最新出版了哪些机械手设计方面的书

1:结构上首先要考虑自由度的问题，也就是工作空间范围的问题，自由度越多结构和控制系统越复杂，目前市场上销售的机械手以2~6个自由度的为多，当然，一般需要有3个自由度以上的才能称为机械手，3个或3个以下的一般称为坐标机器人。

除了自由度之外最重要的就是精度和刚性问题（后者在多自由度机械手中非常重要），前者关系到工作准确性，后者则关系到工作时的负载大小及速度。

2：关于驱动系统，如果是中小负载中高工作速度，建议选用全电驱动或电气联合驱动，反之则可以考虑电液气混合驱动。

3：关于设计方法，建议以使用目的为导向来考虑，具体无经验，不多说。

4：关于发展趋势：目前世界高端工业机械手均有高精化，高速化，多轴化，轻量化的发展趋势。定位精度可以满足微米及亚微米级要求，运行速度可以达到3M/S，量产产品达到6轴，负载2KG的产品系统总重已突破100KG。

5：借鉴资料推荐参考以下品牌：ABB，EPSON

引 言

在现代工业中，生产过程的机械化、自动化已成为突出的主题。随着工业现代化的进一步发展,自动化已经成为现代企业中的重要支柱,无人车间、无人生产流水线等等，已经随处可见。同时，现代生产中，存在着各种各样的生产环境，如高温、放射性、有毒气体、有害气体场合以及水下作业等，这些恶劣的生产环境不利于人工进行操作。

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。尤其在高温、高压、粉尘、噪声以及带有放射性和污染的场合，应用得更为广泛。在我国，近几年来也有较快的发展，并取得一定的效果，受到机械工业和铁路工业部门的重视。

本课题拟开发物料搬运机械手，采用日本三菱公司的FX2N系列PLC，对实验室现有的TVT—99D机械手模型进行开发。该装置机械部分有滚珠丝杠、滑轨、汽缸、气控机械抓手等；电气方面由步进电机、驱动模块、传感器、开关电源、电磁阀、旋转码盘、操作台等部件组成。我们利用可编程技术，结合相应的硬件装置，控制机械手完成各种动作。

本课题是有我和徐立同同学合作共同完成,在整个设计过程中徐立同同学主要负责硬件方面如接线、画各个电气设备的电路接线图等；而我则是主要负责软件部分,在实际的设计调试过程中我主要负责PLC的接线编程、调试等工作。当然了硬件和软件是不分家的，谁也离不开谁，因此，在整个设计过程中各种方案的敲定与实施均是由我们俩个在指导老师的帮助下共同研究、推敲、讨论试验调试中确定的。为了能够实现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，广泛应用于柔性自动线。再加上本课题开发的机械手采用的日本三菱公司的FX2N系列PLC控制，是一种按预先设定的程序进行工件的搬运的自动化装置，可部分代替人工在高温和危险的作业区进行单调持久的作业，并要实现根据工件的简单的变化要求随时更改相关控制参数。为达到这些要求，我们设计的控制方案尽量在我们力所能及的范围内选择最佳的方案。如在本设计中遇到的对直流电机的控制问题中，在控制直流电机正反转的问题上通过老师的指导我们想到了两种控制方案：一种是在原设备的基础上加上四个继电器实现其控制功能；另一种则是根据三菱公司的FX2N系列PLC的输出端的内部电路的特点，可以在不增加其他设备的情况下实现控制要求。我在最大限度的满足工艺流程和控制要求的同时，还要考虑要有很高的性价比，因此我们选择了后一种方案。也许后一种方案有其弊端，但目前还没有发现。望大家多多指教。

