机械手的手腕结构与手臂结构设(CAD图)
机械手的手腕结构与手臂结构设CAD图
关节连接方式： 采用串联或并 联方式，影响 手臂的刚度和
精度
关节驱动方式： 电机、气动、 液压等，影响 手臂的动力性
能和稳定性
关节控制方式： 采用PID控制、 模糊控制等算 法，实现手臂 的精确运动和
定位
手臂负载能力
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手臂负载能力：机械手臂结构CAD图展示了手臂的负载能力，包括最大负载 和最小负载。
确定绘图比例与单位
根据实际需求选择合适的比例 尺
确保单位统一，避免出现误差
根据机械手的大小和细节程度 调整比例尺
注意图纸的可读性和清晰度， 避免过于拥挤或空白
精确绘制几何图形
使用合适的绘图单位和比例，确保图纸的精度和一致性 掌握CAD绘图软件的基本操作和常用命令，如线条、圆弧、修剪等 注意图层管理，合理使用不同的图层来组织不同类型的几何图形 掌握几何约束和尺寸约束的使用，确保绘制的几何图形准确无误
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负载能力影响因素：机械手臂结构CAD图还展示了影响手臂负载能力的因素， 如臂长、关节角度和转动半径等。
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负载能力计算方法：机械手臂结构CAD图提供了负载能力的计算方法，包括 静态负载和动态负载的计算。
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负载能力与工作范围的关系：机械手臂结构CAD图还探讨了负载能力与工作 范围的关系，以及如何根据实际需求选择合适的负载能力。
注意图层管理及标注设置
分层管理：将不同元素放在不 同图层上，方便编辑和修改
标注设置：合理设置标注样式， 确保清晰易读
字体选择：避免使用不规范字 体，确保跨平台兼容性
线条粗细：保持线条粗细一致， 提高图纸美观度
感谢您的观看
汇报人：XX
手臂运动范围
自动送料机械手设计(含CAD图纸)
1 绪论1.1 机器人目前，工业机器人的定义，世界各国尚未统一，分类也不尽相同。
最近联合国国际标准化组织采纳了美国机器人协会给工业机器人下的定义：工业机器人是一种可重复编程的多功能操作装置，可以通过改变动作程序，来完成各种工作，主要用于搬运材料，传递工件。
参考国外的定义，结合我国的习惯用语，对工业机器人作如下定义：工业机器人是一种机体独立，动作自由度较多，程序可灵活变更，能任意定位，自动化程度高的自动操作机械。
主要用于加工自动线和柔性制造系统中传递和装卸工件或夹具[1]。
工业机器人以刚性高的手臂为主体，与人相比，可以有更快的运动速度，可以搬运更重的东西，而且定位精度相当高，它可以根据外部来的信号，自动进行各种操作。
工业机器人是在计算机控制下可编程的自动机器。
采用工业机器人是提高产品质量与劳动生产率，实现生产过程自动化，改善劳动条件，减轻劳动强度的一种有效手段。
机器人的诞生和发展虽只有30多年的历史，但它已应用到国民经济，民事技术等众多的领域，具有广阔的应用和发展前景，显示出强大的生命力[2]。
根据所处的环境和作业需求，工业机器人具有至少一项或多项拟人功能，如抓取功能或移动功能，或两者兼有之，另外还可能程度不等的具有某些环境感知功能（如视觉，力觉，触觉等）。
以及语音功能及至逻辑思维，判断决策功能等。
从而使其能在要求的环境中代替人进行作业。
在工业机器人的诸多功能中，抓取和移动是最主要的功能。
这两项功能实现的技术基础是精巧的机械结构设计和良好的伺服控制驱动。
本次设计就是在这一思维下展开的。
根据设计内容和需求确定圆柱坐标型工业机器人，利用锥齿轮传动实现机器人的旋转，利用液压缸实现其移动以及对零件的抓取。
在步进电机的控制下，机器达到精确的回转运动。
工业机器人的发展，由简单到复杂，由初级到高级逐步完善，它的发展过程可分为三代：第一代工业机器人就是目前工业中大量使用的示教再现型工业机器人，它主要由手部、臂部、驱动系统和控制系统组成。
机器人手腕
附加回转运动：
