气动上下料机械手手部结构的设计与分析报告
气动上下料机械手手部结构的设计与分析
StructureDesignAndAnalysisOfTheFingerOfPneumat
icManipulator
摘要：以炮弹径长自动检测生产线上搬运炮弹机械手的手部结构为研究对象，采用单片机对其气压驱动装
置进行顺序控制，为保证结构设计的合理性，在论述系统组成、机械手运动、坐标形式及运动围的基础上，
运用有限元分析方法对手部结构进行分析和优化改进，结构设计满足验算结果要求。
关键词：机械手；手部结构；结构设计；有限元分析
在炮弹径长自动检测生产线上，要检测不同长度炮弹的外径值是否都在规定的尺寸公差，如果在这个围，此炮弹合格；反之，炮弹就成为需要修复的产品或是废品。该工作过程受检测进程的限制，工人劳动强度大，且不易确保炮弹在检测平台上的位置。为了解决上述问题，本文设计一套采用单片机控制的带有摩擦轮压紧装置的气动上下料机械手。机械手手部结构的设计将影响炮弹的表面质量及其在检测平台上的位置，进而影响检测结果，因此运用有限元分析方法对所设计的结构进行应力分析、位移分析，并对结构进行优化设计。
1 系统组成
整个系统分为控制系统、驱动系统和执行系统三大部分[1]，系统组成如图1所示。
1.1控制系统
控制系统包括主控制柜、控制面板（状态显示、按钮）和位置检测装置[2]。位置检测装置主要由行程开关组成，用来检测机械手的工作是否到位，并把相关信号传递给控制中心以便进行下一步的动作。在整个过程中，主要控制：
（1）气动系统电磁阀的得电、失电；
（2）步进电机、交流电机的启动、停止；
（3）键盘显示、指示灯。
1.2驱动系统
整个系统需处于洁净的环境中，以确保检测的准确可靠，因此采用气压驱动[3]，即保证了环境的清洁，又满足了机械手运动快速性的要求。
1.3执行系统
执行系统分为上下料系统和检测系统两部分。上下料系统包括机械手手爪的夹紧与开、摩擦轮和机械手手臂的上升与下降、机械手手臂的移动；检测系统包括炮弹旋转、测头移动和顶炮弹用活塞杆的伸出和收回。
2 机械手手部结构设计与分析
2.1机械手概述
1)、坐标形式。所设计的机械手具有两个自由度，摩擦轮具有一个自由度，故采用直角坐标形式。如图2所示，机械手的两个自由度分别是手臂的水平移动和手臂的伸缩运动，即沿x 轴方向的移动和沿z轴的伸缩；摩擦轮的自由度即沿z轴的伸缩运动。
2)、工作过程。对于上下料机械手来说，其工作是在最短的时间抓取、抬升、移动、放炮弹至检测平台，经检测后，再迅速的抓取、抬升、移动、放炮弹至存放处，然后回到原位，重新执行下一次操作。
3)、工作围。机械手手臂在水平方向移动的总行程为600mm，在垂直方向的伸缩行程是125mm，由于在手臂伸出时，摩擦轮与工件的距离为35mm，所以，摩擦轮的伸缩行程为160mm。
图2 机械手的坐标形式
2.2机械手手部结构设计
机械手的手部是机械手上承担抓取工件的机构，由于被抓取物件（炮弹）的形状近似于圆台，所以，其手爪采用特殊的V字型结构，即手爪的表面设计成与圆台斜度相同的斜面，即保证了抓取的稳定又不会因“线接触”而影响炮弹的表面质量。机械手手部的驱动装置采用齿轮齿条杠杆式结构，因为其结构简单，安装方便，齿轮、齿条相对容易加工，并且传动可靠，特别是采用无关节的手指形式，使抓取误差更小，定心精度更高。具体结构见图3示，其中，机械手外罩通过螺母紧固在气缸缸体上，活塞杆利用自身的螺纹与齿条联接，手爪通过螺钉与扇形齿轮联接，扇形齿轮通过圆柱销与外罩联接，即通过活塞杆的往复运动实现了手爪的开与闭合。由于销与扇形齿轮的联接属于间隙配合，所以它们之间存在剪切危险，经过校核，其剪切应力满足要求。
图3 机械手手部结构图
1-手爪 2-手指 3-齿条 4-扇形齿轮 5-销 6-螺钉
7-螺母 8-外罩 9-气缸
2.3机械手手部结构分析
为了加工方便、使手指的通用性更强，
采用对称式钳爪手部结构，为保证抓取的可靠性和结构设计的合理性，采用ANSRS大型有限元分析软件，对机械手的变形和应力情况进行仿真分析。
2.3.1有限元模型
建立机械手有限元模型的关键在于受力结构的简化及等效边界条件的确定。由于机械手采用左右对称结构，所以，把有限元模型简化为只对一半手部结构进行分析。机械手有限元模型建立如图
4所示
（1) 确定手指的
支持力和齿轮啮合处的作用力：假设手指所受水平方向上的夹紧力为零，即炮弹的自重完全由手爪的下表面来克服，通过受力分析确定手指的支持力；由于齿轮齿条之间相互啮合，
然存在相互作用，且活塞杆与齿条相联，所以，根据活塞杆的推力即可得出齿轮的受力情况。
图4 机械手有限元模型
（2）确定等效边界条件：由于机械手的开和闭合是通过扇形齿轮与齿条之间的啮合实现，其回转中心即为销轴处，所以，应在销轴的位置增加约束。
2.3.2有限元分析
机械手以钢为材料，其密度ρ＝7800㎏/㎝3，弹性模量E=202GPa；按分析的条件增加
约束，对受力部位进行加载。有限元分析后，应力分析结果如图5示，由图5可得，在炮弹的自重和齿轮的作用力下，机械手手部的最大应力出现在齿轮与齿条相啮合部位的齿根部，其最大应力为0.475×107Pa，满足许用应力要求，最大应力出现位置的放大视图如图6示；有限元分析后，位移分析结果如图7示，由图7可得，在炮弹的自重作用下，机械手手部的最大位移出现在手爪的末端，即图7最左边，其大小为0.85×10-6m，满足许用位移要求。
图5 应力云图
图6 应力集中放大视图
图7 位移云图
小型气动机械手的设计
