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目錄
摘要 4
Abstract 5
第一章 前言 6
1.1工業(yè)機(jī)器人概述 6
1.2工業(yè)機(jī)器人的基本型式及其運(yùn)動(dòng)形式 7
1.2.1直角坐標(biāo)式機(jī)械手 7
1.2.2圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手 8
1.2.3球坐標(biāo)式機(jī)械手 8
1.2.4關(guān)節(jié)式機(jī)械手 8
1.3工業(yè)機(jī)器人的機(jī)能和特性 9
1.3.1工業(yè)機(jī)械手的自由度 9
1.3.2工業(yè)機(jī)械手的機(jī)能 9
1.4工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì)與前景 10
1.4.1重復(fù)高精度 10
1.4.2模塊化 10
1.4.3無(wú)給油化 11
1.4.4機(jī)電一體化 11
1.5本課題的研究?jī)?nèi)容 11
第二章 旋臂式機(jī)械手的方案設(shè)計(jì) 12
2.1旋旋臂式機(jī)械手方案擬定 12
2.1.1設(shè)計(jì)參數(shù)： 15
2.1.2可行方案的篩選方法提要 15
2.2設(shè)計(jì)方案的選擇 15
2.2.1圓柱坐標(biāo)（直線移動(dòng)）升降臂 15
2.2.2極坐標(biāo)（旋轉(zhuǎn)升降式）升降臂 15
2.2.3氣壓驅(qū)動(dòng)方案設(shè)計(jì) 16
2.2.4機(jī)械驅(qū)動(dòng)方案設(shè)計(jì) 16
2.2.5傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 16
2.6升降臂的設(shè)計(jì)所選方案 20
2.6.1機(jī)械手升降臂設(shè)計(jì) 20
2.6.2運(yùn)動(dòng)方案 20
2.6.3設(shè)計(jì)內(nèi)容 20
2.7具體方案 20
2.7.1驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的選擇計(jì)算 20
2.7.2 氣壓缸的選擇 20
2.7.3大臂導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)與計(jì)算 23
第三章 旋臂式機(jī)械手夾持器設(shè)計(jì) 25
3.1旋臂式機(jī)械手夾持器設(shè)計(jì)的基本要求 25
3.2機(jī)械手夾持器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 25
3.2.1機(jī)械手夾緊裝置設(shè)計(jì). 25
3.2.2機(jī)械手手爪的夾持誤差及分析 29
3.2.3楔塊等尺寸的確定 32
3.2.4材料及連接件選擇 35
第四章 機(jī)械手的腕部設(shè)計(jì) 37
4.1腕部設(shè)計(jì)的基本要求 37
4.2具有一個(gè)自由度的回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動(dòng)的典型腕部結(jié)構(gòu) 37
4.3腕部結(jié)構(gòu)計(jì)算 38
4.3.1腕部回轉(zhuǎn)力矩的計(jì)算 38
4.3.2回轉(zhuǎn)氣壓缸所驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算 40
4.3.3回轉(zhuǎn)缸內(nèi)徑D計(jì)算 41
4.3.4氣壓缸蓋螺釘?shù)挠?jì)算 42
4.3.5靜片和輸出軸間的連接螺釘 44
4.3.6腕部軸承選擇 45
4.3.7材料及連接件，密封件選擇 45
第五章 機(jī)械手的伸縮臂設(shè)計(jì) 47
5.1伸縮臂設(shè)計(jì)基本要求 47
5.2方案設(shè)計(jì) 48
5.3伸縮臂機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 49
5.3.1伸縮臂氣壓缸參數(shù)計(jì)算 50
5.3.2導(dǎo)向桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 57
5.4腰部步進(jìn)電機(jī)的選型計(jì)算 59
5.5旋臂式機(jī)械手的PRO/E裝配模型 62
總結(jié) 63
參考文獻(xiàn) 64
摘要
機(jī)械手技術(shù)涉及到電子、機(jī)械學(xué)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感器技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域，是一門(mén)學(xué)科綜合技術(shù)。機(jī)械手是模仿人手的部分動(dòng)作，按給定程序、軌跡和要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓取、幫運(yùn)或操作動(dòng)作的自動(dòng)化裝置。工業(yè)機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來(lái)的一種高科技自動(dòng)生產(chǎn)設(shè)備，它也是工業(yè)機(jī)器人的一個(gè)重要分支，在構(gòu)造和性能兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)在人世的智能和適應(yīng)性。機(jī)械手作業(yè)的準(zhǔn)確性和環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域有著廣泛的發(fā)展空間。
本課題針對(duì)機(jī)械制造業(yè)的生產(chǎn)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)一種用于拾取軸類(lèi)零件的氣動(dòng)式機(jī)械手，以實(shí)現(xiàn)軸類(lèi)零件搬運(yùn)過(guò)程的自動(dòng)化，減輕生產(chǎn)勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率。本課題設(shè)計(jì)一種用于塑料注塑成型領(lǐng)域的旋臂式機(jī)械手，以提高自動(dòng)化生產(chǎn)效率。
論文主要研究?jī)?nèi)容：
（1）了解工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展及在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用；
（2）完成該旋臂式機(jī)械手的方案設(shè)計(jì)；
（3）旋臂式機(jī)械手的零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算；
（4）應(yīng)用PRO/E和AutoCAD軟件繪制所設(shè)計(jì)機(jī)械手的裝配圖及關(guān)鍵零部件的三維圖和工程圖。
關(guān)鍵詞：旋臂式；機(jī)械手；PRO/E；工業(yè)機(jī)器人
Abstract
Manipulator technology involves electronic, mechanical, automatic control technology, the sensor technology and computer technology, scientific fields, is a scientific discipline comprehensive technology. Manipulator is part of the action, imitation of manpower according to the given program, track and demanding acquirement, help nonshipment or operation action of automation devices. Industrial robot developed in recent years is a high-tech automatic production equipment, it is also an important branch of the industrial robot in both man and machine structure and performance of their respective advantages, especially embodied in living intelligence and adaptability. Manipulator and the accuracy of environment homework ability to finish the homework in the national economy, has wide development space.
