气动通用上下料机械手的设计
气动通用上下料机械手的设计
摘要
本文简要地介绍了工业机器人的概念，机械手的组成和分类，机械手的自由度和座标型式，气动技术的特点，PLC控制的特点及国内外的发展状况。
本文对机械手进行了总体方案设计，确定了机械手的座标型式和自由度，确定了机械手的技术参数。同时，分别设计了机械手的夹持式手部结构以及吸附式手部结构;设计了机械手的手腕结构，计算出了手腕转动时所需的驱动力矩和回转气缸的驱动力矩;设计了机械手的手臂结构，设计了手臂伸缩、升降用液压缓冲器和手臂回转用液压缓冲器。
设计出了机械手的气动系统，绘制了机械手气压系统工作原理图。利用可编程序控制器对机械手进行控制，选取了合适的PLC型号，根据机械手的工作流程制定了可编程序控制器的控制方案，画出了机械手的工作时序图和梯形图，并编制了可编程序控制器的控制程序。
关键词：工业机器人，机械手，气动，可编程序控制器(PLC)
Design on the Currency Pneumatic Loading
and Unloading Manipulator
ABSTRACT
At first,the paper introduces the conception of the industrial robot
and the elertary information of the development briefly. What's more,the paper accounts for background and the primary mission of thetopic.
The paper introduces the function,composing and classification of
the manipulator,tells out the free-degree and the form of coordinate.At
the same time,the paper gives out the primary specification parameter of this manipulator.
This paper designs the structure of the hand and the equipment of the drive of the manipulator,and analyzes the error of the orientation of the fingers.
The paper designs the structure of the wrist,computes the needed moment of the drive when the wrist wheels and the moment of the drive of the pump.
The paper designs the structure of the arm,and designs the hydraulic pressure buffer when the manipulator's arm flexes,ascend,descend and wheels .
The paper designs the system of air pressured rive and draws the work principle chair.
The manipulator uses PLC to control.The paper institutes two controls chemes of PLC acordine to the work flow of the manipulator.The paper draws
out the work time sequence chart and the trapezia chart.What’s more,the paper work out the control program of the PLC.
KEY WORDS industrial robot, manipulator, pump, air pressure drive, PLC
第一章绪论
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置构成，是一种仿人操作，自动控制、可重复编程、能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、变批量的柔性生产。它对稳定、提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。
机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。机器人应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标志。
机器人并不是在简单意义上代替人工的劳动，而是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置，既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力，又有机器可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力，从某种意义上说它也是机器的进化过程产物，它是工业以及非产业界的重要生产和服务性设各，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备.
机械手是模仿着人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。在工业生产中应用的机械手被称为“工业机械手”。生产中应用机械手可以提高生产的自动化水平和劳动生产率:可以减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全生产;尤其在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣的环境中，它代替人进行正常的工作，意义更为重大。因此，在机械加工、冲压、铸、锻、焊接、热处理、电镀、喷漆、装配以及轻工业、交通运输业等方面得到越来越广泛的引用.
机械手的结构形式开始比较简单，专用性较强，仅为某台机床的上下料装置，是附属于该机床的专用机械手。随着工业技术的发展，制成了能够独立的按程序控制实现重复操作，适用范围比较广的“程序控制通用机械手”，简称通用机械
手。由于通用机械手能很快的改变工作程序，适应性较强，所以它在不断变换生产品种的中小批量生产中获得广泛的引用。
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、控制系统以及位置检测装置等所组成。各系统相互之间的关系如方框图2-1所示。
图1-1机械手的组成方框图
Fig.l-1 Pane Chart of Composition of Manipulator
(一)执行机构
包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的还增设行走机构。
1、手部
即与物件接触的部件。由于与物件接触的形式不同，可分为夹持式和吸附式手部。
夹持式手部由手指(或手爪)和传力机构所构成。手指是与物件直接接触的构件，常用的手指运动形式有回转型和平移型。回转型手指结构简单，制造容易，故应用较广泛。平移型应用较少，其原因是结构比较复杂，但平移型手指夹持圆形零件时，工件直径变化不影响其轴心的位置，因此适宜夹持直径变化范围大的工件。
手指结构取决于被抓取物件的表面形状、被抓部位(是外廓或是内孔)和物件
的重量及尺寸。常用的指形有平面的、V形面的和曲面的:手指有外夹式和内撑式;指数有双指式、多指式和双手双指式等。
而传力机构则通过手指产生夹紧力来完成夹放物件的任务。传力机构型式较多，常用的有:滑槽杠杆式、连杆杠杆式、斜面杠杆式、齿轮齿条式、丝杠螺母弹簧式和重力式等。
吸附式手部主要由吸盘等构成，它是靠吸附力(如吸盘内形成负压或产生电磁力)吸附物件，相应的吸附式手部有负压吸盘和电磁盘两类。
对于轻小片状零件、光滑薄板材料等，通常用负压吸盘吸料。造成负压的方式有气流负压式和真空泵式。
对于导磁性的环类和带孔的盘类零件，以及有网孔状的板料等，通常用电磁吸盘吸料。电磁吸盘的吸力由直流电磁铁和交流电磁铁产生。
用负压吸盘和电磁吸盘吸料，其吸盘的形状、数量、吸附力大小，根据被吸附的物件形状、尺寸和重量大小而定。
此外，根据特殊需要，手部还有勺式(如浇铸机械手的浇包部分)、托式(如冷齿轮机床上下料机械手的手部)等型式.
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
手臂是支承被抓物件、手部、手腕的重要部件。手臂的作用是带动手指去抓取物件，并按预定要求将其搬运到指定的位置.
