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1、西安文理学院机械电子工程系本科毕业设计（论文）题 目 连杆装箱机械手设计 专业班级 机电08级二班 学 号 08102080223 学生姓名 陈 凡 指导教师 姚慧 设计所在单位 西安文理学院 2012年5月连杆装箱机械手的机械设计摘要： 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。主要叙述了机械手的设计计算过程。本文比较全面地讨论了工业机械手的手部和腕部、手臂伸缩机构以及上升和回转机构等主要部件的结构设计。并在最后做了一些液压控制方面的设计，绘制了液压系统图等。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
2、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，是一门跨学科综合技术关键字：机械手;气动;自由度；Connecting rod loading manipulator designAbstract: Industrial robot is developed in recent decades as a high-tech automated production equipment. Industrial robot manipulator is an important branc
3、h of industry. Mainly describes the design of the mechanical hand calculation. This more comprehensive discussion of the industrial robot hand and wrist, arm stretching up and rotating bodies and agencies and other major components of the structural design. . Modern automatic control of industrial r
4、obots is a new emerging field of technology, and has become a modern mechanism in the production system is an important part, this new technology has developed rapidly, and gradually become a new subject - Mechanical hand . Manipulator involves mechanics, mechanics, electric and hydraulic technology
5、, automatic control technology, sensor technology and computer technology fields of science, is a cross-disciplinary technology. Keywords: manipulator，pneumatic，freedom西安文理学院毕业设计（论文）目 录第一章 绪论11.1机械手的基本概念11.2 国内外的发展状况11.3机械手特点、研究意义21.3.1 机械手的特点21.3.2机械手的研究意义21.4机械手的组成31.4.1机械手的组成31.5设计任务介绍及意义3第二章 机械手
6、总体结构的确定42.1 机械手的运动自由度42.2 工作空间的确定42.3额定负载的确定42.4机械手结构形式的确定42.5运动速度52.6 定位精度62.7 机械手的技术参数列表62.8机械传动系统设计6第三章 手部结构设计83.1夹持式手部结构83.1.1手指的形状和分类83.1.2设计时考虑的几个问题83.1.3手部夹紧气缸设计9第四章 手腕结构设计134.1 手腕的自由度134.2 手腕的驱动力矩的计算144.2.2回转气缸的驱动力矩计算164.2.3 手腕回转缸的尺寸16第五章 手臂伸缩，升降，尺寸设计与校核165.1手臂伸缩气缸的尺寸设计与校核165.2纵向气缸的设计18 5.3导
7、向装置21 5.4 平衡装置21第六章 总结22第七章 致谢23参考文献24第25页第一章 绪论1.1机械手的基本概念机械手，属工业机器人的范畴，机器人学是近几十年来迅速发展起来的一门综合学科。它集中了机械工程、电子工程、计算机科学、自动控制以及人工智能等多种学科的最新研究成果，体现了光机电一体化技术的最新成就，是当代科学技术发展最活跃的领域之一，也是我国科技界跟踪国际高技术发展的重要课题。“机械手”（manipulator）：多数指附属于主机、程序固定的自动抓取、操作装置（国内一般称作机械手或专用机械手）。一个完整的气压系统是由以下几部分组成的： (1)能源部分。包括泵装置和蓄能器，它们能够
