气动通用上下料机械手的设计——机械结构设计
气动机械手的设计毕业设计
气动机械手的设计毕业设计首先是气动机械手的机械结构设计。
机械结构设计是气动机械手设计中的核心部分，它直接影响机械手的运动轨迹、载荷能力和稳定性。
在设计过程中，需要考虑机械手的工作空间、自由度、运动速度和负载要求等因素。
根据任务需求，可以选择不同类型的机械结构，例如直线型、旋转型、球面型等。
在选定机械结构后，需要进行强度计算和动力学仿真分析，以确定各种零部件的尺寸和材料，保证机械手的稳定性和可靠性。
其次是气动机械手的气动系统设计。
气动机械手的气动系统是实现机械手动作的关键，它由气源、气缸、气控阀和管路组成。
在气源选择上，一般采用压缩空气作为动力源，可以通过压缩机、气瓶或者空气压缩机组来提供气源。
气缸的选择和配置要根据机械手的设计要求和工作负载来确定，需要考虑气缸的工作压力、行程长度和移动速度等因素。
气控阀的种类有很多，例如单向阀、双向阀、比例阀等，根据具体的动作要求选用合适的气控阀。
管路设计可以采用集中式或分布式设计，根据机械手的运动方式和工作空间来确定。
最后是气动机械手的控制系统设计。
控制系统设计是实现机械手自动化操作和精确控制的关键，它包括传感器、执行器、控制器和人机界面等部分。
传感器可以添加在气缸或机械手关节处，用于检测气压、位置、力量等参数，实现机械手的反馈控制和保护功能。
执行器可以是气缸或其他电动执行器，用于实现机械手的各种动作。
控制器可以采用PLC或微控制器等设备，用于编程、逻辑控制和通信功能。
人机界面可以通过触摸屏、键盘或按钮等设备与机械手进行交互，实现操作和监视。
综上所述，气动机械手的设计涉及机械结构、气动系统和控制系统三个方面。
通过合理设计机械结构，选择适当的气动元件和配置气动系统，以及设计稳定可靠的控制系统，可以实现气动机械手的高效、精确和安全操作。
在毕业设计中，可以进一步深入探究气动机械手的优化设计和性能测试，以满足不同工作环境和任务需求的应用。
通用上下料气动机械手结构设计
编号：SM-ZD-30903通用上下料气动机械手结构设计Organize enterprise safety management planning, guidance, inspection and decision-making, ensure the safety status, and unify the overall plan objectives编制：____________________审核：____________________时间：____________________本文档下载后可任意修改通用上下料气动机械手结构设计简介：该安全管理资料适用于安全管理工作中组织实施企业安全管理规划、指导、检查和决策等事项，保证生产中的人、物、环境因素处于最佳安全状态，从而使整体计划目标统一，行动协调，过程有条不紊。
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气动机械手具有结构简单、重量轻、动作迅速、可靠、节能、不污染环境、可实现无级调速、易实现过载保护等优点，应用特点广泛。
论文介绍了气动机械手的原理，对机械手的主要部件和设计要求做了相关的阐述，另外对机械手回转臂的结构帮了优化措施。
气动机械手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。
气动机械手具有结构简单、重量轻、动作迅速、可靠、节能、不污染环境、可实现无级调速、易实现过载保护等优点，特别适用于汽车制造业、食品和药品包装行业、化工行业、精密仪器制造业和军事工业等。
在现代工业技术应用的气动机械手能够实现4个自由度的运动，其各自的自由度的驱动全部由气动肌肉来实现。
最前端的气爪抓取物品，通过气动肌肉的驱动实现各自关节的转动，使物品在空间上运动，根据合理的控制，最终实现机械手的动作要求。
气动机械手回转臂的设计主要是选择合适的控制阀，设计合理的气动控制回路，通过控制和调节各个气缸压缩空气的压力、流量和方向来使气动执行机构获得必要的力、动作速度和改变运动方向，并按规定的程序工作。
上下料机械手设计(结构设计)任务书 (22)
各阶段工作任务
起止日期
查阅资料，完成总体方案的设计，撰写开题报告。
3.5-3.18
完成液压控制系统和气动机械手装配图。
3.19-4.15
完成机械手的结构设计，主要参数确定。
4.16-5.10
完成机械手传动方式的论证和选择，机械手各结构的设计计算。
5.11-5.18
设计修改完善,完成论文终稿。
3、该机械手能抓取重物,机械手的双臂可同时升降并在水平面内一起作90°回转，升降动作；装在手臂前端的手，可作夹紧或松开工件的开闭动作；
主要任务及目标
1、完成上下料机械手的整体设计，包括:手部、手腕、手臂和机身等结构部件的设计。
2、用CAD完成机械手的总装配图,零件图。
[1]孙志礼,冷兴聚,魏延刚等.机械设计[M].沈阳：东北大学出版社,2016：19-25.
