机械手及机器人

毕业论文（设计）题目基于SolidWorks的桌面型3D打印机结构设计学生姓名黄雪祺学院机械与电气工程学院专业机械电子工程（高职院）班级42020153A学号42020153015指导教师李小琴摘要3D打印技术，也称为增材制造（AdditiveManufacturing,AM），是一种通过逐层添加材料来制造三维实体物品的制造技术。与传统的减材制造（如切削、铣削等）相比，3D打印技术具有设计灵活性高、材料利用率高、生产周期短等优点。本文采用步进电机驱动技术、滚珠丝杆传动技术、设计了一款能在XYZ三方向移动的桌面型3D打印机，根据理论计算,选择合适的丝杆和电机等传动设备，利用SolidWorks建...

本文旨在探讨高压线除冰巡检机器人的设计与应用。随着全球气候变化的加剧，极端天气事件频发，高压输电线路覆冰现象日益严重，给电力系统的稳定运行带来了极大的挑战。传统的除冰方法，如人工巡检和除冰，不仅效率低下、成本高昂，而且存在较大的安全隐患。因此，研发一种能够自动进行高压线除冰巡检的机器人具有重要的现实意义和应用价值。 首先，本文分析了高压输电线路覆冰的成因及其对电力系统的影响，提出了利用机器人技术进行除冰巡检的必要性，对高压线除冰巡检机器人的国内外发展现状以及研究成果进行了介绍。接着，本文详细介绍了高压线除冰巡检机器人的设计原理、结构组成和关键技术。机器人主要由行走机构、除冰机构和控制系统等部分组成，能够在复杂环境下稳定行走，并且采用高效、安全的除冰技术进行清理。 本文所设计的高压线除冰巡检机器人具有良好的性能表现，能够显著提高除冰巡检的效率和安全性。同时，本文还探讨了机器人技术的未来发展趋势和潜在应用领域，为未来的研究提供了有益的参考。

工业机器人是一种能够在工业环境中自主或通过人类操作执行各种任务的机械装置。它们通常配备有多种传感器和执行器，以便能够感知环境、执行复杂的动作，并与人类或其他机器人进行交互。工业机器人的设计使得它们可以执行一系列精确和重复的任务，例如装配、焊接、搬运、喷涂等。这些任务往往对人类来说既繁重又单调，而工业机器人能够高效地执行这些任务，从而提高生产效率，降低劳动力成本，并在一些危险或有害的环境中保护人类安全，而且它们的应用不仅提高了生产效率，还为人类带来了更安全、更便捷的工作环境。机器人自动焊接机具有高度自动化、焊接效率高等优点，并由搬运机器人、焊接机器人、智能控制柜等组成。本文简要介绍了机器人自动焊接机系统的设计过程，对自动焊接机器人的选用方案进行了分析，同时也对国内外自动焊接机器人的发展进行了初步了解。

外科手术的发展是为了尽量减少侵入性。腹腔镜的面世使得通过1-2cm的小孔而非大开刀来进行手术区域检查成为现实。腹腔镜手术已成为外科医生和患者关注的焦点，因为与传统开放手术相比，它大大减少了后遗症、康复住院时间和术后疤痕。尽管如此，腹腔镜手术并非能直观看到手术区域，外科医生无法直接接触手术区域，而且器械运动与腹腔内运动方向相反（支点效应），从而导致外科医生可能会感到疲劳。解决人工腹腔镜手术所遇到的挑战，可借助机器人技术来应对。采用机器人腹腔镜手术，通过应用震颤滤波及运动缩放等控制手段，解决了传统手工手术的操作非直观和高度疲劳等问题。对机器人辅助腹腔镜手术的需求正在不断增加

