机械手臂的设计与制作论文

机械手臂的设计与制作论文

引 言
在现代工业中，生产过程的机械化、自动化已成为突出的主题。随着工业现代化的进一步发展,自动化已经成为现代企业中的重要支柱,无人车间、无人生产流水线等等，已经随处可见。同时，现代生产中，存在着各种各样的生产环境，如高温、放射性、有毒气体、有害气体场合以及水下作业等，这些恶劣的生产环境不利于人工进行操作。
工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新的技术，是现代控制理论与工业生产自动化实践相结合的产物，并以成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分。工业机械手是提高生产过程自动化、改善劳动条件、提高产品质量和生产效率的有效手段之一。尤其在高温、高压、粉尘、噪声以及带有放射性和污染的场合，应用得更为广泛。在我国，近几年来也有较快的发展，并取得一定的效果，受到机械工业和铁路工业部门的重视。
本课题拟开发物料搬运机械手，采用日本三菱公司的FX2N系列PLC，对实验室现有的TVT—99D机械手模型进行开发。该装置机械部分有滚珠丝杠、滑轨、汽缸、气控机械抓手等；电气方面由步进电机、驱动模块、传感器、开关电源、电磁阀、旋转码盘、操作台等部件组成。我们利用可编程技术，结合相应的硬件装置，控制机械手完成各种动作。
本课题是有我和徐立同同学合作共同完成,在整个设计过程中徐立同同学主要负责硬件方面如接线、画各个电气设备的电路接线图等；而我则是主要负责软件部分,在实际的设计调试过程中我主要负责PLC的接线编程、调试等工作。当然了硬件和软件是不分家的，谁也离不开谁，因此，在整个设计过程中各种方案的敲定与实施均是由我们俩个在指导老师的帮助下共同研究、推敲、讨论试验调试中确定的。为了能够实现机械手可在空间抓放物体，动作灵活多样，适用于可变换生产品种的中小批量自动化生产，广泛应用于柔性自动线。再加上本课题开发的机械手采用的日本三菱公司的FX2N系列PLC控制，是一种按预先设定的程序进行工件的搬运的自动化装置，可部分代替人工在高温和危险的作业区进行单调持久的作业，并要实现根据工件的简单的变化要求随时更改相关控制参数。为达到这些要求，我们设计的控制方案尽量在我们力所能及的范围内选择最佳的方案。如在本设计中遇到的对直流电机的控制问题中，在控制直流电机正反转的问题上通过老师的指导我们想到了两种控制方案：一种是在原设备的基础上加上四个继电器实现其控制功能；另一种则是根据三菱公司的FX2N系列PLC的输出端的内部电路的特点，可以在不增加其他设备的情况下实现控制要求。我在最大限度的满足工艺流程和控制要求的同时，还要考虑要有很高的性价比，因此我们选择了后一种方案。也许后一种方案有其弊端，但目前还没有发现。望大家多多指教。
当然了，由于我们水平的限制和时间的仓促，在很多地方的控制方案还不是很理想，同时还遗留有很多的问题，需要进一步的研究中才能解决，望各位老师和广大同学批评和指教。 机械手的毕业设计说明书一．前言1．1设计的意义与作用机械手是在机械化，自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。在现代生产过程中，机械手被广泛的运用于自动生产线中，机械人的研制和生产已成为高技术邻域内，迅速发殿起来的一门新兴的技术，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。机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动，不知疲劳，不怕危险，抓举重物的力量比人手力大的特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用。 在工业生产过程中，尤其在自动流水线上，零件的加工和搬运都可能用到机械手。本课题就为解决海门恒豪制针有限公司在缝纫机针的生产过程中，抛光这一工艺工作。缝纫机针且夹紧不方便，要使用一个专用夹具用于抛光工作，为了解决以上传统的缺点，设计了该液压式摆动机械手。1.2机械手的工作原理 该机械手采用了液压驱动方式来实现其工作的要求，工作要求就是机械手臂的上下能够摆动，手臂的回转运动，手腕的回转运动及手部的夹持运动，本次设计的机械手主要用于缝纫机针的抛光工作，可用几台液压摆动机械手与抛光机相配合，进行协调实现抛光工作的自动化生产线，机械手的手指夹持缝纫机针，在即旋转又往复移动的抛光机上进行上下摆动，根据抛光工艺过程，自动线上有4台机械手，各机械手间互传递着缝纫机针，调换缝纫机针的大小头，并进行粗精抛光操作。1．3抛光自动生产线的组成及工作原理抛光自动生产线的平面布置图如下：1．4．自动生产线的工作方式及组成： 全线由震动式顺针机，上料工作台，4台机械手，4台抛光机和装针斗组成。4只抛光轮分别由电动机带动旋转，由另外的电动机经传动装置（如曲柄滑块机构）带动4只抛光轮一同作左右往复运动，每台机械手分别由自身的电子程序控制器控制，根据抛光工艺要求所编制的程序，依次进行程序转换，控制机械手液压系统的电磁换向阀，从而使机械手按程序进行各种动作。 4台机械手动作相同，全自动线动作过程如下：机械手1在上料位置工人将待抛光的针70-80支，经震动式顺针机整齐后送到待夹料位置，发信号启动，机械手1的手指将针夹牢，手臂顺时针回转90°到抛光位置（此时抛光机已经旋转并左右移动），手臂上下摆动一次，手腕回转180°手臂再上下摆动一次（手臂两次下摆动作时间不同，根据需要可自行调整），手臂顺时针再回转90°（即到180°位置），机械手1和机械手2同到换夹针位置，机械手2先将缝纫机针夹牢后再发信号，机械手1的手指才松开，并开始复原，即手臂逆时针回转180°，同时手腕反向回转180°，到达上料位置，等待下个工作循环，机械手2，机械手3，机械手4的动作程序与机械手1相同。缝纫机针就在各机械手间依次传递，调换针的大小头，进行粗抛和精抛操作。当机械手4抛光程序完成后，其手臂转到下料位置时手指松开，将抛光好的针卸到装针2．1液压摆动机械手的工作参数 抓针数量：一次夹持缝纫机针70-80只 座标型式：球坐标 自由度数：3个 手臂回转范围：0°-180° 手臂回转速度：90°／S 手臂的俯仰范围：0°-180° 驱动方式：液压驱动 控制方式：采用电子程序控制 定位方式：手臂回转的两端位置用死挡铁定位 手臂俯仰两端点：用活塞与端盖相碰定位2．2液压摆动机械手的工作原理简图：结论 液压摆动机械手能将工件从一个工位，传到下一个工位的工作，它从外部结构上把自动线中的各台自动机床联系成一个整体。有一定的握力和工作速度，有准确的定位精度，将零件可靠地装上夹具，能准确可靠的完成预定工作。参考文献

