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1、本科毕业设计（论文）资料第一部分 设计说明书摘 要随着科学技术的发展，人类社会进入了一个以自动化和电子技术为标志的新时代。自动化机械大量应用于工业工程中，其中工业机械手的应用最为广泛。工业机械手是一种模仿人手动作的机器，可以取代很多的人工操作，并可以取得更高的效率。本文介绍了用于夹持外圆件的上料机械手的设计。它采用液压驱动，PLC系统控制，动作平稳，控制方便。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。介绍了自动上料液压机械手的设计理论与方法。简略的讨论了自动上料机械手的自动控制系统、液压系统、手部、腕部、手臂等主
2、要部件的结构设计。关键词： 机械手，液压传动，自由度ABSTRACT With the development of technology, the human society entered a modern ear for with automation with electronics technique for marking. Automation machine large quantity is applied in industry engineering inside, among them the application of the industry machine ha
3、nd is the most extensive. The industry machine of a kind of mimicry hand action, can replace a lot of artificials operate, combining can obtain the higher efficiency.This thesis introduces to used for clipping to hold the outside circle a design for and down anticipating machine hand. It adopts the
4、liquid presses to drive, ordering a procedure control, acting steady, control convenience.The paper introduces the function,composing and classification 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
5、 this manipulator.Article introduces autotransmitting hydraulic design theory and method of the manipulator. Briefly discussed autotransmitting manipulator automatic control systems, hydraulic system, hand and wrist, arm and the fuselage of the main parts of structure design, etc.Key phrase ： manipu
6、lator， liquid presses ，degree of freedom目录一 绪论1（一）研究背景及发展动向11 机器人与机械手的背景12 机械手的发展前景13 机械手的组成2（二）液压传动技术的发展动态向及应用情况31液压传动技术的发展动态32液压传动技术的应用3（三）液压传动的特点31液压传动的优点32液压传动的缺点4二 总体方案设计5（一）方案设计51 黑箱结构52机械手动作及工作范围的确定53驱动与控制方式的选择5（二）机械手的运动分析6三 机械手手部的设计计算8（一）机械手手爪的设计计算81选择手爪的类型及夹紧装置82夹紧力及驱动力的计算103手抓夹持范围计算114机械手手
7、抓夹持精度的分析计算125弹簧的设计计算12四 腕部的设计计算15(一) 腕部的结构151概述15（二）腕部的设计计算15（三）手腕驱动力的计算16（四）液压缸盖螺钉的计算16（五）动片和输出轴的连接螺钉的计算18（六）腕部轴承选择19五 臂部的设计计算20(一）臂部的结构201概述20（二）手臂的典型运动机构202 手臂运动机构的选择20（三）伸缩臂机构结构设计211手臂直线运动的驱动力计算212伸缩运动液压缸工作压力和结构的确定22（四）臂部回转缸的结构设计241臂部回转运动的分析计算242回转缸尺寸的初步确定253液压缸盖螺钉的计算254动片和输出轴间的连接螺钉的分析计算26（五）臂部升
