重型桶裝成品搬運(yùn)堆垛系統(tǒng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)論文[帶圖紙]

1、<p>　　重型桶裝成品搬運(yùn)堆垛系統(tǒng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　在當(dāng)今大規(guī)模制造業(yè)中，企業(yè)為提高生產(chǎn)效率，保障產(chǎn)品質(zhì)量，工業(yè)機(jī)器人作為自動(dòng)化生產(chǎn)線上的重要成員，逐漸被企業(yè)所認(rèn)同并采用。工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)水平和應(yīng)用程度在一定程度上反映了一個(gè)國家工業(yè)自動(dòng)化的水平。目前，工業(yè)機(jī)器人主要承擔(dān)著焊接、噴涂、搬運(yùn)以及堆垛等重

2、復(fù)性并且勞動(dòng)強(qiáng)度極大的工作。</p><p>　　本課題主要對(duì)搬運(yùn)機(jī)器人的機(jī)械部分展開討論，對(duì)原有的機(jī)械結(jié)構(gòu)提出了新的改進(jìn)方法，并把現(xiàn)在的新技術(shù)應(yīng)用到本課題中，從而使得搬運(yùn)機(jī)器人更加適用于現(xiàn)在的工業(yè)工作環(huán)境。通過詳細(xì)了解搬運(yùn)機(jī)器人在工業(yè)上的應(yīng)用現(xiàn)狀，提出了具體的搬運(yùn)機(jī)器人設(shè)計(jì)要求，并根據(jù)搬運(yùn)機(jī)器人各部分的設(shè)計(jì)原則，進(jìn)行了系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)以及包括：機(jī)器人的手部、腕部、臂部、腰部在內(nèi)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。此搬運(yùn)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)

3、源來自液壓系統(tǒng)，執(zhí)行元件包括：柱塞式液壓缸、擺動(dòng)液壓缸、伸縮式液壓缸等。通過液壓缸的運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)搬運(yùn)機(jī)器人的各關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)搬運(yùn)機(jī)器人的實(shí)際作業(yè)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：搬運(yùn)機(jī)器人；液壓系統(tǒng)；機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　Heavy barrelled delivery stacking system design </p><p><b>　

4、　ABSTRACT</b></p><p>　　In the modern large-scale manufacturing industry, enterprises to improve productivity, and, guarantee product quality, as an important part of the automation production line, ind

5、ustrial robots are gradually approved and adopted by enterprises. Industrial robot technology standards and application level, to a certain extent, reflect a level of national industrial automation. Currently, Industrial

6、 robot mainly tasked with welding, spraying, handling and stacking, repetitive and intensity of signif</p><p>　　The subject of the main part of the handling of their machinery discussions, and on the origina

7、l mechanical structure proposed for the new improved method, which makes the handling robot is more applicable to the present industrial working environment. Through a detailed understanding of the robot in the industria

8、l application, to propose specific handling robot design requirements, and according to the robot design principles of various parts, for the system as well as including: the robot's ha</p><p>　　Keywords

9、：Transfer robot；Hydraulic System；Mechanical Design</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1緒論1</b></p><p>　　1.1 工業(yè)機(jī)器人簡(jiǎn)介1</p><p><b>　　1緒論1<

10、/b></p><p>　　1.1 工業(yè)機(jī)器人簡(jiǎn)介1</p><p>　　6.1主要任務(wù)20</p><p>　　6.2技術(shù)要求20</p><p>　　6.3設(shè)計(jì)步驟20</p><p>　　6.3.1 搜集資料20</p><p>　　6.3.2計(jì)算21</p>

11、<p>　　6.3.3裝配圖及零件圖的繪制21</p><p>　　6.4 設(shè)計(jì)感想21</p><p><b>　　致 謝24</b></p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）獨(dú)創(chuàng)性聲明25</p><p>　　6.3.1 搜集資料20</p><p>　　6.3.2計(jì)算2

12、1</p><p>　　6.3.3裝配圖及零件圖的繪制21</p><p>　　6.4 設(shè)計(jì)感想21</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)24</b></p><p><b>　　致 謝24</b></p><p><b>　　1緒論</b>&l

13、t;/p><p>　　1.1 工業(yè)機(jī)器人簡(jiǎn)介</p><p>　　幾千年前人類就渴望制造一種像人一樣的機(jī)器，以便將人類從繁重的勞動(dòng)中解脫出來。如古希臘神話《阿魯哥探險(xiǎn)船》中的青銅巨人泰洛斯（Taloas)，猶太傳說中的泥土巨人等等，這些美麗的神話時(shí)刻激勵(lì)著人們一定要把美麗的神話變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，早在兩千年前就開始出現(xiàn)了自動(dòng)木人和一些簡(jiǎn)單的機(jī)械偶人。</p><p>　　到了近代

14、 ，機(jī)器人一詞的出現(xiàn)和世界上第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人問世之后，不同功能的機(jī)器人也相繼出現(xiàn)并且活躍在不同的領(lǐng)域，從天上到地下，從工業(yè)拓廣到 農(nóng)業(yè)、林、牧、漁，甚至進(jìn)入尋常百姓家。機(jī)器人的種類之多，應(yīng)用之廣，影響之深，是我們始料未及的。</p><p>　　工業(yè)機(jī)器人由操作機(jī)（機(jī)械本體）、控制器、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和檢測(cè)傳感裝置構(gòu)成，是一種仿人操作、自動(dòng)控制、可重復(fù)編程、能在三維空間完成各種作業(yè)的機(jī)電一體化自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。特別適合

15、于多品種、變批量的柔性生產(chǎn)。它對(duì)穩(wěn)定、提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，改善勞動(dòng)條件和產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代起著十分重要的作用。 </p><p>　　機(jī)器人并不是在簡(jiǎn)單意義上代替人工的勞動(dòng)，而是綜合了人的特長和機(jī)器特長的一種擬人的電子機(jī)械裝置，既有人對(duì)環(huán)境狀態(tài)的快速反應(yīng)和分析判斷能力，又有機(jī)器可長時(shí)間持續(xù) 工作、精確度高、抗惡劣環(huán)境的能力，從某種意義上說它也是機(jī)器的進(jìn)化過程產(chǎn)物，它是工業(yè)以及非產(chǎn)業(yè)界的重要生產(chǎn)和服務(wù)性設(shè)

16、備，也是先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的自動(dòng)化設(shè)備。 傳統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人常用于搬運(yùn)、噴漆、焊接和裝配工作。工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的很多重體力勞動(dòng)必將由機(jī)器代替,這一方面可以減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度,另一方面可以大大提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。搬運(yùn)機(jī)器人是可以進(jìn)行自動(dòng)化搬運(yùn)作業(yè)的工業(yè)機(jī)器人。最早的搬運(yùn)機(jī)器人出現(xiàn)在1960年的美國Versatran和Unimate兩種機(jī)器人首次用于搬運(yùn)作業(yè)。搬運(yùn)作業(yè)是指用一種設(shè)備握持工件，是指從一個(gè)加工位置移到另一個(gè)加工位置。搬運(yùn)機(jī)器人可安裝

17、不同的末端執(zhí)行器以完成各種不同形狀和狀態(tài)的工件搬運(yùn)工作大大減輕了人類繁重的體力勞動(dòng)。目前世界上使用的搬運(yùn)機(jī)器人逾10萬臺(tái)，被廣泛應(yīng)用于機(jī)床上下料、沖壓機(jī)自動(dòng)化生產(chǎn)線、自動(dòng)裝配流水線、碼垛搬運(yùn)、集裝箱等的自動(dòng)搬運(yùn)。部分發(fā)達(dá)國家已制定出人工搬運(yùn)的最大限度，超過限度的必須由搬運(yùn)機(jī)器人來完成</p><p>　　應(yīng)用搬運(yùn)機(jī)器人進(jìn)行工作這是直接減少人力的一個(gè)側(cè)面，同時(shí)由于應(yīng)用搬運(yùn)機(jī)械人可以連續(xù)的工作，這是減少人力的另一

