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廣西科技大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 課題名稱 工業(yè)機(jī)器人夾持器的設(shè)計 系 別 職業(yè)技術(shù)教育學(xué)院 專 業(yè) 機(jī)械工程及自動化 班 級 機(jī)自 班 學(xué) 號 姓 名 指導(dǎo)教師 2016年3月1日 作者簽名： 導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日 摘 要 本次的設(shè)計來源于工業(yè)機(jī)器人夾持器機(jī)構(gòu)更新?lián)Q代基礎(chǔ)之上，通過設(shè)計出工業(yè)機(jī)器人夾持器，從而來滿足當(dāng)今工業(yè)機(jī)器人組成機(jī)構(gòu)之一的夾持器各方面性能不足的缺陷。本畢業(yè)設(shè)計課題來自于企業(yè)的生產(chǎn)實際，通過設(shè)計出新型工業(yè)機(jī)器人夾持器，從而來掌握工業(yè)機(jī)器人夾持器的整個設(shè)計生產(chǎn)流程，培養(yǎng)工程意識。 我國生產(chǎn)的工業(yè)機(jī)器人夾持器從仿制開始起步，近期產(chǎn)品的質(zhì)量較早期有所提高。但受國產(chǎn)配套件質(zhì)量及設(shè)計水平等的影響，我國目前生產(chǎn)的工業(yè)機(jī)器人夾持器的總體水平與進(jìn)口產(chǎn)品及港口用戶的要求仍有較大差距，工業(yè)機(jī)器人夾持器的生產(chǎn)也是如此，為滿足市場需求，開發(fā)出一種新型的工業(yè)機(jī)器人夾持器勢在必行！ 本文通過運(yùn)用大學(xué)所學(xué)的知識，提出了工業(yè)機(jī)器人夾持器的結(jié)構(gòu)組成、工作原理以及主要零部件的設(shè)計中所必須的理論計算和相關(guān)強(qiáng)度校驗，構(gòu)建了工業(yè)機(jī)器人夾持器總的指導(dǎo)思想，從而得出了該工業(yè)機(jī)器人夾持器的優(yōu)點是高效，經(jīng)濟(jì)，并且安全系數(shù)高，對提高工業(yè)機(jī)器人的工作效率，減少人工投入，增強(qiáng)夾持質(zhì)量等等起到了很大的作用的結(jié)論。 關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)器人夾持器；高效；人工投入；結(jié)論 Abstract This paper mainly introduces the current situation and development prospect of automotive beauty decoration industry, car beauty industry is experiencinga hitherto unknown development opportunity, there are good prospects for development. But due to the current situation of enterprise development disorder, not standardized, quality of personnel is low, which seriously restrict the development of the industry. That car decoration and beauty will be the century of Chinas most promising gold industry, known as the automotive industry "second gold", is a sunshine industry.China attaches great importance to the status of the degrees not enough, and the baby chair to drive innovation design, to achieve a "chair", to improve the above situation.Therefore, this paper carries on research on schemeselection. Through the professional knowledge of the designer to master the relevant information on the Internet, as well as the current situation at home and abroad, the design scheme, after a detailed investigation, this graduation design is todesign a set of practical multifunctional baby chair.This design is begins with the argument, introduces in detail the scheme analysis, design process and calculating process. Key words：Machine manufacture;Crankshaft;Processing craft;Fixture 目 錄 1 緒論 1 1.1 課題的來源與研究的目的和意義 1 1.2 工業(yè)機(jī)器人的組成 2 1.2.1工業(yè)機(jī)器人的組成 3 1.2.2 工業(yè)機(jī)器人的分類 4 1.3 國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 5 1.4 