【正文】 三江學(xué)院 2021屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 目 錄 第一章 緒論 ............................................. 1 課題背景及意義 ................................................. 1 機械手的發(fā)展和趨勢 ............................................. 1 某生產(chǎn)線機械手 的設(shè)計要求和基本內(nèi)容 ............................. 2 第二章 某生產(chǎn)線機械手模塊的設(shè)計 .......................... 4 機械手驅(qū)動方式的選擇 ............................................ 4 氣動驅(qū)動機械手的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展前景 .............................. 5 機械手的設(shè)計方案 ................................................ 6 機械手的手部結(jié)構(gòu)設(shè)計 ............................................ 6 機械手的系統(tǒng)設(shè)計 ................................................ 8 機械手的手部結(jié)構(gòu)設(shè)計及計算 ...................................... 9 機械手手臂機構(gòu)的設(shè)計 ........................................... 12 機械手腰部和機座結(jié)構(gòu)設(shè)計及計算 ................................. 13 機座傳動裝置的總體設(shè)計 ......................................... 15 第三章 旋轉(zhuǎn)模塊的設(shè)計 ................................... 23 旋轉(zhuǎn)模塊總體設(shè)計 ............................................... 23 擺動氣缸的選用 ................................................. 23 第四章 裝釘模塊的設(shè)計 ................................... 25 裝釘模塊的總體布置設(shè)計 ........................................ 25 釘盒的結(jié)構(gòu)設(shè)計 ................................................. 26 壓釘軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 ............................................... 26 裝釘氣缸的選用 ................................................. 26 導(dǎo)軸和導(dǎo)套的設(shè)計 ............................................... 27 第五章 計算機輔助設(shè)計 ................................... 28 三維建模 ...................................................... 28 CAXA 的運用 .................................................... 33 結(jié)束語 .................................................. 35 致 謝 .................................................. 36 參考文獻 ................................................ 37 三江學(xué)院 2021屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 第一章 緒論 課題背景及意義 某 生產(chǎn)線機械手是一種具有開放式特征的實訓(xùn)實驗平臺。