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1、精选优质文档-倾情为你奉上机械综合课程设计说明书设计题目：机器人液压手爪设计专 业：机械设计制造及其自动化班 级： 姓 名： 学 号： 成 绩： 2017年12月23日专心-专注-专业目 录摘 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，工业机器人主要承担着焊接、喷涂、搬运、取件以及堆垛等重复性并且劳动强度极大的工作，工作方式一般采取示教再现的方式。本次课程设计旨在设计一个简易的机械手结构，使其能够在气缸作为
2、动力的情况下实现对目标的夹持，运送以及放下等工作，并绘制出机械手各部件的详细零件图和装配图，在此基础上能进行三维仿真。在金工实习期间将该机械手进行制造加工，使实物能够顺利运作，关键词：机械手；气缸；结构设计第一章 概述1.1工业机器人和机械手概述在现代工业中，生产过程的机械化、自动化已成为突出的主题。化工等连续性生产过程的自动化已基本得到解决。但在机械工业中，加工、装配等生产是不连续的。专用机床是大批量生产自动化的有效办法；程控机床、数控机床、加工中心等自动化机械是有效地解决多品种小批量生产自动化的重要办法。但除切削加工本身外，还有大量的装卸、搬运、装配等作业，有待于进一步实现机械化。机器人的
3、出现并得到应用，为这些作业的机械化奠定了良好的基础。“工业机器人”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部分功能，工作程序固定的自动化装置。机器人具有结构简单、成本低廉、维修容易的优势，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。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指定的工作位置，或按照工作要求以操纵工件进行加工。要机器人像人一样拿取东西，最简单的基本条件是要有一套类似于指、腕、臂、关节等部分组成的抓取和移动机构执行机构；像肌肉那
4、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。这些系统的性能就决定了机器人的性能。一般而言，机器人通常就是由执行机构、驱动传动系统和控制系统这三部分组成，如图1所示。图1.1 机器人的一般组成1.2 机器人的历史、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第一台机器人。它的结构特点是机体上安装一回转长臂，端部装有电磁铁的工件抓放机构，控制系统是示教型的。日本是工业机器人发展最快、应用最多的国家。自1969年从美国引进两种典型机器人后，大力从事机器人的研究。目前工业机器人大部分还属于第一代，主要依靠人工进行控制；控制方式则为开环式，没有识别能力；改进的方向主
5、要是降低成本和提高精度。第二代机器人正在加紧研制。它设有微型电子计算机控制系统，具有视觉、触觉能力，甚至听、想的能力。研究安装各种传感器，把感觉到的信息进行反馈，使机器人具有感觉机能。第三代机器人（机器人）则能独立地完成工作过程中的任务。它与电子计算机和电视设备保持联系，并逐步发展成为柔性制造系统FMS和柔性制造单元FMC 中的重要一环。随着工业机器人研究制造和应用领域不断扩大，国际性学术交流活动十分活跃，欧美各国和其他国家学术交流活动开展很多。国际工业机器人会议ISIR决定每年召开一次会议，讨论和研究机器人的发展及应用问题。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，无论数
6、量、品种和性能方面还不能满足工业生产发展的需要。使用工业机器人代替人工操作的，主要是在危险作业（广义的）、多粉尘、高温、噪声、工作空间狭小等不适于人工作业的环境。在国外机械制造业中，工业机器人应用较多，发展较快。目前主要应用于机床、模锻压力机的上下料，以及点焊、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，但还不具备传感反馈能力，不能应付外界的变化。如发生某些偏离时，就将引起零部件甚至机器人本身的损坏。随着现代化科学技术的飞速发展和社会的进步，针对于上述各个领域的机器人系统的应用和研究对系统本身也提出越来越多的要求。制造业要求机器人系统具有更大的柔性和更强大的编程环境，适应不同的应用场
7、合和多品种、小批量的生产过程。计算机集成制造（CIM）要求机器人系统能和车间中的其它自动化设备集成在一起。研究人员为了提高机器人系统的性能和智能水平，要求机器人系统具有开放结构和集成各种外部传感器的能力。然而，目前商品化的机器人系统多采用封闭结构的专用控制器，一般采用专用计算机作为上层主控计算机，使用专用机器人语言作为离线编程工具，采用专用微处理器，并将控制算法固化在EPROM中，这种专用系统很难（或不可能）集成外部硬件和软件。修改封闭系统的代价是非常昂贵的，如果不进行重新设计，多数情况下技术上是不可能的。解决这些问题的根本办法是研究和使用具有开放结构的机器人系统。我国虽然开始研制工业机器人仅