工業(yè)機(jī)器人的成本與人工成本的比較 6 1.5 工業(yè)機(jī)器人的作用 8 2 工業(yè)機(jī)器人的設(shè)計方案 10 2.1 座標(biāo)型式與自由度的設(shè)計 12 2.2 手部結(jié)構(gòu)方案的設(shè)計 14 2.3 手腕結(jié)構(gòu)方案的設(shè)計 15 2.4 手臂結(jié)構(gòu)方案的設(shè)計 16 3 工業(yè)機(jī)器人夾持器結(jié)構(gòu)的設(shè)計 18 3.1 夾持式手部結(jié)構(gòu) 20 3.1.1手指的形狀和分類 22 3.1.2設(shè)計時考慮的幾個問題 24 3.1.3手部夾緊氣缸的設(shè)計 26 3.2 氣缸驅(qū)動力矩的計算 28 3.3 氣缸驅(qū)動力矩的計算校核 29 4 工業(yè)機(jī)器人夾持器中關(guān)鍵零部件的強(qiáng)度計算與校核 30 4.1 齒輪的強(qiáng)度計算與校核 32 4.2 軸的強(qiáng)度計算與校核 33 結(jié)論 34 致謝 35 參考文獻(xiàn) 36 廣西科技大學(xué)2012屆畢業(yè)設(shè)計說明書 1 緒 論 1.1 課題的來源與研究的目的和意義 由于機(jī)械工程的知識總量已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越個人掌握所有，一些專業(yè)知識是必不可少的。但是過度的專業(yè)知識分割，使視野狹隘，可以多多參加技術(shù)交流，和參加科研項目，縮小范圍，提升新技術(shù)的進(jìn)步和整個塊的技術(shù)，提高外部條件變化的適應(yīng)能力。封閉的專業(yè)知識的太狹隘，考慮的問題太特殊，在工作中協(xié)調(diào)困難，不利于自我提高。因此，自上世紀(jì)第二十年代末，出現(xiàn)了一體化的趨勢。人們越來越重視基礎(chǔ)理論，拓寬領(lǐng)域，對專業(yè)合并的分化。機(jī)械工程可以增加產(chǎn)量，提高勞動生產(chǎn)率，提高生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益為目標(biāo)，并研制和發(fā)展新的機(jī)械產(chǎn)品。在未來，新產(chǎn)品的開發(fā)，降低資源消耗，清潔的可再生能源，成本的控制，減少或消除環(huán)境污染作為一個超級經(jīng)濟(jì)目標(biāo)和任務(wù)。機(jī)器能完成人的手和腳，耳朵和眼睛等等器官完全不能直接完成的任務(wù)?，F(xiàn)代機(jī)械工程機(jī)械和機(jī)械設(shè)備創(chuàng)造出更多、更精美的越來越復(fù)雜，很多幻想成為過去的現(xiàn)實。人類現(xiàn)在能成為天空的上游和宇宙，潛入海洋，數(shù)十億光年的密切觀察，細(xì)胞和分子。電子計算機(jī)硬件和軟件，人類的新興科學(xué)已經(jīng)開始加強(qiáng)，并部分代替人腦科學(xué)，這是人工智能。這一新的發(fā)展已經(jīng)顯示出巨大的作用，但在未來幾年還將繼續(xù)創(chuàng)造出不可思議的奇跡。人類智慧的增長并沒有減少手的效果，而是要求越來越精致，手工制作，更復(fù)雜的工作，從而促進(jìn)手功能。又一方面實踐促進(jìn)人腦智力。在人類的進(jìn)化過程中，以及在每個人的成長過程中，大腦和手是互相促進(jìn)和平行進(jìn)化。 大腦和手之間的人工智能和機(jī)械工程的近似關(guān)系，唯一不同的是，智能硬件還需要使用機(jī)械制造。在過去，各種機(jī)械離不開人類的操作和控制，反應(yīng)速度和運(yùn)算精度的進(jìn)化是非常緩慢的大腦和神經(jīng)系統(tǒng)，人工智能將消除這種限制。相互促進(jìn)，計算機(jī)科學(xué)和機(jī)械工程進(jìn)展之間的平行，將在更高層次的新一輪發(fā)展的開始使機(jī)械工程。在第十九世紀(jì)，機(jī)械工程的知識總量仍然是有限的，大學(xué)在歐洲，它與一般的土木工程是一門綜合性的學(xué)科，稱為土木工程，下半場的第十九個世紀(jì)成為一門獨立的學(xué)科。在第二十世紀(jì)，隨著機(jī)械工程和知識增長的發(fā)展開始分解，機(jī)械工程專業(yè)，有分支機(jī)構(gòu)。在第二十世紀(jì)中期趨勢分解，在時間之前和之后的第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束時達(dá)到的峰值。由于機(jī)械工程的知識總量已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)從個人掌握所有，一些專業(yè)是必不可少的。但是過度的專業(yè)知識使分割，視野狹隘，可以查看和統(tǒng)籌大局和全球工程和技術(shù)交流，縮小范圍，新技術(shù)的進(jìn)步和整個塊的技術(shù)，外部條件變化的適應(yīng)能力差。封閉的專業(yè)知識的專家太狹，考慮的問題太特殊，在工作協(xié)調(diào)困難，不利于自我提高。因此，自上世紀(jì)第二十年代末，出現(xiàn)了一體化的趨勢。人們越來越重視基礎(chǔ)理論，拓寬領(lǐng)域，對專業(yè)合并的分化。綜合職業(yè)分化和發(fā)展知識循環(huán)過程的合成，是合理和必要的。從不同的專業(yè)和專業(yè)知識的專家，也有綜合的知識了解不夠，看看其他學(xué)科和項目作為一個整體，從而形成一種相互強(qiáng)烈的集體工作。綜合和專業(yè)水平。有機(jī)械工程全面而專業(yè)的沖突；在綜合性工程技術(shù)也有綜合和專業(yè)問題。在人類所有的知識，包括社會科學(xué)，自然科學(xué)和工程技術(shù)，有一個更高的水平，更廣泛的綜合性和專業(yè)性的問題。