连杆式装箱机械手的研制【含CAD图纸优秀毕业课程设计论文】

学 毕 业 设 计 说 明 书 班 级： 姓 名 ： 学 院： 专 业： 题 目： 连杆式装箱机械手的设计 导教师： 职称 : 职称 : 20*年 *月 *日 购买设计文档后加 费领取图纸 购买 设计文档后加 费领取图纸 西安文理学院本科毕业设计（论文）任务书 题 目 连杆式装箱机械手的设计 学生姓名 学 号 专业班级 指导教师 职 称 教 研 室 毕业设计（论文）任务与要求 任务与要求 机械手是近几十年来自动化生产过程中发展起来的一种新型，高科技自动生产设备。在生产过程中，机械手被广泛用于自动化生产线中，它是一种类似人体上肢的部分动能，能按照要求传送 工件或握持工具进行操作的自动化技术设备，对工业生产的自动化，推动工业生产的进步发展有重要作用。在生产线上装卸工件一般有工人完成，劳动强度大，生产率低。为了提高生产线的工作效率，降低成本，使生产线发展成为柔性制造系统，适应现代自动化大生产的需要，利用机器人技术，对生产线上装卸机械手进行设计研究，以提高自动化作业程度。具体要求如下： 了解 工业机器人和机械手的发展及工业生产中的应用；完成机械手结构设计；建立该机械手模型；应用软件绘制所设计机械手的装配图；撰写论文； 毕业设计（论文）工作进程 起止时间 工作内 容 第 12 周 34 周 56 周 7 周 89 周 10 周 11 周 12 周 （借）阅资料，学习连杆式装箱机械手结构基础理论和知识，了解所设计的机械手的结构，撰写开题报告。 对机械 手各部分零件进行结构设计。 用 相关绘图软件绘制机械手结构图以及重要零件图。 撰写毕业论文。 论文定稿 整理资料准备答辩。 答辩。 开始日期 2012 完成日期 2012 教研室主任（签字） 系主任（签字） 购买设计文档后加 费领取图纸 购买 设计文档后加 费领取图纸 西安文理 学 院本科毕业设计（论文）开题报告 题 目 连杆式装箱机械手的设计 学生姓名 学 号 专业 名称 指导教师 开题时间 班 级 一、 选题目的和意义 装箱机械手控制系统的研究是近代自动控制领域中出现的一项新技术 ,并巳成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分 ,机械手的迅速发展是由于它的积极作用正日益为人们所认同，当下我国许多行业尽管仍属于劳动力密集型，机械手的使用却已经越来越普及。我国在机械手方面的研究工作却刚刚起步，进行这个装箱机械手的结构设计，不仅可以巩固我们已学的专业知识，扩展我们的知识面和专业面，可以加强对自己的思维训练和能力培养，还可以填补空白，提高生产效率，很大的现 实意义。 二、 主要研究内容 1. 了解机械手的基本结构，工作原理，应用场所。 机械手主要有手部、运动机构、和控制机构三大部分组成。手部是用来抓吃工件的部件，根据被抓吃工件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式。运动机构，使手部完成各种转动、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式称为机械手的自由度。能模仿人手和臂的一些动作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和自动化，能再有害环境下操作以保 护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻功和原子能等部门。 2. 了解及掌握，工业机械手的基本结构（执行机构、驱动机构、控制装置） 手部 既直接与工件接触的部分， 一般是回转型或平动型（多为回转型，因其结构简单），夹持对象是 10 小型家电整箱 。