圆柱坐标式三自由度机械手毕业设计论文

圆柱坐标式三自由度机械手毕业设计论文内容摘要：

销售了 2020 台机器人。 专家预测，中国机器人 2020 年拥有量将增至 7600 台，到 2020 年拥有量将达到 17300 台，到 2020 年，市场容量将达十几万台（套）。 据悉，汽车制造、工程机械及电机、电子等行业的企业是中国今后对机器人需求最大的部门，其中所需机器人的品种以点焊、弧焊、喷漆、装配、搬运、冲压等为主。 近年来我国的机 器人自动化技术也取得了长足的发展，但是与世界发达国家相比，还有一定的差距，如可靠性低于国外产品；机器人应用工程起步较河南科技大学毕业设计（论文） 7 晚，应用领域窄，生产线系统技术与国外比有差距。 我国目前从事机器人研发和应用工程的单位相对较少，工业机器人的拥有量远远不能满足需求量，长期大量依靠从国外引进。 在应用规模上，我 国已安装的国产工业机器人，约占全球已安装台数的 %。 产生以上差距，有关专家认为主要是我国没有形成机器人产业，当前我国的机器人生产都是应用户的要求， “ 一客户，一次重新设计 ” ，品种规格多、批量小、零部件通用化程度低、供货周 期长、成本较多，而且质量、可靠性不稳定。 2020 年中国国际机器人展览会于 11 月 14 日举行，会后分析报告数据表明，与会的专业观众只占 43%，非专业观众占 57%；而 %的专业观众为了了解、收集产品信息，其余的大多没有填写具体参观目的；专业观众中只有 21%的工业制造业人员，其余主要以科研单位为主，国内参展单位展出的多是面向教育应用和处于实验开发中的机器人，且产品略显不成熟。 这充分表明我国机器人产业还停留在纯技术层面，离市场化还有很长一段距离。 我国机器人产业要快速发展，就不能只靠几个爱好者的激情 和科研单位的单方努力，机器人就不能只作为展览会上的表演者。 研制单位必须和需求紧密结合，让机器人走进工厂和家庭，实现真正的产业化。 把发展中国机器人产业纳入政府重要产业政策中，引导和扶持企业进行产业和产品结构调整，加速机器人产业化进程。 河南科技大学毕业设计（论文） 8 第 2章 总体设计方案 167。 总体设计的思路 167。 思路 设计机器人大体上可分为两个阶段： 系统分析阶段 错误 !未找到引用源。 根据系统的目标，明确所采用机器人的目的和任务。 错误 !未找到引用源。 分析机器人所在系统的工作环境。 错误 !未找到引用源。 根据机器人的工作要求，确定机器人的基本功能和方案。 如机器人的自由度、所能抓取的重量。 技术设计阶段 错误 !未找到引用源。 确定驱动系统的类型； 错误 !未找到引用源。 选择各部件的具体结构，进行机器人总装图的设计； 错误 !未找到引用源。 绘制机器人的零件图，并确定尺寸。 167。 总体方案的确定 167。 方案 提到总体方案的确定，让我们重复一下本课题的要求： 设计一种圆柱坐标式三自由度工业机械手，要求该装置具有三个独立的运动（两个直线运动和一个旋转运动 ）。 该机构中立柱可相对于机座旋转180 度，回转速度 15r/min，可水平伸缩距离 400mm ，移动速度约 /s，机械手可上下垂直运动，其垂直升降量 1000mm ，移动速度约 /s，机械手 最大夹持重量 10 kg ，所夹持工件为圆柱形，直径范围： Ф30 mm —Ф120mm。 河南科技大学毕业设计（论文） 9 根据课题要求经过认真思考和请教指导老师，本设计的旋转运动采用摆动液压马达（旋转液压缸）驱动，水平伸缩运动采用液压缸驱动，垂直升降运动仍采用液压缸驱动。 河南科技大学毕业设计（论文） 10 第 3章 机械手相关的设计与计算 167。 手指的相关设计与计算 167。 手指夹紧力的计算 手部是机械手直接抓取和握紧（或吸附）物件或夹持专用工具执行作业任务的部件，因此手部的结构和尺寸应依据作业任务要求来设计，从而形成了多种的结构型式。 它安装在手臂的前端，可以模仿人手动作。 设计手部时除了要满足抓取要求外，还应满足以下几点要求： （ 1） 、 手指握力的大小要适宜 确定手指的握力（即夹紧力）时，应考虑工件的重量以及传送或操作过程中所产生的惯性力和振动，以保证工件不致产生松动或脱落，但握力太大又会造成浪费并可能损坏工件。 （ 2） 、 应保证工件能顺利地进入或脱开手指 开合式手指应具有足够大的张开角度来适应较大的直径范围，保证有足够的夹紧距离以方便抓取和松开工件。 移动式钳爪要有足够大的移动范围。 （ 3） 、 应具有足够的强度和刚度，并且自身重量轻 因受到被夹工件的反作用力和运动过程中的惯性力、振动等的影响，要求机械手具有足够的强度和刚度以防折断或弯曲变形，但结构要简单紧凑、自重轻，并使手部的重心在手腕的回转轴线上，使手腕的扭转力矩最小。 （ 4） 、 动作迅速、灵活、准确，通用机械手还要求更换手部方便 根据用途手部可分为夹持式手部、吸附式手部 和专用工具（喷枪、扳手、焊接工具）三类。 经过分析和比较此设计采用夹持式手部。 河南科技大学毕业设计（论文） 11 一 、 夹持式手部 夹持式手部对抓取工件的形状具有较大的适应性，故应用较广。 它的动作与钢丝钳或虎钳相似。 二 、结构 夹持式手部是有驱动装置、传动机构和手指（或手爪）等组成。 驱动装置多半用活塞缸。 传动机构常用连杆机构、滑槽机构、齿轮齿条机构等。 手指常用两指，也有多指等形式。 指端是手指上直接与被夹工件接触的部位，它的结构形状取决于工件的形状。 手部结构按模仿人手手指的动作，可分为回转型、移动型等形式。 经分析和比较此设计选择移动式的 齿轮齿条手部。 根据所夹取的零件半径（  30 120mm 的圆柱形棒料）经分析 取扇型齿轮的齿顶圆半径 R=47，模数 m=4， 1Z =23。 齿条齿数取 2Z =23。 1． 手指夹紧力的计算： 公式： N 1K  2K  3K  0G (31) 0G 为抓取的工件重量最大为 10Kg ， 1K 为安全系数取  2,暂取 5，2K 为工作情况系数，可按 2K = 此取 2K =2， 3K 为方位系数，即为当爪子处在不同位置夹取工件不同放置位置是的系数，根据查取的公式： 3K = tan /(1 tan )f  ， 粗略计算 3K 约等于  此处 3K 取 1。 根据公式 （ 31） 计算得 : N  2 1 10 =294N 因为此设计采用移动型齿轮齿条手部结构，查资料知其夹紧力 NF 为驱动力 NF 的一半，即 : NF = PF (32) 所以， PF =588N，此处考虑其他因素 PF 取 600N。 三 、手腕 手腕是连接手部和手臂的部件，它的作用是调整或改变手部的方位。 一般手腕设有回转运动或再增加一个上下摆动即可满足要求，若有特殊要 求可增加手腕左右摆动或横向移动。 机械手的手腕结构相对比较复杂。 因此设计时要注意下面几个问题： 河南科技大学毕业设计（论文） 12 1） 、 可以有手臂完成的动作，尽量不设置手腕。 2） 、 手腕结构尽可能简单化，对不需要三维自由度的手腕，可采用两个或一个回转运动。 此设计可以不要手腕，动作可以由手臂完成。 图 31 为 机械手手部简图： 图 31 机械手手部简图 河南科技大学毕业设计（论文） 13 167。 手部液压缸的选取 （ 1） 、 初算活塞杆直径 经分析液压缸的最大工作力为 F = 1451N 由于手爪是靠推力夹紧的，所以驱动液压缸 的活塞杆选用材料 HT15 查表得 δ= 650Mpa ， 由 [δ] =c /Nb (33) 取 Nb = 3 得： [δ] = 又 [δ]min = N/A (34) 得： minA = 178。 （ 2）、压杆稳定性校核 欧拉公式 Pcr = π178。 EI/ (L ) 178。 (35) 由于此活塞杆是一端固定，一端铰接，所以 μ = 根据结构要求取 L = 200mm 查表得 HT15 的弹性模量 E = 115 160Gpa 取 E = 115Gpa 又 河南科技大学毕业设计（论文） 14 F =π178。 E I/ ( L ) 178。 [ STN ] (36) 为了更安全，取 [ STN ] = 6 得 Imax = (L ) 178。 [ STN ]F/π178。 E 而 I = πd178。 d178。 /64 (37) 得 mind = {64(L )178。 [ STN ]F/（ π178。 Eπ） } = 根据 GB/T23481993 圆整得： d = 35 mm （ 3）、液压缸参数确定 由 d = ( 1) D 得缸体 内径 D = 35/ = 根据 GB/T2348。