【文章內容簡介】 銷售了 2020 臺機器人。專家預測，中國機器人 2020 年擁有量將增至 7600 臺，到 2020 年擁有量將達到 17300 臺，到 2020 年，市場容量將達十幾萬臺（套）。據悉，汽車制造、工程機械及電機、電子等行業(yè)的企業(yè)是中國今后對機器人需求最大的部門，其中所需機器人的品種以點焊、弧焊、噴漆、裝配、搬運、沖壓等為主。 近年來我國的機 器人自動化技術也取得了長足的發(fā)展，但是與世界發(fā)達國家相比，還有一定的差距，如可靠性低于國外產品；機器人應用工程起步較河南科技大學畢業(yè)設計（論文） 7 晚，應用領域窄，生產線系統(tǒng)技術與國外比有差距。我國目前從事機器人研發(fā)和應用工程的單位相對較少，工業(yè)機器人的擁有量遠遠不能滿足需求量，長期大量依靠從國外引進。 在應用規(guī)模上，我 國已安裝的國產工業(yè)機器人，約占全球已安裝臺數的 %。產生以上差距，有關專家認為主要是我國沒有形成機器人產業(yè)，當前我國的機器人生產都是應用戶的要求， “ 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、成本較多，而且質量、可靠性不穩(wěn)定。 2020 年中國國際機器人展覽會于 11 月 14 日舉行，會后分析報告數據表明，與會的專業(yè)觀眾只占 43%，非專業(yè)觀眾占 57%；而 %的專業(yè)觀眾為了了解、收集產品信息，其余的大多沒有填寫具體參觀目的；專業(yè)觀眾中只有 21%的工業(yè)制造業(yè)人員，其余主要以科研單位為主，國內參展單位展出的多是面向教育應用和處于實驗開發(fā)中的機器人，且產品略顯不成熟。這充分表明我國機器人產業(yè)還停留在純技術層面，離市場化還有很長一段距離。 我國機器人產業(yè)要快速發(fā)展，就不能只靠幾個愛好者的激情 和科研單位的單方努力，機器人就不能只作為展覽會上的表演者。研制單位必須和需求緊密結合，讓機器人走進工廠和家庭，實現真正的產業(yè)化。把發(fā)展中國機器人產業(yè)納入政府重要產業(yè)政策中，引導和扶持企業(yè)進行產業(yè)和產品結構調整，加速機器人產業(yè)化進程。 河南科技大學畢業(yè)設計（論文） 8 第 2章 總體設計方案 167。 總體設計的思路 167。 思路 設計機器人大體上可分為兩個階段： 系統(tǒng)分析階段 錯誤 !未找到引用源。 根據系統(tǒng)的目標，明確所采用機器人的目的和任務。 錯誤 !未找到引用源。 分析機器人所在系統(tǒng)的工作環(huán)境。 錯誤 !未找到引用源。 根據機器人的工作要求，確定機器人的基本功能和方案。如機器人的自由度、所能抓取的重量。 技術設計階段 錯誤 !未找到引用源。 確定驅動系統(tǒng)的類型； 錯誤 !未找到引用源。 選擇各部件的具體結構，進行機器人總裝圖的設計； 錯誤 !未找到引用源。 繪制機器人的零件圖，并確定尺寸。 167。 總體方案的確定 167。 方案 提到總體方案的確定，讓我們重復一下本課題的要求： 設計一種圓柱坐標式三自由度工業(yè)機械手，要求該裝置具有三個獨立的運動（兩個直線運動和一個旋轉運動 ）。該機構中立柱可相對于機座旋轉180 度，回轉速度 15r/min，可水平伸縮距離 400mm ，移動速度約 /s，機械手可上下垂直運動，其垂直升降量 1000mm ，移動速度約 /s，機械手 最大夾持重量 10 kg ，所夾持工件為圓柱形，直徑范圍： Ф30 mm —Ф120mm 。 河南科技大學畢業(yè)設計（論文） 9 根據課題要求經過認真思考和請教指導老師，本設計的旋轉運動采用擺動液壓馬達（旋轉液壓缸）驅動，水平伸縮運動采用液壓缸驅動，垂直升降運動仍采用液壓缸驅動。 河南科技大學畢業(yè)設計（論文） 10 第 3章 機械手相關的設計與計算 167。 手指的相關設計與計算 167。 手指夾緊力的計算 手部是機械手直接抓取和握緊（或吸附）物件或夾持專用工具執(zhí)行作業(yè)任務的部件，因此手部的結構和尺寸應依據作業(yè)任務要求來設計，從而形成了多種的結構型式。它安裝在手臂的前端，可以模仿人手動作。 設計手部時除了要滿足抓取要求外，還應滿足以下幾點要求： （ 1） 、 手指握力的大小要適宜 確定手指的握力（即夾緊力）時，應考慮工件的重量以及傳送或操作過程中所產生的慣性力和振動，以保證工件不致產生松動或脫落，但握力太大又會造成浪費并可能損壞工件。 （ 2） 、 應保證工件能順利地進入或脫開手指 開合式手指應具有足夠大的張開角度來適應較大的直徑范圍，保證有足夠的夾緊距離以方便抓取和松開工件。移動式鉗爪要有足夠大的移動范圍。 （ 3） 、 應具有足夠的強度和剛度，并且自身重量輕 因受到被夾工件的反作用力和運動過程中的慣性力、振動等的影響，要求機械手具有足夠的強度和剛度以防折斷或彎曲變形，但結構要簡單緊湊、自重輕，并使手部的重心在手腕的回轉軸線上，使手腕的扭轉力矩最小。 （ 4） 、 動作迅速、靈活、準確，通用機械手還要求更換手部方便 根據用途手部可分為夾持式手部、吸附式手部 和專用工具（噴槍、扳手、焊接工具）三類。 經過分析和比較此設計采用夾持式手部。 河南科技大學畢業(yè)設計（論文） 11 一 、 夾持式手部 夾持式手部對抓取工件的形狀具有較大的適應性，故應用較廣。它的動作與鋼絲鉗或虎鉗相似。 二 、結構 夾持式手部是有驅動裝置、傳動機構和手指（或手爪）等組成。驅動裝置多半用活塞缸。傳動機構常用連桿機構、滑槽機構、齒輪齒條機構等。手指常用兩指，也有多指等形式。指端是手指上直接與被夾工件接觸的部位，它的結構形狀取決于工件的形狀。手部結構按模仿人手手指的動作，可分為回轉型、移動型等形式。經分析和比較此設計選擇移動式的 齒輪齒條手部。 根據所夾取的零件半徑（ ? 30? 120mm 的圓柱形棒料）經分析 取扇型齒輪的齒頂圓半徑 R=47，模數 m=4， 1Z =23。齒條齒數取 2Z =23。 1． 手指夾緊力的計算： 公式： N? 1K ? 2K ? 3K ? 0G (31) 0G 為抓取的工件重量最大為 10Kg ， 1K 為安全系數取 ? 2,暫取 5，2K 為工作情況系數，可按 2K =? 此取 2K =2， 3K 為方位系數，即為當爪子處在不同位置夾取工件不同放置位置是的系數，根據查取的公式： 3K =? tan? /(1 tan )f ?? ， 粗略計算 3K 約等于 ? 此處 3K 取 1。 根據公式 （ 31） 計算得 : N? ? 2? 1? 10? =294N 因為此設計采用移動型齒輪齒條手部結構，查資料知其夾緊力 NF 為驅動力 NF 的一半，即 : NF = PF (32) 所以， PF =588N，此處考慮其他因素 PF 取 600N。 三 、手腕 手腕是連接手部和手臂的部件，它的作用是調整或改變手部的方位。一般手腕設有回轉運動或再增加一個上下擺動即可滿足要求，若有特殊要 求可增加手腕左右擺動或橫向移動。機械手的手腕結構相對比較復雜。因此設計時要注意下面幾個問題： 河南科技大學畢業(yè)設計（論文） 12 1） 、 可以有手臂完成的動作，盡量不設置手腕。 2） 、 手腕結構盡可能簡單化，對不需要三維自由度的手腕，可采用兩個或一個回轉運動。 此設計可以不要手腕，動作可以由手臂完成。圖 31 為 機械手手部簡圖： 圖 31 機械手手部簡圖 河南科技大學畢業(yè)設計（論文） 13 167。 手部液壓缸的選取 （ 1） 、 初算活塞桿直徑 經分析液壓缸的最大工作力為 F = 1451N 由于手爪是靠推力夾緊的，所以驅動液壓缸 的活塞桿選用材料 HT15 查表得 δ= 650Mpa ， 由 [δ] =?c /Nb (33) 取 Nb = 3 得： [δ] = 又 [δ]min = N/A (34) 得： minA = 178。 （ 2）、壓桿穩(wěn)定性校核 歐拉公式 Pcr = π178。EI/ (?L ) 178。 (35) 由于此活塞桿是一端固定，一端鉸接，所以 μ = 根據結構要求取 L = 200mm 查表得 HT15 的彈性模量 E = 115? 160Gpa 取 E = 115Gpa 又 河南科技大學畢業(yè)設計（論文） 14 F =π178。E I/ ( ?L ) 178。 [ STN ] (36) 為了更安全，取 [ STN ] = 6 得 Imax = (?L ) 178。 [ STN ]F/π178。E 而 I = πd178。d178。/64 (37) 得 mind = {64(?L )178。[ STN ]F/（ π178。Eπ） } = 根據 GB/T23481993 圓整得： d = 35 mm （ 3）、液壓缸參數確定 由 d = (? 1) D 得缸體 內徑 D = 35/ = 根據 GB/T2348