多自由度機(jī)械手設(shè)計(jì)【回轉(zhuǎn)球坐標(biāo)型】【五自由度液壓驅(qū)動(dòng)】

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4. 機(jī)械手的種類(lèi)，按驅(qū)動(dòng)方式可分為液壓式、氣動(dòng)式、電動(dòng)式、機(jī)械式機(jī)械手；按適用范圍可分為專(zhuān)用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種；按運(yùn)動(dòng)軌跡控制方式可分為點(diǎn)位控制和連續(xù)軌跡控制機(jī)械手等。本設(shè)計(jì)才用液壓式驅(qū)動(dòng)，因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸緊湊，控制方便，驅(qū)動(dòng)力大。 5. 自由度機(jī)械手能夠手抓張合，手部回轉(zhuǎn)，手臂伸縮，手臂回轉(zhuǎn)，手臂升降，5個(gè)主要運(yùn)動(dòng)。 （1）手部：采用直線液壓缸，通過(guò)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)手抓的張合。 （2）臂部：采用直線缸來(lái)實(shí)現(xiàn)手臂的平動(dòng)。 （3）機(jī)身： 采用一個(gè)直線缸和一個(gè)回轉(zhuǎn)缸來(lái)實(shí)現(xiàn)手臂升降和回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)。 機(jī)械手 機(jī)械手臂 機(jī)械手爪 機(jī)械手底座1 機(jī)械手底座2 2、 存在的問(wèn)題及解決的措施 存在的問(wèn)題 :1.對(duì)各主要結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算分析 2.確定機(jī)械手各部件的可靠性 3.繪制主要結(jié)構(gòu)零件圖 4.完成整個(gè)原理控制圖 5. 繪制裝配圖 解決措施：查閱相關(guān)資料，熟練Auto CAD等繪圖軟件。 3、 后期工作安排。 7-9周：機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)與控制方案設(shè)計(jì)； 10-11周：繪制圖紙、謄抄畢業(yè)設(shè)計(jì)； 12-13周：畢業(yè)設(shè)計(jì)收尾工作：設(shè)計(jì)檢查、裝訂等工作； 14-15周：提交畢業(yè)設(shè)計(jì)論文。 指導(dǎo)老師簽字： 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開(kāi)題報(bào)告 題目：多自由度機(jī)械手設(shè)計(jì) 系 （部）： 機(jī)電信息系 專(zhuān) 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班 級(jí)： 學(xué) 生： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 2012年12月23日 1、 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目背景、研究意義及國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究情況。 目的：隨著工業(yè)自動(dòng)化發(fā)展的需要，機(jī)械手在工業(yè)應(yīng)用中越來(lái)越重要。工業(yè)機(jī)械手可以代替人手的繁重勞動(dòng)，顯著減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和自動(dòng)化水平，解決了工業(yè)生產(chǎn)中長(zhǎng)期頻繁單調(diào)的操作。也提高了工件的生產(chǎn)加工速度，所以機(jī)械手的使用是非常高效的，就此設(shè)計(jì)出讓人跟滿意的機(jī)械手。 意義：通過(guò)設(shè)計(jì)提高學(xué)生的機(jī)構(gòu)分析與綜合的能力,機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的能力,機(jī)電液一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力,掌握實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化的設(shè)計(jì)方法.通過(guò)設(shè)計(jì)把有關(guān)課程(機(jī)構(gòu)分析與綜合,機(jī)械原理,機(jī)械設(shè)計(jì),液壓與氣壓技術(shù),自動(dòng)控制理論,測(cè)試技術(shù),數(shù)控技術(shù),微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用,自動(dòng)機(jī)械設(shè)計(jì)等)中所獲得的理論知識(shí)在實(shí)際中綜合地加以運(yùn)用,使這些知識(shí)得到鞏固和發(fā)展,并使理論知識(shí)和生產(chǎn)密切地結(jié)合起來(lái).工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)是機(jī)械設(shè)計(jì)及制造專(zhuān)業(yè)的學(xué)生一次比較完善的機(jī)械化設(shè)計(jì).通過(guò)設(shè)計(jì),培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立的機(jī)械整體設(shè)計(jì)的能力,樹(shù)立正確的設(shè)計(jì)思想,掌握機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的基本方法和步驟,為自動(dòng)機(jī)械設(shè)計(jì)打下良好的基礎(chǔ).