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1、word某某大学毕 业 设 计中文题目：物料搬运机器人手部系统的设计英文题目：Material handling system design robot Handdepartment学生某某系 别机电 专业班级2 指导教成绩评定 2010年6月目 录1 引言11.1 机器人概述11.2 机器人的研究历史与现状11.3 机器人的开展趋势22 手部的设计与计算32.1 手部的设计32.2 驱动方式32.3 手部夹紧力的计算52.4 弹簧的计算652.5 手部电机选择原如此【7】72.5.1 一般执行电机的选择原如此72.5.2 电机的选用82.6 手部电机参数计算92.7 电机转速与夹紧力速度几何
2、关系确实定103 手臂的设计与计算103.1 手臂结构设计103.2 手部质量计算113.2.1 爪子的质量计算113.2.2 手部外壳质量计算113.2.3 手部主轴的质量计算123.2.4 其它部件的质量估算123.3 手臂计算与电机选择134 结 论14【参 考 文 献】15致 谢16附录1：英文文献17附录2：英文文献翻译20摘 要在当今大规模制造业中，企业为提高生产效率，保障产品质量，普遍重视生产过程的自动化程度，工业机器人作为自动化生产线上的重要成员，逐渐被企业所认同并采用。工业机器人的技术水平和应用程度在一定程度上反映了一个国家工业自动化的水平。目前，工业机器人主要承当着焊接、喷
3、涂、搬运以与堆垛等重复性并且劳动强度极大的工作，一般采取示教再现的工作方式。针对用于给冲压设备运送物料的物料搬运机器人的手部系统进展设计。通过对机器人的大臂、小臂和机械手的结构的设计，选择适宜的传动方式、驱动方式包括伺服电机、步进电机和传动方式的选择，以实现关节的伺服控制和制动问题，以与搬运时的抓紧力、抓紧方式，从而实现物料的准确搬运。关键词：机器人；机械手；伺服；制动ABSTRACTIn the modern large-scale manufacturing industry, enterprises pay more attention on the automation degree
4、of the production process in order to enhance the production efficiency, and guarantee the product quality. As an important part of the automation production line, industrial robots are gradually approved and adopted by enterprises. The technique level and the application degree of industrial robots
5、 reflect the national level of the industrial automation to some extent, currently, industrial robots mainly undertake the jops of welding, spraying, transporting and stowing etc. , which are usually done repeatedly and take high work strength, and most of these robots work in playback way.To stamp
6、out the equipment used to transport material material handling the robots hand to design the system. the robots arm, pudgy forearms and robot structure designed to choose a suitable transmission, including the servo motor drive mode and step into the motors and drive the way to achieve the capsules
7、of the server to control and brake problems, and handling of no force, no way to achieve the accuracy of this material.KEY WORDS: robot; servocontrol; brake / 1 引言1.1 机器人概述“工业机器人Industrial Robot多数是指程序可变编的独立的自动抓取、搬运工件、操作工具的装置，国内称作工业机器人或通用机器人。机器人是一种具有人体上肢的局部功能，工作程序固定的自动化装置。简而言之，机器人就是用机器代替人手，把工件由某个地方移向
8、指定的工作位置，或按照工作要求以操纵工件进展加工。机器人具有结构简单、本钱低廉、维修容易的优点，但功能较少，适应性较差。目前我国常把具有上述特点的机器人称为专用机器人，而把工业机械人称为通用机器人【1】。要机器人像人一样拿取东西，最简单的根本条件是要有一套类似于指、腕、臂、关节等局部组成的抓取和移动机构执行机构；像肌肉那样使手臂运动的驱动传动系统；像大脑那样指挥手动作的控制系统。一般而言，机器人通常就是由这三局部组成，这些系统的性能就决定了机器人的性能。如图 1 所示。图1 机器人的一般组成1.2 机器人的研究历史与现状机器人首先是从美国开始研制的。1958年美国联合控制公司研制出世界上第一台
