汽車輪胎夾持機(jī)械手設(shè)計(jì)
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沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院畢業(yè)論文文獻(xiàn)綜述
基于汽車輪胎夾持機(jī)械手文獻(xiàn)綜述
姓名：徐啟城 班級(jí)：機(jī)制1204 指導(dǎo)教師：王楠
我國機(jī)械手的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)
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，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。本文參閱了大量的國內(nèi)外期刊雜志，論述了機(jī)械手的組成和分類，同時(shí)對(duì)國內(nèi)外機(jī)械手的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)做了一定的了解。對(duì)應(yīng)用機(jī)械手的工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)四大家族競(jìng)爭(zhēng)分析。另外，本文還對(duì)機(jī)械手的常見驅(qū)動(dòng)方式做了一番分析，并預(yù)測(cè)了機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì)。
1. 機(jī)械手的研究現(xiàn)狀
1.1. 概述及現(xiàn)狀
機(jī)械手是一種模擬人手操作的自動(dòng)機(jī)械。可抓取物件完成操作。機(jī)械手可以代替人從事體力勞動(dòng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的自動(dòng)化，在有害環(huán)境下操作，保證安全，廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造等部門。美國原子能實(shí)驗(yàn)中，用機(jī)械手搬運(yùn)放射性材料，人在安全間操縱機(jī)械手進(jìn)行各種操作。機(jī)械手推廣到工業(yè)部門，高溫的地方取放工件，作為機(jī)床的輔助裝置在自動(dòng)機(jī)床。機(jī)械手主要由手部和運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。手部是用來抓持工件的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。
1.2 機(jī)械手技術(shù)發(fā)展現(xiàn)象概述
1.2.1機(jī)械手技術(shù)的發(fā)展
機(jī)械手是在機(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。它是機(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(王希敏，1992)。在現(xiàn)代生產(chǎn)過程中，機(jī)械手被廣泛的運(yùn)用于自動(dòng)生產(chǎn)線中，機(jī)械手雖然目前還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復(fù)工作和勞動(dòng)，不知疲勞，不怕危險(xiǎn)，抓舉重物的力量比人手力大的特點(diǎn)，因此，機(jī)械手已受到許多部門的重視，并越來越廣泛地得到了應(yīng)用。(王承義，1995)機(jī)械手首先是從美國開始研制的。1.2.2 機(jī)械手的組成分類及驅(qū)動(dòng)
1） .機(jī)械手的組成一般來說，機(jī)械手主要有以下幾部分組成:
1. 手部
2. 傳送機(jī)構(gòu)
3. 驅(qū)動(dòng)部分
4. 控制部分
5. 其它部分 (侯沂,劉濤.2004)
1.2.3 機(jī)械手的分類
機(jī)械手從使用范圍、運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)形式、驅(qū)動(dòng)方式以及臂力大小四個(gè)方面的分類分別為：
1） .按使用范圍分類:
1專用機(jī)械手一般只有固定的程序，而無單獨(dú)的控制系統(tǒng)。它從屬于某種機(jī)器或生產(chǎn)線用以自動(dòng)傳送物件或操作某一工具，例如“毛坯上下料機(jī)械手”、“曲拐自動(dòng)車床機(jī)械手”、“油泵凸輪軸自動(dòng)線機(jī)械手”等等。這種機(jī)械手結(jié)構(gòu)較簡單，成本較低，適用于動(dòng)作比較簡單的大批量生產(chǎn)的場(chǎng)合。
2 通用機(jī)械手指具有可變程序和單獨(dú)驅(qū)動(dòng)的控制系統(tǒng)，不從屬于某種機(jī)器，而且能自動(dòng)完成傳送物件或操作某些工其的機(jī)械裝置。通用機(jī)械手按其定位和控制方式的不同，可分為簡易型和伺服型兩種。簡易型只是點(diǎn)位控制，故屬于程序控制類型，伺服型可以是點(diǎn)位控制，也可以是連續(xù)軌跡控制，一般屬于數(shù)字控制類型(李允文，1994)。
2） .按運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)型式分類:
1. 直角坐標(biāo)式機(jī)械手臂部可以沿直角坐標(biāo)軸X、Y、Z三個(gè)方向移動(dòng)，亦即臂部可以前后伸縮(定為沿X方向的移動(dòng))、左右移動(dòng)(定為沿Y方向的移動(dòng))和上下升降(定為沿Z方向的移動(dòng))(張軍，馮志輝，2004);
2. 圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手手臂可以沿直角坐標(biāo)軸的X和Z方向移動(dòng)，又可繞Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)(定為繞Z軸轉(zhuǎn)動(dòng))，亦即臂部可以前后伸縮、上下升降和左右轉(zhuǎn)動(dòng);
3. 球坐標(biāo)式機(jī)械手臂部可以沿直角坐標(biāo)軸X方向移動(dòng)，還可以繞Y軸和Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)，亦即手臂可以前后伸縮(沿X方向移動(dòng))、上下擺動(dòng)(定為繞Y軸擺動(dòng))和左右轉(zhuǎn)動(dòng)(仍定為繞Z軸轉(zhuǎn)動(dòng));
4. 多關(guān)節(jié)式機(jī)械手這種機(jī)械手的臂部可分為小臂和大臂。其小臂和大臂的連接(肘部)以及大臂和機(jī)體的連接(肩部)均為關(guān)節(jié)(鉸鏈)式連接，亦即小臂對(duì)大臂可繞肘部上下擺動(dòng)，大臂可繞肩部擺動(dòng)多角，手臂還可以左右轉(zhuǎn)動(dòng)。(孫桓等，2006)
3） 按驅(qū)動(dòng)方式分類:
1. 液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)械手以壓力油進(jìn)行驅(qū)動(dòng);