[2]刘朝儒,彭福荫,高政一.机械制图[M].北京：高等教育出版社,2016：25-30.
[3]李允文.工业机械手设计.机械工业出版社[M],2017. 88-97
[4]孙桓陈作模.机械原理[M].高等教育出版社,2016.145-151.
附件3
毕业论文（设计）任务书
学生姓名
指导教师姓名
论文（设计）题目
上下料机械手设计（结构设计）
下达任务日期
任务起止日期
主要研究内容及方法
1、是为普通车床而设计的一种自动上下料装置的机械手；
2、对机械手进行了总体方案的设计，确定坐标型式、自由度和机械手的技术参数,确定该机械手的手臂的回转机构和升降机构，及手部结构。
5.19-5.26
任务下达人签名
任务接收人
签名
教研室指导小组组长签名
气动通用上下料机械手的设计——机械结构设计(有设计图纸)
气动通用上下料机械手的设计——机械结构设计摘要：本文通过对关键词上下料，机械手，气缸。
Mechanical Structural Design of Air Pressure Drive Upper and LowerMaterial ManipulatorAbstract: At first, thKey words:upper and lower material, manipulator, air cylinder.目录1 绪论 (1)1.1机械手概述 (1)1.2机械手的组成和分类.............................................................. 错误！未定义书签。
1.2.1 机械手的组成...................................................................... 错误！未定义书签。
1.2.2 机械手的分类...................................................................... 错误！未定义书签。
1.3国内外发展状况...................................................................... 错误！未定义书签。
1.4课题的提出及主要任务.......................................................... 错误！未定义书签。
1.4.1 课题的提出.......................................................................... 错误！未定义书签。
1.4.2 课题的主要任务.................................................................. 错误！未定义书签。
气动搬运机械手的机械结构设计
气动搬运机械手的机械结构设计作者：史桂福来源：《时代汽车》 2017年第15期摘要：气动搬运机械手在生产工作中的运用，提高了生产自动化程度和机械化水平，解放了劳动力，保证了人身安全。
基于大量的文献资料以进一步优化机械结构为目的，提出气动搬运机械手机械结构总体设计方案，具体探讨手部结构、手腕结构、气压系统等细部设计，为今后的设计工作提供借鉴。
关键词：机械结构；机械手；驱动力；工作原理；手腕1气动搬运机械手机械结构设计总体方案按照机械手臂运行形式及其组合的不同，气动搬运机械手形式可分为圆柱座标式、直角座标式、关节式、球座标式等几种形式。
在此，以圆柱座标式的气动搬运机械手为研究对象，其机械结构总体设计如图1。
从图1可以看出，本气动搬运机械手主要包括手部、手腕、手腕回转气缸、手臂、手臂伸缩气缸、底座、立柱、立柱升降气缸、立柱回转气缸、基体等部分，有手臂升降、手腕回转、手臂伸缩等多个自由度运动。
2气动搬运机械手结构的细部设计2.1 手部结构设计(1)机械部分。
本气动搬运机械手采用夹持式结构的手部结构，手部结构采用齿轮齿条式的传力机构，工件基本设计成圆柱形，手指设计成V型。
(2)工作原理。
手部机械工作原理是通过齿轮齿条的相互配合运动实现手爪的张开、闭合等功能。
其中，齿轮安装在手爪上，齿条安装在活塞杆上。
当活塞杆向下移动时，带动齿条一同向下运动，用于控制手部动作，右齿轮逆时针旋转，左齿轮顺时针旋转，此时手指张开；反之，当活塞杆向上移动时，手指闭合。
(3)相关计算。
手部机械动作实现以夹紧力(N)和驱动力(F)为支持，要想顺利实现手部动作，对夹紧力和驱动力进行设计是必要的。
确定相关参数后，将具体数值代入公式中，得到具体的计算结果：夹紧力的计算公式：N≥KIK2K3G驱动力的计算公式：F=2bN/R本机械手手部工件重量是5gk，手爪角度是120°，b取值120mm，R取值24mm，K,安全系数取值1.5。
气动搬运机械手的机械结构设计
手 指对 工件 的夹 紧力公 式 为： Ｎ ≥ Ｋｌ Ｋ２ Ｇ．
（ ｉ ）
齿轮齿条传 动 ， 取安全 系数 ＫＩ ＝１ ． ５， 若工件最
大 加 速 度 取 ＝０ ． ３ ｋ ｇ ／ ｓ ， 重 力 加 速 度 譬＝９ ． ８ ｋ ｇ ／ ｓ
１ 一 手部 ； ２ － 手腕 回转气缸 ； ３ － 手腕 ； ４ － 手臂 ； ５ － 手臂伸缩气缸 ； ６ － 立柱 ；
（ ａ ） 手 邵 结 构 简 图
（ ｂ ） 手 邵 原 理 简 幽
图 ２ 齿轮齿 条式 手部 结构
