多自由度关节式机械手的结构设计
五自由度机械手毕业设计
五自由度机械手毕业设计简介毕业设计项目是基于五自由度机械手的设计与调试。
机械手作为一种重要的自动化设备，被广泛应用于各种工业场景中。
本项目旨在设计和实现一个五自由度机械手，以达到特定的工作任务，并对其进行调试和性能优化。
设计目标本项目的设计目标如下：1.组装一台五自由度机械手，包括底座、前臂、手臂和手爪等组成部分。
2.实现机械手的运动控制和精确定位，以可靠地完成给定的任务。
3.进行机械手的调试和性能优化，以提高其准确性和灵活性。
设计流程步骤一：机械手构建首先，需要根据机械手的设计要求，选择合适的机械结构和零件。
设计一个稳定的底座来支持机械手的运动。
然后，设计前臂和手臂以实现机械手的五自由度运动。
最后，设计一个手爪用于抓取目标物体。
步骤二：运动控制系统设计一个运动控制系统，用于实现机械手的精确定位和运动控制。
可以使用传感器来获取机械手当前的位置和姿态信息，并使用控制算法来计算和控制机械手的运动。
可以选择合适的传感器和控制器来实现这个功能。
步骤三：系统调试完成机械手的组装和运动控制系统的搭建之后，需要进行系统的调试和测试。
在调试过程中，可以逐步验证机械手的各个自由度的运动是否准确，并优化运动控制系统的参数以提高机械手的运动准确性和稳定性。
步骤四：任务实现完成机械手的调试之后，可以设计和实现一系列的任务来验证机械手的性能和应用能力。
可以设计一些基础任务，如抓取、放置和搬运物体等。
还可以设计更复杂的任务，如拧螺丝、组装零件等，以验证机械手在复杂环境中的运动控制和应用能力。
预期成果通过完成本毕业设计项目，预期实现以下成果：1.完整的五自由度机械手，包括底座、前臂、手臂和手爪等组成部分。
2.可靠的运动控制系统，能够实现机械手的精确定位和运动控制。
3.调试和优化完毕的机械手，具有较高的运动准确性和稳定性。
4.完成的任务实现，验证机械手的性能和应用能力。
时间计划本项目的时间计划如下：•第一周：项目立项和需求分析•第二周：机械结构设计和零件采购•第三周：机械手组装和基本运动控制实现•第四周：运动控制系统调试和优化•第五周：任务实现和性能测试•第六周：项目总结和报告编写结论通过本毕业设计项目，将能够全面了解五自由度机械手的设计和调试过程，掌握机械手的运动控制原理和实现方法，并对机械手的性能和应用能力进行验证和提升。
(完整版)具有五个自由度的机械手设计毕业论文设计
具有五个自由度的机械手设计摘要随着工业自动化发展的需要，机械手在工业应用中越来越重要。
文章主要叙述了机械手的设计计算过程。
首先，本文介绍机械手的作用，机械手的组成和分类，说明了自由度和机械手整体座标的形式。
同时，本文给出了这台机械手的主要性能规格参量。
机械手采用液压传动，使传动系统简单可靠；选用可编程控制器对机械手的动作进行控制，使控制程序简单，系统维护方便。
设计过程中，对机械手和液压缸部分做了详细的设计计算。
同时，对机械手的通用性主要是采用可更换式手部结构来实现，通过更换手部，可使机械手抓取外圆零件和内圆零件，从而实现了系统的多功能化。
机械手总体结构能够实现手臂的水平伸缩、垂直升降、旋转和抓取等功能，这些动作都是可编程控制器控制，用液压缸驱动机械手来完成的。
文章中介绍了搬运机械手的设计理论与方法。
全面详尽的讨论了搬运机械手的手部、腕部、手臂以及机身等主要部件的结构设计。
最后使用软件对机械手PLC控制仿真。
关键词：机械手；液压传动；液压缸；PLC仿真；AbstractThe applying of the manipulators are more and more important in the industry, with the development of industrial automation. The paper mainly narrated the design and calculation of light and transfer manipulator.The first，The paper introduces the function,composing and classification of the manipulator,tells out the free-degree and the form of coordinate.At the same time,the paper gives out the primary specification parameter of this manipulator. Manipulator use system can be simple and reliable. The manipulator and in this paper. The movements of mechanical be convenient. And the universal ability of manipulator is based on the interchangeability of the grasp cylindrical parts and inner parts through the replacement of and captures the semifinished materials. All those movements are controlled by programmable controller and realized by industry manipulator's design theory and method. The comprehensive exhaustive discussion ,which the major structural design