2. 氣壓驅(qū)動(dòng)機(jī)械手以壓縮空氣進(jìn)行驅(qū)動(dòng);
3. 電力驅(qū)動(dòng)機(jī)械手直接用電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng);
4. 機(jī)械驅(qū)動(dòng)機(jī)械手是將主機(jī)的動(dòng)力通過凸輪、連桿、齒輪、間歇機(jī)構(gòu)等傳遞給機(jī)械手的一種驅(qū)動(dòng)方式。
4） 按機(jī)械手的臂力大小分類:
1. 微型機(jī)械手臂力小于1㎏;
2. 小型機(jī)械手臂力為1-10㎏;
3. 中型機(jī)械手臂力為10-30㎏;
4. 大型機(jī)械手臂力大于30㎏。
2. 機(jī)械手的應(yīng)用—機(jī)械人市場(chǎng)分析
日本和歐洲是全球工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)的兩大主角，并且實(shí)現(xiàn)了傳感器、控制器、精密減速機(jī)等核心零部件完全自主化。
通過滿足具有國際性競(jìng)爭(zhēng)力的汽車、電子/電機(jī)產(chǎn)業(yè)等企業(yè)使用者之嚴(yán)苛的要求，以及銷售實(shí)績與專門技能的累積，日本工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為全球的領(lǐng)導(dǎo)者。而在經(jīng)過了日本國內(nèi)市場(chǎng)激烈的價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)后，也獲得了國際性的價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力。目前家用機(jī)器人也處于優(yōu)勢(shì)地位。
歐州工業(yè)機(jī)器人和醫(yī)療機(jī)器人領(lǐng)域已居于領(lǐng)先地位。美國積極致力于以軍事、航天產(chǎn)業(yè)等為背景的開發(fā)或創(chuàng)投企業(yè)，體現(xiàn)在系統(tǒng)集成領(lǐng)域，醫(yī)療機(jī)器人和國防軍工機(jī)器人具有主要優(yōu)勢(shì)。
在機(jī)器人系統(tǒng)集成方面，除了機(jī)器人本體企業(yè)的集成業(yè)務(wù)，知名獨(dú)立系統(tǒng)集成商還包括杜爾、徠斯和柯馬等。2013年德國杜爾和意大利柯瑪?shù)南到y(tǒng)集成業(yè)務(wù)收入均約為7億美元，折人民幣100億元。
機(jī)器人減速機(jī)70%以上市場(chǎng)份額由日本納博特斯克（Nabtesco）和哈默（Harmonicdrive）壟斷。2013年納博的減速器業(yè)務(wù)收入約為5億美元。
中國產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)發(fā)布的《2014-2019年工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)全景調(diào)研及投資方向研究報(bào)告》指出：2013年ABB、發(fā)那科、庫卡、安川電機(jī)收入分別為418、60、24、38億美元；凈利潤分別為28、15、0.8、0.8億美元；工業(yè)機(jī)器人收入均為10-14億美元左右，但收入占比差別較大，分別為3%、23%、42%、34%；2013年末市值分別為610、300、16、24億美元。
注：工業(yè)機(jī)器人收入除ABB為2009年數(shù)據(jù)，其他為2013年末數(shù)據(jù)
四大家族除了發(fā)那科綜合毛利率接近50%，其余毛利率水平基本在25-30%左右。四家凈利潤水平相差較大，發(fā)那科凈利率達(dá)25%，ABB為7%，庫卡和安川電機(jī)僅為2-3%。從歷史數(shù)據(jù)看，過去十年四大家族PE水平保持在20-30倍左右。
3. 結(jié)束語
中國作為制造業(yè)大國，要實(shí)現(xiàn)制造業(yè)自動(dòng)化必然缺不了機(jī)械手的應(yīng)用，誰將會(huì)肩負(fù)重任完成這一偉大的使命呢？外國品牌機(jī)械手在技術(shù)上和做工上達(dá)到先進(jìn)的水平，但我們不能一味依賴外國品牌，我們要始終堅(jiān)持自主創(chuàng)新，做強(qiáng)做大我們的民主品牌。作為國產(chǎn)自主創(chuàng)新品牌的廣東拓斯達(dá)機(jī)械手目前在國內(nèi)制造業(yè)市場(chǎng)中份額每年逐漸攀升，廣東拓斯達(dá)機(jī)械手榮獲廣東省名牌產(chǎn)品，并且擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、核心技術(shù)和關(guān)鍵技術(shù)，以及戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)、先進(jìn)制造業(yè)產(chǎn)品。拓斯達(dá)自動(dòng)化主張“讓工業(yè)文明回歸自然之美”品牌價(jià)值，打造中國制造業(yè)自動(dòng)化第一品牌，實(shí)現(xiàn)無人化車間，積極推動(dòng)機(jī)器換人時(shí)代，而努力奮斗前行，
機(jī)械手市場(chǎng)前景開闊為工業(yè)的制造生產(chǎn)帶來變化的不僅僅是機(jī)械手使用的現(xiàn)代化生產(chǎn)技術(shù)，而且隨之而來的現(xiàn)代化管理模式也大大改變了企業(yè)的生機(jī)和活力和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。機(jī)械手的應(yīng)用對(duì)于企業(yè)調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，升級(jí)轉(zhuǎn)型，是一個(gè)良好的契機(jī)。
6
沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院
本科畢業(yè)設(shè)計(jì)
題 目： 汽車輪胎夾持機(jī)械手設(shè)計(jì)
專 業(yè)： 機(jī)械制造及其自動(dòng)化
班 級(jí)： 機(jī)制1204
學(xué)生姓名： 徐啟城
指導(dǎo)教師： 王楠
論文提交日期： 2016 年 5 月 30 日
論文答辯日期： 2016 年 6 月 6 日
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書
機(jī)械制造及其自動(dòng)化專業(yè)
機(jī)制1204班
學(xué)生：徐啟城
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：
汽車輪胎夾持機(jī)械手設(shè)計(jì)
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）內(nèi)容：
零件成型工藝性分析，機(jī)械手結(jié)構(gòu)類型、方案確定，有關(guān)零件設(shè)計(jì)、計(jì)算，成型零件的制造工藝設(shè)計(jì)，零件相關(guān)圖紙的繪制。
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）專題部分：