当然了，由于我们水平的限制和时间的仓促，在很多地方的控制方案还不是很理想，同时还遗留有很多的问题，需要进一步的研究中才能解决，望各位老师和广大同学批评和指教。 机械手的毕业设计说明书一．前言1．1设计的意义与作用机械手是在机械化，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，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能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力大的特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用。 在工业生产过程中，尤其在自动流水线上，零件的加工和搬运都可能用到机械手。本课题就为解决海门恒豪制针有限公司在缝纫机针的生产过程中，抛光这一工艺工作。缝纫机针且夹紧不方便，要使用一个专用夹具用于抛光工作，为了解决以上传统的缺点，设计了该液压式摆动机械手。1.2机械手的工作原理 该机械手采用了液压驱动方式来实现其工作的要求，工作要求就是机械手臂的上下能够摆动，手臂的回转运动，手腕的回转运动及手部的夹持运动，本次设计的机械手主要用于缝纫机针的抛光工作，可用几台液压摆动机械手与抛光机相配合，进行协调实现抛光工作的自动化生产线，机械手的手指夹持缝纫机针，在即旋转又往复移动的抛光机上进行上下摆动，根据抛光工艺过程，自动线上有4台机械手，各机械手间互传递着缝纫机针，调换缝纫机针的大小头，并进行粗精抛光操作。1．3抛光自动生产线的组成及工作原理抛光自动生产线的平面布置图如下：1．4．自动生产线的工作方式及组成： 全线由震动式顺针机，上料工作台，4台机械手，4台抛光机和装针斗组成。4只抛光轮分别由电动机带动旋转，由另外的电动机经传动装置（如曲柄滑块机构）带动4只抛光轮一同作左右往复运动，每台机械手分别由自身的电子程序控制器控制，根据抛光工艺要求所编制的程序，依次进行程序转换，控制机械手液压系统的电磁换向阀，从而使机械手按程序进行各种动作。 4台机械手动作相同，全自动线动作过程如下：机械手1在上料位置工人将待抛光的针70-80支，经震动式顺针机整齐后送到待夹料位置，发信号启动，机械手1的手指将针夹牢，手臂顺时针回转90°到抛光位置（此时抛光机已经旋转并左右移动），手臂上下摆动一次，手腕回转180°手臂再上下摆动一次（手臂两次下摆动作时间不同，根据需要可自行调整），手臂顺时针再回转90°（即到180°位置），机械手1和机械手2同到换夹针位置，机械手2先将缝纫机针夹牢后再发信号，机械手1的手指才松开，并开始复原，即手臂逆时针回转180°，同时手腕反向回转180°，到达上料位置，等待下个工作循环，机械手2，机械手3，机械手4的动作程序与机械手1相同。缝纫机针就在各机械手间依次传递，调换针的大小头，进行粗抛和精抛操作。当机械手4抛光程序完成后，其手臂转到下料位置时手指松开，将抛光好的针卸到装针2．1液压摆动机械手的工作参数 抓针数量：一次夹持缝纫机针70-80只 座标型式：球坐标 自由度数：3个 手臂回转范围：0°-180° 手臂回转速度：90°／S 手臂的俯仰范围：0°-180° 驱动方式：液压驱动 控制方式：采用电子程序控制 定位方式：手臂回转的两端位置用死挡铁定位 手臂俯仰两端点：用活塞与端盖相碰定位2．2液压摆动机械手的工作原理简图：结论 液压摆动机械手能将工件从一个工位，传到下一个工位的工作，它从外部结构上把自动线中的各台自动机床联系成一个整体。有一定的握力和工作速度，有准确的定位精度，将零件可靠地装上夹具，能准确可靠的完成预定工作。参考文献