computation. Finally uses the software to carry out the PLC control simulation for manipulator's ；Hydraulic cylinder；Programmable logic Controller simulation;目录1 绪论 (1)1.1前言 (1)1.2 工业机械手的简史 (1)1.3工业机械手在生产中的应用 (3)1.4 机械手的组成 (4)1.5工业机械手的发展趋势 (5)2 机械手的总体设计方案 (7)2.1 机械手基本形式的选择 (7)2.2机械手的主要部件及运动 (7)2.3驱动机构的选择 (8)2.4 机械手的技术参数列表 (8)3 机械手手部的设计计算 (9)3.1 手部设计基本要求 (9)3.2 典型的手部结构 (9)3.3机械手手抓的设计计算 (9)3.4 机械手手抓夹持精度的分析计算 (13)3.5弹簧的设计计算 (14)4 腕部的设计计算 (17)4.1 腕部设计的基本要求 (17)4.2 腕部的结构以及选择 (17)4.3 腕部的设计计算 (18)5 臂部的设计及有关计算 (23)5.1 臂部设计的基本要求 (23)5.2 手臂的典型机构以及结构的选择 (24)5.3 手臂直线运动的驱动力计算 (24)5.4 液压缸工作压力和结构的确定 (27)6 机身的设计计算 (29)6.1 机身的整体设计 (29)6.2 机身回转机构的设计计算 (30)6.3 机身升降机构的计算 (34)6.4 轴承的选择分析 (37)7 液压驱动系统设计 (38)7.1液压驱动的特点 (38)7.2液压系统设计 (39)8 PLC控制系统设计 (40)8.1 PLC的特点 (40)8.2 PLC的选择及IO分配 (40)8.3 PLC程序设计及仿真 (42)结论 (50)致谢 (51)参考文献 (52)附录 (53)1.绪论1.1前言用于再现人手的的功能的技术装置称为机械手。
多关节型搬运机械手结构设计
作 者简 介 ： 贺东坤 （ １ ９ ８ ７ 一 ） ， 男， 内蒙古呼伦贝尔人 ， 助理工程师 ， 硕士 ， 主要从事精密测控技术与仪器方面研究 。
第 ６期
贺东坤 ： 多关节 型搬 运机 械手结构设计
６ ５ ５
深沟 球轴 承 。考 虑到 炮 弹的重 量较 大 ， 在加 大 载重 能力 的 同时应保 证 各机 构稳 固连 接 ， 所 以本 文 没有设 置腕
手 的工作 目的和工作 环境 以及 炮 弹的外 形 、 尺寸 、 质 量等 参 数后 ， 设计 该 机 械手 由四个 旋转 关 节 和 两个 移 动 关节 构成 ， 一 共六个 自由度 ， 运 动形 式为 多关节 式 ， 总体 结构 如 图 １所示 。该 机 械手 的原 动件 采 用 电机 和 液
１ 机械 手总体 结构设计
１ ． １ 总体 设计 方案
该机 械手 用于 给弹药 几何 特征 量检测 系统 的测 量工 位持 续 地放 置 弹药 ， 它 把地 面 上水 平 放 置 的炮 弹竖
直平稳地放置在测量工位上 ， 检测结束后还要能将炮弹归箱装车， 动作路径较为复杂 、 用于大批量作业 、 动作 重复 性 大 。其 中炮 弹 的形 状 、 位置 、 状态 比较单 一 ， 但 是 不 同型 号炮 弹 的各参 数 差 距较 大 。本 文 明确 了机 械
６ ０ ０ｍｍ。
图 ２ 机械 手传 动 简 图
１ ． 机身旋转 ４ ． 小臂伸缩 ２ ． 大臂摆动 ５ ． 腕部 回转 ３ ． 小臂摆动 ６ ． 手部开合
（ ４ ） 小臂伸缩 ： 按照整体设计方案 的需要 ， 设计小臂可做伸缩运动 ， 该动作 由液压缸实现 ， 伸缩行程为 （ ５ ） 腕部回转 ： 按测量设备工作的要求 ， 炮弹必须竖直地放置在 目标工位 ， 因此腕部设有 回转关节 ， 它在
五自由度焊接机械手毕业设计
1 绪论1.1 前言随着科技的不断发展，尤其是进入了信息化时代的二十一世纪，传统的机械基础行业无法应对当今瞬息万变的各种问题和困难，因此紧跟不断创新、不断进步的时代潮流已成为当今世界的主题。
于机械这个要追求高效率，低成本，安全，自动化的行业更是需要创新精神。
机械手作为机械行业主要的一成员也应如此。
机械手的应用越来越广泛，已经向医疗、生活、娱乐扩展，还可以用在一些对人体不利的场合[1]。
机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动，不知疲倦，不怕危险，抓举重物的力量远远大于人手的特点，因此，机械手已经收到许多部门的重视，并越来越广泛地得到应用。
所以，对机械手的要求越来越高，需求量也越来越大。
机械手的设计和控制是近年来国内外非常活跃的研究课题。
它的设计可以分为假肢用机械手和工业用机械手的设计。
前者的作用是替代肢体伤残者的残损部分，除了要考虑机能问题外，还要考虑其仿生性，即其形状和人类肢体形状的相似性。
而后者的作用在于替代工业生产中作业人员，着重于机能的设计[2]。
而在全世界在役的工业机械手中，大约有一半是用于各种形式的焊接加工领域。
焊接机械手具有焊接稳定，改善工人劳动条件，提高劳动生产率等特点，广泛应用于汽车、通用机械、工程机械、兵器工业和金属结构等行业。
截止2005年，全世界在役工业机械手约为91.4万台，目前我国应用的焊接机械手90%以上是从世界各知名机械手厂家生产的，主要应用在汽车制造业。
预计未来几年，国内企业对于焊机机械手的需求量将以30%以上的速度增长[3]。
1.2国内外机械手的研究现状目前，我国正在有组织、有计划地开展机械手、尤其是工业机械手的研究。
现在，我国从事机械手研发的单位有200多加，专业从事机械手产业开发的企业有50家以上。
“九五”期间，国家“863”高技术计划已将多家企业立为机械手产业化基地。
