毕业论文：搬用机械手的设计及运动仿真论文

为了改变落后的生产状况，缓解日趋紧张的供求关系，我们就得研究开发机械手。

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引用，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，加工工件的搬用装卸。

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距离，应用规模和产业化水平低，机械手的研制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是十分必要的。

因此，进行机械手的研究和设计是非常有意义的。

国内外发展状况国外发展状况国外机械手在机械制造行业中应用较多，发展也很快。

目前主要用于机床横锻压力机的上下料，以及点焊喷漆等作业，它可按照事先指定的作业程序来完成规定的操作。

国外机械手的发展趋势是大力研制具有种智能的机械手。

使它具有定的传感能力，能反馈外界条件的变化，作相应的变更。

如位置发生稍许偏差时，即能更正并自行检测，重点是研究视觉功能和触觉功能。

目前已经取得定成绩。

目前世界高端工业机械手均有高精化，高速化，多轴化，轻量化的发展趋势。

定位精度可以满足微米及亚微米级要求，运行速度可以达到，量新产品达到轴，负载的产品系统总重已突破。

更重要的是将机械手柔性制造系统和柔性制造单元相结合，从而根本改变目前机械制造系统的人工操作状态。

同时，随着机械手的小型化和微型化，其应用领域将会突破传统的机械领域，而向着电子信息生物技术生命科学及航空航天等高端行业发展。

国外机器人领域发展近几年有如下几个趋势工业机器人性能不断提高高速度高精度高可靠性便于操作和维修，而单机价格不断下降，平均单机价格从年的万美元降至年的万美元。

机械结构向模块化可重构化发展。

例如关节模块中的伺服电机减速机检测系统三位体化由关节模块连杆模块用重组方式构造机器人整机国外已有模块化装配机器人产品问市。

机器人中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置速度加速度接机器人还应用了视觉力觉等传感器，而遥控机器人则采用视觉声觉力觉触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制多传感器融合配置技术在产品化系统中已有成熟应用。

虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真预演发展到用于过程控制，如使遥控机器人操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操纵机器人。

当代遥控机器人系统的发展特点不是追求全自治系统，而是致力于操作者与机器人的人机交互控制，即遥控加局部自主系统构成完整的监控遥控操作系统，使智能机器人走出实验室进入实用化阶段。

美国发射到火星上的索杰纳机器人就是这种系统成功应用的最著名实例。

国内发展状况目前国内机械于主要用于机床加工铸锻热处理等方面，数量品种性能方面都不能满足工业生产发展的需要。

所以，在国内主要是逐步扩大应用范围，重点发展铸造热处理方面的机械手，以减轻劳动强度，改善作业条件，在应用专用机械手的同时，相应的发展通用机械手，有条件的还要研制示教式机械手计算机控制机械手和组合机械手等。

同时要提高速度，减少冲击，正确定位，以便更好的发挥机械手的作用。

此外还应大力研究伺服型记忆再现型，以及具有触觉视觉等性能的机械手，并考虑与计算机连用，逐步成为整个机械制造系统中的个基本单元。

我国的工业机器人从年代七五科技攻关开始起步，在国家的支持下，通过七五八五科技攻关，目前己基本掌握了机器人操作机的设计制造技术控制系统硬件和软件设计技术运动学和轨迹规划技术，生产了部分机器人关键元器件，开发出喷漆弧焊点焊装配搬运等机器人其中有多台套喷漆机器人在二十余家企业的近条自动喷漆生产线站上获得规模应用，弧焊机器人己应用在汽车制造厂的焊装线上。

但总的来看，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，如可靠性低于国外产品机器人应用工程起步较晚，应用领域窄，生产线系统技术与国外比有差距在应用规模上，我国己安装的国产工业机器人约台，约占全球已安装台数的万分之四。

以上原因主要是没有形成机器人产业，当前我国的机器人生产都是应用户的要求，客户，次重新设计，品种规格多批量小零部件通用化程度低供货周期长成本也不低，而且质量可靠性不稳定。

因此迫切需要解决产业化前期的关键技术，对产品进行全面规划，搞好系列化通用化模块化设计，积极推进产业化进程我国的智能机器人和特种机器人在计划的支持下，也取得了不少成果。

机构手臂升降机构手臂回转机构和回转定位装置等组成，每部分均由液压缸驱动与控制。

它完成的动作循环为插定位销手臂前伸手指张开手指夹紧抓料手臂上升手臂缩回手腕回转拔定位销手臂回转插定位销手臂前伸手臂中停手指松开手指闭合手腕回转复位拔定位销手臂回转复位待料，泵卸载。

拟定液压系统原理图设计合理的液压系统才能确保全面可靠地实现设计任务书中规定的各项技术指标，通常做法是先选定系统类型，分别选择各项要求的基本回路，最后再将各基本回路组合成完整的液压系统。

基本回路的选择调速回路液压系统原理图的核心是调速回路，调速方案和调速回路对其它回路的选择具有决定性的影响。

本系统是功率较小的，故选用简单的进油路节流阀调速。

同样的道路选用单泵供油，力求较好的经济性。

在机械手的升降缸采用单伸出杆时，为了使往复运动速度致时要采用两个单向节流阀来实现。

若只用个节流阀调速时，则应将节流阀放到换向阀下面，并按有杆腔进油达到最大允许速度，但仍然符合设计要求。

换向回路除闭式回路双向变量泵系统用泵换向外，般系统均用换向阀换向。

选择换向回路的核心是选择换向阀的形式，以实现对于换向精度及换向平稳性的要求。

般来说，换向性能要求高，应选用机动换向阀或液动换向阀，若对于换向性能无特别要求，应选用电磁阀。

根据本设计液压系统要求，夹紧缸换向选用两位两通电磁阀，其他缸全部选用三位四通电磁换向阀。

快速运动回路设置快速运动回路的目的，是用尽可能小的泵流量实现所需的快进速度，以减小泵和电机的容量，提高系统的效率。

对于要求快进快退速度相等的单杆式双作用活塞缸，可采用差动快进回路短期流量大，所需油液体积较小时，可采用蓄能器快进回路，对于快进速度大，持续时间较长的系统，可采用双泵供油快进系统。