根据需要分为外抓式和内抓式两种；也可以用负压式或真空式的空气吸盘（主要用于吸冷的，光滑表面的零件或薄板零件）和电磁吸本课题选用内抓式手部；传力机构为连杆杠杆式 工作 任务：机械手抓取 对象 ，提高 200 时针转 90，前进 600下工件，回到原位置。 抓取 对象 外形：工件为 立方体 ，工件体积为 抓取对象 重量： 10力机构较多，常用的是；滑槽杠杆式、连杆杠杆式、斜槭杠杆式、齿轮齿条式、丝杠螺母式、弹簧式、重力式。 腕部 是连接手部和臂部的部件，并可用来调节被抓物体的方位，以扩大机械手的动作 购买设计文档后加 费领取图纸 购买 设计文档后加 费领取图纸 范围，并使机械手变的更灵巧，适应性更强。手腕有独立的自由度。有回转运动、上下摆动、左右摆动。一般腕部设有回转运动再增加一个上下摆动即可满足工作要求，有些动作较为简单的专用机械手，为了简化结构，可以不设腕部，而直接用臂部运动驱动手部搬运工件。 目前，应用最为广泛 的手腕回转运动机构为回转液压（气）缸，它的结构紧凑，灵巧但回转角度小 。 并且要求严格密封，否则就难保证稳定的输出扭距。因此在要求较大回转角的情况下，采用齿条传动或链轮以及轮系结构。 臂部 手臂部件是机械手的重要握持部件。它的作用是支撑腕部和手部（包括工作或夹具），并带动他们做空间运动。 臂部运动的目的：把手部送到空间运动范围内任意一点。如果改变手部的姿态（方位），则用腕部的自由度加以实现。因此，一般来说臂部具有三个自由度才能满足基本要求，即手臂的伸缩、左右旋转、升降（或俯仰）运动。 手臂的各种运动通常 用驱动机构（如液压缸或者气缸）和各种传动机构来实现，从臂部的受力情况分析，它在工作中既受腕部、手部和工件的静、动载荷，而且自身运动较为多，受力复杂。因此，它的结构、工作范围、灵活性以及抓重大小和定位精度直接影响机械手的工作性能。 行走机构 有的工业机械手带有行走机构，我国的正处于仿真阶段，本课题的机械手不具有行走功驱动机构 驱动机构是工业机械手的重要组成部分。按照动力源分为液压、气压 、 电动 驱动三 大类，根据需要，也可以将这三种基本类型组合成复合式的驱动系统。 液压驱动 油压高，可获得较大的输出功率， 直接驱动 使用于重型、低速驱动。压力、流量以控制，反应灵敏，可无级调速，能实现速度、位置的精绝控制，传动平稳。但管路结构较复杂，成本高。 气压驱动 气压较低，输出功率小，当输出功率增大时，结构尺寸将增大，只适用中小型、低速驱动。气源方便，结构简单，成本低。但是，效率低。 电动驱动 交直流普通电动机适用于抓起重量较大而速度低的中重型驱动。输出力大，成本低。步进、伺服电动机，步进电动机输出力较小，伺服电动机的可大一些，适用于运动控制，要求严格的中小型驱动。但成本高。 3. 制定机械手的设计方案 （ 1）了解被加持对象的基 本结构和机械手的工作行程。 定位、抓起、提升、旋转、伸长、下降、放松、升高、缩短、旋转、下降 购买设计文档后加 费领取图纸 购买 设计文档后加 费领取图纸 （ 2）设计手抓，手腕，手臂等的基本结构 4. 方案实施 设计、计算、校核等等 5 绘制机械手的装配图 6. 撰写论文 指导教师意见及建议： 签字 ： 年 月 日 教研室审核意见： 签字 ： 年 月 日 注：此表前三项由学生填写后，交指导教师签署意见，经教研室审批后，才能开题。 购买设计文档后加 费领取图纸 购买 设计文档后加 费领取图纸 西安文理学院本科毕业设计（论文）中期检查表 题 目 连杆式装箱机械手的设计 学生姓名 学 号 专业名称 指导教师 检查时间 班 级 毕 业 设 计（论文） 进 展 情 况 通过对机械手的设计的相关资料的学习，以及对整个设计的了解，现基本完成以下设计工作： 4. 对机械手的基本结构，工作原理 ，应用场所有一定了解。 5. 对工业机械手的基本结构（执行机构、驱动机构、控制装置）有所了解及掌握。 