8、输出气体，把原动机的机械能转变为气体压力能，并储存起来。 (2)执行机构部分。是气缸、气动机等，它们用来带动运动部件，将气体压力能转变成使部件运动的机械能。 (3)控制部分。是各种液压阀，用于控制流体的压力、流量和流动方向，从而控制执行部件的作用力、运动速度和运动方向，也可以用来卸载，实现过载保护等。 (4)辅助部分。是系统中除了上述三部分以外的所有其他元件，如油箱、压力表、管路等。液压系统中机械手主要实现的辅助功能： (1)机械手的伸、缩、回转和工件的松开和拉紧动作等。 (2)工件的自动松开、夹紧。 (3)工作台的松开夹紧、交换工作台的自动交换动作。 (4)机械手的运动部件平衡。如机械手轴箱
9、的重力平衡、机械手的平衡装置等。 (5)机械手运动部件的制动和离合器的控制、齿轮拨又换挡等。 (6)机械手的自动开关。 液压系统在机械手中所起的作用是通过电一气转换元件把控制信号进行功率放大，对气压动力机构进行方向、位置和速度的控制，进而控制机械手的手臂按给定运动规律动作。气压动力机构多数情况下采用直线气压缸或摆动气压缸，用于实现手臂的伸缩、升降以及手腕的回转。1.2 国内外的发展状况专用机械手经过几十年的发展，如今已进入了以通用机械手为标志的时代。通用机械手可以应用于更加多的场合，从而节约了不少的开发以及设计的成本。由于通用机械手的发展，进而促进了智能机器人的研制。通用机械手涉及的内容，不仅
10、包括一般的机械、液压、气动等基础知识，而且还应用了一些电子技术、电视技术、通讯技术、计算技术、无线电控制、仿生学等，因此它是一项综合性较强的技术。目前国内外对发展这一技术都很重视。几十年来，这项技术的研究和发展一直比较活跃，设计在不断的修改，品种在不断的增加，应用领域在不断的扩大。虽然在这方面相对于发达国家还有点落后，但是国内现在也越来越感觉到机械手的重要性，国家大力支持相关的设计及产品的开发。在机器人的发展以及机械手的设计上也取得了一定的成果，国内每年都将举行机器人大赛，以增加研发单位的交流与合作。目前国内外的发展趋势是：(1)研制有更多自由度的液压机械手，这样机械手就可以变得更加的灵活，从
11、而完成更加多的动作。(2)研制带有行走机构的机械手，这种机械手可以从一个工作地点移动到另一个工作地点。(3)研制维修维护方便的通用机械手。(4)研制能自动编制和自动改变程序的通用机械手。(5)研制具有一定感触和一定智力的智能机械手。这种机械手具有各种传感装置，并配有计算机。根据仿生学的理论，用计算机充当其大脑，使它进行思考和记忆。用听筒和声敏元件作为耳朵能听，用扬声器作为嘴能说话进行应答，用热电偶和电阻应变仪作为触觉和感触。用滚轮或者双足式机构脚来实现自动移位。这样的智能机械手可以由人的特殊语言对其下达命令，布置任务，使自动化生产线成为智能化生产线。(6)机械手的外观达到美观的要求，尽量用最简
12、单的结构和设备能完成更加多的动作。(7)研制具有柔性系统的通用机械手目前，在国外广泛应用的再现式通用机械手，虽然一般也都有记忆装置，但其程序都是预先编好的，或由人在工作之前领动一次，而后机械手可以按领动的工作内容正确进行再现动作。如果把这种再现式通用机械手称为第二代机械手的话，那么现在处于研制阶段的智能机械手就是第三代了。现在研究的机械手正在朝着一种可以存储大量的程序的并且可以改变并重新写入程序的方向发展，而且机械手具有比原来的更多的自由度。现在国内具有越来越强的自主研发的单位，我相信在不久的将来，我国一定能够赶上并将且超越发达国家在机械手乃至整个机械方面处于领先地位。1.3机械手特点、研究意
13、义1.3.1 机械手的特点 (1)通用性机器人的通用性指具有执行不同功能和完成多样简单任务的实际能力；通用性也意味着，机器人是可变的几何结构。或者说在机械结构上允许机器人执行不同的任务或以不同的方式完成同一工作。 (2)适应性机器人的适应性是指具有对环境的自适应能力，及机器人能够自主执行实现经规划的中间任务，而不管执行过程中所发生的没有预计到的环境变化。1.3.2机械手的研究意义随着现代科学技术的发展，机械手的应用也越来越广泛。在机械工业中，大量应用于铸、锻、焊、冲、热处理、机械加工以及装配等工种。在其他部门，如轻工业、建筑业、国防工业等工种中也均有应用。在机械工业中，应用机械手的意义可以概括
14、如下：(1)可以提高生产过程的自动化程度。(2)应用机械手有利于在自动生产线中实现材料的传送、工件的装卸、刀具的更换、以及机器的装配等的自动化程度，从而提高劳动生产率，降低生产成本。(3)可以改善劳动条件，避免人身事故。应用机械手在高温、高压、低温、低压、噪声、臭味、有放射性物质的环境场合可部分或者全部代替人完成作业，使劳动条件得以改善。(4)可以减少人力，并便于有节奏的生产。应用机械手代替人手进行作业，这是直接减少人力的一个重要方面。(5)运用机械手可以实现连续的生产，而大大提高在生产线的工作的时间，从而能大幅提高劳动的生产率。综上所述，有效的应用机械手，是发展机械工业的必然趋势。1.4机械手的组成1.4.1机械手的组成机械手主要由执行机构、驱动系统、控制系统以及位置检测装置等所组成。各系统相互之间的关系如方框图1-1所示。控制系统驱动系统执行机构位置检测装置图1-1 机械手的组成示意图1.5设计任务介绍及意义通过课程设计培养学生综合运用所学知识的能力，提高分析和解决问题能的一个重要环节，专业课程设计是建立在专业基础课和专业方向课的基础的，是学生根据所学课程进行的工程基本训练，课程设计的意义在于：(1)培养学生综合运用所学的基础理论和专业知识，独立进行机电控制系统（产品）的初步设计工作，并结合设计或试验研
