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基于轮胎夹持机械手设计大学论文
摘要
本设计是关于车床的机械手设计，在日常工作生产中机械手的运用是非常广泛的可以说是一种必不可少的科技产品,机械手是一种模仿人手的结构而设计的一种零件,在日常工作中它可以根据人们发送的指令来完成一系列的工作，所以它的灵活度十分的高运用很广泛。
与此同时，也说明了工业机械手可以完成人们完成不了或者很危险的工作，比如，工业机械手可以代替人们做一下复杂精密的工作，这不仅可以减少
失误,还可以大大提高了工作的效率,有利于社会更快的发展，与此同时，比如一些很危险的工作，比如在车床上切钢板，如果让人工来操作，那么就会显的很危险，所以这时候让机械手来代替人工那么危险系数会大大的降低，所以机械手的运用必不可少。
工业生产的大型工件的运用和操作，此时人工来操作的话会很困难，但是如果编写程序让机械手来操作那么工人只要按一下按钮就可以轻松的操作机械手来完成一系列复杂的工作了。
与此同时，对于一些十分严酷的环境，如果人工操作的话会显十分的。
更现实的优势,具有广阔的应用前景。
流水线车床生产是未来生产行业的一个必然的趋势，如果把机械手运用到这个领域中那么就会大大降低工作时间，大大提高工作效率，所以在目前的这个领域里，对于机械手的开放利用，是一个重大的商机，更是一个大的趋势，因为在目前的生产环境，该产品是必不可少的设备。
所以就这点来说，我国要大力发展机械电子方面，这个领域在未来有着不可替代的作用，如果大力发展了这个专业那么我国未来的机械电子行业，各种高科技行业都会有着更有力的发展。
另一方面人才是这个领域的核心，所以
要大力培养相关方面的人才才有可能让我国在这个领域里越来越强大。
并且通过发展自己的国家研究和开发，使其可成为机械行业的良好发展动力。
对于这个设计来说，手的设计是关键中的关键，人类的手可以完成大量超凡复杂的工作，所以我们所制作的机械手也要这个方面的能力，有着超高的灵活度，那么机械手就可以完成一系列大量的工作，而且还进一步的开发了电子机器人可以执行许多操作。
只有本发明，谁是从繁重的劳动中逐渐的工对于人类来说无法完成或者危险的工作，那么机械手是一个很好的代替。
让更多的人解放出来了，加入了许多机械电子零件的部分，不仅减少了人力，还大大缩小了工作的时间，对于一个企业来说这个方面的创新不仅可以节约成本还可以提高效率，真是两全其美。
我相信大部分的工厂都愿意做这件事情。
因为这时不仅节省了时间，同时也降低了企成本。
这个主题的汽车计算机辅助设计技术的应用,机械和液压原理设计的总体方案设计,已经清楚的坐标机械手和自由形式和机械手的技术参数。
和设计夹紧机械手手结构,结构手腕、手臂结构。
所以它可以执行实际生产自动上料运动,根据满足生产力的需求是机械手的运动速度。
关键词：
机械手；手部设计；结构设计；CAD
Abstract
Thisdesignisaboutlathemanipulatordesign,theapplicationofmanipulatorinthedailyworkofproductionisaverybroadisakindofindispensabletechnologyproducts,manipulatorisakindofimitatingthestructureanddesignofapartofaman'shand,itmay,accordingtopeopleindailyworkingtosendinstructionstocompleteaseriesofwork,soit'sveryhighuseofverybroadflexibility.Atthesametime,alsoexplainstheindustrialrobotscandopeoplenotbecompletedordangerouswork,suchasindustrialrobotscanreplacepeopletodothesophisticatedwork,thiscannotonlyreduce
Error,canalsogreatlyimprovetheworkefficiency,promotesthedevelopmentofsocietyandfaster,atthesametime,suchassomeverydangerouswork,suchasonthelathecuttingsteelplate,ifletartificialoperation,thenwillshowisverydangerous,sothistimeletmanipulatortoreplacethemanualsowillgreatlyreducetheriskcoefficient,sotheuseofmanipulatorisindispensable.Industrialproductionoftheuseandoperationoflargeworkpieces,theartificialtooperationwillbeverydifficult,butiftheprogramletmanipulatoroperationworkersjustpressthebuttoncaneasilymanipulatortocompleteaseriesofcomplexwork.Atthesametime,forsomeveryharshenvironment,willshowveryifmanualoperation.Theadvantageofmorerealistic,hasbroadapplicationprospects.Productionlinelatheisaninevitabletrendofmanufacturingindustryfuture,ifthemanipulatorusedinthisfieldwouldgreatlyreducetheworkingtime,greatlyimprovetheworkefficiency,sointhisareasofar,foropenusingmanipulator,isoneofthemajorbusinessopportunities,itisabigtrend,becauseinthecurrentproductionenvironment,theproductisindispensableequipment.So,assuch,ourcountryshouldvigorouslydevelopmachineryandelectronics,thisareahasanirreplaceableroleinthefuture,ifthedevelopingtheprofessionalmachineryandelectronicsindustryinourcountryinthefuture,thedevelopmentofvarioushigh-techindustrywillhaveamorepowerful.Ontheotherhandtalentisthecoreofthefield,so
Shouldvigorouslydeveloprelevanttalentsislikelytomakeinthisfieldinourcountryisgettingstrongerandstronger.Andthroughthedevelopmentstateoftheirownresearchanddevelopment,makeitscanbeagooddevelopmentmomentumofmachineryindustry.