當(dāng)今社會，過度的專業(yè)知識分割，使視野狹隘，可以多多參加技術(shù)交流，和參加科研項目，縮小范圍，提升新技術(shù)的進(jìn)步和整個塊的技術(shù)，提高外部條件變化的適應(yīng)能力。封閉的專業(yè)知識的太狹隘，考慮的問題太特殊，在工作中協(xié)調(diào)困難，不利于自我提高。因此，自上世紀(jì)第二十年代末，出現(xiàn)了一體化的趨勢。人們越來越重視基礎(chǔ)理論，拓寬領(lǐng)域，對專業(yè)合并的分化。機(jī)械工程可以增加產(chǎn)量，提高勞動生產(chǎn)率，提高生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益為目標(biāo)，并研制和發(fā)展新的機(jī)械產(chǎn)品。在未來，新產(chǎn)品的開發(fā)，降低資源消耗，清潔的可再生能源，成本的控制，減少或消除環(huán)境污染作為一個超級經(jīng)濟(jì)目標(biāo)和任務(wù)。機(jī)器能完成人的手和腳，耳朵和眼睛等等器官完全不能直接完成的任務(wù)?，F(xiàn)代機(jī)械工程機(jī)械和機(jī)械設(shè)備創(chuàng)造出更多、更精美的越來越復(fù)雜，很多幻想成為過去的現(xiàn)實。人類現(xiàn)在能成為天空的上游和宇宙，潛入海洋，數(shù)十億光年的密切觀察，細(xì)胞和分子。電子計算機(jī)硬件和軟件，人類的新興科學(xué)已經(jīng)開始加強(qiáng)，并部分代替人腦科學(xué)，這是人工智能。這一新的發(fā)展已經(jīng)顯示出巨大的作用，但在未來幾年還將繼續(xù)創(chuàng)造出不可思議的奇跡。人類智慧的增長并沒有減少手的效果，而是要求越來越精致，手工制作，更復(fù)雜的工作，從而促進(jìn)手功能。又一方面實踐促進(jìn)人腦智力。在人類的進(jìn)化過程中，以及在每個人的成長過程中，大腦和手是互相促進(jìn)和平行進(jìn)化。 1987年，日本Subaru把裝備工業(yè)機(jī)器人夾持器的機(jī)械人投放市場，獲得成功。歐洲的Ford和Fi工業(yè)機(jī)器人夾持器也將新開發(fā)的工業(yè)機(jī)器人夾持器裝配在工業(yè)機(jī)器人上。當(dāng)前，全世界各大機(jī)械人廠商為了提高產(chǎn)品的競爭力，都大力進(jìn)行工業(yè)機(jī)器人夾持器的研發(fā)工作?，F(xiàn)在國外等著名機(jī)械人品牌中，都有配備工業(yè)機(jī)器人夾持器的銷售，全世界工業(yè)機(jī)器人夾持器的應(yīng)用越來越廣泛。有一點值得注意的是，裝備有工業(yè)機(jī)器人夾持器的機(jī)械人市場，由最初的日本，歐洲，已經(jīng)滲透到北美市場，因此工業(yè)機(jī)器人夾持器是當(dāng)今機(jī)械人比配的裝置已經(jīng)成為主要趨勢。目前工業(yè)機(jī)器人在各個領(lǐng)域的應(yīng)用情況如下圖1-1所示： 圖1-1 工業(yè)機(jī)器人的具體分布 1.2 工業(yè)機(jī)器人的組成 1.2.1 工業(yè)機(jī)器人的組成 工業(yè)機(jī)器人主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及位置檢測裝置等所組成。各系統(tǒng)相互之間的關(guān)系如方框圖、具體結(jié)構(gòu)圖分別如下圖2-1、2-2所示。 圖2-1 工業(yè)機(jī)器人組成方框圖 圖2-2 具體結(jié)構(gòu)圖 (一)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的還增設(shè)行走機(jī)構(gòu)。 1、手部 手部是與物件接觸的部件，根據(jù)與物件的接觸形式，可以分為夾持式和吸附式兩種。夾持式的手部由手指和傳力機(jī)構(gòu)兩部分組成。而手指是直接接觸物件的，它的運(yùn)動形式有平移型和回轉(zhuǎn)型?；剞D(zhuǎn)型手指因其結(jié)構(gòu)簡單，制作容易，進(jìn)而得到的廣泛的應(yīng)用。傳力機(jī)構(gòu)的形式分為：連桿杠桿式、滑槽杠桿式、齒輪齒條式、斜面杠桿式、重力式和絲杠螺母彈簧式等。這是工業(yè)機(jī)器人夾持器的核心部件之一，手部結(jié)構(gòu)設(shè)計的好與壞與工業(yè)機(jī)器人夾持器的功用性能的好壞有直接的關(guān)系。 2、手腕 起到連接手部和手臂部分的組件就是手腕，可以用來調(diào)整抓取的方向和抓取的姿勢。 3、手臂 手臂起到了支撐物件、手腕、手部的作用，它可以帶動手指進(jìn)行物件的抓取，并且按照要求將物件搬運(yùn)到預(yù)定的位置。在工業(yè)上，工業(yè)機(jī)器人的手臂一般采用由驅(qū)動手臂運(yùn)動的部件與驅(qū)動源相互配合的方式來進(jìn)行工作，進(jìn)而實現(xiàn)手臂完成各種方式的運(yùn)動。 4、立柱 立柱可以說是屬于手臂，其作用式支撐了手臂，并且與手臂的回轉(zhuǎn)和升降于東有著密切的聯(lián)系。工業(yè)機(jī)器人的立柱有時可以進(jìn)行橫向移動，稱為可移式立柱。 5、行走機(jī)構(gòu) 因在工業(yè)中工作的需要，在完成較遠(yuǎn)距離的操作，要進(jìn)行移動，可在機(jī)座上安裝滾輪式行走機(jī)構(gòu)。行走機(jī)構(gòu)可分為滾輪和軌道等行走機(jī)構(gòu)。滾輪式可分為有軌道和無軌道兩種。對于驅(qū)動滾輪運(yùn)動則應(yīng)該另外增設(shè)其他的機(jī)械傳動裝置。 6、機(jī)座 工業(yè)機(jī)器人的各種部件和驅(qū)動系統(tǒng)都安裝在機(jī)座上，機(jī)座起到了連接和支撐的作用。 