毕业设计
设计题目棒料抓装机械手的设计
学生姓名
学号
专业班级
指导教师
院系名称
目录
中文摘要 (3)
英文摘要 (4)
第一章绪论 (5)
1.1 工业机械手 (5)
1.1.1 工业机械手概述 (5)
1.1.2 选题背景 (6)
1.1.3 设计目的 (6)
1.2 机械手的组成和分类 (7)
1.2.1机械手的组成 (7)
1.2.2机械手的分类 (10)
1.3 国内外发展状况 (12)
1.4 课题的主要要求 (13)
第二章手部结构 (14)
2.1 手部结构设计 (14)
2.1.1概述 (14)
2.2手部计算 (16)
2.2.1 驱动力的计算 (16)
2.2.2夹紧缸驱动力计算 (18)
2.3 两支点回转式钳爪的定位误差的分析 (18)
第三章腕部结构 (19)
3.1腕部的结构设计 (19)
3.1.1概述 (19)
3.1.2 腕部的结构形式 (19)
3.2手腕驱动力矩的计算 (20)
第四章臂部的结构 (21)
4.1 臂部设计的基本要求 (22)
4.2 手臂的典型机构以及结构的选择 (23)
4.2.1 手臂的典型运动机构 (23)
4.2.2 手臂运动机构的选择 (23)
4.3 手臂直线运动的驱动力计算 (23)
4.3.1 手臂摩擦力的分析与计算 (23)
4.3.2 手臂惯性力的计算 (25)
4.3.3 密封装置的摩擦阻力 (25)
4.4 液压缸工作压力和结构的确定 (26)
第五章机身的设计计算 (29)
5.1 机身的整体设计 (29)
5.2 机身回转机构的设计计算 (30)
5.3 机身升降机构的计算 (33)
5.3.1 手臂偏重力矩的计算 (33)
5.3.2 升降不自锁条件分析计算 (34)
5.3.3 手臂做升降运动的液压缸驱动力的计算 (34)
5.3.4 油缸结构尺寸的确定 (35)
第六章液压系统 (37)
6.1液压系统的设计 (37)
6.1.1液压系统简介 (37)
6.1.2液压系统的组成 (37)
6.2机械手液压系统的控制回路 (37)
6.2.1 压力控制回路 (37)
6.2.2 速度控制回路 (38)
6.2.3方向控制回路 (38)
6.3 机械手的液压传动系统 (39)
6.3.1上料机械手的动作顺序 (39)
6.3.2自动上料机械手液压系统原理介绍 (39)
6.4机械手液压系统的简单计算 (41)
6.4.1 双作用单杆活塞油缸 (42)
6.4.2油泵的选择 (45)
6.4.3 确定油泵电动机功率N (45)
第七章PLC控制回路的设计 (46)
7.1电磁铁动作顺序 (47)
7.2 根据机械手的动作顺序表 (48)
7.3 PLC与现场器件的实际连接图 (49)
7.4 梯形图 (50)
7.5指令程序 (52)
结论 (56)
致谢 (57)
参考文献： (58)
棒料抓装机械手的设计
摘要：当今社会信息化、科技化时代到来，机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术，
可以通过编程控制及检测反馈技术的成熟实现无人化操作，是当代研究十分
活跃，应用日益广泛的领域。机器人应用情况，是一个国家工业自动化水平
的重要标志。机器人并不是在简单意义上代替人工的劳动，而是综合了人的
特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置，既有人对环境状态的快速反应
和分析判断能力，又有机器可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能
力，从某种意义上说它也是机器的进化过程产物，它是工业以及非产业界的
重要生产和服务性设各，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备.机械
手是模仿着人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运
或操作的自动机械装置。机械手的发展可以减轻劳动强度、保证产品质量、
实现安全生产;尤其在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放
射性等恶劣的环境中，它代替人进行正常的工作，意义更为重大。
关键词：减轻劳动强度、提高生产率、适应恶劣环境、自动化、产品质量高。
THE DESIGN OF MANIPULATOR FOR THE CLAVATE
MATERAL GRABBED THE DEVICE
Abstract:With the development of information and science & technology, robot technology has been a comprehensive subject which includes computing,
control theory, sensor technology, AIT (artificial intelligence
technology) and bionics. Robot can be controlled by PLC with feedbacks
which can achieve unmanned operation. The research of robot technology
is active with wide applications. The applied ratio of robot technology
is the most important symbol of the level of industrial automation
stately. Robot is not just a replacement of human labor, but great
mechanical & electronic device and a compound of human and machine.
Robot has the fast reaction and judge to environment and can work long
with high accuracy. To some extent, it is the evolution product of
traditional machine and has been the indispensable automatic machine
of advanced manufacturing field. Mechanical arm imitates some of human
actions with a set program and track to achieve automatic grab,
operation or transportation of goods. The mechanical arm could relieve
human labor and improve product quality with safety, especially in
mal-condition of high-temperature, high-pressure, low temperature,
low-pressure, dusty or explosive, the application of robot is more
significant.
Key Words:relieve human labor, improve product efficiency,adapt to mal-conditions, automation, high quality
第一章绪论
1.1 工业机械手
1.1.1 工业机械手概述
工业机器人由操作机(机械本体)、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作，自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。特别适合于多品种、变批量的柔性生产。它对稳定、提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。机器人应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标志。机器人并不是在简单意义上代替人工的劳动，而是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置，既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力，又有机器可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力，从某种意义上说它也是机器的进化过程产物，它是工业以及非产业界的重要生产和服务性设各，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备.机械手是模仿着人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。在工业生产中应用的机械手被称为“工业机械手”。生产中应用机械手可以提高生产的自动化水平和劳动生产率:可以减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全生产;尤其在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣的环境中，它代替人进行正常的工作，意义更为重大。因此，在机械加工、冲压、铸、锻、焊接、热处理、电镀、喷漆、装配以及轻工业、交通运输业等方面得到越来越广泛的引用.机械手的结构形式开始比较简单，专用性较强，仅为某台机床的上下料装置，是附属于该机床的专用机械手。随着工业技术的发展，制成了能够独立的按程序控制实现重复操作，适用范围比较广的“程序控制通用机械手”，简称通用机械手。由于通用机械手能很快的改变工作程序，适应性较强，所以它在不断变换生产品种的中小批量生产中获得广泛的引用。
