三种方式气动方式,液压方式,电驱动方式。气动方式成本低,出力小,噪声大,控制简单。但难以准确控制位置和速度。属于简单非伺服型。液压方式功率重量比大,低速平稳,需液压动力源,漏油和油性变化会影响系统,各轴耦合较强,成本较高。可用于易爆的环境。电驱动方式.步进驱动功率小,开环控制,控制简单,可能失步。.直流驱动调速性能好,功率较大,效率较高,但换向器需维护,不易用于易爆,多粉尘的环境。.交流驱动维护简单,使用环境不受限制,成本较低,调速性差。根据课题要求确定圆柱坐标型机械手，利用双作用气缸驱动实现手臂上下运动双作用气缸驱动实现手臂的伸缩运动末端夹持器则采用夹持式手部结构，用小型单作用气压缸驱动夹紧手腕和机座的旋转用旋转气缸驱动实现。.机械手详细设计参数机械手的设计参数如下所示机械手重复定位精度.机械手最大抓重工件尺寸直径约，圆柱形，材料是铁质支座旋转角度为度最大速度度每秒物料盘采用步进电机控制每工步旋转角度度最大转度度每秒轴大臂上下移动距离为最大速度轴小臂上下移动距离为最大速度轴小臂伸缩距离最大速度手指开合角度为度最大速度度每秒，手爪旋转角度为度料槽小臂推动工件的推杆伸缩距离为最大速度。.本章小结本章主要讲述了机械手的工作原理和系统组成，并且简要介绍了执行部分。机械手动作形态采用圆柱坐标式，四自由度的运动执行均由气缸驱动完成。机械手手部结构设计及计算.手部结构四自由度气动机械手采用夹持式手部结构，由手爪和传力机构所组成。其传力结构形式多样，有楔块杠杆式滑槽杠杆式连杆杠杆式齿轮齿条平行连杆式左右旋丝杠平移型，本设计采用滑槽杠杆式的传力机构。端执行器的要求不论是夹持或是吸附，末端执行器需具有满足作业要求的足够的夹持力和所需的夹持位置精度。应尽可能使末端执行器结构简单，紧凑重量轻，以减轻手臂的负荷。专用的末端执行器机构简单，工作效率高，而能完成多种作业的万能末端执行器可能具有结构复杂费用昂贵的缺点，因此提倡设计可快速更换的系列化通用化专用末端执行器。手爪的分类和选取工业机器人中应用的机械式夹持器多为双指手爪式，按其手爪的运动方式可分为平移型和回转型。回转型手爪又可分为单支点回转和双支点回转型，按夹持方式可分为外夹式和内撑式，按驱动方式有电动液压和气动三种。回转型夹持器结构较简单，但当所夹持的工件直径有变化时，将引起工件的轴心偏移。这个偏移量称为夹持误差。平移型夹持器，工件直径的变化不影响其轴心的位置，但其架构复杂，体积大，制造精度要求高。当设计机械式夹持器式，在满足工件定位精度要求的条件下，尽可能采用结构较简单的回转型夹持器。结合机械手设计任务书中要求手爪开合角为度，且能够抓取重约的圆柱形铁质工件。所以本设计采用双支点回转型滑槽杠杆式手爪。.机械手手爪设计计算手爪的力学分析下面对其基本结构进行力学分析滑槽杠杆，如图为常见的滑槽杠杆式手部结构。图滑槽杠杆式手部结构受力分析手指销轴杠杆式中驱动力夹紧力手指的回转支点到对称中心的距离手指长度工件被夹紧时手指的滑槽方向与两回转支点的夹角。由分析可知，当驱动力定时，角增大，则夹紧力也随之增大，但角过大会导致拉杆行程过大，以及手部结构增大，因此最好。夹紧力及驱动力的计算手指加在工件上的夹紧力，是设计手部的主要依据。必须对大小方向和作用点进行分析计算。般来说，需要克服工件重力所产生的静载荷以及工件运动状态变化的惯性力产生的载荷，以便工件保持可靠的夹紧状态。