小型气动机械手的设计 摘要：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。气动机械手作为机械手的一种, 它具有结构简单、重量轻、动作迅速、平稳、可靠、节能和不污染环境等优点而被广泛应用。 关键词：气动机械手；气缸；控制阀；回路；设计 Design of Small Pneumatic Manipulator Abstract:This article mainly has carried on the overall structural design and aerodynamic design of pneumatic manipulator. Robot mechanical structure is composed of a cylinder, a pneumatic claw and a connecting piece, according to a predetermined trajectory, on a workpiece gripping, conveying and unloading. Pneumatic main part of the design is to choose appropriate control valve, the rational design of pneumatic control circuit, the control and regulation of each cylinder of compressed air pressure, flow and direction to the pneumatic actuator to obtain the necessary force, speed of action and change the direction of movement, and according to the prescribed procedures work.Pneumatic machinery as a manipulator, which has the advantages of simple structure, light weight, quick action, stable, reliable, energy saving and no pollution to environment has been widely used. Key words: Pneumatic manipulator; cylinder; control valve; Circuit; the design 1 前言 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
气动机械手毕业设计论文(DOC)
[机电一体化]论文
目录 第一章绪论............................................... ３ 1.1 气动机械手概述.......................................... ３ 1.2 机械手的组成和分类...................................... ３ 1.2.1机械手的组成........................................ ３ 1.2.2机械手的分类........................................ ５ 1.3 国内外发展状况.......................................... ７ 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第二章机械手的设计方案................................. １０ 2.1机械手的坐标型式与自由度............................... １０ 2.2 机械手的手部结构方案设计.............................. １１ 2.3 机械手的手腕结构方案设计.............................. １１ 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.................................. １２ 2.7 机械手的主要参数...................................... １２第三章气动系统设计...................................... １３3．1 气压传动系统工作原理图............................... １３第四章机械手的PLC控制设计.............................. １４ 4.1可编程序控器的简介..................................... １４
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。文档可直接下载或修改，使用时请详细阅读内容。 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
气动机械手升降臂结构设计分享
毕业设计(论文) 题目: 气动机械手升降臂结构设计，面板操纵式（有动力）点位示教部分控制软件设计
摘要 本文简要介绍了工业机器人的概念，机械手的组成和分类，气动技术的特点，PLC控制的特点,触摸屏的特点及国内外的发展状况。 本文对机械手进行总体方案设计，确定了机械手的技术参数。同时，设计计算了机械手的升降臂和回转臂结构，设计了机械手的手部结构。 本文系统地研究了机械手的气动系统，对气压系统工作原理图的参数进行了了解，大大提高了绘图效率和图纸质量。 利用可编程序控制器（PLC）对机械手进行控制，选取了合适的PLC型号，根据机械手的工作流程制定了可编程序控制器的控制方案，对机械手的面板操纵式（有动力）点位示教部分控制软件进行了设计。 关键词:工业机器人；机械手；气动；可编程序控制器；触摸屏；示教
