毕业设计论文三自由度搬运机械手之机构设计圆柱坐标.docx

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1、摘要机械手是一种机械技术与电子技术相结合的高技术产品。采用机械手是提高产品质量与劳动生产率，实现生产过程自动化，改善劳动条件，减轻劳动强度的一种有效手段。它是一种模仿人体上肢的部分功能，按照预定要求输送工件或握持工具进行操作的自动化技术装备。机械手可以代替人手的繁重劳动，显著减轻工人的劳动强度，改善劳动条件，提高劳动生产率和生产自动化水平。工业生产中经常出现的笨重工件的搬运和长期、频繁、单调的操作，采用机械手是有效的；此外，它能在高温、低温、深水、宇宙、放射性和其它有毒、污染环境条件下进行操作，更显示其优越性，有着广阔的发展前途。本课题的主要内容是采用机械设计原理，进行三自由度搬运机械手的设计

2、，熟悉三自由度机械手的运用场合和相关的设计步骤。机械手可以代替很多重复性的体力劳动，从而减轻工人的劳动强度，提高生产效率。结合三自由度设计的各方面的知识，在设计过程中学会怎样发现问题.解决问题.研究问题。并且在设计中融入自己的想法和构思,提高自己的创新能力。尽力使机械手使用方便，结构简单。关键词：机械手，输送工件，搬运，三自由度ABSTRACTManipu1atorisamechanica1techno1ogyande1ectronictechno1ogywiththecombinationofhightechno1ogyproducts.Usingmanipu1atoristoimprove

3、productqua1ityandproductivity,andrea1izetheautomaticproductionprocess,improveworkingconditions,andreduce1aborintensityofakindofeffectivemethod.Itisanimitationoftheupperpartofthehumanbodyfunction,accordingtothepredeterminedrequirementorpartstransportationho1dingtoo1sforoperationoftheautomationtechno1

4、ogyandequipment.Robotscanrep1acethehandsofheavy1abor,significant1yreducethe1aborintensity,improveworkingconditions,andimprove1aborproductivityandproductionautomation1eve1.Industria1productionoftenappearsinthehand1ingoftheheavyand1ong-term,frequent,draboperation,USESthemanipu1atoriseffective;Inadditi

5、on,itcanbeinhightemperature,1owtemperature,deepwater,theuniverse,radioactiveandothertoxic,po11utionenvironmentconditionsoperation,moreshowsitssuperiority,withbroadprospects.Thistopicisthemaincontentofthemechanica1designprincip1eofthedesignofthethreedofcarryingmanipu1ator,fami1iarwiththreedegreesoffr

6、eedomofthemanipu1atorusingoccasionsandre1ateddesignsteps.Robotscanrep1acea1otofrepeatabi1ityofphysica11abor,soastoreducethe1aborintensity,improveproductionefficiency.Combinedwiththreedegreesoffreedoma11aspectsofdesignknow1edge,inthedesignprocess1earnhowtofindouttheprob1emtoso1veprob1ems.Andinthedesi

7、gnideaandintotheiridea,improvetheirinnovationabi1ity.Trytomakerobotseasytousesimp1estructure.KeyWords：Manipu1ator,conveyingworkpiece,hand1ing,threedegreesoffreedom.目录第1章绪论-1-1.1 机械手的历史与发展-1-1.1.1 工业机器人简介-1-1.1.2 世界机器人的发展-1-1.2 机械手的组成-3-1.2.1 执行机构-3-1.2.2 驱动机构-3-1.2.3 控制机构4-1.3 机械手的分类-4-第2章搬运机械手机构总体方

8、案设计-7-2.1 基本设计思路-7-2.1.1 系统分析-7-2.1.2 总体设计框图-7-2.2 搬运机械手结构设计-8-2.2.1 搬运机械手坐标形式的选择-8-2.3 机械手材料的选择-8-2.4 机械臂的运动方式-9-2.5 搬运机械手驱动与控制系统分析-9-2.5.1 驱动方式的选择-9-2.5.2 控制系统的选择-10-第3章搬运机械手机械结构设计与计算-H-3.1 搬运机械手手爪设计-11-3.2 搬运机械手手臂设计-11-3.2.1 伸缩机械臂的设计-11-3.2.2 升降机械臂的设计-12-3.2.3 手臂回转运动-14-3.2.4 臂垂直升降运动驱动力的计算-14-3.2

9、.5 臂部回转运动驱动力矩的计算-15-3.3 手部设计计算-15-3.4 腕部设计计算-19-3.5 液压驱动系统设计-21-第4章搬运机械手控制系统的设计-25-4.1 P1C简介-25-4.2 P1C工作原理-25-4.3 P1C机型的选择-25-4.3.1 P1C机型的选择-25-4.3.2 所选P1C的参数-26-4.4 P1C控制面板的拟定-27-4.5 机械手工艺过程和控制方案的确定-29-4.5.1 明确工艺要求-29-4.5.2 确定工艺流程-29-4.5.3 传感器选择-31-4.5.4 确定I/O点数-31-4.6 P1C程序编写-31-4.6.1 总体程序设计思路-31