1.2.2 工業(yè)機(jī)器人的分類 隨著機(jī)械工業(yè)的發(fā)展與進(jìn)步，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)和相關(guān)產(chǎn)品強(qiáng)度以及可靠性得到了不斷地增強(qiáng)，有望應(yīng)用于教學(xué)和一些新的其他領(lǐng)域。 隨著我國加入WTO,只有我們創(chuàng)建的模式十分完美地與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)合在一起，才能建立一個充滿生機(jī)的社會環(huán)境，工業(yè)型機(jī)器人才能在各種場合服務(wù)于大眾。如果機(jī)器人可以為我們提供快速、安全的服務(wù)，滿足我們的需求，會越來越受到歡迎。所以，我們應(yīng)該抓緊實現(xiàn)建設(shè)這樣一個好的平臺。 此外，因為教育是培養(yǎng)人才的前提，社會和工業(yè)的各個領(lǐng)域也要由它來服務(wù)。以機(jī)器人為目標(biāo)的教育以及教育系統(tǒng)要提高應(yīng)付難處的能力，它們也需要傳統(tǒng)的技術(shù)，在不同的方向、不同的合作領(lǐng)域，關(guān)鍵是要把高級人才對機(jī)器人技術(shù)的使用和對社會的作用發(fā)揮到極致。 1）實現(xiàn)的潛力 2010年，國家各部委進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)查和論證后認(rèn)為：智能機(jī)器人這個大產(chǎn)業(yè)在接下來的幾十年內(nèi)產(chǎn)值和市場占有率都會是井噴式的。2013七月的一些當(dāng)前資料表明，中國機(jī)器人市場正在急劇膨脹，然后韓國，日本和德國都在拼命瓜分市場。所以競爭越來越激烈，面臨的挑戰(zhàn)也越來越大。 2）工業(yè)機(jī)器人的定義和需求 在日本，工業(yè)機(jī)器人從開始普及到現(xiàn)在已然30年。工業(yè)機(jī)器人對全球制造業(yè)發(fā)展提供了很多的幫助，特別是用在那些環(huán)境污濁的，人工無法作業(yè)的情況，工業(yè)機(jī)器人就可以用到。在未來的若干年，由于我國人口老齡化加劇，能夠從事工作的人力數(shù)目逐漸減少，用人貧乏現(xiàn)象已經(jīng)越來越普遍。因此，企業(yè)對于產(chǎn)業(yè)機(jī)器人的需求變得更多，產(chǎn)業(yè)機(jī)器人在全新領(lǐng)域的應(yīng)用（像食品的加工，工廠產(chǎn)品的自動組裝）亦然有很好的遠(yuǎn)景。特別是在醫(yī)學(xué)范疇，試劑以及樣品分析前處理，如果應(yīng)用機(jī)器人，可能獲得類似于高度精準(zhǔn)的技術(shù)實驗數(shù)據(jù)。同時其也能夠在危險境況下作業(yè)，如有病毒和細(xì)菌的場合。 另一面來說，怎么去實現(xiàn)機(jī)器人的智能化同樣是產(chǎn)業(yè)機(jī)器人需要面臨的很大問題。在當(dāng)下機(jī)器人的整個體系里，多臂互相配合鏈接操縱的境況下，操縱要用去大量的時間和精力。早前的機(jī)器人體系愈來愈龐大，是讓客戶更易學(xué)的一個大難點。在將來的時間里，機(jī)器人實現(xiàn)全自動智能化成為終極的目的。因此，智能的機(jī)器人會成為不可或缺的產(chǎn)物。隨著時間的推移，各種各樣的機(jī)器人將會出現(xiàn)在各國市場。 3）機(jī)器人在社會中的定義和需要 由于全球人口老齡化現(xiàn)象加劇，如何能夠讓老弱病殘幼人口能夠操作自如地操縱機(jī)器人來獲取一定的經(jīng)濟(jì)報酬，也是當(dāng)今社會需要迫切解決的一個問題。隨著時間的推移，這種趨勢愈來愈明朗，在以后，服務(wù)型機(jī)器人的成長會加快環(huán)境容納度，我們會使得延續(xù)康健的時期愈來愈長，用自幫自助的存在方法，有目的地工作和參與社會，因此，機(jī)器人的應(yīng)用，可以成為構(gòu)建更好環(huán)境以及客服衰老境況的正能量。 4）機(jī)器人服務(wù)平臺 如果我們必須領(lǐng)會服務(wù)機(jī)器人體系的運(yùn)作方法，就得懂得實際情況、顧客還有相對應(yīng)的產(chǎn)品特性，如果盲目地使用機(jī)器人，不僅浪費時間和精力，而且也會達(dá)到相反的效果。誠然我們可以建造出來完整的服務(wù)機(jī)器人體系，若是服務(wù)的回報無法回本更無盈利，就更不能擴(kuò)大利用了。所以，需要對工業(yè)機(jī)器人的使用性能和結(jié)構(gòu)有一定的認(rèn)識才能決定它的服務(wù)平臺，盲目地利用機(jī)器人是不行的，也不是當(dāng)今社會發(fā)展潮流所允許的。 5）機(jī)器人在教育中的需求 在日本，機(jī)器人的研發(fā)正在日新月異，與此同時，能夠上崗上線的生產(chǎn)制造人員的數(shù)量卻是在急劇銳減，日本群眾用在高端科技的精力以及會意程度非常明顯的愈來愈少了。即使如此，機(jī)器人和機(jī)器人應(yīng)用工程課堂展示教學(xué)也收獲了重視，它是一種很好的鍛煉制造員工以及淡化對科學(xué)畏懼的技術(shù)措施。機(jī)器人活動比賽在各式各樣的地區(qū)都有承辦，傳統(tǒng)刊物也錄用了興趣者們的作品，還有機(jī)器人知識亦然在人民里邊傳播開來。從這些都能夠反應(yīng)出日本機(jī)器人的發(fā)展?fàn)顩r以及其工業(yè)發(fā)展的程度水平情況。 工業(yè)機(jī)器人的種類很多，關(guān)于分類的問題，目前在國內(nèi)尚無統(tǒng)一的分類標(biāo)準(zhǔn)，在此暫按使用范圍、驅(qū)動方式和控制系統(tǒng)等進(jìn)行分類。以下即為工業(yè)機(jī)器人的幾種常見類別： 機(jī)器人可分為專用機(jī)器人和通用機(jī)器人兩種: 1、專用機(jī)器人 它是附屬于主機(jī)的、具有固定程序而無獨立控制系統(tǒng)的機(jī)械裝置。