福 建 技 师 学 院

-毕业论文

课题名称:

姓 名 , 李聪 学 , 402 专 业, 数控 班 , 09数高,2, 导老师,邱宏星 柴人定 林松 徐丽珠 2011年11月23日星期

第1页 共37页

福建技师

毕业设计任务书

题目:连

起止时间:

学生姓名:李聪

专业班级:09

指导老师:邱宏星 柴人定 林松 徐丽珠

1设计(论

1)、规

抓重;1公斤;自由度

手运动参数:伸行程:10毫米，升降行程:20米，横移行程:150毫米;驱动式:气动;缓冲方式;液压缓冲器冲;定位方式:机械挡块;定位精度: ?0.5毫

能安排的进度独立完成本组内的毕业设计的各项内容:(1)仔细分析杆气机械手作原理要求，合理拟定总体结构方案:(2)进行要的分析算校核，并用CAD/CAM软件完成装备图、零件图，(3)采用合理的加工工艺、参数，利用CAM软件加出合格的模型和零件:(4)采用合理的装备

第2页 共37页

福建技师

摘要

机手因其较高灵活性用性，在生活、制造等各个域中都扮着极其重要的角色。它可以搬运货，分拣品，并能够在在有害环境下操作以保护人安全，代替人的繁重劳动，因此被泛应用于机械制造、轻工以及

本在纵观了近年来机械手发展状的础上，结合机械手方面的设计，对应用于搬运机械技术行了系统分析，并就其结构的合理性以及应用的可实施性提出了合理方案。采用整化的设计思想，充考虑了软、硬件各自的特点并进行互补优化。对搬运手的整体结构、执行结构、动系统和控制系统进行了析和设计。在其驱动系统中采用液压驱动，控制系统来

通过以上部分的工作，得出了经济型、用型、高可靠型气缸连杆

关键词:机械

第3页 共37页

福建技师

目录

摘

1.1 机械手...............................................................6

...................................................6 1.1.1机械手

1.1.2选题背景.....................................................6

1.1.3设计目的.....................................................7 1.2 机械手的组成和分类....................................................8

1.2.1机械手的组成................................................8

1.2.2 机械手的分类...............................................10 1.3 国内外发展状况.......................................................12 1.4

1.4.1课题的提出.................................................13

1.4.2课题的主要任

2.1机械手的座标型式与自由

2.2 机械手的手部结构方案

2.3 机械手的手腕结构方案

2.4 机械手的手臂结构方案

2.5 机械手的驱动方案设计.........................................21

2.5.1机械手气压驱动............................................22

2.5.2机械手气压驱动系统.........................................22

2.6机械手的主要参

2.7械手的技术参数列表..........................................24 第三章 机械手手

3.1手部的加工工艺分

3.2 手部的加工编程...............................................26

3.1夹持式手部结构................................................29

3.2手指的形状和分类..............................................29

3.3设计时考虑的几个问题..........................................29

第章 手臂伸缩，升降的尺寸

第4页 共37页

福建技师

4.1手臂伸缩气缸的尺寸设计与校

4.1.1 手臂伸缩气缸的尺寸设

4.1.2 尺寸校核.......................................................31 4.2 手臂升降气缸的尺

尺

4.2.2 尺寸校核.......................................................32

.....32 4.4 齿轮齿条的计

第5页 共37页

福建技师

第一章 绪 论

1.1 机械手

1.1.1机械手概述

机器人由操机(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，自动控制、可重复编程、能三维空间完各种作业的机一体化自动生产设备。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，提高生产效率，改善劳动条件产品的速更新换代起着十分重要的作用。机器人技术综计算机、控制论、机构学、信息和传感技、人工智能、仿生学等多学科而成的高技术，是当代研究分，应用益广泛的领域。机器人应用情况，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，既有人环境状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、抗恶劣境的能力，从某种意义上说它也是机器的化过物，它是工业以及非产业界的重要生产和服务性设各，是进制造技术领域不缺少的自动化设备.机械手是模仿着人手的部分作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、运或操自动机械装置。在业生产应用的机械手称为“工业机械手”。生产中用机械手可以提高生产的自动化水平和动生产率:可减轻劳动度、保证产品质量、实现安全生产;尤其在高温、高压、低温、低压、尘、易爆、有毒气体和放性等劣环境中，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、、焊接、热处理、电镀、喷、装配以轻工业、交通运输业等方面得到来越广泛引用.机械手的结构式开始比较简单，专用性较，仅为某台机床的上下料置，是属于该机的专用机械手。工业技术发展，制成了能够独立的按程序制实现重复作，适用范围比较广的“序控制通用机械手”，简通用械手。由于通用机械手能很快的改变工作程序，适应性较强，所以它不断变换生产品的中小批量生产中获得广泛的

1.1.2选题背景

机械是在自动化生产过程中使用的种有抓取和移动工件功能的自动化装置，它是在机械、自化生产过中发展起来的一种新型装置。近年来，随着电子技术特别是子计算机的广应用，机器人的研和生产已为高技术领域内迅速发展起来的一门新兴，它更加促进了机械手的发，使得机械手能更好地实与机械化和自动化的有机结合。机械手能代替人类完成

第6页 共37页

福建技师

高劳动产。机械手越来越广泛的得到了应用，在机行业中它可于部件组装 ，加工工件的搬运、装卸，特别是在自动数控机床、组合机床上用更普遍。目前，械手已发展为柔性制造系FMS和柔性制单元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工系统或柔性制造单元，适应于中、小批量生产，以节省庞大的工件输送装置，结构紧凑，而且适应性很强。当件变更时，柔性生产系很容易，有利企业不断更新适销对路的品种，提高品质量，更好地适应市场竞争的需要。而目前我的业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一的距离，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化生产水平的提高，从经上、技术上考虑都是十必要的。因此，进行机械手的究设计是非常有意义

