數(shù)控車床上下工件機(jī)械手【畢業(yè)論文+CAD圖紙全套】

買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 編號(hào) 無錫 太湖學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題目： 數(shù)控車床上下工件機(jī)械手 信機(jī) 系 機(jī) 械 工 程 及 自 動(dòng) 化 專業(yè) 學(xué) 號(hào)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： （職稱： 講 師 ） （職稱： ） 2013 年 5 月 25 日買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 無錫 太湖學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 誠 信 承 諾 書 本人鄭重聲明：所呈交 的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 數(shù)控車床上下工件機(jī)械手 是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的成果，其內(nèi)容除了在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中特別加以標(biāo)注引用，表示致謝的內(nèi)容外，本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）不包含任何其他個(gè)人、集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。 班 級(jí)： 學(xué) 號(hào)： 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 I 無錫 太湖學(xué)院 信 機(jī) 系 機(jī)械工程及自動(dòng)化 專業(yè) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)論 文 任 務(wù) 書 一、 題目及專題： 1、 題目 數(shù)控車床上下工件機(jī)械手 、專題 二、課題來源及選題依據(jù) 數(shù)控車床要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，可設(shè)計(jì)專門的上下料裝置，但是要實(shí)現(xiàn)上下料的柔性化，機(jī)械手就是其最好的組合。隨著 機(jī)器人學(xué)科的發(fā)展，機(jī)器人在某些方面可以代替人的工作，特別是一些高強(qiáng)度的工作，甚至還具備了一定的學(xué)習(xí)功能。數(shù)控車床與機(jī)械手的結(jié)合是現(xiàn)代制造業(yè)發(fā)展的一個(gè)選擇，它是實(shí)現(xiàn)一個(gè)人操作多臺(tái)車床，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效率進(jìn)一步提高的有效途徑。 三、 本設(shè)計(jì)（論文或其他）應(yīng)達(dá)到的要求： 原始參數(shù)： 1）抓重 :600g (夾持式手部 ) 2）自由度數(shù) :4 個(gè)自由度 3）坐標(biāo)型式 :直角坐標(biāo)型 4）橫臂手臂長度 :2180）手臂最大高度 : 6）手腕運(yùn)動(dòng)參數(shù) 回轉(zhuǎn)范圍 : 0 7）手臂運(yùn)動(dòng)參數(shù) 升降行程： 920 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 計(jì)要求： 1、總體方案的確定。主要確定機(jī)械結(jié)構(gòu)部分和控制部分。 2、機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，包括手部模塊、腕部模塊、直臂模塊的設(shè)計(jì)。 并繪制整體裝配圖。 3、重要部件的設(shè)計(jì)，包括直臂導(dǎo)桿氣缸的設(shè)計(jì)，多工位動(dòng)態(tài)精度的實(shí)現(xiàn)，防傾覆裝置的設(shè)計(jì)等。并繪制導(dǎo)桿氣缸的裝配圖。 4、控制部分的初步設(shè)計(jì)。 5、設(shè)計(jì)說明書一份。 6、所有非標(biāo)零件需畫出零件圖。 注：所有圖紙需計(jì)算機(jī)打印 四、接受任務(wù)學(xué)生： 班 姓名 五、開始及完成日期： 自 2012 年 11 月 12 日 至 2013 年 5 月 25 日 六、設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)（或顧問）： 指導(dǎo)教師 簽名 簽名 簽名 教研室主任 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 學(xué)科組組長 簽名 系主任 簽名 2012 年 11 月 12 日 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 要 本設(shè)計(jì)是數(shù)控車床上下工件機(jī)械手的設(shè)計(jì)，包括總體方案的確定，機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)以及重要部件的設(shè)計(jì)。 隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展和競爭的加劇，對(duì)加工效率提出了新的要求，數(shù)控車床工件裝卸自動(dòng)化就成為當(dāng)前制造廠家對(duì)機(jī)床的重要需求之一。