２ ． ２ 夹紧力及驱动力的计算 见 图２ （ ｂ ） ， 手指对工件 的夹紧力 为 Ⅳ ， 驱动力为 工件的重量力为 ５ ｋ ｇ ， Ｖ形手指 的角度 ２ ＝１ ２ ０ 。 ，
ｂ＝ １ ２ ０ｍｍ ， Ｒ ＝ ２ ４ｍｍ 。
第３ 期（ 总第 １ ３ ３ 期） Ｎ ｏ ． ３ （ Ｓ Ｕ Ｍ Ｎ ｏ ． １ ３ ３ ）
机 械 管 理 开 发
ＭＥＣＨＡＮＩ Ｃ ＡＬ ＭＡＮＡＧＥＭＥＮＴ ＡＮＤ ＤＥ ＶＥＬ ＯＰ ＭＥ ＮＴ
２ ０ １ ３ 年 ６月
Ｊ ｕ ｎ ． ２ ０１ ３
气动搬运机械手的机械结构设计
文采用 夹持式 手部 ， 由手指（ 或手 爪） 和传力机 构 组 成。传力结构形式较多 ， 例如滑槽杠杆式 、 斜楔杠 杆 式、 齿轮齿条式 、 弹簧杠杆式等。采用齿轮齿条式的手 部结构是 ： 一支点两指回转型。由于工件多为圆柱形 ， 手指形状设计成 Ｖ型， 见图 ２ （ ａ ） ， 主要通过齿轮齿条相 配合实现手指的张开与闭合 ， 齿条固定在活塞杆上 ， 齿 轮 固定 在 手 指 上 ， 当活 塞 杆 向下 移 动 时 ， 齿 条 向下 移 动， 左齿轮顺时针旋转 ， 右齿轮逆时针旋转 ， 手指张开 ； 相反 ， 齿条随活塞杆 向上移动 ， 实现手指闭合 。
气动机械手的设计
气动机械手的设计气动机械手是一种通过空气压缩来推动工作的机械手。
它具有高效性、灵活性和经济性等特点，被广泛应用于工业生产中。
在设计气动机械手时，需要考虑到机械手的结构、工作原理、控制系统和安全保护等方面。
下面将详细介绍气动机械手的设计。
首先，气动机械手的结构设计是设计的重点之一、机械手的结构应该能够满足工作的要求，并且具有足够的稳定性和强度。
通常，气动机械手由底座、活动臂、末端执行器和控制系统等部分组成。
底座是机械手的支撑结构，应该能够提供足够的稳定性，并且能够旋转和移动。
活动臂是机械手的延伸部分，通常由多节连接的臂组成，可以实现多个自由度的运动。
末端执行器是机械手的工作部分，通常用来夹取、举起和放置物体等操作。
控制系统是机械手的大脑，负责控制机械手的运动和工作。
其次，气动机械手的工作原理非常重要。
在设计气动机械手时，需要确定它是通过何种方式来实现工作。
一种常用的方法是利用空气压缩来推动机械手的动作。
这种方式具有操作简单、成本低廉和动力充足等优点，但也存在着一定的缺点，如速度较慢、噪音较大等。
另一种方法是利用气体的膨胀和收缩来实现机械手的动作。
这种方式通常使用气囊或者气缸来完成，具有速度快、精度高和噪音小等优点，但也存在着限制压力和动力不足等缺点。
此外，气动机械手的控制系统是设计的关键之一、控制系统负责控制机械手的运动和工作，通常采用基于计算机的控制系统。
这种控制系统能够实现对机械手的精确控制，并且可以根据需要进行编程。
在设计控制系统时，需要考虑到参数调整、运动规划和故障检测等方面。
另外，为了提高控制系统的可靠性和安全性，还需要设计相应的安全保护措施，如急停按钮、限位开关和防护罩等。
最后，气动机械手的安全保护是设计的重要部分。
由于气动机械手通常用于工业生产中，工作环境复杂，存在着一定的安全隐患。
因此，在设计气动机械手时，需要考虑到安全保护的方面。
首先，机械手的结构应该能够满足安全要求，并且能够防止意外事故的发生。
通用上下料气动机械手结构设计
通用上下料气动机械手结构设计1. 引言气动机械手的应用越来越广泛，特别是在现代自动化生产线上，经常需要进行物料的上下料操作。
对于那些需要频繁上下料的生产线来说，使用气动机械手可以极大地提高生产效率。
因此，对于气动机械手的结构设计和性能优化具有重要的意义。
本文将介绍一种通用的上下料气动机械手结构设计，并对设计方案进行详细讲解。
该设计方案具有较高的通用性和可靠性，适用于各种不同的生产线。
2. 设计方案2.1 总体结构该气动机械手主要由以下部分组成：•履带•手臂•爪子•气源系统其中，手臂和爪子通过两个关节连接，可以实现360度的旋转和上下运动。
同时，手臂和爪子的长度可以根据不同的生产线要求进行调整。
履带可以根据不同的生产线场地要求进行更换，以适应不同的地形。
2.2 手臂结构手臂结构由两个关节组成，可以分别实现水平方向和垂直方向的运动。
关节的设计采用了球面联轴器，可以实现较大的角度范围内的旋转。
在关节处采用了弹簧缓冲机构，可以减小机械手在运动过程中的震动和冲击。
手臂的材料选择采用了航空铝合金，具有较高的强度和轻量化的特点。
同时，在航空铝合金上采用了严格的表面处理和磨光，可以大大提高机械手的表面硬度和耐腐蚀性。
2.3 爪子结构爪子结构采用了气动夹爪，可以根据需要自由开合。
在夹爪内部采用了弹簧缓冲机构，可以减小夹爪在夹取物料时的冲击力，保证物料的安全性。
爪子材料采用了弹性优良的合金钢，可以大大提高夹爪的使用寿命。
2.4 气源系统气源系统主要由气源、调压器、滤波器、气管和控制阀组成。
气源和调压器的选型需要考虑机械手的使用场地和工作要求，以确定气源稳定性和调压器的性能指标。
滤波器的作用是过滤气源中的杂质和水分，从而保证气源的稳定性和纯度。
气管的材料选择需要考虑机械手的使用环境和工作场地，以确保气管的强度和耐腐蚀性。
控制阀的设计采用了电磁控制阀，可以对机械手的动作进行精确控制。
控制阀的选型需要考虑机械手的运动速度和精度，以确定控制阀的参数和性能。
