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数控机床上下料机械手设计专业：机械设计制造及其自动化班级：10专升本姓名：张超目录绪言1 数控机床上下料机械手设计介绍7 1.1 设计目的7 1.2 国内外研究现状和趋势71.3 设计原则82 设计方案的论证10 2.1 机械手的总体设计102.1.1 机械手总体结构的类102.1.2 设计具体采用方案12 2.2 机械手腰座结构的设计122.2.1 机械手腰座结构的设计要求132.2.2 设计具体采用方案13 2.3 机械手手臂结构的设计142.3.1 机械手手臂的设计要求162.3.2 设计具体采用方案16 2.4 工业机器人腕部的结构172.4.1 机器人手腕结构的设计要求182.4.2 设计具体采用方案18 2.5 机械手末端执行器（手爪）的结构设计192.5.1 机械手末端执行器的设计要求202.5.2 机器人夹持器的运动和驱动方式212.5.3 机器人夹持器的典型结构222.5.4 设计具体采用方案22 2.6 机械手的机械传动机构的设计232.6.1 工业机器人传动机构设计应注意的问题232.6.2 工业机器人常用的传动机构形式272.6.3 设计具体采用方案28 2.7 机械手驱动系统的设计282.7.1 机器人各类驱动系统的特点292.7.2 工业机器人驱动系统的选择原则292.7.3 机器人液压驱动系统312.7.4 机器人气动驱动系统332.7.5 机器人电动驱动系统362.7.6 设计具体采用方案36 2.8机器人手臂的平衡机构设计372.8.1 机器人平衡机构的形式372.8.2 设计具体采用的方案383 理论分析和设计计算38 3.1 液压传动系统设计计算383.1.1 确定液压系统基本方案393.1.2 拟定液压执行元件运动控制回路393.1.3 液压源系统的设计403.1.4 绘制液压系统图413.1.5 确定液压系统的主要参数463.1.6 计算和选择液压元件483.1.7 液压系统性能的验算48 3.2 电机选型有关参数计算483.2.1 有关参数的计算513.2.2 电机型号的选择524 机械手控制系统的设计52 4.1 机械手控制系统硬件设计4.1.1 机械手工艺过程与控制要求524.1.2 机械手的作业流程534.1.3 机械手操作面板布置544.1.4 控制器的选型554.1.5 控制系统原理分析564.1.6 PLC外部接线设计574.1.7 I/O地址分配58 4.2 机械手控制系统软件设计594.2.1机械手控制主程序流程图594.2.2机械手控制程序设计595 技术经济分析61结论致谢参考文献附录1附录2摘要通过对机械设计制造及其自动化专业大学本科两年的所学知识进行整合，对工业机械手各部分机械结构和功能的论述和分析，设计了一种圆柱坐标形式的数控机床上下料机械手。
第1章绪论1.1 工业机械手概况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.我国的工业机械手是从80年代"七五"科技攻关开始起步,在国家的支持下,通过"七五","八五"科技攻关,目前已经基本掌握了机械手操作机的设计制造技术,控制系统硬件和软件设计技术,运动学和轨迹规划技术,生产了部分机器人关键元器件，开发出喷漆，孤焊，点焊，装配，搬运等机器人，其中有130多台喷漆机器人在二十余家企业的近30条自动喷漆生产线（站）上获得规模应用，孤焊机器人已经应用在汽车制造厂的焊装线上。
但总的看来，我国的工业机械手技术及其工程应用的水平和国外比还有一定距离。
如：可靠性低于国外产品，机械手应用工程起步较晚，应用领域窄，生产线系统技术与国外比有差距。
影响我国机械手发展的关键平台因素就是其软件，硬件和机械结构。
目前工业机械手仍大量应用在制造业，其中汽车工业占第一位（占28.9%），电器制造业第二位（占16.4%），化工第三位（占11.7%）。
发达国家汽车行业机械手应用占总保有量百分比为23.4%～53%，年产每万辆汽车所拥有的机械手数为（包括整车和零部件）：日本88.0台，德国64.0台，法国32.2台，英国26.9台，美国33.8台，意大利48.0台。
世界工业机械手的数目虽然每年在递增，但市场是波浪式向前发展的。
在新世纪的曙光下人们追求更舒适的工作条件，恶劣危险的劳动环境都需要用机器人代替人工。
随着机器人应用的深化和渗透，工业机械手在汽车行业中还在不断开辟着新用途。
机械手的发展也已经由最初的液压，气压控制开始向人工智能化转变，并且随着电子技术的发展和科技的不断进步，这项技术将日益完善。
上料机械手与卸料机械手相比，其中上料机械手中的移动式搬运上料机械手适用于各种棒料，工件的自动搬运及上下料工作。