零件成型工藝分析，選擇成型的零件，機(jī)械手結(jié)構(gòu)方案的確定，主要零部件的設(shè)計(jì)計(jì)算，有關(guān)參數(shù)的校核。
起止時(shí)間：2015.12.1——2016.6.1
指導(dǎo)教師： 簽字 2016年6月6日
沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院全日制普通本科生
畢業(yè)設(shè)計(jì)誠信聲明
鄭重聲明：所呈交的本科畢業(yè)論文是自己在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，進(jìn)行研究所取得的結(jié)果，結(jié)果不存在知識(shí)產(chǎn)權(quán)爭(zhēng)議。除文中曾經(jīng)聲明援用的內(nèi)容外，本論文不含任何其余個(gè)人或團(tuán)體已經(jīng)頒發(fā)或撰寫過的文章結(jié)果。對(duì)本文的咨詢做出重要貢獻(xiàn)的小我和團(tuán)體在文中均作了精確的解釋并表達(dá)了感謝。同時(shí)，本論文的著作權(quán)由本人于指導(dǎo)教師共同擁有。自己一切明白本說明的法令后果由本人擔(dān)當(dāng)。
畢業(yè)設(shè)計(jì)作者簽名：
2016年5月30日
摘要
本設(shè)計(jì)是關(guān)于車床的機(jī)械手設(shè)計(jì)，在日常工作生產(chǎn)中機(jī)械手的運(yùn)用是非常廣泛的可以說是一種必不可少的科技產(chǎn)品,機(jī)械手是一種模仿人手的結(jié)構(gòu)而設(shè)計(jì)的一種零件,在日常工作中它可以根據(jù)人們發(fā)送的指令來完成一系列的工作，所以它的靈活度十分的高運(yùn)用很廣泛。與此同時(shí)，也說明了工業(yè)機(jī)械手可以完成人們完成不了或者很危險(xiǎn)的工作，比如，工業(yè)機(jī)械手可以代替人們做一下復(fù)雜精密的工作，這不僅可以減少
失誤,還可以大大提高了工作的效率,有利于社會(huì)更快的發(fā)展，與此同時(shí)，比如一些很危險(xiǎn)的工作，比如在車床上切鋼板，如果讓人工來操作，那么就會(huì)顯的很危險(xiǎn)，所以這時(shí)候讓機(jī)械手來代替人工那么危險(xiǎn)系數(shù)會(huì)大大的降低，所以機(jī)械手的運(yùn)用必不可少。工業(yè)生產(chǎn)的大型工件的運(yùn)用和操作，此時(shí)人工來操作的話會(huì)很困難，但是如果編寫程序讓機(jī)械手來操作那么工人只要按一下按鈕就可以輕松的操作機(jī)械手來完成一系列復(fù)雜的工作了。與此同時(shí)，對(duì)于一些十分嚴(yán)酷的環(huán)境，如果人工操作的話會(huì)顯十分的。更現(xiàn)實(shí)的優(yōu)勢(shì),具有廣闊的應(yīng)用前景。流水線車床生產(chǎn)是未來生產(chǎn)行業(yè)的一個(gè)必然的趨勢(shì)，如果把機(jī)械手運(yùn)用到這個(gè)領(lǐng)域中那么就會(huì)大大降低工作時(shí)間，大大提高工作效率，所以在目前的這個(gè)領(lǐng)域里，對(duì)于機(jī)械手的開放利用，是一個(gè)重大的商機(jī)，更是一個(gè)大的趨勢(shì)，因?yàn)樵谀壳暗纳a(chǎn)環(huán)境，該產(chǎn)品是必不可少的設(shè)備。所以就這點(diǎn)來說，我國要大力發(fā)展機(jī)械電子方面，這個(gè)領(lǐng)域在未來有著不可替代的作用，如果大力發(fā)展了這個(gè)專業(yè)那么我國未來的機(jī)械電子行業(yè)，各種高科技行業(yè)都會(huì)有著更有力的發(fā)展。另一方面人才是這個(gè)領(lǐng)域的核心，所以
要大力培養(yǎng)相關(guān)方面的人才才有可能讓我國在這個(gè)領(lǐng)域里越來越強(qiáng)大。并且通過發(fā)展自己的國家研究和開發(fā)，使其可成為機(jī)械行業(yè)的良好發(fā)展動(dòng)力。
對(duì)于這個(gè)設(shè)計(jì)來說，手的設(shè)計(jì)是關(guān)鍵中的關(guān)鍵，人類的手可以完成大量超凡復(fù)雜的工作，所以我們所制作的機(jī)械手也要這個(gè)方面的能力，有著超高的靈活度，那么機(jī)械手就可以完成一系列大量的工作，而且還進(jìn)一步的開發(fā)了電子機(jī)器人可以執(zhí)行許多操作。只有本發(fā)明，誰是從繁重的勞動(dòng)中逐漸的工對(duì)于人類來說無法完成或者危險(xiǎn)的工作，那么機(jī)械手是一個(gè)很好的代替。讓更多的人解放出來了，加入了許多機(jī)械電子零件的部分，不僅減少了人力，還大大縮小了工作的時(shí)間，對(duì)于一個(gè)企業(yè)來說這個(gè)方面的創(chuàng)新不僅可以節(jié)約成本還可以提高效率，真是兩全其美。我相信大部分的工廠都愿意做這件事情。因?yàn)檫@時(shí)不僅節(jié)省了時(shí)間，同時(shí)也降低了企成本。
這個(gè)主題的汽車計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用,機(jī)械和液壓原理設(shè)計(jì)的總體方案設(shè)計(jì),已經(jīng)清楚的坐標(biāo)機(jī)械手和自由形式和機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)。和設(shè)計(jì)夾緊機(jī)械手手結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)手腕、手臂結(jié)構(gòu)。所以它可以執(zhí)行實(shí)際生產(chǎn)自動(dòng)上料運(yùn)動(dòng),根據(jù)滿足生產(chǎn)力的需求是機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)速度。
關(guān)鍵詞：機(jī)械手；手部設(shè)計(jì)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；CAD
Abstract
This design is about lathe manipulator design, the application of manipulator in the daily work of production is a very broad is a kind of indispensable technology products, manipulator is a kind of imitating the structure and design of a part of a man's hand, it may, according to people in daily working to send instructions to complete a series of work, so it's very high use of very broad flexibility. At the same time, also explains the industrial robots can do people not be completed or dangerous work, such as industrial robots can replace people to do the sophisticated work, this can not only reduce
