多自由度機械手設(shè)計【回轉(zhuǎn)球坐標(biāo)型】【五自由度液壓驅(qū)動】

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采用一個直線缸和一個回轉(zhuǎn)缸來實現(xiàn)手臂升降和回轉(zhuǎn)驅(qū)動。 機械手 機械手臂 機械手爪 機械手底座1 機械手底座2 2、 存在的問題及解決的措施 存在的問題 :1.對各主要結(jié)構(gòu)進行計算分析 2.確定機械手各部件的可靠性 3.繪制主要結(jié)構(gòu)零件圖 4.完成整個原理控制圖 5. 繪制裝配圖 解決措施：查閱相關(guān)資料，熟練Auto CAD等繪圖軟件。 3、 后期工作安排。 7-9周：機械手的驅(qū)動與控制方案設(shè)計； 10-11周：繪制圖紙、謄抄畢業(yè)設(shè)計； 12-13周：畢業(yè)設(shè)計收尾工作：設(shè)計檢查、裝訂等工作； 14-15周：提交畢業(yè)設(shè)計論文。 指導(dǎo)老師簽字： 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告 題目：多自由度機械手設(shè)計 系 （部）： 機電信息系 專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化 班 級： 學(xué) 生： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： 2012年12月23日 1、 畢業(yè)設(shè)計（論文）題目背景、研究意義及國內(nèi)外相關(guān)研究情況。 目的：隨著工業(yè)自動化發(fā)展的需要，機械手在工業(yè)應(yīng)用中越來越重要。工業(yè)機械手可以代替人手的繁重勞動，顯著減輕工人的勞動強度，提高勞動生產(chǎn)率和自動化水平，解決了工業(yè)生產(chǎn)中長期頻繁單調(diào)的操作。也提高了工件的生產(chǎn)加工速度，所以機械手的使用是非常高效的，就此設(shè)計出讓人跟滿意的機械手。 意義：通過設(shè)計提高學(xué)生的機構(gòu)分析與綜合的能力,機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的能力,機電液一體化系統(tǒng)設(shè)計能力,掌握實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化的設(shè)計方法.通過設(shè)計把有關(guān)課程(機構(gòu)分析與綜合,機械原理,機械設(shè)計,液壓與氣壓技術(shù),自動控制理論,測試技術(shù),數(shù)控技術(shù),微型計算機原理及應(yīng)用,自動機械設(shè)計等)中所獲得的理論知識在實際中綜合地加以運用,使這些知識得到鞏固和發(fā)展,并使理論知識和生產(chǎn)密切地結(jié)合起來.工業(yè)機械手設(shè)計是機械設(shè)計及制造專業(yè)的學(xué)生一次比較完善的機械化設(shè)計.通過設(shè)計,培養(yǎng)學(xué)生獨立的機械整體設(shè)計的能力,樹立正確的設(shè)計思想,掌握機械產(chǎn)品設(shè)計的基本方法和步驟,為自動機械設(shè)計打下良好的基礎(chǔ).通過設(shè)計,使學(xué)生能熟練地應(yīng)用有關(guān)參考,計算圖表,手冊,圖冊,和規(guī)范;熟悉有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)和部頒標(biāo)準(zhǔn),以完成一個工程技術(shù)人員在機械整體設(shè)計方面所必須具備的基本技能訓(xùn)練.。 國內(nèi)外相關(guān)研究情況：隨著科技的不斷進步，工業(yè)機器人機械手的發(fā)展過程可分為三代，第—代，為示教再現(xiàn)型機器人，它主要由機器手控制器和示教盒組成，可按預(yù)先引導(dǎo)動作記錄下信息重復(fù)再現(xiàn)執(zhí)行，當(dāng)前工業(yè)中應(yīng)用最多。第二代為感覺型機器人，如有力覺觸覺和視覺等，它具有對某些外界信息進行反饋調(diào)整的能力，目前已進入應(yīng)用階段。第三代為智能型機器人它具有感知和理解外部環(huán)境的能力，在工作環(huán)境改變的情況下，也能夠成功地完成任務(wù)，它尚處于實驗研究階段。 