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沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 参考 文献 1 沈阳化工大学科亚学院 本科毕业论文 题 目： 车床上料机械手结构设计 专 业： 机械 设计制造及其自动化 班 级： 机制 1204 学生 姓名： 孙英恒 指导教师： 侯志敏 论文提交日期： 2016 年 5 月 30 日 论文答辩日期： 2016 年 6 月 6 日 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 致 谢 沈阳化工大学科亚学院 2012 届本科毕业生毕业论文（设计）开题任务书 论文（设计）题目 车 床 上料机械手 结构设计 姓 名 孙英恒 专业班级 机制 1204 学 号 3122020507 课题的目的与要求： 毕业论文是学生在校期间十分重要的综合性实践教学环节，是学生全面运用所学基础理论、专业知识和技能，对实际问题进行研究或设计的综合性训练。旨在检验学生独立工作能力、分析和解决问题的能力、创新 能力和科学精神，为学生毕业后走向工作岗位做好准备。 掌握典型机械系统一般步骤和方法，学会需求分析与方案调研、可行性分析、方案设计等工程设计的步骤。具有机械设计，图纸绘制。说明书字迹工整，语句通顺，表达准确，格式符合规定，字数约 1 多万，英文翻译要求内容准确，语句通顺。 论文的主要内容（或设计的技术要求与数据）： 结合设计任务书了解设计基本结构，掌握机械传动基本原理，设计总体方案，并对总体方案进行分析比较和论证，最后确定总体设计方案。翻译外文，编写设计说明书。 查阅参考文献、资料要求： 机床 设计手册 机械设计 及机械原理教材 进度计划： （ 5 周：下达毕业设计任务书，毕业设计（论文）开始运行 （ 6 9 周：文献检索、收集资料，完成开题报告； （ 10 周： 中期检查。学院自查，对达不到设计要求的及时整改；毕业设计（论文）完成的进度与质量过程检查。 （ 11 周： 毕业设计（论文）修改 （ 12 周：后期检查。论文修改定稿，毕业论文答辩资格审查。 （ 前 ）第 12 13 周：论文评阅。 （ 13 14 周：毕业论文答辩。 论文 (设计 )工作起止日期： 任务下达人（签字）： 任务接受人（签字）： 年 月 日 摘要 这个课题的设计中，为机床配套的上料机械手。工业机械手工业生产的必然产物。它是一种模仿人体上肢部分功能，按照预定要求输送配件或握持工具操作自动化技术对现实的工业生产自动化，促进工业生产发展的更重要的作用。所以，强大的生命力，受到人们的广泛重视和欢迎。实践证明，工业机械手代替人手的繁重劳动，显著减轻了工人的劳动强度，改善劳动条件，提高劳动生产率和自动化水平。工业生产中经常出现的沉重的搬运零件及长期频率，锻造的操作，采用机械手有效。而且它在低温、水、宇宙、放射性及其他有毒、污染环境的条件下，现实的优越性和广 泛的发展前景。 这是通过应用 术对机械手进行总体方案设计及液压传动原理设计，确定机械手坐标形式和自由度，确定机械手技术参数。同时设计机械手夹持手结构设计机械手的手腕机械手结构设计手臂结构。他是如何实际上等精品机械手自动运动，运动速度是随着生产力的满足来设置。 在当今社会的制造业中，企业为提高生产效率，普遍重视生产过程的自动化程度。机械手是在自动化生产过程中使用的一种具有抓取和移动工件功能的自动化装置，它是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。 本文主要针对生产线上的自动化设计了一个模块工装下线机械手，实现模块下线的自动化。该机械手能实现机械手的伸缩、升降、夹紧和放松等动作。驱动系统采用气压驱动，实现了手臂的夹紧和放松动作。控制系统采用 制，通过控制伺服电动机来实现机械手的上下、左右运动。机械手设手动和自动两种工作方式，可以通过转换开关进行工作方式转换。系统设有报警功能，当机械手出现故障时，能及时报警。 通过上述工作 ,机械手最终能够按照控制程序的要求进行运动 ,并且实现了上位机监控系统对本机械手的直观形象观测 ,达到了本论文的设计目的和要求。 关键词： 机械手 ； 手部设计 ； 结构设计 ； n of of It is a of to a or of of of of by s of of of in of it is of of is of to of At of is He is of of is up of In s to of in to is a of in of It is a in of at of a to of of to of LC of to up of be by is is in it to in to of be in of of of of be 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 参考 文献 5 沈阳化工大学科亚学院 本科毕业论文 题 目： 车床上料机械手结构设计 专 业： 机械 设计制造及其自动化 班 级： 机制 1204 学生 姓名： 孙英恒 指导教师： 侯志敏 论文提交日期： 2016 年 5 月 30 日 论文答辩日期： 2016 年 6 月 6 日 沈阳化工大学科亚学院 2012 届本科毕业生毕业论文（设计）开题任务书 论文（设计）题目 车 床 上料机械手 结构设计 姓 名 孙英恒 专业班级 机制 1204 学 号 3122020507 课题的目的与要求： 毕业论文是学生在校期间十分重要的综合性实践教学环节，是学生全面运用所学基础理论、专业知识和技能，对实际问题进行研究或设计的综合性训练。旨在检验学生独立工作能力、分析和解决问题的能力、创新 能力和科学精神，为学生毕业后走向工作岗位做好准备。 掌握典型机械系统一般步骤和方法，学会需求分析与方案调研、可行性分析、方案设计等工程设计的步骤。具有机械设计，图纸绘制。说明书字迹工整，语句通顺，表达准确，格式符合规定，字数约 1 多万，英文翻译要求内容准确，语句通顺。 论文的主要内容（或设计的技术要求与数据）： 结合设计任务书了解设计基本结构，掌握机械传动基本原理，设计总体方案，并对总体方案进行分析比较和论证，最后确定总体设计方案。翻译外文，编写设计说明书。 查阅参考文献、资料要求： 机床 设计手册 机械设计 及机械原理教材 进度计划： （ 5 周：下达毕业设计任务书，毕业设计（论文）开始运行 （ 6 9 周：文献检索、收集资料，完成开题报告； （ 10 周： 中期检查。学院自查，对达不到设计要求的及时整改；毕业设计（论文）完成的进度与质量过程检查。 （ 11 周： 毕业设计（论文）修改 （ 12 周：后期检查。论文修改定稿，毕业论文答辩资格审查。 （ 前 ）第 12 13 周：论文评阅。 （ 13 14 周：毕业论文答辩。 