此外，一些科研院所和大学也均在进行机械手技术及应用项目方面的研发工作。
单片机控制三自由度圆柱坐标机械手设计
单片机控制三自由度圆柱坐标机械手设计一、引言随着科学技术的不断发展，机械手在工业生产、科研等领域扮演着越来越重要的角色。
机械手的设计是其中的关键环节之一，而单片机是机械手控制的核心部分之一、本文将介绍一种基于单片机控制的三自由度圆柱坐标机械手的设计。
二、机械手的结构设计该机械手的结构主要由三个旋转关节组成，分别对应三个自由度。
每个旋转关节由步进电机驱动，通过直线传动装置实现转动，并带有相应的位置反馈传感器。
三、单片机的选取单片机是机械手控制的核心部分，控制机械手的动作和位置。
单片机的选择需要考虑其计算性能、接口资源等方面的要求。
本设计选择了STM32系列的单片机，具有大容量的存储器和强大的计算能力，同时提供多种通信接口和模拟/数字接口，满足了机械手控制的需求。
四、电路设计电路设计包括电源电路、电机驱动电路和控制电路三个模块。
电源电路为电机驱动和单片机提供稳定的电源。
电机驱动电路采用步进电机驱动芯片，通过信号电平控制电机的转动。
控制电路主要由单片机和传感器组成，负责接收传感器的反馈信号，并控制电机的转动。
五、软件设计在单片机软件设计方面，本设计采用C语言进行编程。
通过编写相应的程序，实现机械手的运动控制，包括正向运动、逆向运动和位置控制等功能。
同时，还可以为机械手增加一些智能化的功能，如碰撞检测、路径规划等。
六、实验与结果将设计好的电路板焊接好后，进行实验测试。
通过对机械手的不同输入信号进行测试，观察机械手的运动情况，并对其进行调试。
最终，可以实现通过单片机控制的三自由度圆柱坐标机械手的正常运行。
七、总结本文设计了一种基于单片机控制的三自由度圆柱坐标机械手。
通过对机械手的结构和电路进行设计，选取合适的单片机和编写相应的控制程序，实现了机械手的运动控制。
该设计具有较高的可靠性和灵活性，可以广泛应用于工业生产和科研等领域。
五自由度机械手结构设计-
本科生毕业设计题目：五自由度机械手结构设计院（系）：机械工程学院班级：机电08-3*名：***学号：5指导教师：***教师职称：讲师摘要本课题设计的多功能机械手为通用机械手，主要由手爪、手腕、手臂、腰部、机座等组成。
本机械手机身采用机座式，自动线围绕机座布置。
具有腰部旋转、大臂仰俯、中臂仰俯、小臂仰俯和腕部旋转5个自由度。
本次设计的机械手能对不同物体完成多种动作。
工业机械手可以代替人手的繁重劳动，显著减轻工人的劳动强度，提高劳动生产率和自动化水平。
工业生产中经常出现的笨重工件的搬运和长期频繁，单调的操作。
如果没有机械手,那么工人的劳动强度是很高的，有时候还要用行车员工件，生产速度大大延缓，这种情况采用机械手是很有效的。
此外，它能在高温、低温、深水、宇宙、反射性和其他有毒、有污染环境条件上进行操作。
更显其优越性，有着广阔的发展前途。
关键词：机械手；关节型；五自由度AbstractThe design of multifunctional mechanical hand for universal mechanical hand, mainly by the gripper, wrist, arm, fuselage, and base composition, with feeding, reversal and transposition of a variety of functions, and according to the automatic line with the unified production cycle time and production program completed more action. The mobile phone body adopts the base type, automatic line around the base layout. With the rotation of the waist, arm pitching, pitching arm, wrist rotation and flexion-extension and 5 degrees of freedom. Industrial robots can replace the hands of heavy labor, significantly reduce labor intensity, and improve labor productivity and automation level. Industrial production often appears in the heavy work frequently, handling and long-term operation, if not drab robots that labor intensity is high, sometimes even with employees, driving speed greatly retard, this kind of circumstance using manipulator is very effective. In addition, it can be in high temperature, low temperature, water, the universe, reflective and other toxic, environmental pollution condition on the operation. More show its superiority, has broad prospects.Keywords: mechanical hand；Five degrees of freedom ；Joint type目录摘要 (I)Abstract (II)目录 (III)CONTENTS (V)第1章绪论................................................. - 1 - 1.1 概述.................................................. - 3 - 1.2 国内外发展及研究现状.................................. - 5 -1.2.1 国内外机械手技术的发展............................ - 5 -1.2.2 国内外机械手的应用状况............................ - 7 - 1.3 本文主要内容.......................................... - 8 - 第2章关节型机械手总体设计................................. - 9 - 2.1 基本技术参数.......................................... - 9 -2.1.1 额定负载 .......................................... - 9 -2.1.2 工作范围 ......................................... - 10 - 2.2 机械结构类型的选择................................... - 10 -2.2.1 操作机的驱动系统设计............................. - 12 -2.2.2 确定关节型机械手手臂的配置形式................... - 13 - 2.3 关节型机械手本体结构设计............................. - 14 -2.3.1 机械手本体结构的传动设计......................... - 14 -2.3.2 所设计机械手本体结构的特点....................... - 15 - 2.4 本章主要内容......................................... - 16 - 第3章关节型机械手腰部结构设计............................ - 17 - 3.1 电动机的选择......................................... - 17 - 3.2 传动系统设计......................................... - 19 - 3.3 主要零部件设计计算................................... - 20 -3.3.1 计算各轴转速、转矩和输出功率..................... - 20 -3.3.2 确定轴的具体尺寸................................. - 20 -3.3.3 Ⅱ轴齿轮传动轴校核............................... - 21 - 3.4 齿轮的设计............................................ - 25 -3.4.1 选择材料 ......................................... - 25 -3.4.2 压力角的选择..................................... - 25 -3.4.3 齿数和模数的选择................................. - 25 -3.4.4 齿宽系数 ......................................... - 26 -3.4.5 大齿轮的校核..................................... - 26 - 3.5 轴承的设计与选用...................................... - 29 -3.5.1 轴承选择的原则................................... - 29 -3.5.2 轴承的选用与配合................................. - 30 -3.5.3 轴承的校核 ....................................... - 31 - 3.6 本章主要内容......................................... - 33 - 第4章机械手大臂、中臂与小臂的设计 ....................... - 34 -4.1 大臂的设计........................................... - 34 - 4.2 中臂的设计........................................... - 35 - 4.3 小臂的设计........................................... - 37 - 4.4 腕部的设计........................................... - 38 - 4.5 减速机和谐波减速器的选择............................. - 40 - 4.6 本章主要内容......................................... - 40 - 第5章同步带的选择........................................ - 41 -5.1 同步带的选择及计算................................... - 41 -5.1.1 确定计算功率..................................... - 41 -5.1.2 选择同步带带型................................... - 41 -5.1.3 带轮材料的选择................................... - 43 - 5.2 本章主要内容......................................... - 43 - 第6章夹持式手部结构...................................... - 44 - 结论...................................................... - 46 - 致谢...................................................... - 47 - 参考文献.................................................... - 48 - 附录...................................................... - 50 -CONTENTSTake to (I)Abstract ……………………………………………………………………… ..III The first chapter Introduction ……………………………………………- 1 -1.1 overview………………………………………………………………….- 3 -1.2 domestic and foreign research and development……………………..- 5 -1.2.1 Manipulator technology development at home and abroad………..- 5 -1.2.2 Manipulator application status at home and abroad ………………- 7 -1.3 The main content of this article………………………………………..- 7 -Chapter second joint manipulator Overall design ………………………..- 7 -2.1 basic technical parameters……………………………………………….- 7 -2.1.1 Rated load……………………………………………………………….- 7 - 2.1.2 Scope of work………………………………………………………… .- 7 -2.2 mechanical structure type selection…………………………………....- 7 -2.2.1 Operating machine driving system design…………………………..- 7 -2.2.2 Determining joint manipulator arm configuration………………..- 7 -2.3 joint type robot structure design…………………………………….. - 7 -2.3.1 Mechanical hand main body structure of the transmission design.- 7 -2.3.2 Mechanical hand main body structure characteristics ……………- 7 - 2.4 the main content of this chapter……………………………………- 7 -The third chapter joint-manipulator waist structure design ………..- 7 -3.1 motor selection…………………………………………………………- 7 - 3.2 transmission system design……………………………………………- 7 - 3.3 design of the main parts………………………………………………..- 7 - 3.3.1 Calculation of the shaft speed, torque and power input ………….- 7 - 3.3.2 Determination of shaft concrete size…………………………………- 7 -3.3.3 II shaft driving gear shaft……………………………………………- 7 -3.4 gear design ………………………………………………………………- 7 - 3.4.1 Material selection……………………………………………………...- 7 - 3.4.2 Pressure angle selection………………………………………………- 7 - 3.4.3 Tooth number and modulus selection………………………………- 7 - 3.4.4 Tooth width coefficient... …………………………………………….- 7 -3.4.5 big gear check …………………………………………………………- 7 -3.5 bearing design and selection…………………………………………..