多自由度机械手设计说明书

本科毕业设计(论文) 题目：多自由度机械手设计系别：机电信息系专业：机械设计制造及其自动化班级：学生：学号：指导教师：2013年4月本科毕业设计(论文) 题目：多自由度机械手设计系别：机电信息系专业：机械设计制造及其自动化班级：学生：学号：指导教师：2013年4月多自由度机械手设计摘要随着现代科学技术的发展，机器人技术越来越受到广泛关注，在工业生产日益现代化的今天，机器人的使用变得越来越普及。

因此，对于机器人技术的研究也变得越来越迫切，尤其是工业机器人方面。

本论文作者针对这一领域，设计了一款液压机械机械手，该机器人拥有五个自由度。

首先，作者针对该机器人的设计要求，对结构设计选择了一个最优方案，对关键零件设计并进行校核。

本课题是一个机械、液压紧密的实用性项目，文中对机械手机械结构的设计、液压系统的设计。

最后，总结了全文，指出了机械手的改进措施、应用前景和发展方向。

关键词：机械手；液压系统；五个自由度Many degrees of freedom manipulator designAbstractWith 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目录1 绪论 (1)1.1 选题背景及其意义 (1)1.2 国内外研究现状与发展趋势 (1)1.2.1国内的研究现状 (1)1.2.2国外研究现状 (2)1.2.3发展趋势 (3)1.3 本设计主要研究的内容 (3)1.3.1机械设计结构部分 (3)1.3.2机械手驱动方式 (4)2 机械手的总体设计 ..............................................................错误!未定义书签。

2.1 机械手的组成...................................................................错误!未定义书签。

2.2 机械手的设计 (5)2.2.1 设计要求 (5)2.2.2 总体设计任务 (5)2.2.3 总体方案拟定.........................................................错误!未定义书签。

3 机械手结构件设计 (9)3.1 末端操作器的设计 (9)3.2 手腕的设计 (9)3.3 手臂的设计 (9)3.4 机身和机座的设计 (10)4 机械手各部件的载荷计算 (12)4.1 设计要求分析 (12)4.2 手指夹紧机构的设计 (12)4.3 手臂伸缩机构载荷的计算 (13)4.4 手臂俯仰机构载荷的计算...............................................错误!未定义书签。

4.5 机身摆动机构载荷力矩的计算.......................................错误!未定义书签。

4.6 初选系统工作压力...........................................................错误!未定义书签。

5 机械手各部件结构尺寸计算及校核..............................错误!未定义书签。

5.1 手腕油缸尺寸的设计校核...............................................错误!未定义书签。

5.2 手臂伸缩机构结构尺寸的设计校核 (20)5.3 手臂俯仰机构结构尺寸的设计校核 (20)5.4 机身摆动机构的设计校核 (20)5.5 强度校核 (20)5.6 弯曲稳定性校核 (21)6 液压系统的设计 (23)6.1 基本回路的选择 (23)6.2 液压元件的选择与校核 (23)6.2.1 液压泵的选择 (23)6.2.2 液压泵所需电机功率的确定 (25)6.2.3 液压阀的选择 (25)6.2.4 液压辅助元件的选择原则 (26)6.2.5 油箱容量的确定.....................................................错误!未定义书签。

6.2.6 液压原理图.............................................................错误!未定义书签。

7 结论 (30)参考文献 (31)致谢 (32)毕业（论文）独创性声明 (33)毕业（论文）知识产权申明 (34)1 绪论1 绪论1.1选题背景及其意义随着工业自动化程度的提高，工业现场的很多易燃、易爆等高危及重体力劳动场合必将由机器人所代替。

这一方面可以减轻工人的劳动强度，另一方面可以大大提高劳动生产率。

通过本课题，让学生在毕业设计过程中综合大学所学基础课程及专业课程，培养学生综合应用所学知识和技能去分析和解决一般工程技术问题的能力；进一步培养学生分析问题、创造性地解决实际问题的能力。

本课题中多自由度机械手系统主要采用液压驱动。

1.2国内外研究现状与发展趋势1.2.1国内的研究现状工业机械手最早应用在汽车制造工业，常用于焊接、喷漆、上下料和搬运。

工业机械手延伸和扩大了人的手足和大脑功能，它可替代人从事危险、有害、有毒、低温和高温等恶劣环境中工作，代替人完成繁重、单调重复劳动，提高劳动生产率，保证产品质量。

目前主要应用与制造业中，特别是电器制造、汽车制造、塑料加工、通用机械制造及金属加工等工业。

工业机械手与数控加工中心，自动搬运小车与自动检测系统可组成柔性制造系统和计算机集成制造系统，实现生产自动化。

随着生产的发展，功能和性能的不断改善和提高，机械手的应用领域日益扩大。

我国工业机械手的研究与开发始于20世纪70年代。

1972年我国第一台机械手开发于上海，随之全国各省都开始研制和应用机械手。

从第七个五年计划（1986-1990）开始，我国政府将工业机器人的发展列入其中，并且为此项目投入大量的资金，研究开发并且制造了一系列的工业机器人，有由北京机械自动化研究所设计制造的喷涂机器人，广州机床研究所和北京机床研究所合作设计制造的点焊机器人，大连机床研究所设计制造的氩弧焊机器人，沈阳工业大学设计制造的装卸载机器人等。

这些机器人的控制器，都是由中国科学院沈阳自动化研究所和北京科技大学机器人研究所开发的，同时一系列的机器人关键部件也被开发出来，如机器人专用轴承，减震齿轮，直流伺服电机，编码器等。

我国的工业机械手发展主要是逐步扩大其应用范围。

在应用专业机械手的同时，相应的发展通用机械手，研制出示教式机械手、计算机控制机械手和组合式机械手等。

所以，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，在应用专业机械手的同时，相应的发展通用机械手，有条件的要研制示教式机械手、计算机控制机械手和组合机械手等。

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。

可以将机械手各运动构件，如伸缩、摆动、升降、横移、俯仰等机构，设计成典型的通用机构，以便根据不同的作业要求，选用不用的典型机构，组装成各种用途的机械手，即便于设计制造，又便于跟换工件，扩大了应用范围。

目前国内机械手主要用于机床加工、锻造。

热处理等方面，数量、品种、性能方面都不能满足工业生产发展的需要。

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。

1.2.2国外研究现状国外机械手在机械制造行业中应用较多，发展也很快。

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。

国外机械手的今后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。

如发生少许偏差时候，即能更正并自行检测，重点是研究视觉功能和触觉功能。

目前已经取得一定的成绩。

1962年，美国又试制成一台数控示教再现型机械手。

运动系统仿造坦克炮塔，臂可以回转、俯仰、伸缩，用液压驱动；控制系统用磁鼓做储存装置。

不少球面坐标式机械手就是在这个基础上发展起来的；同年该公司和普曼公司合并成为万能制动公司，专门生产工业机械手。

1962年美国机械铸造公司也实验成功一种叫Versatran机械手，原意是灵活搬运，可做点位和轨迹控制：该机械手的中央立柱可以回转、升降、伸缩，采用液压驱动，控制系统也是示教再现型。