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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 forgrasping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)抓件液压机械手设计摘要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。
目录第一章引言 (2)1.1 机械手的分类 (2)1.2 机械手的组成 (5)1.3 应用机械手的意义 (7)第二章总体技术方案及系统组成2.1 原始数据 (8)2.2 工作要求 (8)2.3 系统组成 (9)2.4 总体技术方案 (9)2.4.1 动作分析 (10)2.4.2 手部 (10)第三章机修手的液压部分3.1 液压系统的工作原理 (12)3.2 液压传动的工作特性 (12)3.3 液压系统的组成 (12)3.4 液压系统的优,缺点 (13)第四章回转装置的总体组成和结构设计4.1 回转装置的组成 (15)4.1.1 执行件 (15)4.1.2 传递件 (15)4.1.3 驱动件 (15)4.1.4 控制系统 (16)第五章机械传动方案的设计与计算5.1 小车的主要组成部分 (17)5.2 同步带传动方式优缺点 (17)5.3 驱动动力源 (18)5.4 机械方案的传动设计计算 (19)5.4.1 设计数据确定 (19)5.4.2 同步带的结构设计计算 (20)总结与展望 (25)设计小结 (26)致谢 (27)参考文献 (28)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的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、喷绘、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。
本课题将设计一台三自由度的工业机器人，用于给冲压设备运送物料。
首先。
本课题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。
AbstractIn the modern large-scale manufacturing industry, enterprises to improve production efficiency, guarantee the product quality, the general importance of the production process automation, industrial robots for automatic production line important members, the company gradually recognized and used. Industrial robot technology and applications to some extent reflect the level of a country's level of industrial automation, at present, the industrial robot is mainly responsible for the welding, printing, handling and stacking repetitive labor intensity and great work, work are normally taken to teaching and playback mode.This topic is to design a industrial robot with three DOFs, used for the transportation of materials to the stamping device. First. This topic will be the design of robot base, big arm, small arms and the structure of the manipulator, and then select the appropriate drive, driving mode, build the structure of robot platform.第一章引言机械工业是国民的装备部，是为国民经济提供装备和为人民生活提供耐用消费品的产业。
毕业设计工业机器人机械手及其控制系统设计Design of industrial robot manipulator and its control system系别：机械与汽车工程系专业名称：机械设计制造及其自动化学生姓名：郭仕杰学号：06101315指导教师姓名、职称：贺秋伟副教授完成日期2014 年4月 30 日吉林大学珠海学院毕业设计任务书摘要工业机器人技术是近年来新技术发展的重要领域之一，是以微电子技术为主导的多种新兴技术与机械技术交叉、融合而成的一种综合性的高新技术。
这一技术在工业、农业、国防、医疗卫生、办公自动化及生活服务等众多领域有着越来越多的应用。
