（图纸+论文）换刀机械手设计（全套完整）

由得得由得.式中手指的回转支点到对称中心的距离.工件被夹紧时手指的滑槽方向与两回转支点的夹角。

由分析可知，当驱动力定时，角增大，则握力也随之增大，但角过大会导致拉杆行程过大，以及手部结构增大，因此最好。

.夹紧力及驱动力的计算手指加在工件上的夹紧力，是设计手部的主要依据。

必须对大小方向和作用点进行分析计算。

般来说，需要克服工件重力所产生的静载荷以及工件运动状态变化的惯性力产生的载荷，以便工件保持可靠的夹紧状态。

手指对工件的夹紧力可按公式计算式中安全系数，通常工作情况系数，主要考虑惯性力的影响。

可近似按下式估其中，重力方向的最大上升加速度运载时工件最大上升速度系统达到最高速度的时间，般选取方位系数，根据手指与工件位置不同进行选择。

被抓取工件所受重力。

液压缸的工作压力作用在活塞上外力液压缸工作压力作用在活塞上外力液压缸工作压力小于以上计算设机械手达到最高响应时间为.，求夹紧力和驱动力和驱动液压缸的尺寸。

设.根据公式，将已知条件带入.根据驱动力公式得取确定液压缸的直径选取活塞杆直径.，选择液压缸压力油工作压力.，根据表.，选取液压缸内径为则活塞杆内径为，选取铸锻焊热处理等热加工方面模锻方面，国内大批量生产的模锻锤，其所配的转底炉，用两只机械手成定角度布置早炉前，实现进出料自动化。