8、降缸的结构设计271臂部升降运动的分析计算272轴承的选择分析29（六）底座与手臂连接处的螺栓直径的确定301计算倾覆力矩302计算受力最大的螺栓承受的工作载荷303确定每个螺栓所需的预紧力304确定螺栓直径30六 液压系统的设计32（一）液压系统简介321液压系统的组成322机械手液压系统的控制回路32（二）机械手的工作原理分析341各缸运动过程分析35七 机械手的电气控制系统设计37（一） 手动控制系统图37（二） 机械手自动方式状态图37（三）机械手独立控制面板设计图38结论 40参考文献41致 谢 42湖南工业大学本科毕业设计（论文）一 绪论（一）研究背景及发展动向1 机器人与机械手的
9、背景机器人的研制，20世纪50年代中期始于美国，50年代末出现机器人的工业产品。随后，日本、苏联和欧洲各国相继发展该项技术。中国于1972年开始研制机器人。机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动生产设备，机械手是机器人的一个非常重要的分支，它的优点是可以通过编程来完成各种预期的任务，在构造和性能上有了人和机器人的各自优点，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，在服务中国现代化荆棘有着不可代替的作用。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
10、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
11、业的重视。2 机械手的发展前景工业机械手性能不断提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修)，而单机价格不断下降，平均单机价格从91年的10.3万美元降至97年的6.5万美元。机械结构向模块化、可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位一体化:由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机;国外已有模块化装配机器人产品问市。工业机械手控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化;器件集成度提高，控制柜日见小巧，且采用模块化结构；大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。机械手中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，装配、焊接机器
12、人还应用了视觉、力觉等传感器，而遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制多传感器融合配置技术在产品化系统中已有成熟应用。当代遥控机器人系统的发展特点不是追求全自治系统，而是致力于操作者与机器人的人机交互控制，即遥控加局部自主系统构成完整的监控遥控操作系统，使智能机器人走出实验室进入实用化阶段。美国发射到火星上的“索杰纳”机器人就是这种系统成功应用的最著名实例。3 机械手的组成工业的机械手由执行机构、驱动机构和控制机构三部分组成。（1）执行机构手部 既直接与工件接触的部分，一般是回转型或平动型（多为回转型，因其结构简单）。手部多为两指（也有多指）；根据需
13、要分为外抓式和内抓式两种；也可以用负压式或真空式的空气吸盘（主要用于吸冷的，光滑表面的零件或薄板零件）和电磁吸盘。传力机构形式教多，常用的有：滑槽杠杆式、连杆杠杆式、楔块杠杆式、齿轮齿条平行连杆式、内撑连杆式、右丝杠螺母式、弹簧式和重力式。腕部 是连接手部和臂部的部件，并可用来调节被抓物体的方位，以扩大机械手的动作范围，并使机械手变的更灵巧，适应性更强。手腕有独立的自由度。有回转运动、上下摆动、左右摆动。一般腕部设有回转运动再增加一个上下摆动即可满足工作要求，有些动作较为简单的专用机械手，为了简化结构，可以不设腕部，而直接用臂部运动驱动手部搬运工件。目前，应用最为广泛的手腕回转运动机构为回转液
14、压（气）缸，它的结构紧凑，灵巧但回转角度小（一般小于 2700）,并且要求严格密封，否则就难保证稳定的输出扭距。因此在要求较大回转角的情况下，采用齿条传动或链轮以及轮系结构。臂部 手臂部件是机械手的重要握持部件。它的作用是支撑腕部和手部（包括工作或夹具），并带动他们做空间运动。臂部运动的目的：把手部送到空间运动范围内任意一点。如果改变手部的姿态（方位），则用腕部的自由度加以实现。因此，一般来说臂部具有三个自由度才能满足基本要求，即手臂的伸缩、左右旋转、升降（或俯仰）运动。手臂的各种运动通常用驱动机构（如液压缸或者气缸）和各种传动机构来实现，从臂部的受力情况分析，它在工作中既受腕部、手部和工件的静、动载荷，而且自身运动较为多，受力复杂。因此，它的结构、工作范围、灵活性以及抓重大小和定位精度直接影响机械手的工作性能。行走机构 有的工业机械手带有行走机构，我国的正处于仿真阶段。（二）液压传动技术的发展动态向及应用情况1液压传动技术的发展动态近年来，液压传动由于应用了电子技术、计算机技术、信息技术、自动控制技术、磨差磨损技术及新工艺、新材料等后取得了新的发展，使液压系统和元件在水平上有了很大提高，它已经成为工业机械、工程建设机械及国防尖端产品不可缺少的重要手段。液压传动向自动化、高精度、高速化、高功率密度（小型化、轻量化）方向发展，是不断提高