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5.1 手臂伸缩与手腕回转部分..................................................... 错误！未定义书签。 5.1.1 结构设计 .............................................................................. 错误！未定义书签。 5.1.2 导向装置 .............................................................................. 错误！未定义书签。 5.1.3 手臂伸缩驱动力的计 .......................................................... 错误！未定义书签。 5.2 手臂升降和回转部分............................................................. 错误！未定义书签。 5.2.1 结构设计 .............................................................................. 错误！未定义书签。 5.3 手臂伸缩气缸的设计............................................................. 错误！未定义书签。 5.4 手臂伸缩、升降用液压缓冲器............................................. 错误！未定义书签。 5.5 手臂回转用液压缓冲器......................................................... 错误！未定义书签。 6 结论 参考文献 致谢
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第 பைடு நூலகம் 页 共 Ⅱ 页
4.1 手腕的自由度.......................................................................... 错误！未定义书签。 4.2 手腕的驱动力矩的计算.......................................................... 错误！未定义书签。 4.2.1 手腕转动时所需的驱动力矩 .............................................. 错误！未定义书签。 5 手臂结构设计
10
2.1 机械手的座标型式与自由度.................................................................................. 10 2.2 机械手的手部结构方案设计.................................................................................. 10 2.3 机械手的手腕结构方案设计.................................................................................. 10 2.4 机械手的手臂结构方案设计.................................................................................. 11 2.5 机械手的驱动方案设计.......................................................................................... 11 2.6 机械手的控制方案设计.......................................................................................... 11 2.7 机械手的主要参数.................................................................................................. 11 2.8 机械手的技术参数列表.......................................................................................... 12 3 手部结构设计
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第 II 页 共 Ⅱ 页
1 绪论
1.1 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。 机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、 仿生学等多学科而形成的高新技术，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。 机器人应用情况，是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各，也是先进制 造技术领域不可缺少的自动化设备。 机械手是模仿着人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬 运或操作的自动机械装置。在工业生产中应用的机械手被称为“工业机械手”。生 产中应用机械手可以提高生产的自动化水平和劳动生产率: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[1]。 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[2]。
