平衡臂机械手总体设计

机械手的迅速发展是由于它的积极作用正日益为人们认识其，它能部分地代替人工操作其二，它能操作必要的机具进行焊接和装配。

从而大大得改善人工的劳动条件，显著得提高劳动生产效率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。

因而，受到各先进工业国家的重视，投入大量的人力物力加以研究和应用。

尤其在高温，高压，粉尘，噪音以及带有放射性和污染的场合，应用得更为广泛。

在我国，近几年来也有较快的发展，并取得定的效果，受到机械工业和铁路工业部门的重视。

机械手般分为三类。

第类是不需要人工操作的通用机械手。

它是种独立的不附属于主机的装置。

它可以根据任务的需要编制程序，以完成各项规定操作。

它的特点是具备普通机械的物理性能外，还具备通用机械，记忆智能的三元机械。

第二类是需要人工操作的，称为操作机。

它起源于原子，军事工业，先是通过操作机来完成特顶的作业，后来发展到用无线电寻好操作机械手来进行月球的探测等。

工业中采用的锻造操作机也属于这范畴。

第三类是专用机械手，主要负数于自动机床或自动线上，用以解决机床上下料和工件传送。

这种机械手在国外称为，它是为主机服务的，有主机驱动除少数外，工作程序般是固定的，因此是专用的。

.国内外机械手综述简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。

她的结构是机体上安装回转长臂，端部装有电磁铁的工件抓放机构，控制系统是示教型的。

年，美国联合控制公司在上述方案的基础上又试制台数控示教再现型机械手。

商名为即万能自动。

同年，美国机械铸造公司也实验成功种叫机械手，原意是灵活搬运。

年美国公司和斯坦福大学，麻省理工大学联合研制种叫型工业机械手，装有小型电子计算机进行控制，用于装配作业。

到目前为止，日本是工业机械手发展最快，应用最多的国家。

但是，目前的机械手大部分还属于第代，主要依靠人工进行控制控制方式为开环式，没有识别能力改进的方向主要是减低成本和提高精度。

第二代机械手设有微型电子计算机控制系统，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，使机械手具有感觉机能。

第三代机械手机器人则能独立地完成工作过程中的任务。

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造系统和柔性制造单元中重要的环。

应用简况就国内机械工业，铁路部门应用机械手的简况，介绍如下热加工方面的应用热加工是高温危险的笨重体力劳动，很久以来就要求实现自动化。

为了实现高效率和工作安全，尤其对于大件少量低速和人力所不能胜任的作业就更加需要采用机械手操作二冷加工方面冷加工方面机械手主要采用于柴油机配件以及轴类盘类和箱体类等零件单机加工时的上下料和刀具安装等。

