三自由度机械手结构设计（说明书+CAD图）.zip

沈 阳 化 工 大 学 科 亚 学 院本科生毕业设计成绩考核评价表答辩小组：年 月 日毕业设计名 称三自由度机械手结构设计专 业机械设计制造及其自动化 班级 1101姓名于兆明评价人权重评价点得分10图纸完备、整洁，设计说明书的撰写质量95分析、计算、论证的综合能力55能综合运用所学知识和专业知识，独立工作能力强5指导教师5毕业实习表现、进度表书写情况410设计的有重大改进或独特见解，有一定应用价值85设计的难度和工作量，结合本专业情况45计算、图纸、公式、符号、单位是否符合工程设计规范4评阅人5说明书的条理性、语言、书写、图表水平410设计规格符合要求及答辩规范程度10答辩挂图准备情况10答辩中思维敏捷，知识面宽厚程度10回答问题的正确性，有无错误答辩小组10是否有创新意识，设计是否有新意合计分数教师、评阅人和答辩小组按以上各条的相应评价点给出得分，合计总分数。在总成绩分数中，90-100 分为优秀，80-89 分为良好，70-79 为中等，60-69 为及格，不足 60 分为不及格，列入本表右侧成绩栏中。注意：有严重抄袭现象的学生成绩应定为不及格，有抄袭现象但不严重的学生成绩应降档处理。指导教师、评阅人及答辩小组对此应切实注意，如有不可解决的分歧，可交于院系答辩委员会裁定。成绩毕业设计（论文）指导教师评阅意见表专业机械设计制造及其自动化班级题目三自由度机械手结构设计于兆明同学在毕业设计中，设计题目为三自由度机械手结构设计，经检查得出以下结论：1完成图纸和设计计算说明书的规定毕业设计的工作量。2设计计算书参数选取及计算正确，应用基础理论知识的能力较强，文中插图较合理。3结构设计较好，视图表达较为清晰，能用计算机进行绘图。4具有良好的专业知识基础，能够结合题目进行分析运算，基础概念清楚。5能够结合题目查阅技术文献，参考文献较多。可以参加答辩。指导教师评语签字：2015 年 5 月 25 日文献综述文献综述 学院：专业：班级：学号：姓名：指导教师：我国机械手的研究现状和发展趋势我国机械手的研究现状和发展趋势机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备，它对稳定、提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。本文参阅了大量的国内外期刊杂志，论述了机械手的组成和分类，同时对国内外机械手的研究现状和发展趋势做了一定的了解。对应用机械手的工业机器人市场四大家族竞争分析。另外，本文还对机械手的常见驱动方式做了一番分析，并预测了机械手的发展趋势。1.机械手的研究现状机械手的研究现状1.1.概述及现状概述及现状机械手是一种模拟人手操作的自动机械。它可按固定程序抓取、搬运物件或操持工具完成某些特定操作。应用机械手可以代替人从事单调、重复或繁重的体力劳动，实现生产的机械化和自动化，代替人在有害环境下的手工操作，改善劳动条件，保证人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。20 世纪 40 年代后期，美国在原子能实验中，首先采用机械手搬运放射性材料，人在安全间操纵机械手进行各种操作和实验。50 年代以后，机械手逐步推广到工业生产部门，用于在高温、污染严重的地方取放工件和装卸材料，也作为机床的辅助装置在自动机床、自动生产线和加工中心中应用，完成上下料或从刀库中取放刀具并按固定程序更换刀具等操作。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。由度是机械手设计的关键参数。由度自自越多，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 23 个自由度。机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。机械手通常用作机床或其他机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，一般没有独立的控制装置。有些操作装置需要由人直接操纵，如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为机械手。1.2 机械手技术发展现象概述机械手技术发展现象概述1.2.1 机械手技术的发展 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。它是机器人的一个重要分支。它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性(王希敏，1992)。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。(王承义，1995)机械手首先是从美国开始研制的。1958 年美国联合控制公司研制出第一台机械手。它的结构是:机体上安装一个回转长臂，顶部装有电磁块的工件抓放机构，控制系统是示教形的。1962 年，美国联合控制公司在上述方案的基础上又试制成一台数控示教再现型机械手。商名为 Unimate(即万能自动)。运动系统仿照坦克炮塔，臂可以回转、俯仰、伸缩、用液压驱动;控制系统用磁鼓作为存储装置。不少球坐标通用机械手就是在这个基础上发展起来的。同年，美国机械制造公司也实验成功一种叫 Vewrsatran 机械手。该机械手的中央立柱可以回转、升降采用液压驱动控制系统也是示教再现型。这两种出现在六十年代初的机械手，是后来国外工业机械手发展的基础。1978年美国 Unimate 公司和斯坦福大学，麻省理工学院联合研制一种 Unimate-Vicarm型工业机械手，装有小型电子计算机进行控制，用于装配作业，定位误差小于1毫米。