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1、气动机械手的设计摘摘 要要 气动机械手是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、轻工和 原子能等部门。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。关键词关键
2、词：气动机械手；气缸；气动回路。目目 录录第一章 绪论.11.1 气动机械手概述.1 1.2 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.31.3 国内外发展状况.4 1.4 课题的提出及主要任务 .61.4.1 课题的提出 .61.4.2 课题的主要任务.7第二章 气动系统设计.1641 气压传动系统工作原理图 .16第三章 机械手总体设计方案和气动回路的设计.102.1 机械手的运动规划 .10 2.2 机械手基本形式的选择 .12 2.3 机械手的主要部件及运动 13 2.4 驱动机构的选择 .13 2.5 机械手的技术参数列表 .13 2.6 气动回路的
3、设计 .144 气动机械手的机械结构设计.153.1 机械手末端执行器 的设计 15 3.1.1 末端执行器的 概述. 15 3.1.2 末端执行器 的运动和驱动方式 16 3.1.3 末端执行器 的典型结构 .16 3.1.4 末端执行器 的具体设计 .17 3.2 机械手手臂的设计 .19 3.2.1 机械手手臂的设计要求 .19 3.2.2 机械手手臂的具体设计方案 .20 3.2.3 伸缩手臂的设计 . 21 3.2.4 升降手臂的设计 . 24 3.2.5 回转臂设计 . 265 结论.30致谢.31参考文献.321 1 绪论绪论1.1 气动机械手概述气动机械手概述气动机械手由操作机
4、(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
5、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
6、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机械手的组成和分类1.2.1 机械手的组成机械手的组成工业机械手通常由执行机构、驱动传动装置、控制系统和智能系统四部分组成。图 1-2 为工业机械手的典型结构，图 1-3 为工业机械手的组成方框图。 图 1-2 工业机械手
7、的典型结构 工业机械手执行机构驱动装置控制系统腕部腰部臂部基座部（固定或移动）电、液或气驱动装置单关节伺服控制器关节协调及其它 信息交换计算机感觉装置 子手部图 1-3 工业机械手的组成方框图执行机构（也称操作机）是 机械手赖以完成工作任务的实体，通常由杆件和关节组成。从功能的角度，执行机构可分为：手部、腕部、臂部、腰部和基座等。手部又称末端执行器，是工业 机械手直接进行工作的部分 ，可以是各种夹持器。有时人们也把诸如电焊枪、油漆喷头等划作机器手的手部；腕部与手部相连，主要功能是带动手部完成预定姿态，是操作机的中结构最为复杂的部分；臂部用以连接腰部和腕部，通常由两个臂杆（小臂和大臂）组成，用于
8、带动腕部做平面运动；腰部是连接臂和基座的部件，通常是回转部件，腰部的回转运动加上臂部的平面运动，就能使腕部做空间运动。腰部是执行结构的关键部件，它的制造误差、运动精度和平稳性，对 机械手的定位精度有决定性的影响；基座是整个 机械手的支撑部分，有固定式和移动式两种。该部件必须有足够的刚度和稳定性。工业机械手的驱动 -传动装置包括驱动器和传动机构两个部分，它们通常与执行机构连 成一体。传动装置常用的有谐波减速器、滚珠丝杠、链、带以及各种齿轮系。驱动器通常有电机（直流伺服电机、步进电机、交流伺服电机）、液压或气动装置，目前使用最多的是交流伺服电机。控制系统一般有控制计算机和伺 服控制器组成。 控制系
9、统有两种方式。一种是集中式控制，即 机械手的全部控制由一台微型计算机完成。另一种是分散（级）式控制，即采用多台微机来分担机器人的控制，如当采用上、下两级微机共同完成机器人的控制时，主机常用于负责系统的管理、通讯、运动学和动力学计算，并向下级微机发送指令信息；作为下级从机，各关节分别对应一个 CPU，进行插补运算和伺服控制处理，实现给定的运动，并向主机反馈信息。根据作业任务要求的不同， 机械手的控制方式又可分为点智能系统视觉装置 子 语言识别装置位控制、连续轨迹控制和力（力矩）控制。智能系统是目前 机械手系统中一个不够完善但发展很快的子系统。它可分为两个部分：感知系统和分析 -决策智能系统。前者
10、主要靠硬件（各种传感器）实现;后者主要靠软件（如专家系统）实现。 .1.2.2 机械手的分类机械手的分类工业机械手的种类很多，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的自动换刀机械手，如自动机床、自动线的上、下料机械手。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。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
11、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:可以是点位的，也可以实现连续轨控制；同时还可分为伺服型和一般型的机械手，伺服型具有伺服系统定位控制系统，一般的伺服型通用机械手属于数控类型。3、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
12、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，用于工作主机的上、下料。动作频率大，但结构较大，动作程序不可变。(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