Error, can also greatly improve the work efficiency, promotes the development of society and faster, at the same time, such as some very dangerous work, such as on the lathe cutting steel plate, if let artificial operation, then will show is very dangerous, so this time let manipulator to replace the manual so will greatly reduce the risk coefficient, so the use of manipulator is indispensable. Industrial production of the use and operation of large workpieces, the artificial to operation will be very difficult, but if the program let manipulator operation workers just press the button can easily manipulator to complete a series of complex work. At the same time, for some very harsh environment, will show very if manual operation. The advantage of more realistic, has broad application prospects. Production line lathe is an inevitable trend of manufacturing industry future, if the manipulator used in this field would greatly reduce the working time, greatly improve the work efficiency, so in this area so far, for open using manipulator, is one of the major business opportunities, it is a big trend, because in the current production environment, the product is indispensable equipment. So, as such, our country should vigorously develop machinery and electronics, this area has an irreplaceable role in the future, if the developing the professional machinery and electronics industry in our country in the future, the development of various high-tech industry will have a more powerful. On the other hand talent is the core of the field, so
Should vigorously develop relevant talents is likely to make in this field in our country is getting stronger and stronger. And through the development state of their own research and development, make its can be a good development momentum of machinery industry.
For the design, the design of the hand is the key of the key, the human hand can do a lot of unusual complex work, so we made the manipulator also wants the ability, has high flexibility, then manipulator can complete a series of a lot of work, but also further development of the electronic robots can perform many operations. Only the present invention, who is gradually the heavy labor work for human could not be complete or dangerous work, the manipulator is a very good instead. Let more people to liberate, joined the many mechanical parts, electronic components not only reduce the manpower, also greatly reduces the work time, the innovation for an enterprise can not only save costs but also can improve the efficiency, is the best of both worlds. I believe that most of the factories are willing to do it. Because at this moment not only saves time, but also reduce the enterprise cost.
The theme of car the application of the computer-aided design technology, overall design of mechanical and hydraulic principle design and has clear the coordinates of the manipulator and free form and technical parameters of the manipulator. And design the clamping manipulator hand structure, structure of the wrist, arm structure. So it can perform the actual production of automatic feeding movement, according to meet the needs of productivity is the rate of movement of the manipulator.
