（终稿）曲轴搬运机械手毕业设计（全套完整有CAD）

计算时还要考虑液压马达的机械效率，驱动力矩按下式计算式中摩擦力矩包括各支承处的摩擦力矩起动时惯性力矩，般按下式计算其中臂部对其回转轴线的转动惯量速度变化量回转运动起动或制动所需的时间，般为。

对轻载低速运动部件取小值，对重载高速部件取大值，行走机械般取。

在计算臂部部件的转动惯量时，可将形状复杂的零件简化为几个形状简单的零件，分别求出各简单零件的转动惯量。

若零部件沿臂部伸缩运动方向上的轴向尺寸与其重心到回转轴线的距离比值不超过二分之时，般可把它当作质点来计算，这样简化计算的误差不超过。

经过计算可得如下结果.初选系统工作压力压力的选择要根据载荷大小和设备类型而定。

还要考虑执行元件的装配空间经济条件及元件供应情况等的限制。

在载荷定的情况下，工作压力低，势必要加大执行元件的结构尺寸，对些设备来说，尺寸要受到限制，从材料消耗角度看也不经济反之，压力选得太高，对泵缸阀等元件的材质密封制造精度也要求很高，必然要提高设备成本。

般来说，对于固定的尺寸不太受限制的设备，压力选低些，行走机械重载设备压力要选得高些。

选择可参考下两表表按载荷选择工作压力载荷工作压力.时，导向套滑动面长度。

为了减少加工难度，般液压缸缸筒长度不应大于内径的倍。

根据以上原则并联系实际工况取夹紧液压缸缸筒长度。

缸筒是液压缸中最重要的零件，它承受液体作用的压力，其臂厚需进行计算。

活塞杆受轴向压缩负载时，为避免发生纵向弯曲，还要进行压杆稳定性验算。

中高压缸般用无缝钢管作缸筒，大多数属薄壁微，即时，其最薄处的壁厚用材料力学薄壁圆筒公式计算壁厚，即式中缸筒内最高工作压力缸筒材料的许用应力，由下式可计算式中材料的抗拉强度，查机械手册得安全系数，当时般取当时，称为厚壁筒，高压缸的缸筒大都属于此类。

计算可得夹紧液压缸壁厚。

.手臂伸缩机构结构尺寸的确定手臂伸缩机构采用的双作用活塞缸，由上章已知其载荷力大小。

偏重力矩对手臂运动很不利。

偏重力矩过大，会引起手臂的振动，在升降时还会发生种沉头现象，也会影响运动的灵活性，严重时手臂与立柱会卡死。

所以在设计手臂时要尽量使手臂重心通过回转中心，或离回转中心要尽量地近，以减少偏重力矩。

为减少转动惯量可减少手臂运动件的轮廓尺寸减少回转半径，在安排机械手动作顺序时，先缩后回转或先回转后伸，尽可能在较小的前伸位置进行回转动作在驱动系统中设有缓冲装置。