手指对工件的夹紧力可按公式计算式中安全系数，通常轴向力形手抓的开合角工件和手抓间的摩擦系数计算设，求夹紧力和驱动力。设根据公式，将已知条件带入得根据驱动力公式得由于实际采用的气压缸驱动力大于计算，把手抓的机械效率考虑在内，般取。取.夹紧气缸的设计主要尺寸的确定气缸工作压力的确定由表取气缸工作压力表气压负载常用的工作压力负载工作压力.气缸内径和活塞杆直径的确定可由下式推算出气压缸的内径预设活塞杆直径.,气缸工作压力.,根据机械设计手册气压传动分册，选取气压缸内径为。可以得出活塞杆内径为，选取。缸筒壁厚和外径的设计缸筒直接承受压缩空气压力，必须有定厚度。般气缸缸筒壁厚与内径之比小于或等于，其壁厚可按薄壁筒公式计算式中，缸筒壁厚，气缸内径，气缸试验压力，般取气缸工作压力缸筒材料许用应力。本设计手爪夹紧气缸缸筒材料采用为铝合金,代入己知数据，则壁厚为取，则缸筒外径为手部活塞杆行程长计算活塞杆的位移量可推得气缸的活塞行程与其使用场合及工作机构的行程比有关。多数情况下不应使用满行程，以免活塞与缸盖相碰撞，尤其用于夹紧等机构。为保证夹紧效果，必须按计算行程多加的行程余量。故气压传动手册圆整为。手爪部分总质量估算其中手爪部分和活塞杆材料采用钢，缸筒和端盖连接材料采用铝合金查相关手册可得，号钢密度为的密度为。手爪部分总质量约为.手爪夹持范围计算为了保证手爪张开角为，活塞杆运动长度为。手爪最小夹持半径手爪最大夹持半径图手爪张开示意图手爪夹持范围的计算，手指长，当手抓没有张开角的时候，如图所示，根据机构设计，它的最小夹持半径，当张开时，如图所示，最大夹持半径计算如下机械手的夹持半径从。.机械手手爪夹持精度的分析计算机械手的精度设计要求工件定位准确,抓取精度高,重复定位精度和运动稳定性好,并有足够的抓取能力。机械手能否准确夹持工件，把工件送到指定位置，不仅取决于机械手的定位精度由臂部和腕部等运动部件来决定，而且也于机械手夹持误差大小有关。特别是在多品种的中小批量生产中，为了适应工件尺寸在定范围内变化，定要进行机械手的夹持误差计算。图手爪夹持误差分析示意图该设计以棒料来分析机械手的夹持误差精度。机械手的夹持范围为。般夹持误差不超过,分析如下工件的平均半径手指长,取型夹角偏转角按最佳偏转角确定计算当时带入有所以夹持误差满足设计要求。.弹簧的设计计算选择弹簧按照压缩条件，选择圆柱压缩弹簧。如图所示，计算过程如下。图圆柱螺旋弹簧的几何参数选择硅锰弹簧钢，查取许用切应力选择旋绕比，则根据安装空间选择弹簧中径，估算弹簧丝直径试算弹簧丝直径取。根据变形情况确定弹簧圈的有效圈数选择标准为，弹簧的总圈数圈最后确定，对于压缩弹簧稳定性的验算对于压缩弹簧如果长度较大时，则受力后容易失去稳定性，这在工作中是不允许的。为了避免这种现象压缩弹簧的长细比，本设计弹簧是端自由，根据下列选取当两端固定时当端固定端自由时，当两端自由转动时，。弹簧，因此弹簧稳定性合适。疲劳强度和应力强度的验算。对于循环次数多在变应力下工作的弹簧，还应该进步对弹簧的疲劳强度和静应力强度进行验算如果变载荷的作用次数，或者载荷变化幅度不大时，可只进行静应力强度验算。现在由于本设计是在恒定载荷情况下，所以只进行静应力强度验算。计算公式选取力学性精确能高经过上式校核，弹簧满足要求。.