你好朋友，我正好有你要的毕业设计，我做的设计就是这个！机械手的控制设计！免费的给你！发一点你看看啊！第一章 引 言 1.1 工业机械手概述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。机器人应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标志。生产中应用机械手可以提高生产的自动化水平，可以减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全生产尤其在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣的环境中，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、锻、焊接、热处理、电镀、喷漆、装配以及轻工业、交通运输业等方面得到越来越广泛的引用。机械手的结构形式开始比较简单，专用性较强，仅为某台机床的上下料装置，是附属于该机床的专用机械手。随着工业技术的发展，制成了能够独立的按程序控制实现重复操作，适用范围比较广的“程序控制通用机械手”，简称通用机械手。由于通用机械手能很快的改变工作程序，适应性较强，所以它在不断变换生产品种的中小批量生产中获得广泛的引用。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。其主要特点是:介质李源极为方便，输出力小，气动动作迅速，结构简单，成本低。但是，由于空气具有可压缩的特性，工作速度的稳定性较差，冲击大，而且气源压力较低，抓重一般在30公斤以下，在同样抓重条件下它比液压机械手的结构大，所以适用于高速、轻载、高温和粉尘大的环境中进行工作。气动技术有以下优点: (1)介质提取和处理方便。气压传动工作压力较低，工作介质提取容易，而后排入大气，处理方便，一般不需设置回收管道和容器:介质清洁，管道不易堵存在介质变质及补充的问题. (2)阻力损失和泄漏较小，在压缩空气的输送过程中，阻力损失较小(一般不卜浇塞仅为油路的千分之一)，空气便于集中供应和远距离输送。外泄漏不会像液压传动那样，造成压力明显降低和严重污染。 (3)动作迅速，反应灵敏。气动系统一般只需要0.02s-0.3s即可建立起所需的压力和速度。气动系统也能实现过载保护，便于自动控制。 (4)能源可储存。压缩空气可存贮在储气罐中，因此，发生突然断电等情况时，机器及其工艺流程不致突然中断。 (5)工作环境适应性好。在易燃、易爆、多尘埃、强磁、强辐射、振动等恶劣环境中，气压传动与控制系统比机械、电器及液压系统优越，而且不会因温度变化影响传动及控制性能。 (6)成本低廉。由于气动系统工作压力较低，因此降低了气动元、辅件的材质和加工精度要求，制造容易，成本较低。传统观点认为:由于气体具有可压缩性，因此，在气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，似乎更难想象)。此外气源工作压力较低，抓举力较小。虽然气动技术作为机器人中的驱动功能已有部分被工业界所接受，而且对于不太复杂的机械手，用气动元件组成的控制系统己被接受，但由于气动机器人这一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、气动机器人的实用性和前景存在不少疑虑。 1.2 气动机械手的设计要求 1.2.2 课题的设计要求本课题将要完成的主要任务如下: (1)机械手为通用机械手，因此相对于专用机械手来说，它的适用面相对较广。 (2)选取机械手的座标型式和自由度。 (3)设计出机械手的各执行机构，包括:手部、手腕、手臂等部件的设计。为了使通用性更强，手部设计成可更换结构，不仅可以应用于夹持式手指来抓取棒料工件，在工业需要的时候还可以用气流负压式吸盘来吸取板料工件。 (4)气压传动系统的设计本课题将设计出机械手的气压传动系统，包括气动元器件的选取，气动回路的设计，并绘出气动原理图。 (5)机械手的控制系统的设计本机械手拟采用可编程序控制器(PLC)对机械手进行控制，本课题将要选取PLC型号，根据机械手的工作流程编制出PLC程序，并画出梯形图。 1.3 机械手的系统工作原理及组成机械手的系统工作原理框图如图1-1所示。 图1-1机械手的系统工作原理框图 机械手的工作原理：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。在PLC程序控制的条件下，采用气压传动方式，来实现执行机构的相应部位发生规定要求的，有顺序，有运动轨迹，有一定速度和时间的动作。同时按其控制系统的信息对执行机构发出指令，必要时可对机械手的动作进行监视，当动作有错误或发生故障时即发出报警信号。位置检测装置随时将执行机构的实际位置反馈给控制系统，并与设定的位置进行比较，然后通过控制系统进行调整，从而使执行机构以一定的精度达到设定位置. (一)执行机构包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的还增设行走机构。 1、手部即与物件接触的部件。由于与物件接触的形式不同，可分为夹持式和吸附式手在本课题中我们采用夹持式手部结构。夹持式手部由手指(或手爪)和传力机构所构成。手指是与物件直接接触的构件，常用的手指运动形式有回转型和平移型。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，但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，因此适宜夹持直径变化范围大的工件。手指结构取决于被抓取物件的表面形状、被抓部位(是外廓或是内孔)和物件的重量及尺寸。而传力机构则通过手指产生夹紧力来完成夹放物件的任务。传力机构型式较多时常用的有:滑槽杠杆式、连杆杠杆式、斜面杠杆式、齿轮齿条式、丝杠螺母弹簧式和重力式等。 2、手腕是连接手部和手臂的部件，并可用来调整被抓取物件的方位(即姿势) 3、手臂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(如油缸、气缸、齿轮齿条机构、连杆机构、螺旋机构和凸轮机构等)与驱动源(如液压、气压或电机等)相配合，以实现手臂的各种运动。 4、立柱立柱是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分，手臂的回转运动和升降(或俯仰)运动均与立柱有密切的联系。机械手的立柱因工作需要，有时也可作横向移动，即称为可移式立柱。 5、机座机座是机械手的基础部分，机械手执行机构的各部件和驱动系统均安装于机座上，故起支撑和连接的作用。 (二)驱动系统驱动系统是驱动工业机械手执行机构运动的。它由动力装置、调节装置和辅助装置组成。常用的驱动系统有液压传动、 气压传动、机械传动。 (三)控制系统控制系统是支配着工业机械手按规定的要求运动的系统。目前工业机械手的控制系统一般由程序控制系统和电气定位(或机械挡块定位)系统组成。该机械手采用的是PLC程序控制系统，它支配着机械手按规定的程序运动，并记忆人们给予机械手的指令信息(如动作顺序、运动轨迹、运动速度及时间)，同时按其控制系统的信息对执行机构发出指令，必要时可对机械手的动作进行监视，当动作有错误或发生故障时即发出报警信号。 (四)位置检测装置控制机械手执行机构的运动位置，并随时将执行机构的实际位置反馈给控制系统，并与设定的位置进行比较，然后通过控制系统进行调整，从而使执行机构以一定的精度达到设定位置. 第二章 机械手的整体设计方案