通過(guò)設(shè)計(jì),使學(xué)生能熟練地應(yīng)用有關(guān)參考,計(jì)算圖表,手冊(cè),圖冊(cè),和規(guī)范;熟悉有關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和部頒標(biāo)準(zhǔn),以完成一個(gè)工程技術(shù)人員在機(jī)械整體設(shè)計(jì)方面所必須具備的基本技能訓(xùn)練.。 國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究情況：隨著科技的不斷進(jìn)步，工業(yè)機(jī)器人機(jī)械手的發(fā)展過(guò)程可分為三代，第—代，為示教再現(xiàn)型機(jī)器人，它主要由機(jī)器手控制器和示教盒組成，可按預(yù)先引導(dǎo)動(dòng)作記錄下信息重復(fù)再現(xiàn)執(zhí)行，當(dāng)前工業(yè)中應(yīng)用最多。第二代為感覺(jué)型機(jī)器人，如有力覺(jué)觸覺(jué)和視覺(jué)等，它具有對(duì)某些外界信息進(jìn)行反饋調(diào)整的能力，目前已進(jìn)入應(yīng)用階段。第三代為智能型機(jī)器人它具有感知和理解外部環(huán)境的能力，在工作環(huán)境改變的情況下，也能夠成功地完成任務(wù)，它尚處于實(shí)驗(yàn)研究階段。 1國(guó)外工業(yè)機(jī)器人的的發(fā)展 　　美國(guó)是機(jī)器人機(jī)械手的誕生地，早在1961年，美國(guó)的ConsolidedControlCorp和AMF公司聯(lián)合研制了第一臺(tái)實(shí)用的示教再現(xiàn)機(jī)器人。經(jīng)過(guò)40多年的發(fā)展，美國(guó)的機(jī)器人機(jī)械手技術(shù)在國(guó)際上仍一直處于領(lǐng)先地位。其技術(shù)全面、先進(jìn)，適應(yīng)性也很強(qiáng)。 　　日本在1967年從美國(guó)引進(jìn)第一臺(tái)機(jī)器人，1976年以后，隨著微電子的快速發(fā)展和市場(chǎng)需求急劇增加，日本當(dāng)時(shí)勞動(dòng)力顯著不足，工業(yè)機(jī)器人在企業(yè)里受到了“救世主”般的歡迎，使其日本工業(yè)機(jī)器人得到快速發(fā)展，現(xiàn)在無(wú)論機(jī)器人的數(shù)量還是機(jī)器人的密度都位居世界第一，素有“機(jī)器人王國(guó)”之稱。德國(guó)引進(jìn)機(jī)器人的時(shí)間比英國(guó)和瑞典大約晚了五六年，但戰(zhàn)爭(zhēng)所導(dǎo)致的勞動(dòng)力短缺，國(guó)民的技術(shù)水平較高等社會(huì)環(huán)境，卻為工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展、應(yīng)用提供了有利條件。此外，在德國(guó)規(guī)定，對(duì)于一些危險(xiǎn)、有毒、有害的工作崗位，必須以機(jī)器人來(lái)代替普通人的勞動(dòng)。這為機(jī)器人的應(yīng)用開(kāi)拓了廣泛的市場(chǎng)，并推動(dòng)了工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展。目前，德國(guó)工業(yè)機(jī)器人的總數(shù)占世界第二位，僅次于日本。 　　法國(guó)政府一直比較重視機(jī)器人技術(shù)，通過(guò)大力支持一系列研究計(jì)劃，建立了一個(gè)完整的科學(xué)技術(shù)體系，使法國(guó)機(jī)器人的發(fā)展比較順利。在政府組織的項(xiàng)目中，特別注重機(jī)器人基礎(chǔ)技術(shù)方面的研究，把重點(diǎn)放在開(kāi)展機(jī)器人的應(yīng)用研究上。而由工業(yè)界支持開(kāi)展應(yīng)用和開(kāi)發(fā)方面的工作，兩者相輔相成，使機(jī)器人在法國(guó)企業(yè)界得以迅速發(fā)展和普及，從而使法國(guó)在國(guó)際工業(yè)機(jī)器人界擁有不可或缺的一席之地。 　　英國(guó)紀(jì)70年代末開(kāi)始，推行并實(shí)施了一系措施列支持機(jī)器人發(fā)展的政策，使英國(guó)工業(yè)機(jī)器人起步比當(dāng)今的機(jī)器人大國(guó)日本還要早，并曾經(jīng)取得了早期的輝煌。然而，這時(shí)候政府對(duì)工業(yè)機(jī)器人實(shí)行了限制發(fā)展的錯(cuò)誤。這個(gè)錯(cuò)誤導(dǎo)致英國(guó)的機(jī)器人工業(yè)一蹶不振，在西歐幾乎處于末位。近些年，意大利、瑞典、西班牙、芬蘭、丹麥等國(guó)家由于自身國(guó)內(nèi)機(jī)器人市場(chǎng)的大量需求，發(fā)展速度非常迅速。目前，國(guó)際上的工業(yè)機(jī)器人公司主要分為日系和歐系。日系中主要有安川、oTC、松下、FANLUC、不二越、川崎等公司的產(chǎn)品。歐系中主要有德國(guó)的KUKA、CLOOS、瑞典的ABB、意大利的CO毗U及奧地利的工GM公司。 2國(guó)內(nèi)工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展 　　我國(guó)工業(yè)機(jī)器人起步于20世紀(jì)70年代初期，經(jīng)過(guò)30多年發(fā)展，大致經(jīng)歷了3個(gè)階段：70年代萌芽期，80年代的開(kāi)發(fā)期和90年代的應(yīng)用化期。隨著20世紀(jì)70年代世界科技快速發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用在世界掀起了一個(gè)高潮，在這種背景下，我國(guó)于1972年開(kāi)始研制自己的工業(yè)機(jī)器人。