8、比日本晚5-6年，但是由于种种原因，工业机器人技术的发展比较慢。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发展。1.3 机器人发展趋势随着现代化生产技术的提高，机器人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和柔性制造单元相结合，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，总的来说现代工业机器人有以下几个发展趋势：1.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
9、，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.研制各类传感器及检测元器件，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。并采用专家系统进行问题求解、动作规划，同时，越来越多的系统采用微机进行控制。第二章 机械手结构设计2.1设计时应考虑的几个问题1.应具有足够的握力（即夹紧力）：在确定手指的握力时，除考虑工件重量外，还应考虑在传送或操作过程中所产生的惯性力和振动，以保证工件不致产生松动或脱落。2.手指间应有一定的开闭角：两个手指张开与闭合的两个极限位置所夹
10、的角度称为手指的开闭角。手指的开闭角保证工件能顺利进入或脱开。若夹持不同的工件，应按最大宽度的工件考虑。3.应保证工件的准确定位：为使手指和被夹持工件保持准确的相对位置，必须根据被抓取工件的形状，选择相应的手指形状。例如圆柱形工件采用带V形面的手指，以便自动定心；而长方形工件长多采用板式手爪。4.应具有足够的强度和刚度：手指除受到被夹持工件的反作用力外，还受到机械手在运动过程中所产生的惯性力和振动的影响，要求具有足够的强度和刚度以防止折断或弯曲变形，但应尽量使结构简单紧凑，自重轻。5.应考虑被抓取对象的要求：应根据抓取工件的形状、抓取部位和抓取数量的不同，来设计和确定手指的形状。2.2 机械手
11、指形状设计设计中夹持的工件为长方体,所以手爪的形状设计成与工件相似的形状，运用夹板式的手指可以增加与工件的接触面积，同时受力过程中不易变形。为了增大摩擦力在手指的位置加上易拆装的硬橡胶，这样不仅可以增加摩擦力，更可以在夹持零件形状有所误差时，根据橡胶的弹性挤压力可以很好的解决因工件尺寸不一导致手指夹持时出现一定偏角的情况。图2.1 机械手爪部示意图2.3 机械手爪整体结构设计进过设计，决定将机械手爪设计为液压缸推动活动块前后运动，从而驱动其他零件进行相关运动，最终驱动手爪手指部分夹紧，其三维效果图如图所示：图2.2 机械手爪的结构示意图第三章 手爪受力计算及分析3.1 手爪受力分析根据设计的机
12、械手的原理对其进行相应的受力分析，不仅可以提高系统的可靠性，还可以得出薄弱的环节从而进行进一步的优化。图3.1 机械手爪的受力示意图3.2 动作原理说明图3.2 机械手爪的结合部位示意如图所示，当驱动杆连同圆柱销一起往复运动时，圆柱销在滑槽内推拉手指杠杆从而可拨动两个手指各自绕其支点（手指上的矫销）作相对运动。3.3 夹紧力与N与驱动力A的关系（传力比）当手指处于夹紧工件的状态时，图2-2中滑槽杠杆的倾斜角为滑槽曲线与回转支点连线的夹角，此时称为夹紧状态的倾斜角。由于左右两手指的对称性，在液压缸的驱动力A的作用下，每个滑槽杠杆受力相等。在不计摩擦力的情况下有 (3-1)根据各力对回转支点O的力
13、矩平衡条件，同样在不计摩擦力的情况下可得到： (3-2)其中为杠杆动力臂，即驱动力对滑槽的作用力至支点O的垂直距离，b为杠杆阻力臂，即夹紧力至支点O的垂直距离。于是传力比为： (3-3)由此可知当a/b为定值时，将决定这一机构的增力大小，增大则N/A值增大，但的增大会将使驱动行程增大，同时手部结构也将增大。本机构中a为工件的宽度的一半为100mm, b为杠杆阻力臂，设计的长度为200mm因此得到： (3-4)3.4 运动的动作范围滑槽杠杆可对称于两支点的连线上下摆动。假设处于极限行程时有： (3-5)其中lmax为滑槽杆的最大长度。为了避免滑槽杠杆与两回转支点发生干扰，一般应使 (3-6)即
14、一般取=30-40。这里取角=30度。根据手部结构的传动示意图，其驱动力为: (3-7)根据手指夹持工件的方位，计算握力:机械手实现夹持实心长方体外形工件，尺寸范围：300X200X200mm,材料密度为7800千克每立方米则故重力为由受力分析可知 (其中u为摩擦系数) (3-8)手指部位为了增加摩擦系数，且方便跟换，这里在夹持接触的地方用橡胶制作夹头 ，查机械设计手册可知橡胶的摩擦系数为：钢-硬橡胶 摩擦因数0.36，则产生的挤压力N=1274N因为a/b=0.5则驱动力为 (3-9)为了考虑工件在传送过程中产生的惯性力、振动以及传力机构效率的影响，其实际的驱动力A实际应按以下公式计算，即： (3-10)式中 ：手部的
