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机械手气动手爪的结构分析与选择水利部信息研究所 吴淑英 在自动生产线中,各种型式的机械手应用越来越广泛。
现代的机械手采用各种电气、机械、液压、气动传动机构,并用电子系统进行控制,以实现模仿人的手臂和手指动作。
而其手爪的结构也是各式各样,但以气动手爪应用较为普遍。
1 气动手爪的优缺点 优点:(1)快速性。
气动手爪以压缩空气驱动,具有气压传动的优点,运动速度快,手爪的开闭时间短,工作频率可达100～180次 m in。
(2)体积小,重量轻。
由于采用铝合金等轻金属,并实现紧凑的设计,手爪机构一般重量在300～1500g之间。
(3)采用特殊密封结构,不必润滑。
(4)开闭动作均可用压缩空气驱动,工作压力可调,把持力稳定可靠。
(5)具有内部磁性发讯装置,手爪的开闭动作可以得到确认,提高工作可靠性。
(6)一般气动手爪机构都考虑在各个方向上可以安装,方便用户,并备有各种形状的手指,适应不同工件。
缺点:把持力受一定限制,当需要较大把持力时,手爪体积过大。
2 气动手爪的分类与结构分析 气动手爪目前已经逐渐成为一种标准产品,由专业气动元件厂生产并供给用户选择。
综合各种手爪结构,按手爪的运动情况分平行开闭型手爪;支点开闭型手爪;180°转角开闭型手爪;三爪或四爪定心式手爪。
结构分析选例以下几种(其中平行开闭型手爪有4种)。
211 铰链式平行开闭手爪图1为一种较简单平行开闭手爪的结构。
气缸的活塞由压缩空气驱动,通过活塞杆7上的支点轴2带动拨叉3转动,再通过传动轴4使手爪1沿导向槽做平行移动。
图中为双作用气缸,也可为单作用气缸返回运动靠弹簧完成。
气缸直径可设计成直径10～25mm,手爪开闭行程可为5～15mm,气缸体为铝合金,活塞杆7为不锈钢材料。
活塞上的磁铁环9为位置传感器的发讯装置。
图1 铰链式平行开闭手爪结构示例11手爪 21支点轴 31拨叉 41传动轴 51支轴 61拨叉座 71活塞杆 81弹簧 91磁环该结构的特点是重量轻,体积小,最小型重量为75g,最大型为300g,因此,可以与小型机械手配套使用。
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。
机械手手爪部位毕业设计方案说明指导书讲解目录摘要 (1)引言 (1) (2) (2) (2) (4) (5) (6) (6) (6) (1)1 (1)1 (1)3 (1)4 (1)8 (1)8 (1)8结束语 (2)6致谢 (2)6参考文献 (2)6附录 (2)7摘要机械手设计包括机械结构设计，检测传感系统设计和控制系统设计等，是机械、电子、检测、控制和计算机技术的综合应用。
本课题通过对设计要求的分析，设计出机械手的总体方案，重点阐述了手部结构的设计以及控制系统硬软件的设计，完成了整个系统工作的动画设计。
实现了机械手的基本搬运功能，达到了预期要求，具有一定的应用前景。
关键词：机械手PLC 动画引言随着世界经济和技术的发展，人类活动的不断扩大，机器人应用正迅速向社会生产和生活的各个领域扩展，也从制造领域转向非制造领域，各种各样的机器人产品随之出现。
像海洋开发、宇宙探测、采掘、建筑、医疗、农林业、服务、娱乐等行业都提出了自动化各机器人化的要求。
随着机器人的产生和大量应用，很多领域，许多单一、重复的机械工作由机器人（也称机械手）来完成。
