机械创新设计——机械手夹持器
机器人机械手爪综述
机器⼈机械⼿⽖综述机器⼈机械⼿⽖综述⽬录⼀、夹钳式⼿部设计的基本要求 (3)⼆、典型机械⽖结构 (4)1）回转型 (4)2）移动型 (5)三、夹钳式⼿部的计算与分析 (9)1）夹紧⼒的计算 (9)2）夹紧缸驱动⼒计算 (11)3）计算步骤 (12)4）⼿⽖的夹持误差分析与计算 (12)四、常⽤⽓⽖ (17)1）⽓动⼿指⽓缸具有如下特点： (17)2）⽓动⼿指⽓缸主要类型与型号 (18)⼯业机器⼈的⼿部(亦称机械⽖或抓取机构)是⽤来直接握持⼯件的部件，由于被握持⼯件的形状、尺⼨⼤⼩、重量、材料性能、表⾯状况等的不同，所以⼯业机械⼿的⼿部结构是多种多样的，⼤部分的⼿部结构是根据特定的⼯件要求⽽设计的。
常⽤的⼿部，按其握持⼯件的原理，⼤致可分成夹持和吸附两⼤类。
夹持类常见的主要有夹钳式，此外还有钩托式和弹簧式。
夹持类⼿部按其⼿指夹持⼯件时的运动⽅式，可分为⼿指回转型和⼿指平移型两种，如图1所⽰。
吸附类中，有⽓吸式和磁吸式。
a)回转型内撑式b)回转型外夹式c)平移型外夹式d)钩托式e)弹簧式f)⽓吸式g)磁吸式图1 机械⽖类型夹钳式⼿部是由⼿指、传动机构和驱动装置三部分组成的，它对抓取各种形状的⼯件具有较⼤的适应性，可以抓取轴、盘、套类零件。
⼀般情况下，多采⽤两个⼿指，少数采⽤三指或多指。
驱动装置为传动机构提供动⼒，驱动源有液压、⽓动和电动等⼏种形式。
常见的传动机构往往通过滑槽、斜楔、齿轮齿条、连杆机构实现夹紧或松开。
平移型⼿指的张开闭合靠⼿指的平⾏移动，适于夹持平板、⽅料。
在夹持直径不同的圆棒时，不会引起中⼼位置的偏移。
但这种⼿指结构⽐较复杂、体积⼤，要求加⼯精度⾼。
回转型⼿指的张开闭合靠⼿指根部(以枢轴⽀点为中⼼)的回转运动来完成。
枢轴⽀点为⼀个的，称为单⽀点回转型；为两个的，称为双⽀点回转型。
这种⼿指结构简单，形状⼩巧，但夹持不同⼯件会产⽣夹持定位偏差。
a)单⽀点回转型b)双⽀点回转型C）平移型(平直指)图2 回转型和平移型⼿指⼀、夹钳式⼿部设计的基本要求1. 应具有适当的夹紧⼒和驱动⼒。
夹持器
夹持器2.1夹持器设计的基本要求（1）应具有适当的夹紧力和驱动力； （2）手指应具有一定的开闭范围； （3）应保证工件在手指内的夹持精度； （4）要求结构紧凑，重量轻，效率高； （5）应考虑通用性和特殊要求。
设计参数及要求（1）采用手指式夹持器，执行动作为抓紧—放松；（2）所要抓紧的工件直径为80mm 放松时的两抓的最大距离为110-120mm/s ， 1s 抓紧,夹持速度20mm/s ；（3）工件的材质为5kg ，材质为45#钢； （4）夹持器有足够的夹持力；（5）夹持器靠法兰联接在手臂上。
由液压缸提供动力。
2.2夹持器结构设计 2.2.1夹紧装置设计. 2.2.1.1夹紧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、作用点进行分析、计算。
一般来说，加紧力必须克服工件的重力所产生的静载荷（惯性力或惯性力矩）以使工件保持可靠的加紧状态。
手指对工件的夹紧力可按下列公式计算：123N F K K K G ≥ 2-1式中：1K —安全系数，由机械手的工艺及设计要求确定,通常取1.2——2.0，取1.5；2K —工件情况系数，主要考虑惯性力的影响， 计算最大加速度，得出工作情况系数2K , 20.02/111 1.0029.8a K g =+=+=，a 为机器人搬运工件过程的加速度或减速度的绝对值（m/s ）；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，手指与工件位置：手指水平放置 工件垂直放置； 手指与工件形状：V 型指端夹持圆柱型工件，30.5sin K fθ=，f 为摩擦系数，θ为V 型手指半角，此处粗略计算34K ≈,如图2.1图2.1G —被抓取工件的重量求得夹紧力N F ，123 1.5 1.002439.8176.75N F K K K Mg N ==⨯⨯⨯⨯=，取整为177N 。