Abstract This thesis gives a brief introduction of the conception of industrial robot and domestic and overseas development of industrial robot, including components and categories of manipulator, the characteristics of the system of air pressure drive technique and PLC, and the features of touch screen calibration. This thesis makes a general designation and decides the technique parameter of manipulator. Meanwhile, it designs the elevator arm and Rotary arm structure of manipulator as well as the construction of the hand part. This thesis focus on the analyzing of the air pressure drive system of manipulator and the study of the air pressure system working principle diagram datum, which helps a lot to make a improvement in charting. With the help of PLC we attain the controlling of manipulator. In this thesis, I choose the proper type of PLC, work out the manipulation program of PLC controller according to the working progress of manipulator, and design the manipulation software of the manipulation of Control panel (Dynamic) -Point Demonstration part. Keywords: industrial robot; manipulator; air pressure drive; PLC; touch screen; Demonstration
气动机械手设计说明书
目录 气动机械手及继电器控制系统设计 (2) 第一章绪论 (2) 1.1 气动机械手概述 (2) 1.2 机械手的组成和分类 (3) 1.2.1 机械手的组成 (3) 1.2.2 机械手的分类 (3) 1.3课题的提出及主要任务 (5) 第 2 章继电器硬件系统设计 (6) 2.1 系统分析 (6) 2.2方案确定 (7) 2.3元器件介绍 (7) 第三章软件系统设计 (12) 3.1控制方案的确定 (12) 3.2 工作过程 (14) 第四章调试过程 (17) 第五章设计总结 (21) 第六章附图 (23) 6.1 三维零件图： (23) 6.2 三维装配图： (24) 第七章参考文献 (26)
气动机械手及继电器控制系统设计 第一章绪论 1.1 气动机械手概述 气动机械手由操作机（机械本体）、控制器、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. 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。随看工业技术的发展，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
气动机械手设计说明书
气动机械手－设计说明书
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一、设计要求 为卸码垛机械手臂配制造附件,即夹持工件的手指机构。机构应根据工件的形状、尺寸、工件质量大小、表面性质等因素专门设计。本设计拟搬运宽度尺寸9０～11０mｍ、质量为5kg以内的六菱柱形钢质工件，手指机构带水平转盘。设计手指机构的机械结构，机构自身重量控制在10ｋg以内,手指的动力驱动方式自选。 二、具体设计方案 本次机械手的主要设计构思来源于实验室的机械手模型,通过对实验室机械手的一系列观察研究，开始了如下方案的设计。 首先，我们选择了气动的方式来驱动机械手的运动,而对于气缸的选择，因为在这方面的学习还不够,而且对于我们所设计的机械手结构在气缸方面的要求不高,故在此不作进一步研究。 根据实验室的机械手模型,我们仿照其结构把机械手设计为平行式夹持手爪,接下来是对一些重要尺寸的确定做一较为详细的介绍。 2．1机械手手爪伸缩运动的设计 通过查阅相关资料,对于夹持型手爪进行受力分析如图所示,两个手指总夹持力2μＦ必须大于夹持工件的重力ｍg 故应满足2μF>mg，即F>mg/２μ 式中μ为摩擦系数,本次设计的手指夹持处设有辅助件，材料取为硬质橡胶，一般令μ=0.65； 另外已知m为5kg； 由此可得 F>ｍg／2μ=5×9．8/(2×0.６5)＝38N
