（定稿）液压机械手的设计（全套下载）

本机械手采用齿条缸式臂回转机构，如图所示，回转运动由齿条活塞杆驱动齿轮，带动配油轴和缸体起转动，再通过缸体上的平键带动外套起转动实现手臂的回转。

.手臂的横向移动如图.手臂的横向移动机构。

手臂的横向移动是由活塞缸来驱动的，回转缸体与滑台用螺钉联结，活塞杆通过两块连接板用螺钉固定在滑座上。

当活塞缸通压力油时，其缸体就带动滑台，沿着燕尾形滑座做横向往复运动。

图.臂横向移动机构.臂部运动驱动力计算计算臂部运动驱动力包括力矩时，要把臂部所受的全部负荷考虑进去。

机械手工作时，臂部所受的负荷主要有惯性力摩擦力和重力等。

臂水平伸缩运动驱动力的计算手臂做水平伸缩运动时，首先要克服摩擦阻力，包括油缸与活塞之间的摩擦阻力及导向杆与支承滑套之间的摩擦阻力等，还要克服启动过程中的惯性力。

其驱动力可按下式计算.式中各支承处的摩擦阻力启动过程中的惯性力，其大小可按下式估算.式中手臂伸缩部件的总重量重力加速度.启动过程中的平均加速度，而.速度变化量。

如果手臂从静止状态加速到工作速度时，则这个过程的速度变化量就等于手臂的工作速度启动过程中所用的时间，般为..。

当时，臂垂直升降运动驱动力的计算手臂作垂直运动时，除克服摩擦阻力和惯性力之外，还要克服臂部运动部件的重力，故其驱动力可按下式计算.式中各支承处的摩擦力启动时惯性力可按臂伸缩运动时的情况计算臂部运动部件的总重量上升时为正，下降时为负。

当时臂部回转运动驱动力矩的计算臂部回转运动驱动力矩应根据启动时产生的惯性力矩与回转部件支承处的摩擦力矩来计算。

由于启动过程般不是等加速度运动，故最大驱动力矩要比理论平均值大些，般力矩的计算驱动手腕回转时的驱动力矩必须克服手腕起动时所产生的惯性力矩必须克服手腕起动时所产生的惯性力矩，手腕的转动轴与支承孔处的摩擦阻力矩，动片与缸径定片端盖等处密封装置的摩擦阻力矩以及由于转动的重心与轴线不重合所产生的偏重力矩。

手腕转动时所需要的驱动力矩可按下式计算.式中驱驱动手腕转动的驱动力矩惯惯性力矩.偏参与转动的零部件的重量包括工件手部手腕回转缸体的动片对转动轴线所产生的偏重力矩.摩手腕转动轴与支承孔处的摩擦力矩.图.腕部回转力矩计算图摩擦阻力矩摩.式中轴承的摩擦系数，滚动轴承取.，滑动轴承取.轴承支承反力轴承直径由设计知时.得工件重心偏置力矩引起的偏置力矩偏.式中工件重量偏心距即工件重心到碗回转中心线的垂直距离，当工件重心与手腕回转中心线重合时，偏为零当.，时腕部启动时的惯性阻力矩惯当知道手腕回转角速度时，可用下式计算惯.式中手腕回转角速度手腕启动过程中所用时间，假定启动过程中近为加速运动手腕回转部件对回转轴线的转动惯量•工件工件对手腕回转轴线的转动惯量•按已知计算得.，工件.，.，故惯.•当知道启动过程所转过的角度时，也可以用下面的公式计算惯.式中启动过程所转过的角度手腕回转角速度。

考虑到驱动缸密封摩擦损失等因素，般将取大些，可取本章小结本章描述了腕部结构和手腕驱动力矩的计算臂部的结构.臂部概述臂部是机械手的主要执行部件，其作用是支承手部和腕部，并将被抓取的工件传送到给定位置和方位上，因而般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向移动。

手臂的各种运动通常由驱动机构和各种传动机构来实现，因此，它不仅仅承受被抓取工件的重量，而且承受手部手腕和手臂自身的重量。

手臂的结构工作范围灵活性以及抓重大小即臂力和定位精度等都直接影响机械手的工作性能，所以必须根据机械手的抓取重量运动形式自由度数运动速度及其定位精度的要求来设计手臂的结构型式。

同时，设计时必须考虑到手臂的受力情况油缸及导向装置的布置内部管路与手腕的连接形式等因素。

因此设计臂部时般要注意下述要求刚度要大为防止臂部在运动过程中产生过大的变形，手臂的截面形状的选择要合理。

弓字形截面弯曲刚度般比圆截面大空心管的弯曲刚度和扭曲刚度都比实心轴大得多。

所以常用钢管作臂杆及导向杆，用工字钢和槽钢作支承板。

导向性要好为防止手臂在直线移动中，沿运动轴线发生相对运动，或设置导向装置，或设计方形花键等形式的臂杆。

运动速度和手臂的配置形式。

确定本机械手的检测装置和驱动控制方式，是系统可以正常运行。

手部结构.概述手部是机械手直接用于抓取和握紧工件或夹持专用工具进行操作的部件，它具有模仿人手的功能，并安装于机械手手臂的前端。

机械手结构型式不象人手，它的手指形状也不象人的手指，它没有手掌，只有自身的运动将物体包住，因此，手部结构及型式根据它的使用场合和被夹持工件的形状，尺寸，重量，材质以及被抓取部位等的不同而设计各种类型的手部结构，它般可分为钳爪式，气吸式，电磁式和其他型式。

