摘 要
本次设计的多功能机械手用于R175型柴油机机体加工自动线上，主要由手爪、手腕、手臂、机身、机座等组成，具备上料、翻转和转位等多种功能，并按该自动线的统一生产节拍和生产纲领完成以上动作。本机械手机身采用机座式，自动线围绕机座布置，其坐标形式为球坐标式，具有立柱旋转、手臂伸缩、手臂俯仰、腕部转动和腕部摆动5个自由度。驱动方式为液压驱动，选用双联叶片泵，系统压力为2.5MPa，电机功率为5.5KW，共有整机回转油缸、手臂俯仰油缸、手臂伸缩油缸、手腕摆动油缸、手腕回转油缸、手爪夹紧油缸6个液压缸。送放机构的液压驱动系统是由液压基本回路组成，包括调压回路，缓冲回路，调速回路，换向回路.锁紧回路，保压回路。定位采用机械挡块定位，定位精度为0.5～1mm，采用行程控制系统实现点位控制。
关键词： 机械手，球坐标，液压，机械挡块 ，点位控制
ABSTRACT
The current design of multifunctional mechanical hand used for R175-type diesel organisms automatic processing line, mainly consist of claw, wrists, arms, body, base and so on. With moving the materials, turnover and transfer spaces, and many other functions, the automatic line with the unified production rhythms and production program completed more moves. With the automatic production line rhythms and the production of complete reunification of the above movements, automatic line is around the machine arrange, the coordinates of the ball coordinates of the form, with huge rotary, extendable arm, arm pitch, hitting and hitting back five moves freedom; Driven approach to hydraulic-driven, and the choice of double leaves pumps, the system pressure to 2.5MPa, 5.5KW electrical power for a total of whole sets of rotation tank, arm tilt cylinders, fuel tanks extendable arm, wrist swing tank, wrist rotation tank, claw clip tank six hydraulic oil tank; positioning a piece of machinery turned positioning, positioning accuracy for 0.5~1mm, using control systems to achieve their point spaces control.
Key words: Mechanical hand, the ball coordinates, hydraulic, mechanical turned pieces, control point spaces
目 录
第1章 概述．．．．．．．．．．．．．．．．．1
1.1 执行系统.....．．．．．．．．1
1.2 驱动系统．．．．．．．．．．．．．1
1.3 控制系统．．．．．．．．．．2
第2章 方案设计及主要参数的确定．．．．．．．．．．．．．．．3
2.1 方案设计．．．．．．．．．．．3
2.2 主要参数的确定．．．．．．．4
第3章 抓取机构的设计．．．．．．5
3.1 抓取机构结构形式的确定．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5
3.2 夹紧力（握力）的确定．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5
3.3 夹紧缸驱动力的计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7
3.4 夹钳式抓取机构的定位误差分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8
3.5 夹紧液压缸主要尺寸的确定．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．10
3.5.1 液压缸内径D的计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．10
3.5.2 活塞杆直径d的计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11
3.5.3 液压缸壁厚δ的计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．12
3.5.4 液压缸外径D0及长度l的计算．．．．．．．．．．．．．．．．12
3.5.5 液压缸行程S的确定．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．12
第4章 送放机构的设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．13