联邦德国 KnKa 公司还生产一种点焊机械手，采用关节式结构和程序控制。目前，机械手大部分还属于第一代，主要依靠人工进行控制;改进的方向主要是降低成本和提高精度。第二代机械手正在加紧研制。它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。第三代机械手则能独立完成工作中过程中的任务。它与电子计算机和电视设备保持联系，并逐步发展成为柔性制造系统FMS 和柔性制造单元 FMC 中的重要一环节。1.2.2 机械手的组成分类及驱动1）.机械手的组成一般来说，机械手主要有以下几部分组成:1.手部(或称抓取机构)包括手指、传力机构等，主要起抓取和放置物件的作用。2.传送机构(或称臂部)包括手腕、手臂等，主要起改变物件方向和位置的作用。3.驱动部分它是前两部分的动力，因此也称动力源，常用的有液压气压电力和机四种驱动形式。4.控制部分它是机械手动作的指挥系统，由它来控制动作的顺序(程序)、位置和时间(甚至速度与加速度)等。5.其它部分如机体、行走机构、行程检测装置和传感装置等。(侯沂,刘涛.2004)2)机械手的分类机械手从使用范围、运动坐标形式、驱动方式以及臂力大小四个方面的分类分别为:1.手部(或称抓取机构)包括手指、传力机构等，主要起抓取和放置物件的作用。2.传送机构(或称臂部)包括手腕、手臂等，主要起改变物件方向和位置的作用。3.驱动部分它是前两部分的动力，因此也称动力源，常用的有液压气压电力和机四种驱动形式。4.控制部分它是机械手动作的指挥系统，由它来控制动作的顺序(程序)、位置和时间(甚至速度与加速度)等。5.其它部分如机体、行走机构、行程检测装置和传感装置等。(侯沂,刘涛.2004)1.2.3 机械手的分类机械手从使用范围、运动坐标形式、驱动方式以及臂力大小四个方面的分类分别为：1）.按使用范围分类:1 专用机械手一般只有固定的程序，而无单独的控制系统。它从属于某种机器或生产线用以自动传送物件或操作某一工具，例如“毛坯上下料机械手”、“曲拐自动车床机械手”、“油泵凸轮轴自动线机械手”等等。这种机械手结构较简单，成本较低，适用于动作比较简单的大批量生产的场合。2 通用机械手指具有可变程序和单独驱动的控制系统，不从属于某种机器，而且能自动完成传送物件或操作某些工其的机械装置。通用机械手按其定位和控制方式的不同，可分为简易型和伺服型两种。简易型只是点位控制，故属于程序控制类型，伺服型可以是点位控制，也可以是连续轨迹控制，一般属于数字控制类型(李允文，1994)。2）.按运动坐标型式分类:1.直角坐标式机械手臂部可以沿直角坐标轴 X、Y、Z 三个方向移动，亦即臂部可以前后伸缩(定为沿 X 方向的移动)、左右移动(定为沿 Y 方向的移动)和上下升降(定为沿 Z 方向的移动)(张军，冯志辉，2004);2.圆柱坐标式机械手手臂可以沿直角坐标轴的 X 和 Z 方向移动，又可绕 Z 轴转动(定为绕 Z 轴转动)，亦即臂部可以前后伸缩、上下升降和左右转动;3.球坐标式机械手臂部可以沿直角坐标轴 X 方向移动，还可以绕 Y 轴和 Z 轴转动，亦即手臂可以前后伸缩(沿 X 方向移动)、上下摆动(定为绕 Y 轴摆动)和左右转动(仍定为绕 Z 轴转动);4.多关节式机械手这种机械手的臂部可分为小臂和大臂。其小臂和大臂的连接(肘部)以及大臂和机体的连接(肩部)均为关节(铰链)式连接，亦即小臂对大臂可绕肘部上下摆动，大臂可绕肩部摆动多角，手臂还可以左右转动。(孙桓等，2006)3）按驱动方式分类:1.液压驱动机械手以压力油进行驱动;2.气压驱动机械手以压缩空气进行驱动;3.电力驱动机械手直接用电动机进行驱动;4.机械驱动机械手是将主机的动力通过凸轮、连杆、齿轮、间歇机构等传递给机械手的一种驱动方式。4）按机械手的臂力大小分类:1.微型机械手臂力小于 1;2.小型机械手臂力为 1-10;3.中型机械手臂力为 10-30;4.大型机械手臂力大于 30。2.机械手的应用机械手的应用机械人市场分析机械人市场分析 日本和欧洲是全球工业机器人市场的两大主角，并且实现了传感器、控制器、精密减速机等核心零部件完全自主化。通过满足具有国际性竞争力的汽车、电子/电机产业等企业使用者之严苛的要求，以及销售实绩与专门技能的累积，日本工业机器人产业已经成为全球的领导者。而在经过了日本国内市场激烈的价格竞争后，也获得了国际性的价格竞争力。目前家用机器人也处于优势地位。欧州工业机器人和医疗机器人领域已居于领先地位。美国积极致力于以军事、航天产业等为背景的开发或创投企业，体现在系统集成领域，医疗机器人和国防军工机器人具有主要优势。在机器人系统集成方面，除了机器人本体企业的集成业务，知名独立系统集成商还包括杜尔、徕斯和柯马等。2013 年德国杜尔和意大利柯玛的系统集成业务收入均约为 7 亿美元，折人民币 100 亿元。机器人减速机 70%以上市场份额由日本纳博特斯克（Nabtesco）和哈默（Harmonicdrive）垄断。2013 年纳博的减速器业务收入约为 5 亿美元。中国产业信息网发布的2014-2019 年工业机器人产业全景调研及投资方向研究报告指出：2013 年 ABB、发那科、库卡、安川电机收入分别为 418、60、24、38 亿美元；净利润分别为 28、15、0.8、0.8 亿美元；工业机器人收入均为 10-14亿美元左右，但收入占比差别较大，分别为 3%、23%、42%、34%；2013 年末市值分别为 610、300、16、24 亿美元。注：工业机器人收入除 ABB 为 2009 年数据，其他为 2013 年末数据四大家族除了发那科综合毛利率接近 50%，其余毛利率水平基本在 25-30%左右。四家净利润水平相差较大，发那科净利率达 25%，ABB 为 7%，库卡和安川电机仅为 2-3%。从历史数据看，过去十年四大家族 PE 水平保持在 20-30 倍左右。3.