工业机器人在提高产品质量、加快产品更新、提高生产效率、促进制造业的柔性化、增强企业和国家的竞争力等诸多方面有着举足轻重的地位。
而机械手是工业机器人系统中传统的任务执行机构，是机器人的关键部件之一；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；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。
尤其在高温、高压、粉尘、噪声以及带有放射性和污染的场合，应用得更为广泛。
本课题将设计一台四自由度的工业机器人，将会被用作自动送料装置。
主要工作部件及设计重点就是机械手。
第一，本人将设计该机器人的底座、大臂、小臂以及执行机构机械手爪的结构和模型；第二，再设计出适合于该机器人的驱动、传动方式，以期构成其的结构平台。
最后，在此基础上再将其控制系统设计出来，由下面几个步骤组成：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。
其中重点要加强控制软件的可靠性和机器人运行过程的安全性，最终要实现的目标包括：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：工业机器人；机械手；驱动；控制AbstractIndustrial robot technology is one of the important fields in the development of new technologies in recent years, is a cross, a variety of emerging technology and mechanical technology integration with microelectronics technology as the leading into a comprehensive high and new technology. This technology has been used more and more in the fields of industry, agriculture, national defense, medical, office automation and service life. Industrial robots play a decisive role in improving the quality of products, to speed up the update products, improve production efficiency, promote manufacturing flexibility, strengthen enterprise and national competitiveness etc. The manipulator is the traditional task execution mechanism of industrial robot system, is one of the key components of the robot; is a product of modern control theory and automation of industrial production practice, and to become an important part of modern mechanical manufacturing system; it is one of the effective ways to improve the production process automation, improve working conditions, to improve the product quality and production efficiency. Especially with a radioactive pollution in high temperature, high pressure, dust, noise and occasions, more widely applied.This topic will be the design of industrial robot with a four degree of freedom, will be used for the automatic feeding device. The main working parts and design focus is manipulator. First, the base, I will design the robot big arm, small arm and gripper actuator structure and model; second, redesign drive, drive mode suitable for the robot, in order to form the structure of platform. Finally, on the basis of the designed control system, consisting of the following steps: the design of