【正文】 第一章 緒論 背景及意義 論文選題背景在機械工業(yè)中，應用機械手的意義可以概括如下： （1）以提高生產(chǎn)過程中的自動化程度 應用機械手有利于實現(xiàn)材料的傳送、工件的裝夾、刀具的更換以及機器的裝配等的自動化的程度，從而可以提高勞動生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本。（2）二、以改善勞動條件，避免人身事故 在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空間狹窄的場合中，用人手直接操作是有危險或根本不可能的，而應用機械手即可部分或全部代替人安全的完成作業(yè)，使勞動條件得以改善。 在一些簡單、重復，特別是較笨重的操作中，以機械手代替人進行工作，可以避免由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。 （3）可以減輕人力，并便于有節(jié)奏的生產(chǎn) 應用機械手代替人進行工作，這是直接減少人力的一個側面，同時由于應用機械手可以連續(xù)的工作，這是減少人力的另一個側面。因此，在自動化機床的綜合加工自動線上，目前幾乎都沒有機械手，以減少人力和更準確的控制生產(chǎn)的節(jié)拍，便于有節(jié)奏的進行工作生產(chǎn)。我國的機器人研究始于二十世紀 70 年代。經(jīng)過近 30 年努力，從80年代“七五”科技攻關開始起步，在國家的支持下，通過“七五”、“八五”科技攻關，目前已基本掌握了機器人操作機的設計制造技術、控制系統(tǒng)硬件和軟件設計技術、運動學和軌跡規(guī)劃技術，生產(chǎn)了部分機器人關鍵元器件，開發(fā)出噴漆、弧焊、點焊、裝配、搬運等機器人；其中有130多臺套噴漆機器人在二十余家企業(yè)的近30條自動噴漆生產(chǎn)線（站）上獲得規(guī)模應用，弧焊機器人已應用在汽車制造廠的焊裝線上。但總的來看，我國的工業(yè)機器人技術及其工程應用的水平和國外比還有一定的距離，如：可靠性低于國外產(chǎn)品；機器人應用工程起步較晚，應用領域窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術與國外比有差距；在應用規(guī)模上，我國已安裝的國產(chǎn)工業(yè)機器人約200臺，約占全球已安裝臺數(shù)的萬分之四。以上原因主要是沒有形成機器人產(chǎn)業(yè)，當前我國的機器人生產(chǎn)都是應用戶的要求，“一客戶，一次重新設計”，品種規(guī)格多、批量小、零部件通用化程度低、供貨周期長、成本也不低，而且質量、可靠性不穩(wěn)定。因此迫切需要解決產(chǎn)業(yè)化前期的關鍵技術，對產(chǎn)品進行全面規(guī)劃，搞好系列化、通用化、模塊化設計，積極推進產(chǎn)業(yè)化進程。我國機器人技術主題發(fā)展的戰(zhàn)略目標是:根據(jù)2l世紀初我國國民經(jīng)濟對先進制造及自動化技術的需求,瞄準國際前沿高技術發(fā)展方向創(chuàng)新性地研究和開發(fā)工業(yè)機器人技術領域的基礎技術、產(chǎn)品技術和系統(tǒng)技術。未來工業(yè)機器人技術發(fā)展的重點有:第一,危險、惡劣環(huán)境作業(yè)機器人:主要有防暴、高壓帶電清掃、星球檢測、油汽管道等機器人。第二,醫(yī)用機器人:主要有腦外科手術輔助機器人,遙控操作輔助正骨等。第三,仿生機器人:主要有移動機器人,網(wǎng)絡遙控操作機器人等。其發(fā)展趨勢是智能化、低成本、高可靠性和易于集成。