论文 (设计 )工作起止日期： 任务下达人（签字）： 任务接受人（签字）： 年 月 日 沈阳化工大学科亚学院 本 科 毕 业 论 文 题 目： 车床上料机械手结构设计 专 业： 机械 设计制造及其自动化 班 级 ： 机制 1204 学生 姓名 ： 孙英恒 指导教师： 侯志敏 论文提交日期： 2016 年 5 月 30 日 论文答辩日期： 2016 年 6 月 6 日 沈阳化工大学科亚学院 2012 届本科毕业生毕业论文（设计）开题任务书 论文（设计）题目 车 床 上料机械手 结构设计 姓 名 孙英恒 专业班级 机制 1204 学 号 3122020507 课题的目的与要求： 毕业论文是学生在校期间十分重要的综合性实践教学环节，是学生全面运用所学基础理论、专业知识和技能，对实际问题进行研究或设计的综合性训练。旨在检验学生独立工作能力、分析和解决问题的能力、创新 能力和科学精神，为学生毕业后走向工作岗位做好准备。 掌握典型机械系统一般步骤和方法，学会需求分析与方案调研、可行性分析、方案设计等工程设计的步骤。具有机械设计，图纸绘制。说明书字迹工整，语句通顺，表达准确，格式符合规定，字数约 1 多万，英文翻译要求内容准确，语句通顺。 论文的主要内容（或设计的技术要求与数据）： 结合设计任务书了解设计基本结构，掌握机械传动基本原理，设计总体方案，并对总体方案进行分析比较和论证，最后确定总体设计方案。翻译外文，编写设计说明书。 查阅参考文献、资料要求： 机床 设计手册 机械设计 及机械原理教材 进度计划： （ 5 周：下达毕业设计任务书，毕业设计（论文）开始运行 （ 6 9 周：文献检索、收集资料，完成开题报告； （ 10 周： 中期检查。学院自查，对达不到设计要求的及时整改；毕业设计（论文）完成的进度与质量过程检查。 （ 11 周： 毕业设计（论文）修改 （ 12 周：后期检查。论文修改定稿，毕业论文答辩资格审查。 （ 前 ）第 12 13 周：论文评阅。 （ 13 14 周：毕业论文答辩。 论文 (设计 )工作起止日期： 任务下达人（签字）： 任务接受人（签字）： 年 月 日 摘 要 这个课题的设计中，为机床配套的上料机械手。工业机械手工业生产的必然产物。它是一种模仿人体上肢部分功能，按照预定要求输送配件或握持工具操作自动化技术对现实的 工业生产自动化，促进工业生产发展的更重要的作用。所以，强大的生命力，受到人们的广泛重视和欢迎。实践证明，工业机械手代替人手的繁重劳动，显著减轻了工人的劳动强度，改善劳动条件，提高劳动生产率和自动化水平。工业生产中经常出现的沉重的搬运零件及长期频率，锻造的操作，采用机械手有效。而且它在低温、水、宇宙、放射性及其他有毒、污染环境的条件下，现实的优越性和广泛的发展前景。 这是通过应用 术对机械手进行总体方案设计及液压传动原理设计，确定机械手坐标形式和自由度，确定机械手技术参 数。同时设计机械手夹持手结构设计机械手的手腕机械手结构设计手臂结构。他是如何实际上等精品机械手自动运动，运动速度是随着生产力的满足来设置。 在当今社会的制造业中，企业为提高生产效率，普遍重视生产过程的自动化程度。机械手是在自动化生产过程中使用的一种具有抓取和移动工件功能的自动化装置，它是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。 本文主要针对生产线上的自动化设计了一个模块工装下线机械手，实现模块下线的自动化。该机械手能实现机械手的伸缩、升降、夹紧和放松等动作。驱动系统采用气压驱动，实现了 手臂的夹紧和放松动作。控制系统采用 制，通过控制伺服电动机来实现机械手的上下、左右运动。机械手设手动和自动两种工作方式，可以通过转换开关进行工作方式转换。系统设有报警功能，当机械手出现故障时，能及时报警。 通过上述工作 ,机械手最终能够按照控制程序的要求进行运动 ,并且实现了上位机监控系统对本机械手的直观形象观测 ,达到了本论文的设计目的和要求。 关键词： 机械手 ； 手部设计 ； 结构设计 ； n of of It is a of to a or of of of of by s of of of in of it is of of is of to of At of is He is of of is up of In s to of in to is a of in of It is a in of at of a to of of to of LC of to up of be by is is in it to in to of be in of of of of be 目 录 第 1 章 绪论 . 1 业机械手概述 . 1 械手的应用 性 . 2 械手先进性 . 2 内外研究现状和趋势 . 3 计目的 . 4 题内容和设计要求 . 5 械手系统工作原理及组成 . 6 第 2 章 机械手整体设计方案论述与证明 . 10 械手的总体设计 . 10 械手整体结构类型 . 10 标形式和机械手的自由度 . 11 计具体采用方案 . 13 械手腰座结构设计 . 13 械手腰座结构设计要求 . 14 计具体采用方案 . 14 械手手臂结构的设计 . 15 械手手臂设计要求 . 15 计具体使用的程序 . 16 械手腕部的结构设计 . 17 器人手腕结构的设计要求 . 17 计程序的具体运用 . 18 械手末端执行器（手爪）的结构设计 . 18 械手末端执行器的设计要求 . 18 械手驱动模式 . 19 器人夹持器的典型结构 . 20 计具体使用的程序 . 20 械手的机械传动机构的设计 . 21 业机器人传动机构设计应注意的问题 . 21 业机器人常用的传动机构形式 . 22 计具体采用方案 . 25 械手驱动系统的设计 . 26 器人各类驱动系统的特点 . 26 业机器人驱动系统的选择原则 . 26 器人液压驱动系统 . 27 器人气动驱动系统 . 28 器人电动驱动系统 . 30 计具体使用的程序 . 32 器人手臂的平衡机构设计 . 33 器人 平衡机制的形成 . 33 计具体方案 . 33 械手的主要技术参数 . 34 第 3 章 机械手设计计算 . 36 持式手抓的设计计算 . 36 抓部力的计算 . 36 部加紧油缸的确定 . 37 部设计 . 37 部的设计要求 . 38 部的结构 . 39 部设计 . 42 部设计要求 . 43 部结构 . 48 部伸缩运动结构 . 48 部伸缩油缸的计算 . 49 部回转运动 . 51 部 升降运动 . 52 部升降油缸的计算 . 54 第 4 章 机械手的其他部分装置 . 57 冲定位装置 . 58 第 5 章 机械手总体方案总结 . 59 动方案的确定 . 59 格参数 . 59 构特点 . 60 参考文献 . 62 致谢 . 63 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第 1 章 绪论 1 第 1 章 绪论 机械手是工业自动化发展和科技进步的必然产物， 为制造业提供重要 的技术装备，尤其在流水作业的自动化 ， 生产线和相对恶劣的环境中，机械手具有人类所不具有的超精准的定位性能、较高的加工精度、高生产率等优势。 