（优秀毕业全套设计）壁面爬行机械手结构设计（整套下载）

直角坐标型机器人直角坐标型机器人是最简单的关节型机器人，其通过互相垂直的轴线位移来改变手部的空间位置。

手部在空间三个相互垂直的方向上作直线运动，运动是独立的，如图.所示。

它易于实现高定位精度，控制简单，运动直观性强，空间轨迹易于求解，但操作灵活性差，运动的速度较低，操作范围较小。

圆柱坐标型机器人圆柱坐标型机器人在水平转台上装有立柱，水平臂可沿立柱上下运动并可在水平方向伸缩，如图.所示。

其结构简单，便于几何计算，工作范围较大，运动速度较高，但随着水平臂沿着水平方向伸长，其线位移分辨精度越来越低。

球坐标型机器人球坐标型机器人的工作臂不仅可绕垂直轴旋转，还可绕水平轴作俯仰运动，且能沿着手臂轴线作伸缩运动，如图.所示。

其操作灵活，结构紧凑，并能扩大机器人的工作空间，但旋转关节反映在末端执行器上的线位移分辨率是个变量。

关节坐标型机器人关节坐标型机器人主要有立柱前臂和后臂组成。

如图.所示。

其全部关节皆为转动型关节，结构紧凑，操作灵活性最好，运动速度较高，操作范围大，所占空间体积小，相对的工作空间最大，还能绕过基座周围的些障碍，是机器人中使用最多的种结构形式，但精度受手臂位姿的影响，实现高精度运动较困难。

图.关节型机器人坐标型式直角坐标型机器人圆柱坐标型机器人球坐标型机器人关节型机器人.驱动形式的选择驱动部分是机器人系统的重要组成部分，机器人常用的驱动形式主要有液压驱动气压驱动电气驱动三种基本类型。