工业机械手的手臂通常由驱动手臂运动的部件(如油缸、气缸、齿轮齿条机构、连杆机构、螺旋机构和凸轮机构等)与驱动源(如液压、气压或电机等)相配合，以实现手臂的各种运动。
手臂可能实现的运动如下:
手臂在进行伸缩或升降运动时，为了防止绕其轴线的转动，都需要有导向装置，以保证手指按正确方向运动。此外，导向装置还能承担手臂所受的弯曲力矩和扭转力矩以及手臂回转运动时在启动、制动瞬间产生的惯性力矩，使运动部件受力状态简单。
导向装置结构形式，常用的有:单圆柱、双圆柱、四圆柱和V形槽、燕尾槽等导向型式。
4、立柱
立柱是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分，手臂的回转运动和升降(或俯仰)运动均与立柱有密切的联系。机械手的立往通常为固定不动的，但因工作需要，有时也可作横向移动，即称为可移式立柱。
5、行走机构
当工业机械手需要完成较远距离的操作，或扩大使用范围时，可在机座上安装滚轮、轨道等行走机构，以实现工业机械手的整机运动。滚滚轮轮式式布行走机构可分为有轨的和无轨的两种。驱动滚轮运动则应另外增设机械传动装置。
6、机座
机座是机械手的基础部分，机械手执行机构的各部件和驱动系统均安装于机座上，故起支撑和连接的作用。
(二)驱动系统
驱动系统是驱动工业机械手执行机构运动的动力装置，通常由动力源、控制调节装置和辅助装置组成。常用的驱动系统有液压传动、气压传动、电力传动和机械传动。
(三)控制系统
控制系统是支配着工业机械手按规定的要求运动的系统。目前工业机械手的控制系统一般由程序控制系统和电气定位(或机械挡块定位)系统组成。
控制系统有电气控制和射流控制两种，它支配着机械手按规定的程序运动，并记忆人们给予机械手的指令信息(如动作顺序、运动轨迹、运动速度及时间)，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。
(四)位置检测装置
控制机械手执行机构的运动位置，并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。
1.2.2机械手的分类
工业机械手的种类很多，关于分类的问题，目前在国内尚无统一的分类标准，在此暂按使用范围、驱动方式和控制系统等进行分类。
(一)按用途分
机械手可分为专用机械手和通用机械手两种:
1、专用机械手
它是附属于主机的、具有固定程序而无独立控制系统的机械装置。专用机械手具有动作少、工作对象单一、结构简单、使用可靠和造价低等特点，适用于大批量的自动化生产，如自动机床、自动线的上、下料机械手和“加口工中心”附属的自动换刀机械手。
2、通用机械手
它是一种具有独立控制系统的、程序可变的、动作灵活多样的机械手。在规格性能范围内，其动作程序是可变的，通过调整可在不同场合使用，驱动系统和控制系统是独立的。通用机械手的工作范围大、定位精度高、通用性强，适用于不断变换生产品种的中小批量自动化的生产。
通用机械手按其控制定位的方式不同可分为简易型和伺服型两种:简易型以“开一关”式控制定位，只能是点位控制: 伺服型具有伺服系统定位控制系统，可以是点位的，也可以实现连续轨迹控制，一般的伺服型通用机械手属于数控类型。
(二)按驱动方式分
1、液压传动机械手
是以液压的压力来驱动执行机构运动的机械手。其主要特点是:抓重可达几百公斤以上、传动平稳、结构紧凑、动作灵敏。但对密封装置要求严格，不然油的泄漏对机械手的工作性能有很大的影响，且不宜在高温、低温下工作。若机械
手采用电液伺服驱动系统，可实现连续轨迹控制，使机械手的通用性扩大，但是电液伺服阀的制造精度高，油液过滤要求严格，成本高。
2、气压传动机械手
是以压缩空气的压力来驱动执行机构运动的机械手。其主要特点是:介质李源极为方便，输出力小，气动动作迅速，结构简单，成本低。但是，由于空气具有可压缩的特性，工作速度的稳定性较差，冲击大，而且气源压力较低，抓重一般在30公斤以下，在同样抓重条件下它比液压机械手的结构大，所以适用于高速、轻载、高温和粉尘大的环境中进行工作。
3、机械传动机械手
即由机械传动机构(如凸轮、连杆、齿轮和齿条、间歇机构等)驱动的机械手。它是一种附属于工作主机的专用机械手，其动力是由工作机械传递的。它的主要特点是运动准确可靠，动作频率大，但结构较大，动作程序不可变。它常被用于工作主机的上、下料。
4、电力传动机械手
即有特殊结构的感应电动机、直线电机或功率步进电机直接驱动执行机构运动的机械手，因为不需要中间的转换机构，故机械结构简单。其中直线电机机械手的运动速度快和行程长，维护和使用方便。此类机械手目前还不多，但有发展前途。
(三)按控制方式分
1、点位控制
它的运动为空间点到点之间的移动，只能控制运动过程中几个点的位置，不能控制其运动轨迹。若欲控制的点数多，则必然增加电气控制系统的复杂性。目前使用的专用和通用工业机械手均属于此类。
2、连续轨迹控制
它的运动轨迹为空间的任意连续曲线，其特点是设定点为无限的，整个移动过程处于控制之下，可以实现平稳和准确的运动，并且使用范围广，但电气控制系统复杂。这类工业机械手一般采用小型计算机进行控制。
1.3国内外发展状况
国外机器人领域发展近几年有如下几个趋势:
(1)工业机器人性能不断提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修)，而单机价格不断下降，平均单机价格从91年的10.3万美元降至97年的65万美元。
(2)机械结构向模块化、可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位一体化:由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机;国外已有模块化装配机器人产品问市。
(3)工业机器人控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化;器件集成度提高，控制柜日见小巧，且采用模块化结构:大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。
(4)机器人中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器，而遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制;多传感器融合配置技术在产品化系统中已有成熟应用。
(5)虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制，如使遥控机器人操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操纵机器人。
(6)当代遥控机器人系统的发展特点不是追求全自治系统，而是致力于操作者与机器人的人机交互控制，即遥控加局部自主系统构成完整的监控遥控操作系统，使智能机器人走出实验室进入实用化阶段。美国发射到火星上的“索杰纳”机器人就是这种系统成功应用的最著名实例。
(7)机器人化机械开始兴起。从94年美国开发出“虚拟轴机床”以来，这种新型装置已成为国际研究的热点之一，纷纷探索开拓其实际应用的领域。
我国的工业机器人从80年代“七五”科技攻关开始起步，在国家的支持下，通过“七五”、“八五”科技攻关，目前己基本掌握了机器人操作机的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术，生产了部分机器人关键元器件，开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人;其中有130多台套喷漆机器人在二十余家企业的近30条自动喷漆生产线(站)上获得规模应用，
弧焊机器人己应用在汽车制造厂的焊装线上。但总的来看，我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，如:可靠性低于国外产品；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比有差距;在应用规模上，我国己安装的国产工业机器人约200台，约占全球已安装台数的万分之四。以上原因主要是没有形成机器人产业，当前我国的机器人生产都是应用户的要求，“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、成本也不低，而且质量、可靠性不稳定。因此迫切需要解决产业化前期的关键技术，对产品进行全面规划，搞好系列化、通用化、模块化设计，积极推进产业化进程.我国的智能机器人和特种机器人在“863”计划的支持下，也取得了不少成果。其中最为突出的是水下机器人，6000m水下无缆机器人的成果居世界领先水平，还开发出直接遥控机器人、双臂协调控制机器人、爬壁机器人、管道机器人等机种:在机器人视觉、力觉、触觉、声觉等基础技术的开发应用上开展了不少工作，有了一定的发展基础。但是在多传感器信息融合控制技术、遥控加局部自主系统遥控机器人、智能装配机器人、机器人化机械等的开发应用方面则刚刚起步，与国外先进水平差距较大，需要在原有成绩的基础上，有重点地系统攻关，才能形成系统配套可供实用的技术和产品，以期在“十五”后期立于世界先进行列之中。
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，工业现场的很多易燃、易爆等高危及重体力劳动场合必将由机器人所代替。这一方面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，目前在我国的许多中小型汽车生产以及轻工业生产中，往往冲压成型这一工序还需要人工上下料，既费时费力，又影响效率。为此，我们把上下料机械手作为我们研究的课题。
现在的机械手大多采用液压传动，液压传动存在以下几个缺点:
(1)液压传动在工作过程中常有较多的能量损失(摩擦损失、泄露损失等)；
液压传动易泄漏，不仅污染工作场地，限制其应用范围，可能引起失火事故，而且影响执行部分的运动平稳性及正确性。
(2)工作时受温度变化影响较大。油温变化时，液体粘度变化，引起运动特性变化。
(3)因液压脉动和液体中混入空气，易产生噪声。
(4)为了减少泄漏，液压元件的制造工艺水平要求较高，故价格较高;且使用维护需要较高技术水平。
鉴于以上这些缺陷，本机械手拟采用气压传动，气动技术有以下优点:
(1)介质提取和处理方便。气压传动工作压力较低，工作介质提取容易，而后排入大气，处理方便，一般不需设置回收管道和容器:介质清洁，管道不易堵塞，不存在介质变质及补充的问题.
