搬運機械手設(shè)計解析

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1、 專業(yè)課程設(shè)計 專業(yè)課程設(shè)計說明書 課題名稱 搬運機械手及其運動仿真設(shè)計 指導(dǎo)教師 王濰 學(xué)生學(xué)號 20120421464 學(xué)生姓名 楊義 學(xué)生班級 機自1210班 成 績 設(shè)計時間 2015年11月2日～2015年11月13日 目 錄 第1章 課題規(guī)劃 1 1.1 課題背景分析 1 1.2 設(shè)計任務(wù)書 3 第2章 功能分析 4 2.1 設(shè)計任務(wù)功能分析 4 2.1.1 總功能提煉 4 2.1.2 功能分解 4 2.1.3 功能結(jié)構(gòu)分析及功能結(jié)構(gòu)圖繪制 4 2.2 本章小結(jié) 5 第3章 系統(tǒng)原理方案設(shè)計 7 3.1 功能單元求解

2、 7 3.1.1 分功能求解 7 3.1.2 系統(tǒng)原理方案綜合求解 7 3.1.3 方案優(yōu)化及評價 7 3.2 本章小結(jié) 7 第4章 總體設(shè)計 9 4.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)草圖 9 4.2 本章小結(jié) 14 第5章 總結(jié) 15 參考文獻(xiàn) 17 17 專業(yè)課程設(shè)計 第1章 課題規(guī)劃 1.1 課題背景分析 從1954年美國人喬治·德沃爾制造出世界上第一臺可編程的機械手至今，機械手已經(jīng)發(fā)展了三代。通過引導(dǎo)或其它方式，先教會機器人動作，輸入

3、工作程序，則會自動重復(fù)進(jìn)行作業(yè)的示教再現(xiàn)型機械手被稱為第一代機械手，而能利用傳感器獲取的信息控制機械手被稱為第二代機械手。而第三代機械手就是智能機器人。對于智能機器人，盡管歐美和日本等許多國家都投入了大量人力和物力，但現(xiàn)在其仍然處于發(fā)展階段。目前對我國而言發(fā)展第一、第二代機器人更具有實際意義。我國機械手的發(fā)展是從20世紀(jì)50年代的固定動作機械手開始的，然后經(jīng)歷了60年代的數(shù)控機械手，在1978年時機械手才‘真正開始得到研究和應(yīng)用，到現(xiàn)在工業(yè)機械手與智能機器人愈來愈受到各屆的的關(guān)注，并已經(jīng)納入了我國高科技規(guī)劃及科技發(fā)展計劃之中。 伴隨著人類社會的不斷發(fā)展，科學(xué)和技術(shù)的不斷進(jìn)步，人類對資源的依賴

4、也越來越大，最終將不可避免的要向陸地以外甚至是地球以外的地方擴(kuò)展，而在這些對人類來說惡劣的環(huán)境里，機械手的發(fā)展就顯得尤為重要了。作為新生產(chǎn)力代表的勞動工具，機械手能代替人類在惡劣的環(huán)境中完成人類無法完成又不得不做的工作。由于機械手的應(yīng)用不得不向更廣的范圍延伸，這就要求機械手有更好的通用性，更高的適應(yīng)能力，更加專業(yè)化，當(dāng)然在這個基礎(chǔ)上還有考慮到機械手的經(jīng)濟(jì)性要求。所以發(fā)展在能滿足基本功能要求的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)模塊化、方便修改設(shè)計、通用性強并且可靠性高的的機械手是市場所需，社會發(fā)展的必然。 作為一門發(fā)展迅速的前沿學(xué)科，機械手一方面涉及的領(lǐng)域廣泛，交叉著多門學(xué)科;另一方面其自身的發(fā)展也相當(dāng)迅速，不