- 7 -3.5.1 Bearing selection principle……………………………………………- 7 -3.5.2 Bearing selection and cooperation …………………………………- 7 -3.5.3 Bearing check…………………………………………………………- 7 -3.6 The main content of this chapter………………………………………- 7 - The fourth chapter mechanical arm in arm, hand and arm design….- 7 -4.1 arm design ………………………………………………………………- 7 -4.2 arm design ………………………………………………………………- 7 -4.3 small arm design…………………………………………………………- 7 -4.4 wrist design ………………………………………………………...……- 7 -4.5 speed reducer harmonic reducer selection………………………….…- 7 - The fifth chapter of the synchronous belt selection ………………..…- 7 -5.1 synchronous belt selection and calculation……………………………- 7 - 5.1.1 Determine the calculation of power Select………………………….- 7 - 5.1.2 Synchronous belt type…………………………………………………- 7 -5.1.3 Pulley material selection …………………………………………..…- 7 - 5.2 The main content of this chapter ………………………………………- 7 -The sixth chapter clamping type structure of hand …………………..- 7 -Conclusion ………………………………………………………………...…- 7 -Thank.……………………………………………………………………….- 7 -Reference …………………………………………………………………….- 7 -Appendix …………………………………………………………………….- 7 -第1章绪论随着我国工业生产的飞跃发展，自动化程度的迅速提高，实现工件的装卸、转向、输送等越来越需要高科技来完成。
3个自由度机械手设计
3个自由度机械手设计在机械工程领域，自由度是指机械系统能够相对于给定的参考坐标系进行自由移动的能力。
一个自由度可以定义为系统中独立运动的最小数量。
在机械手设计中，自由度是一个重要的参数，决定了机械手的灵活性和能够执行的运动任务。
以下是三个具有不同自由度的机械手设计：1.二自由度机械手二自由度机械手通常由两个旋转关节组成，分别控制机械手在水平和垂直方向上的运动。
这种机械手设计常用于需要在平面上移动和旋转物体的应用，如装配线上的零件搬运和放置。
机械手的两个关节可以通过电机和传动装置控制，使得机械手能够沿不同方向进行精确的运动。
2.三自由度机械手三自由度机械手通常由两个旋转关节和一个直线关节组成，分别控制机械手在水平、垂直和前后方向上的运动。
这种机械手设计常用于需要进行更复杂操作的应用，如工业机器人中的装配和焊接。
机械手的旋转关节可以使机械手在水平和垂直方向上进行精确的定位，直线关节可以使机械手在前后方向上进行伸缩，从而实现更加灵活的操作。
3.六自由度机械手六自由度机械手是最常见的机械手设计，通常由三个旋转关节和三个直线关节组成。
旋转关节控制机械手在水平、垂直和绕轴方向上的运动，直线关节控制机械手在前后、左右和上下方向上的运动。
这种机械手设计在许多领域中得到广泛应用，如汽车制造、医疗设备和航空航天等。
六自由度机械手的设计使得机械手能够进行复杂的运动和操作，具有较高的灵活性和精确性。
总的来说，机械手的自由度是机械手设计中的一个重要参数，决定了机械手的灵活性和能够执行的运动任务。
不同自由度的机械手适用于不同应用场景，可以根据具体需求选择合适的机械手设计。
五自由度机械手
五自由度机械手机械手是一种用于执行各种任务的机械装置，其构造和操作原理受到生物手臂的灵感。
今天我们将要介绍的是五自由度机械手，它是一种具有五个可自由移动的关节的机械手。
五自由度的定义在机械手中，自由度是指机械手关节的个数，即机械手可以自由移动的方向数目。
在五自由度机械手中，有五个关节，所以机械手可以在五个方向上自由移动。
每个关节都有自己的自由度，它们可以单独或协同工作，以实现机械手的各种操作。
五自由度机械手的结构五自由度机械手由五个关节组成，每个关节都有自己的特定功能。
这些关节通常由电机、减速器、编码器等组成，以实现精确的运动控制。
下面是五自由度机械手的各个关节的功能：1.第一关节是基座关节，它将机械手连接到固定的平台上。
它允许机械手在水平方向上旋转。
2.第二关节是肩关节，它连接基座和臂部。
它使机械手能够在垂直方向上抬起和放下。
3.第三关节是肘关节，它连接臂部和前臂。
它使机械手能够在水平方向上弯曲。
4.第四关节是前臂旋转关节，它连接前臂和手腕。
它使机械手能够在水平方向上旋转。
5.第五关节是手腕关节，它连接手腕和手部。
它使机械手能够在垂直方向上旋转。
五自由度机械手的应用五自由度机械手在工业自动化中有广泛的应用。
它们可以执行各种任务，包括搬运、装配、焊接、打磨等。
以下是一些五自由度机械手的典型应用场景：1.组装线上的机械手：机械手可以在组装线上自动完成产品的组装任务。
它们可以根据预定的程序，将零件从一个位置移动到另一个位置，并按照正确的顺序进行组装。