参考资料： http://sunqiliang99.blog.163.com

机械手主要由执行机构、驱动机构和控制系统三大部分组成。手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，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，改变被抓持物件的位置和姿势。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。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。自由度是机械手设计的关键参数。自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用机械手有2～3个自由度。控制系统是通过对机械手每个自由度的电机的控制，来完成特定动作。同时接收传感器反馈的信息，形成稳定的闭环控制。控制系统的核心通常是由单片机或dsp等微控制芯片构成，通过对其编程实现所要功能。

你可以把程序分为两块来写：第一步，机械手下降在第一工位抓取工件；第二步，机械手将工件平移至第二工位。工件检测到信号且第二步完成标志为ON的情况下启动第一步，同时复位第二步完成标志。在第一步动作完成后，置一标志位，表示第一步完成，用标志位启动第二步，第二步启动的同时将标志位复位，第二步完成后置第二步完成标志。

工业机械手主要由执行机构、驱动机构、和控制系统三大部分组成。

(1)执行机构

机械手的执行机构可以分为手部、手臂和躯干等三部分。手部一般安装在手臂的前端其构造是模仿人的手指。手臂可以分为无关节臂和有关节臂，其主要作用是引导手指准确地抓住工件，并运送到所需要的位置上。躯干是安装手臂、动力源和执行机构的支架。

(2)驱动机构

机械手的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。其中以液压、气动用的最多，电动和机械用的较少。

(3)控制系统

机械手控制的要素包括工作顺序、到达位置、动作时间、运动时间、运动速度和加减速度等。机械手的控制可以分为点位控制、连续轨迹控制、力控制和智能控制方式等。

工业机械手的机能

机械手的机能就是指它具有完成人们预定作业所需要的能力。运动机能是指机械手完成预定工艺操作应具有的运动自由度，以及所能到达的活动范围。同时还要求机械手具有对机械手的抓放、定向、工艺操作和行走的能力等。通用机械手应根据作业的要求，设计成具有完善的运动机能，即它的动作要接近于人手操作时的某些运动机能，以适应广大作业范围的需要。专用机械手则仅赋予部分的运动机能，可按照工艺操作的需要来确定。机械手又应具有一定的物理机能如载荷能力、运动速度、持续工作能力以及工作的准确性和稳定性等性能。此还应具有耐热、耐腐蚀的能力，以适应工艺操作的需要和具体的工作环境。机械手的另一个要机能就是控制机能。对专用机械手而言，是指能自动完成作业程序的能力。但对于一般的通用机械手其控制性能是指它具有自动地、或被动地变换程序的能力，即按照指令能自动地、再现地完成规定的动作程序的机能。

工业机械手作用

机械工业中，应用机械手的意义：

⑴可提高生产过程中的自动化程度

应用机械手有利于实现材料的传送、工件的装卸、刀具的更换以及机器的装配等的自动化的程度，从而可以提高劳动生产率和降低生产成本。

⑵可改善劳动条件，避免人身事故

在高温、高压、低温、低压、有灰尘、噪声、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空间狭窄的场合中，用人手直接操作是有危险或根本不可能的，而应用机械手即可部分或全部代替人安全的完成作业，使劳动条件得以改善。 在一些简单、重复，特别是较笨重的操作中，以机械手代替人进行工作，可以避免由于操作疲劳或疏忽而造成的人身事故。

