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目錄
摘要 4
Abstract 5
第一章 前言 6
1.1工業(yè)機器人概述 6
1.2工業(yè)機器人的基本型式及其運動形式 7
1.2.1直角坐標式機械手 7
1.2.2圓柱坐標式機械手 8
1.2.3球坐標式機械手 8
1.2.4關(guān)節(jié)式機械手 8
1.3工業(yè)機器人的機能和特性 9
1.3.1工業(yè)機械手的自由度 9
1.3.2工業(yè)機械手的機能 9
1.4工業(yè)機器人的發(fā)展趨勢與前景 10
1.4.1重復(fù)高精度 10
1.4.2模塊化 10
1.4.3無給油化 11
1.4.4機電一體化 11
1.5本課題的研究內(nèi)容 11
第二章 旋臂式機械手的方案設(shè)計 12
2.1旋旋臂式機械手方案擬定 12
2.1.1設(shè)計參數(shù)： 15
2.1.2可行方案的篩選方法提要 15
2.2設(shè)計方案的選擇 15
2.2.1圓柱坐標（直線移動）升降臂 15
2.2.2極坐標（旋轉(zhuǎn)升降式）升降臂 15
2.2.3氣壓驅(qū)動方案設(shè)計 16
2.2.4機械驅(qū)動方案設(shè)計 16
2.2.5傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計 16
2.6升降臂的設(shè)計所選方案 20
2.6.1機械手升降臂設(shè)計 20
2.6.2運動方案 20
2.6.3設(shè)計內(nèi)容 20
2.7具體方案 20
2.7.1驅(qū)動系統(tǒng)的選擇計算 20
2.7.2 氣壓缸的選擇 20
2.7.3大臂導軌的設(shè)計與計算 23
第三章 旋臂式機械手夾持器設(shè)計 25
3.1旋臂式機械手夾持器設(shè)計的基本要求 25
3.2機械手夾持器結(jié)構(gòu)設(shè)計 25
3.2.1機械手夾緊裝置設(shè)計. 25
3.2.2機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 機械手的腕部設(shè)計 37
4.1腕部設(shè)計的基本要求 37
4.2具有一個自由度的回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動的典型腕部結(jié)構(gòu) 37
4.3腕部結(jié)構(gòu)計算 38
4.3.1腕部回轉(zhuǎn)力矩的計算 38
4.3.2回轉(zhuǎn)氣壓缸所驅(qū)動力矩計算 40
4.3.3回轉(zhuǎn)缸內(nèi)徑D計算 41
4.3.4氣壓缸蓋螺釘?shù)挠嬎?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 機械手的伸縮臂設(shè)計 47
5.1伸縮臂設(shè)計基本要求 47
5.2方案設(shè)計 48
5.3伸縮臂機構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計 49
5.3.1伸縮臂氣壓缸參數(shù)計算 50
5.3.2導向桿機構(gòu)設(shè)計 57
5.4腰部步進電機的選型計算 59
5.5旋臂式機械手的PRO/E裝配模型 62
總結(jié) 63
參考文獻 64
摘要
機械手技術(shù)涉及到電子、機械學、自動控制技術(shù)、傳感器技術(shù)和計算機技術(shù)等科學領(lǐng)域，是一門學科綜合技術(shù)。機械手是模仿人手的部分動作，按給定程序、軌跡和要求實現(xiàn)自動抓取、幫運或操作動作的自動化裝置。工業(yè)機械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動生產(chǎn)設(shè)備，它也是工業(yè)機器人的一個重要分支，在構(gòu)造和性能兼有人和機器各自的優(yōu)點，尤其體現(xiàn)在人世的智能和適應(yīng)性。機械手作業(yè)的準確性和環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國民經(jīng)濟領(lǐng)域有著廣泛的發(fā)展空間。
本課題針對機械制造業(yè)的生產(chǎn)特點，設(shè)計一種用于拾取軸類零件的氣動式機械手，以實現(xiàn)軸類零件搬運過程的自動化，減輕生產(chǎn)勞動強度，提高生產(chǎn)效率。本課題設(shè)計一種用于塑料注塑成型領(lǐng)域的旋臂式機械手，以提高自動化生產(chǎn)效率。
論文主要研究內(nèi)容：
（1）了解工業(yè)機器人的發(fā)展及在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用；
（2）完成該旋臂式機械手的方案設(shè)計；
（3）旋臂式機械手的零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計及計算；
（4）應(yīng)用PRO/E和AutoCAD軟件繪制所設(shè)計機械手的裝配圖及關(guān)鍵零部件的三維圖和工程圖。
關(guān)鍵詞：旋臂式；機械手；PRO/E；工業(yè)機器人
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)機器人概述
機械手是最早出現(xiàn)的工業(yè)機器人，也是最早出現(xiàn)的現(xiàn)代機器人，它可代替人的繁重勞動以實現(xiàn)生產(chǎn)的機械化和自動化，能在有害環(huán)境下操作以保護人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門[1]。在工業(yè)中應(yīng)用的機械手稱為“工業(yè)機械手”（mechanical hand）
工業(yè)機器人研究始于20世紀中期，隨著計算機和自動化技術(shù)的發(fā)展，特別是1946年第一臺數(shù)字電子計算機問世以來，計算機取得了驚人的進步，向高速度、大容量、低價格的方向發(fā)展。同時，大批量生產(chǎn)的迫切需求推動了自動化技術(shù)的進展，又為機器人的開發(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械代替人處理放射性物質(zhì)。在這一需求背景下，美國于1947年開發(fā)了遙控機械手，1948年又開發(fā)了機械式的主從機械手[3]。工業(yè)機器人首先是從美國開始研制的。1954年美國戴沃爾最早提出了工業(yè)機器人的概念，并申請了專利。該專利的要點是借助伺服技術(shù)控制機器人的關(guān)節(jié)，利用人手對機器人進行動作示教，機器人能實現(xiàn)動作的記錄和再現(xiàn)。這就是所謂的示教再現(xiàn)機器人?，F(xiàn)有的機器人差不多都采用這種控制方式。1958年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺機械手鉚接機器人。作為機器人產(chǎn)品最早的實用機型（示教再現(xiàn)）是1962年美國AMF公司推出的“VERSTRAN”和UNIMATION公司推出的“UNIMATE”。這些工業(yè)機器人主要由類似人的手和臂組成它可代替人的繁重勞動以實現(xiàn)生產(chǎn)的機械化和自動化，能在有害環(huán)境下操作以保護人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門[4][5]。
早期的機械手的結(jié)構(gòu)和功能都比較簡單，專業(yè)性強，僅能配合某臺主機完成輔助性工作，如抓取工件、上料下料、