（全套CAD）电控气动机械手设计（终稿）

吸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。

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。

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，以实现手臂的各种运动。

手臂可能实现的运动如下手臂在进行伸缩或升降运动时，为了防止绕其轴线的转动，都需要有导向装置，以保证手指按正确方向运动。

此外，导向装置还能承担手臂所受的弯曲力矩和扭转力矩以及手臂回转运动时在启动制动瞬间产生的惯性力矩，使运动部件受力状态简单。

导向装置结构形式，常用的有单圆柱双圆柱和四圆柱等导向型式。

立柱立柱是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的部分，手臂的回转运动和升降或俯仰运动均与立柱有密切的联系。

机械手的立柱通常为固定不动的，但因工作需要，有时也可作横向移动，即称为可移式立柱。

行走机构当工业机械手需要完成较远距离的操作，或扩大使用范围时，可在机座上安装滚轮轨道等行走机构，以实现工业机械手的整机运动。

滚轮式行走机构可分为有轨的和无轨的两种。

驱动滚轮运动则应另外增设机械传动装置。

机座机座是机械手的基础部分，机械手执行机构的各部件和驱动系统均安装于机座上，故起支撑和连接的作用。

二驱动系统驱动系统是驱动机械手执行机构运动的动力装置，通常由动力源控制调节装置和辅助装置组成。

常用的驱动系统有液压传动气压传动电力传动和机械传动等四种形式。

气动，机械手，设计，毕业设计，全套，图纸图书分类号密级毕业设计论文电控气动机械手设计学生姓名邹仲清学院名称机电工程学院专业名称机械设计制造及其自动化指导教师陈跃年月日徐州工程学院学位论文原创性声明本人郑重声明所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。

除文中已经注明引用或参考的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标注。

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论文作者签名日期年月日徐州工程学院学位论文版权协议书本人完全了解徐州工程学院关于收集保存使用学位论文的规定，即本校学生在学习期间所完成的学位论文的知识产权归徐州工程学院所拥有。

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论文作者签名导师签名日期年月日日期年月日摘要科学发展观为我国工程技术的发展开辟了广阔道路，而机械手作为种高科技自动化生产设备，已经广泛应用于国民经济的各个领域，这就对我们的教育培训部门提出了新的要求。

因此，为了适应社会发展的形势，在现有技术基础上设计台教学型机械手有着深远的科教意义。

本课题设计的教学型搬运机械手，主要包括机械手的总体方案设计机械手的机械结构设计以及驱动控制系统设计等，实现了机械手手部的四自由度运动手臂的升降伸缩和手腕手臂的回转。

设计中分析了教学型机械手的功能要求和现实意义，通过气压缸来实现手臂的升降和伸缩，采用回转气压缸来实现手腕和手臂的回转。

设计的机械手结构简单便于操作，在单片机的控制下完成预期的动作，能给学生以直观的印象，达到教学演示的目的。

关键词机械手教学型四自由度单片机绪论.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.课题研究的主要内容.教学用机械手的功能要求及现实意义教学用机械手的功能要求教学用机械手的现实意义机械手的设计方案.机械手的座标型式与自由度机械手的坐标型式机械手的自由度.机械手的手部结构方案设计.机械手的主要参数.机械手的技术参数列表机械手机械系统设计.手部结构设计设计时考虑的几个问题手爪夹持装置的机构选型手部夹紧气缸的设计.手腕结构设计手腕的自由度手腕的驱动力矩的计算.手臂结构设计手臂伸缩与手腕回转部分手臂升降和回转部分手臂升降气缸的设计手臂回转缸体的设计机械手气压系统的设计.气压传动系统工作原理图.气动元件介绍机械手控制系统设计.控制系统的结构分类.控制方式.机械手的控制结论致谢参考文献绪论.机械手概述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表中连杆式手爪机构有精度低，效率低，不平衡且难以实现精确的轨迹的缺点表中凸轮式手爪机构中凸轮在使用中磨损较大，不理想表中螺旋式手爪机构为移动型手爪机构，这次设计所选用的是二指回转型手爪机构，而且所使用的单螺杆或双头螺杆加工和装配的要求都太高，不适合教学型机械手表中绳轮式手爪机构般都是使用电机作为驱动，将电机的旋转运动转变成手爪的开合运动，显然这样的机构没有过载保护，要实现过载保护功能，必须在手爪上安装受力传感器，把受力状况转变成数字信号传递给控制系统，实时调整电机转动状态。

这种机构需要安装传感器，从而使控制系统的设计变得复杂，而且由于安装电机，使夹持部分结构重量增大，使本身就是悬臂的末节运动机构刚度变差。

显然这种机构不可取。

而齿轮齿条式手爪机构具有寿命长，工作平稳，可靠性高等优点。

所以最终选用齿轮齿条式手爪机构作为夹持装置。

表手爪夹持机构选型表夹持机构类型主要特点结构简图.连杆式手爪机构由简单杆件构成，可把活塞的直线运动变成手指的夹持动作，夹持器工作时，卡爪作平行开合，而指端运动轨迹为圆弧。

