（全套CAD）立式精锻机自动上料机械手设计（终稿）

执行机构它包括手部腕部臂部立柱和基体等构件组成．手部是夹持工件的构件。

它由手爪和夹紧装置两部分组成。

手爪有夹紧和松开动作。

夹持式手爪的形式和人的手指相仿。

另外还有真空和电磁吸盘相当于手爪，用来吸取表面光滑的零件或薄板。

有的手爪还可以夹持些专用工具，如喷枪扳手焊接工具等。

．腕部是联接手部和臂部的构件，起支撑手部的作用。

它可以有俯仰左右摆动和回转三个运动。

特殊情况下可以增加个横向移动。

有的机械手没有手腕动作。

．臂部是支撑手部腕部的构件。

机械手的臂部是为了取代人的手臂而研究设计的，但是它却达不到象人手臂的灵巧和适应功能。

因此，只有把结构简化，把运动轨迹分为沿三坐标轴线方向往复移动和绕三坐标轴线进行回转。

般手臂具有前后伸缩左右回转上下升降或上下摆动等几个运动。

根据需要可选其中个二个或三个运动。

．立柱是支撑手臂等构件的。

般机械手的立柱为固定不动的，也有的因工作需要立柱作横向移动，此种称可移动式立柱。

．行走机构机械手要求完成较远距离的操作时，可增加滚轮轨道等行走机构。

二驱动系统驱动系统是驱动臂部腕部手部的动力源。

它有气动液压电力和机械式等四中形式，由直线缸回转缸各种阀管及管接头等组成。

三控制系统控制系统是机械手的重要组成部分，它是支配机械手按规定程序行程和速度进行运动的装置。

它必须保存或记忆人们给予机械手的指令信息如动作顺序，到达位置和时间信息。

立式，精锻机，自动，机械手，设计，毕业设计，全套，图纸摘要随着科学技术的发展，人类社会进入了个以自动化和电子技术为标志的新时代。

自动化机械大量应用于工业工程中，其中工业机械手的应用最为广泛。

工业机械手是种模仿人手动作的机器，可以取代很多的人工操作，并可以取得更高的效率。

本论文介绍了用于夹持外圆件的上下料机械手的设计。

它采用液压驱动，点位程序控制，动作平稳，控制方便。

本论文主要阐述该机械手的升降和回转的设计和计算。

首先从机械手的基础知识介绍有关机械手的组成分类腕部及臂部设计液压控制的多种方案，再从本次设计所要求的功能原理设计开始，对于不同的方案加以比较和论证，从中可确定出最优方案，并采用其方案，在对其的结构设计的基础上，对其驱动力和驱动力力矩进行计算。

着重阐述了机身的设计，具体阐述了机械手的设计原则和步骤，分析了设计时应注意的问题，并对机械手的平稳性及定位精度给予详细的论述。

设计并分析了该机械手所用的液压控制的方法和过程。

由于经验不足，知识有限，难免有误，有待改进。

关键词机械手液压驱动力定位精附录绪论在现代工业自动化生产领域里，材料的搬运机床的上下料整机的装配等是十分重要的工作环节，而实现这些环节的自动化将大大提高生产效率，减少成本。