進(jìn)入20世紀(jì)80年代后，隨著改革開(kāi)放的不斷深入，在高技術(shù)浪潮的沖擊下，我國(guó)機(jī)器人技術(shù)的開(kāi)發(fā)與研究得到了政府的重視與支持，“七五”期間，國(guó)家投入資金，對(duì)工定機(jī)器人及零部件進(jìn)行攻關(guān)，完成了示教再現(xiàn)式工業(yè)機(jī)器人成套技術(shù)的開(kāi)發(fā)，研制出了噴漆，點(diǎn)焊，弧焊和搬運(yùn)機(jī)器人。，國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃開(kāi)始實(shí)施，經(jīng)過(guò)幾年研究，取得了一大批科研成果。成功地研制出了一批特種機(jī)器人。 　　從2O世紀(jì)9O年代初期起，我國(guó)的國(guó)民經(jīng)濟(jì)進(jìn)入實(shí)現(xiàn)兩個(gè)根本轉(zhuǎn)變期，掀起了新一輪的經(jīng)濟(jì)體制改革和技術(shù)進(jìn)步熱潮，我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人又在實(shí)踐中邁進(jìn)了一大步，先后研制了點(diǎn)焊，弧焊，裝配，噴漆，切割，搬運(yùn)，碼垛等各種用途的工業(yè)機(jī)器人，并實(shí)施了一批機(jī)器人應(yīng)用工程，形成了一批工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化基地，為我國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的騰飛奠定了基礎(chǔ)。但是與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)工業(yè)機(jī)器人還有很大差距。 　　目前，我國(guó)工業(yè)機(jī)器人公司主要有中國(guó)新松機(jī)器自動(dòng)化股份有限公司和首鋼莫托曼機(jī)器人有限公司。 2、 本課題研究的主要內(nèi)容和擬采用的研究方案、研究方法或措施。 研究的主要內(nèi)容： 1.加強(qiáng)度現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中工業(yè)機(jī)械手的理解 2.設(shè)計(jì)前對(duì)機(jī)械手主要的知識(shí)認(rèn)知 3.對(duì)工業(yè)機(jī)械手的各主要組成部分的分析，設(shè)計(jì)方案的確定 4.確定機(jī)械手的主要結(jié)構(gòu) 5.對(duì)各主要結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算分析 6.確定能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械手的各種功能如：手抓去，腕回轉(zhuǎn)，臂伸縮 7.確定機(jī)械手各部件的可靠性 8.繪制主要結(jié)構(gòu)零件圖 9.完成整個(gè)原理控制圖 10.繪制裝配圖 研究思路與方法： 采用同其它同等機(jī)械類(lèi)設(shè)備的類(lèi)比，方案比較等方法，根據(jù)工業(yè)機(jī)械手的實(shí)際應(yīng)用特征及現(xiàn)有的物質(zhì)、經(jīng)濟(jì)技術(shù)、人力等條件，以所學(xué)的理論知識(shí)為基礎(chǔ)，按照工業(yè)機(jī)械手工作的一般過(guò)程、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，借鑒以往相似設(shè)備的成功經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行初步設(shè)計(jì)，然后對(duì)初步設(shè)計(jì)方案進(jìn)行驗(yàn)算，修正，直至達(dá)到安全、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的目的。其中對(duì)于機(jī)械手設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問(wèn)題、難點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行重點(diǎn)分析解決，確保整個(gè)設(shè)計(jì)方案的可行性和最佳性。 三、本課題研究的重點(diǎn)及難點(diǎn)，前期已開(kāi)展工作。 1、重點(diǎn)及難點(diǎn): 本課題研究的重點(diǎn)是（1）選取機(jī)械手的坐標(biāo)形式及自由度；（2）設(shè)計(jì)各機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)：（3）如手、手腕、手臂；液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；（4）機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)：如PLC控制；難點(diǎn)是選取機(jī)械手的坐標(biāo)形式及自由度。 2、前期工作： （1）查閱大量相關(guān)專(zhuān)業(yè)資料為設(shè)計(jì)做好準(zhǔn)備； （2）進(jìn)行多自由度機(jī)械手工作原理的分析； （3）分析并提出了總體機(jī)械結(jié)構(gòu)方案。 4、 完成本課題的工作方案及進(jìn)度計(jì)劃（按周次填寫(xiě)）。 1-2周：機(jī)械手坐標(biāo)形式及自由度的選?。? 3-4周：機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)； 5-6周：機(jī)械手的腕部與手臂結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)； 7-9周：機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)與控制方案設(shè)計(jì)； 10-11周：繪制圖紙、謄抄畢業(yè)設(shè)計(jì)； 12-13周：畢業(yè)設(shè)計(jì)收尾工作：設(shè)計(jì)檢查、裝訂等工作； 14-15周：提交畢業(yè)設(shè)計(jì)論文。 