【正文】 五自由度機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計本科生畢業(yè)設(shè)計論文第1章 緒論隨著我國工業(yè)生產(chǎn)的飛躍發(fā)展，自動化程度的迅速提高，實現(xiàn)工件的裝卸、轉(zhuǎn)向、輸送等越來越需要高科技來完成。工具進(jìn)行加工、裝配等作業(yè)的自動化，已愈來愈引起人們的重視。工業(yè)機(jī)械手由操作機(jī)、控制器、伺服驅(qū)動系統(tǒng)和檢測裝置構(gòu)成，是一種仿人操作、自動控制、可重復(fù)編程、能在三維空間完成各種作業(yè)的機(jī)電一體化生產(chǎn)設(shè)備。特別適合于多品種、變批量的柔性生產(chǎn)。它對穩(wěn)定、提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率，改善勞動條件和產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代起著十分重要的作用。機(jī)械手并不是在簡單意義上代替人工的勞動，而是綜合了人的特長和機(jī)械手特長的一種擬人的電子機(jī)械設(shè)備，既有人對環(huán)境狀態(tài)的快速反應(yīng)和分析判斷能力，又有機(jī)器可長時間持續(xù)工作、精度高，抗惡劣環(huán)境的能力，從某種意義上說它也是機(jī)器的進(jìn)化過程產(chǎn)物，它是先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域不可或缺的自動化設(shè)備。工業(yè)機(jī)械手是近代自動控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項新技術(shù)，并已成為現(xiàn)代機(jī)械制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個重要組成部分，這種新技術(shù)發(fā)展很快，逐漸成為一門新興的學(xué)科——機(jī)械手工程。機(jī)械手涉及到力學(xué)、機(jī)械學(xué)、電器液壓技術(shù)、自動控制技術(shù)、傳感器技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域，是一門跨學(xué)科綜合技術(shù)。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”（Mechanical 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。本世紀(jì)20年代,在自動化和自動線上出現(xiàn)了可以代替人力傳遞和裝卸工件的機(jī)械手,隨后在某些危險作業(yè)領(lǐng)域出現(xiàn)了由操作人員直接控制或遙控的操作機(jī)。工業(yè)機(jī)械手是近30年來在自動操作基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種能模仿人的某些動作和控制功能，并按照可變的預(yù)定程序和軌跡，操縱工具實現(xiàn)多種操作的自動化機(jī)械系統(tǒng)。它綜合了經(jīng)了精密機(jī)械、控制傳感和自動控制技術(shù)等領(lǐng)域的最新成果。幾千年前人類就渴望制造一種像人一樣的機(jī)器，以便將人類從繁重的勞動中解脫出來。到了近代，機(jī)械手一詞的出現(xiàn)和世界上第一臺工業(yè)機(jī)器人問世之后，不同功能的機(jī)器人也相繼出現(xiàn)并且活躍在不同的領(lǐng)域，從天上到地下，機(jī)器人的種類之多，應(yīng)用之廣，影響之深，是我們始料未及的。 目前，對全球機(jī)器人技術(shù)發(fā)展最有影響的國家應(yīng)該是美國和日本。美國在機(jī)器人技術(shù)的綜合研究水平上仍處于領(lǐng)先地位，而日本生產(chǎn)的機(jī)器人在數(shù)量、種類方面則居世界首位。機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展推動了機(jī)器人學(xué)的建立，許多國家成立了機(jī)器人協(xié)會，美國 、日本、英國、瑞典等國家設(shè)立了機(jī)器人學(xué)學(xué)位。在機(jī)械制造業(yè)中，工業(yè)機(jī)械手應(yīng)用較多，發(fā)展較較快。目前主要應(yīng)用于機(jī)床。模鍛壓力機(jī)的上下料以及點焊，噴漆等作業(yè)，它可按照事先編制好的程序完成規(guī)定的作業(yè)。有些還具備有傳感反饋能力，能應(yīng)付外界的變化。 概述本課題是設(shè)計一款搬運機(jī)械零件的機(jī)械手。工業(yè)機(jī)械手是工業(yè)生產(chǎn)的必然產(chǎn)物，它是一種模仿人體上肢的部分功能，按照預(yù)定要求輸送工件或握持工具操作的自動化技術(shù)設(shè)備，對實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動化，推動工業(yè)生產(chǎn)的進(jìn)一步發(fā)展起著重要作用。因而具有強(qiáng)大的生命力受到人們的廣泛重視和歡迎。實踐證明，工業(yè)機(jī)械手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)率和自動化水平。