QZB-2型球坐标式四自由度机械手毕业设计.doc

目 次 1 绪论 6 1.1工业机械手的历史和现状 6 1.2工业机械手的技术发展趋势 7 1.3我国机械手的发展现状 8 2 设计参数 9 2.1设计题目 9 2.2 初始参数与设计要求 9 3 设计方案的拟定 10 3.1初步分析 10 3.2 执行机构 10 3.2.1手部 10 3.2.2腕部 10 3.2.3臂部及机身 11 3.3 驱动机构 11 3.4控制机构 12 4 机械手手部的设计计算 12 4.1设计计算 12 4.2机械手手抓夹持精度的分析计算 15 5 腕部的设计计算 16 5.1 腕部设计的基本要求 16 5.2 腕部的结构以及选择 16 5.2.1典型的腕部结构 16 5.2.2 腕部结构和驱动机构的选择 17 5.3腕部的设计计算 17 5.3.1 腕部设计考虑的参数 17 5.3.2 腕部的驱动力矩计算 17 6 腕部与臂部连接处的回转液压缸的设计计算 19 6.1驱动力矩的计算 19 6.1.1惯性力矩的计算 19 6.1.2摩擦阻力矩的计算 20 6.1.3偏重力矩的计算 20 6.2回转液压缸的确定 20 7 臂部的设计计算 20 7.1 臂部设计的基本要求 21 7.2 手臂的典型机构以及结构的选择 22 7.2.1典型的臂部运动结构 22 7.2.2手臂运动机构的选择 22 7.3 手臂直线运动的驱动力计算 22 7.3.1手臂摩擦力的分析与计算 23 7.3.2手臂惯性力的计算 24 7.3.3密封装置的摩擦阻力 24 7.4 确定液压缸工作压力和结构 25 7.5液压缸盖螺钉的计算 27 8 臂部俯仰缸的设计计算 29 8.1驱动力矩的计算 30 8.2俯仰摆动油缸驱动力的计算 30 8.3俯仰摆动油缸的设计计算 31 8.4液压缸盖螺钉的计算 31 9 机身的设计计算 33 9.1 机身的整体设计 33 9.2 机身回转机构的设计计算 34 9.3回转缸尺寸的初步确定 35 10 液压传动与控制系统设计 35 10.1各液压控制回路的选取 35 10.1.1各液压缸的换向回路 35 10.1.2调速方案 35 10.1.3减速缓冲回路 35 10.1.4系统安全可靠性 36 10.1.5液压系统的合成与完善 36 10.2液压元件的计算和选择 36 10.2.1液压泵的工作压力 36 10.2.2液压泵的流量 36 10.2.3选择液压泵的规格 37 10.2.4计算电机所需功率，选用电动机 37 10.3液压控制阀的选择 37 10.4液压辅助元件的选择和计算 37 10.4.1过滤器 37 10.4.2油管和管接头 37 10.4.3油箱容积 38 10.5液压系统的计算参数 38 10.6作各液压缸工况图 39 11 设计感想 44 12 致 谢 45 13 参考文献 46 1 绪论 1.1工业机械手的历史和现状 机器人的历史并不算长，1959年美国英格伯格和德沃尔制造出世界上第一台工业机器人，机器人的历史才真正开始。 英格伯格在大学攻读伺服理论，这是一种研究运动机构如何才能更好地跟踪控制信号的理论。德沃尔曾于1946年发明了一种系统，可以“重演”所记录的机器的运动。1954年,德沃尔又获得可编程机械手专利，这种机械手臂按程序进行工作，可以根据不同的工作需要编制不同的程序，因此具有通用性和灵活性，英格伯格和德沃尔都在研究机器人，认为汽车工业最适于用机器人干活，因为是用重型机器进行工作，生产过程较为固定。1959年，英格伯格和德沃尔联手制造出第一台工业机器人。现代机器人的研究始于20世纪中期，其技术背景是计算机和自动化的发展，以及原子能的开发利用。 自1946年第一台数字电子计算机问世以来，计算机取得了惊人的进步，向高速度、大容量、低价格的方向发展。 大批量生产的迫切需求推动了自动化技术的进展，其结果之一便是1952年数控机床的诞生。与数控机床相关的控制、机械零件的研究又为机器人的开发奠定了基础。 另一方面，原子能实验室的恶劣环境要求某些操作机械代替人处理放射性物质。在这一需求背景下，美国原子能委员会的阿尔贡研究所于1947年开发了遥控机械手，1948年又开发了机械式的主从机械手。 1954年美国戴沃尔最早提出了工业机器人的概念，并申请了专利。该专利的要点是借助伺服技术控制机器人的关节，利用人手对机器人进行动作示教，机器人能实现动作的记录和再现。这就是所谓的示教再现机器人。现有的机器人差不多都采用这种控制方式。 作为机器人产品最早的实用机型（示教再现）是1962年美国AMF公司推的“VERSTRAN”和UNIMATION公司推出的“UNIMATE”。这些工业机器人的控制方式与数控机床大致相似，但外形特征迥异，主要由类似人的手和臂