（2)阻力损失和泄漏较小，在压缩空气的输送过程中，阻力损失较小(一般仅为油路的千分之一)，空气便于集中供应和远距离输送。外泄漏不会像液压传动那样，造成压力明显降低和严重污染。
(3)动作迅速，反应灵敏。气动系统一般只需要0.02s-0.3s即可建立起所需的压力和速度。气动系统也能实现过载保护，便于自动控制。
(4) 能源可储存。压缩空气可存贮在储气罐中，因此，发生突然断电等情况时，机器及其工艺流程不致突然中断。
(5) 工作环境适应性好。在易燃、易爆、多尘埃、强磁、强辐射、振动等恶劣环境中，气压传动与控制系统比机械、电器及液压系统优越，而且不会因温度变化影响传动及控制性能。
(6) 成本低廉。由于气动系统工作压力较低，因此降低了气动元、辅件的材质和加工精度要求，制造容易，成本较低。
传统观点认为:由于气体具有可压缩性，因此，在气动伺服系统中要实现高精度定位比较困难(尤其在高速情况下，似乎更难想象)。此外气源工作压力较低，抓举力较小。虽然气动技术作为机器人中的驱动功能已有部分被工业界所接受，而且对于不太复杂的机械手，用气动元件组成的控制系统己被接受，但由于气动机器人这一体系己经取得的一系列重要进展过去介绍得不够，因此在工业自动化领域里，对气动机械手、气动机器人的实用性和前景存在不少疑虑。
1.4.2课题的主要任务
本课题将要完成的主要任务如下:
(1)机械手为通用机械手，因此相对于专用机械手来说，它的适用面必须更广.
(2)选取机械手的座标型式和自由度
(3)设计出机械手的各执行机构，包括:手部、手腕、手臂等部件的设计。为了使通用性更强，手部设计成可更换结构，既可以用夹持式手指来抓取棒料工件，又可以用气流负压式吸盘来吸取板料工件。
(4)气压传动系统的设计
本课题将设计出机械手的气压传动系统，包括气动元器件的选取，气动回路的设计，并绘出气动原理图。
(6)机械手的控制系统的设计
本机械手拟采用可编程序控制器(PLC)对机械手进行控制，本课题将要选取PLC型号，根据机械手的工作流程编制出PLC程序，并画出梯形图。
第二章机械手的设计方案
对气动机械手的基本要求是能快速、准确地拾一放和搬运物件，这就要求它们具有高精度、快速反应、一定的承载能力、足够的工作空间和灵活的自由度及在任意位置都能自动定位等特性。设计气动机械手的原则是:充分分析作业对象(工件)的作业技术要求，拟定最合理的作业工序和工艺，并满足系统功能要求和环境条件;明确工件的结构形状和材料特性，定位精度要求，抓取、搬运时的受力特性、尺寸和质量参数等，从而进一步确定对机械手结构及运行控制的要求; 尽量选用定型的标准组件，简化设计制造过程，兼顾通用性和专用性，并能实现柔性转换和编程控制.
本次设计的机械手是通用气动上下料机械手，是一种适合于成批或中、小批生产的、可以改变动作程序的自动搬运或操作设备，动强度大和操作单调频繁的生产场合。它可用于操作环境恶劣，劳动强度大和操作单调频繁的生产场合。
2.1机械手的座标型式与自由度
按机械手手臂的不同运动形式及其组合情况，其座标型式可分为直角座标式、圆柱座标式、球座标式和关节式。由于本机械手在上下料时手臂具有升降、收缩及回转运动，因此，采用圆柱座标型式。相应的机械手具有三个自由度，为了弥补升降运动行程较小的缺点，增加手臂摆动机构，从而增加一个手臂上下摆动的自由度
图2-1所示为机械手的手指、手腕、手臂的运动示意图。
图 2-1 机械手的运动示意图
Fig.2-1 Sketch Map of the Motion of Manipulator
2.2 机械手的手部结构方案设计
为了使机械手的通用性更强，把机械手的手部结构设计成可更换结构，当工件是棒料时，使用夹持式手部;当工件是板料时，使用气流负压式吸盘。
2.3 机械手的手腕结构方案设计
考虑到机械手的通用性，同时由于被抓取工件是水平放置，因此手腕必须设有回转运动才可满足工作的要求。因此，手腕设计成回转结构，实现手腕回转运动的机构为回转气缸。
2.4 机械手的手臂结构方案设计
按照抓取工件的要求，本机械手的手臂有三个自由度，即手臂的伸缩、左右回转和升降(或俯仰)运动。手臂的回转和升降运动是通过立柱来实现的，立柱的横向移动即为手臂的横移。手臂的各种运动由气缸来实现。
2.5 机械手的驱动方案设计
由于气压传动系统的动作迅速，反应灵敏，阻力损失和泄漏较小，成本低廉因此本机械手采用气压传动方式。
2.6 机械手的控制方案设计
考虑到机械手的通用性，同时使用点位控制，因此我们采用可编程序控制器(PLC)对机械手进行控制。当机械手的动作流程改变时，只需改变PLC程序即可实现，非常方便快捷。
2.7机械手的主要参数
1、主参数机械手的最大抓重是其规格的主参数，目前机械手最大抓重以10公斤左右的为数最多。故该机械手主参数定为10公斤，高速动作时抓重减半。使用吸盘式手部时可吸附5公斤的重物。
2、基本参数运动速度是机械手主要的基本参数。操作节拍对机械手速度提出了要求，设计速度过低限制了它的使用范围。而影响机械手动作快慢的主要因素是手臂伸缩及回转的速度。
该机械手最大移动速度设计为1.2m/s，最大回转速度设计为1200°/s，平均移动速度为lm/s，平均回转速度为900°/s。
机械手动作时有启动、停止过程的加、减速度存在，用速度一行程曲线来说明速度特性较为全面，因为平均速度与行程有关，故用平均速度表示速度的快慢更为符合速度特性。
除了运动速度以外，手臂设计的基本参数还有伸缩行程和工作半径。大部分机械手设计成相当于人工坐着或站着且略有走动操作的空间。过大的伸缩行程和工作半径，必然带来偏重力矩增大而刚性降低。在这种情况下宜采用自动传送装置为好。根据统计和比较，该机械手手臂的伸缩行程定为600mm,最大工作半径约为1500mm，手臂安装前后可调200mm。手臂回转行程范围定为2400(应大于180否则需安装多只手臂)，又由于该机械手设计成手臂安装范围可调，从而扩大了它的使用范围。手臂升降行程定为150mm。
定位精度也是基本参数之一。该机械手的定位精度为土0.5～±lmm
2.8机械手的技术参数列表
一、用途:
用于 100 吨以上冲床上下料。
二、设计技术参数:
1、抓重
10公斤 (夹持式手部)
5公斤 ( 气流负压式吸盘)
2、自由度数
4个自由度
3、座标型式
圆柱座标
4、最大工作半径
1500mm
5、手臂最大中心高
1380mm
6、手臂运动参数
伸缩行程 600mm
伸缩速度 500mm/s
升降行程 200mm
升降速度 300mm/s
回转范围 0°～ 240°
回转速度90°
7、手腕运动参数
回转范围 0°～ 180°
回转速度 180°/s
8、手指夹持范围
棒料 : 80～150mm
片料 : 面积不大于0.5m Z 9、定位方式
行程开关或可调机械挡块等10、定位精度
士0.5mm
l1,缓冲方式
液压缓冲器
12.驱动方式
气压传动
13、控制方式
点位程序控制(采用PLC)
图2- 6机械手的工作范围
Fig.2-6 Work Range of Manipulator
第三章手部结构设计
为了使机械手的通用性更强，把机械手的手部结构设计成可更换结构，当工件是棒料时，使用夹持式手部:当工件是板料时，使用气流负压式吸盘。
3.1.1手指的形状和分类
夹持式是最常见的一种，其中常用的有两指式、多指式和双手双指式:按手指夹持工件的部位又可分为内卡式(或内涨式)和外夹式两种:按模仿人手手指的动作，手指可分为一支点回转型，二支点回转型和移动型(或称直进型)，其中以二支点回转型为基本型式。当二支点回转型手指的两个回转支点的距离缩小到无穷小时，就变成了一支点回转型手指;同理，当二支点回转型手指的手指长度变成无穷长时，就成为移动型。回转型手指开闭角较小，结构简单，制造容易，应用广泛。移动型应用较少，其结构比较复杂庞大，当移动型手指夹持直径变化的零件时不影响其轴心的位置，能适应不同直径的工件。
3.1.2设计时考虑的几个问题
(一)具有足够的握力(即夹紧力)
在确定手指的握力时，除考虑工件重量外，还应考虑在传送或操作过程中所产生的惯性力和振动，以保证工件不致产生松动或脱落。
(二)手指间应具有一定的开闭角
两手指张开与闭合的两个极限位置所夹的角度称为手指的开闭角。手指的开闭角应保证工件能顺利进入或脱开，若夹持不同直径的工件，应按最大直径的工件考虑。对于移动型手指只有开闭幅度的要求。
(三)保证工件准确定位
为使手指和被夹持工件保持准确的相对位置，必须根据被抓取工件的形状，选择相应的手指形状。例如圆柱形工件采用带“V”形面的手指，以便自动定心。
(四)具有足够的强度和刚度
手指除受到被夹持工件的反作用力外，还受到机械手在运动过程中所产生的惯性力和振动的影响，要求有足够的强度和刚度以防折断或弯曲变形，当应尽量使结构简单紧凑，自重轻，并使手部的中心在手腕的回转轴线上，以使手腕的扭转力矩最小为佳。
(五)考虑被抓取对象的要求
根据机械手的工作需要，通过比较，我们采用的机械手的手部结构是一支点两指回转型，由于工件多为圆柱形，故手指形状设计成V型，其结构如附图所示.