焊接机器人的自动化控制是当前研究的主要方向之一，也是实现工业生产全自动的重要一步。机器人自动化是是智能化的发展前提，自动化要求设计合理、高效，精准的机器人动力传动系统，本文从机器人各组件的传动设计入手，选择合适的传动和控制方式来实现焊接机器人的自动控制。 本次设计了一个六自由度的焊接机器人，分别为机座的转动，大臂的摆动，小臂的转动和摆动，手腕的转动和摆动，完成这六个关键部位的传动设计和校核，其中机座采用伺服电机驱动，大臂，小臂和腕部均采用步进电机驱动。控制系统选用以PLC为核心的机器人自动控制方案。整个机器人机身高约1.6m，臂展约1.5m，适合中小型零件的焊接工作。

在机械制造业中，机械手已被广泛应用，改善了工人的劳动环境，显著地加快了生产节奏，提高了劳动生产率，工业生产的机械化和自动化程度得到了提高。 本文先对机械手的国内外研究现状以及搬运机械手的应用背景和需求分析进行分析，对本课题任务进行了三自由度搬运机械手的总体方案设计。首先，确定了搬运机械手的自由度为三自由度；其次，本文设计了三自由度搬运机械手的夹持式手部结构、手臂结构、机身、机座、驱动系统等部分，实现了三自由度搬运机械手的水平回转，轴向移动，竖直升降，手部的旋转三个自由度及手爪的开合。本文通过针对三自由度搬运机械手的整体设计，设计出了一种具有模块化、高可靠性物料的搬运机械手，对其他经济型搬运机械手的设计也有一定的借鉴作用。

本论文主要探讨了六自由度机械臂的设计原理和应用。首先介绍了六自由度机械臂的基本结构和工作原理，包括关节结构、运动学和动力学方程等基本知识。然后详细分析了六自由度机械臂在工业自动化、医疗器械和服务机器人等领域的应用，展示了其在提高生产效率、精度和安全性方面的重要作用。最后，对六自由度机械臂未来的发展趋势和挑战进行了展望，希望为相关领域的研究和应用提供借鉴和启发。通过本论文的研究，可以更好地理解和应用六自由度机械臂，推动相关技术的发展与创新。

物流是一个重要的社会再生产过程，目前，中国的物流业正在以一种健康稳定的速度发展着，由于受到了智能化程度的制约，与世界上其他国家相比，仍有一定的差距。在我国，无人驾驶车辆的使用对于推动我国物流业的快速发展具有重要意义。本文完成了 AGV车载式升降平台的整机结构的设计，其中包括了底架、轮子、升降机构等结构，它可以让物料运输的自动化动作得以完成。此外，本文还对主要传动系统的丝杠、传动齿轮、转轴进行了整机的结构设计，对丝杠机构的驱动电机进行了确定，完成了丝杠机构的选型方案，并完成了丝杠机构的选择，可以达到使用要求。此外，还完成了底盘电机、同步带的选型设计，以及支架板的强度校核设计等研究内容。此外，还对其经济及社会效益进行了分析，其有着广泛的市场前景，对 AGV的研究有着非常重大的意义。

着，详细阐述了仿生鳐鱼水下机器人的结构特点，包括其独特的外形和运动方式，以及如何模仿鳐鱼的动作特性。动力学模型的建立是核心内容，通过描述了数学模型的构建方法和流体力学行为的分析。运动仿真和控制部分，我们利用所建立的模型进行了仿真分析，探讨了运动控制策略，并评估了机器人的运动性能和稳定性。 在应用与展望章节，我们讨论了仿生鳐鱼水下机器人在海洋资源勘探、环境监测以及科学研究（如生物研究和地形测绘）中的实际应用。同时，对未来的发展方向进行了展望，着重于智能化和多功能化的趋势。然而，文中也指出在结构设计和控制算法方面仍面临技术挑战。 总的来说，本文通过对仿生鳐鱼水下机器人的深入研究，不仅提供了先进的设计方法，还揭示了其在多个领域的潜在价值，为相关领域的研发和应用提供了理论支持

