教学用机械手的现实意义机械手的设计方案.机械手的座标型式与自由度机械手的坐标型式机械手的自由度.机械手的手部结构方案设计.机械手的主要参数.机械手的技术参数列表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手爪夹持装置的机构选型手部夹紧气缸的设计.手腕结构设计手腕的自由度手腕的驱动力矩的计算.手臂结构设计手臂伸缩与手腕回转部分手臂升降和回转部分手臂升降气缸的设计手臂回转缸体的设计机械手气压系统的设计.气压传动系统工作原理图.气动元件介绍机械手控制系统设计.控制系统的结构分类.控制方式.机械手的控制结论与展望致谢参考文献绪论.机械手概述机器人由操作机机械本体控制器伺服驱动系统和检测传感装置构成，是种仿人操作，自动控制可重复编程能在三维空间完成各种作业的机电体化自动化生产设备。特别适合于多品种变批量的柔性生产。它对稳定提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。机器人技术是综合了计算机控制论机构学信息和传感技术人工智能仿生学等多学科而形成的高新技术，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。机器人应用情况，是个国家工业自动化水平的重要标志。机器人并不是在简单意义上代替人工的劳动，而是综合了人的特长和机器特长的种拟人的电子机械装置，既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力，又有机器可长时间持续工作精确度高抗恶劣环境的能力，从种意义上说它也是机器的进化过程产物，它是工业以及非产业界的重要生产和服务性设各，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备。机械手是模仿着人手的部分动作，按给定程序轨迹和要求实现自动抓取搬运或操作的自动机械装置。在工业生产中应用的机械手被称为“工业机械手”。生产中应用机械手可以提高生产的自动化水平和劳动生产率可以减轻劳动强度保证产品质量实现安全生产尤其在高温高压低温低压粉尘易爆有毒气体和放射性等恶劣的环境中，它代替人进行正常的工作，意义更为重大。因此，在机械加工冲压铸锻焊接热处理电镀喷漆装配以及轻工业交通运输业等方面得到越来越广泛的引用。机械手的结构形式开始比较简单，专用性较强，仅为台机床的上下料装置，是附属于该机床的专用机械手。随着工业技术的发展，制成了能够独立的按程序控制实现重复操作，适用范围比较广的“程序控制通用机械手”，简称通用机械手。由于通用机械手能很快的改变工作程序，适应性较强，所以它在不断变换生产品种的中小批量生产中获得广泛的引用。.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系统控制系统以及位置检测装置等所组成。各系统相互之间的关系如方框图所示。图.机械手的组成方框图执行机构它包括手部手腕手臂和立柱等部件，有的还增设行走机构。手部即与物件接触的部件。由于与物件接触的形式不同，可分为夹持式和吸附式手部。夹持式手部由手指或手爪和传力机构所构成。手指是与物件直接接触的构件，常用的手指运动形式有回转型和平移型。回转型手指结构简单，构件制造容易，故应用较广泛。平移型应用较少，其原因是结构比较复杂，但平移型手指夹持圆形零件时，工件直径变化不影响其轴心的位置，因此适宜夹持直径变化范围大的工件。手指结构取决于被抓取物件的表面形状被抓部位是外廓或是内孔和物件的重量及尺寸。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。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。控制系统控制系统是支配着工业机械手按规定的要求运动的系统。目前机械手的控制系统般由程序控制系统和电气定位或机械挡块定位系统组成。控制系统般采用电气控制，它支配着机械手按规定的程序运动，并记忆人们给于机械手的指令信息如动作顺序运动轨迹运动速度及时间，同时按其控制系统的信息对执行机构发出指令，必要时可对机械手的动作进行监视，当动作有错误或发生故障时即发出报警信号。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。机械手的分类机械手的种类很多，关于分类的问题，目前在国内尚无统的分类标准，在此暂按使用范围驱动方式和控制系统等进行分类。按用途分机械手可分为专用机械手和通用机械手两种专用机械手它是附属于主机的具有固定程序而无独立控制系统的机械装置。专用机械手具有动作少工作对象单结构简单使用可靠和造价低等特点，经常用在如自动机床自动线的上下料机械手和加工中心”批量的自动化生产的自动换刀机械手。通用机械手它是种具有独立控制系统的程序可变的动作灵活多样的机械手。通过调整可在不同场合使用，驱动系统和在各性能范围内，其动作程序是可变的，控制系统是独立的。通用机械手的工作范围大定位精度高通用性强，适用于不断变换生产品种的中小批量自动化的生产。通用机械手按其控制定位的方式不同可分为简易型和伺服型两种简易型以“开关”式控制定位，只能是点位控制伺服型具有伺服系统定位控制系统，可以点位控制，也可以实现连续轨迹控制，般的伺服型通用机械手属于数控类型。按驱动方式分液压传动机械手是以液压的压力来驱动执行机构运动的机械手。其主要特点是抓重可达几百公斤以上传动平稳结构紧凑动作灵敏。但对密封装置要求严格，不然油的泄漏对机械手的工作性能有很大的影响，且不宜在高温低温下工作。若机械手采用电液伺服驱动系统，可实现连续轨迹控制，使机械手的通用性扩大，但是电液伺服阀的制造精度高，油液过滤要求严格，成本高。气压传动机械手是以压缩空气的压力来驱动执行机构运动的机械手。其主要特点是介质来源极为方便，输出力小，气动动作迅速，结构简单，成本低。但是，由于空气具有可压缩的特性，工作速度的稳定性较差，冲击大，而且气源压力较低，抓重般在公斤以下，在同样抓重条件下它比液压机械手的结构大，所以适用于高速轻载高温和粉尘大的环境中进行工作。机械传动机械手即由机械传动机构如凸轮连杆齿轮和齿条间歇机构等驱动的机械手。它是种附属于工作主机的专用机械手，其动力是由工作机械传递的。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。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