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1、轻型平动搬运机械手的设计及运动仿真摘要随着工业自动化发展的需要，机械手在工业应用中越来越重要。文章主要叙述了机械手的设计计算过程 。首先，本文介绍机械手的作用，机械手的组成和分类，说明了自由度和机械手整体座标的形式。同时，本文给出了这台机械手的主要性能规格参量。文章中介绍了搬运机械手的设计理论与方法。全面详尽的讨论了搬运机械手的手部、腕部、手臂以及机身等主要部件的结构设计。最后使用软件对机械手的手部实现运动仿真。关键词：机械手；运动仿真；液压传动；液压缸；The light stable motion transports manipulators design and the movemen
2、t simulationAbstractThe applying of the manipulators are more and more important in the industry, with the development of industrial automation. The paper mainly narrated the design and calculation of light and transfer manipulator.The first，The paper introduces the function,composing and classifica
3、tion of the manipulator,tells out the free-degree and the form of coordinate.At the same time,the paper gives out the primary specification parameter of this manipulator.This article system elaboration industry manipulators design theory and method. The comprehensive exhaustive discussion has transp
4、orted manipulators hand, the wrist, the arm ，the fuselage and so on ,which the major structural design computation.Finally uses the software to carry out the movement simulation for manipulators hand.Keywords: manipulator; motion simulation; hydraulic power transmission；Hydraulic cylinder目录中文摘要1英文摘要
5、2主要符号表51 绪论11.1前言11.2 工业机械手的简史11.3工业机械手在生产中的应用31.3.1 建造旋转零件（转轴、盘类、环类）自动线31.3.2 在实现单机自动化方面31.3.3 铸、锻、焊热处理等热加工方面31.4 机械手的组成41.4.1 执行机构41.4.2 驱动机构41.4.3 控制系统分类51.5工业机械手的发展趋势51.6 本文主要研究内容61.7 本章小结62机械手的总体设计方案72.1 机械手基本形式的选择72.2机械手的主要部件及运动72.3驱动机构的选择82.4 机械手的技术参数列表82.5 本章小结83 机械手手部的设计计算93.1 手部设计基本要求93.2
6、典型的手部结构93.3机械手手抓的设计计算93.3.1选择手抓的类型及夹紧装置93.3.2 手抓的力学分析103.3.4 夹紧力及驱动力的计算113.3.5 手抓夹持范围计算123.4 机械手手抓夹持精度的分析计算133.5弹簧的设计计算143.6 本章小结164 腕部的设计计算174.1 腕部设计的基本要求174.2 腕部的结构以及选择174.2.1典型的腕部结构174.2.2 腕部结构和驱动机构的选择184.3 腕部的设计计算184.3.1 腕部设计考虑的参数184.3.2 腕部的驱动力矩计算184.3.3 腕部驱动力的计算194.3.4 液压缸盖螺钉的计算204.3.5动片和输出轴间的连
7、接螺钉214.4 本章小结225 臂部的设计及有关计算235.1 臂部设计的基本要求235.2 手臂的典型机构以及结构的选择245.2.1 手臂的典型运动机构245.2.2 手臂运动选择机构的245.3 手臂直线运动的驱动力计算245.3.1 手臂摩擦力的分析与计算245.3.2 手臂惯性力的计算265.3.3 密封装置的摩擦阻力265.4 液压缸工作压力和结构的确定265.5 本章小结286 机身的设计计算296.1 机身的整体设计296.2 机身回转机构的设计计算306.3 机身升降机构的计算346.3.1 手臂偏重力矩的计算346.3.2 升降不自锁条件分析计算356.3.3 手臂做升降
