　　本说明书所设计的关节型机械手应用圆柱坐标式整体机构，能够实现夹取、安放、搬运棒形工件等功能。这个机械手主要由手爪、手腕、手臂、腰部和机座等部分组成，主要的活动功能体现在整个机械手的四个自由度以及手爪的闭合。其中四个自由度包括腰部的回转，腰部的升降，手臂的伸缩，手腕部的回转。这个机械手的整体规模一般，适用于小巧型工业零件的抓取和搬运，如电子加工业等。

该机械手主要就是靠液压缸的油压变化来实现4个自由度和手爪的夹取。在油路的布置和规划中应用了液压传动的原理以及机械制造的原理，使得油路能够更加的符合机械设计过程中的合理性和可靠性，安全性和经济性。充分利用好机构的相互配合关系，合理布置零件间的空间结构，使本设计更加的合理完善。

关键字：关节型机械手圆柱坐标液压缸四自由度

Abstract

This explanation is designed articulated robot application type cylindrical coordinates overall organization, to achieve gripping, put the rod work piece handling functions. The robot gripper mainly by the wrists, arms, waist and base and other components, the main event features embodied in the entire four degrees of freedom and the robot gripper closure. Four degrees of freedom, including rotation, waist lifting, telescopic arm, wrist rotation of the waist. The overall size of the robot is generally suitable for compact industrial parts crawl and handling, such as electronic processing industry.

The robot is mainly by hydraulic cylinders to achieve change gripping four degrees of freedom and a gripper. In the oil circuit layout and planning of the application of the principles and the principles of hydraulic transmission machinery manufacturing, making the oil to be more in line with the mechanical design process rationality and reliability, safety and economy. Take full advantage of a good relationship with each other agencies, rational arrangement of space between the structural components, making the design more reasonable and perfect.

Keywords: articulated manipulator cylindrical coordinates cylinder four degrees of freedom

摘要2

目录4

1.1 研究目的5

1.2 研究意义5

2 机械手的总体设计7

2.1 关节型机械手的组成7

2.1.1 执行机构10

2.1.2 驱动机构11

2.2 圆柱坐标式机械手运动简图11

3 关节型机械手机械系统设计12

3.1 手部12

3.1.1 夹紧力的计算12

3.1.2夹紧缸驱动力计算13

3.2 腕部14

3.2.1 腕部设计的基本要求14

3.2.2 腕部回转力矩的计算14

3.2.3 手腕回转缸的设计计算16

3.3 臂部17

3.3.1 手臂伸缩液压缸17

3.3.2手臂回转液压缸24

结论27

参考文献28

致谢29

1 绪论

　　　机械手这几十年在中国已经发展起来成为一种高新技术自动化生产设备。它的特点是可通过编程来控制各种预期的工作任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的灵活性和适应性。机械手工作的准确性和耐各种环境中完成作业的能力，在社会化大生产中的各个领域有着广阔的应用前途。

1.1 研究目的

　　　本次毕业设计是关节型机械手的机构设计，在社会生产中关节型机械手的使用已经十分广泛，被大量的应用于重工业、轻工业等领域。实际上这个课题的设计在国内外都已有了相当先进的科学研究成果。国外对机械手的研究早已在上个世纪九十年代就达到了机电一体化的程度，他们现在更多地是在研究如何用人们的思维或人体的简单动作去完成去机械手的控制与操作。国内这几年在这些领域也有了快速的发展，在各大院校的研究室以及各个科研机构的研究室都积极地开发相关产品。所以，我此次的设计是在参考阅读了大量相关已有的技术资料，并在符合指导老师肖老师所提出的各类要求下对大学四年所学知识的一次应用和升华。此次的设计过程需应用到大学学到的许多门相关课程如机械设计、机械原理、液压与气压传动等等。同时也要求我熟悉的使用操作CAD、Pro-E软件以及机械制图中的相关知识。这一切也算是对我大学画上的最好的一个句号！

1.2 研究意义

　　　关节型机械手在当今工业快速发展的中国有着举足轻重的地位。在许多工业制造机械制造领域工业机械手具有许多人类无法比拟的优点，大大提高了社会生产力满足了社会化大生产的需要，其主要优点如下：

　　　1可以在危险和有害操作代替人。只要根据工作环境的合理设计，选择合适的材料和结构，机器人可以在一个不正常的高温或低温，异常压力和有害气体，粉尘，辐射效应，以及冲压，火灾等危险环境做的工作。许多类型的事故，如冲压，铸造，热处理，锻造，绘画和电弧焊接等作业的强紫外线照射，并应促进工业机器人或机器人。

　　　2能长时间工作，不怕疲劳，人们可以从繁重单调的劳动被释放，并拓展和延伸人类的能力。经过几个小时的连续工作的人总是感到疲倦或疲劳，只要注意机器人的维护，检修，合格的努力长期单调重复。

