一种简易搬运机械手的设计【三维proe】【含CAD图纸】.zip

I摘 要摘 要机械手也被称为自动手能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。本次设计首先，通过对搬运机械手结构及原理进行分析，在此分析基础上提出了其设计方案采用圆柱坐标型；接着，对主要技术参数进行了计算选择；然后，对各主要零部件进行了设计与校核；最后，通过 AutoCAD 制图软件绘制了机械手装配图及主要零部件图，并采用 Pro/E 软件建立了三维模型。通过本次设计，巩固了大学所学专业知识，如 ： 机械原理、机械设计、材料力学、公差与互换性理论、机械制图等；掌握了普通机械产品的设计方法并能够熟练使用AutoCAD 制图软件，对今后的工作于生活具有极大意义。关键字：关键字：搬运，机械手，液压缸 ，设计IIAbstractManipulator is also known as automatic hand, which can imitate some movement functions of human hand and arm, and is used to grasp and carry objects or tools according to fixed procedures.Firstly, through the analysis of the structure and principle of the handling manipulator, the cylindrical coordinate type of the design scheme is put forward on the basis of the analysis; then, the main technical parameters are calculated and selected; then, the main parts are designed and checked; finally, the assembly drawings and the main parts drawings of the manipulator are drawn by AutoCAD drawing software and adopted. Pro/E software establishes three-dimensional model.Through this design, we have consolidated our professional knowledge, such as mechanical principle, mechanical design, material mechanics, tolerance and interchangeability theory, mechanical drawing, etc. We have mastered the design method of common mechanical products and can skillfully use AutoCAD drawing software, which is of great significance to our future work and life.Key words: Handling, Manipulator, Hydraulic Cylinder, DesignIII目 录目 录摘摘 要要 .IAbstract.II第第 1 章章 绪论绪论.11.1 背景及意义背景及意义.11.2 机械手概述机械手概述.11.2.1 机械手的组成.21.2.2 机械手的分类.21.3 国内外发展状况国内外发展状况.2第第 2 章章 总体方案设计总体方案设计.42.1 设计要求设计要求.42.1.1 动作要求.42.1.2 参数要求.42.2 方案拟定方案拟定.42.2.1 初步分析.42.2.2 拟定方案.4第第 3 章章 机械手手部设计机械手手部设计.63.1 手部分析手部分析.63.2 夹紧力及驱动力的计算夹紧力及驱动力的计算.73.3 夹紧油缸的设计夹紧油缸的设计.83.4 手抓的设计手抓的设计.9第第 4 章章 机械手臂部设计机械手臂部设计.114.1 臂部整体设计臂部整体设计.114.2 手臂伸缩驱动力计算手臂伸缩驱动力计算.124.2.1 手臂摩擦力的分析与计算.124.2.2 手臂密封处的摩擦阻力的计算.134.2.3 手臂惯性力的计算.134.3 手臂伸缩油缸的设计手臂伸缩油缸的设计.144.3.1 确定液压缸的结构尺寸.144.3.2 液压缸外径的设计.15IV4.3.3 活塞杆的计算校核.154.3.4 油缸端盖的设计.16第第 5 章章 机械手机身设计机械手机身设计.185.1 机身的整体设计机身的整体设计.185.2 回转机构的设计回转机构的设计.185.2.1 回转缸驱动力矩的计算.195.2.2 回转缸尺寸参数的确定.195.3 机身升降机构的设计机身升降机构的设计.215.3.1 手臂片重力矩的计算.215.3.2 升降导向立柱不自锁条件.225.3.3 升降油缸驱动力的计算.225.3.4 升降缸尺寸参数的确定.23第第 6 章章 基于基于 Pro/E 的三维设计的三维设计.256.1 Pro/E 三维设计软件概述三维设计软件概述.256.2 三维设计三维设计.256.2.1 升降缸体.256.2.2 伸缩缸体.266.2.3 转动缸体.266.2.4 支座.266.2.5 总成三维装配.27总总 结结.28参考文献参考文献.29致致 谢谢.30本科毕业设计说明书（论文）本科毕业设计说明书（论文） 第 1 页 共 34 页1第 1 章 绪论第 1 章 绪论1.1 背景及意义1.1 背景及意义目前，由于劳动力成本和技术问题，国内机床的上下料仍然采用人工上下料，不仅效率低、精度低，而且工人的劳动强度大，存在操作者发生安全事故的隐患。