（终稿）冲床上下料机械手设计（全套完整有CAD）

而机械手腰部的回转运动采用步进电机驱动，必须采用传动机构来减速和增大扭矩。

经分析比较，选择圆柱齿轮传动，为了保证比较高的精度，尽量减小因齿轮传动造成的误差同时大大增大扭矩，同时较大的降低电机转速，以使机械手的运动平稳，动态性能好。

这里只采用级齿轮传动，采用大的传动比大于，齿轮采用高强度高硬度的材料，高精度加工制造。

.机械手驱动系统的设计机器人各类驱动系统的特点工业机器人的驱动系统，按动力源分为液压气动和电动三大类。

根据需要也可这三种基本类型组合成复合式的驱动系统。

这三类基本驱动系统的主要特点如下。

.液压驱动系统由于液压技术是种比较成熟的技术，它具有动力大力或力矩与惯量比大快速响应高易于实现直接驱动等特点。

适合于在承载能力大，惯量大以及在防火防爆的环境中工作的机器人。

但是，液压系统需要进行能量转换电能转换成液压能，速度控制多数情况下采用节流调速，效率比电动驱动系统低，液压系统的液体泄露会对环境产生污染，工作噪音也较高。

.气动驱动系统具有速度快，系统结构简单，维修方便价格低等特点。

适用于中小负荷的机器人中采用。

但是因难于实现伺服控制，多用于程序控制的机器人中。

.电动驱动系统由于低惯量大转矩的交直流伺服电机及其配套的伺服驱动器交流变频器直流脉冲宽度调制器的广泛采用，这类驱动系统在机器人中被大量采用。

这类驱动系统不需要能量转换，使用方便，噪声较低，控制灵活。

大多数电机后面需安装精密的传动机构。

直流有刷电机不能直接用于要求防爆的工作环境中，成本上也较其他两种驱动系统高。

但因为这类驱动系统优点比较突出，因此在机器人中被广泛的使用。

工业机器人驱动系统的选择原则设计机器人时，驱动系统的选择，要根据机器人的用途作业要求机器人的性能规范控制功能维护的复杂程度运行的功耗性价比以及现有的条件等构紧凑，满足动态性能和提高传动精度的要求，要对各级传动比进行合理的分配，原则如下．输出轴转角误差最小原则。

．等效转动惯量最小原则。

利用该原则设计的齿轮系统要使换算到电动机轴上的等效转动惯量最小，各级传动比也是按照“先小后大”的次序分配，以使其结构紧凑。

具体而言有几点对要求运动平稳，起停频繁和动态性能好的伺服系统，按最小等效转动惯量和总转角误差最小的原则来处理。

对于变负载的传动齿轮系统的各级传动比最好采用不可约的比数，避免同期啮合以降低噪音和振动。

对于提高传动精度和减小回程误差为主的传动齿轮系统，按总转角误差最小原则对于增速传动，由于增速时容易破坏传动齿轮系工作的平稳性，应在开始几级就增速，并且要求每级增速比最好大于，以有利于增加轮系的刚度，减小传动误差。

对以比较大传动比传动的齿轮系，往往需要将定轴轮系和行星轮系结合为混合轮系。

对于相当大大传动比并且要求传动精度与传动效率高，传动平稳以及体积小重量轻时。

可选用新型的谐波齿轮传动。

.谐波齿轮传动谐波齿轮传动具有结构简单体积小重量轻，传动比大几十到几百，传动精度高回程误差小噪音低传动平稳，承载能力强效率高等系列优点。

故在工业机器人系统中得到广泛的应用。

谐波齿轮传动与少齿差行星齿轮传动十分相似，它是依靠柔性齿轮产生的可控变形波引起齿间的相对错齿来传递动力与运动的，故谐波齿轮传动与般的齿轮传动具有本质上的差别。

.螺旋传动螺旋传动及丝杠螺母，它主要是用来将旋转运动变换为直线运动或将直线运动变换为旋转运动。

螺旋传动有传递能量为主的，如螺旋压力机千斤顶等有以传递运动为主的，如机床工作台的进给丝杠。

丝杠螺母传动分为普通丝杠滑动摩擦和滚珠丝杠滚动摩擦，前者结构简单加工方便制造成本低，具有自锁能力但是摩擦阻力矩大传动效率低。

后者虽然结构复杂制造成本高，但是其最大的优点是摩擦阻力矩小传动效率高，其运动平稳性好，灵活度高。

通过预紧，能消除间隙提高传动刚度进给精度和重复定位精度高。

机器人的第个回转关节，对机械手的最终精度影响大，故采用电机驱动来实现腰部的回转运动。

般电机都不能直接驱动，考虑到转速以及扭矩的具体要求，采用大传动比的齿轮传动系统进行减速和扭矩的放大。

因为齿轮传动存在着齿侧间隙，影响传动精度，故采用级齿轮传动，采用大的传动比大于，同时为了减小机械手的整体结构，齿轮采用高强度高硬度的材料，高精度加工制造，尽量减小因齿轮传动造成的误差。