18、個(gè)側(cè)面。因此在自動(dòng)化機(jī)床的綜合加工自動(dòng)線上目前幾乎都有搬運(yùn)機(jī)械手以減少人力和更準(zhǔn)確的控制生產(chǎn)的節(jié)拍，便于有節(jié)奏的進(jìn)行工作生產(chǎn)。 可見有效的應(yīng)用搬運(yùn)機(jī)械手，是發(fā)展機(jī)械工業(yè)的必然趨勢(shì)機(jī)械手是提高勞動(dòng)生產(chǎn)率,改善勞動(dòng)條件,減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度和實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的一個(gè)重要手段,國內(nèi)外都很重視它的應(yīng)用和發(fā)展。搬運(yùn)機(jī)器人是典型的機(jī)電一體化數(shù)字化裝備，技術(shù)附加值很高，應(yīng)用范圍很廣，作為先進(jìn)制造業(yè)的支撐技術(shù)和信息化社會(huì)的新興產(chǎn)業(yè)，將對(duì)未來生產(chǎn)和社會(huì)

19、發(fā)展起越來越重要的作用。搬運(yùn)機(jī)器人在實(shí)際的工作中就是一個(gè)機(jī)械手，機(jī)械手的發(fā)展是由于它的積極作用正日益為人們所認(rèn)識(shí)：其一、它能部分的代替人工操作；其二、它能按照生產(chǎn)工藝的要求，遵循一定的程序、時(shí)間和位置來完成工件的傳送和裝卸；其三、它能操作必要的機(jī)具進(jìn)行焊接和裝配，從而大大的改善了工人的勞動(dòng)條件，顯著的提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化的步伐。因而，受到很多國家的重視，投入大量的人力物力來研究和應(yīng)用。尤其是在高溫、高壓、粉塵

20、、噪音以及帶</p><p>　　機(jī)器人就是用機(jī)器代替人手，把工件由某個(gè)地方移向指定的工作位置，或按照工作要求以操縱工件進(jìn)行加工。機(jī)器人一般分為三類。第一類是不需要人工操作的通用機(jī)器人，也即本文所研究的對(duì)象。它是一種獨(dú)立的、不附屬于某一主機(jī)的裝置，可以根據(jù)任務(wù)的需要編制程序，以完成各項(xiàng)規(guī)定操作。它是除具備普通機(jī)械的物理性能之外，還具備通用機(jī)械、記憶智能的三元機(jī)械。第二類是需要人工操作的，稱為操作機(jī)（Manipul

21、ator）。它起源于原子、軍事工業(yè)，先是通過操作機(jī)來完成特定的作業(yè)，后來發(fā)展到用無線電訊號(hào)操作機(jī)器人來進(jìn)行探測(cè)月球等。工業(yè)中采用的鍛造操作機(jī)也屬于這一范疇。第三類是專業(yè)機(jī)器人，主要附屬于自動(dòng)機(jī)床或自動(dòng)生產(chǎn)線上，用以解決機(jī)床上下料和工件傳送。這種機(jī)器人在國外通常被稱之為“Mechanical Hand”，它是為主機(jī)服務(wù)的，由主機(jī)驅(qū)動(dòng)。除少數(shù)外，工作程序一般是固定的，因此是專用的。</p><p>　　機(jī)器人按照結(jié)構(gòu)

22、形式的不同又可分為多種類型，其中關(guān)節(jié)型機(jī)器人以其結(jié)構(gòu)緊湊，所占空間體積小，相對(duì)工作空間最大，甚至能繞過基座周圍的一些障礙物等這樣一些特點(diǎn)，成為機(jī)器人中使用最多的一種結(jié)構(gòu)形式，世界一些著名機(jī)器人的本體部分都采用這種機(jī)構(gòu)形式的機(jī)器人。</p><p>　　要機(jī)器人像人一樣拿取東西，最簡(jiǎn)單的基本條件是要有一套類似于指、腕、臂、關(guān)節(jié)等部分組成的抓取和移動(dòng)機(jī)構(gòu)——執(zhí)行機(jī)構(gòu)；像肌肉那樣使手臂運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)－傳動(dòng)系統(tǒng)；像大腦那樣指

23、揮手動(dòng)作的控制系統(tǒng)。這些系統(tǒng)的性能就決定了機(jī)器人的性能。一般而言，機(jī)器人通常就是由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)－傳動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)這三部分組成。</p><p>　　1.2世界機(jī)器人的發(fā)展</p><p>　　工業(yè)機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。機(jī)器人的分類方法有多種, 按其應(yīng)用可分為：工業(yè)機(jī)器人、軍用機(jī)器人、農(nóng)業(yè)機(jī)器人、服務(wù)機(jī)器人、水下機(jī)器人、空間機(jī)器人和娛樂機(jī)器人。搬運(yùn)機(jī)械人的是

24、工業(yè)機(jī)器人的一個(gè)重要分支。它的特點(diǎn)是可通過編程來完成各種預(yù)期的作業(yè)任務(wù)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)了人的智能和適應(yīng)性。機(jī)械手作業(yè)的準(zhǔn)確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景。</p><p>　　機(jī)器人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)器人。它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)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)，控制系統(tǒng)是示教型的。日本是工業(yè)機(jī)

25、器人發(fā)展最快、應(yīng)用最多的國家。自1969年從美國引進(jìn)兩種典型機(jī)器人后，大力從事機(jī)器人的研究。</p><p>　　目前工業(yè)機(jī)器人大部分還屬于第一代，主要依靠人工進(jìn)行控制；控制方式則為開環(huán)式，沒有識(shí)別能力；改進(jìn)的方向主要是降低成本和提高精度。</p><p>　　第二代機(jī)器人正在加緊研制，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，把感覺到的信息進(jìn)

26、行反饋，使機(jī)器人具有感覺機(jī)能。</p><p>　　第三代機(jī)器人則能獨(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)FMS(Flexible Manufacturing System)和柔性制造單元FMC(Flexible Manufacturing Cell)中的重要一環(huán)。</p><p>　　隨著現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，針對(duì)于上述各

27、個(gè)領(lǐng)域的機(jī)器人系統(tǒng)的應(yīng)用和研究對(duì)系統(tǒng)本身也提出越來越多的要求。制造業(yè)要求機(jī)器人系統(tǒng)具有更大的柔性和更強(qiáng)大的編程環(huán)境，適應(yīng)不同的應(yīng)用場(chǎng)合和多品種、小批量的生產(chǎn)過程。計(jì)算機(jī)集成制造（CIM）要求機(jī)器人系統(tǒng)能和車間中的其它自動(dòng)化設(shè)備集成在一起。研究人員為了提高機(jī)器人系統(tǒng)的性能和智能水平，要求機(jī)器人系統(tǒng)具有開放結(jié)構(gòu)和集成各種外部傳感器的能力。</p><p>　　國外機(jī)器人領(lǐng)域發(fā)展近幾年有如下幾個(gè)趨勢(shì)：</p>

28、;<p>　　(1) 工業(yè)機(jī)器人性能不斷提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修），而單機(jī)價(jià)格不斷下降，平均單機(jī)價(jià)格從91年的10．3萬美元降至97年的6．5萬美元。</p><p>　　(2) 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(cè)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)；國外已有模塊化裝配機(jī)器人產(chǎn)品問市。</p><p

29、>　　(3) 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)向基于PC機(jī)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。</p><p>　　(4) 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)行環(huán)境建模及決策控

