电控气动机械手设计摘要用机械手的功能要求本次设计的机械手是台教学用搬运机械手，实现手部四自由度运动，完成物件的搬运工作。能通过相关的演示可以给学生直观的印象，在这种前提和背景下，这就要求所设计的机械手达到以下目标.成本低廉，必要时可以降低精度要求.机械结构简单，便于学生掌握机械手结构特点.性能良好，可以较好的完成演示动作.各部分结构最好方便拆卸，以便于维修保养。教学用机械手的现实意义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。因此，为了适应社会发展的形势，在现有技术基础上设计台教学型机械手有着深远的科教意义。机械手的设计方案对气动机械手的基本要求是能快速准确地拾放和搬运物件，这就要求它们具有高精度快速反应定的承载能力足够的工作空间和灵活的自由度及在任意位置都能自动定位等特性。设计气动机械手的原则是充分分析作业对象工件的作业技术要求，拟定最合理的作业工序和工艺，并满足系统功能要求和环境条件明确工件的结构形状和材料特性，定位精度要求，抓取搬运时的受力特性尺寸和质量参数等，从而进步确定对机械手结构及运行控制的要求尽量选用定型的标准组件，简化设计制造过程，兼顾通用性和专用性，并能实现柔性转换和编程控制。本次设计的机械手是台教学用搬运机械手，通过相关的演示可以给学生深刻的印象，在这种前提和背景下，这就要求所设计的机械手成本低廉性能优越结构简单等，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无穷小时，就变成了支点回转型手指同理，当二支点回转型手指的手指长度变成无穷长时，就成为移动型。回转型手指开闭角较小，结构简单，制造容易，应用广泛移动型应用较少，其结构比较复杂庞大，当移动型手指夹持直径变化的零件时不影响其轴心的位置，能适应不同直径的工件。通过综合考虑，本设计选择最常用的外卡式两指钳爪，采用齿轮齿条这种结构方式。夹紧装置选择常开式夹紧装置，它在压缩弹簧的作用下爪牙张开，在压力作用下使手指闭合。.手腕结构的设计腕部是连接手部和手臂的部件，它有独立的自由度，本机械手要求实现手腕的回转，可采用具有个自由度的回转气缸来驱