1.1.3设计目的

本计通过对机械设计制造及其自动化专业学知识进行整合，完一个定功能、特殊要求的气缸连杆机械手的设计，能够较好地体现机械设制造及其自动

实践动手能力以及专业精神和态度，有较强的针对性和明业毕

确的实施目标，能够

目，在国内很多工厂的生上多工位冲床装卸工件仍由人工完，动强大、生产效率低。为了提高生产加工的工作率,降成本,并使生线发展成为柔性制造系统,适应现代动化大生产,针对具体生产工艺,利用器人技术，设计用一台装卸机械手代替

随科学技术的发展，械手也越来越多的地被应用。在机工业中，铸、焊、铆、冲、压、处理、械加工、装配、检验、喷漆、电镀等种都有应用的实理。其他部门，轻工业、建筑业、国防工业

在机械工业中，应用

一、以提高生产

应机械手有利于实现材料的传送、件的装卸、刀具的换及机器的装配等的自动化的程度，从而可以

二、以改善劳动

在温、高压、低温、压、有灰尘、噪声、臭味、有放射或有其他毒性污染以及工作空间窄的场中，用人手直接操作是有危险或根本可能的，而应用机械手即可部分

第7页 共37页

福建技师

在些简单、重复，特别是较笨的操作中，以机手替人进行工作，可以避免由于操作疲

三、可以减轻人力，并便于有节奏的生产

应机械手代替人进行，这是直接减少人力的一个侧面，同时由于用机械手可以连续的工作，这是减少力的另个侧面。因此，在自动化机床的综合加工自动上，目前几乎都没有机械手，以减少力和更准确的控制生产的节拍，

综上所述，有效的应用机

本械手主要与多工位冲床最终形成生产线，实现加工过程(上、工、料)的自动化、无人化。目前，我国的制造正在迅速展，越来越多资金流向制造业，越来越多的厂商加到制造业。本设计能够应用到加工工厂车，从而减轻工人劳动强度，节约加工辅

1.2 机械

1.2.1

机械手主要由执行机构、驱动系统、系统以及传导系统等所组

包括手部、手腕、

1、手部

即与物接触部件。由于与物件接触的形式不同，可分夹持式和吸式在本课题中我们采用夹持式手部结构。夹持式手部由手(或手爪)和传力机构构成。手指是与物直接接触的件，常用的手指动式有回转型平移型。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，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，因适宜夹持直径变化范大的工件。手指结构取决被抓取件表面状、被抓部位(是外廓或是内孔)和物的重量及尺寸。常用的指形有平面的、V形面的和面:手指有外夹式和内撑式;指数有双指式、多指式双手双指式等。而传力机构则通过手指产生夹紧力来完成夹放物件任务。传力构型式较多时常用的有:槽杠杆式、连杆杠杆式、斜面杠杆式、齿 轮齿条式、丝螺母弹簧式和重力式

第8页 共37页

福建技师

图1-1

2、手腕

是连接手部和手臂的部件，并可用整被抓取物件的方位(

手是支承被抓物件、手部、腕的重要部件。手臂的作用是带动手去取物，并按预定要求将其搬运到指定的位置.工机械手的臂通常由驱动臂运动的部件(如油缸、气缸、齿轮条机构、连杆机构、螺旋机构和凸轮机构)与驱动源(如液压、气压或电机等)

4、立柱

立是支撑架的部件，支撑架也可以是手臂的一部，手臂的前后运动和升降(或俯)运动均与立柱有密切的联系。械手的支撑架因工作需要，有时也可作横向移动，

5、底座

底座是机械手的基础部分，械手执行机构各件和驱动系统均安装于机座上，

(二)驱动系统

驱系统是驱动机械手执行机动的动力装置调节装置和辅助装置组。常的驱动统有液压传动、 气压传动、机械传动。控系统是支配机械手按规定要求运动的系统。目前工业机械手的控系统一般由程序控制系统和电气定位系统组。控制系统有电气控制和射流控制两种，

第9页 共37页

福建技师

并忆人们给予机手的指令信息(如动作顺序、运动迹、运动速度及时间)，同时其控系统的信息对执行机构发出指令，要时可对机械手的动作进行监，当动作有错误或发生故

(三)控制系统

控制统是支配着机械手按规定的要动的系统。目前工业机械手的控制系统一般由程控制统和电气位系统组成。控制系统有电气控制和射流控制两种，它支着机械手按定的程序运动，并忆人们给予械手的指令信息(如动作顺序、运动迹、运动速度及时间)，同时其控制系统的信息对执行构发出指令，必要时可对机械手的动作进行监视，当

1.2.2 机械手的分类

机手的种类很多，关于分类的问，目前在国内尚统的分类标准，在此暂按使用范围、驱

(一)按用途分

机械手可分为专用

1、专用机械手

它附属于主机的、固定程序而无独立控制系统的机械装。专用机械手具有动作少、工作象单、结构简单、使用可靠和造价低等特点，用于大批量的自动化生产的自换刀机械手，如自动机床、自

2、通用机械手

它是种具有独立控制系统的、程序可变的、作活多样的机械手。格性能范围内，动作程序是可的，通过调可在不场合使用，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、通用强，适用于不断换生产品种的中小批量自化的生产。通机械手按其控定位的方式不同可分为简易型和伺型种:简易型以“开一关”式控定，只能是点位控制:可以是点位，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，一般伺服型通用机手属于数控类型。 二)按驱动方式

1、液压

是液压的压力来驱动机构运动的机械手。其主要点是:抓可达几百公斤以上、传动平稳、结紧凑、作灵敏。但对密封装置要求严格，不然油的漏对机械手的工作性能有很大的响，且不宜在高温、低温下工作。若机械手采用电液伺服

第10页 共37页

福建技师

系，可实现连续轨迹控制，机械手的通用性大，但是电液伺服阀的制造精度高，油

2、气压

是压缩空气的压力来驱动执行运动的机械手。其主要特点是:介质李源为方，输出小，气动动作迅速，结构简单，成本低。但是，由空气具有可缩的特性，工作度的稳性较差，冲击大，而且气源压力较，抓重一般在30公斤以下，在同样抓重条件下比液压机械手的结构大，所以适用于高速、轻