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机械设计毕业小论文

1毕业论文属于学术论文。
2只要不是抄的，你写出全世界最差的一篇论文就 可以。
3比着葫芦画瓢，找一篇去年毕业 同学的范文，格式样式，照着写就行了。
4毕业论文的实 质是读后感，选一本书，花一个星期读一遍。边读 边做笔记。把笔记整理一下，按范文格式条理一下，就是很好的论文了。
5问题的关键是：你必须花一周的时间。许多同学不愿花费这个时间，那就没辙了。别的也别谈了。 完了。
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第一章 选题
一、选题的原则
（一）有价值（有品位，内行）
（二）有可行性（或操作性，大小适中，难易恰当）
（三）有浓厚兴趣（兴趣是动力，必须是自己喜欢的。）
《论语·雍也篇》：“子曰：知之者不如好之者，好之者不如乐之者。”
如果你什么都不喜欢，那就更好办：让辅导老师给你一个题目就行。
（四）专业对口（专业专长）
二、 选题的 方法
（一）亟待解决的课题
（二）填补空白的课题
（三）有争议的课题
（四）有矛盾的课题
（五）可综述的课题
第二章 搜集资料
学术研究往往是在前人已有成果的基础上，有所突破。因此，搜集相关文献信息，非常重要。要求能快 速、准确地搜集到所需的资料信息。
一、直接材料的搜集
第 一手材料
二、间接材料的搜集
从文献及网络查取的材料
（二手材料一定要注意核对。）
图书、期刊，纸本索引及网络检索GOOGL、百度网等，关键词检索。
三、材料的分析
让材料自然分类，类聚法。

第三章 写提纲
提纲尽可能详尽，条理清晰，条块分明。
（镶玻璃法： 把内容分成几块，一块块往上填内容就行了。）
一般分为序论、本论、结论三部分。
提出问题，分析问题，解决问题。
论证的形式，纵深式（递进式），平列式，综合式。

第四章 写论文
一、格式及要求：前置部分及主体部分
前置部分：标题、署名、指导教师、目录、摘要、关键词
（一）标题：对论文重点的直接呈现。准确得体，通俗易懂，简短精练（不能 简短，可加副标题），符合规范。
（二）署名，在题下。
（三）指导教师：xxx
（四）摘要（可复制文中关键句子，稍作修 饰、连缀即可）
（五）关键 词，一般3—5个即可，以重要程度为序。
（六）目录
主体部分：
前言、正文、结论、参考文献、致谢
（一）前言（引言，序论，导言，绪言）
（二）正文（本论，主体）
（三）结论
（四）注释

