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1、题 目：增力机构研究与创新设计姓 名：班级学号：指导教师：摘 要摘 要传统的气动工业机械手夹持装置，当由外夹持转换为内夹持，或由夹持小尺寸工件转换到夹持大尺寸工件时，一般都需要重新设计和制造，这势必显著延缓交货周期。此外，由于气压传动压力较低，在需要较大夹持力的场合，气缸体积较为庞大和笨重，也是长期存在的技术难题。本论文介绍基于串联组合增力机构的工业机械手可重构气动夹持装置的创新设计思路，分析了串联组合增力机构的技术特点，对串联组合增力机构与以串联组合增力机构为基础的工业机械手夹持装置的技术性能进行了较为系统的综合分析，说明了其工作原理和技术性能特点，给出了夹持力的计算公式和力学特性曲线。所创
2、新设计的可重构气动夹持装置，以几何形体极为简单的杆件为基本构件，并通过基本构件的形状改变与位置重组，可迅速满足对不同尺寸的工件，来进行内夹持与外夹持的需求，以及不同夹紧力的需求。所设计的夹持装置由于以串联组合增力机构为基础能结合各种装置的优点，并且采用气缸内置的总体布局，结构极为简约紧凑，能扬长避短，实现效率最大化和体积、成本最小化。该夹持装置以气压传动为动力源，气压传动以洁净的压缩空气作为传动介质，相对于容易对环境产生污染的液压传动而言，在绿色化方面具有显著优势。由于该夹持装置采用多级串联增力机构，解决了一般气压传动夹持装置因系统压力较低而导致夹持力不足的缺点，可在一定范围内代替容易造成环境
3、污染的液压传动夹持装置。关键词：串联组合增力机构；夹持装置；气压传动； 佳木斯大学教务处 第 83 页AbstractAbstractThe traditional clamping mechanism of industry manipulator，When converting from outside to inside clamping, or clamping a workpiece of small size conversion to a larger clamping work piece, Generally need to design and manufacture, T
4、his will significantly delayed delivery cycle. In addition, due to the low-pressure pneumatic drive, in need of large clamping force is a heavy and huge volume of cylinder, and the technical problems exist for a long time. This paper describes a new innovation design idea of reconfigurable pneumatic
5、 clamping mechanism based on series-connected force amplifier .Analyses the combination in series force amplifier in the technical characteristic , compare with series-connected force amplifierDesigned clamping device due to the series force amplifier as the basis to combine the advantages of variou
6、s devices, and the overall layout with built-cylinder, the structure is extremely simple and compact, able to exceed and to maximize efficiency and volume, cost minimization . The pneumatic clamping device to drive the power source, pneumatic drive to clean the air as the transmission medium, as opp
7、osed to easy on the environment in terms of pollution of hydraulic transmission, In the protection of the environment has a significant advantage . Using the two-step or three-step force-amplifier, the device solved the shortcoming of lower press result in the smaller force of pneumatic drive system