3、机械

即机械传动机构(如凸、连杆、齿轮和齿条、间歇机构等)驱的机手。它是一种附属于工作主机的专用机手，其力是由工作机械传递的。它的主要特点是运动确可靠，用于工作主机的上、下料。动频率大，但结构较大，动作程序不变。 4、电力传动机械

即特殊结构的感应电、直线电机或功率步进电机直驱动执行构运动的械手，因为不需要中间的转机构，机械结构简单。其中直线电机机械手的运动度快和行程长，维护和使用方便。类机械手目前还不多，但有发展途。 (三)按控制方式

1、点位控制

它的运动为空间点到点之间的动，只能控制运动过程中

控制其运动轨迹。若欲控制的点，则必然增加电气控制

用的专用和通用工

2、连续轨迹控制

它运动轨迹为空的任意连续曲线，其特点是设定点为限的，整个移动过程处于控之下，以实现平稳和准确的运动，并且使范围广，但电气控制系统复。这类工业机械手一般采用

1.3 国

国外机器人领域发

(1)机器人性能不断提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操作和修)，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

(2)机械结构向模块化、可重构展。例如关节模块中的

第11页 共37页

福建技师

测统三位一体化:由关节模、连杆模块用组式构造机器人整机;国外已有模

(3)机器人控制系统向基于PC机的开放型控制方向发展，便于标准化、网化;件集成度提高，控制柜日见小，且采用模块化结构:大大高了系统的可靠性、易

(4)机器人中的传感器日益重要，除采用传统的位置、速、速度传感器外，装配、焊接机器人还应用了视、力觉等感器，而遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、觉等多传感器的融合技术来进行环境建及决策控制;多传感器融合配置技术

(5)虚拟现实技术在机器人中的作用从仿真、预演发展到于程控制，如使遥控机器人操作者产生置身于远

(6)当代遥控机器人系发展特点不是追求全自治系统，是力于作者与机器人的人机交互控制，即遥控局部自主统构成完整的监控遥控操作系统，使智能机器人出实验室进入实用化阶段。美国发射火星上的“索杰纳”机器人就是这种

(7)机化机械始兴起。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研究的热之一，纷探索开其实际应用的领域。我国的工业机器人从80年代“七五”技攻关开始起步，在国家支持，通过“七五”、“八五”科技攻关，己基本掌握了机器人操作机的设制造技术、控制系统硬件软件计技术、运动和迹规技术，生产了部分机器人元器件，开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等器人;其中有130多台套喷漆机器人在二十余家企业的近30条自动喷漆产线(站)上获得规模应用，弧焊机器人己用在汽车制造的焊装线上。但总的来看，我国工机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一的距离，如:靠性低于国外产品:机器人应用工程起较晚，应用领域窄，生产线系统技与国外有差距;在应规模，我国己安的国产工业机器人，约全球已安装台数的万分之四。上原因主是没有成机器人产业，当前我国的机器人生产都是应用户的要求，“一客户，一次重设”，品种规格多、批量小、零部件通用化程度低、供货周期、成本不低，而且质量、可靠不稳定。因此迫切需要解决产业前期的关技术，对产品进行全面规划，搞好系列、通用化、模块化设计，积推进业化进程.我的智能机器人和特种机器人在“863”计的支持下，也取得了不少成果。其中最为突的是水下机器人，6000m水下无缆机器人的成果居世领先水平，还开发出直接遥控机器人、

第12页 共37页

福建技师

调控机器人、爬壁机器人、管道机器等种:在机器人视觉、力觉、触觉、声觉等基础技术的发应上开展了少工作，有了一定的发展基础。但是在多传感器信息融合控制技、遥控加局部主系统遥控机器人、能装配机人、机器人化械等的开发应用方面则刚刚步，与国外先进水平差距较大，要在原有成绩的基础上，有

1.4 课题

1.4.1课题的提出

进入21世纪，随着我国人口老龄提前到来，近来在东南沿海还出现在大量的缺现象，迫切要求们提高劳动生产率，降低工人的劳动强度，提高我国业自动化水势在必行，本设计目的就是计一个气动搬运机械手，应用于工业化生产线，把工业产品从一条生产线搬运到另外一生产线，实现自动化生产，减轻产业工人大量的重

现的机械手大多采用液压传动，液压

(1)液压动在工过程中常有较的能量损(摩擦失、泄露损失等):液压传动易泄漏，不仅污染工作场地，限其应用范围，可能引起失火事故，而且影响执行部分的

(2)工作时受温度变化响较大。油温变化时，液

(3)因液压脉动和液体中混入

(4)为了少泄漏，液压元件制造工水平要较高，故价格较高;且使用维护需要较高技术水平。于以上这些缺陷，本机械手拟采用气压传动，气

(1)介质取和理方便。气压动工作力较低，工作介质提取容易，而后排入大气，处理方便，一般不需置回收管道和容器:介质清洁，管道不易堵存在介

(2)阻力损和泄较小，在压缩气的输送中，力损失较小(一般不卜浇塞仅为油路的千分之一)，空气便于集中应和远距离输送。外泄漏不会像液压传动那样，造成压

(3)动迅速，反应灵敏。气动系一般需要0.02s-0.3s即可建立起所需的

(4)能源可储存。压空气可存贮在储气罐中，

第13页 共37页

福建技师学院

及其工艺流程不致

(5)工作境适性好。在易、易爆、尘埃、磁、强辐射、振动等恶劣环境中，气压传动与控制系统比械、电器及液压系统优越，而且不会因温度变化影

(6)成本低。由于气动系统工作力较低，因此降低了动元、辅件的材质和加工精度求，制造易，成较低。统观点认为:由于体有可压缩性，此，在动伺服系统中要实现高精度定位比较困难(尤其在高速情况下，乎难象)。此外气源工作压力较低，抓举力较小。虽气动技术作为机器人中的动功能已有部分被工界所接受，而且对于不太杂的机械手，用气动元件组成的控制系统己被接受，但于气动机器人体系己经取得的一系列重要进展过去介绍得不够，因此在工业自动化领域里，对气动机械手、气机器人的实