5、斷出現(xiàn)需要研究的新問題。在自動化程度要求越來越高的現(xiàn)代世界經(jīng)濟(jì)中，機械手的應(yīng)用也因此變得越來越廣泛；已經(jīng)由科學(xué)和技術(shù)的研究領(lǐng)域擴(kuò)展到了人們?nèi)粘Ｉ畹拿裼妙I(lǐng)域。這對機械手性能和功能的進(jìn)一步改善和提高提出了更高的要求。 隨著工業(yè)自動化的普及和發(fā)展，控制器的需求量逐年增大，搬運機械手的應(yīng)用也逐漸普及，主要在汽車，電子，機械加工、食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域的生產(chǎn)流水線或貨物裝卸調(diào)運, 可以更好地節(jié)約能源和提高運輸設(shè)備或產(chǎn)品的效率，以降低其他搬運方式的限制和不足，滿足現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)發(fā)展的要求。 本機械手的機械結(jié)構(gòu)主要包括由兩個電磁閥控制的液壓鋼來實現(xiàn)機械手的上升下降運動及夾緊工件的動作，兩個轉(zhuǎn)速不同的電動機分別

6、通過兩線圈控制電動機的正反轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)小車的快進(jìn)、慢進(jìn)、快退、慢退的運動運動；其動作轉(zhuǎn)換靠設(shè)置在各個不同部位的行程開關(guān)(SQ1---SQ9)產(chǎn)生的通斷信號傳輸?shù)絇LC控制器，通過PLC內(nèi)部程序輸出不同的信號，從而驅(qū)動外部線圈來控制電動機或電磁閥產(chǎn)生不同的動作，可實現(xiàn)機械手的精確定位；其動作過程包括：下降、夾緊、上升、慢進(jìn)、快進(jìn)、慢進(jìn)、延時、下降、放松、上升、慢退、快退、慢退；其操作方式包括：回原位、手動、單步、單周期、連續(xù)；來滿足生產(chǎn)中的各種操作要求。 國內(nèi)外機械工業(yè)、鐵路部門中機搬運械手主要應(yīng)用于以下幾方面： 1.熱加工方面的應(yīng)用 熱加工是高溫、危險的笨重體力勞動，很久以來就要求實現(xiàn)自動

7、化。為了提高工作效率，和確保工人的人身安全，尤其對于大件、少量、低速和人力所不能勝任的作業(yè)就更需要采用機械手操作。 2.冷加工方面的應(yīng)用 冷加工方面機械手主要用于柴油機配件以及軸類、盤類和箱體類等零件單機加工時的上下料和刀具安裝等。進(jìn)而在程序控制、數(shù)字控制等機床上應(yīng)用，成為設(shè)備的一個組成部分。最近更在加工生產(chǎn)線、自動線上應(yīng)用，成為機床、設(shè)備上下工序聯(lián)接的重要于段。 3.拆修裝方面 拆修裝是鐵路工業(yè)系統(tǒng)繁重體力勞動較多的部門之一，促進(jìn)了機械手的發(fā)展。目前國內(nèi)鐵路工廠、機務(wù)段等部門，已采用機械手拆裝三通閥、鉤舌、分解制動缸、裝卸軸箱、組裝輪對、清除石棉等，減輕了勞動強度，提高了拆修裝的效率

8、。近年還研制了一種客車車內(nèi)噴漆通用機械手，可用以對客車內(nèi)部進(jìn)行連續(xù)噴漆，以改善勞動條件，提高噴漆的質(zhì)量和效率。 近些年，隨著計算機技術(shù)、電子技術(shù)以及傳感技術(shù)等在機械手中越來越多的應(yīng)用，工業(yè)機械手已經(jīng)成為工業(yè)生產(chǎn)中提高勞動生產(chǎn)率的重要因素。 專用機械手經(jīng)過幾十年的發(fā)展，如今已進(jìn)入以通用機械手為標(biāo)志的時代。由于通用機械手的應(yīng)用和發(fā)展，進(jìn)而促進(jìn)了智能機器人的研制。智能機器人涉及的知識內(nèi)容，不僅包括一般的機械、液壓、氣動等基礎(chǔ)知識，而且還應(yīng)用一些電子技術(shù)、電視技術(shù)、通訊技術(shù)、計算技術(shù)、無線電控制、仿生學(xué)和假肢工藝等，因此它是一項綜合性較強的新技術(shù)。目前國內(nèi)外對發(fā)展這一新技術(shù)都很重視，幾十年來，這項