1國外工業(yè)機器人的的發(fā)展 　　美國是機器人機械手的誕生地，早在1961年，美國的ConsolidedControlCorp和AMF公司聯(lián)合研制了第一臺實用的示教再現(xiàn)機器人。經(jīng)過40多年的發(fā)展，美國的機器人機械手技術(shù)在國際上仍一直處于領(lǐng)先地位。其技術(shù)全面、先進，適應(yīng)性也很強。 　　日本在1967年從美國引進第一臺機器人，1976年以后，隨著微電子的快速發(fā)展和市場需求急劇增加，日本當(dāng)時勞動力顯著不足，工業(yè)機器人在企業(yè)里受到了“救世主”般的歡迎，使其日本工業(yè)機器人得到快速發(fā)展，現(xiàn)在無論機器人的數(shù)量還是機器人的密度都位居世界第一，素有“機器人王國”之稱。德國引進機器人的時間比英國和瑞典大約晚了五六年，但戰(zhàn)爭所導(dǎo)致的勞動力短缺，國民的技術(shù)水平較高等社會環(huán)境，卻為工業(yè)機器人的發(fā)展、應(yīng)用提供了有利條件。此外，在德國規(guī)定，對于一些危險、有毒、有害的工作崗位，必須以機器人來代替普通人的勞動。這為機器人的應(yīng)用開拓了廣泛的市場，并推動了工業(yè)機器人技術(shù)的發(fā)展。目前，德國工業(yè)機器人的總數(shù)占世界第二位，僅次于日本。 　　法國政府一直比較重視機器人技術(shù)，通過大力支持一系列研究計劃，建立了一個完整的科學(xué)技術(shù)體系，使法國機器人的發(fā)展比較順利。在政府組織的項目中，特別注重機器人基礎(chǔ)技術(shù)方面的研究，把重點放在開展機器人的應(yīng)用研究上。而由工業(yè)界支持開展應(yīng)用和開發(fā)方面的工作，兩者相輔相成，使機器人在法國企業(yè)界得以迅速發(fā)展和普及，從而使法國在國際工業(yè)機器人界擁有不可或缺的一席之地。 　　英國紀(jì)70年代末開始，推行并實施了一系措施列支持機器人發(fā)展的政策，使英國工業(yè)機器人起步比當(dāng)今的機器人大國日本還要早，并曾經(jīng)取得了早期的輝煌。然而，這時候政府對工業(yè)機器人實行了限制發(fā)展的錯誤。這個錯誤導(dǎo)致英國的機器人工業(yè)一蹶不振，在西歐幾乎處于末位。近些年，意大利、瑞典、西班牙、芬蘭、丹麥等國家由于自身國內(nèi)機器人市場的大量需求，發(fā)展速度非常迅速。目前，國際上的工業(yè)機器人公司主要分為日系和歐系。日系中主要有安川、oTC、松下、FANLUC、不二越、川崎等公司的產(chǎn)品。歐系中主要有德國的KUKA、CLOOS、瑞典的ABB、意大利的CO毗U及奧地利的工GM公司。 2國內(nèi)工業(yè)機器人的發(fā)展 　　我國工業(yè)機器人起步于20世紀(jì)70年代初期，經(jīng)過30多年發(fā)展，大致經(jīng)歷了3個階段：70年代萌芽期，80年代的開發(fā)期和90年代的應(yīng)用化期。隨著20世紀(jì)70年代世界科技快速發(fā)展，工業(yè)機器人的應(yīng)用在世界掀起了一個高潮，在這種背景下，我國于1972年開始研制自己的工業(yè)機器人。進入20世紀(jì)80年代后，隨著改革開放的不斷深入，在高技術(shù)浪潮的沖擊下，我國機器人技術(shù)的開發(fā)與研究得到了政府的重視與支持，“七五”期間，國家投入資金，對工定機器人及零部件進行攻關(guān)，完成了示教再現(xiàn)式工業(yè)機器人成套技術(shù)的開發(fā)，研制出了噴漆，點焊，弧焊和搬運機器人。，國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃開始實施，經(jīng)過幾年研究，取得了一大批科研成果。成功地研制出了一批特種機器人。 　　從2O世紀(jì)9O年代初期起，我國的國民經(jīng)濟進入實現(xiàn)兩個根本轉(zhuǎn)變期，掀起了新一輪的經(jīng)濟體制改革和技術(shù)進步熱潮，我國的工業(yè)機器人又在實踐中邁進了一大步，先后研制了點焊，弧焊，裝配，噴漆，切割，搬運，碼垛等各種用途的工業(yè)機器人，并實施了一批機器人應(yīng)用工程，形成了一批工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)化基地，為我國機器人產(chǎn)業(yè)的騰飛奠定了基礎(chǔ)。