data acquisition card and servo amplifier selection, feedback system and the feedback component selection, terminal board circuit design and control software. The key to strengthen the security of operation reliability and robot control software, to achieve the ultimate goals include: Joint servo control and brake problems, real-time monitoring the movement of each joint of robot, robot teaching programming and online modify the program, set the reference point and the reference point return.Key Words：Industrial robot; Manipulator; Drive; Control目录1绪论 (1)1.1工业机器人简介 (1)1.1.1发展史 (1)1.1.2特点 (1)1.1.3构造分类 (2)1.1.4 应用 (3)1.2国内外发展状况 (4)1.2.1 国外发展 (4)1.2.2 国内发展 (5)1.3工业机器人发展趋势 (5)2 工业机器人试验平台及机械手设计 (6)2.1机械手设计 (6)2.1.1机械手简介 (6)2.1.2 机械手分类 (6)2.1.3具体结构设计 (7)2.2工业机器人基座与连杆设计 (9)2.2.1基座的设计 (9)2.2.2大臂设计 (9)2.2.3小臂设计 (10)2.3工业机器人自由度及关节的设计 (10)2.4选择合适的驱动方式 (11)2.4.1电机驱动 (11)2.4.2液压驱动 (12)2.4.3气压驱动 (12)2.4.4驱动方式的确定 (13)2.5选择合适的传动方式 (13)2.6选择合适的制动器 (14)3控制系统硬件的组成 (15)3.1选择合适的控制系统模式 (15)3.2建立合适的控制系统模型 (16)4控制系统软件的选取和设计 (19)4.1预期实现动作 (19)4.2实现手段 (19)4.2.1 各关节运动控制及监测 (19)4.2.2 直流电机伺服控制 (20)4.2.3 电机自锁 (20)4.2.4 程序的在线修改与示教控制 (22)4.2.5 参考点的设置 (22)5总结 (22)5.1设计经验 (22)5.2 误差分析 (23)5.3 总体评价 (23)致谢 (23)参考文献 (24)1绪论1.1工业机器人简介1.1.1发展史1920年由著名捷克斯洛伐克作家查培克所作剧本《罗萨姆的万能机器人》里第一次出现了“机器人”这个名词，但最初”Robot”一词是苦力的意思，指的是一台类人的且具有特殊功能的机器，为一种人造苦力。
阳泉学院----毕业设计说明书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、取件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。
本文将设计一台三自由度的工业机器人，用于给注塑机取出成品。
关键词：机器人；气缸；注塑机；结构设计目录摘要 (1)1 前言 (4)1.1机器人概述 (4)1.2机器人的历史、现状 (5)1.3机器人发展趋势 (6)2 机械手设计方案 (8)2.1机械手基本形式的选择 (8)2.2驱动装置的选择 (10)3 引拔设计 (12)3.1设计参数 (12)3.2方案设计 (12)3.3引拔机构结构设计 (12)3.3.1 引拔气缸参数计算 (12)3.3.2 附加导向杆机构设计 (14)4 机械臂的设计 (15)4.1设计参数 (15)4.2方案设计 (15)4.3机械臂气缸的选用 (15)4.3.1 预选气缸的缸径[3] (15)4.3.2 预选气缸行程 (16)4.3.3 验算缓冲能力 (16)4.3.4 活塞杆长度的验算 (16)4.3.5 计算气缸的空气消费量 (16)4.3.6 选择活塞杆端部接头 (16)4.3.7 选择气缸的品种和安装形式 (16)5 横行的设计 (18)5.1设计参数 (18)5.2方案设计 (18)5.3横进气缸的选用 (19)5.4导轨设计 (20)6 机械手结构设计 (21)6.1夹持器设计的基本要求 (21)6.2夹紧装置设计. (21)6.2.1 夹紧力计算 (21)6.2.2 驱动力计算 (22)6.2.3 气缸驱动力计算 (22)6.2.4 选用夹持器气缸[2] (23)6.2.5 手爪的夹持误差及分析[4] (23)6.2.6 楔块等尺寸的确定 (26)6.2.7 材料及连接件选择 (29)7 气动顺序动作的确定 (31)8 安装 (32)9 维护 (33)8.1机械手循环周期 (33)8.2导轨和轴承 (33)8.3驱动系统 (33)8.4气动系统 (34)8.5真空抓手回路 (34)8.6注意配线磨损 (35)8.7检查润滑 (35)8.8检查成型设备 (36)10 结论 (37)参考文献 (38)致谢 (39)1 前言1.1 机器人概述在现代工业中，生产过程的机械化、自动化已成为突出的主题。
