机械5

四自由度搬运机械手的设计与运动仿真 摘要 在机械制造业中，机械手已被广泛应用，改善了工人的劳动环境，显着地加快了生产节奏，提高了劳动生产率，工业生产的机械化和自动化程度得到了提高。 本文先对机械手的国内外研究现状以及搬运机械手的应用背景和需求分析进行分析，对本课题任务进行了四自由度搬运机械手的总体方案设计。首先，确定了搬运机械手的自由度为四自由度；其次，本文设计了四自由度搬运机械手的夹持式手部结构、手臂结构、机身、机座、驱动系统等部分，实现了四自由度搬运机械手的水平回转，轴向移动，竖直升降，手部的旋转四个自由度及手爪的开合。本文通过针对四自由度搬运机械手的整体设计，设计出了一种具有模块化、高可靠性物料的搬运机械手，对其他经济型搬运机械手的设计也有一定的借鉴作用。 关键词：四自由度；机械手；气动驱动；运动学仿真 Abstract I
n machi
nery ma
nufacturi
ng, robots have bee
nwidely used to improveworkers' labor e
nviro
nme
nt, sig
nifica
ntly speed up productio
n, i
ncrease labor productivity, a
nd i
ncrease the degree of mecha
nizatio
n a
nd automatio
n of i
ndustrial productio
n. This paper first a
nalyzes the research status of ma
nipulators both at home a
nd abroad, aswell as the applicatio
n backgrou
nd a
nd dema
nd a
nalysis of the ha
ndli
ng robots. The overall program desig
n of the four-degree-of-freedom tra
nsport ma
nipulator is performed o
n the tasks of this project. Firstly, the degree of freedom of the ha
ndli
ng robot is determi
ned to be four degrees of freedom. Seco
ndly, this paper desig
ns the grippi
ng ha
nd structure, arm structure, fuselage, frame a
nd drive system of the four-degree-of-freedom ha
ndli
ng robot a
nd realizes four freedoms. Degree of rotatio
n of the ha
ndli
ng robot, axial moveme
nt,vertical lifti
ng, four degrees of rotatio
n of the ha
nd a
nd the ope
ni
ng a
nd closi
ng of the ha
nd. I
n this paper, by desig
ni
ng the overall desig
n of a four-degree-of-freedom ha
ndli
ng robot, a ha
ndli
ng robotwith a modular, high-reliability material is desig
ned,which also has a certai
n refere
nce for the desig
n of other eco
nomical ha
ndli
ng robots. Keywords: four degrees of freedom; ma
nipulator; p
neumatic drive; ki
nematics simulatio
n 目录 第1章绪论1 1.1选题背景及研究意义1 1.2机械手概述1 1.3国内外发展现状2 1.3.1国外机械手发展现状2 1.3.2国内机械手发展现状2 1.4课题的主要研究内容3 第2章四自由度搬运机械手的总体方案设计4 2.1工作原理4 2.2基本参数要求4 2.2.1基本参数的确定4 2.2.2设计要求5 2.3整体方案5 2.4小结6 第3章四自由度搬运机械手的机械结构设计7 3.1底座的设计7 3.2手部的设计7 3.2.1机械手手部结构的计算7 3.2.2竖直升降模块的设计8 3.2.3水平伸缩模块的设计9 3.3腕部的设计10 3.3.1概述10 3.3.2手腕驱动力矩的确定10 3.4臂部的设计12 3.4.1手臂运动机构的选择12 3.4.2手臂偏重力矩的确定12 3.5小结13 第4章四自由度机械手驱动系统设计14 4.1气动元件的选用14 4.2气动系统中各控制和辅助元件的选用15 4.2.1方向控制阀的选用15 4.2.2流量控制阀的选用16 4.2.3压力控制阀的选用16 4.3液压模块计算16 4.3.1液压缸活塞的驱动力的计算16 4.3.2液压缸的结构尺寸19 4.4活塞杆的设计21 4.4.1活塞杆的计算21 4.4.2活塞杆的稳定性校核21 4.5手臂旋转设计23 4.6手臂升降设计25 4.6.1臂部做升降运动时油缸的相关计算26 4.6.2油缸内径的计算26 4.6.3油缸壁厚的计算27 4.6.4活塞杆的计算28 4.7小结29 第5章四自由度机械手液压系统设计30 5.1机械手液压缸的受力情况30 5.1.1大臂升降缸的受力情况30 5.1.2手爪夹紧缸的受力情况30 5.1.3手臂伸缩缸的受力情况30 5.2液压元件的选择30 5.3液压系统原理图31 5.4小结31 第6章结论33 致谢34 参考文献35 附录36