程控通用机械手设计
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第一章绪论
1.1 机械手设计的目的
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学习环节，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的综合设计。通过设计提高自身的机构分析与综合能力、机械结构设计的能力、机电液压一体化系统设计能力，掌握实现生产过程自动化的设计方法。
通过设计，把有关课程（机构分析与综合、机械原理、机械设计、液压与液压动技术、机电控制理论及应用、数控技术、微型计算机原理及应用、机械设计等）中所获得的理论知识在实际中综合地加以运用，使这些知识得到巩固和发展，并使理论知识和生产密切地结合起来。因此，工业机械手设计是有关专业基础课和专业课以后的综合性的专业课程设计。
工业机械手设计是机械设计及制造专业和机械电子工程专业的学生一次比较完整的机电一体化整机设计。通过设计，培养学生独立的机械整机设计的能力，树立正确的设计思想，掌握机电一体化机械产品设计的基本方法步骤，为自动机械设计打下良好的基础。
通过设计，使学生能熟练地应用有关参考资料、计算图表、手册、图册规范；熟悉有关国家标准和部颁标准，以完成一个工程技术人员在机械整体设计方面所必须具备的基本技能训练。
1.2 机械手设计的内容
本设计要求能较鲜明地体现机电一体化的设计构思。所谓机电一体化技术，是机械工程技术吸收微电子技术、信息处理技术、传感技术等而形成的一种新的综合集成技术。尽管机电一体化的产品名目繁多，并由于它们的功能不同而有不同的形式和复杂程度，但做功的机械本体的部分（包括动力装置）和微电子控制部分是其最基本的、不可或缺的要素。
1）拟定整体方案；、
2）根据给定的自由度和技术参数选择合适的手部、腕部、臂部和机身的结构；
3）各部件的设计计算；
第一章绪论
4）工业机械手工作装配图的设计与绘制；
5）液压压系统图的设计与绘制；
6）机械手的运动分析；
7）编写设计计算说明书
1.3 机械手在生产中的作用
1、建造旋转体零件（轴类、盘类、环类）自动线
一般都采用机械手在机床之间传送工作。国内已建成的这类自动线很多，如沈阳水泵厂的深井轴承体加工自动线，大连电机厂的4号和5号电动机轴加工自动线，上海拖拉机齿轮厂的齿坯加工自动线等。
加工箱体类零件的组合机床自动线，一般采用随行夹具传送工件，也有采用机械手的，如上海动力机厂的液压缸加工自动线转位机械手。
2、实现单机自动化方面
各类半自动车床，有自动夹紧、进刀、切削、退刀和松开的功能，但仍需人工上下料；装上机械手，可实现全自动生产，一人看管多台机床。目前，机械手在这方面的应用最多。
注塑机有加料、合模、成型、分模等自动工作循环，装上机械手自动装卸工件，可实现全自动化生产。
冲床有自动上下料循环，装上机械手上下料，可实现冲压生产自动化。目前机械手在冲床上应用有两个方面：一是160t以上的冲床机械手的较多。一是用于多工位冲床，用作冲压件工位间进步。
3、铸、锻、焊、热处理等热加工方面
在模锻方面，国内大批量生产的3t、5t、10t模锻锤，其所配的转底炉，用两只机械手成一定角度布置在炉前，实现进出料自动化。
工业机械手满足了社会生产的需要，其主要特点是：
1) 对环境的适应性强，能代替人从事危险、有害的操作，在长时间工作对人体有害的场所，机械手不受影响，只要根据工作环境进行合理设计，选择适当的材料和结构，机械手就可以在异常高温或低温、异常压力和有害液压体、粉尘、放射线作用下，以及冲压、灭火等危险环境中胜任工作。
2) 机械手能持久、耐劳，可以把人从繁重单调的劳动中解放出来，并能扩大和延伸人的功能。
3) 由于机械手的动作准确，因此可以稳定和提高产品的质量，同时又可以避免
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人为的操作错误。
4) 机械手特别是通用工业机械手的通用性、灵活性好，能较好的适应产品品种的不断变化，以满足柔性生产的需杂。
5) 采用机械手能明显地提高劳动生产率和降低成本。
1.4机械手的分类
一、规格分类
1）微型的——搬运重量在1Kg下。
2）小型的——搬运重量在10Kg下。
3）中型的——搬运重量在50Kg下。
4）大型的——搬运重量在500Kg下。
二、按功能分类
1、简易型工业机械手有固定程序和可变程序两种。固定程序由凸轮转鼓或挡块转鼓控制，可变程序用插销板或转鼓控制给定程序。
2、记忆型再型工业机械手
3、计算机数子控制的工业机械手。
4、智能工业机械手。
三、按用途分类
1、专用机械手
2、通用机械手具有独立控制系统，程序可变、动作灵活多样的机械手。通用机械手的工作范围大，定位精度高，能用性强，适用于工偷看经常变换的中、小批量自动化生产。
1．5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等所组成。
各系统相互之间的关系如下方框图所示：
图2-1 系统组成图
第一章绪论
一、执行机构
1、执行机构由抓取部分手部、腕部和行走机构等运动部件组成。
2、根据设计任务书要求，手臂自由度数为三个，选用直角坐标系。
3、直角坐标系占空间大，工作范围小，惯性大，所以一般不采用，根据任务书原始数据和给出的自由度数，因其自由度数较少故选用之。
4、行走机构，直角式坐标式。
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与驱动源相配合，以实现手臂的各种运动。
手臂在进行伸缩或升降运动时，为了防止绕其轴线的转动，都需要有导向装置，以保证手指按正确的方向运动。此外，导向装置还能承担手臂所受的弯曲力矩和扭转力矩以及手臂回转运动时在启动、制动瞬间产生的惯性力矩，使运动部件受力状态简单。
二、驱动机构
有液压动、液动、电动和机械四种形式。根据设计任务书要求，选用液压动式驱动，因其速度快，结构简单，成本低。采用点位控制或机械挡块定位，有较高的重复定位精度，但臂力一般在300N以下，根据设计要求，满足设计需要。
三、控制系统
有点位控制和连续控制两种方式。大数数采用插销板进行点位程序控制，也有采用可编程序控制、微型计算机数字控制，采用凸轮、磁盘碰带、穿孔卡等记录程序。主要控制的是坐标位置，并注意其加速特性。
四、基体
基体是整个机械手的基础。
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第二章机械手总体设计方案
2.1 机械手的设计方案