Forthedesign,thedesignofthehandisthekeyofthekey,thehumanhandcandoalotofunusualcomplexwork,sowemadethemanipulatoralsowantstheability,hashighflexibility,thenmanipulatorcancompleteaseriesofalotofwork,butalsofurtherdevelopmentoftheelectronicrobotscanperformmanyoperations.Onlythepresentinvention,whoisgraduallytheheavylaborworkforhumancouldnotbecompleteordangerouswork,themanipulatorisaverygoodinstead.Letmorepeopletoliberate,joinedthemanymechanicalparts,electroniccomponentsnotonlyreducethemanpower,alsogreatlyreducestheworktime,theinnovationforanenterprisecannotonlysavecostsbutalsocanimprovetheefficiency,isthebestofbothworlds.Ibelievethatmostofthefactoriesarewillingtodoit.Becauseatthismomentnotonlysavestime,butalsoreducetheenterprisecost.
Thethemeofcartheapplicationofthecomputer-aideddesigntechnology,overalldesignofmechanicalandhydraulicprincipledesignandhasclearthecoordinatesofthemanipulatorandfreeformandtechnicalparametersofthemanipulator.Anddesigntheclampingmanipulatorhandstructure,structureofthewrist,armstructure.Soitcanperformtheactualproductionofautomaticfeedingmovement,accordingtomeettheneedsofproductivityistherateofmovementofthemanipulator.
KeyWords:
manipulator;handingstructure;structuredesign;CAD
目录
第一章前言1
1.1工业机械手的分类1
1.2轮胎夹持机械手的设计背景2
1.3轮胎夹持机械手的组成及作用2
1.3.1组成2
1.3.2作用5
1.4毕业设计章节内容6
第二章轮胎夹持机械手的传动系统设计7
2.1轮胎夹持机械手的设计关键技术参数7
2.2传动方案设计7
2.2.1原理设计7
2.2电机的选择8
2.2.1电机的功率选择8
2.2.2电机的品牌及型号确定11
第三章轮胎夹持机械手的主体部分结构设计13
3.1机器人连接部分基座的结构设计结构13
3.2轮胎夹持机械手手指部分的结构设计15
3.2.1手指的结构15
3.2.2手指内部压力传感器的设计17
第四章基于solidworks软件进行轮胎夹持机械手的建模及装配20
4.1solidworks软件建模与装配概述20
4.2运用SolidWorks软件进行零件设计（以伺服滑台的零件中的一个为例）20
4.3运用SolidWorks软件进行零件装配23
毕业设计感想28
致谢29
参考文献30
第一章前言
1.1工业机械手的分类
1.按用途分类
工业机械手按照用途可以分为专用机械手和通用机械手。
2.按控制型式分类
工业机械手按控制型式可以分为点位控制型机械手和连续控制型机械手。
3.工业机械手的基本型式及其运动形式
机械手型式较多，从手臂坐标的型来说，基本有四种基本的型式，分别是:
直角坐标式，圆柱坐标式，球坐标式和关节式等。
⑴直角坐标式机械手
这种型式的机械手结构简单、运动直观、便于实现高精度。
占据空间位置大，工作范围较小是缺点。
⑵圆柱坐标式机械手
圆柱坐标式机械手又称为回转型机械手，是应用最多的一种型式，它适用于搬运和测量工件。
⑶球坐标式机械手