.机身和机座的设计分析机身，又称为立柱，是支撑手臂的部件，并能辅助实现手臂的升降回转或俯仰运动。

它是机器人的基础部分，起支承作用。

对固定机器人，直接连接在地面基础上，对移动式机器人，则安装在移动机构上。

机器人机座可分为固定式和行走式两种，般工业机器人的机座为固定式。

固定式机器人的机身直接连接在地面基础上，也可以固定在机身上。

此处要求机械手的工作范围比较小，故设计为固定式机器人，机身与机座用螺柱连接，机座用螺栓固定在地面基础上。

机身设计要求刚度和强度大，稳定性好运动灵活，导套不宜过短，避免卡死驱动方式适宜，结构布置合理。

第章机械手各部件的载荷计算.设计要求分析本课题设计的曲轴搬运机械手采用关节型坐标系全液压驱动，具有手臂伸缩俯仰回转和手腕回转四个自由度，以及手指的抓取动作。

执行机构相应由手部抓取机构手腕回转机构手臂伸缩机构手臂俯仰机构手臂回转机构和各定位装置等组成，每部分均由液压缸驱动与控制。

它完成的动作循环为手臂前伸手指夹紧抓料手臂上升手臂缩回机身回转度手腕回转度手臂下降手臂前伸手指松开手臂缩回机身回转复位手腕回转复位待料。

.手指夹紧机构的设计设计中采用四指形结构，指面光滑，避免工件被夹持部位的表面受损。

手指的驱动采用弹簧复位单活塞杆单作用液压缸，传动机构采用斜楔杠杆式复合回转传动，并在杠杆上装有张紧弹簧，以保证手指夹紧驱动液压缸的复位。

手指厚度根据需要夹持的工件设定，形指合拢后的的尺寸为工件被夹持部位直径的外接正六边形，保证了机械手工作时的可靠性。

手指夹紧机构载荷的计算手指加在工件上的夹紧力，是设计手部结构的主要依据。

夹紧力必须克服工件重力所产生的载荷以及工件运动状态变化所产生的载荷惯性力或惯性力矩，以使工件保持可靠的夹紧状态。

手指对工件的夹紧力计算式中安全系数，通常取工作情况系数，主要考虑惯性力的影响。

可估算考虑本机械手工作要求的特殊情况，本设计采用悬臂式四自由度的机械手，简图下所示图机械手结构简图自由度具体分配如下手臂回转自由度。

拟采用摆动油缸来实现，摆动缸的动片与缸体相连接，通过油液带动叶片转动，与之相连的缸体也发生转动，从而实现机身的回转。

其行程角度靠挡块和限位行程开关来调整。

手臂俯仰自由度。

机器人的手臂俯仰运动，般采用活塞油气与连杆机构联用来实现。

设计中拟采用单活塞杆液压缸来实现，缸体采用尾部耳环与机身连接，而其活塞杆的伸出端则与手臂通过铰链相连。

其行程大小靠挡块和限位行程开关来调整。

手臂伸缩自由度。

由于油缸或气缸的体积小，质量轻，因而在机器人手臂结构中应用较多。

设计中拟采用单活塞杆液压缸来实现，其伸缩行程大小靠挡块和限位行程开关来调整。

手腕回转自由度。

拟采用摆动液压缸来实现。

当注入压力油时，油压推动动片连同转轴起回转。

因为动片是固定在转轴上的，故动片转动时，转轴也随着其起转。

而末端操作器与转轴是固定在起的，故转轴转手部便起转，从而实现手腕的回转运动。

其行程角度靠挡块和限位行程开关来调整。

第章机械手结构的设计分析.末端操作器的设计分析末端操作器的概述工业机器人的末端操作器是机器人直接用于抓取握紧吸附专用工具等进行操作的部件，根据被操作工件的形状尺寸重量材质及表面形态各有不同，其形式也多种多样，大部分末端操作器的结构是根据特定的工件专门加工的，常用的有四类夹钳式取料手吸附式取料手专用操作器及转换器仿生多指灵巧手。

夹钳式取料手是工业机器人最常用的种末端操作器形式，在流水线上应用广泛。

它般由手指驱动机构传动机构连接与支承元件组成，工作机理类似于常用的手钳。

吸附式取料手靠吸附力取料，根据吸附力的不同分为气吸附和磁吸附两种。

吸附式取料手应用于大平面单面接触无法抓取易碎玻璃磁盘微小不易抓取的物体。

因为专用操作器及转换器和仿生多指灵巧手的技术难度及成本要求都比较高，故在此不多做介绍。

末端操作器结构的设计分析根据发动机曲轴结构特点，本次设计的机械手的末端操作器宜采用夹钳式取坐标型圆柱坐标型球坐标极坐标型关节型回转坐标型平面关节型五种。

圆柱坐标型是由三个自由度组成的运动系统，工作空间为圆柱形，它与直角坐标型比较，在相同的空间条件下，机体所占体积小，而运动范围大。

直角坐标型，其运动部分的三个相互垂直的直线组成，其工作空间为长方体，它在各个轴向的移动距离可在坐标轴上直接读出，直观性强，易于位置和姿态的编程计算，定位精度高，结构简单，但机体所占空间大，灵活性较差。

球坐标型，它由两个转动和个直线组成，即个回转，个俯仰和个伸缩，其工作空间图形唯球体，它可以做上下俯仰动作并能够抓取地面上的东西或较低位置的工件，具有结构紧凑工作范围大的特点，但是结构比较复杂。

关节型，这种机器人的手臂与人体上肢类似，其前三个自由度都是回转关节，这种机器人般由和大小臂组成，立柱与大臂间形成肘关节，可使大臂作回转运动和使大臂作俯仰运动，小臂作俯仰摆动，其特点是工作空间范围大，动作灵活，通用性强，能抓取靠近机座的工件。