对程控通用机械手的基本要求是能快速、准确地拾放和搬运物件，这就要求它们具有高精度、快速反应、一定的承载能力、足够的工作空间和灵活的自由度及在任意位置都能自动定位等特性。设计液压动机械手的原则是：充分分析作业对象（工件）的作业技术要求，制定最倒是的作业工序和工艺，并满足系统功能要求和环境条件；明确工件的结构形状和材料特性，定位精度要求，抓取、搬运时的受力特性、尺寸和质量参数等，从而进一步确定对机械手结构及运行控制的要求；尽量先用定型的标准组件，简化设计制造过程，兼顾通用性和专用性，并能实现柔性转换和编程控制。
本次设计的机械手是程控通用机械手，是一种适合于成批或中、小批生产的、可以改变动作程序的自动手动或操作设备，动作强度大和操作单调频繁的生产场合。
2.2机械手的座标型式与自由度
按机械手手臂的不同运动形式及其组合情况，其座标型式可分为直角座标式、圆柱座标式、球座标式和关节式。由于本机械手在上下料时手臂具有升降、收缩及回转运动，因此，采用圆柱座标型式。相应的机械手具有三个自由度，为了弥补升降运动行程较小的缺点，增加手臂摆动机构，从而增加一个手臂上下摆动的自由度。
图2-1 工业机械手的运动示意图
第二章机械手总体设计方案
2.3机械手设计参数
一、机械手的规格参数，是说明机械手规格和性能的具体指标，一般包括以下几个方面：
1）抓重：额定抓取重量或称额定负荷，单位为Kg；任务书给出抓取种为30Kg。
2）自由度数数目和坐标形式：任务书给定自由度数为4个，坐标形式给定为圆柱座标。
3）定位方式：由电液压定位系统控制电磁阀为“O”型机能使油缸惯性定位。
4）驱动方式：液压驱动。
5）手臂运动参数：手臂运动参数：
伸缩行程:800毫米；
伸缩速度：<250mm/秒；
升降行程:330毫米；
升降速度：<60mm/秒；
回转范围：0°-210°；
回转速度：<70°/秒；
手腕运动参数：
回转范围：0°-180°；
回转速度：90°/秒；
当手臂的运动速度很高时，手臂在起动和制动过程中会产生很大的冲击和
振动，这会影响手臂的定位精度。因此，手臂运动速度应根据生产节拍时
间的长短、生产过程的平稳性和精度等要求来确定。
6）手指夹持范围和握力：φ65-85φmm;握力：400N。
7）位置检测：用电位器反馈式；
8）缓冲方式：用节流阀减速缓冲；
9）定位精度：位置设定精度及重复定位精度±3mm。
10）控制方式：采用HTL集成电路可编程序控制；
11）程序步数：每循环程序步数不少于32步；
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图2-2 圆柱坐标式运动简图
第三章 机械手手部、腕部、手臂设计
第三章 机械手手部、腕部、手臂设计
3.1机械手手部结构设计
3.1.1 机械手手部设计方案
应具有适当的夹紧力和驱动力 手指握力大小要适宜，力量过大则动力消耗多，
结构庞大，不经济，甚至会损坏工件；力量过小则夹持不住或产生松动、脱落。在确定
握力时，除考虑工件重量外，还应考虑传送或操作过程中所产生的惯性力和振动，以保
证工件夹持安全可靠。
而对手部的驱动装置来说，应有足够的驱动力。应当指出，由于机构传力比不同，
在一定的夹持力条件下，不同的传动机构所需驱动力大小是不同的。
手指应具有一定的开闭范围 手指应具有足够的开闭和开闭距离，以便于抓取和
退出工件。
应保证工件在手指内的夹持精度 应保证每个被夹持的工件，在手指内都 有准确
的相对位置。这对一些有方位要求的场合更为重要，如曲拐、凸轮轴类复杂的工件，在
机床上安装的位置要求严格，因此机械手的手部在夹持工件后应保持相对的位置精度。
要求结构紧凑、重量轻、效率高 在保证本身风度、强度的前提下，尽可能使结构
紧凑、重量轻，以利于减轻手臂的负载。
考虑机械手的通用性和特殊要求 因为一般 情况下，手部多是专用的，为了扩大
它的使用范围提高它的通用化程度，以适应夹持不同尺寸和开关的工件需要，通常采取
手指可调整的办法。如更换手指甚至更换整个手部。此外，还要考虑能适应工作环境提
出的特殊要求，如耐高温、耐腐蚀、以承受锻锤冲击力等。
3.1.2机械手手部的计算分析
需夹紧工件重量G=30公斤。
V 形手指的角度 1202=?，mm R mm b 24120=>=,摩擦系数为10.0=f
1、夹紧力计算
手指在工件上的夹紧力，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 来产，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
态变化产生的载荷，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：
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G K K K F N 321≥ (3-1)
式中1K --安全系数，通常取1.2~2.0.
2K --工作情况系数，主要考虑惯性力的影响。
2K 可近似按下式计算：
2K =1+ (3-2)
其中：a ——运载工件时重力方向的最大上升加速度；
g ——重力加速度；
a= 式中：
m ax
V ——运载工件时重力方向的最大上升速度； 响t ——系统达到最高速度的时间；根据设计参数选取。
3K ——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。
G ——被抓取工件所受的重力
（1）根据手部结构的传动示意图，其驱动力为:
N (3-3) (2)根据手指夹持工件的方位，可得握力计算公式:
)(5.0?θ-=tg N (3-4)
所以 N )(1470N =
2、 机械手手部夹紧液压缸的计算
1）夹紧缸的直径计算
本液压缸属于单向作用液压缸。根据力平衡原理，单向作用液压缸活塞杆上的输出
推力必须克服弹簧的反作用力和活塞杆工作时的总阻力，其公式为:
(3-6) 式中:1F - 活塞杆上的推力，N
t F - 弹簧反作用力，N z F - 液压缸工作时的总阻力，N
P - 液压缸工作压力，Pa
g a 响t V m ax
R b p 2=)
(150)42560(305.0'N tg =-??= z
t F F P D F --=42
1π
第三章 机械手手部、腕部、手臂设计
弹簧反作用按下式计算:
)1(s G F f t +=
(3-7)
f G = 式中: f G - 弹簧刚度，N/m
1- 弹簧预压缩量，m
s - 活塞行程，m
1d - 弹簧钢丝直径，m
1D - 弹簧平均直径，.
n - 弹簧有效圈数.