有些机床生产厂商为了防止操作者发生安全事故，在机床上加入了一些防护措施，如加入光电保护器等；但这不能从根本上防止操作者的安全。因此，设计机械手以代替人工进行上下料的操作就变得十分重要。本设计就是根据这一工程应用需要，设计上下料机械手结构，并对其进行运动学分析。机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。我国的搬运机械手是从 80 年代七五科技攻关开始起步，在国家的支持下，通过七五，八五科技攻关，目前已经基本掌握了机械手操作机的设计制造技术，控制系统硬件和软件设计技术，运动学和轨迹规划技术，生产了部分机械手关键元器件，开发出喷漆，孤焊，点焊，装配，搬运等机械手，其中有 130 多台喷漆机械手在二十余家企业的近 30 条自动喷漆生产线（站）上获得规模应用，孤焊机械手已经应用在汽车制造厂的焊装线上。但总的看来，我国的搬运机械手技术及其工程应用的水平和国外比还有一定距离。随着社会生产不断进步和人们生活节奏不断加快，人们对生产效率也不断提出新要求。由于微电子技术和计算软、硬件技术的迅猛发展和现代控制理论的不断完善，使机械手技术快速发展，其中液压机械手系统由于其介质来源简便以及不污染环境、组件价格低廉、维修方便和系统安全可靠等特点，已渗透到工业领域的各个部门，在工业发展中占有重要地位。本文讲述的液压机械手有气控机械手、XY 轴丝杠组、转盘机构、旋转基座等机械部分组成。主要作用是完成机械部件的搬运工作，能放置在各种不同的生产线或物流流水线中，使零件搬运、货物运输更快捷、便利。 随着工业自动化程度的提高，机械手的应用领域越来越广。机械手能模拟人的手臂的部分动作，按预定的程序、轨迹及其它要求，实现抓取、搬运工件或操纵工具。机械手可以代替很多重复性的体力劳动，从而减轻工人的劳动强度、提高生产效率。1.2 机械手概述1.2 机械手概述机械手也被称为自动手能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和本科毕业设计说明书（论文）本科毕业设计说明书（论文） 第 2 页 共 34 页2自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。随着工业机械化和自动化的发展以及液压技术自身的一些优点，液压机械手已经广泛应用在生产自动化的各个行业。 1.2.1 机械手的组成机械手主要由手部、运动机构和控制系统三大部分组成。手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度 。为了抓取空间中任意位置和方位的物体， 需有 6 个自由度。 自由度是机械手设计的关键参数。 自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用机械手有 23 个自由度。1.2.2 机械手的分类机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、液压式、电动式、机械式机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。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的性能之外，还具备通用机械、记忆智能的三元机械。第二类是需要人工才做的，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作业，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，国外称为机械手1.3 国内外发展状况1.3 国内外发展状况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：机体上安装一个回转长臂，顶部装有电磁块的工件抓放机构，控制系统是示教形的。 1962 年，美国联合控制公司在上述方案的基础上又试制成一台数控示教再现型本科毕业设计说明书（论文）本科毕业设计说明书（论文） 第 3 页 共 34 页3机械手。商名为 Unimate（即万能自动）。运动系统仿照坦克炮塔，臂可以回转、俯仰、伸缩、用液压驱动；控制系统用磁鼓作为存储装置。不少球坐标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，专门生产搬运机械手。1962 年美国机械制造公司也实验成功一种叫 Vewrsatran 机械手。该机械手的中央立柱可以回转、升降采用液压驱动控制系统也是示教再现型。虽然这两种机械手出现在六十年代初，但都是国外搬运机械手发展的基础。1978 年美国 Unimate 公司和斯坦福大学，麻省理工学院联合研制一种Unimate-Vicarm 型搬运机械手，装有小型电子计算机进行控制，用于装配作业，定位误差小于1 毫米。联邦德国机械制造业是从 1970 年开始应用机械手，主要用于起重运输、焊接和设备的上下料等作业。联邦德国 KnKa 公司还生产一种点焊机械手，采用关节式结构和程序控制。日本是搬运机械手发展最快、应用最多的国家。自 1969 年从美国引进两种机械手后大力从事机械手的研究。前苏联自六十年代开始发展应用机械手，至 1977 年底，其中一半是国产，一半是进口。目前，搬运机械手大部分还属于第一代，主要依靠工人进行控制；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。它设有微型电子计算控制系统，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，是机械手具有感觉机能。第三代机械手则能