（终稿）气动通用上下料机械手（全套完整有CAD）

图.齿轮齿条式手部根据手部结构的传动示意图，其驱动力为根据手指夹持工件的方位，可得握力计算公式所以实际驱动力因为传力机构为齿轮齿条传动，故取η.，并取.。

若被抓取工件的最大加速度取时，则所以所以夹持工件时所需夹紧气缸的驱动力为。

气缸的直径本气缸属于单向作用气缸。

根据力平衡原理，单向作用气缸活塞杆上的输出推力必须克服弹簧的反作用力和活塞杆工作时的总阻力，其公式为式中活塞杆上的推力，弹簧反作用力，气缸工作时的总阻力，气缸工作压力，弹簧反作用按下式计算式中弹簧刚度，弹簧预压缩量，活塞行程，弹簧钢丝直径，弹簧平均直径，.弹簧外径，弹簧有效圈数弹簧材料剪切模量，般取.在设计中，必须考虑负载率η的影响，则由以上分析得单向作用气缸的直径代入有关数据，可得所以查有关手册圆整，得由，可得活塞杆直径.圆整后，取活塞杆直径校核，按公式，则.满足设计要求。

缸筒壁厚的设计缸筒直接承受压缩空气压力，必须有定厚度。

般气缸缸筒壁厚与内径比小或等于，其壁厚可按薄壁筒公式计算式中缸筒壁厚，气缸内径，实验压力，取.，材料为，代入己知数据，则壁厚为.取.，则缸筒外径为.。

.气流负压式吸盘气流负压式吸盘是利用吸盘即用橡胶或软性塑料制成皮腕内形成负压将工件吸住。

它适用于搬运些薄片形状的工件，如薄铁片板材纸张以及薄壁易碎的玻璃器皿弧形壳体零件等，尤其是玻璃器皿及非金属薄片，吸附效果更为明显。

气流负压式与钳爪式手部相比较，气流负压式手部具有结构简单，重量轻，表面吸附力分布均匀，但要求所吸附表面平整光滑无孔和无油。

按形成负压或真空的方法，气流负压式手部可分为真空式气流负压式和挤压排气式吸盘。

在本机械手中，拟采用喷射式气流负压吸盘。

图.喷射气流原理图喷射式气流负压吸盘的工作原理如图.所示，根据流体力学，气体在稳定流动状态下，单位时间内气体经过喷嘴的每回转结构，实现手腕回转运动的机构为回转气缸。