工业机器人是一种能进行自动控制的、可重复编程的，多功能的、多自由度的、多用途的操作机, 广泛采用工业机器人，不仅可提高产品的质量与产量，而且对保障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动强度，提高劳动生产率，节约原材料消耗以及降低生产成本，有着十分重要的意义。
和计算机、网络技术一样，工业机器人的广泛应用正在日益改变着人类的生产和生活方式。
机械手是一种模仿人手动作，并按设定的程序来抓取、搬运工件或夹持工具，机械手可在空间抓放物体，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，广泛应用于自动生产线、自动机的上下料、数控设备的自动换刀装置中。
机械手一般由执行系统、驱动系统、控制系统和人工智能组成，主要完成移动、转动、抓取等动作。
控制系统是机械手的指挥系统，它通过控制驱动系统，让执行器按照规定的要求进行工作，并检测其正确与否。
齿轮齿条式回转型机器人手爪结构设计机械手爪作为工业机器人最常见的末端执行器，其性能的优劣对于机器人整体的工作效率有着非常重要影响。
我国生产的机械手爪从仿制开始起步，近期产品的质量较早期有所提高。
但受国产配套件质量及设计水平等的影响，我国目前生产的机械手爪的总体水平与进口产品及港口用户的要求仍有较大差距，机械手爪的生产也是如此，为满足市场需求，开发出一种新型的机械手爪势在必行！此次设计主要通过对三种方案的分析，确定了方案三为本设计的最终方案，方案三的手爪，体积较小，重量轻盈。
其中与机器人手腕连接的部分采用了国家标准件的法兰盘，其中的销等零部件，也是通过查询国家标准库后选取的标准件，有利于降低生产企业的制造成本以及使用单位的维护成本。
在满足系统工艺要求的前提下，将机械手系统中相对独立的环节采用高性价比且相对简洁的结构形式和控制系统，采用模块化设计，大量采用标准化、模块化的通用元配件，从而使成本大为降低，具有显著的技术经济性。
通过对比液压驱动、气压驱动、电机驱动的特点，合理选择了气压驱动为本设计的驱动装置。
通过SolidWorks软件进行手爪结构的有限元分析和运动学分析，使得机械手爪完全符合最初的设计要求。
关键词：机械手；SolidWorks;有限元分析1 绪论1.1 设计背景随着社会，尤其是科学技术的不断进步和发展，机械自动化的发展，已经成为新时代的发展的重要的话题之一。
其中，机械手也使用在工业生产过程中最重要的工具,其发展是最快的。
在机械制造业中，机械手也被称为工业机器人，它主要用于运输处理原材料或特定机床转换工具和机器装配等等一些自动化流水生产线。
综上所述，机械手的应用更为有效，可以降低生产成本。
工业自动化水平是PLC的一大特色与亮点，可以以更高的水平获得控制它的能力，并且自动化程度较高。
PLC经常被用于工业生产，同时它的地位急剧增加，功能也有很大的提高。
对于PLC，他的程度是很容易撰写的，使用简单的操作系统也是其一个优势，并在同一时间，以实现控制也方便，这是提高工业生产和加工质量效率。
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。
五自由度机械手的抓取设计随着工业自动化的快速发展，机器人技术也在不断进步，其中五自由度机械手作为机器人的重要组成部分，具有广泛的应用前景。
本文将围绕五自由度机械手的抓取设计展开讨论，旨在深入探讨其工作原理、设计方法及应用案例。
五自由度机械手、抓取设计、自由度、机械手机构、运动学、应用案例五自由度机械手是一种具有五个独立运动自由度的机器人手臂。
这五个自由度包括三个线性移动自由度和两个旋转自由度。
