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目录
摘要 1
第一章 机械手设计任务书 1
1.1毕业设计目的 1
1.2本课题的内容和要求 2
第二章 抓取机构设计 4
2.1手部设计计算 4
2.2腕部设计计算 7
2.3臂伸缩机构设计 8
第三章 液压系统原理设计及草图 11
3.1手部抓取缸 11
3.2腕部摆动液压回路 12
3.3小臂伸缩缸液压回路 13
3.4总体系统图 14
第四章 机身机座的结构设计 15
4.1电机的选择 16
4.2减速器的选择 17
4.3螺柱的设计与校核 17
第五章 机械手的定位与平稳性 19
5.1常用的定位方式 19
5.2影响平稳性和定位精度的因素 19
5.3机械手运动的缓冲装置 20
第六章 机械手的控制 21
第七章 机械手的组成与分类 22
7.1机械手组成 22
7.2机械手分类 24
第八章 机械手Solidworks三维造型 25
8.1上手爪造型 26
8.2螺栓的绘制 30
毕业设计感想 35
参考资料 36
送料机械手设计及Solidworks运动仿真
摘要
本课题是为普通车床配套而设计的上料机械手。工业机械手是工业生产的必然产物，它是一种模仿人体上肢的部分功能，按照预定要求输送工件或握持工具进行操作的自动化技术设备，对实现工业生产自动化，推动工业生产的进一步发展起着重要作用。因而具有强大的生命力受到人们的广泛重视和欢迎。实践证明，工业机械手可以代替人手的繁重劳动，显著减轻工人的劳动强度，改善劳动条件，提高劳动生产率和自动化水平。工业生产中经常出现的笨重工件的搬运和长期频繁、单调的操作，采用机械手是有效的。此外，它能在高温、低温、深水、宇宙、放射性和其他有毒、污染环境条件下进行操作，更显示其优越性，有着广阔的发展前途。
本课题通过应用AutoCAD 技术对机械手进行结构设计和液压传动原理设计，运用Solidworks技术对上料机械手进行三维实体造型，并进行了运动仿真，使其能将基本的运动更具体的展现在人们面前。它能实行自动上料运动；在安装工件时，将工件送入卡盘中的夹紧运动等。上料机械手的运动速度是按着满足生产率的要求来设定。
关键字 机械手，AutoCAD，Solidworks 。
第一章 机械手设计任务书
1.1毕业设计目的
毕业设计是学生完成本专业教学计划的最后一个极为重要的实践性教学环节，是使学生综合运用所学过的基本理论、基本知识与基本技能去解决专业范围内的工程技术问题而进行的一次基本训练。这对学生即将从事的相关技术工作和未来事业的开拓都具有一定意义。
其主要目的：
一、 培养学生综合分析和解决本专业的一般工程技术问题的独立工作能力，拓宽和深化学生的知识。
二、 培养学生树立正确的设计思想，设计构思和创新思维，掌握工程设计的一般程序规范和方法。
三、 培养学生树立正确的设计思想和使用技术资料、国家标准等手册、图册工具书进行设计计算，数据处理，编写技术文件等方面的工作能力。
四、 培养学生进行调查研究，面向实际，面向生产，向工人和技术人员学习的基本工作态度，工作作风和工作方法。
1.2本课题的内容和要求
（一、）原始数据及资料
（1、）原始数据：
a、 生产纲领：100000件（两班制生产）
b、 自由度（四个自由度）
臂转动180º
臂上下运动 500mm
臂伸长（收缩）500mm
手部转动 ±180º
（2、）设计要求：
a、上料机械手结构设计图、装配图、各主要零件图（一套）
b、液压原理图（一张）
c、机械手三维造型