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。
摘要在当今大规模的制造业中，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，工业机械手作为自动化生产线上的重要成员，逐渐被企业认同并采用。
工业机械手的技术水平和应用程度在一定程度上反映了一个国家的工业自动化水平。
目前，工业机器人主要承担着焊接、喷涂、搬运以及堆垛等重要性并且劳动强度极大的工作，工作方式一般采取试教在线的方式。
本文将设计一台四自由度的工业机械手，用于给冲压设配运送物料。
首先，本文将设计工业机器人的底座、手、手腕、臂部等结构。
然后选择合适的传动方式，驱动方式，搭建工业机器人的结构平台。
在此基础上，本文将设计该机械手的控制系统，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械手运行的安全性。
最终实现目标包括：关节的伺服控制和制动问题实时的检测机械手的各关节的运动情况，机械手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：机械手；示教编程；伺服；制动ABSTRACTIn today's large-scale manufacturing, the enterprise to improve production efficiency and ensure product quality, universal attention production process automation degree, manipulator as an important member of automatic production line, gradually by enterprise and the use of identity. Industrial robot technology level and application degree to a certain extent reflect a nation of industrial automation level. Currently, the manipulator main bear the welding, painting, handling and storage, and the intensity of labor great importance of the work, work way to try to teach the general way online.This paper will design a four degrees of freedom industrial robot, are used to transport materials with stamping set. First of all, this article will design the base of the industrial robot hand, wrist, arm, the structure, etc. And then choose the appropriate transmission mode, driving way, build the structure of manipulator platform. On this basis, this paper will design the system control system, including data collection card and the choice of servo amplifiers, feedback and feedback of components of the way choice, terminal board circuit design and control of the software design, focusing on the reliability of the control software and operation safety of manipulator. Finally realize the goals include: the joint servo control and braking problems in real time detection of each joint movement of the manipulator, the manipulator. Teaching program and on-line modification program, set the reference points and back to the point of reference.Keywords: Manipulator; Demonstration program; Servo; brake.目录摘要 ......................................................................... 错误!未定义书签。
