微型装配机械手的结构设计.doc

1、摘 要到了越来越快的发展，其智能化程度越来越高，已经应用于工业生产制造、医疗和军事等各个领域，成为当前生产和高科技研究中的一个极其重要的构成部分。机器人上最为关键的执行部件就是机械臂，因此深入的研究机械臂有着非凡的现实意义。由于机械臂所对应的自由度不止一个，可用于在工业生产中完成各种工作。其能够替代人类从事各种重复、单调、繁重以及具备一定危险系数的作业，减轻工人的工作强度，提升工作效率和自动化水平。 本设计采用圆柱形坐标形式，机械手的旋转运动采用步进电机驱动，双作用气缸的运动增添辅助导向装置，增添了腰部所对应的导向性能以及刚性强度，腕部采用旋转型式的气缸以实现180旋转运动。一端增加平衡装置使

2、整体运动平稳。末端执行器的驱动型式采用形状记忆合金，其具备相对较轻的质量、相对较小的占地体积、单位质量具备较大的恢复力，且整体结构相对较为简单、控制方便易操作，无污染。论文按照手爪、手臂、腕部，底座进行设计。涉及气动技术、理论力学、机械原理以及相关零件的机械设计等。机械手能实现整体旋转，腰部、臂部伸缩，腕部旋转及摆动五个自由度，在导师的耐心详尽的指导下，通过查阅文献，书籍，经过努力最终完成。 关键词：装配机械手；工业领域；气缸 Abstract With the rapid development of computer technology and automatic control tec

3、hnology,the development of robot technology is becoming faster and faster,and its intelligent level is becoming higher and higher. Robot has been used in industrial manufacturing, medical, military and other fields. It has become an integral part of modern manufacturing and high-tech research.As a m

4、ain executive body of a robot , the study of robot arm has important meaning.With multiple degrees of freedom,robot arm can be used to make all kinds of work in industrial production.It can replace people engaged in all kinds of boring, repetitive, heavy or dangerous work, reduce labor intensity, im

5、prove production efficiency and automation level.At one end of the design, the balancing device is added to make the whole movement stable. End actuator drive type using shape memory alloy (SMA), with its relatively light weight, relatively smaller accommodation volume, with greater resilience and o

6、verall structure is relatively simple, control convenient and easy operation and no pollution. According to the gripper arm, wrist, base design. Pneumatic technology, theoretical mechanics, mechanical principles and related parts of the mechanical design, etc. Manipulator can achieve the overall rot

7、ation, waist, arm telescopic, wrist rotation and the swing of five degrees of freedom, under the guidance of the tutors patience detailed, through the review of the literature, books, through the efforts finally completed.Key word：Manipulator； industrial field,；cylinder目 录摘 要IIIAbstractIV1 绪 论11.1国外

8、工业机器人的的发展21.2国内机器人的发展31.3存在问题分析及研究思路41.4课题研究的意义41.5本课题研究内容52 微型装配机械手的总体设计方案62.1 微型装配机械手的工作原理及系统组成62.2 微型装配机械手基本形式的设计82.3 驱动机构的设计92.4 微型装配机械手详细设计参数102.5 本章小结103 微型装配机械手手部结构设计及计算113.1 手部结构设计113.1.1 端执行器的要求113.2手爪的分类和设计113.3微型装配机械手的结构设计143.3.1微型装配机械手的结构143.3.2形状记忆合金的驱动特性143.4本章小结154 微型装配机械手腕部的设计164.1腕部

9、设计的基本要求164.2 腕部的结构设计164.2.1 典型的腕部结构164.2.2 腕部结构的设计174.3 腕部的驱动力矩计算174.4 腕部工作压力的计算184.5 气压缸盖螺钉的计算194.6 动片和输出轴间的连接螺钉204.7摆动手臂结构设计214.8本章小结225 微型装配机械手手臂机构的设计235.1 手臂的设计要求235.2 伸缩气压缸的设计235.2.1 气缸主要尺寸的确定235.3 导向装置275.4 本章小结276 机械手腰部和基座结构设计及计算286.1 结构设计286.2 控制手臂上下移动的腰部气缸的设计286.2.1双作用气缸结构286.2.2 确定主要尺寸296.