為了滿足用戶的需求，當(dāng)前中國的機(jī)床制造廠開始在部分?jǐn)?shù)控車床上配置工件自動(dòng)上下料機(jī)械手。但如果采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)和控制其成本高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、速度慢、工作效率較低；如果采用液壓驅(qū)動(dòng)，其泄漏對(duì)數(shù)控要求的清潔環(huán)境造成一定的副面影響。隨著氣動(dòng)技術(shù)的不斷發(fā)展，氣體驅(qū)動(dòng)也 能成為機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)力量，其成本底，結(jié)構(gòu)簡單，工作效率高，清潔，再加上 制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)機(jī)電氣一體化控制。 本設(shè)計(jì)主要設(shè)計(jì)用低成本、高速的氣缸來組成模塊化的氣動(dòng)機(jī)械手，實(shí)現(xiàn)數(shù)控車床工件自動(dòng)裝卸，克服伺服電機(jī)應(yīng)用中存在的高成本和低效率的局限。論文完成的主要設(shè)計(jì)工作包括以下幾個(gè)方面 :(1)設(shè)計(jì)了模塊化氣動(dòng)裝卸機(jī)械手的總體結(jié)構(gòu) ;(2)研究了大跨度氣缸的固定支撐形式 ;(3)研究了水平運(yùn)動(dòng)氣缸的防側(cè)翻技術(shù) ;(4)研究并實(shí)現(xiàn)了氣缸輸出桿高精度柔性調(diào)節(jié)技術(shù) (5)初步設(shè)計(jì)了氣動(dòng)控制回路和 制系統(tǒng)。 關(guān)鍵詞： 機(jī)械手；自 動(dòng)化；上下料；氣體驅(qū)動(dòng) 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 V is of of of to s of In to of s on of if is If on NC of of a of of LC to of is of to a of in of of (1) of of (2) (3) of (4) 5) LC is 文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 錄 摘 要 . . V 目 錄 . 緒論 . 1 言和意義 . 1 業(yè)機(jī)械手的簡史 . 1 內(nèi)外研究 現(xiàn)象和趨勢 . 2 計(jì)原則 . 3 2 數(shù)控車床上下工件機(jī)械手的總體設(shè)計(jì) . 4 術(shù)要求 . 4 械手總體設(shè)計(jì) . 4 行機(jī)構(gòu)的選擇 . 4 動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇 . 5 動(dòng)結(jié)構(gòu)的選擇 . 5 械手的基本形式選擇 . 6 械手直臂部分的主要部件及運(yùn)動(dòng) . 7 械手的技術(shù)參數(shù) . 8 3 各模塊的設(shè)計(jì) . 10 械手手部模塊的設(shè)計(jì) . 10 部設(shè)計(jì)基本要求 . 10 型的手部結(jié)構(gòu) . 10 械手手爪的設(shè)計(jì)計(jì)算 . 10 械手腕部模塊的設(shè)計(jì) . 13 部設(shè)計(jì)的基本要求 . 13 部的結(jié)構(gòu)以及選擇 . 14 部的設(shè)計(jì)計(jì)算 . 15 械手手臂模塊的設(shè)計(jì) . 15 臂的結(jié)構(gòu)的選擇及其驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) . 16 珠絲杠設(shè)計(jì) . 16 齒輪及錐齒輪軸的設(shè)計(jì) . 18 機(jī)選型 . 21 4 直臂導(dǎo)桿氣缸的設(shè)計(jì) . 22 缸體的設(shè)計(jì) . 22 選氣缸的缸徑 . 22 選氣缸的行程 . 23 缸的類型選擇 . 23 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 活塞桿直徑 d 的計(jì)算 . 23 缸筒壁厚 的計(jì)算 . 23 缸輸出拉力的校核 . 24 氣量的計(jì)算 . 24 桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) . 25 6 結(jié)論與 展望 . 27 致謝 . 28 參考文獻(xiàn) . 29 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 1 1 緒論 言和意義 機(jī)械手是在自動(dòng)化生產(chǎn)過程中使用的一種具有抓取和移動(dòng)工件功能的自動(dòng)化裝置，它是在機(jī)械化、自動(dòng)化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。機(jī)械手能代替人類完成危險(xiǎn)、重復(fù)枯燥的工作，減輕人類勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)力。機(jī)械手越來越廣泛的得到了應(yīng)用，在機(jī)械行業(yè)中它 可用于零部件組裝 ，加工工件的搬運(yùn)、裝卸，特別是在自動(dòng)化數(shù)控機(jī)床、組合機(jī)床上使用更普遍。它適應(yīng)于中、小批量生產(chǎn)，可以節(jié)省龐大的工件輸送裝置，結(jié)構(gòu)緊湊，而且適應(yīng)性很強(qiáng)。