搬运机械手监控系统的设计
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小臂.dwg
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手爪.dwg
搬运机械手监控系统的设计开题报告.doc
搬运机械手监控系统的设计说明书.doc
整体装配图.dwg
机械手手臂联结座.dwg
机械手支座.dwg
法兰盘.dwg
腰部结构图.dwg
搬运机械手监控系统的设计
1 绪论 3
1.1前言 3
1.2 工业机械手的简史 3
1.3工业机械手在生产中的应用 3
1.3.1 建造旋转零件（转轴、盘类、环类）自动线 3
1.3.2 在实现单机自动化方面 3
1.3.3 铸、锻、焊热处理等热加工方面 3
1.4 机械手的组成 4
1.4.1 执行机构 4
1.4.2 驱动机构 4
1.4.3 控制系统分类 5
1.5工业机械手的发展趋势 5
1.6 本文主要研究内容 6
1.7 本章小结 6
2 机械手的总体设计方案 7
2.1 机械手基本形式的选择 7
2.2机械手的主要部件及运动 8
2.3驱动机构的选择 9
2.4 机械手的技术参数列表 9
2.5 本章小结 9
3 机械手手部的设计计算 9
3.1 手部设计基本要求 9
3.2 典型的手部结构 9
3.3机械手手抓的设计计算 9
3.3.1选择手抓的类型及夹紧装置 9
3.3.2 手抓的力学分析 10
3.3.3 夹紧力及驱动力的计算 11
3.3.4 手抓夹持范围计算 12
3.4 机械手手抓夹持精度的分析计算 13
3.5弹簧的设计计算 14
3.6 本章小结 16
4 腕部的设计计算 17
4.1 腕部设计的基本要求 17
4.2 腕部的结构以及选择 17
4.2.1典型的腕部结构 17
4.2.2 腕部结构和驱动机构的选择 18
4.3 腕部的设计计算 18
4.3.1 腕部设计考虑的参数 18
4.3.2 腕部的驱动力矩计算 18
4.3.3 腕部驱动力的计算 19
4.3.4 液压缸盖螺钉的计算 20
4.3.5动片和输出轴间的连接螺钉 21
4.4 本章小结 22
5 臂部的设计及有关计算 23
5.1 臂部设计的基本要求 23
5.2 手臂的典型机构以及结构的选择 24
5.2.1 手臂的典型运动机构 24
5.2.2 手臂运动机构的选择 24
5.3 手臂直线运动的驱动力计算 24
5.3.1 手臂摩擦力的分析与计算 24
5.3.2 手臂惯性力的计算 26
5.3.3 密封装置的摩擦阻力 26
5.4 液压缸工作压力和结构的确定 26
5.5 本章小结 28
6 机身的设计计算 29
6.1 机身的整体设计 29
6.2 机身回转机构的设计计算 30
6.3 机身升降机构的计算 34
6.3.1 手臂偏重力矩的计算 34
6.3.2 升降不自锁条件分析计算 35
6.3.3 手臂做升降运动的液压缸驱动力的计算 36
6.4 轴承的选择分析 36
6.5 本章小结 37
7 ADAMS 模型的建立与仿真 38
7.1虚拟样机技术 38
7.2 ADAMS软件 38
7.3 手部模型的建立 40
7.4 本章小结 44
1 绪论
1.1前言
用于再现人手的的功能的技术装置称为 。机械手是模仿着人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。在工业生产中应用的机械手被称为 。
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。机械手涉及到力学、机械学、电器液压技术、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域，是一门跨学科综合技术。
工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动生产设备。工业机械手也是工业机器人的一个重要分支。他的特点是可以通过编程来完成各种预期的作业，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现在人的智能和适应性。机械手作业的准确性和环境中完成作业的能力，在国民经济领域有着广泛的发展空间。
机械手的发展是由于它的积极作用正日益为人们所认识：其一、它能部分的代替人工操作；其二、它能按照生产工艺的要求，遵循一定的程序、时间和位置来完成工件的传送和装卸；其三、它能操作必要的机具进行焊接和装配，从而大大的改善了工人的劳动条件，显著的提高了劳动生产率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。因而，受到很多国家的重视，投入大量的人力物力来研究和应用。尤其是在高温、高压、粉尘、噪音以及带有放射性和污染的场合，应用的更为广泛。在我国近几年也有较快的发展，并且取得一定的效果，受到机械工业的 。
机械手是一种能自动控制并可从新编程以变动的多功能机器，他有多个自由度，可以搬运物体以完成在不同环境中的工作。
机械手的结构形式开始比较简单，专用性较强。 随着工业技术的发展，制成了能够独立的按程序控制实现重复操作，适用范围比较广的“程序控制通用机械手”，简称通用机械手。由于通用机械手能很快的改变工作程序，适应性较强，所以它在不断变换生产品种的中小批量生产中获得广泛的引用。