d、动作模拟仿真
e、设计计算说明书（一份）
（3、）技术要求
主要参数的确定：
a、坐标形式：直角坐标系
b、臂的运动行程：伸缩运动500mm，回转运动180º。
c、运动速度：使生产率满足生产纲领的要求即可。
d、控制方式：起止设定位置。
e、定位精度：±0.5mm。
f、手指握力：392N
g、驱动方式：液压驱动。
（二、）料槽形式及分析动作要求
（ 1、）料槽形式
由于工件的形状属于小型回转体，此种形状的零件通常采用自重输送的输料槽,如图1.1所示，该装置结构简单，不需要其它动力源和特殊装置，所以本课题采用此种输料槽。
图1.1机械手安装简易图
（2、）动作要求分析如图1.2所示
动作一：送 料
动作二：预夹紧
动作三：手臂上升
动作四：手臂旋转
动作五：小臂伸长
动作六：手腕旋转
预夹紧
手臂上升
手臂旋转
小臂伸长
手腕旋转
手臂转回
图1.2 要求分析
第二章 抓取机构设计
机器人的历史并不算长，1959年美国英格伯格和德沃尔制造出世界上第一台工业机器人，机器人的历史才真正开始。
英格伯格在大学攻读伺服理论，这是一种研究运动机构如何才能更好地跟踪控制信号的理论。德沃尔曾于1946年发明了一种系统，可以“重演”所记录的机器的运动。1954年,德沃尔又获得可编程机械手专利，这种机械手臂按程序进行工作，可以根据不同的工作需要编制不同的程序，因此具有通用性和灵活性，英格伯格和德沃尔都在研究机器人，认为汽车工业最适于用机器人干活，因为是用重型机器进行工作，生产过程较为固定。1959年，英格伯格和德沃尔联手制造出第一台工业机器人。
机器人分类
机器人的分类关于机器人如何分类，国际上没有制定统一的标准，有的按负载重量分，有的按控制方式分，有的按自由度分，有的按结构分，有的按应用领域分。一般的分类方式：
示教再现型机器人
通过引导或其它方式，先教会机器人动作，输入工作程序，机器人则自动重复进行作业。
数控型机器人
不必使机器人动作，通过数值、语言等对机器人进行示教，机器人根据示教后的信息进行作业。
感觉控制型机器人
利用传感器获取的信息控制机器人的动作。
适应控制型机器人
机器人能适应环境的变化，控制其自身的行动。
学习控制型机器人
机器人能“体会”工作的经验，具有一定的学习功能，并将所“学”的经验用于工作中。
智能机器人
以人工智能决定其行动的机器人。
我国的机器人专家从应用环境出发，将机器人分为两大类，即工业机器人和特种机器人。所谓工业机器人就是面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人。而特种机器人则是除工业机器人之外的、用于非制造业并服务于人类的各种先进机器人，包括：服务机器人、水下机器人、娱乐机器人、军用机器人、农业机器人、机器人化机器等。在特种机器人中，有些分支发展很快，有独立成体系的趋势，如服务机器人、水下机器人、军用机器人、微操作机器人等。目前，国际上的机器人学者，从应用环境出发将机器人也分为两类：制造环境下的工业机器人和非制造环境下的服务与仿人型机器人，这和我国的分类是一致的。
"机器人"最终是机器还是人？
机器人会不会全面超越人类，机器人会不会成为人类的颠覆者，机器人科学的发展对人类是祸还是福？这些问题早已超越了机器人科学工作者思考的范畴。随着机器人科学的发展，有关伦理的、社会的、哲学的思考越来越多。虽然现在机器人都还只是工具，但我们不能永远把机器人简单地当作是一种工具，因为他有其他工具所不具备的人类特征：智能性。或许有一天，人类必须思考："没有机器人，人将变为机器；有了机器人，人仍然是主人"这句话是不是仍然可以说得那么理直气壮。是时候对机器人问题展开全面的哲学思考了！
