机械原理课程设计(机械手)

机械原理课程设计说明书设计课题：机械手专业班级：2012级机自05班小组成员：张结荣 201204010523陈庆林 201204010504肖哲 201204010520郑然 201204010525周奕佳 201204010526指导教师：陈敏钧时间：2014.7.14——2014.7.181设计任务书设计项目：机械手的设计工作要求：机械手从工件架上抓起工件，然后送人工作台进行加工。

机械手完成以下动作（2选1）。

（1）水平面内转30度，上升100mm，前进50mm;（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030功能）方案一实现平面转角030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030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030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030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。

方案三实现平面转角030的过程：使用槽轮实现平面转角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。

机械原理课程设计热墩机械手机械原理课程设计说明书——热镦挤送料机械手B指导老师：温亚莲设计者：李霞学号：20109046班级：机电3班目录第一章设计题目及要求 (1)1.1 设计题目简介 (1)1.2 设计数据及要求 (2)1.3 设计任务与提示 (2)第二章热镦挤送料机械手摆臂的设计 (5)2.1 机械手上下摆臂设计方案A (5)2.2 机械手上下摆臂设计方案B (6)2.3 机械手上下摆臂设计方案C (6)2.4 摆臂方案的确定 (7)第三章热镦挤送料机械手回转装置设计 (8)3.1 回转装置设计方案A (8)3.2 回转装置设计方案B (8)3.3 回转装置设计方案C (9)3.4 驱动装置的选择 (10)3.4.1 常用电动机的结构特征 (10)3.4.2 选定电动机的容量 (10)3.5 回转装置方案的确定 (11)3.6 循环图的拟定及运动路线图 (11)第四章热镦挤送料机械手方案的确定与计算 (13)4.1 拟订的方案 (13)4.2 最终方案的确定与说明 (15)4.3 方案的计算 (16)第五章相关建模过程及仿真 (19)第六章设计总结 (22)第七章参考文献 (22)第一章设计题目及要求1.1 设计题目简介设计二自由度关节式热镦挤送料机械手，由电动机驱动，夹送圆柱形镦料，往40吨镦头机送料。

以方案A为例，它的动作顺序是：手指夹料，手臂上摆15º，手臂水平回转120º，手臂下摆15º，手指张开放料。

手臂再上摆，水平反转，下摆，同时手指张开，准备夹料。

主要要求完成手臂上下摆动以及水平回转的机械运动设计。

图1为机械手的外观图。

图1：机械手的外观图1.2 设计数据及要求表11.3 设计任务与提示设计任务1.至少提出可行的两种运动方案，然后进行方案分析评比，选出一种运动方案进行设计；2. 设计传动系统并确定其传动比分配。

3. 图纸上画出步进送料机的机构运动方案简图和运动循环图。

机械手 课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能够理解机械手的基本结构原理，掌握其组成部分及功能。

2. 学生能够描述机械手在工业生产中的应用及其优势。

3. 学生能够掌握机械手运动学的基本知识，包括坐标变换和路径规划。

技能目标：1. 学生能够运用所学的机械手知识，设计简单的抓取和放置任务。

2. 学生通过小组合作，能够完成机械手的组装和编程，实现基本操作。

3. 学生能够运用问题解决策略，对机械手操作过程中遇到的问题进行分析和调试。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对工程技术的兴趣，激发他们探索机械手臂奥秘的热情。