2.2.1.2驱动力力计算根据驱动力和夹紧力之间的关系式：2sin N FcF b a=式中：c —滚子至销轴之间的距离； b —爪至销轴之间的距离；a —楔块的倾斜角可得2sin 177286sin16195.1534N F b a F N c ⨯⨯⨯===，得出F 为理论计算值，实际采取的液压缸驱动力'F 要大于理论计算值，考虑手爪的机械效率η，一般取0.8～0.9，此处取0.88，则：'195.15221.7620.88FF N η=== ，取'500F N =2.2.1.3液压缸驱动力计算设计方案中压缩弹簧使爪牙张开，故为常开式夹紧装置，液压缸为单作用缸，提供推力：2=4F D p π推式中 D ——活塞直径 d ——活塞杆直径 p ——驱动压力，'F F =推,已知液压缸驱动力'F ，且'50010F N KN =<由于'10F KN <，故选工作压力P=1MPa据公式计算可得液压缸内径：25.231D mm===根据液压设计手册,见表2.1，圆整后取D=32mm 。
机械设计创新设计题目
创新设计题目伸缩式螺旋千斤顶是随着汽车大众化而出现的新式起重器，它具有结构新颖、体积小、重量轻、操作方便、省力等特点。
试按下述参数要求进行设计：承载10000N，全升程252mm（十）、窗玻璃擦洗装置设计一窗玻璃擦洗装置，工作人员只需站在室内操作，要求操作方便、安全、原理新颖、成本较低、适合家庭及办公楼房使用。
（十一）、多功能台虎钳设计一种新型台虎钳，要求其能够满足空间不同角度的定位需求。
（十二）、手动式汽车轮胎充气装置试设计一种手动式汽车轮胎充气装置，该装置能够在没有电力驱动的情况下，完全靠手动完成对汽车轮胎的充气过程。
要求体积小、重量轻、操作方便、成本较低、造型美观。
（十三）、手动金属钻孔工具设计一手动金属钻空装置，完全依靠手动的力量实现金属钻孔过程。
要求操作方便、省力、结构合理、体积小、外型美观。
（十四）、新型联轴器设计设计一新型联轴器，要求冲击小、缓冲能力好、适用的速度范围较广、结构简单、加工方便、有创新性。
（十五）、太空仓宇航员体重测量装置设计一台能够在太空失重状态下测量宇航员体重的装置，并考虑如何在地面重力作用下进行该设备的性能测量。
（十七）、硬币分拣装置设计一硬币分拣装置，该装置能将不同面值的硬币分拣并打包。
要求体积小、外形美观、操作方便，最好具有显示功能。
（十八）、电杆爬升装置设计一新型电杆爬升装置，用于帮助电力工人攀爬电杆，要求该机构具有结构简单、重量轻、操作方便、使用可靠、攀爬速度较快等优点。
（十九）、光滑壁面爬升清洗装置设计一种可以爬升光滑壁面（比如：玻璃墙面）并进行清洗的装置，要求体积小、重量轻、能遥控（或电控）自动换向、安全、可靠、操作方便。
（二十）、可折叠变升程梯设计一种可以折叠的新型梯子，要求具有变升程功能，最大高度可达6米，载重量可达200公斤，要求使用方便、可以实现完全折叠、强度可靠、攀爬方便、重量限定在人力可及的范围。
（二十一）、水果削皮器设计一种新型的水果削皮器，要求原理新颖、结构简单、外形美观、操作方便、效率高、具有市场竞争优势。
双功能机械手夹持器[实用新型专利]
![双功能机械手夹持器[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/069da792a417866fb94a8e9d.png)
