【正文】 北京科技大學(xué)成人教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）液壓機(jī)械手設(shè)計畢業(yè)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文），是我個人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。作 者 簽 名：　　 　 　　日　 期：　　 　 　　 指導(dǎo)教師簽名：　　 　 　　 日　　期：　　 　 　　 使用授權(quán)說明本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝　⒖s印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績?nèi)容。作者簽名：　　 　 　　 日　 期：　　 　 　　 一、 引言 機(jī)械 液壓通用機(jī)械手，就其本質(zhì)上來說，屬于工業(yè)機(jī)器人的范疇，機(jī)器人學(xué)是近幾十年來迅速發(fā)展起來的一門綜合學(xué)科。它集中了機(jī)械工程、電子工程、計算機(jī)科學(xué)、自動控制以及人工智能等多種學(xué)科的最新研究成果，體現(xiàn)了光機(jī)電一體化技術(shù)的最新成就，是當(dāng)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展最活躍的領(lǐng)域之一，也是我國科技界跟蹤國際高技術(shù)發(fā)展的重要課題?！皺C(jī)械手”（Machanical Hand）：多數(shù)指附屬于主機(jī)、程序固定的自動抓取、操作裝置（國內(nèi)一般稱作機(jī)械手或?qū)Ｓ脵C(jī)械手）。如自動線、自動機(jī)的上下料，加工中心的自動換到的自動化裝置。 機(jī)械手特點、結(jié)構(gòu)與研究意義 機(jī)器人的特點機(jī)器人的主要特點體現(xiàn)在它的通用性和適應(yīng)性等方面。1. 通用性機(jī)器人的通用性指具有執(zhí)行不同功能和完成多樣簡單任務(wù)的實際能力；通用性也意味著，機(jī)器人是可變的幾何結(jié)構(gòu)?；蛘哒f在機(jī)械結(jié)構(gòu)上允許機(jī)器人執(zhí)行不同的任務(wù)或以不同的方式完成同一工作。機(jī)器人的適應(yīng)性是指具有對環(huán)境的自適應(yīng)能力，及機(jī)器人能夠自主執(zhí)行實現(xiàn)經(jīng)規(guī)劃的中間任務(wù)，而不管執(zhí)行過程中所發(fā)生的沒有預(yù)計到的環(huán)境變化。 機(jī)器人的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)一個機(jī)器人系統(tǒng)一般由四個相互作用的部分組成，即機(jī)械手、環(huán)境、任務(wù)和控制器。工業(yè)機(jī)器人的本體機(jī)械系統(tǒng)即為通常的機(jī)械手裝置，他由肩、臂、腕、機(jī)身或行走機(jī)構(gòu)組成，組合為一個相互依賴的運動機(jī)構(gòu)。環(huán)境即指機(jī)器人所處的周圍狀態(tài)，環(huán)境不僅由機(jī)和條件決定，而且有環(huán)境和它所包含的每個事物的全部自然特性決定。機(jī)器人體系結(jié)構(gòu)中的任務(wù)一般定義為環(huán)境的兩種狀態(tài)（初始狀態(tài)和目標(biāo)狀態(tài)）間的差別，必須用適當(dāng)?shù)某绦蛘Z言來描述，并能為計算機(jī)所理解。機(jī)器人控制器一般為控制計算機(jī)，接收來自傳感器的信號，對其進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并按照預(yù)存信息，即機(jī)器人的狀態(tài)及環(huán)境情況等，生成控制信號來驅(qū)動機(jī)器人的各個關(guān)節(jié)運動。 機(jī)械手的研究意義隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械手的應(yīng)用也越來越廣泛。在機(jī)械工業(yè)中，大量應(yīng)用于鑄、鍛、焊、沖、熱處理、機(jī)械加工以及裝配等工種。在其他部門，如輕工業(yè)、建筑業(yè)、國防工業(yè)等工種中也均有應(yīng)用。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) 可以提高生產(chǎn)過程的自動化程度。應(yīng)用機(jī)械手有利于在自動生產(chǎn)線中實現(xiàn)材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換、以及機(jī)器的裝配等的自動化程度，從而提高勞動生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本。