多孔板抓取机械手的机械结构设计
系别：机电与自动化学院
专业班：机械电子工程1104班
姓名：罗雄
学号：20111100139
指导教师：王姣
2015年5月
多孔板抓取机械手的机械结构设计
Porous plate fetching manipulator structure design
摘要
本文以实际项目“细菌鉴定与培养”为背景，设计多孔板抓取机械手，是机械手具有抓取、移动多孔板的功能，能够在细菌实验中完成任务要求，实现实验过程的自动化，从而改善工作人员的工作环境和减轻工作强度，提高了实验结果的效率和精度。
本文分析了多孔板抓取机械手的工作任务以及运动方式，设计出了多孔板抓取机械手的机械结构，完成了机械手的驱动系统和传动系统的选型，根据机械手最大转矩选出了驱动电机类型以及联轴器的类型，根据机械手的运动方式，选出传动系统中的滚珠丝杠的类型。然后，根据细菌培养多孔板的结构形式，设计了合适的机械手末端执行器。完成了机械手的总装配图绘制，使用ug对机械手进行了三维建模，并导出工程图。
本论文完成了细菌实验过程中多孔板抓取机械手的初步研究，为整个实验奠定了重要基础，具有一定的应用价值。
关键词：机械手，细菌实验，结构设计
Abstract
The to the actual project "identification of bacteria and culture" as the background, design of porous plate manipulator is mechanical hand is grasping, moving porous p--late, can in the experimental bacteria complete mission requirements, realize autom--ation of the experiment process, so as to improve the staff working environment and reduce the work intensity, improve the efficiency and accuracy of the experimental results.
This paper analyzes the porous plate manipulator and motion design the mechanical structure of the porous plate manipulator, completed the manipulator drive system and drive system of selection, according to the manipulator maximum torque elected drive motor type and type of shaft coupling device, according to the movement of the mani- -pulator, elected the type of ball screw drive system. Then, according to the structure of the porous plate, a suitable manipulator is designed.. The total assembly drawing of the manipulator was completed, and the 3D model of the manipulator was modeled by ug, and the engineering chart was deduced..
In this thesis, the preliminary study of the porous plate grasping manipulator is accomplished, which lays the important foundation for the whole experiment, and has some application value.
Key word：manipulator ，bacteria ，the structure design
目录
摘要......................................................... I Abstract.................................................... II 第一章绪论. (1)
1.1机械手的现状及发展趋势 (1)
1.2机械手的应用 (2)
1.3课题的选取及主要的工作 (3)
1.3.1 课题的目的和意义 (3)
1.3.2 课题的主要工作 (4)
第二章多孔板抓取机械手的总体结构设计 (5)
2.1 整体方案的确定 (7)
2.1.1 多孔板抓取机械手基本参数的确定 (7)
2.1.2 驱动方式的选择 (9)
2.1.3 传动方式的选择 (10)
2.1.4 整体结构的设计 (11)
2.2 结构的设计及选型 (12)
2.2.1 支架部分结构设计 (12)
2.2.2 手臂的设计 (13)
2.2.3 驱动电机的选型 (14)
2.2.4 联轴器的选型 (18)
2.3 多孔板抓取机械手总体效果 (21)
2.4 本章小结 (21)
第三章末端执行器的结构设计 (22)
3.1 末端执行器介绍 (22)
3.2 末端执行器的选型 (23)
3.2.1 夹持器末端执行器选型的基本要求 (24)
3.2.2 末端执行器结构 (25)
3.3 夹紧装置 (26)
3.3.1 夹紧装置的分类 (27)
3.4 本章小结 (27)
致谢 (28)
参考文献 (29)
第一章绪论
1.1机械手的现状及发展趋势
机械手是一种能够模仿人手和手臂的某些功能的自动化机械，机械手有执行末端、机械手臂、驱动系统以及传动系统等组成，机械手的执行末端用来完成抓取等作业任务，机械手臂的主要功能是完成机械手到达指定位置的移动或转动，驱动系统主要为机械手的移动或执行末端的抓取动作提供动力，传动系统抓药是用来传递驱动系统传递的动力给执行末端，工业机械手的种类有很多类型，按驱动方式分可分为液压驱动机械手、气压驱动机械手、电机驱动机械手等；按照运动坐标类型可分为直角坐标型机械手、球坐标型机械手、球坐标机械手等，按照通用范围可分为通用机械手和专用机械手。机械手可以按照认为输入的程序完成一系列的指定动作，如抓取货物、搬运物件、焊接等任务，由于机械手的这些功能，机械手可以代替人从事单调、危险、繁重以及简单重复的体力劳动，机械手已被应用于各行各业，实现了工业生产及其它产业的生产自动化过程。
机械手可以实现工业生产过程的自动化，改善人们的工作环境，改善人们的生活方式，机械手在社会生产生活中扮演越来越重要的角色，机械手的动作的准确性、对环境的雾污染性、以及机械手的自动化性能等等变得越来越重要，为了将来机械手更好的应用于社会的生产生活，机械手到达指定位置以及重复到达指定位置的精确程度，这些将会是机械手发展的方向，为了机械手能够更好地应用于生产生活，为了适应精密行业的无污染要求，机械手要
实现无给油化，为了适应行业的自动化要求，机械手要实现机电一体化的要求。以上这些都将是机械手未来的发展趋势及方向。
1.2机械手的应用
手虽然目前还不是很灵活，但它具有能不断重复相同的动作、不知疲倦、不俱危险、抓取力量比人手大机械等特点，可以实现生产的自动化和机械化，因此，机械手已经受到许多部门的重视，并越来越广泛的得到了应用。例如，机床加工工件的装卸，特别是在自动化车床、组合机床上的使用较为普遍；在装配作业中应用广泛，在电子行业中它可以用来装配印制电路板，在机械行业中它可以用来组装零部件，以代替人的劳动；它可以在危险的场合下工作，如军用品的装卸、危险品及有害物质的搬运等；还可用于宇宙机海洋的开发及军事工程和生物医学方面的研究和实验等。
机械手的组成部分主要有运动机构和手部。其中手部是用来对目标工件进行抓取的一种部件，它的结构形式与被抓持物件的形状、尺寸、重量、工作要求和材料性能有关，可分为托吃型、吸附性和夹持型等。运动机构可以改变被抓持物件的姿势和位置，它通过使手部完成各种移动、转动或复合运动来完成规定的动作。在整个空间内为了使机械手能够抓取空间中任意位置的物体，需有6个自由度。