2. 培养学生的团队协作意识，增强他们在小组工作中的责任感和合作精神。

3. 通过对机械手的学习，引导学生理解科技进步对工业生产和社会发展的积极影响，培养其创新意识和社会责任感。

课程性质分析：本课程为工程技术类课程，旨在通过理论与实践相结合的方式，让学生掌握机械手臂的基础知识和应用技能。

学生特点分析：考虑到学生所在年级的特点，他们对新鲜事物充满好奇，具备一定的动手能力和逻辑思维能力，但可能缺乏实际操作经验。

教学要求：1. 紧密联系教材，注重理论与实践相结合，提高学生的实际操作能力。

2. 采用任务驱动法和小组合作学习，激发学生的学习兴趣和团队合作精神。

3. 注重过程评价，关注学生在学习过程中的表现和成长。

二、教学内容1. 机械手基本结构原理：- 机械手的组成部分及其功能- 机械手在工业生产中的应用案例2. 机械手运动学基础：- 坐标系与坐标变换- 路径规划与运动控制3. 机械手编程与操作：- 编程语言基础- 机械手编程实例与操作步骤4. 机械手组装与调试：- 机械手组装方法与技巧- 机械手调试策略与问题解决5. 抓取与放置任务设计：- 任务分析- 机械手动作设计6. 小组合作与展示：- 小组分工与协作- 成果展示与评价教学大纲安排：第一课时：机械手基本结构原理第二课时：机械手运动学基础第三课时：机械手编程与操作第四课时：机械手组装与调试第五课时：抓取与放置任务设计第六课时：小组合作与展示教学内容关联教材章节：- 机械手基本结构原理：教材第3章- 机械手运动学基础：教材第4章- 机械手编程与操作：教材第5章- 机械手组装与调试：教材第6章- 抓取与放置任务设计：教材第7章教学进度安排：每课时45分钟，共计6课时。

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030功能）方案一实现平面转角030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030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030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030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：使用实现平面转角0槽轮实现平面转角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。

机械原理课程设计设计说明书《机械原理》工业机械手➢学院：机电工程学院➢专业班级：10 车辆二班➢指导老师：李粤➢学生姓名：＊＊＊➢学号：起止日期:2012年6月1日至2011年6月18日目录➢设计任务书。

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­.­.1➢前言..­­..。

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.2➢方案设计。

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3➢参考资料...。

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­4➢机构简图。

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11课程设计任务书2011—2012学年第二学期课程名称:机械原理设计题目：机器人的设计完成期限：2012年6月1日至2012年6月18日内容及任务设计任务:设计能操作图6所示的机械手动作的机构。

原始数据及设计要求利用我们上课所学的各种机构或机构组合，使两手爪部分能张开灵活并能用于抓取物品。

➢设计工作：1、设计能能满足上述一、二两项要求的机构方案，交绘制机构运动简图一张（1号图纸）；2、进行传动计算，交设计说明书一份。

图6 工业机械前言工业机械手主要目的在于削减人员编制和提高产品质量。

与传统的机器相比,具有生产过程的几乎完全自动化和生产设备的高度适应能力等优点.现在工业机械手主要用于汽车工业、机电工业（包括电讯工业）、通用机械工业、建筑业、金属加工、铸造以及其它重型工业和轻工业部门工业机械手与我们的生活息息相关，机械手的水平标志着工业生产力的水平。

方案设计一，机械手的系统工作原理机械手的系统工作原理框图如图1—1所示。

机械手的工作原理：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。

机械手臂摘要：随着生产力的发展和人们对生产质量要求的提高，对机械手臂的要求也在随之提高，生产线上的任务也就随之加重。

为了减轻工作人员的工作强度，提高生产的效率，并且保证制作的精度，对于机械手进行合理的设计。

它可以根据使用场景，来选择不同形式的机械手臂来进行使用，从而达到更加便捷的使用。

在设计的过程中，对其结构和运动原理进行了分析，对传动部件和驱动方式进行了设计，从而使其广泛的应用于各种场景。

关键词：机械手臂；结构；运动原理；传动部件；传动方式0引言自改革开放以来，我国的机械行业飞速发展，与此同时，机械手臂的出现，使得人们在大规模劳动生产中变得更加的便捷，成为了如今在生产线上不可或缺的一种设备。