9、技術(shù)的研究和發(fā)展一直比較活躍，設(shè)計在不斷地修改，品種在不斷地增加，應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷地擴(kuò)大。 早在40年代，隨著原子能工業(yè)的發(fā)展，已出現(xiàn)了模擬關(guān)節(jié)式的第一代機械手。 50～60年代即制成了傳送和裝卸工件的通用機械手和數(shù)控示教再現(xiàn)型機械手。這種機械手也稱第二代機械手。如尤尼曼特(Unimate)機械手即屬于這種類型。 60～70年代，又相繼把通用機械手用于汽車車身的點焊和沖壓生產(chǎn)自動線上，亦即是第二代機械手這一新技術(shù)進(jìn)入了應(yīng)用階段。 80-90年代，裝配機械手處于鼎盛時期，尤其是日本。 90年代機械手在特殊用途上有較大的發(fā)展，除了在工業(yè)上廣泛應(yīng)用外，農(nóng)、林、礦業(yè)、航天、海洋、文娛、體育、醫(yī)療

10、、服務(wù)業(yè)、軍事領(lǐng)域上有較大的應(yīng)用。 90年代以后，隨著計算機技術(shù)、微電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等的快速發(fā)展，機械手技術(shù)也得到飛速的多元化發(fā)展。 總之，目前機械手的主要經(jīng)歷分為三代： 第一代機械手主要是靠人工進(jìn)行控制，控制方式為開環(huán)式，沒有識別能力；改進(jìn)的方向主要是將低成本和提高精度；第二代機械手設(shè)有電子計算機控制系統(tǒng)，具有視覺、觸覺能力，甚至聽、想的能力。研究安裝各種傳感器，把接收到的信息反饋，使機械手具有感覺機能；第三代機械手能獨立完成工作過程中的任務(wù)。它與電子計算機和電視設(shè)備保持聯(lián)系，并逐步發(fā)展成為柔性系統(tǒng)FMS(Flexible Manufacturing System)和柔性制造單元FM

11、C(Flexible Manufacturing Cell)中重要一環(huán)。 1.2 設(shè)計任務(wù)書 設(shè)計任務(wù)書 課題編號 課題名稱 機械手搬運設(shè)計及其運動仿真 起止時間 2015.11.1-2015.11.13 設(shè) 計 要 求 1 功能 主要功能： 輔助功能： 2 適應(yīng)性 作業(yè)對象：物料形狀、尺寸、理化性質(zhì)等 工 況：負(fù)荷變化 環(huán) 境：溫度、濕度、振動、噪聲、灰塵等 3 性能 動 力：功率、力、轉(zhuǎn)矩 運 動：運動形式、速度、加速度 結(jié)構(gòu)尺寸：作業(yè)尺寸、體積、重量 4 生產(chǎn)能力 生產(chǎn)率（理論的、額定的、實際的）

12、5 可 靠 性 可靠度、維修度、有效度 6 使用壽命 一次性使用壽命、多次性使用壽命（經(jīng)過大修） 7 經(jīng)濟(jì)成本 材料費用、設(shè)計費用、制造加工費用、管理費用 8 人機工程 操作方便、省力、視野寬廣、舒適、儀表顯示清晰造型美觀適度 9 安 全 保證人身、設(shè)備安全 10 包裝運輸 考慮產(chǎn)品運輸方法，如起重防震、防腐、防銹等，各種標(biāo)記 第2章 功能分析 2.1 設(shè)計任務(wù)功能分析 2.1.1 總功能提煉 利用機械手做一些機械性枯燥無限重復(fù)的勞動，以及一些中型需要花費大量人力來搬運的動作，減輕人在工作中的工作疲勞程度，還可以代替人們做一些危險性比較大的勞動，