自动化的机械手装置主要由驱动机构、传送机构、抓取机构、控制机构和传感装置、行程检测装置等部分组成。它们之间的相互关系如图 1.1所示。
抓取机构主要对工件进行抓取和放置，传送机构主要改变工件的方向和位置，驱动部分主要为传送和抓取机构提供动力，行程监测装置主要对机械手各运动进行检测和制，控制部分主要控制工件动作的顺序、位置和时间等，传感装置主要用于检测抓取机构与工件接触情况以及检测工件是否抓稳等。
机械手自 20 世纪 60 年代初期产生以来，历经了近五十年发展，现在已经发展成为了机械制造业生产自动化中十分重要的一种机电设备，并且机械手的种类也在逐渐增加，应用领域也变得越来越广泛。
1.3课题的选取及主要的工作
1.3.1 课题的目的和意义
现在，医学微生物临床实验的自动化程度越来越高，应用于医学微生物临床实验的机械手的发展也越来越受到世人的关注，在当今人们对卫生健康安全的要求越来高，它为人们的生命和生活提供了一层重要的保障。它是自动化技术下的产物，与传统手工进行微生物培养与鉴定比，
具有以下的优势（1）缩短了检测周期；（2）准确率；（3）降低了试验劳动强度；（4）促进了生活水平发展等。
虽然，应用于医学微生物临床培养、鉴定的机械手具有许多优势，但它的投入及生产成本非常昂贵，对于国内一些小型医药生物公司及医疗场所，它们根本无力购买这种比较先进设备，这就极大影响到了自动微生物机械手的推广，所以在国内微生物自动化培养程度相对不高，国外设备价格昂贵的情况下，极其有必要对多孔板抓取机械手的一些关键技术进行研究改进。
在细菌的培养、鉴定等临床实验过程中，细菌培养板作为陈放细菌菌液的装置设备，它从指定位置到恒温孵箱的自动化，是细菌培养鉴定临床实验过程中一个很重要的过程。在国内一些半自动的细菌培养、细菌鉴定仪中，有许多的设备依然用手工的方法对细菌培养板进行加样和进行指定位置的移取，这样不仅很大程度降低了工作效率，浪费了大量的资源、人力，同时也可能导致操作过程中细菌的污染，给培养、鉴定结果带来影响，造成巨大的失，所以对细菌培养多孔板的自动化移取的研究具有很高的实际应用值。本课题根据给定细菌培养多孔板，设计出了一套用于抓取细菌培养多孔板的可实现自动化的机械手装置。从而使全自动细菌培养、鉴定仪能够大众化，更好的推动人们健康生活水平的发展。
1.3.2 课题的主要工作
细菌培养多孔板抓取机械手，在本文中简称为多孔板抓取机械手，它是抓取细菌培养板到达指定位置的一种自动化机械设备。本文根据指定的细菌培养多孔板，通过
机械手实现多孔板的自动化揭盖、抓取、移动等功能。机械手需要在固定的空间范围内，执行末端器的张开，机械手移动到多孔板的所在的位置，然后通过机械手的执行末端的闭合来完成细菌多孔板的抓取，并通过机械手的移动到达恒温箱指定的位置，从而实现细菌培养多孔板从试验台到达恒温箱的自动化全过程。
本文首先根据多孔板抓取机械手的任务要求以及运动特性与复杂程度，得到了机械后的有关的基本尺寸，并且建立了多孔板细菌培养板抓取机械手的三维模型，其中对机械手的整个外形框架、机械手的大小臂、用来抓取的末端执行器进行了设计，对传动系统、驱动的电机设备进行了相互比较和最后的确定选型；然后设计出了一种非常适合抓取多孔板的末端抓取执行器的结构；同时也考虑了末端执行器驱动机构以及手爪的夹紧，分析了夹持器的一些夹紧力学特性，为细菌鉴定仪其他方面的研究打下基础。
第二章多孔板抓取机械手的总体结构设计
多孔板抓取机械手主要完成多孔板的揭盖和抓取与准确移动到恒温箱中准确位置，整个结构的布局示意图如图 2.1所示。
如图 2.2 所示为细菌培养多孔板的三维立体模型。其料、孔的数量、结构强度等影响到末端夹持执行器的夹紧力大小与末端夹持器的整个机械结构设计，其透光、抗腐蚀的性能又会对整个细菌鉴定实验的结果产生影响。在本课题中多孔板的外部几何尺寸为 128*86*15mm，材料选择是聚苯
乙烯，工作体积是50-250ul/孔，整个板面有 96 个微孔，用于陈放细菌培养液。本课题主要任务是设计出自动化机械手，多孔板的揭盖、抓取和到达指定位置，都是通过机械手来自动实现。本课题主要设计出细菌培养多孔板抓取机械手机械结构。本章根据常用的设计方法对多孔板抓取机械手总体结构进行了设计。
2.1 整体方案的确定
2.1.1 多孔板抓取机械手基本参数的确定
在整个设计工作开展之前，需要对多孔板抓取机械手的工作环境以及工作要求进行分析，根据分析过程，确定多孔板抓取机械手的自由度的数目、结构类型以及运动方式等基本参数。
（1）确定机械手自由度数目
如图 2.4 所示，大臂要带动小臂、末端执行器进行平移和升降运动，所以大臂受到的力矩是最大的，所以在选择大臂驱动电机型号的过程中要特别注意电动机的驱动力矩是否满足驱动要求。小臂驱动电机固定在小臂上，通过滚珠丝杠带动末端夹持器的运动。以及灵活性能会好，但机械手的结构也将变得复杂，机械手的可控性也将会降低。自由度过少，机械手的运动达不到设计要求，使整个机构不能按制定方式运行。本设计针对细菌培养多孔板的抓取要求，确定机械手的自由度为 2 个，可以满足要求。
（2）确定机械手的工作空间
机械手的工作空间必须满足机械手有任务要求而确定的运动过程，机械手在整个空间中要能够在竖直和横向两方向上移动到多孔板的准确位置并完成揭盖和抓取任务完成抓取多孔板到达指定位置的任务。工作空间越大，但设
备的体积越大，机械手结构也就大，浪费空间和材料；工作空间较少，机械手达不到运动求。本课题确定机械手两个自由度方向上的行程，从而确定出机械手的工作范围和机械手空间大小。在设计过程中，留出一定的行程余量，用来满足现场环境要求。
（3）确定机械手结构类型
根据工业机器人的坐标特性，机械手主要分为球坐标型结构、圆柱坐标型结构、关节型结构以及直角坐标型结构四种。本课题机械手在两个自由度方向上的运动都是直线运动，所以根据划分的结构类型确定直角坐标型结构为机械手的结构类型。
（4）确定机械手运动方式
根据机械手的工作要求以及运动过程确定好机械手在各个方向上的单边行程、各个动作的先后顺序、各个方向的运动时间以及在某个时间点到达的位置，从而确定整个机械手的运动方式。
（5）确定机械手合理的夹持力
在课题设计中，细菌培养多孔板的质量轻、强度较差，所以需要计算出用来抓取细菌培养多孔板的机械手的执行末端的合理的夹持力。
根据实际设计要求，结合国外微生物培养、鉴定仪的一些标准，确定本课题机械手的结构类型、运动方式、自由度及工作空间范围等基本参数，本课题将多孔板抓取机械手结构设计成直角坐标型。其机构原理图如图 2.3 所示：
2.1.2 驱动方式的选择
目前最常用的机械手的驱动方式主要有气压驱动、液压驱动及电机驱动三种基本类型。液压驱动的优点有控制精度高，反应灵敏，可以实现无级调速，结构紧凑体积小，输出功率达；缺点是容易产生液体泄漏，造成环境污染，密封问题较大；电机驱动的控制精度高、定位准确、反应灵敏而且功率大，机构性能好，噪音低，不存在密封等问题；气压驱动的气体压缩性大，难以实现高精度、高速的连续轨迹控制根据需要，不易控制且结构较大，工作平稳性能差，密封问题较小。在选择机械手的驱动方式的时候可采用其中的一种，或合成其它形式的驱动系统。在做选择的时候，应该根据不同的工作需求，并从使用范围和输出功率、控制方面和结构性能考虑，选择合适的驱动方式。
本课题设计的机械手的工作环境在细菌培养实验室，所
以机械手不能对环境有污染，由于多孔板的较轻质量，而且多孔板对承载能力要求较小，但是细菌多孔板的尺寸较小，要实现平稳的抓取多孔板，必须有比较高的控制精度，根据以上液压驱动污染及密封问题，及气压驱动控制精度低的问题，选择电机驱动为机械手的驱动方式。
2.1.3 传动方式的选择
滚珠丝杠传动、齿轮传动、蜗杆传动和链传动以及各种非线性传动部件等是机械手传动系统中常用的传动系统。机械手的传动系统要求具有良好的动态性能及较高的位置精度、准确定位，反映灵敏，使整个机械手设备能够平稳的运行。
在选择机械手的传动系统时，应该满足以下要求：
（1）机械手的传动系统要具有重量轻、惯量小、体积小、传动比大以及传动结构紧凑等特点。以保证机械手运动时的良好的动态性能及位置精度。