平面关节型，采用两个回转关节和个移动关节，两个回转关节控制前后左右运动，而移动关节控制上下运动。

这种机器人在水平方向上有柔顺度，在垂直方向上有较大的刚度，它结构简单，动作灵活，多用于装配作业中，特别适合中小规格零件的插接装配。

综上，本次设计中采用回转坐标型。

自由度的确定自由度，指机器人所具有的独立坐标轴运动的数目，不包括末端操作器的开合度。

在运动形式上分为为直线运动，为旋转运动。

自由度数的多少反映了这种机械手能完成动作的复杂程度，根据对机械手必须完成的动作的研究，设计四个自由度的机械手即可完成所规定的工作任务。

从机座到手腕，关节的运动方式为旋转直线直线旋转，即型。

驱动方式的选择驱动系统有液压驱动气压驱动电机驱动机械联动四种，其中液压驱动和气压驱动较为通用。

液压驱动结构紧凑动作平稳耐冲击耐振动防爆性好。

而且液压技术比较成熟，具有动力大力惯量比大快速响应高易于实现直接驱动等特点。

气压驱动具有速度快系统结构简单造价较低维修方便清洁等特点，适用于中小负载的系统中，但对速度很难进行精确控制，且气压不可太高，所以抓举能力较低，难于实现伺服控制。

电机驱动步进或伺服电机可用于程序复杂运动轨迹要求严格的小型通用机械手异步电机直流电机适用于抓重大速度低的专用机械手电源方便，响应快，驱动力较大，信号检测传递处理方便，控制方式灵活，安装维修方便。

但控制性能差，惯性大，不易精确定位。

机械联动动作可靠，动作范围小，结构比较复杂，适用于自由度少速度快的专用机械手。

并且，同其他转动方式相比较，传动功率年，日本川崎重工业公司与美国公司缔结国际技术合作协议，引进机器人，年实现国产化。

从此日本进入了开发和应用机器人技术时期。

年，机器人技术在日本取得了极大的成功与普及。

现在日本人呢拥有的工业机器人的台数约占世界总台数的，而且其制造技术也处于领先地位。

我国工业机器人起步于世纪年代初期，年我国开始研制自己的工业机器人。

经过几十年的发展，大致经历了三个阶段年代的萌芽期年代的开发期和年代的适用化期。

现在，国家更重视机器人工业的发展，也有越来越多的企业和科研人员投入到机器人的开发研究中。

目前，我国研制的工业机器人已经达到了工业应用水平。

我国机器人技术研究主要体现在以下五个方面是示教再现型工业机器人二是智能机器人三是机器人化机械四是以机器人为基础的重组装配系统五是多传感器信息融合与配置技术。

工业机器人的分类表机器人分类表分类名称简要解释操作型机器人能自动控制，可重复编程，多功能，有几个自由度，可固定或运动，用于相关自动化系统程控型机器人按预先要求的顺序及条件，依次控制机器人的机械动作示教再现型机器人通过引导或其他方式，先教会机器人动作，输入工作程序，机器人则自动重复进行工作数控型机器人不必使机器人动作，通过数值语言等对机器人进行示教，机器人根据示教后的信息进行作业感觉控制型机器人利用传感器获取的信息控制机器人的动作适应控制型机器人机器人能适应环境变化，控制自身的行为学习控制型机器人机器人能“体会”工作经验，具有定的学习能力，并能将所“学”的经济用于工作中智能机器人以人工智能决定其行为的机器人关于机器人如何分类，国际上没有制定统的标准，有的按负载重量分，有的按控制方式分，有的按自由度分，有的按结构分，有的按应用领域分。

般的分类方式如上表。

工业机械手的应用工业机械手是伴随工业生产和科学技术的发展，特别是电子计算机的广泛应用而迅速发展起来的门新兴技术装备。

它综合应用了机械，电子，自动控制等先进技术以及物理，生物等学科的基础知识，以实现机械化与自动化的有机结合而广泛应用在工业生产的各个部门。

工业机械手是工业生产发展中的必然产物。

它是种模仿人体上肢的部分功能，按照预定要求输送工件和握持工具进行操作的自动化技术装备。

这种新颖技术装备的出现和应用，对实现工业生产自动化，推动工业生产的进步发展起着重要作用，因而具有强大的生命力，受到人们的广泛重视和欢迎。

工业上应用的机械手，由于使用场合和工作要求的不同，其结构形式亦各有不同，技术复杂程度也有很大差别。

但它们都有类似人的手臂，手腕和手的部分动作及功能般都能