1、本科毕业论文（20 届）加工中心上下料机械手设计所在学院专业班级 机械设计制造及其自动化学生姓名指导教师完成日期诚信声明本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。本人签名： 年 月 日毕业设计任务书设计题目： 加工中心上下料机械手设计 1设计的主要任务及目标1）查阅相关资料文献，了解加工中心上下料机械手相关知识；2）充分分析作业对象过程的技术要求；3）进行相关零部件的设计计算及校核，完成零件设计；4）完成机械手总体设计；2设计的基本要求和内容(1) 认真阅读任务书，通过查阅相关文献资料，在了解课题研究目的意义及现状等基
2、础上，构建设计方案并进行充分论证，并撰写开题报告；(2) 完成典型零件图若干；(3) 完成总体装配图；(4) 毕业设计说明书；3主要参考文献1 濮良贵，纪名刚 .机械设计M，高等教育出版社，2010.5.2 吴宗泽，罗圣国.机械设计课程设计手册M.第 3 版.北京：高等教育出版社，20064进度安排设计各阶段名称 起 止 日 期1 阅读任务书，通过查阅资料，撰写开题报告并进行开题答辩； 3 月 3 日-3 月 23 日2 系统总体方案设计； 3 月 24 日-4 月 13 日3 结构设计、计算及校核； 4 月 14 日-5 月 4 日4 零件图及装配图的绘制； 5 月 5 日-6 月 1 日5
3、 撰写设计说明书，准备毕业答辩 6 月 2 日-6 月 22 日审核人： 年 月 I加工中心上下料机械手设计摘要：此次毕业设计围绕着加工中心上下料机械手这一课题展开设计，侧重于机械手的结构设计，机械手的组成及其每个部位的作用。前言部分中，简介了机械手在近些年的发展，应用现状，机械手在实际生活中的应用，机械手在国内外之间的差距，以及机械手在未来的发展走向和发展前景。第二部分讨论了机械手的组成部分和控制系统，每部分之间的配合关系及其大致工作原理，初步拟定出设计机械手的方案，对机械手设计的大体上有一个清晰明确的思路。第三部分到第五部分讲述了机械手的结构设计，计算校核，电机的选型，减速器的选择，传动系
4、统的讨论，一些回转机构和驱动机构的比较、选择。关键词：机械手，结构设计，驱动系统The design of Loading and unloading material manipulator in machining centerAbstract：This design centers on the topic about Loading and unloading material manipulator in machining center, places emphasis on structural design in manipulator and its components,
5、the function of every part. The Preface gives a brief Introduction about the development in recent years, the current application in real life and thedisparity native and abroad, the Trend and prospect of development in the future.The second section debates about the components and control system of
6、 manipulator, the cooperative relation between every component and the general operating principle, We study out the Preliminary scheme of the manipulator and have a clear idea about the general design. The sections from three to five talk about the structural design, calculation and check, the sele
7、ction of electric motor and speed reducer, drive system in manipulator, the Comparison and selection between slewing mechanism and drive mechanism.Keywords: manipulator, structural design, drive system.II目录1 绪论 .11.1 选题背景和意义 .11.2 设计目的 .21.3 国内外研究现状和发展趋势 .21.4 设计原则 .32 设计方案的论证 .42.1 机械手的总体设计 .42.1.1
8、 机械手总体结构的类型 .42.1.2 设计具体采用方案 .52.1.3 机械手的组成 .63 机械手腰座结构的设计 .93.1 机械手腰座结构的设计要求 .93.2 设计具体采用方案 .93.2.1 机械手腰座的结构设计 .93.2.2 腰座电机的选择 .103.2.3 减速器的选择 .113.2.4 机身升降机构计算 .113.2.5 机身回转机构计算 .154. 机械手手臂的分析及设计 .194.1 臂部设计的基本要求 .194.2 臂部的结构选择 .194.3 手臂伸缩驱动力计算 .204.4 手臂伸缩液压缸参数计算 .215. 机械手手部计算及分析 .245.1 手部设计基本要求 .
