平衡臂机械手的设计[毕业论文+CAD图纸]

机械设计毕业论文：平衡臂机械手含论文，CAD图纸，任务书，开题报告

平衡臂机械手的设计[毕业论文+CAD图纸]

摘 要

随着工业自动化发展的需要，机械手在工业应用中越来越广泛。该设计以2自由度平衡臂机械手为研究对象，能实现对物体的自动抓取。设计根据用途分析了机械手的动作循环及工作原理，设计了机械手的液压系统和机构，主要侧重结构细节的设计，对机械手进行了总体方案设计，确定了机械手的爪式手部结构，设计了机械手的手臂结构，计算出了手臂的部件尺寸。对主轴的尺寸和强度进行了校核等。确定了机械手的液压系统和采用PLC控制系统，绘制出机械手液压系统工作原理图，绘制了装配图和零件图。并以机械手为研究对象，运用UG软件对各部件进行了三维建模、虚拟装配和动力学仿真分析，从而实现了对机械手路径轨迹的合理规划。

液压机械手主要是以液体为介质，并且利用液体的压力由此来驱动执行机构的运动。其主要特点是：首先，能够实现循环工作的自动化和自动过载保护；其次，控制调节简单，方便省力；最后，这样能够更好地实现无间隙传动，还可以让操作更加平稳。

机械手是在机械自动化生产中逐步发展出的一种新型装置。现代生产过程中机械手被广泛的应用到自动生产线中。机械手目前虽然不如人手的灵活多变，但它具有重复性，无疲劳，不惧危险，有大的抓举力量，因此越来越多的被广泛运用。机械手技术涉及机械学、力学、自动控制技术、传感技术、电气液压技术，计算机可编程技术等，是一门跨学科综合技术。

关键词：平衡臂；工业机械手；液压传动

Abstract

With the development of industrial automation, manipulator is more and more widely used in industry. The design takes the 2-dof manipulator as the research object and can realize the automatic grasping of the object. Design of manipulator are analyzed based on the purpose of operating cycle and the working principle, design of the manipulator hydraulic system and institutions, mainly focusing on the structural details of the design, the overall design of manipulator, determine the claw type of manipulator hand structure, the design of the manipulator arm structure, calculated the arm parts size. The size and strength of the spindle are checked. The hydraulic system and PLC control system of the manipulator were determined, the working principle diagram of the manipulator hydraulic system was drawn, and the assembly diagram and parts diagram were drawn. Taking the manipulator as the research object, the UG software was used to carry out 3d modeling, virtual assembly and dynamic simulation analysis of each component, so as to realize the reasonable planning of the path trajectory of the manipulator.

The hydraulic manipulator is mainly a liquid medium and USES the pressure of the liquid to drive the motion of the actuator. Its main features are: first, it can realize the automation of cycle work and the automatic overload protection. Secondly, the control adjustment is simple, convenient and labor-saving. Finally, it can better realize the no-clearance drive and make the operation more smooth.

Manipulator is a new device developed gradually in the automatic production of machinery. The manipulator is widely used in automatic production line in modern production. Although the manipulator is not as flexible as the human hand at present, it has repeatability, no fatigue, no fear of danger and great grip strength, so it is more and more widely used. Manipulator technology involves mechanics, mechanics, automatic control technology, sensing technology, electric hydraulic technology, computer programmable technology, etc., it is an interdisciplinary comprehensive technology.