但是與發(fā)達(dá)國家相比，我國工業(yè)機器人還有很大差距。 　　目前，我國工業(yè)機器人公司主要有中國新松機器自動化股份有限公司和首鋼莫托曼機器人有限公司。 2、 本課題研究的主要內(nèi)容和擬采用的研究方案、研究方法或措施。 研究的主要內(nèi)容： 1.加強度現(xiàn)實生產(chǎn)中工業(yè)機械手的理解 2.設(shè)計前對機械手主要的知識認(rèn)知 3.對工業(yè)機械手的各主要組成部分的分析，設(shè)計方案的確定 4.確定機械手的主要結(jié)構(gòu) 5.對各主要結(jié)構(gòu)進行計算分析 6.確定能夠?qū)崿F(xiàn)機械手的各種功能如：手抓去，腕回轉(zhuǎn)，臂伸縮 7.確定機械手各部件的可靠性 8.繪制主要結(jié)構(gòu)零件圖 9.完成整個原理控制圖 10.繪制裝配圖 研究思路與方法： 采用同其它同等機械類設(shè)備的類比，方案比較等方法，根據(jù)工業(yè)機械手的實際應(yīng)用特征及現(xiàn)有的物質(zhì)、經(jīng)濟技術(shù)、人力等條件，以所學(xué)的理論知識為基礎(chǔ)，按照工業(yè)機械手工作的一般過程、設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，借鑒以往相似設(shè)備的成功經(jīng)驗進行初步設(shè)計，然后對初步設(shè)計方案進行驗算，修正，直至達(dá)到安全、經(jīng)濟、實用的目的。其中對于機械手設(shè)計中的關(guān)鍵問題、難點問題進行重點分析解決，確保整個設(shè)計方案的可行性和最佳性。 三、本課題研究的重點及難點，前期已開展工作。 1、重點及難點: 本課題研究的重點是（1）選取機械手的坐標(biāo)形式及自由度；（2）設(shè)計各機械手的執(zhí)行機構(gòu)：（3）如手、手腕、手臂；液壓傳動系統(tǒng)的設(shè)計；（4）機械手控制系統(tǒng)設(shè)計：如PLC控制；難點是選取機械手的坐標(biāo)形式及自由度。 2、前期工作： （1）查閱大量相關(guān)專業(yè)資料為設(shè)計做好準(zhǔn)備； （2）進行多自由度機械手工作原理的分析； （3）分析并提出了總體機械結(jié)構(gòu)方案。 4、 完成本課題的工作方案及進度計劃（按周次填寫）。 1-2周：機械手坐標(biāo)形式及自由度的選??； 3-4周：機械手的手部結(jié)構(gòu)方案設(shè)計； 5-6周：機械手的腕部與手臂結(jié)構(gòu)方案設(shè)計； 7-9周：機械手的驅(qū)動與控制方案設(shè)計； 10-11周：繪制圖紙、謄抄畢業(yè)設(shè)計； 12-13周：畢業(yè)設(shè)計收尾工作：設(shè)計檢查、裝訂等工作； 14-15周：提交畢業(yè)設(shè)計論文。 五、指導(dǎo)教師意見（對課題的深度、廣度及工作量的意見） 指導(dǎo)教師： 年 月 日 6、 所在系審查意見： 系主管領(lǐng)導(dǎo)： 年 月 日 參考文獻 [1]劉明保，呂春紅等.機械手的組成機構(gòu)及技術(shù)指標(biāo)的確定.河南高等?？茖W(xué)校學(xué)報.2004.1.1. 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[18]劉明保，呂春紅等.機械手的組成機構(gòu)及技術(shù)指標(biāo)的確定.河南高等專科學(xué)校學(xué)報.2004.1.1. 多自由度機械手設(shè)計 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)計了一款液壓機械機械手，該機器人擁有五個自由度。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。