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1、铜陵学院毕业论文引言用来重现人手功能的机械装置叫做机械手。机械手可以模拟人手的相关动作，并依据已设计好的程序、轨迹来执行搬运、抓取及冲压的智能装置。而被运用于工业的自动化生产的机械手称为工业机械手。该技术最早出现在近几十年的机械制造生产加工领域中，并已成为了现代机械制造生产系统中一个重要分支。随着该项新技术的日益成熟，历史逐渐步入了工业机械手时代,是一门涉及广泛的学科。机械手是刚刚兴起的一种自动生产技术。它可以通过语气的编程来执行各种动作，能同时发挥出智能性和适应性以及执行动作的准确性，并能代替人在恶劣的工作环境中完成预期的动作，因此其在国民生产中有着巨大的发挥空间。机械手的发展开始引起人们的
2、深切关注:第一，能够代替部分人的手工作业，节约了时间；第二，能够依据预期的生产工艺的要求，遵循已编写好的程序、时间和位置来完成工件的搬运及装卸，劳动效率显著提高，加快工业生产机械自动化的步伐。因而，世界各国开始关注这项技术，并对该项技术加以研发。我国的机械手事业刚开始，并且已经获得了令人骄傲的成绩，受到全世界的关注。机械手是实现自我控制且可以通过编写新程序的方式来变动的智能机器，可拥有一个或几个自由度（自由度越多越灵活），可以完成冲压、搬运工件等作业。机械手起初的最基本的特点是结构单一，适用范围针对性较强。随着机械工业的发展，工业机械手执行的动作也越来越复杂，符合巨大多数工业自动化生产的“程序
3、控制通用机械手”被简称为通用机械手。因为其可随程序的改化而变化，使用方面，所以其适合在不断变化产品的中小批量生产中“大展拳脚”。- 1 -第1章 绪论1.1机械手的发展前景我国机械手应用的范围越来越广，主要体现在重点热处理以及发展铸造等方面上。为了提高作业条件及劳动强度，在研发专用机械手的时候，适当对通用机械手进行发展，有条件的话还要对PLC控制机械手、电磁式机械手和气动机械手等进行研究开发。于此同时要对机械手的运行速度以及定位的准确性进行提高，将机械手能力发挥到极致。而国外机械手的发展的侧重点则是在开发一些发展潜力较大的智能机械手。其目的在于赋予其一些传感能力，同时能够实时反馈出外界的信息并
4、能够针对此采取相应的措施加以应对。目前我国已经取得不错的成绩。随着机械手发展的变化，其发展完全冲破了传统机械工业发展的束缚，不断地向着生物科技、电子科学和航空航天等高端行业迈进。 1.2机械手组成和分类通常由三个部分组成：执行机构、驱动机构及控制机构1.2.1执行机构 （1）手部：即直接与工件接触的部分，一部分是回转型或平动型。多半机械手的手部都是两指结构。 （2）腕部：即连接手部和臂部的部件，可用来调整要抓取物体的位置，来增大机械手的活动范围，并使机械手变得更灵活，适应性更强。手腕有独立的运动，如回转运动、上下摇摆、左右摇摆等。腕部通常有回转运动，只要增加一个上下摇摆的运动，即可满足机械手的
5、作业要求。 （3）臂部：关键执行动作的装置，对整个机械手起支撑作用，并驱动手部及臂部做空间运动。臂部运动的目的：把手部送到空间运动规定范围内的一点。机械手手部姿势改变可以通过改变其自由度来改变。因此，臂部通常必须要三个自由度才能符合作业条件，手臂可以伸缩、升降以及左右旋转。臂部的空间运动一般可以通过驱动机构以及传动机构来加以实现。因此，它的机构、灵敏性以及抓重大小会影响机械手的使用性能。行走机构：工业机械手具备的独立移动机构，在这方面上的研究，我国正处于起步阶段。1.2.2驱动机构驱动机构主要为机械手提供动力。根据不同的动力来源，机械手的驱动机构大概由电动、气动、液压及机械驱动等四大类组成。用
