陆鹏;石钢;周志浩;程道来;李南坤2.基于ADAMS的钵苗移栽机械手设计及运动仿真 [J], 钟兴;王艳莉3.基于Solidworks和Adams行星式销齿轮研磨机的建模与运动仿真 [J], 吴耀宇;薛培军4.基于Solidworks的机械手运动仿真设计 [J], 郑向华5.基于Solidworks的机械手三维建模及其运动仿真 [J], 夏学文;李峰;郭小刚;张俊彦因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
机械手设计及运动仿真说明书
搬运机械手结构设计及运动仿真摘要机械手可谓是自动手，能够模仿手等的部分工作一些功能，根据处理对象固定的程序还是爬行，操作工具自动运行装置。
机械手起到很多作用，简答来说可以能够取代人的复杂劳动，来实现生产活动的机械化及自动化，也可以在不良环境下运作，起到保护人身安全的作用，因为这方面的要求我们可以将机械手应用于机械制造中锻造方面、冶金方面、电子方面等部门，将机械手运用这些方面可以提高生产效率等。
本课题要求是通常圆柱坐标系设计的搬运机械手。
论文中是对对机械手的功能、分类及进行了叙述，并通过该论文设计要求，对机械手的手、腕、臂以及机身的结构方面的设计及计算和液压传动原理方面设计，使其能实现自动上料、腕部旋转、手臂伸展、机身旋转及升降等动作，并运用Pro/E对搬运机械手的工作过程进行机构运动仿真。
通过运动仿真对机械手的结构设计有个比较详细的了解，能够更好让机械手广泛运用于工业方面。
关键词机械手；液压传动；机械手结构设计；运动仿真Handling Robot Design and Motion SimulationAbstractManipulator can be described as automatic hand, can mimic some of the features hands and other parts of the work, according to the processing target fixed procedure or crawling, operating tool automatically run devices. Robot plays many roles, it may be able to replace short-answer people's complex labor to mechanization and automation of production activities, and can also operate in adverse environments, protect the personal safety role because this requirement, we can The robot used in machinery manufacturing in terms of forging, metallurgy, electronics and other departments, the robot can use these areas to improve production efficiency.The requirements of the subject is generally cylindrical coordinate system designed handling robot. Paper is a mechanical hand function, classification and has been described, and by the paper design requirements, design and calculation of structures of the robot's hand, wrist, arm, and body and hydraulic drive principle aspects of the design, so that it can automatic feeding, wrist rotation, arm extension, rotation and lifting and other body movements, and the use of Pro / E for the handling of the robot motion simulation work processes. By motion simulation to design the robot has a more detailed understanding, better able to make the robot widely used in industry.Keywords manipulator; hydraulic transmission; hand structure design; motion simulation目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (1)1.1 课题背景 (1)1.2 研究意义 (2)1.3 国内外研究现状分析 (3)1.4 研究的主要内容及方法 (3)1.5 工业机械手的分类，基本形式及组成 (4)1.5.1 工业机械手的分类 (4)1.5.2 工业机械手的基本形式 (4)1.5.3 基本组成 (6)1.6 本章小结 (9)第2章搬运机械手总体设计方案 (10)2.1 搬运机械手设计参数 (10)2.2 搬运机械手基本形式的选择 (11)2.3 驱动机构的选择..................................................... 错误！未定义书签。
SolidWorks运动模拟仿真教程
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Prerequisites前提条件 Course Design Philosophy课程设计原理 Using this book本书使用方法 A note about files配套光盘说明 Conventions used in this book本书中采用的原理 Class Introductions课程介绍
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11
运动副基础知识（1）
Revolute铰接副 Cylindrical圆柱副
方向
构件1
构件2
原点
约束2个旋转，3个移动自由度
约束2个旋转，2个移动自由度
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COINCIDENT DISTANCE PARALLEL
LinePlaneDist LinePlaneDist LineLineAng (0 deg.)
PERPENDICULAR LineLineAng (90 deg.) COINCIDENT TANGENT COINCIDENT COINCIDENT DISTANCE ANGLE PARALLEL LineLineDist LineCylTan LineLine PlanePlaneDist PlanePlaneDist LineLineAng LineLineAng (0 deg.)