专利名称：双功能机械手夹持器专利类型：实用新型专利
发明人：董师尧
申请号：CN86204193
申请日：19860628
公开号：CN86204193U
公开日：
19880224
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型公布了一种机械手夹持器，它具有夹持物件和剪切缆索的双重功能，适用于有这两种功能需要的机械手，特别适用于水下机械手，可以顺利进行水下作业。
本实用新型是在一种普通的机械手夹持器臂上安装一对能剪切的刀片，当手掌闭合运动时，刀片作剪切运动，达到在夹持的同时完成剪切动作。
申请人：武昌造船厂
地址：湖北省武汉市武昌紫阳路2号
国籍：CN
代理机构：中国船舶工业总公司专利事务所
代理人：熊昌烈
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夹持式机械手方案设计
夹持式机械手方案设计一、需求背景夹持式机械手在工业自动化领域中发挥着重要的作用。
为满足客户对于夹持式机械手的需求，本文将设计一种夹持式机械手的方案，旨在提高生产效率、降低劳动成本，并同时满足安全可靠的要求。
二、方案设计1. 机械结构设计夹持式机械手的机械结构设计是关键的一环。
我们将采用三段式结构设计，分别为底座、臂和夹具。
底座用于提供机械手的稳定性和支撑力，臂用于实现机械手的柔性运动，夹具用于夹持工件。
机械结构的设计应充分考虑负载能力、运动轨迹和工作范围等因素，以提高机械手的工作效率和稳定性。
2. 控制系统设计控制系统设计是实现夹持式机械手自动化的关键。
我们将采用PLC （可编程逻辑控制器）作为控制核心，通过输入输出模块和传感器实现对机械手的控制与监测。
控制系统设计需要考虑机械手的运动控制、夹持力控制和安全保护等功能，以确保机械手的正常操作和工作安全。
3. 电气系统设计电气系统设计是机械手运行的动力保障。
我们将采用三相交流电作为机械手的供电方式，通过电气控制柜实现对电气元件的控制和保护。
电气系统设计应考虑机械手的供电要求、电源稳定性和电气安全等因素，以确保机械手的稳定运行和安全使用。
4. 软件系统设计软件系统设计是实现机械手智能化的核心。
我们将采用基于编程的方法，编写适应夹持式机械手功能的软件程序，实现机械手的自动化控制和操作。
软件系统设计应充分考虑机械手的运动规划、路径控制和异常处理等功能，以提高机械手的灵活性和智能化水平。
三、方案实施在方案实施过程中，我们将按照以下步骤进行：1. 机械结构的制造和组装：根据设计方案，制造并组装机械手的底座、臂和夹具等组成部分，在此过程中，要确保机械结构的质量和精度，以确保机械手的正常运行。
2. 控制系统的搭建和调试：根据设计方案，搭建PLC控制系统，并通过输入输出模块和传感器与机械手进行连接。
在此过程中，需要进行各个功能模块的调试与联调，确保控制系统的正常工作。
机械手夹持器设计说明书
机械手夹持器设计说明书1. 引言本文档旨在对机械手夹持器的设计进行详细说明。
机械手夹持器是一种用于在工业自动化应用中的夹持和操纵物体的装置。
本设计说明书将包括夹持器的总体设计原理、材料选用、结构设计和控制系统的介绍。
2. 总体设计原理2.1 夹持方式机械手夹持器采用并联机械结构，通过多个可调节的机械臂来夹持物体。
夹持方式可以是直接夹持、吸盘吸附或夹爪夹持等，具体夹持方式将在后续章节进行详细描述。
2.2 动力源和控制系统机械手夹持器使用电动驱动装置作为动力源，驱动机械臂进行夹持和操纵操作。
控制系统通过传感器实时监测夹持力度和物体位置，并根据预设的控制算法来控制机械手夹持器的动作。