6、电动机来构驱动的机械手，机构简单、结构紧凑、重量较轻及易控制等优点。1.2.3控制系统分类在机械手的控制方式上，可分为有点控制以及连续控制。绝大部分用插销板进行点位控制，也有采用可编程序控制器控制。1.2.4机械手的分类机械手的分类方式很多，可按工作范围、驱动方式以及控制方式等依据来进行划分。（1）按用途分机械手由专用机械手以及通用机械手组成：1、专用机械手它是一种依附于主机的的机械装置，有固定程序但没有自身相对的独立控制系统。专用机械手执行动作单调，结构比较简单，适用性可靠并且成本低，在机械化生产中应用于大批量生产。2、通用机械手它具有以下的优点：程序易变以及独立的控制系统，且操作比较灵活。
7、通过调节可在不同下使用，且其驱动系统和控制系统是相对独立的。其作业范围较广，定位准确以及通用性强，在自动化生产中适合小批量生产。（2）按驱动方式分1、液压传动机械手其原理是利用液体的压力推动执行机构作业的机械手。优点：可以抓起沉重的物件，其作业时操作灵活，传动性能平稳。但是对装置的密封性要求较高，否则装置内的介质会影响其性能的发挥；另外其不适合在温差较大的恶劣环境下工作。缺点在于对介质的过滤要求较严格，成本较高。2、气压传动机械手其原理是利用提高空气的压力推动执行机构作业的机械手。优点：空气来源极为方面，气动动作反应迅速，结构简单，输出力小及成本较低。但由于空气体积缩小，导致其工作稳定性差；另
8、外气源压力低，在同等情况下比其他机械手机构大，一般在高速、轻载、高温及粉尘大等工作环境中作业。3、机械传动机械手即执行机构，是专用机械手的一种，其动力源来自于机械传动。它的优点是运动准确，缺点也较明显：结构较大且执行程序不能改变。适合在自动生产线的上、下料时使用。4、电力传动机械手即是一种由结构特殊的感应电动机、直线电机或功率步进电机直接驱动执行机构运动的机械手，结构较简单，不需转换机构。目前国内这类机械手数目不多，但有发展潜力。（3）按控制方式分1、点位控制即规定空间内点与点之间的运动，其轨迹是不受控制的。若想增加控制点数，则可以通过提高复杂性来实现。2、连续轨迹控制即空间的任意连续的曲线运
9、动，其特点是无限的设定点，整个运动过程都处于控制下，实现平稳准确的运动，且适用范围较广，但电气控制系统比较复杂。因此，此类机械手通常适合在小型计算机上操作。1.3工业机械手的发展最早出现在汽车制造上，一般从事于焊接、喷漆及搬运等作业。工业机械手拓展了手足及大脑功能，替代人完成繁重的工作，提高了劳动生产效率，产品质量得到了保证。随着生产的发展，机械手的功能和性能的不断改善和提高，其应用领域也日益扩大。我国的机械工业从20世纪70年代开始起步。从第七个五年计划开始，政府将工业机器人的发展列入计划之内，并且在其上投入了大量人力和物力，研制出了一大批的工业机器人，如有由北京的喷涂机器人，大连的氨弧焊机
10、器人，广州和北京的电焊机器人，沈阳的装卸机器人等。中国科学院和北京科技大学提供了这些机器人的控制器，而就在同时一大批机器人的重要部件也被研制出来，如机器人减震齿轮、专用轴承、DC-PWM、编码器等等。 目前我国正在拓展其适用范围。同时发展专用机械手以及通用机械手，研制出电磁式机械手、计算机控制机械手及液压式机械手等。可以将机械手的执行构件，改装成实用的通用构件；此外根据不同的执行动作要求，可采用不同的实用机构，设计成多种的机械手，使更换工件方便，使应用范围广大。1.4课题研究的内容及意义本文主要对高速高精度冲压转序机械手的进行研究，通过学习机械手的工作原理，熟悉冲压转序机械手的运动进行了简单的
