【正文】 第一章 緒論 背景及意義 論文選題背景在機(jī)械工業(yè)中，應(yīng)用機(jī)械手的意義可以概括如下： （1）以提高生產(chǎn)過(guò)程中的自動(dòng)化程度 應(yīng)用機(jī)械手有利于實(shí)現(xiàn)材料的傳送、工件的裝夾、刀具的更換以及機(jī)器的裝配等的自動(dòng)化的程度，從而可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本。（2）二、以改善勞動(dòng)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(chǎng)合中，用人手直接操作是有危險(xiǎn)或根本不可能的，而應(yīng)用機(jī)械手即可部分或全部代替人安全的完成作業(yè)，使勞動(dòng)條件得以改善。 在一些簡(jiǎn)單、重復(fù)，特別是較笨重的操作中，以機(jī)械手代替人進(jìn)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(yīng)用機(jī)械手代替人進(jìn)行工作，這是直接減少人力的一個(gè)側(cè)面，同時(shí)由于應(yīng)用機(jī)械手可以連續(xù)的工作，這是減少人力的另一個(gè)側(cè)面。因此，在自動(dòng)化機(jī)床的綜合加工自動(dòng)線上，目前幾乎都沒有機(jī)械手，以減少人力和更準(zhǔn)確的控制生產(chǎn)的節(jié)拍，便于有節(jié)奏的進(jìn)行工作生產(chǎn)。我國(guó)的機(jī)器人研究始于二十世紀(jì) 70 年代。經(jīng)過(guò)近 30 年努力，從80年代“七五”科技攻關(guān)開始起步，在國(guó)家的支持下，通過(guò)“七五”、“八五”科技攻關(guān)，目前已基本掌握了機(jī)器人操作機(jī)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)、控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)技術(shù)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù)，生產(chǎn)了部分機(jī)器人關(guān)鍵元器件，開發(fā)出噴漆、弧焊、點(diǎn)焊、裝配、搬運(yùn)等機(jī)器人；其中有130多臺(tái)套噴漆機(jī)器人在二十余家企業(yè)的近30條自動(dòng)噴漆生產(chǎn)線（站）上獲得規(guī)模應(yīng)用，弧焊機(jī)器人已應(yīng)用在汽車制造廠的焊裝線上。但總的來(lái)看，我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國(guó)外比還有一定的距離，如：可靠性低于國(guó)外產(chǎn)品；機(jī)器人應(yīng)用工程起步較晚，應(yīng)用領(lǐng)域窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與國(guó)外比有差距；在應(yīng)用規(guī)模上，我國(guó)已安裝的國(guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人約200臺(tái)，約占全球已安裝臺(tái)數(shù)的萬(wàn)分之四。以上原因主要是沒有形成機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，當(dāng)前我國(guó)的機(jī)器人生產(chǎn)都是應(yīng)用戶的要求，“一客戶，一次重新設(shè)計(jì)”，品種規(guī)格多、批量小、零部件通用化程度低、供貨周期長(zhǎng)、成本也不低，而且質(zhì)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(guān)鍵技術(shù)，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行全面規(guī)劃，搞好系列化、通用化、模塊化設(shè)計(jì)，積極推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。我國(guó)機(jī)器人技術(shù)主題發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)是:根據(jù)2l世紀(jì)初我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)對(duì)先進(jìn)制造及自動(dòng)化技術(shù)的需求,瞄準(zhǔn)國(guó)際前沿高技術(shù)發(fā)展方向創(chuàng)新性地研究和開發(fā)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域的基礎(chǔ)技術(shù)、產(chǎn)品技術(shù)和系統(tǒng)技術(shù)。未來(lái)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)有:第一,危險(xiǎn)、惡劣環(huán)境作業(yè)機(jī)器人:主要有防暴、高壓帶電清掃、星球檢測(cè)、油汽管道等機(jī)器人。第二,醫(yī)用機(jī)器人:主要有腦外科手術(shù)輔助機(jī)器人,遙控操作輔助正骨等。第三,仿生機(jī)器人:主要有移動(dòng)機(jī)器人,網(wǎng)絡(luò)遙控操作機(jī)器人等。其發(fā)展趨勢(shì)是智能化、低成本、高可靠性和易于集成。機(jī)器人市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈,中國(guó)制造業(yè)面臨著與國(guó)際接軌、參與國(guó)際分工的巨大挑戰(zhàn),加快工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的研究開發(fā)與生產(chǎn)是我們抓住這個(gè)歷史機(jī)遇的主要途徑。