目前我國的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國外比還有一定的距離，應(yīng)用規(guī)模和產(chǎn)業(yè)化水平低，機(jī)械手的研究和開發(fā)直接影響到我國自動(dòng)化生產(chǎn)水平的提高，從經(jīng)濟(jì)上、技術(shù)上考慮都是十分必要的。因此，進(jìn)行機(jī)械手的研究設(shè)計(jì)是非常有意義的。 目前，在國內(nèi)很多工廠的生產(chǎn)線上數(shù)控機(jī)床裝卸工件仍由人工完成，勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)效率低。為了提高生產(chǎn)加工的工作效率 ,降低成本 ,并使生產(chǎn)線發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng) ,適應(yīng)現(xiàn)代自動(dòng)化大生產(chǎn) ,針對(duì)具體生產(chǎn)工藝 ,利用機(jī)器人技術(shù)，設(shè)計(jì)用一臺(tái)裝卸機(jī)械手代替人工工作，以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。通過對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)大學(xué)本科四年的所學(xué)知識(shí)進(jìn)行整合，完成一個(gè)特定功能、特殊要求的上下料機(jī)械手的設(shè)計(jì)，能夠比較好地體現(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)生的理論研究水平，實(shí)踐動(dòng)手能力以及專業(yè)精神和態(tài)度，具有較強(qiáng)的針對(duì)性和明確的實(shí)施目標(biāo)，能夠?qū)崿F(xiàn)理論和實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合。 本機(jī)械手主要與數(shù)控車床（數(shù)控銑床，加工中心等）組合最終形成生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)加工過程（上料、加工、下料） 的自動(dòng)化、無人化。目前，我國的制造業(yè)正在迅速發(fā)展，越來越多的資金流向制造業(yè)，越來越多的廠商加入到制造業(yè)。本設(shè)計(jì)能夠應(yīng)用到加工工廠車間，滿足數(shù)控機(jī)床以及加工中心的加工過程安裝、卸載加工工件的要求，從而減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約加工輔助時(shí)間，提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)力。 業(yè)機(jī)械手的簡史 現(xiàn)代工業(yè)機(jī)械手起源于 20 世紀(jì) 50 年代初，具有多自由度動(dòng)作功能的柔性自動(dòng)化產(chǎn)品。 機(jī)械手首先是從美國開始研制的。 1958 年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺(tái)機(jī)械手。他的結(jié)構(gòu)是：機(jī)體上安裝一回轉(zhuǎn)長臂，端部裝有電磁鐵的工件抓放機(jī)構(gòu)。 1962 年，美國機(jī)械鑄造公司在上述方案的基礎(chǔ)之上又試制成一臺(tái)數(shù)控示教再現(xiàn)型機(jī)械手。商名為 萬能自動(dòng) )。運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)仿造坦克炮塔，臂回轉(zhuǎn)、俯仰，用液壓驅(qū)動(dòng)；控制系統(tǒng)用磁鼓最存儲(chǔ)裝置。不少球坐標(biāo)式通用機(jī)械手就是在這個(gè)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。同年該公司和普魯曼公司合并成立萬能自動(dòng)公司（ ,專門生產(chǎn)工業(yè)機(jī)械手。 1962 年美國機(jī)械鑄造公司也試驗(yàn)成功一種叫 械手，原意是靈活搬運(yùn)。該機(jī)械手的中央立柱可以回轉(zhuǎn)，臂可以回轉(zhuǎn)、升降、伸縮、采用液壓驅(qū)動(dòng)，控制系統(tǒng)也是示教再現(xiàn)型。雖然這兩種機(jī)械 手出現(xiàn)在六十年代初，但都是國外工業(yè)機(jī)械手發(fā)展的基礎(chǔ)。 1978 年美國 司和斯坦福大學(xué)、麻省理工學(xué)院聯(lián)合研制一種 有小型電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，用于裝配作業(yè)，定位誤差可小于 1 毫米。 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 2 美國還十分注意提高機(jī)械手的可靠性，改進(jìn)結(jié)構(gòu)，降低成本。如 司建立了8 年機(jī)械手試驗(yàn)臺(tái)，進(jìn)行各種性能的試驗(yàn)。準(zhǔn)備把故障前平均時(shí)間（注：故障前平均時(shí)間是指一臺(tái)設(shè)備可靠性的一種量度。它給出在第一次故障前的平均運(yùn)行時(shí)間），由 400 小時(shí)提高到 1500 小時(shí)，精度可提高到 米。 德國機(jī)器制造業(yè)是從 1970 年開始應(yīng)用機(jī)械手，主要用于起重運(yùn)輸、焊接和設(shè)備的上下料等作業(yè)。德國 司還生產(chǎn)一種點(diǎn)焊機(jī)械手，采用關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)和程序控制。 瑞士 司生產(chǎn)一種涂漆機(jī)械手，采用示教方法編制程序。 瑞典安莎公司采用機(jī)械手清理鑄鋁齒輪箱毛刺等。 