关节型机械手设计和实现机械制造及其自动化专业.docx

摘要机械手，顾名思义，机械原件做成的像人手一样的器械，可替代人手完成一些大量重复、复杂、危险的工作。机器手是由机械与电子相互结合产生的产品。使用机械手的目的有以下几点：劳动生产率得到提升，使加工过程更先进，更高效，减轻人们劳动负担，改善人们的劳动环境等等。按照要求可以进行自动化技术装备。机械手可以代替手工进行工作，降低劳动消耗程度，改进在工作中所需的物质设备条件，提升单位时间制作产品的数量。经常在工业生产中出现的频繁工件无法用手工来解决的困难时，那么机械手就可以完美替代人手进行工业生产劳动；而且，机械手的工作环境相当广泛，可以在高低温、放射性等有毒污染环境下工作，占据相当大的优势，所以机械手在工厂运作中占据着不可替代的作用。本次课程设计基于机械设计原理，在了解了四自由度关节型机械手的基本信息后，介绍了其使用范围，按照设计原理和步骤设计了一台有着四自由度的关节型机械手。机械手的发明极大地改善了工人的工作环境，简化了工人的工作内容，提高整体的生产劳动效率，是人类生产活动中有利的帮手。本论文运用了机械手工作原理和设计、四自由度设计等各方面的专业知识，在设计四自由度的关节型机械手的过程中，结合已有的知识解决过程中的难题，并进行深入探讨，如何在已有的基础上融入自己的创意和想法，使机械手设计得更为简洁，实用性更强。关键词：关节型机械手，机械设计，四自由度ABSTRACTThemanipulator,asthenameimplies,isahuman-likedevicemadeofmechanicaloriginals,whichcanreplacealotofrepetitive,complicatedanddangerouswork.Therobotisaproductproducedbythecombinationofmachineryandelectronics.Thepurposeofusingtherobotisasfollows:thelaborproductivityisimproved,theprocessingprocessismoreadvanced,moreefficient,thelaborburdenisreduced,theworkingenvironmentisimproved,andthelike.Automatedtechnicalequipmentisavailableuponrequest.Therobotcanreplacethemanualwork,reducethelaborconsumption,improvethephysicalandequipmentconditionsrequiredinthework,andincreasethenumberofproductsproducedperunittime.Whenthefrequentoccurrenceoffrequentworkpiecesinindustrialproductioncannotbesolvedbyhand,itisthemosteffectivewaytousetherobotatthistime;moreover,therobotcanworkunderhighandlowtemperature,radioactiveandothertoxicpollutionenvironments,occupyingconsiderableadvantages.Therefore,therobotplaysanirreplaceableroleintheoperationofthefactory.Thiscoursedesignisbasedonthemechanicaldesignprinciple.Afterunderstandingthebasicinformationofthefbur-degree-of-freedomarticulatedmanipulator,thescopeofitsuseisintroduced.Anarticulatedmanipulatorwithfourdegreesoffreedomisdesignedaccordingtothedesignprinciplesandsteps.Theinventionoftherobotgreatlyimprovedtheworkingenvironmentoftheworkers,simplifiedtheworkcontentoftheworkers,andimprovedtheoverallproductionlaborefficiency,whichisafavorablehelperinhumanproductionactivities.Thisthesisusestheprofessionalknowledgeoftheworkingprinciple,andin-depthdiscussion,Howtointegrateyourownideasandideasontheexistingbasis,sothattherobotisdesignedtobemoreconciseandpractical.KeyWords:Articulatedmanipulator；MechanicalDesign；Fourdegreesoffreedom目录1绪论11.1 引言11.2 设计目的21.3 关节机械手研究概况21.3.1 国外研究现状21.3 .2国内研究现状31.4 关节型机械手构成机件的作用42总体方案设计52.1 机械手工程概述52.2 2工业机械手总体设计方案论述62.3 机械手机械传动原理72.4 机械手总体方案设计83手部设计计算91. 