一、机器人会成为生物吗？
关于机器人的定义，现在还没有准确的说法。不过，从现有的机器人来看，机器人肯定还只是机器。现有的机器人都只是仿人的机器。比如说，汽车生产流水线上的焊接机器人，它虽然可以比人还有效率，但它终究还是个机器，就跟洗衣机或是电风扇一样，代替了人们某些方面的工作。按照恩格斯的说法，工具就是人的某种器官的延伸。现有的机器人也只是人的某种或某几种器官的延伸，因而也只是工具。
不管人的定义是怎样的，起码有一点是肯定的，人首先是生物，这是人之所以成其为人的物质基础。机器人会不会是生物呢？现有的机器人大都是金属、导线和硅晶体的产物，肯定不是生物，以后的机器人会不会是呢？我们现在无从判断。从物质成份上来说，人体所包含的元素、比例、结构方式等或许有一天都可以被复制。不过，我想，有一个问题是，即使人工可以制造出肌肉、神经、骨骼、血液、皮毛等，但是不是可以把这些东西组合在一起成为一个人呢？这首先是一个问题。在这方面，灵长的猿猴最接近，猪狗、虫鱼甚至花草都比机器人更接近人。
克隆人当然是生物，但克隆人还是有人类母体的，他具有母体的基因特征。我们所讨论的机器人，显然不应该具有人类母体的基因等特征，否则，将会在伦理上陷入与克隆人同样的困境。克隆人，不在我们要讨论的机器人范畴内，机器人也绝对不能通过对人类克隆的方式来制造。
二、机器人会在综合能力上超过人吗？
不过，即使是现有的科技水平还比较低下的机器人，也与螺丝刀等纯粹意义上的工具有着本质区别。因为机器人首先必须是有智能的，他的任何行动都是需要经过其"大脑"进行信息加工后做出的，这就具有了显著的人类特征。如果我们能把电脑的运算过程也看作是一种思维的话，机器人在很大程度上就像人一样，做事是经过了脑子的，而螺丝刀显然是没有脑子的。智能性，是机器人与普通工具最大的区别。
还有一个不容忽视的地方，现有的机器人即使也只是一种工具，但他与普通工具不同的地方是，机器人不是人类某几种器官的简单延伸，从其设计原理上说，机器人从思维到做出反应的方式上是完全仿人的。谁也不知道，随着机器人科技的发展，机器人会不会完全具有人的所有能力？如果真有那么一天的话，机器人即使不是生物，比如说他的思维载体仍是集成电路而不是生物神经元，他的外部器官仍是金属、橡胶等，那又有什么关系呢？
从单个器官的能力来说，机器人肯定是要超过人类的，比如说电脑智力具有可延续性、可集中性、可输入性、思维的高速度等特性，机械手可以在非常恶劣的环境下工作。人类之所以能够控制机器人，非常重要的一点就在于人类没有或者说还没能力赋予机器人全面的能力，人类的综合能力还是要强于机器人的。例如，电脑再发达，但是在没有外部器官去实现其思维的时候也是白搭。但是如果机器人具有了人类的全面能力，甚至在综合能力上超过人类，事情就会变得非常复杂了。
三、机器人会有感情吗？
如果机器人的综合能力超过了人类，后果会怎么样呢？阿西莫夫提出了机器人忠于人类的三大定律（1.机器人绝不能伤害任何真人。2.机器仍要服从人的指挥。除非违反第一定律。3.绝不能伤害自己，除非违反第一.二定律。）但里面有一个关键问题值得探讨：机器人会不会有自主意识？如果机器人没有自主意识，能力再强也仍然只是忠顺的奴仆，对于完全忠顺的奴仆，我们是不用害怕他的能力的，能力越强对主人越有用。但是如果机器人有自主意识，那么能力强就将是一件非常危险的事情了。
