机械手开习题报告

欢迎阅读本科毕业设计开题报告题目：铣床上下料机械手结构与控制系统设计

院（系）：机械工程学院

班级：机电08-4班

姓名：杨绍宝

学号：

指导教师：李大勇

教师职称：讲师

黑龙江科技学院本科毕业设计开题报告

题目铣床上下料机械手结构与控制系统设计来源工程实际

1、研究目的和意义

目前，我国的制造业正在迅速发展，但大多数工厂的生产线上数控机床装卸工件仍由

人工完成，其劳动强度大、生产效率低，而且具有一定的危险性，已经满足不了生产自动

化的发展趋势。为了提高工作效率，降低成本，并使生产线发展成为柔性制造系统，适应

现代机械行业自动化生产的要求，针对具体生产工艺，结合机床的实际结构，利用机械手

技术，设计用一台上下料机械手代替人工工作，以提高劳动生产率。本机械手主要与机床

组合最终形成生产线，实现加工过程的自动化和无人化。我所设计的机床是在生产过程中

抓取和移动工件的自动化装置。它能够应用到加工工厂车间，满足数控机床以及加工中心

的加工过程安装、卸载加工工件的要求，从而减轻工人劳动强度，节约加工辅助时间，提

高生产效率和生产力。

2、国内外发展情况(文献综述)

在我国，西周时期的能工巧匠偃师就研制出能歌善舞的伶人，这是我国最早的关于机

器人的记录。机器人一词是1920年由捷克作家卡雷尔.恰佩克在他的讽刺剧《罗莎姆的万

能机器人》种首先提出。现代机器人出现于20世纪中期，当时数字计算机已经出现，电子

技术也有了长足的发展，在产业领域出现了受计算机控制的可编程的数控机床，人类需要

开发机械代替人手去劳动，在这一背景下，机器人技术的研发得到快速发展。

1959年，戴沃尔与美国发明家英格伯格联手制造出第一台工业机器人。

1967年，日本川崎重工公司和丰田公司分别从美国购买了工业机器人Unimation和Verstran的生产许可证。日本从此开始了机器人的研制。20世纪60年代，喷漆弧焊机器人问世并逐步发展应用于工业。

1969年，日本早稻田大学加藤一朗实验室研发出第一台双脚走路机器人。他带有视觉传感器，能根据人的指令发现并抓取积木。

1979年，美国Unimation公司推出通用工业机器人，标志着工业机器人技术已经成熟。

1979年，日本山梨大学牧野洋发明了平面关节型SCARA机器人，该型机器人在以后装配作业中得到广泛的应用。

我国机器人技术起步较晚，从20世纪80年代初才开始。全国第一个机器人研究示范工程1986年在沈阳建成。目前我国已经基本掌握了机器人设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨道规划技术。开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人。20世纪90年代中期，国6000m以下深水作业机器人试验成功。以后近十年中，在步行机器人、精密装配机器人、多自由度关节机器人的研制等国际前沿领域，我国逐步缩小了与世界先进水平的差距。但是，目前，机械手大部分还属于第一代，主要依靠人工控制。第二代机械手设有微型电子计算控制系统，具有视觉、触觉能力，甚至听、想的能力。研究安装各种传感器，把感觉到的信息反馈，使机械手具有感觉机能。

3、研究/设计的目标

设计一个具有三个自由度铣床上下料机械手，对工件能准确的夹取，定位，并装卡。（1）三个自由度，手臂能旋转360度，能伸缩（伸缩距200mm)，能做起降运动（起升距120mm)

（2）动方式选择液压驱驱动

（3）因为在自由度分配上要求机身必须旋转，所以采用圆柱坐标系运动形式。

（4）机械手的加持工件形状为方料，最大加持重量8KG

4、设计方案

（1）.机械手结构设计

✍运动形式方案选择，为实现不同动作，应选取不同方案。图1中，a为直角坐标型，b为圆柱坐标型，c为球坐标型，d为关节坐标型，e为SCARA型。由于圆柱坐标型位置精度高、运动直观、控制简单、占地面积小，且能实现预期的上下料功能，所以，这里选圆柱坐标型。

✍机械手机身的设计

机身采用回转与升降结构机身。实现回转的驱动方案有几种，这里采用摆动油缸驱动，升降油缸在上，回转油缸在下。实现机身回转采用液压马达驱动。

机械手手臂结构设计

手臂采用直线运动机构，常用的有液压缸、齿轮齿条机构、丝杠螺母机构及连杆机构等。由于液压缸体积小、重量轻，因而在机械手结构中选用液压驱动。

④机械手腕部结构设计

手腕设计根据我所设计的机械手的要求，选择单自由度手腕。

⑤手爪选用双夹钳式机构，

⑥驱动件的设计

（2）.机械手驱动方案的设计

采用液压驱动，液压实现机身的回转与升降，以及各部件的伸缩回转运动。液压控制简单方便，易于操作。为实现机身的旋转，选用液压马达驱动。手臂伸缩与起降都采用液压缸驱动。

（3）.机械手各参数设计计算

a b c d e

图1(坐标型机器手的五种形式）

5、方案的可行性分析

此机械手共有三个自由度，分别是机械手臂的伸缩，支座的360度旋转，以及支座的起降，能保证机械手在上下以及左右位置的调整。全程动力源是液压系统，安装有压力传感器，实现手臂定位，保证工件装卡定位准确。对于机械手结构的选择，有直角坐标机器人结构，圆柱坐标机器人结构，球坐标机器人结构，关节型机器人结构，在此选择圆柱坐标型，因为圆柱型坐标能实现支座的回转与升降功能。手爪选用单自由度手爪，即在抓取重物之后实现回转放料，料由气动虎钳自动加紧。如此即可实现机床上下料的功能，所以是可行的。

6、该设计的创新之处

我所设计的铣床上下料机械手的结构形式更加简单，驱动方式更加统一，能很好的实现所需要的动作，而且，手臂加持力更大，拓宽了所持工件的重量范围。具有更强的适应性。

7、设计产品的主要用途和应用领域

代替人手，对工件进行机床上下料，可以对金属材料，也可以对非金属材料进行夹持。