6. 被加持对象的基本结构和机械手的工作行程有一定的认识。 7. 完成手腕、手抓基本结构的设计、计算。 下一步设计工作内容连杆式装箱机械手手臂基本结构的设计计算和 手腕、手臂、手抓基本结构的校核以及机械手装配图的绘制。 指 导 教 师 意 见 2 能够与老师保持正常指导关系 . 综上所述 ,同意按照设计进度进行后续工作 . 签字 ： 年 月 日 教研室意见 签字 ： 年 月 日 购买设计文档后加 费领取图纸 购买 设计文档后加 费领取图纸 摘要： 工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动生产设备。工业机械手也是工业机器人的一个重要分支。主要叙述了机械手的设计计算过程。本文比较全面地讨论了工业机械手的手部和腕部、手臂伸缩机构以及上升和回转机构等主要部件的结构设计。并在最后做了一些液压控制方面的设计，绘制了液压系统图等。工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新技术，并已成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分，这种新技术发展很快，逐渐成 为一门新兴的学科 机械手工程。机械手涉及到力学、机械学、电器液压技术、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 关键字 ： 机械手 ;气动 ;自由度； 充值后就可以下载此设计说明书（不包含 纸）。我这里还有相应的 明书（附带：任务书、开题报告、中期报告、外文翻译）和 纸（共计 1 张图纸）及答辩 要全套资料的朋友请 加 1： 1459919609 或 2：1969043202， 需要其他设计题目直接联系！ 购买设计文档后加 费领取图纸 购买 设计文档后加 费领取图纸 is in as a is an of of of up of . of is a of a in is an a of is a 安文理学院毕业设计（论文） 第 1 页 目 录 第一章 绪论 . 1 械手的基本概念 . 2 内外的发展状况 . 2 械手特点、研究意义 . 3 械手的特点 . 3 械手的研究意义 . 3 械手的组成 . 4 械手的组成 . 4 计任务介绍及意义 . 4 第二章 机械手总体结 构的确定 . 5 械手的运动自由度 . 5 作空间的确定 . 5 定负载的确定 . 5 械手结构形式的确定 . 5 动速度 . 6 位精度 . 7 械手的技术参数列表 . 7 械传动系统设计 . 7 第三章 手部结构设计 . 9 持式手部结构 . 9 指的形状和分类 . 9 计时考虑的几个问题 . 9 部夹紧气缸设计 . 10 第四章 手腕结构设计 . 15 腕的自由度 . 15 腕的驱动力矩的计算 . 15 转气缸的驱动力矩计算 . 17 腕回转缸的尺寸 . 17 第五章 手臂伸缩，升降，尺寸设计与校核 . 18 臂伸缩气缸的尺寸设计与校核 . 18 向气缸的设计 . 20 向装置 . 22 衡装置 . 22 第六章 总结 . 23 第七章 致谢 . 24 参考文献 . 25西安文理学院毕业设计（论文） 第 2 页 第一章 绪论 械手的基本概念 机械手，属工业机器人的范畴，机器人学是近几十年来迅速发展起来的一门综合学科。它集中了机械工程、电子工程、计算机科学、自动控制以及人工智能等多种学科的最新研究成果，体现了光机电一体化技术的最新成就，是当代科学技术发展最活跃的领域之一，也是我国科技界跟踪国际高技术发展的重要课题。 “机械手 ”（ 多数指附属于主机、程序固定的自动抓取、操作装置（国内一般称作机械手或专用机械手）。 一个完整的气压系统是由以下几部分组成的： (1)能源部分。