工业机器人手部三指抓取的结构设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送 您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 工业机器人手部三指抓取的结构设计 机械设计及其自动化 学生 指导教师 【 摘要 】 :随着工业的大规模的发展，越来越多工业机器人操作手应用于各个场所并逐渐受到各国开发者关注和重视。而最后执行者作为机器人于环境互相作用的机械指已经被提到了新的高度，文中简要介绍机械抓取机构的概念，机械抓取机构的组成与分类国内外的发展状况及发展前景。调研现有工业机器抓取机构工作原理和结构设计提出工业机器人三指抓取机构的结构原理，然后将任务要求和对象物体的几何物理特性以及环境信息综合起来考虑，经过分析建立于东 学的模型，仿真各个手指在抓取时的运动姿态，同时完成分析在静平衡状态下手指和外界环境之间的作用力。并将抓取的姿态推理出来，同时寻找抓取物体特征平面，确定出所需要抓取的平面，再在抓取的平面上进一步规划出三个抓取点，并最终完成抓取结构设计。 【关键词】 工业机器人 三指抓取机构 结构设计 买文档就送 您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 in by of as to a of of to of to of of to in by to of 【 文档就送 您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 目 录 绪论 . 械手概述 . 械手的组成和分类 . 械手的组成 械手的分类 械手的坐标型式与自由度 械手的手部结构方案设计 械手的手臂结构方案设计 械手的手臂结构方案设计 械手的驱动方案设计 械手的控制方案设计 械手的主要参数 械手的技术参数列表 持式手部结构 指的形状和分类 计时考虑的几个问题 力设计 臂伸缩结构的尺寸设计与校核 臂尺寸 寸校核 寸校核 致谢 参考文献 专业相关的资料 绪论 买文档就送 您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 械手概述： 机械手是 可以 模仿人手和臂的某些动作 和功能的 ， 常常 用 在 按固定顺序抓取、搬运物件或操作 难度大 的 工具的自动操作装置。 工业 机械手是最早出现的工业 使用中的 也是最早出现的现代机器人，可代 帮助我们做 的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化， 而且 能在有害环境下 ， 操作 避免人去操作降低危险 ， 所以 广泛应用于机械制造冶金 ，工业操作， 电子轻工 与 原子能等部门。 现今的生活上 ,在 科技日新月益的进展之 之 下 ,工业 机械人手与有人类的手 主要 区别就在于灵活度 和 耐力度。也就是机械手的最大优势 能 可以重复的做同一动作 ， 在机械正常 工作下 永远也不会觉得累！机械手的 使用 也将会越来越广泛 ,机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动生产设备， 机械手的工作 的准确性和环境中完成作业的能力。工业机械手 成了 机器人的一个重要分支。 按驱动方式 来划分，机械手 可分为气动式、液压式、机械式 与 电动式。特点就 是可以通过 软件 编程来完成各种 所需 的作业，构造和性能上兼有人和 工业 机械手机器各自的优点 . 械手的组成和分类 机械手主要由驱动系统、执行机构 与 控制系统以及位置检测装置等所组成。主要结构如图所以 框图 2示。 图 1械手组成方框图 :1行机构 ： 包括手臂、手部、手臂和立柱等 主要 部件 。 1 手部 : 买文档就送 您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 三指可更换设计，其中包括了手指，手指拉杆 34 手指固定套 33 拉杆转接件 31，运动原理是拉杆转接件与拉杆和电机分别固定，通过丝杆电机带动拉杆水平运动来到达三只手指的张合左右。 