專用機(jī)器人具有動作少、工作對象單一、結(jié)構(gòu)簡單、使用可靠和造價低等特點，適用于大批量的自動化生產(chǎn)的自動換刀機(jī)器人，如自動機(jī)床、自動線的上、下料機(jī)器人和“加工中心” 2、通用機(jī)器人 它是一個獨立的控制系統(tǒng)，機(jī)器人程序，靈活多變的動作。網(wǎng)格的性能范圍，其行動計劃是可變的，通過調(diào)整可在不同場合下使用，驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)是獨立的。通用機(jī)器人的工作范圍大，定位精度高，通用性強(qiáng)，適用于小批量自動化生產(chǎn)品種的變化。根據(jù)不同的定位控制一般的機(jī)器人可分為簡單和伺服型兩種：“一關(guān)”控制方向的簡單類型，唯一的點對點控制：可以是一個點，也可以實現(xiàn)連續(xù)軌跡控制，定位伺服控制系統(tǒng)，伺服式，伺服萬能機(jī)器人屬于數(shù)控型。 目前常見的工業(yè)機(jī)器人主要分為以下幾類： 1.3 國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 在日本，工業(yè)工業(yè)機(jī)器人從開始普及到現(xiàn)在已然30年。工業(yè)工業(yè)機(jī)器人對全球制造業(yè)發(fā)展提供了很多的幫助，像戰(zhàn)勝了困難的，污濁的，無法掌握的應(yīng)用情況，供應(yīng)了優(yōu)秀的產(chǎn)品品質(zhì)，補(bǔ)充了貧乏的現(xiàn)場人力。能理解，在將來數(shù)年，由于老齡化加劇，現(xiàn)場人力數(shù)目縮小，會發(fā)生很多的用人貧乏。因此，產(chǎn)業(yè)工業(yè)機(jī)器人的希冀變得更多。產(chǎn)業(yè)工業(yè)機(jī)器人在全新范疇的施行（像食物，藥劑以及消費物的研發(fā)，建設(shè)以及制造范圍）亦然有很好的遠(yuǎn)景。特別是在醫(yī)學(xué)范疇，試劑以及樣品分析前處理，可能獲得類似于高度精準(zhǔn)的技術(shù)實驗數(shù)據(jù)。人力也能夠防止于在危急境況下作業(yè)，如病毒和細(xì)菌。 另一面來說，怎么去教依舊是產(chǎn)業(yè)工業(yè)機(jī)器人的很大問題。利用口令進(jìn)行示范，必須鍛煉的非常好，方能嫻熟的操縱各式各樣產(chǎn)業(yè)工業(yè)機(jī)器人。在當(dāng)下的工業(yè)機(jī)器人體系里，多臂互相配合鏈接操縱的境況下，操縱要用去巨額的工夫。早前的工業(yè)機(jī)器人體系愈來愈艱巨，是讓教授更易學(xué)的一個大難點。在將來的時間里邊，達(dá)成不必講授成了終極的目的。更由于這樣，智能的工業(yè)機(jī)器人會成為不可或缺的。我們需求各式各類的研發(fā)成效，聯(lián)合科研院所的協(xié)助。 由于全球都邁進(jìn)了衰老型社會，想讓老弱病殘幼在存活和環(huán)境容納中獲得援手。估計工業(yè)機(jī)器人會給以充分的反饋，好比訊號的供應(yīng)以及撐持，幫助那些居家討生活的人，向組建社團(tuán)給以幫助，縮小休養(yǎng)之包袱，給身體功能施以幫助，以及增加商業(yè)設(shè)施。這會能使得老人以及殘疾人覺得就是貌似孩子們、孫子們和他們呆在一塊兒似的。歷經(jīng)實踐，這是愈來愈明朗，在以后，服務(wù)型工業(yè)機(jī)器人的成長會加快環(huán)境容納度，我們會使得延續(xù)康健的時期愈來愈長，用自幫自助的存在方法，有目的地工作和參與社會。所以有，它可以變成構(gòu)建更好環(huán)境以及衰老境況乃至世界上生長的能量。 如果我們必須領(lǐng)會服務(wù)工業(yè)機(jī)器人體系的運(yùn)作方法，就得懂得實際情況、顧客還有產(chǎn)品中的懸殊，包括領(lǐng)導(dǎo)大批工業(yè)機(jī)器人還給以幫助。不只是增添了很多額外花費，以及能否賺錢的疑惑。誠然我們可以建造出來服務(wù)工業(yè)機(jī)器人體系，若是服務(wù)的回報無法回本更無盈利，就更不能擴(kuò)大利用了。假如一個多服務(wù)系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人可以建造出來，可給他人用的嶄新的幫助方式已初露鋒芒，制造者才敢去想走到了這一步，得到的回報能否順利地抵消甚至超出用去的本金。所以，現(xiàn)在極大的障礙是創(chuàng)造出一個體系，這體系會滲透進(jìn)幫助型工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展范疇，也更容易滲透進(jìn)IT行業(yè)。 在日本，那樣的向來肩負(fù)著本國對外競爭力的研發(fā)科技、生產(chǎn)制造人員卻是在急劇銳減，現(xiàn)在，他們加快應(yīng)對著居民衰老化，真正境況是，依托相應(yīng)調(diào)研報告，眼下的事實卻是，日本群眾用在高端科技的精力以及會意程度非常明顯的愈來愈少了。即使如此，工業(yè)機(jī)器人和工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用工程課堂展示教學(xué)也收獲了重視，是一種很好的鍛煉制造員工以及淡化對科學(xué)害怕的技術(shù)措施。工業(yè)機(jī)器人活動比賽被承辦在各式各樣的地區(qū)，傳統(tǒng)刊物也錄用了興趣者們的作品，還有工業(yè)機(jī)器人知識亦然在人民里邊傳播開來。 電機(jī)把持，傳感器科學(xué)和計算機(jī)應(yīng)用，機(jī)構(gòu)零部件和別的技術(shù)歸納在一塊，是為工業(yè)機(jī)器人技術(shù)。