包括泵装置和蓄能器， 它们能够输出气体，把原动机的机械能转变为气体压力能，并储存起来。 (2)执行机构部分。是气缸、气动机等，它们用来带动运动部件，将气体压力能转变成使部件运动的机械能。 (3)控制部分。是各种液压阀，用于控制流体的压力、流量和流动方向，从而控制执行部件的作用力、运动速度和运动方向，也可以用来卸载，实现过载保护等 。 (4)辅助部分。是系统中除了上述三部分以外的所有其他元件，如油箱、压力表、管路等。 液压系统中机械手主要实现的辅助功能： (1)机械手的伸、缩、回转和工件的松开和拉紧动 作等。 (2)工件的自动松开、夹紧。 (3)工作台的松开夹紧、交换工作台的自动交换动作。 (4)机械手的运动部件平衡。如机械手轴箱的重力平衡、机械手的平衡装置等。 (5)机械手运动部件的制动和离合器的控制、齿轮拨又换挡等。 (6)机械手的自动开关。 液压系统在机械手中所起的作用是通过电一气转换元件把控制信号进行功率放大，对气压动力机构进行方向、位置和速度的控制，进而控制机械手的手臂按给定运动规律动作。气压动力机构多数情况下采用直线气压缸或摆动气压缸，用于实现手 臂的伸缩、升降以及手腕的回转。 内外的发展状况 专用机械手经过几十年的发展，如今已进入了以通用机械手为标志的时代。通用机械手可以应用于更加多的场合，从而节约了不少的开发以及设计的成本。由于通用机械手的发展，进而促进了智能机器人的研制。通用机械手涉及的内容，不仅包括一般的机械、液压、气动等基础知识，而且还应用了一些电子技术、电视技术、通讯技术、计算技术、无线电控制、仿生学等，因此它是一项综合性较强的技术。目前国内外对发展这一技术都很重视。几十年来，这项技术的研究和发展一直比较活跃，设计在不断的修改， 品种在不断的增加，应用领域在不断的扩大。虽然在这方面相对于发达国家还有点落后，但是国内现在也越来越感觉到机械手的重要性，国家大力支持相关的设计及产品的开发。在机器人的发展以及机械手的设计上也取得了一定的成果，国内每年都将举行机器人大赛，以增加研发单位的交流与合作。 目前国内外的发展趋势是： 西安文理学院毕业设计（论文） 第 3 页 (1)研制有更多自由度的液压机械手，这样机械手就可以变得更加的灵活，从而完成更加多的动作。 (2)研制带有行走机构的机械手，这种机械手可以从一个工作地点移动到另一个工作地点。 (3)研制维修维护方便的通用机械手。 (4)研制能自动编制和自动改变程序的通用机械手。 (5)研制具有一定感触和一定智力的智能机械手。这种机械手具有各种传感装置，并配有计算机。根据仿生学的理论，用计算机充当其大脑，使它进行思考和记忆。用听筒和声敏元件作为耳朵能听，用扬声器作为嘴能说话进行应答，用热电偶和电阻应变仪作为触觉和感触。用滚轮或者双足式机构脚来实现自动移位。这样的智能机械手可以由人的特殊语言对其下达命令，布置任务，使自动化生产线成为智能化生产线。 (6)机械手的外观达到美观的要求，尽量用最简单的结构和设备能完成更加多的动作。 (7)研制具有柔 性系统的通用机械手 目前，在国外广泛应用的再现式通用机械手，虽然一般也都有记忆装置，但其程序都是预先编好的，或由人在工作之前领动一次，而后机械手可以按领动的工作内容正确进行再现动作。如果把这种再现式通用机械手称为第二代机械手的话，那么现在处于研制阶段的智能机械手就是第三代了。现在研究的机械手正在朝着一种可以存储大量的程序的并且可以改变并重新写入程序的方向发展，而且机械手具有比原来的更多的自由度。现在国内具有越来越强的自主研发的单位，我相信在不久的将来，我国一定能够赶上并将且超越发达国家在机械手乃至整个机械方 面处于领先地位。 械手特点、研究意义 械手的特点 (1)通用性 机器人的通用性指具有执行不同功能和完成多样简单任务的实际能力；通用性也意味着，机器人是可变的几何结构。