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冲压机械手—手臂部分设计
摘要
本文所设计的冲压机械手用于搬运工件，为了增加本机械手的通用性，在结构尽可能紧凑的情况下，最大限度地使工业机械手具有较大的抓取范围。
本文主要介绍了冲压机械手的概念、组成和分类，机械手的自由度和坐标形式、运动及国内外的发展状况。对冲压机械手进行总体方案设计，首先确定了机械手的坐标形式为圆柱坐标型，自由度数为5，接着确定了机械手的驱动装置为液压缸，然后确定了机械手的主要技术参数。同时，设计了机械手的手部结构形式为滑槽杠杆式钳爪、手腕的结构形式为采用电机带动腕回转、臂部结构形式采用双导向杆导向，机身结构形式为升降缸置于回转缸之上的结构形式，计算出了夹紧工件所需的驱动力、手腕转动时所需的驱动力矩、手臂伸缩所需的驱动力、手臂俯仰所需的驱动力、手臂升降所需的驱动力和手臂回转所需的驱动力矩。继而设计了冲压机械手的各个部分液压缸的尺寸和结构及各个部分之间连接与支承部件的结构与尺寸。
关键词 液压驱动；冲压机械手；液压缸
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目录
摘要…… I
第1章 绪论 1
1.1 机械手的含义 1
1.2 机械手的产生、应用与发展 1
1.2.1 机械手的产生（简史） 1
1.2.2 应用简况 2
1.2.3 发展趋势 2
1.3 冲压机械手的组成与运动 3
1.3.1 冲压机械手的组成 3
1.3.2 冲压机械手的运动 5
第2章 冲压机械手的手部设计 10
2.1 概述 10
2.2 手部机构形式 10
2.2.1 手爪 10
2.2.2 传动装置 10
2.2.3 驱动装置 10
2.3 前爪式手部机构的选用要点 11
2.4 滑槽杠杆式钳爪的夹紧力分析与计算 11
2.5 滑槽杠杆式钳爪手部机构的驱动力计算 13
2.6 手部夹紧液压缸的设计与计算 13
2.7 本章小结 14
第3章 冲压机械手的腕部设计 15
3.1 概述 15
3.2 腕部回转力矩的计算 15
3.2.1 摩擦阻力矩 15
3.2.2 工件重心偏置引起的偏置力矩 15
3.2.3 腕部启动时的惯性阻力矩 16
3.3 本章小结 17
第4章 工业机械手臂部的设计 18
4.1 概述 18
4.2 冲压机械手臂部的结构形式 18
4.2.1 冲压机械手臂部伸缩运动的结构 19
4.2.2 冲压机械手臂部俯仰运动的结构 19
4.2.3 冲压机械手臂部回转及升降的结构 20
4.2.4 导向装置 20
4.3 冲压机械手臂部运动驱动液压缸的设计与计算 21
4.3.1 手臂水平伸缩运动驱动液压缸的计算 21
4.3.2 手臂垂直升降运动驱动液压缸的设计与计算 22
4.4 冲压机械手的液压缓冲装置 23
4.5 本章小结 24
结论 25
致谢 26
参考文献 27
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第1章绪论
1.1机械手的含义
“机械手”（mechanical hand，也被称为“自动手”(auto hand), 多数是指附属于主机、程序固定的自动抓取、操作装置（国内一般称作机械手或者专用机械手）。它能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具。它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。它特别是在高温、高压、多粉尘、易燃、易爆、放射性等恶劣环境中，以及笨重、单调、频繁的操作中代替人作业，因此获得日益广泛的应用。
1.2机械手的产生、应用与发展
1.2.1机械手的产生（简史）
早在20世纪初，随着机床、汽车等制造业的发展就出现了机械手。1913年美国福特汽车工业公司安装了第一条零件加工自动线，为了解决自动线、自动机的上下料与工件的传送，采用了专用机械手代替人工上下料与传送工件。可见专用机械手就是作为自动机、自动线的附属装置出现的。
前苏联自六十年代开始发展应用机械手，至1977年底，其中一半是国产，一半是进口。
日本是工业机械手发展最快、应用最多的国家。自1969年从美国引进两种机械手后大力从事机械手的研究。
我国虽然开始研究工业机械手仅比日本晚5～6年，但由于种种原因，工业机械手计时的发展比较慢。目前我国已开始有计划地从国外引进工业机器人（工业机械手）技术，通过引进、仿制、改造、创新，工业机械手技术必将获得迅速发展。
目前，工业机械手大部分还属于第一代，主要依靠工人进行控制；改进的方向主要是降低成本和提高精度。
第二代机械手正在加紧研制。它设有微型电子计算控制系统，具有视觉、触觉能力，甚至听、想的能力。研究安装各种传感器，把感觉到的信息反馈，是机械手具有感觉机能。
第三代机械手则能独立完成工作中过程中的任务。它与电子计算机和电视设备保持联系，并逐步发展成为柔性制造系统（FMS）和柔性制造单元（FMC）中的重要一环。
1.2.2应用简况
机械手的应用意义可以概括如下：
应用机械手有利于实现材料的传送、工件的装卸、刀具的更换以及机器的装配等的自动化的程度，从而可以提高劳动生产率和降低生产成本。
在高温、高压、低温、低压、有灰尘、噪声、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空间狭窄的场合中，用人手直接操作是有危险或根本不可能的，而应用机械手即可部分或全部代替人安全的完成作业，使劳动条件得以改善。在一些简单、重复，特别是较笨重的操作中，以机械手代替人进行工作，可以避免由于操作疲劳或疏忽而造成的人身事故。
有资料统计：美国偏重于毛坯生产，日本偏重于机械加工。随着机械手技术的发展，应用的对象还会有所改变。
机械手在锻造工业中的应用能进一步发展锻造设备的生产能力，改善热、累等劳动条件。
国内机械手工业、铁路工业中首先在单机、专机上采用机械手上下料，减轻工人的劳动强度。
国外铁路工业中应用机械手以加工铁路车轴、轮等大、中批零件。并和机床共同组成一个综合的数控加工系统。
采用机械手进行装配更始目前研究的重点，国外已研究采用摄像机和力传感装置和微型计算机连在一起，能确定零件的方位达到镶装的目的。
1.2.3发展趋势
目前机械手主要用于机床加工、铸造、热处理等方面，无论数量、品种和性能方面还是不能满足工业发展的需要。
在国内主要是逐步扩大应用范围，重点发展铸造、热处理方面的机械手，以减轻劳动强度，改善作业条件，在应用专用机械手的同时，相应的发展通用机械手，有条件的还要研制示教式机械手、计算机控制机械手和组合机械手等。将机械手各运动构件，如伸缩、摆动、升降、横移、俯仰等机构以及根据不同类型的加紧机构，设计成典型的通用机构，所以便根据不同的作业要求选择不同类型的基加紧机构，即可组成不同用途的机械手。既便于设计制造，有便于更换工件，扩大应用范围。同时要提高速度，减少冲击，正确定位，以便更好的发挥机械手的作用。
此外，国外机械手的发展趋势是大力研制具有某种智能的机械手。使它具有一定的传感能力，能反馈外界条件的变化，作相应的变更。如位置发生稍许偏差时，即能更正并自行检测，重点是研究视觉功能和触觉功能。目前已经取得一定成绩。
视觉功能即在机械手上安装有电视照相机和光学测距仪（即距离传感器）以及微型计算机。工作是电视照相机将物体形象变成视频信号，然后送给计
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