关节型工业机械手毕业设计说明书

济南大学毕业论文毕业论文题 目 关节型工业机械手的结构设计 学 院 机械工程学院 专 业 机械工程及自动化 班 级 机自0917班 学 生 廉开发 学 号 20090421170 指导教师 苏东宁 二一 三 年 六 月 三 日- 1 -济南大学毕业论文摘 要关于该关节型工业机械手的具体研究方法。本次设计工作首先对实体安川机器人进行了细致的研究，了解了其内部的具体结构，安川机器人的结构可分为六个轴系，然后根据六个轴系对其内部结构进行分解，以便了解各个零件之间的配合，这样就对安川机器人有了大体的了解。下面就进行尺寸的测量，尺寸的测量只需要测量一下大体的外观尺寸，而内部尺寸可根据零件的配合进行合理的设计。然后，进行计算（包括电机功率的计算，轴的设计，齿轮的参数计算），接着可依据相关资料，选取恰当的电机。最后，可根据实体与之前所掌握的知识对机械手的结构进行设计分析。关键词:伺服电机、机械手抓、移动旋转。ABSTRACTHere is about the research method of the industrial manipulator joints. The design work on the real first AnChuan robot has carried on the detailed research, understand the internal structure of concrete, AnChuan robot structure can be divided into six axis, and then according to the six axis of its internal structure decomposition, in order to understand the cooperation between the various parts of the, thus for AnChuan robot have roughly understanding. Below is the size of the measurement, the size of the measurement only need to measure the general appearance of the size, and the internal dimension can be reasonable according to the parts of the design. Then, computing (including motor power calculation, the design of the shaft, the gear parameter calculation), then can according to relevant data, select the appropriate machine. Finally, according to the entity and prior knowledge on the structure of the manipulator design analysis.Keywords: servo motor rotate, manipulator grabbing and moving.目 录摘 要IABSTRACTII1 前言11.1 机械手国内外发展现状11.2 多关节型工业机械手概述21.3 机械手组成与分类31.3.1机械手组成31.3.2机械手分类32机械手的设计方案42.1设计任务的提出52.2 机械手设计方案52.2 方案特点63.1 电机的选型73.1.1 初步估算机械手的质量73.1.2计算各个轴的转速及转矩93.1.3 计算电机功率103.2 锥齿轮设计113.2.1 齿轮精度、材料113.2.2 按齿面接触疲劳强度设计113.2.3 按齿根弯曲强度设计123.2.4 锥齿轮参数计算133.3 同步带轮的设计133.3.1 同步齿形带传动计算133.3.2 带轮几何尺寸的计算153.4 减速器的设计163.4.1 减速器减速比的计算163.4.2 减速器输出轴径的计算174 机械手各结构设计184.1 手爪结构的设计184.1.1 手爪的设计要求184.1.2 手爪的分类184.1.3 手部结构形式的确定184.2 手腕结构的设计194.2.1 手腕的设计要求194.2.2 手腕结构形式的确定194.3 手臂结构的设计194.3.1 手臂的设计要求204.3.2 手臂结构204.3.3 小臂结构形式的确定204.4 小臂后箱体的结构设计214.5 连接杆件的设计215 关键轴的校核225.1 腕部输入轴的结构225.2 轴的校核226 结 论25参考文献26致 谢27- IV -1 前言1.1 机械手国内外发展现状1962年，美国机械铸造公司试制成一台数控试教机械手。商名为Unimate。运动系统仿造坦克炮塔，可以实现臂回转、俯仰功能，用液压驱动；控制系统用磁鼓存储装置。不少球坐标式通用机械手就是在这个基础上发展起来的。1962年美国机械铸造公司也试验成功一种多关节机械手，它可实现灵活搬运，该机械手的中央立柱在原来的基础上其功能又可以实现臂的回转、升降、伸缩。虽然这两种机械手都是出现在60年代初，但都是国外工业机械手发展的基础。