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自动上下料机械手的设计摘要随着机电一体化技术和计算机技术的应用，机械手的研究和开发水平获得了迅猛的发展并涉及到人类社会生产及生活的各个领域，特别是工业机械手在生产加工中的应用。
机械手是近代自动控制领域中出现的一种新型技术装备，它能模仿人体上肢某些动作，在生产中代替人搬运物体或操持工具进行动作，已成为现代机械制造系统中的一个重要组成部分。
本次设计主要设计自动上下料的机械手，该系统采用液压驱动，传动平稳，且易于控制，控制系统采用一般PLC所具有的位移寄存器和位移指令来编程。
关键词：机械手，液压驱动，控制系统目录1绪论 (1)2 工业机械手的设计方案 (2)2.1 工业机械手的组成 (2)2.2 上下料机械手的工作原理 (3)2.3 规格参数的选择 (3)2.4 设计路线与方案 (4)2.4.1 机械手的总体设计方案 (4)2.4.2 设计步骤 (4)2.4.3 研究方法和措施 (4)3 机械手各部分的计算与分析 (5)3.1 手部计算与分析 (5)3.1.1 滑槽杠杆式手部设计的基本要求 (5)3.1.2 手部的计算和分析 (5)3.2 腕部计算与分析 (12)3.2.1 腕部设计的基本要求 (12)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 (18)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)4 液压系统设计 (29)4.1 液压系统总体设计 (29)4.2 液压元件的选择 (29)4.2.1 液压缸 (29)4.2.2 液压泵的选取要求及其具体选取 (31)4.2.3 选择液压控制阀的原则 (33)4.2.4 选择液压辅助元件的要求 (33)5 液压元件的保养与维修 (37)5.1 液压元件的安装 (37)5.2 液压系统的一般使用与维护 (37)5.3 一般技术安全事项 (37)6 结论 (39)参考文献 (40)致谢 (41)附录 (42)1绪论工业机械手是人类创造的一种机器,更是人类创造的一项伟大奇迹,其研究、开发和设计是从二十世纪中叶开始的。
1 绪论1.1 机器人目前，工业机器人的定义，世界各国尚未统一，分类也不尽相同。
最近联合国国际标准化组织采纳了美国机器人协会给工业机器人下的定义：工业机器人是一种可重复编程的多功能操作装置，可以通过改变动作程序，来完成各种工作，主要用于搬运材料，传递工件。
参考国外的定义，结合我国的习惯用语，对工业机器人作如下定义：工业机器人是一种机体独立，动作自由度较多，程序可灵活变更，能任意定位，自动化程度高的自动操作机械。
主要用于加工自动线和柔性制造系统中传递和装卸工件或夹具[1]。
工业机器人以刚性高的手臂为主体，与人相比，可以有更快的运动速度，可以搬运更重的东西，而且定位精度相当高，它可以根据外部来的信号，自动进行各种操作。
工业机器人是在计算机控制下可编程的自动机器。
采用工业机器人是提高产品质量与劳动生产率，实现生产过程自动化，改善劳动条件，减轻劳动强度的一种有效手段。
机器人的诞生和发展虽只有30多年的历史，但它已应用到国民经济，民事技术等众多的领域，具有广阔的应用和发展前景，显示出强大的生命力[2]。
根据所处的环境和作业需求，工业机器人具有至少一项或多项拟人功能，如抓取功能或移动功能，或两者兼有之，另外还可能程度不等的具有某些环境感知功能（如视觉，力觉，触觉等）。
以及语音功能及至逻辑思维，判断决策功能等。
从而使其能在要求的环境中代替人进行作业。
在工业机器人的诸多功能中，抓取和移动是最主要的功能。
这两项功能实现的技术基础是精巧的机械结构设计和良好的伺服控制驱动。
本次设计就是在这一思维下展开的。
根据设计内容和需求确定圆柱坐标型工业机器人，利用锥齿轮传动实现机器人的旋转，利用液压缸实现其移动以及对零件的抓取。
在步进电机的控制下，机器达到精确的回转运动。
工业机器人的发展，由简单到复杂，由初级到高级逐步完善，它的发展过程可分为三代：第一代工业机器人就是目前工业中大量使用的示教再现型工业机器人，它主要由手部、臂部、驱动系统和控制系统组成。
下料机械手摘要本次设计题目为“下料机械手”，所设计的机械手主要用于机械加工的搬运、下料作业。
本文介绍机械手的定义，机械手的分类、组成及应用意义，说明了自由度和机械手整体坐标的形式。
同时，本文给出了这台机械手的主要性能规格参量。
文章中介绍了下料机械手的设计理论与方法，全面详尽的讨论了下料机械手的手部、手臂以及箱体等主要部件的结构设计。
