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1、 编编 号号 无锡太湖学院 毕毕业业设设计计（论论文文） 题目：题目： 四自由度棒料搬运机械手设计四自由度棒料搬运机械手设计 信机 系系 机械工程及其自动化 专专业业 学 号： 学生姓名： 指导教师： （职称：讲 师） （职称： ） 2013 年 5 月 25 日 无锡太湖学院本科毕业设计（论文）无锡太湖学院本科毕业设计（论文） 诚诚 信信 承承 诺诺 书书 本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文） 四自由度棒料搬运 机械手设计 是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果，除 了在毕业设计（论文）中特别加以标注引用、表示致谢的内容外，本毕 业设计（论文）不包含任何其他个人、集体已发表或撰写的成
2、果作品。 班 级： 学 号： 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 无无锡锡太太湖湖学学院院 信信 机机 系系 机械工程及其自动化 专专业业 毕毕 业业 设设 计计论论 文文 任任 务务 书书 一、题目及专题：一、题目及专题： 、题目 四自由度棒料搬运机械手设计 、专题 二、课题来源及选题依据二、课题来源及选题依据 机器人工程是近二十多年迅速发展起来的，目前已应用与许多生产 领域。由目前的发展状况看，在可预见的将来它将在生产中扮演越来越重 要的角色。本机械手就是基于此并为提高劳动生产率、产品质量和经济效 益，减轻工人劳动强度而设计的。在某些劳动条件极其恶劣的条件下，工 人难以用手工工作，
3、可用本机械手代替人力劳动。在社会不断发展的今天， 机器人在工业现场中的应用也越来越广泛，用机器的力量代替人力，而将 人类从繁重的体力劳动中解放出来是历史发展的趋势。 三、本设计（论文或其他）应达到的要求：三、本设计（论文或其他）应达到的要求： 机械手类型四自由度圆柱坐标型 抓取重量2Kg 自由度4 个（2 个回转 2 个移动） 底座长 290mm，回转运动，回转角 240 手臂升降机构长 550mm，升降运动，升降范围 400mm 手臂伸缩机构长 826mm，伸缩运动，伸缩范围 270mm，气缸驱动， 活塞位置控制 气爪旋转机构旋转运动，旋转角 180 度，气缸驱动，行程开关控制 1、机械手的
4、总体设计，包括型式选择、基本参数确定、总体布置与主要 结构设计。并绘制整体装配图。 2、机械手传动机构的设计，包括滚珠丝杠的选择，谐波齿轮减速器参数 的确定。 3、机械手各种电机的选择。包括机械手手臂升降步进电机的选择，机械 手底座回转驱动电动机的选择。 4、机械手各气动件的设计计算。 5、设计说明书一份。 6、所有非标零件需画出零件图。 四、接受任务学生：四、接受任务学生： 机械 92 班班 姓名姓名 五、开始及完成日期：五、开始及完成日期： 自自 2012 年年 11 月月 12 日日 至至 2013 年年 5 月月 25 日日 六、设计（论文）指导（或顾问）：六、设计（论文）指导（或顾问
5、）： 指导教师指导教师 签名签名 签名签名 签名签名 教教研研室室主主任任 学科组组长研究所所长学科组组长研究所所长 签名签名 系主任系主任 签名签名 2013 年年 5 月月 25 日日 摘摘 要要 在社会不断发展的今天，机器人在工业现场中的应用也越来越广泛，用机器的力量 代替人力，而将人类从繁重的体力劳动中解放出来是历史发展的趋势。 近十几年来，机器人的开发不仅越来越优化，而且涵盖了许多领域，应用的范畴十 分广阔。 在工业上，自动控制系统有着广泛的应用，如工业自动化机床控制，计算机系统， 机器人等。而工业机器人是相对较新的电子设备，它正开始改变现代化工业面貌。 本设计的机械手是基于提高劳动
6、生产率、产品质量和经济效益，减轻工人劳动强度 而设计的。在某些劳动条件极其恶劣的条件下，工人难以用手工工作，可用本机械手代 替人力劳动。 本设计为四自由度圆柱坐标型工业机械手，其工作方向为两个直线方向和两个旋转 方向。 本设计中的四自由度棒料搬运机械手，主要是针对质量少于 2KG 的圆形棒料的搬运。 通过气爪手指的不同选择可满足直径小于 60mm 的棒料的搬运。 在控制器的作用下，机械手执行将工件从一条流水线拿到另一条流水线并把工件翻 转过来这一简单的动作。 关键词：四自由度；机械手；搬运；工业机器人 Abstract Today that develop continuously in th
7、e society, The robot are more and more Using at industry scene application. Replaces the manpower with the machine strength, Its the historical development tendency that liberates the humanity from the arduous physical labor. In the recent several years, the robot development not only more and more