(2) 可以改善勞動條件，避免人身事故。在高溫、高壓、低溫、低壓、噪聲、臭味、有放射性物質(zhì)的環(huán)境場合，用人手直接操作是很危險的甚至是不可能的。而應(yīng)用機(jī)械手即可部分或者全部代替人完成作業(yè)，使勞動條件得以改善。(3) 可以減少人力，并便于有節(jié)奏的生產(chǎn)。應(yīng)用機(jī)械手代替人手進(jìn)行作業(yè)，這是直接減少人力的一個側(cè)面，同時應(yīng)用機(jī)械手可以連續(xù)的工作，這是減少人力的另一方面。因此，在自動化機(jī)床和綜合加工自動線上，目前幾乎都設(shè)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)奏的生產(chǎn)。 （4）用液壓系統(tǒng)來控制機(jī)械手，比一般的機(jī)械控制具有更好的穩(wěn)定性，并且控制的精確度更高。 （5）運用機(jī)械手可以實現(xiàn)連續(xù)的生產(chǎn)，而大大提高在生產(chǎn)線的工作的時間，從而能大幅提高勞動的生產(chǎn)率。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。 國內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r專用機(jī)械手經(jīng)過幾十年的發(fā)展，如今已進(jìn)入了以通用機(jī)械手為標(biāo)志的時代。通用機(jī)械手可以應(yīng)用于更加多的場合，從而節(jié)約了不少的開發(fā)以及設(shè)計的成本。由于通用機(jī)械手的發(fā)展，進(jìn)而促進(jìn)了智能機(jī)器人的研制。通用機(jī)械手涉及的內(nèi)容，不僅包括一般的機(jī)械、液壓、氣動等基礎(chǔ)知識，而且還應(yīng)用了一些電子技術(shù)、電視技術(shù)、通訊技術(shù)、計算技術(shù)、無線電控制、仿生學(xué)等，因此它是一項綜合性較強(qiáng)的技術(shù)。目前國內(nèi)外對發(fā)展這一技術(shù)都很重視。幾十年來，這項技術(shù)的研究和發(fā)展一直比較活躍，設(shè)計在不斷的修改，品種在不斷的增加，應(yīng)用領(lǐng)域在不斷的擴(kuò)大。雖然在這方面相對于發(fā)達(dá)國家還有點落后，但是國內(nèi)現(xiàn)在也越來越感覺到機(jī)械手的重要性，國家大力支持相關(guān)的設(shè)計及產(chǎn)品的開發(fā)。在機(jī)器人的發(fā)展以及機(jī)械手的設(shè)計上也取得了一定的成果，國內(nèi)每年都將舉行機(jī)器人大賽，以增加研發(fā)單位的交流與合作。目前國內(nèi)外的發(fā)展趨勢是：(1)研制有更多自由度的液壓機(jī)械手，這樣機(jī)械手就可以變得更加的靈活，從而完成更加多的動作。(2)研制帶有行走機(jī)構(gòu)的機(jī)械手，這種機(jī)械手可以從一個工作地點移動到另一個工作地點。(3)研制維修維護(hù)方便的通用機(jī)械手。(4)研制能自動編制和自動改變程序的通用機(jī)械手。(5)研制具有一定感觸和一定智力的智能機(jī)械手。這種機(jī)械手具有各種傳感裝置，并配有計算機(jī)。根據(jù)仿生學(xué)的理論，用計算機(jī)充當(dāng)其大腦，使它進(jìn)行思考和記憶。用聽筒和聲敏元件作為耳朵能聽，用揚聲器作為嘴能說話進(jìn)行應(yīng)答，用熱電偶和電阻應(yīng)變儀作為觸覺和感觸。用滾輪或者雙足式機(jī)構(gòu)腳來實現(xiàn)自動移位。這樣的智能機(jī)械手可以由人的特殊語言對其下達(dá)命令，布置任務(wù)，使自動化生產(chǎn)線成為智能化生產(chǎn)線。 (6)機(jī)械手的外觀達(dá)到美觀的要求，盡量用最簡單的結(jié)構(gòu)和設(shè)備能完成更加多的動作。 (7)研制具有柔性系統(tǒng)的通用機(jī)械手目前，在國外廣泛應(yīng)用的再現(xiàn)式通用機(jī)械手，雖然一般也都有記憶裝置，但其程序都是預(yù)先編好的，或由人在工作之前領(lǐng)動一次，而后機(jī)械手可以按領(lǐng)動的工作內(nèi)容正確進(jìn)行再現(xiàn)動作。如果把這種再現(xiàn)式通用機(jī)械手稱為第二代機(jī)械手的話，那么現(xiàn)在處于研制階段的智能機(jī)械手就是第三代了?，F(xiàn)在研究的機(jī)械手正在朝著一種可以存儲大量的程序的并且可以改變并重新寫入程序的方向發(fā)展，而且機(jī)械手具有比原來的更多的自由度?，F(xiàn)在國內(nèi)具有越來越強(qiáng)的自主研發(fā)的單位，我相信在不久的將來，我國一定能夠趕上并將且超越發(fā)達(dá)國家在機(jī)械手乃至整個機(jī)械方面處于領(lǐng)先地位。 