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1、商 丘 工学院2016-JX-SJ080202-115本科毕业设计 一种吸盘式搬运机械手的设计与研究 学 院机械工程学院专 业机械设计制造及其自动化学 号4112020407学生姓名周成指导教师张保恒 高威提交日期2016 年 05 月 23 日 诚信承 诺 书本人郑重承诺和声明:我承诺在毕业论文撰写过程中遵守学校有关规定,恪守学术规范,此毕业设计中均系本人在指导教师指导下独立完成,没有剽窃、抄袭他人的学术观点、思想和成果,没有篡改研究数据,凡涉及其他作者的观点和材料,均作了注释,如有违规行为发生,我愿承担一切责任,接受学校的处理,并承担相应的法律责任。毕业设计作者签名： 年月日摘 要 根据工
2、厂的实际环境和自动化设备的布局，设计了六个自由度的关节型吸盘式搬运机械手，它基本能够到达空间的任意位置，实现物品的准确转移。通过查阅相关资料，结合各方面的因素，确定了机械手的总体设计方案，通过相关的技术参数的查阅，确定了手臂、吸盘等参数的标准化。在此基础上通过采样、分析、计算、校验，确定了各部件的结构尺寸，以及电机、减速器规格的选择。通过solidworks软件，根据相关尺寸的大小，绘制出机械手的三维实体模型，并且绘制出相应的工程图。对吸盘机械手进行运动学分析及手臂的位移、速度、加速度等运动仿真，模拟出机械手的运动轨迹，绘制出机械手的运动参数曲线图，并能够实现物品迅速准确转移到目的地的动作。关
3、键词：吸盘式关节型机械手；机器臂结构分析；结构设计；三维设计；运动学仿真1ASTRACTAccording to the layout of the actual plant environment and automation equipment, the design of the six degrees of freedom articulated suction cup type manipulator, which can basically arrive at arbitrary location in space, to realize the accurate transfer
4、. Through access to relevant information, combined with various aspects of factors, to determine the overall design scheme of the manipulator, through access to relevant technical parameters to determine the arm, standardization of disk parameters. On this basis, through sampling, analysis, calculat
5、ion and validation, to determine the structure size of each component, and the motor, deceleration device specification.By SolidWorks software, according to the size related to the size of the draw the three-dimensional entity model of the manipulator, and draw the corresponding engineering drawings
6、. The manipulator sucker for kinematics analysis and arm of the displacement, velocity and acceleration of motion simulation. Simulation of the trajectory of the manipulator draw manipulator motion of parametric curves, and can realize the goods quickly and accurately transferred to the destination
7、of the action.Key words: Articulated manipulator；Robot arm structure analysis；Structure design；Three-dimensional design;Kinematics simulation目 录1 绪论1 1.1 引言11.2 关节机械手研究概况21.2.1 国外研究现状21.2.2 国内研究现状21.3 关节机械手的总体结构31.4 主要内容41.5 本章小结52 总体方案设计62.1 机械手工程概述62.2 工业机械手总体设计方案论述62.3 机械手机械传动原理72.4 机械手总体方案设计82.5