机械手的结构图如下： 此部分为机械手的夹持部分,由图中可知，此结构主要是以齿轮齿条的啮合运动来实现手指的夹紧与放松,而通过两个类似于单缸气缸的腔体充气和放气产生推动力。因此根据公式可得: Ｄ=(4F／(πPη)）? 其中η为负载率,一般取0．4。代入相关数据可得：D=0．017m 又知腔体中受压缩气体作用的面积为一圆环，即 ｓ=π*（R2-r2)=π*D2/4 (其中Ｒ为腔体外半径，r为轴半径) 只要圆环面积s大于π*D2/4即可,现取Ｄ=0.02m=20mｍ r=10mm R＝20mm 则s的面积足够大,能提供足够的推力来满足运动。 之后根据所夹持件尺寸的要求是9０至11０mm,则按照90mm来计算(最小的工件尺寸），若能夹到的话,则110ｍm的也一定能夹到,然后通过一系列的尺寸推导运算(该部分是通过先初步设计尺寸，然后在建模过程中不断修改所得），即可设计出如上所示的机械手结构。其中最主要的就是齿轮齿条的行程大小确定，它是根据所要夹持工件的尺寸要求来设计的。
气动机械手的设计
吉林工业职业技术学院 毕业论文 题目：气动机械手的设计 系部：化工机械系 专业：焊接技术及自动化 学生姓名：任冬雪 学号： 9 班级：焊接3102 指导教师：金妍 2013 年 04 月 15 日 第一章前言 1.1机械手概述 (4) 1.2机械手的组成和分类 (4) 1.2.1机械手的组成．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4 1.2.2机械手的分类．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6
第二章机械手的设计方案 2.1机械手的坐标型式与自由度．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 8 2.2机械手的手部结构方案设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 8 2.3机械手的手腕结构方案设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 9 2.4机械手的手臂结构方案设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9 2.5机械手的驱动方案设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9 2.6机械手的控制方案设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9 2.7机械手的主要参数．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9 2.8机械手的技术参数列表．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9 第三章手部结构设计 3.1夹持式手部结构．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11 3.1.1手指的形状和分类．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11 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．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．14 第四章手腕结构设计 4.1手腕的自由度．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 19 4.2手腕的驱动力矩的计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 19 4.2.1手腕转动时所需的驱动力矩．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 20 4.2.2回转气缸的驱动力矩计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．22 第五章手臂伸缩，升降，回转气缸的设计与校核 5.1手臂伸缩部分尺寸设计与校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．23 5.1.1尺寸设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．23 5.1.2尺寸校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．24 5 .1 .3导向装置．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．25 5 .1 .4平衡装置．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．25 5.2手臂升降部分尺寸设计与校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．26 5.2.1尺寸设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．26． 5.2.2尺寸校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．26 5.3手臂回转部分尺寸设计与校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．27 5.3.1尺寸设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．27 5.3.2尺寸校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．27 第六章机械手的PLC控制设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．27 6.1可编程序控制器的选择及工作过程．