G - 弹簧材料剪切模量，一般取Pa G 9
104.79?= 在设计中，必须考虑负载率η的影响，则:
(3-8)
由以上分析得单向作用液压缸的直径:
代入有关数据，可得 =f G = )/(46.3677m N = )1(s G F f t += (3-9)
所以:=D = )(23.65mm =
查有关手册圆整，得mm D 65=
由3.02.0/-=D d ,可得活塞杆直径:mm D d 5.1913)3.02.0(-=-=圆整后，取活塞
杆直径mm d 18=校核，按公式][)4//(21σπ≤d F
n D Gd G f 3141=n D Gd 31418t F p D F -=421ηπη
πp Ft F D )
(41+=n D Gd 314184
333915
)1030(8)105.3(104.79??????--)(6.22010
6046.36773N =??=-pn
Ft F π)1(4+6105.0)
6.220490(4??+?π
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有:5.0])[/14(σπF d ≥ (3-10)
其中，[σ]MPa 120=，N F 7501=
则: 5.0)120/4904(??≥πd
1828.2≤=
满足实际设计要求。
(2)缸筒壁厚的计算
缸筒直接承受压缩空液压压力，必须有一定厚度。一般液压缸缸筒壁厚与内径之比
小于或等于1/10，其壁厚可按薄壁筒公式计算:
][2/σδp DP =
(3-11)
式中:σ——缸筒壁厚，mm
D ——液压缸内径，mm
p
P ——实验压力，取P P p 5.1=, Pa 材料为:ZL3,[σ]=3MPa
代入己知数据，则壁厚为:
][2/σδp DP =
取mm 5.7=δ，则缸筒外径为:)(8025.7651mm D =?+=。
(3)实际驱动力计算
实际驱动力
(3-12) 因为传力机构为齿轮齿条传动，故取94.0=η，并取5.11=K 。若被抓取工件的最
大加速度取g a =时，则:
（3-13） 所以：
所以夹持工件时所需夹紧液压缸的驱动力为4691N
)
(5.6)
1032/(1066565mm =????=η2
1K K p p ≥实际2
12=+=g a K )
(469194.025.11470N p =??=实际
第四章腕部的结构设计
3.2机械手腕部的结构设计
考虑到机械手的通用性，同时由于被抓取工件的水平放置，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，实现手腕回转运动的机构为回转液压缸。
3.2.1 手腕的自由度及基本要求
一、手腕的自由度分析
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，因而它具有独立的自由度，以使机械手适应复杂的动作要求。
手腕的自由度的选用与机械手的通用性、加工工艺要求、工件放置方位和定位精度等许多因素有关。由于本机械手抓取的工件是水平放置，同时考虑到通用性，因此给手腕设一绕X轴转动回转运动才可满足工作要求。
目前实现手腕回转运动的机构，应用最多的为回转液压缸，因此我们选用回转液压缸。它的结构紧凑，但回转角度小于360°，并且要求严格密封。
二、手腕设计的基本要求
1、力求结构紧凑、重量要轻；
腕部处于臂部的最前端，它连同手部的连接和静、动载荷均由臂部承受。显然，腕部的结构、重量和动力载荷，直接影响着臂部的结构、重量和运转性能。因此，在腕部设计时，必须力求结构紧凑，重量轻。
2、综合考虑合理总局；
如：应解决好腕部和手部的连接，腕部各个自由度的位置检测，管线布置，以及没头润滑、维修、调整等问题。
3、必须考虑工作条件；
对于高温作业和腐蚀性介质中工作的机械手，其腕部在设计时应充分估计环境对腕部的不良影响。
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3.2.2手腕回转力矩的计算
一、手腕转动时所用的驱动力矩
手腕的回转、上下和左右摆均为回转运动，驱动手腕回转时的驱动力矩必须克服手
腕起动时所产生的惯性力矩，手腕的转动轴与支承孔处的摩擦阻力矩，动片与缸径、定
片、端盖等处密封装置的摩擦阻力矩以及由于转动件的中心与转动轴线不重合所产生的
偏重力矩，图五为手腕受力的示意图。
1、工件
2、手部
3、手腕
图3-1 手腕回转时受力示意图
手腕转动时所需要的驱动力矩可按下式计算：
cm M 封摩偏惯驱M M M M +++= (3-14)
式中：
驱M ——驱动手腕转动力的驱动力矩（Kg/cm ）
惯M ——惯性力矩（Kg/cm ）
偏M ——参与转动的零部件重量对转动轴线 所产生的偏重力矩
摩M ——手腕转动与支承孔处的摩擦力矩
封M ——手腕回转缸的动片与定片、缸径、端盖等处密封装置的摩擦力矩；
下面以3-1所示的手腕受力情况，分析各阻力矩的计算：
1、手腕加速运动时所产生的惯性力矩M 惯
第三章 机械手手部、腕部、手臂设计
若手腕起动过程按等加速运动，手腕转动时的角速度为ω，起动过程所用的时间为
△t,则：
(3-15) 若手腕转动时的角速度为ω，起动过程所转过 的角度为△ψ，则：
式中：
J ——参与手腕转动的部件对转动轴线的转动惯量
1J ——工件对手腕转动轴线的转动惯量 若工件中心与转动轴线不重合，其转动惯量1J 为：
1J = (3-16) g
J ——工件对过重心线的转动惯量 1G ——工件的重量
1e ——工件的重心到转动轴线的偏心距（cm ）
ω——手腕转动时的角速度
t △——起动时所需要的时间
△ψ——起动过程所转过的角度
2、手腕转动件和工件的偏重对转动轴线所产生的偏重力矩M 偏
3311G e G e M +=偏 (3-17)
式中：3G ——手腕动件的重量；
3e ——手腕转动件的重心到转动轴线的偏心距（cm ）
当工件的重心与手腕转动轴线生命时，11G e =0
3、 手腕转动轴在轴颈处的摩擦阻力矩M 摩