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)鍵詞：機械手；液壓系統(tǒng)；五個自由度 I Many degrees of freedom manipulator design Abstract With the development of modern science and technology, the robot technology has been paid 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 industrial robots. The author of this thesis in this field, design of a hydraulic mechanical manipulator, the robot has five degrees of freedom. First of all, the author according to the requirement of the design of this robot, an optimal scheme of the structure design of the selection, the design of key parts and checked. This topic is a mechanical, hydraulic close practical project, design of mechanical design, mechanical structure of the hydraulic system of the mobile phone in. Finally, summarized the full text, points out the improvement measures, manipulator application prospect and development direction. Keywords: manipulator; hydraulic system; five degrees of freedom III 目 錄 1 緒論 1 1.1 選題背景及其意義 1 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 1 1.2.1國內(nèi)的研究現(xiàn)狀 1 1.2.2國外研究現(xiàn)狀 2 1.2.3發(fā)展趨勢 3 1.3 本設(shè)計主要研究的內(nèi)容 3 1.3.1機械設(shè)計結(jié)構(gòu)部分 3 1.3.2機械手驅(qū)動方式 4 2 機械手的總體設(shè)計 5 2.1 機械手的組成 5 2.2 機械手的設(shè)計 5 2.2.1 設(shè)計要求 5 2.2.2 總體設(shè)計任務(wù) 5 2.2.3 總體方案擬定 7 3 機械手結(jié)構(gòu)件設(shè)計 9 3.1 末端操作器的設(shè)計 9 3.2 手腕的設(shè)計 9 3.3 手臂的設(shè)計 9 3.4 機身和機座的設(shè)計 10 4 機械手各部件的載荷計算 12 4.1 設(shè)計要求分析 12 4.2 手指夾緊機構(gòu)的設(shè)計 12 4.3 手臂伸縮機構(gòu)載荷的計算 13 4.4 手臂俯仰機構(gòu)載荷的計算 14 4.5 機身擺動機構(gòu)載荷力矩的計算 14 4.6 初選系統(tǒng)工作壓力 15 5 機械手各部件結(jié)構(gòu)尺寸計算及校核 17 5.1 手腕油缸尺寸的設(shè)計校核 17 5.2 手臂伸縮機構(gòu)結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計校核 20 5.3 手臂俯仰機構(gòu)結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計校核 20 5.4 機身擺動機構(gòu)的設(shè)計校核 20 5.5 強度校核 20 5.6 彎曲穩(wěn)定性校核 21 6 液壓系統(tǒng)的設(shè)計 23 6.1 基本回路的選擇 23 6.2 液壓元件的選擇與校核 23 6.2.1 液壓泵的選擇 23 6.2.2 液壓泵所需電機功率的確定 25 6.2.3 液壓閥的選擇 25 6.2.4 液壓輔助元件的選擇原則 26 6.2.5 油箱容量的確定 27 6.2.6 液壓原理圖 28 7 結(jié)論 30 參考文獻 31 致 謝 32 畢業(yè)（論文）獨創(chuàng)性聲明......................................................................................33 畢業(yè)（論文）知識產(chǎn)權(quán)申明..............................................................................34