30、制；多傳感器融合配置技術(shù)在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟應(yīng)用。</p><p>　　(5) 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在機(jī)器人中的作用已從仿真、預(yù)演發(fā)展到用于過程控制，如使遙控機(jī)器人操作者產(chǎn)生置身于遠(yuǎn)端作業(yè)環(huán)境中的感覺來操縱機(jī)器人。</p><p>　　(6) 當(dāng)代遙控機(jī)器人系統(tǒng)的發(fā)展特點(diǎn)不是追求全自治系統(tǒng)，而是致力于操作者與機(jī)器人的人機(jī)交互控制，即遙控加局部自主系統(tǒng)構(gòu)成完整的監(jiān)控遙控操作系統(tǒng)，使智能機(jī)器人走出實(shí)

31、驗(yàn)室進(jìn)入實(shí)用化階段。美國發(fā)射到火星上的“索杰納”機(jī)器人就是這種系統(tǒng)成功應(yīng)用的最著名實(shí)例。</p><p>　　(7) 機(jī)器人化機(jī)械開始興起。從94年美國開發(fā)出“虛擬軸機(jī)床”以來，這種新型裝置已成為國際研究的熱點(diǎn)之一，紛紛探索開拓其實(shí)際應(yīng)用的領(lǐng)域。</p><p>　　1.3 我國工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展</p><p>　　有人認(rèn)為，應(yīng)用機(jī)器人只是為了節(jié)省勞動(dòng)力，而我國勞動(dòng)

32、力資源豐富，發(fā)展機(jī)器人不一定符合我國國情。這是一種誤解。在我國，社會(huì)主義制度的優(yōu)越性決定了機(jī)器人能夠充分發(fā)揮其長處。它不僅能為我國的經(jīng)濟(jì)建設(shè)帶來高度的生產(chǎn)力和巨大的經(jīng)濟(jì)效益，而且將為我國的宇宙開發(fā)、海洋開發(fā)、核能利用等新興領(lǐng)域的發(fā)展做出卓越的貢獻(xiàn)。</p><p>　　我國的工業(yè)機(jī)器人從80年代“七五”科技攻關(guān)開始起步，在國家的支持下，通過“七五”、“八五”科技攻關(guān)，目前已基本掌握了機(jī)器人操作機(jī)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)、控

33、制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)技術(shù)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù)，生產(chǎn)了部分機(jī)器人關(guān)鍵元器件，開發(fā)出噴漆、弧焊、點(diǎn)焊、裝配、搬運(yùn)等機(jī)器人；其中有130多臺(tái)套噴漆機(jī)器人在二十余家企業(yè)的近30條自動(dòng)噴漆生產(chǎn)線（站）上獲得規(guī)模應(yīng)用，弧焊機(jī)器人已應(yīng)用在汽車制造廠的焊裝線上。但總的來看，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，如：可靠性低于國外產(chǎn)品；機(jī)器人應(yīng)用工程起步較晚，應(yīng)用領(lǐng)域窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與國外比有差距；在應(yīng)用規(guī)模上，我國已安裝的國

34、產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人約200臺(tái)，約占全球已安裝臺(tái)數(shù)的萬分之四。以上原因主要是沒有形成機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，當(dāng)前我國的機(jī)器人生產(chǎn)都是應(yīng)用戶的要求，“一客戶，一次重新設(shè)計(jì)”，品種規(guī)格多、批量小、零部件通用化程度低、供貨周期長、成本也不低，而且質(zhì)量、可靠性不穩(wěn)定。因此迫切需要解決產(chǎn)業(yè)化前期的關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行全面規(guī)劃，搞好系列化、通用化、?；O(shè)計(jì)，積極推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。</p><p>　　我國的智能機(jī)器人和特種機(jī)器人在“863”計(jì)劃的

35、支持下，也取得了不少成果。其中最為突出的是水下機(jī)器人，6000米水下無纜機(jī)器人的成果居世界領(lǐng)先水平，還開發(fā)出直接遙控機(jī)器人、雙臂協(xié)調(diào)控制機(jī)器人、爬壁機(jī)器人、管道機(jī)器人等機(jī)種；在機(jī)器人視覺、力覺、觸覺、聲覺等基礎(chǔ)技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用上開展了不少工作，有了一定的發(fā)展基礎(chǔ)。但是在多傳感器信息融合控制技術(shù)、遙控加局部自主系統(tǒng)遙控機(jī)器人、智能裝配機(jī)器人、機(jī)器人化機(jī)械等的開發(fā)應(yīng)用方面則剛剛起步，與國外先進(jìn)水平差距較大，需要在原有成績(jī)的基礎(chǔ)上，有重點(diǎn)地系統(tǒng)

36、攻關(guān)，才能形成系統(tǒng)配套可供實(shí)用的技術(shù)和產(chǎn)品，以期在“十五”后期立于世界先進(jìn)行列之中。</p><p>　　國內(nèi)搬運(yùn)機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì)主要可以概括為以下幾點(diǎn)：</p><p>　　(1) 搬運(yùn)機(jī)械手性能不斷提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修)，而單機(jī)價(jià)格不斷下降。</p><p>　　(2) 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)、

37、檢測(cè)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)造搬運(yùn)機(jī)械手整機(jī);國外已有模塊化裝配搬運(yùn)機(jī)械手產(chǎn)品問市。 </p><p>　　(3) 搬運(yùn)機(jī)械手的控制系統(tǒng)向基于PC機(jī)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。 </p><p>　　(4) 搬運(yùn)機(jī)械手中的傳感器作用日益重要，除采用傳統(tǒng)的位置

38、、速度、加速度等傳感器外，搬運(yùn)機(jī)械手還應(yīng)用了視覺、力覺等傳感器， </p><p>　　(5) 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在搬運(yùn)機(jī)械手中的作用已從仿真、預(yù)演發(fā)展到用于過程控制如使遙控機(jī)械手操作者產(chǎn)生置身于遠(yuǎn)端作業(yè)環(huán)境中的感覺來操縱搬運(yùn)機(jī)械手。 </p><p><b>　　1.4本文研究?jī)?nèi)容</b></p><p>　　1.4.1機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)</p

39、><p>　　對(duì)象：直徑300mm，高400mm的柱形桶裝；</p><p>　　抓重：100Kg(夾持式手部)；</p><p>　　自由度數(shù)：3個(gè)（手抓張合、手臂上下、左右移動(dòng)）；</p><p>　　坐標(biāo)形式：直角坐標(biāo)；</p><p>　　目前使用的機(jī)械手的臂力范圍較大，國內(nèi)現(xiàn)有的機(jī)械手的臂力最小為0.15N，最大

40、為8000N。安全系數(shù)K一般可在。</p><p><b>　　1.4.2工作范圍</b></p><p>　　機(jī)械手的工作范圍根據(jù)工藝要求和操作運(yùn)動(dòng)的軌跡來確定。一個(gè)操作運(yùn)動(dòng)的軌跡是幾個(gè)動(dòng)作的合成，在確定的工作范圍時(shí)，可將軌跡分解成單個(gè)的動(dòng)作，由單個(gè)動(dòng)作的行程確定機(jī)械手的最大行程。</p><p>　　本機(jī)械手的動(dòng)作范圍確定如下：</p

41、><p>　　手臂升降行程350mm</p><p>　　手臂水平運(yùn)動(dòng)行程500mm</p><p><b>　　1.4.3運(yùn)動(dòng)速度</b></p><p>　　機(jī)械手各動(dòng)作的最大行程確定之后，可根據(jù)生產(chǎn)需要的工作拍節(jié)分配每個(gè)動(dòng)作的時(shí)間，進(jìn)而確定各動(dòng)作的運(yùn)動(dòng)速度。搬運(yùn)機(jī)械手要完成整個(gè)搬運(yùn)過程，需完成夾緊工件、手臂升降、伸縮，