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．27 6.1.1可编程序控制器的选择．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．27 6.1.2可编程序控制器的工作过程．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．27 6.2可编程序控制器的使用步骤．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．23 第七章结论．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．24 致谢．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．29 参考文献．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．30 专业相关的资料．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．31
毕业设计 真空吸盘式气动机械手的设计
一绪论 （一）气压传动技术的研究发展动向 随着科学技术的不断进步，目前气压技术正向着高压、高速、大功率、高效、高度集成化的方向发展。虽然气压传动技术方便简洁，但是气压传动中存在着一些亟待解决的问题，如：气压系统工作时的稳定性、工作介质的泄漏、气压冲击对设备可靠性的影响等等，这些问题都是气压传动技术需要研究和解决的。任何技术的改革和创新，都必须以稳定、可靠的工作为前提，这样才具有它的实际意义。 （二）气压传动技术的应用 机械制造业，其中包括机械加工生产线上工件的装夹及搬送，铸造生产线上的造型、捣固、合箱等。在汽车制造中，汽车自动化生产线、车体部件自动搬运与固定、自动焊接等。 电子IC及电器行业，如用于硅片的搬运，元器件的插装与锡焊，家用电器的组装等。 石油、化工业用管道输送介质的自动化流程绝大多数采用气动控制，如石油提炼加工、气体加工、化肥生产等。 轻工食品包装业，其中包括各种半自动或全自动包装生产线，例如：酒类、油类、煤气罐装，各种食品的包装等。 机器人，例如装配机器人，喷漆机器人，搬运机器人以及爬墙、焊接机器人等。 其它，如车辆刹车装置，车门开闭装置，颗粒物质的筛选，鱼雷导弹自动控制装置等。目前各种气动工具的广泛使用，也是气动技术应用的一个组成部分。 （三）气压传动的特点 气压传动的优点：以空气为工作介质，工作介质获得比较容易，用后的空气排到大气中，处理方便，与液压传动相比不必设置回收的油箱和管道；因空气的粘度很小（约为液压油动力粘度的万分之一），其损失也很小，所以便于集中供气、远距离输送。外泄漏不会像液压传动那样严重污染环境；与液压传动相比，气压传动动作迅速、反应快、维护简单、工作介质清洁，不存在介质变质等问题；工作环境适应性好，特别在易燃、易爆、多尘埃、强磁、辐射、振动等恶劣工作环境中，比液压、电子、电气控制优越；成本低，过载能自动保护。 气压传动的缺点：由于空气具有可压缩性，因此工作速度稳定性稍差，但采用气液联动装置会得到较满意的效果；因工作压力低（一般为0.31.0MPa），又因结构尺寸不宜过大，总输出力不宜大于10～40kN；噪声较大，在高速排气时要加消声器；气动装置中
气动机械手的设计设计
毕业设计（论文）题目：气动机械手的设计 系部：机电工程系 专业：数控技术 班级： 姓名： 学号：
目录 摘要 (3) 第一章前言 1.1机械手概述 (4) 1.2机械手的组成和分类 (4) 1.2.1机械手的组成．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4 1.2.2机械手的分类．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6 第二章机械手的设计方案 2.1机械手的坐标型式与自由度．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 8 2.2机械手的手部结构方案设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 8 2.3机械手的手腕结构方案设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 9 2.4机械手的手臂结构方案设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9 2.5机械手的驱动方案设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9 2.6机械手的控制方案设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9 2.7机械手的主要参数．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9 2.8机械手的技术参数列表．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9 第三章手部结构设计 3.1夹持式手部结构．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11 3.1.1手指的形状和分类．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11 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．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．14 第四章手腕结构设计 4.1手腕的自由度．