图 1物 体 接触的部分不同形状的物体接触的报道，夹型吸附式的手分开这个项目，夹型结构可以用手把手的类型的手指和手和力量的传动机构构成手指对象物直接接触的部件，旋转 和平移动型一般能用手指的活动而形成的旋转手指的构造简单，容易制作的，所以广泛适用的翻译很少使用，其理由是复杂，不过，翻译型圆形部分工作夹具直径的变化，其轴方向的位置，所以不影响工作夹具径范围颇适合的手指的构造把握物体的出现而被逮捕的部分，概略或重量和大小的孔和对象一般形成的 v 形状和表面的平面：手指夹紧支持和内部示手指，双鳍加型和双重手指手指型等为目的的任务完毕为了夹具夹紧力发生通过传动机构力传动机构的种类比一般用来：滑动杠杆，连接杆，杆式，伞齿轮齿条型 等等 2 手肘 : 图 1肘的作用是 连接手部和手臂的 模块 ，并用来调整被抓取物件的 角度 即姿势 的作用。 3 手臂 : 图 1械手 支持 的重要 部分的物体 手臂 ，手，手臂是 最重要的之一 ，是物体把持的手指的驱动，把东西从一个地方搬到另一个地方 ”，通常缸，汽缸的手臂的可动部驱动，连接杆支架齿轮，螺丝机构、凸轮机构和油压等驱动源，空气或电动马达臂的运动的多样性，实现调整 。 买文档就送 您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 立柱 : 立柱 是 支承手 臂的部件 之一 ，立柱是 机械 手臂的一部分，手臂回转运动和 上下 或左右 运动均与立柱有密切的联系。机械手的 立柱 因工作需要，有时也可作横向移动，即称为可移式立柱。 5 机座 : 机座是机械手的 底部 基础局部， 工业 机械手 区 执行机构的各部件 域控制模块 均装置于机座上故起支撑和连接的作用。二驱动系统 控制系统 是驱动工业机械手执行机构运动的动力装置调节装置和辅 助装置组成。常用的驱动系统有气压传动、液压传动 与 机械传动。控制系统是支配着工业机械手按规定的 工作 要求运动的系统。目前工业机械手的控制系统一般由顺序电气定位 和 控制系统或机械挡块定位系统组成。控制系统有电气控制 与 射流控制两种，支配着机械手按 指定 的顺序运动，并记忆人们给予机械手的指令信息如运动轨迹、动作顺序、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 命令 ，必要时可对机械手的动作进行 监控 ，当动作有发生故障 与 错误时即发出报警信号。 工业机械手的种类很多，关于分类的问题，目前在国内尚无 统一的分类规范，此暂按使用范围、驱动方式和控制系统等进行分类。 一 、 按用途分 机械手可分为专用机械手和通用机械手两种 : 1、 专用机械手 附属于主机的具有固定顺序 而且 无独立控制系统的机械装置。专用机械手具有工作对象单一、动作少、结构简单、和造价低等特点使用可靠，适用于大批量的自动化生产的自动换刀机械手，自动线的上、如自动机床、下料机械手和加工中心。 2、 通用机械手 一种具有独立控制的顺序可变的动作灵活多样的机械手。驱动系统和控制系统是独立的通用机械手的工作范围大、通用性强、定位精度高，适用于不时变换生产品种 的中小批量自动化的生产。通用机械手按其控制定位的方式不同可分为伺服型 与 简易型两种 : 二、 按驱动方式分 1 液压传动机械手 以液压压力 去 驱动执行机构运动的机械手。其主要特点是 :抓重可达几百公斤以上、动作灵敏、结构紧凑、传动平稳。但对密封装置要求严格，不然油的泄漏对机械手的工作性能有很大的影响，、且低温下工作 与 高温不宜 工作 。若机械手采用电液伺服驱动系统， 就能 实现连续轨迹控制，使 工业 机械手的通用性扩大，但是电液伺服阀的制造 要求 精度高，油液过滤要求严格 。 2 气压传动机械手 以 压缩空气的压力来驱动执行机构运动的机械手。其主 要特点是 : 输出力小，介质李源极为方便，结构简单气动动作迅速，但是由于空气具有可压缩的特性，工作速度的稳定性较差，冲击大， 气压 压力较低，抓重一般在 30 公斤以买文档就送 您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 下，同样抓重条件下它 相比 液压机械手的结构大，所以适用于高速、轻载、高温和粉尘大的环境中进行工作。 