2.仓储和物流：机械手可以在仓库和物流中心中自动搬运货物。
它们可以根据指令从货架上取下货物并将其放入适当的位置。
3.制造业中的焊接和涂装：机械手可以用于自动焊接和涂装。
它们可以精确地控制焊接枪或涂料喷枪的位置和动作，以确保高质量的焊接和涂装作业。
4.精密装配：机械手在精密装配中起着重要作用。
它们可以准确地定位零件，并将它们组装到指定的位置。
五自由度机械手的优势五自由度机械手具有以下优势：1.灵活性：由于五自由度机械手可以在五个方向上自由移动，因此它们可以在不同的工作环境中执行各种任务。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
目录1前言 (1)1.1 设计题目的背景及目的 (1)1.2 概述 (1)1.3. 机械手发展简史 (2)1.5 机械手应用概况 (3)1.6 发展趋势 (4)2 工业机械手设计概述 (5)2.1机械手设计目的及意义 (5)2.2 本次机械手的设计内容 (5)3 设计要求及方案论证 (6)4总体设计及分析 (8)4.1 系统原理介绍 (8)4.2 系统结构论述 (9)4.2.1机械手结构设计的特点 (10)5机械手各部分设计及计算 (10)5.1驱动系统的选择 (10)5.2 机械手基座部分设计 (12)5.2.1机械手基座结构的设计原则 (12)5.2.2 基座部分的设计计算 (13)5.2.3计算传动装置的运动和动力参数 (16)5.2.4主要传动尺寸的确定 (16)5.3 机械手手臂部分设计及计算 (23)5.3.1机械手手臂结构设计的原则： (23)5.3.2机械手手腕部分设计及其计算 (32)6 直接示教轻动化设计 (36)7 总结 (37)参考文献 (38)谢辞 (39)1前言1.1 设计题目的背景及目的机器人是近30年来发展起来的一种高科技自动化生产设备。
机械手是机器人的一个重要分支。
它的特点是可通过变成完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其是体现了人的智能和适应性，机器作业的准确性和在各种环境完成作业的能力。
本设计完成了多自由度关节式机械手的运动方案设计和驱动方式选择，并对机座，手臂及末端执行器等机械装置进行了结构设计。
本次设计的内容是多自由度关节式机械手的结构设计，属于工业机械手机械部分设计，本次设计的机械手属于专业机械手，主要附属于某一主机，如自动机床或生产线上，用以解决机床的上下料及工件的传输等任务，动作比较单一，只能完成某些特定的任务。
1.2 概述机器人是一种人类很早就梦想制造的、具有仿生性且处处听命于人的自动化机器，它可以帮助人类完成很多危险、繁重、重复的体力劳动或者进入各种服务领域。
经历数十年的发展变化，机器人技术不断进步与创新，所到之处使整个制造业乃至全社会都发生了和正在发生着翻天覆地的变化。
机器人是最具代表性的现代多种高新技术的综合体，它可以从某个角度折射出一个国家的科技水平和综合国力。
21世纪是一个更为广泛、更加深入地开发和应用机器人技术的新时代，伴随着现代技术的阶跃式更新以及计算机与光、机电一体化等高新技术日新月异的突飞猛进，各种类型机器人的研究越来越向着更高的水平、更新的领域拓展，现在与未来的机器人将不仅具有更似人类的外形和基本动作，也将具有相应程度的触觉、视觉与思维能力，从而开始最终实现全面模拟或复制人类自身的里程。
工业机械手是机器人的一个分支，是近代自动控制领域中出现的一项新技术，是并已成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分。
这种新技术发展很快，目前已经进入了高速发展阶段，现在已经形成一门新兴的、多学科、宽领域相结合的学科——机械手工程。
机械手的迅速发展是由于它的积极作用正日益为人们所认识。
其一，它能迅速地代替人完成某些操作；其二，它能按照生产工艺的要求，遵循一定的程序、时间和位置要求来完成工件的传送和装卸；其三，它能操作某些必要的机具进行焊接和装配，从而大大改善工人的劳动条件，显著地提高劳动生产率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐，因而受到各先进国家的重视，都投入大量的人力和物力去研究和开发。
在高温、高压、粉尘浓度高、严重噪音以及带有放射性和化学污染的场合应用的尤为广泛。
在我国，近几年也有较快的发展，并取得了一定的成效，受到机械工业和铁路工业部门的重视。
机械手一般分为三类。
第一类：不需要人工操作的通用机械手，它是一种独立的不附属于任一主机的装置，它可以根据任务的需要编制程序，以完成各项规定操作，它的特点是除具有普通机械手的物理性能外，还具有通用机械智能的三元机械。
第二类：需要人工操作的，称之为操作机。
它起源于原子、军事业，先是通过操作机来完成特定的任务，后来发展到利用无线电讯号操作机械手来进行探测月球、海洋矿藏等方面。
工业中广泛使用的锻造操作机也属于这一范畴。
第三类：专业机械手，主要附属于某一主机，如自动机床或生产线上，用以解决机床的上下了及工件的传输等任务，这种机械手在国外称为“Mechanical Hand”。
它是为主机服务的，由主机驱动，除少数外，工作程序是固定不变的，即在制造过程中已固化上去的程序，一般不会作变动，因此其动作也十分单一，只能用来完成某些特定的任务。
在国外，目前主要是研究第一类通用机械手，国外统称为工业机器人（Industrial Robot）。
1.3. 机械手发展简史机械手首先是从美国开始研制的。
1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手。
它的结构是：在机体上安装一回转大臂，端部装有电磁铁的工件抓放机构，控制系统是示教型的。
