回转式上下料机械手系统结构设计【字数：10291】
摘 要上下料机械手是近几十年来蓬勃发展的一种自动化设备。上下料机械手的技术既大量的节省了人力，也提高了劳动生产率。所以本文设计了一台回转式上下料机械手来满足当今机械行业自动化生产的要求。本课题完成了回转式上下料机械手系统的结构设计，主要包括机械手的升降机构、回转机构、机械手臂的设计和计算。根据所要搬运的工件参数确定了吸盘装置的规格与数量。本文设计的机械手能够实现升降和回转运动，可以在各种环境下进行自动上下料，从而可以节省大部分的劳动力，显著的提高了劳动生产率，完全符合自动化生产的潮流。
目 录
1绪论 1
1.1研究背景及意义 1
1.2国内外上下料机械手的现状及发展趋势 1
1.2.1国外上下料机械手的现状与发展 1
1.2.2国内上下料机械手的现状与发展 2
1.3本文的主要研究内容和研究方法 3
1.3.1研究内容 3
1.3.2研究方法 3
2回转式上下料机械手的总体方案设计 4
2.1机械手的坐标形式 4
2.2机械手的基本参数 4
2.3回转式上下料机械手升降传动方案 5
2.4回转式上下料机械手回转传动方案 5
3回转式上下料机械手结构设计 9
3.1升降机构的设计与选用 9
3.1.1滚珠丝杠螺母副的选择原因 9
3.1.2直线导柱的设计 13
3.1.3电机的选择 14
3.1.4联轴器的选择 15
3.2回转机构设计与选用 15
3.2.1回转支承的选用原因 15
3.2.2圆柱蜗杆传动的参数以及尺寸 15
3.2.3圆柱蜗杆传动的承载能力计算 18
3.3吸盘机构设计 20
3.3.1真空系统原理及发生装置 20
3.3.2真空吸盘系统计算 20
3.3.3真空吸盘分布设计 22
3.3.4真空吸盘的材料选择 22
3.3.5真空吸盘的形状选择 23
结语 24
参考文献 25
致谢 2 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
6
1绪论
1.1研究背景及意义
现在，我国很多企业的上下料环节都是由人工操作完成，这不仅造成了工人劳动量过大，工作危险系数升高，还使得生产率大打折扣。为了节省劳动力，提高劳动生产率，时刻跟紧时代的步伐，适应自动化生产的节奏，针对企业具体的生产模式，本课题中设计的是回转式上下料机械手来运输工件。
本设计中的机械手主要是由多个不同的机构来控制，分工明确，有条不紊。因为机械手臂在各行各业中的兴起，在节省劳动力的同时也改善了工人们工作环境，时代的生产方式更趋于加自动化与人性化，这是人类社会进步的一个里程碑，这也是人类向自动化生产迈出的一大步。因此，越来越多的机械学者开始研究这一项具有生命力且迎合时代发展潮流的工程。事实也证明,我国的机械手技术虽然还没有达到世界顶尖的水平，但是在很多领域已经开始蓬勃发展了。机械手技术不仅应用于企业的生产，它还可以很多高危，高难度的的环境下来代替人工作业。比如，中国自己研发的蛟龙号已经可以在数千米的深海利用机械手进行作业。正是机械手的这些优点使得人们对它的研究越来越多，使得它的发展越来越快。
1.2国内外上下料机械手的现状及发展趋势
1.2.1国外上下料机械手的现状与发展
回转式上下料机械手主要用于运输物料和工件。这种机械手具有多个自由度，可以通过使用电脑编程来加工或者运输各种工件、材料、产品等。根据近几年来机械手的发展来看，我们能够知道机械手是一种基于计算机编程控制的机电一体化设备，它主要涉及的学科有：机械制造装备、精密机械、计算机编程、自动控制与驱动、传感器等。引文它涉及的领域越来越广泛，对其研究开发的人员也越来越多，所以使得机械手的发展速度在同行业中遥遥领先。机械手的发展对自动化生产的重要起着重要作用。一个国家的自动化生产水平也反映着这个国家的综合国力。
世界上第一台工业机器人“Unimate”横空出世是在1959年的美国，但是因为当时时代的大背景是鼓励轻工业，政府并没有对其十分重视使得当时美国的自动化水平停滞不前。后来美国意识到了日本快速发展的机器人技术水平，这是美国才意识到其重要性，开始大力地推行政策鼓励机器人的发展，在上世纪80年代，美国有慢慢的发展成了机器人强国。二十世纪60年代，日本与美国合作制造出川崎机器人。日本政府也学习美国大力鼓励国民研发机器人，推行了很多鼓励性质的政策，没过多久日本也成为了机器人强国。国外的机器人技术越发的发达，因此也诞生了很多优秀的机械手设备，如KUKA、FANUC机械手等，如图1.1所示。
