【正文】 中國石油大學(xué)（北京）現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 中國石油大學(xué)（北京）現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育 畢 業(yè) 設(shè) 計（論文） 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化方向 —— 自動上下料機(jī)械手設(shè)計 姓 名： 學(xué) 號： 202108108461 性 別： 男 專 業(yè) : 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 批 次： 0809 層 次： 專升本 電子郵箱： @ 聯(lián)系方式： 學(xué)習(xí)中心： 指導(dǎo)教師： 2021 年 4月 22日 中國石油大學(xué)（北京）現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 目錄 第一章 緒論 ………………………………………………… .4 工業(yè)機(jī)械手概況 ………………………………………… ...4 工業(yè)機(jī)械手的分類 .……………………………………… ..4 工業(yè)機(jī)械手的發(fā)展趨勢 …………………………………… .5 本章小結(jié) …………………………………………………… .6 第二章 工業(yè)機(jī)械手的設(shè)計方案 …………………………… .7 工業(yè)機(jī)械手的組成 ……………………………… ………… 7 規(guī)格參數(shù) …………………………………………………… 8 設(shè)計路線與方案 …………………………………………… 8 本章小結(jié) ………………………………… ………………… 9 第三章 機(jī)械手各部分的計算與分析 .……………… … … ..10 手部計算與分析 …………………………………… .… … 10 輸入輸出力的比率分析 …………………………………… ...… 10 腕部計算與分析 …………………………………… … … 13 腕部設(shè)計的基本要求 …………………………………… .…… ..13 腕部回轉(zhuǎn)力矩的計算 ………………… ..… …………… … ..… ..13 腕部擺動油缸設(shè)計 … ...…………………………………… …… .16 選鍵并校核強(qiáng)度 .…………………………………………… …… 17 臂部計算與分析 …………………………… …… .....…… .18 臂部設(shè)計的基本要求 …………………… ..………… ..………… 18 手臂的設(shè)計計算 …………………… ..…………………… ..…… 20 機(jī)身計算與分析 ………… … ...……… …………… … .… .28 本章小結(jié) …………………………… …………… ........… .28 第四章 液壓系統(tǒng) .…………………………………… ...… ..29 液壓缸 ………………………………………………… ..… 29 計算和選擇液壓元 件 ………………… ……………… … ..31 液壓泵的選取要求及其具體選取 …………… …………… … … .31 選擇液壓控制閥的原則 ……… ……… .…………………… ...… .33 選擇液壓 輔助元件的要求 ……… ……… .………………… ...… ..33 中國石油大學(xué)（北京）現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 具體選擇液壓原件 …… .…… ……… .… ……………… ...… ...… .33 本章小結(jié) …………………………………… … ..……… ..34 第 五 章 液壓缸的保養(yǎng)與維修 ………… ……………… ..…… 36 液壓元件的安裝 ………………………… ………… .…… 36 液壓系統(tǒng)的一般使用與維護(hù) ……………………… …… ...36 一般技術(shù)安全事項 …………… ……………… .………… ..36 第 六 章 機(jī)械手控制系統(tǒng) …… ..…… …… ……… ..………… 37 結(jié)論 ……………………………………………… ...… .……… 38 參考文獻(xiàn) ………………… ………………………… ...…… .… 39 致謝 ………………………………………………… ..… ...…… 40 中國石油大學(xué)（北京）現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 第 1 章 緒 論 工業(yè)機(jī)械手概況 工業(yè)機(jī)械手是人類創(chuàng)造的一種機(jī)器 ,機(jī)械手首先是從美國開始研制的， 1958年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺機(jī)械手。