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XXXX大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書
畢 業(yè) 設(shè) 計（說明書）
題 目 仿形車床上料機械手設(shè)計
專 業(yè)XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX
學(xué)生姓名
學(xué) 號
指導(dǎo)教師
論文字數(shù)
完成日期 2014年X月
1
摘要
隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機器人技術(shù)越來越受到廣泛關(guān)注，在工業(yè)生產(chǎn)日益現(xiàn)代化的今天，機器人的使用變得越來越普及。因此，對于機器人技術(shù)的研究也變得越來越迫切，尤其是工業(yè)機器人方面。本論文作者針對這一領(lǐng)域，設(shè)計了一款仿形車床上料機械手，該機器人擁有兩個自由度。首先，作者針對該機器人的設(shè)計要求，對結(jié)構(gòu)設(shè)計選擇了一個最優(yōu)方案，對關(guān)鍵零件設(shè)計并進行校核。
本課題是一個機械、液壓緊密的實用性項目，文中對機械手機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計、液壓系統(tǒng)的設(shè)計討。最后，總結(jié)了全文，指出了機械手的改進措施、應(yīng)用前景和發(fā)展方向。
關(guān)鍵字：機械手，液壓系統(tǒng)，仿形車床
7
Abstract
With the development of modern science and technology, robotic technology is more and more attention, in an increasingly modernized industrial production, the use of robots is becoming more and more popular. Therefore, the research of robot technology becomes more and more urgent, especially the industrial robot. The author of this thesis in this field, designed a lathe feeding manipulator, the robot has two degrees of freedom. First of all, the author according to the requirement of design of the robot, the structure design to choose an optimal scheme for the design of key parts, and check.
This research project is a mechanical, hydraulic strong practicability, design of mechanical structure, mechanical mobile phone of hydraulic system in this paper. Finally, summarized the full text, points out the improvement measures, manipulator application prospect and development direction.
Keywords: manipulator, hydraulic system, copying lathe
目錄
摘要 2
Abstract 3
第1章 緒論 9
1.1 選題背景及其意義 9
1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 9
1.2.1 國內(nèi)的研究現(xiàn)狀 9
1.2.2 國外研究現(xiàn)狀 10
1.2.3 發(fā)展趨勢 11
1.3 本設(shè)計主要研究的內(nèi)容 11
第2章 機械手的總體設(shè)計 13
2.1 機械手的組成及各部分關(guān)系概述 13
2.2 機械手的設(shè)計分析 13
2.2.1 設(shè)計要求 13
2.2.2 總體設(shè)計任務(wù)分析 13
2.2.3 總體方案擬定 16
第3章 機械手結(jié)構(gòu)的設(shè)計分析 17
3.1 末端操作器的設(shè)計分析 17
3.2 手腕的設(shè)計分析 17
3.3 機身和機座的設(shè)計分析 17
第4章 機械手各部件的載荷計算 19
4.1 設(shè)計要求分析 19
4.2 手指夾緊機構(gòu)的設(shè)計 19
4.3 機身擺動機構(gòu)載荷力矩的計算 20
4.4 初選系統(tǒng)工作壓力 21
第5章 機械手各部件結(jié)構(gòu)尺寸計算及校核 23
5.1 手指油缸尺寸的確定 23
5.2 機身擺動機構(gòu)的確定 26
5.3 強度校核 26
5.4 彎曲穩(wěn)定性校核 27
第6章 液壓系統(tǒng)的設(shè)計 29
6.1 制定基本方案 29
6.1.1 基本回路的選擇 29
6.2 液壓元件的選擇 30
6.2.1 液壓泵的選擇 30
6.2.2 液壓泵所需電機功率的確定 31
6.2.3 液壓閥的選擇 32
6.2.4 液壓輔助元件的選擇原則 32
6.2.5 油箱容量的確定 34
6.2.6 液壓原理圖 34
結(jié)論 36
參考文獻 37
致謝 38
第1章 緒論
1.1 選題背景及其意義
隨著工業(yè)自動化程度的提高，工業(yè)現(xiàn)場的很多易燃、易爆等高危及重體力勞動場合必將由機器人所代替。這一方面可以減輕工人的勞動強度，另一方面可以大大提高勞動生產(chǎn)率。