42、平移等一系列的動(dòng)作，這些動(dòng)作都應(yīng)該在工作拍節(jié)規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成，具體時(shí)間的分配取決于很多因素，根據(jù)各種因素反復(fù)考慮，對(duì)分配的方案進(jìn)行比較，才能確定。</p><p>　　機(jī)械手的總動(dòng)作時(shí)間應(yīng)小于或等于工作拍節(jié)，如果兩個(gè)動(dòng)作同時(shí)進(jìn)行，要按時(shí)間長的計(jì)算，分配各動(dòng)作時(shí)間應(yīng)考慮以下要求：</p><p>　?。?） 給定的運(yùn)動(dòng)時(shí)間應(yīng)大于液壓元件的執(zhí)行時(shí)間；</p><p>　

43、　（2） 伸縮運(yùn)動(dòng)的速度要大于回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的速度，因?yàn)榛剞D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的慣性一般大于伸縮運(yùn)動(dòng)的慣性。在滿足工作拍節(jié)要求的條件下，應(yīng)盡量選取較低的運(yùn)動(dòng)速度。機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)速度與臂力、行程、驅(qū)動(dòng)方式、緩沖方式、定位方式都有很大關(guān)系，應(yīng)根據(jù)具體情況加以確定。</p><p>　?。?） 在工作拍節(jié)短、動(dòng)作多的情況下，常使幾個(gè)動(dòng)作同時(shí)進(jìn)行。為此驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)要采取相應(yīng)的措施，以保證動(dòng)作的同步。</p><p>　　搬

44、運(yùn)機(jī)械手的各運(yùn)動(dòng)速度如下：</p><p><b>　　手臂伸縮速度：；</b></p><p><b>　　手臂升降速度：；</b></p><p><b>　　手臂水平運(yùn)動(dòng)速度：</b></p><p>　　手指夾緊油缸的運(yùn)動(dòng)速度：</p><p>

45、　　1.4.4 手臂的配置形式</p><p>　　機(jī)械手的手臂配置形式基本上反映了它的總體布局。運(yùn)動(dòng)要求、操作環(huán)境、工作對(duì)象的不同，手臂的配置形式也不盡相同。本機(jī)械手采用懸掛式機(jī)械手。機(jī)座上可以裝上獨(dú)立的控制裝置，便于搬運(yùn)與安放，機(jī)座底部也可以安裝行走機(jī)構(gòu)，已擴(kuò)大其活動(dòng)范圍，它分為手臂配置在機(jī)座頂部與手臂配置在機(jī)座立柱上兩種形式，本機(jī)械手采用手臂配置在機(jī)座立柱上的形式。手臂配置在機(jī)座立柱上的機(jī)械手多為圓柱坐標(biāo)型

46、，它有升降、伸縮運(yùn)動(dòng)，工作范圍較大。</p><p><b>　　2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案</b></p><p>　　2.1總體的設(shè)計(jì)思路</p><p>　　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。具體到本設(shè)計(jì)，因?yàn)橐蟀徇\(yùn)的加工工件的質(zhì)量達(dá)100Kg、直徑為300mm、高為400mm的圓桶，同時(shí)考慮到數(shù)控

47、機(jī)床布局的具體形式及對(duì)堆垛機(jī)的具體要求，考慮在滿足系統(tǒng)工藝要求的前提下，盡量簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，以減小成本、提高可靠度。該機(jī)械手在工作中需要3種運(yùn)動(dòng),其中手臂的前后和升降運(yùn)動(dòng)為兩個(gè)直線運(yùn)動(dòng)，綜合考慮，機(jī)械手自由度數(shù)目取為3，坐標(biāo)形式選擇直角坐標(biāo)形式，即一個(gè)手爪張合自由度和兩個(gè)移動(dòng)自由度，其特點(diǎn)是:結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。</p><p>　　（1） 根據(jù)系統(tǒng)的目標(biāo)，明確所采用機(jī)器人的目的和任務(wù)；</p><p&g

48、t;　?。?） 分析機(jī)器人所在系統(tǒng)的工作環(huán)境；</p><p>　　（3） 根據(jù)機(jī)器人的工作要求，確定機(jī)器人的基本功能和方案。如機(jī)器人的自由度、動(dòng)作精度的要求、所能抓取的重量、容許的運(yùn)動(dòng)范圍。</p><p>　　（4） 選擇各部件（手部、臂部、基座）的具體結(jié)構(gòu)，進(jìn)行機(jī)器人總裝圖的設(shè)計(jì)；</p><p><b>　　2.2擬采用的方案</b>&

49、lt;/p><p>　　2.2.1自由度和坐標(biāo)系的選擇</p><p>　　機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)自由度是指各運(yùn)動(dòng)部件在三維空間相當(dāng)于固定坐標(biāo)系所具有的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)數(shù)，對(duì)于一個(gè)構(gòu)件來說，它有幾個(gè)運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)就稱其有幾個(gè)自由度。各運(yùn)動(dòng)部件自由度的總和為機(jī)器人的自由度數(shù)。機(jī)本次設(shè)計(jì)的搬運(yùn)機(jī)器人為3自由度即：手爪張合、臂部升降、臂部的伸縮。</p><p>　　工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)形式主要有直角坐

50、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。由于本機(jī)械手是對(duì)桶裝成品進(jìn)行搬運(yùn)堆垛，它具有升降、伸縮、的自由度要求，所以選用直角坐標(biāo)型機(jī)械手。</p><p>　　2.2.2驅(qū)動(dòng)方式的選擇</p><p>　　驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是搬運(yùn)機(jī)器人的重要組成部分。根據(jù)動(dòng)力源的不同，工業(yè)機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)大致可分為液壓、氣動(dòng)、電動(dòng)和機(jī)械驅(qū)動(dòng)等四類。</p><p>　　液壓驅(qū)動(dòng)壓力高

51、，可獲得大的輸出力，反應(yīng)靈敏，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡控制，維修方便，但是，液壓元件成本高，油路比較復(fù)雜。氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)壓力低，輸出力較小如需要輸出力大時(shí)，其結(jié)構(gòu)尺寸過大，阻尼效果差低速不易控制，但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能源方便，成本低。電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)有：異步電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力源，電動(dòng)機(jī)使用簡(jiǎn)單，且隨著材料性能的提高，電動(dòng)機(jī)性能也逐漸提高。本次設(shè)計(jì)的搬運(yùn)堆垛機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)采用液壓驅(qū)動(dòng)。</p><p>　　2.2.3手部的設(shè)計(jì)</p

52、><p>　　手部既直接與工件接觸的部分，一般是回轉(zhuǎn)型或平動(dòng)型（多為回轉(zhuǎn)型，因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單）。手部多為兩指（也有多指）；根據(jù)需要分為外抓式和內(nèi)抓式兩種；也可以用負(fù)壓式或真空式的空氣吸盤（主要用于可吸附的，光滑表面的零件或薄板零件）和電磁吸盤。</p><p>　　傳力機(jī)構(gòu)形式較多，常用的有：滑槽杠桿式、連桿杠桿式、斜楔杠桿式、齒輪齒條式、絲杠螺母式、彈簧式和重力式。本次設(shè)計(jì)的手部選擇夾持類回轉(zhuǎn)型

53、結(jié)構(gòu)手部。</p><p>　　2.2.4臂部的設(shè)計(jì)</p><p>　　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)。</p><p>　　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)。因此，在本次設(shè)計(jì)中臂部具有兩個(gè)自由度才能滿足基本要求，即手臂的伸縮、升降運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　

54、手臂的各種運(yùn)動(dòng)通常用驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)（如液壓缸）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。本次設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)臂部的左右移動(dòng)、升降運(yùn)動(dòng)，采用兩個(gè)相互垂直的直線缸來實(shí)現(xiàn)手臂的左右移動(dòng)和升降。機(jī)器人手臂的伸縮使其手臂的工作長度發(fā)生變化，伸縮式臂部機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)可采用液壓缸直接驅(qū)動(dòng)。</p><p>　　2.2.5機(jī)座的設(shè)計(jì)</p><p>　　機(jī)座