工業(yè)機(jī)械手是一種模仿人體上肢的部分功能，按照預(yù)定要求輸送工作或握持工具進(jìn)行操作的自動化技術(shù)裝備。機(jī)械手可以在空間抓放物體，動作靈活多樣，適用于可變換生產(chǎn)品種的中小批量自動化生產(chǎn)。工業(yè)生產(chǎn)上應(yīng)用的機(jī)械手，由于 使用場合和工作要求的不同，技術(shù)復(fù)雜程度也有很大差別。但他們都有類似人的手臂、手腕和手的部分動作及功能；一般都能按預(yù)定程序，自動地、重復(fù)循環(huán)地進(jìn)行工作。實踐證明：工業(yè)機(jī)械手可以代替人手的繁重勞動，顯著減輕工人的勞動強(qiáng)度，改善勞動條件，提高勞動生產(chǎn)率和生產(chǎn)自動化水平。工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)笨重工件的搬運和長期、頻繁、單調(diào)的操作，采用機(jī)械手是有效的；此外，他能在高溫、低溫、深水、宇宙、放射性和其他有毒、污染環(huán)境條件下進(jìn)行操作，更顯示其優(yōu)越性，有著廣闊的發(fā)展前途。 工業(yè)機(jī)械手的 分類 按用途分可分為專用機(jī)械手和通用機(jī) 械手 （ 1）專業(yè)機(jī)械手 是指附屬于主機(jī)，動作程序固定，一般沒有獨立控制系統(tǒng)，只制作專門用途的自動抓取或操作裝置。 （ 2）通用機(jī)械手（國外泛稱工業(yè)機(jī)械人） 是指程序可變的、獨立的、自動化的抓取或操作裝置。通用工作機(jī)械手工作范圍大、定位精度高、通用性強(qiáng)，適用于不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量自動化的生產(chǎn)。 按驅(qū)動方式可分為液壓、氣壓、機(jī)械、電力傳動機(jī)械手 （ 1）液壓傳動機(jī)械手 是以油液的壓力來驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)運動的機(jī)械手。其主要特點是：抓重可達(dá)幾百公斤以上、傳動平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)緊湊、動作靈敏。但對密封裝 置要求嚴(yán)格，不然油的泄露對機(jī)械手的工作性能有很大的影響，且不宜在高溫、低溫下工作。 （ 2）氣壓傳動機(jī)械手 中國石油大學(xué)（北京）現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 是以壓縮空氣的壓力來驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)運動的機(jī)械手。其主要特點是介質(zhì)來源極方便、氣動動作迅速、結(jié)構(gòu)簡單、成本低。但是由于空氣具有可壓縮的特性，工作速度的穩(wěn)定性較差，而且氣源壓力較低，抓重一般在 30 公斤以下，適用于高速、輕載、高溫和粉塵大的環(huán)境中進(jìn)行工作。 （ 3）機(jī)械傳動機(jī)械手 即由機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)（如凸輪、連桿、齒輪和齒條、間歇機(jī)構(gòu)等）驅(qū)動的機(jī)械手。它是一種附屬于工作主機(jī)的專用機(jī)械手，其動 力是由工作機(jī)械傳遞的。它的主要特點是運動準(zhǔn)確可靠、動作頻率高，但結(jié)構(gòu)較大，動作程序不可變。它常被用于為工作主機(jī)的上、下料。 （ 4）電力傳動機(jī)械手 即由特殊結(jié)構(gòu)的感應(yīng)電動機(jī)、 直線電機(jī)或功率步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)運動的機(jī)械手，因為不需要中間的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，故機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單。 按控制方式分 （ 1）點位控制 它的運動分為空間點到點之間的移動，只能控制運動過程中幾個點的位置，不能控制其遠(yuǎn)動軌跡。 （ 2）連續(xù)軌跡控制 它的運動軌跡為空間的任意連續(xù)曲線，其特點是設(shè)定點為無限的，整個移動 過程處于控制之下，可以實現(xiàn)平穩(wěn)和準(zhǔn)確的運動，并且使用范圍廣，但電氣控制系統(tǒng)復(fù)雜。 工業(yè)機(jī)械手 機(jī)械手的發(fā)展趨勢 擴(kuò)大機(jī)械手在熱加工行業(yè)上的應(yīng)用 因熱加工作業(yè)的物件重、形狀復(fù)雜、環(huán)境溫度高等，給機(jī)械手的設(shè)計、制造帶來不少困難，這就需要解決技術(shù)上的難點，使機(jī)械手更好地為熱加工作業(yè)服務(wù)。 提高工業(yè)機(jī)械手的性能 機(jī)械手的工作性能的優(yōu)劣，決定著它能否正常地應(yīng)用于生產(chǎn)中。機(jī)械手工作性能中的重復(fù)定位精度和工作速度兩個指標(biāo)，是決定機(jī)械手能否保質(zhì)保量地完成操作任務(wù)的關(guān)鍵因素。