【毕业设计】数控机床上下料机械手毕业设计说明书 ㊣ 精品文档 值得下载

要有足够大的安装基面，以保证机器人在工作时整体安装的稳定性。

腰座要承受机器人全部的重量和载荷，因此，机器人的基座和腰部轴及轴承的结构要有足够大的强度和刚度，以保证其承载能力。

机器人的腰座是机器人的第个回转关节，它对机器人末端的运动精度影响最大，因此，在设计时要特别注意腰部轴系及传动链的精度与刚度的保证。

腰部的回转运动要有相应的驱动装置，它包括驱动器电动液压及气动及减速器。

驱动装置般都带有速度与位置传感器，以及制动器。

腰部结构要便于安装调整。

腰部与机器人手臂的联结要有可靠的定位基准面，以保证各关节的相互位置精度。

要设有调整机构，用来调整腰部轴承间隙及减速器的传动间隙。

为了减轻机器人运动部分的惯量，提高机器人的控制精度，般腰部回转运动部分的壳体是由比重较小的铝合金材料制成，而不运动的基座是用铸铁或铸钢材料制成。

设计具体采用方案腰座回转的驱动形式要么是电机通过减速机构来实现，要么是通过摆动液压缸或液压马达来实现，目前的趋势是用前者。

因为电动方式控制的精度能够很高，而且结构紧凑，不用设计另外的液压系统及其辅助元件。

考虑到腰座是机器人的第个回转关节，对机械手的最终精度影响大，故采用电机驱动来实现腰部的回转运动。

般电机都不能直接驱动，考虑到转速以及扭矩的具体要求，采用大传动比的齿轮传动系统进行减速和扭矩的放大。

因为齿轮传动存在着齿侧间隙，影响传动精度，故采用级齿轮传动，采用大的传动比大于，同时为了减小机械手的整体结构，齿轮采用高强度高硬度的材料，高精度加工制造，尽量减小因齿轮传动造成的误差。

腰座具体结构如图所示图腰座结构图机械手手臂的结构设计机械手手臂的设计要求机器人手臂的作用，是在定的载荷和定的速度下，实现在机器人所要求的工作空间内的运动。

在进行机器人手臂设计时，要遵循下述原则应尽可能使机器人手臂各关节轴相互平行相互垂直的轴应尽可能相交于点，这样可以使机器人运动学正逆运算简化，有利于机器人的控制。

机器人手臂的结构尺寸应满足机器人工作空间的要求。

工作空间的形状和大小与机器人手臂的长度，手臂关节的转动范围有密切的关系。

但机器人手臂末端工作空间并没有考虑机器人手腕的空间姿态要求，如果对机器人手腕的姿态提出具体的要求，则其手臂末端可实现的空间要小于上述没有考虑手腕姿态的工作空间。

为了提高机器人的运动速度与控制精度，应在保证机器人手臂有足够强度和刚度的条件下，尽可能在结构上材料上设法减轻手臂的重量。

力求选用高强度的轻质材料，通常选用高强度铝合金制造机器人手臂。

目前，在国外，也在研究用碳纤维复合材料制造机器人手臂。

碳纤维复合材料抗拉强度高，抗振性好，比重小其比重相当于钢的，相当于铝合金的，但是，其价格昂贵，且在性能稳定性及制造复杂形状工件的工艺上尚存在问题，故还未能在生产实际中推广应用。

目前比较有效的办法是用有限元法进行机器人手臂结构的优化设计。

在保证所需强度与刚度的情况下，减轻机器人手臂的重量。

机器人各关节的轴承间隙要尽可能小，以减小机械间隙所造成的运动误差。

因此，各关节都应有工作可靠便于调整的轴承间隙调整机构。

机器人的手臂相对其关节回转轴应尽可能在重量上平衡，这对减小电机负载和提高机器人手臂运动的响应速度是非常有利的。

在设计机器人的手臂时，应尽可能利用在机器人上安装的机电元器件与装置的重量来减小机器人手臂的不平衡重量，必要时还要设计平衡机构来平衡手臂残余的不平衡重量。

机器人手臂在结构上要考虑各关节的限位开关和具有定缓冲能力的机械限位块，以及驱动装置，传动机构及其它元件的安装。

设计具体采用方案机械手的垂直手臂大臂升降和水平手臂小臂的伸缩运动都为直线运动。

直线运动的实现般是气动传动，液压传动以及电动机驱动滚珠丝杠来实现。

考虑到搬运工件的重量较大，考虑加工工件的质量达，属中型重量，同时考虑到机械手的动态性能及运动的稳定性，安全性，对手臂的刚度有较高的要求。

综合考虑，两手臂的驱动均选择液压驱动方式，通过液压缸的直接驱动，液压缸既是驱动元件，又是执行运动件，不用再设计另外的执行件了而且液压缸实现直线运动，控制简单，易于实现计算机的控制。

因为液压系统能提供很大的驱动力，因此在驱动力和结构的强度都是比较容易实现的，关键是机械手运动的稳定性和刚度的满足。

因此手臂液压缸的设计原则是缸的直径取得大点在整体结构允许的情况下，再进行强度的较核。

同时，因为控制和具体工作的要求，机械手的手臂的结构不能太大，若仅仅通过增大液压缸的缸径来增大刚度，是不能满足系统刚度要求的。

因此，在设计时另外增设了导杆机构，小臂增设了两个导杆，与活塞杆起构成等边三角形的截面形式，尽量增加其刚度大臂增设了四个导杆，成正四边形布置，为减小质量，各个导杆均采用空心结构。

