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無錫太湖學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
題目： 機(jī)械手模型設(shè)計(jì)及制作
信機(jī) 系 機(jī)械工程及自動(dòng)化 專業(yè)
學(xué) 號(hào)： 0923130
學(xué)生姓名： 陸 超
指導(dǎo)教師： 許文 （職稱：副教授 ）
（職稱： ）
2013年5月25日
I
無錫太湖學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
誠 信 承 諾 書
本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 機(jī)械手模型設(shè)計(jì) 是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的成果，其內(nèi)容除了在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中特別加以標(biāo)注引用，表示致謝的內(nèi)容外，本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）不包含任何其他個(gè)人、集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。
班 級(jí)： 機(jī)械93
學(xué) 號(hào)： 0923130
作者姓名：
2013 年 5 月 25 日
無錫太湖學(xué)院
信 機(jī) 系 機(jī)械工程及自動(dòng)化 專業(yè)
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)論 文 任 務(wù) 書
一、題目及專題：
1、題目 機(jī)械手模型設(shè)計(jì)及制作
2、專題 機(jī)械手模型設(shè)計(jì)
二、課題來源及選題依據(jù)
題目來源于教學(xué)產(chǎn)品制作。在工業(yè)上，機(jī)器人是用作運(yùn)輸或操作從前屬于人工作業(yè)的一種設(shè)備，越來越多的日常事務(wù)也可以在機(jī)器人的協(xié)助下完成。教學(xué)用機(jī)械手模型，雖然不像工業(yè)機(jī)器人那么復(fù)雜，但仍包含很重要的技術(shù)成分，例如它能實(shí)現(xiàn)空間坐標(biāo)系三根軸向上的運(yùn)動(dòng)。這一特征使通過多種方法控制其運(yùn)動(dòng)成為可能，機(jī)器人還有“夾鉗”這一非常典型的機(jī)構(gòu)。
設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)：
1．抓重：10千克
2．自由度數(shù)：4個(gè)自由度
3．座標(biāo)型式：圓柱型座標(biāo)
4．最大工作半徑：1000mm
5．手臂最大中心高：1380mm
6．手臂運(yùn)動(dòng)參數(shù)：伸縮行程400mm；伸縮速度50mm/s；升降行程200mm；升降速度50mm/s；回轉(zhuǎn)范圍00-2400；回轉(zhuǎn)速度900/s
7．手腕運(yùn)動(dòng)參數(shù)：回轉(zhuǎn)范圍 00-1800；回轉(zhuǎn)速度1800/s
8．定位精度：±0. 5mm
三、本設(shè)計(jì)（論文或其他）應(yīng)達(dá)到的要求：
①收集相關(guān)設(shè)備資料，進(jìn)行一種四自由度機(jī)械手模型的設(shè)計(jì)制作；
②它包括總體結(jié)構(gòu)、機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)和伺服控制系統(tǒng)。該模型具有結(jié)構(gòu)簡單、控制靈活、調(diào)整方便、性能穩(wěn)定等特點(diǎn)；
③完成機(jī)械手模型設(shè)計(jì)，繪制產(chǎn)品裝配圖，建議用A0標(biāo)準(zhǔn)圖幅；
④完成非標(biāo)準(zhǔn)零件設(shè)計(jì)圖紙。建議用A3標(biāo)準(zhǔn)圖幅；
⑤設(shè)計(jì)說明書一份；
⑥翻譯8000以上外文印刷字符或譯出4000漢字以上的有關(guān)技術(shù)資料或?qū)I(yè)文獻(xiàn)。
四、接受任務(wù)學(xué)生：
機(jī)械93 班 姓名 陸 超
五、開始及完成日期：
自2012年11月12日 至2013年5月25日
六、設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)（或顧問）：
指導(dǎo)教師 簽名
簽名
簽名
教研室主任
〔學(xué)科組組長研究所所長〕 簽名 系主任 簽名
2012年11月12日
摘要
科學(xué)發(fā)展觀為我國工程技術(shù)的發(fā)展開辟了廣闊道路，而機(jī)械手作為一種高科技自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，這就對我們的教育培訓(xùn)部門提出了新的要求。因此，為了適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的形勢，在現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)一臺(tái)教學(xué)型機(jī)械手有著深遠(yuǎn)的科教意義。
本課題設(shè)計(jì)的教學(xué)型搬運(yùn)機(jī)械手，主要包括機(jī)械手的總體方案設(shè)計(jì)、機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及驅(qū)動(dòng)、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)等，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械手手部的四自由度運(yùn)動(dòng)：手臂的升降、伸縮和手腕、手臂的回轉(zhuǎn)。設(shè)計(jì)中分析了教學(xué)型機(jī)械手的功能要求和現(xiàn)實(shí)意義，通過氣壓缸來實(shí)現(xiàn)手臂的升降和伸縮，采用回轉(zhuǎn)氣壓缸來實(shí)現(xiàn)手腕和手臂的回轉(zhuǎn)。設(shè)計(jì)的機(jī)械手結(jié)構(gòu)簡單、便于操作，在單片機(jī)的控制下完成預(yù)期的動(dòng)作，能給學(xué)生以直觀的印象，達(dá)到教學(xué)演示的目的。
關(guān)鍵詞: 機(jī)械手；氣動(dòng)裝置；四自由度；控制系統(tǒng)
I
Abstract
Scientific concept of development of engineering technology has opened up a broad road, while the robot as a high-tech automated production equipment, has been widely used in various fields of national economy, which the education and training sector of our proposed new requirements. Therefore, in order to adapt to the situation of social development, based on existing technology to design a teaching type robot science has far-reaching significance.