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图1.1 KUKA机械手
1.2.2国内上下料机械手的现状与发展
20世纪70年代时，中国科学院自动化研究所主要掌握我国的机械手研究技术。在美国研制出机器人“Unimate”之后，我们经过了20年才研究出与其功能大体相仿的机械手。在80年代时，因为工业发展得十分迅速，国家再次发布政策，集中了许多机械手方面的人才和研究学者，还联合了高校和研究院来研究机械手的相关技术。并且在研究的过程中通过经验和实践编制了一部较完整的标准体系，使得我国的机械手开始登上国籍的舞台与国际舞台接轨。
现在，国内研究的大部分机械手是用来专门为企业优化生产线的，很多机械手只有三个自由度，比如直角坐标机械手，这与国际上4、6个自由度的机械手相比较还是有很大的差距。但是我国也不甘示弱，研制出了超过6个自由度机械手，比如哈立HU500G双臂旋转式机械手，如图1.2，能够适应很复杂的工作环境。
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图1.2 哈立HU500G双臂旋转式机械手
1.3本文的主要研究内容和研究方法
1.3.1研究内容
本课题的主要工作包括对回转式上下料机械手系统的结构设计、理论计算、装配图以及部分零件图的绘制。
论文研究的主要内容如下：
从生产企业的运输机械手先着手，分析了国内外的机械手的异同点，根据国内有些生产企业劳动力过多，自动化程度不高。本课题设计的回转式上下料机械手，可以通过丝杠来实现升降，通过回转支承来进行回转。主要叙述了回转式上下料机械手的设计流程：机械手总体方案设计，机械手的整体结构的参数确定。驱动机械手工作的升降机构、回转机构和吸盘机构进行设计以及计算：包括主要参数确定，真空吸的盘分布，升降机构设计、回转机构设计。对整个回转式上下料机械手进行三维建模，对各种结构方案进行对比选择使得机械手的结构更加紧凑合理。
目 录
1绪论 1
1.1研究背景及意义 1
1.2国内外上下料机械手的现状及发展趋势 1
1.2.1国外上下料机械手的现状与发展 1
1.2.2国内上下料机械手的现状与发展 2
1.3本文的主要研究内容和研究方法 3
1.3.1研究内容 3
1.3.2研究方法 3
2回转式上下料机械手的总体方案设计 4
2.1机械手的坐标形式 4
2.2机械手的基本参数 4
2.3回转式上下料机械手升降传动方案 5
2.4回转式上下料机械手回转传动方案 5
3回转式上下料机械手结构设计 9
3.1升降机构的设计与选用 9
3.1.1滚珠丝杠螺母副的选择原因 9
3.1.2直线导柱的设计 13
3.1.3电机的选择 14
3.1.4联轴器的选择 15
3.2回转机构设计与选用 15
3.2.1回转支承的选用原因 15
3.2.2圆柱蜗杆传动的参数以及尺寸 15
3.2.3圆柱蜗杆传动的承载能力计算 18
3.3吸盘机构设计 20
3.3.1真空系统原理及发生装置 20
3.3.2真空吸盘系统计算 20
3.3.3真空吸盘分布设计 22
3.3.4真空吸盘的材料选择 22
3.3.5真空吸盘的形状选择 23
结语 24
参考文献 25
致谢 2 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
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1绪论
1.1研究背景及意义
现在，我国很多企业的上下料环节都是由人工操作完成，这不仅造成了工人劳动量过大，工作危险系数升高，还使得生产率大打折扣。为了节省劳动力，提高劳动生产率，时刻跟紧时代的步伐，适应自动化生产的节奏，针对企业具体的生产模式，本课题中设计的是回转式上下料机械手来运输工件。
