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（定稿）电控气动机械手设计（全套下载）

除了运动速度以外，手臂设计的基本参数还有伸缩行程和工作半径。大部分机械手设计成相当于人工坐着或站着且略有走动操作的空间。过大的伸缩行程和工作半径，必然带来偏重力矩增大而刚性降低。所以，该机械手手臂的伸缩行程定为,最大工作半径约为。手臂回转行程范围定为。手臂升降行程定为。定位精度也是基本参数之，该机械手的定位精度为.。.机械手的技术参数列表．用途教学型机械手二．设计技术参数．抓重千克．自由度数个自由度．座标型式圆柱型座标．最大工作半径．手臂最大中心高．手臂运动参数伸缩行程伸缩速度升降行程升降速度回转范围回转速度．手腕运动参数回转范围回转速度．定位精度缓冲方式液压缓冲器．传动方式气压传动.控制方式点位程序控制采用单片机机械手机械系统设计.手部结构设计设计时考虑的几个问题具有足够的握力即夹紧力在确定手指的握力时，除考虑工件重量外，还应考虑在传送或操作过程中所产生的惯性力和振动，以保证工件不致产生松动或脱落。二手指间应具有定的开闭角两手指张开与闭合的两个极限位置所夹的角度称为手指的开闭角。手指的开闭角应保证工件能顺利进入或脱开，若夹持不同直径的工件，应按最大直径的工件考虑。对于移动型手指只有开闭幅度的要求。三保证工件准确定位为使手指和被夹持工件保持准确的相对位置，必须根据被抓取工件的形状，选择相应的手指形状。例如圆柱形工件采用带形面的手指，以便自动定心。四具有足够的强度和刚度手指除受到被夹持工件的反作用力外，还受到机械手在运动过程中所产生的惯性力和振动的影响，要求有足够的强度和刚度以防折断或弯曲变形，当应尽量使结构简单紧凑，自重轻，并使手部的中心在手腕的回转轴线上，以使手腕的扭转力矩最小为佳。五考虑被抓取对象的要求根据机械手的工作需要，通过比较，我们采用的机械手的手部结构是二支点两指回转型，由于工件多为圆柱形，故手指形状设计成型，其结构如所示。手爪夹持装置的机构选型手爪夹持装置是种用来抓取和握持工件的末端执行装置，机械于用它来夹持移动或放置工件。夹持器可分为手爪式夹持器和非手爪式夹持器。前者是用手指夹持工件，后者是无指夹持工件，其夹持方式有真空吸附式磁力吸附式静电悬浮式铲挖式钩吊式刺穿式和粘着式等。夹持装置的机构类型主要有种，见表。单等，必要时可以降低精度要求。.机械手的座标型式与自由度机械手的坐标型式机械手的坐标型式主要有直角坐标结构圆柱坐标结构球坐标结构和关节型结构四种。各结构型式及其相应的特点，分别介绍如表表结构形式方案特点优缺点结构简图直角坐标型操作机的手臂具有三个移动关节，其关节轴线按直角坐标配置结构刚度较好，控制系统的设计最为简单，但其占空间较大，且运动轨迹单，使用过程中效率较低圆柱坐标型操作机的手臂至少有个移动关节和个回转关节，其关节轴线按圆柱坐标系配置结构刚度较好，运动所需功率较小，控制难度较小，但运动轨迹简单，使用过程中效率不高球坐标型操作机的手臂具有两个回转关节和个移动关节，其轴线按极坐标系配置结构紧凑，但其控制系统的设计有定难度，且机械手臂的刚度不足，机械结构较为复杂关节型操作机的手臂类似人的上肢关节动作，具有三个回转关节运动轨迹复杂，结构最为紧凑，但控制系统的设计难度大，机械手的刚度差初步确定选用圆柱坐标型机械手选用圆柱坐标型运动机构的原因因本次设计的机械手是机电体化产品，因此在进行机械结构设计时必须兼顾控制部分的要求。直角坐标型机械手的控制系统的设计最为简单，但其占空间较大，且运动轨迹单，使用过程中效率较低球坐标型机械手结构紧凑，但其控制系统的设计有定难度，且机械手臂的刚度不足关节型机械手的运动轨迹复杂，结构最为紧凑，但控制系统的设计难度最大，机械手臂的刚度很差。综合看来，圆柱坐标型机械手结构刚度较好，控制难度较小，本设计是设计台教学用搬运机械手，因此用于本次毕业设计的选型比较合适。机械手的自由度自由度是指描述物体运动所需的独立运动参数的数目，三维空间需要个自由度。所谓机械手的运动自由度是指确定个机械手操作位置时所需的独立运动参数的数目，它表示机械手动作的灵活程度。