要有自主意识，首要的一点是要有感情，或者说，要有欲望，例如，求生欲、占有欲、统治欲等。阿西莫夫在《我，机器人》中并没有探讨这个问题，而是把机器人的感情和欲望当作整部小说展开的前提。感情和欲望在生物界中是一种本能，这种本能不是靠思维来完成的，例如刚出生的婴儿就会吃奶，就有求生欲。机器人没有这些生物基因，光靠思维是不是就会产生感情和欲望呢？这些还有待科学去进一步解决。
大家不会忘记的是，1985年，前苏联国际象棋冠军古德柯夫在与机器人棋手下棋时，被机器人释放在金属棋盘上的强大电流击毙。对此，有人猜测是因为机器人棋手连输三局，恼羞成怒所采取的报复举动。不过，这种说法并不一定成立。据日本邮政和电信部门组织的一个研究小组的研究显示，专家认为，机器人发生事故的原因不外乎3种：1，硬件系统故障；2，软件系统故障；3，电磁波的干扰。
四、机器人能进行自我繁殖吗？
机器人的寿命或许要比人类长，综合能力超过人类的机器人在遇到故障的时候要进行自我修复也许也只是小CASE，但任何东西都不可能长生不老，机器人也不能例外。在这方面，人有一个作为生物的基本优势，那就是具有自我繁殖的能力，可以通过繁殖下一代进行种群延续。这是生物的本能，机器人就算在综合能力上强过人类，但在这方面却没有任何优势可言。机器人会有自我繁殖能力吗？
这里面所说的自我繁殖能力，显然不是指那种由人类控制的，完全由机器人操作的机器人工厂的生产方式，在这种复制或者说繁殖的过程中起主导作用的仍然是人。我们要说的是机器人具有的不受外来因素控制的繁殖能力。
有报道说英国人工智能和机器人权威专家安东尼·王尔德博士自称有一种名为SRBAs("自我复制战斗机器人"的缩写)的新型机器人样机正在研制中，这种机器人内置了可以进行自我复制的程序。据称，只需造出这种"雌""雄"机器人各一具，他们就可以迅速开始复制下一代。这种机器人在复制前需要"交配"，"雌雄"机器人通过胸部来进行复制程序的对接，30分钟后"雌"体机器人就可以把一个球状的复制机器人从体内弹射出来，在一周内新的机器人便发育成熟。这一过程实际上是由机器人体内无数微型机器人所完成的，它们的功能类似单细胞器官，但是效率惊人。每个"雌"体机器人一天可以"产"下12个新机器人，而且它们的"交配"根本不需要感情因素介入。而且，机器人之间的"交配"是非常冷静的过程，"就像插入一把车钥匙一样"。
雌雄交配并产生后一代，是生物所特有的有性生殖方式，现有的机器人根本就不是生物，靠一个自我复制程序就能解决吗？且不说别的，他们进行繁殖的物质基础在哪里呢？报道说是靠机器人体内的微型机器人来完成，那也就是说在造这两个机器人的时候已经在其体内植入了微型机器人，但植入的微型机器人本身就是人类制造的，只不过把这两个机器人当作一种生产工具罢了。如果说是这两个机器人具有自动产生微型机器人的能力，那么我想知道的是，产生这些微型机器人的物质基础又在哪里呢？我们知道，构成机器人的材料诸如金属、橡胶、硅晶体等物质并不像生物机体那样具有可生长性，除非是这两个机器人把自己体内的物质分给这些微型机器人，但这种物质分割能称之为繁殖吗？否则，连基本的物质守衡定理都违反了，可能吗？还有一个疑点，他们生产出来的小机器人又是怎么一个生长发育法呢？难道这些机器人也具备了生物机体一样的生长性吗？
五、机器人会有想像力吗？
人类的发展进步，想像力是最基本的进步源动力。想像力向来是人类智力最重要的部分，因为它决定信息组合和构造的各种可能性。有限的信息被输入人类个体时，人们使用想像力从这些信息推得世界的全貌。当天马行空的想像力运行的时候，一切事物的细微联系被挖掘出来，一切信息组合的方式被一一考察，一切新知识从不可能处冒出来，想像力令人类智力可以向无限拓展延伸，也使天才与平庸最重要的区别。正是因为追求梦想的实现，人类才有了前进的方向和进步的动力，如果没有想像力，人类也许还住在山洞里与蛇蝎为伍。
