浇注机械手.doc

摘要本文简要介绍了工业机器人的概念，浇注机械手硬件和软件的组成，机械手各个部件的整体尺寸设计本文着重对机械手进行总体方案设计，确定了机械手的坐标形式和自由度，确定了机械手的技术参数同时，设计了机械手的夹持式手部结构，设计了机械手的手腕结构，计算出了手腕转动时所需的驱动力矩和回转液压缸的驱动力矩设计了机械手的手臂结构设计出了机械手的液压系统，绘制了机械手液压系统工作原理图，大大提高了绘图效率和图纸质量关键词： 工业机器人 机械手 浇注机械手AbstractAt first, the paper introduces the conception of the industrial robot and the Eller. Dairy information of the development briefly. What’s more, the paper accounts for the background and the primary mission of the topic. The paper introduces the function, composing and classification of the manipulator, tells out the free-degree and the form of coordinate. At the same time, the paper gives out the primary specification parameter of this manipulator,The paper designs the structure of the hand and the equipment of the drive of the manipulator. This paper designs the structure of the wrist, computes the needed moment of the drive when the wrist wheels and the moment of the drive of the pump.The paper designs the structure of the arm. KEY WORDS: industrial robot manipulator pump air pressure drive 第1章 绪言机械工业是国民的装备部，是为国民经济提供装备和为人民生活提供耐用消费品的产业。

不论是传统产业，还是新兴产业，都离不开各种各样的机械装备，机械工业所提供装备的性能、质量和成本，对国民经济各部门技术进步和经济效益有很大的和直接的影响机械工业的规模和技术水平是衡量国家经济实力和科学技术水平的重要标志因此，世界各国都把发展机械工业作为发展本国经济的战略重点之一工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备工业机械手的是工业机器人的一个重要分支它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性机械手作业的准确性和各种环境中完成作业的能力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景机械手是在机械化，自动化生产过程中发展起来的一种新型装置在现代生产过程中，机械手被广泛的运用于自动生产线中，机械人的研制和生产已成为高技术邻域内，迅速发殿起来的一门新兴的技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动，不知疲劳，不怕危险，抓举重物的力量比人手力大的特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用机械手技术涉及到力学、机械学、电气液压技术、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域，是一门跨学科综合技术。

机械手是一种能自动化定位控制并可重新编程序以变动的多功能机器，它有多个自由度，可用来搬运物体以完成在各个不同环境中工作1.1 机械手的分类机械手一般分为三类：第一类是不需要人工操作的通用机械手它是一种独立的不附属于某一主机的装置它可以根据任务的需要编制程序，以完成各项规定的操作它的特点是具备普通机械的性能之外，还具备通用机械、记忆智能的三元机械第二类是需要人工才做的，称为操作机它起源于原子、军事工业，先是通过操作机来完成特定的作业，后来发展到用无线电讯号操作机来进行探测月球等工业中采用的锻造操作机也属于这一范畴第三类是用专用机械手，主要附属于自动机床或自动线上，用以解决机床上下料和工件送这种机械手在国外称为“Mechanical Hand”，它是为主机服务的，由主机驱动；除少数以外，工作程序一般是固定的，因此是专用的在国外，目前主要是搞第一类通用机械手，国外称为机器人本课题所做的机械手是属于第三类机械手1、简史机械手首先是从美国开始研制的1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手它的结构是：机体上安装一个回转长臂，顶部装有电磁块的工件抓放机构，控制系统是示教形的1962年，美国联合控制公司在上述方案的基础上又试制成一台数控示教再现型机械手。

商名为Unimate（即万能自动）运动系统仿照坦克炮塔，臂可以回转、俯仰、伸缩、用液压驱动；控制系统用磁鼓作为存储装置不少球坐标通用机械手就是在这个基础上发展起来的同年该公司和普鲁曼公司合并成立万能自动公司,专门生产工业机械手1962年美国机械制造公司也实验成功一种叫Vewrsatran机械手该机械手的中央立柱可以回转、升降采用液压驱动控制系统也是示教再现型虽然这两种机械手出现在六十年代初，但都是国外工业机械手发展的基础1978年美国Unimate公司和斯坦福大学，麻省理工学院联合研制一种Unimate-Vicarm型工业机械手，装有小型电子计算机进行控制，用于装配作业，定位误差小于±1毫米联邦德国机械制造业是从1970年开始应用机械手，主要用于起重运输、焊接和设备的上下料等作业联邦德国KnKa公司还生产一种点焊机械手，采用关节式结构和程序控制日本是工业机械手发展最快、应用最多的国家自1969年从美国引进两种机械手后大力从事机械手的研究前苏联自六十年代开始发展应用机械手，至1977年底，其中一半是国产，一半是进口目前，工业机械手大部分还属于第一代，主要依靠工人进行控制；改进的方向主要是降低成本和提高精度。