本课题将要完成的主

(1)机械手为气缸连杆械手，因此相对于通用机

(2)选取机械手的座

(3)设计出机械手的执行机构，包括:手部、

要时候还可以用气流负压式吸

(4)压传动系统的设计课题将设计出机械手的气压

(5)对气压传动系统原

。

第14页 共37页

福建技师学院

第二章 机械手

对动机械手的本要求能快速、准确地-放和搬运物，这就要它们具有高精度、快速反应、一定的承载能力、足够的工作空间和灵活自由度及任意位置都能自动定位等特性。设计气动机械手的原则是:充分分析

明工件的构求，拟定最理的作业工序和艺，并满足系统功能求和环条;形状材料特性，定位度要求，抓、搬时的受力特性、尺寸和质量参数等，从而进一步定对械手结构及运行控制的要求;尽量选用定型的标准组件，化设计制造过，兼顾通用性和专性，并能实现柔性转换和编程控制.本次设计的机械手是多工位冲床专用机械手，是一种适合于成批或中、小批生产的和操作单调频的生产

械手结构形式主要有直角标结，圆柱坐标结构，球坐标结构，关节型结四种。各结构形式及其相应的特点，

图2-1 机械手的

1.直角坐标机

直角坐标机手的空间运动用三个相互垂直的直线运现的，如图a2-1.。由于线运易于实现全闭环的位置控制，所以，直角坐标机械手有可能达到很高的位置精度(μm级)。是，这种直坐标机械手的运空间相对机械手的结构尺寸来讲，是比较小的。因此，为了实现一定的运动空间，直角坐标机械手的结构尺要比其

角坐标机械手的作空间一空长方体。直角坐标机械手主要用于装配作业及搬运业，直角坐标机械手有悬臂式，龙门式，

2.圆柱坐标机

圆柱坐标机械的空间运动是用一个回转

第15页 共37页

福建技师学院

2-1.b。这种机械手构造较简单，精度还可以，常用于搬

3. 球坐标机

球坐机械的空间运动是两个回转动和一直线运动来实现的，如图2-1.c。这种机械手结构简单、成较低，但精度不很高。主要应用于搬运作业。其工作空间

4. 关节型机

关节型械手的空运动是由三个回运实现的，如2-1.d。关节型机械手动作灵活，结构紧凑，占地面积小。相对机械手本体寸，其作空间比较。此种机械手在工业中应用十分广泛，如焊接、喷漆、搬运、装配等作业，

关节型机械手结构，有水平关

按械手手臂不同运形式及其组合情，其座标型可分为直座标式、圆柱座标式、球座标式和关节式。由于本机械手在工作手臂具伸缩、升降运动，因此，采用直角座标型式。下图为本次机械手

图2-1 机械手

2.2 机械手的手部

1.楔块杠

第16页 共37页

福建技师学院

利楔块与杠杆来实现手爪的松、

2.滑槽式手

当塞向运动时，滑槽通销子推动爪合，产生夹紧动作和夹紧力，当活塞向后运动时，爪松开。这种手爪开合行程较大，适应抓取

3.连杆杠

这手爪活塞的推力下，连杆和杠使手产生夹紧(放松)运动，由于杠杆的力放大作用，这种手爪有可能产生较大的夹紧力。通常

4.齿轮齿

这手爪通过活塞推动

5.平行杠

采平行边形机构，因此不要导

2.3 机械手的手腕

1.械手手的自由度数，应根据业需要来设计。机械手腕自由度数目愈多，各关节的动角度大，机手腕的灵活性愈高，机械对作业的适应能也愈强。但是，自由度的增加，也必然会使腕部结构更复杂，机械手的控制难，成本也会增加。因此，手腕的自由度数，应根据实作业要求来确定。在满足业要求的前提下，应自由度数尽可能的少。一的机械手手腕的自由度数为2至3个，有的需要更多的自度，而有的机手腕不需要自由度，仅凭受臂和腰部的运动就能实现作业要求的任务。因此，要具体问题具体分析，考虑机械手多种布局，运动方案，选择满足

2.机手腕部安装在机械手的末端，在设计机械手手腕时，应

3.机械手的手腕机要有足够的强度和刚

4.要设有可的传动间隙调整机构，以

机手的提升架运(包括支架的回转运动)，机械手在其工空间中的运位置，而在机械手手臂末端的手腕，则给出了机械手在其工作空间中的运姿态。械手手腕是械手操作机的最末端，它与机械手手臂配合运动，实现在手腕上的空间运动轨迹与运

第17页 共37页

福建技师学院

考到机械的优化，同时由于抓取工是水平置，因此手腕必须设有回转运动才可满足工作的要求。因此，手腕设计成回转结构，实现手腕回转运动

2.4 机械手的手臂

机手手的作用，是在一定的载和一的速度下，实现在机械手所要求的工作空间的运动。在进行机械手手臂设计时，要

应可能使机械手手臂关节轴相互平行;相互垂

这

2.机械手手臂的结尺寸应满机械手工作空间的要。作间的形状大小与机械手臂的长度，手臂关节的转动范围有密切的关系。但机械手手臂末端工作空间没有考虑机手手腕的空姿态要求，如果对机械手手腕的姿态提出具体的要求，则其手臂末端可实现的空间要小于

3.了提高械手的运动速度与控精度，应在保证机械手臂有足够强度和刚度的条件，尽可能结构、材料上法减轻手臂的重量。选用高强度的质材料，常选用高强度铝合金制造机械手手臂。目前，在国外，也在研究碳复合材料制造机械手手臂。碳纤维复合材料抗拉强高，抗振性好，比重小(比重相当于钢的1/4，相当于铝合金的2/3)，但是，其价格昂贵，且在性能稳定性及制造复杂形状件的工艺上尚问题，故还未能在生产实际中推广应用。目前比较有效的办法是用有限元法进行机械手手臂结构的化设计。在证所需强度与刚度的情况下，减

