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摘要

自动加持机械手臂及输送结构部件的三维设计及主要零部件设计

摘要：智能制造、工业4.0已经成为全球顶尖制造业的发展趋势，智能化工业设备成为其中的基础，作为“第三次工业革命”的首要任务，各工业大国无一不把目光聚焦于制造业升级。

自动加持机械手臂及输送结构部件的使用，可以极大的降低一线工人的劳动强度，节约材料流转时间，从而达到提高生产效率，降低生产成本的目的。同时，自动化设备的使用，可以减少一线工人与高温物料接触的机会，改善生产操作环境。

自动加持机械手臂及输送结构主要包括：自动夹棒小车，自动夹持机械手臂及输送机构。其中自动夹棒小车，传动结构为气动，夹持位置为平移型夹持式手抓。自动夹持机械手臂及输送机构，为组合式传动系统，分别采用气动系统、伺服系统、齿轮齿条传动系统，同时，还配备了位置传感器。整体设计简单，易维护，能满足生产要求。

关键词：自动夹持；机械手臂；SolidWorks三维设计；输送结构；

第一章前言

1.1前言和意义

机械手是在自动化生产过程中使用的一种具有抓取和移动工件功能的自动化装置，它能代替人类完成一些危险、重复、枯燥的工作，降低人类劳动强度，提高生产力。随着工业4.0的提出，机械手的应用越来越广泛，在机械行业中可用于零部件组装，工件的搬运、装卸，特别是在自动化数控机床、组合机床上的使用更普遍。它适应于大、中批量生产，可节省庞大的工件输送装置，空间结构紧凑，且适应性很强。目前我国的工业机器人技术及其工程应用水平和国外相比还有一定的差距，应用规模小，产业化水平低，机械手臂的研究和开发已经影响到国内自动化生产水平的提高，从经济和技术上考虑，都是十分必要的。因此，进行机械手臂的研究设计是非常有意义的。

目前，在我国很多工厂的生产线上工件法的流转仍由人工手动完成，劳动强度大、生产效率低、安全系数低。为提高生产加工的工作效率、降低成本，并使生产线发展成为自动制造系统，适应现代化、自动化大生产，针对具体生产工步，利用自动化技术，设计一台用于自动夹持和输送材料的机械手臂，代替工人工作，以提高生产效率。通过对机械设计制造及其自动化专业的所学知识进行整合，完成一个自动夹持机械手臂及输送结构部件的的设计，能够比较很好地体现专业的理论水平，使理论和实践实现有机结合。

1.2工业机械手臂发展简史

现代工业机械手起源于20世纪50年代初，具有多自由度动作功能的柔性自动化产品。

机械手首先是从美国开始研制的。1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手。他的结构是：机体上安装一回转长臂，端部装有电磁铁的工件抓放机构。

1962年，美国机械铸造公司在上述方案的基础之上又试制成一台数控示教再现型机械手。商名为Unimate(即万能自动)。运动系统仿造坦克炮塔，臂回转、俯仰，用液压驱动；控制系统用磁鼓最存储装置。不少球坐标式通用机械手就是在这个基础上发展起来的。同年该公司和普鲁曼公司合并成立万能自动公司(Unimaton),专门生产工业机械手。

1962年美国机械铸造公司也试验成功一种叫Versatran机械手，原意是灵活搬运。该机械手的中央立柱可以回转，臂可以回转、升降、伸缩、采用液压驱动，控制系统也是示教再现型。虽然这两种机械手出现在六十年代初，但都是国外工业机械手发展的基础。

1978年美国Unimate公司和斯坦福大学、麻省理工学院联合研制一种Unimate-Vic-arm型工业机械手，装有小型电子计算机进行控制，用于装配作业，定位误

差可小于±1毫米。

美国还十分注意提高机械手的可靠性，改进结构，降低成本。如Unimate公司建立了8年机械手试验台，进行各种性能的试验。准备把故障前平均时间(注：故障前平均时间是指一台设备可靠性的一种量度。它给出在第一次故障前的平均运行时间),由400小时提高到1500小时，精度可提高到±0.1毫米。

德国机器制造业是从1970年开始应用机械手，主要用于起重运输、焊接和设备的上下料等作业。德国KnKa公司还生产一种点焊机械手，采用关节式结构和程序控制。

瑞士RETAB公司生产一种涂漆机械手，采用示教方法编制程序。瑞典安莎公司采用机械手清理铸铝齿轮箱毛刺等。

日本是工业机械手发展最快、应用最多的国家。自1969年从美国引进二种典型机械手后，大力研究机械手的研究。据报道，1979年从事机械手的研究工作的大专院校、研究单位多达50多个。1976年个大学和国家研究部门用在机械手的研究费用42%。1979年日本机械手的产值达443亿日元，产量为14535台。其中固定程序和可变程序约占一半，达222亿日元，是1978年的二倍。具有记忆功能的机械手产值约为67亿日元，比1978年增长50%。智能机械手约为1