(五)参考文献
（文献名，作者，出版社，版次）

二、具体方法与规 范
（一）写作的顺序
1按照提纲自首至尾
2先写思考成熟的部分，最后焊接起来。（若不知从何写起，就这样写）
写此不管彼，只求一意法。
（二）引用材料的方法
1直接引用法
引证。推论，尊重，显示自己并非标新立异，不乏同道。（拉赞助）
2先斩后奏法
先概述观点，然后指出某人某文已详言之（加注参见）
3映带法
崇山峻岭，又有清流急湍映带左右。研究韩愈，不妨提及东坡；研究明清诗，也可上溯到汉魏。
4戒剽窃。学会运用，而不是照抄。
（三）论文的整体要求
准确，概括、简练，严谨客观，平实，文采。
不可以孤立的看问题，要注意上下影响。
（四）段落、标点规范
（五）语体的要求
要简约典雅。
第五章 修改、定稿
文不厌改，要改得死去活来。
一、自己反复阅读， （1）改正错误的字、词、句（笔下误）。（2）逻辑错误
（3）修正完善观点（4）论据错误（5）调整结构布局（完美，圆满，面团原理，增删 材料）（6）修饰词句。
面团原理：你如果原打算写五个部分，最后只写成三个部分；那你就说你本来就打算写三个部分，现在如期完成了，很“圆满”。因为没有人知道你的原计划，也 没有人想知道，所以没必要告诉他人。
二、他人审校（吸收他人意见；自己的错误往往看不出）。
互相审阅，互相挑毛病。
第六章 答辩
虚心点就行。自己写的，也不用心虚。

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　　摘要 1
　　第一章 机械手设计任务书 1
　　1.1毕业设计目的 1
　　1.2本课题的内容和要求 2
　　第二章 抓取机构设计 4
　　2.1手部设计计算 4
　　2.2腕部设计计算 7
　　2.3臂伸缩机构设计 8
　　第三章 液压系统原理设计及草图 11
　　3.1手部抓取缸 11
　　3.2腕部摆动液压回路 12
　　3.3小臂伸缩缸液压回路 13
　　3.4总体系统图 14
　　第四章 机身机座的结构设计 15
　　4.1电机的选择 16
　　4.2减速器的选择 17
　　4.3螺柱的设计与校核 17
　　第五章 机械手的定位与平稳性 19
　　5.1常用的定位方式 19
　　5.2影响平稳性和定位精度的因素 19
　　5.3机械手运动的缓冲装置 20
　　第六章 机械手的控制 21
　　第七章 机械手的组成与分类 22
　　7.1机械手组成 22
　　7.2机械手分类 24
　　第八章 机械手Solidworks三维造型 25
　　8.1上手爪造型 26
　　8.2螺栓的绘制 30
　　毕业设计感想 35
　　参考资料 36

　　送料机械手设计及Solidworks运动仿真

　　摘要
　　本课题是为普通车床配套而设计的上料机械手。工业机械手是工业生产的必然产物，它是一种模仿人体上肢的部分功能，按照预定要求输送工件或握持工具进行操作的自动化技术设备，对实现工业生产自动化，推动工业生产的进一步发展起着重要作用。因而具有强大的生命力受到人们的广泛重视和欢迎。实践证明，工业机械手可以代替人手的繁重劳动，显著减轻工人的劳动强度，改善劳动条件，提高劳动生产率和自动化水平。工业生产中经常出现的笨重工件的搬运和长期频繁、单调的操作，采用机械手是有效的。此外，它能在高温、低温、深水、宇宙、放射性和其他有毒、污染环境条件下进行操作，更显示其优越性，有着广阔的发展前途。
　　本课题通过应用AutoCAD 技术对机械手进行结构设计和液压传动原理设计，运用Solidworks技术对上料机械手进行三维实体造型，并进行了运动仿真，使其能将基本的运动更具体的展现在人们面前。它能实行自动上料运动；在安装工件时，将工件送入卡盘中的夹紧运动等。上料机械手的运动速度是按着满足生产率的要求来设定。

　　关键字 机械手，AutoCAD，Solidworks 。

　　第一章 机械手设计任务书

　　1.1毕业设计目的
　　毕业设计是学生完成本专业教学计划的最后一个极为重要的实践性教学环节，是使学生综合运用所学过的基本理论、基本知识与基本技能去解决专业范围内的工程技术问题而进行的一次基本训练。这对学生即将从事的相关技术工作和未来事业的开拓都具有一定意义。
　　其主要目的：
　　一、 培养学生综合分析和解决本专业的一般工程技术问题的独立工作能力，拓宽和深化学生的知识。
　　二、 培养学生树立正确的设计思想，设计构思和创新思维，掌握工程设计的一般程序规范和方法。
　　三、 培养学生树立正确的设计思想和使用技术资料、国家标准等手册、图册工具书进行设计计算，数据处理，编写技术文件等方面的工作能力。
　　四、 培养学生进行调查研究，面向实际，面向生产，向工人和技术人员学习的基本工作态度，工作作风和工作方法。