13、人只需在一旁操作，見情人的勞動量。 能模仿人手和臂的某些動作功能，用以按固定程序抓取、搬運物件或操作工具的自動操作裝置。它可代替人的繁重勞動以實現(xiàn)生產(chǎn)的機械化和自動化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。 機械手主要由手部、運動機構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成。手部是用來抓持工件（或工具）的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運動機構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動（擺動）、移動或復(fù)合運動來實現(xiàn)規(guī)定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運動機構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨立運動方式，稱為機械手的自由

14、度 。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有6個自由度。自由度是機 械手設(shè)計的關(guān) 鍵參數(shù)。自由 度越多，機械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。一般專用機械手有2～3個自由度。 機械手的種類，按驅(qū)動方式可分為液壓式、氣動式、電動式、機械式機械手；按適用范圍可分為專用機械手和通用機械手兩種；按運動軌跡控制方式可分為點位控制和連續(xù)軌跡控制機械手等。 機械手通常用作機床或其他機器的附加裝置，如在自動機床或自動生產(chǎn)線上裝卸和傳遞工件，在加工中心中更換刀具等，一般沒有獨立的控制裝置。有些操作裝置需要由人直接操縱，如用于原子能部門操持危險物品的主從式操作手也常稱為機械手。機械手在鍛造工業(yè)中的

15、應(yīng)用能進(jìn)一步發(fā)展鍛造設(shè)備的生產(chǎn)能力，改善熱、累等勞動條件。 2.1.2 功能分解 能夠快速、平穩(wěn)準(zhǔn)確地夾起物料并完成搬運動作是物料搬運機械手最基本的功能要求，這要求具備較高的精度、一定的承載能力、足夠的運行空間，當(dāng)然靈活的自由度和一定動作運行平穩(wěn)性也是必不可少的。在對物料搬運機械手進(jìn)行設(shè)計時，必須先根據(jù)機械手所要完成的動作，選擇合適的機械手結(jié)構(gòu)，確定各個工作的時間分配及動作順序，擬定機械手的工序，明確所要搬運的物料重量和尺寸以及搬運所要求滿足的精度等等，進(jìn)而確定對機械手運行控制的要求，在兼顧通用性和專用性的同時，盡量選用己經(jīng)定型的標(biāo)準(zhǔn)組件，以實現(xiàn)機械手的模塊化。 2.1.3

16、功能結(jié)構(gòu)分析及功能結(jié)構(gòu)圖繪制 工業(yè)機械手由執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動機構(gòu)和控制機構(gòu)三部分組成[1]。執(zhí)行機構(gòu)使用液體、氣體、電力或其它能源并通過電機、氣缸或其它裝置將其轉(zhuǎn)化成驅(qū)動作用。基本的執(zhí)行機構(gòu)用于把閥門驅(qū)動至全開或全關(guān)的位置。用與控制閥的執(zhí)行機構(gòu)能夠精確的使閥門走到任何位置。盡管大部分執(zhí)行機構(gòu)都是用于開關(guān)閥門，但是如今的執(zhí)行機構(gòu)的設(shè)計遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了簡單的開關(guān)功能，它們包含了位置感應(yīng)裝置，力矩感應(yīng)裝置，電極保護(hù)裝置，邏輯控制裝置，數(shù)字通訊模塊及PID控制模塊等，而這些裝置全部安裝在一個緊湊的外殼內(nèi)。 1.可以提高生產(chǎn)過程的自動化程度 應(yīng)用機械手，有利于提高材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機器的

17、裝配等的自動化程度，從而可以提高勞動生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，加快實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機械化和自動化的步伐。 2.可以改善勞動條件、避免人身事故在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其它毒性污染以及工作空間狹窄等場合中，用人手直接操作是有危險或根本不可能的。而應(yīng)用機械手即可部分或全部代替人安全地完成作業(yè)，大大地改善了工人的勞動條件。在一些動作簡單但又重復(fù)作業(yè)的操作中，以機械手代替人手進(jìn)行工作，可以避免由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。 3.可以減少人力，便于有節(jié)奏地生產(chǎn) 應(yīng)用機械手代替人手進(jìn)行工作，這是直接減少人力的一個側(cè)面，同時由于應(yīng)用機械手可以連續(xù)地工作，這是減少人力的另一

