气动通用机械手设计-手臂伸缩和回转部分(CAD+论文)

1、摘 要本文简要介绍了工业机械手的概念，机械手的组成和分类，机械手的自由度和坐标形式，气动技术的特点，继电器控制的特点及国内外的发展状况。介绍了机械手的总体设计，确定了机械手的坐标形式和自由度，确定了机械手的技术参数。同时，机械手的夹持式手部结构设计，设计了机械手的手腕结构，转矩和转筒转动手腕计算要求。手臂的结构设计。关键词：机械手，气动，继电器IIIAbstractThis paper briefly introduces the concept of industrial manipulator， composition and classification of the manipulat

2、or， manipulator degrees of freedom and coordinate form， the characteristics of pneumatic technology， characteristics and development at home and abroad relay control.This paper made the overall design of manipulator， determine the coordinates of the manipulator forms and degrees of freedom， determin

3、e the technical parameters of the manipulator. At the same time， the design of clamping manipulator type hand structure， design of manipulator wrist structure， the torque and the rotary cylinder required wrist rotation calculation. The design of the structure of the arm. Key Words：Manipulator，pneuma

4、tic，relay目 录摘 要IAbstractII目 录III第1章 绪论11.1机械手概述11.2 机械手的组成和分类11.2.1机械手的组成11.2.2 机械手的分类41.3 国内外发展概况61.4 课题的提出及主要任务71.4.1 课题的提出71.4.2 课题的主要任务8第2章 机械手设计方案92.1机械手的座标型式和自由度92.2机械手的手部结构方案设计92.3 机械手的手腕结构方案设计92.4机械手的手臂方案结构设计92.5机械手的驱动方案设计102.6 机械手的控制方案设计102.7 机械手的主要参数102.8 机械手的技术参数10第3章 手部结构设计133.1夹持式手部结构13

5、3.1.1 手指的形状和分类133.1.2 设计时考虑的几个问题133.1.3 手部夹紧气缸的设计143.2气流负压式吸盘16第4章 手腕结构设计194.1手腕自由度194.2手腕驱动力矩计算19第5章 手臂结构设计235.1手臂伸缩与手臂回转部分235.1.1 结构设计235.1.2 导向装置235.1.3 手臂伸缩驱动力的计算245.2 手臂升降和回转部分255.3 手臂升降气缸设计255.4 手臂伸缩，升降用液压缓冲器285.5 手臂回转用液压缓冲器29结论30参考文献31致 谢33 第1章 绪论第1章 绪论1.1机械手概述工业机器人由操作机（机械本体），控制器，伺服驱动系统和检测传感装

6、置，一种仿人操作，自动控制，可重复编程，在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。特别适合于多品种柔性生产，可变容积。它的稳定性，提高产品质量，提高生产效率，改善工作条件和快速更新的产品更新换代起着非常重要的作用。机器人技术是一种高新技术综合了计算机，多学科理论，机制控制，人工智能技术，信息和传感器，仿生和形成，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。机器人的应用，是一个国家工业自动化水平的重要指标。机器人并不是在简单意义上代替手工劳动，而是一个综合的电子机械装置的一个人形的人的技能和专业知识的机器，作为一个男人的快速反应的环境的分析和判断能力的状态，该机可长时间连续工作，精度高，抗恶

7、劣环境的能力，这种进化是从某个意义上的机械过程的结果，是重要的制造业和服务业和非工业设备，自动化设备和先进的制造技术，不可或缺的。机械手是模仿人手的部分，根据给定的程序，轨迹和要求实现自动抓取，搬运和操作的自动机械装置。应用于工业生产的被称为“工业机械手”。机械手的应用可以提高生产自动化和生产力的生产水平可以降低劳动强度，保证产品质量，实现安全生产；特别是在高温，高压，低温，低压，粉尘，易爆，有毒气体和放射性等恶劣环境下，它代替正常工作，更重要的。因此，越来越被广泛引用，在加工，冲压，铸造，锻造，焊接，热处理，电镀，涂装，装配和轻工业，交通等。机械手的结构开始比较简单，更具体的，只有机器装卸装

