论文总字数：15045字

摘 要

随着科学技术在不断的向前发展，制造业和数字控制产业的发展也变得非常重要，传统的生产中，工件需要人来进行搬运，而现在生产线和机床上，出现了机械手，可以实现对工件的自动化搬运。本文研究分析桁架机械手的设计方案，首先进行X与Z轴的电机选型，然后确立桁架式机械手的结构和包括横梁尺寸，立柱尺寸等主要参数。并对机械手臂进行结构设计，保证结构紧凑并能满足任务要求。结构设计中主要对机架部分和机械手臂部分进行设计。同时利用SolidWorks三维软件进行机械手的仿真分析。从而对结构进行了优化设计，最终绘制桁架式机械手的装配图和零件图。

关键词：桁架式机械手；结构设计；仿真

Structural Design and Simulation of Truss Manipulator

Abstract

With the continuous development of science and technology, the development of manufacturing industry and digital control industry has become very important. In traditional production, workpieces need people to carry them. Now, there are robots in production lines and machine tools, which can realize the automatic handling of workpieces. In this paper, the design scheme of truss manipulator is studied and analyzed. Firstly, the motor type of X and Z axes is selected, and then the structure of truss manipulator and its main parameters including beam size and column size are established. The mechanical arm is designed to ensure compact structure and meet the task requirements. In the structural design, the frame part and the arm part are mainly designed. At the same time, SolidWorks three-dimensional software is used to simulate and analyze the manipulator. The structure is optimized and the assembly and part drawings of the truss manipulator are finally drawn.

Key words:Truss Manipulator，Structural Design，Simulation

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 引言 1

1.1 桁架式机械手的选题背景与意义 1

1.2 桁架式机械手的发展趋势 1

1.3 桁架式机械手的分类 1

1.4 课题任务 2

1.4.1 任务要求 2

1.4.2 方案设计 3

第二章 二自由度桁架式机械手的结构原理与参数确立 4

2.1 二自由度桁架式机械手的结构组成 4

2.2 桁架式机械手的动作原理 4

2.3 桁架式机械手的控制原理 4

2.4 桁架式机械手关键零件的选型计算 5

2.4.1 电机的选型计算 5

2.4.2 机械手的选型计算 8

2.5 本章小结 9

第三章 桁架式机械手的结构设计 10

3.1 总体介绍 10

3.2 立柱的结构设计 10

3.2.1 方钢管 11

3.2.2 支撑板 11

3.2.3 加强筋 11

3.2.4 立柱总体效果图 12

3.3 X轴组件的结构设计 12

3.3.1 X轴横梁 12

3.3.2 横向安装板 13

3.3.3 直线导轨 13

3.3.4 齿轮齿条 14

3.3.5 滑块 14

3.3.6 移载安装板 15

3.3.7 X轴组件的总体效果图 16

3.4 Z轴组件的结构设计 16

3.4.1 Z轴移载立柱 16

3.4.2 Z轴组件的总体效果图 17

3.5 机械手的选用结构 17

3.5.1 旋转气缸安装座 18

3.5.2 旋转气缸 18

3.5.3 气动夹爪固定座 19

3.5.4 手指平行气缸 20

3.5.5 夹爪 20

3.6 桁架式机械手总体效果图 21

3.7 本章小结 21

第四章 桁架式机械手的运动学仿真分析 22

4.1 SolidWorks Motion软件简介 22

4.2 桁架式机械手运动仿真的目的 22

4.3 桁架式机械手的运动仿真流程 22

4.4 本章小结 27

第五章 总结展望 28

5.1 总结 28

5.2 展望 28

致谢 29

参考文献 30

第一章 引言

1.1 桁架式机械手的选题背景与意义

中国制造2025是我国实现制造强国的战略国策，其中五大工程之一的“智能制造工程”现在正处于深入的研究。机械手是一种能够模仿人类手和臂的某些动作功能，用来搬运物件、按固定程序抓取或操作工具的自动操作装置，性能和构造上兼有机械手机器和人各自的优点，是“智能制造工程”不可或缺的组成部分，桁架式机械手具有高速稳定、高强度、高精度、高性价比和操作加单的特点，应用十分广泛。

本课题的目的在于设计一种能够代替人工实现搬运作业的桁架式机械手，解决很多企业在实际生产中面临的诸如招工难，产品质量不稳定，人力成本高等一系列问题，因此开展本次课题的研究具有下面三个方面的意义：

（1）解决企业招工难的问题。

（2）降低企业成本，提升企业产品的市场竞争力。

（3）改善工人作业环境，降低工人的劳动损伤^[1]。1.2 桁架式机械手的发展趋势

由于桁架式机械手具有高效率、高精度的优点，因此它被广泛运用于汽车相关行业，就如我们现在所熟知的，德国众多知名牌的汽车都是借助全自动化的机械手来实现汽车的制造，所以在一定程度上来说大大提高生产的柔性与竞争力。桁架式机械手更可以深入到家电生产、机械加工等多种行业，所以说质量过硬的桁架式机械手更是生产加工领域最广泛的应用领域。但是我国的机械手还处于发展阶段，不能达到世界先进领域，需要设计工作人员们不断的努力，将我国机械手行业向世界高端领域前进。

图1.1 多产业中桁架式机械手的发展

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