18、個側(cè)面。因此，在自動化機床和綜合加工自動生產(chǎn)線上，目前幾乎都設(shè)有機械手，以減少人力和更準(zhǔn)確地控制生產(chǎn)的節(jié)拍，便于有節(jié)奏地進(jìn)行生產(chǎn)。 綜上所述，有效地應(yīng)用機械手是發(fā)展機械工業(yè)的必然趨勢。 2.2 本章小結(jié) 通過對機械手的學(xué)習(xí)，資料庫的查詢，學(xué)到了機械手分為液壓傳動，氣壓傳動以及齒輪傳動的機械手，功能能做到的也是很多的，比如很多的簡單而又重復(fù)的機械性的動作就可以用機械手來代替，減輕人們的負(fù)擔(dān)，豐富認(rèn)得生活，機械手又能代替人類做一些人所不能及的動作，比如大型，重型的物件就需要機械手來代替人類做到這些，并且很多的危險性比較高的動作以及工作環(huán)境惡劣的工作，機械手也可以做到這些。 第3章

19、 系統(tǒng)原理方案設(shè)計 3.1 功能單元求解 3.1.1 分功能求解 分功能求解就是尋求完成分功能的技術(shù)實體（功能載體）。 3.1.2 系統(tǒng)原理方案綜合求解 直角坐標(biāo)形 直角坐標(biāo)式機械手是適用于工作位置成行排列或與傳送帶配合使用的一種機械手。 圓柱坐標(biāo)形式 圓柱坐標(biāo)形式是應(yīng)用最多的一種形式，它適用于搬運和測量工件。具有直觀性好，結(jié)構(gòu)簡單，本體占用空間小，而動作范偉較大等優(yōu)點。 球坐標(biāo)形式 球坐標(biāo)式機械手是一種自由度較多，用途較廣的機械手[1]。 3.1.3 方案優(yōu)化及評價 綜合相關(guān)的資料可知，運用液壓傳動時，承載能力較大，動作沖擊小，緩沖作用好，與機械傳動、

20、電氣傳動相比，液壓傳動的各種元件，可以根據(jù)需要方便、靈活地來布置；重量輕、體積小、運動慣性小、反應(yīng)速度快；操縱控制方便，可實現(xiàn)大范圍的無級調(diào)速（調(diào)速范圍達(dá)2000：1）；可自動實現(xiàn)過載保護(hù)。一般采用礦物油作為工作介質(zhì)，相對運動面可自行潤滑，使用壽命長。很容易實現(xiàn)直線運動。 很容易實現(xiàn)機器的自動化，當(dāng)采用電液聯(lián)合控制后，不僅可實現(xiàn)更高程度的自動控制過程，而且可以實現(xiàn)遙控。 總起來是液壓傳動的效果在本設(shè)計的課題中是比較實用的。 3.2 本章小結(jié) 通過功能解以及黑箱法跟功能結(jié)構(gòu)圖，充分認(rèn)識到在為了實現(xiàn)一個功能可以有很多種方法，利用每種方法的同時有時會帶來很多障礙與誤區(qū)，功能解的個數(shù)越多

21、，設(shè)計過程中遇到的問題就會越多，的確，設(shè)計的過程難免會遇上很多障礙，設(shè)計的過程就是遇到問題，想辦法解決問題，同時再遇上新的問題，在解決新的問題的不斷地循環(huán)，因此我們要充分利用功能解中最優(yōu)解的辦法，減少問題的同時引進(jìn)很多新的功能，實現(xiàn)一個實物的最有設(shè)計。 第4章 總體設(shè)計 4.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)草圖 本課題是為生產(chǎn)線配套而設(shè)計的搬運機械手，可以模仿人體上肢的部分功能，按照預(yù)定要求輸送工件或握持工具進(jìn)行操作。本課題主要對機械手進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計，設(shè)計一種較為靈活的重物搬運機械手，實現(xiàn)生產(chǎn)線上零件的搬運與放置。運用Solidedge技術(shù)對搬運機械手進(jìn)行三維實體造型，并進(jìn)行運動仿真。搬運機械手的運動速