.凸轮式手爪机构当活塞左右运动时，通过凸轮和连杆的组合，实现卡爪的圆弧开合，但平行运动中摩擦阻力较大。

.齿轮齿条式手爪机构当活塞杆左右运动时，活塞杆末端的齿条带动齿轮旋转，通过齿轮旋转，实现手指齿条的平行运动从而实现手指的开合运动。

.螺旋式手爪机构机构通过马达驱动单头或双头螺杆，将电机的旋转运动转变成手爪的开合运动。

.绳轮式手爪机构该机构通过牵引绳索实现手爪的开合，若将绳轮作成非圆轮或采用链传动，则机构作非均匀牵引运动。

手部夹紧气缸的设计.手部驱动力计算本课题设计的气动机械手的手部结构如图所示，其工件重量，形手指的角度，夹持力主要来自工件与手爪部分的摩擦力，为增大摩擦，选用摩擦系数较大的橡胶作为手爪与工件接触部分的材料。

假设工件材料为钢，查手册可知橡胶与刚的摩擦系数为。

图齿轮齿条式手部手指加在物件上的夹紧力，是设计手部的主要依据。

必须对其大小方向和作用点进行分析计算。

般来说，夹紧力必须克服工件重力所产生的静载荷以及工件运动状态变化所产生的载荷惯性力或惯性力矩，以使物件保持可靠的夹紧状态。

手指对物件的夹紧力可按下式计算式中安全系数，通常取，这里取.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运载物件时重力方向的最大上升加速度重力加速度，运载物件时重力方向的最大上升速度系统达到最高速度的时间根据设计参数选取，般取。

方位系数，根据手指与物件形状以及手指与物件位置不同进行选定，对于水平形手指夹持垂直放置的圆柱形物件时，如图所示为摩擦系数，为形手指半角.被抓取物件所受重力。

图水平手指抓取垂直圆柱工余家企业的近条自动喷漆生产线站上获得规模应用，弧焊机器人己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，我国己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，搞好系列化通用化模块化设计，积极推进产业化进程。

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，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“十二五”中立于世界先进行列之中。

.课题研究的主要内容本课题主要研究了国内外机械手发展的现状，阐述了教学型机械手的功能要求和现实意义，通过对机械手工作原理的学习和了解，熟悉了机械手的运动机理。

在现有机械手技术基础上，确定了教学型搬运机械手的基本系统结构，对机械手的运动进行了简单的力学模型分析，完成了机械手传动部分执行系统驱动系统等系统的相关设计，并对机械手的控制技术进行了定的阐述。

.教学用机械手的功能要求及现实意义教学用机械手的功能要求本次设计的机械手是台教学用搬运机械手，实现手部四自由度运动，完成物件的搬运工作。

能通过相关的演示可以给学生直观的印象，在这种前提和背景下，这就要求所设计的机械手达到以下目标.成本低廉，必要时可以降低精度要求.机械结构简单，便于学生掌握机械手结构特点.性能良好，可以较好的完成演示动作.各部分结构最好方便拆卸，以便于维修保养。

教学用机械手的现实意义科学发展观为我国工程技术的发展开辟了广阔道路，而机械手作为种高科技自动化生产设备，已经广泛应用于国民经济的各个领域，这就对我们的教育培训部门提出了新的要求。

因此，为了适应社会发展的形势，在现有技术基础上设计台教学型机械手有着深远的科教意义。

机械手的设计方案对气动机械手的基本要求是能快速准确地拾放和搬运物件，这就要求它们具有高精度快速反应定的承载能力足够的工作空间和灵活的自由度及在任意位置都能自动定位等特性。

设计气动机械手的原则是充分分析作业对象工件的作业技术要求，拟定最合理的作业工序和工艺，并满足系统功能要求和环境条件明确工件的结构形状和材料特性，定位精度要求，抓取搬运时的受力特性尺寸和质量参数等，从而进步确定对机械手结构及运行控制的要求尽量选用定型的标准组件，简化设计制造过程，兼顾通用性和专用性，并能实现柔性转换和编程控制。

本次设计的机械手是台教学用搬运机械手，通过相关的演示可以给学生深刻的印象，在这种前提和背景下，这就要求所设计的机械手成本低廉性能优越结构简三控制系统控制系统是支配着工业机械手按规定的要求运动的系统。

目前机械手的控制系统般由程序控制系统和电气定位或机械挡块定位系统组成。

控制系统般采用电气控制，它支配着机械手按规定的程序运动，并记忆人们给于机械手的指令信息如动作顺序运动轨迹运动速度及时间，同时按其控制系统的信息对执行机构发出指令，必要时可对机械手的动