1.2 工业机械手的简史
现代工业机械手起源于20世纪50年代初，是基于示教再现和主从控制方式、能适应产品种类变更，具有多自由度动作功能的柔性自动化 。
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。他的结构是：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，美国机械铸造公司在上述方案的基础之上又试制成一台数控示教再现型机械手。商名为Unimate(即万能自动)。运动系统仿造坦克炮塔，臂回转、俯仰，用液压驱动；控制系统用磁鼓最存储装置。不少球坐标式通用机械手就是在这个基础上发展起来的。同年该公司和普鲁曼公司合并成立万能自动公司（Unimaton）,专门生产工业机械手。
1962年美国机械铸造公司也试验成功一种叫Versatran机械手，原意是灵活搬运。该机械手的中央立柱可以回转，臂可以回转、升降、伸缩、采用液压驱动，控制系统也是示教再现型。虽然这两种机械手出现在六十年代初，但都是国外工业机械手发展的基础。
1978年美国Unimate公司和斯坦福大学、麻省理工学院联合研制一种Unimate-Vic-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，定位误差可小于±1毫米。
美国还十分注意提高机械手的可靠性，改进结构，降低成本。如Unimate公司建立了8年机械手试验台，进行各种性能的试验。准备把故障前平均时间（注：故障前平均时间是指一台设备可靠性的一种量度。它给出在第一次故障前的平均运行时间），由400小时提高到1500小时，精度可提高到±0.1毫米。
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。德国KnKa公司还生产一种点焊机械手，采用关节式结构和程序控制。
瑞士RETAB公司生产一种涂漆机械手，采用示教方法编制程序。
瑞典安莎公司采用机械手清理铸铝齿轮箱毛刺等。
日本是工业机械手发展最快、应用最多的国家。自1969年从美国引进二种典型机械手后，大力研究机械手的研究。据报道，1979年从事机械手的研究工作的大专院校、研究单位多达50多个。1976年个大学和国家研究部门用在机械手的研究费用42%。1979年日本机械手的产值达443亿日元，产量为14535台。其中固定程序和可变程序约占一半，达222亿日元，是1978年的二倍。具有记忆功能的机械手产值约为67亿日元，比1978年增长50%。智能机械手约为17亿日元，为1978年的6倍。截止1979年，机械手累计产量达56900台。在数量上已占世界首位，约占70%，并以每年50%～60%的速度增长。使用机械手最多的是汽车工业，其次是电机、电器。预计到1990年将有55万机器人在工作。
第二代机械手正在加紧研制。它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。目前国外已经出现了触觉和视觉机械手。
第三代机械手（机械人）则能独立地完成工作过程中的任务。它与电子计算机和电视设备保持联系。并逐步发展成为柔性制造系统FMS(Flexible Manufacturing system)和柔性制造单元(Flexible Manufacturing Cell)中重要一环。
随着工业机器手（机械人）研究制造和应用的扩大，国际性学术交流活动十分活跃，欧美各国和其他国家学术交流活动开展很多。
7.4 本章小结
通过本章，对机械手的手部进行了建模，并对结果以曲线的形式输出仿真结果。对于ADAMS建模，在ADAMS/View提供有零件库，可以创建各种基本的物体。对于复杂形状的物体，可以使用ADAMS/Exchange模块从其它CAD软件（如：Pro/e）中输入零件模型。
致 谢
本次毕业设计，是老师考虑到学生日后的研究方向而特意为我安排的。通过这次训练，提高了自己的动手能力、设计能力和编程水平，为学生日后顺利进入机器人这一深邃的科研领域作下了铺垫。本次毕业设计，学生收获颇多，这与于老师的悉心指导是分不开的。老师公务繁忙，但是还是经常抽时间来视察学生毕业设计进度，就毕业设计过程中遇到的问题给予耐心指导，敦敦教诲，身体力行，实在令学生钦佩感动不已！特此，学生郑重向于老师表示感谢！
另外，学生还要感谢师兄，他们在学生毕业设计的过程中给出了许多有益的建议，特此表示感谢！
参考文献
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[2] Basilio Bona and Aldo Curatella. Identification of Industrial Robot Parameters for Advanced Model-Based Controllers Design Proceedings of the 2005 IEEE
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[9] 罗建军 朱丹军 顾刚 刘路放. 大学C++程序设计教程. 北京：高等教育出版社，2004
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