或者说在机械结构上允许机器人执行不同的任务或以不同的方式完成同一工作。 (2)适应性 机器人的适应性是指具有对环境的自适应能力，及机器人能够自主执行实现经规划的中间任务，而不管执行过程中所发生的没有预计到的环境变化。 械手的研究意义 随着现代科学技术的发展，机械手的应用也越来越广泛。在机械工业中 ，大量应用于铸、锻、焊、冲、热处理、机械加工以及装配等工种。在其他部门，如轻工业、建筑业、国防工业等工种中也均有应用。 在机械工业中，应用机械手的意义可以概括如下： (1)可以提高生产过程的自动化程度。 (2)应用机械手有利于在自动生产线中实现材料的传送、工件的装卸、刀具的更换、以及机器的装配等的自动化程度，从而提高劳动生产率，降低生产成本。 (3)可以改善劳动条件，避免人身事故。 应用机械手在高温、高压、低温、低压、噪声、臭味、有放射性物质的环境场合可部分或者西安文理学院毕业设计（论文） 第 4 页 全部代替人完成作业，使劳动条件得以改善。 (4)可以减少人力，并便于有节奏的生产。应用机械手代替人手进行作业，这是直接减少人力的一个重要方面。 (5)运用机械手可以实现连续的生产，而大大提高在生产线的工作的时间，从而能大幅提高劳动的生产率。 综上所述，有效的应用机械手，是发展机械工业的必然趋势。 械手的组成 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 1示。 图 1械手的组成示意图 计任务介 绍及意义 通过课程设计培养学生综合运用所学知识的能力，提高分析和解决问题能的一个重要环节，专业课程设计是建立在专业基础课和专业方向课的基础的，是学生根据所学课程进行的工程基本训练，课程设计的意义在于： (1)培养学生综合运用所学的基础理论和专业知识，独立进行机电控制系统（产品）的初步设计工作，并结合设计或试验研究课题进一步巩固和扩大知 识领域。 (2)培养学生搜集、阅读和综合分析参考资料，运用各种标准和工具书籍以及编写技术文件的能力，提高计算、绘图等基本技能。 (3)培养学生掌握机电产品设计的一般程序方法， 进行工程师基本素质的训练。 (4)树立正确的设计思想及严肃认真的工作作风。 控制系统 驱动系统 执行机构 位置检测装置 西安文理学院毕业设计（论文） 第 5 页 第二章 机械手总体结构的确定 械手的运动自由度 物体上任何一点都与坐标轴的正交集合有关。物体能够对坐标系进行独立运动的数目称为自由度（ of 自由度是指描述物体运动所需的独立坐标数，三维空间需要 6个自由度。物体所能进行的运动有沿着坐标轴的三个平移自由度和绕坐标轴的三个旋转自由度。 一般固定程序的机械手，动作比较简单，自由度数较少。工业机器人自由度数较多，动作灵活性和通用性较大。一般说 来，机器人靠近机座的 3 个自由度是用来实现手臂末端的空间位置的，再用几个自由度来定出末端执行器的方位； 7 个以上的自由度是冗余自由度，是用来躲避障碍物的。 自由度的选择也与生产要求有关，若批量大，操作可靠性要求高，运行速度快，周围设备构成比较复杂，工件质量轻时，机械手的自由度数可少；如果要便于产品更换，增加柔性，则机械手的自由度要多一些。 计算机械手的自由度时，末端执行器的夹持器动作是不计入的，因为这个动作不改变工件的位置和姿态。在满足机械手工作要求前提下，为简化机械手的结构和控制，应使自由度数最少。 本设计 的通用机械手的结构相对比较简单，自由度选择为四个。分别为大臂回转、大臂升降、小臂回转和小臂伸缩。分别由大臂回转油缸、大臂升降油缸、小臂回转油缸和小臂伸缩油缸控制。 作空间的确定 工作空间是指机械手正常工作时，手腕参考点在空间活动的最大范围，依据机械手工作范围和运动轨迹确定。工作空间大小不仅与机器人各杆件尺寸有关，而且也与它的总体构形有关。