日本是工業(yè)機(jī)械手發(fā)展最快、應(yīng)用最多的國家。自 1969 年從美國引進(jìn)二種典型機(jī)械手后，大力研究機(jī)械手的研究。據(jù)報(bào)道， 1979 年從事機(jī)械手的研究工作的大專院校、研究單位多達(dá) 50 多個(gè)。 1976 年個(gè)大學(xué)和國家研究部門用在機(jī)械手的研究費(fèi)用 42%。 1979 年日本機(jī)械手的產(chǎn)值達(dá) 443 億日元，產(chǎn)量為 14535 臺(tái)。其中固定程序和可變程序約占一半，達(dá)222 億日元，是 1978 年的二倍。具有記憶功能的機(jī)械手產(chǎn)值約為 67 億日元，比 1978 年增長 50%。智能機(jī)械手約為 17 億日元，為 1978 年的 6 倍。截止 1979 年，機(jī)械手累計(jì)產(chǎn)量達(dá) 56900 臺(tái)。在數(shù)量上已占世界首位，約占 70%，并以每年 50% 60%的速度增長。使用機(jī)械手最多的是汽車工業(yè)，其次是電機(jī)、電器。預(yù)計(jì)到 1990 年將有 55 萬機(jī)器人在工作。 第二代機(jī)械手正在加緊研制。它設(shè)有微型電子計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，具有視覺、 觸覺能力，甚至聽、想的能力。研究安裝各種傳感器，把感覺到的信息反饋，使機(jī)械手具有感覺機(jī)能。目前國外已經(jīng)出現(xiàn)了觸覺和視覺機(jī)械手。 第三代機(jī)械手（機(jī)械人）則能獨(dú)立地完成工作過程中的任務(wù)。它與電子計(jì)算機(jī)和電視設(shè)備保持聯(lián)系。并逐步發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng) 柔性制造單元 (重要一環(huán)。 隨著工業(yè)機(jī)器手（機(jī)械人）研究制造和應(yīng)用的擴(kuò)大，國際性學(xué)術(shù)交流活動(dòng)十分活躍，歐美各國和其他國家學(xué)術(shù)交流活動(dòng)開展很多。 內(nèi)外研究現(xiàn)象和趨勢 目前，在國內(nèi)外各種機(jī)器人和機(jī)械手的研究成為科研的熱點(diǎn)，其研究的現(xiàn)狀和大體趨勢如下： （ 1）機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展。例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機(jī)、減速機(jī)、檢測系統(tǒng)三位一體化；由關(guān)節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造機(jī)器人整機(jī)。 （ 2）工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)向基于 的開放型控制器方向發(fā)展，便于標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化；器件集成度提高，控制柜日見小巧，且采用模塊化結(jié)構(gòu)；大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。 （ 3）機(jī)器人中的傳感器作用日益重要，除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器外，裝 配、焊接機(jī)器人還應(yīng)用了視覺、力覺等傳感器，而遙控機(jī)器人則采用視覺、聲覺、力覺、觸覺等多傳感器的融合技術(shù)來進(jìn)行決策控制；多傳感器融合配置技術(shù)成為智能化機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)。 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 3 （ 5）關(guān)節(jié)式、側(cè)噴式、頂噴式、龍門式噴涂機(jī)器人產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、模塊化、系列化設(shè)計(jì)；柔性仿形噴涂機(jī)器人開發(fā)，柔性仿形復(fù)合機(jī)構(gòu)開發(fā)，仿形伺服軸軌跡規(guī)劃研究，控制系統(tǒng)開發(fā)； （ 6）焊接、搬運(yùn)、裝配、切割等作業(yè)的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、模塊化、系列化研究；以及離線示教編程和系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真。 總的來說，大體是兩個(gè)方向：其一是機(jī)器人的智能化， 多傳感器、多控制器，先進(jìn)的控制算法，復(fù)雜的機(jī)電控制系統(tǒng)；其二是與生產(chǎn)加工相聯(lián)系，滿足相對(duì)具體的任務(wù)的工業(yè)機(jī)器人，主要采用性價(jià)比高的模塊，在滿足工作要求的基礎(chǔ)上，追求系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)、簡潔、可靠，大量采用工業(yè)控制器，市場化、模塊化的元件。 計(jì)原則 在設(shè)計(jì)之前，必須要有一個(gè)指導(dǎo)原則。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)原則是：以任務(wù)書所要求的具體設(shè)計(jì)要求為根本設(shè)計(jì)目標(biāo)，充分考慮機(jī)械手工作的環(huán)境和工藝流程的具體要求。