（毕业设计图纸全套）关节式自动上下料机械手设计（含说明书）

其电源电压为固定不变值，由大功率三极管作为开关元件，以固定的开关频率动作，但其脉冲宽度可以随电路控制而改变，改变了脉冲宽度也就可以改变加在电机电枢两端的平均电压，从而改变了电机的转速。

这种伺服驱动器般由电流内环和速度外环组成。

末级采用大功率三极管构成桥式开关电路。

伺服驱动器具有调速范围宽低速特性好，响应快效率高过载能力强等特点。

目前已广泛应用于各类数控机床工业机器人及其它机电体化产品中用做直流伺服电机的驱动。

步进电机驱动器步进电机的控制装置主要包括脉冲发生器，环行分配器和功率放大器等几部分组成。

脉冲发生器可以按照起制动及调速要求改变频率以控制步进电机。

环行分配器是控制步进电机各绕组按定的次序通过的环节。

它的作用是把脉冲发生器送来的系列脉冲信号按照定的循环规律依次分配给各绕组，以使步进电机按着定的规律运动。

功率放大器的作用是将环行分配器输出的毫安级电流放大成安培级电流以驱动步进电机。

目前功率放大器多采用高低压驱动电路。

这种电路有高低压二组电源。

当绕组刚通电瞬间让绕组接通高电压，从而使各相电流迅速建立。

而当达到步进电机额定电流时仅以低电压给各相绕组供电。

高电压加入的时间长短由控制电路来实现。

设计具体采用方案具体到本设计，在分析了具体工作要求后，综合考虑各个因素。

机械手腰部的旋转运动需要定的定位控制精度，故采用步进电机驱动来实现因为采用液压执行缸来做水平手臂和垂直手臂，故大小臂均采用液压驱动同时考虑随着机床加工的工件的不同，水平手臂伸出长度是不同的。

因此，要求水平手臂具有伺服定位能力，故采用电液伺服液压缸进行驱动。

而手爪的张开和夹紧通过液压柱塞缸活塞与中间齿轮和扇形齿轮配合来实现，即手爪在柱塞缸推力作用下通过活塞杆端部齿条中间齿轮及扇形齿轮使手指张开和闭合。

.机器人手臂的平衡机构设计直角坐标型圆柱坐标型和球坐标型机器人可以通过合理布局，优化设计结构，使得手臂本身可能达到平衡。

关节机器人手臂般都需要平衡装置，以减小驱动器的负荷，同时缩短启动时间。

机器人平衡机构的形式通常，机器人所采用的平衡机构主要有以下几种.配重平衡机构这种平衡装置结构简单，平衡效果好，易于调整，工作可靠，但增加了机器人手臂的惯量与关节轴的载荷。

般在机器人手臂的不平衡力矩比较小的情况下采用这种平衡机构。

.弹簧平衡机构弹簧平衡机构，机构简单造价低工作可靠平衡效果好易维修，因此应用广泛。

.活塞推杆平衡机构活塞式平衡系统有液压和气动两种液压平衡系统平衡力大，体积小，有定的阻尼作用气动平衡系统，具有很好的阻尼作用，但体积比较大。

活塞式平衡需要配备有专门的液压或气动装置，系统复杂，因此造价高，设计安装和调试都增加了难度，但是平衡效果好。

用于配重平衡弹簧平衡满足不了工作要求的场合。

设计具体采用的方案因为本设计机械手采用圆柱坐标型的结构，而且在手臂的结构设计以及整个机械手的设计和布局中都重点考虑了机械手手臂的平衡问题，通过合理布局，优化设计结构，使得手臂本身尽可能达到平衡。

若实际工作中平衡结果不满足，则设置弹簧平衡机构进行平衡。

理论分析和设计计算.液压传动系统设计计算确定液压系统基本方案液压执行元件大体分为液压缸和液压马达，前者实现直线运动，后者实现回转运动。

二者的特点及适用场合见表表名称特点适用场合双活塞杆液压缸双向对称双向工作的往复场合单活塞杆液压缸有效工作面积大双向不对称往返不对称的直线运动，差动连接可实现快进柱塞缸结构简单单向工作，靠重力或其它外力返回摆动缸单叶片式小于双叶片式小于小于的摆动小于的摆动齿轮马达结构简单价格便宜高转速低转矩的回转运动叶片马达体积小转动惯量小高速低转矩动作灵敏的回转运动摆线齿轮马达体积小输出转局大低速小功率大转矩的回转运动轴向柱塞马达运动平稳转矩大转速范围宽大转矩的回转运动径向柱塞马达转速低，结构复杂，输出转矩大低速大转矩回转运动本设计因为机械手的形式为圆柱坐标形式，具有个自由度，个转动，两个移动自由度。

