搬运机械手结构设计与运动仿真毕业设计说明

搬运机械手结构设计及运动仿真毕业设计

1.1课题背景

当前国内机械的应用主要是机床加工，锻造，热处理等方面，不能满足一些产品发展的需要。国外机械制造过程中，工业机械手应用很广泛，能够帮助人们完成很多产品的上下料过程。在这种国内外的发展机械手的背景下，我国要加大机械手的研究和应用。机械手是一种新型的工业自动装置，主要是在机械化、自动化生产过程中发展起来，并且在以后能够有个很好的发展状况。在现代自动化、机械化生产过程中，机械手是广泛运用于自动生产线中，机械手的研究开发和生产已成为创新科技领域中，快速发展并且长期发展的一个新兴的创新技术。机械手这个技术的发展，能够使机械手能更好地把机械化、自动化充分的结合起来。机械手也是有缺点的，不能像手一样的灵活，但它能够模仿人的动作，不间歇的进行长期工作，不用像人工一样考虑一些问题，能够快速工作，提高生产效率。

通过机械手能很大程度上提高劳动生产率，并能够很好的降低成本。伴随着我国工业化的生产速度加快，机械的自动化要求程度款速提高，实现工件的装卸、转向、输送或者操持焊枪、喷枪、扳手等工具进行加工、装配等作业的自动化，已经引起人们的重视[1]。机械手从结构还有结构形式上看简单，专用性和实用性强，简单的说就是机械的上下料装置，是通过该机床的专用机械手[2]。工业技术的不断发展，造就了可以通过程序进行控制的机械手，它能够按照程序编写要求，很好的完成显示工作中的重复操作，而且它的使用范围也是相当广泛的，我们也可以称它普通机械手。因为普通机械手的价格便宜，可操作性比较高，可以运用的方面比较广。普通机械手如图1-1，图1-2

图1-1 工业机械手

图1-2 工业机械手

1.2研究意义

机械手对我们现实生产作业中起到很重要的作用，能解放我们的劳动生产力，提高机械化水平，让我们的工业发展有很大的发展。根据我国机械手应用与当前的外国机械手的应用进行对比，不难得出的结论就是我们应该大力发展机械手设计这方面的水平。我们研究机械的意义有一下：首先，应用搬运机机械手有利于实现材料的传送.共建的装卸。刀具的更换以及机器的装配的自动化的程度，从而可以提高劳动生产率和生产本。其次，改善劳动条件，避免人身安全。人手直接操作的范围是受到各方面的制约，比方说温度过高过低，气压高低，液压高低等方面，在这种不适宜人工作的环境下用机械手就可以部分或全部代替人手的功能，从而安全的完成作业。再就是，采用这种机械手进行工作，使用的人工减少，让我们多余的劳动力来干其他的事情，可以完全提高我们工厂等方面的劳动效率，也对我们人本身就是一个很好的保护，为我们的发展提高一个从人工到机械操作的质的飞越。

1.3国内外研究现状分析

简单的说，我们国家机械手的发展水平相对较低。对于工业性的生产项目没有打达到机械化水平，这就减缓了我们工业的发展速度。目前国内一些机床加工上下料，锻造，压力高低环境作业等方面都是用这样的工业机械手进行操作，但是其数量，品种，性能等多方面还不能够满足当前国家生产发展的要求，正因如此，国内的工业要像快速发展，突破这种瓶颈，就必须加大对机械范围的研究。我个人认为重点发展在一些人工操作比较麻烦费时的环境下应用机械手，通过改善这种工作的条件，来提高我我们上产的效率。我们不光要发展通用机械手，还要多研究制造一些运用于专业机械手，如果资源科技到位还可以研究制造示教式机械手，计算机控制机械手和组合式机械手等。国内对发展这种机械手新技术非常重视，在这些年来，这项技术的研究和发展一直保持着比较快速的发展势头，这种产品也是在不断的完善和修改，品种和性能也是在不断的增加，运用领域方面也在不断的扩大[9]。

在国外机械制造业中，与国内有着很大的不同，像这种工业机械手运用较多，发展较快，运用的领域也是比较广泛的，也是值得我们进一步学习的。目前主要用于机床的上下料，还有铸造方面的上下料，以及点焊，喷漆等作业中，它能够很好的在比较恶劣的工作环境下进行工作，但是有些缺点就是，不能对实际情况进行反馈和传感，只是进行机械的重复操作。如发生像某些偏离时的情况，就会引起一些工件加工的损失和自身机械手的损伤。正是考虑到这方面的缺点，国外很多的工业都在加快对这种机械手传感反馈方面的研发，让工作更有保证的进行，提高了工作的正确性。

1.4研究的主要内容及方法

搬运机械手的机械结构主要包括手部、腕部、臂部及机身。按照课题要求，搬运机械手采用液压驱动的方式，来实现机械手的上升下降运动及夹紧工件的动作。搬运机械手按设计要求主要实现的动过过程为：工序一，臂部液压缸工作，使手臂伸长至指定长度，准备抓取工件。工序二，手部液压缸工作，使手指夹紧工件。工序三，机身液压缸工作，使工件升高。工序四，腕部旋转液压缸工作，使工件旋转︒

90。工序五，机身旋转液压缸工作，实现机身整体旋转︒

90。工序六，手部液压缸工作，手指张开，将工件放置指定位置。工序七，机械手五个液压缸同时工作，各结构回到初始状态。工序过程共计4个自由度。为了实现工序动作，须5个液压缸，分别为：手部液压缸实现夹紧动作；腕部液压缸实现旋转动作；臂部液压缸实现伸缩动作；机身旋转液压缸实现整体转动；机身液压缸实现

升降动作。

1、查阅相关资料，了解并学习有关搬运机械手的知识。

2、根据给定的参数，确定搬运机械手的大体设计方案。

3、根据确定的设计方案，分析计算各部分结构的尺寸，并校核。

4、绘制搬运机械手的装配图和零件图。

5、对搬运机械手进行三维建模，并进行仿真。

1.5工业机械手的分类，基本形式及组成

1.5.1工业机械手的分类

通常工业机械手的样式种类比较多。对于分类，当前在国内还没有形成统一确切的分类规定，在此可以通过按使用范围、驱动方式和控制系统等进行分类。

按使用范围可以分为：专用机械手和通用机械手两大类。前者一般附属于工作机器设备，动作程序固定，驱动系统和控制系统可以独立，亦可附属于工作机器设备。而后者是独立工作的自动化机械装置。在规格性能范围内，其动作程序是可变的，通过调整可在不同场合使用，驱动系统和控制系统是独立的。

按驱动方式可以分为：液压传动机械手、气压传动机械手、电动传动机械手、机械传动机械手。

1.5.2工业机械手的基本形式

机械手型式较多，按手臂的坐标型式分类，主要有四种基本型式分别是：直角坐标式、圆柱坐标式、球坐标式和关节式等[6]。

（1）直角坐标式机械手

直角坐标式机械手又称为直移型机械手，是适合于工作位置成行排列或与传送带配合使用的一种机械手。它的手臂可作伸缩、左右和上下移动，按直角坐标型式X、Y、Z三个方向的直线进行运动。其工作范围可以是一个直线运动、两个直线运动或三个直线运动。这种型式的机械手结构简单、运动直观、便于实现高精度，缺点是占据空间大，相应的工作范围较小。如图1-3