压力控制回路压力控制回路的种类很多，通常将调压限压回路与油源回路合并考虑。

卸荷回路和油源回路或换向回路合并考虑而保压回路，减压回路，则需要根据要求单独考虑。

液压阀的选择液压阀是控制或调节液压系统中液流压力流量和方向的。

液压阀性能的优劣，工作是否可靠，对整个液压系统能否正常工作将产生直接影响。

根据本液压的设计要求，液压阀的选择按定压力和额定流量大于系统最高工作压力和通过该阀的最大流量的原则。

液压辅助元件的选择滤油器。

的最大流量选取流量略大些的滤油器，滤油精度为网式的或线隙式即可。

油管和管接头。

油管和管接头的通径与阀致来选取。

系统的安全可靠性为防止俯仰缸因自重自由下滑和伸缩缸在仰起定角度后的自由下滑，都采用单向顺序阀来平横。

为保证夹紧缸夹持工件的可靠性，选用液控单向阀保压和锁紧。

机械手液压系统的特点及系统原理图液压系统的特点机械手液压系统与其它机器的液压系统具有许多共性，但也有它的特性，其中最突出的特点是缓冲与定位问题。

从生产效率来讲，机械手正常工作速度越快越好，但是从运动平稳性缓冲与定位精度来考虑，速度太大，缓冲与定位就不容易达到要求。

影响机械手运动平稳性缓冲与定位精度的因素很多。

如执行装置的重量，刚度，机械结构的配合间隙压力的波动流量脉动和检测系统的反馈误差等等，而影响最大的是机械手运动速度的变化率。

为了达到其运动平稳性和定位精度要求，般要求在定位前采取缓冲制动措施，从液压原理上讲是增加液压阻尼力，在液压缸结构上缓冲或增加缓冲回路。

对要求连续轨迹控制的机械手，可采用液压伺服控制系统，但本设计中机械手的轨迹控制为点位控制，故般的液压控制系统即可。

本系统采用双联泵供油。

由于定位缸所需的压力比较低，在定位缸支路上加减压阀，并将减后的压力油作为控制油路，给电磁换向阀的控制油路供油。

机械手液压系统图机械手液压系统如图所示。

液压系统各执行机构的动作均由电控系统发信号控制相应的电磁换向阀或电液动换向阀，按程序依次步进动作。

电磁铁动作顺序见下表所示，由两泵供油，流量为，手臂及手腕回转手指松紧及定位缸工作时，只由小流量泵供油，大流量泵自动卸载。

由于定位缸和控制油路所需压力较低，在定位缸支路上串联有减压阀，使之获得稳定的压力。

手臂的伸缩和升降采用单杆双作用液压缸驱动，手臂的伸出和升降速度分别由单向调速阀和实现回油节流调速手臂及手腕的回转由摆动液压缸驱动，其正反向运动亦采用单向调速阀和和回油节流调速。

执行机构的定位和缓冲是机械手工作平稳可靠的关键。

从提高生产率来说，希望机械手正常工作速度越快越好，但工作速度越高，启动和停止时的惯性力矩就越大，这不仅会影响到机械手的定位精度，严重时还会损伤机件。

因此为达到机械手的定位精度和运动平稳性的要求，般在定位前要采取缓冲措施。

该机械手手臂伸出手腕回转由死挡铁定位保证精度，端点到达前发信号切断油路，滑行缓冲手臂缩回和手臂上升由行程开关适时发信号，提前切断油路滑行缓冲并定位。

此外，手臂伸缩缸和升降缸采用了电液换向阀换向，调节换向时间，亦增加缓冲效果。

由于手臂的回转部分质量教大，转速较高，运动惯性矩较大，系统的手臂回转缸除采用单向调速阀回油节流调速外。

还在回油路上安装有行程节流阀进行减速缓冲，最后由定位缸插销定位，满足定位精度要求。

为使手指夹紧缸夹紧工件后不受系统压力波动的影响，保证牢固地夹紧工件，采用了液控单向阀的锁紧回路。

手臂升降缸为立式液压缸，为支承平衡手臂运动部件的自重，采用了单向顺序阀的平衡回路。

机械手液压系统图液压系统电磁铁动作表液压系统的工作顺序是由控制各个液压缸换向阀的电磁铁的得失电来工作的。

电磁铁的动作表见表。

表机械手液压系统电磁铁动作顺序表动作顺序插销定位手臂前伸手指张开手指抓料手臂上升手臂缩回手腕回转拔定位销手臂回转插定位销手臂前伸手臂中停手指张开手指闭合手臂缩回手臂下降手腕反转拔定位销手臂反转待料卸载本章小结对驱动机械手的基本回路液压阀和液压辅助元件进行了选择，设计出了液压系统原理图和电磁阀的动作顺序表。

机械手的三维建模及装配设计任务设计零件杠杆支座，设计零件图如图所示。

所使用的软件如图所示。

介绍其在系统中三维模型的造型过程和零件的设计过程。

本课题目的是进步了解的设计与造型的流程。

图设计零件图图使用的设计软件设计前的准备在进行零件设计与加工前，首先为该零件建立个专用的文件夹，并将该文件夹设置为当前工作目录，这样来，在产品三维造型中产生的文件零件设计过程中产生的文件转换的数据文件及在模块中的加工文