KeyWords: manipulator; handing structure ; structure design; CAD
目 錄
第一章 前言 1
1.1工業(yè)機(jī)械手的分類 1
1.2輪胎夾持機(jī)械手的設(shè)計(jì)背景 2
1.3輪胎夾持機(jī)械手的組成及作用 2
1.3.1組成 2
1.3.2作用 5
1.4畢業(yè)設(shè)計(jì)章節(jié)內(nèi)容 6
第二章 輪胎夾持機(jī)械手的傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 7
2.1輪胎夾持機(jī)械手的設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)參數(shù) 7
2.2傳動(dòng)方案設(shè)計(jì) 7
2.2.1原理設(shè)計(jì) 7
2.2電機(jī)的選擇 8
2.2.1 電機(jī)的功率選擇 8
2.2.2電機(jī)的品牌及型號(hào)確定 11
第三章 輪胎夾持機(jī)械手的主體部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 13
3.1機(jī)器人連接部分基座的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu) 13
3.2輪胎夾持機(jī)械手手指部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 15
3.2.1手指的結(jié)構(gòu) 15
3.2.2手指內(nèi)部壓力傳感器的設(shè)計(jì) 17
第四章 基于solidworks軟件進(jìn)行輪胎夾持機(jī)械手的建模及裝配 20
4.1 solidworks軟件建模與裝配概述 20
4.2 運(yùn)用SolidWorks軟件進(jìn)行零件設(shè)計(jì)（以伺服滑臺(tái)的零件中的一個(gè)為例） 20
4.3運(yùn)用SolidWorks軟件進(jìn)行零件裝配 23
畢業(yè)設(shè)計(jì)感想 28
致謝 29
參考文獻(xiàn) 30
沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第一章 前言
第一章 前言
1.1工業(yè)機(jī)械手的分類
1.按用途分類
工業(yè)機(jī)械手按照用途可以分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手。
2.按控制型式分類
工業(yè)機(jī)械手按控制型式可以分為點(diǎn)位控制型機(jī)械手和連續(xù)控制型機(jī)械手。
3.工業(yè)機(jī)械手的基本型式及其運(yùn)動(dòng)形式
機(jī)械手型式較多，從手臂坐標(biāo)的型來說，基本有四種基本的型式，分別是:直角坐標(biāo)式，圓柱坐標(biāo)式，球坐標(biāo)式和關(guān)節(jié)式等。
⑴直角坐標(biāo)式機(jī)械手
這種型式的機(jī)械手結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)動(dòng)直觀、便于實(shí)現(xiàn)高精度。占據(jù)空間位置大，工作范圍較小是缺點(diǎn)。
⑵圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手
圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手又稱為回轉(zhuǎn)型機(jī)械手，是應(yīng)用最多的一種型式，它適用于搬運(yùn)和測(cè)量工件。
⑶球坐標(biāo)式機(jī)械手
一個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、兩個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)以及兩個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)加一個(gè)直線運(yùn)動(dòng)，與回轉(zhuǎn)型機(jī)械手相比，在占有同樣空間位置的情況下，其工作范圍擴(kuò)大了。
⑷關(guān)節(jié)式機(jī)械手
關(guān)節(jié)式機(jī)械手又稱屈伸型機(jī)械手，是一種適用于靠近機(jī)體操作的機(jī)械手。它象人手一樣有肘，可實(shí)現(xiàn)多個(gè)自由度，動(dòng)作比較靈活，適于在夾窄空間工作。關(guān)節(jié)式機(jī)械手的特點(diǎn)有:大臂和小臂的擺動(dòng)，以及肘關(guān)節(jié)和肩關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng);它具有上肢結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)近似于人手操作的技能。
1.2輪胎夾持機(jī)械手的設(shè)計(jì)背景
目前很多企業(yè)采取人工搬運(yùn)，在一些簡單重復(fù)尤其是比較笨重的操作中，用機(jī)械手替代人進(jìn)行工作，可以避免因?yàn)槠诓僮骰蚴д`而導(dǎo)致的人身事故。
知名輪胎企業(yè)米其林現(xiàn)在仍然有人工搬運(yùn)輪胎，固特異也是如此，并不能完全采用自動(dòng)化流程來降低人工消耗。
人工缺點(diǎn)：
⑴生產(chǎn)效率低下，不能及時(shí)的搬運(yùn)成品輪胎，導(dǎo)致輪胎推積。
⑵大型車輪胎重量基本在50kg左右，需要工人有良好的體力，長時(shí)間搬運(yùn)導(dǎo)致工人體力不足，容易造成人身事故。
⑶橡膠輪胎生產(chǎn)過程中，必定產(chǎn)生有毒有害氣體，對(duì)工人的身體健康造成不可逆的影響。
基于上述缺點(diǎn)，機(jī)械自動(dòng)化流程是必要的，輪胎夾持機(jī)械手的應(yīng)用也會(huì)隨著發(fā)展而普及。
1.3輪胎夾持機(jī)械手的組成及作用
1.3.1組成
輪胎夾持機(jī)械手系統(tǒng)包括關(guān)節(jié)機(jī)器人、前端夾持器、控制系統(tǒng)，本設(shè)計(jì)組要根據(jù)前端夾持器進(jìn)行設(shè)計(jì)。
輪胎前端夾持器的組成動(dòng)力裝置、檢測(cè)裝置、傳動(dòng)裝置、執(zhí)行裝置
1.動(dòng)力裝置