一个旋转运动、两个旋转运动以及两个旋转运动加一个直线运动，与回转型机械手相比，在占有同样空间位置的情况下，其工作范围扩大了。
⑷关节式机械手
关节式机械手又称屈伸型机械手，是一种适用于靠近机体操作的机械手。
它象人手一样有肘，可实现多个自由度，动作比较灵活，适于在夹窄空间工作。
关节式机械手的特点有:
大臂和小臂的摆动，以及肘关节和肩关节的运动;它具有上肢结构，可实现近似于人手操作的技能。
1.2轮胎夹持机械手的设计背景
目前很多企业采取人工搬运，在一些简单重复尤其是比较笨重的操作中，用机械手替代人进行工作，可以避免因为疲劳操作或失误而导致的人身事故。
知名轮胎企业米其林现在仍然有人工搬运轮胎，固特异也是如此，并不能完全采用自动化流程来降低人工消耗。
人工缺点：
⑴生产效率低下，不能及时的搬运成品轮胎，导致轮胎推积。
⑵大型车轮胎重量基本在50kg左右，需要工人有良好的体力，长时间搬运导致工人体力不足，容易造成人身事故。
⑶橡胶轮胎生产过程中，必定产生有毒有害气体，对工人的身体健康造成不可逆的影响。
基于上述缺点，机械自动化流程是必要的，轮胎夹持机械手的应用也会随着发展而普及。
1.3轮胎夹持机械手的组成及作用
1.3.1组成
轮胎夹持机械手系统包括关节机器人、前端夹持器、控制系统，本设计组要根据前端夹持器进行设计。
轮胎前端夹持器的组成动力装置、检测装置、传动装置、执行装置
1.动力装置
机械手按驱动方式分为液压式，气动式，电动式，机械式机械手；按适用范围可以分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹可以分为点为控制和连续轨迹控制机械手等。
（1）电动驱动
①精确度高
②节省能源
③精密控制
④改善环保水平
⑤降低噪音
⑥节约成本
（2）气压驱动
优点
①空气作为介质。
②空气的粘度很小，损失也很小。
③过载保护。
缺点
①由于空气具有可压缩性。
②因为工作压力低（一般为0.31.0MPa），总输出力不宜大于10～40KN。
③噪声较大，在高速排气时要加消声器。
④气动装置中的气信号传递速度在声速以内比电子及光速慢。
（3）液压驱动
优点
①有很大的力矩惯量比，体积小、重量轻、惯性小、结构紧凑、布局灵活。
速度、扭矩、功率均可无极调节。
②元件的自润滑性好。
缺点
①液压传动不能得到严格的传动比
②不适宜远距离传动。
③在高温和低温条件下，采用液压传动有一定的困难。
④液压元件制造精度要求高，给使用与维护保养带来一定困难。
⑤发生故障不易检查。
根据工件要求，被加持物体体积较大，重量较重，选择电机驱动机构提供加持力。
而液压和气压虽然可以提供较大的动力源，但是没有电机驱动简单、方便。
而且电机拆装方便，价格低廉。
因此综上所述，动力源选择电机驱动。
2.检测装置
控制系统是通过机械手每个自由度的电机控制，来完成特定动作。
同时接受传感器反馈的信息，形成稳定的闭环控制。
传感器分为内部状态传感器和外部状态传感器
（1）内部状态传感器分为位置传感器和角度传感器
（2）外部传感器：
①物体识别传感器主要是通过视觉和触觉来感知
②物体探测传感器主要应用在光电开关和超声波
③距离传感器应用在摄像机等领域
④力传感器是本设计主要用到的传感器，能感知工作中力的大小，避免力量过大将工件破坏。
3.传动的类型
（1）链传动工作特点
链传动是由两个具有特殊齿形的链轮和一条挠性的闭合链条所组成的。
（2）齿轮传动
齿轮传动是一种啮合传动
（3）蜗杆传动原理
蜗杆传动主要由两根蜗杆组成
蜗杆传动主要特点：
①速比大
②传动平稳
③有自锁作用
④效率低
本设计采用蜗杆传动，由两个蜗杆带动夹手的移动。
4.执行装置
手部既直接与工件接触的部分，一般是回转型或平动型，手部多为两指。
根据需要分为外抓式和内抓式两种；也可以用负压式或真空式的空气吸盘和电磁吸盘。
本设计采用平动型，外抓式。
1.3.2作用
1.以提高生产过程中的自动化程度
应用机械手有利于实现材料的传动、工件的装夹、从而可以提高劳动生产效率和降低生产成本。
2.以改善劳动条件
在高温、有放射性或有其他毒性污染以及工作空间狭窄的场合中，应用机械手就可以完成部分或者代替人安全的完成工作，从而改善劳动条件。
3.可以减轻人力
应用机械手代替人进行工作，是减少人力的另一个优势。
1.4毕业设计章节内容
第一章前言
第二章轮胎夹持机械手的传动系统设计
第三章轮胎夹持机械手的主体部分结构设计
第四章基于solidworks软件进行轮胎夹持机械手的建模及装配
第二章轮胎夹持机械手的传动系统设计
2.1轮胎夹持机械手的设计关键技术参数