8、置，是一种特殊的机器连接到机械手。随着工业技术的发展，使得独立的按程序实现重复操作控制，具有适用范围宽程控通用机械手”，被称为通用机械手。由于通用机械手可以很快改变工作程序，适应性强，所以它不断变换的小批量生产的品种生产广泛引用。1.2 机械手的组成和分类1.2.1机械手的组成机械手主要由执行机构，驱动系统，控制系统和位置检测装置等。每个系统如框如图1.1所示的关系。控制系统驱动系统被抓取工件执行机构位置检测装置 图1.1机械手的组成方框图(一)执行机构包括手，手腕，手臂和立柱等部件，有的还增设行走机构。1、手部与对象接触的部分。与不同形式的物体接触，可分为夹持式和吸附式手。手握式的手指（或爪

9、）形成和传力机制。手指与物体直接接触的部件，手指的运动形式中常用的旋转和平移式。旋转手指结构简单，容易制造的部件，所以它被广泛用于翻译类型少用，原因是结构较为复杂，但翻译类型指夹圆形零件时，工件直径变化不影响其轴向位置，所以工件夹持直径变化范围大这是合适的。指结构是依赖于表面的形状，抓持物体抓住网站（是大纲或孔）的重量和大小和对象。常用的手指状的平面，的V形和表面：指有外夹式和内；双指型指数，多指型和双指型等。并通过手指的力传递机制产生夹紧力夹紧对象完成任务。传力机构类型，常用的有：滑动杆，连接杆杆型，斜杆，齿轮齿条式，螺母，弹簧式和重力式等。附着式手主要由吸盘结构，它是靠吸附能力（如抽吸负压

10、形成或产生电磁）的吸附物，用负压吸盘和电磁盘两类方面相应的吸附。为轻而薄的部分，光滑的板材，通常有一个负压吸盘的材料。负压气流负压式和真空泵的方法。对环式磁和穿孔的盘类零件，和网片，通常用电磁吸盘的材料。吸电磁吸盘是由一个直流电磁铁和交流电磁铁产生。与吸盘和电磁吸盘的吸力，吸力杯形状，数量，吸附力，根据吸附物体的形状，尺寸和重量和尺寸。此外，根据特殊需要，手勺型（如铸造机械手钢包部分），支持型（手送料机械手如齿轮冷停机）等类型。2、手腕是连接手部和手臂的部件，并可用来调整被抓取物件的方位(即姿势)。3、手臂手臂是支承抓住物体，一方面的一个重要组成部分，手腕。手臂是指驱动来把握对象的作用，并根据

11、预定的要求将被输送到指定位置。工业机械手的手臂通常是由驱动手臂运动的部件（如气缸，气缸，齿轮齿条机构，连杆机构，螺旋机构和凸轮机构）和驱动源（如液压，气动或电动马达等）合作，以实现各种的手臂动作。手臂可能实现的运动如下： 手臂运动基本运动复合运动直线运动与回转运动的组合(即螺旋运动)两直线运动的组合(即平面运动)回转运动:如水平回转、左右摆动运动直线运动:如伸缩、升降、横移运动两回转运动的组合(即空间曲面运动)。手臂伸缩、升降运动，以防止绕其轴线旋转，都需要一个导向装置，以保证手指的运动的正确方向。此外，导向装置可承受弯矩和扭矩臂的臂以及旋转运动的惯性制动瞬间启动，瞬间产生，使运动部件的简单应

12、力状态。导向装置的结构，常用的有：单柱，双缸，四缸和V形槽，燕尾槽导轨式。4、立柱柱支撑臂组成，立柱也可以是手臂的一部分，该臂的旋转和升降（或俯仰）运动是紧密相连的柱。机器人通常是固定的，但由于工作需要，有时也可作横向移动，被称为活柱。5、行走机构当工业机械手需要完成远程操作，或扩大使用范围，可以安装在一个机架辊，履带行走机构，以实现工业机械手的机械运动。辊式行走机构可分为两个轨道和无轨。驱动辊的运动应加机械传动装置。6、机座该基地是机械手的基础部分，机械手执行机构和驱动系统的各个部分都安装在基座上，它起着支撑和连接的作用。（二）驱动系统驱动系统是驱动的工业机械手执行机构运动的动力装置，通常由

