摘 要

21世纪的中国，机器自动化如雨后春笋，蓬勃崛起，机械手臂、机器人的使用更是衡量当前自动化程度世水平高低的重要指标。在微机电系统领域中，更是需要机器的精准自动化去完成人所做不到的，实现不可能到可能的高效、精确、智能。在纤维铺放机中使用机械手便是最好的事例和证明。

纤维铺放机器人是在碳纤维铺带过程中由机械手代替传统的人工纸糊，而纤维复合材料所具备的高性能在应用中对加工技术要求较高，传统工艺已经越来越耐以适应我国逐步完善的工业体系，逐渐追求的“中国质造”，而不是“中国制造”，使用机械手已成为不可阻挡的趋势。而且，机械手在纤维铺放过程中实现高加工难度的管状曲面加工，并同时保证精度和质量。纤维铺放过程机械手的应用也提高了系统柔性,实现了制造更复杂机械结构的可能性。

随着我国“中国梦”的起航，“一带一路”等的世纪战略，中国正从沉睡中全面觉醒，大步迈入世界，随之而来的是前所未有的机遇和挑战，各个领域都将面临崭新的未来，纤维所代表的复合材料产品制造行业同样如此。因此，技术的积淀和创新是必需进行的。

在设计论文中，重点对纤维铺放系统中的6轴机械手的结构设计、参数计算、材料及选型等进行了阐述。研究了机械手的腰部回转、大臂、小臂、2个腕部结构及腕部回转结构，材料选取及个参数设计，使用三维软件对机械手建模，模拟动态图性。

本论文通过对上述纤维铺放机器人铺放系统的研究，设计了机器人6轴机械手。迫切希望次能对我国纤维铺放技术及高性能复合材料制造应用水平的发展和提高有一些帮助，筑“中国梦”振翅飞。同时回顾自己大学的课程学习，加深自己对机械行业发展的理解，初步具备机械设计的基本能力和机械领域的广阔视野。

关键词:；机械手；力矩；强度；运功范围

Abstrct

The 21st century China, the machine automation mushroomed, vigorous rise, the use of robots, robots is to measure the level of the current level of automation is an important indicator of the level of the world. In the field of micro-electromechanical systems, it is necessary to complete the precision of the machine to complete the people can not do, to achieve the possible high efficiency, precision, intelligence. The use of robots in fiber laying is the best example and proof.

Fiber laying robot is in the carbon fiber paving process by the robot instead of the traditional artificial paper paste, and fiber composite materials with high performance in the application of high processing technology requirements, the traditional process has become increasingly resistant to China gradually Perfect industrial system, and gradually pursue the "Chinese quality", rather than "Made in China", the use of manipulators has become an irresistible trend. Moreover, the robot in the fiber laying process to achieve high processing difficulty of the tubular surface processing, and at the same time to ensure accuracy and quality. The application of the fiber placement process also enhances the flexibility of the system and enables the possibility of making more complex mechanical structures.

With China's "China Dream" set sail, "one way along the way" and other century strategy, China is awakening from the deep sleep, big step into the world, followed by unprecedented opportunities and challenges, all areas will face The new future, the fiber represents the composite material manufacturing industry as well. Therefore, the accumulation and innovation of technology is necessary.

In the design paper, the structure design, parameter calculation, material and selection of 6-axis manipulator in fiber laying system are expounded. The structure of the waist, the arm, the arm, the wrist structure and the wrist rotation structure, the material selection and the parameter design were studied. The three - dimensional software was used to model the manipulator and simulate the dynamic graph.

In this paper, the robot 6-axis manipulator is designed by studying the laying system of fiber laying robot. Eager to sub-China fiber laying technology and high-performance composite materials manufacturing application level of development and improvement have some help, build "Chinese dream" wings fly. At the same time review their own university courses to learn to deepen their understanding of the development of the machinery industry, the initial mechanical design with the basic ability and mechanical field of vision.

