关节型工业机械手毕业设计说明书

毕业论文

题目关节型工业机械手的结构设计

学院机械工程学院

专业机械工程及自动化

班级机自0917班

学生廉开发

学号

指导教师东宁

二〇一三年六月三日

摘要

关于该关节型工业机械手的具体研究方法。本次设计工作首先对实体安川机器人进行了细致的研究，了解了其部的具体结构，安川机器人的结构可分为六个轴系，然后根据六个轴系对其部结构进行分解，以便了解各个零件之间的配合，这样就对安川机器人有了大体的了解。下面就进行尺寸的测量，尺寸的测量只需要测量一下大体的外观尺寸，而部尺寸可根据零件的配合进行合理的设计。然后，进行计算（包括电机功率的计算，轴的设计，齿轮的参数计算），接着可依据相关资料，选取恰当的电机。最后，可根据实体与之前所掌握的知识对机械手的结构进行设计分析。

关键词:伺服电机、机械手抓、移动旋转。

ABSTRACT

Here is about the research method of the industrial manipulator joints. The design work on the real first AnChuan robot has carried on the detailed research, understand the internal structure of concrete, AnChuan robot structure can be divided into six axis, and then according to the six axis of its internal structure decomposition, in order to understand the cooperation between the various parts of the, thus for AnChuan robot have roughly understanding. Below is the size of the measurement, the size of the measurement only need to measure the general appearance of the size, and the internal dimension can be reasonable according to the parts of the design. Then, computing (including motor power calculation, the design of the shaft, the gear parameter calculation), then can according to relevant data, select the appropriate machine. Finally, according to the entity and prior knowledge on the structure of the manipulator design analysis.

Keywords:servo motor rotate, manipulator grabbing and moving.

目录

摘要 ............................................................... I ABSTRACT .............................................................. II 1 前言 .. (1)

1.1 机械手国外发展现状 (1)

1.2 多关节型工业机械手概述 (2)

1.3 机械手组成与分类 (3)

1.3.1机械手组成 (3)

1.3.2机械手分类 (3)

2机械手的设计方案 (4)

2.1设计任务的提出 (5)

2.2 机械手设计方案 (5)

2.2 方案特点 (6)

3.1 电机的选型 (7)

3.1.1 初步估算机械手的质量 (7)

3.1.2计算各个轴的转速及转矩 (9)

3.1.3 计算电机功率 (10)

3.2 锥齿轮设计 (11)

3.2.1 齿轮精度、材料 (11)

3.2.2 按齿面接触疲劳强度设计 (11)

3.2.3 按齿根弯曲强度设计 (12)

3.2.4 锥齿轮参数计算 (13)

3.3 同步带轮的设计 (13)

3.3.1 同步齿形带传动计算 (13)

3.3.2 带轮几何尺寸的计算 (15)

3.4 减速器的设计 (16)

3.4.1 减速器减速比的计算 (16)

3.4.2 减速器输出轴径的计算 (17)

4 机械手各结构设计 (18)

4.1 手爪结构的设计 (18)

4.1.1 手爪的设计要求 (18)

4.1.2 手爪的分类 (18)

4.1.3 手部结构形式的确定 (18)

4.2 手腕结构的设计 (19)

4.2.1 手腕的设计要求 (19)

4.2.2 手腕结构形式的确定 (19)

4.3 手臂结构的设计 (19)

4.3.1 手臂的设计要求 (20)

4.3.2 手臂结构 (20)

4.3.3 小臂结构形式的确定 (20)

4.4 小臂后箱体的结构设计 (21)

4.5 连接杆件的设计 (21)

5 关键轴的校核 (22)

5.1 腕部输入轴的结构 (22)

5.2 轴的校核 (22)

6 结论 (25)

参考文献 (26)

致 (27)

1前言

1.1机械手国外发展现状

1962年，美国机械铸造公司试制成一台数控试教机械手。商名为Unimate。运动系统仿造坦克炮塔，可以实现臂回转、俯仰功能，用液压驱动；控制系统用磁鼓存储装置。不少球坐标式通用机械手就是在这个基础上发展起来的。

1962年美国机械铸造公司也试验成功一种多关节机械手，它可实现灵活搬运，该机械手的中央立柱在原来的基础上其功能又可以实现臂的回转、升降、伸缩。虽然这两种机械手都是出现在60年代初，但都是国外工业机械手发展的基础。

1978年美国斯坦福大学、麻省理工学院联合研制多关节型型工业机械手，装有小型电子计算机进行控制，用于装配流水线作业，定位误差可小于1毫米，这使机械手的发展达到新的高度。

美国还进一步通过改进结构提高机械手的可靠性与稳定性，从而降低成本。如惠普曼公司建立了机械手试验台，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。

德国从1970年开始应用机械手，主要用于起重运输、焊接和准备的上下料等作业。德国西门子公司采用关节式结构和程序控制，从而使机械手实现焊接功能。

近现代日本是工业机械手发展最快、应用最多的国家。从美国引进二种典型机械手后，日本在此基础上继续创新，做到使机器人更加简便化与实用化。据相关报道，1979年从事机械手的研究工作的研究单位多达80多个。1976年各大学和国家研究部门用在机械手的研究费用为42%。1979年日本机械手的产值达443亿元，产量为14535台。其中固定程序和可变程序约为一半，达222亿日元，是1978年的2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。

进入到20世纪80年代以后，各国的机械手又取得更进一步的发展。总的来说为了满足现代高速发展的工业的需求，机械手的发展更多的趋向于满足以下特点：活动围广，工作灵活性强，便于操作控制，可满足不同的工业需求。比如说日本的安川机械手，就是基于实现不同的工作目的而设计的一种多关节型工业机械手，通过改变机械手的结构可以实现诸如搬运、喷漆、焊接、检测、探伤等任务。

国外机械手发展的不足。在国外机械制造业中，多关节型工业机械手应用最多，发展最快，目前主要应用于重物的搬运，精密金属的探测，机床、模锻压力机的上下