Key words: balanced arm; Industrial manipulator; Hydraulic transmission

目 录

第1章 绪 论 1
1.1国内外背景 1
1.1.1国外现状 1
1.1.2国内现状 2
1.2机械手的组成和分类 3
1.2.1机械手的组成 3
1.2.2机械手的分类 4
1.3本课题研究的主要内容及意义 5
1.3.1总体设计及基础的内容及基本要求 5
1.3.2重点研究的问题 5
1.3.3主要技术指标 5
1.3.4本次设计的意义 5
第2章 平衡臂机械手机械结构的设计计算 7
2.1机械手机构的分析与设计 7
2.1.1机械手的自由度 7
2.1.2坐标形式 8
2.1.3机械手的机构简图以及部件尺寸 9
第3章 平衡臂机械手总体设计方案 11
3.1机械手总体系统的设计 11
3.2液压机械手液压系统的工作原理 11
3.3液压系统的组成原理 12
3.4液压传动机械手的优缺点 12
3.5机械手的动作顺序 13
3.6液压系统工作原理图 13
3.7控制方式选择 13
3.8总体布局方案的确定 14
第4章 平衡臂机械手总体设计及计算 17
4.1地基基础的设计计算 17
4.2大臂的驱动力矩的计算 18
4.3回转缸的驱动力矩计算 19
4.4缸盖的强度计算 20
4.5大手臂做升降运动时所需的驱动力 21
4.6驱动油缸的计算 22
第5章 主轴的设计及强度校核 25
5.1主轴部件的基本要求 25
5.1.1轴的设计计算 25
5.1.2轴的校核 27
5.1.3轴上花键的校核 28
5.2轴承的校核 28
5.2.1第一对轴承 28
5.2.2第二对轴承 29
5.2.3第三对轴承 29
第6章 箱体的设计计算 31
6.1箱体支架的结构形式和材料 31
6.2铸铁箱体主要结构尺寸和关系 32
第7章 电机的选择与安装 33
7.1选择驱动电机 33
7.2电机与泵组的安装方式 33
第8章 机械手的UG仿真 35
第9章 结 论 37
参考文献 39
致 谢 41

第1章 绪 论

由于工业自动化的全面发展和科学技术的不断提高，对工作效率的提高迫在眉睫。单纯的手工劳动以满足不了工业自动化的要求，因此，必须利用先进设备生产自动化机械以取代人的劳动，满足工业自动化的需求，其中机械手是其发展过程中的重要产物之一。工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新技术，并已经成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分。这种新技术发展很快，逐渐成为一门新兴的学科——机械手工程。

机械手是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置，在现代化生产过程中，机械手被广泛的运用于自动化生产线中，机器人的研制和生产已成为高技术领域内迅速发展起来的一门新兴技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手更好地实现与机械化和自动化的有机结合。机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复和劳动，不知疲倦不惧危险，抓举重物的力量比人手大的特点，因此机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛的得到了应用。

机械手技术涉及到力学、机械学，电气液压技术，自动控制技术，传感器技术和计算机技术等科学领域，是一门跨多种学科的综合技术。机械手是一种能自动化定位 并可重新编程序以变动的多功能机器，他有多个自由度，可用来搬运物体以完成在各个不同环境中工作。

机械手一般分为三类。第一类是不需要人工操作的通用机械手。它是一种独立的不附属于某一主机的装置。它可以根据任务的需要编制程序，以完成各项规定操作。它的特点是具备普通机械的物理性能外，还具备通用机械，记忆智能的三元机械。第二类是需要人工操作的，称为操作机。它起源于原子，军事工业，先是通过操作机来完成特定的作业，后来发展到用无线电操作机械手来进行月球的探测等。工业中采用的锻造操作机也属于这一范畴。第三类是专用机械手，主要附属于自动机床或自动线上，用以解决机床上下料和工件传送。这种机械手在国外称为Mechanical Hand，它是为主机服务的，工作程序一般是固定的，因此是专用的。

1.1国内外背景

1.1.1国外现状

机械手首先是从美国开始研制的。1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手。它的结构是：机体上安装一回转长臂，端部装有电磁铁的工件抓放机构，控制系统是示教型的。

1962年，美国联合控制公司在上述方案的基础上又试制一台数控示教再现型机械手。商名为Unimate（即万能自动）。同年，美国机械铸造公司也实验成功一种叫Versatrap机械手，原意是灵活搬运。

1978年美国Unimate公司和斯坦福大学，麻省理工大学联合研制一种叫Unnimation-Viearm型工业机械手，装有小型电子计算机进行控制，用于装配作业。

到目前为止，日本是工业机械手发展最快，应用最多的国家。但是，目前的机械手大部分还属于第一代，主要依靠人工进行控制；控制方式为开环式，没有识别能力；改进的方向主要是减低成本和提高精度。

第二代机械手设有微型电子计算机控制系统，具有视觉、触觉能力，甚至听、想的能力。研究安装各种传感器，把感觉到的信息反馈，使机械手具有感觉机能。

第三代机械手（机器人）则能独立地完成工作过程中的