機(jī)械手按驅(qū)動(dòng)方式分為液壓式，氣動(dòng)式，電動(dòng)式，機(jī)械式機(jī)械手；按適用范圍可以分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種；按運(yùn)動(dòng)軌跡可以分為點(diǎn)為控制和連續(xù)軌跡控制機(jī)械手等。
（1）電動(dòng)驅(qū)動(dòng)
①精確度高
②節(jié)省能源
③精密控制
④改善環(huán)保水平
⑤降低噪音
⑥節(jié)約成本
（2）氣壓驅(qū)動(dòng)
優(yōu)點(diǎn)
①空氣作為介質(zhì)。
②空氣的粘度很小，損失也很小。
③過載保護(hù)。
缺點(diǎn)
①由于空氣具有可壓縮性。
②因?yàn)楣ぷ鲏毫Φ停ㄒ话銥?.31.0MPa），總輸出力不宜大于10～40KN。
③噪聲較大，在高速排氣時(shí)要加消聲器。
④氣動(dòng)裝置中的氣信號(hào)傳遞速度在聲速以內(nèi)比電子及光速慢。
（3）液壓驅(qū)動(dòng)
優(yōu)點(diǎn)
①有很大的力矩慣量比，體積小、重量輕、慣性小、結(jié)構(gòu)緊湊、布局靈活。
速度、扭矩、功率均可無極調(diào)節(jié)。
②元件的自潤滑性好。
缺點(diǎn)
①液壓傳動(dòng)不能得到嚴(yán)格的傳動(dòng)比
②不適宜遠(yuǎn)距離傳動(dòng)。
③在高溫和低溫條件下，采用液壓傳動(dòng)有一定的困難。
④液壓元件制造精度要求高，給使用與維護(hù)保養(yǎng)帶來一定困難。
⑤發(fā)生故障不易檢查。
根據(jù)工件要求，被加持物體體積較大，重量較重，選擇電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)提供加持力。而液壓和氣壓雖然可以提供較大的動(dòng)力源，但是沒有電機(jī)驅(qū)動(dòng)簡單、方便。而且電機(jī)拆裝方便，價(jià)格低廉。因此綜上所述，動(dòng)力源選擇電機(jī)驅(qū)動(dòng)。
2.檢測(cè)裝置
控制系統(tǒng)是通過機(jī)械手每個(gè)自由度的電機(jī)控制，來完成特定動(dòng)作。同時(shí)接受傳感器反饋的信息，形成穩(wěn)定的閉環(huán)控制。
傳感器分為內(nèi)部狀態(tài)傳感器和外部狀態(tài)傳感器
（1） 內(nèi)部狀態(tài)傳感器分為位置傳感器和角度傳感器
（2）外部傳感器：
①物體識(shí)別傳感器主要是通過視覺和觸覺來感知
②物體探測(cè)傳感器主要應(yīng)用在光電開關(guān)和超聲波
③距離傳感器應(yīng)用在攝像機(jī)等領(lǐng)域
④力傳感器是本設(shè)計(jì)主要用到的傳感器，能感知工作中力的大小，避免力量過大將工件破壞。
3.傳動(dòng)的類型
（1）鏈傳動(dòng)工作特點(diǎn)
鏈傳動(dòng)是由兩個(gè)具有特殊齒形的鏈輪和一條撓性的閉合鏈條所組成的。
（2）齒輪傳動(dòng)
齒輪傳動(dòng)是一種嚙合傳動(dòng)
（3）蝸桿傳動(dòng)原理
蝸桿傳動(dòng)主要由兩根蝸桿組成
蝸桿傳動(dòng)主要特點(diǎn)：
①速比大
②傳動(dòng)平穩(wěn)
③有自鎖作用
④效率低
本設(shè)計(jì)采用蝸桿傳動(dòng)，由兩個(gè)蝸桿帶動(dòng)夾手的移動(dòng)。
4.執(zhí)行裝置
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，手部多為兩指。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和電磁吸盤。
本設(shè)計(jì)采用平動(dòng)型，外抓式。
1.3.2作用
1.以提高生產(chǎn)過程中的自動(dòng)化程度
應(yīng)用機(jī)械手有利于實(shí)現(xiàn)材料的傳動(dòng)、工件的裝夾、從而可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率和降低生產(chǎn)成本。
2.以改善勞動(dòng)條件
在高溫、有放射性或有其他毒性污染以及工作空間狹窄的場(chǎng)合中，應(yīng)用機(jī)械手就可以完成部分或者代替人安全的完成工作，從而改善勞動(dòng)條件。
3.可以減輕人力
應(yīng)用機(jī)械手代替人進(jìn)行工作，是減少人力的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)。
1.4畢業(yè)設(shè)計(jì)章節(jié)內(nèi)容
第一章 前言
第二章輪胎夾持機(jī)械手的傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
第三章 輪胎夾持機(jī)械手的主體部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
第四章 基于solidworks軟件進(jìn)行輪胎夾持機(jī)械手的建模及裝配
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沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第二章 輪胎夾持機(jī)械手的傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
第二章 輪胎夾持機(jī)械手的傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2.1輪胎夾持機(jī)械手的設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)
本機(jī)械手的夾持工件
1、輪胎的重量30kg到50kg
2、夾手具備抓取輪胎的直徑范圍在：255-510mm，輪胎的厚度：100- 150mm
3、機(jī)械手的夾持速度0.5m/s
2.2傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)
2.2.1原理設(shè)計(jì)
本設(shè)計(jì)方案采用如下的原理圖見圖2.1
圖2.1 原理圖
1.電機(jī)2.減速器3.齒輪4.軸5.左旋絲杠6.夾手7.絲杠螺母8.聯(lián)軸器9.右旋絲杠
工作原理說明：在電機(jī)1的驅(qū)動(dòng)下，扭矩經(jīng)過減速器2以及齒輪的減速后，將扭矩傳給軸4，軸4是由兩個(gè)旋向相反的絲杠組成，絲杠5、9上分別安裝螺母，當(dāng)軸2沿不同方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)螺母的同時(shí)分離和靠攏，因?yàn)槁菽干习惭b著手指，所以能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)工件的加緊和松開。