⑶可以减轻人力，并便于有节奏的生产

应用机械手代替人进行工作，这是直接减少人力的一个侧面，同时由于应用机械手可以连续的工作，这是减少人力的另一个侧面。

加分发给你，先给你个头看看目录

摘要 1

第一章 机械手设计任务书 1

1.1毕业设计目的 1

1.2本课题的内容和要求 2

第二章 抓取机构设计 4

2.1手部设计计算 4

2.2腕部设计计算 7

2.3臂伸缩机构设计 8

第三章 液压系统原理设计及草图 11

3.1手部抓取缸 11

3.2腕部摆动液压回路 12

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 15

4.1电机的选择 16

4.2减速器的选择 17

4.3螺柱的设计与校核 17

第五章 机械手的定位与平稳性 19

5.1常用的定位方式 19

5.2影响平稳性和定位精度的因素 19

5.3机械手运动的缓冲装置 20

第六章 机械手的控制 21

第七章 机械手的组成与分类 22

7.1机械手组成 22

7.2机械手分类 24

第八章 机械手Solidworks三维造型 25

8.1上手爪造型 26

8.2螺栓的绘制 30

毕业设计感想 35

参考资料 36

送料机械手设计及Solidworks运动仿真

摘要

本课题是为普通车床配套而设计的上料机械手。工业机械手是工业生产的必然产物，它是一种模仿人体上肢的部分功能，按照预定要求输送工件或握持工具进行操作的自动化技术设备，对实现工业生产自动化，推动工业生产的进一步发展起着重要作用。因而具有强大的生命力受到人们的广泛重视和欢迎。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。

本课题通过应用AutoCAD 技术对机械手进行结构设计和液压传动原理设计，运用Solidworks技术对上料机械手进行三维实体造型，并进行了运动仿真，使其能将基本的运动更具体的展现在人们面前。它能实行自动上料运动；在安装工件时，将工件送入卡盘中的夹紧运动等。上料机械手的运动速度是按着满足生产率的要求来设定。

关键字 机械手，AutoCAD，Solidworks 。

第一章 机械手设计任务书

1.1毕业设计目的

毕业设计是学生完成本专业教学计划的最后一个极为重要的实践性教学环节，是使学生综合运用所学过的基本理论、基本知识与基本技能去解决专业范围内的工程技术问题而进行的一次基本训练。这对学生即将从事的相关技术工作和未来事业的开拓都具有一定意义。

其主要目的：

培养学生综合分析和解决本专业的一般工程技术问题的独立工作能力，拓宽和深化学生的知识。

培养学生树立正确的设计思想，设计构思和创新思维，掌握工程设计的一般程序规范和方法。

培养学生树立正确的设计思想和使用技术资料、国家标准等手册、图册工具书进行设计计算，数据处理，编写技术文件等方面的工作能力。

培养学生进行调查研究，面向实际，面向生产，向工人和技术人员学习的基本工作态度，工作作风和工作方法。

1.2本课题的内容和要求

（一、）原始数据及资料

（1、）原始数据：

生产纲领：100000件（两班制生产）

自由度（四个自由度）

臂转动180º

臂上下运动500mm

臂伸长（收缩）500mm

手部转动 ±180º

（2、）设计要求：

a、上料机械手结构设计图、装配图、各主要零件图（一套）

b、液压原理图（一张）

c、机械手三维造型

d、动作模拟仿真

e、设计计算说明书（一份）

（3、）技术要求

主要参数的确定：

a、坐标形式：直角坐标系

b、臂的运动行程：伸缩运动500mm，回转运动180º。

c、运动速度：使生产率满足生产纲领的要求即可。

d、控制方式：起止设定位置。

e、定位精度：±0.5mm。

f、手指握力：392N

g、驱动方式：液压驱动。

（二、）料槽形式及分析动作要求

（ 1、）料槽形式

由于工件的形状属于小型回转体，此种形状的零件通常采用自重输送的输料槽,如图1.1所示，该装置结构简单，不需要其它动力源和特殊装置，所以本课题采用此种输料槽。

图1.1机械手安装简易图

（2、）动作要求分析如图1.2所示

动作一：送 料

动作二：预夹紧

动作三：手臂上升

动作四：手臂旋转

动作五：小臂伸长

动作六：手腕旋转

预夹紧

手臂上升

手臂旋转

小臂伸长

手腕旋转

手臂转回

图1.2 要求分析

第二章 抓取机构设计

2.1手部设计计算

一、对手部设计的要求

1、有适当的夹紧力

手部在工作时，应具有适当的夹紧力，以保证夹持稳定可靠，变形小，且不损坏工件的已加工表面。对于刚性很差的工件夹紧力大小应该设计得可以调节，对于笨重的工件应考虑采用自锁安全装置。

