本得到解决。但在机械工业中，加工装配等生产是不连续的。专用机床是大批量生产自动化的有效办法程控机床数控机床加工中心等自动化机械是有效地解决多品种小批量生产自动化的重要办法。但除切削加工本身外，还有大量的装卸搬运装配等作业，有待于进步实现机械化。机器人的出现并得到应用，为这些作业的机械化奠定了良好的基础。“工业机器人”多数是指程序可变编的独立的自动抓取搬运工件操作工具的装置国内称作工业机器人或通用机器人。机器人是种具有人体上肢的部分功能，工作程序固定的自动化装置。机器人具有结构简单成本低廉维修容易的优势，但功能较少，适应性较差。目前我国常把具有上述特点的机器人称为专用机器人，而把工业机械人称为通用机器人。简而言之，机器人就是用机器代替人手，把工件由个地方移向指定的工作位置，或按照工作要求以操纵工件进行加工。机器人般分为三类。第类是不需要人工操作的通用机器人，也即本文所研究的对象。它是种独立的不附属于主机的装置，可以根据任务的需要编制程序，以完成各项规定操作。它是除具备普通机械的物理性能之外，还具备通用机械记忆智能的三元机械。第二类是需要人工操作的，称为操作机。它起源于原子军事工业，先是通过操作机来完成特定的作业，后来发展到用无线电讯号操作机器人来进行探测月球等。工业中采用的锻造操作机也属于这范畴。第三类是专业机器人，主要附属于自动机床或自动生产线上，用以解决机床上下料和工件传送。这种机器人在国外通常被称之为，它是为主机服务的，由主机驱动。除少数外，工作程序般是固定的，因此是专用的。机器人按照结构形式的不同又可分为多种类型，其中关节型机器人以其结构紧凑，所占空间体积小，相对工作空间最大，甚至能绕过基座周围的些障碍物等这样些特点，成为机器人中使用最多的种结构形式，世界些著名机器人的本体部分都采用这种机构形式的机器人。要机器人像人样拿取东西，最简单的基本条件是要有套类似于指腕臂关节等部分组成的抓取和移动机构执行机构像肌肉那样使手臂运动的驱动传动系统像大脑那样指挥手动作的控制系统。这些系统的性能就决定了机器人的性能。般而言，机器人通常就是由执行机构驱动传动系统和控制系统这三部分组成，如图所示。图机器人的般组成对于现代智能机器人而言，还具有智能系统，主要是感觉装置视觉装置和语言识别装置等。目前研究主要集中在赋予机器人“眼睛”，使它能识别物体和躲避障碍物，以及机器人的触觉装置。机器人的这些组成部分并不是各自独立的，或者说并不是简单的叠加在起，从而构成个机器人的。要实现机器人所期望实现的功能，机器人的各部分之间必然还存在着相互关联相互影响和相互制约。它们之间的相互关系如图所示。图机器人各组成部分之间的关系机器人的机械系统主要由执行机构和驱动传动系统组成。执行机构是机器人赖以完成工作任务的实体，通常由连杆和关节组成，由驱动传动系统提供动力，按控制系统的要求完成工作任务。驱动传动系统主要包括驱动机构和传动系统。驱动机构提供机器人各关节所需要的动力，传动系统则将驱动力转换为满足机器人各关节力矩和运动所要求的驱动力或力矩。有的文献则把机器人分为机械系统驱动系统和控制系统三大部分。其中的机械系统又叫操作机，相当于本文中的执行机构部分。.工业机器人的发展机器人首先是从美国开始研制的。年美国联合控制公司研制出第台机器人。它的结构特点是机体上安装回转长臂，端部装有电磁铁的工件抓放机构，控制系统是示教型的。日本是工业机器人发展最快应用最多的国家。自年从美国引进两种典型机器人后，大力从事机器人的研究。目前工业机器人大部分还属于第代，主要依靠人工进行控制控制方式则为开环式，没有识别能力改进的方向主要是降低成本和提高精度。第二代机器人正在加紧研制。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，把感觉到的信息进行反馈，使机器人具有感觉机能。第三代机器人机器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和柔性制造单元中的重要环。随着工业机器人研究制造和应用领域不断扩大，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。国际工业机器人会议决定每年召开次会议，讨论和研究机器人的发展及应用问题。目前，工业机器人主要用于装卸搬运焊接铸锻和热处理等方面，无论数量品种和性能方面还不能满足工业生产发展的需要。使用工业机器人代替人工操作的，主要是在危险作业广义的多粉尘高温噪声工作空间狭小等不适于人工作业的环境。在国外机械制造业中，工业机器人应用较多，发展较快。目前主要应用于机床模锻压力机的上下料，以及点焊喷漆等作业，它可按照事先制订的作业程序完成规定的操作，但还不具备传感反馈能力，不能应付外界的变化。