因此，进行机械手的研究设计是十分有意义的。 业机械手概述 机械手首先是从美国开始研制的。 工业机械手近几十年的研究开发一种先进自动化生产设备。是工业机器人的一个重要分支。它的功能可以通过编程进行各种任务的完成，结构及性能优势兼顾人与机器，尤其是人的智慧和适应性。根据驱动方式分为先天性和液压式、电动式，机械式，按机械手的应用范围分 2 种：专用机械手和通用机械手；按运 动轨迹跟踪控制方式分为：先天性和位置控制和连续轨迹控制机械手。 机械手主要掌握在手部的一个很大的控制系统和运动机构。机械手的手部（或工具）的结构，与重量的大小，材料和形状的工作所形成多种结构。形状等吸附式支持。通过改变物体的位置和方向，实现了运动机构、旋转（编织）或复合运动。独立运动的机理，以及机械手的扩展，如转动自由度。一个任意位置和方向的对象在六个自由度空间是必要的。机械手设计的自由度是一个关键参数。多自由度机械手灵活、广泛，但其结构复杂。机械手自由度一般为 2 3。通过对电机各控制系统的电机控制，对 各自由度进行了具体的操作。同时接收传感器反馈信息控制和关闭。控制系统的核心，如一个微处理器芯片，从宏控制，实现功能，通过编程实现。 机械手主要由手部、运动机构和控制系统三大部分组成。手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度。为了抓取空间中任沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第 1 章 绪论 2 意位置和方位的物体，需 有 6 个自由度。自由度是机械手设计的关键参数。自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用机械手有2 3 个自由度。控制系统是通过对机械手每个自由度的电机的控制，来完成特定动作。同时，传感器的反馈，稳定开环控制结构。一般的单片机控制系统的核心组件及其他微控制芯片，以实现功能。 气压传动的机械手通过压缩空气的压力来驱动执行机构运动。主要特点是：介质采取方便，输出力小，迅速，简单，造价低。但是由于空气压缩特性，速度稳定影响大，冲击大，而且气源压力较低，空气压力低于 30械手结构条件要 求的更高，所以应用做简单的行李，高速和灰尘环境。 械手的应用性 1、高度自动化的生产过程中，应用机械手帮助改善数据传输、装卸机械装配线的零件和工具，是提高劳动生产率和成本大量生产速度、机械化和自动化生产的有利技术。 2、工作条件的改善，压力、低温低压的灰尘、噪音、气味或其他有毒，放射性污染，狭窄工作空间及其他手工危险场合，用手操作危险性极高，安全工作条件大大改善工人同时几个简单的手术中操作和重复执行手，代替能做的事，可以避免的事故，疲劳或误操作。 3、减少人力，便于有节奏的生产 代替人手 工作的机械手是减轻人力的一方面，同时由于应用机械手能持续工作是减少人力的另一方面。所以在自动化机械加工自动生产线逐渐有很多减少人力的机械手来控制和提高生产节奏 械手先进性 机械工业技术水平的重要标志是规模经济强度、科学技术水平。所以世界各国的机械工业发展的战略重点发展国家经济发展，科技水平迅猛发展生产带动机械行业。在现代工业自动化生产过程机械化已经成为主题。但是现在的机器工业生产过程、装配和生产过程并不连续。单靠人力生产效率低，无法衔接不连续工序。同沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第 1 章 绪论 3 时，劳动强度很大，有时也会受伤。显然这一制约效 率自动化的影响，而整个生产过程，应用机械手很好的解决避免以上错误。 工业机械手是现代自动控制技术领域的新技术之一，已生产系统重要的现代机械制造、新技术发展迅速，逐渐成为新的学科体系，机械手结构设计涉及机械结构力学设计、电、水技术、自动控制技术、传感技术等多学科，是多个跨学科综合技术。 内外研究现状和趋势 机械手的出现，开创了工业机器人史的先河，也是最早出现的现代机器人，它代替了人们繁重的劳动，实现生产方面的机械化与自动化，能在恶劣环境下操作以保护操作人员的安全，因此广泛应用于机械制造、冶金、电 子、轻工和原子能等部门。 未来的机械手发展主要是有以下四个方面创新： （ 1） 重复高精度 如果动作重复次数多，机械手会达到相同的精确程度指的就是重复高精度。重复精度比精度重要性更高，如果一个机械手达不到高精度，会显示一个误差定值，且误差可预测，因而可通过编程手段来校正。伴随微电子技术和控制技术的发展，机械手的重复精度会越来越高，它的应用领域会将更广阔，如核工业与军事工业等。 （ 2） 模块化 模块化拼装机械手比更具灵动的安装体系。它集成机械手的电接口和通电缆及油管的导向装置，使机械手自由度更大。模块化机械手让机械 手在更多的功能方向有了实现的可能，大大增加了机械手的应用范围，是机械手的一个重要的发展方向。 （ 3） 节能化 为了迎合食品加工、制药、生物工程、电子技术、纺织工业、精密仪器等行业的无污染、高精度、安全性元件已经问世。伴随材料技术进步，新型高科技材料的出现，构造特殊、无污染材料制造的无润滑元件，不但节能环保，而且系统简单、摩擦性能好、成本低、精度高、寿命长。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第 1 章 绪论 4 （ 4） 机电一体化 “可编程控制器 传感器 液压元件”典型控制系统是自动化技术的应用主流；研发与电子技术结合的自适应控制液压元件，让液压技术从低精度“开关 控制”进阶到高精度的“反馈控制”；复合集成系统不但节省配线、配管和元件，而且拆装简单，明显提高了系统的稳定性。目前为止，电磁阀线圈功率越来越小，而出功率不断增大， 接控制线圈开始越来越可能实现。 境外机械手的发展趋势是研发具有一种智能的机械手。使其具有一定传感能力，根据反馈外界条件的情况，相应的变化。假设位置发生误差时，能自行检测并更正，特别需要研究视觉和触觉功能。到现在已经取得一定成就。视觉功能是在机械手安装上电视照相机组件、光学测距仪组建以及微型计算机组件。电视照相机会将实物形象变成视频显 示信号，之后传送给计算机系统，便于计算机分析物体的种类大小、颜色位置等，同时发出指令控制机械手的机械工作。触觉功能是在机械手安装上触觉反馈装置。工作期间，机械手先伸出手指查找工作，通过安装在机械手手指内的压力敏感元件发生触觉的作用，最后伸至前方，抓下工件。手的抓力大小是根据在手指内的敏感反馈元件来控制，从而达到自动调整握力的大小。 总而言之，随着传感技术的发展，机械手装配工作的能力逐步提高。将机械手、柔性制造系统和柔性制造单元有机结合，进而改变机械制造系统的人工操作状态，更重要的是要结合机械手、柔性制造系统 和柔性制造单元。 