（图纸+论文）多自由度机械手设计（全套完整）

吸附式取料手应用于大平面单面接触无法抓取易碎玻璃磁盘微小不易抓取的物体。

因为专用操作器及转换器和仿生多指灵巧手的技术难度及成本要求都比较高。

.手腕的设计机器人手腕是连接末端操作器和手臂的部件，它的作用是调节或改变工件方位，因而它具有独立的自由度，以使机器人末端操作器适应复杂的动作要求。

此处手腕需实现手部的翻转动作，腕部结构主要体现在手部相对于臂部的旋转运动上。

.手臂的设计手臂是机器人执行机构中重要的部件，它的作用是将被抓取的工件运动到给定的位置上。

手臂的结构要紧凑小巧，才能使手臂运动轻快灵活。

手臂般有伸缩运动左右回转运动升降或俯仰运动三个自由度。

在般情况，手臂的伸缩和回转俯仰均要求匀速运动，但在手臂的起动和终止瞬间，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速度不能太大，否则引起冲击和振动。

伸缩运动般采用直线液压缸驱动，俯仰运动大多采用伸缩单作用单活塞杆驱动，而回转运动则大多用回转缸或齿条缸来实现。

本设计采用单作用单活塞杆缸来实现手臂的伸缩。

为了增加手臂的刚性，防止手臂在伸缩运动时绕轴线转动或产生变形，手臂的伸缩机构需设置导向装置，或设计方形花键等形式的臂杆。

根据手臂的结构抓重等因素，为了使抓取时不产生偏重力矩使抓取可靠，本设计中采用四根导向柱的臂伸缩结构。

这种结构的特点是行程长，抓重大，而工件不规则时还可以防止产生过大的偏重力矩。

简图如下图.四导向杆式手臂机构简图从图中可以比较清楚地看到手臂伸缩油缸结构及导向杆的安放方式以及手臂与其他部件的连接点。

常用于弧焊喷漆去毛边和检测作业机器人。

力力矩控制方式常用于准确定位并要求使用适度的力或力矩来完成装配抓放物体等工作。

智能控制方式是通过传感器获得周围环境的知识，并根据自身内部的知识库相应做出决策。

采用智能控制技术的机器人具有较强的环境适应性及自学能力，技术难度及成本要求都比较高。

综上，本次设计采用点位控制。

总体方案拟定考虑本机械手工作要求的特殊情况，本设计采用悬臂式五自由度的机械手自由度具体分配如下手臂回转自由度。

拟采用液压马达来实现，液压马达通过齿轮传动通过带动与之相连的缸体也发生转动，从而实现机身的回转。

其行程角度靠挡块和限位行程开关来调整。

手臂俯仰自由度。

机器人的手臂俯仰运动，般采用活塞油气与连杆机构联用来实现。

设计中拟采用单活塞杆液压缸来实现，缸体采用尾部耳环与机身连接，而其活塞杆的伸出端则与手臂通过铰链相连。

其行程大小靠挡块和限位行程开关来调整。

手臂伸缩自由度。

由于油缸或气缸的体积小，质量轻，因而在机器人手臂结构中应用较多。

设计中拟采用单活塞杆液压缸来实现，其伸缩行程大小靠挡块和限位行程开关来调整。

手腕俯仰自由度。

拟采用液压缸来实现。

其行程角度靠挡块和限位行程开关来调整。

手爪的抓取自由度。

拟采用液压缸来实现。

其行程角度靠挡块和限位行程开关来调整。

机械手结构件设计分析.末端操作器的设计工业机器人的末端操作器是机器人直接用于抓取握紧吸附专用工具等进行操作的部件，根手臂进行伸长手腕上下俯仰放下物体手腕归位手臂回缩手臂向下归到原位机身回转回到初始位姿。

总体设计任务结构形式的选择机械手常见的运动形式有直角坐标型圆柱坐标型球坐标极坐标型关节型回转坐标型平面关节型五种。

圆柱坐标型由三个自由度组成的运动系统，工作空间为圆柱形，它与直角坐标型比较，在相同的空间条件下，机体所占体积小，而运动范围大。

直角坐标型其运动部分的三个相互垂直的直线组成，其工作空间为长方体，它在各个轴向的移动距离可在坐标轴上直接读出，直观性强，易于位置和姿态的编程计算，定位精度高，结构简单，但机体所占空间大，灵活性较差。

