（毕业设计全套）三自由度多工位冲床专用机械手设计（打包下载）

由于气动机械手具有气源使用方便不污染环境动作灵活迅速工作安全可靠操作维修简便以及适宜在恶劣环境下工作等特点，因此它在冲压加工注塑及压铸等有毒或高温条件下作业，机床上下料，仪表及轻工行业中小型零件的输送和自动装配等作业，食品包装及运输，电子产品输送自动插接，弹药生产自动化等方面获得大量应用。

气动驱动系统在多数情况下是用于实现两位式的或有限点位控制的中小机械手中的。

这类机械手多是圆柱坐标型和直角坐标型或二者的组合型结构个自由度负荷在以下速度重复定位精度为.。

。

控制装置目前多数选用可编程控制器。

在易燃易爆的场合下可采用气动逻辑元件组成控制装置。

气动驱动系统大体由以下几部分组成。

.气源由总压缩空气站提供。

气源部分包括空气压缩机，储气罐，气水分离器，调压器，过滤器等。

如果没有压缩空气站的条件，可以按机械手及配套的其他气动设备需要配置相应供气量的气源设备。

.气动三联件由分水滤气器，调压器，油雾器三大件组成，可以是分离式，也可以是三联组装式的，多数情况下用三联组装式结构。

不论是由压缩空气站供气还是用单独的气源，气动三联件是必备的。

虽然用无润滑气缸可以不用油雾器，但是般情况下，建议也在气路上装上油雾器，以减少气缸摩擦力，增加使用寿命。

.气动阀气动阀的种类很多，在工业机械手的气动驱动系统中，常用的阀件有电磁气阀节流调速阀减压阀等。

.气动执行机构多数情况下使用气缸直线气缸或摆动气缸。

直线气缸分单动式和双动式两类。

除个别用单动式气缸外如手爪机构上用的，多数采用双动气缸。

为实现端部缓冲，要选用双向端点位置缓冲的气缸。

气缸的结构形式以及与机械手机构的连接方式如法兰连接，尾部铰接，前端或中间铰接，气缸杆的螺纹连接或铰接等由设计机械手时根据结构要求而定。

气缸的内径，行程大小可根据对机械手的运动分析和动力分析进行计算。

为了确保气缸的密封要求，同时又要尽量降低摩擦力，密封材料要选用橡胶和氟化塑料组合的密封环。

无接触感应式气缸目前在气动系统中已获得广泛的应用，这种气缸在活塞上装有永久磁铁的磁环，通过磁感应，使在气缸外面安装的非接触磁性接近开关动作发讯，进行位置检测。

除了直线气缸外，机械手中用得比较多还有有限角摆动气缸，这种摆动缸多用于手腕机构上。

.制动器气动机械手的定位问题很大程度上是如何实现停点的制动。

气缸活塞的运动速度容许达.，如果气缸以的速度计算，电磁气阀以较大关闭时间计，那么气缸活塞两个停点的距离约为，两个停点的步长应大于这个数值。

对于小流量的电磁气阀，吸合关闭时间较小，停点的步长也要相应缩短。

因此对机械手个单自由度而言，停点数目最多个。

为增加定位点数，除采用多位置气缸外可采用制动的方法还有反压制动，制动装置制动。

.限位器气动机械手各运动轴的制动和定位点到位发讯，可由编程器发指令，或由限位开关发讯。

根据要求和条件，如果选用无接触感应式气缸，其限位开关是无接触接近开关，这种开关的反映时间小于，在机械手中应用比较理想。

当气缸活塞运动到定位点时，为保证定位精度，需要将运动轴锁紧。

常用的限位机构是由电磁阀控制的气缸带动锁紧机构插锁，滑块等将机械手运动机构锁定。

再启动时，事先打开锁紧机构。

.机械手的缓冲方案设计缓冲的字面意思是减缓冲击力。

除了真正的冲击力外，缓冲还有抽象的意义。

凡是使种事物的变化过程减慢或减弱进行都可以叫缓冲。

比如让化学反应不那么剧烈的物质就叫缓冲剂。

缓冲的程度不同，可用减缓的百分数来表达。

本设计机械手设计中的缓冲均采用液压缓冲器进行缓冲。

液压缓冲器就是种从外部控制的能量吸收装骶。

借液压阻尼作用对在作惯性滑行的车皮进行缓冲减速至停止。

.机械手的主要参数.机械手的最大抓重是其规格的主参数，由于是采用气动方式驱动，因此考虑抓取的物体不应该太重，查阅相关机械手的设计参数，结合工业生产的实际情况，本设计设计抓取的工件质量为公斤.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。

平均移动速度为。

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横移行程和升降。

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。

过大的运动行程，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，该机械手手臂的参数伸缩行程定为，横移行程为，手臂升降行程定为。

定位精度也是基本参数之。

该机械手的定位精度为.。

.机械手的技术参数列表用途用于自动加工的上下料。

二设计技术参数抓重自由度数个自由度座标型式直角座标手臂最大中心高手臂运动参数伸缩行程伸缩速度升降行程升降速度横移行程手指夹持范围棒料定位方式固定挡块或可调机械挡块等定位精度.驱动方式气压传动控制方式继电器程第三章手部结构设计.夹持式手部结构夹持式手部结构由手指或手爪和传力机构所组成。

其传力结构形式比较多，如滑槽杠杆式斜楔杠杆式齿轮齿条式弹簧杠杆式等。

图机械手手部结构简图.手指的形状和分类夹持式是最常见的种，其中常用的有两指式多指式和双手双指式按手指夹持工件的部位又可分为内卡式或内涨式和外夹式两种按模仿人手手指的动作，手指可分为支点回转型，二支点回转型和移动型或称直进型，其中以二支点回转型为基本型式。