关键词机械手结构设计自动化AbstractThis design is entitled "Cutting Manipulator" robot designed mainly for machining the handling, cutting operations.This article describes the definition of robot, robot classification, composition and application of significance, indicating a degree of freedom and the coordinates in the form of the whole manipulator. We present this platform manipulator parameters of the main performance specifications.Under article describes the design of Manipulator theory and method，comprehensive and detailed discussion of the material under the robot hand, arm and box structure design of major components.Keywords：Manipulator The design of structure Automation一、前言（一）机械手的定义用于再现人手的功能的技术装置称为机械手。
上下料机械手的结构设计一、绪论1、课题背景在现代工业中，生产过程的机械化、自动化和智能化已成为突出的主题。
化工等连续性生产过程的自动化已基本得到解决，但在机械工业中加工、装配等生产是不连续的。
专用机床是大批量生产自动化的有效办法，程控机床、数控机床及加工中心等自动化机械是有效地解决多品种小批量生产自动化的重要办法。
但除切削加工本身外，还有大量的装卸、搬运及装配等作业有待于进一步实现机械化，机器人的出现并得到应用为这些作业的机械化奠定了良好的基础。
“工业机器人”（Industrial Robot）：多数是指程序可变（编）的独立的自动抓取，搬运工件，操作工具的装置（国内称作工业机器人或通用机器人）。
机器人是一种具有人体上肢的部分功能，工作程序固定的自动化装置，具有结构简单，成本低廉，维修容易的优势，但功能较少，适应性较差。
目前，我国常把具有上述特点的机器人称为专用机器人，而把工业机械人称为通用机器人。
简而言之，机器人就是用机器代替人手，把工件由某个地方移向指定的工作位置，或按照工作要求以操纵工件进行加工。
机器人一般分为三类：第一类是不需要人工操作的通用机器人，即本文所研究的对象。
它是一种独立的，不附属于某一主机的装置，可以根据任务的需要编制程序以完成各项规定操作，它是除具备普通机械的物理性能之外还具备通用机械、记忆和智能的三元机械；第二类是需要人工操作的，称为操作机 (Manipulator) 它起源于原子、军事工业，先是通过操作机来完成特定的作业，后来发展到用无线电讯号操作机器人来进行探测月球等。
工业中采用的锻造操作机也属于这一范畴；第三类是专业机器人，主要附属于自动机床或自动生产线上用以解决机床上下料和工件传送，这种机器人在国外通常被称之为“Mechanical Hand”，它是为主机服务的，由主机驱动，除少数外工作程序一般是固定的，因此是专用的。
机器人按照结构形式的不同又可分为多种类型，其中关节型机器人以其结构紧凑，所占空间体积小，相对工作空间最大，甚至能绕过基座周围的一些障碍物等这样一些特点，成为机器人中使用最多的一种结构形式，世界一些著名机器人的本体部分都采用这种机构形式的机器人。
上下料机械手毕业设计摘要：本文介绍了一种上下料机械手的设计方案。
该机械手主要由机械结构、运动控制系统和自动化控制系统三个部分组成。
机械结构采用钢材和铝合金制作，并通过特殊的设计实现了稳定可靠的运动。
运动控制系统采用伺服电机和编码器实现机械手的精准定位和运动控制。
自动化控制系统采用PLC和HMI实现工作流程的自动化控制和监控。
该设计方案具有结构简单、操作简便、稳定可靠等特点，适用于工业自动化领域的上下料操作。
1.引言上下料机械手是一种用于工业自动化上下料操作的装置，具有结构简单、操作便利、效率高等优点，广泛应用于各个领域。
然而，目前市场上的上下料机械手仍存在一些问题，比如结构不稳定、运动不精准等。
为了解决这些问题，本文提出了一种新的上下料机械手设计方案。
2.设计方案2.1机械结构该机械手的机械结构主要由钢材和铝合金制成，具有足够的强度和刚度。
并且，机械结构采用了特殊的设计，使得机械手在运动时具有稳定可靠的特性。
