挖掘机的工业机器人工作手设计(附件)
本文设计的机械手是基于单斗液压挖掘机基础上的五自由度机械手，实现用来完成繁重的抓取物料，提升、回转至卸载位置的任务。该机械手包括了挖掘机的动臂，斗杆及其回转部分，以及夹持装置和腕部回转装置。本文对该机械手的夹持装置和腕部回转装置的机械结构进行了设计，通过计算分析，保证了机械结构的可靠性。根据机械手要实现的工作目标，对液压传动系统进行了设计，使得机械手能够根据操作者的任务要求，进行正确的动作。最后根据计算分析得到的数据，绘制出机械设计部分和液压系统的工程图，对系统的性能进行了校验，使得机械手结构简洁和紧凑，具有良好的通用性和灵活性。关键词 机械手，夹持装置，回转装置，液压传动目 录
1 绪论 1
1.1 课题研究的目的及意义 1
1.2 国内外的研究发展状况2
1.3 主要内容和方法 2
2 机械手的总体设计4
2.1 机械手结构方案的设计4
2.2 机械手驱动方案的设计 4
2.3 机械手主要设计参数 5
3 夹钳式手部的设计 5
3.1 机械手手部设计的基本要求 5
3.2 机械手的选择 6
3.3 机械手的手指部分的分析计算 6
3．4 圆柱齿条的行程L16
4 机械手的腕部设计计算17
4.1 腕部设计的基本要求17
4.2 腕部结构的选取17
4.3 腕部结构的计算18
5 机械手的液压驱动系统26
5.1 液压系统传动方案的确定26
5.2 液压系统的合成27
5.3 动力元件和控制阀的选取27
结论28
致谢29
参考文献30
1 绪论
1.1 课题研究的目的及意义
社会化大生产发展的必然要求是：扩大生产规模、提高自动化程度。工程机械手是功能特殊、用途广泛的工程机械之一，在交通运输业、矿上开釆业、工业、水电工程、民用建筑和国防军事等部门中具有十分重要的作用。随着机械手在生产中的应用越来越广泛，工业生产的自动化水平得到了进
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
/> 致谢29
参考文献30
1 绪论
1.1 课题研究的目的及意义
社会化大生产发展的必然要求是：扩大生产规模、提高自动化程度。工程机械手是功能特殊、用途广泛的工程机械之一，在交通运输业、矿上开釆业、工业、水电工程、民用建筑和国防军事等部门中具有十分重要的作用。随着机械手在生产中的应用越来越广泛，工业生产的自动化水平得到了进一步的提高，劳动生产率也随之得到了大幅度的提升。同时，工业机械手的应用使得工人的劳动强度得到降低，也能够在保护工人的生命安全，提升和稳定产品质量。尤其是在高温高压，低温低压和腐蚀性、放射性、粉尘等恶劣的工作条件下，让机械手代替人类工作，对于保证生产、勘探、救援等任务的顺利完成具有极其重要的意义。
近几年来，汶川地震、台湾地震、海地地震等国内外自然灾害屡次发生。然而，在事故发生后的抢险工作中，机械手作为极其重要的抢险救灾设备，始终坚守在挽救人民生命财产安全的第一线上。同时激烈的国际、国内市场竞争也越来越依赖于科学技术的竞争，这些都促使工程机械手设计开发技术向大型化、高可靠性、高速化、自动化和智能化方向发展。因此，工程机械手的设计者们面临着新的、更大的考验。
本文主要的研究方向：利用机械原理和液压控制原理等理论，基于挖掘机机械手，设计一款具有速度快，力量大而且工作不受环境影响等优点的工业机器人的工作手，用来完成繁重的抓取物料，提升、回转至卸载位置，卸空后机械手再回到抓取位置并开始下一次作业的任务。因此，这是一种周期作业抓取机械。
1.2 课题国内外的研究发展状况
随着第二次工业革命的完成，西方发达工业国家拥有了一定的机械设计的先进理论，随着第二次世界大战的爆发，战争工业产品的消耗量急剧增加，工业机械手在此期间发展起来了。20世纪40年代后期，美国首先在原子能实验里开始进行搬运核原料的遥控机械手的研究。1950年以后，机械手在工业生产部门开始应用起来。机械手首先被应用于在环境条件恶劣，不适宜工人工作的工作场所装卸和取放货物。后来，作为作为机床的辅助装置，代替工人完成取放和更换工件、刀具、物料等简单重复性的工作，使得人力劳动得到了进一步的降低，控制了生产的成本。