因此我國(guó)工業(yè)機(jī)器人行業(yè)要認(rèn)識(shí)到以下幾點(diǎn)情況:第一,工業(yè)機(jī)器人技術(shù)是我國(guó)由制造大國(guó)向制造強(qiáng)國(guó)轉(zhuǎn)變的主要手段和途徑,政府要對(duì)國(guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人有更多的政策與經(jīng)濟(jì)支持,參考國(guó)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn),加大技術(shù)投入與改造。第二,在國(guó)家的科技發(fā)展計(jì)劃中,應(yīng)該繼續(xù)對(duì)智能機(jī)器人研究開發(fā)與應(yīng)用給予大力支持,形成產(chǎn)品和自動(dòng)化制造裝備同步協(xié)調(diào)的新局面。第三,部分國(guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)與國(guó)外相當(dāng),企業(yè)采購(gòu)工業(yè)機(jī)器人時(shí)不要盲目進(jìn)口,應(yīng)該綜合評(píng)估,立足國(guó)產(chǎn)。國(guó)內(nèi)狀況：在我國(guó)，機(jī)械手技術(shù)起步較晚，我國(guó)機(jī)械手的研發(fā)和應(yīng)用還處在一個(gè)發(fā)展階段，跟美國(guó)日本等一些發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有很大的差距，很多產(chǎn)品還需要進(jìn)口，特別是高靈活，高精度的機(jī)械手。進(jìn)入20世紀(jì)90年代后，我國(guó)機(jī)械手的研究開始步入正軌，主要應(yīng)用于家用電器產(chǎn)品的裝配生產(chǎn)線以及半導(dǎo)體芯片，印刷電路等電子產(chǎn)品的裝配流水線。要是我國(guó)機(jī)械工業(yè)更進(jìn)一步的發(fā)展壯大，就必須提高其自動(dòng)化程度和生產(chǎn)效率，將人手操作變?yōu)闄C(jī)械手操作。同時(shí)，國(guó)家應(yīng)加大對(duì)機(jī)械手的研發(fā)投入，積極開發(fā)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品，根本上解決對(duì)國(guó)外產(chǎn)品的進(jìn)口需求。國(guó)外狀況：1985年美國(guó)聯(lián)合控制公司研制出第一臺(tái)機(jī)械手。隨后聯(lián)邦德國(guó)機(jī)械制造業(yè)從1970年開始應(yīng)用機(jī)械手，主要用于起重運(yùn)輸，焊接和設(shè)備的上下料等作業(yè)。日本后來(lái)居上，子1969年從美國(guó)引進(jìn)兩種機(jī)械手后大力從事機(jī)械手的研究，是工業(yè)機(jī)械手發(fā)展做快，應(yīng)用做多的國(guó)家[1]。1978年美國(guó)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UnitmateVicarm型工業(yè)機(jī)械手，裝有小型電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，用于裝配作業(yè)，定位誤差小于1毫米。聯(lián)邦德國(guó)KuKa還生產(chǎn)一種點(diǎn)焊機(jī)械手，采用關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)和程序控制。在我國(guó)，機(jī)械手技術(shù)起步較晚，進(jìn)入20世紀(jì)90年代后，我國(guó)機(jī)械手的研究開始步入正軌，主要應(yīng)用于家用電器產(chǎn)品的裝配生產(chǎn)線以及半導(dǎo)體芯片，印刷電路等電子產(chǎn)品的裝配流水線?，F(xiàn)代國(guó)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(dòng)機(jī)械手。但在機(jī)械工業(yè)中，加工，裝配等生產(chǎn)是不連續(xù)的，工業(yè)機(jī)械手就是為實(shí)現(xiàn)這些工序的自動(dòng)化而生產(chǎn)的。國(guó)外機(jī)械手工業(yè)中機(jī)械手上下料，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，并和機(jī)床共同組成一個(gè)綜合的數(shù)據(jù)加工系統(tǒng)。采用機(jī)械手進(jìn)行裝配更是目前研究的重點(diǎn)，國(guó)外已研究采用攝像機(jī)和力傳感系統(tǒng)和微型計(jì)算機(jī)連在一起，能確定零件的方位達(dá)到鑲裝的目的。綜上所述，有效的應(yīng)用機(jī)械手，是發(fā)展機(jī)械工業(yè)的必然趨勢(shì)。 畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的畢業(yè)設(shè)計(jì)是學(xué)生完成本專業(yè)教學(xué)計(jì)劃的最后一個(gè)極為重要的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，是使學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)過(guò)的基本理論、基本知識(shí)與基本技能去解決專業(yè)范圍內(nèi)的工程技術(shù)問(wèn)題而進(jìn)行的一次基本訓(xùn)練。