9、机器人。它的结构特点是机体上安装一个回转长臂，端部装有电磁铁的工件抓放机构，控制系统是示教型的【2】。日本是工业机器人开展最快、应用最多的国家。自1969年从美国引进两种典型机器人后，大力开展机器人的研究【3】。目前，工业机器人主要用于装卸、搬运、焊接、铸锻和热处理等方面，无论是数量、品种，还是性能方面都还不能完全满足工业生产开展的需要。使用工业机器人代替人工操作的，主要是在危险作业、多粉尘、高温、噪声、工作空间狭小等不适于人工作业的工作环境。在国外机械制造业中，工业机器人应用较多，开展较快。目前主要应用于机床、模锻压力机的上下料，以与点焊、喷漆等作业，它可按照事先制订的作业程序完成规定的操作
10、，但还不具备传感反响能力，不能应付外界的变化。如发生某些偏离时，就会导致零部件甚至机器人本身的损坏。我国虽然开始研制工业机器人的时间仅比日本晚56年，但是由于种种原因，工业机器人技术的开展比拟慢【4】。目前我国已开始有计划地从国外引进工业机器人技术，通过引进、仿制、改造、创新，工业机器人将会获得快速的开展。1.3 机器人的开展趋势随着现代化生产技术的提高，机器人的设计生产能力进一步得到加强，尤其当机器人的生产与柔性化制造系统相结合，从而改变目前机械制造的人工操作状态，提高了生产效率。就目前来看，现代工业机器人有以下几个开展趋势【5】：！提高运动速度和运动精度，减少重量和占用空间，加速机器人功能
11、部件的标准化和模块化，将机器人的各个机械模块、控制模块、检测模块组成结构不同的机器人；2开发各种新型结构用于不同类型的场合，如开发微动机构用以保证精度；开发多关节多自由度的手臂和手指；开发各类行走机器人，以适应不同的场合；3研制各类传感器与检测元器件，如，触觉、视觉、听觉、味觉、和测距传感器等，用传感器获得工作对象周围的外界环境信息、位置信息、状态信息以完成模式识别、状态检测。并采用专家系统进展问题求解、动作规划，同时，越来越多的系统采用微机进展控制。对于现代智能机器人而言，还具有智能系统，主要是感觉装置、视觉装置和语言识别装置等。目前研究主要集中在赋予机器人“眼睛，使它能识别物体和躲避障碍物
12、，以与机器人的触觉装置。2 手部的设计与计算2.1 手部的设计工业机器人的手又称为末端执行器，它是机器人直接用于抓取和握紧吸附专用工具如喷枪、扳手、焊具、喷头等进展操作的部件。它具有模仿人手动作的功能，并安装于机器人手臂的前端。由于被握工件的形状、尺寸、重量、材质与外表状态等不同，因此工业机器人末端操作器是多种多样的，大致可分为夹钳式取料手、吸附式取料手、专用操作器与转换器和仿生多指灵巧手等。本文设计对象为物料搬运机器人，并不需要复杂的多指人工指，只需要设计能从不同角度抓取工件的钳形指。手指是直接与工件接触的部件。手指松开和夹紧工件，是通过手指的X开与闭合来实现的。该设计采用两个手指，其外形如
13、图2所示。图2 机械手手指形状2.2 驱动方式机械手常用的驱动方式有液压驱动、气压驱动和电机驱动三种类型。这三种方法各有所长，各种驱动方式的特点见表1。机械手驱动系统各有其优缺点，通常对机器人的驱动系统的要求有：(1)驱动系统的质量尽可能要轻，单位质量的输出功率要高，效率也要高；(2)反响速度要快，即要求力矩质量比和力矩转动惯量比要大，能够进展频繁地起、制动，正、反转切换；(3)驱动尽可能灵活，位移偏差和速度偏差要小；(4)安全可靠；对环境无污染，噪声要小；(5)操作和维护方便；(6)经济上合理，尤其要尽量减少占地面积。基于上述驱动系统的特点和机器人驱动系统的设计要求，本文选用步进电机驱动的方
14、式对机器人进展驱动。表1 三种驱动方式的特点对照内容驱动方式液压驱动气动驱动电机驱动输出功率很大，压力X围为50140Pa大，压力X围为4860Pa较大控制性能利用液体的不可压缩性，控制精度较高，输出功率大，可无级调速，反响灵敏，可实现连续轨迹控制。气体压缩性大，精度低，阻尼效果差，低速不易控制，难以实现高速、高精度的连续轨迹控制。控制精度高，功率较大，能准确定位，反响灵敏，可实现高速、高精度的连续轨迹控制，伺服特性好，控制系统复杂。响应速度很高较高很高结构性能与体积结构适当，执行机构可标准化、模拟化，易实现直接驱动。功率/质量比大，体积小，结构紧凑，密封问题较大。结构适当，执行机构可标准化、
15、模拟化，易实现直接驱动。功率/质量比大，体积小，结构紧凑，密封问题较小。伺服电动机易于标准化，结构性能好，噪声低，电动机一般需配置减速装置，除DD电动机外，难以直接驱动，结构紧凑，无密封问题。安全性防爆性能较好，用液压油作传动介质，在一定条件下有火灾危险。防爆性能好，高于1000kPa时应注意设备的抗压性。设备自身无爆炸和火灾危险，直流有刷电动机换向时有火花，对环境的防爆性能较差。对环境的影响液压系统易漏油，对环境有污染。排气时有噪声无在工业机械手中应用X围适用于重载、低速驱动，电液伺服系统适用于喷涂机器人、点焊机器人和托运机器人。适用于中小负载驱动、精度要求较低的有限点位程序控制机器人，如冲压机器人本体的气动平衡与装配机器人气动夹具。适用于中小负载、要求具有较高的位置控制精度和轨迹控制精度、速度较高的机器人，如AC伺服喷涂机器人、点焊机器人、弧焊机器人、装配机器人等。本钱液压元件本钱较高本钱低本钱高维修