機器人市場競爭越來越激烈,中國制造業(yè)面臨著與國際接軌、參與國際分工的巨大挑戰(zhàn),加快工業(yè)機器人技術的研究開發(fā)與生產(chǎn)是我們抓住這個歷史機遇的主要途徑。因此我國工業(yè)機器人行業(yè)要認識到以下幾點情況:第一,工業(yè)機器人技術是我國由制造大國向制造強國轉變的主要手段和途徑,政府要對國產(chǎn)工業(yè)機器人有更多的政策與經(jīng)濟支持,參考國外先進經(jīng)驗,加大技術投入與改造。第二,在國家的科技發(fā)展計劃中,應該繼續(xù)對智能機器人研究開發(fā)與應用給予大力支持,形成產(chǎn)品和自動化制造裝備同步協(xié)調的新局面。第三,部分國產(chǎn)工業(yè)機器人已經(jīng)與國外相當,企業(yè)采購工業(yè)機器人時不要盲目進口,應該綜合評估,立足國產(chǎn)。國內狀況：在我國，機械手技術起步較晚，我國機械手的研發(fā)和應用還處在一個發(fā)展階段，跟美國日本等一些發(fā)達國家相比還有很大的差距，很多產(chǎn)品還需要進口，特別是高靈活，高精度的機械手。進入20世紀90年代后，我國機械手的研究開始步入正軌，主要應用于家用電器產(chǎn)品的裝配生產(chǎn)線以及半導體芯片，印刷電路等電子產(chǎn)品的裝配流水線。要是我國機械工業(yè)更進一步的發(fā)展壯大，就必須提高其自動化程度和生產(chǎn)效率，將人手操作變?yōu)闄C械手操作。同時，國家應加大對機械手的研發(fā)投入，積極開發(fā)擁有自主知識產(chǎn)權的產(chǎn)品，根本上解決對國外產(chǎn)品的進口需求。國外狀況：1985年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺機械手。隨后聯(lián)邦德國機械制造業(yè)從1970年開始應用機械手，主要用于起重運輸，焊接和設備的上下料等作業(yè)。日本后來居上，子1969年從美國引進兩種機械手后大力從事機械手的研究，是工業(yè)機械手發(fā)展做快，應用做多的國家[1]。1978年美國Unimate公司和斯坦福大學，麻省理工學院聯(lián)合研制出一種UnitmateVicarm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)，定位誤差小于1毫米。聯(lián)邦德國KuKa還生產(chǎn)一種點焊機械手，采用關節(jié)式結構和程序控制。在我國，機械手技術起步較晚，進入20世紀90年代后，我國機械手的研究開始步入正軌，主要應用于家用電器產(chǎn)品的裝配生產(chǎn)線以及半導體芯片，印刷電路等電子產(chǎn)品的裝配流水線。現(xiàn)代國際工業(yè)中，各種生產(chǎn)流水線以及物料管理中都在多元化的使用著氣動機械手。但在機械工業(yè)中，加工，裝配等生產(chǎn)是不連續(xù)的，工業(yè)機械手就是為實現(xiàn)這些工序的自動化而生產(chǎn)的。國外機械手工業(yè)中機械手上下料，減輕工人的勞動強度，并和機床共同組成一個綜合的數(shù)據(jù)加工系統(tǒng)。采用機械手進行裝配更是目前研究的重點，國外已研究采用攝像機和力傳感系統(tǒng)和微型計算機連在一起，能確定零件的方位達到鑲裝的目的。綜上所述，有效的應用機械手，是發(fā)展機械工業(yè)的必然趨勢。 畢業(yè)設計的目的畢業(yè)設計是學生完成本專業(yè)教學計劃的最后一個極為重要的實踐性教學環(huán)節(jié)，是使學生綜合運用所學過的基本理論、基本知識與基本技能去解決專業(yè)范圍內的工程技術問題而進行的一次基本訓練。