8、 本章小结93 机械手大臂部结构设计103.1 大臂部结构设计的基本要求103.2 大臂部结构设计103.3 大臂电机及减速器选型103.4 减速器参数的计算113.5承载能力的计算153.5.1 柔轮齿面的接触强度的计算153.5.2 柔轮疲劳强度的计算163.6 本章小结204 小臂结构设计214.1 腕部设计214.1.1 手腕偏转驱动计算214.1.2 手腕俯仰驱动计算324.1.3 电动机的选择324.2 小臂部结构设计344.3 小臂电机及减速器选型344.3.1 传动结构形式的选择354.3.2 几何参数的计算354.4 凸轮波发生器及其薄壁轴承的计算364.4.1 柔轮齿面的接
9、触强度的计算374.4.2 柔轮疲劳强度的计算374.5 轴结构尺寸设计384.6 轴的受力分析及计算394.7 轴承的寿命校核404.8 本章小结425 机身设计43 5.1 步进电机选择43 5.1.1 计算输出轴的转矩435.1.2 确定各轴传动比455.1.3 传动装置的运动和动力参数455.2 齿轮设计与计算48 5.2.1 高速级齿轮设计与计算485.2.2 低速级齿轮设计与计算525.3 轴的设计与计算555.3.1 输入轴的设计与计算555.3.2 中间轴的设计与计算585.3.3 输出轴的设计与计算615.4 轴承的校核635.4.1 输入轴上轴承寿命计算635.4.2 中间
10、轴上轴承寿命计算645.4.3 输出轴上轴承寿命计算655.5 键的选择和校核675.5.1 键的选择675.5.2 键的校核675.6 机身结构的设计685.6.1 机身箱体材料的选择685.6.2 机身的结构设计及制造工艺685.7 本章小结686 基于solidworks的吸盘式机械手的三维设计与装配仿真69 6.1基于solidworks三维建模的介绍696.1.1 主要零件的三维实体模型的创建及装配696.2 基于solidworks运动学仿真部分的操作步骤及仿真结果72 6.3 本章小结74总结与展望76致 谢77参考文献78771 绪论1 绪论1.1 引言 机器人，典型的机电一体
11、化产品，多关节型机器人机械手是研究的一个热点领域。在机械、电子、信息理论、人工智能、生物学和计算机等领域中，得到了极大的应用和推广，它具有速度快，效率高，应用范围广等多特点，而且具有广阔的市场和发展空间。 1959年，世界上第一台工业机器人的诞生，机器人开辟了新的发展时代。多关节机器人科学技术的飞速发展，研究和应用的发展。世界著名的机器人专家，加藤一郎教授，在早稻田大学说：“一个机器人最大的特点，你有需要它的功能”无论是自动化道路脚下程度有多高，这都是复杂的动态系统。伟大的发明家托马斯爱迪生曾说过这样一句话：“机器人，对环境是有益的。”它有很好的适应性，它具有非常较高的环境要求。可以打开无限广
12、阔的前景，有必要扩大机器人的应用领域。以下主要是设计机械手的原因和目的：代替了人类劳动，解放了人的双手，提高了生产率，而且它们是开发的一种系统，以便它可以在许多结构性和非结构性相配合，更重要的是，使用这些功能，像人性化的服务，需要内在的人性化、系统化。在这方面的研究，可以扩大研究机器人的方向和研究机器人的市场，机器人，如智能机器人，可以起到人工智能和服务人类的重要作用。关节机器人，世界上没有统一的分类，定义是不一样的。对于近期标准化的联合国国际组织已经通过美国协会的定义为关节机械手的机械人：多关节机器人，搬运为主料，转移为目的，为了各种工作完成，通过改变动作程序，还需要再编程的多功能操作装置。
13、外国定义与我们的关节型机器人有不同的参考定义。多关节型机器人，独立的主体可以放在任何地方，动作的自由度，程序可以灵活地改变，高度自动化机器人。它可用于汽车喷漆、涂料、和货物搬运、码垛等方面。关节型机器人的臂与主体，相对于人，可以携带重物，可以有一个较快的移动速度，有非常高的定位精度，它是自动的，可以执行各种操作，它可以是一个外部信号执行单元。多关节型机器人是在计算机控制下的可编程自动化的机器。能够提高产品的质量和劳动生产率，在生产过程，多关节机器人是自动化的，在通过改进，改善工作条件下，它是降低了劳动强度的有效手段。机器人诞生和发展，虽然只有30多年的历史，但是在一个国家经济领域中，机器人已经
14、应用于民用工程中，显示了强大的生命力，未来的发展不可估量，需要我们进一步努力，开创美好的未来。1.2 关节机械手研究概况1.2.1 国外研究现状人类和动物的运动原理的第一个系统研究使迈布里奇发明了照相机跟单，即设定的触发相机，并在1877年他成功地验证了他的假定。后来，使用这种方法的相机是用来研究人体运动Demeny。从1930年到1950年，苏联也伯恩斯坦也深入研究，从人类和动物动力机制的角度看，并提出的理论非常形象化的描述人类和动物的运动机制。真正研究机构运动的大多是全面研究，系统于1960年推出至今，比较完整的理论体系的形成，并在一些国家，如日本，美国和苏联已成功开发，可以是静态或动态的多臂枢轴原型得到发展。在20世纪60年代和70年代，武装多搬运运动控制理论产生三种类型的控制方法这是非常重要的，这限制了国家控制，控制参考模型和控制算法。这三种控制的方法对所有类型的搬运机械手都是适用的。国家控制是在1961年提出的模型的参考，于1975年由美国法恩斯沃思南斯拉夫托莫维奇正式提出，该算法是由著名的南斯拉夫研究所米哈伊尔罗多搬运运动学专家鲍宾Vukobratovic博士在1969 - 1972年的教堂中提出。这三种类型的控制方法和他们之间的存在内在关系。有限状态控制实质上是一个控制参考模型，并且该控制算法得到