上海柴油机厂北京内燃机厂洛阳拖拉机厂等已有较成熟的经验。

.机械手的组成工业机械手由执行机构驱动机构和控制机构三部分组成。

执行机构手部既直接与工件接触的部分，般是回转型或平动型多为回转型，因其结构简单。

手部多为两指也有多指根据需要分为外抓式和内抓式两种也可以用负压式或真空式的空气吸盘主要用于吸冷的，光滑表面的零件或薄板零件和电磁吸盘。

传力机构形式教多，常用的有滑槽杠杆式连杆杠杆式斜槭杠杆式齿轮齿条式丝杠螺母式弹簧式和重力式。

腕部是连接手部和臂部的部件，并可用来调节被抓物体的方位，以扩大机械手的动作范围，并使机械手变的更灵巧，适应性更强。

手腕有独立的自由度。

有回转运动上下摆动左右摆动。

般腕部设有回转运动再增加个上下摆动即可满足工作要求，有些动作较为简单的专用机械手，为了简化结构，可以不设腕部，而直接用臂部运动驱动手部搬运工件。

目前，应用最为广泛的手腕回转运动机构为回转液压气缸，它的结构紧凑，灵巧但回转角度小般小于，并且要求严格密封，否则就难保证稳定的输出扭距。

因此在要求较大回转角的情况下，采用齿条传动或链轮以及轮系结构。

臂部手臂部件是机械手的重要握持部件。

它的作用是支撑腕部和手部包括工作或夹具，并带动他们做空间运动。

臂部运动的目的把手部送到空间运动范围内任意点。

如果改变手部的姿态方位，则用腕部的自由度加以实现。

因此，般来说臂部具有三个自由度才能满足基本要求，即手臂的伸缩左右旋转升降或俯仰运动。

手臂的各种运动通常用驱动机构如液压缸或者气缸和各种传动机构来实现，从臂部的受力情况分析，它在工作中既受腕部手部和工件的静动载荷，而且自身运动较为多，受力复杂。

因此，它的结构工作范围灵活性以及抓重大小和定位精度直接影响机械手的工作性能。

行走机构有的工业机械手带有行走机构，我国的正处于仿真阶段。

驱动机构驱动机构是工业机械手的重要组成部分。

根据动力源的不同，工业机械手的驱动机构大致可分为液压气动电动和机械驱动等四类。

采用液压机构驱动机械手，结构简单尺寸紧凑重量轻控制方便。

控制系统分类在机械手的控制上，有点动控制和连续控制两种方式。

大多数用插销板进行点位控制，也有采用可编程序控制器控制微型计算机控制，采用凸轮磁盘磁带穿孔卡等记录程序。

主要控制的是坐标位置，并注意其加速度特性。

.课题工作要求技术要求结构型式组合式直角坐标加旋转自由度数负载重量单爪末端操作器双手爪工作空间纵向横向.升降旋转运行速度五档可调最大运行速度纵向.横向升降旋转重复定位精度.记忆刀位数不小于把，可扩展总重量≯.第章机械手的结构的设计.手部机构手部设计基本要求应具有适当的夹紧力和驱动力。

应当考虑到在定的夹紧力下，不同的传动机构所需的驱动力大小是不同的。

手指应具有定的张开范围，手指应该具有足够的开闭角度手指从张开到闭合绕支点所转综上所述，有效的应用机械手，是发展机械工业的必然趋势。

.机械手的现状到目前为止，世界各国对“机械手”还没有做出统的明确定义。

通常所说的“机械手”是种能模拟人的手臂的部分动作，按照予定的程序轨迹及其它要求，实现抓取搬运或操纵工具的自动化装置。

而“机械手”般具有固定的手部固定的动作程序或简单可变程序般用于固定工位的自动化装置。

因为国内外称作“机械手”“机械手”“操作机”的这三种自动化和半自动化装置，在技术上有些相通之处，所以有时不易明确区分，就它们的技术特征来看，其大致区别如下。

“机械手”多数是指程序可变编的独立的自动抓取搬运工件操纵工具的装置国内称作机械手或通用机械手。

“机械手”多数是指附属于主机程序固定的自动抓取操作装置国内般称作机械手或专用机械手。

如自动线自动线的上下料，加工中心的自动换刀的自动化装置。

“操作机”般是指由工人操纵的半自动搬运抓取操作装置。

如锻造操作机或处理放射性材料火工品的装配等所使用的半自动化装置。

机械手，简称是年由美国金属市场报首先使用的，但这个概念是由美国••在年申请的专利“程序控制物料传送装置“时提出来的。

在这专利中所记述的机械手，以现在的眼光来看，就是示教再现机器人。

根据这专利，与美国合作，于年研制成功采用数字控制程序自动化装置的原型机。

随后，美国的公司和美国的机械铸造公司于年分别制造了实用的号机，并分别取名为和•。

机器人外形类似坦克炮塔，采用极坐标结构，而机器人采用圆柱坐标结构。

上述两种机器人成为机器人结构的主流，美国通用汽车公司和福特汽车公司在其金属冷热加工中，采用这类机器人进行压铸冲压等上下料，收到了良好的效果。

美国的机械手技术的发展，大致经历了以下几个阶段年为实验定型阶段。

年，万能自动公司制造的机械手供用户做工艺实验。

年，该公司生产的机械手定型为台。

年为实验应用阶段。

这时期，机械手在美国进入应用阶段。

例如美国通用汽车公司年订购了台机械手年又自行研制出型机械手，并用台组成了点焊小汽车车身的焊接自动线。

年至今直出于技术发展和推广应用阶段。

年，机械手处于技术发展阶段。

年月美国在伊利斯工学院研究所召开了第届全国机械手会议。

据当时统计，美国已采用了大约台机械手，工作时间共达万小时以上。

与此同时，出现了所谓高级机器人，例如森德斯兰德公司发明了用小型计算机控制台机械手的系统。

在欧洲第台机械手是年瑞典公司发表的第台操作机。

日本在六十年代初期就开始研制固定程序控制的机器手，并从其他各国引进了用于不同生产过程的机器人，并获得迅速，很快研制出日本国产华的机械手，技术水平很快赶上了美国并超过了其它国家，目前机械手在日本已得到迅速发展并很快得到普及。

