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。位置检测装置控制机械手执行机构的运动位置，并随时将执行机构的实际位置反馈给控制系统，并与设定的位置进行比较，然后通过控制系统进行调整，从而使执行机构以定的精度达到设定位置。.机械手基本形式的选择常见的工业机械手根据手臂的动作形态,按坐标形式大致可以分为以下种直角坐标型机械手圆柱坐标型机械手球坐标极坐标型机械手多关节型机机械手。其中圆柱坐标型机械手结构简单紧凑,定位精度较高,占地面积小，容易实现。因此，本设计采用圆柱坐标型。图是机械手外观轮廓图。图机械手外观轮廓图.驱动机构的选择驱动机构是工业机械手的重要组成部分,工业机械手的性能价格比在很大程度上取决于驱动方案及其装置。根据动力源的不同,机械手的驱动方式共有三种方式气动方式,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简单，大大提高了系统的可靠性。而今，电磁阀的线圈功率越来越小，而的输出功率在增大，由直接控制线圈变得越来越可能。气动机械手气动控制越来越离不开，而阀岛技术的发展，又使在气动机械手气动控制中变得更加得心应手。总之，随着机械手发展的深度和广度以及机器人智能水平的提高，机械手已在众多领域得到了应用。从传统的汽车制造领域向非制造领域延伸。如采矿机器人建筑业机器人以及水电系统用于维护维修的机器人等。在国防军事医疗卫生食品加工生活服务等领域机械手的应用也越来越多。在未来几年，传感技术，激光技术，工程网络技术将会被广泛应用在机械手工作领域，这些技术会使机械手的应用更为高效，高质，运行成本低。据猜测，今后机器人将在医疗保健生物技术和产业教育救灾海洋开发机器维修交通运输和农业水产等领域得到应用。.本课题研究内容研究内容是设计个由控制的四自由度气动式机械手，机械手能完成手爪夹紧放松，手腕旋转，手臂伸缩，腰部的上升下降和机座的旋转功能。并且画出机械手的总装图和各部件的零件图。并且根据课题，设计出机械手的气路系统，包括元器件的选取和回路的设计，画出气路原理图。机械手控制部分由完成，通过设计要完成的选型的外部接线图以及根据机械手的流程图编写出梯形图。.课题研究的意义伴随着机电体化在各个领域的应用，机械设备的自动控制成分显得越来越重要，由于工作的需要，人们经常受到高温腐蚀及有毒气体等因素的危害，增加了工人的劳动强度，甚至于危机生命。因此机械手就在这样诞生了,机械手是机械手系统中传统的任务执行机构，是机器人的关键部件之。如蛇形机械手的出现，帮助人类完成了许多危险区域的任务。其中的工业机械手是近代自动控制领域中出现的项新技术，它的发展是由于其积极作用正日益为人们所认识它能部分地代替人工操作能按照生产工艺的要求，遵循定的程序时间和位置来完成工件的传送和装卸广泛的应用机械手，可以逐步改善劳动条件，更强与可控的生产能力，加快产品更新换代，提高生产效率和保证产品质量，消除枯燥无味的工作，节约劳动力，提供更安全的工作环境，降低工人的劳动强度，减少劳动风险，提高机床，减少工艺过程中的工作量及降低停产时间和库存，显著地提高劳动生产率，提高企业竞争力，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。巴雷特机械手就是其中的典型代表，个在运行中能调整自己适应环境并安全的变成各种各样形状的个智能化高度灵活的八轴夹持器。机械手的总体设计方案.机械手的工作原理及系统组成机械手的工作原理机械手主要由执行机构驱动系统控制系统以及位置检测装置等所组成。自由度,气动式,机械手,设计,毕业设计,全套,图纸摘要随着科技的发展，机械手在工业领域得到越来越广泛的运用，它可以帮助人们完成危险重复的体力劳动，大大提高生产效率。本课题对机械手的手爪手腕手臂腰部和机座部分进行了设计，确定机械手采用圆柱坐标式。手爪的张合，手臂和腰部的伸缩，机座和手腕的旋转都采用气缸驱动。此机械手可以运用于工业流水线上，完成把指定物件从个地方运送至另地方的任务。机械手的系统控制由可编程序控制器完成，按照机械手的动作流程，完成了相应的接线图和程序编制。关键词机械手，工业领域，气缸，可编程序控制设计方案.