同时，机械手还配备了一些传感器，用于检测工件和夹具的位置和状态。
2.2运动控制系统该机械手的运动控制系统主要由伺服电机和编码器组成，用于实现机械手的精准定位和运动控制。
伺服电机通过控制电流来控制机械手的运动，编码器用于检测机械手的位置和速度。
2.3自动化控制系统该机械手的自动化控制系统主要由PLC和HMI组成，用于实现工作流程的自动化控制和监控。
PLC负责控制机械手的各个动作，如夹取、放置等，HMI用于操作和监控整个系统。
3.实验与结果为了验证该机械手的设计方案，我们进行了一系列实验。
实验结果表明，该机械手能够稳定可靠地完成上下料操作，并且具有较高的定位精度和运动控制精度。
同时，该机械手的自动化控制系统能够有效地提高工作效率。
4.结论本文设计了一种上下料机械手的新方案，该方案具有结构简单、操作简便、稳定可靠等特点，适用于工业自动化领域的上下料操作。
然而，该设计方案还有一些局限性，比如只适用于特定工件和夹具。
上下料机械手结构设计
上下料机械手是工业自动化领域中常见的设备，用于在生产线
上进行物料的搬运和装配。
其结构设计需要考虑以下几个方面：
1. 机械手类型，根据实际需求，可以选择不同类型的机械手，
比如直线运动机械手、旋转机械手、SCARA机械手等。
每种类型的
机械手都有其适用的场景和特点，需要根据具体的作业需求来选择。
2. 关节结构，机械手通常由多个关节组成，关节的结构设计需
要考虑到负载能力、精度要求、速度要求等因素。
常见的关节结构
包括直线传动、齿轮传动、伺服电机驱动等，需要根据具体情况选
择最合适的结构。
3. 末端执行器，末端执行器是机械手的关键部件，用于实际的
物料抓取、放置和装配。
末端执行器的设计需要考虑到抓取力度、
抓取形状、灵活性等因素，常见的末端执行器包括气动夹爪、机械
夹具、吸盘等。
4. 控制系统，机械手的结构设计需要与控制系统相匹配，确保
机械手能够按照预定的路径和速度进行运动。
控制系统通常包括传
感器、编码器、控制器等部件，需要与机械手的结构设计相协调。
5. 安全性考虑，在机械手的结构设计中，需要考虑到安全性因素，确保机械手在运行过程中不会对操作人员或周围环境造成伤害。
这包括安全防护装置的设置、紧急停止系统的设计等。
综上所述，上下料机械手的结构设计需要综合考虑机械手类型、关节结构、末端执行器、控制系统和安全性等多个方面的因素，以
确保机械手在实际生产中能够高效、安全地完成物料的搬运和装配
任务。
下料机械手设计摘要本文提出了机械手一般由执行机构、驱动系统、控制系统及检测装置三大部分组成，智能机械手还具有感觉系统和智能系统。
本篇是按照给定的设计参数，完成了机械手的设计计算，通过计算，确定了机械手夹紧缸和升降缸的活塞直径和活塞行程及回转缸的结构尺寸、按照有关参考资料和设计任务书的要求，完成了机械手的总体布置和设计。
根据设计计算的过程，分手部，手臂伸缩，手臂回转，驱动系统，电气系统介绍了12KG 下料机械手设计过程并编写了毕业设计说明书一份。
本设计的目的是利用机械手是模仿人的手部动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运和操作是集机械、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制造业重要的自动化装备。
它特别是在高温、高压、多粉尘、易燃、易爆、放射性等恶劣环境中，以及笨重、单调、频繁的操作中代替人作业，因此获得日益广泛的应用。
关键词：机械手；执行机构；驱动系统；控制系统；电气系统;CAD 制图。
Blanking Manipulator DesignAbstractThe manipulator is the industry robot important constituent, It may be called the industry robot in very many situations. The industry robot is the collection machinery, electronic, thecontrol, the computer, the sensor, the artificial intelligence and soon the multi-disciplinary advanced technology to a body modernmanufacturing industry important automation equipment. The manipulator imitates person's hand movement, according to assignsthe procedure, the path