()12d 2d R R f M B A +=摩 (3-18)
式中： 1d 2d ——手腕转动轴颈直径（cm ）；
f ——轴承摩擦系数，对于滚动轴承f=0.01，对于滑动轴承f=0.1;
A R
B R ——轴颈处的支承反力（N ），可按手腕转动轴的受力分析求解；
根据： 0F =∑）（A
M 得： 112233B R L G L G L G L +=+ (3-19)
同理：
根据0)(=∑F M B 得：
(3-20) ）（△ω）（惯cm t
M .N J J 1+=）（△ψ
ω）（惯cm M .N J J 1+=211e g
G J g +L
L G L G L G R A 332211-+=
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式中：2G ——手部的重量（N ）
L 1L 2L 3L ——如图五所标示长度尺寸（cm ）
4、回转缸的动片与缸径、定片、端盖等处密封装置的摩擦阻力矩M 封，与选用的
密封装置的类型有关，应根据具体情况加以分析。
二、回转缸的驱动力矩计算
腕部回转时，需要克服以下几种阻力。
1、腕部回转支承处的摩擦力矩摩M
图3-2 腕部支承反力计算示意图
由图示可知
（3-21）
式中： 1R F 、2R F ——轴承处支反力，可由静力平衡方程求得；
21D D 、——轴承直径；
f ——轴承的摩擦系数，对于滚动轴承f=0.01~0.02；对于滑动轴承f=0.1。
为简化计算，取摩M =0.1总阴力矩M
图示3-2中， 1G 为工件重量（Kg ），2G 为手部重量（Kg ）3G 为手腕转动件重
量（Kg ）。
2、克服由于工件重心偏置所需要的力矩偏M
偏M =1G e (3-22)
式中 e ——工件重心到手腕回转轴线的垂直距离（m ）。
3、克服启动惯性所需的力矩惯M
启动过程近似等加速运动，根据手腕回转的角速度ω及启动所用的时间启t ，按下式计
算： )(22211D F D F f
M R R +=摩
惯M =(J+工件J ) (3-2)
或者根据腕部角速度ω及启动过程转过的角度启Φ按下式：
惯M =(J+工件J ) (3-24)
式中 工件J ——工件对手腕回转轴线的转动惯量
J ——手腕回转部分对腕部回转轴线的转动惯量
ω——手腕回转过程的角速度；
启t ——启动过程中所需时间，一般取0.05~0.3s ；
启Φ——启动过程所转过的角度。 手腕回转所需要的驱动力矩相当于上述三项之和：
惯偏摩总M M M M ++= (3-25)
如果手腕回转部分的转动惯量不是很大时，手腕启动过程所产生的惯性力矩也不
大，为了简化计算可以将计算力矩摩M 、偏M 适当放大，而省略掉惯M ，这时
）（摩偏总M M M +=1.1 (3-26)
在机械手的手腕回转运动中所采用的回转缸原理如下图3-3所示，定片1与缸体2
固连，动片3与回转轴5固连。动片封圈4把液压腔分隔成两个。当压缩液压体从孔a
进入时，推动输出轴作逆时针回转，则低压腔的液压从b 孔排出。反之，输出轴作顺时
针方向回转。单叶J 液压缸的压力p 和驱动力矩M 的关系为：
(3-27)
图3-3 回转液压缸简图
式中： M —回转液压的驱动力矩（N.cm ）
启ωt 启ωt )(2P :
2)(2222r R b M
r R pb M -=-=
或
P —回转液压的工作压力（N.cm ）
Ｒ—缸体内壁半径（cm ）
r —输出轴半径（cm ）
b —动片宽度（cm ）
上述驱动力矩和压力关系是对于低压腔背压为零的情况下而言的。若低压腔有一定
的背压，则上式中的P 应代以工作压力P1和背压P2之差。
三、手腕回转液压缸的尺寸计算及其校核
1、尺寸设计
液压缸长度设计为mm b 100=,液压缸内径为1D =96mm,半径mm R 48=,轴径、2D =26mm,半径
mm R 13=,液压缸运行角速度ω=s /70 ，加速度时间t ?=0.1s, 压强M P a P 2=,
则力矩：
(4-15)
2、尺寸校核 测定参与手腕转动的部件的质量kg m 101=,分析部件的质量分布情况，
质量密度等效分布在一个半径mm r 50=的圆盘上，那么转动惯量：
(3-28)
0125.0=（2.m kg ）
工件的质量为30kg ,质量分布于长mm l 100=的棒料上，那么转动惯量
(3-29) 。
假如工件中心与转动轴线不重合，对于长mm l 100=的棒料来说，最大偏心距
mm e 501=，其转动惯量为: (3-30) 惯M
).(55.1161.090)117.00125.0(m N =+=1） 手腕转动件和工件的偏重对转动轴线所产生的偏重力矩为M 偏，考虑手腕转动件重心
2)(22r R pb M -=
)
.(1632)026.0048.0(1.0102226m N =-??=221r m J =
2
05
.0102?=)
.(0252.012
1
.03012222
m kg ml J c =?==).(117.005.0300042.022211m kg e m J J c =?+=+=t J J J ?+=ω)(1
与转动轴线重合，01=e ，夹持工件一端时工件重心偏离转动轴线mm e 503=,则
=偏M 11e G +33e G
(4-19)
).(1505.010*******m N =??+??=
2） 手腕转动轴在轴颈处的摩擦阻力矩为摩M ，对于滚动轴承01.0=f ，对于滑动轴承f =0.1，
1d ，2d 为手腕转动轴的轴颈直径，mm d 301=, mm d 202=, A R ,B R 为轴颈处的支承反力，粗略
估计N R A 300=,N R B 150=, 摩
M =
(3-31) = =).(05.0m N 3） 回 转 缸 的动片与缸径、定片、端盖等处密封装置的摩擦阻力矩M 封，与选用的密衬装置的类
型有关，应根据具体情况加以分析。在此处估计封M 为摩M 的3倍，
封M =3?摩M (3-32)
=05.03?