1962年，美国联合控制公司又试制成一台数控示教再现机械手，商名为Unimate。
运用系统仿造坦克炮塔，臂可以回转、俯仰、伸缩，用液压驱动；控制部分用磁鼓作存贮装置。
不少球坐标式通用机械手就是在这个基础上发展起来的。
同年，该公司和普鲁曼公司合并成立万能自动公司(Unimation)，专门生产工业用的机械手。
1962年，美国机械铸造公司也试验成功一种机械手，该机械手的中央立柱可以回转，臂可以回转、升降、伸缩，采用液压驱动，控制系统也是示教再现型。
虽该类机械手生产在六十年代初，但都是国外工业机械手发展的基础。
美国还十分注意提高机械手的可靠性，改进结构，降低成本。
如Unimate公司建立了8种机械手实验台，进行各种性能的试验，准备把故障前平均时间由400小时提高到1500小时，精度可提高到±0.1mm。
德国机械制造业是从1970年开始应用的机械手。
主要用于起重运输、焊接和设备的上下料等作业。
瑞典、瑞士、日本等国也先后开始发展机械手的研究。
特别是日本，工业机械手发展得很快，苏联从本世纪六十年代开始发展应用机械手，至1997年底，其中有一半是国产，一半是进口，主要是用于机械化、自动化程度较低、繁重单调、有害于健康的辅助工作，前苏联的机械手多数为第一代，少数为第二代。
1980年底约有3000台工业机械手与ESER计算机配套使用。
总之，目前工业机械手大部分还属于第一代，主要依靠人工控制。
控制方式则为开环式，设有识别能力。
改进的方向主要是降低成本和提高精度。
第二代机械手正在加紧研制，并以初见成效，已经成功应用到多个领域。
它设有微型电子计算机控制系统，具有视觉、触觉能力，甚至听、想的能力。
研究安装各种传感器，把感觉到的信息反馈，使机械手具有感觉能力。
第三代机械手则能独立地完成工作过程中的任务。
它与电子计算机和电视设备保持联系，并逐步发展成为柔性制造系统FMS（Flexible Manufacturing system）和柔性制造单元FMC(Flexible Manufacturing Cell)中重要的一环。
1.4 机械手的分类机械手一般分为三类：第一类是不需要人工操作的通用机械手。
它是一种独立的不附属于某一主机的装置。
它可以根据任务的需要编制程序，以完成各项规定的操作。
它的特点是具备普通机械性能外，还具备通用机械、记忆智能的三元机械。
第二类是需要人工操作的，称为操作机。
它起源于原子、军事工业，先是通过操作机来完成特定的工作，后来发展到用无线电讯号操作机来进行探测月球等。
工业中采用的锻造操作机也属于这一范畴。
第三类是用专用机械手，主要附属于自动机床或自动线上，用以解决机床上下料和工件送。
这种机械手在国外称为“Mechanical Hand”，它是为主机服务的，由主机驱动；除少数以外，工作程序一般是固定的，因此是专用的。
在国外目前主要是搞第一类通用机械手，国外称为机器人。
本设计所做的机械手是属于第三类机械手。
1.5 机械手应用概况在现代工业中，生产过程的机械化、自动化已成为突出的主题，化工等连续性生产过程的自动化已经基本得到解决。
但在机械工业中，加工、装配等生产是不连续的，专用机床是大批量生产自动化的有效办法；程控机床、数控机床、加工中心等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。
但除切削加工本身外，还有大量的装卸、搬运、装配等作业，有待于进一步实现机械化。
机械手的发展历史是相当长的，19世纪40年代出现的原子能用机械手就是其历史的开端。
后来随着自动化与电子技术的发展，到目前正是工业机械人发展的全盛时期。
在日本，无论是机械人的生产量还是使用量都是世界第一位的。
据统计，1984年日本生产各种机器人42000台，目前在各种生产线上使用的有164000台；我国近几年各科研机关及高等院校也开始了各种用途机器人的研制工作。
北京工业自动化研究所研制的液压驱动关节式喷漆机器人，浙江大学研制的6自由度关节式液压伺服机械手，哈尔滨工业大学研制的华宇-Ⅱ型弧焊机器人和东方-Ⅰ型喷漆机器人等都通过了技术鉴定。
此外各有关单位已建立了机器人专门研究队伍，正在从事各种用途机器人的研究。
这说明我国已经揭开了机器人研究的序幕，在“七五”计划中，我国的机器人研制工作将有更大的发展。
国内机械工业、铁路工业中首先在单机、专机上采用机械手上下料，减轻工人劳动强度。
同时，采用机械手进行装配更是目前研制的重点，国外已研究采用摄像机和力传感装置和微型计算机联接在一起，能确定零件的方位，达到镶装的目的。
目前工业机械手主要用于机床加工、铸锻、热处理等方面，无论数量、品种和性能方面还不能满足工业生产发展的需要。
在国外机械制造也中，工业机械手应用较多，发展较快。
目前主要应用于机床、模锻压力机的上下料，以及点焊、喷漆等作业，它可按照事先制定的作业程序完成规定的操作，大力研制具有某种智能的机械手。
使它拥有一定的传感功能，能反馈外界条件的变化，作相应的变更。
采用机械手装配是目前研制的重点，国外已研究采用摄相机和力的传感器装置及微型计算机联接在一起，能确定零件的方位，达到装配的目的。
在发达国家及国内，机器人已广泛地应用于工业、国防、科技、生活等各个领域、工业部门应用最多的当推汽车工业和电子工业，在机械制造行业也有普遍的应用，并逐渐向纤维加工、食品工业、家用产品制造业等行业发展。
目前国外机械制造业中，工业机械手主要用于机床、模锻压力机的上下料，以及点焊、弧焊、喷漆等作业。
国外航空航天工业中机械手应用得也十分广泛，如铆接装配作业就大量使用了铆接机械手，此外如电气插头的装配、发动机风扇外壳和高压涡轮的焊接、飞机座舱盖和风挡钻孔作业、飞机机身和垂直尾翼钻孔等都采用了机械手。
现代世界各国的汽车工业皆已大量使用焊接机器人进行生产，焊接自动化率高，对稳定产品质量和加快生产进度有极大帮助。