随着科学的发展，机械手应用领域也在不断扩充。到现在，机械手不仅适用于传统的制造业，如采矿石油冶炼、医药化工、造车造船等领域，并扩展到核能、航空、航天、生物化学等高科技领域以及家居清洁、医疗康复等服务领域。 计目的 毕业设计是学生最后一个非常重要的实践教学环节，使学生学习综合基础理论、基本知识和基本技能，解决专业工程和技术问题的范围和基础训练。从事相关技术工作和未来的职业发展具有一定的意义。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第 1 章 绪论 5 题内容和设计要求 （一）原始数据及资料 （ 1）原始数据： 100000 件 个自由度） 臂转动 180 臂上下运动 600伸长（收缩） 500部转动 90 （ 2）设计要求： a、车床上料机械手设计图、装配图、各主要零件图（共一套） b、设计计算说明书（一份） （ 3）技术要求 主要参数的确定： a、坐标形式：直角坐标系 b、臂的运动行程：伸缩运动 500转运动 180。 c、运动速度：符合生产纲领的要求达标。 d、控制方式：起止设定位置。 e、定位精度： 3 f、手指握力： 60kg g、驱动方式：液压驱动。 （二）料槽形 式与动作要求的分析 （ 1）料槽形式 机械手安装简易图如图 1 所示，该装配布局简单，不必要其它动力源和特殊装置，所以本课题采取此种输料槽 . 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第 1 章 绪论 6 图 1 机械手安装简易图 （ 2）动作要求分析 动作一：手臂伸长到料区 动作二：手爪夹紧 动作三：手臂上升 动作四：手腕旋转 动作五：手臂旋转 动作六：小臂伸长 动作七：机座移动 动作八：手部松开 动作九：小臂缩回 动作十：手腕回转 动作十一：机座移回 动作十二：手臂回转 动作十三：手臂下降 械手系统工作原理及组成 机械手 系统工作原理框图如图 2 所示。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第 1 章 绪论 7 图 2 机械手的系统工作原理框图 机械手的工作原理：机械手主要由执行机构、驱动系统、控制系统以及位置检测装置等所组成。在 序控制的条件下，采用气压传动方式，来实现执行机构的相应部位发生规定要求的，有顺序，有运动轨迹，有一定速度和时间的动作。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作进行监视，当动作有错误或发生故障时即发出报警信号。位置检测装置随时将执行机构的实际位置反馈给控制系统，并与设定的位置进行比较，然后通过控制系统进行调整，从而使执行机构以一 定的精度达到设定位置 . 机械手的工作原理：执行系统、驱动机构、控制装置以及位置检测系统等组成了机械手的主要构造。在 动控制系统程序的控制下，利用气压传动手段，实现了执行机构相应部位按规定要求发生，有顺序且有运动轨迹，有稳定速度且有时间动作。同时按照控制系统信息发出指令对于执行装置，有必要时可以对机械手进行动作监视，每当动作有误差或发生故障立即发出报警。位置检测系统立即将执行装置的实际位置反馈给控制装置，并进行比较，最后通过控制系统进行微观或者宏观的调整，进而使执行装置以高精度达到设定位置 . (一 )执行机构 包括以下部分： 1、手部 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第 1 章 绪论 8 即与物件接触的部件。根据接触方式细分，可分为夹持式和吸附式机械手，在本研究方向中我们采用夹持式机械手。夹持式机械手手部由手指和传力机构所构成。手指是指物件直接接触的装置，常见的手指运动形式有两种：回转型和平移型。回转型机械手构造简单，制造方便成本低，因而得到广泛应用。平移型机械手较少，主要原因是装置结构复杂，然而平移型机械手夹持圆形零件时，工件直径变化并没有导致其轴心的位置失位，因此适合夹持直径变化范围波动较大工件。手指结构影响因素有：表面形状、被抓部位 (是外廓或者是 内孔 )以及物件的重量和尺寸。 2、手腕 是连接手部及手臂的装置，可用于调试被抓取物件的方向 (或姿势 ) 3、手臂 手臂是被抓物件、手部、手腕用来支撑的重要装置。其作用是带动手指从而达到抓取物件的动作，并且按程序预定要求将抓取物件抓到指定位置。机械手的手臂通常由驱动手臂运动的装置与驱动源程序相组合，以保证机械手臂的各种运动。 4、立柱 立柱是手臂支撑部分的构件，同时也是机械手臂的一部分，机械手臂的回转运动与升降 /俯仰运动均是和立柱有紧密的关系。机械手臂的立柱因为工作的需要，偶尔也能横向移动，所以被称为可移式立 柱。 5、机座 机座作为机械手臂的基础部分，用来执行装置的各构件和驱动装置安装于此，故起到支撑和连接的重要作用。 (二 )驱动系统 驱动装置是依靠驱动机械手执行机构来运动的。它由动力部件、调节部件和辅助部件组成。常用的驱动装置有液压传动装置、气压传动装置、机械传动装置。 (三 )控制系统 支配机械手按规定要求运动的系统称之为控制系统。目前为止工业机械手的控制系统是由程序控制装置和电气定位装置组成。该机械手臂利用的原理是 序自动控制原理，由它支配机械手规定程序运动，并且负责记忆操作者给予机械手的信息指令 (如动作、轨迹、速度及时间 )，于此同时，按其控制系统发出的信息对执沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第 1 章 绪论 9 行机构发出相应的指令，有必要时可以对机械手的各种动作进行监视监测，当动作有误差或发生故障时即进行报警。 (四 )位置检测装置 是控制机械手用来执行机构的运动装置，随时将执行机构产生或所处的的实际位置反馈给控制机构，并和设定的位置一起进行比较，并通过 动控制系统进行调整，进而使执部件以一定的精度达到设定位置的标准。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第 2 章 机械手整体设计方案论证 10 第 2 章 机械手整体设计方案论述与证明 械手的总体设计 械手整体结构类型 工业机器人的结构形式主要有：直 角坐标系，圆柱坐标系，球面坐标系，四类节点结构。每个结构并介绍了其相应的特点。 （ 1） 直角坐标机器人结构 与三个相互垂直的直线运动，实现机器人在笛卡尔空间运动，如图 3。由于线性运动很容易实现全封闭回路的位置控制，所以直角坐标机器人可以达到高的位置精度（米）。然而，相对机器人的结构尺寸而言，直角坐标机器人的运动空间相对较小。因此，我为了达到一定的运动空间，将直角坐标机器人的结构和尺寸远远大于其他类型的机器人结构 。 在直角坐标系中，机器人的工作空间主要是用于装配和搬运作业，以及直角坐标机器人悬臂、龙门、起重机等 三种结构。 （ 2） 圆柱坐标机器人结构 圆柱坐标机器人的空间运动是一个旋转运动和直线运动来实现的，如图 3 所示。 