机械手，设计，毕业设计，全套，图纸摘要在当今大规模制造业中，企业为提高生产效率，保障产品质量，普遍重视生产过程的自动化程度，机械手作为自动化生产线上的重要成员，逐渐被企业所认同并采用。

机械手的技术水平和应用程度在定程度上反映了个国家工业自动化的水平，目前，机械手主要承担着焊接喷涂搬运以及堆垛等重复性并且劳动强度极大的工作，工作方式般采取示教再现的方式。

本文将设计台四自由度的机械手，主要的功用就是自动换刀。

首先，本文将设计机器人的底座大臂小臂和机械手的结构，然后选择合适的传动方式驱动方式，搭建机器人的结构平台在此基础上，本文将设计该机器人的控制系统，包括数据采集卡和伺服放大器的选择反馈方式和反馈元件的选择端子板电路的设计以及控制软件的设计，重点加强控制软件的可靠性和机器人运行过程的安全性，最终实现的目标包括关节的伺服控制和制动问题实时监测机器人的各个关节的运动情况机器人的示教编程和在线修改程序设置参考点和回参考点。

关键词机械手，示教编程，伺服，制动第章引言机械工业是国民的装备部，是为国民经济提供装备和为人民生活提供耐用消费品的产业。

不论是传统产业，还是新兴产业，都离不开各种各样的机械装备，机械工业所提供装备的性能质量和成本，对国民经济各部门技术进步和经济效益有很大的和直接的影响。

机械工业的规模和技术水平是衡量国家经济实力和科学技术水平的重要标志。

因此，世界各国都把发展机械工业作为发展本国经济的战略重点之。

工业机械手是近几十年发展起来的种高科技自动化生产设备。

工业机械手的是工业机器人的个重要分支。

它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。

机械手作业的准确性和各种环境中完成作业的能力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景。

机械手是在机械化，自动化生产过程中发展起来的种新型装置。

在现代生产过程中，机械手被广泛的运用于自动生产线中，机械人的研制和生产已成为高技术邻域内，迅速发殿起来的门新兴的技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。

机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动，不知疲劳，不怕危险，抓举重物的力量比人手力大的特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用。

机械手技术涉及到力学机械学电气液压技术自动控制技术传感器技术和计算机技术等科学领域，是门跨学科综合技术。

机械手是种能自动化定位控制并可重新编程序以变动的多功能机器，它有多个自由度，可用来搬运物体以完成在各个不同环境中工作。

.机械手的分类机械手般分为三类第类是不需要人工操作的通用机械手。

它是种独立的不附属于主机的装置。

它可以根据任务的需要编制程序，以完成各项规定的操作。

它的特点是具备普通机械的性能之外，还具备通用机械记忆智能的三元机械。

第二类是需要人工才做的，称为操作机。

它起源于原子军事工业，先是通过操作机来完成特定的作业，后来发展到用无线电讯号操作机来进行探测月球等。

工业中采用的锻造操作机也属于这范畴。

第三类是用专用机械手，主要附属于自动机床或自动线上，用以解决机床上下料和工件送。

这种机械手在国外称为“”，它是为主机服务的，由主机驱动除少数以外，工作程序般是固定的，因此是专用的。

在国外，目前主要是搞第类通用机械手，国外称为机器人。

本课题所做的机械手是属于第三类机械手。

简史机械手首先是从美国开始研制的。

年美国联合控制公司研制出第台机械手。

它的结构是机体上安装个回转长臂，顶部装有电磁块的工件抓放机构，控制系统是示教形的。

年，美国联合控制公司在上述方案的基础上又试制成台数控示教再现型机械手。

商名为即万能自动。

运动系统仿照坦克炮塔，臂可以回转俯仰伸缩用液压驱动控制系统用磁鼓作为存储装置。

不少球坐标通用机械手就是在这个基础上发展起来的。

同年该公司和普鲁曼公司合并成立万能自动公司，专门生产工业机械手。

年美国机械制造公司也实验成功种叫机械手。

该机械手的中央