and the request realization automaticallycaptures, the transporting and the operation automatic device. It specially is in the high temperature, the high pressure, the multi-dust, flammable, explosive, radioactive and so on in the adversecircumstance, as well as is unwieldy, monotonously, in the frequentoperation replaces the person work, therefore obtains day by day thewidespread application. The manipulator generally by the implementing agency, the actuationsystem, the control system and the detector set three major part iscomposed, the intelligent manipulator also has the feeling system andthe intelligent system. This is according to the main technical specification and the requestwhich assigns, divides the hand, the arm expands and contracts, thearm rotation, the actuation system, the electrical system introducedthe 8KG yummy treats manipulator designs the process.Keywords: Manipulator Implementing agency Actuation system Control system Electrical system目录摘要 (I)ABSTRACT ............................................................................................................. I I 第一章绪论.. (1)1.1工业机械手的设计目的 (1)1.2工业机械手在生产中的作用 (1)1.3工业机械手的分类 (1)1.3.1按规格（所搬运的工件重量）分类 (1)1.3.2按功能分类 (1)1.3.3按用途分类 (2)1.4工业机械手的组成 (2)1.5工业机械手的技术发展方向 (2)1.6工业机械手的设计的内容 (3)第二章手部的设计 (4)2.1手部的功能、分类 (4)2.2夹钳式手部设计的基本要求 (4)2.3夹钳式手部的计算与分析 (5)2.3.1夹紧液压缸的计算 (5)2.3.2液压缸直径Ｄ的确定 (7)第三章手臂的设计计算 (8)3.1手臂作升降运动的液压缸驱动力计算 (8)3.1.1液压缸活塞的驱动力的计算 (8)3.2 确定液压缸的结构尺寸 (12)3.2.1液压缸内径的计算 (12)3.2.2液压缸壁厚计算 (12)3.3缸盖螺钉的计算 (13)第四章手臂回转液压缸的设计计算 (15)4.1 手臂回转时所需要的驱动力矩 (15)4.2回转缸内径D的计算 (17)4.3缸盖联接螺钉和动片联接螺钉计算 (18)4.3.1缸盖联接螺钉计算 (18)4.3.2动片与输出轴联接螺钉计算 (19)4.3.3 花键轴的设计校核 (21)4.3.4 升降液压缸和回转缸的轴承选择 (24)5.1机械手驱动系统的选择 (25)5.1.1各类驱动系统的特点 (25)5.1.2工业机械手驱动系统的选择原则 (25)5.2 液压驱动系统 (26)5.2.1液压系统传动方案的确定 (26)5.3计算和选择液压元件 (27)5.3.1液压泵 (27)5.3.2选择液压控制阀 (28)5.3.3选择液压辅助元件 (28)5.3.4拟定液压系统 (29)第六章电气控制系统 (35)6.1 电气控制系统简介 (35)6.2机械手的电气控制 (36)结论 (37)致谢 (38)参考文献 (39)第1章绪论1.1工业机械手的设计目的工业机械手设计是机械手机械制造,机械设计和机械电子工程(机电一体化)等专业的一个重要的教学环节,是学完技术基础课及有关专业课的一次专业课内容的综合设计.