毕业论文：旋臂式机械手的设计 ㊣ 精品文档 值得下载

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同时，大批量生产的迫切需求推动了自动化技术的进展，又为机器人的开发奠定了基础。

另方面，核能技术的研究要求些操作机械代替人处理放射性物质。

在这需求背景下，美国于年开发了遥控机械手，年又开发了机械式的主从机械手。

工业机器人首先是从美国开始研制的。

年美国戴沃尔最早提出了工业机器人的概念，并申请了专利。

该专利的要点是借助伺服技术控制机器人的关节，利用人手对机器人进行动作示教，机器人能实现动作的记录和再现。

这就是所谓的示教再现机器人。

现有的机器人差不多都采用这种控制方式。

年美国联合控制公司研制出第台机械手铆接机器人。

作为机器人产品最早的实用机型示教再现是年美国公司推出的和公司推出的。

这些工业机器人主要由类似人的手和臂组成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。

早期的机械手的结构和功能都比较简单，专业性强，仅能配合台主机完成辅助性工作，如抓取工件上料下料换夹刀具等。

这种机械手称为专用机械手。

随着工业技术的发展，出现了能够地按控制程序自动重复操作的机械手，这种机械手具有能很快地改变程序功能，适应性强，在中小批量多品种的工业生产中得到了广泛应用。

这种机械手称为通用机械手，通用机械手又称为工业机器人，即第代机器人。

机器人在此基础上得到了进步发展，出现了具有些感觉功能如视觉触觉听觉的机器人，称为第二代机器人，以后又出现了具有些思维和语言功能的智能机器人，称为第三代机器人。

如图所示为宁波海天生产的旋臂式机械手。

图宁波海天生产的旋臂式机械手工业机器人的基本型式及其运动形式工业机器人即机械手型式较多，按手臂的坐标型式而言，主要有四种基本型式分别是直角坐标式，圆柱坐标式，球坐标式和关节式等。

直角坐标式机械手直角坐标式机械手又称为直移型机械手，是适合于工作位置成行排列或与传送带配合使用的种机械手。

它的手臂可作伸缩，左右和上下移动，按直角坐标型式三个方向的直线进行运动。

其工作范围可以是个直线运动二个直线运动或三个直线运动。

这种型式的机械手结构简单运动直观便于实现高精度。

缺点是占据空间位置大，相应的工作范围较小。

如图所示为直角坐标式机械手。

图直角坐标式机械手圆柱坐标式机械手圆柱坐标式机械手又称为回转型机械手，是应用最多的种型式，它适用于搬运和测量工件。

具有直观性好，结构简单，本体占用的空间较小，而动作范围较大等优点。

圆柱坐标式机械手由小三个运动组成。

它的工作范围可分为个旋转运动，个直线运动，加个不在直线运动所在平面内的旋转运动二个直线运动加个旋转运动。

圆柱坐标式机械手的特征是在垂直导柱上装有滑动套筒，手臂装在滑动套筒上，手臂可在竖直方向上做直线运动和在水平面内做圆弧状的左右摆动。

图所示为圆柱坐标式机械手。

图圆柱坐标式机械手。

球坐标式机械手球坐标式机械手又称为俯仰型机械手，是种自由度较多，用途较广的机械手。

它是由小三个方面的机械手组成，球坐标式机械手的工作范围包括个旋转运动两个旋转运动以及两个旋转运动加个直线运动，与回转型机械手相比，在占有同样空间位置的情况下，其工作范围扩大了。

还能将臂伸向地面，完成从地面提取工件的任务。

不足之处是运动直观性差。

结构较复杂，弊端是位置误差会随臂的伸长而放大。

关节式机械手关节式机械手又称屈伸型机械手，是种适用于靠近机体操作的机械手。

它象人手样有肘，可实现多个自由度，动作比较灵活，适于在夹窄空间工作。

关节式机械手的特点有大臂和小臂的摆动，以及肘关节和肩关节的运动它具有上肢结构，可实现近似于人手操作的技能。

如图所示为关节式机械手。

图关节式机械手工业机器人的机能和特性工业机械手的自由度机械手的自由度是指机械手各运动部件在三维空间坐标轴上所具有的运动数。

工业机械手的机能机械手的机能就是指它具有完们预定作业所需要的能力。

运动机能是指机械手完成预定工艺操作应具有的运动自由度，以及所能到达的活动范围。

同时还要求机械手具有对机械手的抓放定向工艺操作和行走的能力等。

通用机械手应根据作业的要求，设计成具有完善的运动机能，即它的动作要接近于人导向杆机构设计导向机构的作用导向机构的作用是保证液压缸活塞杆伸出时的方向性，提供机构刚度，保证伸缩量的准确性。

导向机构的外形尺寸及材料导向选择矩形导轨导向，导轨为伸缩臂基座上得部分，经加工而成滑台则在其上滑动且滑台得端部靠法兰安装夹持器部分。

材料选择为号钢，如图所示图导向机构图中为滑台，为伸缩臂基座，为矩形导轨的压板。

此处矩形导轨是直接在基座上加工出来的，滑台在导轨面上滑动，靠压板来固定调节。

基座臂厚为。

矩形导轨的弯曲强度及挠度的校核导轨的弯曲应力符合要求。

因为只计算了边得矩形导轨，由结构可知还有另外边得导轨支撑，故满足条件。

杆的挠度此杆为悬臂梁，根据简单载荷作用下梁的挠度和转角公式，式中是截面抗弯刚度本式计算是完全把载荷加在导轨上，实际是载荷由导轨和活塞杆共同承受，所以导向杆的挠度会更小，符合设计要求。