2、有足够的开闭范围

夹持类手部的手指都有张开和闭合装置。工作时，一个手指开闭位置以最大变化量称为开闭范围。对于回转型手部手指开闭范围，可用开闭角和手指夹紧端长度表示。手指开闭范围的要求与许多因素有关，如工件的形状和尺寸，手指的形状和尺寸，一般来说，如工作环境许可，开闭范围大一些较好，如图2.1所示。

图2.1 机械手开闭示例简图

3、力求结构简单，重量轻，体积小

手部处于腕部的最前端，工作时运动状态多变，其结构，重量和体积直接影响整个机械手的结构，抓重，定位精度，运动速度等性能。因此，在设计手部时，必须力求结构简单，重量轻，体积小。

4、手指应有一定的强度和刚度

5、其它要求

因此送料，夹紧机械手，根据工件的形状，采用最常用的外卡式两指钳爪，夹紧方式用常闭史弹簧夹紧，松开时，用单作用式液压缸。此种结构较为简单，制造方便。

二、拉紧装置原理

如图2.2所示【4】：油缸右腔停止进油时，弹簧力夹紧工件，油缸右腔进油时松开工件。

图2.2 油缸示意图

1、右腔推力为

FP=（π／4）D²P（2.1）

=（π／4）0.5²2510³

=4908.7N

2、根据钳爪夹持的方位，查出当量夹紧力计算公式为：

F1=（2b／a）（cosα′）²N′（2.2）

其中 N′=498N=392N，带入公式2.2得：

F1=（2b／a）（cosα′）²N′

=(2150/50)（cos30º）²392

=1764N

则实际加紧力为 F1实际=PK1K2/η （2.3）

=17641.51.1/0.85=3424N

经圆整F1=3500N

3、计算手部活塞杆行程长L,即

L=（D/2）tgψ （2.4）

=25×tg30º

=23.1mm

经圆整取l=25mm

4、确定“V”型钳爪的L、β。

取L/Rcp=3 （2.5）

式中：Rcp=P/4=200/4=50（2.6）

由公式（2.5）（2.6）得：L=3×Rcp=150

取“V”型钳口的夹角2α=120º，则偏转角β按最佳偏转角来确定，

查表得：

β=22º39′

5、机械运动范围（速度）【1】

（1）伸缩运动 Vmax=500mm/s

Vmin=50mm/s

（2）上升运动 Vmax=500mm/s

Vmin=40mm/s

（3）下降Vmax=800mm/s

Vmin=80mm/s

（4）回转Wmax=90º/s

Wmin=30º/s

所以取手部驱动活塞速度V=60mm/s

6、手部右腔流量

Q=sv（2.7）

=60πr²

=60×3.14×25²

=1177.5mm³/s

7、手部工作压强

P= F1/S （2.8）

=3500/1962.5=1.78Mpa

2.2腕部设计计算

腕部是联结手部和臂部的部件，腕部运动主要用来改变被夹物体的方位，它动作灵活，转动惯性小。本课题腕部具有回转这一个自由度，可采用具有一个活动度的回转缸驱动的腕部结构。

要求：回转±90º

角速度W=45º/s

以最大负荷计算：

当工件处于水平位置时，摆动缸的工件扭矩最大，采用估算法，工件重10kg，长度l=650mm。如图2.3所示。

1、计算扭矩M1〖4〗

设重力集中于离手指中心200mm处，即扭矩M1为：

M1=F×S （2.9）

=10×9.8×0.2=19.6（N·M）

F

S

F

图2.3 腕部受力简图

2、油缸（伸缩）及其配件的估算扭矩M2〖4〗

F=5kg S=10cm

带入公式2.9得

M2=F×S=5×9.8×0.1 =4.9（N·M）

3、摆动缸的摩擦力矩M摩〖4〗

F摩=300（N）（估算值）

S=20mm （估算值）

M摩=F摩×S=6（N·M）

4、摆动缸的总摩擦力矩M〖4〗

M=M1+M2+M摩 （2.10）

=30.5（N·M）

5.由公式

T=P×b（ΦA1²-Φmm²）×106/8 （2.11）

其中： b—叶片密度，这里取b=3cm；

ΦA1—摆动缸内径, 这里取ΦA1=10cm；

Φmm—转轴直径, 这里取Φmm=3cm。

所以代入（2.11）公式

P=8T/b（ΦA1²-Φmm²）×106

=8×30.5/0.03×（0.1²-0.03²）×106

=0.89Mpa

又因为

W=8Q/（ΦA1²-Φmm²）b

所以

Q=W（ΦA1²-Φmm²）b/8

=（π/4）（0.1²-0.03²）×0.03/8

=0.27×10-4m³/s

=27ml/s

2.3臂伸缩机构设计

手臂是机械手的主要执行部件。它的作用是支撑腕部和手部，并带动它们在空间运动。

臂部运动的目的，一般是把手部送达空间运动范围内的任意点上，从臂部的受力情况看，它在工作中即直接承受着腕部、手部和工件的动、静载荷，而且自身运动又较多，故受力较复杂。