第二代机械手正在加紧研制它设有微型电子计算控制系统，具有视觉、触觉能力，甚至听、想的能力研究安装各种传感器，把感觉到的信息反馈，是机械手具有感觉机能第三代机械手则能独立完成工作中过程中的任务它与电子计算机和电视设备保持联系，并逐步发展成为柔性制造系统FMS和柔性制造单元FMC中的重要一环2、 应用简况现代工业中，生产过程的机械化，自动化已成为突出的主题化工等连续性生产过程的自动化已基本得到解决但在机械工业中，加工、装配等生产是不连续的因此，装卸、搬运等工序机械化的迫切性，工业机械手就是为实现这些工序的自动化而产生的有资料统计：美国偏重于毛坯生产，日本偏重于机械加工随着机械手技术的发展，应用的对象还会有所改变机械手在锻造工业中的应用能进一步发展锻造设备的生产能力，改善热、累等劳动条件国内机械手工业、铁路工业中首先在单机、专机上采用机械手上下料，减轻工人的劳动强度国外铁路工业中应用机械手以加工铁路车轴、轮等大、中批零件并和机床共同组成一个综合的数控加工系统采用机械手进行装配更始目前研究的重点，国外已研究采用摄象机和力传感装置和微型计算机连在一起，能确定零件的方位达到镶装的目的3、 发展趋势目前工业机械手主要用于机床加工、铸造、热处理等方面，无论数量、品种和性能方面还是不能满足工业发展的需要。

在国内主要是逐步扩大应用范围，重点发展铸造、热处理方面的机械手，以减轻劳动强度，改善作业条件，在应用专用机械手的同时，相应的发展通用机械手，有条件的还要研制示教式机械手、计算机控制机械手和组合机械手等将机械手各运动构件，如伸缩、摆动、升降、横移、俯仰等机构以及根据不同类型的加紧机构，设计成典型的通用机构，所以便根据不同的作业要求选择不同类型的基加紧机构，即可组成不同用途的机械手既便于设计制造，有便于更换工件，扩大应用范围同时要提高速度，减少冲击，正确定位，以便更好的发挥机械手的作用此外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，并考虑与计算机连用，逐步成为整个机械制造系统中的一个基本单元在国外机械制造业中工业机械手应用较多，发展较快目前主要用于机床、横锻压力机的上下料，以及点焊、喷漆等作业，它可按照事先指定的作业程序来完成规定的操作此外，国外机械手的发展趋势是大力研制具有某种智能的机械手使它具有一定的传感能力，能反馈外界条件的变化，作相应的变更如位置发生稍许偏差时，即能更正并自行检测，重点是研究视觉功能和触觉功能目前已经取得一定成绩视觉功能即在机械手上安装有电视照相机和光学测距仪（即距离传感器）以及微型计算机。

工作是电视照相机将物体形象变成视频信号，然后送给计算机，以便分析物体的种类、大小、颜色和位置，并发出指令控制机械手进行工作触觉功能即是在机械手上安装有触觉反馈控制装置工作时机械手首先伸出手指寻找工作，通过安装在手指内的压力敏感元件产生触觉作用，然后伸向前方，抓住工件手的抓力大小通过装在手指内的敏感元件来控制，达到自动调整握力的大小总之，随着传感技术的发展机械手装配作业的能力也将进一步提高更重要的是将机械手、柔性制造系统和柔性制造单元相结合，从而根本改变目前机械制造系统的人工操作状态1.2 机械手的组成机械手主要由执行机构、驱动机构和控制系统三大部分组成其组成及相互关系如下图：1、执行机构( 如图1.2-1所示 )图1.2-1（1） 手部手部安装在手臂的前端手臂的内孔装有转动轴，可把动作传给手腕，以转动、伸屈手腕，开闭手指机械手手部的机构系模仿人的手指，分为无关节，固定关节和自由关节三种手指的数量又可以分为二指、三指和四指等，其中以二指用的最多可以根据夹持对象的形状和大小配备多种形状和尺寸的夹头，以适应操作需要本课所做的机械手采用二指形状2） 手臂手臂有无关节和有关节手臂之分本课所做的机械手的手臂采用无关节臂手臂的作用是引导手指准确的抓住工件，并运送到所需要的位置上。

为了使机械手能够正确的工作，手臂的三个自由度都需要精确的定位本课题所做的机械手在手臂的上升、下降、前伸、后退、左转、右转三个方向的定位均采用行程开关控制，以保证定位的精度躯干是安装手臂、动力源和执行机构的支架2、 驱动机构驱动机构主要有四种：液压驱动、液压驱动、电气驱动和机械驱动其中以液压液压用的最多，占90%以上，电动、机械驱动用的较少液压驱动主要是通过油缸、阀、油泵和油箱等实现传动它利用油缸、马达加上齿轮、齿条实现直线运动；利用摆动油缸、马达与减速器、油缸与齿条、齿轮或链条、链轮等实现回转运动液压驱动的优点是压力高、体积小、出力大、运动平缓，可无级变速，自锁方便，并能在中间位置停止缺点是需要配备压力源，系统复杂成本较高液压驱动所采用的元件为液压缸、液压马达、气阀等一般采用4-6个大液压，个别的达到8-10个大液压它的优点是气源方便，维护简单，成本低缺点是出力小，体积大由于空气的可压缩性大，很难实现中间位置的停止，只能用于点位控制，而且润滑性较差，液压系统容易生锈为了减少停机时产生的冲击，液压系统装有速度控制。