10、-4.6.2 手动程序的编写-33-4.6.3 复位程序的编写-34-4.6.4 自动控制程序的编写-36-结论与展望-39-参考文献-41-致谢-43-第1章绪论1.1 机械手的历史与发展.工业机器人简介几千年前人类就渴望制造一种像人一样的机器，以便将人类从繁重的劳动中解脱出来。如古希腊神话阿鲁哥探险船中的青铜巨人泰洛斯（Tak）as）,犹太传说中所说的泥土巨人等等，这些优美的神话时刻激励着人们一定要把优美的神话变为现实，早在两千年前就开始出现了自动木人和一些简单的机械木偶人。到了近代，机器人这一词语的出现和世界上第一台工业机器人问世之后，不同功能的机器人也相继出现并且活跃在不同的领域，从天

11、上到地下，从工业拓广到农业、林、牧、渔，甚至进入平常的百姓家。机器人的种类之多，应用之广，影响之深，是我们始料未及的。工业机器人由操作机（机械本体）、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作、可重复编程、自动控制、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。特别适合于多品种、变批量的柔性生产。它对稳定、提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。机器人并不是在简单意义上的代替人工的劳动，而是综合了人的特长和机器特长的一种模拟人的电子机械装置，既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力，又有机器可长时间持续工作、精确度高、适应各种恶劣环境的

12、能力，从某种意义上说它也是机器的进化过程的产物，它是工业以及非产业界的重要生产和服务性设备，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备。所以就有了就有了很多国家地区制造出来工业机器人，而如今我设计的题目就是机器人的一个简单部位机械手！1.1.2 世界机器人的发展国外机器人领域发展近几年有如下几个趋势：（1）工业机器人性能不断提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修），而单个工业机器人价格不断下降,平均单机价格从91年的10.3万美元降至97年的6.5万美元。（2）机械结构向模块化、可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位的一体化；由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人

13、整机；国外已有模块化装配机器人产品问市。（3）工业机器人控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展，这就便于标准化、网络化；器件集成度提高，控制柜日见小巧，而且采用模块化结构；大大提高了系统的易操作性，可维修性和可靠性。（4）机器人中的传感器作用日益重要，除了采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器，而遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制；多传感器融合配置技术在产品化系统中已有成熟应用。（5）虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制，如使遥控机器人操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操

14、纵机器人。（6）当代遥控机器人系统的发展特点不是追求全自治系统，而是致力于操作者与机器人的人机交互控制，即遥控加局部自主系统构成完整的监控遥控操作系统，使智能机器人走出实验室进入实用化阶段。美国发射到火星上的“索杰纳”机器人就是这种系统成功应用的最著名的实例。（7）机器人化机械开始兴起。从94年美国开发出“虚拟轴机床”以来，这种新型装置已成为国际研究的热点之一，纷纷探索开拓其实际应用的领域。1.1.3 我国工业机器人的发展有人认为，应用机器人只是为了节省劳动力，而我国劳动力资源丰富，发展机器人不一定符合我国国情。然而这是一种错误的想法。在我国，社会主义制度的优越性决定了机器人能够充分发挥其长处

15、。它不仅能为我国的经济建设带来高度的生产力和巨大的经济效益，而且将为我国的海洋开发、宇宙开发、核能利用等新兴领域的发展做出卓越的贡献。我国的工业机器人从80年代“七五”科技攻关开始起步，在国家的支持下，通过“七五”、八五”科技攻关，目前已基本掌握了机器人操作机的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术，生产了部分机器人关键元器件，开发出装配、喷漆、点焊、弧焊、搬运等机器人；其中有150多台套喷漆机器人在二十余家企业的近30条自动喷漆生产线或生产站上获得了规模的应用，弧焊机器人已应用在汽车制造厂的焊装线上。但总的来看，我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，如：可靠性低于国外产品；机器人应用工程起步较晚，应用领域窄，生产线系统技术与国外比有差距；在应用规模上，我国已安装的国产工业机器人约200台，约占全球已安装台数的万分之四。以上原因主要是没有形成机器人产业，当前我国的机器人生产都是应用户的要求，“一客户，一次重新设计”，品种规格多、批量小、零部件通用化程度低、成本比较高、供货周期长，而且可靠性、质量不稳定。因此迫切需要解决产业化前期的关键技术，对产品进行全面规划，搞好系列化、通用化、模化设计，积极推进工业机器人产业化的进程。我国的智能机器人和特种机器人在“863”计划的支持下，也取得了不少成果