装卸作业。它的工作空间是一个圆柱形的空间。 （ 3） 球坐标机器人结构 采用双旋转运动和直线运动，实现了球面坐标机器人的空间运动，如图 3、图、该机器人具有结构简单、成本低、精度高的问题。不很高。主要用于处理操作。它的工作空间是一种球形空间。 （ 4） 关节型机器人结构 关节型机器人的空间运动是由三个旋转运动实现的，如柔性图 3、 D 关节型机器人动作、结构紧凑、体积小。相对于机器人机身尺寸，其工作空间相对 较大。这沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第 2 章 机械手整体设计方案论证 11 种类型的机器人在工业上被广泛使用，如焊接、喷漆、处理、装配等操作，被广泛应用于这一类机器人。 关节型机器人的结构，有 2 种类型的水平和垂直的关节类型 图 3 机械手总体结构类型 标形式和机械手的自由度 根据机械臂的不同形式的运动及其组合，将坐标型分为直角坐标型（图 4）、圆柱坐标型等球面坐标式和关节式。由于车床上的机械臂上有一个起升、收缩和旋转运动（图 5）。因此，圆柱坐标系三自由度机械手。 图 4 机械手直角坐标系 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第 2 章 机械手整体设计方案论证 12 图 5 机械手手腕转动形式 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第 2 章 机械手整体设计方案论证 13 计具体采用方案 机械手结构 。机械臂的基本要求是能够快速、准确地提取、提出并携带物体，这就要求它们具有高精度、快速响应能力，一定的承载能力，在任何位置足够的工作空间和灵活的自由度，可以是机器人原理的自动定位的特点是：工作的目标分析（工件）技术，制定最合理的操作程序和工艺，并满足系统的功能要求和环境条件；明确工件的形状和材料性能、定位精度、抓取、处理应力特性、尺寸和质量参数，从而进一步确定结构和操作控制系统的要求；要使用标准组件，简化了设计和制造工艺，一般和具体的，实现灵活的转换和编程控制。机械手的设计是一个目的操作（如图 6 所示），是一 种适合于批量或小批量生产中，可以改变程序自动处理或操作设备的作用，作用强度算子单调频繁的场合。它可能是对恶劣的操作环境的场合。 图 6 通用车床上料机械手整体结构 械手腰座结构设计 为了进行机械手的总体设计，它是关于腰部、手臂、手腕、末端执行器等零件的详细设计。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第 2 章 机械手整体设计方案论证 14 械手腰座结构设计要求 工业机器人的腰部是圆柱坐标系、球坐标系和机器人的旋转运动。它是第一个旋转关节，一个机器人的运动的一部分安装在腰部。这是你在机器人的全部重量。在机器人腰座结构设计中，要注意以下几个原则： （ 1） 腰座应有 足够的安装，以确保整个机器人安装在工作中的稳定性。 （ 2） 腰座要承担所有的机器人的重量和载荷，因此，机器人的底座和腰轴和轴承结构应具有足够的强度和刚度，以保证其承载能力。 （ 3） 机器人的腰部是机器人的第一个旋转关节。它对机器人末端的运动精度有很大的影响。因此，对腰轴系统的精度和刚度进行了分析和研究在设计中应特别注意传动链的设计。 （ 4） 旋转运动的腰部有相应的驱动装置，它包括驱动（电动、液压、气动）和减速器。该驱动装置一般配备速度和位置传感器，以及刹车。 （ 5） 腰部结构便于安装调整。腰部与机械臂连接到可靠的定 位基准，以保证各关节相对位置的准确度。用的调节机构，用于调节腰部轴承间隙和减速传动间隙。 （ 6） 为了减小机器人运动的惯性，提高机器人的控制精度，采用了由铝合金材料制成的普通的腰转向运动零件二的比例，和运动的基础是由铸铁或铸钢材料制成的。 计具体采用方案 腰圆传动或电机通过减速器来实现，无论是通过振动液压缸或液压马达来实现，目前的趋势是使用前。由于电气控制 度可以很高，结构紧凑，没有设计液压系统和辅助部件。考虑到腰部是第一个旋转关节，对鳍的影响机械手的精确性，使电机驱动实现对腰部的旋转运动 。通用汽车不能直接驱动，在转速和转矩的要求，具有较大的传输齿轮传动系统的转速和转矩放大率。因为齿轮传动有齿隙，传动精度的影响，所以使用齿轮，大传动机构的传动系统钛（大于 100），并为了降低机械臂的整体结构，齿轮是由高强度，高硬度材料， 高精度加工和制造小该齿沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第 2 章 机械手整体设计方案论证 15 轮传动 成的误差。 腰混凝土结构如图 7 所示。图 7 腰座具体结构 械手手臂结构的设计 按照工件夹持器的要求，用三度的自由度车床进给机械臂，并可伸缩、旋转和减少左右移动的左、右（或俯仰）。通过该列实现旋转臂和提升运动，该列的横向运动是滑动臂。实现臂缸 的运动。 械手手臂设计要求 该机器人手臂的作用是在一定的负载和一定的速度，以达到所需的工作空间的机器人运动。在机器人手臂设计中，遵循以下原则； （ 1） 尽可能使机器人手臂的各关节轴平行于彼此垂直的轴线应尽可能接近，这样，机器人可以使机器人逆运动学的简化，有利于机器人的控制。 （ 2） 机器人手臂结构尺寸应符合机器人工作空间的要求。的形状和大小的机器人臂长的工作空间，手臂关节的转动范围有密切的关系的关系。但是在机器人手臂的工作最终没有考虑机器人手腕的空间姿态，如果机器人手腕提出具体要求的态度，手臂的实 现丽泽空间小于上述没有考虑工作空间的手腕姿势。 （ 3） 为了提高机器人的运动速度和控制精度，应保证机械臂具有足够的强度和刚度，尽可能在结构材料的可能，试图缓解手臂的重量。为了使用高强度轻质材沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第 2 章 机械手整体设计方案论证 16 料，通常是用高强度铝合金制造的机械臂。目前，我在国外，也在研究碳纤维复合材料制造的机械手臂。碳纤维复合材料的拉伸强度高，抗振动，比重小（提出钢的1 4 比例，相当于 2购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 摘 要 这个课题的设计中，为机床配套的上料机械手。工业机械手工业生产的必然产物。它是一种模仿人体上肢部分功能，按照预定要求输送配件或握持工具操作自动化技术对现实的工业生产自动化，促进工业生产发展的更重要的作用。所以，强大的生命力，受到人们的广泛重视和欢迎。实践证明，工业机械手代替人手的繁重劳动，显著减轻了工人的劳动强度，改善劳动条件，提高劳动生产率和自动化水平。工业生产中经常出现的沉重的搬运零件及长期频率，锻造的操作，采用机械手有效。而且它在低温、水、宇宙、放射性及其他有毒、污染环境的条件下，现实的优越性和广 泛的发展前景。 