11、分析，完成了高速高精度冲压转序机械手方面的设计工作（包括控制部分、执行部分、驱动部分）的设计工作通过研究高速高进度冲压转序机械手的设计，让我初步掌握机械设计的基本流程，加深了我对其作业原理的了解，充分地锻炼了我的动手能力，为以后的设计积累了大量的丰富的经验。 第2章 机械手的设计方案及选材2.1机械手的总体设计方案对于本文所要设计机械手，其基本要求是能够精确、迅速、按顺序地冲压工件，即所要设计的机械手需具备高速、高精度、充足的空间、适量的承载能力、灵敏的自由度以及在任意部位都能定位等特性。设计原则主要有：充分分析对象的要求，制定最优化的工序和工艺；了解要加工的工件的材料选材和所要加工的形状，定
12、位精度以及工件受冲压时的受力状况、质量参数和尺寸等，从而进一步明确对机械手结构及执行控制的要求，尽量选择的标准工件，简化设计过程，具备通用性和专用型等特点，并能实现柔性转换和变成控制。2.2机械手的关键机构及其运动依据设计任务，本设计中机械手能够做垂直运动。此次设计的机械手主要由手部、腕部、臂部、机身这四个部分组成。（1）手部，选用四个吸盘来搬运工件。（2）腕部，选用四根支架来固定吸盘，并和臂部联结。（3）臂部，则选用铝合金质地的手臂，选用焊接的方式并用螺钉和齿条跟其手腕相联。（4）机身，机械手的垂直运动通过齿轮齿条机构来实现。电动机的动力通过V带传送给轴上的齿轮组，回转运动转变为垂直运动，最
13、终使机械手正常作业。2.3驱动机构的选择驱动机构即为机械手的关键组成部分，其性价比主要由驱动的方案及其装置决定。根据动力源的不同，机械手的驱动机构由液压、气动、电动和机械驱动等四大类组成。机械手的驱动方案一般选择电动驱动，电动机的型号为Y160M1-2.其额定功率为11KW，额定转速为1500r/min。本章对机械手做了大致的设计，决定了其基本形式以及主要部件，决定了此次设计选用电动驱动。以下设计计算即遵照以上选择进行。2.4机械手手部的设计计算工件的尺寸为150mm100mm3mm，材料为钢，刚的密度为=7385g/cm。2.5选择手抓的类型一般机械手的手部，按握持工件方式，分为夹持以及吸附
14、两种。通过综合考虑，此次设计选择后者作为设计的手抓。 手抓的力学分析 （1）对于电源，即加在线圈前后的电压，可选择直流电源。直流电源具有吸力的稳定性较好，线圈两端的电压没有改变。考虑到本设计的磁吸力较小，可选用5-12V直流电源。 （2）绕线组的选材，为了尽量减轻绕线组的质量，可选择漆包铝线为绕线组。 （3）因为绕线组是有电阻的，所以会产生热量。由公式为可计算得到绕线组的发热功率（U为电源电压，R为绕线电阻）。 （4）磁吸力F=BIL，I=，B=，其中N为线圈匝数，I为电流强度，S为线圈的横截面积。2.6行程开关的选择行程开关即限位开关，是利用生产机械一些机构部件的撞击来发送控制命令的一种主令
15、电器。在起重机以及轻工业机械的行程控制当中，当生产机械运动到某一预定的位置时行程开关通过机械可动部分的动作，将机械信号转变为电信号，从而实现控制生产机械，限制他们动作以及位置，为生产机械提供必要的保护。行程开关按其结构可分为直动式，滚轮式和微动式系列三种。综合考虑之后，选用滚轮式行程开关JLXK2系列，其触电为常闭触点。行程开关一般位于机械手的手臂之上，从而使行程开关带动机械手一起作业。2.7本章小结本章介绍设计机械手时所需要的选用的方案及器材包括：机械手的手抓类型、电磁铁以及行程开关的设计。在本章中对机械手的驱动机构及执行机构进行了确定，为之后的设计打好了良好的基础。第3章 机械手腕部和臂部的设计3.1腕部的设计计算3.1.1腕部的设计基本要求（1）要求重量轻、结构紧凑即在臂部的最前端，而由臂部来承受腕部以及手部的动静载荷。腕部的机构、自身重量以及载荷，直接影响机械手的作业性能。所以，在机型腕部的设计时，必需力求重量轻、机构紧凑。（2）结构考虑，合理布局腕部不是执行机构，只起到连接及支撑作用，此外除了保证