轴B、轴S不转而T轴回转→齿轮Z23、Z21不转→当行星架回 转时 → 迫使齿轮 Z11 绕齿轮 Z23 的过程中自转 → 经过 Z12 、 Z13 、 Z14、Z15实现附加回转运动
思考题： 当B轴、T轴分别回转时，手腕存在哪些运动，为什么？
机器人手臂
手臂是机器人执行机构中重要的部件。 其作用
偏转运动：
油缸 1 中的活塞左右移动 → 带动链轮 2 旋转 → 锥齿轮副 Z3/Z4→带动花键轴5、6旋转→花键轴6与行星架9连在一起 →带动行星架及手腕作偏转运动
附加俯仰运动：
轴B、轴S不转而T轴回转→齿轮Z23、Z21不转→当行星架回 转时 → 迫使齿轮 Z22 绕齿轮 Z21 的过程中自转 → 经过 Z20 、 Z16 、 Z17、Z18实现附加俯仰运动
支撑手部和腕部； 改变手部的位置。（将被抓取的工件运送到给
定的位置上）
一般机器人手臂有2个自由度，即手臂的伸缩、回转、俯仰或升降。 手臂的各种运动通常由驱动机构和各种传动机构来 实现，因此，它不仅仅承受被抓取工件的重量，而且承 受末端执行器、手腕和手臂自身的重量。 手臂的结构、工作范围、灵活性、抓重大小和定位 精度都直接影响机器人的工作性能。
俯仰
回转
俯仰运动：
轴 B 旋转 → 锥齿轮副 Z5 、 Z6→ 轴 A 旋 转 → 手腕壳体 7 与轴 A 固联 →手腕实现绕A轴的 俯仰运动
思考题： 图中所示的情况，当 S轴不输入，只有B 轴输入时，腕部存在 哪些运动，为什么？
附加回转运动：
轴 S 不转而 B 轴回转 → 锥 齿轮Z3不转 →锥齿轮 Z3、 Z4 相啮合 → 迫使 Z4 绕 C 轴 线有一个附加的自转，即 为附加回转运动。 附加回转运动在实际使用 时应予以考虑。必要时应 加以利用或补偿。
机械手腕部设计(含CAD图纸).doc
1绪论机器人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中的一个重要组成部分。
机器人显著地提高了劳动生产率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。
尤其在高温、高压、粉尘、噪音以及带有放射性和污染的场合，应用得更为广泛。
因而受到各先进工业国家的重视，投入大量人力物力加以研究和应用。
机器人一般分为三类。
第一类是不需要人工操作的通用机器人。
它是一种独立的不附属于某一主机的装置。
它可以根据任务的需要编制程序，以完成各项规定操作。
它的特点是除了具备普通机械的物理性能之外，还具备通用机械、记忆智能的三元机械。
它可以灵活运用在工业上的各个方面，如喷漆、焊接、搬运等。
第二类是需要人工操作的，称为机械机。
它起源于原子、军事工业，先是通过操作机来完成特定的作业，后来发展到用无线电讯号操作机器人来进行探测月球等。
工业中采用的锻造操作机也属于这一范畴。
第三类是专用机器人，主要附属于自动机床或自动线上，用以解决机床上下料和工件传送。
这种机器人在国外称为“ Mechanical Hand " ，它是为主机服务的，由主机驱动 ; 除少数外，工作程序一般是固定的，采用机械编程。
因此是专用的。
本课题通过对通用机器人 smart6.50R 的结构进行分析和研究，完成对其腕部的设计，并借助 CAD/CAE软件完成从建模到运动学分析、应力分析的全过程。
最终期望腕部与小臂、手部、大臂能够协调工作，能够完成各种现代工业加工过程中所要求的动作。
本课题的设计思路是：借助已有的通用机器人的腕部设计思想和方法，综合考虑腕部机构在机器人运动中所起的作用和机器人的整体技术参数以及结构特点，然后选择合理的机构，确定传动线路，然后对机构进行分析，计算主要参数，并对部分零件进行设计、组装，综合评价腕部系统。
1.1 机器人组成机器人主要由驱动装置、控制系统和执行机构三大部分组成。
1.1.1驱动装置工业机器人的驱动装置包括驱动器和传动机构两部分，它们通常与执行机构连成一体。
机器人手部结构详解精品PPT课件
5．异形吸盘：
结构特点：
可用来吸附鸡蛋、 锥颈瓶等物件。 扩大了真空吸盘 在机器人上的应 用。
6．喷气式吸盘：
工作原理：
压缩空气进入喷嘴后，利用伯努利效应，当压缩 空气刚进入时，由于喷嘴口逐渐缩小，致使气流 速度逐渐增加。当管路截面收缩到最小处时，气 流速度达到临界速度，然后喷嘴管路的截面逐渐 增加，使与橡胶皮碗相连的吸气口处，造成很高 的气流速度而形成负压。