康复机器人是医学与机器人技术相结合的产物，旨在辅助人体进行康复训练，以促进身体功能的恢复。随着人口老龄化和慢性疾病的增多，康复机器人的需求日益增长。康复机器人可以分为多种类型，包括下肢康复机器人、上肢康复机器人、脊柱康复机器人等，每一种都有其独特的应用场景和康复目标。康复机器人技术研究是近30年来迅速发展起来的一门综合性较强的学科。它综合了机械设计学、力学、机构学人工智能、自动控制、计算机工程、传感技术、仿生学等学科，该项学科已经嫣然成为最新的技术研究成果，它充分的体现了机电一体化多学科互相渗透，结合的特点，代表了机电一体化的最高成就。康复训练机器人是近些年来才涌现的一种新型机器人

为了满足复杂情况的要求，设计一种新型轮履式复合底盘，使工程机械可根据路况不同实现轮胎式行走和履带式行走的灵活自由切换，更加快捷方便地展开工作。轮履式复合底盘能弥补传统底盘的缺陷，发挥轮式底盘和履带式底盘的各自优势，具有强大的施工能力和快速的转场能力。针对时间紧迫的战争施工和救灾抢险，繁重的施工任务和复杂地形的道路条件，轮履式复合底盘工程机械的优势完全能充分发挥出来。因此，轮履式复合底盘是工程机械领域的一个重大突破，并且能够广泛适用于国防建设、救援抢险、野外施工、越野车辆、机器人研发等领域。 本课题的设计重点是轮式和履带式移动结构的变换机构，确定变换的形式及变换的方案是能够完成课题设计内容的前提条件。因此首先对变换机构的方案进行确定，之后根据设计的方案进行轮系布置、驱动电机的计算和选型，同时对方案中的主要传动部件进行计算和选型、校核以及使用设计软件进行三维模型和二维图纸的绘制。

搬运机械手用于各行各业等；对各类物品进行搬运。搬运机械手自动运行分为自动运行、取物、自动运行、放物等步骤。全自动搬运机械手的主要控制元件包括可编程控制器、变频调速控制器、接近开关，按钮开关和接线端子等均采用品质一流的产品，确保了系统硬件的可行性。 设计了一套搬运机械手设备，以在满足直线导轨技术要求的前提下实现产品的自动运输。通过市场调研和对标企业的对标，最终设计出一套三自由度搬运机械手，由滚珠丝杠机构，同步带，步进电机，等装置组成。通过以上机制的配合，完成了搬运机械手的生产。最后，实现了导轨在生产现场的自动运输货物，满足了客户，市场和生产现场的需求。 SolidWorks软件用于完成上述机制的3D建模。结合模型图，详细介绍了每种机构的原理和工作流程，并提供了每种机构主要部分的参数，以方便读者参考。最后，选择几个关键部分进行理论计算，可以满足设计和使用要求。

本课题是为解决生物化学研究过程中有大量自动注射药剂需求并对效率和精度都有较高要求的场合而设计开发的以“直角坐标机器人”为基础的精密机械，设备整体结构采用龙门式布局，自动化程度高、通用性强，可广泛应用于科研、教育、制药、饮料、食品、化工、原材料制造等行业的点胶、注胶环节。采用高精度伺服电机驱动和滚珠丝杠传动实现直线行走，位移精度高，速度快慢随意可以转换，定位准确，采用支撑轴承箱式单元作辅助支撑和滑动导向，坚固耐用，寿命长。附属在直角坐标机器人上的点胶阀采用隔膜式，不会产生介质的外漏和腐蚀，是注射用回路上使用的的放心选择，具有绿色环保、安全可靠、环境清洁等诸多优点。该自动注射设备可实现三维路径点胶，精确定位，精准控胶，不拉丝，不漏胶，不滴胶。 本课题通过机电和气动综合技术对自动注射设备进行行走结构设计和气压传动原理设计，确保了三个自由度的运动设计在结构上可行，确保了注射点胶的工艺设计在原理上可行，通过参数计算和详细设计，运用Solidworks设计软件对机械手进行三维产品造型，使用CAD完成最终的施工图设计。