这是通过应用 术对机械手进行总体方案设计及液压传动原理设计，确定机械手坐标形式和自由度，确定机械手技术参数。同时设计机械手夹持手结构设计机械手的手腕机械手结构设计手臂结构。他是如何实际上等精品机械手自动运动，运动速度是随着生产力的满足来设置。 在当今社会的制造业中，企业为提高生产效率，普遍重视生产过程的自动化程度。机械手是在自动化生产过程中使用的一种具有抓取和移动工件功能的自动化装置，它是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 本文主要针对生产线上的自动化设计了一个模块工装下线机械手，实现模块下线的自动化。该机械手能实现机械手的伸缩、升降、夹紧和放松等动作。驱动系统采用气压驱动，实现了手臂的夹紧和放松动作。控制系统采用 制，通过控制伺服电动机来实现机械手的上下、左右运动。机械手设手动和自动两种工作方式，可以通过转换开关进行工作方式转换。系统设有报警功能，当机械手出现故障时，能及时报警。 通过上述工作 ,机械手最终能够按照控制程序的要求进行运动 ,并且实现了上位机监控系统对本机械手的直观形象观测 ,达到了本论文的设计目的和要求。 关键词： 机械手 ； 手部设计 ； 结构设计 ； 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 n of of It is a of to a or of of of of by s of of of in of it is of of is of to of At of is He is of of is up of In s to 买后包含有 纸和说明书 ,咨询 in to is a of in of It is a in of at of a to of of to of LC of to up of be by is is in it to in to of be in of of of of be 目 录 第 1 章 绪论 . 1 业机械手概述 . 1 械手的应用性 . 2 械手先进性 . 2 内外研究现状和趋势 . 3 计目的 . 4 题内容和设计要求 . 4 械手系统工作原理及组成 . 6 第 2 章 机械手整体设计方案论述与证明 . 10 械手的总体设计 . 10 械手整体结构类型 . 10 标形式和机械手的自由度 . 11 计具体采用方案 . 12 械手腰座结构设计 . 13 械手腰座结构设计要求 . 13 计具体采用方案 . 14 械手手臂结构的设计 . 15 械手手臂设计要求 . 15 计具体使用的程序 . 16 械手腕部的结构设计 . 16 器人手腕结构的设计要求 . 17 计程序的具体运用 . 17 械手 末端执行器（手爪）的结构设计 . 18 械手末端执行器的设计要求 . 18 械手驱动模式 . 19 器人夹持器的典型结构 . 19 计具体使用的程序 . 20 械手的机械传动机构的设计 . 21 业机器 人传动机构设计应注意的问题 . 21 业机器人常用的传动机构形式 . 22 计具体采用方案 . 25 械 手驱动系统的设计 . 25 器人各类驱动系统的特点 . 25 业机器人驱动系统的选择原则 . 26 器人液压驱动系统 . 26 器人气动驱动系统 . 27 器人电动驱动系统 . 29 计具体使用的 程序 . 31 器人手臂的平衡机构设计 . 31 器人平衡机制的形成 . 31 计具体方案 . 32 械手的主要技术参数 . 32 第 3 章 机械手设计计算 . 34 持式手抓的设计计算 . 34 抓部力的计算 . 34 部加紧油缸的确定 . 35 部设计 . 35 部的设计要求 . 35 部的结构 . 36 部设计 . 40 部设计要求 . 41 部结构 . 45 部伸缩运动结构 . 45 部伸 缩油缸的计算 . 47 部回转运动 . 49 部升降运动 . 50 部升降油缸的计算 . 51 第 4 章 机械手的其他部分装置 . 54 冲定位装置 . 55 第 5 章 机械手总体方案总结 . 56 动方案的确定 . 56 格参数 . 56 构特点 . 57 参考文献 . 59 致谢 . 60 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第 1 章 绪论 1 第 1章 绪论 机械手是工业自动化发展和科技进步的必然产物， 为制造业提供重要的技术装备，尤其在流水作业的自动化 ， 生产线和相对恶劣的环境中，机械手具有人类所不具有的超精准的定位性能、较高的加工精度、高生产率等优势。 因此，进行机械手的研究设计是十分有意义的。 业机械手概述 机械手首先是从美国开始研制的。 工业机械手近几十年的研究开发一种先进自动化生产设备。是工业机器人的一个重要分支。它的功能可以通过编程进行各种任务的完成，结构及性能优势兼顾人与机器，尤其是人的智慧和适应性。根据驱动方式分为先天性和液压式、电动式，机械式，按机械手的应用范围分 2 种：专用机械手和通用机械手；按运动轨迹跟踪控制方式分为：先天性和位置控制和连续轨迹控制机械手。 机械手主要掌握在手部的一个很大的控制系统和运动机构。机械手的手部（或工具）的结构，与重量的大小，材料和形状的工作所形成多 种结构。形状等吸附式支持。通过改变物体的位置和方向，实现了运动机构、旋转（编织）或复合运动。独立运动的机理，以及机械手的扩展，如转动自由度。一个任意位置和方向的对象在六个自由度空间是必要的。机械手设计的自由度是一个关键参数。多自由度机械手灵活、广泛，但其结构复杂。机械手自由度一般为 2 3。通过对电机各控制系统的电机控制，对各自由度进行了具体的操作。同时接收传感器反馈信息控制和关闭。控制系统的核心，如一个微处理器芯片，从宏控制，实现功能，通过编程实现。 机械手主要由手部、运动机构和控制系统三大部分组成。手部 是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度。为了抓取空间中任沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第 1 章 绪论 2 意位置和方位的物体，需有 6 个自由度。自由度是机械手设计的关键参数。自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用机械手有2 3 个自由度。控制系统是通过对机械手每个自由度的电机的控制，来完成 特定动作。同时，传感器的反馈，稳定开环控制结构。一般的单片机控制系统的核心组件及其他微控制芯片，以实现功能。 气压传动的机械手通过压缩空气的压力来驱动执行机构运动。主要特点是：介质采取方便，输出力小，迅速，简单，造价低。但是由于空气压缩特性，速度稳定影响大，冲击大，而且气源压力较低，空气压力低于 30械手结构条件要求的更高，所以应用做简单的行李，高速和灰尘环境。 械手的应用性 1、高度自动化的生产过程中，应用机械手帮助改善数据传输、装卸机械装配线的零件和工具，是提高劳动生产率和成本大 量生产速度、机械化和自动化生产的有利技术。 