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XXXX大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（說明書）
題 目 仿形車床上料機(jī)械手設(shè)計(jì)
專 業(yè)XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX
學(xué)生姓名
學(xué) 號(hào)
指導(dǎo)教師
論文字?jǐn)?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(jī)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(jī)器人的使用變得越來越普及。因此，對(duì)于機(jī)器人技術(shù)的研究也變得越來越迫切，尤其是工業(yè)機(jī)器人方面。本論文作者針對(duì)這一領(lǐng)域，設(shè)計(jì)了一款仿形車床上料機(jī)械手，該機(jī)器人擁有兩個(gè)自由度。首先，作者針對(duì)該機(jī)器人的設(shè)計(jì)要求，對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)選擇了一個(gè)最優(yōu)方案，對(duì)關(guān)鍵零件設(shè)計(jì)并進(jìn)行校核。
本課題是一個(gè)機(jī)械、液壓緊密的實(shí)用性項(xiàng)目，文中對(duì)機(jī)械手機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)討。最后，總結(jié)了全文，指出了機(jī)械手的改進(jìn)措施、應(yīng)用前景和發(fā)展方向。
關(guān)鍵字：機(jī)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(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì) 9
1.2.1 國(guó)內(nèi)的研究現(xiàn)狀 9
1.2.2 國(guó)外研究現(xiàn)狀 10
1.2.3 發(fā)展趨勢(shì) 11
1.3 本設(shè)計(jì)主要研究的內(nèi)容 11
第2章 機(jī)械手的總體設(shè)計(jì) 13
2.1 機(jī)械手的組成及各部分關(guān)系概述 13
2.2 機(jī)械手的設(shè)計(jì)分析 13
2.2.1 設(shè)計(jì)要求 13
2.2.2 總體設(shè)計(jì)任務(wù)分析 13
2.2.3 總體方案擬定 16
第3章 機(jī)械手結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)分析 17
3.1 末端操作器的設(shè)計(jì)分析 17
3.2 手腕的設(shè)計(jì)分析 17
3.3 機(jī)身和機(jī)座的設(shè)計(jì)分析 17
第4章 機(jī)械手各部件的載荷計(jì)算 19
4.1 設(shè)計(jì)要求分析 19
4.2 手指夾緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 19
4.3 機(jī)身擺動(dòng)機(jī)構(gòu)載荷力矩的計(jì)算 20
4.4 初選系統(tǒng)工作壓力 21
第5章 機(jī)械手各部件結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算及校核 23
5.1 手指油缸尺寸的確定 23
5.2 機(jī)身擺動(dòng)機(jī)構(gòu)的確定 26
5.3 強(qiáng)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(jì) 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(jī)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(xiàn) 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(dòng)化程度的提高，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的很多易燃、易爆等高危及重體力勞動(dòng)場(chǎng)合必將由機(jī)器人所代替。這一方面可以減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，另一方面可以大大提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。
通過本課題，讓學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)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(shí)和技能去分析和解決一般工程技術(shù)問題的能力；進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生分析問題、創(chuàng)造性地解決實(shí)際問題的能力。
本課題中仿形車床上料機(jī)械手系統(tǒng)主要采用液壓驅(qū)動(dòng)。
1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)
1.2.1 國(guó)內(nèi)的研究現(xiàn)狀
工業(yè)機(jī)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(yùn)。工業(yè)機(jī)械手延伸和擴(kuò)大了人的 手足和大腦功能，它可替代人從事危險(xiǎn)、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(dòng)，提高勞動(dòng)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(jī)械制造及金屬加工等工業(yè)。工業(yè)機(jī)械手與數(shù)控加工中心，自動(dòng)搬運(yùn)小車與自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)可組成柔性制造系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，功能和性能的不斷改善和提高，機(jī)械手的應(yīng)用領(lǐng)域日益擴(kuò)大。