The subject of design for teaching handling robots, mainly consists of robot's overall design, robot mechanical structure design, as well as drive, control system design, implementation of the manipulator hands of four degrees of freedom: the arm movements, stretching and wrist, arm, rotary. The design of the teaching function of mechanical hand requirements and practical significance, achieved by pneumatic cylinders push the arm movements and stretching,rotary pneumatic cylinders used to achieve arm and wrist rotation.Manipulator design simple, easy to operate, under the control of the MCU to complete the desired action, giving the students a visual impression, to achieve the purpose of teaching demonstration.
Keywords: Manipulator； Pneumatic device； Four Degrees of Freedom； The control system
目 錄
1 緒論 1
1.1 機(jī)械手概述 1
1.2 機(jī)械手的組成和分類 1
1.2.1 機(jī)械手的組成 1
1.2.2 機(jī)械手的分類 4
1.3 國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 5
1.4課題研究的主要內(nèi)容 6
1.5教學(xué)用機(jī)械手的功能要求及現(xiàn)實(shí)意義 6
1.5.1 教學(xué)用機(jī)械手的功能要求 6
1.5.2 教學(xué)用機(jī)械手的現(xiàn)實(shí)意義 6
2 機(jī)械手的設(shè)計(jì)方案 7
2.1 機(jī)械手的座標(biāo)型式與自由度 7
2.1.1 機(jī)械手的坐標(biāo)型式 7
2.1.2 機(jī)械手的自由度 8
2.2 機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 8
2.3 機(jī)械手的主要參數(shù) 10
2.4 機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)列表 11
3 機(jī)械手機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì) 12
3.1 手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 12
3.1.1 設(shè)計(jì)時(shí)考慮的幾個(gè)問題 12
3.1.2手爪夾持裝置的機(jī)構(gòu)選型 12
3.1.3 手部夾緊氣缸的設(shè)計(jì) 13
3.2手腕結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 17
3.2.1 手腕的自由度 18
3.2.2 手腕的驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算 18
3.3手臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 22
3.3.1手臂伸縮與手腕回轉(zhuǎn)部分 22
3.3.2手臂升降和回轉(zhuǎn)部分 24
3.3.3手臂升降氣缸的設(shè)計(jì) 24
3.3.4手臂回轉(zhuǎn)缸體的設(shè)計(jì) 27
4 機(jī)械手氣壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 29
4.1氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)工作原理圖 29
4.2氣動(dòng)元件介紹 29
5 機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 33
5.1 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分類 33
5.2 控制方式 33
5.3機(jī)械手的控制 34
6 結(jié)論與展望 36
致謝 37
參考文獻(xiàn) 38
1 緒論
1.1 機(jī)械手概述
機(jī)器人由操作機(jī)(機(jī)械本體)、控制器、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和檢測傳感裝置構(gòu)成，是一種仿人操作，自動(dòng)控制、可重復(fù)編程、能在三維空間完成各種作業(yè)的機(jī)電一體化自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。特別適合于多品種、變批量的柔性生產(chǎn)。它對穩(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。
機(jī)器人技術(shù)是綜合了計(jì)算機(jī)、控制論、機(jī)構(gòu)學(xué)、信息和傳感技術(shù)、人工智能、仿生學(xué)等多學(xué)科而形成的高新技術(shù)，是當(dāng)代研究十分活躍，應(yīng)用日益廣泛的領(lǐng)域。機(jī)器人應(yīng)用情況，是一個(gè)國家工業(yè)自動(dòng)化水平的重要標(biāo)志。