在工作空间内要考虑杆件自身的干涉，防止与作业环境发生碰撞。此外在工作空间内某些位置，机械手不可能达到预定的速度，甚至不能在某些方向上运动，即所谓工作空间的奇异性。 本机械手的工作空间要求为：手臂伸缩行程范围 0500臂升降行程范围最大 0300臂回转行程范围 0240。 定负载的确定 承载能力说明机械手搬运重物的能力，负载大小主要考虑机械手各运动轴上的受力和力矩，末端执行器的重量，抓取工件的重量，以及由运动速度变化而产生的惯性力和惯性力矩。 本设计要求能夹持重量为 100虑末端执行器的重量及各运动轴上的受力和力矩，以及考虑足够的安全系数，初步确定设计负载为 1500N。 械手结构形式的确定 本毕业设计是通用机械手，要求有 较高的定位精度和较高的耐用度，其结构形式方案一般有以下几种 : 西安文理学院毕业设计（论文） 第 6 页 表 2械手结构选型表 【 7】 结构形式方案 特点 优缺点 结构简图 1 直角坐标型 作机的手臂具有三个移动关节，其关节轴线按直角坐标配置 结构刚度较好，控制系统的设计最为简单，但其占空间较大，且运动轨迹单一，使用过程中效率较低 2 圆柱坐标型 操作机的手臂至少有一个移动关节和一个回转关节，其关节轴线按圆柱坐标系配置 结构刚度较好，运动所需功率较小，控制难度较小，但运动轨迹简单，使用过程中效率不高 3 球坐标型 操作机的手臂具有两 个回转关节和一个移动关节，其轴线按极坐标系配置 结构紧凑，但其控制系统的设计有一定难度，且机械手臂的刚度不足，机械结构较为复杂 4 关节型 操作机的手臂类似人的上肢关节动作，具有三个回转关节 运动轨迹复杂，结构最为紧凑，但控制系统的设计难度大，机械手臂的刚度差 动速度 机器人手臂的运动速度是其主要运动参数之一。它反映了机器人手臂的作业水平，运动速度的快慢与它的驱动方式、定位方式、抓去质量大小和行程距离有关，作业机器人手臂的运动速度应根据生产节拍、生产过程的平稳性和定位精度等要求来确定。 西安文理学院毕业设计（论文） 第 7 页 目前 ，工业机器人的最大直线运行速度大部分为 1000mm/s 左右；最大回转速度 110/s 左右。在本次设计中选定手臂伸缩速度 500 s，手臂升降速度 300mm/s，手臂回转速度 90 s，手腕回转速度 180/s，驱动方式为电 作为机器人规格参数的运动速度是指全程的平均速度，实际使用速度可以在一定的范围内调节。 位精度 定位精度是衡量机器人工作质量的又一项重要指标，一般所说的定位精度是指重复精度，与抓取质量、运动速度、定 前，专用机械手采用固定挡块定定位精度取决于位置控制方式及机器人本体部件的结构刚度与精度位方式可达到较高的定位精度（采用行程开关、电位计等电器元件控制的位置精度相对较低，大约为 1 服控制系统的机器人是一种位置跟踪系统，即使在高速重载的情况下，也可不发生剧烈的冲击和振动，因此可获得较高的定位精度，重复定位精度最高可达到 械手的技术参数列表 1、抓重： 10 公斤 2、自由度数： 4 个自由度 3、座标型式： 圆柱座标 4、最大工作半径： 1500、手臂最大中心高： 1380、手臂运动参数：缩行程 600缩速度 500mm/s，升降行程 200 升降速度 300mm/s，回转范围 00 速度 900/s 7、手腕运动参数：回转范围 00速度 1800/s 8、手指夹持范围：片料 :面积不大于 0. 5 9、定位精度：士 0. 50、缓冲方式：液压缓冲器 11、传动方式：气压传动 械传动系统设计 对气缸结构的要求一是重量尽量轻，以达到动作灵活、运 动速度高、 节约材料和动力，同时减少运动的冲击，二是要有足够的刚度以保证运动精度和定位精度 西安文理学院毕业设计（论文） 第 8 页 图 2缸设计流程图 单活塞杆气缸是各类气缸中应用最广的一种气缸。