22、度是按滿足生產(chǎn)率的要求來設(shè)定。要求對主要零部件進(jìn)行運動仿真和結(jié)構(gòu)有限元分析。 要求與數(shù)據(jù) 1、抓重:50Kg (夾持式手部) 2、自由度數(shù):4個自由度 3、座標(biāo)型式:圓柱座標(biāo) 4、最大工作半徑:1500mm 5、手臂最大中心高:1200mm 6、手臂運動參數(shù) 伸縮行程：1000mm 伸縮速度：80mm/s 升降行程：300mm 升降速度：70mm/s 回轉(zhuǎn)范圍: ±180° 7、手腕運動參數(shù) 回轉(zhuǎn)范圍: ±180° 4.2 手部設(shè)計計算 設(shè)計制造夾緊機構(gòu)——手抓時，首先要從機械手的坐標(biāo)型式、運行速度和加速度的情況來考慮。其夾緊力的大小則根據(jù)物體的重量、慣性和沖擊

23、力的大小來計算。同時考慮有足夠的開口尺寸，以適應(yīng)被抓物體的尺寸變化。為擴(kuò)大為擴(kuò)大機械手的應(yīng)用范圍，還須備有多種抓取機構(gòu)，以根據(jù)需要來更換手抓。為防止損壞被夾的物體，夾緊力要限制在一定的范圍內(nèi)，并有軟質(zhì)墊片彈性襯墊或自動定心結(jié)構(gòu)。為防止突然停電造成的被抓物體的落下，又需要有自鎖結(jié)構(gòu)。夾緊機構(gòu)本身則應(yīng)結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、動作靈活和工作可靠。 夾緊機構(gòu)的基本形式 夾緊機構(gòu)主要有機械式、吸盤式、電磁式、傳感式[1]。 本章主要對機械式的機械手進(jìn)行探討。機械式夾緊機構(gòu)是最基本的一種，應(yīng)用廣泛，種類繁多。按手指的運動方式可分為回轉(zhuǎn)型、直進(jìn)型；按夾持方式可分為內(nèi)撐式、外撐式和自鎖式；按手指數(shù)可

24、分為二指式、三指式、四指式；按動力源可分為彈簧式氣動式、液壓式等。 4.3 腕部的設(shè)計計算 手腕是連接手指和手臂的機構(gòu)他適手指能從不同的角度夾緊和松開工件，以增加機械手的靈活性。 手腕的運動和特點是手腕可以作回轉(zhuǎn)、上下彎曲和左右擺動三個動作，即可以具有三個自由度。本畢業(yè)設(shè)計只具有回轉(zhuǎn)一個自由度。 腕部的基本要求 （1） 力求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕 （2）結(jié)構(gòu)考慮，合理布局 （3） 必須考慮工作條件[2] 本設(shè)計要求手腕回轉(zhuǎn)，綜合以上的分析考慮到各種因素，腕部結(jié)構(gòu)選擇具有一個自由度的回轉(zhuǎn)驅(qū)動腕部結(jié)構(gòu)，采用液壓驅(qū)動。 4.4 手臂的設(shè)計 4.4.1