工业机器人毕业设计仅可以提高生产效率，降低生产成本，还能保障产品质量和员工安全。
因此，工业机器人在现代制造业中扮演着不可或缺的角色。
本文旨在设计一台圆柱坐标型的工业机器人，用于给冲压设备运送物料。
1.2工业机器人在国内外的发展现状与趋势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，工业机器人在国内外的应用已经非常广泛，尤其是在汽车、电子、机械制造等行业。
随着科技的不断进步和人工智能的发展，工业机器人的智能化、高精度、高速度、高灵活性等方面也在不断提高。
未来，工业机器人将更加普及和应用，成为现代制造业的重要支撑。
2总体方案的确定2.1结构设计概述本文将设计机器人的大臂、小臂、底座和机械手的结构，以实现机器人的高精度、高速度、高灵活性等特点，从而更好地满足冲压设备的物料运输需求。
2.2基本设计参数在设计机器人的结构时，需要考虑到各个部件的尺寸、重量、负载能力等基本设计参数，以确保机器人的稳定性和可靠性。
2.3工作空间的分析机器人的工作空间也是设计中需要考虑的重要因素，需要根据冲压设备的物料运输需求，确定机器人的工作空间范围。
2.4驱动方式机器人的驱动方式是影响其运动精度和速度的重要因素，本文将选择合适的驱动方式，以保证机器人的高精度和高速度。
2.5传动方式确定机器人的传动方式也是影响其运动精度和速度的重要因素，本文将选择合适的传动方式，以确保机器人的高精度和高速度。
3搬运机器人的结构设计3.1驱动和传动系统的总体结构设计本文将设计机器人的驱动和传动系统，以确保机器人的高精度和高速度。
3.2手爪驱动气缸设计计算机器人的手爪驱动气缸是机器人搬运物料的重要部件，本文将进行手爪驱动气缸的设计计算，以确保机器人的高负载能力和稳定性。
3.3进给丝杠的设计计算进给丝杠是机器人运动的重要部件，本文将进行进给丝杠的设计计算，以确保机器人的高精度和高速度。
3.4驱动电机的选型计算驱动电机是机器人驱动系统的核心部件，本文将进行驱动电机的选型计算，以确保机器人的高精度和高速度。
机械手毕业设计说明书一、设计目的本毕业设计旨在设计一种机械手，能够根据预先设定的程序自动执行各种操作。
通过该设计，可以提高工作效率，减少人力成本，同时具备高精度和高可靠性。
二、设计背景近年来，随着工业自动化的不断发展，机械手在工业生产中的应用越来越广泛。
机械手凭借其高速、高精度、高可靠性等优势，成为工厂生产线上的重要设备之一。
因此，设计一种功能强大的机械手对于工业生产的提升具有重要意义。
三、设计内容1.机械结构设计本设计采用七自由度机械手结构，包括基座、旋转关节、摇摆关节、剪切关节以及爪子等部分。
结构设计中要考虑刚性、稳定性以及重量平衡等因素，确保机械手能够准确地执行各种操作。
2.传感器系统设计为了使机械手具备自主感知能力，本设计将配备多种传感器，如力传感器、视觉传感器等。
通过传感器系统的设计，机械手可以根据实时的反馈信息进行运动控制，提高操作的准确性和安全性。
3.运动控制系统设计运动控制系统是机械手的核心部分，本设计将采用PLC （可编程逻辑控制器）作为控制器，结合伺服驱动器实现机械手的精确定位和协调运动。
通过编写程序，机械手可以根据预先设定的路径和信号执行各种操作。
四、设计过程1.需求分析针对机械手的应用场景和功能需求，进行需求分析。
确定机械手所需执行的任务类型、速度要求、负载能力等。
2.机械结构设计根据需求分析，设计机械手的结构，包括基座、旋转关节、摇摆关节、剪切关节和爪子等。
进行力学分析和模拟，确保结构设计的合理性和可靠性。
3.传感器系统设计根据需求分析，确定机械手所需的传感器类型和数量。
选择合适的传感器并安装在机械手上，设计传感器的接口电路和数据处理算法。
4.运动控制系统设计选择合适的PLC和伺服驱动器，进行硬件选型和连接。
编写控制程序，实现机械手的位置控制、速度控制和力控制等功能。
5.整体集成与测试将机械结构、传感器系统和运动控制系统进行整体集成。
进行系统测试，检验机械手的功能和性能是否满足设计要求。
摘要在当今轮毂制造业中，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。
本文设计和研究了一个六自由度的工业机器人，用于生产线的进送料和装配。
首先，本文对生产线布局进行改造设计，提高生产的工作效率，然后，根据设计要求设计了机器人的整体方案和具体的机械结构，选择了合适的传动方式、驱动方式，设计了机器人的底座、大臂、小臂和手部的结构；并且对机器人的传动结构进行设计，机器人为六自由度关节型机器人，全部采用转动关节，关节处采用电机，减速机，齿轮传动机构，蜗轮蜗杆传动机构来实现各个自由度，从而实现所需的运动。
在此基础上，本文将设计该机器人的控制系统，采用PC+DSP运动控制卡的控制方式，确定了控制系统的总体方案，设计了PCI 总线接口电路和DSP。
关键词: 六自由度工业机器人；生产线；结构设计；控制系统；各位如果需要此设计的全套内容（包括二维图纸、中英文翻译、完整版论文、程序、答辩PPT）可加解。