般固定程序的机械手，动作比较简单，自由度数较少。工业机器人自由度数较多，动作灵活性和通用性较大。般说来，机器人靠近机座的个自由度是用来实现手臂未端的空间位置的，再用几个自由度来定出未端执行器的方位个以上的自由度是冗余自由度，是用来躲避障碍物的。自由度的选择也与生产要求有关，若批量大，操作可靠性要求高，运行速度快，周围设备构成比较复杂，工件质量轻时，机械手的自由度数可少如果要便于产品更换，增加柔性，则机械手的自由度要多些。计算机械手的自由度时，末端执行器的夹持器动作是不计入的，因为这个动作不改变工件的位置和姿态。在满足机械手工作要求前提下，为简化机械手的结构和控制，应使自由度数最少。本设计的机械手力求结构简单，成本低廉，因此，自由度选择为个自由度。图.机械手的手部结构方案设计.手部结构的设计夹持式手部结构由手指手爪和传力机构所组成。其传力结构形式比较多，如连杆式凸轮式齿轮齿条式螺旋式和绳轮式等等。夹持式是最常见的种，其中常用的有两指式多指式和双手指式按手指夹持工件的部位又可以分为内卡式或内涨式和外夹持式两种按模仿人手手指的动作，手指可以分为支点回转型二支点回转型和移动型或称直进型，其中以二支点回转型为基本型式。当二支点回转型手指的两个回转支点的距离缩小到它主要特点是运动准确可靠，动作频率大，但结构较大，动作程序不可变。它常被用于工作主机的上下料。电力传动机械手即有特殊结构的感应电动机直线电机或功率步进电机直接驱动执行机构运动的机械手，因为不需要中间的转换机构，故机械结构简单。其中直线电机机械手的运动速度快和行程长，维护和使用方便。此类机械手目前还不多，但有发展前途。三按控制方式分点位控制它的运动为空间点到点之间的移动，只能控制运动过程中几个点的位置，不能控制其运动轨迹。若欲控制的点数多，则必然增加电气控制系统的复杂性。目前使用的专用和通用工业机械手均属于此类。连续轨迹控制它的运动轨迹为空间的任意连续曲线，其特点是设定点为无限的，整个移动过程处于控制之下，可以实现平稳和准确的运动，并且使用范围广，但电气控制系统复杂。这类机械手般采用小型计算机进行控制。.国内外发展状况国外机器人领域发展近几年有如下几个趋势机器人性能不断提高高速度高精度高可靠性便于操作和维修，而单机价格不断下降，平均单机价格从年的.万美元降至年的万美元。机械结构向模块化可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机减速机检测系统三位体化由关节模块连杆模块用重组方式构造机器人整机国外已有模块化装配机器人产品问市。机器人控制系统向基于机的开放型控制器方向发展，便于标准化网络化器件集成度提高，控制柜日见小巧，且采用模块化结构大大提高了系统的可靠性易操作性和可维修性。机器人中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置速度加速度等传感器外，装配焊接机器人还应用了视觉力觉等传感器，而遥控机器人则采用视觉声觉力觉触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制多传感器融合配置技术在产品化系统中已有成熟应用。虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真预演发展到用于过程控制，如使遥控机器人操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操纵机器人。当代遥控机器人系统的发展特点不是追求全自治系统，而是致力于操作者与机器人的人机交互控制，即遥控加局部自主系统构成完整的监控遥控操作系统，使智能机器人走出实验室进入实用化阶段。美国发射到火星上的“索杰纳”机器人就是这种系统成功应用的最著名实例。机器人化机械开始兴起。从年美国开发出“虚拟轴机床”以来，这种新型装置已成为国际研究的热点之，纷纷探索开拓其实际应用的领域。