编号20120852147本科生毕业设计悬挂式工业装卸机械手设计Hanging type Industrial Loading And Unloading Of Manipulator学生姓名李彬专业机械电子工程学号*******指导教师陈玲学院机电工程学院2012年6月摘要机械手也被称为自动手，能模仿人手和臂部的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具。
随着工业自动化发展的需要，机械手在工业应用中越来越重要。
文章主要叙述了机械手的设计计算过程。
首先，本文介绍了机械手的作用，机械手的组成并进行结构方案设计，同时，本文给出了这台机械手的主要性能规格参量。
而后文中全面详尽的讨论了悬挂式工业机械手的手爪、腕部、手臂等主要部件的结构设计，并对臂部平移机构的强度、刚度进行了校核，对腕部驱动力进行了计算。
关键词：悬挂式工业机械手设计计算ABSTRACTMechanical arm is known as automatic robotic hand,which can simulate some action of hands and arms to fix,transport and operate.With the need of improving of industrial automation,mechanical arm is becoming more and more significant.the article is narrative the design and calculation.Above all, this article describes the role of mechanical arm.and robot design and structural components.While,it contains performance specifications which are central of whole designs.however it introduces Structural design of gripper, wrist, arm of mechanical arm ,and makes calculation for strength, stiffness and driving force of the wrist .Keywords: Suspended Industrial Mechanical Arm Design And Calculation.目录绪论 ................................................................................................... 错误!未定义书签。
机械手综述 (1)机械手国内外发展现况 (1)第一章机械手的发展方向 (2)1.1机械手的技术发展方向 (2)1.2机械手的研究意义 (2)1.3机械手的设计目的 (3)第二章总体布局设计 (4)2.1机械手的工作原理 (4)2.2基本设计参数 (5)2.3结构方案分析 (6)第三章臂部的设计及有关计算 (8)3.1 臂部设计的基本要求 (8)3.2 手臂的典型机构以及结构的选择 (9)3.2.1 手臂的典型运动机构 (9)3.2.2 手臂运动机构的选择 (9)3.3 手臂回转运动的驱动力计算 (9)3.3.1 手臂平移机构的强度、刚度校核 (9)3.3.2 手臂机构设计 (11)第四章腕部的设计及有关计算 (12)4.1 腕部设计的基本要求 (12)4.2 腕部的结构以及选择 (12)4.2.1典型的腕部结构 (12)4.2.2 腕部结构和驱动机构的选择 (12)4.3 腕部的设计计算 (12)4.3.1 腕部设计考虑的参数 (12)4.3.2 腕部的驱动力矩计算 (13)4.3.3 腕部的机构设计 (15)第五章机械手手爪的结构设计 (16)5.1机械手末端执行器的设计要求 (16)5.2机器人夹持器的运动和驱动方式 (16)5.3 机器人夹持器的典型结构 (17)5.4设计具体采用方案 (17)第六章工艺规程编制 (19)6.1零件分析 (19)6.2制定工艺路线 (19)6.3工艺卡片 (20)6.4确定工艺方案的原则及注意的问题 (23)第七章PLC在机械手控制系统中的应用 (25)7.1 plc概况及在机械手中的应用(这里以日本三菱plcF1—30MR讲解) (25)7.2机械手动作过程 (27)7.3 机械手操作方式 (27)7.4 PLC程序设计 (30)7.4.1机械手的结构 (30)7.4.2电气控制的设计 (31)7.4.3操作面板及动作说明 (31)7.5梯形图的总体设计 (34)7.5.1各部分梯形图的设计 (35)7.6结论 (43)结论 (43)参考文献 (45)致谢 (46)绪论机械手综述机械手也被称为自动手，能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。
它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。
机械手主要由手部和运动机构组成。
手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。