1978年美国斯坦福大学、麻省理工学院联合研制多关节型型工业机械手，装有小型电子计算机进行控制，用于装配流水线作业，定位误差可小于1毫米，这使机械手的发展达到新的高度。美国还进一步通过改进结构提高机械手的可靠性与稳定性，从而降低成本。如惠普曼公司建立了机械手试验台，进行各种性能的试验。准备把故障前平均时间（注：故障前平均时间是指一台设备可靠性的一种量度。它给出在第一次故障前的平均运行时间），由400小时提高到1500小时，精度可提高到0.1毫米。德国从1970年开始应用机械手，主要用于起重运输、焊接和准备的上下料等作业。德国西门子公司采用关节式结构和程序控制，从而使机械手实现焊接功能。近现代日本是工业机械手发展最快、应用最多的国家。从美国引进二种典型机械手后，日本在此基础上继续创新，做到使机器人更加简便化与实用化。据相关报道，1979年从事机械手的研究工作的研究单位多达80多个。1976年各大学和国家研究部门用在机械手的研究费用为42%。1979年日本机械手的产值达443亿元，产量为14535台。其中固定程序和可变程序约为一半，达222亿日元，是1978年的2倍。具有记忆功能的机械手产值约为67亿日元，比1978年增长50%。智能机械手约为17亿日元，为1978年的6倍。截止1979年，机械手累计产量达56900台。在数量上已占世界首位。约占70%，并以每年50%60%的速度增长。使用机械手最多的是汽车工业，其次是电机、电器。预计到1990年将有55万机器人在工作。进入到20世纪80年代以后，各国的机械手又取得更进一步的发展。总的来说为了满足现代高速发展的工业的需求，机械手的发展更多的趋向于满足以下特点：活动范围广，工作灵活性强，便于操作控制，可满足不同的工业需求。比如说日本的安川机械手，就是基于实现不同的工作目的而设计的一种多关节型工业机械手，通过改变机械手的结构可以实现诸如搬运、喷漆、焊接、检测、探伤等任务。国外机械手发展的不足。在国外机械制造业中，多关节型工业机械手应用最多，发展最快，目前主要应用于重物的搬运，精密金属的探测，机床、模锻压力机的上下料，以及点焊、喷漆等作业的实现，它可按照事先制定的规定程序完成规定的作业，但还不具备任何传感反馈能力，不能应付外界的变化。如发生一些偏离或误差时，就将引起零部件甚至机械手本身的损坏。为此，国外机械手的发展趋势正是大力研制智能机械手，如果在碰到一些偏离或误差时，能反馈外界条件的变化，从而作相应的变更。在机械手上安装电视照相机和光学测距仪以及微型计算机。其工作原理具体如下工作时机械手先伸出手指寻找工作，通过装在手指内的压力传感器产生触感作用，然后伸向前方，抓住工件。手的抓力大小可通过装在手指内侧的压力感敏元件来控制，达到自动调整握力的大小。总之，随着技术的发展，机械手的流水装配作业的能力将进一步提高。将机械手和柔性控制制造系统及柔性制造单元相结合将是主要的发展趋势，使目前机械制造系统的人工操作状态得到进一步的改善。相对于国外机械手的高速发展，国内机械手的发展则比较滞缓。目前国内机械手的应用主要应用在铸锻、热处理方面，这样可以减轻劳动强度，改善作业条件。为进一步促进国内机械手的发展。我们在应用专用机械手的同时，相应地发展通用机械手，有条件的还要研制试教型机械手、计算机控制机械手和组合式机械手甚至是智能型机械手。在不同类型的机构中可以应用机械手的伸缩、俯仰、升降、旋转等功能，另外可根据不同的作业要求，选用不同的典型部件，设计不同的典型机构，即可组成各种不同用途的机械手，相应的实现重物搬运，金属检测，金属焊接等功能。如果有条件的话还应大力研究伺服型、记忆再现型，以及具有触觉、视觉等性能的机械手，并考虑与计算机联用，逐步成为整个机械制造系统中的一个基本单元，从而进一步缩小与德日等国外机器人发展较快的国家之间的差距。×××简单说一下多关节型工业机械手的应用意义。第一：应用多关节型工业机械手可以是实现生产过程中的自动化进程。概括地说，在工厂或车间中，应用关节型机械手可以实现工件的搬运与装卸，机器的装配。第二：应用多关节型机械手可以减少人力，从而降低成本。在自动化生产线上，如果更广泛的应用了机械手，在减少人力的同时，还可以大大提高效率。1.2 多关节型工业机械手概述工业机器人的组成可分为操作机(机械本体)、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置，是一种仿人操作，自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。特别适合于多品种、变批量的柔性生产。它对稳定、提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。机器人应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标志。机器人并不是在简单意义上代替人工的劳动，而是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置，既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力，又有机器可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力，从某种意义上说它也是机器的进化过程产物，它是工业以及非产业界的重要生产和服务性