我国的工业机器人从年代“七五”科技攻关开始起步，在国家的支持下通过“七五”“八五”科技攻关，目前己基本掌握了机器人操作机的设计制造技术控制系统硬件和软件设计技术运动学和轨迹规划技术，生产了部分机器人关键元器件，开发出喷漆弧焊点焊装配搬运等机器人其中有多台套喷漆机器人在二十常用的指形有平面的形面的和曲面的手指有外夹式和内卡式指数有双指式多指式和双手双指式等。而传力机构则通过手指产生夹紧力来完成夹放物件的任务。传力机构型式较常用的有连杆式凸轮式齿轮齿条式螺旋式和绳轮式等。吸附式手部主要由吸盘等构成，它是靠吸附力如吸盘内形成负压或产生电吸磁力吸附物件，相应的吸附式手部有负压吸盘和电磁盘两类。对于轻小片状零件光滑薄板材料等，通常用负压吸盘吸料。造成负压的方式有气流负压式和真空泵式。对于导磁性的环类和带孔的盘类零件，以及有网孔状的板料等，通常用电磁吸盘吸料。电磁吸盘的吸力由直流电磁铁和交流电磁铁产生。用负压吸盘和电磁吸盘吸料，其吸盘的形状数量吸附力大小，根据被吸附的物件形状尺寸和重量大小而定。手腕是连接手部和手臂的部件，并可用来调整被抓取物件的方位即姿势。手臂手臂是支承被抓物件手部手腕的重要部件。手臂的作用是带动手指去抓取物件，并按预定要求将其搬运到指定的位置。机械手的手臂通常由驱动手臂运动的部件如油缸气缸齿轮齿条机构连杆机构螺旋机构和凸轮机构等与驱动源如液压气压或电机等相配合，以实现手臂的各种运动。手臂可能实现的运动如下手臂在进行伸缩或升降运动时，为了防止绕其轴线的转动，都需要有导向装置，以保证手指按正确方向运动。此外，导向装置还能承担手臂所受的弯曲力矩和扭转力矩以及手臂回转运动时在启动制动瞬间产生的惯性力矩，使运动部件受力状态简单。导向装置结构形式，常用的有单圆柱双圆柱和四圆柱等导向型式。立柱立柱是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的部分，手臂的回转运动和升降或俯仰运动均与立柱有密切的联系。机械手的立柱通常为固定不动的，但因工作需要，有时也可作横向移动，即称为可移式立柱。行走机构当工业机械手需要完成较远距离的操作，或扩大使用范围时，可在机座上安装滚轮轨道等行走机构，以实现工业机械手的整机运动。滚轮式行走机构可分为有轨的和无轨的两种。驱动滚轮运动则应另外增设机械传动装置。机座机座是机械手的基础部分，机械手执行机构的各部件和驱动系统均安装于机座上，故起支撑和连接的作用。二驱动系统驱动系统是驱动机械手执行机构运动的动力装置，通常由动力源控制调节装置和辅助装置组成。常用的驱动系统有液压传动气压传动电力传动和机械传动等四种形式。气动,机械手,设计,毕业设计,全套,图纸图书分类号密级毕业设计论文电控气动机械手设计学生姓名邹仲清学院名称机电工程学院专业名称机械设计制造及其自动化指导教师陈跃年月日徐州工程学院学位论文原创性声明本人郑重声明所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用或参考的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标注。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。论文作者签名日期年月日徐州工程学院学位论文版权协议书本人完全了解徐州工程学院关于收集保存使用学位论文的规定，即本校学生在学习期间所完成的学位论文的知识产权归徐州工程学院所拥有。徐州工程学院有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的纸本复印件和电子文档拷贝，允许论文被查阅和借阅。徐州工程学院可以公布学位论文的全部或部分内容，可以将本学位论文的全部或部分内容提交至各类数据库进行发布和检索，可以采用影印缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。论文作者签名导师签名日期年月日日期年月日摘要科学发展观为我国工程技术的发展开辟了广阔道路，而机械手作为种高科技自动化生产设备，已经广泛应用于国民经济的各个领域，这就对我们的教育培训部门提出了新的要求。