　　1.2本课题的内容和要求

　　（一、）原始数据及资料
　　（1、）原始数据：
　　a、 生产纲领：100000件（两班制生产）
　　b、 自由度（四个自由度）
　　臂转动180?
　　臂上下运动 500mm
　　臂伸长（收缩）500mm
　　手部转动 ±180?
　　（2、）设计要求：
　　a、上料机械手结构设计图、装配图、各主要零件图（一套）
　　b、液压原理图（一张）
　　c、机械手三维造型
　　d、动作模拟仿真
　　e、设计计算说明书（一份）
　　（3、）技术要求
　　主要参数的确定：
　　a、坐标形式：直角坐标系
　　b、臂的运动行程：伸缩运动500mm，回转运动180?。
　　c、运动速度：使生产率满足生产纲领的要求即可。
　　d、控制方式：起止设定位置。
　　e、定位精度：±0.5mm。
　　f、手指握力：392N
　　g、驱动方式：液压驱动。
　　（二、）料槽形式及分析动作要求
　　（ 1、）料槽形式
　　由于工件的形状属于小型回转体，此种形状的零件通常采用自重输送的输料槽,如图1.1所示，该装置结构简单，不需要其它动力源和特殊装置，所以本课题采用此种输料槽。

　　图1.1机械手安装简易图
　　（2、）动作要求分析如图1.2所示
　　动作一：送 料
　　动作二：预夹紧
　　动作三：手臂上升
　　动作四：手臂旋转
　　动作五：小臂伸长
　　动作六：手腕旋转
　　预夹紧
　　手臂上升
　　手臂旋转
　　小臂伸长
　　手腕旋转
　　手臂转回
　　图1.2 要求分析
　　第二章 抓取机构设计

　　2.1手部设计计算

　　一、对手部设计的要求
　　1、有适当的夹紧力
　　手部在工作时，应具有适当的夹紧力，以保证夹持稳定可靠，变形小，且不损坏工件的已加工表面。对于刚性很差的工件夹紧力大小应该设计得可以调节，对于笨重的工件应考虑采用自锁安全装置。
　　2、有足够的开闭范围
　　夹持类手部的手指都有张开和闭合装置。工作时，一个手指开闭位置以最大变化量称为开闭范围。对于回转型手部手指开闭范围，可用开闭角和手指夹紧端长度表示。手指开闭范围的要求与许多因素有关，如工件的形状和尺寸，手指的形状和尺寸，一般来说，如工作环境许可，开闭范围大一些较好，如图2.1所示。

　　图2.1 机械手开闭示例简图

　　3、力求结构简单，重量轻，体积小
　　手部处于腕部的最前端，工作时运动状态多变，其结构，重量和体积直接影响整个机械手的结构，抓重，定位精度，运动速度等性能。因此，在设计手部时，必须力求结构简单，重量轻，体积小。
　　4、手指应有一定的强度和刚度
　　5、其它要求
　　因此送料，夹紧机械手，根据工件的形状，采用最常用的外卡式两指钳爪，夹紧方式用常闭史弹簧夹紧，松开时，用单作用式液压缸。此种结构较为简单，制造方便。
　　二、拉紧装置原理
　　如图2.2所示【4】：油缸右腔停止进油时，弹簧力夹紧工件，油缸右腔进油时松开工件。

　　图2.2 油缸示意图
　　1、右腔推力为
　　FP=（π／4）D?P （2.1）
　　=（π／4） 0.5? 25 10?
　　=4908.7N
　　2、根据钳爪夹持的方位，查出当量夹紧力计算公式为：
　　F1=（2b／a） （cosα′）?N′ （2.2）
　　其中 N′=4 98N=392N，带入公式2.2得：
　　F1=（2b／a） （cosα′）?N′
　　=(2 150/50) （cos30?）? 392
　　=1764N
　　则实际加紧力为 F1实际=PK1K2/η （2.3）
　　=1764 1.5 1.1/0.85=3424N

　　经圆整F1=3500N
　　3、计算手部活塞杆行程长L,即
　　L=（D/2）tgψ （2.4）
　　=25×tg30?
　　=23.1mm
　　经圆整取l=25mm
　　4、确定"V"型钳爪的L、β。
　　取L/Rcp=3 （2.5）
　　式中： Rcp=P/4=200/4=50 （2.6）
　　由公式（2.5）（2.6）得：L=3×Rcp=150
　　取"V"型钳口的夹角2α=120?，则偏转角β按最佳偏转角来确定，
　　查表得：
　　β=22?39′
　　5、机械运动范围（速度）【1】
　　（1）伸缩运动 Vmax=500mm/s
　　Vmin=50mm/s