（2）要注意传动机构设计的合理性，保证机构的正常运行与驱动系统的正常设置。
（3）选择传动系统时，要减少传动过程中产生的各种误差，确保传动的准确型和精度。
本课题选择直角坐标系类型作为机械手结构类型，电动机驱动作为机械手的驱动方式，选择运动时可以将电机的转动转换为执行部件的直线运动的滚珠丝杆传动作为机械手的传动方式。
滚珠丝杠能将直线运动转化为回转运动，或将回转运动转化为直线运动的一种设备，它是由滚珠、丝杠、螺母等零件组成。滚珠丝杠传动的传动效果和灵敏度都很高；传动过程较平稳、使用寿命长、磨损小；同时可提高
轴向刚度，并且消除轴向间隙等。
2.1.4 整体结构的设计
多孔板抓取机械手的基本参数以及驱动和传动方式确定以后，接下来需要对机械手的整体结构进行设计。机械手的整体结构，关系到机械手能否实现设计与工作要求，能否按照设计要求进行运动。在整体的结构设计过程中，必须保证驱动和传动机构运动方式正确，机构的重量要轻，强度与刚度要满足设计要求，结构合理，成本低廉，机构的加工工艺性能好。
应用于国外微生物培养、鉴定仪的模型中的机械手，它对空间尺寸有严格的要求，所以本课题设计的机械手必须对它运动过程中的空间尺寸要有严格的要求。由于设计的自由度为2个，机械手可以安装在固定的支架上，在设计实践中可以保证整个支撑结构的稳定性，提高机械手运动精度。因为多孔板由盖子和板座组成，所以在设计过程中要考虑到揭盖这一功能，这个可以通过小臂带动执行器上升一定距离来实现。
本课题的机械手的整体结构设计示意图设如图 2.4 所示。机械手安装在整个支架之上，大臂通过导向杆和滚珠丝杠与支架相连接，保证了机械手结构的平稳性；由大臂丝杠螺母带动小臂、末端执行器进行水平方向移动，满足机械手水平方向运动方面的要求；小臂通过滚珠螺母跟大臂相连接，配合大臂完成机械手在高度要求。
如图 2.4 所示，大臂要带动小臂、末端执行器进行平移和升降运动，所以大臂受到的力矩是最大的，所以在选择大臂驱动电机型号的过程中要特别注意电动机的驱动力矩是否满足驱动要求。小臂驱动电机固定在小臂上，通过滚珠丝杠带动末端夹持器的运动。
2.2 结构的设计及选型
2.2.1 支架部分结构设计
微生物实验仪的整个框架，它在整个实验过程中需要支撑机械手的全部重量，并且用来规划机械手的整个工作空间及放置其他的仪器设备，机械手的所有运动都在支架的封闭空间内。本课题采用箱柜的支架结构，四周设计4 个支撑柱，后背设计的形式为支撑横梁，与机械手的导轨和大臂相连，支撑整个机械手的重量。整个支架要具有
很好的刚度和强度，保证在机械手的整个运动过程中不发生变形。支架结构三维图如图 2.5所示。
支架的长×宽×高为 1200×600×820mm。
2.2.2 手臂的设计
在设计机械手手臂的时候，要根据多孔板的质量，机械手的结构以及驱动电机的位置布置形式等综合考虑，对手臂的要求是重量尽可能的轻，手臂的刚度和强度要好。在本课题的设计过程中，大臂跟小臂的结构形式基本样，都是由驱动电机带动滚珠丝杠进行运动，同时通过导向杆保证机械手的垂直和水平方向的精度，联轴器使驱动电机与滚珠丝杠相连，同时设计好了驱动电机与滚珠丝杠支撑板，保证运动的平稳性。滚珠丝杠选择内循环列，大臂滚珠丝杠外径是 20mm，导程是 5mm；小臂滚珠丝杠外径
是16mm，导程是 5mm。导向杆设计成中空的镀铬棒，以减轻机械手的整体重量。根据测试位置，设置的大臂长460mm；小臂的长度是440mm；设定大臂导向杆外20mm，长度为 460mm；小臂导向杆外径尺寸为12mm，长度440mm。
2.2.3 驱动电机的选型
电动机设备的功能是把电能转换为机械能，直流电机、三相异步电机和微特电机是常用的电动机类型，伺服电机和步进电机又是微特电机的两种不同种类。依据机器手的特性，比较常用的驱动电机一般为步进电机跟伺服电机。
（1）伺服电动机
伺服电动机的功能是把输入信号变换成为电机轴上输出的角速度或角位移，它是比较常用的一种微特电机，通过改变输入电压信号的大小和方向就可以改变转轴的转速与转向。直流伺服电机和交流伺服电机是伺服电动机的两种不同类型，其主要特点是控制性能好，可根据控制电压信号而自动运行与停止。因此，与其他电动机相比较，伺服电动机具有以下特点：
（1）可控性好：可根据信号的变化立刻做出反映；
（2）稳定性高：转速随转矩的增加而均匀下降；
（3）适应性强：反应快，灵敏度高；
（4）可调范围大：电动机的转速随着伺服电动机的电压变化而变化。
伺服电动机的特点与其应用范围如表 2.1 所示。
（2）步进电机
步进电机是开环执行元件，它的功能是将脉冲信号转换为轴的线位移或角位移。电机载荷在正常的载荷的条件下，步进电机输入脉冲信号和脉冲数决定了步进电机的的起停位置以及转速大小。
步进电机的控制性能好，所以在机械行业应用的非常广泛。尤其在自动控制领域内，它表现出更大的优势。
步进电机的分类和特点如表 2.2 所示。
《机械系统设计》 搬运机械手控制系统设计 姓名： 学号： 学科专业：机械设计制造及其自动化
摘要 由于工作的需要，人们经常受到高温、腐蚀及有毒气体等因素的危害，增加了工人的劳动强度，甚至于危机生命。因此机械手就在这样诞生了,机械手是工业机器人系统中传统的任务执行机构，是机器人的关键部件之一。其中的工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新技术，它的发展是由于其积极作用正日益为人们所认识：它能部分地代替人工操作；能按照生产工艺的要求，遵循一定的程序、时间和位置来完成工件的传送和装卸；能显著地提高劳动生产率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。 关键词：可编程控制器PLC; 机械手; 伺服马达
前言 工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。工业机械手的是工业机器人的一个重要分支。机械手技术涉及到力学、机械学、电气液压技术、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域，是一门跨学科综合技术。它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。机械手作业的准确性和各种环境中完成作业的能力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景。用机械手可以代替人从事单调﹑重复或繁重的体力劳动﹐实现生產的机械化和自动化﹐代替人在有害环境下的手工操作﹐改善劳动条件﹐保证人身安全。20世纪40年代后期﹐美国在原子能实验中﹐首先采用机械手搬运放射性材料﹐人在安全室操纵机械手进行各种操作和实验。50年代以后﹐机械手逐步推广到工业生產部门﹐用于在高温﹑污染严重的地方取放工件和装卸材料﹐也作为机床的辅助装置在自动机床﹑自动生产线和加工中心中应用﹐完成上下料或从刀库中取放刀具并按固定程序更换刀具等操作。机械手主要由手部机构和运动机构组成。手部机构随使用场合和操作对象而不同﹐常见的有夹持﹑托持和吸附等类型。运动机构一般由液压﹑气动﹑电气装置驱动。机械手能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保护人身安全，因而广泛应用机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。 1.系统流程图 机械手整个搬运过程要求都能自动控制。下图是机械手控制系统的逻辑流程图。系统启动之前，机械手处于原始位置，条件是机械手在高位﹑左位。