COSMOSFloWorks Flow Simulation
Fatigue
Optimization
COSMOSMotion
Post-dynamics Post-
COSMOSEMS Electromagnetic
开题报告-送料机械手机构设计及其仿真
(3)可以减少人力，便于有节奏地生产。应用机械手代替人手进行工作，这是直接减少人力的一个侧面，同时由于应用机械手可以连续地工作，这是减少人力的另一个侧面。
2.1本文研究背景及现状
机械手起源于20世纪40年代，当时随着原子能工业的发展，已出现了模拟关节式的第一代机械手。20世纪50—60年代，即制成了传送和装卸工件的通用机械手和数控示教再现型机械手。这种机械手也称第二代机械手。如尤尼曼特(Unimate)机械手即属于这种类型。20世纪60—70年代，又相继把通用机械手用于汽车车身的点焊和冲压生产自动线上，亦即是第二代机械手这一新技术进入了应用阶段。20世纪80—90年代，装配机械手处于鼎盛时期，尤其是日本。20世纪90年代机械手在特殊用途上有较大的发展，除了在工业上广泛应用外，农、林、矿业、航天、海洋、文娱、体育、医疗、服务业、军事领域上有较大的应用。90年代以后随着计算机技术、微电子技术、网络技术等的快速发展，机械手技术也得到飞速的多元化发展。
（1）机械手的执行机构分为手部、手臂、躯干；?①手部?，手部安装在手臂的前端。手臂的内孔中装有传动轴，可把运动传给手腕，以转动、伸曲手腕、开闭手指。?机械手手部的构造系模仿人的手指，分为无关节、固定关节和自由关节3种。手指的数量又可分为二指、三指、四指等，其中以二指用的最多。可根据夹持对象的形状和大小配备多种形状和大小的夹头以适应操作的需要。所谓没有手指的手部，一般都是指真空吸盘或磁性吸盘。②手臂?，手臂的作用是引导手指准确地抓住工件，并运送到所需的位置上。为了使机械手能够正确地工作，手臂的3个自由度都要精确地定位。③躯干?，躯干是安装手臂、动力源和各种执行机构的支架。?
二、培养学生树立正确的设计思想，设计构思和创新思维，掌握工程设计的一般程序规范和方法。
三、培养学生树立正确的设计思想和使用技术资料、国家标准等手册、图册工具书进行设计计算，数据处理，编写技术文件等方面的工作能力。
2.1本文研究背景及现状
机械手起源于20世纪40年代，当时随着原子能工业的发展，已出现了模拟关节式的第一代机械手。20世纪50—60年代，即制成了传送和装卸工件的通用机械手和数控示教再现型机械手。这种机械手也称第二代机械手。如尤尼曼特(Unimate)机械手即属于这种类型。20世纪60—70年代，又相继把通用机械手用于汽车车身的点焊和冲压生产自动线上，亦即是第二代机械手这一新技术进入了应用阶段。20世纪80—90年代，装配机械手处于鼎盛时期，尤其是日本。20世纪90年代机械手在特殊用途上有较大的发展，除了在工业上广泛应用外，农、林、矿业、航天、海洋、文娱、体育、医疗、服务业、军事领域上有较大的应用。90年代以后随着计算机技术、微电子技术、网络技术等的快速发展，机械手技术也得到飞速的多元化发展。
（1）机械手的执行机构分为手部、手臂、躯干；?①手部?，手部安装在手臂的前端。手臂的内孔中装有传动轴，可把运动传给手腕，以转动、伸曲手腕、开闭手指。?机械手手部的构造系模仿人的手指，分为无关节、固定关节和自由关节3种。手指的数量又可分为二指、三指、四指等，其中以二指用的最多。可根据夹持对象的形状和大小配备多种形状和大小的夹头以适应操作的需要。所谓没有手指的手部，一般都是指真空吸盘或磁性吸盘。②手臂?，手臂的作用是引导手指准确地抓住工件，并运送到所需的位置上。为了使机械手能够正确地工作，手臂的3个自由度都要精确地定位。③躯干?，躯干是安装手臂、动力源和各种执行机构的支架。?