在滿足工藝要求的基礎(chǔ)上，盡可能的使結(jié)構(gòu)簡練，盡可能采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的通用元配件，以降低成本，同時(shí)提高可靠性。 本著科學(xué)經(jīng)濟(jì)和滿足生產(chǎn)要求的設(shè)計(jì)原則，同時(shí)也考慮本次設(shè)計(jì)是畢業(yè)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，將大學(xué)期間所學(xué)的知識(shí)，如機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械原理、液壓、氣動(dòng)、電氣傳動(dòng)及控制、傳感器、可編程控制器（ 電子技術(shù)、自動(dòng)控制、機(jī)械系統(tǒng)仿真等知識(shí)盡可能多的綜合運(yùn)用到設(shè)計(jì)中，使得經(jīng)過本次設(shè)計(jì)對(duì)大學(xué)階段的知識(shí)得到鞏固和強(qiáng)化，同時(shí)也考慮個(gè)人能力水平和時(shí)間的客觀實(shí)際，充分發(fā)揮個(gè)人能動(dòng)性，腳踏實(shí)地，實(shí)事求是的做好本次設(shè)計(jì)。買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 4 2 數(shù)控車床上下工件機(jī)械手的總體設(shè)計(jì) 術(shù)要求 數(shù)控車床要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，可設(shè)計(jì)專門的上下料裝置，但是要實(shí)現(xiàn)上下料的柔性 化，機(jī)械手就是其最好的組合。隨著機(jī)器人學(xué)科的發(fā)展，機(jī)器人在某些方面可以代替人的工作，特別是一些高強(qiáng)度的工作，甚至還具備了一定的學(xué)習(xí)功能。數(shù)控車床與機(jī)械手的結(jié)合是現(xiàn)代制造業(yè)發(fā)展的一個(gè)選擇，它是實(shí)現(xiàn)一個(gè)人操作多臺(tái)車床，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效率進(jìn)一步提高的有效途徑。 隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展和競爭的加劇，對(duì)加工效率提出了新的要求，數(shù)控車床工件裝卸自動(dòng)化就成為當(dāng)前制造廠家對(duì)機(jī)床的重要需求之一。為了滿足用戶的需求，當(dāng)前中國的機(jī)床制造廠開始在部分?jǐn)?shù)控車床上配置工件自動(dòng)上下料機(jī)械手。但如果采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)和控制其成本高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、速度慢、 工作效率較低；如果采用液壓驅(qū)動(dòng)，其泄漏對(duì)數(shù)控要求的清潔環(huán)境造成一定的副面影響。隨著氣動(dòng)技術(shù)的不斷發(fā)展，氣體驅(qū)動(dòng)也能成為機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)力量，其成本底，結(jié)構(gòu)簡單，工作效率高，清潔，再加上 制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)機(jī)電氣一體化控制。 本設(shè)計(jì)主要設(shè)計(jì)用低成本、高速的氣缸來組成模塊化的氣動(dòng)機(jī)械手，實(shí)現(xiàn)數(shù)控車床工件自動(dòng)裝卸，克服伺服電機(jī)應(yīng)用中存在的高成本和低效率的局限。論文完成的主要設(shè)計(jì)工作包括以下幾個(gè)方面 :(1)設(shè)計(jì)了模塊化氣動(dòng)裝卸機(jī)械手的總體結(jié)構(gòu)； (2)研究了大跨度氣缸的固定支撐形式； (3)研究了水平運(yùn)動(dòng)氣缸的防側(cè)翻技術(shù)； (4)研究并實(shí)現(xiàn)了氣缸輸出桿高精度柔性調(diào)節(jié)技術(shù) (5)初步設(shè)計(jì)了氣動(dòng)控制回路和 制系統(tǒng)。 械手總體設(shè)計(jì) 行機(jī)構(gòu)的選擇 （ 1）手部，是直接與工件接觸的部分，一般是回轉(zhuǎn)型或平動(dòng)型。手部是用來抓取工件的部件，根據(jù)被抓取物件的形狀、尺寸、重量、材料和抓取要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。其中最常用的抓取類型是吸附型和夾持型，吸附型主要是針對(duì)于一些正方形表面光滑、輕質(zhì)的工件或物料，夾持型主要是針對(duì)圓柱形狀或者是別的一些比較復(fù)雜形狀的工件或物料。傳力機(jī)構(gòu)形式較多，常用的有：連 桿杠桿式、滑槽杠桿式、斜槭杠桿式、絲杠螺母式、齒輪齒條式、重力式和彈簧式。 （ 2）腕部，即連接手部和臂部的部件，起支撐和改變手部姿態(tài)的作用，以擴(kuò)大機(jī)械手的動(dòng)作范圍，并使機(jī)械手變的更靈巧，適應(yīng)性更強(qiáng)。手腕有獨(dú)立的自由度。有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、左右擺動(dòng)、上下擺動(dòng)。一般腕部設(shè)有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)再增加一個(gè)上下擺動(dòng)即可滿足工作要求，有些動(dòng)作較為簡單的專用機(jī)械手，為了簡化結(jié)構(gòu)，可以不設(shè)腕部，而直接用臂部運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)手部搬運(yùn)工件。