1.1.2 选题背景
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，它是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。近年来，随着电子技术特别是电子计算机的广泛应用，机器人的研制和生产已成为高技术领域内迅速发展起来的一门新兴技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。机械手能代替人类完成危险、重复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，提高劳动生产力。机械手越来越广泛的得到了应用，在机械行业中它可用于零部件组装，加工工件的搬运、装卸，特别是在自动化数控机床、组合机床上使用更普遍。目前，机械手已发展成为柔性制造系统FMS和柔性制造单元FMC中一个重要组成部分。把机床设备和机械手共同构成一个柔性加工系统或柔性制造单元，它适应于中、小批量生产，可以节省庞大的工件输送装置，结构紧凑，而且适应性很强。当工件变更时，柔性生产系统很容易改变，有利于企业不断更新适销对路的品种，提高产品质量，更好地适应市场竞争的需要。而目前我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，应用规模和产业化水平低，机械手的研究和开发直接影响到我国自动化生产水平的提高，从经济上、技术上考虑都是十分必要的。因此，进行机械手的研究设计是非常有意义的。
1.1.3 设计目的
本设计通过对机械设计制造及其自动化专业夜大2.5年的所学知识进行整合，完成
一个通用形式的普通圆棒料搬运的机械手的设计，能够比较好地体现机械设计制造及其
自动化专业毕业生的理论研究水平，实践动手能力以及专业精神和态度，具有较强的针
对性和明确的实施目标，能够实现理论和实践的有机结合。
目前，在国内很多工厂的生产中圆棒料的搬运摆放仍由人工完成，劳动强度大、生
产效率低。为了提高生产加工的工作效率,降低成本,并使生产线发展成为柔性制造系统,
适应现代自动化大生产,针对具体生产工艺,利用机器人技术，设计用一台装卸机械手代
替人工工作，以提高劳动生产率。
随着科学技术的发展，机械手也越来越多的地被应用。在机械工业中，铸、焊、铆、
冲、压、热处理、机械加工、装配、检验、喷漆、电镀等工种都有应用的实理。其他部门，如轻工业、建筑业、国防工业等工作中也均有所应用。
在机械工业中，应用机械手的意义可以概括如下：
一、以提高生产过程中的自动化程度
应用机械手有利于实现材料的传送、工件的装卸、刀具的更换以及机器的装配等的自动化的程度，从而可以提高劳动生产率和降低生产成本。
二、以改善劳动条件，避免人身事故
在高温、高压、低温、低压、有灰尘、噪声、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空间狭窄的场合中，用人手直接操作是有危险或根本不可能的，而应用机械手即可部分或全部代替人安全的完成作业，使劳动条件得以改善。
在一些简单、重复，特别是较笨重的操作中，以机械手代替人进行工作，可以避免由于操作疲劳或疏忽而造成的人身事故。
三、可以减轻人力，并便于有节奏的生产
应用机械手代替人进行工作，这是直接减少人力的一个侧面，同时由于应用机械手可以连续的工作，这是减少人力的另一个侧面。因此，在自动化机床的综合加工自动线上，目前几乎都没有机械手，以减少人力和更准确的控制生产的节拍，便于有节奏的进行工作生产。
综上所述，有效的应用机械手，是发展机械工业的必然趋势。
本机械手主要与多工位冲床组合最终形成生产线，实现加工过程（上料、加工、下料）的自动化、无人化。目前，我国的制造业正在迅速发展，越来越多的资金流向制造业，越来越多的厂商加入到制造业。本设计能够应用到加工工厂车间，从而减轻工人劳动强度，节约加工辅助时间，提高生产效率和生产力。
1.2 机械手的组成和分类
1.2.1机械手的组成
机械手主要由执行机构、驱动系统、控制系统以及位置检测装置等所组成。各系统相
互之间的关系如方框图2-1所示。
图2-1机械手组成方框图
(一)执行机构
包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的还增设行走机构。
1、手部
即与物件接触的部件。由于与物件接触的形式不同，可分为夹持式和吸附式手在本课题中我们采用夹持式手部结构。夹持式手部由手指(或手爪)和传力机构所构成。手指是与物件直接接触的构件，常用的手指运动形式有回转型和平移型。回转型手指结构简单，制造容易，故应用较广泛。平移型应用较少，其原因是结构比较复杂，但平移型手指夹持圆形零件时，工件直径变化不影响其轴心的位置，因此适宜夹持直径变化范围大的工件。手指结构取决于被抓取物件的表面形状、被抓部位(是外廓或是内孔)和物件的重量及尺寸。常用的指形有平面的、V形面的和曲面的:手指有外夹式和内撑式;指数有双指式、多指式和双手双指式等。而传力机构则通过手指产生夹紧力来完成夹放物件的任务。传力机构型式较多时常用的有:滑槽杠杆式、连杆杠杆式、斜面杠杆式、齿轮齿条式、丝杠螺母弹簧式和
重力式等。
图1-1 机械手手抓结构
2、手腕
是连接手部和手臂的部件，并可用来调整被抓取物件的方位(即姿势)
3、手臂
手臂是支承被抓物件、手部、手腕的重要部件。手臂的作用是带动手指去抓取物件，并按预定要求将其搬运到指定的位置.工业机械手的手臂通常由驱动手臂运动的部件(如油缸、气缸、齿轮齿条机构、连杆机构、螺旋机构和凸轮机构等)与驱动源(如液压、气压或电机等)相配合，以实现手臂的各种运动。
4、立柱
立柱是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分，手臂的回转运动和升降(或俯仰)运动均与立柱有密切的联系。机械手的立I因工作需要，有时也可作横向移动，即称为可移式立柱。
5、行走机构
当工业机械手需要完成较远距离的操作，或扩大使用范围时，可在机座上安滚轮式行走机构可分装滚轮、轨道等行走机构，以实现工业机械手的整机运动。滚轮式布为有轨的和无轨的两种。驱动滚轮运动则应另外增设机械传动装置。
6、机座
机座是机械手的基础部分，机械手执行机构的各部件和驱动系统均安装于机座上，故起支撑和连接的作用。
(二)驱动系统
驱动系统是驱动工业机械手执行机构运动的动力装置调节装置和辅助装置组成。常用的驱动系统有液压传动、气压传动、机械传动。控制系统是支配着工业机械手按规定的要求运动的系统。目前工业机械手的控制系统一般由程序控制系统和电气定位(或机械挡块定位)系统组成。控制系统有电气控制和射流控制两种，它支配着机械手按规定的程序运动，并记忆人们给予机械手的指令信息(如动作顺序、运动轨迹、运动速度及时间)，同时按其控制系统的信息对执行机构发出指令，必要时可对机械手的动作进行监视，当动作有错误或发生故障时即发出报警信号。
(二)控制系统
控制系统是支配着工业机械手按规定的要求运动的系统。目前工业机械手的控制系统一般由程序控制系统和电气定位(或机械挡块定位)系统组成。控制系统有电气控制和射流控制两种，它支配着机械手按规定的程序运动，并记忆人们给予机械手的指令信息(如动作顺序、运动轨迹、运动速度及时间)，同时按其控制系统的信息对执行机构发出指令，必要时可对机械手的动作进行监视，当动作有错误或发生故障时即发出报警信号。
(四)位置检测装置
控制机械手执行机构的运动位置，并随时将执行机构的实际位置反馈给控制系统，并与设定的位置进行比较，然后通过控制系统进行调整，从而使执行机构以一定的精度达到设定位置。
1.2.2机械手的分类
业机械手的种类很多，关于分类的问题，目前在国内尚无统一的分类标准，在此暂按使用范围、驱动方式和控制系统等进行分类。
(一)按用途分
机械手可分为专用机械手和通用机械手两种:
1、专用机械手
它是附属于主机的、具有固定程序而无独立控制系统的机械装置。专用机械手具有动作少、工作对象单一、结构简单、使用可靠和造价低等特点，适用于大批量的自动化生产的自动换刀机械手，如自动机床、自动线的上、下料机械手。
2、通用机械手
它是一种具有独立控制系统的、程序可变的、动作灵活多样的机械手。格性能范围内，其动作程序是可变的，通过调整可在不同场合使用，驱动系统和控制系统是独立的。通用机械手的工作范围大、定位精度高、通用性强，适用于不断变换生产品种的中小批量自动化的生产。通用机械手按其控制定位的方式不同可分为简易型和伺服型两种:简易型以“开一关”式控制定位，只能是点位控制:可以是点位的，也可以实现连续轨控制，伺服型具有伺服系统定位控制系统，一般的伺服型通用机械手属于数控类型。
(二)按驱动方式分