目录 中文摘要 I Abstract ....................................................................................................................... II 1 绪论 (1) 1.1前言 (1) 1.2 工业机械手的简史 (1) 1.3工业机械手在生产中的应用 (3) 1.3.1 建造旋转零件（转轴、盘类、环类）自动线 (3) 1.3.2 在实现单机自动化方面 (3) 1.3.3 铸、锻、焊热处理等热加工方面 (4) 1.4 机械手的组成 (4) 1.4.1 执行机构 (4) 1.4.2 驱动机构 (5) 1.4.3 控制系统分类 (5) 1.5工业机械手的发展趋势 (5) 1.6 本文主要研究内容 (6) 1.7 本章小结 (6) 2 机械手的总体设计方案 (7) 2.1 机械手基本形式的选择 (7) 2.2机械手的主要部件及运动 (7) 2.3驱动机构的选择 (8) 2.4 机械手的技术参数列表 (8) 2.5 本章小结 (8) 3 机械手手部的设计计算 (10) 3.1 手部设计基本要求 (10) 3.2 典型的手部结构 (10) 3.3机械手手抓的设计计算 (10) 3.3.1选择手抓的类型及夹紧装置 (10) 3.3.2 手抓的力学分析 (11) 3.3.3 夹紧力及驱动力的计算 (12) 3.4 机械手手抓夹持精度的分析计算 (13) 3.5 本章小结 (16) 4 臂部的结构及有关计算 (17) 4.1 概述 (17) 4.2 手部直线运动机构 (17)
天津机电职业技术学院毕业综合实践报告 专业电气自动化 班级电气自动化三班
目录 1 机械手的基本介绍 (1) 1.1 机械手的基本结构组成 (1) 1.1.1 气动手爪 (1) 1.1.2 伸缩气缸 (1) 1.1.3 回转气缸及垫板 (2) 1.1.4 提升气缸 (2) 1.2 直线运动传动组件 (2) 1.3 气动控制回路 (3) 2 传感器部分 (5) 2.1 传感器简介 (5) 2.2 磁性开关 (5) 2.3 光电传感器和光纤传感器 (5) 3 伺服电机应用 (7) 3.1 伺服系统 (7) 3.2 交流伺服系统的位置控制模式 (8) 3.3 接线 (10) 3.4 伺服驱动器的参数设置与调整 (10) 3.4.1 参数设置方式操作说明 (11) 3.4.2 面板操作说明： (11) 3.4.3 部分参数说明 (11) 3.5 最大速度（MAX_SPEED）和启动/停止速度（SS_SPEED）12 3.6 移动包络 (13) 4 PLC程序编写 (15) 4.1 PLC的选型和I/O接线 (15) 4.2 伺服电机驱动器参数设置 (15) 4.3 编写和调试PLC控制程序 (16) 4.4 初态检查复位子程序和回原点子程序 (19) 4.5 急停处理子程序 (20) 个人收获 (23) 参考文献 (24) 附录 (25) 致谢 (28)
1 机械手的基本介绍 1.1 机械手的基本结构组成 1.1.1 气动手爪 用于在各个工作站物料台上抓取/放下工件。由一个二位五通双向电控阀控制。见图 1-1 图 1-1 气动手爪 1.1.2 伸缩气缸 用于驱动手臂伸出缩回。由一个二位五通单向电控阀控制。见图 1-2 图 1-2 伸缩气缸
机电工程学院 《专业综合课程设计》 说明书 课题名称：简易机械手机械机构设计 学生姓名：沈柳根学号：20110611119 专业：机械电子工程班级：11机电 成绩：指导教师签字： 2015年1月5日
摘要 简易机械手是工业机械手的简化，功能相似，而工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新的技术，是现代控制理论与工业生产自动化实践相结合的产物，并以成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分。工业机械手是提高生产过程自动化、改善劳动条件、提高产品质量和生产效率的有效手段之一。工业机械手设计是机械制造、机械设计和机械电子工程等专业的一个重要教学环节，是学完技术基础课及有关专业课以后的一次专业课程内容得综合设计。通过设计提高学生的机械分析与综合能力、机械结构设计的能力、机电液一体化系统设计的能力，掌握实现生产过程自动化的设计方法。 通过对于气动机械手的设计，展现了各个相关学科知识在这里的整合，有利于理解专业知识。 关键词：简易机械手；结构设计；气动
目录 摘要....................................................... 错误！未定义书签。 1 设计任务介绍及意义 (1) 1.1设计任务意义： (1) 1.2设计任务要求介绍： (1) 2 总体方案设计 (3) 2.1 结构分析 (3) 2.3 设计简介 (3) 3 机械传动结构设计 (5) 3.1传动结构总体设计 (5) 3.2手指气缸的设计 (6) 3.3纵向气缸的设计 (12) 3.4横向气缸的设计 (13) 4最终图纸 (15) 4.1装配图 (15) 5 总结 (16) 参考文献 (17)
目录 第一章绪论 1.1 项目的技术背景与研究意义 1.2 取苗装置的国内外研究现状 1.2.1 国外取苗装置的研究现状 1.2.2 国内取苗装置的研究现状 1.3 论文的研究目标与研究内容 1.4 论文研究的技术路线 第二章穴盘苗自动移栽机机械手整机方案设计 2.1 穴盘苗自动移栽机机械手工作原理和结构分析2.2利用UG建立样机模型 第三章穴盘苗自动移栽机取苗装置的结构设计 3.1 取苗机构的基本构成 基本结构 ( 1) 机械手 ( 2) 穴盘定位平台 ( 3) 驱动系统 ( 4) 控制系统 PLC程序 ( 5) 底座 3.2 取苗机构的工作原理 第四章穴盘苗自动移栽机送苗装置的设计要求分析 1 穴盘育苗及穴盘的选择 2 送苗装置的工作原理和结构组成 3 送苗机构的控制系统 第五章取苗装置的实验研究 1. 取苗装置影响因素分析
2 影响取苗成功率的因素 3 取苗装置手臂角度的实验分析第六章总结与展望 1 全文总结 2 研究展望结束语参考文献致谢
第一章绪论 1.1 项目的技术背景与研究意义 随着社会进步和人民生活水平的提高, 设施农业已成为国民经济中的支柱产业, 温室蔬菜、花卉及棉花生产对发展农村经济, 增加农民收入, 丰富人民的菜篮子, 改进人民生活具有举足轻重的作用。穴盘苗移栽是近年才兴起的种植新技术, 它具有缩短生育期, 提早成熟, 提高棉花单产, 具有广阔的推广前景。过去几年温室大棚育出成品苗向大田移栽, 全部是靠人工移栽。穴盘苗自动移栽技术是温室蔬菜或花卉生产实现工厂化和自动化而采用的一种重要的种植方式。当前, 国内穴盘苗移栽的取苗、喂苗环节主要靠手工完成, 劳动强度大, 作业效率低, 不能满足规模化生产的需要, 从而制约了蔬菜生产的发展。因此, 研制开发适合中国国情、结构简单、价格低廉、性能稳定可靠的中小型穴盘苗自动移栽机迫在眉睫, 而移栽机械手是温室穴盘苗移栽自动化的关键部分, 能够完成” 穴盘定位—自动送苗—钵苗抓取—钵苗投放” 这一系列连续动作, 其性能直接影响移栽机的移栽质量。穴盘苗移栽机械手的研究对实现实现温室穴盘苗移栽生产过程自动化、减轻穴盘苗移栽作业的劳动强度、提高作物移栽质量, 推进中国温室农业作物生产机械化和自动化进程, 特别是中国” 十二五”农业发展规划的顺利实施具有重大意义。 1.2 取苗装置的国内外研究现状 国外穴盘苗移栽机取苗装置的技术较成熟, 而且大部分机型开始投入使用, 特别是应用于花卉、蔬菜等经济价值高的作物的大面积移栽, 具有很好的经济价值。国内的研究主要集中在各大高校及科研院所, 且大部分的研究成果只是样机的试制, 尚没有成型的机型投入生产应用。 1.2.1 国外取苗装置研究现状
毕业设计(论文) 题目: 气动机械手升降臂结构设计，面板操纵式（有动力）点位示教部分控制软件设计
摘要 本文简要介绍了工业机器人的概念，机械手的组成和分类，气动技术的特点，PLC控制的特点,触摸屏的特点及国内外的发展状况。 本文对机械手进行总体方案设计，确定了机械手的技术参数。同时，设计计算了机械手的升降臂和回转臂结构，设计了机械手的手部结构。 本文系统地研究了机械手的气动系统，对气压系统工作原理图的参数进行了了解，大大提高了绘图效率和图纸质量。 利用可编程序控制器（PLC）对机械手进行控制，选取了合适的PLC型号，根据机械手的工作流程制定了可编程序控制器的控制方案，对机械手的面板操纵式（有动力）点位示教部分控制软件进行了设计。 关键词:工业机器人；机械手；气动；可编程序控制器；触摸屏；示教