进而在程序控制数字控制等机床上应用，成为设备的个组成部分。

更在加工生产线自动线上应用，成为机床设备上下工序联结和重要手段。

三拆修装方面拆修装是铁路工业系统繁重体力劳动较多的部门之，促进了机械手的发展。

目前国内铁路工厂机务段等部门，已采用机械手拆装三通阀钩舌分解制动缸装卸轴箱组装轮对清除石棉等，减轻了劳动强度，提高了拆修装的效率。

采用机械手进行装配更是目前研制的重点，国外已研究采用摄象机和里的传感装置和微型计算机联系在起，能确定零件的方位，达到镶装的目的。

.机械手的组成和分类机械手的组成机械手主要由执行机构驱动机构和控制系统三大部分组成。

执行机构手部手部安装在手臂的前端，手臂的内孔装有传动轴，可把动作传给手腕，以转动伸屈手腕开闭手指。

机械手手部的构造系模仿人的手指，分为无关节固定关节和自由关节三种。

手指的数量又分为二指三指四指等，其中以二指用的最多。

手臂手臂有无关节臂和有关节臂之分。

目前采用的手臂几乎都是无关节臂。

手臂的作用是引导手指准确得抓住工件，并运送到所需要的位置上。

为了使机械手能够正确的工作，手臂的三个自由读都需要精确的定位。

躯干躯干是安装手臂动力源和各种执行机构的支架。

驱动系统驱动机构主要有四种液压驱动气体驱动电气驱动和机械驱动。

其中以液压气动用的最多，占以上电动机械驱动用的较少。

液压驱动主要是通过油缸阀油泵和油箱实现传动。

它的优点是压力高体积小，出力大，动作平缓，可无级变速，自锁方便，并能在中间位置停止。

缺点是需配备压力源，系统复杂，成本较高。

气动驱动所采用的元件为气压缸气马达气阀等。

它的优点是气源方便，维护简单，成本低。

缺点是出力小，体积大。

尤其空气的可压缩性大，很难实现中间位置的停止，只能用于点位控制，而且润滑性较差，气压系统容易生锈。

为了减少停机时产生的冲击，气压系统的装有速度控制机构或缓冲减震机构。

电器驱动都采用三相感应电机作为动力，用大减速比减速器来驱动执行机构直线运动则用电机带动丝杠螺母机构有的采用直线电动机。

电气驱动的优点是动力源简单维护使用方便。

般只用于动作固定的场合。

般用凸轮连杆机构实现规定的动作。

它的优点是动作确实可开，工作速度高，成本低缺点是不易于调整。

控制系统机械手控制的要素，包括工作顺序到达位置动作时间运动速度和加减速度等。

机械手的控制分为点位控制和连续诡计控制两种。

控制系统可根据动作的要求，设计采用数字顺序控制。

它首先要编制程序加以存储，然后再根据规定的程序，控制机械手进行工作。

程序的存储方式分为分离存储和集中存储两种。

对于动作复杂的机械手机械人，采用示教再现型控制系统。

更复杂的机械手机械人则采用数字控制系统小型计算器或微处理机控制的系统。

机械手的分类按用途分类.专用机械手专用机械手是专为定设备服务的，简单使用，目前在生产中运用的比较广泛。

它般只能完成二种特定的作业。

如用来抓取和传送工件。

它的工作程序是固定的，也可根据需要编制程序控制，以获得多种工作程序，适应多种作业的需要。

.通用机械手通用机械手是在专用机械手的基础上发展起来的。

它能对不同物件完成多种动作，具有相当的通用性。

它是种能独立工作的自动话装置。

它的动作程序可以按照工作需要来改变，大概是采用顺序控制系统。

通用机械手又分简易型示教再现型和只能机械手草中式机械手等几种。

二按控制型式分类.点位控制型机械手点位控制型机械手的运动诡计是空间二个点之间的连接。

控制点书越多，性能越好。

它基本能满足于各种要求，结构简单。

绝大部分机械手是点位控制型。

.连续轨迹控制型机械手这种机械手的运动轨迹是空间的任意连续曲线，它能在三维空间中作极其复杂的动作。

工作性能完善，但控制部分比较复杂。

控制方式分为开关式和伺服式两种。

.本课题研究的主要内容及意义课题平衡臂机械手的设计之总体设计及基础的内容及基本要求试设计个用于数控车床旁自动上料的机械手，机械手的活动范围为工作半径，回转范围，工作高度，抓起的最大重量为对于轴类零件，最大直径，对于饼类零件，最大直径为。

在活动范围内，机械手能够抓起地面上任何位置的工件送入到卧式车床的卡盘处。

动作的连贯和逻辑顺序有控制。

设计工作量总装图纸，地基基础图，零部件览表，标准件汇总表，外购件汇总表设计说明书英文翻译成汉语字。

重点研究的问题机械，机构，机械手，夹具，弱电控制液压驱动或者执行电机的控制，地基基础。

主要技术指标最大活动半径最大活动高度回转活动范围最大抓取重量抓取规格棒料，盘类本次设计的意义本次设计主要是对此机械手进行实体改造。

我们这次设计主要是针对此机械手，而且还要对机械手的整体布局及工作原理和过程做些介绍。

在外型上，我们要解决的问题主要是我们设计出来的实体要和实物相同或相近。

在大的方面，个机械手可以分为大臂小臂和手爪手腕等部分。

而手腕部分是我们所重点要求的，对其中的每个零件部件及组合体的尺寸和形体都有严格的要求，因为大部分的机械手是有人力动作部分的，而且没有手腕，取而代之的是个吊钩，为了将其改造成为可自动抓取的机械手，每个零件的配合都要很考究。