二、培养学生树立正确的设计思想，设计构思和创新思维，掌握工程设计的一般程序规范和方法。
三、培养学生树立正确的设计思想和使用技术资料、国家标准等手册、图册工具书进行设计计算，数据处理，编写技术文件等方面的工作能力。
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2、有足够的开闭范围
夹持类手部的手指都有张开和闭合装置。工作时，一个手指开闭位置以最大变化量称为开闭范围。对于回转型手部手指开闭范围，可用开闭角和手指夹紧端长度表示。手指开闭范围的要求与许多因素有关，如工件的形状和尺寸，手指的形状和尺寸，一般来说，如工作环境许可，开闭范围大一些较好，如图2.1所示。
四、培养学生进行调查研究，面向实际，面向生产，向工人和技术人员学习的基本工作态度，工作作风和工作方法。
1.2
（一、）原始数据及资料
（1、）原始数据：
a、生产纲领：100000件（两班制生产）
b、自由度（四个自由度）
臂转动180º
臂上下运动500mm
臂伸长（收缩）500mm
手部转动±180º
（2、）设计要求：
其中 N′=4 98N=392N，带入公式2.2得：
F1=（2b／a） （cosα′）²N′
=(2 150/50) （cos30º）² 392
=1764N
则实际加紧力为 F1实际=PK1K2/η （2.3）
=1764 1.5 1.1/0.85=3424N
经圆整F1=3500N
3、计算手部活塞杆行程长L,即
6、手部右腔流量
本课题通过应用AutoCAD技术对机械手进行结构设计和液压传动原理设计，运用Solidworks技术对上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。它能实行自动上料运动；在安装工件时，将工件送入卡盘中的夹紧运动等。上料机械手的运动速度是按着满足生产率的要求来设定。
a、上料机械手结构设计图、装配图、各主要零件图（一套）
b、液压原理图（一张）
c、机械手三维造型
d、动作模拟仿真
e、设计计算说明书（一份）
（3、）技术要求
主要参数的确定：
a、坐标形式：直角坐标系
b、臂的运动行程：伸缩运动500mm，回转运动180º。
c、运动速度：使生产率满足生产纲领的要求即可。
d、控制方式：起止设定位置。
学科门类：单位代码：
毕业设计说明书（论文）
送料机械手设计及Solidworks运动仿真
学生姓名
所学专业
班级
学号
指导教师
XXXXXXXXX系
二○**年XX月
摘要
本课题是为普通车床配套而设计的上料机械手。工业机械手是工业生产的必然产物，它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。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，它能在高温、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，有着广阔的发展前途。
二、拉紧装置原理
如图2.2所示【4】：油缸右腔停止进油时，弹簧力夹紧工件，油缸右腔进油时松开工件。
图2.2油缸示意图
1、右腔推力为
FP=（π／4）D²P （2.1）
=（π／4） 0.5² 25 10³
=4908.7N
2、根据钳爪夹持的方位，查出当量夹紧力计算公式为：
F1=（2b／a） （cosα′）²N′ （2.2）
（2、）动作要求分析如图1.2所示
动作一：送料
动作二：预夹紧
动作三：手臂上升
动作四：手臂旋转
动作五：小臂伸长
动作六：手腕旋转
预夹紧
手臂上升
手臂旋转
小臂伸长
手腕旋转
手臂转回
图1.2要求分析
第二章 抓取机构设计
2.1
一、对手部设计的要求
1、有适当的夹紧力
手部在工作时，应具有适当的夹紧力，以保证夹持稳定可靠，变形小，且不损坏工件的已加工表面。对于刚性很差的工件夹紧力大小应该设计得可以调节，对于笨重的工件应考虑采用自锁安全装置。
查表得：
β=22º39′
5、机械运动范围（速度）【1】
（1）伸缩运动 Vmax=500mm/s
Vmin=50mm/s
（2）上升运动 Vmax=500mm/s
Vmi=80mm/s
（4）回转Wmax=90º/s
Wmin=30º/s
所以取手部驱动活塞速度V=60mm/s
图2.1机械手开闭示例简图
3、力求结构简单，重量轻，体积小
手部处于腕部的最前端，工作时运动状态多变，其结构，重量和体积直接影响整个机械手的结构，抓重，定位精度，运动速度等性能。因此，在设计手部时，必须力求结构简单，重量轻，体积小。
4、手指应有一定的强度和刚度
5、其它要求
因此送料，夹紧机械手，根据工件的形状，采用最常用的外卡式两指钳爪，夹紧方式用常闭史弹簧夹紧，松开时，用单作用式液压缸。此种结构较为简单，制造方便。
关键字机械手，AutoCAD，Solidworks。
第一章 机械手设计任务书
1.