4.机械各关节的轴承间隙要尽能小，以减小机械间隙所造成的运动误差。因此，关节都应有工作可靠、便于调整的轴承

结具体的工情况，设计采用连杆杠式的手爪。拉往复动，通过连杆端部使手指张开或闭合。手指的最小开度由加工工的直径调定。本设计按照工件的直径为50mm来设计。手爪的具体

机手的臂升降运动都直线运动。直运动的实现一般是气动传动，气动以电动机驱动丝杠来实。考到搬运工件的重量较大，考虑加工工件的质量达1KG，属中型重量，同时考虑到机械手的动态性能及动的稳定性，全性，对手臂的刚有较高的要求。综合考虑，两手臂的驱动均选择气压驱动方式，通过气压缸的直接驱动，气压缸既是驱动元件，又是执

第18页 共37页

福建技师学院

缸

因气压系统提供很的驱动力，因此驱动力和结的强度都比较容易实现的，关键是机械手运动的稳定性和刚度的满足。此手臂气缸的设计原则是缸的直径取得大一点(在整体结构允许的情况

同，因为控制具体作的要求，机械手手臂的结构能太大，仅仅通过增大气压缸的缸径来增大刚度，是不能满足系统刚度要求。因此，过增设导杆，能显著提高机械手的运动刚度和稳定性，比较好的解

按抓取件的要求，本机械手的手有三自由度，即手臂的伸缩、升降运动。手臂的升降动是通过支撑杆来实现的。手臂的各种运

图2-4 机械手手

2.5 机械手的

机手的动系统，按动力分为液、气和电动三大类。根据需要也可这三种基本类型组合复合式的驱动系统。这三类基本驱动系统

1.液压驱动系统

由液压术是一种较成熟的术，它具有动力大、力(矩)与惯量比、快速响应高、于实现直接驱动等特点。适合于在承载能力大，惯量大以及在防火防爆的环境中作的机械。但是，液压统需要进行能量转换(电能转换成液压能)，速度控制多数情况下采用节流调速，效率比电动

第19页 共37页

福建技师学院

境产生污染，工作

2.气动驱动系统

具速度快，系统构简单，维修便、价格等特点。适用于中、小负荷的机械手中采用。但是因难于实现伺服控，多用于程序控制的机械手中，如在上、下料和搬

3.电动驱动系统

由低惯、大转矩的交、直流伺服电机其配套的伺服驱动器(交变、直脉冲宽度调)的广泛用，类驱动系统在机械手中被大量采用。这类驱动系不需要能量转换，使用方便，噪声较低，控制灵活。大多数电机后需安装精密的传机构。直流有刷电机不能直接用于要求防爆的工作环境中，成本上也较其他两种驱动系统高。但因为这类驱动系统点比较

设机械手时，驱系统的选，要根据机械手的用、业要求、机械的性能规范、控制功能、维护的复杂程度、运行的功耗、性价比以及现有的条件等综合因加以考虑。在注意各类动系统特点的基础上，综合上述各因素，充分论证其合理性、可行性、经济性及可靠

1.料搬(包括上下料)使用的有点位控的程序控制机械手，重负荷的选择液压驱动系统，中等负荷的可电机驱动系统，轻负荷的可选气动驱动系统。冲压机械手

2.用于点焊和焊及喷涂业的机械手，要具点位和轨迹功能，需用伺服驱动系统。只有采用液压或电动伺服系统才能满足要求。点、弧焊械手多采用

1、气动装置结构简单、轻便、安装维护简单。压力等级低、故使用安全。

2、工介质是取之不尽的气、空气本身不花钱。排气

3、输出以及工作速度的调非常

4、可靠高，使用寿命长。电器件有效动作次数约为百万次，而SMC的一般磁阀的寿命大于3000万次，小型阀

5、利用气的压缩性，可贮存能量，实现中供气。可短时间释放能量，以获得间歇运动中高速响应。可实现缓冲。对冲击负载和过

第20页 共37页

福建技师学院

力。在一定条件下，可使气动装

6、全动控制具有防火、爆、防潮的能力。与液压方式

7、由于空流动失小，压缩气可集中应，远离输送。 综上气压传动系统的动作迅速，反应灵敏，阻损失和泄漏较小，成本低廉等优点，因此本机械手

2.5.2机械手

气动机械手采压缩空气为动源，一般从工厂的压缩气站引机作业置，也可以单独小型气源统。由气动机械手具有气源使用方便、不污染环境、动灵活速、工作安全可靠、操作维修简便以及适宜在恶劣环境下作等特点，因此在冲压加工、注塑压铸等有毒或高温条件下作业，机床上、下，仪表及轻工行业中、小型零件的输送和自动装配等作业，食品包装及运输，电子产品输、自动插

动驱动系统在数情况下是用实现两位式的或有限点位控的、小机手中的。这械手多是柱坐型和直角坐标型或二者的组合型结构;3-5个自度;负荷在200N以下;速度300-1000mm/s;重复位精度为+/-0.1-0。5mm。控制装置目前多数选用可编程控制器(PLC)。在易燃、易爆的场合下可采用气动逻辑元件组成控装置。

1.源 由总压缩空站提供。气部分包空气压缩机，储气罐，气水分离器，调压器，过滤器等。如果没有压缩气站的条件，可以按机械手及配套的其他气动设备需要配置

2.气动三联件 由分水滤器，调压器，油雾器组，可以是分式，也可以三联组装式的，多数情况下用三联组装式结构。不论是由压缩空气站供气还是用独的气源，气动三联件是

3.气动 气动阀的类多，在工业机械手的气动驱动系统中，

4.气动行机构 多数情下使用气缸(直线气或气)。直线分单动式和双式两类。除个别用单动式气缸外(如手爪机构上用的)，多数采用双动气缸。为实端部缓冲，选用双向端位置缓冲的气缸。气缸的结构形式以及与机械手机构的连接方式(如法兰连接，尾部铰接，前端或