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 14 4.2手腕的驱动力矩的计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 14 4.2.1手腕转动时所需的驱动力矩．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 15 4.2.2回转气缸的驱动力矩计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．15 第五章手臂伸缩，升降，回转气缸的设计与校核 5.1手臂伸缩部分尺寸设计与校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．16 5.1.1尺寸设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．16 5.1.2尺寸校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．17 5 .1 .3导向装置．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．17 5 .1 .4平衡装置．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．17 5.2手臂升降部分尺寸设计与校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．18 5.2.1尺寸设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．18． 5.2.2尺寸校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．18 5.3手臂回转部分尺寸设计与校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．19 5.3.1尺寸设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．19
气动机械手-设计说明书
一、设计要求 为卸码垛机械手臂配制造附件，即夹持工件的手指机构。机构应根据工件的形状、尺寸、工件质量大小、表面性质等因素专门设计。本设计拟搬运宽度尺寸90～110mm、质量为5kg以内的六菱柱形钢质工件，手指机构带水平转盘。设计手指机构的机械结构，机构自身重量控制在10kg以内，手指的动力驱动方式自选。 二、具体设计方案 本次机械手的主要设计构思来源于实验室的机械手模型，通过对实验室机械手的一系列观察研究，开始了如下方案的设计。 首先，我们选择了气动的方式来驱动机械手的运动，而对于气缸的选择，因为在这方面的学习还不够，而且对于我们所设计的机械手结构在气缸方面的要求不高，故在此不作进一步研究。 根据实验室的机械手模型，我们仿照其结构把机械手设计为平行式夹持手爪，接下来是对一些重要尺寸的确定做一较为详细的介绍。 2.1机械手手爪伸缩运动的设计 通过查阅相关资料，对于夹持型手爪进行受力分析如图所示，两个手指总夹持力2μF必须大于夹持工件的重力mg 故应满足2μF>mg，即F>mg/2μ式中μ为摩擦系数，本次设计的手指夹持处设有辅助件，材料取为硬质橡胶，一般令μ=0.65； 另外已知m为5kg； 由此可得F>mg/2μ=5×9.8/(2×0.65)=38N
机械手的结构图如下： 此部分为机械手的夹持部分，由图中可知，此结构主要是以齿轮齿条的啮合运动来实现手指的夹紧与放松，而通过两个类似于单缸气缸的腔体充气和放气产生推动力。因此根据公式可得： D=（4F/（πPη））? 其中η为负载率,一般取0.4。代入相关数据可得：D=0.017m 又知腔体中受压缩气体作用的面积为一圆环，即 s=π*（R2-r2）=π*D2/4 （其中R为腔体外半径，r为轴半径） 只要圆环面积s大于π*D2/4即可，现取D=0.02m=20mm r=10mm R=20mm 则s的面积足够大，能提供足够的推力来满足运动。 之后根据所夹持件尺寸的要求是90至110mm，则按照90mm来计算（最小的工件尺寸），若能夹到的话，则110mm的也一定能夹到，然后通过一系列的尺寸推导运算（该部分是通过先初步设计尺寸，然后在建模过程中不断修改所得），即可设计出如上所示的机械手结构。其中最主要的就是齿轮齿条的行程大小确定，它是根据所要夹持工件的尺寸要求来设计的。
-气动机械手的结构设计
本科毕业论文（设计、创作） 题目：气动机械手的结构设计 学生：兵练学号： 5 ！ 所在系院：机械工程学院专业：机械设计制造及其自动化入学时间： 2012 年 9 月导师：吴建美职称/学位：讲师/硕士 导师所在单位：三联学院 完成时间： 2016 年 5 月
三联学院教务处制 |
气动机械手的结构设计 摘要:机械手是模仿人的手的动作，根据给定的程序，跟踪和要求达到的自动装置的自动采集，处理和操作。本篇论文设计着重介绍气动机械手，并计算相关相关数据得出合理的结果。 气动机械手具有结构简单、重量轻、动作迅速、安全、节能、环保、可实现无级调速、可实现过载保护等优点,适用于汽车生产业、食品和药品包装行业、精密仪器制造业和军事工业等。为了增强机械手的通用性和互换性,使同一机械手由于应用不同的模块而具有不同的功能,本文采用模块化气动机械手,对基座、立柱、手臂、手部等模块进行结构设计,方便机械手的标准化生产和使用。它具有很多优秀的性能可以完全胜任现代工业生产要求。气动机械手的设计要求就是要求我们将人们从劳烦的生产中解放出来，这就需要将其设计具有能帮助人们工作。 关键词:气动机械手；模块化设计；结构设计；自由度