毕业设计是学生完成本专业教学计划的最后一个极为重要的实践性教学环节，是使学生综合运用所学过的基本理论、基本知识与基本技能去解决专业范围内的工程技术问题而进行的一次基本训练。这对学生即将从事的相关技术工作和未来事业的开拓都具有一定意义。
其主要目的：
一、培养学生综合分析和解决本专业的一般工程技术问题的独立工作能力，拓宽和深化学生的知识。
二、培养学生树立正确的设计思想，设计构思和创新思维，掌握工程设计的一般程序规范和方法。
三、培养学生树立正确的设计思想和使用技术资料、国家标准等手册、图册工具书进行设计计算，数据处理，编写技术文件等方面的工作能力。
L=（D/2）tgψ （2.4）
=25×tg30º
=23.1mm
经圆整取l=25mm
4、确定“V”型钳爪的L、β。
取L/Rcp=3 （2.5）
式中： Rcp=P/4=200/4=50 （2.6）
由公式（2.5）（2.6）得：L=3×Rcp=150
取“V”型钳口的夹角2α=120º，则偏转角β按最佳偏转角来确定，
e、定位精度：±0.5mm。
f、手指握力：392N
g、驱动方式：液压驱动。
（二、）料槽形式及分析动作要求
（1、）料槽形式
由于工件的形状属于小型回转体，此种形状的零件通常采用自重输送的输料槽,如图1.1所示，该装置结构简单，不需要其它动力源和特殊装置，所以本课题采用此种输料槽。
图1.1机械手安装简易图
夹持类手部的手指都有张开和闭合装置。工作时，一个手指开闭位置以最大变化量称为开闭范围。对于回转型手部手指开闭范围，可用开闭角和手指夹紧端长度表示。手指开闭范围的要求与许多因素有关，如工件的形状和尺寸，手指的形状和尺寸，一般来说，如工作环境许可，开闭范围大一些较好，如图2.1所示。
四、培养学生进行调查研究，面向实际，面向生产，向工人和技术人员学习的基本工作态度，工作作风和工作方法。
1.2
（一、）原始数据及资料
（1、）原始数据：
a、生产纲领：100000件（两班制生产）
b、自由度（四个自由度）
臂转动180º
臂上下运动500mm
臂伸长（收缩）500mm
手部转动±180º
（2、）设计要求：
其中 N′=4 98N=392N，带入公式2.2得：
F1=（2b／a） （cosα′）²N′
=(2 150/50) （cos30º）² 392
=1764N
则实际加紧力为 F1实际=PK1K2/η （2.3）
=1764 1.5 1.1/0.85=3424N
经圆整F1=3500N
3、计算手部活塞杆行程长L,即
6、手部右腔流量
本课题通过应用AutoCAD技术对机械手进行结构设计和液压传动原理设计，运用Solidworks技术对上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。它能实行自动上料运动；在安装工件时，将工件送入卡盘中的夹紧运动等。上料机械手的运动速度是按着满足生产率的要求来设定。
a、上料机械手结构设计图、装配图、各主要零件图（一套）
b、液压原理图（一张）
c、机械手三维造型
d、动作模拟仿真
e、设计计算说明书（一份）
（3、）技术要求
主要参数的确定：
a、坐标形式：直角坐标系
b、臂的运动行程：伸缩运动500mm，回转运动180º。
c、运动速度：使生产率满足生产纲领的要求即可。
d、控制方式：起止设定位置。
学科门类：单位代码：
毕业设计说明书（论文）
送料机械手设计及Solidworks运动仿真
学生姓名
所学专业
班级
学号
指导教师
XXXXXXXXX系
二○**年XX月
摘要