用自动化机械代替人的工作可以减少事故的发生。

工业机械手就是为了实现这些环节的自动化而设计的。

自动化上下料装置是散乱的中小型工件毛坯经过定向机构实现定向排列，然后顺次地由上下料机构把它送到机床或工作位置去，并把工件取走。

如工件教大，形状复杂，很难实现自动定向，则往往通过人工定位后，再有上下料机构送到工作地点去。

在成批大量生产中，尤其要求在生产率很高，机动工时很短的情况下，单纯的上下料装置很难满足要求，机械手就是在上下料机构的基础上发展起来的种机械装置。

开始主要用来实现自动上下料和搬运工件，完成单机自动化和生产线自动化。

随着应用范围不断扩大，现已用来操作工具和完成定工作，减轻工人的劳动强度，改善劳动条件，提高生产效率。

目前我国研制使用的工业机械手大多数是属于专用机械手，仅有少量的通用机械手。

由于通用机械手改变工作程序比较方便，特别适用于多品种小批量的生产。

通用机械手在工业生产中的应用只有二十来年的历史。

其他装置如管路冷却装置位置检测机构等。

臂部设计要求臂部设计首先要求实现所要求的运动，为了实现这些运动，需要满足下列几项要求。

．臂部应承载能力大刚性好自重轻根据上述要求，在设计手臂时，要对其进行挠度计算，其变形量应小于许可变形量。

我们知道悬臂梁应当指出机械手的手臂结构不是悬臂梁的挠度计算公式为式中挠度弹性模数载荷惯性矩悬臂长。

从上式可知，挠度与载荷悬臂长成正比，而与弹性模数惯性矩成反比。

在与值已确定的情况下，只有增大值，才能减少梁的弯曲变形，而碳钢和合金钢的值差别不大，在之间。

所以，为了提高刚度，从材质上考虑意义不大，主要应选用惯性矩大的梁。

现把几种常用梁的惯性矩列表比较如下见表。

从表可知，在截面积和单位重量基本相同的情况下，钢管工字钢和槽钢的惯性矩要比圆钢大得多，所以，机械手中常用无缝钢管作导向杆，用工字钢或槽钢作支撑板。

这样既提高了手臂的刚度，又大大减轻了手臂的自重。

名称截面形状截面积每米重量惯性矩为圆钢的几倍圆钢钢管工字钢号断面槽钢号断面表几种常用梁的惯性矩比较以种截面为例为了加大刚性，还应该采取以下措施在设计臂部时，元件越多，间隙越大，刚性就越低因此应尽可能使结构简单。

要全面分析各尺寸链，在要求高的部位合理确定补偿环，以减少重要部位的间隙，从而提高刚性。

全面分析手臂的受力情况，合理分配给手臂的各个部件，避免不利的受力情况出现水平放置的手臂，要增加导向杆的刚度，同时提高其配合和相对位置精度，使导向杆承受部分或大部分自重和抓取重量提高活塞和刚体内部配合精度，可以提高手臂在前伸缩时的刚性。

．臂部运动速度要高，惯性要小机械手的运动速度般是根据生产节拍的要求来决定的。

确定了生图手臂运动过程曲线产节拍和行程范围，就确定了手臂的运动速度或角速度。

在般情况下，手臂的移动和回转均要求匀速运动和为常数，但在手臂的起动和终止的瞬间，运动是变化的。

为了减少冲击，要求起动时间的加速度和终止前的减速度不能太大，否则引起冲击和振动。

手臂的运动过程曲线如图所示。

图中所示的点为起动位置点为开始缓冲位置点为行程终点和为起动时间和为制动缓冲时间和为运动周期。

图所示，为机械手的运动部分到达行手部的结构手爪的类型大致分为下列三种．夹持式手爪根据手爪的动作可分为回转型和平移型根据手指的数量可分为双指式和多指式根据夹持工件的方法又可分为外卡式和内胀式两种。

．吸附式手爪分为真空吸盘式和电磁吸盘式两种。

真空吸盘式又可分为真空泵式和气流负压式。

．带视觉或触觉的手爪。

根据所设计课题的要求，该机械手是用于生产线上下料的，其抓取的工件是外圆件，所以可以不考虑吸附式手爪和带视觉或触觉的手爪。

所以重点在于夹持式手图杠杆滑槽式手爪结构爪。

下面介绍些常用的夹持式手爪结构。

．杠杆滑槽式手抓结构图是其种杠杆滑槽式手爪结构，它通过活塞杆的销推动手爪使之张开，活塞向右移动使手爪闭合。

图也是种杠杆滑槽式手爪结构，其原理同图样，只是工件形状不同手爪夹持部分改变相应形状。

图是适用于夹持模锻或铸造的毛坯的杠杆滑槽式手爪结构。

毛坯上的拔模斜度往往造成夹紧后在移动过程中从手爪中甩掉，所以增加了块背板，并用平头螺钉压住，调整合理的间隙，使其手爪只能按夹紧的方向运动而不致扭动。

在背板上安装三个弹性定位销，以保证工件的稳定图夹持菱形工件定位，在手爪上安装的形活动钳口，可根据夹持不同直径的工件进行更换。

杠杆滑槽式手爪结构应用的比较多，其特点是结构简单动作灵活手爪开闭角度大夹持工件范围较大。

．连杆式手爪结构图是其种连杆手爪结构，它有两副手爪，分别抓在已加工的两个轴颈上，手爪的夹紧与松开，由油缸和杠杆机构带动，杠杆连接于活塞杆末端，当活塞上下运动时通过杠杆的作用驱使手爪夹紧与松开，以便完成抓取动作，工件在手爪内可以自由摆动，借其本身重心位置，使弯头总是向下方。