2、工作条件的改善，压力、低温低压的灰尘、噪音、气味或其他有毒，放射性污染，狭窄工作空间及其他手工危险场合，用手操作危险性极高，安全工作条件大大改善工人同时几个简单的手术中操作和重复执行手，代替能做的事，可以避免的事故，疲劳或误操作。 3、减少人力，便于有节奏的生产 代替人手工作的机械手是减轻人力的一方面，同时由于应用机械手能持续工作是减少人力的另一方面。所以在自动化机械加工自动生产线逐渐有很多减少人力的机械手来控制和提高生产节奏 械手先进性 机械 工业技术水平的重要标志是规模经济强度、科学技术水平。所以世界各国的机械工业发展的战略重点发展国家经济发展，科技水平迅猛发展生产带动机械行业。在现代工业自动化生产过程机械化已经成为主题。但是现在的机器工业生产过程、装配和生产过程并不连续。单靠人力生产效率低，无法衔接不连续工序。同时，劳动强度很大，有时也会受伤。显然这一制约效率自动化的影响，而整个生产过程，应用机械手很好的解决避免以上错误。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第 1 章 绪论 3 工业机械手是现代自动控制技术领域的新技术之一，已生产系统重要的现代机械制造、新技术发展迅速，逐渐成为新的学科体系，机械手 结构设计涉及机械结构力学设计、电、水技术、自动控制技术、传感技术等多学科，是多个跨学科综合技术。 内外研究现状和趋势 机械手的出现，开创了工业机器人史的先河，也是最早出现的现代机器人，它代替了人们繁重的劳动，实现生产方面的机械化与自动化，能在恶劣环境下操作以保护操作人员的安全，因此广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。 未来的机械手发展主要是有以下四个方面创新： （ 1） 重复高精度 如果动作重复次数多，机械手会达到相同的精确程度指的就是重复高精度。重复精度比精度重要性更高，如果一个 机械手达不到高精度，会显示一个误差定值，且误差可预测，因而可通过编程手段来校正。伴随微电子技术和控制技术的发展，机械手的重复精度会越来越高，它的应用领域会将更广阔，如核工业与军事工业等。 （ 2） 模块化 模块化拼装机械手比更具灵动的安装体系。它集成机械手的电接口和通电缆及油管的导向装置，使机械手自由度更大。模块化机械手让机械手在更多的功能方向有了实现的可能，大大增加了机械手的应用范围，是机械手的一个重要的发展方向。 （ 3） 节能化 为了迎合食品加工、制药、生物工程、电子技术、纺织工业、精密仪器等行业的无污染、高 精度、安全性元件已经问世。伴随材料技术进步，新型高科技材料的出现，构造特殊、无污染材料制造的无润滑元件，不但节能环保，而且系统简单、摩擦性能好、成本低、精度高、寿命长。 （ 4） 机电一体化 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第 1 章 绪论 4 “可编程控制器 传感器 液压元件”典型控制系统是自动化技术的应用主流；研发与电子技术结合的自适应控制液压元件，让液压技术从低精度“开关控制”进阶到高精度的“反馈控制”；复合集成系统不但节省配线、配管和元件，而且拆装简单，明显提高了系统的稳定性。目前为止，电磁阀线圈功率越来越小，而出功率不断增大， 接控制线圈 开始越来越可能实现。 境外机械手的发展趋势是研发具有一种智能的机械手。使其具有一定传感能力，根据反馈外界条件的情况，相应的变化。假设位置发生误差时，能自行检测并更正，特别需要研究视觉和触觉功能。到现在已经取得一定成就。视觉功能是在机械手安装上电视照相机组件、光学测距仪组建以及微型计算机组件。电视照相机会将实物形象变成视频显示信号，之后传送给计算机系统，便于计算机分析物体的种类大小、颜色位置等，同时发出指令控制机械手的机械工作。触觉功能是在机械手安装上触觉反馈装置。工作期间，机械手先伸出手指查找工作，通过安装 在机械手手指内的压力敏感元件发生触觉的作用，最后伸至前方，抓下工件。手的抓力大小是根据在手指内的敏感反馈元件来控制，从而达到自动调整握力的大小。 总而言之，随着传感技术的发展，机械手装配工作的能力逐步提高。将机械手、柔性制造系统和柔性制造单元有机结合，进而改变机械制造系统的人工操作状态，更重要的是要结合机械手、柔性制造系统和柔性制造单元。 随着科学的发展，机械手应用领域也在不断扩充。到现在，机械手不仅适用于传统的制造业，如采矿石油冶炼、医药化工、造车造船等领域，并扩展到核能、航空、航天、生物化学等高科技领 域以及家居清洁、医疗康复等服务领域。 计目的 毕业设计是学生最后一个非常重要的实践教学环节，使学生学习综合基础理论、基本知识和基本技能，解决专业工程和技术问题的范围和基础训练。从事相关技术工作和未来的职业发展具有一定的意义。 题内容和设计要求 （一）原始数据及资料 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第 1 章 绪论 5 （ 1）原始数据： 100000 件 个自由度） 臂转动 180 臂上下运动 600伸长（收缩） 500部转动 90 （ 2）设计要求： a、车床上料机械手设计图、装配图、各主 要零件图（共一套） b、设计计算说明书（一份） （ 3）技术要求 主要参数的确定： a、坐标形式：直角坐标系 b、臂的运动行程：伸缩运动 500转运动 180。 c、运动速度：符合生产纲领的要求达标。 d、控制方式：起止设定位置。 e、定位精度： 3 f、手指握力： 60kg g、驱动方式：液压驱动。 （二）料槽形式与动作要求的分析 （ 1）料槽形式 机械手安装简易图如图 1 所示，该装配布局简单，不必要其它动力源和特殊装置，所以本课题采取此种输料槽 . 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第 1 章 绪论 6 图 1 机械手安装简易图 （ 2）动作要求分析 动作一：手臂伸长到料区 动作二：手爪夹紧 动作三：手臂上升 动作四：手腕旋转 动作五：手臂旋转 动作六：小臂伸长 动作七：机座移动 动作八：手部松开 动作九：小臂缩回 动作十：手腕回转 动作十一：机座移回 动作十二：手臂回转 动作十三：手臂下降 械手系统工作原理及组成 机械手系统工作原理框图如图 2 所示。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第 1 章 绪论 7 图 2 机械手的系统工作原理框图 机械手的工作原理：机械手主要由执行机构、驱动系统、控制系统以及位置检测装置等所组成。在 序控制的条件下，采用气压传动 方式，来实现执行机构的相应部位发生规定要求的，有顺序，有运动轨迹，有一定速度和时间的动作。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作进行监视，当动作有错误或发生故障时即发出报警信号。