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谢谢大家
荣幸这一路，与你同行
It'S An Honor To Walk With You All The Way
讲师：XXXXXX XX年XX月XX日
当手爪夹紧和松开物体时，手指作回转运动。当 被抓物体的直径大小变化时，需要调整手爪的位 置才能保持物体的中心位置不变。
平动型：
手指由平行四杆机构传动，当手爪夹紧和松开物 体时，手指姿态不变，作平动。
平移型：
当手爪夹紧和松开工件时，手指作平移运动，并 保持夹持中心的固定不变，不受工件直径变化的 影响。
手部可能还有一些电、气、液的接口： 由于手部的驱动方式不同造成。对这 些部件的接口一定要求具有互换性。
2．手部是末端操作器：
可以具有手指，也可以不具有手指； 可以有手爪，也可以是专用工具。
末端操作器图例（1）：
每个手指有三个或 四个关节。技术关 键是手指之间的协 调控制。
末端操作器图例（2）：
2．设有检测开关的手爪装置：
工作原理：
手爪装有限位开 关5和7。在指爪 4沿垂直方向接 近工件6的过程 中，限位开关检 测手爪与工件的 相对位置。当工 件接触限位开关 时发信号，汽缸 通过连杆3驱动
指爪夹紧工件。
4．上料吸盘（1）：
机械手-气动机械手设计（含CAD图纸）
第一章概述1、引言随着气动技术获得了快速发展，利用成本性能比低，同时具有许多优点的气动机械手设备来满足社会生产实践需要越来越多的受到重视。
气动机械手与其他控制方式的机械手相比，具有价格低廉、结构简单，功率体积比高、无污染及抗干扰性能强等特点。
1、2机械手的应用与发展机械手臂在产业自动化的应用已经相当广泛，因为各个国家产业分布的不同，以及各产业对于机械手臂的需求量也有差异。
主要是使用于人工无法进行或者会耗费较多时间来做的工作，机械手臂在精度与耐用性上可以减少许人为的不可预知问题。
自从第一台产业用机器人发明以来，机械手臂的应用也从原本的汽车工业、模具制造、电子制程等相关产业，更拓展到农业、医疗、服务业…等等。
多轴机械手臂研发方面，多轴式机械手臂广泛应用于汽车制造商、汽车零组件与电子相关产业。
机械手臂可以提升产品技术与品质，而这些初期工作大多可以借由机械手臂来完成。
机械手臂的精准、零误差，对于产品的品质掌握自然拥有其优势，减少品管所花费的时间与人力。
工业应用上，以装配、加工、熔接、切削、加压、货物搬运、检测…等，全球目前产业使用量是以汽车、汽车零组件、化工、橡胶和塑料等最大。
现在，ROBOT的应用已越来越多元化，依据国际机器人协会（IFR）的统计，至2007年底机械手臂除了工业以外，最多应用于救援、保全与野地（田野、牧场等），近年来，各先进国家为了提升台机器人的技术水平，都会推广机器人产业与创立相关联盟，并且特别针对工业以外的领域进行推广，例如：医疗、服务、生活方面…等。
以医疗为例，有许多大型医学中心使用以手动操控方式之机械手臂，结合显微影像显示系统所结合的手术型机器人。
机械手臂的研发也朝向节省人力、减少人类暴露在危险的工作环境、甚至进行更加精密的工作或是辅助操作。
机械手臂的技术发展都是为了让人类在工作与生活中更加便利。
1、3气动机械手概述气动机械手由操作机(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设备。
机械手的手腕结构与手臂结构设(CAD图)
题目1、机械手的手腕结构与手臂结构设（CAD图）机械手的手腕结构方案设计考虑机械手的通用性，同时由于被抓取工件是水平放置，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气缸。
机械手的手臂结构方案设计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、左右回转和升降(或俯仰)运动。
手臂的回转和升降运动是通过立柱来实现的，立柱的横向移动即为手臂的横移。
机械手的主要参数1、主参数机械手的最大抓重是其规格的主参数，目前机械手最大抓重以10公斤左右的为数最多。
故该机械手主参数定为10公斤，高速动作时抓重减半。
使用吸盘式手部时可吸附5公斤的重物。
2、基本参数运动速度是机械手主要的基本参数。