9、245.2 手部力学分析 .245.3 夹紧力与驱动力的计算 .255.4 手爪夹持范围计算 .27III5.5 手爪夹持精度的分析计算 .286 结论 .30参考文献 .31致 谢 .3211 绪论1.1 选题背景和意义近些年来，随着机械自动化在生产和实际生活中的程度逐渐提高，机械手这一装置应时而生，也可以说是应需而生。自第一次工业革命以来，人们就设想设计一种能按照人类预先设计好的固定动作来在生产中工作，从而达到某些工作的目的。就像人的手臂一样随意地搬运东西、拿工具，而机械手正是符合这一设计需求的装置。二十世纪六十年代以来，随着计算机技术在世界范围内的逐步推广应用，机械手的生产和研究已经逐渐
10、成为大势所趋。计算机技术使机械手的研发进度变得比以往快，从而让机械手在工厂车间里可以与计算机技术、自动化生产线技术相互搭配，优势互补。机械手的应用可谓是无处不在，比方说，它能代替人类在有害环境下处理放射性元素。在车间里，它能代替人类搬运沉重的物体。在某些场合，在计算机的控制下，机械手甚至可以排雷、灭火。此外，机械手还能再有害的环境下操作从而代替工作人员的劳作以保护人身安全。现在，FMS 和 FMC 和机械手的联系也日益紧密，欲使 FMS 或 FMC 可用于中、小批量的生产，就应该把机械手和机床设备组合起来，这样一来，不光减小了有效占地面积，还能使其适用于多种工作环境之中。当所要生产的零件变化时
11、，柔性制造系统或柔性制造单元也会很方便的产生相应的变化。这样一来，公司可以随时对所生产的产品的质量、品种、销路做出相应的调整。这样一来，也能更好地适应与其他企业之间的竞争。但咱们国内的高尖端的机械电子技术能力和实际工作能力与美国、德国等国家相比仍有一段不小的差距，这是一个不争的事实和严峻的问题。此外，我国工业机械手的应用范围面没有国外那么广，某些工件的批量生产的水平也低于国外。也就是说，提高工业机械手的技术与我们能否成为一个制造强国息息相关。这也为我们每年从国外进口一些特种机械手节省了很大的成本。从技术上讲，我们也不必再依赖于国外，国外能做到的，我们也能够做到甚至做的更好。故而，机械手的研发是
12、非常非常有必要的。21.2 设计目的本次毕业设计中的机械手需要与加工中心组合在一起形成生产线，达到加工中心上下料无人化、自动化的目的。当前，咱国家的制造行业发展速度挺快的，将会有越来越多的款来支持制造业的发展，也会有更多的企业主进军制造业这股洪流之中。本设计在满足任务书中要求的同时还力求适用于加工工厂车间，在加工中心工作过程中安装零件，搬运工件，提高了生产的数量和质量，降低生产成本，也缩短了人工劳动时间。1.3 国内外研究现状和发展趋势二十一世纪是一个更为广泛、更加深入的开发和应用机械手的新纪元，伴随这现在技术的日新月异以及计算机技术与机电一体化相互融合技术的突飞猛进，各类型机械手的研究向着更
13、高水平、更新的领域拓展，现在与未来的机械手将不仅具有更类似于人类的外形和基本动作，也将具有相当程度的触觉、视觉与思维能力。在机器人的发展历程中，机器人技术已经形成了一门新的学科，就是我们所熟知的机器人学。机器人技术在工业、国防、商业、农业、空间与海洋、医疗卫生、办公、社会服务等诸多领域有着极其广泛的研究和应用。现在，无论是在国内还是国外，也无论是哪种类型的机械手，都已成为科学研究中的热点。机械手在国内外的研究现状和发展趋势大致如下：(1) 机械手的内部结构构造有变。比方说腕部关节的驱动系统、减速器，检测环节趋于组成一个装置。(2) 控制系统智能化。当今世界可以日新月异，智能化机械手有助于人类完
14、成更多的事情。智能化机械手也会让我们的生活更加多姿多彩，让我们的生活更富有意义。(3)集成化。集成电路技术的研发很好地解决了这个问题，为机械手的集成化打开了方便之门，同时也为机械手的内部构造大大节省了空间，使得空间的利用率也大大提高了。3(4)传感器多样化。不同的传感器所起的作用不尽相同，而传感器的数量不同又使得机械手的功能与以往不同。传感器的数量越多，机械手的对外界的感知能力就越强，所能做出的动作就越多。(5)一些工业机械手的普遍化。与以往相比，机械手的通用性得到了提高，往往能应用于多个领域。总而言之，机械手的研发趋势不外乎两种：其一是机械手的智能化程度越来越高，也就是说现如今的机械手上需要
15、安装更多的控制器与传感器，其相应的控制系统和编程也需要比过去复杂得多；其二便是工业机械手开始与加工中心等配合使用，与实际生活中的生产制造联系的更为紧密，从而可以完成一些相对特定的工序。这样一来就需要使用一些性价比相对较高元器件，在满足加工要求的前提下，力求整个系统的简单，精准，便宜。1.4 设计原则此次毕业设计的基本原则：实现任务书中所规定的几点设计要求，全面思考机械手在现实生活中的工作过程需要注意的问题。在达到工作的要求的前提下，尽量让机械手的构造简约，尽量多使用一些通用性强的标准化、模块化的元器件。在提高机械手工作可靠性的同时力求降低生产时的费用。由于在设计原则上既要达到生产时对机械手所提
16、出而要求，也要做到设计机械手时要科学、经济。除此之外，考虑到本次设计非同寻常，意义重大，是对大学四年中所学科目如：机械设计基础，电工电子技术，自动控制原理，理论力学，材料力学，可编程控制器等专业课进行一次大综合，将综合的结果运用到本次设计中，以达到对大学所学知识进行融会贯通的目的。42 设计方案的论证2.1 机械手的总体设计2.1.1 机械手总体结构的类型工业机械手的结构形式大致有直角坐标结构，圆柱坐标结构，球坐标结构和关节型结构四种。每种结构形式各有所长，简述如下：(1) 直角坐标机械手结构 实现形式为三个相互垂直的直线运动在空间完成，如图 2-1(a)，其优点是精度高，缺点是结构尺寸小，不利于实现空间运动。故而有些时候直角坐标的机械手占地面积比较大。(2) 圆柱坐标机器手结构实现形式为一个回转运动及两个直线运动在空间完成，如图 2-1(b)，其优点是结构简单，精度较好。其工作空间是一个圆柱状的空间。(3) 球坐标机器手结构实现形式为两个回转运动和一个直线运动在空间完成，如图 2-1(c)，其优点是：结构简单，成本低，缺点是精度不高。主要应用于搬运作业。其工作空间是一个类球形的空间。(4) 关节型机器手结构实现形式为三个回转运动在空间完成，如图 2-1(d)，其优点是：结构紧凑，动作灵活。在工业中这种机械手被广泛应用。关节型机器手结构，有水平关节型和垂直关节型两种。
