（优秀毕业全套设计）具有空间运动能力的产品输送机机械手的机械结构设计（整套下载）

但在设计构造和使用时则应预先考虑到这种情况的发生，不使其安全功能受到影响，若项功能受到影响暂停时，则整个系统仍然处于安全状态，且应提供种能确保安全如锁住的工作方式选择器件或措施以防止自行启动。

安全功能是由输人信号触发并通过控制系统有关安全部件处理的，能使机器人及其系统达到安全状态的功能。

机器人及其系统的安全功能至少应包括限制运动范围的功能紧急停机和安全停机的功能慢速运动机器人运动速度低于安全防护装置的联锁功能。

电气设备机器人及其系统中的电气设备的选择应符合其预定的用途，选用的元器件部件及设备则应符合产品标准。

电源电源和接地保护接地应符合制造厂的规定。

般，在常规电源条件下，机器人及其系统的电气控制装置应设计成能在满载或无载时正常运行。

电源隔离电源隔离是在机器人系统和电源之间安装隔离切断装置，它应安装在对操作人员无伤害之处。

隔离装置应具有断路或开路功能。

当需要时，该装置将切断机器人系统电气控制的电源，当使用两个或两个以上的电源隔离装置时，应采取联锁保护措施。

工业机器人主要技术参数用途用于小型零件搬运。

设计技术参数抓重公斤夹持式手部个自由度数手臂二个自由度，手腕个自由度座标型式圆柱座标这种运动形式是通过个转动，两个移动，共三个自由度组成的运动系统代号，工作空间图形为圆柱形。

它与直角坐标型比较，在相同的工作条件下，机体占体积小，而运动范围大。

最大工作半径手臂最大中心高手臂运动参数手臂二个自由度，用个移动服，个回转副伸缩行程伸缩速度升降行程升降速度回转范围回转速度手腕运动参数手腕个自由度，个回转副回转范围回转速度手指夹持范围片料面积不大于.准备设计成正方形定位精度士.缓冲方式液压缓冲器要执行的详细的动作为定位抓取提升顺时针转前进下降松开提升后退逆时针转下降，完成个工作循环。

机器人的运动概述工业机器人的运动，可从工业机器人的自由度，工作空间和机械结构类型等三方面来讨论。

工业机器人机构的简图工业机器人的运动自由度所谓机器人的运动自由度是指确定个机器人操作位置时所需要的独立运动参数的数目，它是表示机器人动作灵活程度的参数。

本设计的工业机器人具有四转动副和移动副两种运动副，具有手臂伸降，旋转，前后往复三自由度。

机器人的工作空间和机械结构类型工作空间工作空间是指机器人正常运行时，手部参考点能在空间活动的最大范围，是机器人的主要技术参数。

机械结构类型圆柱坐标型为本设计所采用方案，这种运动形式是通过个转动，两个移动，共三个自由度组成的运动系统代号，工作空间图形为圆柱形。

它与直角坐标型比较，在相同的工作条件下，机体占体积小，而运动范围大。

机器人的运动过程分析工业机器人的运动过程中各动作如图和表。

图表机器人开机，处于位工步手臂上升工步二，工步七，工步十三旋转至位工步三手臂伸出工步四，工步十手臂下降工步五，工步十夹紧工件工步六手臂收缩工步八，工步十四旋转至位工步九放松工件工步十二实现运动过程中的各工步是由工业机器人的控制系统和各种检测原件来实现的，这里尤其要强调的是机器人对工件的定位夹紧的准确性，这是本次设计成败之关键所在。

.原理方案的拟定原理方案的选择工业机器人的手又称为末端执行器，它使机器人直接用于抓取和握紧吸附专用工具如喷枪扳手焊具喷头等进行操作的部件。

它具有模仿人手动作的功能，并安装于机器人手臂的前端。

由于被握工件的形状尺寸重量材质及表面状态等不同，因此工业机器人末端操作器是多种多样的，大致可分为以下几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原理方案的确定在工业机器人的诸多功能中，抓取和移动是最主要的功能。