1对手部设计的要求93. 2拉紧装置104. 3机械运动范围（速度）125. 4手部右腔流量123. 5手部工作压强124移动关节的设计计算123.1 驱动方式的比较124. 2汽缸的设计135小臂的设计164.1 小臂结构的设计要求164.2 小臂结构的设计165. 3小臂电机及减速器选型165. 4小臂的计算175.5轴的设计计算185.6轴承的选择181.7 轴承的校核181.8 计算轴承摩擦力矩：195. 9步进电动机和齿轮选择206大臂的设计计算205.1 大臂部结构设计的基本要求206. 2大臂的结构设计227. 3大臂电机及减速器选型228. 4大臂的计算239. 5轴的设计计算2410. 6轴承的选择241 .7轴承摩擦力矩的计算256 .8步进电动机和齿轮的选择257.机身的设计278电机选型有关参数计算278.1 相关参数的计算288.2 电机型号的选择30总结与展望31致谢错误!未定义书签。参考文献321绪论1.1 引言上世纪八十年代以来，我国的社会、经济、科学技术都取得了突飞猛进的进展，在科学技术这一领域，机器人学也在不断地发展与进步。它在机械设计制造技术方面取得了非常高成果。机械手是机械和电子融合创新出的一款产品，结合了多个学科的知识，是非常有价值的新生产品，在机械手类型中，关节型机械手由于用途最广泛而占据了最重要的位置。关节型机械手的研究结合许多科学，如力学，电子学信息论和计算机等，同时由于机械手的诞生，在改良和升级过程中，也促进了多种学科的发展和内容的更新。除了关节型机械手，还有许多其他的机械手类型，在不同的工作环境下使用。世界上第一台工业机械手诞生于上世纪五十年代末，它的出现使机械手开创一个新的历史时代，伴随科技的进步，机械手的形态、使用范畴、工作内容也在不断改变。日本早稻田大学的加藤一郎教授认为，机械手的功能是其最重要的特征。而机械手的“双臂”则具有极高的自动调节功能，可以维持系统的动态平衡。电灯泡的发明者爱迪生曾说：“在造物者的鬼斧神工中，人类的双臂和双腿是最伟大的杰作。“这就说明了双臂的重要程度，对机械来说，机械手也是同等重要。它不单使用范围广，而且具有很强的适应环境能力。正因为有这样的功能为以后机械行业的发现开辟了无限广阔的前景，在机械行业方面上奠定了坚实的基础。制作出各种各样机械手，生产生活中它具备哪些作用，其包括这些方面：制造出的机械手，可在各种类型的工作环境中使用，代替人工操作，避免危险、重复、单调的工作对工人的浪费和伤害。能让机械手熟悉和掌握人类的基本特征，在人们生活等到帮助，例如：人造假肢。它拥有非常充足动力学特证，对这方面的讨论使力学和机械人的探索得到发展。机械手属于自动化机械手，它在人类生产生活中表现出至关重要作用。关节型机械手的定义，世界上也没有一个明确的规定，分类方式有很多。按照美国机械手协会的对机械手的定义一一联合国也采用的这种定义方式：关节型机械手是机械手臂的一种，可重复编程，操作多种动作的多功能机械装置，通过不同机械动作的编程方式，改变执行的工作内容，主要作用是搬运工件，传递工件等。通过外国的理解和我国对机械手的介绍和总结。关节型机械手定义是：关节型机械手是一种自动操作机器，它像人的手臂，可以实现多自由度，能自由移动，灵活程度非常高的自动操作机器。可以自动的进行搬运和传动各种各样物体。关节型机械手与人对比，机械手具备快速的移动速度，可以运输大于自身质量零件，定位和操作准确度都不是人手可以达到的，根据输入的要求，外部信号的改变，机械手可以执行各种任务，并且可以及时地更正和调节工作内容。关节型机械手的手臂具有很强的刚性。计算机控制系统属于机械手系统一种，能够使机械手自动运动。机械手可以代替手工进行工作，降低劳动消耗程度,改进在工作中所需的物质设备条件，提升单位时间制作产品的数量。虽然机械手出现的和发展只有30多年的历史，但是它靠着自己独特的优点，在世界上各种行业各个领域都得到的应用。有着非常好得发展前景，为各种行业的发展做出巨大贡献。1.2 设计目的这次设计用大学四年来学到的机械设计制造及自动化的有关知识，来完成一个具有搬运功能和要求的关节型机械手设计，在此过程中可以考察自动化专业的学生对于机械制造原理、机械设计原理、机械手相关专业知识的把握程度，将理论应用于实际的能力，可以考察学生是否具备合格的专业能力。该毕业设计的指导目标非常明确，就是希望自动化毕业生能够学以致用，将理论知识运用到实践过程中，完成关节型机械手的整个设计过程。要完成机械手的设计和制造，需要用到生产线上的数控车床、铳床等加工，整个机械手的制造过程是全自动化的。我国制造行业近年来发展形势较好，国家投入了大量人力物力，聚拢了很多资金进入制造行业,造就了制造业的迅速发展。这次机械手的加工可以交给工厂车间的自动车床来进行，可以较好地满足加工要求。机械手可以代替手工进行工作，降低劳动消耗程度，改进在工作中所需的物质设备条件，提升单位时间制作产品的数量。1.3 关节机械手研究概况1.3.1 国外研究现状MUybridge是最早研究动物运动机制的学者之一，他发明了一种相机，是一种触发相机。用这种相机拍摄了各种各样动物在奔跑时的照片。后来一个叫Demeny的人用相机对人类运动进行拍照，并对照片进行了深刻的研究。上世纪三十至五十年代间，前苏联的科学家一一伯恩斯坦运用生物动力学理论，对动物的运动机制进行了长达二十年的研究，并提出了自己的理论成果。在20世纪60年代对机械手进行了全面的研究。到目前为止，对机械手的研究具有比较完整的理论体体系。在日本、美国和苏联等国家。机械手已近研制成功。在上世纪六十年代末，机械手控制理论取得了突破性进展，三种重要的控制方法被提出，并且成为后来学者的参考标准之一。这三