4.1概述．．．．．．．．．．．．．．．．．．13
4.2液压系统主要参数的确定．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．14
4.2.1 液压缸工作载荷的确定．．．．．．．．．．．．．．．．．．15
4.2.2 液压缸推力的确定．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．15
4.2.3 液压缸流量的计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．15
4.2.4 液压缸基本尺寸的确定．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．15
4.3机械手的腕部设计．．．．．．．16
4.3.1 腕部结构形式的确定．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．16
4.3.2 腕部回转缸驱动力矩的计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．17
4.3.3 腕部回转液压缸尺寸的确定．．．．．．．．．．．．．．．．．21
4.3.4 腕部摆动缸驱动力矩的计算．．．．．．．．．．．．．．．．．22
4.3.5 腕部摆动液压缸尺寸的确定．．．．．．．．．．．．．．．．．．24
4.4机械手的手臂和机身的设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．25
4.4.1 手臂和机身结构形式的确定．．．．．．．．．．．．．．．．．25
4.4.2 手臂驱动力的计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．27
4.5液压系统元件的选择．．．．．31
4.6液压系统回路的分析．．．．．．31
4.6.1 调压回路．．．．．．．．31
4.6.2 缓冲回路．．．．．．．32
4.6.3 调速回路．．．．．．．．32
4.6.4 换向回路．．．．．．．33
4.6.5 锁紧回路．．．．．．．．33
4.6.6 保压回路．．．．．．．33
第5章 控制系统的设计．．．．．．34
参考文献．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．35
致谢 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．36
附录1：科技论文翻译．．37
附录2：实习报告．．．．．49
第1章概述
机械手是模仿人手的部分动作，按给定程序、轨迹、和要求实现自动抓取，搬运或操作动作的自动化机械装置。在工业中应用的机械手称为“工业机械手”。
工业机械手由执行系统、驱动系统和控制系统组成。执行系统又可分为抓取，送放和机身三部分，如图1.1所示
1-执行系统 2-控制系统 3-驱动系统
a-手爪 b-手腕 c-手臂 d-机身 e-行走装置
图1.1机械手的组成
1.1执行系统
执行系统是直接握持物件实现所需的各种运动的机械部分，它包括以下机构
（1）抓取机构 抓取机构又称手部或手爪，是机械手直接与被抓取物件接触并施加约束和加紧力的部分。
（2）送放机构 送放机构是执行系统中将被抓取物件送放到目的地的机械部分。它主要由手臂、手腕、行走装置等部分组成。
手臂是用来支撑腕部和手部并改变被送放物件的空间位置的。它是机械手的主要运动部件。
手腕主要是用来调整和改变被送放物件的方位，并连接手臂和手指。
行走装置的主要作用是扩大机械手的送放范围，以适应远距离操作的需要。
（3）机身 机身是机械手中用来支撑送放机构的部件，也是安装驱动系统，控制系统的基础部件。
1.2 驱动系统
机械手的驱动系统是为执行系统各部分提供动力的装置。驱动系统可分为液压传动、气压传动、电力传动和机械传动等多种形式。液压驱动系统主要由油泵，油缸，油压阀机管路组成。
1.3 控制系统
机械手控制系统的功用是通过对驱动系统的控制使执行系统按照规定的要求进行工作，并检测其工作位置正确与否。它主要包括程序控制和位置检测等部分.
程序控制装置指挥机械手按规定的程序进行运动,并记忆人们给予机械手的指令信息(如动作顺序,运动轨迹,运动速度,运动时间等),同时按其控制系统的信息对执行系统发出指令,必要时它还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.
信息检测装置主要用来控制机械手执行系统的运动位置,并随时竟执行系统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,从而使执行系统以一定的精度达到设定位置.
第2章 方案设计及主要参数的确定
2.1 方案设计
根据课题要求，机械手需要具备上料、翻转和转位等多种功能，并按该自动线的统一生产节拍和生产纲领完成以上动作，因此可采用以下多种设计方案。
（1）直角坐标系式，自动线成直线布置，机械手空中行走，顺序完成上料、翻转、转位等功能。这种方案结构简单，自由度少，易于配线，但需要架空行走，油液站不能固定，这使设计复杂程度增加，运动质量增大。
（2）机身采用立柱式，机械手侧面行走，顺序完成上料、翻转、转位等功能，自动线仍呈直线布置。这种方案可以集中设计液压站，易于实现电气、油路定点连接，但占地面积大，手臂悬伸量较大。
（3）机身采用机座式，自动线围绕机座布置，顺序完成上料、翻转、转位等功能。这种案具有电液集中、占地面积小、可从地面抓取工件等优点，但配线要求较高。
本设计拟采用第三种方案，如图（1）所示。这是一种球坐标式机械手，具有立柱旋转⌒z、手臂伸缩→x、手臂俯仰⌒y、腕部转动⌒x和腕部摆动⌒y五个自由度。
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