目前，應(yīng)用最為廣泛的手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)為回轉(zhuǎn)液壓（氣）缸，它的結(jié)構(gòu)緊湊，靈巧但回轉(zhuǎn)角度?。ㄒ话阈∮?2700） ,并且 要求嚴(yán)格密封，否則就難保證穩(wěn)定的輸出扭距。因此在要求較大回轉(zhuǎn)角的情況下，采用齒條傳動(dòng)或鏈輪以及輪系結(jié)構(gòu)。 （ 3）臂部 ，手臂部件是機(jī)械手的重要握持部件。它的作用是支撐腕部和手部（包括工作或夾具），并帶動(dòng)他們做空間運(yùn)動(dòng)。臂部運(yùn)動(dòng)的目的：把手部送到空間運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)任意一點(diǎn)。如果改變手部的姿態(tài)（方位），則用腕部的自由度加以實(shí)現(xiàn)。因此，一般來說臂買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 5 部具有三個(gè)自由度才能滿足基本要求，即手臂的伸縮、左右旋轉(zhuǎn)、升降（或俯仰）運(yùn)動(dòng)。手臂的各種運(yùn)動(dòng)通常用驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)（如液壓缸或者氣缸）和各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，從臂部的受力情況分析，它在 工作中既受腕部、手部和工件的靜、動(dòng)載荷，而且自身運(yùn)動(dòng)較為多，受力復(fù)雜。因此，它的結(jié)構(gòu)、工作范圍、靈活性以及抓重大小和定位精度直接影響機(jī)械手的工作性能。 1 動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是工業(yè)機(jī)械手的重要組成部分。根據(jù)動(dòng)力源的不同 , 可分為以下四類 : （ 1）氣壓傳動(dòng)機(jī)械手 氣壓機(jī)械手是以壓縮空氣的壓力來驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手。其特點(diǎn)為：輸出力大、易于保養(yǎng)、動(dòng)作迅速、結(jié)構(gòu)簡單成本低。但是由于空氣具有可壓縮的特性，工作速度的穩(wěn)定性較差、沖擊力大、定位精度一般、抓取力小。 （ 2）液壓傳動(dòng)機(jī)械 手 液壓傳動(dòng)機(jī)械手是以油液壓縮的壓力來驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手。其特點(diǎn)為：輸出力大、傳動(dòng)平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)緊湊、動(dòng)作靈敏、抓取力大。但是這種機(jī)械手對(duì)密封性要求很高、不易于保養(yǎng)與維護(hù)、受到液體本身的屬性影響，不宜在高溫或者低溫的環(huán)境下工作、油的泄漏會(huì)導(dǎo)致對(duì)其工作性能產(chǎn)生很大的影響、油液過濾要求非常嚴(yán)格，成本高。 （ 3）機(jī)械驅(qū)動(dòng)機(jī)械手 機(jī)械驅(qū)動(dòng)機(jī)械手是由機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手，是一種附屬于工作主機(jī)的專用機(jī)械手，動(dòng)力是由工作機(jī)械提供的。其主要特點(diǎn)為：運(yùn)動(dòng)精確，動(dòng)作頻率大，定位精度高。但是結(jié)構(gòu)較大，保養(yǎng)需 求高。 （ 4）電氣驅(qū)動(dòng)機(jī)械手 電氣驅(qū)動(dòng)機(jī)械手是由電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手。其特點(diǎn)為：運(yùn)動(dòng)速度快，行程長，定位精度高，易于維護(hù)、使用方便、節(jié)能環(huán)保。但是其技術(shù)還不夠成熟、結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、成本也較高。 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是工業(yè)機(jī)械手的重要組成部分 , 工業(yè)機(jī)械手的性能價(jià)格比在很大程度上取決于驅(qū)動(dòng)方案及其裝置。按照各驅(qū)動(dòng)特點(diǎn)以及機(jī)械手的工作環(huán)境采用電氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)。 2 動(dòng)結(jié)構(gòu)的選擇 （ 1）齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 在機(jī)器人中常用的齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)有圓柱齒輪，圓錐齒輪，諧波齒輪，擺線針輪及蝸輪蝸桿傳動(dòng)等。 （ 2） 諧波齒輪傳動(dòng) 諧波 齒輪傳動(dòng)具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小重量輕，傳動(dòng)比大（幾十到幾百），傳動(dòng)精度高、回程誤差小、噪音低、傳動(dòng)平穩(wěn)，承載能力強(qiáng)、效率高等一系列優(yōu)點(diǎn)。