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1、1轻型搬运机械手的设计轻型搬运机械手的设计摘要摘要在现代工业中，生产过程的机械化、自动化已成为突出的主题。化工等连续性生产过程的自动化已基本得到解决。但在机械工业中，加工、装配等生产是不连续的。专用机床是大批量生产自动化的有效办法；程控机床、数控机床、加工中心等自动化机械是有效地解决多品种小批量生产自动化的重要办法。但除切削加工本身外，还有大量的装卸、搬运、装配等作业，有待于进一步实现机械化。机器人的出现并得到应用，为这些作业的机械化奠定了良好的基础。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。文章主要叙述了轻型搬运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
2、类，说明了自由度和机械手整体座标的形式。对其分别进行齿轮传动的设计和转轴的设计，在此过程中我们确定了运动所需的力和扭矩。在确定动力的的情况下通过计算分析，选择满足使用功率的步进电机。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。关键词：自由度；齿轮传动装置；步进电机；发展趋势2目录目录第一章 绪论 .11.1 课题研究的背景 .11.2 工业机械手的简史.31.3 工业机械手在生产中的应用 .41.3.1 建造旋转零件（转轴、盘类、环类）自动线 .61.3.2 在实现单机自动化方面
3、 .61.3.3 铸、锻、焊热处理等热加工方面 .71.4 机械手的组成.81.4.1 执行机构 .81.4.2 驱动机构 .81.4.3 控制系统分类 .81.5 工业机械手的发展趋势 .91.6 本文主要研究内容.101.7 本章小结.10第二章 机械手的总体结构设计 .112.1 机械手基本形式的选择.112.2 机械手的主要部件及运动.122.3 驱动机构的选择.122.4 本章小结.12第三章 机械部分零件的计算及建模 .133.1 Pro/Engineer 软件建模 .133.2 手部零件的设计.143.2.1 手部零件设计的基本要求.143.2.2 机械手手部的设计计算.153.
4、3 腕部的设计计算 .163.3.1 腕部设计的基本要求.163.3.2 腕部的结构以及选择.173.3.2.1 典型的腕部结构.183.3.2.2 腕部结构和驱动机构的选择 .183.3.3 腕部的设计计算.193.3.4 腕部的驱动力矩计算 .203.3.5 腕部驱动力的计算 .2033.3.6 腕部转轴的选择 .213.3.7 本章小结.223.4 小臂部分的设计及有关计算 .233.4.1 小臂部分设计的基本要求.233.4.2 手臂的典型机构以及结构的选择.233.4.2.1 手臂的典型运动机构 .233.4.2.2 手臂运动机构的选择 .233.4.3 小臂部分各零件的计算 .24
5、3.4.3.1 小臂支板的确定 .263.4.3.2 小臂部分转轴的选取 .273.4.3.3 小臂部分轴承和卡簧的三维图及工程图的选取 .283.4.3.4 小臂部分步进电机的选取 .283.4.3.5 小臂部分齿轮的选取 .293.4.3.6 小臂部分的三维软件总图 .313.5 大臂部分的设计及有关计算.323.5.1 大臂支板的确定 .323.5.2 大臂部分转轴的选取 .343.5.3 大臂部分轴承和卡簧的三维图及工程图的选取 .343.5.4 大臂部分步进电机的选取 .353.5.5 大臂部分齿轮的选取 .363.5.6 底座的三维设计及工程图 .363.5.7 大臂固定部分螺钉的
6、选取 .383.5.8 大臂部分的三维软件总图 .393.5.9 本章小结.40总结 .41致谢 .42参考文献 .434第一章第一章 绪论绪论1.11.1 课题研究的背景课题研究的背景用于再现人手的的功能的技术装置称为机械手。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。在工业生产中应用的机械手被称为工业机械手。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
7、，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
8、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，受到机械工业的重视。 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，它有多个自由度，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。1.21.2 工业机械手的简史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5适应产品种类变更，具有多自由度动作功能的柔性自动化产产品。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试制成一台数控示教再现型机械手。商名为 Unim