1、液压传动机械手
是以液压的压力来驱动执行机构运动的机械手。其主要特点是:抓重可达几百公斤以上、传动平稳、结构紧凑、动作灵敏。但对密封装置要求严格，不然油的泄漏对机械手的工作性能有很大的影响，且不宜在高温、低温下工作。若机械手采用电液伺服驱动系统，可实现连续轨迹控制，使机械手的通用性扩大，但是电液伺服阀的制造精度高，油液过滤要求严格，成本高。
2、气压传动机械手
是以压缩空气的压力来驱动执行机构运动的机械手。其主要特点是:介质李源极为方便，输出力小，气动动作迅速，结构简单，成本低。但是，由于空气具有可压缩的特性，工作速度的稳定性较差，冲击大，而且气源压力较低，抓重一般在30公斤以下，在同样抓重条件下它比液压机械手的结构大，所以适用于高速、轻载、高温和粉尘大的环境中进行工作。
3、机械传动机械手
即由机械传动机构(如凸轮、连杆、齿轮和齿条、间歇机构等)驱动的机械手。它是一种附属于工作主机的专用机械手，其动力是由工作机械传递的。它的主要特点是运动准确可靠，用于工作主机的上、下料。动作频率大，但结构较大，动作程序不可变。
4、电力传动机械手
即有特殊结构的感应电动机、直线电机或功率步进电机直接驱动执行机构运动的械手，因为不需要中间的转换机构，故机械结构简单。其中直线电机机械手的运动速度快和行程长，维护和使用方便。此类机械手目前还不多，但有发展前途。
(三)按控制方式分
1、点位控制
它的运动为空间点到点之间的移动，只能控制运动过程中几个点的位置，不能控
制其运动轨迹。若欲控制的点数多，则必然增加电气控制系统的复杂性。目前使用的专用和通用工业机械手均属于此类。
2、连续轨迹控制
它的运动轨迹为空间的任意连续曲线，其特点是设定点为无限的，整个移动过程处于控制之下，可以实现平稳和准确的运动，并且使用范围广，但电气控制系统复杂。这类工业机械手一般采用小型计算机进行控制。
1.3 国内外发展状况
国外机器人领域发展近几年有如下几个趋势:
(1)工业机器人性能不断提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修)，而单机价格不断下降，平均单机价格从91年的10.3万美元降至97年的65万美元。
(2)机械结构向模块化、可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位一体化:由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机;国外已有模块化装配机器人产品问市。
(3)工业机器人控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化;器件集成度提高，控制柜日见小巧，且采用模块化结构:大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。
(4)机器人中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器，而遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制;多传感器融合配置技术在产品化系统中已有成熟应用。
(5)虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制，如使遥控机器人操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操纵机器人。
(6)当代遥控机器人系统的发展特点不是追求全自治系统，而是致力于操作者与机器人的人机交互控制，即遥控加局部自主系统构成完整的监控遥控操作系统，使智能机器人走出实验室进入实用化阶段。美国发射到火星上的“索杰纳”机器人就是这种系统成功应用的最著名实例。
(7)机器人化机械开始兴起。从94年美国开发出“虚拟轴机床”以来，这种新型装置已成为国际研究的热点之一，纷纷探索开拓其实际应用的领域。我国的工业机器人从80年代“七五”科技攻关开始起步，在国家的支持下，通过“七五”、“八五”科技攻关，目
前己基本掌握了机器人操作机的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术，生产了部分机器人关键元器件，开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人;其中有130多台套喷漆机器人在二十余家企业的近30条自动喷漆生产线(站)上获得规模应用，弧焊机器人己应用在汽车制造厂的焊装线上。但总的来看，我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，如:可靠性低于国外产品:机器人应用工程起步较晚，应用领域窄，生产线系统技术与国外比有差距;在应用规模上，我国己安装的国产工业机器人约200台，约占全球已安装台数的万分之四。以上原因主要是没有形成机器人产业，当前我国的机器人生产都是应用户的要求，“一客户，一次重新设计”，品种规格多、批量小、零部件通用化程度低、供货周期长、成本也不低，而且质量、可靠性不稳定。因此迫切需要解决产业化前期的关键技术，对产品进行全面规划，搞好系列化、通用化、模块化设计，积极推进产业化进程.我国的智能机器人和特种机器人在“863”计划的支持下，也取得了不少成果。其中最为突出的是水下机器人，6000m水下无缆机器人的成果居世界领先水平，还开发出直接遥控机器人、双臂协调控制机器人、爬壁机器人、管道机器人等机种:在机器人视觉、力觉、触觉、声觉等基础技术的开发应用上开展了不少工作，有了一定的发展基础。但是在多传感器信息融合控制技术、遥控加局部自主系统遥控机器人、智能装配机器人、机器人化机械等的开发应用方面则刚刚起步，与国外先进水平差距较大，需要在原有成绩的基础上，有重点地系统攻关，才能形成系统配套可供实用的技术和产品，以期在“十五”后期立于世界先进行列之中。
1.4 课题的主要要求
设计通用圆柱坐标系机械手及控制系统。设计中的机械手各动作由液压缸驱动，并
有电磁阀控制，技术指标如下：（1、）原始数据：
a、抓重：200N
b、自由度（四个自由度）
c、动作符号行程范围速度
伸缩 X 500mm 小于300mm/s
升降 Z 330mm 小于70mm/s
回转φ 0——180º小于90º/s
d、手腕运动参数
回转φ行程范围 0——180º速度小于90º/s
e、手指夹持范围：棒料，直径65——85mm，长度450——1200mm
f、定位方式：电位器（或接近开关等）设定，点位控制
g、驱动方式：液压（中、低压系统）
h、定位精度：±3mm。
i、控制方式：PLC
1.5设计内容及安排
a、熟悉任务，查阅资料
b、画出机械手装配图
c、画出液压控制原理图
d、根据控制要求，选择PLC型号及输入输出元件
e、画出PLC控制的输出输入接线图
f、完成梯形图和语句表的程序设计
g、整理设计说明书，答辩
要求：
a、上述工作要求扎扎实实完成，绝不能打过场
b、培养独立思考的，独立动手，独立查阅资料，严谨治学、一丝不苟的精
神
c、培养独立分析问题、解决问题的能力
d、有关问题按照课程设计大纲要求进行
第二章手部结构
2.1 手部结构设计
2.1.1概述
手部是机械手直接用于抓取和握紧工件或夹持专用工具进行操作的部件，它具有模仿人手的功能，并安装于机械手手臂的前端。机械手结构型式不象人手，它的手指形状也不象人的手指、，它没有手掌，只有自身的运动将物体包住，因此，手部结构及型式根据它的使用场合和被夹持工件的形状，尺寸，重量，材质以及被抓取部位等的不同而设计各种类型的手部结构，它一般可分为钳爪式，气吸式，电磁式和其他型式。钳爪式手
部结构由手指和传力机构组成。其传力机构形式比较多，如滑槽杠杆式、连杆杠杆式、斜楔杠杆式、齿轮齿条式、弹簧杠杆式……等，这里采用连杆杠杆式。
2.1.2 设计时应考虑的几个问题
①应具有足够的握力（即夹紧力）
在确定手指的握力时，除考虑工件重量外，还应考虑在传送或操作过程中所产生的惯性力和振动，以保证工件不致产生松动或脱落。
②手指间应有一定的开闭角
两个手指张开与闭合的两个极限位置所夹的角度称为手指的开闭角。手指的开闭角保证工件能顺利进入或脱开。若夹持不同直径的工件，应按最大直径的工件考虑。
③应保证工件的准确定位
为使手指和被夹持工件保持准确的相对位置，必须根据被抓取工件的形状，选择相应的手指形状。例如圆柱形工件采用带‘V’形面的手指，以便自动定心。
④应具有足够的强度和刚度
手指除受到被夹持工件的反作用力外，还受到机械手在运动过程中所产生的惯性力和振动的影响，要求具有足够的强度和刚度以防止折断或弯曲变形，但应尽量使结构简单紧凑，自重轻。
⑤应考虑被抓取对象的要求
应根据抓取工件的形状、抓取部位和抓取数量的不同，来设计和确定手指的形状。
2.2手部计算
2.2.1 驱动力的计算
1.手指
2.连杆
3.拉杆
4.指座
图1 连杆杠杆式手部受力分析
如图所示为连杆式手部结构。作用在拉杆上的驱动力3为P，两连杆2对拉杆反作用力为P1、P2，其力的方向沿连杆两铰链中心的连线，指向O点并与水平方向成α角，由拉杆的力平衡条件可知，即
∑Fx=0,P1=P2;∑Fy=0
P=2P1cosα
P1=P/2cosα
连杆对手指的作用力为p1′，因连杆2为2力杆。手指握紧工件时所需的力称为握力（即夹紧力），假想握力作用在过手指与工件接触面的对称平面内，并设两力的大小相等，方向相反，以N表示。由手指的力矩平衡条件，即∑m01(F)=0得
