毕业设计（论文）两自由度机械手设计与加工

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1、厦门技师学院毕业设计（论文）题目：两自由度机械手设计与加工学院：厦门技师学院专业、班级：07数控（技师）作者姓名：学号：指导教师：职称：助讲师2011年6月摘要机械手广泛的应用于工业、农业等领域中，发挥着重要的作用。两自由度机械手作为一种主要的形式，具有重要的研究意义。本文基于虚拟样机技术，完成了两自由度机械手机械系统的设计与加工。论文提出了基于虚拟样机技术的机械手设计思想和总体设计方案。利用三维设计软件UG进行了机械手零部件的设计。在此基础上，利用动力学仿真软件UG对机械手进行了虚拟样机建模与仿真，分析机械手设计中存在的缺陷，并进行了相应的改进

2、。为了便于机械手的数控加工，利用UG软件中的数控加工模块对机械手零部件进行了数控加工编程。两自由度机械手机械系统的设计与加工为实际的物理样机制造奠定了基础。关键词：机械手；两自由度；三维设计；数控加工目　录前言11总体方案设计11.两自由度机械手系统设计11.2两自由度机械手机械系统设计思想21.3两自由度机械手的总体方案21.4两自由度机械手的数学描述42两自由度机械手零部件的三维设计42.1三维设计软件UG简介42.2机械手驱动电机选型机62.3械手蜗轮蜗杆、齿轮零部件设计72.4机械手轴零部件设计152.5机械手其它零部件设计162.6材料

3、及标准件的选择192.7机械手的虚拟装配203两自由度机械手机械零部件的数控加工编程213.1数控加工简介213.2数控加工的基本流程213.3数控车床加工编程223.4数控铣床加工编程244两自由度机械手设计加工材料成本预算.............................................25结论27参考文献28附录两自由度机械手装配图与零件图29致谢29两自由度机械手设计与加工前　言机械手是能够模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动

4、化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。机械手主要由手部和运动机构组成。手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。机械手通常用作机床或其它机器的

5、附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等。有些操作装置需要由人直接操纵，如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手[3]。1总体方案设计1.1两自由度机械手系统设计两自由度机械手系统由机械本体结构、伺服驱动系统、西门子810D数控系统等部分组成。1.1.1机械本体结构从机构学的角度来分析，机器手机械结构可以看作由一系列连杆通过旋转关节（或移动关节）连接起来的开式运动链。1.1.2关节伺服驱动系统机械手本体机械结构的动作靠的是关节驱动，机器人的关节驱动大多是基于闭环控制的原理来进行的。常用的驱动单元是各种伺服电机，

6、由于一般伺服电机的输出转速很高(1000r/min~10000r/min)，输出转矩小，而关节需带动的负载的转速不高，负载力矩却不小。因此，在电机与负载之间用一套传动装置来进行转速和转矩的匹配。本论文仅讨论机械手的机械系统设计与加工。1.2两自由度机械手机械系统设计思想首先利用UG三维制图软件作为辅助设计工具进行两自由度机械手的机械零件设计，建立三维模型。然后，经虚拟装配后，利用UG软件，生成虚拟样机，进行机械系统虚拟样机分析，分析其运动轨迹及机械零部件的干涉现象。最后，利用UG软件中的数控加工模块，编写机械零部件的数控加工程序。根据以上工作，便

7、可以实际加工出物理样机。1.3两自由度机械手的总体方案1.3.1机械手自由度的选择机械手运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度。自由度是机械手设计的关键参数。自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。在考虑机械手用途、成本及技术难度等问题后，本论文选择机械手的自由度为2个，末端执行器（夹持器）可以自由开合，能够完成物体的抓、移、放动作。机械手的原理如图1所示。1.3.2机械手机械系统的整体设计本论文设计的两个自由度机械手由底座、电机、蜗杆、齿轮、左右支撑臂、手臂、旋转盘、轴，夹持器活动节、夹持器固定节、丝杆

8、、等部件组成，机械手整体结构如图2所示。图2机械手结构视图1.4两自由度机械手的数学描述机械手具有两个自由度，其末端执行机构位置相对于机