这两项功能实现的技术基础是精巧的机械结构设计和良好的伺服控制驱动。

本次设计就是在这思维下展开的。

根据设计内容和需求确定圆柱坐标型工业机器人，利用步进电机驱动和谐波齿轮传动来实现机器人的旋转运动利用另台步进电机驱动滚珠丝杠旋转，从而使与滚珠丝杠螺母副固连在起的手臂实现上下运动考虑到本设计中的机器人工作范围不大，故利用液压缸驱动实现手臂的伸缩运动末端夹持器则采用内撑连杆杠杆式夹持器，用小型液压缸驱动夹紧。

工业机器人机械子系统的设计.机械手手爪的设计工业机器人的机械手手爪设计是用来抓持工件或工具的。

手部抓持工件的迅速准确和牢靠程度都将直接影响到工业机械手的工作性能，它是工业机械手的关键部件之。

设计时要注意的问题机械手手爪应有足够的夹紧力，为使手指牢靠的夹紧工件，除考虑夹持工件的重力外，还应考虑工件在传送过程中的动载荷。

机械手手爪应有定的开闭范围。

其大小不仅与工件的尺寸有关，而且应注意手部接近工件的运动路线及其方位的影响。

应能保证工件在机械手手爪内准确定位。

结构尽量紧凑重量轻，以利于腕部和臂部的结构设计。

总体结构设计采用滑槽杠杆式手爪，用小型气缸驱动夹紧，它的结构形式如图。

滑槽杠杆式回转型夹手爪，当驱动器推动杆向上运动时，圆柱销在两杆的滑槽中移动，迫使与支架相铰接的两手指钳爪产生夹紧动作和夹紧力。

当杆向下运动时，手指松开。

机械手手爪如图所示。

表传动轴上轴承的主要技术参数气缸的选择和夹紧力的校验初选气缸型号考虑到所要夹持的是比较小的零件，最大工作载荷很小，故初选气缸型号为.它的主要技术参数如表表气缸的主要技术参数缸径活塞杆直径行程气口直径通径联接螺纹夹紧力校验零件的计算其中取.，取夹紧力的计算要夹持住零件必须满足条件为手指与工件的静摩擦系数，工件材料为铸铁，手指为钢材，查机械零件手册表.，为作用在零件内壁上压紧力，为零件重力。

取由机械制造装备式可知驱动力的计算公式为图机械手手爪受力分析图为斜面倾角为传动机构的效率，这里为平摩擦传动，查机械零件手册得这里取.。

.，.取由液压传动与气压传动有为气缸的内径，为工作压力，型气缸适用于工作压力为的工作条件。

取.，有机械设计手册可可查得，所以由以上计算可知气压缸能产生的推力.大于夹紧工件所需的推力。

所以该气压缸能够满足要求。

弹性爪的强度校验当弹性手工作时，由于夹过程具有弹性，就可以避免易损零件被抓伤，变形和破损。

工件与弹簧片间的力由上节可知。

则弹簧爪截面上的剪应力为，故弹性爪满足强度要求。

.手臂机构的设计手臂的设计要求手臂的结构和尺寸应满足机器人完成作业任务提出的工作空间要求根据手臂所受载荷和结构的特点，合理选择手臂截面形状和高强度轻质材料。

尽量减小手臂重量和相对其关节回转轴的转动惯量和偏重力矩，以减小驱动装置的负荷减少运动的动载荷与冲击，提高手臂运动的响应速度。

要设法减小机械间隙引起的运动误差，提高运动的精确性和运动刚度。

采用缓冲和限位装置提高定位精度。

手臂机械结构设计图手臂结构图本设计手臂直接联接在底座升降气压缸上，结构简单，装拆方便。

伸缩气缸的伸缩行程为。

采用轴向脚架型气压缸，由螺钉安装在手臂底座上。

并在气缸的两端各设置个导向杆支架用来固定导向杆，当活塞杆前后运动时，沿着导向杆运动，从而防止活塞杆的转动。

驱动手爪开合的气缸固定在另个底座上，底座的末端设置个凸台用来安装机械手手爪。

这个底座的位置由伸缩气缸的活塞杆和导向杆来固定。

如图所示手臂与机械手手爪的联接结构选用轴向脚架型气压缸，活塞杆末端为外螺纹结构，与手爪相连接，从而活塞杆的前后运动驱动手爪的开合。

如图所示图活塞杆与机械手的联接伸缩气缸的选择选气缸型号为，它的主要技术参数如表表的主要技术参数缸径活塞杆直径行程气口直径通径联接螺纹.活塞杆的强度校核机械手爪的重量约为。