操作节拍对机械手速度提出了要求，设计速度过低限制了它的使用范围。
而影响机械手动作快慢的主要因素是手臂伸缩及回转的速度。
该机械手最大移动速度设计为1.2m/s，最大回转速度设计为1200°/s，平均移动速度为lm/s，平均回转速度为900°/s。
机械手动作时有启动、停止过程的加、减速度存在，用速度一行程曲线来说明速度特性较为全面，因为平均速度与行程有关，故用平均速度表示速度的快慢更为符合速度特性。
除了运动速度以外，手臂设计的基本参数还有伸缩行程和工作半径。
大部分机械手设计成相当于人工坐着或站着且略有走动操作的空间。
过大的伸缩行程和工作半径，必然带来偏重力矩增大而刚性降低。
在这种情况下宜采用自动传送装置为好。
根据统计和比较，该机械手手臂的伸缩行程定为600mm,最大工作半径约为1500mm，手臂安装前后可调200mm。
手臂回转行程范围定为2400(应大于180否则需安装多只手臂)，又由于该机械手设计成手臂安装范围可调，从而扩大了它的使用范围。
手臂升降行程定为150mm。
定位精度也是基本参数之一。
该机械手的定位精度为土0.5～±lmm机械手的技术参数列表一、用途:用于 100 吨以上冲床上下料。
工业机器人4[1].3_臂部手腕设计
Pq Fm Fg
2、臂部回转运动驱动力矩的计算
臂部回转运动驱动力矩应根据启动时产生的惯性力矩 与回转部件支承处的摩擦力矩来计算。由于升速过程一 般不是等加速运动，故最大驱动力矩要比理论平均值大 一些，一般取平均的1.3倍。驱动力矩 M q (可N 按• m下) 式计 算：
此种传动机构的结构紧凑、轻巧、传动扭矩大， 能提高机械手的工作性能。在示教型的机械手中， 采用这类传动机构作手腕结构的比较多，但缺点 是手腕有一个“诱导运动”，因而要补偿。
下图为给图4-44所示手腕增加一个 3回60转 运动 后成为RBR三自由度手腕的传动示意图。当油缸1 中的活塞作左右移动时，通过链条、链轮2、锥齿 轮3和4带动花键轴5和6转动，而花键轴6与行星 架9连成一体，因而也就带动行星架作回转运动， 即为手腕所增加的作 的回36转0运动。
以由B关节和R关节组成许多种形式。此外，B关节 和R关节排列的次序不同，也会产生不同的效果， 也产生了其它形式的三自由度手腕。为了使手腕结 构紧凑，通常把两个B关节安装在一个十字接头上， 这对于BBR手腕来说大大减小了手腕纵向尺寸。
2.按驱动方式分类
(1)直接驱动手腕。
手腕因为装在手臂末端,所以必须设计得十分紧凑， 可以把驱动源装在手腕上。下图所示是Moog公司的 一种液压直接驱动的BBR手腕，设计紧凑巧妙。Ml、 M2 、M3是液压马达,直接驱动手腕的偏转、俯仰和翻转 三个自由度轴。这种直接驱动手腕的关键是能否选到 尺寸小、重量轻而驱动力矩大、驱动特性好的驱动电 机或液压驱动马达。
第七讲机器人的机械臂结构课件
三、典型机械臂结构
1．手臂直线运动机构
常见方式：
行程小时：采用油缸或气缸直接驱动；
当行程较大时：可采用油缸或气缸驱动
齿条传动的倍增机构或采用步进电机或 伺服电机驱动，并通过丝杆螺母来转换 为直线运动。
典型结构：
油缸驱动的手臂伸缩运动结构 电机驱动的丝杆螺母直线运动结构
油缸—齿条机构图例：
油缸驱动的手臂伸缩运动结构图例：
四根导向柱 的臂部伸缩 机构：
手臂的 垂直伸缩运 动由油缸3 驱动。
特点：
工作行程长， 抓重大，适 合于抓举工 件形状不规 则、有偏转 力矩的场合。
1—手部 2—夹紧缸；3—油缸；4—导向柱；5—运行架；6—行走车轮； 7—轨道；8—支座
电机驱动丝杆螺母直线运动结构图例：
关节型机器人传动 系统图：
关节型机器人腕部旋转 局部图：
电机M5→减速器R5→链轮 副 C5→锥齿轮副G5→旋转运动n5
关节型机器人腕部俯仰 局部图：
电机M4→减速器R4→链轮副 C4→俯仰运动n4
关节型机器人肘关节
局部图：
电机M3→两级同步带传动B3、 B3′→减速器R3→肘关节摆动n3
关节型机器人肩关节 局部图例：
电机M2→同步带传 动B2→减速器R2→肩 关节摆动n2
四、机械臂的控制
1、伺服系统的分类
液压伺服系统
机械臂各关节的运动通常由液压伺服阀 控制液压缸实现。
电动伺服系统
机械臂各关节的运动通常由步进电机或 直流电机驱动。
伺服直线液压缸图例：