25、 手臂結(jié)構(gòu)的選擇 因為此機械手手臂最大工作半徑為1500mm，伸縮行程為1000mm，伸縮行程較大，工作半徑相對較小，所以采用單級液壓缸不能滿足要求，初步選用二級液壓缸。 4.4.2 手臂的防轉(zhuǎn) 此設(shè)計因為要抓取的工件比較重，所以考慮到對手臂抗彎曲強度的要求，手臂的直徑應(yīng)較大，為了使手臂盡量較細(xì)，所以使用內(nèi)導(dǎo)桿防轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。可以設(shè)置內(nèi)部液壓缸的內(nèi)杠導(dǎo)軌，使其不會發(fā)生相對轉(zhuǎn)動。 機械臂全部使用液壓系統(tǒng)，液壓缸在傳動中起到定位的作用，其內(nèi)部的活塞桿上有多出的部分，會在液壓缸的導(dǎo)軌沿著導(dǎo)軌移動，不會發(fā)生偏轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。 4.5 立柱的設(shè)計 機械手的立柱是用以支撐手臂并帶動它升降、擺動和移動的機構(gòu)

26、，手臂的俯仰也是由連接在立柱上的油缸驅(qū)動，立柱與基座相連，可固定在地面上、機床設(shè)備上、或懸掛在衡量滑道上，也可以固定在能行走的基座上。 立柱沒有固定得形式，其結(jié)構(gòu)根據(jù)動作要求來設(shè)計。 機座是支撐機械手全部重量的構(gòu)件，對其結(jié)構(gòu)要求是占地面積小、剛性好、操作方便、和造型美觀。 機座結(jié)構(gòu)從形式上可以分為落地式和懸掛式，或分為固定式、可移動式和行走式。無論哪一種形式，機械手工作是機座應(yīng)該予以固定?？梢苿邮綑C座在停置時能夠剎車定位，以保證機械手工作時的位置精度。 機座的結(jié)構(gòu)與機械手的總體布置有關(guān)，對專用機械手而言，傳動和控制部分通常是單獨布置，故機座比較簡單或不設(shè)機座。對通用機械手來講，

27、傳動部分通常布置在機架內(nèi)部或后下方，控制部分則布置在機座的后上方或單獨布置一個控制箱。 集中布置的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)緊湊，管路短、占地面積小，移動、操作都比較方便。 分散布置則可以將傳動和控制部分分開，以免受震動的影響，并盡可能遠(yuǎn)離高溫、粉塵和腐蝕性的環(huán)境，以延長機械手的使用壽命[2]。 4.6 機身的整體設(shè)計 按照設(shè)計要求，機械手要實現(xiàn)手臂180°的回轉(zhuǎn)運動，實現(xiàn)手臂的回轉(zhuǎn)運動機構(gòu)一般設(shè)計在機身處。為了設(shè)計出合理的運動機構(gòu)，就要綜合考慮，分析。機身承載著手臂，做回轉(zhuǎn)，升降運動，是機械手的重要組成部分。經(jīng)過綜合考慮，本設(shè)計選用回轉(zhuǎn)缸置于升降缸之上的結(jié)構(gòu)。本設(shè)計機身包括兩個運動，機身的回轉(zhuǎn)和升降

28、。手臂部件與回轉(zhuǎn)缸的轉(zhuǎn)軸連接，回轉(zhuǎn)缸的后端蓋與立柱伸縮缸的活塞通過鍵連接。伸縮液壓缸通過設(shè)置內(nèi)部導(dǎo)向桿來防轉(zhuǎn)。 4.7 機械手的三維建模 整體裝配設(shè)計 底座的設(shè)計 直動液壓缸設(shè)計 4.8 本章小節(jié) 在當(dāng)前，將機械手各運動構(gòu)件，如伸縮、擺動、升降、橫移、俯仰等機構(gòu)，以及適于不同類型的夾緊機構(gòu)，設(shè)計成典型的通用機構(gòu)，以便根據(jù)不同的作業(yè)要求，選用不用的典型部件，即可組成各種不同用途的機械手。既便于設(shè)計制造，又便于改換工作，擴(kuò)大了應(yīng)用的范圍。同時要提高精度，減少沖擊，定位精確，以更好地發(fā)