工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)的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，更能顯示其優(yōu)越性，有著廣闊的發(fā)展前途。畢業(yè)設(shè)計是學(xué)生完成本專業(yè)教學(xué)計劃的最后一個極為重要的實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，是使學(xué)生綜合運用所學(xué)過的基本理論、基本知識與基本技能去解決專業(yè)范圍內(nèi)的工程技術(shù)問題而進(jìn)行的一次基本訓(xùn)練，這對學(xué)生即將從事的相關(guān)技術(shù)工作和未來事業(yè)的開拓都具有一定意義。隨著現(xiàn)代科技的迅速發(fā)展，機(jī)械手技術(shù)已廣泛應(yīng)用于人類社會的各個領(lǐng)域。在制造業(yè)中誕生的工業(yè)機(jī)器人是繼動力機(jī)、計算機(jī)之后而出現(xiàn)的全國延伸人的體力和智力的新一代生產(chǎn)工具。應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人技術(shù)是提高生產(chǎn)過程自動化，改善勞動條件，提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的有效手段之一，也是新技術(shù)革命的一個重要內(nèi)容。機(jī)械手的應(yīng)用是一個國家工業(yè)自動化水平的重要標(biāo)志。工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)自動化技術(shù)的提高，工人工作環(huán)境和工作內(nèi)容同樣也要求理想化、簡單化。對于一些往復(fù)的工作由機(jī)械手遠(yuǎn)程控制或自動完成顯得非常重要，這樣可以避免一些人不能接觸物質(zhì)對人體造成傷害，如冶金、化工、醫(yī)院、航天航空等。目前的先進(jìn)機(jī)械手其自動化和人性化令人嘆為觀止，它是融合各種尖端技術(shù)的現(xiàn)代機(jī)器?，F(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展趨勢對機(jī)械手技術(shù)的要求越來越高，工作強(qiáng)度高，靈活性強(qiáng)，準(zhǔn)確可靠，自動檢測和下達(dá)動作命令，融入先進(jìn)的人工智能等等，已經(jīng)成為機(jī)械手的發(fā)展趨勢。機(jī)械手的研發(fā)在以現(xiàn)代化和人性化為基礎(chǔ)的社會對生產(chǎn)，服務(wù)，醫(yī)療，國防等領(lǐng)域的進(jìn)步和發(fā)展具有十分重要的作用。歸納起來采用機(jī)械手有以下主要意義：(1) 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。(2) 穩(wěn)定和提高產(chǎn)品質(zhì)量，保證其均一性。機(jī)械手工作室，運動位置的參數(shù)都是有固定程序設(shè)計的，手爪所能到達(dá)的每個位置都是恒定的，生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定。(3) 生產(chǎn)產(chǎn)品周期明確。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。機(jī)械手的生產(chǎn)節(jié)拍是固定的，容易控制產(chǎn)品質(zhì)量，因此安排生產(chǎn)計劃非常明確(4) 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)。 (5) 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 國內(nèi)外發(fā)展及研究現(xiàn)狀 國內(nèi)外機(jī)械手技術(shù)的發(fā)展1. 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和水平：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。2. 目前國內(nèi)外的發(fā)展趨勢是：(1) 研制有更多自由度的機(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。 國內(nèi)外機(jī)械手的應(yīng)用狀況目前，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。現(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)械手是工業(yè)自動控制領(lǐng)域中經(jīng)常遇到的一種控制對象。機(jī)械手可以完成許多工作，如搬物、裝配、切割、噴染等等，應(yīng)用非常廣泛。由于通用機(jī)械手能很快的改變工作程序，適應(yīng)性較強(qiáng)，所以它在不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量生產(chǎn)中獲得廣泛的引用?？稍跈C(jī)械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)很大程度上不是連續(xù)的。據(jù)資料介紹，美國生產(chǎn)的全部工業(yè)零件中，有75%是小批量生產(chǎn)；金屬加工生產(chǎn)批量中有四分之三在50件以下，零件真正