于是，途徑PBL——源自困難的進(jìn)修以及同等的要領(lǐng)，激發(fā)了察覺麻煩的本領(lǐng)以及處理的技巧，相當(dāng)順應(yīng)思維培養(yǎng)的組合，其也可增強(qiáng)優(yōu)化多組件科技以及提升歸納體系的優(yōu)點。要實現(xiàn)此方針，不妨面向基礎(chǔ)教育的同學(xué)達(dá)成科學(xué)培養(yǎng)，使培養(yǎng)方式和手段得以普遍使用，還有方針即是開始于小學(xué)和初中止于科技培養(yǎng)部門工程師。 何人最先取得此項專利已無可知曉，只了解到外國科學(xué)家在十九世紀(jì)末建造出了一部類似于騾馬，整體部分是用齒輪以及連接桿件機(jī)構(gòu)組裝，人可以騎在上面用腳蹬踏板推動運(yùn)行的工業(yè)機(jī)器人，但是卻沒有做出實物來加以佐證.20世紀(jì)初又有人運(yùn)用齒輪以及連接桿件體系制造出類似的工業(yè)機(jī)器人，然而相關(guān)資料中并沒有找到對這個作品的介紹，所以那個時候有關(guān)工業(yè)機(jī)器人的研究還僅能思索腿的組成以及運(yùn)動起來的行程路徑。20世紀(jì)中期Shigley已然放進(jìn)步態(tài)研究的思維制造出來在每一條腿上都用成組的連接桿件體系拼裝而且安裝兩個搖桿體系結(jié)構(gòu)以操縱工業(yè)機(jī)器人的步伐軌跡，已然加入步態(tài)設(shè)計的思路。同期，又有兩位發(fā)明家麥吉以及弗蘭科創(chuàng)作了首部徹底用計算機(jī)操縱的行走工業(yè)機(jī)器人。接下來幾年有關(guān)此機(jī)器的設(shè)計被充分的融入了運(yùn)行操縱理論。1979年席羅思在行進(jìn)工業(yè)機(jī)器人里加入了操縱水平行走的儀器，同樣在腿上加入了保持和校對偏向的裝置。20世紀(jì)末布朗、羅布特以及莎普恩斯研究了加入了液壓部件和直流電機(jī)的相應(yīng)工業(yè)機(jī)器人。這都意味著人類對四桿動力體系的認(rèn)識已從簡單的考慮邁入了整體操縱、計算機(jī)和高新科技的相互融匯貫通的康莊大道。 1.4 工業(yè)機(jī)器人的成本與人工成本的比較 目前一臺功能較簡單的2軸、4軸工業(yè)機(jī)器人的造價已經(jīng)下降到10萬元/臺以下，國產(chǎn)6軸機(jī)器人的價格低至13萬元/臺。而現(xiàn)在國內(nèi)一名制造業(yè)工人每年人工成本將達(dá)到4-5萬元。根據(jù)我國十二五規(guī)劃，要是實現(xiàn)最低工資標(biāo)準(zhǔn)年均成長13%以上、職工工資成長15%的目標(biāo)，這更將會是一筆巨大的支出。機(jī)器人可以24小時工作，每臺機(jī)器人至少可以替代3名工人，那么不到1年即可收回成本。即使加上相關(guān)員工的培訓(xùn)和設(shè)備維護(hù)費用，18個月即可收回所有投資。而機(jī)器人的使用年限通常為10年，因升級改造生產(chǎn)線而淘汰的機(jī)器人通常也能服役3年以上。 為避免產(chǎn)品更替而造成機(jī)器人閑置，選用更加靈活機(jī)動的6軸機(jī)器人是很好的解決方案。由于國內(nèi)基本沒有完全自主生產(chǎn)的6軸機(jī)器人，多數(shù)國內(nèi)廠商僅生產(chǎn)機(jī)器人本體，電機(jī)、控制器、減速機(jī)等關(guān)鍵部位需要依賴進(jìn)口，各項成本相加，售價數(shù)十萬元不等。若一臺6軸機(jī)器人可以替代4-5名工人，三班倒即是12-15名員工，每年可節(jié)約的工人成本48-60萬，實際收回投資所需的時間與購置2、4軸機(jī)器人無異，區(qū)別的僅是最初投入裝備所需要的資金。 除去人工成本優(yōu)勢，采用機(jī)器人生產(chǎn)還可大幅減小生產(chǎn)面積。原先需要一個可以容納3千人的生產(chǎn)車間，現(xiàn)在只需要一間可以容納一千人的廠房即可。通過工人與機(jī)器人的配合作業(yè)，產(chǎn)能甚至還能增加幾倍。 由于機(jī)器人作業(yè)可以達(dá)到很高的精度，產(chǎn)品良品率將得到大幅提升，產(chǎn)能隨即放大。同樣由于良品率的提升，原材料的浪費也將減少。產(chǎn)品質(zhì)量提升，售后維修支出同樣將大幅減少，品牌形象也會一并提升。 1.5 工業(yè)機(jī)器人的作用 采用工業(yè)機(jī)器人不僅可以提高產(chǎn)品質(zhì)量，更可以節(jié)省人工，提高生產(chǎn)效率，而且在有些人不能使用人工的作業(yè)環(huán)境下工業(yè)機(jī)器人就能幫作業(yè)。下面就來看看工業(yè)機(jī)器人有哪些優(yōu)勢？ 1、安全性高。在某些行業(yè)方面，使用小型搬運(yùn)機(jī)器人能夠替代人工，進(jìn)行比較危險性的作業(yè)，如：化學(xué)產(chǎn)品。 2、節(jié)省人工。焊接機(jī)器人能夠同時進(jìn)行兩個或者多個工位的工作，而只需要一個工人進(jìn)行看護(hù)即可。3、提高效率和品質(zhì)。工業(yè)機(jī)器人能夠不間斷的進(jìn)行24小時作業(yè)，且機(jī)器人不受情緒影響，而工人則相反。 4、降低產(chǎn)品不良率。在產(chǎn)品成型時，使用機(jī)器人能夠使產(chǎn)品均勻受力。 5、節(jié)省原料，降低成本。工人會存在偷懶行為，取出產(chǎn)品時間不定，而機(jī)器人則不會；且在今天的人工成本越來越高，而機(jī)器人屬于固定資產(chǎn)。6、提高企業(yè)形象。使用機(jī)器人作業(yè)，能夠提升客戶對企業(yè)的形象認(rèn)識，能簡介的提升企業(yè)訂單。 一般的雙足類人機(jī)器人如：韓國的Minirobot，日本的KONDO都是進(jìn)行舞蹈表演的，中國的金剛機(jī)器人是用來踢足球和搏擊的，而且在很多賽事都拿到了不錯的成績。要是一般的迎賓機(jī)器人的話就是在酒店或者旅游景點啊做講解和迎賓用的。