同时考虑机械手的工作载荷和工作现场环境对机械手布局以及定位精度的具体要求以及计算机的控制的因素，腰部的回转用电机驱动实现，剩下的两个运动均为直线运动。

因此，机械手的水平手臂和垂直手臂都采用单活塞杆液压缸，来实现直线往复运动。

拟定液压执行元件运动控制回路液压执行元件确定后，其运动方向和运动速度的控制是液压回路的核心问题。

方向控制是用换向阀或是逻辑控制单元来实现。

对于般中小流量的液压系统，通过换向阀的有机组合来实现所要求的动作。

对高压大流量的系统，多采用插装阀与先导控制阀的逻辑组合来实现。

速度控制通过改变液压执行元件输入或输出的流量或者利用密封空间的容积变化来实现。

相应的调速方式有节流调速容积调速以及二者结合的容积节流调速。

本设计的方向控制采用电磁换向阀来实现，而速度的控制主要采用节流调速，主要方式是采用比较简单的节流阀来实现。

液压源系统的设计液压系统的工作介质完全由液压源来提供，液压源的核心是液压泵。

节流调速系统般用定量泵供油，在无其他辅助油源的情况下，液压泵的供油量要大于系统的需油量，多余的油经溢流阀流回油箱，溢流阀同时起到控制并稳定油源压力的作用。

容积调速系统多用变量泵供油，用安全阀来限定系统的最高压力。

油液的净化装置是液压源中不可缺的元件。

般泵的入口要装粗滤油器，进入系统的油液根据要求，通过精滤油器再次过滤。

为防止系统中杂质流回油箱，可在回油路上设置磁过滤器。

根据液压设备所处的环境及对温升的要求，还要考虑加热冷却等措施。

本设计的液压系统采用定量泵供油，由溢流阀来调定系统压力。

为了保证液压油的洁净，避免液压油带入污染物，故在油泵的入口安装粗过滤器，而在油泵的出口安装精过滤器对循环的液压油进行净化。

绘制液压系统图本机械手的液压系统图如图所示，图它拥有垂直手臂的上升下降，水平伸缩缸的前伸后缩，以及执行手爪的夹紧张开三个执行机构。

其中，泵由三相交流异步电动机拖动考虑到手爪的工作要求轻缓抓取迅速松开，系统采用了节流效果不等的两个调速阀。

实现快速进油，和回油包压，实现手爪的轻缓抓紧当失电时，工作液体进入柱塞缸中，实现手爪迅速松开。

另外，由于机械手垂直升降缸在工作时其下降方向与负荷重力作用方向致，下降时有使运动速度加快的趋势，为使运动过程的平稳，同时尽量减小冲击振动，保证系统的安全性，采用溢流阀构成的平衡回路相升降油缸下腔提供定的排油背压，以平衡重力负载。

确定液压系统的主要参数液压系统的主要参数是压力和流量，他们关节式自动上下料机械手设计摘要砂轮铣刀等加工工具的机器人附加装置，用来进行相应的加工作业。

测量用末端执行器是装有测量头或传感器的附加装置，用来进行测量及检验作业。

在设计机器人末端执行器时，应注意以下问题.机器人末端执行器是根据机器人作业要求来设计的。

个新的末端执行器的出现，就可以增加种机器人新的应用场所。

因此，根据作业的需要和人们的想象力而创造的新的机器人末端执行器，将不断的扩大机器人的应用领域。

.机器人末端执行器的重量被抓取物体的重量及操作力的总和机器人容许的负荷力。

因此，要求机器人末端执行器体积小重量轻结构紧凑。

.机器人末端执行器的万能性与专用性是矛盾的。

万能末端执行器在结构上很复杂，甚至很难实现，例如，仿人的万能机器人灵巧手，至今尚未实用化。

目前，能用于生产的还是那些结构简单万能性不强的机器人末端执行器。

从工业实际应用出发，应着重开发各种专用的高效率的机器人末端执行器，加之以末端执行器的快速更换装置，以实现机器人多种作业功能，而不主张用个万能的末端执行器去完成多种作业。

因为这种万能的执行器的结构复杂且造价昂贵。

.通用性和万能性是两个概念，万能性是指机多能，而通用性是指有限的末端执行器，可适用于不同的机器人，这就要求末端执行器要有标准的机械接口如法兰，使末端执行器实现标准化和积木化。