3 机械传动机械手 即由机械传动机构如连杆、凸轮、齿条齿轮和、间歇机构等驱动的机械手。一种附属于工作主机的专用机械手，其动力是由工作机械传送的主要特点是运动准确可靠，用于工作 主要用在 的上、下料。动作频率大，但结构较大，动作顺序一般 不可变。 4 电力传动机械手 即有特殊结构的感应电动机、功率步进电机 或者 直线电机或直接驱动执行机构运动的械手，因为不需要中间的转换机构，故机械结构简单。其中 的 直线电机机械手的运动速度快 与 行程长，维护和使用方便。此类机械手目前还不多，但有发展前途。 三 、 按控制方式分 运动为空间点到点之间的移动，只能控制运动过程中几个点，不能控制其运动轨迹。 如果要 控制的点数多， 就要 肯定增加电气控制系统的复杂性。目前使用的专用和通用工业机械手均属于此类。 机械手 运动轨迹为空间的任意连续曲线， 他的 特点是设定点 可以 无限的整个移 动过程处于控制之下，可以实现平稳和准确的运动，并且使用范围广，但电气控制系统复杂。这类工业机械手一般采用小型计算机进行控制。 2. 机械手的设计方案 对电动机械手的基本要求 可以 快速、准确地拾 就要求它具快速反应、有高精度、 需要 一定的承载能力、灵活的自由度 与 足够的工作空间及在任意位置都能自动定位等特性。 设计电动 工业 机械手的原则是 :充分分析作业对象工件作业技术要求，拟定最合理的作业工艺和工序， 而且 满足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 或者 搬运时的尺寸 ， 受力 特性、和质量参数等，从而进一步确定对机械手结构及运行控制的要求 ;尽量选用定型的规范组件，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 电机工业机械手 ， 是 适合于成批或中、小批生产的可以改变动作顺序的自动搬运或操作设备，劳动强度大和操作单调 。 械手的坐标型式与自由度 按 工业 机械手手臂的不同运动形式 和 组合情况，其坐标型式可分为圆柱坐标式、直角坐标式、关节式 与 球坐标式。由于本机械手在上下料时手臂具有升降、收缩及回转运动， 所以 ，采用圆柱座标型式。相应的机械手具有三个自由 度，为了弥补升降运动行程较小的 不足之处 ，增加手臂摆动机构，从而增加一个手臂上下摆动的自由度 。 买文档就送 您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 机械手的运动示意图 图 2械手的手部结构方案设计 为了使 机械手的通用性更强，把 工业 机械手的手部结构设计成可更换结构，当工件 变成 棒料时， 就可以换成 夹持式手部使用 ; 图 2械手的手臂结构方案设计 我们 考虑到机 械手的通用性，同时由于被抓取工件是水平放置 的关系 ，因此手臂必需设有回转运动才可满足工作的要求。因此，手臂 我们 设计成回转结构，实现手臂回转运动的机构为回转 的功能 。 买文档就送 您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 图 2械手的手臂结构方案设计 依照抓取工件的要求，本 工业 机械手的手臂 要 有三个自由度，即左右回转手臂的伸缩和降或俯仰运动。手臂的回转和升降运动是通过模拟人的手臂通过 3个轴的旋转来实现的 图 2械手的驱动方案设计 由于电动传动系统的反应灵敏，动作迅速和泄漏较小阻力损失，简单，装置和维修简单利廉因此本机械手采用电动传动方式 来传动 。 我们 考虑到机械手的通用性，同时使用点位控制， 所以 我采用可编程序控制器 机械手进行控制。当机械手的动作流程改变时，只需改变 序即可实现，非常方便快捷。 