通过设计提高学生的机构分析与综合的能力,机械结构设计的能力,机电液一体化系统设计能力,掌握实现生产过程自动化的设计方法.通过设计把有关课程(机构分析与综合,机械原理,机械设计,液压与气压技术,自动控制理论,测试技术,数控技术,微型计算机原理及应用,自动机械设计等)中所获得的理论知识在实际中综合地加以运用,使这些知识得到巩固和发展,并使理论知识和生产密切地结合起来.工业机械手设计是机械设计及制造专业和机械电子工程专业的学生一次比较完善的机电一体化设计.通过设计,培养学生独立的机械整体设计的能力,树立正确的设计思想,掌握机电一体化机械产品设计的基本方法和步骤,为自动机械设计打下良好的基础.通过设计,使学生能熟练地应用有关参考,计算图表,手册,图册,和规范;熟悉有关国家标准和部颁标准,以完成一个工程技术人员在机械整体设计方面所必须具备的基本技能训练.1.2工业机械手在生产中的作用a .建造旋转体零件b .实习单机自动化c .锻，焊，热处理等热加工方面1.3工业机械手的分类1.3.1按规格（所搬运的工件重量）分类a .微型的搬运重量在1kg以下b .小型的搬运重量在10kg以下c .中型的搬运重量在50kg以下d .大型的搬运重量在500kg以下1.3.2按功能分类a .简易型工业机械手有固定程序和可变程序两种。
固定程序由凸轮转鼓或挡块转鼓控制，可变程序用插销板或转鼓控制来给定程序。
b .记忆再现型工业机械手这种工业机械手由人工通过示教装置领教一遍，由记忆元件把程序记录下来，以后机械手就自动按记忆的程序重法进行循环动作c .计算机数字控制的工业机械手可通过更换穿孔带或其他记忆介质来改变工业机械手的动作程序，还可以进行多机控制。
d .智能工业机械手由电子计算机通过各种传感元件等进行控制，具有视觉，热觉，触觉，行走机构等1.3.3按用途分类a .专用机械手附属于主机的，具有固定程序而无独立控制系统的机械装置。
这种机械手工作对象不变，动作固定，结构简单，使用可靠，适用于成批，大量生产的生产自动线或专机作为自动上，下料用。
b .通用机械手具有独立控制系统，程序可变，动作灵活多样的机械手。
通用机械手的工作范围大，定位精度高，通用性强，适用于工件经常变换的中，小批量自动化生产。
1.4工业机械手的组成工业机械手是由执行机构，驱动系统和控制系统所组成a 执行机构执行机构由抓取部分(手部),腕部,肩部和行走机构等运动部件组成b 驱动机构有气动,液动,电动和机械式四种形式c 控制系统有点动控制和连续控制两种方式.大多数用插销板进行点位程序控制,也有采用可编程序控制器控制,微型计算机数字控制,采用凸轮,磁盘磁带,穿孔卡等记录程序.主要控制的是坐标位置,并注意其加速度特性.d 基体(机身)基体是整个机械手的基础1.5工业机械手的技术发展方向国内外实际上使用的定位控制的机械手,没有"视觉"和"触觉"反馈.目前.世界各国正积极研制带有"视觉"和"触觉"的工业机械手,使它能对所抓取的工件进行分辨,选取所需要的工件,并正确地夹持工件,进而精确地在机器中定位,定向.为使机械手有"眼睛"去处理方位变化的工件和分辨形状不同的零件,它由视觉传感器输入三个视图方向的视觉信息,通过计算机进行图形分辨,判别是否是所要抓取的工件.为防止握力过大引起物件损坏或握力过小引起物件滑落下来,一般采用两种方法:一是检测把握物体手臂的变形,以决定适当的握力;另一种是直接检测指部与物体的滑落位移,来修正握力.因此这种机械手就具有以下几个方面的性能a .能准确地抓住方位变化的物体b .能判断对象的重量c .能自动闭开障碍物d .抓空或抓力不足是能检测出来这种具有感知能力并能对感知的信息作出反应的工业机械手称为智能机械手,它是具有发展前途的.现在,工业机械手的使用范围只限于在简单复杂的操作方面节省人力,其效益是代替人从事繁重的工作和危险的工作,在恶劣环境下尤其明显.至于在汽车工业和电子工业之类的费工的工业部门,机械手的应用情况决不能说是很好的.虽然这些工业部门工时不足的问题很尖锐,但采用机械手只限于一小部分工序.其原因之一是,工业机械手的性能还不能满足这些部门的要求,适于机械手工作的范围很小.另外经济性问题当然也很重要,采用机械手来节约人力从经济上看不一定总是合算的,然而,利用机械手或类似机械设备节省和实现生产合理化的要求,今后还会增长.1.6工业机械手的设计的内容a .拟订整体方案,特别是传感,控制方式与机械本体的有机结合的设计方案.b .根据给定的自由和技术参数选择合适的手部,腕部,肩部和机身的结构.c .各部件的设计计算d .工业机械手工作装配图的设计与绘图e .液压系统图的设计与绘图f .电气控制的绘制g .编写设计计算说明书第2章手部的设计2.1手部的功能、分类机械手的手部是用来抓取并握紧工件的，它包括手爪和夹紧装置两部分。