故在工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。諧波齒輪傳動(dòng)與少齒差行星齒輪傳動(dòng)十分相似，它是依靠柔性齒輪產(chǎn)生的可控變形波引起齒間的相對(duì)錯(cuò)齒來傳遞動(dòng)力與運(yùn)動(dòng)的，故諧波齒輪傳動(dòng)與一般的齒輪傳動(dòng)具有本質(zhì)上的差別。 （ 3）螺旋傳動(dòng) 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 6 螺旋傳動(dòng)及絲杠螺母，它主要是用來將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變換為直線運(yùn)動(dòng)或?qū)⒅本€運(yùn)動(dòng)變換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。螺旋傳動(dòng)有傳遞能量為主的，如螺旋壓力機(jī)、千斤頂?shù)?；有以傳遞運(yùn)動(dòng)為主的，如機(jī)床工作 臺(tái)的進(jìn)給絲杠。 絲杠螺母傳動(dòng)分為普通絲杠（滑動(dòng)摩擦）和滾珠絲杠（滾動(dòng)摩擦），前者結(jié)構(gòu)簡單、加工方便、制造成本低，具有自鎖能力；但是摩擦阻力矩大、傳動(dòng)效率低（ 30%40%）。后者雖然結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造成本高，但是其最大的優(yōu)點(diǎn)是摩擦阻力矩小、傳動(dòng)效率高（ 92%98%），其運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性好，靈活度高。通過預(yù)緊，能消除間隙、提高傳動(dòng)剛度；進(jìn)給精度和重復(fù)定位精度高。使用壽命長；而且同步性好，使用可靠、潤滑簡單，因此滾珠絲杠在機(jī)器人中應(yīng)用很多。由于滾珠絲杠傳動(dòng)返行程不能自鎖；因此在用于垂直方向傳動(dòng)時(shí)，須附加自鎖機(jī)構(gòu)或制動(dòng)裝 置。 （ 4）同步帶傳動(dòng) 同步帶傳動(dòng)是綜合了普通帶傳動(dòng)和鏈輪鏈條傳動(dòng)優(yōu)點(diǎn)的一種新型傳動(dòng)，它在帶的工作面及帶輪外周上均制有嚙合齒，通過帶齒與輪齒作嚙合傳動(dòng)。為保證帶和帶輪作無滑動(dòng)的同步傳動(dòng)，齒形帶采用了承載后無彈性變形的高強(qiáng)力材料，無彈性滑動(dòng)，以保證節(jié)距不變。同步帶具有傳動(dòng)比準(zhǔn)確、傳動(dòng)效率高（可達(dá) 98%）、節(jié)能效果好；能吸振、噪聲低、不需要潤滑；傳動(dòng)平穩(wěn)，能高速傳動(dòng)（可達(dá) 40m/s）、傳動(dòng)比可達(dá) 10，結(jié)構(gòu)緊湊、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，故在機(jī)器人中使用很多。其主要缺點(diǎn)是安裝精度要求高、中心距要求嚴(yán)格，同時(shí)具有一定的蠕變性 。同步帶帶輪齒形有梯形齒形和圓弧齒形。 （ 5）鋼帶傳動(dòng) 鋼帶傳動(dòng)的特點(diǎn)是鋼帶與帶輪間接觸面積大，是無間隙傳動(dòng)、摩擦阻力大，無滑動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡單緊湊、運(yùn)行可靠、噪聲低，驅(qū)動(dòng)力矩大、壽命長，鋼帶無蠕變、傳動(dòng)效率高。 （ 6）鏈傳動(dòng) 在機(jī)器人中鏈傳動(dòng)多用于腕傳動(dòng)上，為了減輕機(jī)器人末端的重量，一般都將腕關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝在小臂后端或大臂關(guān)節(jié)處。由于電機(jī)距離被傳動(dòng)的腕關(guān)節(jié)較遠(yuǎn)，故采用精密套筒滾子鏈來傳動(dòng)。 （ 7）鋼絲繩輪傳動(dòng) 鋼絲繩輪傳動(dòng)具有結(jié)構(gòu)簡單、傳動(dòng)剛度大、結(jié)構(gòu)柔軟，成本較低等優(yōu)點(diǎn)。其缺點(diǎn)是帶輪較大、安裝面積大、加速度 不宜太高。 3 根據(jù)實(shí)際要求，本設(shè)計(jì)主要選取了齒輪傳動(dòng)和螺旋傳動(dòng)。 械手的基本形式選擇 工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)形式主要有直角坐標(biāo)結(jié)構(gòu)，圓柱坐標(biāo)結(jié)構(gòu)，球坐標(biāo)結(jié)構(gòu)，關(guān)節(jié)型結(jié)構(gòu)四種 1。各結(jié)構(gòu)形式及其相應(yīng)的特點(diǎn)，分別介紹如下： (1)直角坐標(biāo)機(jī)器人結(jié)構(gòu) 直角坐標(biāo)機(jī)器人的空間運(yùn)動(dòng)是用三個(gè)相互垂直的直線運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的，如圖 于直線運(yùn)動(dòng)易于實(shí)現(xiàn)全閉環(huán)的位置控制，所以，直角坐標(biāo)機(jī)器人有可能達(dá)到很高的位置精度（ m 級(jí)）。但是，這種直角坐標(biāo)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)空間相對(duì)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)尺寸來講，是比較小的。