=).(15.0m N
封摩偏惯驱M M M M M +++= (3-33)
=15.005.01555.116+++
=).(75.131m N
M M 〈驱
设计尺寸符合使用要求，安全。
)(212d R d R f B A +)03.015002.0300(2
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四川理工学院毕业设计
3.3机械手手臂结构设计
3.3.1机械手手臂的设计方案
按照抓取工件的要求，本机械手的手臂有三个自由度，即手臂的伸缩、左右横移和升降运动。手臂的回转和升降运动是通过立柱实现的，立柱的横向移动为手臂的横移。手臂的各种运动由液压缸来实现。
1、结构的设计
手臂的伸缩是直线运动，实现直线往复运动采用的是液压压驱动的活塞缸。由于活塞液压缸的体积小、重量轻，因而在机械手的手臂结构中比较多。同时液压压驱动的机械手手臂在进行伸缩运动时，为了防止手臂绕轴线发生转动，以保证手指的正确方向，并使活塞杆不受较大的弯曲力矩作用，以增加手臂的刚性，在设计手臂结构时，必须采用适当的导向装置。它应根据手臂的安装形式，结构和抓取重量和减少手臂对回转中心的转动惯量。在本机械手中，采用的是单导向杆作为导向装置，它可以增加手臂的刚性和导向性。
该机械手的手臂如附图所示，现将其工作过程描述如下：
手臂主要由双作用液压缸1、导向2、定位拉杆3和两个可调定位块4等组成。双作用液压缸1的缸体固定，当压缩空液压分别从进出液压孔c，e进入双作用式液压缸1的两腔时，空心活塞套杆6带动手腕回转缸5和手部一同往复移动。在空心活塞套杆6中通有三根伸缩液压管，其中两根把压缩空液压通往手腕回转液压缸5，一根把压缩空液压通往手部的夹紧液压缸。在双作用式液压缸1缸体上方装置着导向杆2，用它防止活塞杆6在做伸缩运动时的转动，以保证手部的手指按正确的方向运动。为了保证手臂伸缩的快速运动。在双作用式液压缸1的两个接液压管口c,e出分别串联了快速排液压阀。手臂伸缩运动的行程大小，通过调整两块可调定定位块4的位置而达到。手臂伸缩运动的缓冲采用液压缓冲实现。
手腕回转是由回转液压缸5实现，并采用液压缸端部节流缓冲，其结构见A-A剖面。
在附图中所示的管口a、b是接到手腕回转液压缸的；d是接到手部夹紧液压缸的。直线液压缸1内的三根液压管采用了伸缩液压管结构，其特点是机械手外观清晰、整齐，并可避免液压管的损伤，但加工工艺性较差。另外活塞套杆6做成筒状零件可增大活塞套杆的刚性，并能减少充液压容积，提高液压缸活塞套杆的运动速度。
目前常采用的导向装置有单导向杆、双导向杆、四导向杆等，在本机械手中采用单导向杆来增加手臂的刚性和导向性。
多自由度机械手设计说明书
本科毕业设计(论文) 题目：多自由度机械手设计 系别：机电信息系 专业：机械设计制造及其自动化 班级： 学生： 学号： 指导教师： 2013年4月
本科毕业设计(论文) 题目：多自由度机械手设计 系别：机电信息系 专业：机械设计制造及其自动化 班级： 学生： 学号： 指导教师： 2013年4月
多自由度机械手设计 摘要 随着现代科学技术的发展，机器人技术越来越受到广泛关注，在工业生产日益现代化的今天，机器人的使用变得越来越普及。因此，对于机器人技术的研究也变得越来越迫切，尤其是工业机器人方面。本论文作者针对这一领域，设计了一款液压机械机械手，该机器人拥有五个自由度。首先，作者针对该机器人的设计要求，对结构设计选择了一个最优方案，对关键零件设计并进行校核。 本课题是一个机械、液压紧密的实用性项目，文中对机械手机械结构的设计、液压系统的设计。最后，总结了全文，指出了机械手的改进措施、应用前景和发展方向。 关键词：机械手；液压系统；五个自由度
Many degrees of freedom manipulator design Abstract With the development of modern science and technology, the robot technology has been paid more and more attention, in an increasingly modernized industrial production, the use of robots is becoming more and more popular. Therefore, the research of robot technology becomes more and more urgent, especially industrial robots. The author of this thesis in this field, design of a hydraulic mechanical manipulator, the robot has five degrees of freedom. First of all, the author according to the requirement of the design of this robot, an optimal scheme of the structure design of the selection, the design of key parts and checked. This topic is a mechanical, hydraulic close practical project, design of mechanical design, mechanical structure of the hydraulic system of the mobile phone in. Finally, summarized the full text, points out the improvement measures, manipulator application prospect and development direction. Keywords: manipulator; hydraulic system; five degrees of freedom
液压机械手(含CAD图纸)
题目: 工业机械手设计 （液压驱动设计） 姓名: 学院: 工学院 专业: 机械设计制造及其自动化 班级: 机自12班 学号: 3041207 指导教师: 丁兰英职称: 讲师 200 5 年6月8 日 南京农业大学教务处制 目录 摘要 (1) 关键词 (1) Abstract (1) Key words (1)
引言 (2) 1.机械手设计要求分析 (3) 1.1 设计目的和要求 (3) 1.2机械手简介与分析 (3) 2. 液压系统设计 (3) 2.1确定工作循环周期 (4) 2.2工况分析 (4) 2.3拟订液压系统工作原理图 (4) 2.4选择标准的液压元件 (5) 2.5 液压缸尺寸的确定及安全强度的校核 (5) 3. 集成块设计 (7) 3.1设计分析 (7) 3.2设计计算 (8) 3.3设计步骤 (10) 3.4液压集成块加工工艺 (12) 4. 液压集成块 CAD技术 (13) 总结 (15) 致谢 (15) 参考文献 (16) 工业机械手液压系统设计 机械设计制造及其自动化专业李刚 指导老师丁兰英 摘要：本文主要介绍了上下料用机械手的设计过程，它包括了对于整个系统的工作要求和情况的分析，通过系统的工作过程确定整个液压系统的结构设计。分析整个循环过程，确定系统工作原理图，根据系统参数要求选择标准的液压元件，完成液压系统的装配图。液压集成块作为现在液压系统的主要部件，当前液压集成块应用开发受到了国内外液压界的广泛重视，液压集成块的CAD的研究与开发已为液压工程设计提供了有力的支持，在对机械手液压系统集成块设计过程中，能够与实际的加工工艺相结合。并且对现在的液压集成块的CAD技术有很好的认识。 关键词：工业机械手，驱动，集成块，原理 Design of The Industry Manipulator
工业机械手液压驱动系统的设计
开题报告
目录 摘要............................................................................................................................................................... ４Abstract ......................................................................................................................................................... ６引言............................................................................................................................................................... ７第一章机械手设计要求分析..................................................................................................................... ７ 1.1 设计目的和要求........................................................................................................................... ７ 1.2.