机械手的精度最终集中在反映在手部的位置精度上。所以在选择合适的导向装置和定位方式就显得尤其重要了。

手臂的伸缩速度为200m/s

行程L=500mm

1、手臂右腔流量，公式（2.7）得：【4】

Q=sv

=200×π×40²

=1004800mm³/s

=0.1/10²m³/s

=1000ml/s

2、手臂右腔工作压力，公式（2.8） 得：〖4〗

P=F/S （2.12）

式中：F——取工件重和手臂活动部件总重，估算 F=10+20=30kg， F摩=1000N。

所以代入公式（2.12）得：

P=（F+ F摩）/S

=（30×9.8+1000）/π×40²

=0.26Mpa

3、绘制机构工作参数表如图2.4所示：

图2.4机构工作参数表

4、由初步计算选液压泵〖4〗

所需液压最高压力

P=1.78Mpa

所需液压最大流量

Q=1000ml/s

选取CB-D型液压泵（齿轮泵）

此泵工作压力为10Mpa，转速为1800r/min，工作流量Q在32—70ml/r之间，可以满足需要。

5、验算腕部摆动缸：

T=PD（ΦA1²-Φmm²）ηm×106/8（2.13）

W=8θηv/（ΦA1²-Φmm²）b （2.14）

式中：Ηm—机械效率取：0.85～0.9

Ηv—容积效率取：0.7～0.95

所以代入公式（2.13）得：

T=0.89×0.03×（0.1²-0.03²）×0.85×106/8

=25.8（N·M）

T<M=30.5（N·M）

代入公式（2.14）得：

W=（8×27×10-6）×0.85/（0.1²-0.03²）×0.03

=0.673rad/s

W<π/4≈0.785rad/s

因此，取腕部回转油缸工作压力 P=1Mpa

流量 Q=35ml/s

圆整其他缸的数值：

手部抓取缸工作压力PⅠ=2Mpa

流量QⅠ=120ml/s

小臂伸缩缸工作压力PⅠ=0.25Mpa

流量QⅠ=1000ml/s

第三章 液压系统原理设计及草图

3.1手部抓取缸

图 3.1手部抓取缸液压原理图〖7〗

1、手部抓取缸液压原理图如图3.1所示

2、泵的供油压力P取10Mpa，流量Q取系统所需最大流量即Q=1300ml/s。

因此，需装图3.1中所示的调速阀，流量定为7.2L/min，工作压力P=2Mpa。

采用：

YF-B10B溢流阀

2FRM5-20/102调速阀

23E1-10B二位三通阀

搬运机器人由执行机构、驱动机构和控制机构三部分组成。

1、执行机构

1) 手部

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)。手部多为两指(也有多指)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(主要用于可吸附的，光滑表面的零件或薄板零件)和电磁吸盘。

传力机构形式较多，常用的有：滑槽杠杆式、连杆杠杆式、斜楔杠杆式、齿轮齿条式、丝杠螺母式、弹簧式和重力式。本次设计的手部选择夹持类回转型结构手部。手部执行依靠杆的伸缩运动来实现其张合运动，杆的动力源来自后续驱动源的液压缸，该液压缸采用的是伸缩式液压缸，该液压缸能够节省横向的工作空间。

2)腕部

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(一般小于270)，并且要求严格密封，否则就难保证稳定的输出扭矩。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。本次设计的搬运机器人的腕部是实现手部180的旋转运动。

腕部的驱动方式采用直接驱动的方式，由于腕部装在手臂的末端，所以必须设计的十分紧凑可以把驱动源装在手腕上。机器人手部的张合是由双作用单柱塞液压缸驱动的而手腕的回转运动则由回转液压缸实现。将夹紧活塞缸的外壳与摆动油缸的动片连接在一起当回转液压缸中不同的油腔中进油时即可实现手腕不同方向的回转。

