机械手夹持器机械结构设计.doc

1、目 录摘 要IAbstractII第一章绪论11.1论文选题背景及意义11.2国内外研究现状及发展趋势11.3论文的主要工作3第二章夹持器的结构设计42.1夹持器的研究现状42.2夹持器设计方案6第三章手腕的设计133.1手腕的概述133.2腕部的典型结构133.3手腕确定14第四章液压缸的设计154.1液压缸的设计概述154.2液压驱动力164.3活塞行程164.4液压缸的流量18第五章液压控制系统设计195.1油泵的选择195.2液压元件的选择205.3辅助元件选择215.4系统液压图215.5电磁铁动作顺序表225.6液压控制原理图的步骤说明22总 结24致 谢25参考文献2628摘 要

2、现今，国内很多工厂的生产线上数控机床装卸工件仍由人工完成，生产效率较低、劳动强度很大。为了提高生产加工的工作效率，降低成本，并使生产线建设成为柔性制造系统，适应现代自动化大生产需要，本文通过利用机器人技术，将装卸机械手代替人工，从而来提高劳动生产率。 本机械手主要与数控加工设备组合形成生产线，实现加工过程（上料、下料、加工）的自动化与无人化。本设计充分考虑机械手工作的环境和工艺流程的具体要求。在满足工艺要求的基础上，尽可能的使结构简练，尽可能采用标准化、模块化的通用元配件，以降低成本，同时提高可靠性。液压控制系统是由机械、电气、液压和微机控制等元件综合构成的工业自动化系统，是机械传动技术的一种

3、重要形式，是机械与控制的重要结合点，经常出现在生产线和各种自动化设备中。关键词：机械手；夹持器；液压系统AbstractToday, many domestic factory production lines, CNC machine loading and unloading the work piece are still manipulated manually and intensive labor, production efficiency is low. In order to improve the efficiency of the production process,

4、reduce costs, turn production line into a flexible manufacturing system and meet the needs of modern automated large-scale production, this paper will replace the manual handling with robot, and thus improve labor productivity through the use of robot technology. The manipulator is mainly to impleme

5、nt automation which related to CNC machining equipment, hand combined to form production lines. It is designed to take full account of the robot work environment and process specific requirements. To meet process requirements, simplify the structure and use the standardized, modular components commo

6、n element as far as possible.Hydraulic control system is the integrated industrial automation system which composed of mechanical, electrical, hydraulic and computer control devices. It is an important part in mechanical transmission and is often used in a variety of automated production lines and e

7、quipments.Keywords: manipulator; gripper; the hydraulic system第一章 绪论1.1 论文选题背景及意义用于再现人手功能的技术装置称为机械手。机械手是模仿着人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。在工业生产中应用的机械手被称为工业机械手。工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新技术，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，逐渐成为一门新兴的学科机械手工程。机械手涉及到力学、机械学、电器液压技术、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域，是一门跨学科综合技术。国际

8、标准化组织给出的定义：“一种自动操作控制可编程机械臂，在移动中完成各种基本操作工作的称为工业机器人”3。通过计算机可编程序来执行搬运多种物件材料、工件工具、或专用零件装置的多功能机械手(manipulator)来完成各项任务综合体称为机器人，它是美国机器人工业协会（U.SRIA）给出的定义1。工业机器人较适合这个定义。日本机器人工业协会(JIRA)的定义：用来替代人类劳动的机械臂，通过记忆体元件和末端执行器(end effector)的自动控制，使它自动移动、转动完成各种工作的总和称为工业机器人2。一种可以较好的模拟人手功能的机械电子装置称为机器人，这是我国对机器人的定义。作者指出：机械手在程

9、序固定情况下只能简单装置在自动机或自动线上使用，做一些较简单的搬运物件、抓取原件。机械手与机器人，动作程序的变化都是通过编程实现；它们主要区别是工业机器人具有独立的控制系统，共同的特征决定了它的定义，是一种多学科集于一体的自动化设备，主要由计算机信息科学、传感技术科学、控制科学、机构科学等组成。工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动生产设备。工业机械手也是工业机器人的一个重要分支。他的特点是可以通过编程来完成各种预期的作业，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现在人的智能和适应性。机械手作业的准确性和环境中完成作业的能力，在国民经济领域有着广泛的发展空间。1.2 国内外研究现状及

