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1、. . . . 轻型平动搬运机械手的设计与运动仿真摘要文章主要叙述了机械手的设计计算过程。伴随着工业自动化发展和需要，机械手在工业应用中越来越广泛重要。首先，本文介绍机械手机械手的组成和分类以与作用，阐述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、手臂以与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；气压传动；气压缸；运动仿真；The light stable motion transports manipulators design and t
2、he movement simulationAbstractThe applying of the manipulatorsare 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 c
3、lassification of themanipulator,tells out the free-degree and the form of coordinate.At the same time,thepaper gives out the primary specification parameter of this manipulator.This article system elaboration industry manipulators design theory and method. The comprehensive exhaustive discussion has
4、 transported 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
5、摘要1英文摘要.2主要符号表71 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机械手的主要部件与运动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
6、要求93.2 典型的手部结构93.3机械手手抓的设计计算93.3.1选择手抓的类型与夹紧装置93.3.2 手抓的力学分析103.3.4 夹紧力与驱动力的计算113.3.5 手抓夹持围计算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 腕部的结构以与选择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 气压缸盖螺钉的计算204.3.5动片和
7、输出轴间的连接螺钉214.4 本章小结225 臂部的设计与有关计算235.1 臂部设计的基本要求235.2 手臂的典型机构以与结构的选择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 气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
8、 手臂做升降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前言能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。机械手是最早出现的工业机器人，
9、也是最早出现的现代机器人，它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门，未来可能涉与到更多的领域。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，在高科技领域有着美好的前景。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
10、；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。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、噪音以与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。机械手主要由手部、运动机构和控制系统三大部分组成。手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称
11、为机械手的自由度 。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。自由度是机 械手设计的关 键参数。自由 度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用机械手有23个自由度。控制系统是通过对机械手每个自由度的电机的控制，来完成特定动作。同时接收传感器反馈的信息，形成稳定的闭环控制。控制系统的核心通常是由单片机或dsp等微控制芯片构成，通过对其编程实现所要功能。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产品机械手首先是从美国开始研制的。1954年美国戴沃尔最早提出了工业
12、机器人的概念，并申请了专利。该专利的要点是借助伺服技术控制机器人的关节，利用人手对机器人进行动作示教，机器人能实现动作的记录和再现。这就是所谓的示教再现机器人。现有的机器人差不多都采用这种控制方式。1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手铆接机器人。作为机器人产品最早的实用机型（示教再现）是1962年美国AMF公司推出的“VERSTRAN”和UNIMATION公司推出的“UNIMATE”。这些工业机器人主要由类似人的手和臂组成它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门1978年美国Unimate公
13、司和斯坦福大学、麻省理工学院联合研制一种Unimate-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