P1′h=Nb
因h=c cosα
所以P=2 b tgα N/c
式中b——手指的回转支点到对称中心线的距离（毫米）。
c——手指的回转支点到连杆铰链连接点的距离（毫米）
α——工件被夹紧时手指的滑槽方向与两回转支点连线间的夹角。
由上式可知，当驱动力P一定时，握力N与α角成正切反比。α角小时可获得较大的握力，α=0的时候使手指闭合到最小位置即为自锁位置，这时去掉驱动力，工件也不会自行脱落。若拉杆再往下移动，则手指反而会松开，为避免这种情况的发生，需保持α大于零，一般取α=30°~40°。这里取角α=30度。
这种手部结构简单，具有动作灵活等特点。查《工业机械手设计基础》中表2-1可知，V形手指夹紧圆棒料时，握力的计算公式N=0.5G，综合前面驱动力的计算方法，可求出驱动力的大小。为了考虑工件在传送过程中产生的惯性力、振动以及传力机构效率的影响，其实际的驱动力P实际应按以下公式计算，即：
P实际=PK1K2/η
式中η——手部的机械效率，一般取0.85~0.95；
K1——安全系数，一般取1.2~2
K2——工作情况系数，主要考虑惯性力的影响，K2可近似按下式估计，K2=1+a/g，其中a为被抓取工件运动时的最大加速度，g为重力加速度。
本机械手的工件只做水平和垂直平移，当它的移动速度为500毫米/秒，移动加速度为1000毫米/秒2，工件重量G为300牛顿，V型钳口的夹角为120°,α=30°时，拉紧油缸的驱动力P和P实际计算如下：
根据钳爪夹持工件的方位，由水平放置钳爪夹持水平放置的工件的当量夹紧力计算公式
N=0.5G=150（N）
选取b=50 c=30
由连杆杠杆式结构的驱动力计算公式
P=2btgα N/c 得
P=P计算=2×50×tg（30°）×150／30≈288.68（N）
P实际=P计算K1K2/η
取η=0.85, K1=1.5, K2=1+1000/9810≈1.1
则P实际=288.68×1.5×1.1/0.85≈560.38(N)
2.2.2夹紧缸驱动力计算
夹紧装置是使手指夹紧工件的动力装置，此外，选用液压驱动，为单向作用缸，回程用弹簧驱动，手指夹紧工件时，缸的驱动力为
P推=D2Pπ／4
其中D——活塞直径，选取直径28mm的液压缸
P——驱动流体压力，选取P=1MPa
计算可得：
P推=282×1×π／4=615.44（N）
P推＞P实际故夹紧缸的选择满足题目要求
2.3 两支点回转式钳爪的定位误差的分析
图2 带浮动钳口的钳爪
钳口与钳爪的连接点E 为铰链联结,如图示几何关系,若设钳爪对称中心O 到工件中心O′的距离为x,则
x=22)sin /(a b R l -+-α
当工件直径变化时,x 的变化量即为定位误差△,设工件半径R 由R max 变化到R min 时,其最大定位误差为
△=∣22)sin max/(a b R l -+-α-22)sin min/(a b R l -+-α∣
其中l=50mm ,b=10mm ,a=45mm ,2α=120° ,R min =25mm ,R max =35mm
代入公式计算得
最大定位误差△=∣49.71—49.62∣=0.09＜0.8
故符合要求.
第三章 腕部结构
3.1腕部的结构设计
3.1.1概述
腕部是连接手部与臂部的部件，起支承手部的作用。设计腕部时要注意以下几点：
① 结构紧凑，重量尽量轻。
② 转动灵活，密封性要好。
③ 注意解决好腕部也手部、臂部的连接，以及各个自由度的位置检测、管线的
布置以及润滑、维修、调整等问题
④ 要适应工作环境的需要。
另外，通往手腕油缸的管道尽量从手臂内部通过，以便手腕转动时管路不扭转和不外露，使外形整齐。
3.1.2 腕部的结构形式
本机械手采用回转油缸驱动实现腕部回转运动，结构紧凑、体积小，但密封性差，回转角度为180°.
如下图所示为腕部的结构，定片与后盖，回转缸体和前盖均用螺钉和销子进行连接和定位，动片与手部的夹紧油缸缸体用键连接。夹紧缸体也指座固连成一体。当回转油缸的两腔分别通入压力油时，驱动动片连同夹紧油缸缸体和指座一同转动，即为手腕的回
. 机械原理课程设计 说明书 设计课题：机械手 专业班级：2012级机自05班 小组成员： 张结荣201204010523 陈庆林201204010504 肖哲201204010520 郑然201204010525 周奕佳201204010526 指导教师：陈敏钧时间：2014.7.14——2014.7.18
目录 1 设计任务书 (3) 2 执行机构的选择与比较 (3) §2-1 转角机构 (3) §2-2 上升机构 (4) §2-3 前进机构 (6) 3 传动机构的选择与比较 (5) §3-1 普通传动机构 (5) §3-2 间歇传动机构 (5) 4 原动机的选择 (6) 5 机械系统运动简图 (9) 6 机械系统运动循环图 (10) 7 机械手的机构设计 (11) §7-1 上升机构 (11) §7-2 前进机构 (11) §7-3 夹紧放松机构 (12) §7-4 转角机构 (12) §7-5 传动机构 (13)
1设计任务书 设计项目：机械手的设计 工作要求：机械手从工件架上抓起工件，然后送人工作台进行加工。机械手完成以下动作（2选1）。 （1）水平面内转30度，上升100mm，前进50mm; （2）水平面内转30度，手臂自转90度，前 进50mm。 机械手的夹持器还有夹紧和放松动作； 机械手工作频率：20/min； 升降0.3kw，摆动0.1kw，伸缩0.1kw，夹 持0.2kw。 2执行机构的选择与比较 §2-1 转角机构（实现平面转角0 30功能） 方案一 30的过程：电机带动不完全齿轮运动，不完全齿轮带动全齿轮实现平面转角0 运动，与全齿轮固结的四杆机构，使滚子在预先设计好形状的槽内运动，左右运动的极限位置恰好是30度。
毕业设计 设计题目棒料抓装机械手的设计 学生姓名 学号 专业班级 指导教师 院系名称
目录 中文摘要 (3) 英文摘要 (4) 第一章绪论 (5) 1.1 工业机械手 (5) 1.1.1 工业机械手概述 (5) 1.1.2 选题背景 (6) 1.1.3 设计目的 (6) 1.2 机械手的组成和分类 (7) 1.2.1机械手的组成 (7) 1.2.2机械手的分类 (10) 1.3 国内外发展状况 (12) 1.4 课题的主要要求 (13) 第二章手部结构 (14) 2.1 手部结构设计 (14) 2.1.1概述 (14) 2.2手部计算 (16) 2.2.1 驱动力的计算 (16) 2.2.2夹紧缸驱动力计算 (18) 2.3 两支点回转式钳爪的定位误差的分析 (18) 第三章腕部结构 (19) 3.1腕部的结构设计 (19) 3.1.1概述 (19) 3.1.2 腕部的结构形式 (19) 3.2手腕驱动力矩的计算 (20) 第四章臂部的结构 (21) 4.1 臂部设计的基本要求 (22) 4.2 手臂的典型机构以及结构的选择 (23) 4.2.1 手臂的典型运动机构 (23) 4.2.2 手臂运动机构的选择 (23) 4.3 手臂直线运动的驱动力计算 (23) 4.3.1 手臂摩擦力的分析与计算 (23) 4.3.2 手臂惯性力的计算 (25) 4.3.3 密封装置的摩擦阻力 (25) 4.4 液压缸工作压力和结构的确定 (26) 第五章机身的设计计算 (29)
5.1 机身的整体设计 (29) 5.2 机身回转机构的设计计算 (30) 5.3 机身升降机构的计算 (33) 5.3.1 手臂偏重力矩的计算 (33) 5.3.2 升降不自锁条件分析计算 (34) 5.3.3 手臂做升降运动的液压缸驱动力的计算 (34) 5.3.4 油缸结构尺寸的确定 (35) 第六章液压系统 (37) 6.1液压系统的设计 (37) 6.1.1液压系统简介 (37) 6.1.2液压系统的组成 (37) 6.2机械手液压系统的控制回路 (37) 6.2.1 压力控制回路 (37) 6.2.2 速度控制回路 (38) 6.2.3方向控制回路 (38) 6.3 机械手的液压传动系统 (39) 6.3.1上料机械手的动作顺序 (39) 6.3.2自动上料机械手液压系统原理介绍 (39) 6.4机械手液压系统的简单计算 (41) 6.4.1 双作用单杆活塞油缸 (42) 6.4.2油泵的选择 (45) 6.4.3 确定油泵电动机功率N (45) 第七章PLC控制回路的设计 (46) 7.1电磁铁动作顺序 (47) 7.2 根据机械手的动作顺序表 (48) 7.3 PLC与现场器件的实际连接图 (49) 7.4 梯形图 (50) 7.5指令程序 (52) 结论 (56) 致谢 (57) 参考文献： (58)
机械手设计说明书 篇一：机械手设计说明书 指导老师： 设计合作成员： 一、设计项目名称 机械手臂手指机构2 二、设计目的 本设计拟搬运宽度尺寸90～110mm、质量为5kg以内的六菱柱形钢质工件，手指机构带水平转盘。手指的动力驱动方式为液压传动。液压传动的机械手是以压缩液体的压力来驱动执行机构运动的机械手。 三、设计要求 (1)机械手为专用机械手，适用于夹六菱柱形钢质工件。 (2)选取机械手的座标型式和自由度。 (3)主要设计出机械手的手部机构。 (4)液压传动系统液压缸的选用 四、设计方案 4.1 机械手基本形式的选择 机械手的典型结构一般可分为：回转型（包括滑槽杠杆式和连杆杠杆式两种）、移动型（移动型即两手指相对支座作往复运动）和平面平移型。本设计采用二指回转型手抓。 4.2 机械手的主要部件及运动 本机械手的部件有齿轮、齿条、连杆和液压缸等。主要