3.1.3手部夹紧气缸的设计
1、手部驱动力计算
本课题气动机械手的手部结构如图3-2所示，其工件重量G=10公斤，“V”形手指的角度2 =120°，b=120mm， R=24mm,摩擦系数为f=0.10 。
图3-2 齿轮齿条式手部
Fig.3-2 Gear Wheel Hand
小型气动机械手的设计
小型气动机械手的设计 摘要：本文主要进行了气动机械手的总体结构设计和气动设计。机械手的机械结构由气缸、气爪和连接件组成，可按预定轨迹运动，实现对工件的抓取、搬运和卸载。气动部分的设计主要是选择合适的控制阀，设计合理的气动控制回路，通过控制和调节各个气缸压缩空气的压力、流量和方向来使气动执行机构获得必要的力、动作速度和改变运动方向，并按规定的程序工作。气动机械手作为机械手的一种, 它具有结构简单、重量轻、动作迅速、平稳、可靠、节能和不污染环境等优点而被广泛应用。 关键词：气动机械手；气缸；控制阀；回路；设计 Design of Small Pneumatic Manipulator Abstract:This article mainly has carried on the overall structural design and aerodynamic design of pneumatic manipulator. Robot mechanical structure is composed of a cylinder, a pneumatic claw and a connecting piece, according to a predetermined trajectory, on a workpiece gripping, conveying and unloading. Pneumatic main part of the design is to choose appropriate control valve, the rational design of pneumatic control circuit, the control and regulation of each cylinder of compressed air pressure, flow and direction to the pneumatic actuator to obtain the necessary force, speed of action and change the direction of movement, and according to the prescribed procedures work.Pneumatic machinery as a manipulator, which has the advantages of simple structure, light weight, quick action, stable, reliable, energy saving and no pollution to environment has been widely used. Key words: Pneumatic manipulator; cylinder; control valve; Circuit; the design 1 前言 机械工业是国民的装备部，是为国民经济提供装备和为人民生活提供耐用消费品的产业。不论是传统产业，还是新兴产业，都离不开各种各样的机械装备，机械工业所提供装备的性能、质量和成本，对国民经济各部门技术进步和经济效益有很大的和直接的影响。机械工业的规模和技术水平是衡量国家经济实力和科学技术水平的重要标志。因此，世界各国都把发展机械工业作为发展本国经济的
上下料机械手
上下料机械手 上下料机械手主要实现机床制造过程的完全自动化，并采用了集成加工技术，适 用于生产线的上下料、工件翻转、工件转序等。在国内的机械加工，目前很多都是使 用专机或人工进行机床上下料的方式，这在产品比较单一、产能不高的情况下是非常 适合的，但是随着社会的进步和发展，科技的日益进步，产品更新换代加快，使用专 机或人工进行机床上下料就暴露出了很多的不足和弱点，一方面专机占地面积大结构复杂、维修不便，不利于自动化流水线的生产；另一方面，它的柔性不够，难以适应日益加快的变化，不利于产品结构的调整；其次，使用人工会造成劳动强度的增加，容易产生工伤事故，效率也比较低下，且使用人工上下料的产品质量的稳定性不够， 不能满足大批量生产的需求。 广州神勇智能装备有限公司在研发生产上下料机械手方面具有丰富的经验。已有 很多成功案例解决现在中小企业招工难的问题。 使用上下料机器人自动柔性搬运系统就可以解决以上问题, 该系统具有很高的效 率和产品质量稳定性, 柔性较高且可靠性高, 结构简单更易于维护, 可以满足不同种类产品的生产, 对用户来说, 可以很快进行产品结构的调整和扩大产能, 并且可以大大降低产业工人的劳动强度。 上下料机器人采用模块化设计，可以进行各种形式的组合，组成多台联机的生产线。组成部分有：立柱、横梁(X轴)、竖梁(Z轴)、控制系统、上下料仓系统、爪手系 统等。各模块在机械上彼此相对独立，亦可以在一定范围内进行任意组合，可实现对 车床、加工中心、插齿机、电火花机床、磨床等类设备的自动化生产。 上下料机器人的安装调试可以与加工机床分开进行，机床部分为标准机即可。机
器人部分是一个完全独立体，即便在顾客现场亦可对已经购买的机床进行自动化改造和升级。换言之，机器人故障时，只需调整或维修机器人而不会影响机床的正常运转。 机器人控制系统是整条自动化线的大脑，控制 着每部分机构，即可以独立工作，也可以协调合作， 顺利完成生产。机器人控制系统功能：①对机器人 运行轨迹进行编程;②对各部分机构独立操作;③ 提 供必要的操作指导及诊断信息;④ 能协调机器人与 机床之间的工作过程;⑤ 控制系统具有丰富的I/O 口资源，可扩展;⑥多种控制模式，如：自动，手动，停止，急停，故障诊断。 优越性： (1) 生产效率高：要提高生产效率，必须控制生产节拍。除了固定的生产加工节拍无法提高外，自动上、下料取代了人工操作，这样就可以很好的控制节拍，避免了由于人为因素而对生产节拍产生的影响，大大提高了生产效率。 (2) 工艺修改灵活：我们可以通过修改程序和手爪夹具，迅速的改变生产工艺，调试速度快，免去了对员工还要进行培训的时间，快速就可投产。 (3) 提高工件出场质量：机器人自动化生产线，从上料，装夹，下料完全由机器人完成，减少了中间环节，零件质量大大提高，特别是工件表面更美观。 应用领域：在实践中，自动上下料机器手几乎可以在工业生产中的各行各业被大量广泛应用，具有操作方便，效率高，工件质量高等优点，同时将操作工人从繁重，单调的工作环境中解救出来，越来越受到生产厂家的青睐，拥有此套生产线势必能凸显企业生产实力，提高市场的竞争力，是工业生产加工的必然趋势。
毕业设计气动通用上下料机械手的设计
毕业设计（论文） （说明书） 题目：气动通用上下料机械手的设计 平顶山工业职业技术学院 毕业设计（论文）任务书 任务下达日期 2012 年 2 月 20 日设计（论文）开始日期 2012 年 2 月 26 日
设计（论文）完成日期 2012 年 5 月 20 日设计（论文）题目：气动通用上下料机械手的设计 A·编制设计 B·设计专题（毕业论文） 指导教师田慧玲 系（部）主任 年月日 平顶山工业职业技术学院 毕业设计（论文）答辩委员会记录 进行了毕业设计（论文）答辩。 设计题目：气动通用上下料机械手的设计 专题（论文）题目：气动通用上下料机械手的设计
指导老师：田慧玲 答辩委员会根据学生提交的毕业设计（论文）材料，根据学生答辩情况，经答辩委员会讨论评定，给予学生毕业设计（论文）成绩 为。 答辩委员会人，出席人答辩委员会主任（签字）： 答辩委员会副主任（签字）： 答辩委员会委员：，，， ，，， 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）评语 第页
毕业设计（论文）及答辩评语：
气动通用上下料机械手的设计 摘要 本文简要地介绍了工业机器人的概念，机械手的组成和分类，机械手的自由度和座标型式，气动技术的特点，PLC控制的特点及国内外的发展状况。 本文对机械手进行了总体方案设计，确定了机械手的座标型式和自由度，确定了机械手的技术参数。同时，分别设计了机械手的夹持式手部结构以及吸附式手部结构;设计了机械手的手腕结构，计算出了手腕转动时所需的驱动力矩和回转气缸的驱动力矩;设计了机械手的手臂结构，设计了手臂伸缩、升降用液压缓冲器和手臂回转用液压缓冲器。 设计出了机械手的气动系统，绘制了机械手气压系统工作原理图。利用可编程序控制器对机械手进行控制，选取了合适的PLC型号，根据机械手的工作流程制定了可编程序控制器的控制方案，画出了机械手的工作时序图和梯形图，并编制了可编程序控制器的控制程序。 关键词：工业机器人，机械手，气动，可编程序控制器(PLC)
气动机械手毕业设计论文(DOC)
[机电一体化]论文
