（大学本科毕业论文机械工程设计与自动化专业）运送铝活塞铸造毛坯机械手设计（含CAD图纸）.docx

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1、中文摘要在工业上，自动控制系统有着广泛的运用，如工业自动化机床控制，计算机系统，机器人等。而工业机器人是绝对较新的电子设备，它正开始改变古代化工业相貌。实践的机器人由带有腕（或称为手臂）的主机身和机身端部的工具（通常是某些类型的夹持器）组成,同时也包括一个辅助动力系统。本文是对整个设计工作较片面的引见和总结。关键词：手臂；夹持器；工业机器人AbstractIndustria11y,automaticcontro1systemsarefoundinnumerousapp1ications,suchasautomationmachinetoo1contro1,computersystemsandr

2、obotics.Industria1robotsarere1ative1ynewe1ectromechanica1devicesthatarebeginningtochangetheappearanceofmodemindustry.Aphysica1robotisnorma11ycomposedofamainframe(orarm)withawristandsometoo1ing(usua11ysometypeofgripper)attheendoftheframe.Anauxi1iarypowersystemmaya1sobeinc1udewiththerobot.Thispaperism

3、orecomprehensiveintroductionandsumming-upfortheforthewho1edesignwork.Keywords：arm；gripper；Industria1robot运送铝活塞铸造毛坯机械手设计专业：机械设计制造及其自动化，学号：2001121626,姓名：王强指点老师：李作全第一章绪论1.1 工业机器人简介机器人工程是近二十多年来迅速发展起来的综合学科。它集中了机械工程、电子工程、计算机工程、自动控制工程以及人工智能等多种学科的最新研讨成果，是当代科学技术发展最活跃的范畴之一，也是我国科技界跟踪国际高科技发展的重要方面。工业机器人的研讨、制造和运用

4、程度，是一个国家科技程度和经济实力的意味，正遭到许多国家的广泛注重。目前，工业机器人的定义，世界各国尚未一致，分类也不尽相反。最近联合国国际标准化组织采纳了美国机器人协会给工业机器人下的定义：工业机器人是一种可反更编程的多功能操作安装，可以经过改变动作程序，来完成各种工作，次要用于搬运材料，传递工件。参考国外的定义，结合我国的习气用语，对工业机器人作如下定义：工业机器人是一种机体独立，动作自在度较多，程序可灵敏变更，能恣意定位，自动化程度高的自动操作机械。次要用于加工自动线和柔性制造系统中传递和装卸工件或夹具。工业机器人以刚性高的手臂为主体，与人相比，可以有更快的运动速度，可以搬运更重的东西，

5、而且定位精度相当高，它可以根据外部来的信号，自动进行各种操作。工业机器人是在计算机控制下可编程的自动机器。采用工业机器人是进步产质量量与劳动消费率，完成消费过程自动化，改善劳动条件，减轻劳动强度的一种有效手腕。机器人的诞生和发展虽只要30多年的历史，但它已运用到国民经济，民事技术等众多的范畤，具有广阔的运用和发展前景，显示出弱小的生命力。根据所处的环境和作业需求，工业机器人具有至少一项或多项拟人功能，如抓取功能或移动功能，或两者兼有之，另外还可能程度不等的具有某些环境感知功能（如视觉，力觉，触觉等）。以及语音功能及至逻辑思想，判别决策功能等。从而使其能在要求的环境中代替人进行作业。在工业机器人

6、的诸多功能中，抓取和移动是最次要的功能。这两项功能完成的技术基础是精巧的机械结构设计和良好的伺服控制驱动。本次设计就是在这一思想下展开的。根据设计内容利需求确定圆柱坐标型工业机器人，利用锥齿轮传动完成机器人的旋转，利用液压缸完成其移动以及对零件的抓取。在步进电机的控制下，机器达到精确的回转运动。1.2 工业机器人的发展工业机器人的发展，由简单到复杂，由初级到高级逐渐完善，它的发展过程可分为三代：第一代工业机器人就是目前工业中大量运用的示教再现型工业机器人，它次要由手部、臂部、驱动系统和控制系统组成。它的控制方式比较简单，运用在线编程，即经过示教存贮信息，工作时读出这些信息，向执行机构发出指令，