第 1 页 共 36 页
1.2
机械手的组成和分类
1.2.1 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装置等所组成。各 系统相互之间的关系如方框图 1.1 所示。
控制系统
驱动系统
执行机构
被抓取工件
位置检测装置 图 1.1 机械手的组成方框图
(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 部。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， 制造容易构件， 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。常用的指形有平面的、V 形面的和曲面的:手指有外夹式和内撑式;指 数有双指式、多指式和双手双指式等。 而传力机构则通过手指产生夹紧力来完成夹放物件的任务。 传力机构型式较常 用的有:滑槽杠杆式、连杆杠杆式、斜面杠杆式、齿轮齿条式、丝杠螺母多，式弹 簧式和重力式等。 附式手部主要由吸盘等构成，它是靠吸附力(如吸盘内形成负压或产生电吸磁 力)吸附物件，相应的吸附式手部有负压吸盘和电磁盘两类。 对于轻小片状零件、光滑薄板材料等，通常用负压吸盘吸料。造成负压的方式 有气流负压式和真空泵式。 第 2 页 共 36 页
14
3.1 夹持式手部结构...................................................................................................... 14 3.1.1 手指的形状和分类 .............................................................................................. 14 3.1.2 设计时考虑的几个问题 ...................................................................................... 14 3.1.3 手部夹紧气缸的设计 .......................................................................................... 15 3.2 气流负压式吸盘...................................................................................................... 18 4 手腕结构设计
1 绪论
1
1.1 机械手概述................................................................................................................ 1 1.2 机械手的组成和分类................................................................................................ 2 1.2.1 机械手的组成 ........................................................................................................ 2 1.2.2 机械手的分类 ........................................................................................................ 4 1.3 国内外发展状况........................................................................................................ 6 1.4 课题的提出及主要任务............................................................................................ 8 1.4.1 课题的提出 ............................................................................................................ 8 1.4.2 课题的主要任务 .................................................................................................... 9 2 机械手的设计方案