气压驱动在所有的驱动方式中，气压驱动是最简单的。

使用压力通常在，最高可达。

用气压伺服实现高精度是困难的，但在满足精度的场合下，气压驱动在所有的机器人驱动形式中是质量最轻成本最低的。

气压驱动主要优点是气源方便，驱动系统具有缓冲作用，结构简单，成本低，可以在高温粉尘等恶劣的环境中工作。

其缺点是功率质量比小，装置体积大，同时由于空气的可压缩性使得机器人在任意定位时，位姿精度不高。

液压驱动液压驱动是以高压油作为介质，体积较气压驱动小，功率质量比大，驱动平稳，且系统的固有效率高，快速性好，同时液压驱动调速比较简单，能在很大范围实现无级调速。

但由于压力高，总是存在漏油的危险，这不仅影响工作稳定性和定位精度，而且污染环境，所以需要良好的维护，以保证其可靠性。

液压驱动比电动机的优越性就是它本身的安全性，由于电动机存在着电弧和引爆的可能性，要求在易爆区域中所带电压不超过，但液压系统不存在电弧问题。

电机驱动电机驱动是利用各种电机产生的力或转矩，直接或经过减速机构去驱动负载，减少了由电能变为压力能的中间环节，直接获得要求的机器人运动。

电气驱动是目前机器人是用得最多的种驱动方式。

其特点是易于控制，运动精度高，响应快，使用方便，驱动力较大，信号监测传递处理方便，成本低廉，驱动效率高，不污染环境，可以采用多种灵活的控制方案。

由于本课题所研究的爬行机器人驱动负载小，要求结构简单定位精度高，所以选用了电机驱动。

.机械手原则设计机械手设计总的原则有三条是手部尽可能覆盖较大空间二是根据对方态势调整自身姿态三是以最轻的自身重量达到合理的最大负载能力。

.自由度机械手的设计其实是模仿人臂的功能为基础，再根据实际应用情况进行具体设计处理。

人臂的肩肘和腕关节共有六个自由度，其中大臂和腕部能做两个方向的摆动，小臂能做个方向的摆动和有限的转动。

本设计引入运载车，以使机械手能在罐内移动，可以省略其肩部和腕部的横向移动运动，故本设计只需四个自由度即可，满足课题要求。

机械手工作方式如图.所示。

图.机械手工作方式示意图.本机械手设计参数夹持对象焊缝检测器，形状为矩形。

检测器最小尺寸重量.检测器最大尺寸重量.机械手类型关节坐标式机械手总高机械手最大回转角度机械手自由度自由度.机械手结构原理本机械手原理简图如图.所示图.机械手结构原理简图.机械手整体结构及工作方式说明机械手三维图如图.所示。

灰色部分为运载小车。

两个绿色的部分为小臂和大臂与小车相连的是大臂，与手爪相连的是小臂大臂和小车相连部分装了个紫色的电机，它是大臂旋转的动力源机构第个自由度大臂和小臂相连的部分也装了个紫色的电机，它是小臂旋转的动力源机构第二个自由度小臂和手爪连接部分的那个紫色的电机是手腕的动力源机构第三个自由度底部透明部分为齿轮室，它有两个作用第，保护齿轮正常运转第二，齿轮室的侧壁上面开有小孔，用来和连接板相连紫色部分为手爪电机，是手爪的动力源下方有两个齿轮是配合在起的蓝色部分为丝杆，土黄色部分为推杆和拉杆灰色部分为丝杆螺套，它的作用有两个第，把丝杆和推杆连接起来第二，丝杆转动时，会带动丝杆螺套在竖直方向运动，因为丝杆螺套与推杆是固定在起的，这时候就会带动推杆进行竖直方向的运动，从而使推杆上方连接的两个拉杆开合黑色部分为工作块，其上装有红色的橡胶夹块，它们会在拉杆的作用下进行水平方向的移动，从而完成对实物的夹持图.机械手三维图手爪设计手部亦称抓取机构是用来直接握持工件的部件，由于被握持工件的形状尺寸大小重量材料性能表面状况等的不同，所以工业机械手的手部结构多种多样，大部分的手部结构是根据特定的工件要求而定的。

