摘 要

工业生产中，由于高温、腐蚀等情况的出现，机械手诞生了，并代替人类进行危险的活动。由于其成本低，易于控制，重复性好等优点被广泛使用。本人根据大学本科期间对《机械设计》与《机械原理》等课程的学习，模仿工人在热锻机床上完成上料、下料、热锻和翻转等动作，设计了小型盘类零件( 直径≤200 mm）自由热锻机器人。

本文着重设计研究了机器人臀部、手爪跟腰部的动力方案和结构设计，以求高效率高质量完成零件的锻造工作。

本文的特色：小型盘类零件自由热锻机器人是目前尚未在工业上应用的机器人，本设计可以应用到工厂车间，大幅度释放生产力，减少生产线上的劳动力数量，促进社会的发展。

关键词：机械手；步进电机；液压系统

Abstract

In industrial production, due to high temperature, corrosion and mechanical hand was born, and replace the human to dangerous activities. Mechanical hands because of its low cost, easier control, good repeatability has been widely used. I according to the lt; Mechanical Design gt; and lt; mechanical principle gt; and so on course during undergraduate study, mimicking the workers completed in the hot forging machine tool, cutting, hot forging and rotating motion design compact disc type parts (diameter is less than or equal to 200 mm) free hot forging robot.

This paper focuses on the design of the robot hip, gripper and waist power scheme and structure design, in order to high efficiency and high quality finish forging parts.

In this paper, the characteristics: compact disc type parts free hot forging robot is not currently used in the industrial application of robot, the design can be applied to plant greatly release from the productivity, reduce the number of labor force in the production line, to promote the development of the society.

Key Words：Mechanical hand; stepping motor; hydraulic system

目 录

第1章 绪论 1

1.1 选题背景 1

1.2 设计目的 1

1.3 国内外研究现状和趋势 1

1.4 设计意义 2

第2章 机械手的总体设计方案 3

2.1 机械手的组成与分类 3

2.1.1 机械手的组成 3

2.1.2 机械手的分类 4

2.2 机械手的坐标形式与自由度 4

2.3 机械手的规格参数 5

第3章 机械手腰座结构的设计 7

3.1 机械手腰座结构的设计要求 7

3.2 设计具体采用方案 7

3.2.1 腰座电机型号的选用 7

3.2.2腰座齿轮的设计 9

3.2.3 底座轴的选用 10

3.2.4 腰座轴承的选用 11

第4章 机械手手臂的结构设计 12

4.1 机械手手臂的设计要求 12

4.2 设计具体采用方案 12

4.3 臂部电机型号选择 13

4.3 液压系统的设计计算 13

4.3.1 确定液压系统的主要参数 14

4.3.2 计算和选择液压元件及机械手极限位置 15

第5章 机械手腕部的结构设计 16

5.1 机器人手腕结构的设计要求 16

5.2设计具体采用方案 16

5.3 手腕动力方案的设计 16

5.3.1 机器人各类驱动系统的特点 16

5.3.2 驱动系统的选择 17

第6章 机械手末端执行器的结构设计 18

6.1机械手末端执行器的设计要求 18

6.2机器人夹持器的驱动方式 18

6.3 机器人夹持器的典型结构 18

6.4 设计具体采用方案 18

6.5 手部驱动力计算 20

结 论 21

参考文献 22

第1章 绪论

1.1 选题背景

在自动化生产中，工业机器人的应用十分广泛，对生产过程自动化、降低劳动强度等具有重要意义。它可以替代工人搬运材料、部件、工具等，是一种能自动定位、自由编程、多功能、可以自动的人类劳动的完成机器。工业机器人的出现，它们让人们关注，它被广泛应用于许多领域，特别是在机床、自动化的数控机床、车床中是普遍使用的组合。随着机器人技术成本的不断突破，将不断扩大机器人的应用领域将不断扩大，它必将极大地解放生产力，减少劳动者的数量，从而创造出其他的用工要求。对社会而言，机器人的出现也会推动产业集群的发展，逐渐淘汰高能耗、低效能的企业。目前，我国的工业机器人技术仍落后于国外，工业化规模偏低。为了提高生产自动化水平，研究机器人的发展是非常必要的，非常有意义的。

1.2 设计目的

设计机械手的目的就是与数控机床进行结合，形成系列生产线，完成自动化跟无人化操作。本人通过本科期间对机械制造技术基础等基础课程的学习，研究设计了小型盘类零件自由热锻机器人，很好的将理论与实践结合起来，锻炼了自己的学习能力。

目前，国内很多生产线上都是工人在热锻机床上完成上料、下料、热锻和翻转等动作，效率低下且生产强度高，为了优化生产作业方式，提高生产效率，减轻劳动强度，设计一台小型盘类零件自由热锻机器人，替代工人高效率高质量完成零件的锻造工序，为了节省加工过程中的辅助时间，从而提高生产效率。

1.3 国内外研究现状和趋势

目前，机器人主要应用于机械加工，铸造，焊接，装配，切割等，但数量，品种和性能等方面不能满足产业发展的需要。机器人是一套全面的跨机械，控制，计算机等学科的技术，它的发展和进步依赖于相关技术的发展和进步。因此，机器人的主要发展方向如下：

1. 机械结构向模块化、可重构化发展
2. 机械手控制系统向基于pc机的开放型控制器方向发展
3. 机械手中的传感器作用日益重要

总的来说，大体是两个方向：其一是机器人向智能化、多机协调作业化方向发展，使之具有与人类类似的逻辑推理与问题求解的能力，自主的解决问题。将设计，制造，生产计划有机结合，不再是一个独立的操作机械，而是形成灵活的制造系统和计算机集成制造系统。而且机器人的小型化、微型化技术的发展，使得成千上万的电子元件可以被设置成一个集成板，未来将有很大的发展空间。总之，机器人技术还有很多值得深入研究的课题，它的开发领域还有很大潜力。

1.4 设计意义