2.2電機(jī)的選擇
2.2.1 電機(jī)的功率選擇
根據(jù)參數(shù)要求，輪胎重量為30kg-50kg，則最低標(biāo)準(zhǔn)為50kg，輪胎的
在工件被加緊時(shí)，應(yīng)取需要夾緊力最大的情況，為標(biāo)準(zhǔn)情況。
——夾緊力
——摩擦系數(shù)
——安全系數(shù)
工件因?yàn)閵A手在夾取的過程中，沒有沖擊力，所以工作平穩(wěn)，此時(shí)查機(jī)械手冊(cè)可知，工作安全系數(shù)，
因?yàn)樽トr(shí)是輪胎與工件的接觸，所以查詢機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可知摩 擦系數(shù)
帶入數(shù)據(jù)，
可得出夾緊力
由于本次設(shè)計(jì)采用絲杠螺母結(jié)構(gòu)，兩手指上的夾緊力分別為
查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得出
軸=0.99
聯(lián)軸器=0.99
絲杠=0.94
齒輪=0.97
減速器=0.97
==3984
總=減速器軸齒輪軸=0.92
直徑32mm絲杠參數(shù)見表2.1
表2.1 絲杠參數(shù)表
絲杠型號(hào)
d
I
Da
D
A
B
L
H
Z
DFU02510-4
32
10
4.762
40
65
12
145
51
6.6
DFU03204-4
4
2.381
50
80
12
80
65
9
DFU03205-4
5
3.175
50
80
12
102
65
9
DFU03206-4
6
3.969
50
80
12
105
65
9
DFU03208-4
8
4.762
50
80
12
122
65
9
DFU03210-4
10
6.350
50
80
12
162
65
9
根據(jù)參數(shù)表確定導(dǎo)程。
可求T
帶入數(shù)據(jù)得
KW
= =125
N為絲杠轉(zhuǎn)速 V=N I 速度0.5
電機(jī)功率P/總效率
電機(jī)功率=543W
所以本次設(shè)計(jì)采用750W電機(jī)，選擇三洋電機(jī)，擬定R2AA08075FXH00
2.2.2電機(jī)的品牌及型號(hào)確定
電機(jī)的品牌：三洋電機(jī)
型號(hào)確定：R2AA08075FXH00
電機(jī)好處：
（1）直流無刷變頻電機(jī)擁有節(jié)能、降噪的明顯優(yōu)勢(shì)。
（2）就技能方面而言，因其采用直流變頻，從而降低了電耗。
（3）降噪方面的優(yōu)勢(shì)，直流無刷變頻電機(jī)因其采用無刷技術(shù)，相比傳統(tǒng)的有刷電機(jī)，在降噪方面解決了有刷電機(jī)在換向時(shí)產(chǎn)生火花和碳刷產(chǎn)生的噪音。
三洋直流無刷變頻電機(jī)因其超前的性能優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)已廣泛用于三洋系列產(chǎn)品上，在節(jié)能、環(huán)保方面也走在了同行業(yè)的前列，所以說一個(gè)成功的技術(shù)研發(fā)會(huì)給一個(gè)行業(yè)帶來新鮮的血液，讓這個(gè)企業(yè)永遠(yuǎn)保持著生命力，毫無疑問，三洋無刷變頻電機(jī)做到了這一點(diǎn)。
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第三章 輪胎夾持機(jī)械手的主體部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.1機(jī)器人連接部分基座的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)
采用沈陽新松通用型工業(yè)機(jī)器人210KG機(jī)器人SR210B見圖3.1 工業(yè)機(jī)器人
圖3.1 工業(yè)機(jī)器人
機(jī)器人鏈接法蘭見圖3.2
圖3.2 法蘭參數(shù)圖
機(jī)器人參數(shù)見圖3.3
圖3.3 機(jī)器人參數(shù)圖
3.2輪胎夾持機(jī)械手手指部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.2.1手指的結(jié)構(gòu)
機(jī)械加持手采用V型結(jié)構(gòu)如圖3.4所示，可以確保工件在被加緊時(shí)有最大的夾緊力，保證工件不會(huì)在被加緊時(shí)脫落，避免損壞工件。
圖 3.4 手指結(jié)構(gòu)
手指采用此種設(shè)計(jì)方案，兩個(gè)手指分別鏈接在左旋右旋絲杠上，可實(shí)現(xiàn)同時(shí)加緊和松開。
3.2.2手指內(nèi)部壓力傳感器的設(shè)計(jì)
本文所采用的采用歐姆龍E32-T11N螺紋透過型光釬傳感器。傳感器的外觀及傳感器的參數(shù)如圖3.7所示。
在機(jī)械夾手工作過程中，必須要確保工件不會(huì)被夾手的夾緊力所損壞，此時(shí)就必須要在機(jī)械夾手上添加傳感器，以保證工件不會(huì)被機(jī)械夾手所損壞，這是設(shè)計(jì)機(jī)械夾手所必備的元件。
圖3.7 傳感器圖
優(yōu)點(diǎn)：
標(biāo)準(zhǔn)的螺紋形狀。在支架上開孔，使用螺母安裝。
直角型的電纜可沿壁面接線，因此擁有不易鉤掛的優(yōu)點(diǎn)。
傳感器參數(shù)圖見圖3.8
圖3.8 傳感器參數(shù)圖
該傳感器的作用：
抓取過程中，當(dāng)夾手夾緊力輪胎時(shí)，傳感器向總控發(fā)出夾緊信號(hào)，當(dāng)總控系統(tǒng)接到該信號(hào)時(shí)候，會(huì)向機(jī)器人發(fā)出控制信號(hào)，機(jī)器人可以將輪胎移開。
沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第四章 基于solidworks軟件進(jìn)行輪胎夾持機(jī)械手的建模及裝配
第四章 基于solidworks軟件輪胎夾持機(jī)械手的建模及裝配
4.1 solidworks軟件建模與裝配概述
SolidWorks為達(dá)索系統(tǒng)（Dassault Systemes S.A）下的子公司，專門負(fù)責(zé)研發(fā)與銷售視窗產(chǎn)品。
4.2 運(yùn)用SolidWorks軟件進(jìn)行零件設(shè)計(jì)