　　　3动作准确，这样你就可以稳定和提高产品质量，同时避免人为错误。

　　　4机械臂尤其是常见的工业机器人的通用性，柔韧性好，能更好地适应不断变化的产品品种，满足柔性生产的需要。可以显著提高生产力并降低成本。　　　　　　　　　　　　2 机械手的总体设计

2.1 关节型机械手的组成

　　　工业机械手是由执行机构、液压驱动系统组成的。

　　　执行机构的自由度实现形式主要如下：

　　　1）腰部的升降如图所示腰部升降液压缸的工作原理如下：

液压油从缸底盖右下端的油管进入油腔中，给予一定的油压使得活塞和活塞杆以一定的速度向上运动从而推动机械手的臂部、腕部和手部的整体上下运动。回程过程时由右侧缸盖上方的油管充入一定量的液压油使活塞和活塞杆整体下降。由图可知，此机械手腰部的升降距离就由这个空腔的垂直高度决定。腰部回转液压缸的工作原理如下：

此图中表示的腰部的回转运动是由回转液压缸来实现的。由图可知，标号为3处的液压缸动片由键同回转轴固定在一起。此时当液压油从5左油孔进油时就会产生一定的油压，由于动片与回转轴是固定的，所以油缸就产生了相对的转动同时也带动整个臂部旋转。同样的，当油从6右油孔进入时油压就会使缸体及臂部向相反的方向转动。

3）手臂的伸缩如图所示：工作时，液压油从左侧缸体下部的油孔进入，回转轴通过螺纹与缓冲套连在一起，由于两边缓冲套、轴肩的轴向定位以及缸筒的周向约束，活塞和活塞杆就被连在一起。当活塞杆左端受到油压时，活塞杆与活塞就会一起向右边伸展运动。（左侧的回油路可以在回程过程中起到维持液压油流速及油压的作用。）回程时油从左侧的油孔进入油腔。其中的缓冲节流阀可以在往返过程中控制油腔中的油量以维持活塞杆伸缩的速度。手爪的抓取闭合左侧的油管进油产生油压推动活塞渐而推动弹簧压缩使得楔块向右直线运动，类似凸轮机构一样让两手爪闭合抓取物料。在搬运过程中保持一定的油压让手爪处的弹簧处于拉伸状态。当要卸料时就在油孔端减小油量使油压降低让弹簧都缓慢的恢复到初始位置完成下料动作。

2.1.1 执行机构

　　　1.手爪部分也就是机械手直接与件料接触的部分，采用两指式的回转型的手爪，因其结构简单易懂。手爪的外形采用向内抓取的方式，并截面为梯形的手指使棒料在机械手搬运过程中更加平稳牢靠。在传力机构方面采用液压动力及弹簧的伸缩来实现。通过控制油量渐而影响油压来实现整个抓取动作的完成

　　　2.手腕部分是连接手爪部分和手臂的部件，主要需要完成的就是手腕的回转动作。手腕部分主要由回转液压缸组成。在设计过程中还把手爪部分所需要的液压传力机构的油路设计在回转轴内并设计合理的回程。设计时需要在油缸上开设有两个油孔来实现液压回转功能

　　　 3.手臂部分手臂是用来支持手腕及手爪各种运动以及具有伸缩功能的部分。本文的手臂只有一个部分和一个自由度。采用圆柱坐标式。在伸缩过程中的传力机构也是液压缸，并利用了如缓冲节流阀等机构来实现对手臂运动的速度控制。

　　　4.腰部腰部是连接手臂和底座的部分，需要支撑起整个手臂的重量。这里我有点小偷懒就把腰部和手臂部焊接在一起了。腰部能够实现两个自由度，腰部的回转以及腰部的升降。腰部的回转与腕部的回转十分相似。

2.1.2 驱动机构

该机械手的驱动机构主要采用液压缸驱动模式。采用液压缸的方式来驱动的驱动力范围跨度大，成本也较低。主要就是有升降液压缸、回转液压缸等。在合理安排液压油路的同时也增设了缓冲节流阀等来控制液压油速

参考文献

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　　　[4]唐增宝.机械设计课程设计[M].湖北：华中理工大学出版社,1999.

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　　　[6]哈尔滨工业大学理论力学教研室.理论力学.高等教育出版社，2009.

　　　[7]密封技术网信息中心.常用橡胶密封件的类型和适用条件. 密封技术网，．2010-10-7.

　　　[8]郑文纬.机械原理.第七版北京：高等教育出版社，1997.

　　　[9]何铭新.机械制图.第六版北京：高等教育出版社，2010.

缸体后盖.gif

回转缸.gif

回转杠.gif

手臂缸.gif

手臂伸缩缸.gif

腕部回转缸.gif

腰部杆.gif

腰部活塞杆.gif

总装配图.gif

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