本课题是为普通车床配套而设计的上料机械手。工业机械手是工业生产的必然产物，它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。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，它能在高温、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，有着广阔的发展前途。
二、拉紧装置原理
如图2.2所示【4】：油缸右腔停止进油时，弹簧力夹紧工件，油缸右腔进油时松开工件。
图2.2油缸示意图
1、右腔推力为
FP=（π／4）D²P （2.1）
=（π／4） 0.5² 25 10³
=4908.7N
2、根据钳爪夹持的方位，查出当量夹紧力计算公式为：
F1=（2b／a） （cosα′）²N′ （2.2）
（2、）动作要求分析如图1.2所示
动作一：送料
动作二：预夹紧
动作三：手臂上升
动作四：手臂旋转
动作五：小臂伸长
动作六：手腕旋转
预夹紧
手臂上升
手臂旋转
小臂伸长
手腕旋转
手臂转回
图1.2要求分析
第二章 抓取机构设计
2.1
一、对手部设计的要求
1、有适当的夹紧力
手部在工作时，应具有适当的夹紧力，以保证夹持稳定可靠，变形小，且不损坏工件的已加工表面。对于刚性很差的工件夹紧力大小应该设计得可以调节，对于笨重的工件应考虑采用自锁安全装置。
查表得：
β=22º39′
5、机械运动范围（速度）【1】
（1）伸缩运动 Vmax=500mm/s
Vmin=50mm/s
（2）上升运动 Vmax=500mm/s
Vmi=80mm/s
（4）回转Wmax=90º/s
Wmin=30º/s
所以取手部驱动活塞速度V=60mm/s
图2.1机械手开闭示例简图
3、力求结构简单，重量轻，体积小
手部处于腕部的最前端，工作时运动状态多变，其结构，重量和体积直接影响整个机械手的结构，抓重，定位精度，运动速度等性能。因此，在设计手部时，必须力求结构简单，重量轻，体积小。
4、手指应有一定的强度和刚度
5、其它要求
因此送料，夹紧机械手，根据工件的形状，采用最常用的外卡式两指钳爪，夹紧方式用常闭史弹簧夹紧，松开时，用单作用式液压缸。此种结构较为简单，制造方便。
关键字机械手，AutoCAD，Solidworks。
第一章 机械手设计任务书
1.
毕业设计是学生完成本专业教学计划的最后一个极为重要的实践性教学环节，是使学生综合运用所学过的基本理论、基本知识与基本技能去解决专业范围内的工程技术问题而进行的一次基本训练。这对学生即将从事的相关技术工作和未来事业的开拓都具有一定意义。
其主要目的：
一、培养学生综合分析和解决本专业的一般工程技术问题的独立工作能力，拓宽和深化学生的知识。
二、培养学生树立正确的设计思想，设计构思和创新思维，掌握工程设计的一般程序规范和方法。
三、培养学生树立正确的设计思想和使用技术资料、国家标准等手册、图册工具书进行设计计算，数据处理，编写技术文件等方面的工作能力。
L=（D/2）tgψ （2.4）
=25×tg30º
=23.1mm
经圆整取l=25mm
4、确定“V”型钳爪的L、β。
取L/Rcp=3 （2.5）
式中： Rcp=P/4=200/4=50 （2.6）
由公式（2.5）（2.6）得：L=3×Rcp=150
取“V”型钳口的夹角2α=120º，则偏转角β按最佳偏转角来确定，
e、定位精度：±0.5mm。
f、手指握力：392N
g、驱动方式：液压驱动。
（二、）料槽形式及分析动作要求
（1、）料槽形式
由于工件的形状属于小型回转体，此种形状的零件通常采用自重输送的输料槽,如图1.1所示，该装置结构简单，不需要其它动力源和特殊装置，所以本课题采用此种输料槽。
图1.1机械手安装简易图