7、执行机构按指令再现示教的操作。第二代机器人是带感觉的机器人。它具有寻力觉、触觉、视觉等进行反馈的才能。其控制方式较第一代工业机器人要复杂得多，这种机器人从1980年开始进入了适用阶段，不久即将普及运用。第三代工业机器人即智能机器人。这种机器人除了具有触觉、视觉等功能外，还可以根据人给出的指令看法本身和周围的环境，辨认对象的有无及其形态，再根据这一辨认自动选择程序进行操作，完成规定的义务。并且能跟踪工作对象的变化，具有顺应工作环境的功能。这种机器人还处于研制阶段，尚未大量投入工业运用。第2章工业机器人的总体设计2.1 工业机器人的组成及各部分关系概述它次要由机械系统（执行系统、驱动系统）、控制检

8、测系统及智能系统组成。执行系统：执行系统是工业机器人完成抓取工件，完成各种运动所必需、A的机械部件，它包括手部、腕部、机身等。（1） 手部：机器人为了进行作业而配置的操作机构，又称手爪或抓取机构，它直接抓取工件或夹具。（2） 腕部：又称伎俩，是连接手部和臂部的部件，其作用是调整或改变手部的工作方位。（3）臂部：联接机座和手部的部分，是支承腕部的部件，作用是承受工件的管理管理荷重，改变手部的空间地位，满足机器人的作业空间，将各种载荷传递到机座。（4） 机身：机器人的基础部分，起支撑作用，是支撑手臂的部件，其作用是带动臂部自转、升降或俯仰运动。B、驱动系统：为执行系统各部件提供动力，并驱动其动力的

9、安装。常用的有机械传动、液压传动、气压传动和电传动。C、控制系统：经过对驱动系统的控制，使执行系统按照规定的要求进行工作，当发生错误或缺点时发出报警信号。D、检测系统：作用是经过各种检测安装、传感安装检测执行机构的运动状况，根据需要反馈给控制系统，与设定进行比较，以保证运动符合要求。2.2 工业机器人的设计分析2.2.1 设计要求经过设计机械手，培育综合运用所学过的基本理论、基本知识和基本方法分析才能和处理成绩的才能。有关数据：设计一机械手、将铝活塞铸造毛坯从模具中取出，并运送到离模具2米远处的铝活塞毛坯箱里。（铝活塞的基本尺寸等技术要求参见顾崇衍编机械制造工艺学P91P1O0。）零件尺寸：外

10、孔C101.6,高106o零件材料：铝。2.2.2 总体方案拟定在工业机器人的诸多功能中，抓取和移动是最次要的功能。这两项功能完成的技术基础是精巧的机械结构设计和良好的伺服控制驱动。本次设计就是在这一思想下展开的。根据设计内容和需求确定工业机器人工作方式,利用步进电机驱动和锥齿轮传动来完成机器人的旋转运动；利用一个液压缸，使手臂完成上下运动；考虑到本设计中的机器人工作范围不大,故利用液压缸驱动完成手臂的伸缩运动；末端夹持器则采用滑槽杠杆式回转型夹持器，用小型液压缸驱动夹紧。图24机器人外形图2.2.3 工业机器人次要技术功能参数工业机器人的技术参数是阐明其规格和功能的具体目的。次要技术参数有如

11、下：A、抓取分量：抓取分量是用来表明机器人负荷才能的技术参数，这是一项次要参数。这项参数与机器人的运动速度有关，普通是指在正常速度下所抓取的分量。B、抓取工件的极限尺寸：抓取工件的极限尺寸是用来表明机器人抓取功能的技术参数，它是设计手部的基础。C、坐标方式和自在度：阐明机器人机身、手部、腕部等共有的自在度数及它们组成的坐标系特征。D、运动行程范围：指执行机构直线移动距离或回转角度的范围，即各运动自在度的运动量。根据运动行程范围和坐标方式就可确定机器人的工作范围。E、运动速度：是反映机器人功能的重要参数。通常所指的运动速度是机器人的最大运动速度。它与抓取分量、定位精度等参数亲密有关，互相影响。目