這對學生即將從事的相關技術工作和未來事業(yè)的開拓都具有一定意義。其主要目的：培養(yǎng)學生綜合分析和解決本專業(yè)的一般工程技術問題的獨立工作能力，拓寬和深化學生的知識。培養(yǎng)學生樹立正確的設計思想，設計構思和創(chuàng)新思維，、國家標準等手冊、圖冊工具書進行設計計算，數(shù)據(jù)處理，編寫技術文件等方面的工作能力。培養(yǎng)學生進行調查研究，面向實際，面向生產(chǎn)，向工人和技術人員學習的基本工作態(tài)度，工作作風和工作方法。熟悉制機械手組成和結構，以及液壓驅動的實施方法。通過課題的設計鍛煉和培養(yǎng)自己的工藝文件的編制能力，熟悉常用材料的使用性能，正確選用材料；掌握夾具設計的基本方法和機械零部件設計的基本程序和方法；掌握機械加工工藝的制定過程，對一般的制造過程和方法有初步的了解，了解常用的零部件設計軟件，并能熟練運用二維及三維軟件進行設計。定的機械加工工藝所加工的產(chǎn)品能達到圖紙的各項技術要求。使自己在大學四年所學的知識得到全面總結和鞏固，對以前所學的知識得以溫故而知新，更好的掌握學過的知識，為將來的工作奠定一個良好基礎。研究方法和手段：調研收集整理有關機械零件設計、裝配工藝、機械加工工藝、制造技術等有關資料，供設計時使用；了解零件的用途，分析零件的工藝性、尺寸精度等技術要求；分析工藝資料，了解所用材料性能、零件特性以及工藝參數(shù)； 熟悉工廠實際情況，生產(chǎn)車間的加工能力與水平及檢測手段等。以便能密切聯(lián)系工廠實際，既方便又經(jīng)濟地進行設計工作。根據(jù)任務書的研究內容查閱相關專業(yè)資料，進行總體和具體的分析、設計和計算，完成該制品的工藝分析及造型設計，包括裝配圖和零件圖繪制，完成零件圖、裝配圖的制作。 畢業(yè)設計的內容和要求（1）應具有適當?shù)膴A緊力和驅動力；（2）手指應具有一定的開閉范圍；（3）應保證工件在手指內的夾持精度；（4）要求結構緊湊，重量輕，效率高；（5）應考慮通用性和特殊要求。設計參數(shù)及要求（1）采用手指式夾持器，執(zhí)行動作為抓緊和放松；（2）所要抓緊的工件正立于傳送帶上，直徑為80mm，放松時的兩抓的最大距離為110～120mm ，1s抓緊,夾持速度20mm/s；（3）工件的材質為45鋼，重量5kg；（4）夾持器有足夠的夾持力；（5）夾持器靠法蘭聯(lián)接在手臂上。由液壓缸提供動力；（6）伸縮臂行程300mm；（7）機械手腕回轉角度180176。工作要求要求設計一只機械手，用于給加工設備運送棒料。主要設計機械手的小臂、手腕和機械手指的結構，均采用液壓驅動。完成整裝圖設計，零件圖設計，完成液壓原理圖設計與計算。第二章 機械手的總體設計 機械手的設計參數(shù)（1）采用手指式夾持器，執(zhí)行動作為抓緊和放松；（2）所要抓緊的工件正立于傳送帶上，直徑為80mm，放松時的兩抓的最大距離為110～120mm ，1s抓緊,夾持速度20mm/s；（3）工件的材質為45鋼，重量5kg；（4）夾持器有足夠的夾持力；（5）夾持器靠法蘭聯(lián)接在手臂上。由液壓缸提供動力；（6）伸縮臂行程300mm；（7）機械手腕回轉角度180176。 機械手夾緊裝置設計 機械手夾緊力計算 夾持器夾在工件上的夾緊力是設計手部的主要依據(jù)，所以必須對其大小、方向和作用點進行分析和計算。一般來說，加緊力必須克服工件本身重力所產(chǎn)生的慣性力或慣性力矩來使工件保持穩(wěn)定的加緊狀態(tài)。手指對工件的夾緊力可按下列公式計算： 式（21）式中：—安全系數(shù)，由機械手的工藝及設計要求確定,通常取，； —工件情況系數(shù)，主