55、是機(jī)身機(jī)器人的基礎(chǔ)部分，起支撐作用。對(duì)固定式機(jī)器人，直接聯(lián)接在地面或懸掛在支架上，對(duì)可移動(dòng)式機(jī)器人，則安裝在移動(dòng)結(jié)構(gòu)上。機(jī)身由臂部運(yùn)動(dòng)（升降、平移）機(jī)構(gòu)及其相關(guān)的導(dǎo)向裝置、支撐件等組成。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的搬運(yùn)機(jī)器人的機(jī)身選用懸掛式機(jī)身結(jié)構(gòu)。</p><p>　　2.2.6機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)</p><p>　　（1） 抓重：100Kg(夾持式手部)</p><p>　?。?/p>

56、2） 自由度數(shù)：3個(gè)（手抓張合、手臂上下、左右移動(dòng)）</p><p>　　（3） 坐標(biāo)形式：直角坐標(biāo)</p><p>　?。?） 手臂運(yùn)動(dòng)參數(shù)</p><p>　　手臂左右行程：500mm</p><p>　　手臂上下行程：350mm</p><p><b>　　3 手部結(jié)構(gòu)</b></p&

57、gt;<p><b>　　3.1概述</b></p><p>　　手部是機(jī)械手直接用于抓取和握緊工件或夾持專用工具進(jìn)行操作的部件，它具有模仿人手的功能，并安裝于機(jī)械手手臂的前端。機(jī)械手結(jié)構(gòu)型式不像人手，它的手指形狀也不像人的手指，它沒有手掌，只有自身的運(yùn)動(dòng)將物體包住，因此，手部結(jié)構(gòu)及型式根據(jù)它的使用場(chǎng)合和被夾持工件的形狀，尺寸，重量，材質(zhì)以及被抓取部位等的不同而設(shè)計(jì)各種類型的手

58、部結(jié)構(gòu)，它一般可分為鉗爪式，氣吸式，電磁式和其他型式。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本文采用夾鉗式的手部結(jié)構(gòu)。鉗爪式手部結(jié)構(gòu)由手指和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)裝置三部分組成。其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)形式比較多，如滑槽杠桿式、連桿杠桿式、斜楔杠桿式、齒輪齒條式、彈簧杠桿式等，這里采用滑槽杠桿式。</p><p>　　3.2 設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮的幾個(gè)問題</p><p>　　（1） 應(yīng)具有足夠的握力（即夾緊力）</p><

59、;p>　　在確定手指的握力時(shí)，除考慮工件重量外，還應(yīng)考慮在傳送或操作過程中所產(chǎn)生的慣性力和振動(dòng)，以保證工件不致產(chǎn)生松動(dòng)或脫落。</p><p>　?。?） 手指間應(yīng)有一定的開閉角 </p><p>　　兩個(gè)手指張開與閉合的兩個(gè)極限位置所夾的角度稱為手指的開閉角。手指的開閉角保證工件能順利進(jìn)入或脫開。若夾持不同直徑的工件，應(yīng)按最大直徑的工件考慮。</p><p>

60、;　?。?） 應(yīng)保證工件的準(zhǔn)確定位 </p><p>　　為使手指和被夾持工件保持準(zhǔn)確的相對(duì)位置，必須根據(jù)被抓取工件的形狀，選擇相應(yīng)的手指形狀。例如圓柱形工件采用帶‘V’形面的手指，以便自動(dòng)定心。</p><p>　　（4）應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度 </p><p>　　手指除受到被夾持工件的反作用力外，還受到機(jī)械手在運(yùn)動(dòng)過程中所產(chǎn)生的慣性力和振動(dòng)的影響，要求具有足夠

61、的強(qiáng)度和剛度以防止折斷或彎曲變形，但應(yīng)盡量使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，自重輕。</p><p>　?。?）應(yīng)考慮被抓取對(duì)象的要求 </p><p>　　應(yīng)根據(jù)抓取工件的形狀、抓取部位和抓取數(shù)量的不同，來設(shè)計(jì)和確定手指的形狀。</p><p><b>　　3.3夾緊力的計(jì)算</b></p><p>　　手指握緊工件時(shí)所需的力稱為握力（

62、即夾緊力），一般來說，手指握力需克服工件重力所產(chǎn)生的靜載荷以及工件運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化時(shí)所產(chǎn)生的載荷（慣性力或慣性力矩），使得工件保持良好的夾緊狀態(tài)。握力的大小與被夾持工件的重量、重心位置、以及夾持工件的范圍有關(guān)，我們把握力假想為作用在手指與工件接觸面的對(duì)稱平面內(nèi)，并設(shè)兩力大小相等，方向相反，用FN表示,可按下式3-1計(jì)算：</p><p><b>　?。?.1）</b></p>&l

63、t;p>　　式中： K1______安全系數(shù),有機(jī)械手的工藝和設(shè)計(jì)要求確定，通常取1.2～2.0；</p><p>　　K2______工作情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響，可近似按下式估算：</p><p>　　其中， ______運(yùn)載工件時(shí)重力方向運(yùn)動(dòng)最大加速度；</p><p>　　______重力加速度，；</p><p>　　

64、______運(yùn)載工件時(shí)重力方向的最大上升速度；</p><p>　　______系統(tǒng)達(dá)到最高速度的時(shí)間，一般取0.03s~0.5s；</p><p>　　K3______方位系數(shù) ，根據(jù)手指形狀與工件形狀以及手指與工件位置不同進(jìn)行選定；</p><p>　　G______被抓取工件重力（N）。</p><p>　　本設(shè)計(jì)K1取1.8，<

65、/p><p><b>　　，</b></p><p>　　取1，機(jī)械手所抓工件重100kg;</p><p>　　根據(jù)公式計(jì)算 </p><p>　　3..4夾緊缸的拉力的計(jì)算</p><p>　　實(shí)際所采用的液壓缸驅(qū)動(dòng)力大于F。手爪的機(jī)械效率，取。</p><p&

66、gt;　　3..5確定夾緊缸的直徑</p><p><b>　?。?.2）</b></p><p>　　式中 D_____活塞直徑(mm)；</p><p>　　d_____活塞桿直徑(mm)；</p><p>　　P_____驅(qū)動(dòng)壓力(Pa)。</p><p><b>　　取活塞桿直

67、徑,。</b></p><p><b>　?。?.3）</b></p><p><b>　　（3.4）</b></p><p><b>　　取液壓缸內(nèi)徑為；</b></p><p><b>　　活塞桿直徑；</b></p><

68、;p><b>　　活塞厚；</b></p><p><b>　　缸筒長度,?。?lt;/b></p><p>　　活塞行程，當(dāng)抓取300mm工件時(shí)，手爪從張開330mm減少到300mm，活塞移動(dòng)的距離大約50mm，取行程。</p><p><b>　　4 臂部的結(jié)構(gòu)</b></p>&l

69、t;p><b>　　4.1 概述</b></p><p>　　機(jī)械手手臂的作用，是在一定的載荷和一定的速度下，實(shí)現(xiàn)在機(jī)械手所要求的工作空間內(nèi)的運(yùn)動(dòng)。在進(jìn)行機(jī)械手手臂設(shè)計(jì)時(shí)，要遵循下述原則：</p><p>　?。?） 應(yīng)盡可能使機(jī)械手手臂各關(guān)節(jié)軸相互平行；相互垂直的軸應(yīng)盡可能相交于一點(diǎn)，這樣可以使機(jī)械手運(yùn)動(dòng)學(xué)正逆運(yùn)算簡(jiǎn)化，有利于機(jī)械手的控制；</p>

70、<p>　　（2）機(jī)械手手臂的結(jié)構(gòu)尺寸應(yīng)滿足機(jī)械手工作空間的要求。工作空間的形狀和大小與機(jī)械手手臂的長度，手臂關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)范圍有密切的關(guān)系。但機(jī)械手手臂末端工作空間并沒有考慮機(jī)械手手腕的空間姿態(tài)要求，如果對(duì)機(jī)械手手腕的姿態(tài)提出具體的要求，則其手臂末端可實(shí)現(xiàn)的空間要小于上述沒有考慮手腕姿態(tài)的工作空間；</p><p>　?。?）為了提高機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)速度與控制精度，應(yīng)在保證機(jī)械手手臂有足夠強(qiáng)度和剛度的條件