目录 第一章绪论............................................... ３ 1.1 气动机械手概述.......................................... ３ 1.2 机械手的组成和分类...................................... ３ 1.2.1机械手的组成........................................ ３ 1.2.2机械手的分类........................................ ５ 1.3 国内外发展状况.......................................... ７ 1.4课题的提出及主要任务..................................... ８ 1.4.1课题的提出.......................................... ８ 1.4.2课题的主要任务...................................... ９第二章机械手的设计方案................................. １０ 2.1机械手的坐标型式与自由度............................... １０ 2.2 机械手的手部结构方案设计.............................. １１ 2.3 机械手的手腕结构方案设计.............................. １１ 2.4 机械手的手臂结构方案设计.............................. １１ 2.5 机械手的驱动方案设计.................................. １１ 2.6 机械手的控制方案设计.................................. １２ 2.7 机械手的主要参数...................................... １２第三章气动系统设计...................................... １３3．1 气压传动系统工作原理图............................... １３第四章机械手的PLC控制设计.............................. １４ 4.1可编程序控器的简介..................................... １４
上下料机械手开题报告
上下料机械手开题报告 篇一：生产线组合机床自动上下料机械手开题报告毕业设计（论文）开题报告 题目生产线组合机床自动上下料机械手课题类型设计课题来源自拟课题学生姓名张三学号XX01010001 专业机制本科年级班 09级1班 指导教师李四职称讲师 填写日期： XX 年 3 月 28 日 篇二：上下料机械手设计-开题报告 题目：上下料机械手的设计 姓名： 学号： 专业： 指导老师： 职称： 时间： 上下料机械手的设计 1 、科学依据 ? 课题的科学意义 通过设计出上下料机械手来提高工作效率，降低工人的工作强度，使我们的工厂向无人化、机械化、高效化发展。
通过设计，培养学生调研、文献检索及应用的独立工作能力，使学生掌握机电系统的监控的一般方法及步骤，熟练掌握各类资料、手册以及计算机等工具的使用方法，提高学生的自学能力、动手能力与创新能力。 ? 课题的提出 进入21世纪，随着我国人口老龄化的提前到来，近来在东南沿海还出现在大量的缺工现象，迫切要求我们提高劳动生产率，降低工人的劳动强度，提高我国工业自动化水平势在必行，本设计的目的就是设计一个气动上下料机械手，应用于工业自动化生产线，实现自动化生产，减轻产业工人大量的重复性劳动，同时又可以提高劳动生产率。 现在的机械手大多采用液压传动，液压传动存在以下几个缺点: 1) 液压传动在工作过程中常有较多的能量损失(摩擦损失、泄露损失等):液压传动易泄漏，不仅污染工作场地，限制其应用范围，可能引起失火事故，而且影响执行部分的运动平稳性及正确性。 2)工作时受温度变化影响较大。油温变化时，液体粘度变化，引起运动特性变化。 3）因液压脉动和液体中混入空气，易产生噪声。 4）为了减少泄漏，液压元件的制造工艺水平要求较高，故价格较高;且使用维护需要较高技术水平。鉴于以上这些
自动上下料机械手的主要零部件设计及三维造型
-- 摘要 本次设计的课题是自动上下料机械手的主要零部件设计及三维造型,确定了机械手的座标型式和自由度，确定了机械手的技术参数。 机械手能代替人工操作,起到减轻工人劳动强度，节约加工时间,提高生产效率，降低生产成本的特点。在实用基础上，对自动上下料机械手直臂与夹持部件进行三维设计，其中分为三个部分:手爪、手腕、直臂。整体机械手为直角坐标型，驱动均为电机驱动,结构简单可靠,精度高。设计了手爪为平移型夹持式手爪，传动结构为滑动丝杆；手腕为回转型，转动角度为0-180°，传动结构为蜗轮蜗杆；设计了机械手的手腕结构，计算出了手腕转动时所需的驱动力矩；画出机械手的运动简图;对工作机构和传动系统进行设计计算，包括主要部件的设计计算、强度校核和运动分析;设计绘制起升装置的总图和主要零件工作图;利用三维CAD软件对主要零件进行实体设计和造型。 关键词:直臂与夹持部件;机械手；CAD二维设计；Prｏ／ｅ三维设计
Abstract Thｅtopic of this ｄｅsiｇn iｓthｅｍaｉn ｃompoｎent ｏf theａutomatiｃup-ｄoｗn mａｔerial manipuｌatｏr ｄesiｇn and 3 d mｏdeｌling, detｅrmｉｎe the ｃoordｉnates ｏfｔhe manipulatｏr type ａnd dｅｇｒeｅof freedom, dｅterｍine the techniｃal pａrameters of tｈe manipuｌａtor. Ｒｏｂots cａn ｒeplａce manｕａｌopｅｒａtion，reduce lａboｒｉntensitｙ，savｅｐroceｓｓing time,ｉｍprove the producｔion efficieｎｃy,rｅducｅtｈｅpｒｏdｕction cｏｓｔ.Ｏn the bａsis of practｉcａｌ，aｕtoｍatic manｉpulａtor arm ｓtrａｉｇht up andｄowｎanｄclampiｎg ｐarts fｏr 3 d ｄesｉgｎ，ｗhｉch is ｄｉvided into ｔhree pａrｔs: ｈand, wrist，arｍstraighｔ. Iｎtegral ｔyｐｅｍanｉｐuｌator ｆor ｒectangular coordiｎates, ｄriｖe fｏｒmotｏｒdriｖe, strｕcturｅsimple，ｒeliａble and ｈigｈprｅｃisｉon．Ｄeｓｉgnｈａnd clａw clａｍｐing tyｐｅgｒiｐper ｆor tｒansｌａtｉon, tｈe ｔransｍission sｔrｕctｕｒｅfor slｉｄing screw; Ｗrist fｏr ｔｒaｎsfｏｒmatｉｏn, roｔaｔｉoｎAｎglｅoｆ0-180°, foｒtheｗorm gear aｎd worm drｉvｅstructurｅ；Ｍanｉpulaｔor wrist ｓt ｒuctuｒeｗas dｅsｉgned, caｌcuｌateｄｔhe ｗｒｉｓtｗｈｅnｔｈe d ｒｉｖinｇmoｍent；Draw thｅｍanｉpｕlator kinematic skｅtch; Ｔhe woｒｋiｎｇmｅchanism and tｒansmissｉon systｅm deｓign and cａlculation, inc ｌuｄｉng desｉgｎｃａlcｕlatｉｏn, inｔensity and tｈeｍovｅmeｎt o ｆtｈe main partｓof ａnａlysis; Deｓｉgn dｒawing gｅneｒaｌlayouｔand ｍaiｎparts ｏｆｌiftinｇdｅvｉce wｏrkｉｎｇdrawinｇ；Ｕsing th ｒee-ｄimeｎsiｏnaｌCＡＤｓｏfｔwarｅfor thｅｍaiｎpaｒｔs ｆor physicaｌdesｉgｎaｎd moｄｅｌling. Kｅｙwｏrd: Straight arm and clamping ｐａｒtｓ; Manipulaｔor; 2 d ＣAD ｄeｓｉgn;Ｐro/e 3 d desｉgn
机床上下料机械手设计_说明书(65页)