买文档就送 您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 械手的最大抓重是其规格的主参数，由于是 我们 用 电动 方式驱动，因此考虑抓取的物体不应该太重 ， 我们 查阅相关机械手的设计参数，结合工业生产的实际情况， 所以 本设计设计抓取的工件质量为 6 公斤 。 作节拍对机械手速度提出了要求，设计速度过低限制了使用范围。而影响机械手动作快慢的主要因素是手臂伸缩及回转的速度。机械手动作停止过程的加、时有启动、减速度存在用速度一行程曲线来说明速度特性较为全面，因为平均速度与行程有关，故用平均速度表示速度的快慢 关系 更为符合速度特性。除了运动速度 之外 ，手臂设计的基本参数 还要考虑 伸缩行程和工作半径。大部分机械手设计成相当于人工坐着或站着且略有走动操作的空间。 太大 的伸缩行程和工作半径，肯定 会 带来偏重力矩增大而刚性降低。这种情况下宜采用自动传送装置为好。根据统计和比较，该机械手手臂的伸缩最大工作半径约为 1900 定位精度也是基本参数之一。 该机械手的定位精度为 2 机械手的技术参数列表 一、用途 : 用于自动输送线的上下料。 二、设计技术参数 : 1、抓重 : 2、自由度数 :5个自由度 3、坐标型式 :圆柱坐标 4、最大工作半径 :1800、手臂最大中心高 :1800、手臂运动参 数 : 伸缩行程 900缩速度 90 /s 升降行程 900转范围 0到 150 回转速度 s/90 7、手肘运动参数 : 回转范围 0到 270 回转速度 s/120 8、底盘运动参数：回转范围 0到 270 回转速度 90 /s 9、定位方式 :行程开关或可调机械挡块等 10、定位精度 : 11、驱动方式 :电动传动 12、控制方式 : 买文档就送 您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 图 2. 手部结构设计 为了使机械手的通用性更强， 我们 把机械手的手部结构设计成 了可以 更换结构，当工件是棒料时， 我就 使用夹持式手部 :如果有实际需要， 我们 还可以换成气压吸盘式结 构， 器人手部结构 夹持式手部结构由手指或手爪和传力机构所组成。其传力结构形式比较多，如滑槽杠杆式、齿轮齿条式、弹簧杠杆 式与 斜楔杠杆式等 图 3 手部概述 可以具有手指，也可以不具有 手指 ；可以有手爪，也可以是专用 工具 。 2. 手部 操作图例 买文档就送 您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3. 手部组成： 机身 手臂 （含手腕）、。手部对整个机器人完成任务的好坏起着关键的作用，它直接关系着夹持工件时的定位精度、夹持力的大小等。 4. 手部的设计要求： 具有足够的夹持力。 保证适当的夹持精度：手指应能顺应被夹持工件的形状，应对被夹持工件形成所要求的约束。 考虑手部自身的大小、形状、机构和运动自由度：主要是根据作业对象的大小、形状、位置、姿态、重量、硬度和表面质量等来综合考虑。 于感知手爪和物体之间的接触状态、物体表面状况和夹持力的大小等，以便根据实际工 况进行调整等。 夹持式是 一种 最常见的 方式 ，其中常用的有多指式 与 两指式、和双手双指式 :按手指夹持工件的部位又可分为内卡式 与 内涨式和外夹式两种 方式 :按模仿人手手指的动作，手指可分为一 是 回转型，二 是 回转型和移动型或称直进型其中以二回转型为基本型式。当二回转型手指的两个回转支点的距离缩小到无穷小时，就变成了一回转型手指 ;同理，当点回转型手指的手指长度变成无穷长时，就成为移动型。回转型手指开闭角较小，制造容易，应用广泛结构简单，。 移动型应用较少，其结构比较复杂庞大，当移动型手指夹持直径变化的零件时不影响其轴心的位置，能适应不同直径的工件。 如 下 图为会转型： 买文档就送 您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 如 下 图为 平动型： 如图为 平移型图例 械式手爪结构： 气动驱动 手爪 ：气缸驱动活塞平移齿条移动扇形齿轮摆动连杆机构摆动手爪平动 如下图喂 气动手爪图例： 其它四种机械式手爪机构： 买文档就送 您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 行指手爪机构： 工作原理： 回转动力源 1 和 6 驱动构件 2 和 5 顺时 针或逆时针旋转，通过平行四边形机构带动手指 3 和 4 作平动，夹紧或释放工件。 