因此要解決好機(jī)械手的工作平穩(wěn)性和快速 性的要求，除了從解決緩沖定位措施入手外，還應(yīng)發(fā)展?jié)M足機(jī)械手性能要求價廉的電液伺服閥，將伺服控中國石油大學(xué)（北京）現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 制系統(tǒng)應(yīng)用于機(jī)械手上。 發(fā)展組合式機(jī)械手 為了適應(yīng)應(yīng)用領(lǐng)域分門別類的要求，可將機(jī)械手的結(jié)構(gòu)化設(shè)計成可以組合的型式。組合式機(jī)械手是將一些通用部件根據(jù)作業(yè)要求，選擇必要的能完成預(yù)定機(jī)能的單元部件，以機(jī)座為基礎(chǔ)進(jìn)行組合，配上與其相適應(yīng)的控制部分，即成為能完成特殊要求的機(jī)械手。它便于標(biāo)準(zhǔn)化，系列化設(shè)計和組織專業(yè)化生產(chǎn)，有利于提高機(jī)械手的質(zhì)量和降低造價。 研制具有“視覺”和“觸覺”的所謂“智能機(jī)器人” 對于需用 人工進(jìn)行靈巧操作及需要進(jìn)行判斷的工作場合機(jī)械手很難代替人的勞動。因此，人們對機(jī)械手提出了更高的要求，希望具有“視覺”和“觸覺”的功能，使之對物件進(jìn)行判斷、選擇，并能進(jìn)行“手 —— 眼”協(xié)調(diào)工作。具有感覺功能的機(jī)器人，其工作性能是比較完善的，能夠準(zhǔn)確夾持任一方位的物件，判斷物件重量，越過障礙物進(jìn)行工作，自動測出夾緊力大小，并能自動調(diào)節(jié)，適用于從事復(fù)雜、精密的操作。 隨著工業(yè)機(jī)械手工作性能不斷提高，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，通用化、系列化、標(biāo)準(zhǔn)化工作進(jìn)一步開展，工業(yè)機(jī)械手必將在工業(yè)生產(chǎn)中大量推廣應(yīng)用。 本章小結(jié) 本章介紹了工業(yè)機(jī)械手的概括，工業(yè)機(jī)械手的分類、發(fā)展趨勢 。工業(yè)機(jī)械手在國民生產(chǎn)中有廣泛的應(yīng)用，許多機(jī)械設(shè)備都用到工業(yè)機(jī)械手，它是近代自動控制領(lǐng)域內(nèi)出現(xiàn)的一種新型的技術(shù)裝備。 中國石油大學(xué)（北京）現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 第 2章 工業(yè)機(jī)械手的設(shè)計方案 工業(yè)機(jī)械手的組成 機(jī)械手的組成一般包括執(zhí)行系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等部分組成。細(xì)分則可列為以下數(shù)項： 手部（或稱抓取機(jī)構(gòu)） 包括手指、傳力機(jī)構(gòu)等，主要起抓取和放置物件的作用。 傳送機(jī)構(gòu)（或稱臂部） 包括手腕、手臂等，主要起改變物件方位和位置的作用。 驅(qū) 動部分 是驅(qū)動前兩部分的動力，因此也成動力源，常用的有液壓、氣壓、電力和機(jī)械式驅(qū)動四種形式。液壓驅(qū)動系統(tǒng)是由油缸、閥、油閥和油箱等組成；氣壓驅(qū)動系統(tǒng)是由氣缸、氣閥、空壓機(jī)（或由空氣壓縮機(jī)站直接提供）和儲氣罐等組成；電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)是由一些電動機(jī)、專用電動機(jī)等組成。 控制部分 是機(jī)械手動作的指揮系統(tǒng)，由它來控制動作的順序（程序）、位置和時間（甚至速度與加速度）等。一般包括程序控制部分和行程檢測反饋部分。 其它部分 如機(jī)體、行走機(jī)構(gòu)、行程檢測裝置和傳感裝置等： （ 1）機(jī)體（也稱機(jī)身） 是用以支承和連接其他零件、部件的基礎(chǔ)件。 （ 2）行走機(jī)構(gòu) 是為了擴(kuò)大機(jī)械手的使用空間而設(shè)置的。而本身又包括動力源、傳動（減速）機(jī)構(gòu)、滾輪或連桿機(jī)構(gòu)等。 （ 3）行程檢測裝置 是監(jiān)測和控制機(jī)械手各運動行程（位置）的裝置。 （ 4）傳感裝置 中國石油大學(xué)（北京）現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 其中裝有某種傳感器，是手指具有敏感性和自控性，用以反應(yīng)手指與物件是否接觸、物件有無滑下或脫落、物件的方位是否正確、手指對物件的握緊力是否與物件的重量相適應(yīng)等。 規(guī)格參數(shù) 工業(yè)機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)，是說明機(jī)械手規(guī)格和性能的具體指 標(biāo)。 抓重（或臂力） 抓重是機(jī)械手所能抓取或搬運物件的最大重量