機(jī)械手的組成和分類機(jī)械手主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及位置檢測裝置等所組成。各系統(tǒng)相互之間的關(guān)系如方框圖11所示。控制系統(tǒng)位置檢測裝置執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動系統(tǒng) 機(jī)械手的分類工業(yè)機(jī)械手的種類很多，關(guān)于分類的問題，目前在國內(nèi)尚無統(tǒng)一的分類標(biāo)準(zhǔn)，在此暫按使用范圍、驅(qū)動方式和控制系統(tǒng)等進(jìn)行分類。一、按用途分機(jī)械手可分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種：專用機(jī)械手它是附屬于主機(jī)的、具有固定程序而無獨立控制系統(tǒng)的機(jī)械裝置。專用機(jī)械手具有動作少、工作對象單一、結(jié)構(gòu)簡單、使用可靠和造價低等特點，適用于大批量的自動化生產(chǎn)的自動換刀機(jī)械手，如自動機(jī)床、自動線的上、下料機(jī)械手和“加工中心”。通用機(jī)械手它是一種具有獨立控制系統(tǒng)的、程序可變的、動作靈活多樣的機(jī)械手。格性能范圍內(nèi)，其動作程序是可變的，通過調(diào)整可在不同場合使用，驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)是獨立的。通用機(jī)械手的工作范圍大、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)。通用機(jī)械手按其控制定位的方式不同可分為簡易型和伺服型兩種:簡易型以“開一關(guān)”式控制定位，只能是點位控制:可以是點位的，也可以實現(xiàn)連續(xù)軌跡控制，伺服型具有伺服系統(tǒng)定位控制系統(tǒng)，一般的伺服型通用機(jī)械手屬于數(shù)控類型。(二)按驅(qū)動方式分液壓傳動機(jī)械手是以液壓的壓力來驅(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，不然油的泄漏對機(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。若機(jī)械手采用電液伺服驅(qū)動系統(tǒng)，可實現(xiàn)連續(xù)軌跡控制，使機(jī)械手的通用性擴(kuò)大，但是電液伺服閥的制造精度高，油液過濾要求嚴(yán)格，成本高。氣壓傳動機(jī)械手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)李源極為方便，輸出力小，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，沖擊大，而且氣源壓力較低，抓重一般在30公斤以下，在同樣抓重條件下它比液壓機(jī)械手的結(jié)構(gòu)大，所以適用于高速、輕載、高溫和粉塵大的環(huán)境中進(jìn)行工作。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，用于工作主機(jī)的上、下料。動作頻率大，但結(jié)構(gòu)較大，動作程序不可變。電力傳動機(jī)械手即有特殊結(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。其中直線電機(jī)機(jī)械手的運動速度快和行程長，維護(hù)和使用方便。此類機(jī)械手目前還不多，但有發(fā)展前途。(三)按控制方式分點位控制它的運動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，不能控制其運動軌跡。若欲控制的點數(shù)多，則必然增加電氣控制系統(tǒng)的復(fù)雜性。目前使用的專用和通用工業(yè)機(jī)械手均屬于此類。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。這類工業(yè)機(jī)械手一般采用小型計算機(jī)進(jìn)行控制。二、機(jī)械手總體結(jié)構(gòu)的確定 機(jī)械手的運動自由度物體上任何一點都與坐標(biāo)軸的正交集合有關(guān)。物體能夠能夠?qū)ψ鴺?biāo)系進(jìn)行獨立運動的數(shù)目稱為自由度（DOF degree of freedom）。自由度是指描述物體運動所需的獨立坐標(biāo)數(shù)，三維空間需要6個自由度。物體所能進(jìn)行的運動有沿著坐標(biāo)軸的三個平移自由度和繞坐標(biāo)軸的三個旋轉(zhuǎn)自由度。一般固定程序的機(jī)械手，動作比較簡單，自由度數(shù)較少。工業(yè)機(jī)器人自由度數(shù)較多，動作靈活性和通用性較大。一般說來，機(jī)器人靠近機(jī)座的3個自由度是用來實現(xiàn)手臂末端的空間位置的，再用幾個自