第21页 共37页

福建技师学院

由计械手时根据结构要求而。气缸的内径，行程大小可根据

了确保气缸密封要求，时又要尽量降低摩擦力，封要用橡胶和氟料组合密封。无接触感应式气缸目前在气动系统中已获得广泛的应用，这种气缸在活塞上装有永久磁铁磁环，通过磁应，使在气缸面安装的非接触磁性接近开关动作发讯，进行位置检测。除了直线气缸外，机械手中用得比较多还有有限角动气

5.制动器 气动械手的定位问题很大程度

，果缸以1m/s的速

计，那么气缸活塞个停点的离约为70mm，两的步长应大个数值。对小流量的电磁气阀，吸合关闭时间较小，停点的步长也要相应缩短。因此机械手一单自由度而，停点数目最多6-9个。为增加定位点数，除采用多位置气缸外可采用制动的方法

6.限位器 气动机手各运动轴的动和定位点到位发讯，可由编器令，或由限位开关。根据要求条件，如果选用无接触感应式气缸，其限位开关是无接触近开关，这种开关的反映时间小于20ms，在机械手应用比较理想。当气缸活塞运动到位点时，为保证定位精度，需要将运动轴锁紧。常用的限位机构是由电磁阀控制的气缸带动锁紧机构(插锁，滑块等)将机械运动机

2.6 机械手

1.机械手最大抓是其规格的参数，由于采用动方式驱动，因此考虑抓取的物体不应该太重，查阅相关机械手设计参数，结合工业生产的实际情况，本设计设计抓

2.本参数动速度是机械手主要基本参数。操作节拍机械手速度提出了要求，设速度过低制了的用范。而影响机械手动作的主要因素是臂伸缩及转的速度。该机械手最大移动速度设计为。平均移动速度为。械1.0m/s0.8m/s手动作时有启动、停止过程加、减速度存在，用速一行程曲线来说明速特性较为全面，因为平均度与行程有关，故用平均速度表示速度的快慢更为符合度特性。除了速度以外，手臂设计的基本参数还有伸缩行程、升降。大部分机械手设计成相当于人工坐着或站且略有走动

第22页 共37页

福技学院毕业论文 刚性降。在这种情况下宜采用自动传送

参:缩行程定为10mm,提升行程为150mm，手臂

本数之一。该机械手的

一、用途:

用于自动加工的

二、设计技

1、抓重:1 Kg

2、自由度数:2个自由度

3、座标型式:

4、手臂最大中心高:150mm

5、手臂运动参数:伸缩

伸缩速度40

升降行程30mm

升降速度60mm

横行150mm 6、手

8、驱动方式:

9、控制方

第23页 共37页

福建技师学院

第章 机械手手部的

(1)首选择一块毛胚加工的零件寸大一

(2)择两个基准面为装工件，加工第一面时的基准面

(3)当毛胚装夹在机床上，

(4)找准下刀点，要让刀直接下刀工

(5)虑清楚从尺寸的哪开行走，会不会有过切或者别的损坏工

(6)铣里面的内槽，选用

(7)铣直径为5内孔时选用

(8)铣去背面

3.2 机械手手部

程序分别如下:

1;o100

%156

G90G54G0Z10

M3S1000

X0Y0

G41D1G0X-10.1872Y26.8041

第24页 共37页

福建技师学院毕业论文 G0Z0.3

G01X28.4856Y7.0995Z-5F200 G02X31.1957Y2.2018R5 G01X27Y-45

X21.3685Y-45

X12.3.87Y-60.6921 X8.8446Y-58.6921

X17.6021Y-43.5237 G03X17.6.21Y-38.5237R5 G01X8.8446Y-23.3552 X23Y-15.1826

X23Y-8.8822

G03X20.27Y-4.4272R5 G01X-16.543Y14.33 G02X-10.1872Y26.8041R7 G01X28.4853Y7.0995 G01Z1

G0Z15

G40X0Y0

M05

M30

2;O112

%265

G90G54G0Z10

M3S1000

X0Y0

G42D1X-8.4306Y22.5421 G0Z0.3

G01X12.1148Y12.0737Z-5F200

G02X8.4306Y4.9723R4 G01X-12.0625Y15.4141 G02X-8.4306Y22.5421R4 G01X12.1148Y12.0737 G01Z1

G0Z10

G40X0Y0

M5

M30

第25页 共37页

福建技师学院毕业论文 3;O123

%547

G90G54G0Z10

M3S1000

X27.5Y0

Z1

M98P120L6

G02X27.5Y0I-1J0 G90G01X27.5Y0F300 G0Z10

M5

M30

%120

G91G02X27.5Y0Z-1I-1J0F200

M99

第26页 共37页

福建技师学院

第四章 手部

4.1夹持式

夹式手结构由手指(或手爪)传机构所组成。其传力结构形式比较多，如滑杠杆式、斜楔杠杆式、齿轮齿条式、

图3-1 机械手

3.2手指的形

夹持是最常的一种，其中常用的两指式、多指式和双双指式:按手指夹持工件的部又可分为卡(内涨)和外夹式两种:按人手手指的动，手指可为一支点回转型，二支点回转型和移动型(或称直进型)，其以支回转型为基本型式。当二支点回转型手指的两个转支点的距离缩小到无穷时，就变成了一支点转型手指;同理，当二支回转型手指的手指长度变成无穷长时，就成为移动型。转型手指开闭小，结构简单，制造容易，应用广泛。移动型应用较少，其结构比较复杂庞大，当移动型手指夹直径变化的件时不影响其轴心的位置，能

3.3设计时考虑

(一)具有足够的握力(即夹紧力)

在定手的握力时，除考虑工重外，还应考虑在传送或操作过程中所产生

第27页 共37页

福建技师学院

(二)手指间应具有

两指张开与合的个极限位置所的角度称手指的闭角。手指的开闭角应保证工件能顺利进入或脱开，若夹持不同径的工件，应按最大直径的工件考虑。对于移动型手指

(三)保证工件

为手指和夹持件保持准确的对位置，须根被抓取工件的形状，选择相应的手指形状。例如圆柱形工件用带“V”形面的手指，以便自动定心。 (四)