是多種高科技的融合，可以完成電工、電子、單片機、機械設(shè)計、傳感器、機電控制、數(shù)字信號處理等許多課程的幾百個實訓(xùn)實驗。某生產(chǎn)線機械手的作用主要以展示機械結(jié) 構(gòu)、運動特征和功能關(guān)系為主。相對于工業(yè)機器人具有它的特殊性：首先，一臺機械手相當于一個試驗平臺，要能顯示多種運動性能。因此，應(yīng)用環(huán)境廣泛，功能多樣。其次，其制造加上精度略低于工業(yè)機器人，且性價比高。另外，它的體積小，重量輕。因此，專用性強的生產(chǎn)線機械手的研制方法不能滿足這樣的要求。所以我用solidworks 軟件來實現(xiàn)機械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計和對其進行的原理分析設(shè)計了一種的可擴展式機械手 ， 具有造價低、調(diào)控容易、重復(fù)性好的特點。 機械手的 發(fā)展和趨勢 機械手在現(xiàn)實生活中的種類可以說是非常的多，然而最初的機械手是 工業(yè)機械手，它最早應(yīng)用在汽車制造工業(yè)，常用于焊接、噴漆、上下料和搬運。工業(yè)機械手延伸和擴大了人的 手足和大腦功能，它可替代人從事危險、有害、有毒、低溫和高溫等惡劣環(huán)境中工作：代替人完成繁重、單調(diào)重復(fù)勞動，提高勞動生產(chǎn)率，保證產(chǎn)品質(zhì)量。目前主要應(yīng)用與制造業(yè)中，特別是電器制造、汽車制造、塑料加工、通用機械制造及金屬加工等工業(yè)。工業(yè)機械手與數(shù)控加工中心，自動搬運小車與自動檢測系統(tǒng)可組成柔性制造系統(tǒng)和計算機集成制造系統(tǒng)，實現(xiàn)生產(chǎn)自動化。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，功能和性能的不斷改善和提高，機械手的應(yīng)用領(lǐng)域日益擴大。 工業(yè)機械 手是在第二次世界大戰(zhàn)期間發(fā)展起來的，始于 40 年代的美國橡樹嶺國家實驗室的搬運核原料的遙控機械操作手研究，它是一種主從型的控制系統(tǒng)。 1958 年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺機械手。它的結(jié)構(gòu)是：機體上安裝一回轉(zhuǎn)長臂，端部裝有電磁鐵的工件抓放機構(gòu)，控制系統(tǒng)是示教型的； 1962 年，美國聯(lián)合控制公司在上述方案的基礎(chǔ)上，又試制成一臺數(shù)控示教再現(xiàn)型機械手。運動系統(tǒng)仿造坦克炮塔，臂可以回轉(zhuǎn)、俯仰、伸縮，用液壓驅(qū)動；控制系統(tǒng)用磁鼓做儲存裝置。不少球面坐標式機械手就是在這個基礎(chǔ)上發(fā)展起來的；同年該公司和普曼公司合并成為萬能制 動公司，專門生產(chǎn)工業(yè)機械手。 1962 年美國機械鑄造公司也實驗成功一種叫 Versatran 機械手，原意是靈活搬運，可做點位和軌跡控制：該機械手的中央立柱可以回轉(zhuǎn)、升降、伸縮，采用液壓驅(qū)動，控制系統(tǒng)也是示教再現(xiàn)型。雖然這 2種機械手出現(xiàn)在六十年代初，但都是國外機械手發(fā)展的基礎(chǔ)。從 60 年代后期起，噴漆、弧焊工業(yè)機器人相繼在生產(chǎn)中開始應(yīng)用。 三江學(xué)院 2021屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 1978 年美國 Unimate 公司和斯坦福大學(xué)、麻省理工學(xué)院聯(lián)合研制出一種Unimation— 型工業(yè)機械手，裝有小型電子計算機進行控制，用于裝配作業(yè)。聯(lián)邦德國機器制 造業(yè)是從 1970 年開始應(yīng)用機械手，主要用于起重運輸、焊接和設(shè)備的上下料等作業(yè)：聯(lián)邦德國 Kuka 公司還生產(chǎn)一種點焊機械手，采用關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)和程序控制；日本是工業(yè)機器人發(fā)展最快，應(yīng)用國家最多的國家，自 1969 年從美國引進兩種典型機械手后，開始大力從事機械手的研究，目前以成為世界上工業(yè)機械手應(yīng)用最多的國家之一。前蘇聯(lián)自六十年代開始發(fā)展應(yīng)用機械手，主要用于機械化、自動化程序較低、繁重單調(diào)、有害于健康的輔助性工作。 我國工業(yè)機械手的研究與開發(fā)始于 20 世紀 70 年代。 