运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。
运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度。
为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。
自由度是机械手设计的关键参数。
自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。
一般专用机械手有2～3个自由度。
机械手因其较高灵活性和通用性，在生活、制造等各个领域中都扮演着极其重要的角色，它能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。
因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。
机械手国内外发展现况机械手最早应用在汽车制造工业，常用于焊接、喷漆、上下料和搬运。
机械手延伸和扩大了人的手足和大脑功能，它可替代人从事危险、有害、有毒、低温和高热等恶劣环境中的工作；代替人完成繁重、单调重复劳动，提高劳动生产率，保证产品质量。
目前主要应用于制造业中，特别是电器制造、汽车制造、塑料加工、通用机械制造及金属加工等工业。
工业机械手与数控加工中心，自动搬运小车与自动检测系统可组成柔性制造系统(FMS)和计算机集成制造系统，实现生产自动化。
随着生产的发展，功能和性能的不断改善和提高，机械手的应用领域日益扩大。
我国机械手起步于20世纪70年代初期，经过30多年发展，大致经历了3个阶段：70年代萌芽期，80年代的开发期和90年代的应用化期。
在我国，机械手市场份额大部分被国外机械手企业占据着。
在国际强手面前，国内的机械手企业面临着相当大的竞争压力。
如今我国正从一个“制造大国”向“制造强国”迈进，中国制造业面临着与国际接轨、参与国际分工的巨大挑战，对我国工业自动化的提高迫在眉睫，政府务必会加大对机器人的资金投入和政策支持，将会给机械手产业发展注入新的动力【1】。
第一章机械手的发展方向1.1机械手的技术发展方向目前国内工业机械于主要用于机床加工、铸锻、热处理等方面，数量、品种、性能方面都不能满足工业生产发展的需要。
因此，国内主要是逐步扩大机械手应用范围，重点发展铸锻、热处理方面的机械手，以减轻劳动强度，改善作业条件。
在应用专用机械手的同时，相应地发展通用机械手，有条件的还要研制示教式机械手、计算机控制机械手和组合式机械手等。
将机械手各运动构件，如伸缩、摆动、升降、横移、俯仰等机构，以及适于不同类型的夹紧机构，设计成典型的通用机构，以便根据不同的作业要求，选用不用的典型部件，即可组成各种不同用途的机械手。
既便于设计制造，又便于改换工作，扩大了应用的范围。
同时要提高精度，减少冲击，定位精确，以更好地发挥机械手的作用。
此外还应大力研究伺服型、记忆再现型，以及具有触觉、视觉等性能地机械手，并考虑于计算机联用，逐步成为整个机械制造系统中的一个基本单元【2】。
在国外机械制造业中，工业机械手应用较多，发展较快。
目前主要用于机床、模锻压力机的上下料，以及点焊、喷漆等作业中，它可按照事先制定的作业程序完成规定的操作，但是还不具备任何传感反馈能力，不能应付外界的变化。
如发生某些偏离时，就将引起零部件甚至机械手本身的损坏。
为此，国外机械手的发展趋势是大力研制具有某些智能的机械手，使其拥有一定的传感能力，能反馈外界条件的变化，做出相应的变更。
如位置发生稍些偏差时，即能更正，并自行检测，重点是研究视觉功能和触觉功能。
视觉功能即在机械手上安装有电视照相机和光学测距仪（即距离传感器）以及卫星计算机。
工作时，电视照相机将物体形象变成视频信号，然后传送给计算机，以便分析物体的种类、大小、颜色和方位，并发出指令控制机械手进行工作。
触觉功能即在机械手上安装有触觉反馈控制装置。
工作时机械手先伸出手指寻找工件，通过装在手指内的压力敏感元件产生触感作用，然后伸向前方，抓住工件。
手的抓力大小可通过装在手指内侧的压力敏感元件来控制，达到自动调整握力的大小。
总之，随着传感技术的发展，机械手的装配作业的能力将进一步提高。
到1995年，全世界约有50%的汽车由机械手装配。
现今机械手的发展更主要的是将机械手和柔性制造系统以及柔性制造单元相结合，从而根本改变目前机械制造系统的人工操作状态【3】。
1.2机械手的研究意义随着现代工业技术发展，工业自动化技术越来越高，工人工作环境和工作内容也要求理想化简单化，对于一些往复的工作由机械手远程控制或自动完成显得非常重要。
这样可以避免一些人不能接触的物质对人体造成伤害，如冶金、化工、医药、航空航天等，对于机械手的研究国内外的水平不一，但代表当今最先进的技术在日本，他的自动化，人性化令人叹为观止，致谢技术依赖于控制理论、新材料科学，它是融合各种尖端技术的现代机器、我国也陆续在工业中有所应用，对于自动控制，柔性制造系统中应用更为广泛，但我国的自动化水平有待提高，只相当于世界先进技术在80年代的水平。
随着工业现代化的发展，机械手技术也随之提高，发展的趋势是工作强度高，灵活性强，准确可靠，可以自动检测并下达动作命令，融入先进的人工智能，使人只作平时简单的维护，这也是现代工厂的发展趋势【4】。
1.3机械手的设计目的工业机械手设计是机械制造、机械设计和机械电子工程等专业的一个重要教学环节，是学完技术基础课及有关专业课以后的一次专业课程内容得综合设计。