工件重量为.。

图活塞杆的受力分析如图所示，由静力平衡方程••••求得支反力为.以点为坐标原点，得剪力图和弯矩图如下图剪力图图弯矩图由表得活塞杆，.则在处横截面上的剪应力为安全在处的弯应力为安全。

.腰部和基座设计结构设计通过安装在支座上的步进电机和锥齿轮直接驱动转动机座转动，从而实现机器人的旋转运动，通过安装在底座转盘上的气压缸带动横梁转动实现手臂的上下移动，采用了导向杆导向，确保手臂随机座起转动。

升降气缸安装在底座转盘上，底座转盘如图所示在转盘的两端有两个空，用来安装导向杆，这样既能起到导向作用，有防止了活塞杆相对于气缸的转动。

图底座转盘步进电机通过传动轴来驱动机身的转动，传动轴与底座的连接如图所示图传动轴与底座的联接传动轴与转盘之间通过键联接，它的轴向位置通过螺钉紧固。

确保了传动的准确性和稳定性。

升降气缸的选择升降缸是用来实现手臂的上下移动，初选升降气缸的型号为.表气缸的主要技术参数缸径活塞杆直径行程气口直径通径联接螺纹.气缸的校核计算气缸可以产生的输出力已知气缸的直径，气缸的工作压力.。

则有机械设计手册表可以算出气缸所产生的推力气缸可以产生的拉力.计算机械手臂所产生的重力机械手爪的重量约为工件重量为.驱动手爪开合气缸的重量为.伸缩气缸的重量为.机械手臂的安装底座和以及导向杆支架等其他零件的总重量约为。

机械手臂总体产生的重力.气缸所产生的推力机械手臂总体产生的重力，所以气缸能够推动手臂而完成手臂的升降运动。

步进电机的选择工业机器人的旋转采用了步进电机驱动，由表可知步进电机应用于驱动工业机器人有着许多优点，如控制性能好，可精确定位，尤其本设计中机械手属于小型机械手，而步进电机正好可应用于体积较小和运动轨迹要求严格的小型通用机械手。

步进电动机是种将脉冲信号变换成角位线或线位移的电磁装置，步进电动机的角位移与输入脉冲个数成正比，在时间上与输入脉冲同步。

因此只需控制输入脉冲的数量频率及电动机绕组通电相序，便可获得所需的转角转速及转动方向。

在无脉冲输入时，在绕组电源激励下，气隙磁场能使转子保持原有位置而处于自锁状态。

下面就对步进电机的型号进行选取。

初选电机为反应式步进电机，型号为。

技术参数如表所示表步进电机的主要技术参数电机型号相数步距角电压最大静转矩••最高空载启动频率运行频率转子转动惯量•分配方式质量.五相十拍.传动系统等效转动惯量计算动系统的转动惯量是种惯性负载，在电机选用时必须加以考虑。

由于传动系统的各传动部件并不都与电机轴同轴线，还存在各传动部件转动惯量向电机轴折算的问题。

最后，要计算整个传动系统折算到电机轴上的总转动惯量，即传动系统等效转动惯量。

电机转子转动惯量的折算由机电综合设计指导表查出.•联轴器转动惯量的折算式中为圆柱质量，为圆柱体直径，为圆柱体长度。

对于钢材，材料密度为，把数据代入上式得手臂转动惯量的折算工作台是移动部件，其移动质量折算到活塞轴上的转动惯量可按机电综合设计指导中公式进行计算