本设计中的机械手主要是由多个不同的机构来控制，分工明确，有条不紊。因为机械手臂在各行各业中的兴起，在节省劳动力的同时也改善了工人们工作环境，时代的生产方式更趋于加自动化与人性化，这是人类社会进步的一个里程碑，这也是人类向自动化生产迈出的一大步。因此，越来越多的机械学者开始研究这一项具有生命力且迎合时代发展潮流的工程。事实也证明,我国的机械手技术虽然还没有达到世界顶尖的水平，但是在很多领域已经开始蓬勃发展了。机械手技术不仅应用于企业的生产，它还可以很多高危，高难度的的环境下来代替人工作业。比如，中国自己研发的蛟龙号已经可以在数千米的深海利用机械手进行作业。正是机械手的这些优点使得人们对它的研究越来越多，使得它的发展越来越快。
1.2国内外上下料机械手的现状及发展趋势
1.2.1国外上下料机械手的现状与发展
回转式上下料机械手主要用于运输物料和工件。这种机械手具有多个自由度，可以通过使用电脑编程来加工或者运输各种工件、材料、产品等。根据近几年来机械手的发展来看，我们能够知道机械手是一种基于计算机编程控制的机电一体化设备，它主要涉及的学科有：机械制造装备、精密机械、计算机编程、自动控制与驱动、传感器等。引文它涉及的领域越来越广泛，对其研究开发的人员也越来越多，所以使得机械手的发展速度在同行业中遥遥领先。机械手的发展对自动化生产的重要起着重要作用。一个国家的自动化生产水平也反映着这个国家的综合国力。
世界上第一台工业机器人“Unimate”横空出世是在1959年的美国，但是因为当时时代的大背景是鼓励轻工业，政府并没有对其十分重视使得当时美国的自动化水平停滞不前。后来美国意识到了日本快速发展的机器人技术水平，这是美国才意识到其重要性，开始大力地推行政策鼓励机器人的发展，在上世纪80年代，美国有慢慢的发展成了机器人强国。二十世纪60年代，日本与美国合作制造出川崎机器人。日本政府也学习美国大力鼓励国民研发机器人，推行了很多鼓励性质的政策，没过多久日本也成为了机器人强国。国外的机器人技术越发的发达，因此也诞生了很多优秀的机械手设备，如KUKA、FANUC机械手等，如图1.1所示。
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图1.1 KUKA机械手
1.2.2国内上下料机械手的现状与发展
20世纪70年代时，中国科学院自动化研究所主要掌握我国的机械手研究技术。在美国研制出机器人“Unimate”之后，我们经过了20年才研究出与其功能大体相仿的机械手。在80年代时，因为工业发展得十分迅速，国家再次发布政策，集中了许多机械手方面的人才和研究学者，还联合了高校和研究院来研究机械手的相关技术。并且在研究的过程中通过经验和实践编制了一部较完整的标准体系，使得我国的机械手开始登上国籍的舞台与国际舞台接轨。
现在，国内研究的大部分机械手是用来专门为企业优化生产线的，很多机械手只有三个自由度，比如直角坐标机械手，这与国际上4、6个自由度的机械手相比较还是有很大的差距。但是我国也不甘示弱，研制出了超过6个自由度机械手，比如哈立HU500G双臂旋转式机械手，如图1.2，能够适应很复杂的工作环境。
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图1.2 哈立HU500G双臂旋转式机械手
1.3本文的主要研究内容和研究方法
1.3.1研究内容
本课题的主要工作包括对回转式上下料机械手系统的结构设计、理论计算、装配图以及部分零件图的绘制。
论文研究的主要内容如下：
从生产企业的运输机械手先着手，分析了国内外的机械手的异同点，根据国内有些生产企业劳动力过多，自动化程度不高。本课题设计的回转式上下料机械手，可以通过丝杠来实现升降，通过回转支承来进行回转。主要叙述了回转式上下料机械手的设计流程：机械手总体方案设计，机械手的整体结构的参数确定。驱动机械手工作的升降机构、回转机构和吸盘机构进行设计以及计算：包括主要参数确定，真空吸的盘分布，升降机构设计、回转机构设计。对整个回转式上下料机械手进行三维建模，对各种结构方案进行对比选择使得机械手的结构更加紧凑合理。
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