我国的贴标技术虽说在逐步升级，但相对于发达国家确实仍处于劣势。根据调查研究显示，我国的贴标机械有进三成仍在组织低水平的重复生产，行业内部生产习惯的阻碍致使整个行业的发展受限。当前以美国、德国、意大利和日本为代表的国外贴标机不仅能够涵盖个性化的小批量、多种类的贴标需求，而且能够不断融合现代高科技手段生产具有现代化特点的专业设备。本论文主要研究的是一种主体结构为“直角坐标机器人”的以真空吸附技术为手段的贴标机。“直角坐标机器人”是一种可以进行精准定位或根据既定轨迹运动的主体结构，结构安装相对简易，调配完成后机构运行稳定性高。真空吸附具有体积小、性能稳定、无污染等优点，是相对新兴的行业，具有吸附平稳且不损坏所吸附贴标的表面的优点，当前各行各业除了注重自动化的应用，另一特点就是精良应用绿色能源，为可持续发展做出应有的举措。 在国家对基础工业的大力扶持下，我国自身又是具有巨大潜力的需求市场，贴标机行业的发展潜力不言而喻，只要相关产业加大产业结构调整、大力发展相关技术迭代升级、注重设备质的提升，包括贴附位置的准确性、粘贴的均匀平整性以及贴标的效率，贴标机可以降低人工成本，提升商品的综合竞争力。

我国的贴标技术虽说在逐步升级，但相对于发达国家确实仍处于劣势。根据调查研究显示，我国的贴标机械有进三成仍在组织低水平的重复生产，行业内部生产习惯的阻碍致使整个行业的发展受限。当前以美国、德国、意大利和日本为代表的国外贴标机不仅能够涵盖个性化的小批量、多种类的贴标需求，而且能够不断融合现代高科技手段生产具有现代化特点的专业设备。本论文主要研究的是一种主体结构为“直角坐标机器人”的以真空吸附技术为手段的贴标机。“直角坐标机器人”是一种可以进行精准定位或根据既定轨迹运动的主体结构，结构安装相对简易，调配完成后机构运行稳定性高。真空吸附具有体积小、性能稳定、无污染等优点，是相对新兴的行业，具有吸附平稳且不损坏所吸附贴标的表面的优点，当前各行各业除了注重自动化的应用，另一特点就是精良应用绿色能源，为可持续发展做出应有的举措。 在国家对基础工业的大力扶持下，我国自身又是具有巨大潜力的需求市场，贴标机行业的发展潜力不言而喻，只要相关产业加大产业结构调整、大力发展相关技术迭代升级、注重设备质的提升，包括贴附位置的准确性、粘贴的均匀平整性以及贴标的效率，贴标机可以降低人工成本，提升商品的综合竞争力。

本次设计主要是对基于三维直线模组的喷码设备结构设计，通过对其机械结构的设计，使其可以实现在工作范围内可以实现上下，左右，前后三个方向自由移动，可以带动喷码机到任何位置，并且可以行走出任何轨迹。喷码机移动动力是通过电机带动滚珠丝杠来实现的，三个方向通过三个伺服电机带动滚珠丝杠旋转，使平台在直线轨道上运动，来实现所需要的工作。本文第一章，首先，本章介绍了基于三维直线模组的喷码设备结构设计的研究背景，阐述了此次设计对喷码机产业的重要意义；第二章，本章介绍了基于三维直线模组的喷码设备结构设计的发展趋势和国内外研究现状，然后阐述基于三维直线模组的喷码设备结构设计的工作原理；第三章，本章主要对外购件的选型以及设计计算和强度校核；第四章，本章对基于三维直线模组的喷码设备结构设计进行主要部件的数据建模以及加工图纸的生成，使其能够处理实际应用的目标。通过本次毕业设计，是我对大学这几年所学到的知识进行了一次系统的分析与应用，加强我对CAD软件以及SolidWorks软件的熟练应用程度，锻炼了独自解决问题的能力，为今后的工作打下了良好的基础。