位置检测装置随时将执行机构的实际位置反馈给控制系统，并与设定的位置进行比较，然后通过控制系统进行调整，从而使执行机构以一定的精度达到设定位置 . 机械手的工作原理：执行系统、驱动机构、控制装置以及位置检测系统等组成了机械手的主要构造。在 动控制系统程序的控制下，利用气压传动手段，实现了执行机构相应部位 按规定要求发生，有顺序且有运动轨迹，有稳定速度且有时间动作。同时按照控制系统信息发出指令对于执行装置，有必要时可以对机械手进行动作监视，每当动作有误差或发生故障立即发出报警。位置检测系统立即将执行装置的实际位置反馈给控制装置，并进行比较，最后通过控制系统进行微观或者宏观的调整，进而使执行装置以高精度达到设定位置 . (一 )执行机构 包括以下部分： 1、手部 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第 1 章 绪论 8 即与物件接触的部件。根据接触方式细分，可分为夹持式和吸附式机械手，在本研究方向中我们采用夹持式机械手。夹持式机械手手部由手指和传力机构所构成。手指是 指物件直接接触的装置，常见的手指运动形式有两种：回转型和平移型。回转型机械手构造简单，制造方便成本低，因而得到广泛应用。平移型机械手较少，主要原因是装置结构复杂，然而平移型机械手夹持圆形零件时，工件直径变化并没有导致其轴心的位置失位，因此适合夹持直径变化范围波动较大工件。手指结构影响因素有：表面形状、被抓部位 (是外廓或者是内孔 )以及物件的重量和尺寸。 2、手腕 是连接手部及手臂的装置，可用于调试被抓取物件的方向 (或姿势 ) 3、手臂 手臂是被抓物件、手部、手腕用来支撑的重要装置。其作用是带动手指从而达到抓取 物件的动作，并且按程序预定要求将抓取物件抓到指定位置。机械手的手臂通常由驱动手臂运动的装置与驱动源程序相组合，以保证机械手臂的各种运动。 4、立柱 立柱是手臂支撑部分的构件，同时也是机械手臂的一部分，机械手臂的回转运动与升降 /俯仰运动均是和立柱有紧密的关系。机械手臂的立柱因为工作的需要，偶尔也能横向移动，所以被称为可移式立柱。 5、机座 机座作为机械手臂的基础部分，用来执行装置的各构件和驱动装置安装于此，故起到支撑和连接的重要作用。 (二 )驱动系统 驱动装置是依靠驱动机械手执行机构来运动的。它由动力部件、 调节部件和辅助部件组成。常用的驱动装置有液压传动装置、气压传动装置、机械传动装置。 (三 )控制系统 支配机械手按规定要求运动的系统称之为控制系统。目前为止工业机械手的控制系统是由程序控制装置和电气定位装置组成。该机械手臂利用的原理是 序自动控制原理，由它支配机械手规定程序运动，并且负责记忆操作者给予机械手的信息指令 (如动作、轨迹、速度及时间 )，于此同时，按其控制系统发出的信息对执沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第 1 章 绪论 9 行机构发出相应的指令，有必要时可以对机械手的各种动作进行监视监测，当动作有误差或发生故障时即进行报警。 (四 )位置检测装 置 是控制机械手用来执行机构的运动装置，随时将执行机构产生或所处的的实际位置反馈给控制机构，并和设定的位置一起进行比较，并通过 动控制系统进行调整，进而使执部件以一定的精度达到设定位置的标准。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第 2 章 机械手整体设计方案论证 10 第 2章 机械手整体设计方案论述与证明 械手的总体设计 械手整体结构类型 工业机器人的结构形式主要有：直角坐标系，圆柱坐标系，球面坐标系，四类节点结构。每个结构并介绍了其相应的特点。 （ 1） 直角坐标机器人结构 与三个相互垂直的直线运动，实现机器人在笛卡尔空间运动，如图 3。由于线性运动很容易实 现全封闭回路的位置控制，所以直角坐标机器人可以达到高的位置精度（米）。然而，相对机器人的结构尺寸而言，直角坐标机器人的运动空间相对较小。因此，我为了达到一定的运动空间，将直角坐标机器人的结构和尺寸远远大于其他类型的机器人结构 。 在直角坐标系中，机器人的工作空间主要是用于装配和搬运作业，以及直角坐标机器人悬臂、龙门、起重机等三种结构。 （ 2） 圆柱坐标机器人结构 圆柱坐标机器人的空间运动是一个旋转运动和直线运动来实现的，如图 3 所示。 装卸作业。它的工作空间是一个圆柱形的空间。 （ 3） 球坐标机器人结构 采 用双旋转运动和直线运动，实现了球面坐标机器人的空间运动，如图 3、图、该机器人具有结构简单、成本低、精度高的问题。不很高。主要用于处理操作。它的工作空间是一种球形空间。 （ 4） 关节型机器人结构 关节型机器人的空间运动是由三个旋转运动实现的，如柔性图 3、 D 关节型机器人动作、结构紧凑、体积小。相对于机器人机身尺寸，其工作空间相对较大。这沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第 2 章 机械手整体设计方案论证 11 种类型的机器人在工业上被广泛使用，如焊接、喷漆、处理、装配等操作，被广泛应用于这一类机器人。 关节型机器人的结构，有 2 种类型的水平和垂直的关节类型 图 3 机械手总体结构类型 标形式和机械手的自由度 根据机械臂的不同形式的运动及其组合，将坐标型分为直角坐标型（图 4）、圆柱坐标型等球面坐标式和关节式。由于车床上的机械臂上有一个起升、收缩和旋转运动（图 5）。因此，圆柱坐标系三自由度机械手。 图 4 机械手直角坐标系 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第 2 章 机械手整体设计方案论证 12 图 5 机械手手腕转动形式 计具体采用方案 机械手结构。机械臂的基本要求是能够快速、准确地提取、提出并携带物体，这就要求它们具有高精度、快速响应能力，一定的承载能力，在任何位置足够的工作空间和灵活的自由度，可以是机器人原理的自动定位的特点是： 工作的目标分析（工件）技术，制定最合理的操作程序和工艺，并满足系统的功能要求和环境条件；明确工件的形状和材料性能、定位精度、抓取、处理应力特性、尺寸和质量参数，从而进一步确定结构和操作控制系统的要求；要使用标准组件，简化了设计和制造工艺，一般和具体的，实现灵活的转换和编程控制。机械手的设计是一个目的操作（如图 6 所示），是一种适合于批量或小批量生产中，可以改变程序自动处理或操作设备的作用，作用强度算子单调频繁的场合。它可能是对恶劣的操作环境的场合。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第 2 章 机械手整体设计方案论证 13 图 6 通用车床上料机械手整体结构 械手腰座结构 设计
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