本章小结本章对机械手的手部和手爪进行了设计，并且对夹紧气缸进行了选取计算，对夹持范围和夹持精度进行了计算，最后对弹簧强度进行了校核，符合使用要求。腕部的设计计算.腕部设计的基本要求力求结构紧凑重量轻腕部处于手臂的最前端，它连同手部的静动载荷均由臂部承担。显然，腕部的结构重量和动力载荷，直接影响着臂部的结构重量和运转性能。因此，在腕部设计时，必须力求结构紧凑，重量轻。结构考虑，合理布局腕部作为机械手的执行机构，又承担连接和支撑作用，除保证力和运动的要求外，要有足够的强度刚度外，还应综合考虑，合理布局，解决好腕部与臂部和手部的连接。必须考虑工作条件对于本设计，机械手的工作条件是在工作场合中搬运加工的棒料，因此不太受环境影响，没有处在高温和腐蚀性的工作介质中，所以对机械手的腕部没有太多不利因素。.腕部的结构以及选择典型的腕部结构具有个自由度的回转驱动的腕部结构。它具有结构紧凑灵活等优点而被广腕部回转，总力矩，需要克服以下几种阻力克服启动惯性所用。回转角由动片和静片之间允许回转的角度来决定般小于。齿条活塞驱动的腕部结构。在要求回转角大于的情况下，可采用齿条活塞驱动的腕部结构。这种结构外形尺寸较大，般适用于悬挂式臂部。具有两个自由度的回转驱动的腕部结构。它使腕部具有水平和垂直转动的两个自由度。机液结合的腕部结构。腕部结构的选择结合任务书设计要求，手腕要求旋转度，考虑上述经典结构，选择具有个自由度的回转腕部结构，气压传动。.腕部的驱动力矩计算腕部在回转时般要克服以下种阻力腕部回转摩擦处的摩擦力矩为简化计算，般取克服由于工件重心偏置所需的力矩式中工件重量工件重心到手腕回转轴线的垂直距离克服启动惯性所需的力矩启动过程近似等加速，按下式计算或者按照腕部角速度和启动时所转过的角度计算式中工件对手腕回转轴线的转动惯量手腕回转部分对腕部回转轴线的转动惯量手腕回转过程中的角速度启动过程所需的时间，般取启动过程所转过的角度。手腕回转所需的总的阻力矩是上述三项之和，即设夹取棒料半径，长度，重量，当手部回转时，将手爪手爪驱动气压缸及回转气压缸等效为个圆柱体，长为，半径为，其重力，启动过程所转过的角度.，等速转动角速度。因为工件夹持在手抓中间位置，所以工件重心到手腕回转轴线的垂直距离为，查取转动惯量公式有代入.腕部工作压力的计算表气压缸的内径系列设定腕部的部分尺寸根据表设缸体内空半径，考虑到实际装配问题后，其外径为动片宽度，输出轴。由于实际气压缸所产生的驱动力矩必须大于总的阻力矩，则回转缸工作压力，选择.。.气压缸盖螺钉的计算图缸盖螺钉间距示意图表螺钉间距与压力之间的关系工作压力螺钉的间距小于小于小于小于缸盖螺钉的计算，如图所示，为螺钉的间距，间距跟工作压强有关，见表，在这种联结中，每个螺钉在危险剖面上承受的拉力工作载荷预紧力。气压缸工作压强为.,所以螺钉间距小于,试选择个螺钉所以选择螺钉数目合适个。危险截面所以螺钉材料选择，螺钉的直径螺钉的直径选择。.动片和输出轴间的连接螺钉动片和输出轴间的连接螺钉,连接螺钉般为偶数，对称安装，并用两个定位销定位。连接螺钉的作用使动片和输出轴之间的配合紧密。于是得

（图纸） PLC接线图 A3.dwg

（图纸） 基座 A3.dwg

（图纸） 气路原理图 A3.dwg

（图纸） 手腕转动体 A3.dwg

（图纸） 手抓装配图 A1.dwg

（论文） 说明书.doc

（图纸） 转动壳体 A3.dwg

（图纸） 装配图 A0.dwg