Abstract This thesis gives a brief introduction of the conception of industrial robot and domestic and overseas development of industrial robot, including components and categories of manipulator, the characteristics of the system of air pressure drive technique and PLC, and the features of touch screen calibration. This thesis makes a general designation and decides the technique parameter of manipulator. Meanwhile, it designs the elevator arm and Rotary arm structure of manipulator as well as the construction of the hand part. This thesis focus on the analyzing of the air pressure drive system of manipulator and the study of the air pressure system working principle diagram datum, which helps a lot to make a improvement in charting. With the help of PLC we attain the controlling of manipulator. In this thesis, I choose the proper type of PLC, work out the manipulation program of PLC controller according to the working progress of manipulator, and design the manipulation software of the manipulation of Control panel (Dynamic) -Point Demonstration part. Keywords: industrial robot; manipulator; air pressure drive; PLC; touch screen; Demonstration
序 机械手是一种能自动化定位控制并可重新编程序以变动的多功能机器，它有多个自由度，可用来搬运物体以完成在各个不同环境中工作。 1962年，美国联合控制公司在上述方案的基础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）。运动系统仿照坦克炮塔，臂可以回转、俯仰、伸缩、用液压驱动；控制系统用磁鼓作为存储装置。不少球坐标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,专门生产工业机械手。 1962年美国机械制造公司也实验成功一种叫Vewrsatran机械手。该机械手的中央立柱可以回转、升降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-Vicarm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，定位误差小于±1毫米。联邦德国机械制造业是从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。 联邦德国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。 日本是工业机械手发展最快、应用最多的国家。自1969年从美国引进两种机械手后大力从事机械手的研究。 前苏联自六十年代开始发展应用机械手，至1977年底，其中一半是国产，一半是进口。 工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。工业机械手的是工业机器人的一个重要分支。它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。机械手作业的准确性和各种环境中完成作业的能力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景。 机械手是在机械化，自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。在现代生产过程中，机械手被广泛的运用于自动生产线中，机械人的研制和生产已成为高技术邻域内，迅速发殿起来的一门新兴的技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更
目录 课题简介 (2) 绪论 (3) 第一章设计课题及意义 (8) 第二章设计的总体方案 (10) 第三章驱动机构的设计与计算 (11) 第一节气压及电气原理图的设计 (11) 第二节机械手的受力分析及尺寸的确定 (13) 第三节气动及电气元件的选择 (17) 第四章控制系统的设计与编程 (20) 第一节控制要求的确定 (20) 第二节PLC的选择 (21) 第三节控制程序的设计（梯形图） (23) 第四节梯形图的外部接线图及操作面板的设计 (28) 设计小结 (30) 参考文献 (31)
课题简介 机械手是在机械化、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计算机的广泛应用，机械手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，使机械手更好的实现与机械化和自动化的有机结合。 机械手虽然不如人手那样灵活，但它具有不断重复工作和劳动，不知疲劳，不怕危险，抓举重物的力量比人手大等特点，因此机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛的得到了应用。 气动技术是实现生产工业自动化的方式之一，由于气压传动系统安全可靠，可以在高温、振动、腐蚀、易燃、易爆、多尘埃、强磁、辐射等恶劣的环境下工作，所以应用日益广泛。用气控机械手代替手工作业是工业自动化发展的一个方向。 步进电机的技术的日益成熟和广泛应用，使其定位精度高，便于控制的优势得以发挥，将步进电机与气动组合应用，使机械手的性能大大提高。 同时，随着PLC性能价格比的不断提高，PLC的应用领域非常广泛，目前，PLC在国内外广泛应用于冶、机械、石油、交通运输等各个方面。一般来说，PLC是自动生产线上不可缺少的控制部件。PLC作为一种通用的工业控制器，适用于工业机械手的控制。 在该设计中，机械手的手爪的抓紧、放松采用气压驱动，手臂的上升、下降由步进电机来驱动，底盘的旋转由直流电机驱动，控制部分采用F1系列小型PLC，型号为F1-40MR。 目前，机械手向越来越紧凑，越来越快，越来越强力的方向发展，因为，紧凑的设计可便于在车间中安装。较快的速度可提高生产量，而提高有效载荷能力可以操作更大的零件。因此我们采用气动驱动提高速度。使用PLC控制室设计紧凑。 所以我们采用PLC控制的气动机械手是综合性能比较好的机械手。
机械手结构设计Newly compiled on November 23, 2020
轻型平动搬运机械手的设计及运动仿真 摘要 随着工业自动化发展的需要，机械手在工业应用中越来越重要。文章主要叙述了机械手的设计计算过程。 首先，本文介绍机械手的作用，机械手的组成和分类，说明了自由度和机械手整体座标的形式。同时，本文给出了这台机械手的主要性能规格参量。 文章中介绍了搬运机械手的设计理论与方法。全面详尽的讨论了搬运机械手的手部、腕部、手臂以及机身等主要部件的结构设计。 最后使用软件对机械手的手部实现运动仿真。 关键词：机械手；运动仿真；液压传动；液压缸； 目录 中文摘要 (1) 英文摘要 (2) 主要符号表 (5) 1 绪论 (1) 前言 (1) 工业机械手的简史 (1) 工业机械手在生产中的应用 (3) 建造旋转零件（转轴、盘类、环类）自动线 (3) 在实现单机自动化方面 (3) 铸、锻、焊热处理等热加工方面 (3) 机械手的组成 (4)