8、optimizes, but also moreover has covered many domains. Industrially, automatic control systems are found in numerous applications, such as automation machine tool control, computer systems and robotics. Industrial robots are relatively new electromechanical devices that are beginning to change the a
9、ppearance of modern industry. This paper design for enhances the labor productivity, product quality, economic efficiency and reduces the worker labor intensity. Some job working at extremely bad environment, that people cant work in hand, so the robots can replace worker to do it. This scheme intro
10、duced a cylindrical robot for four degree of freedom. It is composed of two linear axes and two rotary axis current This paper mainly use at the transporting of circular good material that quality is short to 2KG. The different fingernail finger was Choice for transporting the good material that dia
11、meter is smaller than 60mm. Under controller function the robot move the components from one assembly line to other assembly line and turn over it in space, perform relatively simple takes. Key words: four degrees of freedom; robot; transporting; Industrial robot 目目 录录 摘 要.IV Abstract.V 目 录VII 1 绪论
12、.1 1.1 工业机器人的技术与发展 1 1.2 本设计中的四自由度棒料搬运机械手所实现的功能 2 1.3 本设计中的四自由度棒料搬运机械手设计的意义 2 2 机械手的总体设计 .3 2.1 设计要求 .3 2.2 机械手的组成 3 2.3 总方案的拟定 4 2.4 机器人的工作空间 .4 2.5 机械手驱动系统的设计 5 2.5.1 机械手驱动器 .5 2.5.2 机械手传动机构 .5 3 机械手的传动设计 .7 3.1 滚珠丝杠的选择 7 3.2 谐波齿轮减速器参数的确定 8 4 机械手的各电机选择 .12 4.1 机械手手臂升降步进点击的选择 12 4.2 机械手底座回转驱动电动机的选择
13、 14 5 机械手各气动件的设计计算 .18 5.1 气爪夹紧力的起算与气爪的选择 18 5.1.1 气爪夹紧力的要求 .18 5.1.2 缸径的确定 .19 5.1.3 行程的确定 .20 5.1.4 气缸的动速度 .20 5.1.5 摆动气缸的选择 .21 5.2 手臂伸缩气缸的选择 23 6 机器人控制系统的设置 .26 6.1 机械手控制器的选择 26 6.2 机械手控制系统的特点及对控制功能的基本要求 26 6.3 控制系统的总体设计 27 7 手臂验算与机械手参数.29 7.1 手臂平衡的验算 29 7.2 机械手参数 30 8 结论与展望 .31 8.1 结论 31 8.2 不足
14、之处及未来展望 31 致 谢 .32 参考文献 .33 1 绪论绪论 1.1 工业机器人的技术与发展工业机器人的技术与发展 机器人（又称机械手，机械人，英文名称：Robot） ，在人类科技发展史上其来有自， 早在三国时代，诸葛亮发明的木牛流马即是古代中国人的智能结晶。随着近代的工业革 命，机器产业的不断发展成为近代工业的主要支柱。 机器人的研究从一开始就是拟人化的，所以才有机械手、机械臂的开发与制作，也 是为了以机械来代替人去做人力所无法完成的劳作或探险。但近十几年来，机器人的开 发不仅越来越优化，而且涵盖了许多领域，应用的范畴十分广阔。 工业机器人是典型的机电一体化高技术产品。在许多生产领域
15、，它对于提高生产自 动化水平，提高劳动生产率、产品质量和经济效益，改善工人劳动条件的作用日见显著。 不少劳动条件恶劣、生产要求苛刻的场合，工业机器人代替人力劳动已是必然的趋势。 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。 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。它的控制方式比较简单，应用在线编程，即通过示教 存贮信息，工作时读出这些信息，向执行机构发出指令，执行机构按指令再现示教的操 作。 第二代工业机器人是带感觉的机器人。它具有寻力觉、触觉、视觉等进行反馈的能力。 其控制方式较第一代工业机器人要复杂得多，这种机器人从 1980 年开始进入了实用阶段， 不久即将普及应用。 第三代工业机器人即智能机器人。这种机器人除了具有触觉、视觉等功能外，还能够 根据人给出