13、一个电源，控制调节装置和辅助装置。驱动系统是常用的液压与气压传动，电力传动和机械传动第四种形式。（三）控制系统控制系统由运动要求的工业机械手系统为主。目前一般工业机械手的控制系统由程序控制系统和电气位置（或由定位砌块机械系统）。控制系统的电气控制和流量控制两种，占主导地位的机械手按规定的程序运行，教学信息和人给机械手存储（如动作序列，其运动轨迹，速度和时间），同时，根据控制系统的信息，必要时执行指令，监测的机械手的动作，报警信号时发出的动作有错误或失败。（四）的位置检测装置机械手控制执行机构运动的位置，并保持实际执行器的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

14、使执行机构以一定的精度达到设定位置。3。1.2.2 机械手的分类许多类型的工业机械手，一个分类问题，分类标准，在国内目前还没有统一的，本文根据使用范围临时分类，驱动和控制系统等。（一）的用法机械手可分为专用机械手和通用机械手的两个：1，专用机械手这是一个机械装置连接到主机，与一个固定的程序，没有独立的控制系统。没有行动的特殊机械手，工作对象单一，结构简单，使用可靠，成本低，适合于大公司，如自动机床，自动线，对机械手的加工中心的自动换刀机械手自动化批量生产。2，通用机械手它是一个独立的控制系统，机械手程序，灵活可变作用。通过调整可以用在不同的场合，驱动系统和晶格的性能范围，它的行动计划是可变的，

15、控制系统是独立的。通用机械手的工作范围大，定位精度高，通用性强，适用于小批量自动化生产品种的变化。根据不同的方式定位控制的通用机械手可分为简单和伺服型两种：“一次性”式定位控制的简单类型，只能是一个位置控制伺服型：定位伺服控制系统，可以点对点，也可以实现连续轨迹控制，伺服型通用机械手一般属于数控式。（二）的驱动方法1，液压驱动机械手是驱动机器人执行机构运动的液压压力。其主要特点是：抓了数百公斤的重量，传动平稳，结构紧凑，动作灵活。但对于要求严格的密封装置，否则对机械性能的石油泄漏有很大的影响，而不应在高温，低温的工作。如果机械手采用电液伺服驱动系统，可实现连续轨迹控制，机械手的通用扩展，但电液

16、伺服阀的制造精度高，滤油器是严格的，高成本。2，气动机械手是压缩空气的压力来驱动机器人执行机构的运动。其主要特点是：介质来源极为方便，输出力小，气动动作迅速，结构简单，成本低。然而，由于空气具有可压缩的特性，稳定性差，对影响大的工作速度，和气源压力较低，一般在30公斤赶上重量，它在相同的条件下，抓住比液压机械手的结构重量，在高速轻载的工作很适合，高温、高粉尘环境在。3，机械传动机械手通过机械传动机构（如凸轮，连杆，齿轮和齿条，间歇机构等）驱动的机械手。这是一个特殊的机器连接到主机的手的工作，它的力量是从工作机转。它是可靠的运动，主要特点的运动频率，但结构是更大的，程序不可变作用。通常在基质材料

17、上下作业。4，电力传动机械手这是感应电机，直线电机或功率步进电机直接驱动机器人执行机构运动的特殊结构，因为不需要中间的转换机制，因此一个简单的机械结构。直线电机的机械手的运动速度快和长冲程，维修、操作方便。这种机械手还不多，但很有前途。（三）根据控制点的方法1，位置控制对于点到点之间移动空间，它的运动，几点只能控制在定位过程的运动，可以控制运动轨迹。如果控制点，势必增加电气控制系统的复杂性。目前，使用特殊和一般工业机械手是这样的。2，连续轨迹控制在空间任意连续曲线的轨迹，其特点是设定点是无限的，整个移动过程进行控制，可以实现平稳和准确的运动，和使用范围很广，但电气控制系统复杂。这种机械手一般采

18、用小型计算机控制。1.3 国内外发展概况国外机器人领域的发展有以下近年来的趋势：（1）工业机器人性能不断提高（高速度，高精度，可靠性高，操作方便，维修），和单一的价格不断下降，从91年到97年的103000美元到650000美元的平均单位价格。（2）机械结构向模块化，可重构开发。例如，伺服电机，减速器，检测系统的关节模块的三个关节模块，集成连接模块：采用特种机器人的重组形式；模块化的装配机器人产品在国外已要求市。（3）工业机器人控制系统在基于PC机的开放式控制系统的发展方向，易于标准化，网络化；器件集成度提高，控制柜更紧凑，和模块化结构的使用大大提高了系统的可靠性，可操作性和可维护性。（4）传