机械手简介与分析....................................................................................................................... ７第二章液压系统设计............................................................................................................................... ８ 2.1. 根据工作要求确定一个工作循环周期的运动过程 ................................................................. ８ 2.2 据工作循环过程确定系统工况分析图，确保工作运动中的动作连续性 ................................ ９ 2.3 拟订液压系统的工作原理图........................................................................................................ ９ 2.4 根据整个系统的液压元件需求选择标准的液压元件 ............................................................ １０ 2.5 液压缸尺寸的确定及安全强度的校核 .................................................................................. １０第三章. 集成块的设计............................................................................................................................ １２ 3.1设计分析..................................................................................................................................... １２ 3.2 根据具体的要求进行设计计算............................................................................................... １３ 3.3 下面为集成块的设计步骤........................................................................................................ １５ 3.4 液压集成块的加工工艺.......................................................................................................... １７第四章液压集成块CAD技术............................................................................................................... １８结束语....................................................................................................................................................... ２０致谢........................................................................................................................................................... ２１参考文献................................................................................................................................................... ２２
四自由度通用液压机械手设计概论
摘要 本次设计的多功能机械手为液压通用机械手，主要由手爪、手腕、手臂、机身、机座等组成，具备上料、翻转和转位等多种功能，并按自动线的统一生产节拍和生产纲领完成以上动作。本机械手机身采用机座式，自动线围绕机座布置，其坐标形式为圆柱坐标式，具有立柱旋转、手臂伸缩、腕部转动和腕部摆动等4个自由度；驱动方式为液压驱动，利用油缸、齿轮、齿条实现直线运动；利用油缸与齿轮、齿条或链条实现回转运动。液压驱动的优点是压力高、体积小，出力大，动作平缓，并能在中间位置停止。本次设计的机械手能对不同物体完成多种动作。 关键词：机械手；圆柱坐标；液压驱动
Abstract The design of multi-manipulator hydraulic manipulator general, mainly by the gripper, wrist, arm, body, base etc., with the material, flip, and a variety of functions such as translocation, in accordance with the unified autom ated production line beat and production program have done so. This machine adopts the base-type mobile phone, automatic wire around the base layout, its coordinates in the form of cylindrical coordinate type, with column rotation, arm stretching, wrist rotation and wrist swing and so four degrees of freedom; drive mode for the hydraulic drive, use fuel tank, gear, rack to achieve linear motion，use of tanks and gear, rack or chain to achieve rotary motion. Hydraulic drive has the advantage of high pressure, small size, contribute to a large, gentle movement and can stop in the middle. The design of the robot can complete a variety of different objects in action. Keywords: mechanical hand; cylindrical coordinate; fluid power drive
液压传动机械手的设计说明书
1 前言 1.1 工业机器人简介 几千年前人类就渴望制造一种像人一样的机器，以便将人类从繁重的劳动中解脱出来。如古希腊神话《阿鲁哥探险船》中的青铜巨人泰洛斯（Taloas)，犹太传说中的泥土巨人等等，这些美丽的神话时刻激励着人们一定要把美丽的神话变为现实，早在两千年前就开始出现了自动木人和一些简单的机械偶人。 到了近代，机器人一词的出现和世界上第一台工业机器人问世之后，不同功能的机器人也相继出现并且活跃在不同的领域，从天上到地下，从工业拓广到农业、林、牧、渔，甚至进入寻常百姓家。机器人的种类之多，应用之广，影响之深，是我们始料未及的。 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备，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备。 1.2世界机器人的发展 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6．5万美元。 （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。
液压机械手手部设计计算