3. 材料选用机械手夹持器的结构主要由以下材料构成：•高强度金属合金：用于支撑机械臂的主要结构，以保证夹持器的稳定性和耐用性。
•聚合物材料：用于夹爪的包裹和保护，以避免对夹持物体的损伤。
•弹性材料：用于夹持面的表面涂层，提供更好的摩擦力和夹持稳定性。
4. 结构设计4.1 机械臂结构机械手夹持器采用多节可调节机械臂结构，每个机械臂由连接杆和关节构成。
连接杆通常采用金属材料，关节由伺服电机控制。
机械臂的设计需要考虑到载荷能力、自重、稳定性和响应速度等因素。
4.2 夹持方式设计根据具体应用需求，机械手夹持器可以采用不同的夹持方式。
以下列举几种常见的夹持方式设计：4.2.1 直接夹持直接夹持是通过夹持爪直接夹紧物体，使用夹爪的运动来实现夹持和松开动作。
夹爪可以采用平行夹爪、角度夹爪或特殊形状的夹爪，具体设计需根据物体形状和尺寸进行优化。
4.2.2 吸盘吸附吸盘吸附是通过在夹持面上创建负压区域，使物体在吸盘表面产生吸附力以实现夹持。
吸盘的设计需要考虑到吸附面积、吸力稳定性和吸附面材料等因素。
4.2.3 夹爪夹持夹爪夹持是通过使用具有可调节的夹紧力的夹爪，实现对物体的夹紧和松开动作。
夹爪设计需要考虑到可调节力度、夹爪材料和形状等因素。
小型夹持式机械手及手臂设计
1 绪论1.1课题研究的目的和意义机器人是人类很早就梦想制造的、具有仿生性且处处听命于人的自动化机器，它可以帮助人类完成很多危险、繁重、重复的体力劳动。
机器人技术是现代科学技术高度集成和交融的产物，它涉及机械、控制、电子、传感器、计算机、人工智能、知识库系统以及认识科学等众多学科领域，是当代最具有代表性的机电一体化技术之一。
人类文明的发展、科技的进步已和机器人的研究、应用产生了密不可分的关系。
为了适应社会的需求，各院校都比较重视机器人技术和控制技术等课程在机械设计及其自动化专业的开设，使培养的学生懂得机器人设计方面的技术。
经过40多年的发展，现代机器人技术在工业、农业、国防、航空航天、商业、旅游、医药卫生、办公自动化及生活服务等众多领域获得了越来越普遍的应用。
机器人技术不断进步与创新，所到之处使整个制造业乃至整个社会都发生了和正在发生着翻天覆地的变化。
机器人是最具代表性的现代多种高新技术的综合体，它可以从某个角度折射出一个国家的科学水平和综合国力。
由于社会的需求，造就了一批从事设计、开发和使用机器人的高级人才。
而设计和开发的基础，是对机器人机械系统、感知系统和控制系统等的理解和掌握，才能较好的使用其中的资源来进行设计。
故此本文介绍了机器人设计的基本理论，讨论了机器人本体基本结构的相关内容，描述了机器人控制器和传感器等的基本原理，然后再介绍机器人轨迹规划和静力分析方面的知识，使学生既懂得怎样设计一个机器人，同时能熟练地运用此设计理论。
机器人技术是现代科学技术高度集成和交融的产物，计算机技术的不断肩部和发展使机器人技术的发展一次次达到一个新的水平。
机器人涉及机械、控制、电子、传感器、计算机、知识库系统以及认识科学等诸多学科领域，成为高科技中极为重要的组成部分。
人类文明的发展、科技的进步已和机器人的研究、应用产生了不可分的关系。
机器人技术是当代最具代表性的机电一体化技术之一。
机器人已广泛地应用于工业、国防、科技、生活等各个领域。
自动上下料机械手设计
自动上下料机械手的设计摘要随着机电一体化技术和计算机技术的应用，机械手的研究和开发水平获得了迅猛的发展并涉及到人类社会生产及生活的各个领域，特别是工业机械手在生产加工中的应用。
机械手是近代自动控制领域中出现的一种新型技术装备，它能模仿人体上肢某些动作，在生产中代替人搬运物体或操持工具进行动作，已成为现代机械制造系统中的一个重要组成部分。