机械手臂他提高了生产自动化的效率，降低了大量的劳动成本和原料等各种成本，避免了人工劳动导致的危险性，降低了危险系数，通过使用机械手臂，也使得在生产效率上得到了很大的提升，在产品合格率上也取到了很大的进步。

机械手臂的组成是一个不太复杂的结构，在对机械手臂的不断研究下，了解了机械手臂的结构组成和运动原理，现在要不断加强其智能型，稳定性，准确性以及适应性，从而满足不断提高的现代化生产的需求。

根据调查显示，机械臂在生活中的应用非常广泛。

在物流中，机械手臂主要用来货物的搬运和装载，完成货物的分门别类；在医疗领域中，机械手臂可以用来完成帮助医生去完成手术和患者监测，提高医生完成微创手术的成功率和安全性；在制作业中，机械手臂在各种流水线和生产线中发挥着很大的作用，它可以对物品进行各种加工和处理，利用机械手臂，可以提高生产的效率和产品的合格率，减少了人工成本，提高了产品的精度。

不只是这样，机械手臂在其他行业和领域中也发挥着不同寻常的作用，而随着科技的不断进步，机械手臂也会得到提升，从而机械手臂在各行业的前景将会变得越来越广阔,应用也会变得越来越普遍。

所以在本文中，重点研究了机械手臂的结构和运动原理，在对机械手臂的升级与应用提供了很大的帮助。

机械手机械课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解并掌握机械手机械原理，包括齿轮传动、滑轮组和杠杆的应用。

2. 学生能够识别并描述不同类型的机械手机械结构，如固定臂、移动臂和旋转臂。

3. 学生能够运用基本的物理知识，解释机械手机械在生活中的应用。

技能目标：1. 学生能够通过小组合作，设计并制作一个简单的机械手机械结构。

2. 学生能够运用绘图和计算工具，对机械手机械结构进行简单的计算和优化。

3. 学生能够有效地沟通设计思路，通过口头报告和展示，展示他们的设计成果。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对机械工程和科技创新的兴趣，激发他们探索未知的热情。

2. 强化学生的团队合作意识，培养在团队中相互尊重、协同工作的态度。

3. 通过机械手机械的学习，增强学生对生活中工程技术的认识，培养其解决问题的能力和创新思维。

课程性质分析：本课程为机械基础知识入门课程，旨在通过具体案例分析，让学生在动手实践中理解和掌握机械原理。

学生特点分析：考虑到学生所在年级，课程将采用直观教学法和情境教学法，结合学生的好奇心和动手欲望，引导他们主动探索和学习。

教学要求：1. 教师需提供丰富的实例和材料，确保学生能够将理论与实践相结合。

2. 教学过程中注重启发式教学，鼓励学生提问和思考。

3. 对学生的设计作品给予及时的反馈，指导学生进行反思和改进。

二、教学内容本课程教学内容紧密围绕课程目标，结合教材第二章“机械基础”内容，组织以下教学活动：1. 引言：介绍机械手机械在生活中的应用，引发学生对机械原理的兴趣。

2. 理论知识学习：- 齿轮传动原理及其应用。

- 滑轮组的工作原理和计算方法。

- 杠杆的分类和平衡条件。

3. 动手实践：- 分组设计并制作一个简单的机械手机械结构。

- 使用绘图和计算工具进行结构分析和优化。

4. 案例分析：- 分析生活中常见的机械手机械结构，如剪刀、起重机等。

- 探讨机械结构在工程领域的应用和创新。

5. 总结与反思：- 对所学知识进行总结，巩固理解。

1 1前言1.1工业机器人简介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备，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备。

1.2世界机器人的发展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）（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。

机械手课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能够理解机械手的基本结构、功能及工作原理；2. 学生能够掌握机械手的运动学、动力学基础知识；3. 学生能够了解机械手在不同领域的应用及发展趋势。