转角符合要求。

导轨的表面处理及润滑导轨表面淬火，可以提高表面硬度增加导向杆的耐磨性，也可以保证导向杆的韧性，同时需要精加工以提高导轨的精度要求导轨的润滑可采用润滑脂润滑，或是采用润滑油润滑。

此处采用润滑脂润滑。

伸缩臂基座与升降臂相连靠伸缩臂基座底部的法兰。

其上有个的内六角圆柱头螺钉。

伸缩臂范围控制与调整伸缩臂伸缩范围控制靠行程开关与活动挡块，这里特别解释如下设备附件活动挡块，它用在当设备安装好后，可以靠它在小范围内调节臂的伸长量，其结构图如图所示此活动挡块可套装在导向杆上，处可以压住行程开关压柱，从而压动行程开关使行程开关实现动作。

此外除上述调节外，还可以调节连接件的旋入导向杆和液压活塞杆的长度，实现对伸长度的微调。

保证把工件精确地放在加工机床作业台上。

行程开关使用型微型开关。

腰部步进电机的选型计算步进电机是种将电脉冲转换成机械角位移的机电执行元件，所用电源为脉冲电源。

当步进驱动器接收到个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动个固定的角度称为步距角，它的旋转是以固定的角度步步运行的。

可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。

步进电机的优点是结构简单，电气控制和驱动电路简单，体积小，重量轻，价格便宜，容易调试，使用维修方便，位移精度较高，对各种干扰因素不敏感，结构误差不会累积。

现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机永磁式步进电机等。

永磁式步进电机般为两相，转矩和体积较小，步进角般为或反应式步进电机般为三相，可实现大转矩输出，步进角般为或，但有定的噪声和振动。

反应式步进电机的转子磁路由软磁材料制成，定子上有多相励磁绕组，利用磁导的变化产生转矩。

综合考虑技术难度精度和资金等因素，结合所改造机床的负载较小，负载变化不大又是经济简易型的自动控制设备，故采用反应式步进电机作为砂轮座磨削进给的驱动源。

旋转力的计算旋臂式机械手夹持工件时，很明显承受着定的旋臂力矩。

由文献查得旋转力的计算公式为旋转阻抗力，根据相关经验数据，取其值为。

由文献查得取，则，则步进电机的选用步进电机总的位移量是严格等于输入的指令脉冲数，或其平均转速严格正比于输入指令脉冲的频率，因此能实现精确定位精确位移。

而且同时可在其工作频段内，从种运动状态稳定地转换到另种运动状态。

步进电机有下列工作特点变扭矩传动，扭矩受脉冲频率的限制。

频率高，扭矩则小。

能双向转动，有适量的阻尼。

只要避开步进电机本身的低频振荡区，就可能获得平稳的低速进给。

改变指令脉冲频率就能使步进电机变速，从而改变进给速度，可省去部分机械变速机构，机械结构简单，寿命长。

④进给速度变化范围宽，从每秒几个脉冲到几千个脉冲。

即能使进给系统正调整时实现快速运动，又能保证由粗加工到精加工的各项要求。

快速响应性很强，只要有脉冲输入或停止输入，步进电机就立即转动或停转。

不通电时无定位力矩，转子能自由转动，每步有振荡和过冲，但在使用中失步和过冲完全在零件的尺寸误差之内，对加工精度影响甚小。

脉冲当量和步距角脉冲当量小可提高加工精度，但使系统复杂。

般加工精度的自动控制机床，脉冲当量可选为，初步确定步距角。

步进电机转轴上启动力矩的计算由文献查得启动力矩的计算公式为η式中电机启动力矩旋转进给抗力，垂直分力，导轨摩擦系数，选用淬火钢滚动导轨，取机器重量，按图纸粗估η总机械效率，取η则确定步进电机最大静转矩和最高工作频率为满足最小步距要求，电机选用三相六拍工作方式，由文献查得则步进电机最大静转矩为最高工作频率为步进电机的选择查表选用型步进电机，其参数如下步距角，选用三相六拍工作时取，最大静转距，最高空载启动频率，运行频率，相数，电压，相电流，满足需要。

旋臂式机械手的装配模型由以上设计数据，以强大的三维模块建立的旋臂式机械手的模型如图所示。

图旋臂式机械手的模型总结机械手技术涉及到电子机械学自动控制技术传感器技术和计算机技术等科学领域，是门学科综合技术。

机械手是模仿人手的部分动作，按给定程序轨迹和要求实现自动抓取帮运或操作动作的自动化装置。

工业机械手是近几十年发展起来的种高科技自动生产设备，它也是工业机器人的个重要分支，在构造和性能兼有人和机器各自的优点，尤其体现在人世的智能和适应性。

机械手作业的准确性和环境中完成作业的能力，在国民经济领域有着广泛的发展空间。

本课题针对机械制造业的生产特点，设计种用于拾取轴类零件的气动式机械手，以实现轴类零件搬运过程的自动化，减轻生产劳动强度，提高生产效率。

本课题设计种用于塑料注塑成型领域的旋臂式机械手，以提高自动化生产效率。

本次机械手的设计本设计说明书主要对于夹持器，伸缩臂的设计思想和设计过程。

内容主要包括夹持器与伸缩臂总体方案的确定，采用了液压与电动驱动系统，相应的涉及到电机和液压缸的选择计算，总体结构设计主要部件的受力分析和强度校核。

题目的综合训练比较强，涉及知识面广，重点在于培养工程思想及意识，理论联系实际，提高初步设计能力。

设计要求在保证其原有性能的前提下，尽可能地提