执行机构 (4) 驱动机构 (4) 控制系统分类 (5) 工业机械手的发展趋势 (5) 本文主要研究内容 (6) 本章小结 (6) 2机械手的总体设计方案 (7) 机械手基本形式的选择 (7) 机械手的主要部件及运动 (7) 驱动机构的选择 (8) 机械手的技术参数列表 (8) 本章小结 (8) 3 机械手手部的设计计算 (9) 手部设计基本要求 (9) 典型的手部结构 (9) 机械手手抓的设计计算 (9) 选择手抓的类型及夹紧装置 (9) 手抓的力学分析 (10) 夹紧力及驱动力的计算 (11)
手抓夹持范围计算 (12) 机械手手抓夹持精度的分析计算 (13) 弹簧的设计计算 (14) 本章小结 (16) 4 腕部的设计计算 (17) 腕部设计的基本要求 (17) 腕部的结构以及选择 (17) 典型的腕部结构 (17) 腕部结构和驱动机构的选择 (18) 腕部的设计计算 (18) 腕部设计考虑的参数 (18) 腕部的驱动力矩计算 (18) 腕部驱动力的计算 (19) 液压缸盖螺钉的计算 (20) 动片和输出轴间的连接螺钉 (21) 本章小结 (22) 5 臂部的设计及有关计算 (23) 臂部设计的基本要求 (23) 手臂的典型机构以及结构的选择 (24)
多孔板抓取机械手的机械结构设计 系别：机电与自动化学院 专业班：机械电子工程1104班 姓名：罗雄 学号：20111100139 指导教师：王姣 2015年5月
多孔板抓取机械手的机械结构设计 Porous plate fetching manipulator structure design
摘要 本文以实际项目“细菌鉴定与培养”为背景，设计多孔板抓取机械手，是机械手具有抓取、移动多孔板的功能，能够在细菌实验中完成任务要求，实现实验过程的自动化，从而改善工作人员的工作环境和减轻工作强度，提高了实验结果的效率和精度。 本文分析了多孔板抓取机械手的工作任务以及运动方式，设计出了多孔板抓取机械手的机械结构，完成了机械手的驱动系统和传动系统的选型，根据机械手最大转矩选出了驱动电机类型以及联轴器的类型，根据机械手的运动方式，选出传动系统中的滚珠丝杠的类型。然后，根据细菌培养多孔板的结构形式，设计了合适的机械手末端执行器。完成了机械手的总装配图绘制，使用ug对机械手进行了三维建模，并导出工程图。 本论文完成了细菌实验过程中多孔板抓取机械手的初步研究，为整个实验奠定了重要基础，具有一定的应用价值。 关键词：机械手，细菌实验，结构设计
Abstract The to the actual project "identification of bacteria and culture" as the background, design of porous plate manipulator is mechanical hand is grasping, moving porous p--late, can in the experimental bacteria complete mission requirements, realize autom--ation of the experiment process, so as to improve the staff working environment and reduce the work intensity, improve the efficiency and accuracy of the experimental results. This paper analyzes the porous plate manipulator and motion design the mechanical structure of the porous plate manipulator, completed the manipulator drive system and drive system of selection, according to the manipulator maximum torque elected drive motor type and type of shaft coupling device, according to the movement of the mani- -pulator, elected the type of ball screw drive system. Then, according to the structure of the porous plate, a suitable manipulator is designed.. The total assembly drawing of the manipulator was completed, and the 3D model of the manipulator was modeled by ug, and the engineering chart was deduced.. In this thesis, the preliminary study of the porous plate grasping manipulator is accomplished, which lays the important foundation for the whole experiment, and has some application value. Key word：manipulator ，bacteria ，the structure design
工业机械手结构设计论文 摘要：实践证明，工业机械手可以代替人手的繁重劳动，显著减轻工人的劳动强度，改善劳动条件，提高劳动生产率和自动化水平。工业生产中经常出现的笨重工件的搬运和长期频繁、单调的操作，采用机械手是有效的。此外，它能在高温、低温、深水、宇宙、放射性和其他有毒、污染环境条件下进行操作，更显示其优越性，有着广阔的发展前途。 关键词：机械手可编程序控制器(PLC) 技能特性 引言 我国机械手的研究和应用起步较晚，但是随着国内外机械手的快速发展、社会需求的增大和技术的进步，装配机械手得到了迅速的发展，多品种、少批量生产方式和为提高产品质量及生产效率的生产工艺需求，是推动装配机械手发展的直接动力。PLc是可编程序控制器的简称，于60年代末期在美国首先出现，目的是用来取代继电器，执行逻辑、计时、计数等顺序控制功能，建立柔性程序控制系统。经过近几十年的发展，PLc己十分成熟与完善。当前的中国，随着生产力的迅猛发展，工业发展的步伐越来越快在各行业各领域，对自动化程度的要求也愈来愈高．了更好地适应这种情况，科学技术必须被广泛地应用在实际生产中，而PLc以其自身的优势，在自动化领域内扮演着重要的角色，不容忽视! 1、设计原理 机械手主要由执行机构．驱动机构和控制系统构成．。机械手的执行机构又包括手部、手臂和躯干。手部安装在最前端，任务是来准确的抓取工件，当然一 说到手一定是与人的相似，所以必须具备手指，而且应具有与人手相似的动作或能代替人完成一系列的动作，以此来达到目的。手臂的作用是用来辅助手部准确的抓住工件并能够转移到所需要的位置，机械手的运动有两种：一个是上下直线运动，另一个是左右直线运动。因此其必须安装有液压缸、电液脉冲马达、电磁阀等作为其执行机构的动力部分或辅助系统。驱动机构主要有四种：液压驱动、气压驱动、电气驱动和机械驱动。其主要以电气和气压驱动为主，只有少量的运用液压和机械驱动。 液压驱动主要是驱动大体积的重型工业设备如：锅炉等。它的优点是压力高、体积小、力量大动作平稳。缺点是结构繁琐．成本高．而且需要配备压力源。气压驱动的元件是气压缸、气压马达等。一般采用4—6个大气压．也有一些更大的．具体要根据实际情况来定，虽然它的力量比较小、体积比较重，但是出于廉价，而且不影响动作。所以我们的手部采用此种驱动。 电气驱动时，直线运动可以采用电动机带动丝杠、螺母机构。我们通用的机械手则考虑到用步进电动机、直或交流司服电机、和变速箱等电气驱动有动