由于它只在活塞的一端有活塞杆，活塞两侧承受气压作用 的面积不等，因而活塞杆伸出时的推力大于退回时的拉力。双活塞杆气缸活塞两侧都有活塞杆，两侧受气压作用的面积相等， 活塞杆伸出时的推力和退回时的拉力相等。 单作用气缸是由一侧气口供给气压驱动活塞运动，依靠弹簧力、外力或自重等作用返回；而双作用气缸是由两侧供气口交替供给气压使活塞作往复运动。 西安文理学院毕业设计（论文） 第 9 页 第三章 手部结构 设计 为了使机械手的通用性更强，把机械手的手部结构设计成可更换结构，当工件是棒料时，使用夹持式手部。如果有实际需要，还可以换成气压吸盘式结构或电磁式吸盘结构。手爪是机械手直接用下抓取和握紧 (或吸附 )工件夹持专用工具 (如喷枪。扳子、焊接工具 )进行操作的部件。它具有模仿人手动作的功能，并安装于机械手手臂的前端，所示为齿轮齿条式手部结构。其手指夹紧工件是由夹紧气缸中的齿条活塞杆在压缩空气作用下右移，经齿条推动齿轮并带动扇形齿轮回转，因手指与扇形齿轮固结为一体，所以两个手指同时回转而夹紧工件。由于采用单向作用油缸，故靠弹簧复位，使手指张开。手部结构中的齿轮齿条属于传力机构 。 持式手部结构 夹持式手部结构由手指 (或手爪 )和传力机构所组成。其传力形式比较多，如滑槽杠杆式、斜楔杠杆式、齿轮齿条式、弹簧杠杆式等。 指的形状和分类 夹持式是最常见的一种，其 中常用的有两指式、多指式和双手双指式 :按手指夹持工件的部位又可分为内卡式 (或内涨式 )和外夹式两种 :按模仿人手手指的动作，手指可分为一支点回转型，二支点回转型和移动型 (或称直进型 )，其中以二支点回转型为基本型式。当二支点回转型手指的两个回转支点的距离缩小到无穷小时，就变成了一支点回转型手指 ;同理，当二支点回转型手指的手指长度变成无穷长时，就成为移动型。回转型手指开闭角较小，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，当移动型手指夹持直径变化时不影响其轴心的位置，能适应不同直径的工件。 计时考虑的几个问题 (1)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)手指间应具有一定的开闭角 两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。手指的开闭角应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。对于移动型手指只有开闭幅度的要求。 (3)保证工件准确定位 西安文理学院毕业设计（论文） 第 10 页 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)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，要求有足够的强度和刚度以防折断或弯曲变形，但应尽量使结构简单紧凑，自重轻，并使手部的中心在手腕的回转轴线上，以使手腕的扭转力矩最小为佳。 (5)应考虑被抓取对象的要求 1抓取形状 手指形状应根据工件形状而设计。如工件为圆柱形则采用 “V”形手指；圆球状工件用圆弧形三指手 指，方料用平面形手指，细丝工件用尖指勾形或细齿钳爪手指。总之应根据工件形状来选定手指形状。 2抓取部位 抓取部位的尺寸尽可能是不变的若加工后尺寸有变化，手指应能适应尺寸变化的要求，否则不允许定为抓取部位。对于工件表面质量要求高的，抓取时尽量避开高质量表面或在手指上加软质垫片 (如橡皮抱沫塑料石棉衬垫等 )，以防夹持时损坏工件。 3抓取数量 若用一对手指抓取多个工件，为了不发生个别工件的松动或脱落现象，在手指上可增加弹性衬垫 ，如橡皮、泡沫、塑料等 ，对于较长工件可采用双指或多指抓取。 (6)应考虑手指的多用性 手指是专用性较强的部件，为适应小批量多品种工件的不同形状和尺寸的要求，可制成组合式的手指，对于这种手指要求结构简单，安装维修方便，更换迅速和准确，以便扩大机械手的使用范围。 部夹紧气缸设计 (1)手部驱动力计算 手指加在工件上的夹紧力，是设计手部的主要依据。必须对其大小、方向和作用点进行分析、计算。一般来说，夹紧力必须克服工件重力所产生的静载荷以及工件运动状态变化所产生的载荷 (惯性力或 惯性力矩 )，以使工件保持可靠的夹紧状态。 手指对工件的夹紧力可按下式计算： (公式 式中 错误 !未找到引用源。 安全系数，通常取 错误 !未找到引用源。 工作情况系数，主要考虑惯性力的影响，可用下式估算 (公式 其中 a运载工件时重力方向的最大升加速度 g重力加速度 错误 !未找到引用源。 错误 !未找到引用源。 方位系数，根据手指与工件形状以及手指与工件位置不同进行选定。 西安文理学院毕业设计（论文） 第 11 页 (公式 f摩擦系数 G选取工件所受的重力（ N） 错误 !未找到引用源。 将已知条件代入得： 图 械手夹持器 （ 1） 气缸的内径 根据手指的几何关系得： 由设计任务可以知道，要驱动的负载大小位 100虑到气缸未 加载时实际所能输出的力，受气缸活塞和缸筒之间的摩擦、活塞杆与前气缸之间的摩擦力的影响。在研究气缸性能和确定气缸缸径时，常用到负载率 ： 由液压与气压传动技术表 11取 =表 3缸的载率 阻性负载（静负载） 惯性负载的运动速度 西安文理学院毕业设计（论文） 第 12 页 100s 100 500s 500s =据气缸的结构得： D活塞直径， m m 误 !未找到引用源。 N 错误 !未找到引用源。 (公式 估算时取 d=误 !未找到引用源。 =40N, P=误 !未找到引用源。 。代入上式得： 按照 2348准进行圆整，取 D=36 3缸内径尺寸系列（摘自 2348(280) 10 50 (140) 320 12 63 160 (360) 16 80 (180) 400 20 (90) 200 (450) 25 100 (220) 500 32 (110) 250 注：括号内的公称压力值为非优先采用值 （ 2） 活塞杆直径 由 d=取活塞杆直径 d=25 3缸筒壁厚 气缸缸筒内径 西安文理学院毕业设计（论文） 第 13 页 材料 50 80 100 125 160 200 250 壁厚 铸铁 7 8 10 10 12 14 16 无缝钢管 5 6 7 7 8 8 10 铝合金 8 12 12 14 14 17 表 3缸活塞杆外径尺寸系列（摘自 2348(4) 缸筒长度的确定： 缸筒长度 S=L+B+20 L 为活塞行程； B 为活塞厚度 活塞厚度 B=(误 !未找到引用源。 = 误 !未找到引用源。 80=16于气缸的行程 L=200所以 S=L+B+20=236 5） 气缸筒的壁 厚的确定 : 由液压气动技术速查手册知：一般气缸缸筒与内径之比 错误 !未找到引用源。 ，其壁厚通常按薄壁筒公式计算 虑机械加工工艺性，往往将缸筒壁厚适当加厚，且尽量选用标准内径和壁厚的钢管与铝合金管。下图所列缸筒壁厚可供参考。 假设所选材料为无缝钢管，则由表知 (6)气缸的进、排气口计算 通常气缸的进、排气口的直径大小与气缸速度有关，根据 缸的进、排气口的直径见下表（ 准规定） 气缸直径 32 40 50 63 80 西安文理学院毕业设计（论文） 第 14 页 气口尺寸 汽缸直径 100 125 150 200 250 气口尺寸 汽缸直径 320 气口尺寸 查此表可知，气缸的进、排气口的规格为 错误 !未找到引用源。 西安文理学院毕业设计（论文） 第 15 页 第四章 手腕结构设计 腕的自由度 手腕是连接手部和手臂的部件，它的作用是调整或改变工件的方位，因而