美國IRobot公司的4230、4220、5800還有中國的QQ-2（臺灣）等這些都是清潔機(jī)器人，它們可以方便的清潔櫥柜、桌子底以及其他不方便清潔的地方。 2 工業(yè)機(jī)器人的設(shè)計方案 2.1 座標(biāo)型式與自由度的設(shè)計 工業(yè)機(jī)器人的坐標(biāo)形式一般分為圓柱坐標(biāo)，球坐標(biāo)等等形式，自由度一般有1到5個自由度。其具體參考圖如下圖所示： 2.2 手部結(jié)構(gòu)方案的設(shè)計 當(dāng)需要夾持的工件是棒材狀的物料的時候，手部應(yīng)該設(shè)計成開合型的，當(dāng)工件是板料時，使用氣流負(fù)壓式吸盤。 2.3 手腕結(jié)構(gòu)方案的設(shè)計 一般為了設(shè)計合理，具有通用性，一般情況下，手腕部的設(shè)計都是采用回轉(zhuǎn)氣缸的形式，這樣可以實現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人手腕部的旋轉(zhuǎn)和伸縮，具有多種功效。 2.4 手臂結(jié)構(gòu)方案的設(shè)計 根據(jù)人體工程學(xué)原理，工業(yè)機(jī)器人手臂的各種運(yùn)動由氣缸來實現(xiàn)。 3 工業(yè)機(jī)器人夾持器結(jié)構(gòu)的設(shè)計 本次設(shè)計的工業(yè)機(jī)器人夾持器具體的方案結(jié)構(gòu)圖如下圖3.1所示： 圖3.1 工業(yè)機(jī)器人夾持器結(jié)構(gòu)方案圖 3.1 夾持式手部結(jié)構(gòu) 夾持式手部結(jié)構(gòu)由手指(或手爪)和傳力機(jī)構(gòu)所組成。其傳力結(jié)構(gòu)形式比較多，如滑槽杠桿式、斜楔杠桿式、齒輪齒條式、彈簧杠桿式等。 3.1.1 手指的形狀和分類 夾持式是最常見的一種，其中以二支點回轉(zhuǎn)型為基本型式。當(dāng)二支點回轉(zhuǎn)型手指的兩個回轉(zhuǎn)支點的距離縮小到無窮小時，就變成了一支點回轉(zhuǎn)型手指;同理。 3.1.2 設(shè)計時考慮的幾個問題 (一)具有足夠的握力(即夾緊力) (二)手指間應(yīng)具有一定的開閉角 (三)保證工件準(zhǔn)確定位 為使手指和被夾持工件保持準(zhǔn)確的相對位置，必須根據(jù)被抓取工件的形狀，選擇相應(yīng)的手指形狀。例如圓柱形工件采用帶“V”形面的手指，以便自動定心。 (四)具有足夠的強(qiáng)度和剛度 (五)考慮被抓取對象的要求 3.1.3 手部夾緊氣缸的設(shè)計 1、手部驅(qū)動力計算 本次設(shè)計的工業(yè)機(jī)器人夾持器結(jié)構(gòu)原理如圖3-2所示： 圖3-2 齒輪齒條式手部 其工件重量G=5公斤， V形手指的角度，,摩擦系數(shù)為 其驅(qū)動力為: 握力計算公式: 所以 (3)實際驅(qū)動力: 因為傳力機(jī)構(gòu)為齒輪齒條傳動，故取，并取。若被抓取工件的最大加速度取時，則: 所以 2、氣缸的直徑 本氣缸屬于單向作用氣缸。其公式為: 式中: - 活塞桿上的推力，N - 彈簧反作用力，N - 氣缸工作時的總阻力，N - 氣缸工作壓力，Pa 彈簧反作用按下式計算: Gf = 式中:- 彈簧剛度，N/m - 彈簧預(yù)壓縮量，m - 活塞行程，m - 彈簧鋼絲直徑，m - 彈簧平均直徑，. - 彈簧有效圈數(shù). - 彈簧材料剪切模量，一般取 則: 氣缸的直徑: 代入有關(guān)數(shù)據(jù)，可得 所以: 查有關(guān)手冊圓整，得 由,可得活塞桿直徑: 有: 其中，[]， 則: 滿足實際設(shè)計要求。 3,缸筒壁厚的設(shè)計 式中:缸筒壁厚，mm - 氣缸內(nèi)徑，mm - 實驗壓力，取, Pa 材料為:ZL3,[]=3MPa 代入己知數(shù)據(jù)，則壁厚為: 取，則缸筒外徑為: 3.2 回轉(zhuǎn)氣缸的驅(qū)動力矩計算 單葉氣缸的壓力P驅(qū)動力矩M的關(guān)系為: , 或 3.3 手腕回轉(zhuǎn)缸的尺寸及其校核 1.尺寸設(shè)計 氣缸長度,氣缸內(nèi)徑=96mm,半徑,軸徑=26mm,半徑,氣缸運(yùn)行角速度=，加速度時間=0.1s, 壓強(qiáng), 則力矩 2. 尺寸校核 1．測定參與手腕轉(zhuǎn)動的部件的質(zhì)量,分析部件的質(zhì)量分布情況，質(zhì)量密度等效分布在一個半徑的圓盤上，那么轉(zhuǎn)動慣量： （） 已知整個工件的重量為5千克，5,質(zhì)量分布于長的棒料上，那么轉(zhuǎn)動慣量 。 假如工件中心與轉(zhuǎn)動軸線不重合，對于長的棒料來說，最大偏心距 ，其轉(zhuǎn)動慣量為: 2、與轉(zhuǎn)動軸線重合，，夾持工件一端時工件重心偏離轉(zhuǎn)動軸線,則 + 3、 手腕轉(zhuǎn)動軸在軸頸處的摩擦阻力矩為 4、在此處估計為的3倍， 3 設(shè)計尺寸符合使用要求，安全。 4 工業(yè)機(jī)器人夾持器中關(guān)鍵零部件的強(qiáng)度計算與校核 4.1 齒輪的強(qiáng)度計算與校核 由于工業(yè)機(jī)器人夾持器的主動齒輪和從動齒輪材料均選用45,調(diào)質(zhì)處理。 查得： 則： 查《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》圖，得： (1)驗算齒面接觸疲勞強(qiáng)度 載荷系數(shù)，取K=1.5，查得： 接觸應(yīng)力為： (2)驗算齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 取 K=1.5 查表：許用彎曲應(yīng)力： 彎曲疲勞強(qiáng)度的最小安全系數(shù)，取則： ，由上述計算可知，均滿足要求。 