通過本課題，讓學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計過程中綜合大學(xué)所學(xué)基礎(chǔ)課程及專業(yè)課程，培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)知識和技能去分析和解決一般工程技術(shù)問題的能力；進一步培養(yǎng)學(xué)生分析問題、創(chuàng)造性地解決實際問題的能力。
本課題中仿形車床上料機械手系統(tǒng)主要采用液壓驅(qū)動。
1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢
1.2.1 國內(nèi)的研究現(xiàn)狀
工業(yè)機械手最早應(yīng)用在汽車制造工業(yè)，常用于焊接、噴漆、上下料和搬運。工業(yè)機械手延伸和擴大了人的 手足和大腦功能，它可替代人從事危險、有害、有毒、低溫和高溫等惡劣環(huán)境中工作：代替人完成繁重、單調(diào)重復(fù)勞動，提高勞動生產(chǎn)率，保證產(chǎn)品質(zhì)量。目前主要應(yīng)用與制造業(yè)中，特別是電器制造、汽車制造、塑料加工、通用機械制造及金屬加工等工業(yè)。工業(yè)機械手與數(shù)控加工中心，自動搬運小車與自動檢測系統(tǒng)可組成柔性制造系統(tǒng)和計算機集成制造系統(tǒng)，實現(xiàn)生產(chǎn)自動化。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，功能和性能的不斷改善和提高，機械手的應(yīng)用領(lǐng)域日益擴大。
我國工業(yè)機械手的研究與開發(fā)始于20世紀70年代。1972年我國第一臺機械手開發(fā)于上海，隨之全國各省都開始研制和應(yīng)用機械手。從第七個五年計劃（1986-1990）開始，我國政府將工業(yè)機器人的發(fā)展列入其中，并且為此項目投入大量的資金，研究開發(fā)并且制造了一系列的工業(yè)機器人，有由北京機械自動化研究所設(shè)計制造的噴涂機器人，廣州機床研究所和北京機床研究所合作設(shè)計制造的點焊機器人，大連機床研究所設(shè)計制造的氬弧焊機器人，沈陽工業(yè)大學(xué)設(shè)計制造的裝卸載機器人等等。這些機器人的控制器，都是由中國科學(xué)院沈陽自動化研究所和北京科技大學(xué)機器人研究所開發(fā)的，同時一系列的機器人關(guān)鍵部件也被開發(fā)出來，如機器人專用軸承，減震齒輪，直流伺服電機，編碼器，DC——PWM等等。
我國的工業(yè)機械手發(fā)展主要是逐步擴大其應(yīng)用范圍。在應(yīng)用專業(yè)機械手的同時，相應(yīng)的發(fā)展通用機械手，研制出示教式機械手、計算機控制機械手和組合式機械手等?？梢詫C械手各運動構(gòu)件，如伸縮、擺動、升降、橫移、俯仰等機構(gòu)，設(shè)計成典型的通用機構(gòu)，以便根據(jù)不同的作業(yè)要求，選用不用的典型機構(gòu)，組裝成各種用途的機械手，即便于設(shè)計制造，又便于跟換工件，擴大了應(yīng)用范圍。目前國內(nèi)機械手主要用于機床加工、鍛造。熱處理等方面，數(shù)量、品種、性能方面都不能滿足工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需要。所以，在國內(nèi)主要是逐步擴大應(yīng)用范圍，重點發(fā)展鑄造、熱處理方面的機械手，以減輕勞動強度，改善作業(yè)條件，在應(yīng)用專業(yè)機械手的同時，相應(yīng)的發(fā)展通用機械手，有條件的要研制示教式機械手、計算機控制機械手和組合機械手等。同時要提高速度，減少沖擊，正確定位，以便更好的發(fā)揮機械手的作用。此外還應(yīng)大力研究伺服型、記憶再現(xiàn)型，以及具有觸覺、視覺等性能的機械手，并考慮與計算機連用，逐步成為整個機械制造系統(tǒng)中的一個基本單元。
1.2.2 國外研究現(xiàn)狀
國外機械手在機械制造行業(yè)中應(yīng)用較多，發(fā)展也很快。目前主要用于機床、橫鍛壓力機的上下料，以及點焊、噴漆等作業(yè)，它可按照事先指定的作業(yè)程序來完成規(guī)定的操作。國外機械手的發(fā)展趨勢是大力研制具有某種智能的機械手。使它具有一定的傳感能力，能反饋外界條件的變化，作相應(yīng)的變更。如 發(fā)生少許偏差時候，即能更正并自行檢測，重點是研究視覺功能和觸覺功能。目前已經(jīng)取得一定的成績。
1962年，美國聯(lián)合控制公司在上述方案的基礎(chǔ)上，又試制成一臺數(shù)控示教再現(xiàn)型機械手。運動系統(tǒng)仿造坦克炮塔，臂可以回轉(zhuǎn)、俯仰、伸縮，用液壓驅(qū)動；控制系統(tǒng)用磁鼓做儲存裝置。不少球面坐標(biāo)式機械手就是在這個基礎(chǔ)上發(fā)展起來的；同年該公司和普曼公司合并成為萬能制動公司，專門生產(chǎn)工業(yè)機械手。1962年美國機械鑄造公司也實驗成功一種叫Versatran機械手，原意是靈活搬運，可做點位和軌跡控制：該機械手的中央立柱可以回轉(zhuǎn)、升降、伸縮，采用液壓驅(qū)動，控制系統(tǒng)也是示教再現(xiàn)型。雖然這2種機械手出現(xiàn)在六十年代初，但都是國外機械手發(fā)展的基礎(chǔ)。從60年代后期起，噴漆、弧焊工業(yè)機器人相繼在生產(chǎn)中開始應(yīng)用。1978年美國Unimate公司和斯坦福大學(xué)、麻省理工學(xué)院聯(lián)合研制出一種Unimation—Vic.arm型工業(yè)機械手，裝有小型電子計算機進行控制，用于裝配作業(yè)。聯(lián)邦德國機器制造業(yè)是從1970年開始應(yīng)用機械手，主要用于起重運輸、焊接和設(shè)備的上下料等作業(yè)：聯(lián)邦德國Kuka公司還生產(chǎn)一種點焊機械手，采用關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)和程序控制；日本是工業(yè)機器人發(fā)展最快，應(yīng)用國家最多的國家，自1969年從美國引進兩種典型機械手后，開始大力從事機械手的研究，目前以成為世界上工業(yè)機械手應(yīng)用最多的國家之一。前蘇聯(lián)自六十年代開始發(fā)展應(yīng)用機械手，主要用于機械化、自動化程序較低、繁重單調(diào)、有害于健康的輔助性工作。