机床上下料机械手设计_说明书(65页) 机床上下料机械手设计说明书第1章绪论1.1 选题背景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。近年来，随着电子技术特别是电子计算机的广泛应用，机器人的研制和生产已成为高技术领域内迅速发展起来的一门新兴技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。机械手能代替人类完成危险、重复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，提高劳动生产力。机械手越来越广泛的得到了应用，在机械行业中它可用于零部件组装，加工工件的搬运、装卸，特别是在自动化数控机床、组合机床上使用更普遍。目前，机械手已发展成为柔性制造系统FMS和柔性制造单元FMC中一个重要组成部分。把机床设备和机械手共同构成一个柔性加工系统或柔性制造单元，它适应于中、小批量生产，可以节省庞大的工件输送装置，结构紧凑，而且适应性很强。当工件变更时，柔性生产系统很容易改变，有利于企业不断更新适销对路的品种，提高产品质量，更好地适应市场竞争的需要。而目前我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，应用规模和产业化水平低，机械手的研究和开发直接影响到我国自动化生产水平的提高，从经济上、技术上考虑都是十分必要的。因此，进行机械手的研究设计是非常有意义的。 1.2 设计目的本设计通过对机械设计制造及其自动化专业大学本科四年的所学知识进行整合，完成一个特定功能、特殊要求的数控机床上下料机械手的设计，能够比较好地体现机械设计制造及其自
动化专业毕业生的理论研究水平，实践动手能力以及专业精神和态度，具有较强的针对性和明确的实施目标，能够实现理论和实践的有机结合。目前，在国内很多工厂的生产线上数控机床装卸工件仍由人工完成，劳动强度大、生产效率低。为了提高生产加工的工作效率,降低成本,并使生产线发展成为柔性制造系统,适应现代自动化大生产,针对具体生产工艺,利用机器人技术，设计用一台装卸机械手代替人工工作，以提高劳动生产率。本机械手主要与数控车床（数控铣床，加工中心等）组合最终形成生产线，实现加工过程（上料、加工、下料）的自动化、无人化。目前，我国的制造业正在迅速发展，越来越多的资金流向制造业，越来越多的厂商加入到制造业。本设计能够应用到加工工厂车间，满足数控机床以及加工中心的加工过程安装、卸载加工工件的要求，从而减轻工人劳动强度，节约加工辅助时间，提高生产效率和生产力。 1.3 国内外研究现状和趋势目前，在国内外各种机器人和机械手的研究成为科研的热点，其研究的现状和大体趋势如下： A．机械结构向模块化、可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位一体化；由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机。B．工业机器人控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化；器件集成度提高，控制柜日见小巧，且采用模块化结构；大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。 C．机器人中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器，而遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行决策控制；多传感器融合配置技术成为智能化机器人的关键技术。 D．关节式、侧喷式、顶喷式、龙门式喷涂机器人产品标准化、通用化、模块化、系列化设计；柔性仿形喷涂机器人开发，柔性仿形复合机构开发，仿形伺服轴轨迹规
气动机械手设计说明书
目录 气动机械手及继电器控制系统设计 (2) 第一章绪论 (2) 1.1 气动机械手概述 (2) 1.2 机械手的组成和分类 (3) 1.2.1 机械手的组成 (3) 1.2.2 机械手的分类 (3) 1.3课题的提出及主要任务 (5) 第 2 章继电器硬件系统设计 (6) 2.1 系统分析 (6) 2.2方案确定 (7) 2.3元器件介绍 (7) 第三章软件系统设计 (12) 3.1控制方案的确定 (12) 3.2 工作过程 (14) 第四章调试过程 (17) 第五章设计总结 (21) 第六章附图 (23) 6.1 三维零件图： (23) 6.2 三维装配图： (24) 第七章参考文献 (26)
气动机械手及继电器控制系统设计 第一章绪论 1.1 气动机械手概述 气动机械手由操作机（机械本体）、控制器、驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化设备。特别适合于多品种、变批量的柔性生产。它对稳定、提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。机械手是模仿着人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。在工业生产中应用的机械手被称为“工业机械手”。生产中应用机械手可以提高生产的自动化水平和劳动生产率: 可以减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全生产; 尤其在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣的环境中，它代替人进行正常的工作，意义更为重大。因此，在机械加工、冲压、铸、锻、焊接、热处理、电镀、喷漆、装配以及轻工业、交通运输业等方面得到越来越广泛的引用. 机械手的结构形式开始比较简单，专用性较强，仅为某台机床的上下料装置，是附属于该机床的专用机械手。随看工业技术的发展，制成了能够独立的按程序控制实现重复操作，适用范围比较广的“程序控制通用机械手
自动上下料机械手开题报告
自动上下料机械手开题报告 1.课题研究的意义 对实现工业生产自动化，推动工业生产的进一步发展起着重要的作用。因而具有强大的生命力受到人们的广泛重视和欢迎。实践证明，工业机械手可以代替人手的繁重劳动，显著减轻工人的劳动强度，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笨重工件的搬运和长期频繁、单调的操作，采用机械手是有效的。此外，他能在高温、低温、深水、宇宙、放射性和其他有毒、污染环境条件下进行操作，更显示其优越性，悠着广阔的发展前途。 2.课题简介和设计要求 1、简介 本课题是为普通车床配套而设计的自动上下料机械手。工业机械手是工 业生产的必然产物，他是一种模仿人体上肢的部分功能，按照预定要求 输送工件或握持工具进行操作的自动化技术设备，对实现工业生产自动 化，推动工业生产的进一步发展起着重要作用 2、本设计的具体要求 本课题通过应用Auto CAD 技术对机械手进行结构设计和液压传动原理 设计，运用PRO/E技术对自动上下料机械手进行三维实体造型，并进行 了运动仿真，使其能将基本的运动更具体的展现在人们面前。他能实行 自动上下料运动。机械手的运动速度是按着满足生存率的要求来设定的。 3.课题研究拟采用的手段和工作路线 课程设计方法； 设计时，认真阅读参考现有的相关技术资料，继承或借鉴前任人的设计经验和成果，但不盲目抄袭，根据具体的设计条件和要求，独立思考，大胆的进行改进与创新，争取拿出一个高质量的设计成果。 全面考虑现有机械手零部件的强度、刚度、工艺性、经济性和维护性等方面要求任何零部件的结构和尺寸。 设计时应尽量使用标准和规范，这样有利于零件的互换性和工艺性，同时也可减少设计工作量、节省设计时间，对于国家标准或部门规范，一般都要严格遵守和执行。设计中采用标准或规范的多少，是评价设计质量的一项重要指标。因此，毕业设计中，凡是有国家标准和企业标准规范要求的，应尽量采用。 工作路线： 了解设计任务书，明确设计要求、工作条件、涉及内容的步骤；通过查阅有关设计资料，参观实物征询操作人员的建议等，了解设计对象的性能、结构及工艺性；准好设计需要的资料、绘图工具；拟定涉及计划等。 绘制机械手各部件装配草图；进行机械手总体结构设计和部件设计。 写明整个设计的主要计算和一些技术说明。
组合机床上下料机械手控制系统的毕业设计
组合机床上下料机械手控制系统的毕业设 计 1 绪论 在工业生产线中，机械手具有很广泛的用途。它是工作抓取和装配系统中的一个重要组成部分。它的基本作用是从指定位置抓取工件运送到另一个指定的位置进行装配。机械手臂代替了人土的繁杂劳动，并且操作精度高，提高了产品质量和生产效率。 1.1 课题简介 1.1.1 机械手概述 运物件或操作工具的自动操作装置。如图1-1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、轻上和原子能等部门。 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，通用性越广在工业生产线中，机械手具有很广泛的用途。它是工作抓取和装配系统中的一个重要组成部分。它的基本作用是从指定位置抓取工件运送到另一个指定的位置进行装配。机械手臂代替了人土的繁杂劳动，并且操作精度高，提高了产品质量和生产效率。 机械手的组成: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 图1-1 自动上下料机械手