手除受到被夹持件的反用力外，还受到机在运动过程中产生的惯性和振动的影响，要求有足够的强度和刚度以防折断或弯曲变形，当尽量使结

根机械手工作需要，通过较，我采用机械手的手部结构是一支点 两指回转型，由于工多为圆柱形，故手指形状设计成V型，其结

第28页 共37页

福建技师学院

第章 手臂伸缩，

4.1.1 手臂伸缩

手伸缩气缸采用烟台动元件厂生产的标准

的构特点，尺寸参数，结合本设计的实际要求，

内为10/20，于此气缸的资料详

图4-1 气缸局部示意图 4.1.2 尺寸校核

1.在校核尺寸时，只

设

则驱动力:

2 F,P,,R

62,0.4，10，3.14，0.005

,31.4(N)

1， 测定手腕质量

F,ma1

,1，10 ,10(N)

2.考虑活塞等的摩擦力，设定

F,k.F m1

第29页 共37页

福建技师学院

,0.2，10 ,2(N)

总受力 ？F,F，F01m

,10，2 ,12(N)

F,F0

所以标准CTA气

4.2 手臂升降缸的尺寸设计与校

气运

度，加速度时间=0.1s,压强p=0.4MPa,则驱动力 ,t

2`` G,p.,R0

62 ,0.4，10，3.14，0.05

,31.4(N)

4.2.2

1(测定手腕质量为1kg,则重力

G,mg

,1，10 ,10(N)

2，设计加速度，则惯性力 a,5(m/s)

G,ma1

,1，5 ,5(N)

3. 考虑活塞等的摩擦力，设定一

G,k.Gm1

第30页 共37页

福建技师学院

,0.1，5 ,0.5(N)

总受力 ？G,G，G，Gq1m

,10，5，0.5 ,15.5(N)

G,Gq0

所以设

4.4 齿轮齿

1(选定齿轮类型，精度

1)按照所设计的传动方案，

-88) 2)搬机械手为一般作机器，度不，故选用7级精度(GB100953)材料选择。由《机

齿材料45钢(调质)硬度为240HBS，

4)闭式齿轮传动一转速较高，为了提高传动

齿 =20-40,所以选择小齿轮

2.按齿面接

由《机械设计》计算公式(10—9a)进行试算，即

2

,,u,1ZEKTt13,2.32,,dt1 ,,u,,,d,E,,

1)定公式内的

(1) 试选载荷系数 =1.3 Kt

(2) 计算小齿

55410 ,95.5，/,95.5，，N.mm,9.948，N.mm10n1010TP111960

(3) 由《机械设计》中表10—7选取齿宽系数=1 ,d

12(4) 由《机械设计》中表10—6查得材料得弹

(5) 由《机械计》中图10—21d按

极=600MPa;齿条

(6) 由《机械设计》中式10—13计算应力循环次数

第31页 共37页

福建技师学院

9= ，，60j,60，960，1，2，8，300，15,4.147，10NnLh11

(7)

计算接触疲劳许用

取失效概为1%，安全系数S=1，

,KHN1Hlim1 ,,0.9，600MPa,540MPa,,,H1S

,KHN2Hlim2 ,,2.5，550MPa,1375MPa,,,H2S

2)计算

(1) 试算小齿轮分度圆直径，代入中的较小的值

因齿条的接触疲寿命系数较大，所

所以代入小

2

,,u,1ZEKTt13,2.32,,dt1,,u,,,d,E,,

24189.81.39.948，，,,4.21032.32,，，,,mm=65.396mm 13.2522.5,,(2) 计算

,，65.396，960,dn1t1v==m/s=3.29m/s 60，100060，1000(3) 计算齿宽b

b= .=1×65.396mm=65.396mm ,d1td

(4) 计算齿宽与齿

模数 =/=65.396/24 mm=2.725 mm mdZ1t1t

齿高

h=2.25=2.25×2.725?=6.13mm mt

b/h=65.396/6.13=10.67

(5) 计算

第32页 共37页

福建技师学院

KFAt直齿轮，假设<100n>

由表10—2查得使用

—4查得7级精度，小齿轮相对支撑

22,3 =1.12+0.18(1+0.6)+0.23×b ,,k10H,dd

将数据代入后得

,3 =1.12+0.18(1+0.6)×1+0.23××65.396=1.423 k10H,

由b/h=10.67, =1.423查图10—13得=1.35;故载荷系数 kKF,H,

K==1×1.12×1.2×1.423=1.913 kKKKAvHaH,

(6)按实的载荷系数校正所算得的分

1.913K3 ==65.396×mm=74.38mm 3dd11t1.3Kt

(7)

m=/ =74.38/24?=3.1? dZ11

3. 按齿根

由式(10—5)得

,,2KYYTFaSa1,, , m32,,,,,,F,,Z1d

1)确定公式内

(1) 由图10—20c

劳强度极限=380MPa; ,FE2

(2) 由图查得弯曲

(3) 计算弯曲

取曲疲劳安全系数S=1.4,

0.85500，,KFN1FE1 MPa=303.57 MPa ,,,,,F11.4S

2.5380，,KFN2FE2 MPa=678.57 MPa ,,,,,F21.4S

(4)计

第33页 共37页

福建技师学院

K==1×1.12×1.2×1.35=1.814 KKKKAvFaF,

(5) 查取齿形系数

由

查取应力校正系数 (6)

由表10—5可查得=1.58; =1.97 YYSa1Sa2

YYFaSa(7)计算小齿轮，齿

，2.651.58YYFaSa11, =0.01379 303.57,,,F1

2.061.97，YY22FaSa =0.00598 ,678.57,,,F2

小齿轮

2)设计计算

42，1.814，9.948，103 mm=2.052 mm m,1，0.0137921，24

对比计算结，由齿面接疲劳强度计算的模数m于根曲疲劳强度的模数，由于轮模数m的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承能力，仅于轮直径(即模与齿数的乘积)有关，可取由弯曲强度算得的模数2.052并就近圆整为标准值m=2.5?，按接