第5章机械手手部的设计计算 5.1 手部设计基本要求 （1）应具有适当的夹紧力和驱动力。应当考虑到在一定的夹紧力下，不同的传动机构所需的驱动力大小是不同的。 （2）手指应具有一定的张开范围，手指应该具有足够的开闭角度（手指从张开到闭合绕支点所转过的角度）?γ，以便于抓取工件。 （3）要求结构紧凑、重量轻、效率高，在保证本身刚度、强度的前提下，尽可能使结构紧凑、重量轻，以利于减轻手臂的负载。 （4）应保证手抓的夹持精度。 5.2 典型的手部结构 （1）回转型包括滑槽杠杆式和连杆杠杆式两种。 （2）移动型移动型即两手指相对支座作往复运动。 （3）平面平移型。 5.3机械手手抓的设计计算 5.3.1选择手抓的类型及夹紧装置 60，本设计平动搬运机械手的设计，考虑到所要达到的原始参数：手抓张合角γ?=0 夹取重量为0.5Kg。常用的工业机械手手部,按握持工件的原理,分为夹持和吸附两大类。吸附式常用于抓取工件表面平整、面积较大的板状物体,不适合用于本方案。本设计机械手采用夹持式手指,夹持式机械手按运动形式可分为回转型和平移型。平移型手指的张开闭合靠手指的平行移动,这种手指结构简单, 适于夹持平板方料, 且工件径向尺寸的变化不影响其轴心的位置, 其理论夹持误差零。若采用典型的平移型手指, 驱动力需加在手指移动方向上,这样会使结构变得复杂且体积庞大。显然是不合适的，因此不选择这种类型。 通过综合考虑，本设计选择二指回转型手抓，采用滑槽杠杆这种结构方式。夹紧装置选择常开式夹紧装置。
5.3.2 手抓的力学分析 下面对其基本结构进行力学分析：滑槽杠杆 图3.1（a ）为常见的滑槽杠杆式手部结构。 (a) (b) 图5.1 滑槽杠杆式手部结构、受力分析 1——手指 2——销轴 3——杠杆 在杠杆3的作用下，销轴[GB/T882-2000]2向上的拉力为F ，并通过销轴中心O 点，两手指1的滑槽对销轴的反作用力为F 1和F 2，其力的方向垂直于滑槽的中心线1oo 和2oo 并指向o 点，交1F 和2F 的延长线于A 及B 。 由x F ∑=0 得 12F F = y F ∑=0 得 12cos F F α = '11F F =- 由1o ∑()F =0 得b F h F N ?=?'1 cos a h α= N F a b F ?=α2cos 2 （3.1）
液压机械手臂毕业设计论文
**学校 学士学位论文液压机械手臂设计 姓名： 学号： 指导教师： 学院： 专业： 完成日期：
**学校 学士学位论文液压机械手臂设计 姓名： 学号： 指导教师： 学院： 专业： 完成日期：年月日
摘要 机械手手臂的作用是连接机械手手腕、带动带动机械手手指去抓取物件，并按程序要求将其搬运到空间指定的位置，机械手手臂广泛的应用在工业制造中，对提高工作效率和自动化水平具有重要意义。本文介绍了机械手手臂的功能、机械手手臂的组成、结构及其分类，其驱动方式、控制方式及其国内外发展状况。并对机械手手臂进行了总体方案设计，确定了机械手手臂自由度及其坐标形式，确定了机械手手臂的重要技术参数等。同时，计算出机械手手臂升降液压缸驱动力和手臂回转液压缸驱动力矩并且确定液压缸的重要参数。 设计出了机械手手臂的液动系统，绘制了机械手手臂液动系统工作原理图。利用可编程序控制器对机械手手臂进行控制，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，画出了机械手手臂梯形图，并编制了可编程序控制器的控制程序。 关键词：机械手手臂液压驱动 PLC控制
Abstract In this paper, the mechanical hand the overall scheme design, the manipulator to determine the coordinates of the types and degrees of freedom, determine the technical parameters of the manipulator. At the same time, respectively, the design of the manipulator clamping type hand structure and adsorption type structure of hand; designed the structure of robot wrist, the wrist to calculate the rotation of the driving torque required and a rotary cylinder driving torque; the design of the manipulator arm structure, design of the telescopic arm, a lifting hydraulic buffer and the arm rotary hydraulic buffer. The manipulator uses PLC to control.The paper institutes two controls chemes of PLC acordine to the work flow of the manipulator.The paper draws out the work time sequence chart and the trapezia chart.What’s more,the paper work out the control program of the PLC. Keywords: mechanical hand, liquid pressure drive，PLC
液压机械中机械手的手臂设计 5.16
继续教育学院 毕业设计（论文） 题目：液压传动技术在农业机械中的应用专业名称：机电一体化工程 学号：017115110017 学生姓名：朱行强 指导教师：
摘要 机械手的组成和分类，机械手的自由度和座标型式，气动技术的特点，PLC 控制的特点及国内外的发展状况。本文简要地介绍了工业机器人的概念， 本文对机械手进行了总体方案设计，确定了机械手的座标型式和自由度，确定了机械手的技术参数。同时，分别设计了机械手的夹持式手部结构以及吸附式手部结构;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，设计了手臂伸缩、升降用液压缓冲器和手臂回转用液压缓冲器。 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。利用可编程序控制器对机械手进行控制，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，画出了机械手的工作时序图和梯形图，并编制了可编程序控制器的控制程序。 关键词：工业机器人，机械手，气动，可编程序控制器(PLC)
目录 第一章机械手设计任务书 1.1机械手的组成 1.2机械手的主要运动 1.3 课题的提出、任务、技术特性 第二章机械手臂部机构设计 2.1臂部设计的的基本要求 2.2臂部的结构选择 2.3手臂偏重力矩的计算 2.4升降导向立柱不自锁条件 2.5手臂升降液压缸驱动力的计算 2.6手臂升降液压缸参数计算 2.7手臂回转液压缸驱动力矩计算 2.8手臂回转液压缸主要参数 第三章联接板 第四章螺钉与液压缸壁厚的校核 4.1手臂液压缸螺钉的校核 4.2动片与输出轴之间的联接螺钉校核 4.3手臂升降液压缸筒的壁厚校核 第五章手臂液压系统原理设计及液压图 5.1液压泵的选择 5.2液压系统的原理图如下 参考文献 致谢 2 \
工业机械手设计要点
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)
液压机械手手部设计计算
第5章机械手手部的设计计算 手部设计基本要求 （1）应具有适当的夹紧力和驱动力。应当考虑到在一定的夹紧力下，不同的传动机构所需的驱动力大小是不同的。 （2）手指应具有一定的张开范围，手指应该具有足够的开闭角度（手指从张开到闭合绕支点所转过的角度）?γ，以便于抓取工件。 （3）要求结构紧凑、重量轻、效率高，在保证本身刚度、强度的前提下，尽可能使结构紧凑、重量轻，以利于减轻手臂的负载。 （4）应保证手抓的夹持精度。 典型的手部结构 （1）回转型包括滑槽杠杆式和连杆杠杆式两种。 （2）移动型移动型即两手指相对支座作往复运动。 （3）平面平移型。 机械手手抓的设计计算 5.3.1选择手抓的类型及夹紧装置 60，夹取本设计平动搬运机械手的设计，考虑到所要达到的原始参数：手抓张合角γ?=0 重量为0.5Kg。常用的工业机械手手部,按握持工件的原理,分为夹持和吸附两大类。吸附式常用于抓取工件表面平整、面积较大的板状物体,不适合用于本方案。本设计机械手采用夹持式手指,夹持式机械手按运动形式可分为回转型和平移型。平移型手指的张开闭合靠手指的平行移动,这种手指结构简单, 适于夹持平板方料, 且工件径向尺寸的变化不影响其轴心的位置, 其理论夹持误差零。若采用典型的平移型手指, 驱动力需加在手指移动方向上,这样会使结构变得复杂且体积庞大。显然是不合适的，因此不选择这种类型。 通过综合考虑，本设计选择二指回转型手抓，采用滑槽杠杆这种结构方式。夹紧装置选择常开式夹紧装置。
5.3.2 手抓的力学分析 下面对其基本结构进行力学分析：滑槽杠杆 图（a ）为常见的滑槽杠杆式手部结构。 (a) (b) 图 滑槽杠杆式手部结构、受力分析 1——手指 2——销轴 3——杠杆 在杠杆3的作用下，销轴[GB/T882-2000]2向上的拉力为F ，并通过销轴中心O 点，两手指1的滑槽对销轴的反作用力为F 1和F 2，其力的方向垂直于滑槽的中心线1oo 和2oo 并指向o 点，交1F 和2F 的延长线于A 及B 。 由x F ∑=0 得 12F F = y F ∑=0 得 12cos F F α = '11F F =- 由1o ∑()F =0 得b F h F N ?=?'1 Q cos a h α = N F a b F ?=α2cos 2 （） 式中 a ——手指的回转支点到对称中心的距离（mm ）.