买文档就送 您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 有检测开关的手爪装置： 工作原理： 手爪装有限位开关 5 和 7。在指爪 4 沿垂直方向接近工件 6 的过程中，限位开关检测手爪与工件的相对位置。当工件接触限位开关时发信号，汽缸通过连杆3 驱动指爪夹紧工件。 计时考虑的几个问题 一 我 确定手指的握力时，考虑工件重量外， 我们 还应考虑在传送或操作过程中所产生的惯性力和振动， 确 保证工件不致发 生松动 和 脱落。 二 两手指张开与闭合的两个极限位置所夹的角度 我们 称为手指的开闭角。手指的开闭角应保证工件能顺利进入 与 脱开，若夹持不同直径的工件， 我们要 按最大直径的工件考虑。对于移动型手指只有开闭幅度的要求。 三 我们 为使手指和被夹持工件保持准确的位置， 所以 必需根据被抓取工件的形状，选择相应 对应 手指形状。例如圆柱形工件采用带 “V 形面的手指，以便自动定心。 四 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， 所以 要求有足够的强度和刚度以防折断或弯曲变形，当应尽量使结构简单紧凑，自 身 重轻，并使手部的中心在手臂的回转轴线上， 确保 使手臂的扭转力矩最小为佳。 五 买文档就送 您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 根据机械手的工作需要，通过 对比 采用的机械手的手部结构是一支点 三 指回转型，由于工件多为圆柱形，故手指形状设计成 凹 型，其结构如附图所示。 力设计 本课题电机机械手的手部结构如图 3示 图 3工件重量 G=5公斤， 1202 ， 41 2 0 ,摩擦系数为 10.0f (1)根据手部结构的传动示意图，其驱动力为 : N (2)根据手指夹持工件的方位 ，可得握力计算公式 : )( )(25)42560( 所以N )(23N (3)实际驱动力 : 21实际买文档就送 您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 因为传力机构为齿轮齿条传动，故取 ，并取 K 。若被抓取工件 的最大加 速度取 时，则 : 412 所以 )(p 实际所以夹持工件时所需夹紧电机驱动力要达到为 臂尺寸 手臂伸缩为 90090大功率为 70W 同步转速为 60R/大转矩为 自重 转轴转动范围为 270，设计思路在 0到 270的 2 边各安装一个行程开关，或者红外传感器。 寸校核 长度设计为 l =900 电机功率： P=I机转矩 ： T=9549P/n ； 电机功率 转矩 =9550*输出功率 /输出转速 转矩 =9550*输出功率 /输出转速 P = T*n/9550 公式推导 电机功率， 转矩 ，转速的关系 功率 =力 *速度 P=F* 转矩 (T)=扭力 (F)*作用半径 (R) 推出 F=T/R 1测定手腕质量为 10重力 )(1001010N 1， 设计加速度 )/(5 ，则惯性力 1 )(50510N 买文档就送 您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 总受力1q 0所以设计尺寸符合实际使用要求。 寸校核 1我们测定参和手臂转动的部件的质量 201 ,分析部件的质量分布情况， 质量密度等效分布在一个半径 00 的圆盘上，那么转动惯量： 221 2 （ ( 考虑轴承，油封之间的摩擦力，设定摩擦系数 2.0k , 惯摩 ）（ 总驱动力矩 摩惯驱 ）（ 设计尺寸满足使用要求。 致谢 买文档就送 您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 通过 对 这次设