4.2 軸的強(qiáng)度計算與校核 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 軸的計算應(yīng)力 MPa 選定軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，MPa。因此，，故安全。 （7）精確校核軸的疲勞強(qiáng)度 ①判斷危險截面 從應(yīng)力集中對軸的疲勞強(qiáng)度的影響來看，截面IV和V引起的應(yīng)力集中最嚴(yán)重，而V受的彎矩較大；從受載的情況來看，截面C的應(yīng)力最大，但應(yīng)力集中不大，故C面不用校核。只需校核截面V。 ②截面V左側(cè) 抗彎截面系數(shù) mm （3.44） 抗扭截面系數(shù) mm （3.45） 截面V左側(cè)的彎矩M為 Mpa （3.46） 截面V上的扭矩T為 MPa 截面上的彎曲應(yīng) Mpa （3.47） 截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力MPa （3.48） 軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。由文獻(xiàn)[1]表可知，MPa，MPa，MPa。用插入法求出： ，軸按精車加工，表面質(zhì)量系數(shù)為： 軸未經(jīng)表面強(qiáng)化處理， 固得綜合系數(shù)為： （3.49） 由文獻(xiàn)[1] ，可知，碳鋼的特性系數(shù) 取 取 所以軸在截面V左側(cè)的安全系數(shù)為 （3.50） （3.51） （3.52） 故該軸在截面V左側(cè)的強(qiáng)度是足夠的。 ③截面V右側(cè) 抗彎截面系數(shù) mm 抗扭截面系數(shù) mm 截面V左側(cè)的彎矩M為 MPa 截面V上的扭矩T為 MPa 截面上的彎曲應(yīng)力 MPa 截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 MPa 截面上由于軸肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù)及按附表查取。因，， ， 又由文獻(xiàn)[1]附圖可得軸的材料的敏感系數(shù)為：， 故有效應(yīng)力集中系數(shù)按文獻(xiàn)[1，附]為： （3.53） 軸的截面形狀系數(shù)為 軸的材料的敏感扭轉(zhuǎn)剪切尺寸系數(shù)為 綜合系數(shù)為 所以軸在截面V左側(cè)的安全系數(shù)為 故該軸在截面V左側(cè)的強(qiáng)度是足夠的。 總 結(jié) 通過本次畢業(yè)設(shè)計，使我們充分把握的設(shè)計方法和步驟，不僅復(fù)習(xí)所學(xué)的知識，而且還獲得新的經(jīng)驗與啟示，在各種軟件的使用找到的資料或圖紙設(shè)計，會遇到不清楚的作業(yè)，老師和學(xué)生都能給予及時的指導(dǎo)，確保設(shè)計進(jìn)度，本文所設(shè)計的是工業(yè)機(jī)器人夾持器的設(shè)計，通過初期的方案的制定，查資料和開始正式做畢設(shè)，讓我系統(tǒng)地了解到了所學(xué)知識的重要性，從而讓我更加深刻地體會到做一門學(xué)問不易，需要不斷鉆研，不斷進(jìn)取才可要做的好，總之，本設(shè)計完成了老師和同學(xué)的幫助下，在大學(xué)研究的最感謝幫助過我的老師和同學(xué)，是大家的幫助才使我的論文得以通過。 致 謝 直到今天，論文總算完成了，我的心里感到特別高興和激動，在這里，我打心里向我的導(dǎo)師和同學(xué)們表示衷心的感謝！因為有了老師的諄諄教導(dǎo)，才讓我學(xué)到了很多知識和做人的道理，由衷地感謝我親愛的老師，您不僅在學(xué)術(shù)上對我精心指導(dǎo)，在生活上面也給予我無微不至的關(guān)懷支持和理解，在我的生命中給予的靈感，所以我才能順利地完成大學(xué)階段的學(xué)業(yè)，也學(xué)到了很多有用的知識，同時我的生活中的也有了一個明確的目標(biāo)。知道想要什么，不再是過去的那個愛玩的我了。導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，創(chuàng)新的學(xué)術(shù)風(fēng)格，認(rèn)真負(fù)責(zé)，無私奉獻(xiàn)，寬容豁達(dá)的教學(xué)態(tài)度都是我們應(yīng)該學(xué)習(xí)和提倡的。通過近半年的設(shè)計計算，查找各類工業(yè)機(jī)器人夾持器的相關(guān)資料，論文終于完成了，我感到非常興奮和高興。雖然它是不完美的，是不是最好的，但在我心中，它是我最珍惜的，因為我是怎么想的，這是我付出的汗水獲得的成果，是我在大學(xué)四年的知識和反映。四年的學(xué)習(xí)和生活，不僅豐富了我的知識，而且鍛煉了我的個人能力，更重要的是來自老師和同學(xué)的潛移默化讓我學(xué)到很多有用的知識，在這里，謝謝老師以及所有關(guān)心我和幫助我的人，謝謝大家。 參考文獻(xiàn) [1]張福學(xué)編著.工業(yè)機(jī)器人夾持器技術(shù)及其應(yīng)用.北京：電子工業(yè)出版社，2000。 [2]何發(fā)昌著，邵遠(yuǎn)編著.工業(yè)機(jī)器人夾持器的原理及應(yīng)用.北京：高等教育出版社，1996。 [3]張利平著. 破碎機(jī)實用技術(shù)速查手冊. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.12。 [4]李寶仁著. 氣動技術(shù)—低成本綜合自動化. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999.9。 [5]宋學(xué)義著. 工業(yè)機(jī)器人夾持器速查手冊. 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