74.38d1 ,,,30z1m2.5

这样设计出的齿轮动，既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了

4.几何

1)计算

=30×2.5?=75? ,mdz11

2)计算

b==1×75?=75? ,d1d

取=75?, =80?。 BB12

5. 验算

第34页 共37页

福建技师学院

4229.948，，T101 N=2652.8 N ,,Ft75d1

1，2652.8KFAt ,N/mm =35.37N/mm<100n m,合适。="">

第35页 共37页

福建技师学院

第五章 结论

本篇设计机械综合运用了机零件、理学、机原理、金属工艺学、热处理、技术测量、机械制图等知识，它主要应用在那些单调、频繁的操作中用以代替人的劳动进行

1.工作时间持久，不出现人的疲劳，可以重复不

2.对环境适应性强，可以在多粉尘、易爆、易

3.运动精确、灵、特别实在计算机的控制

4.通用性好，除特别用途外，适当改变手

5.工作效率高，提高劳动生产

业设计是对大三年所学知识及个人能力的一次综检验，既巩固了原有知识，又拓展知识面，加深了对机械设计的认识，也了解当今世工业的发展趋势，更进一学了有关工业的相关知识，学到许未曾触的知识，增强了自己的习能力和逻辑思能力。我在设计过程中，不仅应用了以前所学的相关专业知识，同时还查阅了大量的相关资料和文献，使我对一域有了初步的了解和认识。整个设计过程中，我在现有产品设计的基础之上又充地发挥了己的创造和思维能力，使此品更加的完善。能将自己学习的理知识真正运用到实际中，让理论真正的得检验，这对我们每个来说都是个十分宝贵而难的机会。对实际中出现的问题用理论解的能力，也们在今走工作岗位所十分需要的。通过这次毕业设计，将是对所学的知识进行的一次系统的习总结，加深所学知识的掌握，提高了我们对所学的知识的合理运用能力，同时也发现了己知识的弱点和薄弱环节，并及时地加以改正和补

由实际设计的经验足、相关专业知识缺乏、设计平限的，在设上还存在着许的不足。再加上这次毕业设计不同与以往任何一次课程设计，它耗时更长，独性更高，要更加严格细。它不仅要求我们能充分利用在校期间所学的课程的专业知识，同时也要求我们有良好的理

在计过中给我印象最的是作为一设计人员，面对一项设计务，不要能够熟悉的用相关专知识，同时还要考虑在实际应用中所面对的场地、环境、资金和实际加工等一系列问题，还有能否看懂纸是关键，要解图纸上所标的是何含义，有何作用。在这次编制工艺过程中，也犯了不少原来可以避免的错误，但在老师的精心指导下，渐纠正了

最经过大在一努力，共同探问题、研方向，能把毕业设计做到的更好，也通过设计培养了我科学严谨、益求精、认真对待问题的工作态度;使我明白在实际

第36页 共37页

福建技师学院

参考文献

【1】张建民.业机器人.北京:北

学发展趋势和发展战

【3】金茂青，曲忠萍，张

【4】雄耀.近代气动机人(气动机械手)的发展及应

【5】严高，孟正大.机器人理.京:东南大学出版社，1992 【6】械设计师手册.北京:机械工业出

【7】黄锡恺，郑文伟.机原

【9】郑洪生.

【10】吴振顺.气压动与控.哈滨:哈尔滨工业大学出版社，1995 【11】

【13】濮良贵， 纪

【14】周开勤. 机械设计手册(第五版), 高等教育出版社,2001

【15】华大年. 机械原理(第二版), 高等教育出版社, 1994

第37页 共37页

机械手工作原理

机械手的工作原理

当机手X轴方向需向左移动时 ， 气源1送出压空气 ， 手动接通二位三通向阀3 ， 气压推动二位五通换向阀11,通气路,压缩气通过向节阀12,动缸22左移,气22中原体通过单向节流阀13气动二位五通向阀排出。当机械手X轴方向需要向右移动时,气源1送出压缩空气,手动接通二位三通换向2,压推二位五通换向阀11,通气路,压缩空气通过单向节流阀13,推动气22左移,气缸22中原有气体通过向节流阀12到气动二位五通换阀11排出。同理，Y轴的前移、后移，Z轴的上移，下移。都是通手动接通二位三通换向阀通过气动控制二位五通换向从而控制机械移动。械手的夹紧是气源1送出压缩气体，手动控制二位三通换向阀8，气体通过气18推动机械卡爪19夹紧，当松开二位三通换向阀8时，卡爪19在弹簧力的作用松开，气体推动气缸18回移，气缸18中原

机械手的原理

机械手的原理

摘：目前，加工心是备有库，并能自动更换刀，工件进行多加工的一种能较全的数字控制机床，也是典型的集高新技术于一体的机械加工设备，的发展代了一个国家

随人类的展、文明的进步，工业正不断发展，需要人们完成的工作也不断大（其是种重复性大的工，像传运货），涉到危险性的工作也日趋增多，这就迫使人们研究开一种装置，能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓、搬运物件或操工具的自动操作的一装置，而机械手正是这样一种装置：它可代人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广应用于

机手：mechanical hand，也被动手，auto hand模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工的自动作装置。它代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安

机械主要由手、运动机构和控制系统三部分组成。手部是用来抓件（或工具）的部件，根据被抓持物的形状、尺、重、料和作要而有多种结构形，持型、托持型和吸型等。运动构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变抓物的位置和姿势。运动构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度 。为了取空间中任意位置和方位物体，需有6个自由度。自由是机 械手设计关 键参数越多、自由度越多，机械手的灵活性越，通用性，其也越复杂。 机械手的种类，按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手；按驱动方式可分为液压式、动式、电动式、机械式机械手；按适用范围可分为专用

机手通常用机床或他机器的附加装，如在自动床或自动产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，一般没有立的控制置。有些操作装置需要由人直接操纵，如用于原子能部门操持

机械手原理

埋管道智能施工机械手工

王

转载请注明出处范文大全网 » 气缸连杆机械手