20世纪50年代末，第一台机械手由美国的一家机械制造研制出来，它采用了示教型的控制系统；60年代初，该机械制造公司又在第一台机械手设计方案的基础上加以改进，又成功生产出一台数控示教再现型机械手。它的机械臂可以进行伸缩，腕部可以进行回转运动，随后出现的其他坐标形式的机械手大都都是在其设计基础上得以研制生产出来的。几乎就在同一时间，美国的另一家机械制造公司也成功制造出一种名叫Versatran机械手，该机械手能够对其运动轨迹进行控制。这2种机械手都是国外机械手发展的基础。在之后的几年内，机械设计师根据工业生产的特定要求，设计出了喷漆、弧焊等工业机器手。70年代末期，美国知名的机械制造特公司--尤曼特公司，与麻省理工学院和斯坦福大学联合研发出的一款新型工业机械手。该机械手可以通过电脑来进行控制，完成相应的动作，在工业生产中展现出良好的工作性能。德国的机械制造企业于70年初开始逐步采用机械手。制造企业大部分将接受应用于主要用于上下料、装卸货物等需要大量重复的高强度简单体力劳动中；虽然日本的机器人的研发与制造起步落后于美国和欧洲，但是该国工业机器人行业的发展速度十分迅速，在欧美引进了机械手之后，便开始了自己的研发与制造，现如今工业机械手在日本的各大中小企业中广泛应用，已经成为全球所有国家中工业机械手普及程度最为广泛的国家。
从1970年初，我国便着手机械手的研发，虽然我国的开始的时间落后于其他发达的工业国家，技术积累也没有发达的工业国家那么深厚，但是经过了多年的发展，也取得了重大的进步。其发展阶段大致可以划分为3个阶段。从1970到1980年，我国处于机械手发展的萌芽时期；1980年到1990年，我国开始自主设计研发机械手，在重要技术的掌握与突破上有了一定的进步；1990年到2000年，我国开始将工业机械手大量应用于生产实践中去，为我国改进生产技术，提高劳动生产率做出了重要的贡献。上海于1972年成功研发是我国的第一台机械手城市。于此之后，全国各大城市纷纷开始了自己的工业机械手的研发之路，各大机械制造企业联合地方高校，实现资源的互补，顺利研发出一批高质高效的工业机械手，如：沈阳工业大学设计制造的装卸载机器手，北京机械自动化研究所设计制造的喷涂机器手，大连机床研究所设计制造的氩弧焊机器手等等。
对于工业机械手，国外的研究起步比我国早，各方面的也比较成熟。目前，国际上市场的主流的机械手产品主要来自于欧美和日本。欧系中的主要是意大利的、德国的、奥地利的、及瑞典的公司的产品。日系中的主要是川崎、安川、松下等公司的产品。
在我国，国外机械手制造企业生产的产品在市场上收到国内各大企业的青睐，本土企业市场占有率明显偏低。这从侧面说明了我国在机械手研发与制造方面任重而道远，需要走的路还很长。为了能够拉近与国际先进水平之间的距离，甚至加以赶超，我国机械手行业需要付出更多的努力，要化压力为动力，为我国的机械手技术的发展做出更多，更大
1 绪论 1
1.1 课题研究的目的及意义 1
1.2 国内外的研究发展状况2
1.3 主要内容和方法 2
2 机械手的总体设计4
2.1 机械手结构方案的设计4
2.2 机械手驱动方案的设计 4
2.3 机械手主要设计参数 5
3 夹钳式手部的设计 5
3.1 机械手手部设计的基本要求 5
3.2 机械手的选择 6
3.3 机械手的手指部分的分析计算 6
3．4 圆柱齿条的行程L16
4 机械手的腕部设计计算17
4.1 腕部设计的基本要求17
4.2 腕部结构的选取17
4.3 腕部结构的计算18
5 机械手的液压驱动系统26
5.1 液压系统传动方案的确定26
5.2 液压系统的合成27
5.3 动力元件和控制阀的选取27
结论28
致谢29
参考文献30
1 绪论
1.1 课题研究的目的及意义
社会化大生产发展的必然要求是：扩大生产规模、提高自动化程度。工程机械手是功能特殊、用途广泛的工程机械之一，在交通运输业、矿上开釆业、工业、水电工程、民用建筑和国防军事等部门中具有十分重要的作用。随着机械手在生产中的应用越来越广泛，工业生产的自动化水平得到了进
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
/> 致谢29
参考文献30
1 绪论
1.1 课题研究的目的及意义
社会化大生产发展的必然要求是：扩大生产规模、提高自动化程度。工程机械手是功能特殊、用途广泛的工程机械之一，在交通运输业、矿上开釆业、工业、水电工程、民用建筑和国防军事等部门中具有十分重要的作用。随着机械手在生产中的应用越来越广泛，工业生产的自动化水平得到了进一步的提高，劳动生产率也随之得到了大幅度的提升。同时，工业机械手的应用使得工人的劳动强度得到降低，也能够在保护工人的生命安全，提升和稳定产品质量。尤其是在高温高压，低温低压和腐蚀性、放射性、粉尘等恶劣的工作条件下，让机械手代替人类工作，对于保证生产、勘探、救援等任务的顺利完成具有极其重要的意义。