的运动有直动液压缸驱动齿条的平动、齿轮和齿条的啮合运动、连杆的转动和手抓的平行移动。 4.3 驱动方式的选择 本机械手的驱动方案采用液压机构驱动机械手,结构简单、尺寸紧凑、重量轻、控制方便。 4.4 机械手的技术参数列表 用途：卸码垛机械手臂抓重：5kg 抓取的物体的几何形状：宽度为90～110mm六菱柱形钢质工件机械手自重：小于等于10kg 4.5 机械工作原理 机械手的夹工件的工作原理框图如图1所示。 图1. 机械手夹工件的工作原理框图 该机械手采用了液压驱动方式来实现其工作的要求，工作要求就是机械手能适应六菱柱形钢质工件不同面的夹持，故带有水平转盘手臂的回转运动。 传动机构采用齿条与齿轮啮合。本机械通过液压驱动传递动力推动齿条平动，齿条与齿轮啮合将液压缸传来的水平运动转化为齿轮连杆的回转运动。而齿条与齿轮啮合驱动四连杆转动，四连杆机构使夹板水平移动，完成对工件的夹紧松开。机械手的整体结构图如图2、图3所示。手爪部分特点如下表述： 1. 机械手手部由手爪（即夹板）和传力机构所构成。
摘要 加工中心是指在一次装卡中，能够实现自动铣削、钻孔、镗孔、铰孔、攻丝等多工序的数控机床。更为明确的说法是：加工中心就是自动换刀数控镗铣床。这就把加工中心和自动换刀数控车床和车削中心区别开来。 加工中心区别于别的数控镗铣床的主要特点就在于它具有根据工艺要求自动更换所需刀具的功能，机自动换刀(ATC)机能。 加工中心的自动换刀系统,通常是由刀库和机械手组成,它是加工中心的象征,又是加工中心成败的关键环节。因此各加工中心制造厂家都在下大力研制动作迅速、可靠性高的自动换刀装置,以求在激烈的竞争中取得好的效益。正因为自动换刀装置是加工中心的核心内容,各厂家都在保密,极少公开有关资料,尤其机械手部分更始如此。 加重中心的自动换刀形式,可分为有机械手换刀方式和无机械手换刀方式。加工中心的ATC,大都采用有机械手的换刀方式，因为更节省时间。 由于液压驱动的机械手需要采用严格的密封，还需较复杂的缓冲机构，控制机械手动作的电磁阀都有一定的时间常数，因为换刀速度较慢。近年来国内、外先后研制出凸轮联动式单臂双抓机械手。这种机械手的优点是由电机驱动，不需要较复杂的液压系统及其密封、缓冲机构，没有漏油现象，结构简单，工作可靠。同时，机械手手臂的回转和插刀、拔刀的分解动作是联动的，部分时间可重叠，从而大大缩短了换刀时间。 关键词：机械手；加工中心；自动换刀
Abstract Machining Center is installed in a card, to achieve automatic milling, drilling, boring, Reaming, Tapping and other processes of CNC machine tools. A more explicit statement of Machining Center is the automatic tool change CNC milling machines. This brings the processing center and automatic tool change CNC lathe and turning centers to distinguish. Machining Center is different from other CNC milling machines to the main features is that it has under the technological requirements for automatic tool change function, Automatic Tool Change (ATC) function. Machining Center, ATC system is usually a knife and the composition manipulator, it is a symbol of the processing center. Machining Center is the key to success. Therefore the processing center manufacturers are vigorously developing the next moves quickly, high reliability, ATC, to the fierce competition to achieve good results。It is precisely because of automatic tool change is the core processing center, the manufacturers are confidential, rarely disclose the information In particular, some manipulator so start anew. Add to the automatic tool change form, it can be divided into a manipulator tool change and free manipulator ATC way. ATC machining centers, most using a manipulator tool change, because it is more time-saving. Due to hydraulic-driven manipulators need strict sealed need more complex buffer, manipulator control of the solenoid valve moves have a certain amount of time constants, because slower speed up the pace. In recent years, domestic and foreign has developed a cam linkage arm-grasping manipulator. This manipulator from the advantages of motor-driven, not more complex hydraulic system and its sealed buffer, no leakage, simple, reliable. Meanwhile, the manipulator arm and rotary knife inserted, the decomposition Everyone moves are linked, and some may overlap time, thus greatly reducing the time ATC。 KeyWords：Manipulator; Machining Center; Automatic tool change
第一章前言 1.1 研究的目的及意义 机械手作为前沿的产品应自动化设备更新时的需要，可以大量代替单调往复或高精度需求的工作，在先进制造领域中扮演着极其重要的角色。它可以搬运货物、分拣物品、代替人的繁重劳动。可以实现生产的机械化和自动化，能在高温、腐蚀及有毒气体等环境下操作以保护人身安全，可以广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工业和原子能等部门。 随着工业的高速发展，机械手作为前沿的产品应自动化设备更新时的需要，已经在工业生产中得到了广泛的应用。它可以搬运货物、分拣物品、用以代替人的繁重及单调劳动，实现生产的机械化和自动化；并能在高温、腐蚀及有毒气体等有害环境下操作以保护人身安全，被广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工业和原子能等部门。 可编程控制器(PLC)是以中央处理器为核心，综合了计算机和自动控制等先进技术，具有可靠性高、功能完善、组合灵活、编程简单、功耗低等优点，已成为目前在机械手控制系统中使用最多的控制方式。使用PLC的自动控制系统具有体积小，可靠高，故障率低，动作精度高等优点。 适应工业需要，本课题试图开发PLC对物料分拣机械手的控制，并借助必要的精密传感器，使其能够对不同颜色的物料按预先设定的程序进行分拣，动作灵活多样，适用于可变换生产品种的中小批量自动化生产，广泛应用于柔性生产线。采用PLC控制，是一种预先设定的程序进行物料分拣的自动化装置，可部分代替人工在高温和危险的作业区进行单调持久的作业，并且在产品变化或临时需要对机械手进行新的分配任务时，可以允许方便的改动或重新设计其新部件，而对于位置改变时，只要重新编程，并能很快地投产，降低安装和转换工作的费用。本设计主要完成机械手的硬件部分与软件部分设计。主要包括执行系统、驱动系统和控制系统的设计。 1.2 机械手在国内外现状和发展趋势 机械手最早应用在汽车制造工业，常用于焊接、喷漆、上下料和搬运。机械手延伸和扩大了人的手足和大脑功能，它可替代人从事危险、有害、有毒、低温