通过增设导杆，能显著提高机械手的运动刚度和稳定性，比较好的解决了结构稳定性的问题。

机械手腕部的结构设计机器人的手臂运动包括腰座的回转运动，给出了机器人末端执行器在其工作空间中的运动位置，而安装在机器人手臂末端的手腕，则给出了机器人末端执行器在其工作空间中的运动姿态。

机器人手腕是机器人操作机的最末端，它与机器人手臂配合运动，实现安装在手腕上的末端执行器的空间运动轨迹与运动姿态，完成所需要的作业动作。

机器人手腕结构的设计要求机器人手腕的自由度数，应根据作业需要来设计。

机器人手腕自由度数目愈多，各关节的运动角度愈大，则机器人腕部的灵活性，，附录机械手控制程序的梯形图机械手控制程序的梯形图如下，利用编程软件，得出程序梯形图代码。

具体程序代码，包括主程序，自动操作子程序，手动工作子程序，步进电机控制的初始化程序，步进电机控制的包络表程序，机械手中断服务程序。

下面分别给出如下主程序梯形图注因为梯形图程序不利于编辑，这里所给的梯形图均为图片文件，因为图片很大，编辑时进行了裁减编辑，部分图片文件图面发生了些许变形，显示效果稍有降低。

各梯形图程序均在操作系统下在软件下编译调试通过自动操作子程序梯形图梯形图续图梯形图续图梯形图续图梯形图续图梯形图续图梯形图续图梯形图续图梯形图续图梯形图续图梯形图续图手动工作子程序梯形图步进电机控制的初始化程序步进电机控制的包络表程序梯形图续图机械手中断服务程序梯形图致谢历时近三个月的毕业设计终于完成，在这这段时间里，我运用大学四年的专业知识比较成功的完成了本次毕业设计，在毕业设计中通过方案论证，理论设计计算，机械结构的设计，工程图的绘制，设计说明书的撰写等环节的训练，已经使个人理论水平和实际动手能力有了次飞跃，锻炼了个人在设计分析，动手实践等方面的能力，同时使所学专业知识得到次全面的巩固和加强。

此次毕业设计能够顺利完成，我得到了很多老师同学的关心帮助和支持，在此本人首先向他们表示感谢。

在毕业设计过程中，我的指导老师张振金老师给予很多专业方面的帮助。

在设计前期的准备时，张老师就非常关注我的选题，指明选题方向，帮助分析题目的可行性和实际中可能出现的问题以及需要注意的事项在进行方案选择时，为我指出所需要重点掌握的知识范围，并帮助我分析相应知识难点的原理，使我的毕业设计能顺利进行。

同时，我也要感谢大学四年所有教过和没有教过但给我很多帮助的老师，是他们的教导让我能在这里学到很多的专业知识，给我以后工作和学习打下了坚实的基础，是他们的谆谆教诲使我明白了更多为人处事的道理，给我今后的人生足迹烙下更深的印迹，在此我衷心地感谢所有帮助过我的老师。

此外，非常感谢许多其他同学，他们很多想法和建议对我启发很大。

在此并致谢，还有在中华工业控制网和中国机器人联盟网上以及在其他场合给提供我帮助的知道名字和不知道名字的朋友，在此也并致谢，谢谢你们，由于时间和个人知识及能力水平有限，论文中难免会有些纰漏或之处，恳请各位老师批评指正。

不胜感谢，第章绪论选题背景机械手是在自动化生产过程中使用的种具有抓取和移动工件功能的自动化装置，它是在机械化自动化生产过程中发展起来的种新型装置。

近年来，随着电子技术特别是电子计算机的广泛应用，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门新兴技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。

机械手能代替人类完成危险重复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，提高劳动生产力。

机械手越来越广泛的得到了应用，在机械行业中它可用于零部件组装，加工工件的搬运装卸，特别是在自动化数控机床组合机床上使用更普遍。

目前，机械手已发展成为柔性制造系统和柔性制造单元中个重要组成部分。

把机床设备和机械手共同构成个柔性加工系统或柔性制造单元，它适应于中小批量生产，可以节省庞大的工件输送装置，结构紧凑，而且适应性很强。

当工件变更时，柔性生产系统很容易改变，有利于企业不断更新适销对路的品种，提高产品质量，更好地适应市场竞争的需要。

而目前我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有定的距离，应用规模和产业化水平低，机械手的研究和开发直接影响到我国自动化生产水平的提高，从经济上技术上考虑都是十分必要的。

因此，进行机械手的研究设计是非常有意义的。

设计目的本设计通过对机械设计制造及其自动化专业大学本科四年的所学知识进行整合，完成个特定功能特殊要求的数控机床上下料机械手的设计，能够比较好地体现机械设计制造及其自动化专业毕业生的理论研究水平，实践动手能力以及专业精神和态度，具有较强的针对性和明确的实施目标，能够实现理论和实践的有机结合。

目前，在国内很多工厂的生产线上数控机床装卸工件仍由人工完成，劳动强度大生产效率低。

为了提高生产加工的工作效率，降低成本，并使生产线发展成为柔性制造系统，适应现代自动化大生产，针对具体生产工艺，利用机器人技术，设计用台装卸机械手代替人工工作，以提高劳动生产率。

本机械手主要与数控车床数控铣床，加工中心等组合最终形成生产线，实现加工过程上料加工下料的自动化无人化。

目前，我国的制造业正在迅速发展，越来越多的资金流向制造业，越来越多的厂商加入到制造业。

本设计能够应用到加工工厂车间，满足数控机床以及加工中心的加工过程安装卸载加工工件的要求，从而减轻工人劳动强度，节约加工辅助时间，提高生产效率和生产力。

国内外研究现状和趋势目前，在国内外各种机器人和机械手的研究成为科研的热点，其研究的现状和大体趋势如下机械结构