钳爪式手部结构由手指和传力机构组成。

其传力机构形式比较多，如滑槽杠杆式连杆杠杆式斜楔杠杆式齿轮齿条式弹簧杠杆式等，这里采用滑槽杠杆式。

.设计时应考虑的几个问题应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。

手指间应有定的开闭角两个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。

应保证工件的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。

应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，要求具有足够的强度和刚度以防止折断或弯曲变形，但应尽量使结构简单紧凑，自重轻。

应考虑被抓取对象的要求应根据抓取工件的形状抓取部位和抓取数量的不同，来设计和确定手指的形状。

.驱动力的计算.手指.销轴.拉杆.指座图.杠杆式手部受力分析如图所示为滑槽式手部结构。

在拉杆作用下销轴向上的拉力为，并通过销轴中心点，两手指的滑槽对销轴的反作用力为，其力的方向垂直于滑槽中心线和并指向点，和的延长线交于及，由于和均为直角三角形，故。

根据销轴的力平衡条件，即，.销轴对手指的作用力为。

手指握紧工件时所需的力称为握力即夹紧力，假想握力作用在过手指与工件接触面的对称平面内，并设两力的大小相等，方向相反，以表示。

由手指的力矩平衡条件，即得因为所以.式中手指的回转支点到对称中心线的距离毫米。

工件被夹紧时手指的滑槽方向与两回转支点连线间的夹角。

我国的工业机器人从年代“七五”科技攻关开始起步，在国家的支持下，通过“七五”“八五”科技攻关，目前已基本掌握了机器人操作机的设计制造技术控制系统硬件和软件设计技术运动学和轨迹规划技术，生产了部分机器人关键元器件，开发出喷漆弧焊点焊装配搬运等机器人其中有多台套喷漆机器人在二十余家企业的近条自动喷漆生产线站上获得规模应用，弧焊机器人已应用在汽车制造厂的焊装线上。

但总的来看，我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有定的距离，如可靠性低于国外产品机器人应用工程起步较晚，应用领域窄，生产线系统技术与国外比有差距在应用规模上，我国已安装的国产工业机器人约台，约占全球已安装台数的万分之四。

以上原因主要是没有形成机器人产业，当前我国的机器人生产都是应用户的要求，“客户，次重新设计”，品种规格多批量小零部件通用化程度低供货周期长成本也不低，而且质量可靠性不稳定。

因此迫切需要解决产业化前期的关键技术，对产品进行全面规划，搞好系统化通用化模化设计，积极推进使机器人产业链化。

我国的智能机器人和特种机器人在计划的支持下，也取得了不少成果。

其中最为突出的是水下机器人，米水下无缆机器人的成果居世界领先水平，还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。

.本课题达到的要求本次设计的液压传动机械手根据规定的动作顺序，综合运用所学的基本理论基本知识和相关的机械设计专业知识，完成对机械手的设计，并绘制必要装配图液压系统图。

机械手的机械结构采用油缸螺杆导向筒等机械器件组成在液压传动机构中，机械手的手臂伸缩采用伸缩油缸，手腕回转采用回转油缸，立柱的转动采用齿条油缸，机械手的升降采用升降油缸，立柱的横采用横向移动油缸机械手在完成个动作循环后停止运动。

本论文内容包括以下几个方面.对所设计的液压机械手机械部分进行阐述，并说明其原理.分析实现其功能应有的动作.对选型，给出系统的硬件连接图.绘制电路原理图接线图画出设计流程图。

液压机械手主要结构的机械设计.臂力的确定目前使用的机械手的臂力范围较大，我国目前机器人最小臂力为.，最大为。

本课题设计的液压机械手的臂力为臂，安全系数在.，本机械手采取安全系数。

定位精度为。

.确定工作范围机械手的工作范围根据工艺要求和操作运动的轨迹来确定。

个操作运动的轨迹需要几个动作合成，在工作范围被确定的情况下，可将轨迹分解成几个单个的动作，由多个动作的行程来确定机械手的最大行程。

确定本机械手的动作范围如下手臂伸长量手腕回转角度手臂回转角度液压，机械手，设计，毕业设计，全套，图纸液压机械手是模仿人的手部动作，按照给定的程序轨迹通过液压系统实现抓取和搬运操作的自动装置。

本次设计的液压传动机械手根据规定的动作顺序，综合运用所学的基本理论基本知识和相关的机械设计专业知识，完成对机械手的设计，并绘制必要装配图液压系统图。

机械手的机械结构采用油缸螺杆导向筒等机械器件组成在液压传动机构中，机械手的手臂伸缩采用伸缩油缸，手腕回转采用回转油缸，立柱的转动采用齿条油缸，机械手的升降采用升降油缸，立柱的横移采用横向移动油缸通过控制电磁阀的开关来控制机械手进行相应的动作循环，当按下连续停止按钮后，机械手在完成个动作循环后停止运动。

本设计拟开发的上料机械手可在空间抓放物体，动作灵活多样，可代替人工在高温和危险