Key words: manipulator; moment; strength; operational range

目录

第1章 绪论 1

1.1纤维铺放机械手技术 1

1.2 机械手的发展概况 1

1.2.1国外运用及趋势 1

1.2.2国内运用及趋势 2

1.3课题研究的目的及意义 3

第2章 机械手总体设计方案 4

2.1机械手的组成 4

2.1.1 执行机构 4

2.1.2 驱动机构 4

2.1.3控制机构 5

2.2 机械手在生产中的作用 5

2.3 机械手的主要特点 5

2.4机械手的技术发展方向 6

2.5设计参数 7

2.6机械手结构 7

第3章 设计计算及选型 9

3.1腕部摆动结构 9

3.1.1腕部摆动力矩计算 9

3.1.2腕部摆动减速器及电机选型 10

3.2腕部回转1部分计算及选型 11

3.2.1腕部回转1部分转矩计算 11

3.2.2腕部回转1减速器及电机选型 11

3.3腕部回转2部分计算及选型 12

3.3.1腕部回转2转矩计算 12

3.3.2腕部回转2减速器及电机选型 12

3.4小臂计算及选型 13

3.4.1小臂转矩计算 13

3.4.2小臂结构减速器及电机选型 14

3.5大臂结构计算及选型 15

3.5.1大臂结构转矩计算 15

3.5.2大臂结构减速器及电机选型 15

3.6腰部回转机构计算及选型 16

3.6.1腰部回转结构转矩计算 16

3.5.2腰部回转结构减速器及电机选型 17

第4章 轴强度计算及校核 18

4.1 小臂强度计算及校核 18

4.1.1 小臂梁轴强度计算及校核 18

4.1.2小臂旋转主动轴键槽处疲劳强度校核安全系数 20

4.2大臂强度计算及校核 23

4.2.1大臂梁轴强度计算及校核 23

4.2.2大臂旋转主动轴键槽处疲劳强度校核安全系数 24

第5章 机械手三维模型建立 26

第6章 总结 29

参考文献 31

附录1 轴径标准尺寸（GB2822-81） 33

第1章 绪论

1.1纤维铺放机械手技术

传统手工的纤维铺放方法是通过人工纸糊，这些制品完成手工切割达到要求的规范标准后，按照路径完成一层又一层的铺带。这种方法因要求劳动力密集度较高从而导致劳动成本升高；同时在生产过程中材料的浪费十分严重，生产出的产品质量参差不齐，合格率低，难以达到现代的的标准，同时效率也不高，受人为主观因素影响较大，被淘汰是迟早的事情。

机械手是能模仿人手和臂的某些动作功能^【1】，能充分满足现代高智能化的生产需求，在解决质量和效率问题的同时，还能精确控制产品加工需要的环境条件，如温度、湿度、气体流速、静电等等，将复合材料在强度、硬度、刚度和化学性质等高性能特征全面发挥出来。

1.2 机械手的发展概况

1.2.1国外运用及趋势

国外在机械手的研制已有50多年的历史，如1962年美国机械锻造公司也实验成功一种叫Versatran机械手;1978年美国Uni-mate公司和斯坦福大学、麻省理工学院联合研发一种Uni-mate型工业机械手，一种操作的小型电子计算机控制装置,定位误差小于1毫米;德国KN KA公司还生产一种点焊机器人,关节式结构和程序控制;瑞士retab公司制作的一个画手,教学方法的程序选择;瑞典公司选定的机械手清洗铝柄齿轮箱、毛刺等。工业机器人作为最高端的工业自动化产品,需要深厚的技术积累。Gao Tao Bill于1982正式成立工业机器人部,历经35年的发展壮大与其在精密机械制造方面的优势，以及其本身在生产中大力使用机器人产品所累积的丰富实践经验和注重用户对机器人的观感和认知是密不可分的。史陶比尔所具备的快速、精确、简便、洁净等显著特征也是现代工业机器人所存在的价值理念。