近几年来，汶川地震、台湾地震、海地地震等国内外自然灾害屡次发生。然而，在事故发生后的抢险工作中，机械手作为极其重要的抢险救灾设备，始终坚守在挽救人民生命财产安全的第一线上。同时激烈的国际、国内市场竞争也越来越依赖于科学技术的竞争，这些都促使工程机械手设计开发技术向大型化、高可靠性、高速化、自动化和智能化方向发展。因此，工程机械手的设计者们面临着新的、更大的考验。
本文主要的研究方向：利用机械原理和液压控制原理等理论，基于挖掘机机械手，设计一款具有速度快，力量大而且工作不受环境影响等优点的工业机器人的工作手，用来完成繁重的抓取物料，提升、回转至卸载位置，卸空后机械手再回到抓取位置并开始下一次作业的任务。因此，这是一种周期作业抓取机械。
1.2 课题国内外的研究发展状况
随着第二次工业革命的完成，西方发达工业国家拥有了一定的机械设计的先进理论，随着第二次世界大战的爆发，战争工业产品的消耗量急剧增加，工业机械手在此期间发展起来了。20世纪40年代后期，美国首先在原子能实验里开始进行搬运核原料的遥控机械手的研究。1950年以后，机械手在工业生产部门开始应用起来。机械手首先被应用于在环境条件恶劣，不适宜工人工作的工作场所装卸和取放货物。后来，作为作为机床的辅助装置，代替工人完成取放和更换工件、刀具、物料等简单重复性的工作，使得人力劳动得到了进一步的降低，控制了生产的成本。
20世纪50年代末，第一台机械手由美国的一家机械制造研制出来，它采用了示教型的控制系统；60年代初，该机械制造公司又在第一台机械手设计方案的基础上加以改进，又成功生产出一台数控示教再现型机械手。它的机械臂可以进行伸缩，腕部可以进行回转运动，随后出现的其他坐标形式的机械手大都都是在其设计基础上得以研制生产出来的。几乎就在同一时间，美国的另一家机械制造公司也成功制造出一种名叫Versatran机械手，该机械手能够对其运动轨迹进行控制。这2种机械手都是国外机械手发展的基础。在之后的几年内，机械设计师根据工业生产的特定要求，设计出了喷漆、弧焊等工业机器手。70年代末期，美国知名的机械制造特公司--尤曼特公司，与麻省理工学院和斯坦福大学联合研发出的一款新型工业机械手。该机械手可以通过电脑来进行控制，完成相应的动作，在工业生产中展现出良好的工作性能。德国的机械制造企业于70年初开始逐步采用机械手。制造企业大部分将接受应用于主要用于上下料、装卸货物等需要大量重复的高强度简单体力劳动中；虽然日本的机器人的研发与制造起步落后于美国和欧洲，但是该国工业机器人行业的发展速度十分迅速，在欧美引进了机械手之后，便开始了自己的研发与制造，现如今工业机械手在日本的各大中小企业中广泛应用，已经成为全球所有国家中工业机械手普及程度最为广泛的国家。
从1970年初，我国便着手机械手的研发，虽然我国的开始的时间落后于其他发达的工业国家，技术积累也没有发达的工业国家那么深厚，但是经过了多年的发展，也取得了重大的进步。其发展阶段大致可以划分为3个阶段。从1970到1980年，我国处于机械手发展的萌芽时期；1980年到1990年，我国开始自主设计研发机械手，在重要技术的掌握与突破上有了一定的进步；1990年到2000年，我国开始将工业机械手大量应用于生产实践中去，为我国改进生产技术，提高劳动生产率做出了重要的贡献。上海于1972年成功研发是我国的第一台机械手城市。于此之后，全国各大城市纷纷开始了自己的工业机械手的研发之路，各大机械制造企业联合地方高校，实现资源的互补，顺利研发出一批高质高效的工业机械手，如：沈阳工业大学设计制造的装卸载机器手，北京机械自动化研究所设计制造的喷涂机器手，大连机床研究所设计制造的氩弧焊机器手等等。
对于工业机械手，国外的研究起步比我国早，各方面的也比较成熟。目前，国际上市场的主流的机械手产品主要来自于欧美和日本。欧系中的主要是意大利的、德国的、奥地利的、及瑞典的公司的产品。日系中的主要是川崎、安川、松下等公司的产品。
在我国，国外机械手制造企业生产的产品在市场上收到国内各大企业的青睐，本土企业市场占有率明显偏低。这从侧面说明了我国在机械手研发与制造方面任重而道远，需要走的路还很长。为了能够拉近与国际先进水平之间的距离，甚至加以赶超，我国机械手行业需要付出更多的努力，要化压力为动力，为我国的机械手技术的发展做出更多，更大
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