-- 前言 机械手是模仿人的手部动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运和操作的自动装置。它特别是在高温、高压、多粉尘、易燃、 易爆、放射性等恶劣环境中，以及笨重、单调、频繁的操作中代替人作 业，因此获得日益广泛的应用。机械手一般由执行机构、驱动系统、控 制系统及检测装置三大部分组成，智能机械手还具有感觉系统和智能系 统。本篇介绍的是用于物件装卸的机械手的设计，属圆柱坐标式机械手。 本篇根据设计机械手的一般程序，分八步详细地的介绍了用于物件装卸 的机械手的设计的过程。 第一章设计任务书 一.设计内容： 1、机械手机构总体方案设计 2、手架的结构设计 3、液压、气压或电气系统设计 机械手动作要求是：手架能作任何角度的伸缩和转动。 各动作由液压、气压驱动，电磁阀控制。 手架承重不小于10kg。 第二章设计任务分析以及总体方案 机械手是一种模仿人手部分动作,按照预先设定的程序、轨迹或其它要求，实现抓取、搬运工件或者操纵工具的自动化装置。 一.机械手设计原则 总体设计的任务：包括执行系统、驱动系统、控制系统的设计及参数计算，最后绘出草图。总体设计后要进行各部件的强度、刚 度、驱动力验算。 1、运动设计及确定主要要求 手架能作任何角度的伸缩和转动
2、驱动方式：液压、气压驱动 该机械手是独立的自动化机械装置。通用性高，机械手结构比较复杂。手臂可作前后伸缩、上下升降和水平左右摆动三个动作， 手臂可以绕Z轴转动360度 4）按驱动方式分为联合驱动，电力驱动，液压驱动。 5）按臂力大小来说是中型机械手。 二、机械手分类 1.按驱动方式分：液压式、气动式、机械式 2.按适用范围分：专用机械手、通用机械手 3.按运动轨迹控制方式分：点位控制、连续轨迹控制 4.按臂部的运动形式分：直角坐标式、圆柱坐标式、球座坐标式、 关节式 三.机械手主要组成： 机械手主要是由执行系统，驱动系统，控制系统三大部分组成。 1、执行部分 执行系统是机械手的机械传动结构部分。它包括手、手腕、手臂和机座等部件。 2、驱动系统 驱动系统是驱动执行系统的动力装置。驱动系统有液压驱动，气压驱动，电力驱动和机械驱动等方式。 3、控制系统 控制系统是支配执行系统按规定程序动作得到电气控制装置。控制系统所控制的因素包括执行系统各部的动作、动作顺序、位置、时间和速度等。 四.机械手结构布置要求及平稳性与定位精度 机械手工作中运动速度较高，在结构布置上应保证运动平稳，这样可提高机械手使用的可靠性，并可延长使用寿命，在结构上要注意以 下几点： 1）臂部要防止偏重通常臂部处于悬臂的工作状态，在设计臂部、 手部结构时要尽量使其总的重心在支撑中心，防止对支撑中心的偏 重。偏重将会产生附加的弯矩引起立柱和导向的变形，工作中引起 导向装置不均匀的磨损。在回转运动中偏重对回转轴附加有动压力， 其方向不断的变化，特别是高速及速度突然变化时更为明显，这将 引起机械手的振动，严重时会造成卡死。防止偏重过大可采取的措 施如下： a.减轻手部重量，并尽量减少偏心载荷。 b.合理分布臂部上各部件重量和增加平衡重，使臂部平衡。 c.机械手在结构上无法避免偏重，则应加强导向支撑，尽力减轻偏 重对运动的影响。 2）加强臂部刚度选取臂部结构时要注意各个方向的刚度。提高 臂部刚度是减少手部颤动的关键，有利于提高定位精度。臂部的刚 度决定于臂部的结构和导向形式。
摘要 本文简要介绍了电动式关节型机器人机械手的概念，机械手硬件和软件的组成，机械手各个部件的整体尺寸设计，气动技术的特点。本文对机械手进行总体方案设计，确定了机械手的坐标形式和自由度，确定了机械手的技术参数。同时，设计了机械手的夹持式手部结构，设计了机械手的手腕结构，计算出了手腕转动时所需的驱动力矩和回转气缸的驱动力矩。设计了机械手的手臂结构。设计出了机械手的气动系统，绘制了机械手气压系统工作原理图，大大提高了绘图效率和图纸质量，画出了机械手的装配图图。 关键词：工业机器人机械手电动电动式关节型机器人机械手
Abstract At first, the paper introduces the conception of the industrial robot and the Eller. Dairy information of the development briefly. What’s more, the paper accounts for the background and the primary mission of the topic.The paper introduces the function, composing and classification of the manipulator, tells out the free-degree and the form of coordinate. At the same time, the paper gives out the primary specification parameter of this manipulator,The paper designs the structure of the hand and the equipment of the drive of the manipulator. This paper designs the structure of the wrist, computes the needed moment of the drive when the wrist wheels and the moment of the drive of the pump.The paper designs the structure of the arm. The paper institutes two control schemes of according to the work flow of the manipulator. The paper draws out the work time sequence chart and the trapezium chart. KEY WORDS: Industrial robot robot electric electric-type joints robot manipulator
目录 前言-------------------------------------- 第一章设计任务书 ------------------------------------ 第二章设计任务分析以及总体方案----------------------- (一)机械手设计原则--------------------------- （二）机械手分类 -------------------------------------（三）机械手 主要组成------------------------------ （四）机械手结构布置要求及平稳性与定位精度----------- 第三章机械部分的设计--------------------- (一)机械手手部---------------------------------- （二）机械手的手腕------------------------------------- （三）机械手的手臂---------------------------------- 第四章驱动部件设计---------------------------- (一)液压驱动部分------------------------------------ （二）气压驱动设计------------------------------------- (三)液动机的选择------------------------------------- (四)减速齿轮的选择------------------------ 第五章管路布置及效验--------------------------- （一）机械手常用位置检测元件--------------------------- （二）管路布置方法 -------------------------------- 第六章参考文献--------------------- 第七章设计感言------------------------------------- 前言 机械手是模仿人的手部动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运和操作的自动装置。它特别是在高温、高压、多粉尘、易燃、 易爆、放射性等恶劣环境中，以及笨重、单调、频繁的操作中代替人作 业，因此获得日益广泛的应用。机械手一般由执行机构、驱动系统、控 制系统及检测装置三大部分组成，智能机械手还具有感觉系统和智能系 统。本篇介绍的是用于物件装卸的机械手的设计，属圆柱坐标式机械手。 本篇根据设计机械手的一般程序，分八步详细地的介绍了用于物件装卸 的机械手的设计的过程。
机械系统设计 课程设计说明书 设计题目：工业机械手设计 学院：机电工程学院班级：机械092 班姓名： 学号： 第四章手臂的设计 4.1手臂伸缩的设计计算 手臂是机械手的主要执行部件。它的作用是支撑腕部和手部，并带动它们在空间运动。
