搬运机械手主体结构设计论文.doc

目 录 摘 要 I ABSTRACT I 1 前言 1 1.1 机器人概述 1 1.2 机器人的历史、现状 3 1.3机器人发展趋势 5 2 搬运机械手的总体设计方案 5 3 机械手手爪的设计 7 3.1 手爪设计的基本要求 7 3.2 手爪结构设计 7 3.2.1夹紧力计算 8 3.2.2 手爪开合驱动力的计算 9 3.2.3 手爪开合驱动液压缸的计算 10 4 机械手手腕的设计 11 4.1腕部设计的基本要求 11 4.2腕部的计算 11 4.3回转液压缸驱动力矩计算 13 4.4回转缸内径D计算 14 4.5腕部轴承选择 15 5机械手伸缩臂设计 16 5.1伸缩臂设计基本要求 16 5.2伸缩臂液压缸参数计算 17 5.3液压缸缸筒内径D的确定 18 5.4伸缩臂范围控制与调整 18 6 驱动系统 18 6.1驱动系统设计要求 18 6.2驱动系统设计方案 19 6.3驱动系统设计 19 7 其它机械部件 20 7.1液压缸盖螺钉的计算 20 7.2静片和输出轴间的连接螺钉 21 8 结 论 22 9 参 考 文 献 23 致 谢 24 1 前言 1.1 机器人概述 在现代化工业中，生产过程的自动化和机械化，在现代化工业进程中扮演着越来越重要的作用，在机械工业中，加工、装配等生产是不连续的。现在大批量生产自动化的有效办法是专用机床；自动化机械是有效地解决多品种小批量生产自动化的重要办法是程控机床、数控机床、加工中心等。但除了切削加工自身外，同时还有着大量的装卸、搬运、装配等作业，远远落后于上述几个方面。但工业机器人的出现，为这些作业的机械化奠定了良好的基础。 “工业机器人”大部分是指可以编程的能够独立自动抓取、搬运零件、操作工具的自动化加工设备。 机器人是一种具有人体部分功能，工作程序能够固定的自动化装置，它的优点是结构简单、成本低廉、容易维修。缺点是适应性较差，功能比较少。目前我国常把具有上述特点的机器人称为专用机器人，而把工业机器人称为通用机器人。 换句话说，机器人就是用自动化装置代替人工，把工件从某个位置移向指定的位置，或按照工作要求以操纵工件进行装配或加工。 机器人一般分为三类。第一类是不需要人工操作的通用机器人，本次所设计的搬运机械手即属于此类装置。它是一种独立的装置，可以根据任务的需要编制程序，从而完成各项规定操作。第二类称为操作机，它是需要人工操作的，它最开始先是通过执行器来完成特定的作业，后来发展到利用无线电操作机器人来对月球进行探测等。第三类主是主要附属于自动机床或自动生产线上的专业机器人，用以解决机床上下料和工件传送。它是为主机服务的，由主机驱动。属于专用机器人，除少数外，工作程序一般是固定的。 按照结构形式的不同机器人又可以分为多种类型，其中最常用的为关节型机器人，因其具有结构紧凑，所占空间体积小，相对工作空间最大，甚至能绕过基座周围的一些影响其工作的障碍物等这样一些特点，成为机器人中使用最多的一种结构形式。 要机器人能够像人一样拿取东西，具备人手的一些类似功能，最简单的基本条件是要有一套类似于指、腕、臂、等关节组成部分，构成的一系列抓取和移动机构，我们称之为执行机构；像手臂肌肉那样使之运动的驱动，我们称之为传动系统；像大脑那样指挥手动作的控制系统。一般而言，机器人通常就是由执行机构、驱动传动系统和控制系统这三部分组成，如图 1-1 所示。 图1.1 机器人的一般组成 对于现代化的智能机器人而言，它还具有一定的智能系统，主要包括感觉装置、视觉装置和语言识别装置等。目前研究的主要对象主要集中机器人的视觉装置上，即给予机器人以眼睛的功能，使它能识别物体和躲避障碍物。机器人的这些组成部分并不是各自独立的，或者说并不是简单的叠加在一起，从而构成一个机器人的它们之间的相互关系如图1.2 所示。 图1.2 机器人各组成部分之间的关系 机器人的机械系统主要由执行机构和驱动系统组成。执行机构是机器人能够完成各项工作任务的根本，通常由连杆和关节组成，由驱动系统提供动力，按照控制系统的要求完成各项工作任务。驱动机构为机器人提供各关节所需要的动力，传动系统能够将驱动力转换为满足机器人各关节力矩和运动所要求的驱动力或力矩。有的资料把机器人分为机械系统部分、驱动系统部分和控制系统部分三大部分。其中的机械系统又叫执行器，也就是本文中所说的执行机构部分。 1.2 机器人的历史、现状 1958年第一台机器人在美国联合控制公司诞生，使美国成为第一个研究机器人的国家，它的结构特点是机体上安装一回转长臂，端部装有电磁铁的工件抓放装置，是示教型的控制系统。 工业机器人发展最快、应用最多的国家是日本。它在1969年从美国引进两种典