8、运动的液压缸驱动力的计算366.4 轴承的选择方案366.5 本章小结377ADAMS 模型的建立与仿真387.1虚拟样机技术387.2 ADAMS软件387.3 手部模型的建立407.4 本章小结448 结论45主要符号表 手指夹紧力 ND 弹簧中径 弹簧内径 弹簧外径 C 弹簧旋绕比 n 弹簧有效圈数M 转动缸的回转力矩 偏重力臂 mm 偏重力矩 t 螺钉间距 mm 螺钉承受的拉力 N 工作载荷 N 预紧力 N 转动缸起动角 度 转动缸转动角速度 1 绪论1.1前言用于再现人手的的功能的技术装置称为。机械手是模仿着人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置
9、。在工业生产中应用的机械手被称为。工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新技术，并已成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分，这种新技术发展很快，逐渐成为一门新兴的学科机械手工程。机械手涉及到力学、机械学、电器液压技术、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。工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动生产设备。工业机械手也是工业机器人的一个重要分支。他的特点是可以通过编程来完成各种预期的作业，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现在人的智能和适应性。机械手作业的准确性和环境中完成作业的能力，在国民经济领域有着广泛的发展空间。机械手的发展是由于它的积
10、极作用正日益为人们所认识：其一、它能部分的代替人工操作；其二、它能按照生产工艺的要求，遵循一定的程序、时间和位置来完成工件的传送和装卸；其三、它能操作必要的机具进行焊接和装配，从而大大的改善了工人的劳动条件，显著的提高了劳动生产率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。因而，受到很多国家的重视，投入大量的人力物力来研究和应用。尤其是在高温、高压、粉尘、噪音以及带有放射性和污染的场合，应用的更为广泛。在我国近几年也有较快的发展，并且取得一定的效果，受到机械工业的。 机械手是一种能自动控制并可从新编程以变动的多功能机器，他有多个自由度，可以搬运物体以完成在不同环境中的工作。 机械手的结构形式开始比
11、较简单，专用性较强。 随着工业技术的发展，制成了能够独立的按程序控制实现重复操作，适用范围比较广的“程序控制通用机械手”，简称通用机械手。由于通用机械手能很快的改变工作程序，适应性较强，所以它在不断变换生产品种的中小批量生产中获得广泛的引用。1.2 工业机械手的简史现代工业机械手起源于20世纪50年代初，是基于示教再现和主从控制方式、能适应产品种类变更，具有多自由度动作功能的柔性自动化。机械手首先是从美国开始研制的。1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手。他的结构是：机体上安装一回转长臂，端部装有电磁铁的工件抓放机构，控制系统是示教型的。1962年，美国机械铸造公司在上述方案的基础之上又
12、试制成一台数控示教再现型机械手。商名为Unimate(即万能自动)。运动系统仿造坦克炮塔，臂回转、俯仰，用液压驱动；控制系统用磁鼓最存储装置。不少球坐标式通用机械手就是在这个基础上发展起来的。同年该公司和普鲁曼公司合并成立万能自动公司（Unimaton）,专门生产工业机械手。1962年美国机械铸造公司也试验成功一种叫Versatran机械手，原意是灵活搬运。该机械手的中央立柱可以回转，臂可以回转、升降、伸缩、采用液压驱动，控制系统也是示教再现型。虽然这两种机械手出现在六十年代初，但都是国外工业机械手发展的基础。1978年美国Unimate公司和斯坦福大学、麻省理工学院联合研制一种Unimate
13、-Vic-arm型工业机械手，装有小型电子计算机进行控制，用于装配作业，定位误差可小于1毫米。美国还十分注意提高机械手的可靠性，改进结构，降低成本。如Unimate公司建立了8年机械手试验台，进行各种性能的试验。准备把故障前平均时间（注：故障前平均时间是指一台设备可靠性的一种量度。它给出在第一次故障前的平均运行时间），由400小时提高到1500小时，精度可提高到0.1毫米。德国机器制造业是从1970年开始应用机械手，主要用于起重运输、焊接和设备的上下料等作业。德国KnKa公司还生产一种点焊机械手，采用关节式结构和程序控制。瑞士RETAB公司生产一种涂漆机械手，采用示教方法编制程序。瑞典安莎公司采用机械手清理铸铝齿轮箱毛刺等。日本是工业机械手发展最快、应用最多的国家。自1969年从美国引进二种典型机械手后，大力研究机械手的研究。据报道，1979年从事机械手的研究工作的大专院校、研究单位多达50多个。1976年个大学和国家研究部门用在机