机械手的工作原理及系统组成.机械手基本形式的选择.驱动机构的选择.机械手详细设计参数.本章小结机械手手部结构设计及计算.手部结构.机械手手爪设计计算.夹紧气缸的设计.手爪夹持范围计算.机械手手爪夹持精度的分析计算.弹簧的设计计算.本章小结腕部的设计计算.腕部设计的基本要求.腕部的结构以及选择.腕部的驱动力矩计算.腕部工作压力的计算.气压缸盖螺钉的计算.动片和输出轴间的连接螺钉.本章小结机械手手臂机构的设计.手臂的设计要求.伸缩气压缸的设计.导向装置.本章小结机械手腰部和基座结构设计及计算.结构设计.控制手臂上下移动的腰部气缸的设计.导向装置.平衡装置.机身回转机构的计算.本章小结机械手的控制系统设计.气压传动系统工作原理图.可编程序控制器的选择及工作过程.可编程序控制器的使用步骤.机械手可编程序控制器控制方案.本章小结结论参考文献致谢绪论计算机技术的不断进步和发展使机器人技术的发展次次达到个新水平。上至太空船宇宙飞船下至微型机器人深海开发，机器人技术已拓展到全球经济发展的诸多领域，成为高科技中极为重要的组成部分。人类文明的发展，科技的进步已和机器人的研究应用产生了密不可分的关系。人类社会的发展已离不开机器人技术，而机器人技术的进步又对推动科技发展起着不可替代的作用。.机械手的概述机械手也被称为自动手，能模仿人手和臂部的些动作功能，可以按固定程序抓取搬运物件或操作工具的自动操作装置。它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造冶金电子轻工和原子能等部门。机械手主要由手部运动机构和控制系统三大部分组成。手部是用来抓取工件或工具的部件，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。般专用机械手有个自由度。机械手的种类，按驱动方式可分为液压式气动式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，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。机械手在锻造工业中的应用能进步发展锻造设备的生产能力，改善热累等劳动条件。.机械手的发展史机械手首先是从美国开始研制的。年美国联合控制公司研制出第台机械手。它的结构是机体上安装个回转长臂，顶部装有电磁块的工件抓放机构，控制系统是示教形的。年，美国联合控制公司在上述方案的基础上又试制成台数控示教再现型机械手。商名为即万能自动。运动系统仿照坦克炮塔，臂可以回转俯仰伸缩用液压驱动控制系统用磁鼓作为存储装置。不少球坐标通用机械手就是在这个基础上发展起来的。同年该公司和普鲁曼公司合并成立万能自动公司,专门生产工业机械手。年美国机械制造公司也实验成功种叫机械手。该机械手的中央立柱可以回转升降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发展的基础。年美国公司和斯坦福大学，麻省理工学院联合研制种型工业机械手，装有小型电子计算机进行控制，用于装配作业，定位误差小于毫米。联邦德国机械制造业是从年开始应用机械手，主要用于起重运输焊接和设备的上下料等作业。联邦德国公司还生产种点焊机械手，采用关节式结构和程序控制。日本是工业机械手发展最快应用最多的国家。自年从美国引进两种机械手后大力从事机械手的研究。前苏联自六十年代开始发展应用机械手，至年底，其中半是国产，半是进口。目前，工业机械手大部分还属于第代，主要依靠工人进行控制改进的方向主要是降低成本和提高精度。第二代机械手正在加紧研制。它设有微型电子计算控制系统，具有视觉触觉能力，甚至听想的能力。研究安装各种传感器，把感觉到的信息反馈，是机械手具有感觉机能。第三代机械手则能独立完成工作中过程中的任务。它与电子计算机和电视设备保持联系，并逐步发展成为柔性制

（图纸） 基座 A3.dwg

（图纸） 接线图 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

（其他） 四自由度气动式机械手设计说明书.doc

（图纸） 转动壳体 A3.dwg

（图纸） 装配图 A0.dwg