The Structure of the Pneumatic Manipulator Design Abstract: In this paper the hand of the manipulator is imitation of action, according to the given program, track and requirements to achieve automatic device of automatic data collection, processing and operation. This paper introduces the design of pneumatic manipulator, and calculate the relevant data related to the reasonable results are obtained. The structure of the pneumatic manipulator design involves a lot of mechanical professional special knowledge, need to master the complex theoretical analysis ability and design ideas, larger workload. Based on the integration in the field of mechanical manufacturing and automation professional four years of experience, discusses and analyzes the industrial robot's mechanical structure and function of each part. Pneumatic manipulator as a practical new type of mechanical production equipment, can replace manual work in the comparison of heavy labor。It has many excellent performance can be fully competent for modern industrial production
气动机械手升降臂结构设计
气动机械手升降臂结构设计 本文简要介绍了工业机器人的概念，机械手的组成和分类，气动技术的特点，PLC控制的特点,触摸屏的特点及国内外的发展状况。 本文对机械手进行总体方案设计，确定了机械手的技术参数。同时，设计计算了机械手的升降臂和回转臂结构，设计了机械手的手部结构。 本文系统地研究了机械手的气动系统，对气压系统工作原理图的参数进行了了解，大大提高了绘图效率和图纸质量。 利用可编程序控制器（PLC）对机械手进行控制，选取了合适的PLC型号，根据机械手的工作流程制定了可编程序控制器的控制方案，对机械手的面板操纵式（有动力）点位示教部分控制软件进行了设计。 第一章绪论 1.1 工业机械手的概述 工业机器人是能模仿人体某些器官的功能(主要是动作功能)、有独立的控制系统、可以改变工作程序和编程的多用途自动操作装置。工业机器人在工业生产中能代替人做某些单调、频繁和重复的长时间作业，或是危险、恶劣环境下的作业，例如在冲压、压力铸造、热处理、焊接、涂装、塑料制品成形、机械加工和简单装配等工序上，以及在原子能工业等部门中，完成对人体有害物料的搬运或工艺操作。“机器人”一词出自捷克文，意为劳役或苦工。1920年，捷克斯洛伐克小说家、剧作家恰佩克在他写的科学幻想戏剧《罗素姆万能机器人》中第一次使用了机器人一词。此后被欧洲各国语言所吸收而成为专门名词。20世纪50年代末，美国在机械手和操作机的基础上，采用伺服机构和自动控制等技术，研制出有通用性的独立的工业用自动操作装置，并将其称为工业机器人；60年代初，美国研制成功两种工业机器人，并很快地在工业生产中得到应用；1969年，美国通用汽车公司用21台工业机器人组成了焊接轿车车身的自动生产线。此后，各工业发达国家都很重视研制和应用工业机器人。由于工业机器人具有一定的通用性和适应性，能适应多品种中、小批量的生产，70年代起，常与数字控制机床结合在一起，成为柔性制造单元或柔性制造系统的组成部分。工业机器人由主体、驱动系统和控制系统三个基本部分组成。主体即机座和执行机构，包括臂部、腕部和手部，有的机器人还有行走机构。大多数工业机器人有 3～6个运动自由度，其中腕部通常有1～3个运动自由度；驱动系统包括动力装置和传动机构，用以使执行机构产生相应的动作；圆柱坐标型工业机器人示意图控制系统是按照输入的程序对驱动系统和执行机构发出指令信号，并进行控制。工业机器人按臂部的运动形式分为四种。直角坐标型的臂部可沿三个直角坐标移动；圆柱坐标型的臂部可作升降、回转和伸缩动作；球坐标型的臂部能回转、俯仰和伸缩；关节型的臂部有多个转动关节。工业机器人按执行机构运动的控制机能，又可分点位型和连续轨迹型。点位型只控制执行机构由一点到另一点的准确定位，适用于机床上下料、点焊和一般搬运、装卸等作业；连续轨迹型可控制执行机构按给定轨迹运动，适用于连续焊接和涂装等作业。工业机器人按程序输入方式区分有
通用上下料气动机械手结构设计(正式版)
文件编号：TP-AR-L9793 In Terms Of Organization Management, It Is Necessary To Form A Certain Guiding And Planning Executable Plan, So As To Help Decision-Makers To Carry Out Better Production And Management From Multiple Perspectives. （示范文本） 编订：_______________ 审核：_______________ 单位：_______________ 通用上下料气动机械手 结构设计(正式版)