球坐标型它由两个转动和个直线组成，即个回转，个俯仰和个伸缩，其工作空间图形唯球体，它可以做上下俯仰动作并能够抓取地面上的东西或较低位置的工件，具有结构紧凑工作范围大的特点，但是结构比较复杂。

关节型这种机器人的手臂与人体上肢类似，其前三个自由度都是回转关节，这种机器人般由大小臂组成，立柱与大臂间形成肘关节，可使大臂作回转运动和使大臂作俯仰运动，小臂作俯仰摆动，其特点是工作空间范围大，动作灵活，通用性强，能抓取靠近机座的工件。

平面关节型采用两个回转关节和个移动关节，两个回转关节控制前后左右运动，而移动关节控制上下运动。

这种机器人在水平方向上有柔顺度，在垂直方向上有较大的刚度，它结构简单，动作灵活，多用于装配作业中，特别适合中小规格零件的插接装配。

综上，本次设计中采用回转坐标型。

自由度的确定自由度，指机器人所具有的独立坐标轴运动的数目。

在运动形式上分为为直线运动，为旋转运动。

自由度数的多少反映了这种机械手能完成动作的复杂程度，根据对机械手必须完成的动作的研究，设计五个自由度的机械手即可完成所规定的工作任务。

驱动方式的选择驱动系统有液压驱动气压驱动电机驱动机械联动四种，其中液压驱动和气压驱动较为通用。

液压驱动结构紧凑动作平稳耐冲击耐振动防爆性好。

而且液压技术比较成熟，具有动力大力惯量比大快速响应高易于实现直接驱动等特点。

气压驱动具有速度快系统结构简单造价较低维修方便清洁等特点，适用于中小负载的系统中，但对速度很难进行精确控制，且气压不可太高，所以抓举能力较低，难于实现伺服控制。

自由度，机械手，设计，毕业设计，全套，图纸绪论.选题背景及其意义.国内外研究现状与发展趋势国内的研究现状国外研究现状发展趋势.本设计主要研究的内容机械设计结构部分机械手驱动方式机械手的总体设计.机械手的组成.机械手的设计设计要求总体设计任务总体方案拟定机械手结构件设计.末端操作器的设计.手腕的设计.手臂的设计.机身和机座的设计机械手各部件的载荷计算.设计要求分析.手指夹紧机构的设计.手臂伸缩机构载荷的计算.手臂俯仰机构载荷的计算.机身摆动机构载荷力矩的计算.初选系统工作压力机械手各部件结构尺寸计算及校核.手腕油缸尺寸的设计校核.手臂伸缩机构结构尺寸的设计校核.手臂俯仰机构结构尺寸的设计校核.机身摆动机构的设计校核.强度校核.弯曲稳定性校核液压系统的设计.基本回路的选择.液压元件的选择与校核液压泵的选择液压泵所需电机功率的确定液压阀的选择液压辅助元件的选择原则油箱容量的确定液压原理图结论参考文献致谢毕业论文独创性声绪论.选题背景及其意义随着工业自动化程度的提高，工业现场的很多易燃易爆等高危及重体力劳动场合必将由机器人所代替。

这方面可以减轻工人的劳动强度，另方面可以大大提高劳动生产率。

通过本课题，让学生在毕业设计过程中综合大学所学基础课程及专业课程，培养学生综合应用所学知识和技能去分析和解决般工程技术问题的能力进步培养学生分析问题创造性地解决实际问题的能力。

本课题中多自由度机械手系统主要采用液压驱动。

.国内外研究现状与发展趋势国内的研究现状工业机械手最早应用在汽车制造工业，常用于焊接喷漆上下料和搬运。

工业机械手延伸和扩大了人的手足和大脑功能，它可替代人从事危险有害有毒低温和高温等恶劣环境中工作，代替人完成繁重单调重复劳动，提高劳动生产率，保证产品质量。

目前主要应用与制造业中，特别是电器制造汽车制造塑料加工通用机械制造及金属加工等工业。

工业机械手与数控加工中心，自动搬运小车与自动检测系统可组成柔性制造系统和计算机集成制造系统，实现生产自动化。

随着生产的发展，功能和性能的不断改善和提高，机械手的应用领域日益扩大。

我国工业机械手的研究与开发始于世纪年代。

年我国第台机械手开发于上海，随之全国各省都开始研制和应用机械手。

从第七个五年计划开始，我国政府将工业机器人的发展列入其中，并且为此项目投入大量的资金，研究开发并且制造了系列的工业机器人，有由北京机械自动化研究所设计制造的喷涂机器人，广州机床研究所和北京机床研究所合作设计制造的点焊机器人，大连机床研究所设计制造的氩弧焊机器人，沈阳工业大学设计制造的装卸载机器人等。