电动伺服控制系统图例：
作业：
1、设计三种机器人小臂相对于大臂的直线运动方案，动力源为电机 驱动，用示意图表达。 2、画出型号为20a的工字钢的截面形状，并标注出有关几何参数。 3、解释液压伺服系统和电动伺服系统的组成及工作原理。
任务二机器人的手腕结构
手部（末端操作器） 工业机器人的 机械结构 手腕 手臂 机身 确定手部作业方向
工业机器人的手腕
课程目标
掌握机器人的手腕结构组成 掌握机器人的手腕工作原理 掌握机器人手腕的作用
工业机器人的手腕
机器人的手腕是连接手部与手臂的部件，它的主要作用是支承手 部，因此它具有独立的自由度，以满足机器人手部完成复杂动作的要 求。 一、手腕的分类
工业机器人的手腕
工业机器人按自由度数目
二自由度手腕 三自由度手腕
按驱动方式
直接驱动手腕
远距离传动手腕
工业机器人的手腕
二、手腕的典型结构 确定手部作业方向一般需要3个自由度 （1）臂转 绕小臂轴线方向的旋转。
（2）手转 使手部绕自身的轴线方向旋转。
（3）腕摆 使手部相对于臂进行摆动。
柔顺性概念
柔顺装配技术有两种：一种是从检测、控制的角度，采取各种不同的 搜索方法，实现边校正边装配。另一种是从机械结构的角度在手腕部配置 一个柔顺环节，以满足柔顺装配的要求。
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题目1、机械手的手腕结构与手臂结构设（CAD图）
机械手的手腕结构方案设计
考虑机械手的通用性，同时由于被抓取工件是水平放置，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气缸。
机械手的手臂结构方案设计
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、左右回转和升降(或俯仰)运动。
手臂的回转和升降运动是通过立柱来实现的，立柱的横向移动即为手臂的横移。
机械手的主要参数
1、主参数机械手的最大抓重是其规格的主参数，目前机械手最大抓重以10公斤左右的为数最多。
故该机械手主参数定为10公斤，高速动作时抓重减半。
使用吸盘式手部时可吸附5公斤的重物。
2、基本参数运动速度是机械手主要的基本参数。
操作节拍对机械手速度提出了要求，设计速度过低限制了它的使用范围。
而影响机械手动作快慢的主要因素是手臂伸缩及回转的速度。
该机械手最大移动速度设计为1.2m/s，最大回转速度设计为1200°/s，平均移动速度为lm/s，平均回转速度为900°/s。
机械手动作时有启动、停止过程的加、减速度存在，用速度一行程曲线来说明速度特性较为全面，因为平均速度与行程有关，故用平均速度表示速度的快慢更为符合速度特性。
除了运动速度以外，手臂设计的基本参数还有伸缩行程和工作半径。
大部分机械手设计成相当于人工坐着或站着且略有走动操作的空间。
过大的伸缩行程和工作半径，必然带来偏重力矩增大而刚性降低。
在这种情况下宜采用自动传送装置为好。
根据统计和比较，该机械手手臂的伸缩行程定为600mm,最大工作半径约为1500mm，手臂安装前后可调200mm。
手臂回转行程范围定为2400(应大于180否则需安装多只手臂)，又由于该机械手设计成手臂安装范围可调，从而扩大了它的使用范围。
手臂升降行程定为150mm。
定位精度也是基本参数之一。
该机械手的定位精度为土0.5～±lmm
机械手的技术参数列表
一、用途:
用于 100 吨以上冲床上下料。
二、设计技术参数:
1、抓重
10公斤 (夹持式手部)
5公斤 ( 气流负压式吸盘)
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
1500mm
5、手臂最大中心高
1380mm
6、手臂运动参数
伸缩行程 600mm
伸缩速度 500mm/s
升降行程 200mm
升降速度 300mm/s
回转范围 0°～ 240°
回转速度90°
7、手腕运动参数
回转范围 0°～ 180°
回转速度 180°/s
8、手指夹持范围
棒料 : 80～150mm
片料 : 面积不大于0.5m Z 9、定位方式
行程开关或可调机械挡块等10、定位精度
士0.5mm
l1,缓冲方式
液压缓冲器
12.驱动方式
气压传动
13、控制方式
点位程序控制(采用PLC)。