71、下，盡可能在結(jié)構(gòu)上、材料上設(shè)法減輕手臂的重量。力求選用高強(qiáng)度的輕質(zhì)材料，通常選用高強(qiáng)度鋁合金制造機(jī)械手手臂。目前，在國外，也在研究用碳纖維復(fù)合材料制造機(jī)械手手臂。碳纖維復(fù)合材料抗拉強(qiáng)度高，抗振性好，比重小（其比重相當(dāng)于鋼的1/4，相當(dāng)于鋁合金的2/3），但是，其價(jià)格昂貴，且在性能穩(wěn)定性及制造復(fù)雜形狀工件的工藝上尚存在問題，故還未能在生產(chǎn)實(shí)際中推廣應(yīng)用。目前比較有效的辦法是用有限元法進(jìn)行機(jī)械手手臂結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。在保證所需強(qiáng)度與剛度的情況

72、下，減輕機(jī)械手手臂的重量；</p><p>　?。?）機(jī)械手各關(guān)節(jié)的軸承間隙要盡可能小，以減小機(jī)械間隙所造成的運(yùn)動(dòng)誤差。因此，各關(guān)節(jié)都應(yīng)有工作可靠、便于調(diào)整的軸承間隙調(diào)整機(jī)構(gòu)；</p><p>　?。?）機(jī)械手的手臂相對(duì)其關(guān)節(jié)回轉(zhuǎn)軸應(yīng)盡可能在重量上平衡，這對(duì)減小電機(jī)負(fù)載和提高機(jī)械手手臂運(yùn)動(dòng)的響應(yīng)速度是非常有利的。在設(shè)計(jì)機(jī)械手的手臂時(shí)，應(yīng)盡可能利用在機(jī)械手上安裝的機(jī)電元器件與裝置的重量來減小

73、機(jī)械手手臂的不平衡重量，必要時(shí)還要設(shè)計(jì)平衡機(jī)構(gòu)來平衡手臂殘余的不平衡重量；</p><p>　?。?）機(jī)械手手臂在結(jié)構(gòu)上要考慮各關(guān)節(jié)的限位開關(guān)和具有一定緩沖能力的機(jī)械限位塊，以及驅(qū)動(dòng)裝置，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及其它元件的安裝。</p><p>　　4.2臂部具體設(shè)計(jì)方案及計(jì)算 </p><p>　　根據(jù)機(jī)械手實(shí)際工作需要，確定機(jī)械手的臂部需要實(shí)現(xiàn)升降和左右兩個(gè)相互垂直的直線運(yùn)動(dòng)

74、。機(jī)械手的臂部由垂直升降手臂（大臂）和左右平移手臂（小臂）組成。直線運(yùn)過液壓傳動(dòng)或電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠來實(shí)現(xiàn)?？紤]到本設(shè)計(jì)機(jī)械手所搬運(yùn)工件的重量適中，大概100Kg，屬中型重量；同時(shí)考慮到機(jī)械手的動(dòng)態(tài)性能及運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性，安全性，對(duì)手臂的剛度有較高的要求。本設(shè)計(jì)選擇液壓驅(qū)動(dòng)方式，液壓缸既是驅(qū)動(dòng)元件，又是執(zhí)行運(yùn)動(dòng)件。</p><p>　　具體的設(shè)計(jì)方案為：機(jī)械手的垂直升降手臂（大臂）和左右平移手臂（小臂）的伸縮運(yùn)動(dòng)都為直

75、線運(yùn)動(dòng)，通過2個(gè)相互垂直的液壓缸來實(shí)現(xiàn)。其中:大臂液壓缸活塞桿的伸縮實(shí)現(xiàn)了機(jī)械手的升降，小臂液壓缸活塞的左右往復(fù)實(shí)現(xiàn)了機(jī)械手的左右平移。同時(shí)，因?yàn)榭刂坪途唧w工作的要求，若僅僅通過增大液壓缸的缸徑來增大剛度，是不能滿足系統(tǒng)剛度要求的，所以在設(shè)計(jì)時(shí)另外增設(shè)了導(dǎo)向裝置。目前常用的導(dǎo)向裝置有單導(dǎo)向桿、雙導(dǎo)向桿、四導(dǎo)向桿等，在本機(jī)械手中采用單導(dǎo)向桿來增加手臂的剛性和導(dǎo)向性。在本機(jī)械手中采用的是單導(dǎo)向桿作為導(dǎo)向裝置，它可以增加手臂的剛性和導(dǎo)向性。本

76、設(shè)計(jì)機(jī)械手的臂部剖面圖如圖3-2所示。</p><p>　　4.3前后伸縮手臂的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　4.3.1前后伸縮手臂驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算</p><p>　　手臂作水平伸縮直線運(yùn)動(dòng)時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)力計(jì)算公式為:</p><p><b>　　(3.5)</b></p><p>　　式中: __

77、____在起動(dòng)或制動(dòng)時(shí)，活塞桿所受的平均慣性力;</p><p>　　______摩擦阻力。手臂運(yùn)動(dòng)時(shí)，為運(yùn)動(dòng)件表面間的摩擦阻力。若是導(dǎo)向裝置，則為活塞和缸壁等處得摩擦阻力;</p><p>　　______密封裝置處的摩擦阻力(N)，用不同形狀的密封圈密封，其摩擦阻力不同；</p><p>　　______液壓缸回油腔低壓油液所造成的阻力；</p>

78、<p><b>　　（1） 的計(jì)算</b></p><p><b>　?。?.6）</b></p><p>　　式中: ______參與運(yùn)動(dòng)的零部件所受的總重力（包括工件重量）；</p><p>　　______重力加速度，取9.81 ；</p><p>　　______由靜止加速到

79、常速的變化量（m/s）；</p><p>　　______啟動(dòng)過程時(shí)間（s）,一般取0.01~0.5s，對(duì)輕載低速運(yùn)動(dòng)部件取較小值，對(duì)重載高速運(yùn)動(dòng)部件取較大值。</p><p>　　由設(shè)計(jì)參數(shù)可知，并取</p><p><b>　?。?）的計(jì)算</b></p><p><b>　?。?.7）</b>

80、</p><p>　　式中： ______參與運(yùn)動(dòng)的零部件所受的總重力（包括工件重量）；</p><p>　　______當(dāng)量摩擦系數(shù)，其值與導(dǎo)向支承的截面形狀有關(guān)。</p><p><b>　　對(duì)于圓柱面：</b></p><p>　　______摩擦系數(shù)，對(duì)于靜摩擦且無潤滑時(shí)取</p><p&g

81、t;<b>　?。?）的計(jì)算</b></p><p>　　采用“O”形密封圈，簡(jiǎn)化計(jì)算時(shí)，可視作</p><p><b>　?。?.8）</b></p><p><b>　?。?）的計(jì)算</b></p><p>　　回油腔與油箱相連，可視為與大氣相連，故</p>

82、<p>　　所以由式（3-5）得驅(qū)動(dòng)力</p><p>　　4.3.2前后伸縮液壓缸的內(nèi)徑計(jì)算</p><p>　　手臂伸縮運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力由雙作用單桿活塞油缸提供，活塞桿直徑，油缸經(jīng),取,油液壓力取，則油缸內(nèi)徑計(jì)算如下：</p><p>　?。?.9） </p><p>　　經(jīng)查表《工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)

83、》，選取液壓缸內(nèi)徑。</p><p>　　4.3.3活塞桿直徑d的計(jì)算</p><p>　　活塞桿直徑，經(jīng)查表《工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)》表4-5，選取活塞桿直徑。</p><p>　　4.4上下伸縮手臂的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　4.4.1上下伸縮手臂驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算</p><p>　　手臂作上下伸縮直線運(yùn)動(dòng)時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)力計(jì)

