腕回转运动中所采用的回转缸是单叶片回转气缸，它的原理如图所示，定片与缸体固连，动片与回转轴固连。动片封圈把气腔分隔成两个当压缩气体从孔进入时，推动输出轴作逆时针方向回转，则低压腔的气从孔排出。反之，输出轴作顺时针方向回转。单叶气缸的压力和驱动力矩的关系为图回转气缸简图式中回转气缸的驱动力矩㎝回转气缸的工作压力㎝缸体内壁半径输出轴半径动片宽度。上述驱动力矩和压力的关系式是对于低压腔背压为零的情况下而言的。若低压腔有定的背压，则上式中的应代以工作压力与背压之差。二手腕回转缸的尺寸及其校核尺寸设计气缸长度设计为，气缸内径设计为，半径，轴径，半径，气缸运行角速度，加速度时间，压强则力矩尺寸校核测定参与手腕转动的部件的质量，分析部件的质量分布情况，质量密度等效分布在个半径的圆盘上，那么转动惯量工件的质量为，质量分布在长的棒料上，那么转动惯量假如工件中心与转动轴线不重合，对于长的棒料来说，最大偏心距，其转动惯量为惯手腕转动件和工件的偏重对转动轴线所产生的偏重力矩为偏，考虑手腕转动件重心与转动轴线重合夹持工件端是工件重心偏离转动轴线，则偏手腕转动轴在轴颈处的摩擦阻力为摩，对于滚动轴承，对于滑动轴承为手腕转动轴的轴颈直径为轴颈处的支承反力，粗略估计，。摩回转缸的动片与缸径定片端盖等处密封装置的摩擦阻力矩封，与选用的密封装置的类型有关，应根据具体情况加以分析。在此估计封为摩的倍。封摩驱惯偏摩封驱所以设计尺寸符合使用要求，安全。手臂结构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，手臂的各种运动由气缸来实现。手臂伸缩与手腕回转部分结构设计手臂的伸缩是直线运动，实现直线往复运动采用的是气压驱动的活塞气缸。由于活塞气缸的体积小重量轻，因而在机械手的手臂结构中应用比较多。同时，气压驱动的机械手手臂在进行伸缩或升降运动时，为了防止手臂绕轴线发生转动，以保证手指的正确方向，并使活塞杆不受较大的弯曲力矩作用，以增加手臂的刚性，在设计手臂结构时，必须采用适当的导向装置。它应根据手臂的安装形式，具体的结构和抓取重量等因素加以确定，同时在结构设计和布局上应尽量减少运动部件的重量和减少手臂对回转中心的转动惯量。在本机械手中采用的是单导向杆作为导向装置，它可以增加手臂的刚性和导向性。该机械手的手臂结构如所示，现将其工作过程描述如下手臂主要由双作用式气缸导向杆等组成。双作用式气缸的缸体固定，当压缩空气分别从进出气孔进入双作用式气缸的两腔时，活塞杆带动手腕回转缸和手部同往复移动。在双作用式气缸缸体上方装置着导向杆，用它防止活塞杆在做伸缩运动时的转动，以保证手部的手指按正确的方向运动。为了保证手臂伸缩的快速运动。在双作用式气缸的两个接气管口出分别串联了快速排气阀手腕回转是由回转气缸实现。手臂伸缩结构图二导向装置气压驱动的机械手手臂在进行伸缩或升降运动时，为了防止手臂绕轴线发生转动，以保证手指的正确方向，并使活塞杆不受较大的弯曲力矩作用，以增加手臂的刚性，在设计手臂结构时，必须采用适当的导向装置。它应根据手臂的安装形式，具体的结构和抓取重量等因素加以确定，同时在结构设计和布局上应尽量减少运动部件的重量和减少手臂对回转中心的转动惯量。目前常采用的导向装置有单导向杆双导向杆四导向杆等，在本机械手中采用单导向杆来增加手臂的刚性和导向性。三手臂伸缩气缸的设计活塞杆上输出力和缸径的计算活塞杆拉力为克服机械手的自重和克服抓取物的重量所用的力为当推力做功时当用上式计算时，活塞杆可根据气缸拉力预先估定，活塞杆直径可按计算必要时也可取若将代入上式得以上公式计算出的气缸内径应圆整为标准值。参考表得根据，参考表可估算得缸筒壁厚的计算缸筒直接承受压力，需有定的厚度。由于般气缸缸筒壁厚与内径只比，所以通常可以按薄壁筒公式计算常用缸筒材料有铸铁或等，其钢管钢管，其铝合金，其钢，其。本气缸选用，其。所以常用计算出的缸筒壁厚都相当薄，但考虑到机械加工，缸筒两端要安装缸盖等需要，往往将气缸筒壁厚作适当加厚，且尽量选用标准内径和壁厚的钢管和铝合金管。表所列筒壁厚值可供参考。因加工等原因根据表选。手臂升降和回转部分其结构如所示。手臂升降装置由立柱升降缸活塞轴升降缸体碰铁可调定位块定位拉杆缓冲撞铁定位块联接盘和导向杆等组成。