29、揮機械手的作用。此外還應(yīng)大力研究伺服型、記憶再現(xiàn)型，以及具有觸覺、視覺等性能地機械手，并考慮于計算機聯(lián)用，逐步成為整個機械制造系統(tǒng)中的一個基本單元。 第5章 總結(jié) 通過此次畢業(yè)設(shè)計，使我也了解了當(dāng)前國內(nèi)外在此方面的一些先進(jìn)生產(chǎn)和制造技術(shù)，了解了機械手設(shè)計的一般過程，通過對機械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計作了系統(tǒng)的設(shè)計，掌握了一定的機械設(shè)計方面的基礎(chǔ)，也學(xué)會了使用SolidWorks軟件創(chuàng)建三維模型，并對機械手進(jìn)行簡單的運動仿真。 1、 本次畢業(yè)設(shè)計對搬運機械手的結(jié)構(gòu)和驅(qū)動做了系統(tǒng)的設(shè)計，設(shè)計中沒有涉及到機械手的控制問題。 2、 本次設(shè)計的是專用搬運機械手，動作固定，結(jié)構(gòu)簡單，同時成本低廉。

30、 3、 采用液壓傳動能搬運50公斤以下的物料。 4、 該機械手選擇配置二指直進(jìn)式手指，抓取一般方料。必要時可以更換手抓，抓取棒料等。 5、 本次設(shè)計應(yīng)用到了理論力學(xué)，材料力學(xué)，液壓，互換性，機械設(shè)計，工程圖學(xué)等學(xué)科的知識，對本科階段所學(xué)的知識做了系統(tǒng)的總結(jié)。 并且通過這次的課程設(shè)計，讓我知道現(xiàn)在自己的知識層面只聽立足在皮毛階段，只有繼續(xù)補充專業(yè)知識才能做到對機械的專業(yè)化，在這次課程設(shè)計中，遇到了很多問題，同時也解決了很多問題，最主要的問題是機械手臂的動力原件，既液壓元件的選擇，首先要根據(jù)收載的大小，以及受載的方向，載荷的大小以及形式作出詳細(xì)的判斷，然后選合適的液壓元件，并且確定相應(yīng)的元

31、件尺寸，在其次是根據(jù)受災(zāi)的方向確定響應(yīng)的液壓元件的類型，實現(xiàn)相應(yīng)的部分功能，比如在控制機械手臂以及機械腕部的相應(yīng)的伸縮的時候就需要直動式液壓缸，完成在直線上的運動，選擇旋轉(zhuǎn)液壓剛來實現(xiàn)沿著某根軸的自由轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)另一個自由度，在一個就是機械手的支撐問題，在夾緊重物并且移動重物的時候，收到很大的扭矩，該扭矩是的液壓元件以及各個支撐是否能夠包容下，這邊是一個問題，需要用有限元分析來實現(xiàn)。 在一個就是在本論文的工作中，自始自終得到了濟(jì)南大學(xué)機械工程學(xué)院王濰老師的精心指導(dǎo)和親切關(guān)懷。導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、嚴(yán)于律己寬以待人的做人風(fēng)范是作者終身學(xué)習(xí)的榜樣。另外導(dǎo)師們的課題組活躍的學(xué)術(shù)風(fēng)氣、學(xué)術(shù)觀點與為人

32、上的坦誠也深深的感染了作者，使作者獲得了太多的啟發(fā)，在此特表深深謝意！ 在課題研究的整個過程中，王濰老師一直給予了悉心的指導(dǎo)與幫助。在同他的合作中取得了很大的進(jìn)步，同時他豐富的理論知識及實際工作經(jīng)驗、對待學(xué)術(shù)問題的科學(xué)態(tài)度令作者欽佩。在此表示由衷的感謝！ 在進(jìn)行機械手機械結(jié)構(gòu)設(shè)計過程當(dāng)中，和我一起研究探討的同組同學(xué)給了我很大的幫助。也對這四年來給予了我各方面極大支持及鼓勵機械學(xué)院老師表示感謝。最后向其他關(guān)心我支持我的老師、朋友、同班同學(xué)一并表示感謝。 參考文獻(xiàn) [1] 王雄耀.機械手理論及應(yīng)用[M.北京：機械工業(yè)出版社1999:8-72 . [2] 魯軍.輕型平動搬運機械手的

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