件或操作工具的自动操作装置。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、轻上和原子能等部门。 1.1.2 国外机械手的现状和发展趋势 目前工业机械手主要用于机床加工、铸造、热处理等方面，无论数量、品种和性能方而还是不能满足工业发展的需要。 在国主要是逐步扩大应用围，重点发展铸造、热处理方而的机械手，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，有便于更换上件，扩大应用围。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。 此外还应大力研究伺服型、记忆再现型，以及具有触觉、视觉等性能的机械手，并考虑与计算机连用，逐步成为整个机械制造系统中的一个基本单元。 在国外机械制造业中工业机械手应用较多，发展较快。目前主要用于机床、横锻压力机的上下料，以及点焊、喷漆等作业，它可按照事先指定的作业程序来完成规定的操作。 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，即能更正井自行检测，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，然后送给计算机，以便分析物体的种类、大小、颜色和位置，并发出指令控制机械手进行工作。 触觉功能即是在机械手上安装有触觉反馈控制装置。工作时机械手首先伸出手指寻找工作，通过安装在手指的压力敏感元件产生触觉作用，然后伸向前方，抓住工件。手的抓力大小通过装在手指的敏感元件来控制，达到自动调整握力的大小。总之，随着传感技术的发展机械手装配作业的能力也将进一步提高。 更重要的是将机械手、柔性制造系统和柔性制造单元相结合，从而根本改变目前机械制造系统的人工操作状态。 1.1.3 基本工作过程 如图为机械手运动图，机械手的动作过程：手臂 顺时针旋转—手臂下降—手臂右行—手腕顺时针旋
气动机械手设计说明书
气动机械手－设计说明书
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一、设计要求 为卸码垛机械手臂配制造附件,即夹持工件的手指机构。机构应根据工件的形状、尺寸、工件质量大小、表面性质等因素专门设计。本设计拟搬运宽度尺寸9０～11０mｍ、质量为5kg以内的六菱柱形钢质工件，手指机构带水平转盘。设计手指机构的机械结构，机构自身重量控制在10ｋg以内,手指的动力驱动方式自选。 二、具体设计方案 本次机械手的主要设计构思来源于实验室的机械手模型,通过对实验室机械手的一系列观察研究，开始了如下方案的设计。 首先，我们选择了气动的方式来驱动机械手的运动,而对于气缸的选择，因为在这方面的学习还不够,而且对于我们所设计的机械手结构在气缸方面的要求不高,故在此不作进一步研究。 根据实验室的机械手模型,我们仿照其结构把机械手设计为平行式夹持手爪,接下来是对一些重要尺寸的确定做一较为详细的介绍。 2．1机械手手爪伸缩运动的设计 通过查阅相关资料,对于夹持型手爪进行受力分析如图所示,两个手指总夹持力2μＦ必须大于夹持工件的重力ｍg 故应满足2μF>mg，即F>mg/２μ 式中μ为摩擦系数,本次设计的手指夹持处设有辅助件，材料取为硬质橡胶，一般令μ=0.65； 另外已知m为5kg； 由此可得 F>ｍg／2μ=5×9．8/(2×0.６5)＝38N
机械手的结构图如下： 此部分为机械手的夹持部分,由图中可知，此结构主要是以齿轮齿条的啮合运动来实现手指的夹紧与放松,而通过两个类似于单缸气缸的腔体充气和放气产生推动力。因此根据公式可得: Ｄ=(4F／(πPη)）? 其中η为负载率,一般取0．4。代入相关数据可得：D=0．017m 又知腔体中受压缩气体作用的面积为一圆环，即 ｓ=π*（R2-r2)=π*D2/4 (其中Ｒ为腔体外半径，r为轴半径) 只要圆环面积s大于π*D2/4即可,现取Ｄ=0.02m=20mｍ r=10mm R＝20mm 则s的面积足够大,能提供足够的推力来满足运动。 之后根据所夹持件尺寸的要求是9０至11０mm,则按照90mm来计算(最小的工件尺寸），若能夹到的话,则110ｍm的也一定能夹到,然后通过一系列的尺寸推导运算(该部分是通过先初步设计尺寸，然后在建模过程中不断修改所得），即可设计出如上所示的机械手结构。其中最主要的就是齿轮齿条的行程大小确定，它是根据所要夹持工件的尺寸要求来设计的。
气动机械手的设计
吉林工业职业技术学院 毕业论文 题目：气动机械手的设计 系部：化工机械系 专业：焊接技术及自动化 学生姓名：任冬雪 学号： 9 班级：焊接3102 指导教师：金妍 2013 年 04 月 15 日 第一章前言 1.1机械手概述 (4) 1.2机械手的组成和分类 (4) 1.2.1机械手的组成．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4 1.2.2机械手的分类．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6
第二章机械手的设计方案 2.1机械手的坐标型式与自由度．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 8 2.2机械手的手部结构方案设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 8 2.3机械手的手腕结构方案设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 9 2.4机械手的手臂结构方案设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9 2.5机械手的驱动方案设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9 2.6机械手的控制方案设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9 2.7机械手的主要参数．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9 2.8机械手的技术参数列表．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9 第三章手部结构设计 3.1夹持式手部结构．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11 3.1.1手指的形状和分类．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11 3.1.2设计时考虑的几个问题．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．14 3.1.3手部夹紧气缸的设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．14 第四章手腕结构设计 4.1手腕的自由度．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 19 4.2手腕的驱动力矩的计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 19 4.2.1手腕转动时所需的驱动力矩．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 20 4.2.2回转气缸的驱动力矩计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．22 第五章手臂伸缩，升降，回转气缸的设计与校核 5.1手臂伸缩部分尺寸设计与校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．23 5.1.1尺寸设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．23 5.1.2尺寸校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．24 5 .1 .3导向装置．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．25 5 .1 .4平衡装置．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．