那么，机器人会具有想像力吗？或者换一个更容易为大家所接受的问题：机器人会做梦吗？关于做梦的物质基础，现在还没谁能够说的清楚，但起码有一点我想是可以肯定的，现有的电脑的这种严格的逻辑运算方式是产生不了想像力的，也是肯定不会做梦的。今后会不会产生会做梦的电脑？谁也不知道。如果不能的话，机器人的能力再强大，也只不过是对现有的东西进行补充完善而已。换句通俗的话说，补锅匠的手艺再好，也做不出电饭锅来。如果机器人没有想像力，那么就算能够自我繁殖，也只不过是一种简单的自我复制罢了，这个群体永远无法进化。所以，我们可以乐观地说："当机器人变得比人类更能干的时候，最少，我们有梦想！"而这，就是人类控制机器人的钥匙。
机器人知识 机器人技术基础 机器人的知识 有关机器人的知识 焊接机器人知识
机器人知识英文版 百科知识库机器人 机器人 机器人总动员 纳米机器人
1、手臂应承载能力大、刚性好、自重轻手臂的刚性直接影响到手臂抓取工件时动作的平稳性、运动的速度和定位精度。如刚性差则会引起手臂在垂直平面内的弯曲变形和水平面内侧向扭转变形，手臂就要产生振动，或动作时工件卡死无法工作。为此，手臂一般都采用刚性较好的导向杆来加大手臂的刚度，各支承、连接件的刚性也要有一定的要求，以保证能承受所需要的驱动力。2、手臂的运动速度要适当，惯性要小机械手的运动速度一般是根据产品的生产节拍要求来决定的，但不宜盲目追求高速度。手臂由静止状态达到正常的运动速度为启动，由常速减到停止不动为制动，速度的变化过程为速度特性曲线。手臂自重轻，其启动和停止的平稳性就好。3、手臂动作要灵活手臂的结构要紧凑小巧，才能做手臂运动轻快、灵活。在运动臂上加装滚动轴承或采用滚珠导轨也能使手臂运动轻快、平稳。此外，对了悬臂式的机械手，还要考虑零件在手臂上布置，就是要计算手臂移动零件时的重量对回转、升降、支撑中心的偏重力矩。偏重力矩对手臂运动很不利，偏重力矩过大，会引起手臂的振动，在升降时还会发生一种沉头现象，还会影响运动的灵活性，严重时手臂与立柱会卡死。所以在设计手臂时要尽量使手臂重心通过回转中心，或离回转中心要尽量接近，以减少偏力矩。对于双臂同时操作的机械手，则应使两臂的布置尽量对称于中心，以达到平衡。4、位置精度高机械手要获得较高的位置精度，除采用先进的控制方法外，在结构上还注意以下几个问题：（1）机械手的刚度、偏重力矩、惯性力及缓冲效果都直接影响手臂的位置精度。（2）加设定位装置和行程检测机构。（3）合理选择机械手的坐标形式。直角坐标式机械手的位置精度较高，其结构和运动都比较简单、误差也小。而回转运动产生的误差是放大时的尺寸误差，当转角位置一定时，手臂伸出越长，其误差越大；关节式机械手因其结构复杂，手端的定位由各部关节相互转角来确定，其误差是积累误差，因而精度较差，其位置精度也更难保证。5、通用性强，能适应多种作业；工艺性好，便于维修调整以上这几项要求，有时往往相互矛盾，刚性好、载重大，结构往往粗大、导向杆也多，增加手臂自重；转动惯量增加，冲击力就大，位置精度就低。因此，在设计手臂时，须根据机械手抓取重量、自由度数、工作范围、运动速度及机械手的整体布局和工作条件等各种因素综合考虑，以达到动作准确、可靠、灵活、结构紧凑、刚度大、自重小，从而保证一定的位置精度和适应快速动作。此外，对于热加工的机械手，还要考虑热辐射，手臂要较长，以远离热源，并须装有冷却装置。对于粉尘作业的机械手还要添装防尘设施。