目录 第一章设计任务书 (2) 第二章题目分析、机械系统整体方案的设计 (3) 第三章机械执行系统方案的设计 (7) 第四章机械传动系统方案设计 (8) 第五章运动循环图设计 (11) 第六章设计小结 (14) 第七章参考资料 (15)
第一章设计任务书 设计题目：装箱机械手机构设计及分析 已知条件：在某装箱机械手机构中，要求其手的运动按简图所示JKLM，MLKJ线路重复运动。其中JK段为取物料上升（物料来自传送带）；KL段为物料水平移动；LM段为手抓放物料于箱内，故对其直线要求较高。KL段若较平直可提高装箱稳定性，但稍有误差问题不大。JK是从输送带上抓取物料，其直线度要求不高，只要能将物料提高到C的高度即可。返回时要求按原来路线逆着走。 尺寸参数为：a=120mm；b=600mm；c=50mm；d=1000mm。物料提升重量为2千克。 设计任务： * 根据上述设计要求，每人至少提出两种不同设计方案，选取其中最优的方案，进行机构简图设计。对主体机构进行运动位置分析,并按尺寸绘出相应位置时机构运动简图。（一号图纸）（尺寸要准确） * 对手爪中手指的开合机构进行机构运动方案设计。（二号图纸:含结构图,机构图） 1
* 每人编制一份设计说明书，设计方案均应写入说明书（封面、目录、内容、后记、参考书目等）内。 设计尽量考虑用已学过的机构或几种机构的组合来实现位置要求，还应考虑力求使机构运动性、加工特性、使用性能、经济性等要好。 第二章题目分析、机械系统整体方案的设计 题目分析： 从题目可以知道，要实现机械手的一系列运动需要各个机构之间的完美配合。其中所设计的装箱机械手机构中主要分为三个步骤，抓取—移动—放置。进行动作分解即有抓、上下移动、左右移动和放共6个动作。时间分配和各动作分配是这次设计的一个重点，当然设计怎样的机构来完成各项动作也是其中必须要完成的任务。 2
焦作大学 毕业设计 题目液压传动机械手的结构设计 系别机电工程学院 专业机械制造与自动化专业 班级 1001086班 姓名刘笑笑 学号 100108643 指导教师刘敬平 日期 2012年11月
机电工程学院毕业设计 设计任务书 设计题目： 液压传动机械手的结构设计 设计要求： 1.总装配图以及部分结构图至少五个图（折合为两张A1图纸） 2.结构设计论文（5000字以上） 设计进度要求： 第一周：选择毕业设计课题 第二周第三周：查阅相关资料，了解机械手结构原理及其相关数据第四周第五周：书写设计论文 第六周：检查各项数据及论文 第七周第八周：画装配图 指导教师（签名）：
机电工程学院毕业设计 摘要 本次设计的液压传动机械手根据规定的动作顺序，综合运用所学的基本理论、基本知识和相关的机械设计专业知识，完成对机械手的设计，并绘制必要的装配图，机械手的机械结构采用油缸、螺杆、导向筒等机械器件组成，采用液压驱动。主要结构为：手部结构、腕部结构、臂部结构。 本设计只是液压机械手的结构部分，拟开发的上料机械手可在空间抓放物体，动作灵活多样，可代替人工在高温和危险的作业区进行作业，可抓取重量较大的工件。 关键词：机械手，臂部结构，腕部结构，手部结构
机电工程学院毕业设计 目录 1机械手参数确定--------------------------------------------------------------------------------------- （1） 1.1 臂力的确定--------------------------------------------------------------------------------------- （1）1.2工作范围的确定---------------------------------------------------------------------------------- （1）1.3 确定运动速度-------------------------------------------------------- （1）1.4 手臂的配置形式------------------------------------------------------ （2）1.5 位置检测装置的选择-------------------------------------------------- （2） 1.6 驱动与控制方式的选择------------------------------------------------ （3） 2 手部结构------------------------------------------------------------------------------------------（4）2.1概述-------------------------------------------------------------------------------------------------------（4）2.2 设计时应考虑的几个问题----------------------------------------------------------------------------（4）2. 3 驱动力的计算-----------------------------------------------------------------------------------------（5） 2.4 两支点回转式钳爪的定位误差的分析------------------------------------------------------------（8） 3 腕部的结构---------------------------------------------------------------------------------------（10）3.1 概述------------------------------------------------------------------------------------------------------（10）3.2 腕部的结构形式--------------------------------------------------------------------------------------（10） 3.3手腕驱动力矩的计算-----------------------------------------------------（11） 4 臂部的结构-------------------------------------------------------------------------------------（14）4.1 概述----------------------------------------------------------------------------------------------------（14） 4.2手臂直线运动机构-----------------------------------------------------------------------------------（14） 4.2.1手臂伸缩运动------------------------------------------------------------------------------------（15） 4.2.2 导向装置---------------------------------------------------------------------------------------（15） 4.2.3 手臂的升降运动-------------------------------------------------------------------------------（16）4.3 手臂回转运动----------------------------------------------------------------------------------------（17）4.4 