臂部运动的目的，一般是把手部送达空间运动范围内的任意点上，从臂部的受力情况看，它在工作中即直接承受着腕部、手部和工件的动、静载荷，而且自身运动又较多，故受力较复杂。 机械手的精度最终集中在反映在手部的位置精度上。多义性在选择合适的导向装置和定位方式就显得尤其重要了。 1•伸缩液压缸的设计计算 1.1求水平伸缩直线运动液压缸的驱动力 根据液压缸运动时所需克服的摩擦、回油背压及惯性等几个方面的限力，来确定液压缸 所需的驱动力。 手臂的伸缩速度为300mm/s 行程L=400mm 抓重100N 液压缸活塞的驱动力的计算 式中F摩一一摩擦阻力。手臂运动时，为运动件表面间的摩擦阻力。若是导向装置，则为活塞和缸壁等处的摩擦阻力。 F密一一密封装置处的康擦阻力； F回一一液压缸回油腔低压油掖所造成的阻力； F惯一一起动或制动时，活塞杆所受平均惯性力。 F摩、F密、F回、F惯的计算如下。 4.1.1. F摩的计算不同的配置和不同的导向截面形状，其摩擦阻力不同，要根据具体情 进行估算。 图4-15为双导向杆导向，其导向杆截面形状为圆柱面，导向杆对称配置在伸缩缸的两侧, 启动时，导向装置的摩擦阻力较大，计算如下： 由于导向杆对称配置，两导向杆受力均衡，可按一个导向杆计算。
X M A =0 G ^ = aF b G 总L F b a ' Y = 0 G F b 二 F a (L +a ： l a 」 式中G 总——参与运动的零部件所受的总重力 (含工件重),估算G 总=(100+700)N=800N L ---- 手臂参与运动的零部件的总重量的重心到导向支承前端的距离 (m), L=100mm a ---- 导向支承的长度 ，a=150mm; □一一当量摩擦系数，其值与导向支承的截面形状有关。 对子圆柱面： ' 4 二 ' 卩=「一：一卜 =(1.27 : 1.57)卩取卩=1.5卩 5 2丿 摩擦系数，对于静摩擦且无润滑时
第一章引言 1.1 工业机械手概述 工业机器人由操作机(机械本体)、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作，自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。特别适合于多品种、变批量的柔性生产。它对稳定、提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。机器人应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标志。生产中应用机械手可以提高生产的自动化水平，可以减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全生产;尤其在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣的环境中，它代替人进行正常的工作，意义更为重大。因此，在机械加工、冲压、铸、锻、焊接、热处理、电镀、喷漆、装配以及轻工业、交通运输业等方面得到越来越广泛的引用。机械手的结构形式开始比较简单，专用性较强，仅为某台机床的上下料装置，是附属于该机床的专用机械手。随着工业技术的发展，制成了能够独立的按程序控制实现重复操作，适用范围比较广的“程序控制通用机械手”，简称通用机械手。由于通用机械手能很快的改变工作程序，适应性较强，所以它在不断变换生产品种的中小批量生产中获得广泛的引用。 液压传动机械手是以压缩液体的压力来驱动执行机构运动的机械手。其主要特点是:介质李源极为方便，输出力小，液压动作迅速，结构简单，成本低。但是，由于空气具有可压缩的特性，工作速度的稳定性较差，冲击大，而且气源压力较低，抓重一般在30公斤以下，在同样抓重条件下它比液压机械手的结构大，所以适用于高速、轻载、高温和粉尘大的环境中进行工作。 液压技术有以下优点: （1）体积小、重量轻，因此惯性力较小，当突然过载或停车时，不会发生大的冲击； （2）能在给定范围内平稳的自动调节牵引速度，并可实现无极调速； （3）换向容易，在不改变电机旋转方向的情况下，可以较方便地实现工作机构旋转和直线往复运动的转换； （4）液压泵和液压马达之间用油管连接，在空间布置上彼此不受严格限制； （5）由于采用油液为工作介质，元件相对运动表面间能自行润滑，磨损小，使用寿命长；（6）操纵控制简便，自动化程度高； （7）容易实现过载保护。
目录 前言 (2) 第一章绪论 (3) 1.1 引言 (3) 1.2 工业机械手的含义 (4) 1.3 选题背景与意义 (4) 1.4 工业机械手的组成 (6) 1.5 工业机械手的发展及国内外发展趋势 (7) 第二章三轴伺服驱动机械手结构设计方案 (12) 2.1 机械手的设计方法 (12) 2.1.1 机械手的选择与分析 (12) 2.1.2 直角坐标机械手的设计方法 (13) 2.2 机械手的结构设计 (18) 2.2.1 机械手的总体设计 (18) 2.2.2 机械手的传动部件设计 (19) 2.2.3 机械手的臂部设计 (20) 2.3 三轴伺服驱动机械手机构的特点 (21) 第三章工业机械手的运动系统分析 (22) 3.1 工业机械手的运动系统分析 (22) 3.1.1机械手的运动概述 (22) 3.1.2 机械手的驱动方式 (24) 第四章三轴伺服驱动机械手零件的设计 (33) 4.1 伺服电机的选择 (33) 4.2 减速机的选择 ..................错误!未定义书签。 4.3 齿轮齿条的选择 (35) 4.4 导轨的选择 (43) 第五章结论 (45) 致谢.............................错误!未定义书签。参考文献.. (46)
前言 进入21世纪后,FANUC公司开发成功了配备有视觉传感器和力觉传感器的智能机械手。到现在已拥有可搬运质量从 2 公斤到1.2 吨的种类丰富的商品系列。随后，FANUC公司又开发了运用这一智能机械手的长时间连续机械加工系统机械手单元。在整个加工工序中加工作业本身使用数控机床进行自动化加工已经非常普遍了。但是，附带作业，毛比如在加工中心的夹具上进行加工材料装卸的作业，以及去毛刺边，清洗等作业中的很多部分，现在还是依靠人工来完成。机械手单元使用智能机械手，不但实现了这些作业的自动化，而且在世界上最早实现了。小时的长时间连续加工，现在在FANUC公司的工厂共运转着13 套这样的机械手单元。机械手单元使用了两种控制装置也就是CNC和机械手控制器我们现在正在开发使这两种控制装置都可以单独地显示双方状态的功能，以进一步推进机床和机械手的融合。[1]随着我国工业自动化水平的不断提高，在机械加工与制造领域，以及各种装配与包装自动化生产线上机械手的应用已相当普遍机械手通常担负着上料下料等加工任务。由于PLC顺序控制具有系统简单可靠，控制灵活方便等特点，而且从PLC诞生之日起其最基本最普遍的应用领域就是在工业环境下的顺序控制，因此，基于PLC顺序控制的机械手在工业自动化领域中得到广泛的应用。 机械手是一种很特别的生产工具，因此，机械手应用的范围十分广泛。这些应用可以被划分为3类：材料处理、材料搬运和装配。在材料处理中，机械手用工具来加工和处理原材料。例如，机械手工具可包括钻头，从而可以在原始材料上执行钻孔操作。材料搬运包括装载零件。这些操作可以由机械手可靠地重复执行，因此提高了质量，减少了废料损失。装配是机械手技术的另一个广泛应用。自动装配系统能合并自动测试、机械手自动控制和机械处理，以减少劳动成本，提高产量，消除人工操作的危险性。
机电控制系统设计与分析 课程设计说明书 设计题目： 机械手轴向转动关节控制系统 班级：40703 学号：4070330 学生姓名：徐靖斌 指导教师：黄海东
目录 第一章设计任务 (3) 1.1 设计任务介绍 (3) 第二章总体方案设计 (3) 2.2 设计任务明细 (4) 2.3 系统总体结构示意图 (4) 2.4 选择合适的编码器 (5) 2.5 伺服电机的选择 (6) 第三章电气原理设计 (7) 3.1 单片机的选择 (7) 3.2 电气系统的基本组成 (8) 第四章课程设计总结 (10) 第五章参考文献 (10)
第一章设计任务 . 设计任务介绍 从机器人诞生到本世纪80代初，机器人技术经历了一个长期缓慢的发 展过程。到了90代，随着计算机技术、微电子技术、网络技术等的快速开展，机器人技术也得到了飞速开展。除了工业机器人水平不断提高之外，各种用于非制造业的先进机器人系统也有了长足的进展。而机械手作为机器人不可或缺的一局部，其功能尤为重要！伺服系统的开展经历了由液压到电气的过程。电气伺服系统根据所驱动的电机类型分为直流（DC）伺服系统和交流（AC）伺服系统。而机械手也广泛用于各个行业.机械手臂是目前在机械人技术领域中得到最广泛实际应用的自动化机械装置，在工业制造、医学治疗、娱乐效劳、军事以及太空探索等领域都能见到它的身影。尽管它们的形态各有不同，但它们都有一个共同的特点，就是能够接受指令，精确地定位到三维（或二维）空间上的某一点进行作业。 —机身；2—大臂电机；3—光电编码器；4—大臂；5—小臂电机 6—同步带；7—光电编码器；8—小臂；9—手腕升降电机； 0—手抓电机；—手抓。 第二章总体方案设计 ()设计任务 机械手轴向转动关节实际上是一个蜗轮蜗杆减速器,用带减速器的24V伺服电机来驱动蜗杆。设计一个单片机控制器或模拟控制器,用角度传感器来检测蜗杆的转角.要求的蜗杆转角由一个受柄控制的滑线电阻给定。