当二支点回转型手指的两个回转支点的距离缩小到无穷小时，就变成了支点回转型手指同理，当二支点回转型手指的手指长度变成无穷长时，就成为移动型。

回转型手指开闭角较小，结构简单，制造容易，应用广泛。

移动型应用较少，其结构比较复杂庞大，当移动型手指夹持直径变化的零件时不影响其轴心的位置，能适应不同直径的工件。

.设计时考虑的几个问题具有足够的握力即夹紧力在确定手指的握力时，除考虑工件重量外，还应考虑在传送或操作过程中所产生的惯性力和振动，以保证工件不致产生松动或脱落。

二手指间应具有定的开闭角两手指张开与闭合的两个极限位置所夹的角度称为手指的开闭角。

手指的开闭角应保证工件能顺利进入或脱开，若夹持不同直径的工件，应按最大直径的工件考虑。

对于移动型手指只有开闭幅度的要求。

三保证工件准确定位为使手指和被夹持工件保持准确的相对位置，必须根据被抓取工件的形状，选择相应的手指形状。

例如圆柱形工件采用带形面的手指，以便自动定心。

四具有足够的强度和刚度手指除受到被夹持工件的反作用力外，还受到机械手在运动过程中所产生的惯性力和振动的影响，要求有足够的强度和刚度以防折断或弯曲变形，当应尽量使结构简单紧凑，自重轻，并使手部的中心在手腕的回转轴线上，以使手腕的扭转力矩最小为佳。

五考虑被抓取对象的要求根据机械手的工作需要，通过比较，我们采用的机械手的手部结构是支点两指回转型，由于工件多为圆柱形，故手指形状设计成型，其结构如附图所示.手部夹紧气缸的设计手部驱动力计算本课题气动机械手的手部结构如图所示，图冲床专用机械手手部手部机构其工件重量公斤，形手指的角度摩擦系数为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，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，按公式有其中则满足实际设计要求。

，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之比小于或等于，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，则缸筒外径为第四章手臂伸缩，升降，横移的尺寸设计与校核.手臂伸缩气缸的尺寸设计与校核手臂伸缩气缸的尺寸设计手臂伸缩气缸采用烟台气动元件厂生产的标准气缸，参看此公司生产的各种型号的结构特点，尺寸参数，结合本设计的实际要求，气缸用型气缸，尺寸系列初选内径为，关于此气缸的资料详情请参看烟台气动元件。

图气缸局部示意图尺寸校核.在校核尺寸时，只需校核气缸内径，半径.的气缸的尺寸满足使用要求即可，设计使用压强，则驱动力，测定手腕质量为，设计加速度，则惯性力.考虑活塞等的摩擦力，设定摩擦系数，总受力所以标准气缸的尺寸符合实际使用驱动力要求要求。

.导向装置气压驱动的机械手臂在进行伸缩运动时，为了防止手臂绕轴线转动，以保证手指的正确方向，并使活塞杆不受较大的弯曲力矩作用，以增加手臂的刚性，在设计手臂结构时，应该采用导向装置。

具体的安装形式应该根据本设计的具体结构和抓取物体重量等因素来确定，同时在结构设计和布局上应该尽量减少运动部件的重量和减少对回转中心的惯量。

导向杆目前常采用的装置有单导向杆，双导向杆，四导向杆等，在本设计中才用单导向杆来增加手臂的刚性和导向性。

平衡装置通常，机械手所采用的平衡机构主要有以下几种.配重平衡机构这种平衡装置结构简单，平衡效果好，易于调整，工作可靠，但增加了机械手手臂的惯量与关节轴的载荷。

般在机械手手臂的不平衡力矩比较小的情况下采用这种平衡机构。

.弹簧平衡机构弹簧平衡机构，机构简单造价低工作可靠平衡效果好易维修，因此应用广泛。

.活塞推杆平衡机构活塞式平衡系统有液压和气动两种液压平衡系统平衡力大，体积小，有定的阻尼作用气动平衡系统，具有很好的阻尼作用，但体积比较大。

活塞式平衡需要配备有专门的液压或气动装置，系统复杂，因此造价高，设计安装和调试都增加了难度，但是平衡效果好。

用于配重平衡弹簧平衡满足不了工作要求的场合。

在本设计中，为了使手臂的两端能够尽量接近重力矩平衡状态，减少手抓侧重力矩对性能的影响，故在手臂伸缩气缸侧加装平衡装置，装置内加放砝码，砝码块的质量根据抓取物体的重量和气缸的运行参数视具体情况加以调节，务求使两端尽量接近平衡。

.手臂升降气缸的尺寸设计与校核尺寸设计气缸运行长度设计为，气缸内径为，半径，气缸运行速度，加速度时间.，压强.，则驱动力尺寸校核．测定手腕质量为，则重力，设计加速度，则惯性力.考虑活塞等的摩擦力，设定摩擦系数，总受力所以设计尺寸符合实际使用要求。

.手臂横移气缸的尺寸设计与校核尺寸设计气缸运行长度设计为，气缸内径为，半径，气缸运行速度，加速度时间.，压强.，则驱动力尺寸校核．测定手腕质量为，则重力，设计加速度，则惯性力.考虑活塞等的摩擦力，设定摩擦系数，总受力所以设计尺寸符合实际使用要求。

第五章机械手的电气控制系统设计.气压传动系统工作原理图图所示为该