本次设计主要设计自动上下料的机械手，该系统采用液压驱动，传动平稳，且易于控制，控制系统采用一般PLC所具有的位移寄存器和位移指令来编程。
关键词：机械手，液压驱动，控制系统目录1绪论 (1)2 工业机械手的设计方案 (2)2.1 工业机械手的组成 (2)2.2 上下料机械手的工作原理 (3)2.3 规格参数的选择 (3)2.4 设计路线与方案 (4)2.4.1 机械手的总体设计方案 (4)2.4.2 设计步骤 (4)2.4.3 研究方法和措施 (4)3 机械手各部分的计算与分析 (5)3.1 手部计算与分析 (5)3.1.1 滑槽杠杆式手部设计的基本要求 (5)3.1.2 手部的计算和分析 (5)3.2 腕部计算与分析 (12)3.2.1 腕部设计的基本要求 (12)3.2.2 腕部回转力矩的计算 (13)3.2.3 腕部摆动油缸设计 (16)3.2.4 选键并校核强度 (18)3.3 臂部计算与分析 (18)3.3.1 臂部设计的基本要求 (18)3.3.2 手臂的设计计算 (20)3.4 机身计算与分析 (28)4 液压系统设计 (29)4.1 液压系统总体设计 (29)4.2 液压元件的选择 (29)4.2.1 液压缸 (29)4.2.2 液压泵的选取要求及其具体选取 (31)4.2.3 选择液压控制阀的原则 (33)4.2.4 选择液压辅助元件的要求 (33)5 液压元件的保养与维修 (37)5.1 液压元件的安装 (37)5.2 液压系统的一般使用与维护 (37)5.3 一般技术安全事项 (37)6 结论 (39)参考文献 (40)致谢 (41)附录 (42)1绪论工业机械手是人类创造的一种机器,更是人类创造的一项伟大奇迹,其研究、开发和设计是从二十世纪中叶开始的。
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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。 三、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。因此，在自动化机床的综合加工自动 线上，目前几乎都没有机械手，以减少人力和更准确的控 制生产的节拍，便于有节奏的进行工作生产。 综上所述，有效的应用机械手，是发展机械工业的必 然趋势。
专用机械手经过几十年的发展，如今已进入以通用机 械手为标志的时代。由于通用机械手的应用和发展，进而 促进了智能机器人的研制。智能机器人涉及的知识内 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、仿生学和假肢工艺等，因此它是一 项 综合性较强的新技术。目前国内外对发展这一新技术 都很重视，几十年来，这项技术的研究和发展一直比较活 跃，设计在不断地修改，品种在不断地增加，应用领域 也在不断地扩大。 早在40年代，随着原子能工业的发展，已出现了模拟 关节式的第一代机械手。 50～60年代即制成了传送和装卸工件的通用机械手和 数控示教再现型机械手。这种机械手也称第二代机械手。 如尤尼曼特(Unimate)机械手即属于这种类型。
总之，目前机械手的主要经历分为三代： 第一代机械手主要是靠人工进行控制，控制方式为开 环式，没有识别能力；改进的方向主要是将低成本和提高 精度； 第二代机械手设有电子计算机控制系统，具有视觉、 触觉能力，甚至听、想的能力。研究安装各种传感器，把 接收到的信息反馈，使机械手具有感觉机能； 第三代机械手能独立完成工作过程中的任务。它与电 子计算机和电视设备保持联系，并逐步发展成为柔性系统 FMS(Flexible Manufacturing System)和柔性制造单元 FMC(Flexible Manufacturing Cell)中重要一环。