手臂的横向移动-------------------------------------------------------------------------------------（17）4.5 臂部运动驱动力计算------------------------------------------------------------------------------（18） 4.5.1 臂水平伸缩运动驱动力的计算------------------------------------------------------------（18） 4.5.2 臂垂直升降运动驱动力的计算------------------------------------------------------------（19） 4.5.3 臂部回转运动驱动力矩的计算---------------------------------------（19） 5 致谢-----------------------------------------------------------------------------------------------------（21）6参考文献--------------------------------------------------------------------------------------------------（22
目录 摘要 (1) 第一章机械手设计任务书 (1) 1.1设计目的 (1) 1.2本课题的内容和要求 (2) 第二章抓取机构设计 (3) 2.1手部设计计算 (3) 2.2腕部设计计算 (5) 2.3臂伸缩机构设计 (7) 第三章液压系统原理设计及草图 (12) 3.1手部抓取缸 (12) 3.2腕部摆动液压回路 (13) 3.3小臂伸缩缸液压回路 (13) 3.4总体系统图 (14) 第四章机身机座的结构设计.................................................... 错误！未定义书签。 4.1电机的选择................................................................................... 错误！未定义书签。 4.2减速器的选择 ............................................................................... 错误！未定义书签。 4.3螺柱的设计与校核........................................................................ 错误！未定义书签。第五章机械手的定位与平稳性................................................ 错误！未定义书签。 5.1常用的定位方式 ........................................................................... 错误！未定义书签。 5.2影响平稳性和定位精度的因素..................................................... 错误！未定义书签。 5.3机械手运动的缓冲装置 ................................................................ 错误！未定义书签。第六章机械手的控制 (16) 第七章机械手的组成与分类 (18) 7.1机械手组成 (18) 7.2机械手分类................................................................................... 错误！未定义书签。参考资料 (25)
机械设计课程设计说明书 六自由度机械手 上海交通大学机械与动力工程学院专业机械工程与自动化 设计者：李晶（5030209252） 李然（5030209316） 潘楷（5030209345） 彭敏勤（5030209347） 童幸（5030209349） 指导老师: 高雪官 2006.6.16
前言 在工资水平较低的中国，制造业尽管仍属于劳动力密集型，机械手的使用已经越来越普及。那些电子和汽车业的欧美跨国公司很早就在它们设在中国的工厂中引进了自动化生产。但现在的变化是那些分布在工业密集的华南、华东沿海地区的中国本土制造厂也开始对机械手表现出越来越浓厚的兴趣，因为他们要面对工人流失率高，以及交货周期缩短带来的挑战。 机械手可以确保运转周期的一贯性，提高品质。另外，让机械手取代普通工人从模具中取出零件不仅稳定，而且也更加安全。同时，不断发展的模具技术也为机械手提供了更多的市场机会。 可见随着科技的进步，市场的发展，机械手的广泛应用已渐趋可能，在未来的制造业中，越来越多的机械手将被应用，越来越好的机械手将被创造，毫不夸张地说，机械手是人类是走向先进制造的一个标志，是人类走向现代化、高科技进步的一个象征。因此如何设计出一个功能强大，结构稳定的机械手变成了迫在眉睫的问题。
目录 一.设计要求和功能分析 4 二.基座旋转机构轴的设计及强度校核 5 三.液压泵俯仰机构零件设计和强度校核 8 四.左右摇摆机构零件设计和强度校核 11 五.连腕部俯仰机构零件设计和强度校核 14 六.旋转和夹紧机构零件设计和强度校核 19 七.机构各自由度的连接过程 25 八.设计特色 28 九.心得体会 28 十.参考文献 30 十一.任务分工 31 十二.附录（零件及装配图） 31
通用上下料气动机械手 结构设计 集团公司文件内部编码：（TTT-UUTT-MMYB-URTTY-ITTLTY-
通用上下料气动机械手结构设计气动机械手具有结构简单、重量轻、动作迅速、可靠、节能、不污染环境、可实现无级调速、易实现过载保护等优点，应用特点广泛。论文介绍了气动机械手的原理，对机械手的主要部件和设计要求做了相关的阐述，另外对机械手回转臂的结构帮了优化措施。 气动机械手能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。气动机械手具有结构简单、重量轻、动作迅速、可靠、节能、不污染环境、可实现无级调速、易实现过载保护等优点，特别适用于汽车制造业、食品和药品包装行业、化工行业、精密仪器制造业和军事工业等。 在现代工业技术应用的气动机械手能够实现4个自由度的运动，其各自的自由度的驱动全部由气动肌肉来实现。最前端的气爪抓取物品，通过气动肌肉的驱动实现各自关节的转动，使物品在空间上运动，根据合理的控制，最终实现机械手的动作要求。气动机械手回转臂的设计主要是选择合适的控制阀，设计合理的气动控制回路，通过控制和调节各个气缸压缩空气的压力、流量和方向来使气动执行机构获得必要的力、动作速度和改变运动方向，并按规定的程序工作。 气动机械手的原理
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。它巧妙地应用力的平衡原理，使操作者对重物进行相应的位移，就可在空间内平衡移动定位负荷。重物在提升或下降时形成浮动状态，靠气路实现微重力的物料位移，操作力受工件重量影响。无需熟练的点动操作，操作者用手推拉重物，就可以把重物正确地放到空间中的任何位置，或者通过操作台控制工件的位移可完成以下动作：送料、预夹紧、手臂上升、手臂旋转、小臂伸长、手腕旋转。 气动机械手的主要部件和设计要求 根据模块化设计思想，机械手的各模块化机构分别为:立柱、手臂、小臂、手腕和手爪几个部分。论文选择圆柱坐标式机械手，木设计的机械手具有3个自由度：手臂伸缩；机身回转；机身升降。木设计的机械手主要由3个大部件和3个气缸组成：手部，采用一个气爪，通过机构运动实现手爪的运动。臂部，采用直线缸来实现手臂的伸缩。机身，采用一个直线缸和一个回转缸来实现手臂升降和回转。 机械手的手部是机械手上承担抓取工件的机构，由于被抓取物件（炮弹）的形状近似于圆台，所以，其手爪采用特殊的V字型结构，即手爪的内表而设计成与圆台斜度相同的斜而，即保证了抓取的稳定又不会因“线接触”而影响炮弹的表而质量。通过对平衡气缸内空气压力快速精