因此，為了實(shí)現(xiàn)一定的運(yùn)動(dòng)空間，直角坐標(biāo)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)尺寸要比其他類型的機(jī)器人的結(jié)構(gòu)尺寸大得多。 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 7 直角坐標(biāo)機(jī)器人的工作空間為一空間長方體。直角坐標(biāo)機(jī)器人主要用于裝配作業(yè)及搬運(yùn)作業(yè)，直角坐標(biāo)機(jī)器人有懸臂式，龍門式，天車式三種結(jié)構(gòu)。 (2)圓柱坐標(biāo)機(jī)器人結(jié)構(gòu) 圓柱坐標(biāo)機(jī)器人的空間運(yùn)動(dòng)是用一個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)及兩個(gè)直線運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的，如圖 種機(jī)器人構(gòu)造比較簡單，精度還可以，常用于搬運(yùn)作業(yè)。其工作空間是一個(gè)圓柱狀的空間。 (3) 球坐 標(biāo)機(jī)器人結(jié)構(gòu) 球坐標(biāo)機(jī)器人的空間運(yùn)動(dòng)是由兩個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和一個(gè)直線運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的，如圖 種機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡單、成本較低，但精度不很高。主要應(yīng)用于搬運(yùn)作業(yè)。其工作空間是一個(gè)類球形的空間。 (4) 關(guān)節(jié)型機(jī)器人結(jié)構(gòu) 關(guān)節(jié)型機(jī)器人的空間運(yùn)動(dòng)是由三個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的，如圖 節(jié)型機(jī)器人動(dòng)作靈活，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小。相對(duì)機(jī)器人本體尺寸，其工作空間比較大。此種機(jī)器人在工業(yè)中應(yīng)用十分廣泛，如焊接、噴漆、搬運(yùn)、裝配等作業(yè)，都廣泛采用這種類型的機(jī)器人。 關(guān)節(jié)型機(jī)器人結(jié)構(gòu)，有水平關(guān)節(jié)型和垂直關(guān)節(jié)型兩種 。 圖 械手基本形式 按照機(jī)械手的工作環(huán)境采用直角坐標(biāo)型機(jī)械手，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單緊湊，定位精度高，比較滿足設(shè)計(jì)要求。 械手直臂部分的主要部件及運(yùn)動(dòng) 在直角坐標(biāo)型機(jī)械手的基本方案選定后，根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，為了滿足設(shè)計(jì)要求，關(guān)于機(jī)械手具有 4 個(gè)自由度 ,即：手爪張合；手腕回轉(zhuǎn)；直臂升降；橫臂平移 4 個(gè)主要運(yùn)動(dòng)。 機(jī)械手主要由 3 個(gè)大部件、 2 個(gè)電機(jī)和 3 個(gè)氣缸組成：（ 1）手部，采用絲桿螺母結(jié)構(gòu)，通過電機(jī)帶動(dòng)實(shí)現(xiàn)手抓的張合；（ 2）腕部，采用擺動(dòng)氣缸帶動(dòng)手部實(shí)現(xiàn)手部回轉(zhuǎn) 90（ 3）臂部，采用氣缸，實(shí)現(xiàn)臂 部的平移和升降，同時(shí)還采用錐齒輪和錐齒輪軸的連接，實(shí)現(xiàn)臂部的旋轉(zhuǎn)。錐齒輪使用絲桿與軸聯(lián)接，使用電機(jī)帶動(dòng)。 機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)示意圖如圖 示。 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 8 圖 動(dòng)示意圖 械手的技術(shù)參數(shù) 工業(yè)機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)是說明機(jī)械手規(guī)格和性能的具體指標(biāo)，一般包括以下幾個(gè)方面： （ 1）抓重（又稱臂力）：額定抓取重量或稱額定負(fù)荷，單位為公斤； （ 2）自由度數(shù)目和坐標(biāo)形式：整機(jī)，手臂和手腕等運(yùn)動(dòng)共有幾個(gè)自由度，并說明坐標(biāo)形式； （ 3）定位方式：固定機(jī)械擋塊，可調(diào)機(jī)械擋塊，行程開關(guān)，電位器及其 他各種位置設(shè)定和檢測裝置； （ 4）驅(qū)動(dòng)方式：氣動(dòng)，液動(dòng)，電動(dòng)和機(jī)械式四種形式； （ 5）手臂運(yùn)動(dòng)參數(shù)； （ 6）手腕運(yùn)動(dòng)參數(shù)； （ 7）手指夾持范圍和握力； （ 8）定位精度：位置設(shè)定精度和重復(fù)定位精度； （ 9）輪廓尺寸：長寬高（毫米）； （ 10）重量：整機(jī)重量。 本設(shè)計(jì)的主要參數(shù) （ 1）用途：數(shù)控機(jī)床自動(dòng)上下工件 （ 2）設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù) : 1) 抓重 :600g (夾持式手部 ) 2) 自由度數(shù) :4 個(gè)自由度 3) 坐標(biāo)型式 :直角坐標(biāo)型 4) 橫臂手臂長度 :2180)