四自由度机械手.docx

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1、摘要在中国工业韧带开展中，很多高生产率高精度的机械加工设备从国外引进，比方数控车床和铳床等，还有把几种机床的功能集中在一起的加工中心等。总之这类CNC机床大大的提高了工作速度，产品的加工精度，降低了工作的劳动强度，所以大受欢送。但是这类设备引进费用也是相当的昂贵,所以国内很多企业的技术人员在原先的旧机床上进行改良，来到达提高生产率和降低工人的劳动强度，实现工业自动化，这类改良同样也大受欢送。本文所设计的机械手主要用于搬运工件，工件总重不大于IOKg,长150cm,宽150cm,高150cm的立方体。为了增加本机械手的通用性，在结构尽可能紧凑的情况下，最大限度的是机械手具有较大的抓取范围。本文主

2、要介绍了搬运机械手的概念、组成和分类，接受的自由度和坐标形式、运动及国内外的开展状况。对于搬运接受进行总体方案设计，首先机械手的驱动装置为液压缸，然后确定了机械手的坐标像是为圆柱坐标型，自由度数为4,接着确定了机械手的驱动装置为液压缸，然后确定了机械手的主要技术参数。同时，设计了机械手的手部结构形式为气缸杠杆式手爪、臂部结构形式采用液压缸导向连接的双横臂结构，底座采用电机带动竖臂的旋转。机身结构形式为升降缸用液压缸的结构形式，计算出夹紧工件所需的驱动力、手爪转动时所需的驱动力矩、手臂的伸缩所需的驱动力手臂的俯仰所需的驱动力、手臂的升降所需的驱动力，和手臂回转所需的驱动力矩。继而设计了装箱机械手

3、的各局部液压缸的尺寸和结构及各局部之间连接与支承部件的结构与尺寸。关键词：搬运机械手；液压驱动;液压缸；自动化AbstractInChinaindustria11igamentdeve1opment,a1otofhighproductivityhighprecisionmachiningequipmentsimportedfromabroad,suchasCNC1athesandmi11ingmachines,andhavesevera1functionofmachinetogetherinprocessingcenter,etc.InthiskindofCNCmachinegreat1yim

4、provesthespeedofwork,productprocessingprecision,reducesthe1aborintensityofwork,sopopu1ar.Butthiskindofequipmentisa1soveryexpensive,somanydomesticenterprisestechnica1personne1intheorigina1o1dmachineisimproved,toimproveproductivityandreduce1aborintensityofworkers,industria1automation,thiskindofimprove

5、mentisa1soverypopu1ar.Themanipu1atorisdesignedinthispaperismain1yusedforhand1ingtheworkpiece,theworkpieceweightis1essthan10Kg,1ength150cm,width150cm,high150cmcube.Inordertoincreasetheversati1ityofmanipu1atorinstructure,asfaraspossib1ecompactcase,maximum1imitisthemanipu1atorhasa1argecapturerange.This

6、papermain1yintroducestheconcept,compositionandc1assificationofthemanipu1ator,freedomandcoordinates,movementanddeve1opmentathomeandabroadtoaccept.Forthehand1ingofacceptancefortheovera11programdesign,firstdrivemanipu1atorforhydrau1iccy1inder,andthendeterminethecoordinatemanipu1ator1ikecy1indrica1coord

7、inate,thenumberofdegreesoffreedomis4,thenthedrivemanipu1atorforhydrau1iccy1inder,andthendeterminedthemaintechnica1parametersofthemanipu1ator.Atthesametime,thestructuredesignofhandmanipu1atoriscy1inder1evertypehand,armstructureadoptshydrau1iccy1inderguideconnectingdoub1ewishbonestructure,basethemotor

8、drivenvertica1armrotation.Fuse1agestructurefor1iftingcy1inderhydrau1iccy1inderstructure,ca1cu1atedc1ampingtheworkpiecerequireddrivingforce,thegripperrotationrequireddrivingtorque,thete1escopicarmrequireddrivingforcearmpitchingrequireddrivingforce,thearm1iftingrequireddrivingforce,drivingtorqueandarm

9、rotationrequired.Thendesignthestructureandsizeandthesupportingpartsoftheconnectionbetweenthepartsofthehydrau1iccy1inder1oadingmanipu1atorsizeandstructureandcomponents.Keywords：Manipu1ator;hydrau1icdrive;hydrau1iccy1inder;automation摘要I1绪论11.1 前言11.2 简史11.3 根本型式21.4 机械手分类31.5 应用概况51.6 开展趋势82装箱机械手的整体设计