.机械手的手臂结构方案设计按照抓取工件的要求，本机械手的手臂有三个自由度，即手臂的伸缩左右回转和升降或俯仰运动。

手臂的回转和升降运动是通过立柱来实现的，立柱的横向移动即为手臂的横移。

手臂的各种运动由气缸来实现。

.机械手的驱动方案设计由于气压传动系统的动作迅速，反应灵敏，阻力损失和泄漏较小，成本低廉因此本机械手采用气压传动方式。

.机械手的控制方案设计考虑到机械手的通用性，同时使用点位控制，因此我们采用可编程序控制器对机械手进行控制。

当机械手的动作流程改变时，只需改变程序即可实现，非常方便快捷。

.机械手的主要参数主参数机械手的最大抓重是其规格的主参数，目前机械手最大抓重以公斤左右的为数最多。

故该机械手主参数定为公斤，高速动作时抓重减半。

使用吸盘式手部时可吸附公斤的重物。

基本参数运动速度是机械手主要的基本参数。

操作节拍对机械手速度提出了要求，设计速度过低限制了它的使用范围。

而影响机械手动作快慢的主要因素是手臂伸缩及回转的速度。

该机械手最大移动速度设计为.，最大回转速度设计为。

平均移动速度为，平均回转速度为。

机械手动作时有启动停止过程的加减速度存在，用速度行程曲线来说明速度特性较为全面，因为平均速度与行程有关，故用平均速度表示速度的快慢更为符合速度特性。

除了运动速度以外，手臂设计的基本参数还有伸缩行程和工作半径。

大部分机械手设计成相当于人工坐着或站着且略有走动操作的空间。

过大的伸缩行程和工作半径，必然带来偏重力矩增大而刚性降低。

在这种情况下宜采用自动传送装置为好。

根据统计和比较，该机械手手臂的伸缩行程定为，最大工作半径约为，手臂安装前后可调。

手臂回转行程范围定为应大于，否则需安装多只手臂，又由于该机械手设计成手臂安装范围可调，从而扩大了它的使用范围。

手臂升降行程定为。

定位精度也是基本参数之。

开发出直接遥控机器人双臂协调控制机器人爬壁机器人管道机器人等机种在机器人视觉力觉触觉声觉等基础技术的开发应用上开展了不少工作，有了定的发展基础。

但是在多传感器信息融合控制技术遥控加局部自主系统遥控机器人智能装配机器人机器人化机械等的开发应用方面则刚刚起步，与国外先进水平差距较大，需要在原有成绩的基础上，有重点地系统攻关，才能形成系统配套可供实用的技术和产品，以期在“十五”后期立于世界先进行列之中。

.课题的提出及主要任务课题的提出随着工业自动化程度的提高，工业现场的很多易燃易爆等高危及重体力劳动场合必将由机器人所代替。

这方面可以减轻工人的劳动强度，另方面可以大大提高劳动生产率。

例如，目前在我国的许多中小型汽车生产以及轻工业生产中，往往冲压成型这工序还需要人工上下料，既费时费力，又影响效率。

为此，我们把上下料机械手作为我们研究的课题。

现在的机械手大多采用液压传动，液压传动存在以下几个缺点液压传动在工作过程中常有较多的能量损失摩擦损失泄露损失等液压传动易泄漏，不仅污染工作场地，限制其应用范围，可能引起失火事故，而且影响执行部分的运动平稳性及正确性。

工作时受温度变化影响较大。

油温变化时，液体粘度变化，引起运动特性变化。

因液压脉动和液体中混入空气，易产生噪声。

为了减少泄漏，液压元件的制造工艺水平要求较高，故价格较高且使用维护需要较高技术水平。

鉴于以上这些缺陷，本机械手拟采用气压传动，气动技术有以下优点介质提取和处理方便。

气压传动工作压力较低，工作介质提取容易，而后排入大气，处理方便，般不需设置回收管道和容器介质清洁，管道不易堵塞不存在介质变质及补充的问题。

阻力损失和泄漏较小，在压缩空气的输送过程中，阻力损失较小般仅为油路的千分之，空气便于集中供应和远距离输送。

外泄漏不会像液压传动那样，造成压力明显降低和严重污染。

动作迅速，反应灵敏。

气动系统般只需要即可建立起所需的压力和速度。

气动系统也能实现过载保护，便于自动控制。

能源可储存。

压缩空气可存贮在储气罐中，因此，发生突然断电等情况时，机器及其工艺流程不致突然中断。

工作环境适应性好。

在易燃易爆多尘埃强磁强辐射振动等恶劣通过调整可在不同场合使用，驱动系统和格性能范围内，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。

二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。

三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。

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，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。

工业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，以实现气动，通用，上下，机械手，自由度，毕业设计，全套，图纸目录绪论.机械手概述.机械手的组成和分类机械手的组成机械手的分类.国内外发展状况.课题的提出及主要任务课题的提出课题的主要任务机械手的设计方案.机械手的座标型式与自由度.机械手的手部结构方案设计.机械手的手腕结构方案设计.机械手的手臂结构方案设计.机械手的驱动方案设计.机械手的控制方案设计.机械手的主要参数.机械手的技术参数列表手部结构设计.夹持式手部结构手指的形状和分类设计时考虑的几个问题手部夹紧气缸的设计.气流负压式吸盘手腕结构设计.手腕的自由度.手腕的驱动力矩的计算手腕转动时所需的驱动力矩手臂结构设计.手臂伸缩与手腕回转部分结构设计导向装置手臂伸缩驱动力的计.手臂升降和回转部分结构设计.手臂伸缩气缸的设计.手臂伸缩升降用液压缓冲器.手臂回转用液压缓冲器结论参考文献致谢绪论.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