摘 要

本次课题根据冲压钢板件的冲压生产线上的工作要求，设计一种关节式的送料机械手，完成某一工位的送料动作。同时，在其他的机械制造行业中也具有一定的通用性。论文中将对送料机械手根据冲压的工艺要求，进行结构设计，设计出满足工艺生产的送料机械手。具体研究内容如下：

1. 根据加工工件的加工环境，确定机械手的初始参数，并依据冲压自动化生产线状况和工作要求，设计机械手的自由度，确定机械手的总体设计方案。
2. 通过对液压、步进、和伺服电机驱动方式的分析和对比，确定送料机械手最佳的驱动和传动方案，并设计和改进机械手的相关结构。然后利用proe软件进行机械手的三维建模和装配，证明机械手结构设计的可行性。
3. 为了满足加工工艺生产中物料输送的要求，通过对比吸附式、夹取式等不同类型的末端执行器，选择出合适的末端执行器，最后设计出吸盘式的末端执行器。最后对电机、真空元件等机械手关键部件进行选型和计算，为后期的设计和实现做好准备。
4. 分析和研究机器人运动学理论，建立机械手移动和转动关节的 D-H 参数表。采用inventor软件建立机械手运动学模型，进行结构静应力分析。

关键词：关节式送料机械手 结构设计 运动学 静应力分析

Abstract

   This topic according to the stamping steel sheet stamping production line on the work requirements, the design of an articulated feeding robot, the completion of a station feeding action. At the same time, in other machinery manufacturing industry also has a certain degree of versatility. In this paper, the feeding robot will be designed according to the requirements of the stamping process, and the feeding robot satisfying the production process will be designed. The specific research contents are as follows:

According to the machining environment of the workpiece, the initial parameters of the manipulator are determined, and the freedom of the manipulator is designed according to the status and working requirements of the automatic production line.

Through the analysis and comparison of the hydraulic, stepping and servo motor drive modes, the optimal drive and transmission scheme of the feed robot is determined and the relevant structure of the manipulator is designed and improved. And then use proe software to manipulate the three-dimensional manipulator and assembly, to prove the feasibility of structural design of the robot.

In order to meet the requirements of material transportation in the production process, the appropriate end effector is selected by comparing the different types of end actuators such as adsorption and gripping, and finally the sucker end effector is designed. Finally, the motor, vacuum components and other key parts of the robot selection and calculation, for the late design and implementation to prepare.Analyze and study the kinematics theory of the robot and establish the D-H parameter table of the manipulator moving and rotating the joint. Inventor software was used to establish the kinematic model of the manipulator, and the static stress analysis was carried out.

Key words: joint feed robot；structure design ；kinematic ；static stress analysis

目录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1目的及意义 1

1.2国内外研究现状分析 1

1.2.1国外发展状况 1

1.2.2国内的发展状况 3

1.3研究（设计）的基本内容 5

第2章 总体方案设计及运动规划 7

2.1 机械手初始设计条件 7

2.1.1设计要求 7

2.1.2初始条件 7

2.2机械手总体设计 7

2.2.1关节型机器人的结构组成 7

2.2.2机械手结构设计 8

2.2.3末端执行器设计 8

2.2.4驱动系统设计 9

2.2.5 真空吸盘结构选型设计 10

2.2.6机械手本体材料选型设计 10

2.3机械手运动规划 11

2.3.2工作流程分析 11

2.4 机械手参数设计 12

2.4.2机械手工作行程时间规划 12

2.4.3机械手的技术参数设计 12

3.2机械手驱动系统选型设计 14

3.2.1基座处电机选型 14

3.2.2减速器的选型 17

3.3大臂处驱动系统选型设计 18

3.3.1大臂处电机选型设计 18

3.3.2大臂结构处减速器选型设计 19

3.4 小臂处驱动系统选型设计 19

3.4.1小臂处电机选型 19

3.4.2 小臂结构减速器选型设计 20

3.5手腕结构驱动系统选型设计 21

3.5.1手腕处电机选型设计 21

第4章 运动学分析 23

4.1 引言 23

4.3逆运动学分析 26

4.4小结 26

第5章 机械手运动仿真分析 27

5.1机械手结构静应力分析 27

5.1.1腰部结构静应力分析 27

5.1.2大臂结构静应力分析 29

5.1.3小臂结构静应力分析 31

5.2机械手优化设计 34

5.3机械手运动仿真 34

第6章 总结与展望 36

6.1总结 36

6.2 展望 36

致谢 37

参考文献 38

第1章 绪论

1.1目的及意义

机械手是指能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作机械机构^[1]。机械手在工业生产中，通过特定的程序控制和驱动系统的共同作用，使得机械手可以完成一些特定动作，利用这些特定的动作，机械手可以代替人类进行工作，完成工业生产中产品的物料搬运、输送、码垛等多种内容的工作内容，在工业生产中机械手具有着十分实际的工作能力。