AbstractIn 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 playback way.In this paper ,I will design an industrial robot with six DOFs.First, I will transform line layout and design the structure of the baseto improve the work efficiency of production ,and then, according to the design requirements ,I design the robot mechanical structure of the overall plan and specific ,and chose the right means of transmission and drive mode,Then ,I design the big arm, the small arm and the end manipulator of the robot,and I design the transmission structure, This robot is a 6-DOF joint robot,These joints are all rotary joints, joints used motor, reducer, gear transmission, worm gear and worm drive mechanism to realize various degrees of freedom, so as to achieve the required movement.On this basis, this paper will design the control system of the robot, which controlled by PC and DSP motion control card, and determine the overall scheme of the control system, design DSP and PCI bus interface circuit .Keywords: 6-DOF industrial robot, line layout , structure design, the control system目录摘要 (I)Abstract ............................................................................................................. I I 第1章绪论 . (5)1.1 课题背景及研究的目的和意义 (5)1.2国内外在该方向的研究现状及分析 (6)1.3 本文的主要研究内容 (9)第2章生产线布局及总体方案的确定 (9)2.1 生产线布局方案 (9)2.1.1机械手 (10)2.1.2 工作流程 (10)2.1.3方案预期达到的目标 (11)2.2总体方案的设计 (11)2.2.1机构的选型 (11)2.2.2驱动方式的选择 (12)2.2.3 传动方案的选择 (13)2.2.4 总体结构方案设计 (14)2.2.5控制方案的设计 (17)2.2.6技术参数列表 (17)2.3 本章小结 (18)第3章结构的设计 (19)3.1 引言 (19)3.2 电机力矩的计算以及驱动电机的选择 (19)3.3减速器的设计 (21)3.4 腰部的设计 (21)3.5 手臂的设计 (22)3.5.1手臂的设计基本要求 (22)3.5.2大臂和小臂 (22)3.5.3连杆 (24)3.6手腕部的设计 (24)3.7末端执行器的设计 (24)3.8本章小结 (26)第4章传动系统的设计及校核 (26)4.1腰部蜗轮蜗杆设计及校核 (26)4.2 腕部传动系统设计及校核 (27)4.2.1传动方案 (27)4.2.2齿轮的设计及校核 (27)4.2.2.1齿轮组设计 (27)4.2.2.2 直齿圆锥齿轮的设计 (27)4.2.3 轴的设计 (27)4.3 本章小结 (29)第5章控制系统设计 (29)5.1 引言 (29)5.2 控制系统的设计 (29)5.2.1 控制系统的类型选择 (29)5.2.2 控制系统的硬件电路 (30)5.3 PCI的接口设计 (30)5.4 DSP的设计 (31)5.4.1 DSP概述 (31)5.4.2 DSP硬件电路 (31)5.4.3 DSP软件 (32)5.5本章小结 (32)结论 (32)参考文献 (34)致谢 (35)第1章绪论1.1 课题背景及研究的目的和意义轮毂制造业属于劳动密集型的行业，除了繁重的体力工作外，几乎每个工序都存在着对人体有害的污染源和潜在的工伤事故:热加工工序烫灼伤的危险，大量易燃易爆燃料及消耗材料时时刻刻威胁着操作手的安全;铝液除气除渣产生的有毒烟尘，机加工冷却液的有害蒸汽，以及涂装工序液体漆、粉漆、前处理药液等等都会严重影响工人的健康;无处不在的轰鸣及刺耳的噪音会使你情绪坏到极点。
第1章绪论1.1工业机械手的概述（1）工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。
工业机械手的是工业机器人的一个重要分支。
它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。