這對(duì)學(xué)生即將從事的相關(guān)技術(shù)工作和未來(lái)事業(yè)的開拓都具有一定意義。其主要目的：培養(yǎng)學(xué)生綜合分析和解決本專業(yè)的一般工程技術(shù)問(wèn)題的獨(dú)立工作能力，拓寬和深化學(xué)生的知識(shí)。培養(yǎng)學(xué)生樹立正確的設(shè)計(jì)思想，設(shè)計(jì)構(gòu)思和創(chuàng)新思維，、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)等手冊(cè)、圖冊(cè)工具書進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，數(shù)據(jù)處理，編寫技術(shù)文件等方面的工作能力。培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行調(diào)查研究，面向?qū)嶋H，面向生產(chǎn)，向工人和技術(shù)人員學(xué)習(xí)的基本工作態(tài)度，工作作風(fēng)和工作方法。熟悉制機(jī)械手組成和結(jié)構(gòu)，以及液壓驅(qū)動(dòng)的實(shí)施方法。通過(guò)課題的設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)的基本方法和機(jī)械零部件設(shè)計(jì)的基本程序和方法；掌握機(jī)械加工工藝的制定過(guò)程，對(duì)一般的制造過(guò)程和方法有初步的了解，了解常用的零部件設(shè)計(jì)軟件，并能熟練運(yùn)用二維及三維軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)。定的機(jī)械加工工藝所加工的產(chǎn)品能達(dá)到圖紙的各項(xiàng)技術(shù)要求。使自己在大學(xué)四年所學(xué)的知識(shí)得到全面總結(jié)和鞏固，對(duì)以前所學(xué)的知識(shí)得以溫故而知新，更好的掌握學(xué)過(guò)的知識(shí)，為將來(lái)的工作奠定一個(gè)良好基礎(chǔ)。研究方法和手段：調(diào)研收集整理有關(guān)機(jī)械零件設(shè)計(jì)、裝配工藝、機(jī)械加工工藝、制造技術(shù)等有關(guān)資料，供設(shè)計(jì)時(shí)使用；了解零件的用途，分析零件的工藝性、尺寸精度等技術(shù)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(shí)際情況，生產(chǎn)車間的加工能力與水平及檢測(cè)手段等。以便能密切聯(lián)系工廠實(shí)際，既方便又經(jīng)濟(jì)地進(jìn)行設(shè)計(jì)工作。根據(jù)任務(wù)書的研究?jī)?nèi)容查閱相關(guān)專業(yè)資料，進(jìn)行總體和具體的分析、設(shè)計(jì)和計(jì)算，完成該制品的工藝分析及造型設(shè)計(jì)，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(shè)計(jì)的內(nèi)容和要求（1）應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膴A緊力和驅(qū)動(dòng)力；（2）手指應(yīng)具有一定的開閉范圍；（3）應(yīng)保證工件在手指內(nèi)的夾持精度；（4）要求結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，效率高；（5）應(yīng)考慮通用性和特殊要求。設(shè)計(jì)參數(shù)及要求（1）采用手指式夾持器，執(zhí)行動(dòng)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(shí)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(zhì)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(dòng)力；（6）伸縮臂行程300mm；（7）機(jī)械手腕回轉(zhuǎn)角度180176。工作要求要求設(shè)計(jì)一只機(jī)械手，用于給加工設(shè)備運(yùn)送棒料。主要設(shè)計(jì)機(jī)械手的小臂、手腕和機(jī)械手指的結(jié)構(gòu)，均采用液壓驅(qū)動(dòng)。完成整裝圖設(shè)計(jì)，零件圖設(shè)計(jì)，完成液壓原理圖設(shè)計(jì)與計(jì)算。第二章 機(jī)械手的總體設(shè)計(jì) 機(jī)械手的設(shè)計(jì)參數(shù)（1）采用手指式夾持器，執(zhí)行動(dòng)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(shí)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(zhì)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(dòng)力；（6）伸縮臂行程300mm；（7）機(jī)械手腕回轉(zhuǎn)角度180176。 機(jī)械手夾緊裝置設(shè)計(jì) 機(jī)械手夾緊力計(jì)算 夾持器夾在工件上的夾緊力是設(shè)計(jì)手部的主要依據(jù)，所以必須對(duì)其大小、方向和作用點(diǎn)進(jìn)行分析和計(jì)算。一般來(lái)說(shuō)，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(lái)使工件保持穩(wěn)定的加緊狀態(tài)。手指對(duì)工件的夾緊力可按下列公式計(jì)算： 式（21）式中：—安全系數(shù)，由機(jī)械手的工藝及設(shè)計(jì)要求確定,通常取，； —工件情況系數(shù)，主