气动机械手的设计.doc

摘要

气动机械手是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。

本文主要进行了气动机械手的总体结构设计和气动设计。机械手的机械结构由气缸、气爪和连接件组成，可按预定轨迹运动，实现对工件的抓取、搬运和卸载。气动部分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。

关键词：气动机械手；气缸；气动回路。

目录

1 绪论 (1)

1.1 机械手简史 .............................................................. 错误！未定义书签。

1.2 机械手的分类 (3)

1.3 机械手的组成 (6)

1.4 应用机械手的意义 (8)

2 机械手总体设计方案和气动回路的设计 (10)

2.1 机械手的运动规划 (10)

2.2 机械手基本形式的选择 (12)

2.3 机械手的主要部件及运动 (13)

2.4 驱动机构的选择 (13)

2.5 机械手的技术参数列表 (13)

2.6 气动回路的设计 (14)

3 气动机械手的机械结构设计 (15)

3.1 机械手末端执行器的设计 (15)

3.1.1 末端执行器的概述 (15)

3.1.2 末端执行器的运动和驱动方式 (16)

3.1.3 末端执行器的典型结构 (16)

3.1.4 末端执行器的具体设计 (17)

3.2 机械手手臂的设计 (19)

3.2.1 机械手手臂的设计要求 (19)

3.2.2 机械手手臂的具体设计方案 (20)

3.2.3 伸缩手臂的设计 (21)

3.2.4 升降手臂的设计 (24)

3.2.5 回转臂设计 (26)

4 结论 (30)

致谢 (31)

参考文献 (32)

1 绪论

机械工业是国民的装备部，是为国民经济提供装备和为人民生活提供耐用消费品的产业。不论是传统产业，还是新兴产业，都离不开各种各样的机械装备，机械工业所提供装备的性能、质量和成本，对国民经济各部门技术进步和经济效益有很大的和直接的影响。机械工业的规模和技术水平是衡量国家经济实力和科学技术水平的重要标志。因此，世界各国都把发展机械工业作为发展本国经济的战略重点之一。

工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。工业机械手的是工业机器人的一个重要分支。它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。机械手作业的准确性和各种环境中完成作业的能力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景。

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，迅速发展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。

机械手技术涉及到力学、机械学、电气液压技术、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域，是一门跨学科综合技术。机械手是一种能自动化定位控制并可重新编程序以变动的多功能机器，它有多自由度，可用来搬运物体以完成在各个不同环境中工作。

1.1 机械手的分类

目前对机械手还没有统一的分类标准。按照不同的分类方式可以把机械手分成多种类型。

1. 按驱动方式分类

按驱动装置的动力源，机械手可分为以下的几种。

（ 1 ）液压式机械手。这种机械手的驱动系统通常由液动机（各种油缸、油马达）、伺服阀、油泵、油箱等组成，这种机器人通常具有很大的抓举能力并且结构紧凑，动作平稳，耐冲击、耐振动，防爆性好，但对制造精度和密封性能要求很高，否则易发生漏油而污染环境。

（ 2 ）气压式机械手。其驱动系统通常采用通常汽缸、气阀、气罐和空压机组成。特点是气源方便，动作迅速，结构简

单、造价较低、维修方便，但难于进行速度控制，并因气压不能太高，固抓举能力较小。

（ 3 ）电动式机械手。电力驱动是目前机械手使用的最多的一种驱动方式。其特点是电源方便，响应快，驱动力较大，信号检测、传递、处理方便，可以采用多种灵活的控制方案。驱动电机一般采用交流伺服电机、直流伺服电机和步进电机。由于电机速度高，通常还须采用减速机构（如谐波减速机构、论析减速机构、滚珠丝杠和多杆机构）。目前也有一些特制电机直接进行驱动，以简化机构，提高控制精度。

其他还有采用混合驱动的机械手，如液-气混合驱动机械手或电-气混合驱动机械手。

2. 按用途分类

机械手按用途可分为下列几种。

（ 1 ）搬运机械手;

（ 2 ）喷涂机械手;

（3）焊接机械手;

（ 4 ）装配机械手;

（5）其他用途的机械手。如航天用机械手，探海用机械手，以及排险作业机械手等。

3. 按操作机的位置机构类型和自由度数量分类

操作机的位置机构是机械手的重要外形特征，固常用作分类的依据。按这一分类要求，机械手可分为直角坐标型、圆柱坐标型、球坐标型、关节型机械手。

a

）

直角坐标型 b ）圆柱坐标型 c ）球坐标型 d ）多关节型

图1-1工业机械手的基本结构形式 操作机本身的自由度最能反应机器人的作业能力，也是分类的重要依据。按这一分类要求，机械手可分 为4自由度、5自由度、6自由度和7自由度机械手。

4. 按其他方法还可以分为

（1 ）家务型机械手：能帮助人们打理生活，做简单的家务活。

（2）操作型机械手：能自动控制，可重复编程，多功能，有几个自由度，可固定或运动，用于相关自 动化系统中

（ 3 ）程控型机械手：按预先要求的顺序及条件，依次控制机械手的机械动作。

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e ）平面关节型