84、算公式為</p><p><b>　　（3.10）</b></p><p>　　式中 ______摩擦阻力， ， ??；</p><p>　　______零部件及工件所受總重力。</p><p>　　、、的計(jì)算與前后伸縮手臂相同。</p><p><b>　　由式（3.3）得：</b

85、></p><p>　　易知，由式（3.4）知，</p><p><b>　　所以驅(qū)動(dòng)力</b></p><p>　　4.4.2上下伸縮液壓缸的內(nèi)徑計(jì)算</p><p>　　油缸內(nèi)經(jīng),取,油液壓力取， 由式（3.6）計(jì)算得：</p><p>　　經(jīng)查表《工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)》表4-3，選取液壓缸內(nèi)

86、徑。</p><p>　　4.4.3活塞桿直徑d的計(jì)算</p><p>　　活塞桿直徑，經(jīng)查表《工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)》表4-5，選取活塞桿直徑。</p><p><b>　　5 液壓系統(tǒng)簡(jiǎn)介</b></p><p>　　機(jī)械手的液壓傳動(dòng)是以有壓力的油液作為傳遞動(dòng)力的工作介質(zhì)。電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)油泵輸出壓力油，是將電動(dòng)機(jī)供給的機(jī)械能轉(zhuǎn)換

87、成油液的壓力能。壓力油經(jīng)過管道及一些控制調(diào)節(jié)裝置等進(jìn)入油缸，推動(dòng)活塞桿運(yùn)動(dòng)，從而使手臂作伸縮、升降等運(yùn)動(dòng)，將油液的壓力能又轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。手臂在運(yùn)動(dòng)時(shí)所能克服的摩擦阻力大小，以及夾持式手部夾緊工件時(shí)所需保持的握力大小，均與油液的壓力和活塞的有效工作面積有關(guān)。手臂做各種運(yùn)動(dòng)的速度決定于流入密封油缸中油液容積的多少。這種借助于運(yùn)動(dòng)著的壓力油的容積變化來傳遞動(dòng)力的液壓傳動(dòng)稱為容積式液壓傳動(dòng)，機(jī)械手的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)都屬于容積式液壓傳動(dòng)。</p

88、><p><b>　　6總 結(jié)</b></p><p>　　我的畢業(yè)設(shè)計(jì)題目是“重型桶裝成品搬運(yùn)堆垛系統(tǒng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)”，本課題要求根據(jù)參數(shù)要求，設(shè)計(jì)一種搬運(yùn)機(jī)器人。</p><p><b>　　6.1主要任務(wù)</b></p><p>　?。?） 了解搬運(yùn)機(jī)器人的功能、結(jié)構(gòu)、用途以及發(fā)展?fàn)顩r；</p&

89、gt;<p>　?。?） 選擇并分析搬運(yùn)機(jī)器人的整體設(shè)計(jì)方案；</p><p>　?。?） 根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)和設(shè)計(jì)要求，進(jìn)行機(jī)器人運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算；</p><p>　?。?） 進(jìn)行機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)和靜學(xué)分析計(jì)算，完成主要零部件強(qiáng)度校核驗(yàn)算；</p><p>　　（5） 繪制裝配圖及關(guān)鍵零件工作圖。</p><p><b>

90、　　6.2技術(shù)要求</b></p><p>　?。?）根據(jù)任務(wù)要求，進(jìn)行搬運(yùn)機(jī)器人結(jié)構(gòu)與傳動(dòng)系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)，確定傳動(dòng)及執(zhí)行系統(tǒng)的組成，繪制系統(tǒng)方案示意圖。</p><p>　?。?）根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)和設(shè)計(jì)要求，通過計(jì)算確定手部以及臂部的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)。</p><p>　?。?）繪制裝配圖及關(guān)鍵零件工作圖。</p><p><b

91、>　　6.3設(shè)計(jì)步驟</b></p><p>　　本課題主要對(duì)搬運(yùn)機(jī)器人的機(jī)械部分展開討論，對(duì)原有的機(jī)械結(jié)構(gòu)提出了新的改進(jìn)方法，并把現(xiàn)在的新技術(shù)應(yīng)用到本課題中，從而使得搬運(yùn)機(jī)器人更加適用于現(xiàn)在的工業(yè)工作環(huán)境。通過詳細(xì)了解搬運(yùn)機(jī)器人在工業(yè)上的應(yīng)用現(xiàn)狀，提出了具體的搬運(yùn)機(jī)器人設(shè)計(jì)要求，并根據(jù)搬運(yùn)機(jī)器人各部分的設(shè)計(jì)原則，進(jìn)行了系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)以及包括：機(jī)器人的手部、腕部、臂部、腰部在內(nèi)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

92、此搬運(yùn)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)源來自液壓系統(tǒng)，執(zhí)行元件包括：柱塞式液壓缸、擺動(dòng)液壓缸、伸縮式液壓缸等。通過液壓缸的運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)搬運(yùn)機(jī)器人的各關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)搬運(yùn)機(jī)器人的實(shí)際作業(yè)。設(shè)計(jì)過程的具體步驟如下：</p><p>　　6.3.1 搜集資料</p><p>　　根據(jù)任務(wù)書的主要任務(wù)和技術(shù)要求，分析在做畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中所用到的具體的理論知識(shí)，同時(shí)在劉老師的指點(diǎn)下，通過各種渠道開始準(zhǔn)備工作通過網(wǎng)絡(luò)、圖

93、書館搜集相關(guān)學(xué)術(shù)論文、核心期刊、書籍等。通過三個(gè)星期的深入學(xué)習(xí)，搜集了一大堆與畢業(yè)設(shè)計(jì)相關(guān)的資料，在劉老師的指導(dǎo)下，摒棄了一些無關(guān)緊要的內(nèi)容，保留了有參考價(jià)值的資料作為備用。并把一些對(duì)課題有關(guān)的知識(shí)記在了工作日志上，盡量使我的資料完整、精確、數(shù)量多，這有利于說明書的撰寫。在這一過程中我了解到了搬運(yùn)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)，并分析了不同的傳動(dòng)方案之間的優(yōu)缺點(diǎn)為下一步總體方案的確定打下了基礎(chǔ)。最后，根據(jù)搜集的資料寫出了文獻(xiàn)綜述。</p>

94、<p><b>　　6.3.2計(jì)算</b></p><p>　　根據(jù)所給的原始數(shù)據(jù)大致想清楚了自己設(shè)計(jì)的搬運(yùn)機(jī)器人的總體結(jié)構(gòu)，即確定了搬運(yùn)機(jī)器人設(shè)計(jì)的總體方案，隨后進(jìn)行了初步的設(shè)計(jì)計(jì)算。</p><p>　　根據(jù)總體方案并結(jié)合原始數(shù)據(jù)對(duì)搬運(yùn)機(jī)器人的各個(gè)部件展開了詳細(xì)的設(shè)計(jì)計(jì)算，具體設(shè)計(jì)計(jì)算過程包括：</p><p>　?。?）傳動(dòng)

95、機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算：考慮到機(jī)構(gòu)的可行性及操作的簡(jiǎn)便性選擇的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)為液壓傳動(dòng)（液壓傳動(dòng)容易控制；壓力高，可獲得大的輸出力；可實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡控制；維修方便）。</p><p>　　（2）手部、腕部及臂部的設(shè)計(jì)計(jì)算：根據(jù)原始數(shù)據(jù)中夾持工件的重量1000N，首先計(jì)算手部所需的夾持力，然后根據(jù)該夾持力計(jì)算所需的液壓缸直徑選取手部液壓缸。臂部分為水平方向的伸縮臂和豎直方向的伸縮臂；水平方向的伸縮臂選取伸縮式液壓缸作為其驅(qū)動(dòng)的動(dòng)力