1972 年我國第一臺機械手開發(fā)于上海，隨之全國各省都開始 研制和應(yīng)用機械手。從第七個五年計劃（ 19861990）開始，我國政府將工業(yè)機器人的發(fā)展列入其中，并且為此項目投入大量的資金，研究開發(fā)并且制造了一系列的工業(yè)機器人，有由北京機械自動化研究所設(shè)計制造的噴涂機器人，廣州機床研究所和北京機床研究所合作設(shè)計制造的點焊機器人，大連機床研究所設(shè)計制造的氬弧焊機器人，沈陽工業(yè)大學(xué)設(shè)計制造的裝卸載機器人等等。這些機器人的控制器，都是由中國科學(xué)院沈陽自動化研究所和北京科技大學(xué)機器人研究所開發(fā)的，同時一系列的機器人關(guān)鍵部件也被開發(fā)出來，如機器人專用軸承，減震齒輪，直流伺服電機， 編碼器， DC—— PWM等等。 我國的工業(yè)機械手發(fā)展主要是逐步擴大其應(yīng)用范圍。在應(yīng)用專業(yè)機械手的同時，相應(yīng)的發(fā)展通用機械手，研制出示教式機械手、計算機控制機械手和組合式機械手等?？梢詫C械手各運動構(gòu)件，如伸縮、擺動、升降、橫移、俯仰等機構(gòu)，設(shè)計成典型的通用機構(gòu)，以便根據(jù)不同的作業(yè)要求，選用不用的典型機構(gòu)，組裝成各種用途的機械手，即便于設(shè)計制造，又便于跟換工件，擴大了應(yīng)用范圍。 某 生產(chǎn)線機械手 的設(shè)計要求和基本內(nèi)容 所謂機械手的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)是指具有特定功能的、相互間具有許多聯(lián)系要素構(gòu)成的一個整體。首先 ，從系統(tǒng)的觀點出發(fā)，本設(shè)計是采用內(nèi)部系統(tǒng)設(shè)計與外部系統(tǒng)設(shè)計相結(jié)合的方法，既重視內(nèi)部系統(tǒng)設(shè)計，也重視內(nèi)、外系統(tǒng)的聯(lián)系。在確定系統(tǒng)功能時，每個模塊都遵循保證基本功能、滿足使用功能、剔除多余功能，恰到好處地利用外觀功能和原則。 因此，本著該設(shè)計意圖，根據(jù)動作要求對機械結(jié)構(gòu)進行分析，本次的設(shè)計包括以下幾個基本內(nèi)容： ，并分析各工作模塊的功能。 。 ，進行機構(gòu)原理圖設(shè)計和運動分析。 ，設(shè)計零件，用 SolidWorks 2021 繪制三維零件圖，并進行三維裝配三江學(xué)院 2021屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 圖設(shè)計。 ，然后轉(zhuǎn)化為工程圖以便畫二維圖。 CAXA 2021 或 SolidWorks 2021 進行設(shè)計。 ，包括零件圖、裝配圖。 最終本人用 SolidWorks 2021 設(shè)計完成的三維裝配圖如圖 所示： 圖 三模塊總裝配圖 三江學(xué)院 2021屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 第二章 某生產(chǎn)線機械手模塊的設(shè)計 機械手驅(qū)動方式 的選擇 機械手的驅(qū)動方式一般有三種方式：氣動驅(qū)動方式、液壓驅(qū)動方式、電驅(qū)動驅(qū)動方式 氣動 驅(qū)動 的優(yōu)點： 結(jié)構(gòu)簡單、氣源簡便獲得、能得到較高的開關(guān)速度、可安裝調(diào)速器，使開關(guān)速度按需要進行調(diào)整、氣體削減性大，關(guān)閉時有彈性、 成本低。 氣動 驅(qū)動 的缺點： 因氣體有削減性所以速度不易勻稱 ，噪聲大，難以準確控制位置及速度。 液動 驅(qū)動 的優(yōu)點： 結(jié)構(gòu)簡單，體種小、輸出力大、簡便獲得低速或高速，能無級變速、 功率重量比大，低速平穩(wěn) 、由于液壓油的黏性而效率較高，有自潤滑功能 和防銹功能。 液動 驅(qū)動 的缺點： 油溫變化引起油粘度的變化、液壓元件和管道易滲漏、配管，維修不方便、 易漏油，成本較高。 電動 驅(qū)動 的優(yōu)點： 適用性較強，不受環(huán)境溫度影響、輸出轉(zhuǎn)矩范圍廣、控制方便，能自由地采用直流、交流、短波、脈沖等各種信號，適于放大、記憶、邏輯判斷和計算等工作、可落實超小型化、擁有機械自鎖性、安裝、維護檢修方便、 可分為步進驅(qū)動、直流驅(qū)動和交流驅(qū)動。其中直流驅(qū)動調(diào)速性能好，功率較大，效率高。 電動 驅(qū)動 的缺點： 結(jié)構(gòu)龐雜、機械效率低一般只有 25%60%、輸出轉(zhuǎn)速不