10、发展趋势工业机械手的第一次迅猛发展是在第二次世界大战，最早应用在美国橡树岭国家实验室的搬运核原料的遥控机械操作手研究，时间大约是在上世纪40 年代，它是一种主从型的控制系统。1958 年美国联合控制公司研制出第一台机械手。控制系统有别于40 年代的主从型而是示教型的；1962 年，美国联合控制公司在上述方案的基础上，研制出一种更新兴的机械手，运动系统仿造坦克炮塔，臂可以回转、俯仰、伸缩，用液压驱动；控制系统用磁鼓做储存装置。这个机械手对机械手的发展有着深远的意义，日后的不少球面坐标式机械手就是在这个基础上发展起来的；同一年该公司和普曼公司合并成重组为万能制动公司，专门生产工业机械手。 1962

11、 年美国机械铸造公司也实验成功一种叫 Versatran 机械手，原意是灵活搬运，可做点位和轨迹控制。虽然上述的2 种机械手出现在六十年代初，但都是国外机械手发展的重要基础。在机械手得到一定程度的发展后，从60 年代后期起，喷漆、弧焊工业机器人相继在生产中开始应用。1978 年美国 Unimate 公司和斯坦福大学、麻省理工学院联合研制出一种UnimationVic.arm型工业机械手，装有小型电子计算机进行控制，用于装配作业。联邦德国机器制造业是从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；值得一提的是日本是工业机器人发展最快，应用国家最多的国家，自1969 年从

12、美国引进两种典型机械手后，开始大力从事机械手的研究，目前已成为世界上工业机械手应用最多的国家之一。我国工业机械手的研究与开发起步较晚，比欧美要晚30年左右，起步于上世纪70 年代，1972 年我国第一台机械手在上海开发成功，随之全国各省都开始研制和应用机械手。从第七个五年计划（19861990 年）开始，我国政府大大加大了对工业机器人的重视程度，并且为此项目投入大量的资金，在众多学者及研究人员的参与下，研究开发并且制造了一系列的工业机器人，其中有由北京机械自动化研究所设计制造的喷涂机器人，广州机床研究所和北京机床研究所合作设计制造的点焊机器人，大连机床研究所设计制造的氩弧焊机器人，沈阳工业大学

13、设计制造的装卸载机器人等等。值得注意的是，这些机器人的控制器，都是由中国科学院沈阳自动化研究所和北京科技大学机器人研究所开发的。与此同时，一系列的机器人关键部件也被开发出来，如机器人专用轴承，减震齿轮，直流伺服电机，编码器等等。随着机械手的发展，人们也对机械手的应用提出了更高的要求，一是重复高精度，精度是指机械手到达指定点的精确程度，它与驱动器的分辨率以及反馈装置密切相关。重复精度是指如果动作重复多次，机械手到达同样位置的精确程度。显然，重复精度比精度更重要；二是模块化，有的公司把带有系列导向驱动装置的气动机械手称为简单的传输技术，而把模块化拼装的气动机械手称为现代传输技术。模块化拼装的气动机

14、械手比组合导向驱动装置更具灵活的安装体系。它集成电接口和带电缆及气管的导向系统装置，使机械手运动自如。由于模块化气动机械手的驱动部件采用了特殊设计的滚珠轴承，使它具有高刚性、高强度及精确的导向精度。优良的定位精度也是新一代气动机械手的一个重要特点。模块化气动机械手使同一机械手可能由于应用不同的模块而具有不同的功能，扩大了机械手的应用范围，是气动机械手的一个重要的发展方向；三是无给油化，无给油化是个新提出的概念，主要是为了适应食品、医药、生物工程、电子、纺织、精密仪器等行业的无污染要求，不加润滑脂的不供油润滑元件已经问世。随着材料技术的进步，新型材料（如烧结金属石墨材料）的出现，构造特殊、用自润

15、滑材料制造的无润滑元件，不仅节省润滑油、不污染环境，而且系统简单、摩擦性能稳定、成本低、寿命长；四是机电气一体化，机电一体化的核心思想在于发展与电子技术相结合的自适应控制气动元件，使气动技术从“开关控制”进入到高精度的“反馈控制”，大大提高了系统的可靠性。1.3 论文的主要工作在全面学习和了解掌握夹持机构相关知识，查阅相关参考资料的基础上对工业机器人夹持器机构的现状有了充分而全面的了解，-设计主要进行了腕部和夹持器的设计。第二章 夹持器的结构设计2.1 夹持器的研究现状机器人操作机在作业时的装置为机器人夹持器工具与所需工件直接接触的过程。夹持器的性能的好坏很大程度上影响了机器人作用和效率的发挥。一方面为了在各种复杂的作业中，使机器人能像人一般有效地进行开展工作，就一定要有一个动作敏捷与运动灵活的夹持器，另一方面为能提高操作中的安全、稳定性，在机器人抓取时，要求实现稳定的夹持与操作；夹持器因在变外载情况下10。因此，在同时满足矛盾的两方面要求最大限度时