10、2.3 气缸结构设计326.3 导向装置326.4 平衡装置336.5 机身回转机构的计算336.5.1电机的选型346.6 本章小结347 结论与展望357.1结论357.2展望35参考文献36致 谢37III 第1章 绪论 1 绪 论引 言向上看的话包括太空船、航天飞行器，向下看的话包括微型机器人、航海发展，有关机器人的相关技术已经运用于世界经济发展的众多方面，正在逐渐发展为现代高科技所必备的部分之一。机械手臂又被叫做自动手臂，能仿照人的手和臂膀做出一些动作，完成一定的功能，人力物力从而能实现生产机械自动化，能保护人身的安全避免恶劣环境对人造成伤害，因此可以普遍应用在相关设计制造、冶炼金属

11、、轻工业以及电子部件领域。机械手臂在整体上主要是由运动机构、控制系统以及手部机构所组成。手部机构对应的运动机构指的就是能够驱动机械手部进行旋转运动、各方向移动以及复杂的动作从而来实现所要求能够实现的一些功能，被放持物体所在位置以及相应的活动状态能够通过其产单独的运动形式。想要实现物体的抓取操作并能够使其在各个方向上可以自由移动，其对应的自由度大小应该等于6。机械手最关键的参数就是其所对应的自由度值。机械手的灵活程度与自由度的大小成正比，实际的应用范围也和自由度的大小成正相关，对应的设计结构亦会相对更加复杂。按照不同的驱动型式进行区分，能够将机械手归纳为机械、液压、气动以及电力驱动这几种主要的型

12、式；按照实际使用范围的差异，能够将机械手归纳为通用以及专用这两种主要的型式；按照所行走的轨迹所需要的控制方法又可以归纳为连续型轨迹以及点位控制这两种主要的型式。机床或一些机器所使用的附加装置一般都是由机械手来完成的，比如在自动机床或生完成的。机械手能够改善冷热、疲劳等一些劳动所需要的条件，因此在锻造生产工业中也能起到非常重要的作用。1.1国外工业机器人的的发展现代机械人的起源地在美国，1961年由美国Consolided Control Corp公司以及AMF一同设计出了全世界首台用于示教再现功用的机器人。通过半个世纪的持续研究，美国在台机器人，1976年开始伴随微电子技术的迅猛发展以及不断增

13、大的市场需要，相比人类而言劳动效率极高的机器人在工业制造生产方面获得了较为广泛的使用，现如今日本机器人的拥有量稳居全球首位，被人们誉为机器人的王国。相比于欧洲的瑞典以及英国而言，机器人进口到德国的时间足足推迟了近十年，但是因为两次世界大战所致使的劳动人口缺失以及拥有相对于其他国家更高的科学技术能力，使得机器人的发展和推广历程一帆风顺。根据德国的相关法规要求，对于那些可能接触到毒害物质以及其他危险情况的职位务必要使用机器人，其在一定程度上进一步促进了机器人产业的发展以及相关的技术研究。图1.1美国Unimate机器人在对于机器人的研究方面法国也尤为重视，依靠对相关研究的鼓励和扶持，从而逐渐创造了

14、其所特有的科学研究体系，极大程度上促进了机器人的研究和发展。由于政府在此过程中的作用使得机器人在法国获得了广泛的使用和发展，在世界机器人领域占有一定的地位。2图1.2 美国Versatran机器人在观念上的错误认识阻碍了机器人的发展，目前正在奋起直追的道路上。1.2国内机器人的发展年代由于全球科学技术的迅猛进步，使得工业用途的机器人得到了极大的发展，基本此种社会发展大背景，从1972年左右开始我国尝试研究和制造工业用途的机器人。伴随着80年代的国家改革开放政策的逐渐落实，用于工业制造的机器人研究得到了政府的鼓励和大力支持。进入90年代以后我国用于工业制造用途的机器人得到了迅猛的发展，并初步产生了相应的集生产制造、技术研发以及维修保养为一体的基地，在一定程度上奠定了机器人相关产业的基础。但是与发达国家相比。图1.3 北京自动化研究所高压水切割机器人目前用于工业用途的机械手基本都是第一代的产品，对应的控制方式仍然通过手动进行操作，未来研究的方向集中在如何提升作业精度以及如何减少制造成本。基于第一代产品之上的第二