转柱上钻有和六条气路，在转柱上端用管接头和气管分别将压缩空气引到手腕回转气缸用气路，手部夹紧气缸用气路和手臂伸缩气缸用气路，转柱下端的气路，将压缩空气引到升降缸下腔，当压缩空气进入下腔后，推动升降缸体上升，并由两个导向杆进行导向，同时碰铁随升降缸体同上移，当碰触上边的可调定位块后，即带动，在钢球上下表面形成压力差，此压力差被弹簧的弹簧力所平衡，而使钢球处于中间位置，因而压缩空气就进入贮油杯的上腔，油面受压，压力油经吸油管将单向阀的钢球托起，钢球上部管道有个边长小于钢球直径的四方孔，使钢球不能将上部管道封死，压力油能不断地流入视油器内，到达喷嘴小孔中，被主通道中的气流从小孔中引射出来，雾化后从输出口输出。视油器上部的节流阀用以调节油量，可在滴范围内调节。图油雾器其工作情况如图雾油器能在进气状态下加油，这时只要拧松油塞后，腔与大气相通而压力下降，同时输入进来的压缩空气将钢球压在阀座上，切断压缩空气进入腔的通道，如图所示。又由于吸油管中单向阀的作用，压缩空气也不会从吸油管倒灌到贮油杯中，所以就可以在不停气状态下向油塞口加油。加油完毕，拧上油塞，截止阀又恢复工作状态，油雾器又重新开始工作。机械手控制系统设计机械手的控制系统相当于人的大脑，它指挥机械手的动作。机械手的工作顺序应达到的位置，如手臂上下移动伸缩回转及摆动手腕上下左右摆动和回转手指的开闭动作，以及各个动作的时间速度等，都是在控制系统的指挥下通过每运动部件沿各坐标轴的动作按照预先整定好的程序来实现的。般机械设备的控制系统，多着眼于自身运动的控制，而机械手的控制系统更注意本部与操作对象的关系。因此，对于机械手的控制系统来说，无论多么高级的系统，如果不能按要求把工件搬运到指定的位置，都是毫无意义的。控制系统的结构分类控制系统的结构般分为开换系统和闭环系统两种结构，如图图所示。图开环控制系统的结构图闭环控制系统的结构闭环控制系统也叫反馈控制系统，是种不断把给定值和各控制量进行比较，使其偏差为零的控制系统。而开环控制系统，即使有局部的小的闭环存在，但主要控制量是不用反馈控制的。对比两者，通常闭环系统的抵抗外部干扰和系统中主要单元的特性变化参数变化和能力强，而开环系统较弱。但是，机械手的闭环控制系统受各种因素的影响，如外部负荷力重力强制力，活动部分的内部摩擦，伺服阀的漂移滞后，比较仪伺服放大器的漂移，随动系统的粘滞性摩擦，反向电动势的影响等导致闭环控制系统产生静态误差。因而闭环控制的精度和定位时间等控制性能也有定限度。要超过闭环控制系统的控制性能的界限必须采用由最佳控制理论所规定的控制结构，其中有时采用开环控制。因此要提高机械手的性能，应不局限于开环或闭环系统而吸收两者之长。控制方式运动控制方式有点位控制和连续轨迹控制两种。这两种控制方式的区别如图所示。点位控制方式就是由点到点的控制方式，只对机械手运动部件手腕臂所应到达空间点的定位进行控制，而对两个定位点之间的运动轨迹则不加控制。这种方式可达到较高的重复定位精度。点位控制又分为两点控制和多点控制两种。如果机械手抓取和放置工件的位置都是准确而固定的，如上下料专用机械手，可由挡块行程开关等来定位，采用起点和终点的两点控制方式。通用机械手则要求多点定位，而且要经常更换设定位置，这时般装有位置检测器作为运动位置的反馈，即采用多点式控制。两点的点位控制可用普通的继电器控制线路实现，多点式的点位控制则采用继电器顺序控制器可编程序控制器和微机控制系统等。图点位控制和连续轨迹控制的区别连续轨迹控制方式不仅要控制行程中所有中间点的位置和终点位置，而且还应对运动轴同时进行连续控制。这种控制方式的中间定位点是无限多的，如电弧焊喷漆等机械手，需要采用连续轨迹控制方式，在控制其运动轨迹的同时，还需要控制其运动速度和加速度。机械手的控制如图所示，机械手的动作顺序框图图机械手的动作顺序框图单片机硬件布置如图所示。这次设计采用单片机来控制个继电器的得失电，由于单片机的驱动能力不够，所以加了两片来驱动继电器，个能驱动个继电器。我们通过单片机来控制各电磁铁的得失情况，如表所示。图电磁铁得失电控制单片机硬件布置表机械手电磁铁动作顺序表元件动作手爪夹持手爪松开手臂伸手臂缩手腕正转手腕反转手臂升手臂降手臂正转手臂反转结论本文主要是设计台教学用搬运机械手，实现手部四自由度运动，即手臂的升降伸缩以及手臂手腕的回转，从而准确夹持物体并送到指定位置。在设计过程中主要解决了以下几方面的工作结合课题背景，对机械手设计的总体方案进行了比较选择，所设计的机械手成本低廉性能优越结构简单等，必要时可以降低精度要求根据机械手的设计参数，对机械手机械系统的结构部件进行了设计计算，并对相关机构进行了校核比较了目前工业机械手的