19、感器在机器人成为越来越重要的作用，除了使用的位置，速度，加速度传感器的传统，装配，焊接机器人还用于视觉，触觉传感器，同时使用视觉，听觉的远程控制机器人，融合技术力量，环境建模和决策控制的触觉和其他多传感器；在产品配置系统的多传感器融合技术已经成熟，应用。（5）虚拟现实技术在机器人的角色也从模拟和分析了开发过程控制，如在远程工作环境感觉产生的远程控制机器人操作机器人。（6）的远程控制机器人的现代系统发展的特点是不充分的自主控制系统人机交互的追求，而是致力于操作者和机器人，即远程监控远程操作系统和地方自治制度形成一个完整的，使机器人走出实验室进入实用阶段。美国最著名的例子是寄居的”机器人到火星上的

20、“发射系统的成功应用。（7）机器人机械开始上升。94年以来美国开发出“虚拟轴机床”，这种新的设备已成为世界研究的热门课题之一，研究探讨其应用领域。在中国的工业机器人从80年代“七五”科技攻关开始，通过“七五”和“八五”科技攻关得到政府的资助，已掌握了技术，控制系统的硬件和软件设计技术，运动学和机器人制造技术设计的轨迹规划，机器人的关键部件生产的一部分开，喷涂，弧焊，点焊，装配，运输和其他机器人；其中有130多套喷漆机器人自动喷涂生产线，二十多家企业的近30（站）在规模上获得的应使用，已应用于弧焊机器人焊接线的汽车本厂。但总的来说，工业机器人的技术水平和工程应用在中国和国外比还有一定的距离，如：

21、比外国产品不可靠的：机器人应用工程起步较晚，应用领域窄，生产线系统技术与国外相比差距；在应用规模，在中国国内工业机器人已经安装了约200台湾，约4 / 10000的全球安装数量计算。以上原因主要是没有形成机器人产业，中国目前的机器人生产是用户的要求，“一客户，一次重新设计”，品种规格多，批量小，零部件通用化程度低，供货周期长，成本不低，但质量和可靠性不稳定。这是地址的早期关键技术产业化的迫切需要，产品的综合规划，提高泛化，系列化，模块化设计，积极推进产业化进程。在“863”项目的支持，我们的智能机器人和特种机器人，也取得了很多的成果。最突出的是水下机器人的无缆水下机器人6000m，结果在世界领

22、先水平，还开发了一个直接的远程控制机器人，机器人双臂协调控制，爬壁机器人，管道机器人模型：在机器人视觉应用，触觉和触觉，开展了大量工作的基础听觉技术，具有一定的发展基础。但在和多传感器信息融合技术的远程控制应用的发展，远程控制的机器人，和智能装配机器人局部自主系统，机器人的机械和其他方面才刚刚起步，与国外先进水平有较大的差距，需要在原有基础上5。1.4 课题的提出及主要任务1.4.1 课题的提出随着工业自动化程度的提高，工业现场大量的易燃，易爆和重体力劳动的场合与其他高风险将被机器人取代。这可以减轻工人的劳动强度，另一方面可以大大提高劳动生产率。例如，在许多小型车的生产和轻工业生产在我国目前的

23、冲压成形过程中，往往需要人工喂养，费时费力，而且效率的影响。为此，我们将在机械手为研究对象。现在大多数的机械手采用液压传动，液压传动存在以下缺点：（1）液压传动往往是在工作过程中的能量损失（摩擦损失，泄漏损失）：液压传动易泄漏，不仅污染工作场所，限制了其应用范围，可能引起火灾事故，也会影响运动的稳定性和精度，部分的实现。（2）对温度变化影响下的工作是更大的。当油的温度变化，通过运动特性引起的液体的粘度变化，变化。（3）因为空气混入液压脉动和液体，易产生噪声。（4）为了减少液压元件的泄漏，生产技术水平较高，所以价格较高；和维修使用需要较高的技术水平。针对这些缺点，机械手采用气压传动，气动技术具有以下优点：（1）提取介质和方便的治疗。低气压传动的工作介质，工作容易抽出，然后排放到大气中，加工方便，一般不设置回