业机器人机械手是模仿人的手部动作，按照给定的程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运和操纵的自动装置，它是机械化、自动化的重要手段。
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。
机械手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。
工业机械手可以在高温、高压、危险、易燃、易爆、放射性等恶劣的环境，以及笨重、单调、频繁的操作中，代替人的工作，具有重要的意义。
在机械加工中，冲压、铸造、锻造、焊接、热处理、电镀、喷漆、装配以及轻工业、交通运输、国防工业等各方面，也已愈来愈引起人们的重视。
机械手作业的准确性和各种环境中完成作业的能力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景。
（2）我国机器人的发展状况我国工业机器人发展于20世纪70年代，经过30多年的发展，大致经历了三个阶段：70年代的萌芽期，80年代的开发期，90年代的适用化期。
20世纪70年代是世界科技发展的一个里程碑：人类登上了月球，实现了金星、火星的软着陆。
我国也发射了人造卫星，世界范围内工业机器人的应用掀起了一个高潮，尤其在日本发展更为迅猛，它补充了日益短缺的劳动力。
在这种情况下，我国于1972开始研究制造自己的机器人。
进入20世纪80年代后，随着改革开放的不断深入，在高科技浪潮的冲击下，我国机器人技术的开发与研究得到了政府的重视与支持。
“七五”期间，国家投入资金，对工业机械人及其零部件进行攻关，完成了工业机械人的成套技术的开发，研制出了喷漆取得了一大批科研成果，成功地研制出了一批特种机器人。
从20世纪90年代初期起，我国的国民经济进入实现两个根本转变时期，掀起了新一轮的经济体制改革和技术进步的热潮。
我国的工业机器人又在实践中迈出了一大步，先后研制出一批点焊、装配、喷漆、切割、搬运、包装、码垛等各种用途的工业机器人，并实施了一批机器人应用工程，形成了一批机器人产业化基地，为我国机器人产业的腾飞奠定了基础。
目前我国机器人的研究主要内容如下：①示教再现型工业机器人的产业化技术的研究这些研究主要包括：关节式、侧喷式、顶喷式、龙门式喷涂机器人的标准化、通用化、模块化、系列化设计；柔性仿形喷涂机器人的开发；焊接机器人的标准化、通用化、模块化、系列化设计；弧焊机器人用激光视觉焊缝跟踪装置的开发；焊接机器人的离线示教编程以及工作站系统动态仿真；电子行业用装配机器人产品标注化、通用化、模块化、系列化设计；批量生产机器人所用的专用制造、装配、测试设备和工具的研究的开发。
②智能机器人的开发这些研究主要包括：遥控加局部自主系统构成和控制策略研究；智能移动机器人的导航很定位技术研究；面向遥控机器人的虚拟现实系统；人机交互环境建模系统；基于计算机屏幕的多机器人遥控技术。
③机器人化机械研究开发这些研究开发主要包括：并联机构机床与机器人化加工中心开发研究；机器人化无人职守和具有自适应能力的多机遥控操作的大型散料输送设备④以机器人为基础的重组装配系统这些系统主要包括；开放式模块化装配机器人；面向机器人装配的设计技术；机器人柔性化装配系统设计技术，可重构机器人柔性装配系统设计技术；装配力觉、视觉技术；智能装配策略以及控制技术⑤多传感信息融合与配制技术该技术主要包括：机器人的传感器配制和融合技术在水泥生产过程配制和污水处理自动控制系统中的应用；机电一体化智能传感器的设计应用。
1.2 工业机械手设计方案的选择工业机械手是将圆柱形零件从传送带上股夹装到专用机床上，待加工完毕后再夹装回传送带的专用机械手(见示意图)。
机械手总体设计分为夹持器、伸缩臂、升降臂和底座四大部件设计及二个系统：PC电控系统与液压控制系统设计。
夹持器安装于伸缩臂上，伸缩臂安装在升降臂上，升降臂安装在底座上。
连接方式均为法兰盘螺栓连接。
机械手的动作要求分为16步。
从原位开始——升降臂下降——夹持器夹紧——升降臂上升——底座快进回转——底座慢进——伸缩臂伸出——夹持器松开——伸缩臂缩回；待加工完毕后，伸缩臂伸出——夹持器夹紧——伸缩臂缩回——底座快退(回转)——底座慢退——升降臂下降——夹持器松开——升降臂上升到原位停止，准备下次循环。
圆柱形零件的尺寸为直径100—140毫米，高为150毫米，机械手回转角度为90度。
图1-1 机械手立体机构示意图、点焊和搬运机器人。
1986年，国家高技术研究发展计划开始实施，经过几年的研究，1.3 总体方案的选择1.3.1夹持器设计方案（一）夹持器的设计要求：要有足够的夹持力和所需的夹持精度；它是连接在手上，应尽可能使结构简单、紧凑、质量轻小，以减轻手臂的负荷。
（二）设计参数：1 所需要夹紧的饿工件直径为80mmm。
放松动作时两爪间最大距离为100-120mm。
抓持速度为20m/s，夹持器从运输车上抓取待加工的坯料送到加工机械上及把加工好的工件送回到运输车上。
2 工件重量约6kg，材质：45#钢；3 夹紧动作平稳，起动和终止无刚性冲击，由运动分析及所需夹持力得到机构各部分尺寸。
（三）设计方案：齿轮齿条平行连杆平移夹持器图1-2 齿轮齿条平行连杆平移夹持器示意图1.3.2伸缩臂设计方案(一）设计任务设计机械手伸缩臂，底板固定在大臂上，前端法兰安装机械手，完成直线伸缩动作。
(二)、技术要求1、伸缩长度：300mm2、单方向伸缩时间：1.5～2.5s3、定位误差：要有定位措施，定位误差小于2mm。