液压传动机械手的设计
液压传动机械手的设计 机械设计制造及其自动化指导老师： 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，并绘制必要装配图、液压系统图、PLC控制系统原理图。机械手的机械结构采用油缸、螺杆、导向筒等机械器件组成；在液压传动机构中，机械手的手臂伸缩采用伸缩油缸，手腕回转采用回转油缸，立柱的转动采用齿条油缸，机械手的升降采用升降油缸，立柱的横移采用横向移动油缸；在PLC控制回路中，采用的PLC类型为FX2N，当按下连续启动后，PLC按指定的程序，通过控制电磁阀的开关来控制机械手进行相应的动作循环，当按下连续停止按钮后，机械手在完成一个动作循环后停止运动。 本设计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、液压、控制回路、PLC
The design of the hydraulic manipulator Machine Design & Manufacture and Automation Instructor : Abstract The design of hydraulic drive manipulator movements under the provisions of the order ，use the basic theory, basic knowledge and related mechanical design expertise comprehensively to complete the design，and drawing the necessary assembly, hydraulic system map, PLC control system diagram . Manipulator mechanical structure using tanks, screw ,guide tubes and other mechanical device component ；In the hydraulic drive bodies ，manipulator arm stretching using telescopic tank ，rotating column of tanks used rack ，manipulator movements using tank movements ，the column takes the horizontal movement of tanks ；The PLC control circuit use the type of FX2N PLC .When pressed for commencement ，PLC in accordance with the prescribed procedures ，through the control of the solenoid valve to control the switch manipulator corresponding moves cycle ，after press the row stop button , the manipulator complete a cycle of action to stop after the hole campaign. The design of the proposed development of the information on the manipulator can grasp up in space objects ，flexible and varied movements ，can replace the artificial heat and dangerous operation conducted operations，and can grasp the larger workpieces . Keywords Manipulator 、Hydraulic、Control Loop 、PLC
液压机械手手部设计计算
第5章机械手手部的设计计算 5、1 手部设计基本要求 (1) 应具有适当的夹紧力与驱动力。应当考虑到在一定的夹紧力下,不同的传动机构所需的驱动力大小就是不同的。 (2) 手指应具有一定的张开范围,手指应该具有足够的开闭角度(手指从张开到闭合绕支点所转过的角度)?γ,以便于抓取工件。 (3) 要求结构紧凑、重量轻、效率高,在保证本身刚度、强度的前提下,尽可能使结构紧凑、重量轻,以利于减轻手臂的负载。 (4) 应保证手抓的夹持精度。 5、2 典型的手部结构 (1) 回转型包括滑槽杠杆式与连杆杠杆式两种。 (2) 移动型移动型即两手指相对支座作往复运动。 (3)平面平移型。 5、3机械手手抓的设计计算 5、3、1选择手抓的类型及夹紧装置 60,夹本设计平动搬运机械手的设计,考虑到所要达到的原始参数:手抓张合角γ?=0 取重量为0、5Kg。常用的工业机械手手部,按握持工件的原理,分为夹持与吸附两大类。吸附式常用于抓取工件表面平整、面积较大的板状物体,不适合用于本方案。本设计机械手采用夹持式手指,夹持式机械手按运动形式可分为回转型与平移型。平移型手指的张开闭合靠手指的平行移动,这种手指结构简单, 适于夹持平板方料, 且工件径向尺寸的变化不影响其轴心的位置, 其理论夹持误差零。若采用典型的平移型手指, 驱动力需加在手指移动方向上,这样会使结构变得复杂且体积庞大。显然就是不合适的,因此不选择这种类型。 通过综合考虑,本设计选择二指回转型手抓,采用滑槽杠杆这种结构方式。夹紧装置选择常开式夹紧装置。
5、3、2 手抓的力学分析 下面对其基本结构进行力学分析:滑槽杠杆 图3、1(a)为常见的滑槽杠杆式手部结构。 (a) (b) 图5、1 滑槽杠杆式手部结构、受力分析 1——手指 2——销轴 3——杠杆 在杠杆3的作用下,销轴[GB/T882-2000]2向上的拉力为F,并通过销轴中心O 点,两手指1的滑槽对销轴的反作用力为F 1与F 2,其力的方向垂直于滑槽的中心线1oo 与2oo 并指向o 点,交1F 与2F 的延长线于A 及B 。 由x F ∑=0 得 12F F = y F ∑=0 得 12cos F F α = '11F F =- 由1o ∑()F =0 得b F h F N ?=?'1 Q cos a h α= N F a b F ?=α2cos 2 (3、1)
机械手手部课程设计报告书
1前言 1.1工业机器人简介 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备，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备。 1.2世界机器人的发展 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） （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。 1.3我国工业机器人的发展 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，目前已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
机械手液压系统控制系统设计
目录 第一章概述 (4) 1.1机械手的概念和分类 (4) 1.2设计要求 (5) 第二章JS01工业机械手液压系统工作原理及特点 (6) 2.1液压系统的特点 (6) 2.2液压系统的工作原理 (6) 2.3液压系统图及电磁铁动作顺序表 (10) 第三章继电器—接触器控制线路设计 (12) 3.1控制线路的设计遵循的原则及方法 (13) 3.2继电器—接触器控制线路 (15) 3.3低压电器的选择 (19) 第四章可编程控制器PLC控制系统的设计 (23) 4.1可编程控制器的简介及应用 (23) 4.2可编程控制器的特点 (24) 4.3可编程控制器控制系统设计的基本原则 (25) 感言 (29) 参考文献 (30) 第一章概述 1.1机械手的概念和分类
机械手，英文名mechanical hand，是指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和自动化，能在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、轻工和原子能等部门。 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。驱动系统多数采用电液(气)机联合传动。 机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；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等。 机械手通常用作机床或其他机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，一般没有独立的控制装置。有些操作装置需要由人直接操纵，如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为机械手。 1.2设计要求 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。驱动系统多数采用电液（气）机联合传动。 JS01工业机械手属于圆柱坐标式、全液压驱动机械手，具有手臂升降、伸缩、回转和手腕回转四个自由度。执行机构相应由手部、手腕、手臂伸缩机构、手臂升降机构、手臂回转机构和回转定位装置等组成，每一部分均由液压缸驱动与控制。它完成的动作循环为：插定位销→手臂前伸→手指张开→手指夹紧抓料→手臂上升→手臂缩回→手腕回转180o→拔定位销→手臂回转95 o →插定位销→手臂前伸→手臂中停（此时主机的夹头下降夹料）→手指松开（此时主机夹头夹着料上升）→手指闭合→手臂缩回→手臂下降→手腕回转复位→拔定位销→手臂回转复位→待料，泵卸载。 第二章JS01工业机械手液压系统工作原理及特点 2.1 液压系统的特点 该液压系统的特点归纳如下： 1）系统采用了双联泵供油，额定压力为6.3MPa，手臂升降及伸缩时由两个
液压机械手设计毕业设计(论文)
液压机械手设计毕业设计 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：日期： 指导教师签名：日期： 使用授权说明 本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名：日期：
一、引言 1.1机械 液压通用机械手，就其本质上来说，属于工业机器人的范畴，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”（Machanical Hand）：多数指附属于主机、程序固定的自动抓取、操作装臵（国内一般称作机械手或专用机械手）。如自动线、自动机的上下料，加工中心的自动换到的自动化装臵。 1.2机械手特点、结构与研究意义 1.2.1机器人的特点 机器人的主要特点体现在它的通用性和适应性等方面。 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。 1.2.2机器人的系统结构 一个机器人系统一般由四个相互作用的部分组成，即机械手、环境、任务和控制器。 工业机器人的本体机械系统即为通常的机械手装臵，他由肩、臂、腕、机身或行走机构组成，组合为一个相互依赖的运动机构。 环境即指机器人所处的周围状态，环境不仅由机和条件决定，而且有环境和它所包含的每个事物的全部自然特性决定。 机器人体系结构中的任务一般定义为环境的两种状态（初始状态和目标状态）间的差别，必须用适当的程序语言来描述，并能为计算机所理解。 机器人控制器一般为控制计算机，接收来自传感器的信号，对其进行数据处理，并按照预存信息，即机器人的状态及环境情况等，生成控制信号来驱动机器人的各个关节运动。