通用上下料气动机械手结构设计(正 式版) 使用注意：该安全管理资料可用在组织/机构/单位管理上，形成一定的具有指导性，规划性的可执行计划，从而实现多角度地帮助决策人员进行更好的生产与管理。材料内容可根据实际情况作相应修改，请在使用时认真阅读。 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。 气动机械手的原理 气压传动机械手是以压缩空气的压力来驱动执行
通用上下料气动机械手结构设计简易版
In Order To Simplify The Management Process And Improve The Management Efficiency, It Is Necessary To Make Effective Use Of Production Resources And Carry Out Production Activities. 编订：XXXXXXXX 20XX年XX月XX日 通用上下料气动机械手结构设计简易版
通用上下料气动机械手结构设计简 易版 温馨提示：本安全管理文件应用在平时合理组织的生产过程中，有效利用生产资源，经济合理地进行生产活动，以达到实现简化管理过程，提高管理效率，实现预期的生产目标。文档下载完成后可以直接编辑，请根据自己的需求进行套用。 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。 气动机械手的原理
气动机械手回转臂结构设计
毕业设计 气动机械手回转臂结构设计
毕业设计任务书题目名称：气动机械手回转臂结构设计
气动机械手回转臂结构设计 摘要 本文简要介绍了工业机器人的概念，机械手的组成和分类，机械手的自由度和坐标形式，气动技术的特点，PLC控制的特点及国内外的发展状况。 本文对机械手进行总体方案设计，确定了机械手的坐标形式和自由度，确定了机械手的技术参数。同时，设计了机械手的夹持式手部结构，设计了机械手的手腕结构，计算出了手腕转动时所需的驱动力矩和回转气缸的驱动力矩。设计了机械手的手臂结构。 设计出了机械手的气动系统，绘制了机械手气压系统工作原理图，对气压系统工作原理图的参数化绘制进行了研究，大大提高了绘图效率和图纸质量。 利用可编程序控制器对机械手进行控制，选取了合适的PLC型号，根据机械手的工 作流程制定了可编程序控制器的控制方案，设计了机械手的工作时序图，并绘制了可编程序控制
器的控制程序。设计达到了设计的预期目标。关键词工业机器人；机械手；气动； PLC
Pn eumatic mani pulator arm structure desig n Abstract This paper briefly in troduces the con cept of in dustrial robot mani pulator, the compositi on and classificati on of the mani pulator, freedom and coordi nates, pn eumatic tech no logy of PLC con trol, the characteristics of the developme nt of both at home and abroad. This paper makes an overall manipulator, the design scheme of the man ipulator coord in ates and freedom, the tech ni cal parameters of the robot. At the same time, the desig n of clamp ing man ipulator hand structure, the desig n of the structure of the manipulator wrist, calculates the wrist curls when driving torque and rotary cylinder driving torque. The design of manipulator arm structure. Desig n a robot man ipulator, pn eumatic system, pn eumatic system work ing prin ciple of pn eumatic system prin ciple diagram of parameterized draw ing was studied, and greatly improve the efficie ncy of draw ing and draw in gs. Using manipulator programmable controller, the control of PLC suitable model, according to the working process of the manipulator programmable con troller has formulated the con trol scheme, the work of the man ipulator, and draws the seque ntial diagram PLC con trol procedures. Desig n meets the desig n target. Industrial robot; Manipulator ; Air pressure drive; PLC Keywords