如发生些偏离时，就将引起零部件甚至机器人本身的损坏。随着现代化科学技术的飞速发展和社会的进步，针对于上述各个领域的机器人系统的应用和研究对系统本身也提出越来越多的要求。制造业要求机器人系统具有更大的柔性和更强大的编程环境，适应不同的应用场合和多品种小批量的生产过程。计算机集成制造要求机器人系统能和车间中的其它自动化设备集成在起。研究人员为了提高机器人系统的性能和智能水平，要求机器人系统具有开放结构和集成各种外部传感器的能力。然而，目前商品化的机器人系统多采用封闭结构的专用控制器，般采用专用计算机作为上层主控计算机，使用专用机器人语言作为离线编程工具，采用专用微处理器，并将控制算法固化在中，这种专用系统很难或不可能集成外部硬件和软件。修改封闭系统的代价是非常昂贵的，如果不进行重新设计，多数情况下技术上是不可能的。解决这些问题的根本办法是研究和使用具有开放结构的机器人系统。美国工业机器人技术的发展，大致经历了以下几个阶段年为试验定型阶段。年，万能自动化公司制造的工业机器人供用户做工艺试验。年，该公司生产的工业机器人定型为型。年为实际应用阶段。这时期，工业机器人在美国进入应用阶段，例如，美国通用汽车公司年订购了台工业机器人年该公司又自行研制出新工业机器人，并用组成电焊小汽车车身的焊接自动线又如，美国克莱斯勒汽车公司条冲压自动线上的台冲床都用工业机器人传递工件。年至今直处于推广应用和技术发展阶段。年，工业机器人处于技术发展阶段。年月美国在伊利斯工学院研究所召开了第届全国工业机器人会议。据当时统计，美国大约台工业机器人，工作时间共达万小时以上，与此同时，出现了所谓了高级机器人，例如森德斯兰德公司发明了用小型计算机控制台机器人的系统。又如，万能自动公司制成了由台机器人组成的汽车车轮生产自动线。麻省理工学院研制了具有有“手眼”系统的高识别能力微型机器人。我国虽然开始研制工业机器人仅比日本晚年，但是由于种种原因，工业机器人技术的发展比较慢。目前我国已开始有计划地从国外引进工业机器人技术，通过引进仿制改造创新，工业机器人将会获得快速的发展。.课题的提出意义及主要任务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。在机械加工过程或者自动化社设备中，常常要求有自动输送和产品装卸功能的机械手来实现辅助作业。本次设计拟定题目为在机械产品加工过程中，能够完成生产线上预定零部件的夹取输送及其到达预定目的地后放置等动作的自动化机械手系统设计。要求能够设计出满足工业生产要求的典型体化系统。此题目重在培养学生在给定任务下的创造性和创造性思维的能力，在预定时间内解决与专业相关的实际问题的的能力，同时培养学生的时间能力和动手能力。课题中所要设计的主要任务有四点机械手的原理方案设计机械手的结构方案设计机械手的转臂功能的设计机械手抓取和释放预定产品功能的设计。工业机器人的总体设计.工业机器人的组成及各部分关系概述执行系统。包括手部手腕手臂和立柱等部件，有的还增设行走机构。手部即与物件接触的部件。由于与物件接触的形式不同，可分为夹持式和吸附式手在本课题中我们采用夹持式手部结构。夹持式手部由手指或手爪和传力机构所构成。手指是与物件直接接触的构件，常用的手指运动形式有回转型和平移型。回转型手指结构简单，制造容易，故应用较广泛。平移型应用较少，其原因是结构比较复杂，但平移型手指夹持圆形零件时，工件直径变化不影响其轴心的位置，因此适宜夹持直径变化范围大的工件。手指结构取决于被抓取物件的表面形状被抓部位是外廓或是内孔和物件的重量及尺寸。而传力机构则通过手指产生夹紧力来完成夹放物件的任务。传力机构型式较多时常用的有滑槽杠杆式连杆杠杆式斜面杠杆式齿轮齿条式丝杠螺母弹簧式和重力式等。手腕是连接手部和手臂的部件，并可用来调整被抓取物件的方位即姿势手臂手臂是支承被抓物件手部手腕的重要部件。手臂的作用是带动手指去抓取物件，并按预定要求将其搬运到指定的位置。工业机械手的手臂通常由驱动手臂运动的部件如油缸液压缸齿轮齿条机构连杆机构螺旋机构和凸轮机构等与驱动源如液压液压或电机等相配合，以实现手臂的各种运动。立柱立柱是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的部分，手臂的回转运动和升降或俯仰运动均与立柱有密切的联系。机械手的立柱因工作需要，有时也可作横向移动，即称为可移式立柱。机座机座是机械手的基础部分，机械手执行机构的各部件和驱动系统均安装于机座上，故起支撑和连接的作用。驱动系统驱动系统是驱动工业机械手执行机构运动的。它由动力装置调节装置和辅助装置组成。常用的驱动系统有液压传动液压传动机械传动。控制系统控制系统是支配着工业机械手按规定的要求运动的系统。目前工业机械手的控制系统般由程序控制系统和电气定位