運(yùn)用SolidWorks建模以機(jī)械夾手的手臂板為例進(jìn)行建模，建模過程如圖4.1、4.2、4.3所示。
圖4.1 手臂板
圖4.2 手臂板
圖4.3 手臂板
本文運(yùn)用SolidWorks軟件將模型中的其他零部件按照此步驟逐一設(shè)計(jì)，可得到所有零部件的部件的SolidWorks模型，為后續(xù)的夾手的裝配做足準(zhǔn)備。
4.3運(yùn)用SolidWorks軟件進(jìn)行零件裝配
將上述的SolidWorks軟件建模完成的零件進(jìn)行裝配，本文以導(dǎo)軌為例，運(yùn)送SolidWorks軟件進(jìn)行裝配具體的過程如下。
①首先，新建裝配體。點(diǎn)擊【新建】后出如圖4.4所示對(duì)話框，選擇對(duì)話框中的【裝配體】按鈕，并且點(diǎn)擊對(duì)話框中的【確定】按鈕，完成模型的建立。
圖4.4 新建對(duì)話框
②插入首個(gè)裝配體零件。在點(diǎn)擊確定后，進(jìn)入SolidWorks裝配界面中，在裝配界面出現(xiàn)裝配操作對(duì)話框如圖4.5所示，點(diǎn)擊下方瀏覽插入的零件/裝配體按鈕，將對(duì)應(yīng)的零件模型插入到SolidWorks操作界面中。
圖4.5 瀏覽對(duì)話框
③插入其他的模型，重復(fù)的操作上述的插入過程，可以完成零件的插入到SolidWorks界面。本次操作插入滑塊的零件，如圖4.6所示。
圖4.6 滑塊導(dǎo)軌
④設(shè)置零件的配合。在軟件左上方配合按鈕是幫助裝配的，在點(diǎn)擊配合后，分別選定兩零件的接觸面。本文使用的配合包含到【寬度】及【對(duì)齊】配合等，具體選擇的表面圖4.7、圖4.8所示。
圖4.7 導(dǎo)軌接觸面
圖4.8 滑塊接觸面
按照上述的配合的關(guān)系完成表面的裝配完成兩個(gè)零件的裝配。裝配的形式如圖4.9所示。
圖4.9 滑塊導(dǎo)軌配合
將SolidWorks所建立的零件圖，逐一在軟件中進(jìn)行裝配，得到最終的輪胎夾持機(jī)械手模型。裝配體的最終的形式如圖4.10所示。
圖4.10 機(jī)械夾手
沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第五章 畢業(yè)設(shè)計(jì)感想
畢業(yè)設(shè)計(jì)感想
將近一個(gè)季度的畢業(yè)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)眼間已經(jīng)到了掃尾階段，在這小半年的的設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)過程中，我取得了前所未有的長足進(jìn)步，這都要?dú)w功于這一階段幫助過我的老師和同學(xué)。
我所選的畢業(yè)設(shè)計(jì)，也就是機(jī)械手的設(shè)計(jì)這個(gè)課題，是我以前從來沒有涉及過的。我覺得他完全是一個(gè)陌生者，但如今經(jīng)過指導(dǎo)老師的全力幫助以及對(duì)參考資料的翻閱和了解，我覺得已經(jīng)對(duì)機(jī)械手有了一定層次的了解。
作為工業(yè)發(fā)展的一個(gè)方向，機(jī)械自動(dòng)化它有著廣袤的市場(chǎng)前景，他需要廣大工程師著力研究。
機(jī)械手可以模仿人體上肢所能做出的一些動(dòng)作，因此要有一定的靈敏度。固對(duì)設(shè)計(jì)的要求比較高。我通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，大大的加強(qiáng)了我分析和解決問題的能力，擴(kuò)寬和深化了學(xué)習(xí)過的知識(shí)面，更加熟練掌握了設(shè)計(jì)的一般程序規(guī)范和方法，也培養(yǎng)了我們正確使用國家標(biāo)準(zhǔn)、機(jī)身材料、圖冊(cè)等工具書的能力。
畢業(yè)設(shè)計(jì)就是在模擬未來的工作。我通過這次設(shè)計(jì)，對(duì)于即將到來的未來，以及將要從事的工作都充滿了信心！
沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 致謝
致謝
此論文文章由我尊敬的王楠老師的悉心指導(dǎo)，經(jīng)歷過長時(shí)間刪改完成的。老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和精益求精的工作作風(fēng)使我收益頗豐。在此課題的研究以及開發(fā)的時(shí)段，我得到了王老師的全力支持和大力幫助，同時(shí)為我提供了許多支持佐證還有專業(yè)的資料，我也是非常感謝他們對(duì)于我的幫助。四年的學(xué)習(xí)生活即將告于段落，我很感謝父母的資助與培養(yǎng)，也感謝老師和同學(xué)的鼓勵(lì)與幫助。
沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 參考文獻(xiàn)
參考文獻(xiàn)
[1]黃清遠(yuǎn),機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)[M]——機(jī)械工業(yè)出版社.二零零零年二月
[2]朱龍根黃雨華，機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì) [M],——機(jī)械工業(yè)出版社.一九九六年五月
[3]成大先主編,機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)之液壓氣動(dòng)[M],——化學(xué)業(yè)出版社.二零零四年一月
[4]成大先主編,機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第五版[M]——化學(xué)工業(yè)出版社.二零零八年四月
[5]《工業(yè)機(jī)械手圖冊(cè)》編寫組,工業(yè)機(jī)械手圖冊(cè)[M]——機(jī)械工業(yè)出版社.一九七八年九月
[6]沈陽機(jī)床工業(yè)公司七·二一大學(xué)，工業(yè)機(jī)械手[M]——遼寧人民出版社.一九七九年二月
[7]田綠竹王新主編,機(jī)械制圖[M]——冶金工業(yè)出版社,二零零七年八月
專業(yè)相關(guān)的資料
在設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)出了三張CAD裝配圖，保存在壓縮包中。（附件）
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