机械手-人体下肢外骨骼康复机器人设计-说明书 摘要 康复机器人技术则是近年来迅速发展的一门新兴机器人技术,是机器人技术在医学领域的新应用;目前康复机器人已成为国际社会研究的热点之一。本课题主要研究的下肢外骨骼康复机器人的设计。 本文介绍了下肢康复机器人国内外发展现状和应用情况,进行了下肢外骨骼康复机器人的总体方案设计、结构设计,和总体控制方案设计,并对重要零件进行校核。本设计下肢外骨骼康复机器人共有5个自由度,其中每一条机械腿上有2个关节(2个自由度)模仿人体腿上的膝关节、髋关节和一个用于减重的减重系统(包括1个自由度)。此系统能用于脑损伤、中风等病人的步态康复训练,帮助病人更好地进行康复训练,减轻他人的帮助,提高效果。 关键词:康复训练,机器人,下肢外骨骼 ABSTRACT The rehabilitation robot technology is a new robot technology developed rapidly recently, which is a new application in medical fields of robot technology. Currently the research on rehabilitation robot has been one of the focuses in the International Society. The rehabilitation robot technology is a synthesis of many subjects, which covers mechanics, electronics, control and rehabilitative medicine and so on; it has been a typical representation of the mechatronics research. The main research
SHANDONGＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ 课程设计说明书 二维机械手，二号黑体 学院：农业工程与食品科学学院 专业：农业机械化及自动化 学生姓名： 指导教师：*** 2011 年7 月 1
目录 第一章绪论································································错误!未定义书签。 1.1设计目的·······························································错误!未定义书签。 1.2设计内容 (2) 1.3设计要求 (2) 第二章总体方案设计 (2) 2.1机械部分设计 (2) 2.2控制部分设计 (3) 2.21技术要求 (3) 2.22驱动控制系统 (3) 2.23设计方案简图 (4) 第三章结构设计 (5) 3.1手抓的设计 (5) 第四章驱动系统设计 (5) 4.1 气缸设计 (5) 4.11气缸1的设计 (5) 4.12气缸2的设计 (6) 4.13气缸3的设计 (6) 4.2 空压机及控制元件的选择 ········································错误!未定义书签。 4.21耗气量的计算 (7) 4.22控制元件的选择 (7) 4.3 步进电机的选择 (9) 4.4 谐波齿轮减速器的选用 (9) 4.5 压力传感器的选用 (10) 第五章控制系统设计 (10) 5.1回原点程序 (12) 5.2手动程序 (14) 5.3自动程序 (16) 参考文献 (20) 2
机械综合课程设计说明书设计题目：机器人液压手爪设计 专业：机械设计制造及其自动化 班级： 姓名： 学号： 成绩：
2017年12月23日
目录 课程设计指导书 (1) 目录 (2) 摘要 (3) 第一章概述 (4) 1.1工业机器人和机械手概述 (4) 1.2 机器人的历史、现状 (5) 1。3 机器人发展趋势 (6) 第二章机械手结构设计 (6) 2.1 设计时应考虑的几个问题 (6) 2。2 机械手指形状设计 (7) 2。3 机械手爪整体结构设计 (7) 第三章手爪受力计算及分析 (8) 3.1 手爪受力分析 (8) 3.2 动作原理说明 (8) 3.3 夹紧力与N与驱动力A的关系（传力比） (8) 3.4 运动的动作范围 (9) 第四章手爪的夹持误差分析 (10) 4.1 误差产生原因 (10) 4。2 误差计算 (11) 第五章其他零件的设计 (13) 5。1 楔块 (13) 5.2 材料及连接件选择 (15) 5。3 液压设备的选择 (15)
5.4 手爪零件的设计和尺寸 (16) 5.5 零件的连接固定 (17) 设计心得与体会 (19) 参考文献 (20)
摘要 在当今大规模制造业中，企业为提高生产效率,保障产品质量，普遍重视生产过程的自动化程度，工业机器人作为自动化生产线上的重要成员，逐渐被企业所认同并采用。工业机器人的技术水平和应用程度在一定程度上反映了一个国家工业自动化的水平，目前，工业机器人主要承担着焊接、喷涂、搬运、取件以及堆垛等重复性并且劳动强度极大的工作,工作方式一般采取示教再现的方式。 本次课程设计旨在设计一个简易的机械手结构,使其能够在气缸作为动力的情况下实现对目标的夹持，运送以及放下等工作，并绘制出机械手各部件的详细零件图和装配图，在此基础上能进行三维仿真。在金工实习期间将该机械手进行制造加工，使实物能够顺利运作， 关键词：机械手；气缸;结构设计
机械手-木琴演奏机械手的设计-说明书 摘要 音乐机器人属于表演类特种机器人,其研究主要集中于国外,国内迄今未见有相关文献。木琴演奏机械手是键盘型音乐机器人的一种,具有典型的运动机构、可选用可编程序控制器、PLC、微机等多种控制方式。本文就木琴演奏机械手为研究对象,对于其机械部分和控制部分进行设计。机械部分主要包括移槌装置、击槌装置和握槌机构。其中移槌装置主要由直流伺服电动机、滚珠丝杠和滚动直线导轨副组成;击槌装置由步进电动机、减速器、机械手臂组成;握槌机构由夹具和护板组成。控制部分由可编程控制器(PLC)控制直流伺服电动机和步进电动机来完成移槌定位和木槌击键动作。 关键词:木琴演奏机械手,移槌装置,击槌装置,可编程控制器(PLC) ABSTRACT Music robots are special types of robots, their research focused on foreign and domestic so far there is no literature. Xylophone playing robots are one type of music keyboard robots, have typical of the sport organizations ,can use programmable logic controller, PLC, computer and other control methods In this paper, Xylophone playing robots to object of study, for the mechanical part and control part of the design. Mechanical parts mainly include the shifting hammer device, the hitting hammer device and the holding hammer device. The shifting hammer device
编号 无锡太湖学院 毕业设计（论文）题目：液压机械手的设计 信机系机械工程及自动化专业 学号： 学生姓名： 指导教师：（职称：副教授） 2013年5月25日
无锡太湖学院本科毕业设计（论文） 诚信承诺书 本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文）液压机械手的设计是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果，其内容除了在毕业设计（论文）中特别加以标注引用，表示致谢的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人、集体已发表或撰写的成果作品。 班级： 学号： 作者姓名： 2013 年5 月25 日
无锡太湖学院 信机系机械工程及自动化专业 毕业设计 论文 任务书 一、题目及专题： 1、题目液压机械手的设计 2、专题 二、课题来源及选题依据 本课题是设计基于液压系统的机械手。 液压机械手是一种模仿人体上肢部分功能，按照预定要求输送工件或者握持工具进行操作的自动化技术设备，它可以代替手的繁重劳动，改善劳动条件，提高劳动生产率和自动化水平。有着广阔的发展前途。本课题通过机械手进行液压传动原理设计，实现机械手代替人力进行工作。机械工业是国民的装备部，是为国民竞技提供装备和为人民生活提供耐用消费品的产业。机械工业的规模和技术水品是衡量国家经济实力和科学技术水平的重要标志。
三、本设计（论文或其他）应达到的要求： 1、收集相关资料，分析自己完成本课题还存在哪些方面的困难。 2、选定自己适合的制图软件，对选定的工具进行学习和具体实践。 3、对驱动油路进行仔细的研究，了解液压驱动原理，绘制油路图。 4、机械结构的分析，根据要求设计出合理轻便的机械手。 5、模拟调试后对整个液压机械手进行完善。 四、接受任务学生： 班姓名 五、开始及完成日期： 自2012年11月12日至2013年5月25日 六、设计（论文）指导（或顾问）： 指导教师签名 签名 签名 教研室主任 〔学科组组长 〕签名 研究所所长 系主任签名 2012年11月12日