基于方案比对的机械手夹持器创新设计
1.2 国内外现状和发展趋势
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。
基于方案比的目的与意义
在机械工业中，应用机械手的意义可以概括如下： 一、以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、工件的装夹、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。 二、以改善劳动条件，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。
基于方案比对的机械手夹持器创新设计
60～70年代，又相继把通用机械手用于汽车车身的点 焊和冲压生产自动线上，亦即是第二代机械手这一新技术 进入了应用阶段。 80-90年代，装配机械手处于鼎盛时期，尤其是日本。 90年代机械手在特殊用途上有较大的发展，除了在工 业上广泛应用外，农、林、矿业、航天、海洋、文娱、体 育、医疗、服务业、军事领域上有较大的应用。 90年代以后，随着计算机技术、微电子技术、网络技 术等的快速发展，机械手技术也得到飞速的多元化发展。
（5）齿轮齿条机构
基于方案比对的机械手夹持器创新设计
3.2夹持器动力源形式
a) 液压； b) 气压； c) 电力机械（螺杆传动、齿轮传动）; 各动力源优点如下： a.液压传动的优点：结构紧凑，重量轻，调速度性能 好，运转平稳、可靠，功率密度大，能自行润滑，易实现 复杂控制。 b.气压传动的优点：结构简单，维护使用方便，成本 低，工作寿命长，工作介质（压缩空气）的传输简单，且 易获得。 c.电力机械的优点：使用和控制方便；工作效率高， 无烟尘、气味，噪声小；运行可靠，价格低廉，结构牢固。
基于方案比对的机械手夹持器 创新设计
卢伟杰 100203035 福建农林大学金山学院
基于方案比对的机械手夹持器创新设计
一、前言
随着社会的进步与发展，工业机器人正逐步在人类社 会中大显身手。它主要由类似人的手和臂组成以代替人的 繁重劳动，从而实现生产的机械化和自动化。而机械手手 部是用来抓持工件（或工具）的部件，有多种结构形式， 比如如夹持型、托持型和吸附型等。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。
2.1 功能方面
a) 应具有适当的夹紧力和驱动力； b) 手指应具有一定的开闭范围； c) 应保证工件在手指内的夹持精度； d) 应考虑通用性和特殊要求。
2.2 结构方面
a) 结构新颖； b) 结构简单、紧凑，重量轻，效率高。
基于方案比对的机械手夹持器创新设计
2.3 材料方面
a) 材料耐磨性好； b) 价格便宜。
2.4 设计参数及要求
a) 采用手指式夹持器，执行动作为抓紧—放松； b) 所要抓紧的工件最大直径为80mm，质量3kg。
基于方案比对的机械手夹持器创新设计
三、夹持器方案选择
3.1夹持器原理方案设想
（1）单（多）铰链杆 （2）连杆机构 （3）杠杆机构
基于方案比对的机械手夹持器创新设计
（4）螺杆机构
基于方案比对的机械手夹持器创新设计
基于方案比对的机械手夹持器创新设计
目前的国内的几种机械手夹持器
基于方案比对的机械手夹持器创新设计
基于方案比对的机械手夹持器创新设计
二、夹持器设计的基本要求
现根据物块（工件）的大小、形状及重量等具体要求， 提出三种设计方案。通过对比分析，选择一种合适的类型， 进行详细的计算和设计，并完成效果图和机构的装配图。