毕业论文(设计)——某生产线机械手的结构设计与分析

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1、目 录 第一章 绪论 1 1.1 课题背景及意义 .1 1.2 机械手的发展和趋势 .1 1.3 某生产线机械手的设计要求和基本内容 .2 第二章 某生产线机械手模块的设计 .4 2.1 机械手驱动方式的选择 4 2.2 气动驱动机械手的应用现状及发展前景 5 2.3 机械手的设计方案 6 2.4 机械手的手部结构设计 6 2.5 机械手的系统设计 8 2.6 机械手的手部结构设计及计算 9 2.7 机械手手臂机构的设计 .12 2.8 机械手腰部和机座结构设计及计算 .13 2.9 机座传动装置的总体设计 .15 第三章 旋转模块的设计 .23 3.1 旋转模块总体设计 .23 3.2 摆动

2、气缸的选用 .23 第四章 装钉模块的设计 .25 4.1 装钉模块的总体布置设计 25 4.2 钉盒的结构设计 .26 4.3 压钉轴的结构设计 .26 4.4 装钉气缸的选用 .26 4.5 导轴和导套的设计 .27 第五章 计算机辅助设计 .28 5.1 三维建模 28 5.2 CAXA 的运用 33 结束语 .35 致 谢 .36 参考文献 .37 1 第一章 绪论 1.1 课题背景及意义 某生产线机械手是一种具有开放式特征的实训实验平台。是多种高科技的融 合，可以完成电工、电子、单片机、机械设计、传感器、机电控制、数字信号处理 等许多课程的几百个实训实验。某生产线机械手的作用主要以展

3、示机械结构、运动 特征和功能关系为主。相对于工业机器人具有它的特殊性：首先，一台机械手相当 于一个试验平台，要能显示多种运动性能。因此，应用环境广泛，功能多样。其次， 其制造加上精度略低于工业机器人，且性价比高。另外，它的体积小，重量轻。因 此，专用性强的生产线机械手的研制方法不能满足这样的要求。所以我用 solidworks 软件来实现机械手的结构设计和对其进行的原理分析设计了一种的可 扩展式机械手，具有造价低、调控容易、重复性好的特点。 1.2 机械手的发展和趋势 机械手在现实生活中的种类可以说是非常的多，然而最初的机械手是工业机械 手，它最早应用在汽车制造工业，常用于焊接、喷漆、上下料和

4、搬运。工业机械手 延伸和扩大了人的 手足和大脑功能，它可替代人从事危险、有害、有毒、低温和 高温等恶劣环境中工作：代替人完成繁重、单调重复劳动，提高劳动生产率，保证 产品质量。目前主要应用与制造业中，特别是电器制造、汽车制造、塑料加工、通 用机械制造及金属加工等工业。工业机械手与数控加工中心，自动搬运小车与自动 检测系统可组成柔性制造系统和计算机集成制造系统，实现生产自动化。随着生产 的发展，功能和性能的不断改善和提高，机械手的应用领域日益扩大。 工业机械手是在第二次世界大战期间发展起来的，始于 40 年代的美国橡树岭 国家实验室的搬运核原料的遥控机械操作手研究，它是一种主从型的控制系统。 1

5、958 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，又试制成一台数控示教再现 型机械手。运动系统仿造坦克炮塔，臂可以回转、俯仰、伸缩，用液压驱动；控制 系统用磁鼓做储存装置。不少球面坐标式机械手就是在这个基础上发展起来的；同 年该公司和普曼公司合并成为万能制动公司，专门生产工业机械手。 1962 年美国机械铸造公司也实验成功一种叫 Versatran 机械手， 原意是灵活搬 运，可做点位和轨迹控制：该机械手的中央立柱可以回转、升降、伸缩，采用液压 驱动，控制系统也

6、是示教再现型。虽然这 2 种机械手出现在六十年代初，但都是国 外机械手发展的基础。从 60 年代后期起，喷漆、弧焊工业机器人相继在生产中开 始应用。 2 1978 年美国 Unimate 公司和斯坦福大学、麻省理工学院联合研制出一种 UnimationVic.arm 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。 联邦德国机器制造业是从 1970 年开始应用机械手，主要用于起重运输、焊接和设 备的上下料等作业：联邦德国 Kuka 公司还生产一种点焊机械手，采用关节式结构 和程序控制；日本是工业机器人发展最快，应用国家最多的国家，自 1969 年从美 国引进两种典型机械手后，开始大力从事机械手的研究，目前以成为世界上工业机 械手应用最多的国家之一。前苏联自六十年代开始发展应用机械手，主要用于机械 化、自动化程序较低、繁重单调、有害于健康的辅助性工作。 我国工业机械手的研究与开发始于 20 世纪 70 年代。 1972 年我国第一台机械手 开发于上海，随之全国各省都开始研制和应用机械手。从第七个五年计划 （1986-1990）开始，我国政府将工业机器人的发展列入其中，并且