3)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。本次设计实现臂部的上下移动、前后伸缩、以及臂部的回转运动。手臂的运动参数：伸缩行程：1200mm伸缩速度：83mm/s升降行程：300mm升降速度：67mm/s回转范围：180~0。机器人手臂的伸缩使其手臂的工作长度发生变化，在圆柱坐标式结构中，手臂的最大工作长度决定其末端所能达到的圆柱表面直径。伸缩式臂部机构的驱动可采用液压缸直接驱动。

4)机座

机座是机身机器人的基础部分，起支撑作用。对固定式机器人，直接联接在地面上，对可移动式机器人，则安装在移动结构上。机身由臂部运动(升降、平移、回转和俯仰)机构及其相关的导向装置、支撑件等组成。并且，臂部的升降、回转或俯仰等运动的驱动装置或传动件都安装在机身上。臂部的运动越多，机身的结构和受力越复杂。本次毕业设计的搬运机器人的机身选用升降回转型机身结构臂部和机身的配置型式采用立柱式单臂配置，其驱动源来自回转液压缸。

2、驱动机构

驱动机构是搬运机器人的重要组成部分。根据动力源的不同，工业机械手的驱动机构大致可分为液压、气动、电动和机械驱动等四类。

(1)液压传动。具有较大功率体积比，常用于大负载的场合压力、流量均容易控制，可无级调速反应灵敏，可实现连续轨迹控制，维修方便但液体对温度变化敏感，油液泄漏易着火中小型专用机械手或机器人都有应用，重型机械手多为液压驱动液压元件成本较高，油路也比较复杂。

(2)气压传动。气动系统简单，成本低，适合于节拍快、负载小且精度要求不高的场合，常用于点位控制、抓取、弹性握持和真空吸附，可高速，但冲击较严重，精确定位困难维修简单，能在高温、粉尘等恶劣环境中使用，泄漏无影响中小型专用机械手或机器人都有应用。

(3)电动。有异步电机、直流电机、步进或伺服电机等电动驱动方式。电动机使用简单，且随着材料性能的提高，电动机性能也逐渐提高，目前主要适合于中等负载，特别是适合动作复杂、运动轨迹严格的工业机器人和各种微型机器人。

(4)制动器：

制动器及其作用： 制动器是将机械运动部分的能量变为热能释放，从而使运动的机械速度降低或者停止的装置，它大致可分为机械制动器和电气制动起两类。 在机器人机构中，学要使用制动器的情况如下：

① 特殊情况下的瞬间停止和需要采取安全措施

② 停电时，防止运动部分下滑而破坏其他装置。

机械制动器：

机械制动器有螺旋式自动加载制动器、盘式制动器、闸瓦式制动器和电磁制动器等几种。其中最典型的是电磁制动器。

在机器人的驱动系统中常使用伺服电动机，伺服电机本身的特性决定了电磁制动器是不可缺少的部件。从原理上讲，这种制动器就是用弹簧力制动的盘式制动器，只有励磁电流通过线圈时制动器打开，这时制动器不起制动作用，而当电源断开线圈中无励磁电流时，在弹簧力的作用下处于制动状态的常闭方式。因此这种制动器被称为无励磁动作型电磁制动器。又因为这种制动器常用于安全制动场合，所以也称为安全制动器。

电气制动器

电动机是将电能转换为机械能的装置，反之，他也具有将旋转机械能转换为电能的发电功能。换言之，伺服电机是一种能量转换装置，可将电能转换为机械能，同时也能通过其反过程来达到制动的目的。但对于直流电机、同步电机和感应电机等各种不同类型的电机，必须分别采用适当的制动电路。

3、控制机构

构建机器人平台的核心是建立机器人的控制系统。首先需要选择和硬件平台，控制系统硬件平台对于系统的开放性、实现方式和开发工作量有很大的影响。一般常用的控制系统硬件平台应满足：硬件系统基于标准总线机构，具有可伸缩性硬件结构具有必要的实时计算能力硬件系统模块化，便于添加或更改各种接口、传感器和特殊计算机等低成本。到目前为止，一般机器人控制系统的硬件平台可以大致分为两类：基于VME总线(Versamodel Eurocard由Motorola公司1981年推出的第一代32位工业开放标准总线)的系统和基于PC总线的系统。近年来，随着PC机性能的快速发展，可靠性大为提高，价格却大幅度降低，以PC机为核心的控制系统已广泛被机器人控制领域所接受。