本机械手的夹持工件
1、轮胎的重量30kg到50kg
2、夹手具备抓取轮胎的直径范围在：
255-510mm，轮胎的厚度：
100-150mm
3、机械手的夹持速度0.5m/s
2.2传动方案设计
2.2.1原理设计
本设计方案采用如下的原理图见图2.1
图2.1原理图
1.电机2.减速器3.齿轮4.轴5.左旋丝杠6.夹手7.丝杠螺母8.联轴器9.右旋丝杠
工作原理说明：
在电机1的驱动下，扭矩经过减速器2以及齿轮的减速后，将扭矩传给轴4，轴4是由两个旋向相反的丝杠组成，丝杠5、9上分别安装螺母，当轴2沿不同方向转动时，可以实现螺母的同时分离和靠拢，因为螺母上安装着手指，所以能够实现对工件的加紧和松开。
2.2电机的选择
2.2.1电机的功率选择
根据参数要求，轮胎重量为30kg-50kg，则最低标准为50kg，轮胎的
在工件被加紧时，应取需要夹紧力最大的情况，为标准情况。
——夹紧力
——摩擦系数
——安全系数
工件因为夹手在夹取的过程中，没有冲击力，所以工作平稳，此时查机械手册可知，工作安全系数，
因为抓取时是轮胎与工件的接触，所以查询机械设计手册可知摩擦系数
带入数据，
可得出夹紧力
由于本次设计采用丝杠螺母结构，两手指上的夹紧力分别为
查机械设计手册得出
轴=0.99
联轴器=0.99
丝杠=0.94
齿轮=0.97
减速器=0.97
=
=3984
总=减速器
轴
齿轮
轴=0.92
直径32mm丝杠参数见表2.1
表2.1丝杠参数表
丝杠型号
d
I
Da
D
A
B
L
H
Z
DFU02510-4
32
10
4.762
40
65
12
145
51
6.6
DFU03204-4
4
2.381
50
80
12
80
65
9
DFU03205-4
5
3.175
50
80
12
102
65
9
DFU03206-4
6
3.969
50
80
12
105
65
9
DFU03208-4
8
4.762
50
80
12
122
65
9
DFU03210-4
10
6.350
50
80
12
162
65
9
根据参数表确定导程。
可求T
带入数据得
KW
==125
N为丝杠转速V=NI速度0.5
电机功率P/总效率
电机功率=543W
所以本次设计采用750W电机，选择三洋电机，拟定R2AA08075FXH00
2.2.2电机的品牌及型号确定
电机的品牌：
三洋电机
型号确定：
R2AA08075FXH00
电机好处：
（1）直流无刷变频电机拥有节能、降噪的明显优势。
（2）就技能方面而言，因其采用直流变频，从而降低了电耗。
（3）降噪方面的优势，直流无刷变频电机因其采用无刷技术，相比传统的有刷电机，在降噪方面解决了有刷电机在换向时产生火花和碳刷产生的噪音。
三洋直流无刷变频电机因其超前的性能优势，现已广泛用于三洋系列产品上，在节能、环保方面也走在了同行业的前列，所以说一个成功的技术研发会给一个行业带来新鲜的血液，让这个企业永远保持着生命力，毫无疑问，三洋无刷变频电机做到了这一点。
第三章轮胎夹持机械手的主体部分结构设计
3.1机器人连接部分基座的结构设计结构
采用沈阳新松通用型工业机器人210KG机器人SR210B见图3.1工业机器人
图3.1工业机器人
机器人链接法兰见图3.2
图3.2法兰参数图
机器人参数见图3.3
图3.3机器人参数图
3.2轮胎夹持机械手手指部分的结构设计
3.2.1手指的结构
机械加持手采用V型结构如图3.4所示，可以确保工件在被加紧时有最大的夹紧力，保证工件不会在被加紧时脱落，避免损坏工件。
图3.4手指结构
手指采用此种设计方案，两个手指分别链接在左旋右旋丝杠上，可实现同时加紧和松开。
3.2.2手指内部压力传感器的设计
本文所采用的采用欧姆龙E32-T11N螺纹透过型光钎传感器。
传感器的外观及传感器的参数如图3.7所示。
在机械夹手工作过程中，必须要确保工件不会被夹手的夹紧力所损坏，此时就必须要在机械夹手上添加传感器，以保证工件不会被机械夹手所损坏，这是设计机械夹手所必备的元件。
图3.7传感器图
优点：
标准的螺纹形状。
在支架上开孔，使用螺母安装。
直角型的电缆可沿壁面接线，因此拥有不易钩挂的优点。
传感器参数图见图3.8
图3.8传感器参数图
该传感器的作用：
抓取过程中，当夹手夹紧力轮胎时，传感器向总控发出夹紧信号，当总控系统接到该信号时候，会向机器人发出控制信号，机器人可以将轮胎移开。
第四章基于solidworks软件轮胎夹
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