技能目标：1. 学生能够运用所学的机械手知识进行简单的系统设计；2. 学生能够运用相关软件对机械手进行仿真和调试；3. 学生能够独立操作机械手完成简单的任务。

情感态度价值观目标：1. 学生对机械手技术产生浓厚的兴趣，培养探索精神和创新意识；2. 学生能够认识到机械手在工业生产中的重要性，增强实践操作能力；3. 学生能够关注机械手技术的发展，树立正确的科技价值观。

课程性质：本课程为实践性较强的课程，结合理论知识与实际操作，旨在提高学生的动手能力和创新能力。

学生特点：学生处于高中阶段，具有一定的物理、数学基础，好奇心强，善于接受新事物。

教学要求：教师应注重理论与实践相结合，引导学生进行自主学习、合作探究，培养学生的实际操作能力和团队协作能力。

同时，关注学生的个体差异，因材施教，确保每个学生都能达到课程目标。

在教学过程中，将课程目标分解为具体的学习成果，便于教学设计和评估。

二、教学内容1. 机械手基本结构及功能- 介绍机械手的组成部分，如基座、关节、手臂、手腕、末端执行器等；- 解释各部分功能及其相互关系。

2. 机械手的运动学与动力学- 讲解机械手的运动学原理，包括正运动学、逆运动学；- 分析机械手的动力学特性，如力、扭矩、速度等。

3. 机械手控制系统及编程- 介绍常见的机械手控制系统及其原理；- 指导学生进行简单的机械手编程操作。

4. 机械手应用及发展趋势- 分析机械手在不同领域的应用，如工业生产、医疗、服务业等；- 探讨机械手技术的发展趋势，如智能化、网络化等。

5. 机械手设计与仿真- 教授机械手设计的基本方法，包括需求分析、结构设计、参数计算等；- 引导学生运用相关软件（如CAD、SolidWorks等）进行机械手设计和仿真。

机械原理课程设计 机械手一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握机械手的基本结构及其工作原理，理解并描述机械手各部件的功能和相互关系。

2. 使学生了解并掌握机械手运动学的基本概念，如位置、速度和加速度，并能够运用相关公式进行简单计算。

3. 引导学生掌握机械手的动力学原理，包括力的分析、扭矩计算等，并能应用于实际问题。

技能目标：1. 培养学生运用CAD软件进行机械手结构设计的技能，提高其创新能力和实际操作能力。

2. 培养学生运用数学工具分析机械手运动学和动力学问题的能力，提高解决问题的技能。

3. 培养学生团队合作能力，通过小组讨论、实践操作等形式，共同完成机械手的设计与制作。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对机械原理和机械设计的兴趣，激发其探索科学技术的热情。

2. 培养学生严谨、务实的科学态度，使其在探究机械手过程中学会尊重事实，注重实证。

3. 增强学生的环保意识，使其在设计过程中关注资源利用和节能环保，培养其社会责任感。

课程性质：本课程为机械原理课程设计，旨在通过实践操作，使学生掌握机械手的基本原理和设计方法。

学生特点：学生为高中年级学生，具有一定的物理和数学基础，思维活跃，动手能力强，但可能对机械原理了解较少。

教学要求：结合学生特点，注重理论与实践相结合，充分调动学生的主观能动性，培养其创新精神和实践能力。

通过分解课程目标为具体学习成果，为教学设计和评估提供依据。

二、教学内容1. 机械手基本结构及工作原理：- 教材章节：第二章“机械系统的基本构成”- 内容：介绍机械手的基本组成部分，包括执行机构、驱动系统、控制系统等，并通过实例分析其工作原理。

2. 机械手运动学分析：- 教材章节：第三章“运动学基础”- 内容：讲解位置、速度、加速度等基本概念，引导学生运用数学工具分析机械手的运动学问题。

3. 机械手动力学分析：- 教材章节：第四章“动力学基础”- 内容：介绍力的分析、扭矩计算等动力学原理，并结合实例进行计算和分析。