五、指導(dǎo)教師意見(jiàn)（對(duì)課題的深度、廣度及工作量的意見(jiàn)） 指導(dǎo)教師： 年 月 日 6、 所在系審查意見(jiàn)： 系主管領(lǐng)導(dǎo)： 年 月 日 參考文獻(xiàn) [1]劉明保，呂春紅等.機(jī)械手的組成機(jī)構(gòu)及技術(shù)指標(biāo)的確定.河南高等專(zhuān)科學(xué)校學(xué)報(bào).2004.1.1. 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Therefore, the research of robot technology becomes more and more urgent, especially industrial robots. The author of this thesis in this field, design of a hydraulic mechanical manipulator, the robot has five degrees of freedom. First of all, the author according to the requirement of the design of this robot, an optimal scheme of the structure design of the selection, the design of key parts and checked. This topic is a mechanical, hydraulic close practical project, design of mechanical design, mechanical structure of the hydraulic system of the mobile phone in. Finally, summarized the full text, points out the improvement measures, manipulator application prospect and development direction. Keywords: manipulator; hydraulic system; five degrees of freedom III 目 錄 1 緒論 1 1.1 選題背景及其意義 1 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì) 1 1.2.1國(guó)內(nèi)的研究現(xiàn)狀 1 1.2.2國(guó)外研究現(xiàn)狀 2 1.2.3發(fā)展趨勢(shì) 3 1.3 本設(shè)計(jì)主要研究的內(nèi)容 3 1.3.1機(jī)械設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)部分 3 1.3.2機(jī)械手驅(qū)動(dòng)方式 4 2 機(jī)械手的總體設(shè)計(jì) 5 2.1 機(jī)械手的組成 5 2.2 機(jī)械手的設(shè)計(jì) 5 2.2.1 設(shè)計(jì)要求 5 2.2.2 總體設(shè)計(jì)任務(wù) 5 2.2.3 總體方案擬定 7 3 機(jī)械手結(jié)構(gòu)件設(shè)計(jì) 9 3.1 末端操作器的設(shè)計(jì) 9 3.2 手腕的設(shè)計(jì) 9 3.3 手臂的設(shè)計(jì) 9 3.4 機(jī)身和機(jī)座的設(shè)計(jì) 10 4 機(jī)械手各部件的載荷計(jì)算 12 4.1 設(shè)計(jì)要求分析 12 4.2 手指夾緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 12 4.3 手臂伸縮機(jī)構(gòu)載荷的計(jì)算 13 4.4 手臂俯仰機(jī)構(gòu)載荷的計(jì)算 14 4.5 機(jī)身擺動(dòng)機(jī)構(gòu)載荷力矩的計(jì)算 14 4.6 初選系統(tǒng)工作壓力 15 5 機(jī)械手各部件結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算及校核 17 5.1 手腕油缸尺寸的設(shè)計(jì)校核 17 5.2 手臂伸縮機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計(jì)校核 20 5.3 手臂俯仰機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計(jì)校核 20 5.4 機(jī)身擺動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)校核 20 5.5 強(qiáng)度校核 20 5.6 彎曲穩(wěn)定性校核 21 6 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 23 6.1 基本回路的選擇 23 6.2 液壓元件的選擇與校核 23 6.2.1 液壓泵的選擇 23 6.2.2 液壓泵所需電機(jī)功率的確定 25 6.2.3 液壓閥的選擇 25 6.2.4 液壓輔助元件的選擇原則 26 6.2.5 油箱容量的確定 27 6.2.6 液壓原理圖 28 7 結(jié)論 30 參考文獻(xiàn) 31 致 謝 32 畢業(yè)（論文）獨(dú)創(chuàng)性聲明......................................................................................33 畢業(yè)（論文）知識(shí)產(chǎn)權(quán)申明..............................................................................34