.机械手手臂的结构设计机械手手臂的设计要求机器人手臂的作用，是在定的载荷和定的速度下，实现在机器人所要求的工作空间内的运动。

在进行机器人手臂设计时，要遵循下述原则.应尽可能使机器人手臂各关节轴相互平行相互垂直的轴应尽可能相交于点，这样可以使机器人运动学正逆运算简化，有利于机器人的控制。

.机器人手臂的结构尺寸应满足机器人工作空间的要求。

工作空间的形状和大小与机器人手臂的长度，手臂关节的转动范围有密切的关系。

但机器人手臂末端工作空间并没有考虑机器人手腕的空间姿态要求，如果对机器人手腕的姿态提出具体的要求，则其手臂末端可实现的空间要小于上述没有考虑手腕姿态的工作空间。

.为了提高机器人的运动速度与控制精度，应在保证机器人手臂有足够强度和刚度的条件下，尽可能在结构上材料上设法减轻手臂的重量。

力求选用高强度的轻质材料，通常选用高强度铝合金制造机器人手臂。

目前，在国外，也在研究用碳纤维复合材料制造机器人手臂。

碳纤维复合材料抗拉强度高，抗振性好，比重小其比重相当于钢的，相当于铝合金的，但是，其价格昂贵，且在性能稳定性及制造复杂形状工件的工艺上尚存在问题，故还未能在生产实际中推广应用。

目前比较有效的办法是用有限元法进行机器人手臂结构的优化设计。

在保证所需强度与刚度的情况下，减轻机器人手臂的重量。

.机器人各关节的轴承间隙要尽可能小，以减小机械间隙所造成的运动误差。

因此，各关节都应有工作可靠便于调整的轴承间隙调整机构。

.机器人的手臂相对其关节回转轴应尽可能在重量上平衡，这对减小电机负载和提高机器人手臂运动的响应速度是非常有利的。

机械手总体结构的类型工业机器人的结构形式主要有直角坐标结构，圆柱坐标结构，球坐标结构，关节型结构四种。

各结构形式及其相应的特点，分别介绍如下。

.直角坐标机器人结构直角坐标机器人的空间运动是用三个相互垂直的直线运动来实现的，如图.。

由于直线运动易于实现全闭环的位置控制，所以，直角坐标机器人有可能达到很高的位置精度级。

但是，这种直角坐标机器人的运动空间相对机器人的结构尺寸来讲，是比较小的。

因此，为了实现定的运动空间，直角坐标机器人的结构尺寸要比其他类型的机器人的结构尺寸大得多。

直角坐标机器人的工作空间为空间长方体。

直角坐标机器人主要用于装配作业及搬运作业，直角坐标机器人有悬臂式，龙门式，天车式三种结构。

.圆柱坐标机器人结构圆柱坐标机器人的空间运动是用个回转运动及两个直线运动来实现的，如图.。

这种机器人构造比较简单，精度还可以，常用于搬运作业。

其工作空间是个圆柱状的空间。

.球坐标机器人结构球坐标机器人的空间运动是由两个回转运动和个直线运动来实现的，如图.。

这种机器人结构简单成本较低，但精度不很高。

主要应用于搬运作业。

其工作空间是个类球形的空间。

.关节型机器人结构关节型机器人的空间运动是由三个回转运动实现的，如图.。

关节型机器人动作灵活，结构紧凑，占地面积小。

相对机器人本体尺寸，其工作空间比较大。

此种机器人在工业中应用十分广泛，如焊接喷漆搬运装配等作业，都广泛采用这种类型的机器人。

关节型机器人结构，有水平关节型和垂直关节型两种。

设计具体采用方案机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，制造容易构件，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撑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滑槽杠杆式连杆杠杆式斜面杠杆式齿轮齿条式丝杠螺母多，式弹簧式和重力式等。

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。

此外，根据特殊需要，手部还有勺式如浇铸机械手的浇包部分托式如冷齿轮机床上下料机械手的手部等型式。

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。

冲床，上下，机械手，设计，液压，毕业设计，全套，图纸绪论.机械手概述工业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。