4、前端安装机械手，伸缩终点无刚性冲击。
(三)、方案设计方案为液压伸缩机构1、伸缩原理采用双向作用单活塞杆带可调缓冲式油缸，推动导向杆移动。
电磁阀换向，控制伸缩方向。
此油缸伸缩终点有缓冲，无刚性冲击。
2、设计计算及元件选择设计计算参数及要求：电磁阀流量：要满足伸缩速度的要求。
油缸直径：推力大小要能克服机构起动惯性并有一定的起动加速度，要满足运动时间要求。
导向杆刚度：按最长伸出时机械手端部的挠度不超过规定要求。
定位方式和元件：自选。
3、结构示意图1-3图1-3 液压伸缩机构示意图1.3.3液压控制系统设计方案本次设计的工业机械手属于圆柱坐标式的液压驱动机械手，具有手臂升降、伸缩、回转等三个自由度。
因此相应地有手臂伸缩机构、手臂升降机构、手臂回转机构等组成。
每一部分均用液压缸驱动与控制。
要求画出液压传动系统图。
对系统图的具体要求如下：(1)满足工业机械手动作顺序要求。
动作顺序的各个动作均由电控系统发讯号控制相应的电磁铁(电磁换向阀)，按程序依次步进动作而实现的。
(2)手臂伸缩运动采用单出杆双作用缸。
手臂伸出时采用单向调速阀进行回油节流调速，其伸出速度为200毫米／秒左右，当快到端点时，提前发讯切断油路，手臂靠惯性滑行缓冲，此外，采用电液换向阀，换向时间可调。
定位由死挡铁保证精度。
手臂缩回，没有定位精度要求，由终点行程开关控制，适当提前发讯号切断油路，由活塞与缸筒端盖相接触来定位。
(3)手臂回转采用摆动液压缸(齿条缸)，正反方向均采用单向调速阀调速。
由于回转部分的重量大，回转长度长，手臂中心的线速度为毫米／秒(回转角速度约为45度／秒)，因此手臂回转时具有很大的动能。
为此，除采用调速阀的回油节流调速外，还在回油路上安装行程节流阀，进行减速缓冲。
1.3.4 PLC电控系统设计方案设计内容1、设计该系统液压泵电机及各部件总成驱动电机的主电路。
2、参照主电路及液压控制系统图设计控制柜，画出所有元件的柜中布置图。
3、确定全部的行程开关的安装、调试方案。
4、选择电控系统中所有电机及元气件的型号。
5、以FX系列基本指令、移位寄存指令、步进指令编程。
要求编写I/O分配图、程序总框图、各部分的梯形图并编写出完整的语句表。
第2章伸缩臂的设计2.1设计设计方案2.1.1设计任务设计机械手臂底板固定在大臂上。
地段法兰安装机械手，定成直线伸缩动作。
2.1.2技术要求a：伸缩长度300mmmb：单方向伸缩时间1.5—2.5sc：定位误差要有定位措施，定位误差小于2mmd：前端安装机械手，伸缩终点无刚性冲击。
2.1.3方案设计：液压伸缩机构伸缩原理，采用双作用单活塞杆带动可调式油缸，推动导向杆移A1动，电磁阀换向，控制伸缩方向，此油缸伸缩有缓冲，无刚性冲击。
：设计计算参数及要求。
A2电磁阀流量：要满足伸缩速度的要求；油缸直径：推力大小要能克服机构启动惯性并有一定的启动加速度，要满足运动时间要求。
元件选择油缸选用带可调缓冲轴向底座固定式油缸。
电磁阀：二位四通电磁阀定位方式：采用液压油路与行程开关共同作用定位方式。
A3：结构示意图，如图所示：该结构采用液压缸，配用导向杆，靠导向杆增加机构的运动精确性，从而减小误差。
图2-1 液压伸缩机构示意图 2.2 底板的设计计算说明底板长度555mm ，宽220mm图2-2 底板结构图两肋板中间距离为320mm底板用螺钉与升降臂滑台连接，对连接螺钉进行计算伸缩臂夹持器总质量为t mgvF g (2-1)v —滑台的运动速度g —9.8m/st —起动反映时间0.1-0.5s 取t=0.1sN F g 60022.18.950≈⨯⨯= (2-2) 所以使其改变运动状态的惯性力是600N 。
根据不滑动定理：mf CFF a ≥ (2-3Fa —预紧力M —结合面数目C —可靠系数取1.5F —摩擦系数取0.1所以预紧力N F a 90001.016005.1⨯⨯= (2-4)图2-3 联结受力示意图如图2-3，翻转力矩所产生的对螺栓的轴向的拉力N F F 260073.060003.0=⨯=⨯ (2-5) 总轴向力Fa+F=9000+2600=11600N (2-5) 取螺钉数为4个则由[]MPa s 804==σσ (2-6)得螺纹小径d []mm Fa d 32.8108014.3101163.145.14631⨯⨯⨯⨯⨯=⨯≥πσ (2-8)所以为保证机构受冲击时的安全性与伸缩臂连接螺栓取M12校核底板的弯曲强度图2-4 底板弯曲强度示意图m N Mb mN Ma NmgP ⋅=⨯-⨯=⋅-=⨯-⨯==⨯==25.111055.02505.025025.8144.0250115.025*******502 (2-9) 作弯矩图2-5：图2-5 底板弯矩图所以b 处为危险截面 截面的矩形的抗弯截面摸量[7]()MPaZ M m W bh W nax 5.440000025.025.1110000025.0601.015.06322===⨯==σ (2-10) 底板材料为Q235，MPa S 235=σ (2-11)取安全系数S=1.5，则许用应力[][]σσσσ<===max 5.11752.1235MPa ss(2-12)故底板系数的强度满足要求底板与升降臂滑块的连接定位是用内螺纹式的圆锥销 公称直径6mm 长度26mm同样是把底板与滑台调整连接好后，打定位锥孔。