10、102.1 机械手的组成103机械手各局部机构设计142.2 手部结构设计142.3 横臂结构设计152.4 齿轮传动局部设计152.5 销轴设计182.6 底座194传动系统及其他局部的设计194.1 气缸选择194.2 液压缸选择204.3 电动机选择224.4 联轴器选择244.5 轴承的选择264.6 螺栓螺钉的选择26结论27致谢27参考文献27附录281绪论1.1 前言机械手是能模仿人手和臂的某种动作功能，用以固定程序抓取、搬运物件或操作工具有自动操作装置。机械手势最早出现的工业机器人。也就是最早出现的现在机器人，它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害的环境下操作

11、以保护人身平安，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工等部门机械手主要由手部和运动机构组成。手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。自由度是机械手设计的关键参数。自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用机械手有23个自由度。机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、气动式

12、、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。机械手通常用作机床或其他机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，一般没有独立的控制装置。有些操作装置需要由人直接操纵，如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为机械手。在我国，近几年来也有较快的开展，并取得一定的效果，收到机械工业和铁路工业部门的重视。机械手的迅速开展是由于它的积极作用正日益为人们所认识：其一、它能按照生产工艺的要求，遵循一定的程序、时间和位置来完成工件的传送和装卸；其二、他能操作必要的机具进行焊接和装配。

13、从而大大地改善工人的劳动条件，显著的提高劳动生产率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。其三、它能局部地代替人工操作；因而，受到各先进工业国家的重视，投入大量的人力物力加以研究和应用。尤其在高温、高压、粉尘、噪音以及带有放射性和污染的场合，应用的更加广泛。1.2 简史机械手首先是从美国开始研制的。1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手。它的结构是：机体上安装一回转长臂，端部装有电磁铁的工件抓放机构，控制系统是示教型的。1962年，美国联合控制公司在上述方案的根底上又研制成一台数控示教再现型机械手。商名为Unimate（即万能自动）。运动系统仿造坦克炮塔，臂可以回转、俯仰、伸缩，用液压驱

14、动；控制系统用磁鼓作存贮装置。不少球坐标式通用机械手就是在这个根底上开展起来的。同年该公司和普鲁曼公司合并成立万能自动公司（Unimation）,专门生产工业机械手。1962年美国机械铸造公司也试验成功一种叫Yersatran机械手，原意是灵活搬运。该机械手的中央立往可以回转，臂可以回转、升降、伸缩、采用液压驱动，控制系统也是示教再现型。虽然这两种机械手出现在六十年代初，但都是国外工业机械手开展的根底。1978年美国Unimate公司和斯坦福大学、麻省理土学院联合研制一种UnimItn-Vic-arm型工业机械手，装有小型电于计算机进行控制，用于装配作业，定位误差可小于土1毫米。国际工业机械手

15、（人）会议ISIR决定每年召开一次会议，讨论和研究机械手的开展和应用的问题。同时有关的国家还相应召开本国的或欧洲工业机械手会议和展览会，1982年即有12个展览会，1983年上半年就有6个展览会。通过国际性、地区性的年会、学术讨论会和展览会交流了机械手设计制造的经验，促进了机械手技术的开展和应用。总之，目前工业机械手大局部还属于第一代，主要依靠人工进行控制；控制方式那么为开环式，没有识别能力；改良的方向主要是降低本钱和提高精度。第二代机械手正在加紧研制。它没有微型电于计算机控制系统，具有视觉、触觉能力，甚至听、想的能力。研究安装各种传感器，把感觉到得信息反响，使机械手具有感觉机能。第三代机械手

16、（机械人）那么能独立地完成工作过程中的任务。它与电于计算机和电视设备保持联系。并逐步开展成为柔性制造系统FMS（F1exibisManufacturingSyStenI）和柔性制造单元FMC（F1eXibIeManufacturingCeI1）中重要一环。随着工业机械手（机械人）研究制造和应用的扩大，国际性学术交流活动十分活泼，欧美各国和其他国家学术交流活动开展很多。日本是工业机械手开展最快、应用最多的国家。自1969年从美国引进二种典型机械手后，大力从事机械手的研究。据报导.1979年从事机械手的研究工作的大专院校、研究单位达50多个。1976年各大学和国家研究部门用在机械手的研究经费约占总研究费用的42%。1979年日本机械手的产值达433亿日元，产量为14535台。其中固定程序和可变程序约占一半，达222亿日元，是1978年的两倍.具有记忆功能的机械手产值约为67亿日