.机器人末端执行器要便于安装和维修，易于实现计算机控制。

用计算机控制最方便的是电气式执行机构。

因此，工业机器人执行机构的主流是电气式，其次是液压式和气压式在驱动接口中需要增加电液或电气变换环节。

机器人夹持器的运动和驱动方式机器人夹持器及机器人手爪。

般工业机器人手爪，多为双指手爪。

按手指的运动方式，可分为回转型和移动型，按夹持方式来分，有外夹式和内撑式两种。

机器人夹持器手爪的驱动方式主要有三种.气动驱动方式这种驱动系统是用电磁阀来控制手爪的运动方向，用气流调节阀来调节其运动速度。

由于气动驱动系统价格较低，所以气动夹持器在工业中应用较为普遍。

另外，由于气体的可压缩性，使气动手爪的抓取运动具有定的柔顺性，这点是抓取动作十分需要的。

.电动驱动方式电动驱动手爪应用也较为广泛。

这种手爪，般采用直流伺服电机或步进电机，并需要减速器以获得足够大的驱动力和力矩。

电动驱动方式可实现手爪的力与位置控制。

但是，这种驱动方式不能用于有防爆要求的条件下，因为电机有可能产生火花和发热。

.液压驱动方式液压驱动系统传动刚度大，可实现连续位置控制。

机器人夹持器的典型结构.楔块杠杆式手爪利用楔块与杠杆来实现手爪的松开，来实现抓取工件。

.滑槽式手爪当活塞向前运动时，滑槽通过销子推动手爪合并，产生夹紧动作和夹紧力，当活塞向后运动时，手爪松开。

这种手爪开合行程较大，适应抓取大小不同的物体。

.连杆杠杆式手爪这种手爪在活塞的推力下，连杆和杠杆使手爪产生夹紧放松运动，由于杠杆的力放大作用，这种手爪有可能产生较大的夹紧力。

通常与弹簧联合使用。

.齿轮齿条式手爪这种手爪通过活塞推动齿条，齿条带动齿轮旋转，产生手爪的夹紧与松开动作。

.平行杠杆式手爪采用平行四边形机构，因此不需要导轨就可以保证手爪的两手指保持平行运动，比带有导轨的平行移动手爪的摩擦力要小很多。

设计具体采用方案结合具体的工作情况，本设计采用连杆杠杆式的手爪。

驱动活塞往复移动，通过活塞杆端部齿条，中间齿条及扇形齿条使手指张开或闭合。

手指的最小开度由加工工件的直径来调定。

本设计按照工件的直径为来设计。

手爪的具体结构形式如图所示图机械手末端执行手爪结构图.机械手的机械传动机构的设计工业机器人传动机构设计应注意的问题机器人是由多级联杆和关节组成的多自由度的空间运动机构。

除直接驱动型机器人以外，机器人各联杆及各关节的运动都是由驱动器经过各种机械传动机构进行驱动的。

机器人所采用的传动机构与般机械的传动机构相类似。

常用的机械传动机构主要有螺旋传动齿轮传动同步带传动高速带传动等。

由于传动部件直接影响着机器人的精度稳定性和快速响应能力，因此，应设计和选择满足传动间隙小，精度高，低摩擦体积小重量轻运动平稳响应速度快传递转矩大谐振频率高以及与伺服电动机等其它环节的动态性能相匹配等要求的传动部件。

在设计机器人的传动机构时要注意以下问题.为了提高机器人的运动速度及控制精度，要求机器人各运动部件的重量要轻，惯量要小。

因此，机器人的传动机构要力求结构紧凑，重量轻，体积小。

.在传动链及运动副中要采用间隙调整机构，以减小反向空回所造成的运动误差。

.系统传动部件的静摩擦力应尽可能小，动摩擦力应是尽可能小的正斜率，若为负斜率则易产生爬行，精度降低，寿命减小。

因此，要采用低摩擦阻力的传动部件和导向支承部件，如滚珠丝杠副滚动导向支承等。

.缩短传动链，提高传动与支承刚度，如用预紧的方法提高滚珠丝杠副和滚动导轨副的传动和支承刚度采用大扭矩宽调速的直流或交流伺服电机直接与丝杠螺母副连接，以减小中间传动机构丝杠的支承设计采用两端轴向预紧或预拉伸支承结构等。

.选用最佳传动比，以达到提高系统分