而油路的布置也要合理。

整体要整齐美观。

机构实用且经济。

第二章平衡臂机械手机械结构的设计计算.机械手机构的分析与设计机械手的自由度机械手要像人的手样完成各种动作是比较困难的。

因为人的手指手长手腕手臂由十九个关节所组成，并具有个自由度，而生产实践中机械手不需要这么多自由度。

下面按机械手所具有的主运动和辅助运动来分析其自由度。

手臂和立柱的运动成为主运动，因为它们能改变抓取工件在空间的位置。

手腕和手指的运动成为辅助运动，因为手腕的运动只能改变被抓取工件的方位，而手指的夹放运动不能改变工件的位置和方位，故它不计为自由度数，其他运动都算作自由度数。

这次参考了工厂的机械手，在确定了被抓取工件所在的空间位置，及将工件搬运到规定的位置时所需要的运动。

得知我们改造的机械手包括了大臂的回转和升降两个运动，而将要设计的手腕的自由度仅仅是为了配合手臂完成工件的预定装卸方位要求加以增设的，故只算成两个自由度。

图平衡臂机械手机构图由图可知，此机械手在平面内有回转运动，且在方向和方向有直线运动，故做出它的运动轨迹图，由于存在了安全工作区域，故选了度旋转范围，如下图二回转范围自由度数多少是衡量机械手技术水平的指标之，自由数越多，可以完成的动作越复杂，通用性越强，应用范围也越广，但是响应的带来了技术难度大，控制系统和机械结构复杂，机械手本身的体积和重量增加，成本高和维修困难。

自由度少，通用性越差，但是技术上容易达到，结构简单，使用和维修方便。

所以在此次设计中，二自由度已经足够，没有必要盲目的加入自由度。

坐标形式如图所示的机械手，其手臂的运动由两个直线运动和个回转所组成，即沿轴的伸缩，沿轴的升降和绕轴的回转。

这种坐标型式的机械手成为圆柱坐标式机械手。

它与指教坐标式相比较，占地面积大而活动范围大，结构较为简单，并能达到较高的定位精度，因此得到广泛的应用。

机械手的机构简图以及部件尺寸图三机构示意图在江麓机械厂的实地测绘，要进行改造的机械手机构简图如上图所示。

为个七杆二自由度机械手。

其各部件的尺寸如下杆件杆件二杆件三杆件四杆件五表机构尺寸此机械手的尺寸恰能满足回转半径和提升工件高度的要求，所以在这次设计过程中不做改动。

由图计算其他尺寸图中虚线所示位置就是当机械手将工件举到最高时候的位置，实线所示的位置就是机械手在地面高度抓取工件的位置。

设计手臂在这两个位置时，杆件与水平所成的角度都为。

则长度等于，长度也为，长度等于，产度等于，长度等于，所以确定等于。

即为大臂升降油缸的行程取。

其工作高度即离地面高度为，其支撑点离地面的高度，其点的高度为。

第三章平衡臂机械手总体设计方案.机械手总体系统的设计综合考虑了几种驱动方式的优缺点，由于要求的抓取重量较大公斤，生产节拍较长，为了得到较大的输出力和握力，还要求传动平稳，所以我们决定采用液压驱动的方式。

.液压机械手液压系统的工作原理此机械手的液压传动是以有压力的油液作为传递动力的工作介质。

电动机带动油泵输出压力油，是将电动机供给的机械