25 5.2手臂升降部分尺寸设计与校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．26 5.2.1尺寸设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．26． 5.2.2尺寸校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．26 5.3手臂回转部分尺寸设计与校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．27 5.3.1尺寸设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．27 5.3.2尺寸校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．27 第六章机械手的PLC控制设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．27 6.1可编程序控制器的选择及工作过程．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．27 6.1.1可编程序控制器的选择．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．27 6.1.2可编程序控制器的工作过程．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．27 6.2可编程序控制器的使用步骤．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．23 第七章结论．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．24 致谢．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．29 参考文献．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．30 专业相关的资料．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．31
【优秀毕设】自动上下料机械手设计
中国石油大学（北京）现代远程教育 毕业设计（论文） 机械设计制造及其自动化方向 ——自动上下料机械手设计 姓名： 学号： 200808108461 性别：男 专业: 机械设计制造及其自动化 批次： 0809 层次：专升本 电子邮箱： @https://www.wendangku.net/doc/4a4875449.html, 联系方式： 学习中心： 指导教师： 2011年4月22日
目录 第一章绪论 (4) 1.1工业机械手概况 (4) 1.2工业机械手的分类 (4) 1.3工业机械手的发展趋势 (5) 1.4本章小结 (6) 第二章工业机械手的设计方案 (7) 2.1工业机械手的组成 (7) 2.2规格参数 (8) 2.3设计路线与方案 (8) 2.4本章小结 (9) 第三章机械手各部分的计算与分析 (10) 3.1手部计算与分析 (10) 3.1.1 输入输出力的比率分析 (10) 3.2 腕部计算与分析 (13) 3.2.1腕部设计的基本要求 (13) 3.2.2腕部回转力矩的计算 (13) 3.2.3腕部摆动油缸设计 (16) 3.2.4选键并校核强度 (17) 3.3臂部计算与分析 (18) 3.3.1 臂部设计的基本要求 (18) 3.3.2 手臂的设计计算 (20) 3.4 机身计算与分析 (28) 3.5 本章小结 (28) 第四章液压系统 (29) 4.1液压缸 (29) 4.2计算和选择液压元件 (31) 4.2.1液压泵的选取要求及其具体选取 (31) 4.2.2选择液压控制阀的原则 (33) 4.2.3选择液压辅助元件的要求 (33)
4.2.4具体选择液压原件 (33) 4.3本章小结 (34) 第五章液压缸的保养与维修 (36) 5.1液压元件的安装 (36) 5.2 液压系统的一般使用与维护 (36) 5.3 一般技术安全事项 (36) 第六章机械手控制系统 (37) 结论 (38) 参考文献 (39) 致谢 (40)
自动上下料机械手毕业设计
自动上下料机械手毕业 设计 Revised as of 23 November 2020
自动上下料机械手直臂与夹持部件的三维设计及主要零部件设计 学生姓名XXX学号XXXXXX 学生专业机械设计制造及其自动化班级机械XX 系机电指导教师XX 副教授
自动上下料机械手直臂与夹持部件的三维设计及主要零部件设计 摘要：机械手能代替人工操作，起到减轻工人的劳动强度，节约加工时间，提高生产效率，降低生产成本的特点。在实用的基础上，对自动上下料机械手直臂与夹持部件进行三维设计，其中分为三个部分，手爪、手腕、直臂。设计手爪为平移型夹持式手爪，传动结构为滑动丝杆。手腕为回转型，转动角度为0-180°，传动结构为蜗轮蜗杆。直臂传动结构为滚珠丝杆。整体机械手为直角坐标型，驱动均为电机驱动，结构简单可靠，精度高。 关键词：机械手；直臂与夹持部件；Pro/e三维设计；CAD二维设计 中图分类号：T
摘要.................................................................. .................................................................... .........................I 目次............................................................................................................................................... .............III 1绪论 (1) 前言和意义 (1) 工业机械手的简史 (1) 国内外研究现状和趋势 (3) 本章小结 (3) 2机械手直臂部分的总体设计 (4) 执行机构的选择 (4) 驱动机构的选择 (4) 传动结构的选择 (5) 机械手的基本形式选择 (6) 机械手直臂部分的主要部件及运动 (7) 机械手的技术参数 (8) 本章小结 (9) 3机械手手爪的三维设计 (10) 手部设计基本要求 (10) 典型的手部结构 (10) 机械手手爪的设计计算 (10) 选择手爪的类型及夹紧装置 (10) 手爪夹持范围计算 (11) 滑动丝杠设计 (12) 直齿轮设计 (14) 电机选型 (15) 机械手手爪的三维出图及其主要零部件出图 (16) 本章小结 (18) 4机械手手腕部分的三维设计 (19) 腕部设计的基本要求 (19) 腕部的结构以及选择 (19) 典型的腕部结构 (19) 腕部结构和驱动机构的选择 (20) 腕部的设计计算 (20) 蜗轮轴的设计计算 (20)
(机械手)机床上下料机械手设计
第1章绪论 1.1 选题背景 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。近年来，随着电子技术特别是电子计算机的广泛应用，机器人的研制和生产已成为高技术领域内迅速发展起来的一门新兴技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。机械手能代替人类完成危险、重复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，提高劳动生产力。机械手越来越广泛的得到了应用，在机械行业中它可用于零部件组装，加工工件的搬运、装卸，特别是在自动化数控机床、组合机床上使用更普遍。目前，机械手已发展成为柔性制造系统FMS和柔性制造单元FMC 中一个重要组成部分。把机床设备和机械手共同构成一个柔性加工系统或柔性制造单元，它适应于中、小批量生产，可以节省庞大的工件输送装置，结构紧凑，而且适应性很强。当工件变更时，柔性生产系统很容易改变，有利于企业不断更新适销对路的品种，提高产品质量，更好地适应市场竞争的需要。而目前我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，应用规模和产业化水平低，机械手的研究和开发直接影响到我国自动化生产水平的提高，从经济上、技术上考虑都是十分必要的。因此，进行机械手的研究设计是非常有意义的。 1.2 设计目的 本设计通过对机械设计制造及其自动化专业大学本科四年的所学知识进行整合，完成一个特定功能、特殊要求的数控机床上下料机械手的设计，能够比较好地体现机械设计制造及其自动化专业毕业生的理论研究水平，实践动手能力以及专业精神和态度，具有较强的针对性和明确的实施目标，能够实现理论和实践的有机结合。 目前，在国内很多工厂的生产线上数控机床装卸工件仍由人工