论文总字数：20078字

摘 要

机械手结构在现代制造业中已经被广泛运用于各个方面，特别是在搬运，装卸，喷漆，焊接等工业用处，能够极大的降低劳动力成本和减少生产过程中的危险，并且可以适应各种恶劣环境。在本课题中，需要设计一种回转机械手的机构，完成对工件的九十度搬运，而且需要承受100kg的冲击载荷。

本文将通过对现有机械手形式的分析和发展现状，设计一种具有上下升降，前后伸缩以及回转三个自由度的机械手。总体设计采用圆柱式机器人结构，手部利用小型气缸带动手爪进行夹持运动，手臂部分分别利用两个液压缸，在x轴方向进行伸缩运动，在z轴方向进行升降运动，而机械手的回转部分将采用直流电机配上行星减速器完成90度的回转运动。在支撑结构中加入导轨以增加机械手的强度，从而承受冲击载荷。

在结构设计和理论计算之后，将通过Pro/E软件进行三维的建模和运动仿真，以便完善机械手的实际使用。并结合市场产品的经济性分析，择优选择出性价比较高的结构零件。

关键词：机械手，液压驱动，三维建模。

Structural Mechanical Design and Simulation of a Rotary manipulator

Abstract

Manipulator structure has been widely used in modern manufacturing industry, especially in handling, loading and unloading, painting, welding and other industrial uses, which can greatly reduce labor costs and reduce the risks in the production process. And can adapt to all kinds of harsh environment. In this paper, we need to design a mechanism of rotary manipulator to carry the workpiece at 90 degrees and bear the impact load of 100kg.

This paper will design a manipulator with three degrees of freedom, including up-down and up-down, forward and rear expansion and rotation, through the analysis and development of the existing manipulator forms. The overall design adopts the cylindrical robot structure, the hand uses the small cylinder to drive the claw to carry on the clamping movement, the arm part uses the two hydraulic cylinders separately, carries on the telescopic movement in the x-axis direction, carries on the lifting movement in the z axis direction, The rotating part of the manipulator will use DC motor and planetary reducer to complete 90 degree rotation. The guide rail is added to the supporting structure to increase the strength of the manipulator and to withstand the impact load.

After structural design and theoretical calculation, 3D modeling and kinematics simulation will be carried out through Pro/E software in order to perfect the practical use of manipulator. Combined with the economic analysis of market products, the structure parts with high cost-performance ratio are selected.

Keywords: manipulator, hydraulic drive, three-dimensional modeling.

目录

第一章 绪论 1

1.1回转机械手设计概述 1

1.2 机械手技术的发展现状 1

1.3 机械手技术的前景展望 2

1.4 本文主要内容 2

第二章 回转机械手机械系统的总体设计 3

2.1 机械手的组成机构和工作系统 3

2.2 基本的机械手形式以及选择 3

2.3 系统动力结构的选择 4

2.4 机械手初步模型的建立 5

第三章 机械手各部件理论计算与选型 6

3.1 回转机械手抓取部分设计 6

3.1.1手部结构与手指结构选择 6

3.1.2 手部驱动力计算 6

3.1.3 夹紧气缸的选型 8

3.2 机械手手臂部分设计 11

3.2.1 手臂部分总体设计 11

3.2.2 水平伸缩液压缸的设计计算 11

3.2.3 横梁支架的设计计算 15

3.2.4 横向导向杆的设计 15

3.3 机械手立柱部分设计 16

3.3.1 立柱部分总体设计 16

3.3.2 立柱部分设计计算 17

3.3.4 竖直导向杆的设计 19

3.4 机械手底座部分设计 20

3.4.1 底座总体设计 20

3.4.2 电机计算与选型 21

3.4.3 减速器的设计选型 23

3.4.4 两个轴承的设计选型 25

第四章 经济性分析 27

4.1 经济性分析概述 27

4.2小型气缸的经济性分析 27

4.3两个液压缸的经济性分析 29

4.4 直流电机和配套减速器的经济性分析 33

第五章 三维建模与仿真 34

5.1 三维建模概述 34

5.2 各部件的三维模型 34

5.3 三维模型的运动仿真 38

第六章 总结 39

参考文献 40

致谢 42

第一章 绪论

1.1回转机械手设计概述

机械手（英文名：machine hand）通过复制人手的一系列习惯动作，通过固定的预先设置实现在三维空间中搬运，装卸等控制操作。作为早期工业机器人的雏形，它慢慢的代替人类在生产方面的手工劳动，加速实现生产加工的自动化和机械化。同时，由于机械手对工作环境的要求不是非常苛刻，可以代替人类在恶劣调节下的操作，比如水下工作，高温焊接，从而降低生产过程中的危险系数，保护人身安全。

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