归结起来，常用的手部，按其握持工件的原理，大致可分成夹持和吸附两大类。

夹钳式手部是由手指传动机构和驱动装置三部分组成的，它对抓取各种形状的工件具有较大的适应性，可以抓取轴盘套类零件。

般情况下，多采用两个手指。

驱动装置为传动机构提供动力，驱动源有液压的气动的和电动的等几种形式。

常见的传动机构往往通过滑槽斜楔齿轮齿条连杆机构实现夹紧或放松。

夹钳式手指般分为平移型和回转型。

平移型手指的张开闭合靠手指的平行移动，适合夹持平板方料。

但这种手指结构比较复杂体积大，要求加工精度高。

回转型手指的张开闭合靠手指根部以枢轴支点为中心的回转运动来完成。

枢轴支点为个的，称为单支点回转型，为两个的，称为双支点回转型。

这种手指结构简单，形状小巧，但夹持不同工件会产生夹持定位偏差。

.手部设计基本要求.应具有适当的夹紧力和驱动力。

手指握力加紧力大小要适宜，力量过大则动力消耗多，结构庞大，不经济，甚至会损坏夹持物力量过小则夹持不住或产生松动脱落。

在确定握力时，除考虑夹持物重量外，还应考虑传送或操作过程中所产生的惯性力和震动，以保证夹持安全可靠。

面对手部驱动装置来说，应有足够的驱动力。

应当指出，由于机构传力比不同，在定的夹持力条件下，不同的传动机构所需驱动力的大小是不同的。

.手指应具有定的张开范围，手指应该具有足够的开闭角度手指从张开到闭合绕支点所转过的角度或开闭距离对平移型手指从张开到闭合的直线距离，以便于抓取或退出工件。

.要求结构紧凑重量轻效率高，在保证本身刚度强度的前提下，尽可能使结构紧凑重量轻，以利于减轻手臂的负载。

.应保证被夹持物在手指内的夹持精度。

应保证每个被夹持的工件，在手指内部都有准确的相对位置。

这对些有方位要求的场合更为重要，如曲拐凸轮轴类的复杂工件，在机床上安装的位置要求严格，因此机械手的手部在夹持工件后应保持相对的位置精度。

.应考虑通用性和特殊要求。

般情况下，手部多是专用的，为了扩大它的使用范围，提高它的通用化程度，以适应夹持不同尺寸和形状的工件需要，通常采取手指可调整的办法，如更换手指甚至更换整个手部。

此外，还要考虑能适应工作环境提出的特殊要求，如耐高温耐腐蚀能承受锻锤冲击力等。

.典型的手部结构.回转型包括滑槽杠杆式和连杆杠杆式两种。

.移动型移动型即两手指相对支座作往复运动。

.平面平移型。

.机械手手爪的设计计算选择手爪的类型及夹紧装置本设计是设计抓取矩形物体的机械手。

常用的工业机械手手部，按握持工件的原理，分为夹持和吸附两大类。

吸附式常用于抓取工件表面平整面积较大的板状物体，不适合用于本方案。

本设计机械手采用夹持式手指，夹持式机械手按运动形式可分为回转型和平移型。

平移型手指的张开闭合靠手指的平行移动，这种手指结构简单，适于夹持平板和圆柱类材料，且工件径向尺寸的变化不影响其轴心的位置，其理论夹持误差为零。

通过综合考虑，本设计选择移动型手爪，采用丝杠螺母这种传动结构方式，具体结构如图.三维图.二维图所示。

图.机械手手爪三维图运行方式为电机带动直齿轮使丝杠转动继而带动手爪接触块移动，从而形成手爪的张合，当手爪抓到零件时，电机停止，手爪形成自锁，带动零件移动。

图.手爪二维结构图手爪夹持范围计算手爪的夹持部分为由两跟拉杆控制的工作块完成，而两个工作块上又分别安装了四个橡胶夹块，橡胶具有弹性大，定伸强度高，抗撕裂性和电绝缘性优良，耐磨性和耐旱性良好，加工性佳等特点见图.图.手爪橡胶下面对夹块的夹持范围进行校核在图.所示中，手爪推杆处于最低位置，即夹块处于夹持最小距离，可按下式计算.。

.其中为拉杆长度，为推杆处于最低位置时拉杆与上盖的夹角，为工作块厚度，为夹块厚度。

当两根拉杆处于水平位置时，夹块处于夹持最大距离，按下式计算.。

.显然，工作块的夹持范围满足系统要求。

夹紧力的计算手指加在工件上的夹紧力，是设计手部的主要依据。

必须对大小方向和作用点进行分析计算。

般来说，需要克服工件重力所产生的静载荷以及工件运动状态变化的惯性力产生的载荷，以便工件保持可靠的夹紧状态。

手指对工件的加紧力可按公式.计算.式中安全系数，通常本设计取工作情况系数，主要考虑惯性力的影响。

可近似按下式.估算.其中为重力方向的最大上升加速度运载时工件最大上升速度响系统达到最高速度的时间，般选取方位系数，根据手指与工件位置不同进行选择可按下式.计算.式中，本设计取.，则.被抓取工件所受重力本设计采用的参数值如下故得滑动丝杠设计设计条件需自锁丝杠长度最大质量共计约。

丝杠载荷丝杠竖直时承受最大轴向力，取。

设计计算牙型材料和许用应力采用梯形单头螺纹螺杆材料选钢，调制处理由机械手册查表可得许用拉应力按下式.计算.手爪部分为轻载，螺母材料选耐磨铸铁。

由机械手册查表可得许用弯曲应力，取许用剪应力由机械手册查表可得许用压强，取按耐磨性计算螺杆中径由表中公式.知，.采用整体螺母式，取，由.，可选，的梯形螺纹中等精度。