我國(guó)工業(yè)機(jī)械手的研究與開發(fā)始于20世紀(jì)70年代。1972年我國(guó)第一臺(tái)機(jī)械手開發(fā)于上海，隨之全國(guó)各省都開始研制和應(yīng)用機(jī)械手。從第七個(gè)五年計(jì)劃（1986-1990）開始，我國(guó)政府將工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展列入其中，并且為此項(xiàng)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(jī)器人，有由北京機(jī)械自動(dòng)化研究所設(shè)計(jì)制造的噴涂機(jī)器人，廣州機(jī)床研究所和北京機(jī)床研究所合作設(shè)計(jì)制造的點(diǎn)焊機(jī)器人，大連機(jī)床研究所設(shè)計(jì)制造的氬弧焊機(jī)器人，沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)設(shè)計(jì)制造的裝卸載機(jī)器人等等。這些機(jī)器人的控制器，都是由中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所和北京科技大學(xué)機(jī)器人研究所開發(fā)的，同時(shí)一系列的機(jī)器人關(guān)鍵部件也被開發(fā)出來，如機(jī)器人專用軸承，減震齒輪，直流伺服電機(jī)，編碼器，DC——PWM等等。
我國(guó)的工業(yè)機(jī)械手發(fā)展主要是逐步擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。在應(yīng)用專業(yè)機(jī)械手的同時(shí)，相應(yīng)的發(fā)展通用機(jī)械手，研制出示教式機(jī)械手、計(jì)算機(jī)控制機(jī)械手和組合式機(jī)械手等?？梢詫C(jī)械手各運(yùn)動(dòng)構(gòu)件，如伸縮、擺動(dòng)、升降、橫移、俯仰等機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)成典型的通用機(jī)構(gòu)，以便根據(jù)不同的作業(yè)要求，選用不用的典型機(jī)構(gòu)，組裝成各種用途的機(jī)械手，即便于設(shè)計(jì)制造，又便于跟換工件，擴(kuò)大了應(yīng)用范圍。目前國(guó)內(nèi)機(jī)械手主要用于機(jī)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(guó)內(nèi)主要是逐步擴(kuò)大應(yīng)用范圍，重點(diǎn)發(fā)展鑄造、熱處理方面的機(jī)械手，以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，改善作業(yè)條件，在應(yīng)用專業(yè)機(jī)械手的同時(shí)，相應(yīng)的發(fā)展通用機(jī)械手，有條件的要研制示教式機(jī)械手、計(jì)算機(jī)控制機(jī)械手和組合機(jī)械手等。同時(shí)要提高速度，減少?zèng)_擊，正確定位，以便更好的發(fā)揮機(jī)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(jī)械手，并考慮與計(jì)算機(jī)連用，逐步成為整個(gè)機(jī)械制造系統(tǒng)中的一個(gè)基本單元。
1.2.2 國(guó)外研究現(xiàn)狀
國(guó)外機(jī)械手在機(jī)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(jī)床、橫鍛壓力機(jī)的上下料，以及點(diǎn)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(guó)外機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì)是大力研制具有某種智能的機(jī)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(shí)候，即能更正并自行檢測(cè)，重點(diǎn)是研究視覺功能和觸覺功能。目前已經(jīng)取得一定的成績(jī)。
1962年，美國(guó)聯(lián)合控制公司在上述方案的基礎(chǔ)上，又試制成一臺(tái)數(shù)控示教再現(xiàn)型機(jī)械手。運(yùn)動(dòng)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(dòng)；控制系統(tǒng)用磁鼓做儲(chǔ)存裝置。不少球面坐標(biāo)式機(jī)械手就是在這個(gè)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(dòng)公司，專門生產(chǎn)工業(yè)機(jī)械手。1962年美國(guó)機(jī)械鑄造公司也實(shí)驗(yàn)成功一種叫Versatran機(jī)械手，原意是靈活搬運(yùn)，可做點(diǎn)位和軌跡控制：該機(jī)械手的中央立柱可以回轉(zhuǎn)、升降、伸縮，采用液壓驅(qū)動(dòng)，控制系統(tǒng)也是示教再現(xiàn)型。雖然這2種機(jī)械手出現(xiàn)在六十年代初，但都是國(guó)外機(jī)械手發(fā)展的基礎(chǔ)。從60年代后期起，噴漆、弧焊工業(yè)機(jī)器人相繼在生產(chǎn)中開始應(yīng)用。1978年美國(guó)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(jī)械手，裝有小型電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，用于裝配作業(yè)。聯(lián)邦德國(guó)機(jī)器制造業(yè)是從1970年開始應(yīng)用機(jī)械手，主要用于起重運(yùn)輸、焊接和設(shè)備的上下料等作業(yè)：聯(lián)邦德國(guó)Kuka公司還生產(chǎn)一種點(diǎn)焊機(jī)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(jī)器人發(fā)展最快，應(yīng)用國(guó)家最多的國(guó)家，自1969年從美國(guó)引進(jìn)兩種典型機(jī)械手后，開始大力從事機(jī)械手的研究，目前以成為世界上工業(yè)機(jī)械手應(yīng)用最多的國(guó)家之一。前蘇聯(lián)自六十年代開始發(fā)展應(yīng)用機(jī)械手，主要用于機(jī)械化、自動(dòng)化程序較低、繁重單調(diào)、有害于健康的輔助性工作。