This topic for mechanical manufacturing production characteristics, design a kind of shaft parts in order, in order to realize the pneumatic manipulator handling axial parts automate the process, reduce production labor intensity and improve production efficiency. This topic design for a plastic molding field back brachial type of manipulator, to improve automation production efficiency.
Thesis research content:
(1) to understand the development of industrial robots and the application in industrial production;
(2) complete the spiral arm type manipulator design;
(3) back brachial type and structure design of the manipulator parts computation;
(4) application PRO/E and AutoCAD software drawing design drawings and key components of the manipulator of three-dimensional graph and engineering drawings.
Keywords: spiral arm type; Manipulator; PRO/E; Industrial robots
第一章 前言
1.1工業(yè)機(jī)器人概述
機(jī)械手是最早出現(xiàn)的工業(yè)機(jī)器人，也是最早出現(xiàn)的現(xiàn)代機(jī)器人，它可代替人的繁重勞動(dòng)以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門(mén)[1]。在工業(yè)中應(yīng)用的機(jī)械手稱(chēng)為“工業(yè)機(jī)械手”（mechanical hand）
工業(yè)機(jī)器人研究始于20世紀(jì)中期，隨著計(jì)算機(jī)和自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，特別是1946年第一臺(tái)數(shù)字電子計(jì)算機(jī)問(wèn)世以來(lái)，計(jì)算機(jī)取得了驚人的進(jìn)步，向高速度、大容量、低價(jià)格的方向發(fā)展。同時(shí)，大批量生產(chǎn)的迫切需求推動(dòng)了自動(dòng)化技術(shù)的進(jìn)展，又為機(jī)器人的開(kāi)發(fā)奠定了基礎(chǔ)。另一方面，核能技術(shù)的研究要求某些操作機(jī)械代替人處理放射性物質(zhì)。在這一需求背景下，美國(guó)于1947年開(kāi)發(fā)了遙控機(jī)械手，1948年又開(kāi)發(fā)了機(jī)械式的主從機(jī)械手[3]。工業(yè)機(jī)器人首先是從美國(guó)開(kāi)始研制的。1954年美國(guó)戴沃爾最早提出了工業(yè)機(jī)器人的概念，并申請(qǐng)了專(zhuān)利。該專(zhuān)利的要點(diǎn)是借助伺服技術(shù)控制機(jī)器人的關(guān)節(jié)，利用人手對(duì)機(jī)器人進(jìn)行動(dòng)作示教，機(jī)器人能實(shí)現(xiàn)動(dòng)作的記錄和再現(xiàn)。這就是所謂的示教再現(xiàn)機(jī)器人。現(xiàn)有的機(jī)器人差不多都采用這種控制方式。1958年美國(guó)聯(lián)合控制公司研制出第一臺(tái)機(jī)械手鉚接機(jī)器人。作為機(jī)器人產(chǎn)品最早的實(shí)用機(jī)型（示教再現(xiàn)）是1962年美國(guó)AMF公司推出的“VERSTRAN”和UNIMATION公司推出的“UNIMATE”。這些工業(yè)機(jī)器人主要由類(lèi)似人的手和臂組成它可代替人的繁重勞動(dòng)以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門(mén)[4][5]。
早期的機(jī)械手的結(jié)構(gòu)和功能都比較簡(jiǎn)單，專(zhuān)業(yè)性強(qiáng)，僅能配合某臺(tái)主機(jī)完成輔助性工作，如抓取工件、上料下料、