摘 要

机械人的使用已经成为了未来工业的发展方向，针对与传统催化剂生产环节不同的催化剂生产，在降低成本的同时也要保证效率，本设计将机械臂的使用引入了这一种特殊的催化剂生产环节，考虑到机械臂的特点主要有灵活轻便布置方便。本文设计了一台五自由度的机械手臂用于应对这个环节中工件需要出现的各种姿态，已达到完成这一特殊的催化剂生产环节中的提淋环节的目的。

本文主要是完成机械设计部分，采用了SolidWorks建模结合Ansys静力学仿真的技术完成了对方案可行性的考究。

本设计主要的工作有：

（1）针对这一种催化剂生产工位的环境，分析尺寸要求，通过对工作空间和工作位置的分析，制定了总体的方针

（2）给予制定的总体方针完成受力的分析和，电机减速器等硬件的选型，确定总体的结构

（3）完成SolidWorks模型的建立，并经行运动干涉分析。

（4）在Ansys中对设计好的整个机械手，经行静力学分析，确定方案实施的可行性和可靠性。

（5）完成cad图纸的绘制和各个部件的强度校核，以进一步的论证该设计的合理性，确保方案已达到最优的解。

关键词：五自由度机械手；环保催化剂；智能生产；提淋；机械设计；有限元分析。

Abstract

The use of robots has become the future direction of the development of the industry, with the traditional catalyst for the production of different catalyst production, while reducing costs while ensuring efficiency, the design of the use of the arm into the introduction of this special catalyst production Link, taking into account the mechanical arm is mainly flexible and lightweight layout convenient features. This paper designed a five-degree-of-freedom manipulator to deal with the various parts of the workpiece in the need to appear in a variety of gestures, has reached the completion of this special catalyst for the production of the lifting of the link.
This paper is mainly to complete the mechanical design part, using SolidWorks modeling combined with Ansys static simulation technology to complete the feasibility of the program.
The main work of this design are:
(1) To analyze the size requirements for this type of catalyst production site, through the analysis of the work space and work position, the overall policy
(2) To give the overall policy to complete the analysis of the force and the motor reducer and other hardware selection, to determine the overall structure
(3) To complete the establishment of SolidWorks model, and by the movement of interference analysis.
(4) In the Ansys on the design of the entire robot, the static analysis of the line to determine the feasibility of the implementation of the program and reliability.
(5) To complete the drawing of the cad drawings and the strength of the various parts of the check to further demonstrate the rationality of the design to ensure that the program has reached the optimal solution.

Key words: Five degrees of freedom manipulator;Environmental protection catalyst;Intelligent production equipment;Mention leaching;Mechanical design;Finite element analysis..

目 录

1绪论 1

1.1目的及意义 1

1.2国外机械臂使用情况调研 2

1.3国内机械臂使用情况调研 2

2智能生产装置的设计 3

2.1任务要求 3

2.2智能生产装置的主要执行机构 3

2.2.1腰部主轴回转机构的动力 3

2.2.2臂1臂2臂3的转动 4

2.2.3臂3的轴向转动 6

2.2.4臂3末端手爪 6

2.3智能生产装置的方案设计 7

2.3.1整体的力学参数分析 7

2.3.1.1物件处于竖直状态时的受力分析 7

2.3.1.2物件处于竖直状态时的受力分析 9

2.3.2臂3的轴向转动关节设计 11

2.3.3臂3的转动关节设计 11

2.3.4臂2的转动关节设计 12

2.3.5臂1的转动关节设计 13

2.3.6腰部回转关节设计 14

3各个关节的机械强度校核 15

3.1第3臂的转动腕部轴的设计校核 16

3.1.1竖直状态时的校核 16

3.1.2水平状态时的校核 17

3.2臂3和臂2的连接处的轴的设计及校核 20

3.3臂2和臂1的连接处的轴的设计及校核 22

3.4臂1和底座的连接处的轴的设计及校核 23

3.5连杆机构关节轴的校核 25

4重要部件的有限元分析 28

4.1整体的静力学分析 28

4.2臂3的静力学分析 29

4.3臂2的静力学分析 30

4.4臂1的静力学分析 31

5结语 33

6参考文献 34

致谢 39

1绪论

随着科技的不断发展，机器人在工业中的应用也在不断的扩大，机器人技术的运用对当前社会非常重要的意义。不过作为一中高新技术机器人技术涉及到的学科知识非常多，它包含有传感器技术、控制技术、通讯技术等许多学科知识。而机械手臂作为目前机器人存在的最主要的执行机构，工程人员们对它的关注也越来越多。

机械臂主要由运动算法、硬件控制、人机交互软件和机械结构组成。但这都知识大致上的说如果进一步具体设计的话还需要考虑到运动学的分析、结构的设计、轨迹选择的研究还有一系列仿真过程等。不过，对于比较轻型的机械手的研发过程而言，要让整体运动协调，各个关节之间紧凑。时代在进步，机械臂的运用也越来越灵活，从军事、工业到娱乐和日常生活，已经无所不能用了。

目前工业中使用的大多数机械臂都是具有一个固定的活动范围的，也就是围绕着基座进行运动，所以因为这个活动范围，机械臂更多的应用于工业生产中的需要不断重复的工作，由于持续工作时间更优于人工所以效率也远大于人力劳动，而且后续的投入也少。

1.1目的及意义

环保催化剂是指具有较高活性能将浓度不是很高或者比较低的环境污染物经过催化反应分解掉；由于催化剂本身不参与化学反应，所以能大量节省成本提高效率；而且环保催化剂对工作环境的要求也很低，能适应大多数的场合。由于被处理的物质，通常含有粉重金属、氯化合物等，所以要求催化剂具有一定的化学稳定性，不会受到恶劣环境的影响。有时候，因为催化剂使用的种类和需要的场合不对应会导致对环境的二次污染。在实际的使用当中，由于需要处理的污染物质的浓度、成分、温度有差异，所以要求催化剂能在非实验室的恶劣环境中保持它的催化效率，这个催化的过程和典型的化工厂当中所用的催化剂是完全不一样的。