这种机械手能够在三维空间中完成各种复杂的动作，如抓取、搬运、装配等。
抓取设计是五自由度机械手的关键技术之一，通过对机械手爪部进行精确的定位和姿态调整，实现物体的稳定抓取和操作。
五自由度机械手主要由基座、臂部、手部和驱动器等部分组成。
其中，手部是进行抓取操作的关键部件，它通常包括一个或多个手指，以及相应的关节和驱动器。
手指的形状和大小应根据抓取物体的形状和大小进行设计，以确保良好的适应性。
机械臂的每个自由度都由一个电机驱动，通过控制器实现对机械手的位置、姿态和动作的精确控制。
五自由度机械手的五个自由度分别为三条臂的直线移动和两条臂的旋转运动。
通过这五个自由度的协调动作，机械手可以实现空间中的任意位置和姿态。
在抓取设计中，需要根据实际应用需求，对机械手的运动进行规划，以实现物体的稳定抓取和操作。
抓取设计还需要考虑手指与物体的接触方式。
这通常包括面接触、点接触和侧面接触等。
面接触适用于抓取表面较大的物体，可以提供较好的稳定性；点接触适用于抓取表面较小的物体；侧面接触则适用于抓取有一定长度的物体，可以通过多个手指的协同动作实现稳定抓取。
五自由度机械手的抓取设计具有许多优点。
它具有较高的灵活性和适应性，可以抓取各种形状和大小的物体。
五个自由度的设计使得机械手可以到达空间中的任意位置和姿态，实现了更大的操作空间。
通过精确的控制系统和运动规划，机械手可以实现精确的定位和稳定的操作。
然而，五自由度机械手的抓取设计也存在一些缺点。
齿轮齿条式回转型机器⼈⼿⽖结构设计齿轮齿条式回转型机器⼈⼿⽖结构设计机械⼿⽖作为⼯业机器⼈最常见的末端执⾏器，其性能的优劣对于机器⼈整体的⼯作效率有着⾮常重要影响。
我国⽣产的机械⼿⽖从仿制开始起步，近期产品的质量较早期有所提⾼。
但受国产配套件质量及设计⽔平等的影响，我国⽬前⽣产的机械⼿⽖的总体⽔平与进⼝产品及港⼝⽤户的要求仍有较⼤差距，机械⼿⽖的⽣产也是如此，为满⾜市场需求，开发出⼀种新型的机械⼿⽖势在必⾏！此次设计主要通过对三种⽅案的分析，确定了⽅案三为本设计的最终⽅案，⽅案三的⼿⽖，体积较⼩，重量轻盈。
其中与机器⼈⼿腕连接的部分采⽤了国家标准件的法兰盘，其中的销等零部件，也是通过查询国家标准库后选取的标准件，有利于降低⽣产企业的制造成本以及使⽤单位的维护成本。
在满⾜系统⼯艺要求的前提下，将机械⼿系统中相对独⽴的环节采⽤⾼性价⽐且相对简洁的结构形式和控制系统，采⽤模块化设计，⼤量采⽤标准化、模块化的通⽤元配件，从⽽使成本⼤为降低，具有显著的技术经济性。
通过对⽐液压驱动、⽓压驱动、电机驱动的特点，合理选择了⽓压驱动为本设计的驱动装置。
通过SolidWorks软件进⾏⼿⽖结构的有限元分析和运动学分析，使得机械⼿⽖完全符合最初的设计要求。
关键词：机械⼿；SolidWorks;有限元分析1 绪论1.1 设计背景随着社会，尤其是科学技术的不断进步和发展，机械⾃动化的发展，已经成为新时代的发展的重要的话题之⼀。
其中，机械⼿也使⽤在⼯业⽣产过程中最重要的⼯具,其发展是最快的。
在机械制造业中，机械⼿也被称为⼯业机器⼈，它主要⽤于运输处理原材料或特定机床转换⼯具和机器装配等等⼀些⾃动化流⽔⽣产线。
综上所述，机械⼿的应⽤更为有效，可以降低⽣产成本。
⼯业⾃动化⽔平是PLC的⼀⼤特⾊与亮点，可以以更⾼的⽔平获得控制它的能⼒，并且⾃动化程度较⾼。
PLC经常被⽤于⼯业⽣产，同时它的地位急剧增加，功能也有很⼤的提⾼。
对于PLC，他的程度是很容易撰写的，使⽤简单的操作系统也是其⼀个优势，并在同⼀时间，以实现控制也⽅便，这是提⾼⼯业⽣产和加⼯质量效率。