例如铝型材挤压成型铝棒料的搬运及高温材料的自动上料作业，最大抓取棒料直径达180mm，最大抓握重量可达30公斤，最大行走距离为1200mm。
绪论在现代工业自动化生产领域里，材料的搬运、机床的上下料、整机的装配等是十分重要的工作环节，而实现这些环节的自动化将大大提高生产效率，减少成本。
用自动化机械代替人的工作可以减少事故的发生。
工业机械手就是为了实现这些环节的自动化而设计的。
自动化上下料装置是散乱的中小型工件毛坯经过定向机构实现定向排列，然后顺次地由上、下料机构把它送到机床或工作位置去，并把工件取走。
如工件教大，形状复杂，很难实现自动定向，则往往通过人工定位后，再有上下料机构送到工作地点去。
在成批大量生产中，尤其要求在生产率很高，机动工时很短的情况下，单纯的上下料装置很难满足要求，机械手就是在上下料机构的基础上发展起来的一种机械装置。
开始主要用来实现自动上下料和搬运工件，完成单机自动化和生产线自动化。
随着应用范围不断扩大，现已用来操作工具和完成一定工作，减轻工人的劳动强度，改善劳动条件，提高生产效率。
目前我国研制使用的工业机械手大多数是属于专用机械手，仅有少量的通用机械手。
由于通用机械手改变工作程序比较方便，特别适用于多品种、小批量的生产。
通用机械手在工业生产中的应用只有二十来年的历史。
这些装置在国外得到相当重视，到七十年代，其品种和数量都有很大的发展，并且研制出了各种具有感觉器官的工业机器人。
我所设计的是生产线用上料机械手。
是为精锻机设计的配套自动送取锻料设备。
属于圆柱坐标式，全液压驱动机械手，具有手臂升降，收缩，回转和手腕回转4个自由度，执行机构由手部,手腕，手臂伸缩机构，手臂升降机构，手臂回转机构组成。
它开始工作是被加热的坯料由运输车送2到上料位置后，自动上料机械手3将热坯料搬运到立式精锻机1上锻打，其成品锻件由下料机械手4从立式精锻机上取下并送到转换机械手5上，90成水平位置，由炳烷切割装置6将两端切齐，切割完毕，转换机械手先把锻件翻转87，将锻件水平放置到下料运输装置7上，运送到车间转换机械手的手臂再水平回转外面的料仓库进行冷却。
自动上下料机械手的主要零部件设计及三维造型(总48页)-本页仅作为预览文档封面，使用时请删除本页-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AbstractThe 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/e3 d design目录摘要.............................................................................................................................................. .. (I)Abstract.................................................................................................................................... .. (II)Abstract (I)1绪论 (1)前言和意义 (1)工业机械手的简史 (2)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)执行机构的选择 (5)驱动机构的选择 (6)传动结构的选择 (6)机械手的基本形式选择 (8)机械手直臂部分的主要部件及运动 (8)机械手的技术参数 (9)3机械手手爪的三维设计 (11)手部设计基本要求 (11)典型的手部结构 (11)机械手手爪的设计计算 (11)选择手爪的类型和夹紧装置 (11)手爪夹持范围计算 (12)滑动丝杠设计 (13)直齿轮设计 (15)电机选型 (15)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)腕部设计的基本要求 (20)腕部的结构以及选择 (20)典型的腕部结构 (20)腕部结构和驱动机构的选择 (20)腕部的设计计算 (21)蜗轮轴的设计计算 (21)蜗轮齿轮设计 (22)步进电机选型 (23)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)手臂的结构的选择及其驱动机构 (31)滚珠丝杠设计 (31)锥齿轮设计 (33)电机选型 (36)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。