这些机器人的控制器，都是由中国科学院沈阳自动化研究所和北京科技大学机器人研究所开发的，同时系列的机器人关键部件也被开发出来，如机器人专用轴承，减震齿轮，直流伺服电机，编码器等。

我国的工业机械手发展主要是逐步扩大其应用范围。

在应用专业机械手的同时，相应的发展通用机械手，研制出示教式机械手计算机控制机械手和组合式机械手等。

所以，在国内主要是逐步扩大应用范围，重点发展铸造热处理方面的机械手，以减轻劳动强度，改善作业条件，在应用专业机械手的同时，相应的发展通用机械手，有条件的要研制示教式机械手计算机控制机械手和组合机械手等。

同时要提高速度，减少冲击，正确定位，以便更好的发挥机械手的作用。

可以将机械手各运动构件，如伸缩摆动升降横移俯仰等机构，设计成典型的通用机构，以便根据不同的作业要求，选用不用的典型机构，组装成各种用途的机械手，即便于设计制造，又便于跟换工件，扩大了应用范围。

目前国内机械手主要用于机床加工锻造。

热处理等方面，数量品种性能方面都不能满足工业生产发展的需要。

此外还应大力研究伺服型记忆再现型，以及具有触觉视觉等性能的机械手，并考虑与计算机连用，逐步成为整个机械制造系统中的个基本单元。

国外研究现状国外机械手在机械制造行业中应用较多，发展也很快。

目前主要用于机床横锻压力机的上下料，以及点焊喷漆等作业，它可按照事先指定的作业程序来完成规定的操作。

国外机械手的今后趋势是大力研制具有种智能的机械手。

使它具有定的传感能力，能反馈外界条件的变化，作相应的变更。

如发生少许偏差时候，即能更正并自行检测，重点是研究视觉功能和触觉功能。

目前已经取得定的成绩。

年，美国又试制成台数控示教再现型机械手。

运动系统仿造坦克炮塔，臂可以回转俯仰伸缩，用液压驱动控制系统用磁鼓做储存装置。

不少球面坐标式机械手就是在这个基础上发展起来的同年该公司和普曼公司合并成为万能制动公司，专门生产工业机械手。

年美国机械铸造公司也实验成功种叫机械手，原意是灵活搬运，可做点位和轨迹控制该机械手的中央立柱可以回转升降伸缩，采用液压驱动，控制系统也是示教再现型。

虽然这种机械手出现在六十年代初，但都是国外机械手发展的基础。

从年代后期起，喷漆弧焊工业机器人相继在生产中开始应用。

年美国公司和斯坦福大学麻省理工学院联合研制出种.型工业机械手，装有小型电子计算机进行控制，用于装配作业。

联邦德国机器制造业是从年开始应用机械手，主要用于起重运输焊接和设备的上下料等作业联邦德国公司还生产种点焊机械手，采用关节式结构和程序控制日本是工业机器人发展最快，应用国家最多的国家，自年从美国引进两种典型机械手后，开始大力从事机械手的研究，目前以成为世界上工业机械手应用最多的国家之。

前苏联自六十年代开始发展应用机械手，主要用于机械化自动化程序较低繁重单调有害于健康的辅助性工作。

发展趋势现代汽车制造工厂的生产线，尤其是主要工艺的焊接生产线，大多采用了气动机械手。

车身在每个工序的移动车身外壳被真空吸盘吸起和放下，在指定工位的夹紧和定位点焊机焊头的快速接近减速软着陆后的变压控制点焊，都采用了各种特殊功能的气动机械手。

目前世界高端工业机械手均具有高精化，高速化，多轴化，轻量化等的发展趋势。

定位精度可以满足微米及亚微米级要求，运行速度可以达到，良新产品可以达到轴，负载的产品系统总重已突破。

更重要的是将机械手柔性制造系统和柔性制造单元相互结合，从而根本改变目前机械制造系统的人工操作状态。

同时，随着机械手的小型化和微型化，其应用领域将会突破传统的机械领域，从而向着电子信息生物技术生命科学及航空航天等高端行业发展。

.本设计主要研究的内容本课题研究的机械手共拥有五个自由度，采用全液压驱动，来夹取工件，本文拟定解决的主要问题如下机械部