96、源，豎直方向的伸縮臂選擇雙作用單活塞液壓缸作為其驅(qū)動(dòng)的動(dòng)力源。</p><p>　　6.3.3裝配圖及零件圖的繪制</p><p>　　使用計(jì)算的數(shù)據(jù)繪制出搬運(yùn)機(jī)器人大的整體裝配圖，并手繪出該裝配圖（A0圖）；</p><p><b>　　6.4 設(shè)計(jì)感想</b></p><p>　　在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中我學(xué)到了做任何

97、事情所要有的態(tài)度和心態(tài)，首先我明白了做學(xué)問要一絲不茍，對(duì)于出現(xiàn)的任何問題和偏差都不要輕視，要通過正確的途徑去解決，在做事情的過程中要有耐心和毅力，不要一遇到困難就打退堂鼓，只要堅(jiān)持下去就可以找到思路去解決問題的。在工作中要學(xué)會(huì)與人合作的態(tài)度，認(rèn)真聽取別人的意見，這樣做起事情來就可以事半功倍。</p><p>　　此次論文的完成既為大學(xué)四年劃上了一個(gè)完美的句號(hào)。腳踏實(shí)地，認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)，實(shí)事求是的學(xué)習(xí)態(tài)度，不怕困難、堅(jiān)持

98、不懈、吃苦耐勞的精神是我在這次設(shè)計(jì)中最大的收益。我想這是一次意志的磨練，是對(duì)我實(shí)際能力的一次提升，會(huì)對(duì)我未來的學(xué)習(xí)和工作有很大的幫助。也為將來的人生之路做好了一個(gè)很好的鋪墊。</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)眼間就到了掃尾階段，在這三個(gè)月的設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)過程中，我取得了長足的進(jìn)步。畢業(yè)設(shè)計(jì)的課題是重型桶裝成品搬運(yùn)堆垛機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，通過對(duì)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)要求和動(dòng)作行程分析，確定了機(jī)械手的坐標(biāo)形式、自由度和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，確定了機(jī)械手的主

99、要技術(shù)參數(shù)，完成了機(jī)械手的液壓缸設(shè)計(jì)和液壓元件選擇。機(jī)械手技術(shù)是近代自動(dòng)控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項(xiàng)新技術(shù)，并已成為現(xiàn)代機(jī)械制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分，機(jī)械自動(dòng)化作為工業(yè)發(fā)展的一個(gè)方向，它有著廣闊的市場(chǎng)，屬于實(shí)際需要去研制的一種項(xiàng)目。它可以使企業(yè)在生產(chǎn)的同時(shí)減少勞動(dòng)力和生產(chǎn)成本。目前我國很多地區(qū)的企業(yè)整個(gè)生產(chǎn)設(shè)備還比較落后且大部分工序都是通過人工來完成的，而機(jī)械手成本比較低且操作簡(jiǎn)單很適合中小企業(yè)的發(fā)展要求。但隨著科技不斷進(jìn)步我相信多功能

100、復(fù)雜的機(jī)械手將會(huì)在不久的將來出現(xiàn)，所以在今后的學(xué)習(xí)和生活中我們還要不段的學(xué)習(xí)和創(chuàng)新，只有這樣才能設(shè)計(jì)出更符合現(xiàn)代社會(huì)所需求的產(chǎn)品。</p><p>　　在設(shè)計(jì)過程中，我通過查閱大量有關(guān)資料，與同學(xué)交流經(jīng)驗(yàn)和自學(xué)，并向老師請(qǐng)教等方式，使自己學(xué)到了不少知識(shí)，也經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。在設(shè)計(jì)中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我獨(dú)立工作的能力，樹立了對(duì)自己工作能力的信心，相信會(huì)對(duì)今后的學(xué)習(xí)工作生活有非常重要的影響。而且

101、大大提高了動(dòng)手的能力，使我充分體會(huì)到了在創(chuàng)造過程中的探索的艱難和成功的喜悅。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]馬光 申桂英.工業(yè)機(jī)器人的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].組合機(jī)床與與自動(dòng)化加工技術(shù)，2002</p><p>　　[2]曾孔庚.工業(yè)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)[J].機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用, 2006</p>

102、;<p>　　[3]杜志俊.工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)[J].機(jī)械工程師, 2002</p><p>　　[4]孫樹棟.工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)[M]. 西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，1998</p><p>　　[5]吳振彪.工業(yè)機(jī)器人[M].武漢:華中科技大學(xué)出版社,2004</p><p>　　[6]謝存禧 張鐵.機(jī)器人技術(shù)及其應(yīng)用[M].北京:機(jī)械工業(yè)出

103、版社,2008</p><p>　　[7]蔡自興.機(jī)器人學(xué)[M].北京:清華大學(xué)出版社,1998</p><p>　　[8]熊有倫.機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)[M].武漢：華中理工大學(xué)出版社，2006</p><p>　　[9]單以才.機(jī)器人機(jī)械操作臂的模塊化設(shè)計(jì)及其控制的研究,揚(yáng)州大學(xué)碩士文</p><p>　　[10]熊有倫.機(jī)器人學(xué)[M].北京:機(jī)

104、械工業(yè)出版社,1998</p><p>　　[11]華大年,等.連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與應(yīng)用創(chuàng)新[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2003</p><p>　　[12] 呂庸厚,等.組合機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與應(yīng)用創(chuàng)新[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2000</p><p>　　[13]鄒慧君機(jī)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京:科學(xué)出版社,1998</p><p>　　[14]孫恒

105、,等.機(jī)械原理[M].7版.北京:科學(xué)出版社,2006</p><p>　　[15] 周伯英.工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2008</p><p>　　[16]G L Batten. Programmable Logical Controllers: hardware, software and applications. </p><p>　　[

106、17]SIEMENS AG. SIMATIC S7-200 Programmable Controller System Manual.2004</p><p>　　[18]Gao F,Li W M.New kinematic strctures for 2-,3-,4-,and 5-DOF parallel manipulator designs.Mechanism and machine Theory,200

107、2,37：1395–1411</p><p>　　[19]Zlatanov D,Gosselin C M. A familiy of new parallel architectures with four degrees of freedom.Journal of Compulational Kinematics,2001,(5)：57–66</p><p>　　[20]GASPARET

108、TO A, ZANOTTO V. A new method for smooth trajectory planning of robot manipulators[J]. Mechanism and Machine Theory, 2007, 42(4): 455–471</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　感謝老師在我大學(xué)的最后學(xué)習(xí)階

109、段_____畢業(yè)設(shè)計(jì)階段給我的指導(dǎo)，從最初的定題，到資料收集，到寫作、修改，到論文定稿，她給了我耐心的指導(dǎo)和無私的幫助。在最后階段，老師耐心的幫助我檢查圖紙繪制過程中出現(xiàn)的錯(cuò)誤，以及論文在書寫的過程中應(yīng)注意的一些問題，再次感謝姚老師的幫助。</p><p>　　同時(shí)，感謝所有任課老師和所有同學(xué)在這四年來給自己的指導(dǎo)和幫助，是他們教會(huì)了我專業(yè)知識(shí)，教會(huì)了我如何學(xué)習(xí)，教會(huì)了我如何做人。正是由于他們，我才能在各方面取得

110、顯著的進(jìn)步，在此向他們表示我由衷的謝意，并祝所有的老師培養(yǎng)出越來越多的優(yōu)秀人才，桃李滿天下！</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）獨(dú)創(chuàng)性聲明</p><p>　　秉承學(xué)校嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)風(fēng)與優(yōu)良的科學(xué)道德，本人聲明所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的成果，不包含他人

111、已申請(qǐng)學(xué)位或其他用途使用過的成果。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示了致謝。</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）與資料若有不實(shí)之處，本人承擔(dān)一切相關(guān)責(zé)任。</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）作者簽名：</p><p><b>　　指導(dǎo)教師簽名：</b></p><p><b