图杠杆滑槽式手爪结构图连杆式手爪结构图是抓取两个工件的连杆式手爪结构，设计应用单向活塞以简化油路。

图示位置为夹紧状态，靠弹簧松开工件。

图是为抓取短台阶式圆形零件而设计的连杆式手爪结构，为了减少由于偏重力矩而引起夹紧不稳的情况，在手爪上设计了个支持小圆柱形台阶的托板。

图抓取两个工件的连杆式手爪结构图连杆式手爪结构图是为既可抓取大直径的工件，又可以抓取小直径的圆柱形工件而设计的双活塞连杆式手爪结构。

从图中看出，活塞的运动在抓取不同直径的工件时是不样的。

当抓取小直径工件时，活塞是向下夹紧，向上是松开，如图机械手工作时根据这些信息对机械手的执行机构按程序发出控制指令，必要时还可以多机械手的动作进行监测，当动作错误或发生故障时可发出警告信号。

四行程位置检测装置行程位置检测装置的作用是控制机械手每个运动的运动位置，或将运动系统的位置反馈给控制系统，再由控制系统进行调节，使机械手实现位置精度的要求。

五辅助装置．基体是机械手的基础部分。

机械手的执行机构各部件，驱动系统都安装在基体上，它起支撑作用。

．油箱用来储存油和供油的装置，并使油散热和杂质沉淀。

．气缸贮存压缩空气。

.机械手的自由度与坐标形式机械手的运动可分为整机运动本体运动臂部运动腕部运动每个运动坐标称为自由度。

个机械手有几个运动就叫有几个自由度。

手爪的抓取动作指的是手爪的夹紧和松开不计在自由度数目内。

．整机运动是指整个机械手作为个整体运动，如整机行走。

．本体运动是指机械手的本体部分运动，如本体横向运动整个手臂沿坐标轴的移动，可参看图。

．臂部运动臂部般有三个自由度，即臂部直线运动回转运动和上下摆动运动。

它分四种坐标形式，即图四种坐标形式示意图直角坐标式用表示，机械手的臂部可做前后左右升降三个移动，如图所示。

这种坐标形式直观性好，结构简单，但惯性较大，占用的空间也较大，般多安装在架空的梁上。

圆柱坐标式用表示，见图，它有二个移动伸缩和升降和个转动。

这种坐标直观性较好，结构简单，所占空间较小，动作范围较大，是应用最多的种。

球坐标式用表示，见图，它有个移动手臂伸缩和两个转动左右回转和上下摆动。

这种坐标形式结构较复杂，但惯性不大，本体所占的空间较小，动作范围比圆柱坐标式更大，在通用机械手中应用较多。

多关节式用表示，见图，它有三个转动左右旋转两个关节旋转。

这种坐标形式运动件的惯性较小，本体占空间不大，而动作范围大，并且可以绕过障碍物抓区工件，但是其结构复杂，位置精度难于控制，故应用比较少。

．腕部运动基本上有三个自由度，如图所示。

绕轴的运动叫回转运动绕轴转动叫俯仰运动绕轴运动叫左右摆动。

这些装置在国外得到相当重视，到七十年代，其品种和数量都有很大的发展，并且研制出了各种具有感觉器官的工业机器人。

我所设计的是生产线用上料机械手。

是为精锻机设计的配套自动送取锻料设备。

属于圆柱坐标式，全液压驱动机械手，具有手臂升降，收缩，回转和手腕回转个自由度，执行机构由手部，手腕，手臂伸缩机构，手臂升降机构，手臂回转机构组成。

它开始工作是被加热的坯料由运输车送到上料位置后，自动上料机械手将热坯料搬运到立式精锻机上锻打，其成品锻件由下料机械手从立式精锻机上取下并送到转换机械手上，转换机械手先把锻件翻转成水平位置，由炳烷切割装置将两端切齐，切割完毕，转换机械手的手臂再水平回转，将锻件水平放置到下料运输装置上，运送到车间外面的料仓库进行冷却。

自动上料机械手在此精锻生产线上可以完成取料喂料和变换工位等动作。

其配置如图。

自动上料机械手配置示意图工业机械手的概述．工业机械手的分类工业机械手目前在国内是专用机械手和通用机械手的统称。

专用机械手是指附属于主机动作程序固定，般没有独立控制系统，只做专门用途的自动抓取或操作装置。

通用机械手国外泛称工业机器人是指程序可变的独立的自动化的抓取或操作装置。

目前多机械手尚无明确的分类标准，全国各地区尚未统，我们按目前应用比较多的两方面进行分类按搬运的工件重量或称臂力分类．小型的臂力在公斤以下．中型的臂力在公斤以内．大型的臂力在公斤以上。

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