12、前，国内外机器人的最大直线移动速度为IOOOmm/s左右，普通为20040OmnI/S；回转速度最大为180os,普通为507s。F、定位精度和反复定位精度：定位精度和反更定位精度是衡量机器人工作质量的一项重要目的。G、编程方式和存储容量。本设计中的三自在度圆柱坐标型工业机器人的有关技术参数见表2-1o表2-1机械手类型三自在度圆柱坐标型抓取分量2.38Kg自在度3个（1个回转2个移动）机座外部回转运动，回转角0-180,步进电机驱动腰部机构伸缩运动，升降范围40OnInb液压缸驱动手臂机构伸缩运动，伸缩范围70m,液压缸驱动末端执行器液压缸驱动第3章工业机器人的机械系统设计3.1 工业机器人

13、的运动系统分析3.1.1 机器人的运动概述工业机器人的运动，可从工业机器人的自在度，工作空间和机械结构类型等三方面来讨论。如图2-1所示，为工业机器人机构的简图。图3-1机构简图a.工业机器人的运动自在度所谓机器人的运动自在度是指确定一个机器人操作地位时所需求的独立运动参数的数目，它是表示机器人动作灵敏程度的参数。本设计的工业机器人具有四转动副和移动副两种运动副，具有手臂伸降，旋转，前后往复三自在度。b.机器人的工作空间和机械结构类型（1）工作空间工作空间是指机器人正常运转时，手部参考点能在空间活动的最大范围，是机器人的次要技术参数，工作空间图如图22。图32工作空间图（2）机械结构类型圆柱坐

14、标型为本设计所采用方案，这种运动方式是经过一个转动，两个移动，共三个自在度组成的运动系统（代号RPP）,工作空间图形为圆柱形。它与直角坐标型比较，在相反的工作条件下，机体占体积小，而运动范围大。3.1.2 机器人的运动过程分析工业机器人的运动过程中各动作如图3-3和表3-1o图3-3表3-1机器人开机，处于A点工步一手臂上升工步二，工步七，工步十三旋转至B点工步三手臂伸出工步四，工步十手臂下降工步五，工步1-一夹紧工件工步六手臂收缩工步八，工步十四旋转至C点工步九放松工件工步十二完成运动过程中的各工步是由工业机器人的控制系统和各种检测原件来完成的，这里尤其要强调的是机器人对工件的定位夹紧的精确

15、性，这是本次设计成败之关键所在。3.2 工业机器人的执行机构设计3.2.1 末端执行机构设计工业机器人的末端执行机构设计是用来抓持工件或工具的部件。手部抓持工件的迅速、精确和牢靠程度都将直接影响到工业机械手的工作功能，它是工业机械手的关键部件之一。3. 2.1.1设计时要留意的成绩：a.末端执行机构应有足够的夹紧力，为使手指牢靠的夹紧工件，除考虑夹持工件的重力外，还应考虑工件在传送过程中的动载荷。b.末端执行机构应有一定的开闭范围。其大小不只与工件的尺寸有关，而且应留意手部接近工件的运动道路及其方位的影响。c.应能保证工件在末端执行机构内精确定位。d.结构尽量紧凑分量轻，以利于腕部和臂部的结构设计。3.2. 1.2总体结构设计采用滑槽杠杆式回转型夹持器，用小型液压缸驱动夹紧，它的结构方式如图2-4。滑槽杠杆式回转型夹持器，当驱动器推进杆2向上运动时，圆柱销3在两杆4的滑槽中移动，迫使与支架1相较接的两手指（钳爪）产生夹紧动作和夹紧力。当杆2向下运动时，手指松开。图34末端执行器3. 2.1.3液压油缸的选择和夹紧力的校验a.初选油缸型号考虑到所要夹持的是比较小的零件，最大工作载荷很小，故初选液压缸型号为Y-HG