8、, and thus can be instead of the hydraulic clamping device in certain extent which easily leads to environmental pollution. The graphic example, corresponding formula of output force and mechanics characteristics curve are given which of important reference value and the guide meaning for engineerin
9、g fields.Keywords： Series combination force amplifier； Clamping device； Pneumatic drive.目录摘 要.IAbstract.II第 1 章绪论41.1工业机械手夹持装置发展概述41.2串联组合增力技术51.2.1串联组合增力技术的作用51.2.2串联组合增力技术的发展61.3课题的提出及主要内容71.3.1课题提出的背景71.3.2主要研究内容8第 2 章夹持装置中的增力机构92.1一次增力机构92.1.1基于长度效应的增力机构92.1.2基于角度效应的增力机构122.2二次增力机构162.2.2基于长度-角度
10、效应的二次增力机构202.2.3基于角度-角度效应的二次增力机构212.3三次增力机构252.3.1基于角度长度角度效应的三次串联增力机构252.3.2基于角度角度长度效应的三次串联增力机构25第 3 章二次增力可重构气动夹持装置273.1工作原理与机构演变273.2力学计算与性能分析293.2.1力学计算公式293.2.2力学性能分析30第 4 章三次增力可重构气动夹持装置314.1工作原理与机构演变314.2力学计算与性能分析334.2.1力学计算公式334.2.2力学性能分析34第 5 章基于手动增力机构创新设计365.1凸轮-铰杆、凸轮-斜楔增力机构365.1.1偏心凸轮-铰杆增力机构
11、工作原理365.1.2力学计算375.1.3偏心凸轮-斜楔增力机构工作原理395.1.4力学计算405.2端面凸轮杠杆增力机构425.2.1端面凸轮杠杆增力机构工作原理425.2.2力学计算425.3行星轮-铰杆增力机425.3.1行星轮-铰杆增力机构工作原理425.3.2行星轮-铰杆增力机构的优点43总结.44参考文献45致谢.47附 录1.48附 录2.58附 录3.72毕 业 论 文（设 计）用 纸第 1 章 绪论1.1 工业机械手夹持装置发展概述工业机械手是上世纪中下旬发展起来的综合学科，它集中了机械工程、电子工程、计算机工程、自动控制工程以及人工智能等多种学科知识于一身，代表了机电一
12、体化的最高成就 1。自从 1962 年美国研制出世界上第一台工业机械手以来，机械手技术及其产品发展非常迅猛，已成为柔性制造系统（FMS）、自动化工厂（FA）、计算机集成制造系（CIMS）的自动化工具。工业机械手作为现代制造业的主要自动化设备，已经被广泛的应用到工程机械、汽车制造、电子信息、家用电器等各个行业中进行装配、加工、焊接、搬运等复杂作业，在欧美发达国得到了广泛的应用。我国的工业机械手技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，因此迫切需要解决产业化前期的关键技术，而其中的机械手夹持技术就是急待提高的关键技术之 2工业机械手夹持装置相当于人的手指，是工业机械手的灵魂与核心。它的作用就是
13、用适当的力夹紧物料，再由传递机构将物料从某一位置和方位用 3-6，按一定的运动轨迹传递到另一位置和方位早期的工业机械手夹持机构，大多采用结构上甚为复杂而笨重的齿条-齿轮-齿条传动机构，或锥面螺旋机构传动等。而参考文献 7-9介绍的夹持装置，虽然在结构上有了简化，但他们对所夹持对象尺寸的变化，以及对夹紧力要求的变化，适应性都很差，不能满足现代市场对机械制造业提出的短周期、大批量、绿色化、甚至个性化的要求。目前，工业机械手的夹持装置，大多采用气压传动或液压传动。液压传动具有运动平稳、输出力大等优点，因此目前制造业中应用的流体传动机械手中，液压机械手夹持装置的应用非常广泛 10。但液压传动的缺点是运
14、动较慢、灵敏度不够高，特别是在日益提倡环保的今天，液压传动的致命缺点就是液压介质容易泄露污染环境。而从流+体传动绿色化这一方面来说，气压传动具有一些得天独厚的优点：空气可以从大气中获得；同时，用过的空气可以直接排到大气中去，处理方便，万一空气管路有泄漏，除引起部分功率损失外，不致产生不利于工作的严重影响，也不会污染环境。同时气压传动具有动作迅速等一系列显著优点，使得它在工业生产中得到越来越广泛的应用，已成为自动化不可缺少的重要手段。随着气动技术的发展，气动机械手的应用也越来越广泛,特别是在一些工业装配过程中,利用气动机械手能提高工作效率,还可用在一些对人体健康不利的场合。气动机械手具有结构简单
15、、重量轻、动作迅速、可靠、节能、不污染环境、易实现过载保护等优点,特别适用于汽车制造业、食品和药品包装行业、化工行业、精密仪器制造业和军事工业等。但气压传动有一个致命缺点，即压缩气体极容易泄漏，导致系统压力 P 不可能太高，一般在 0.5MPa 左右。因而，在要求夹持力较大的场合，往往会造成驱动夹持机构的气缸直径过大，使得设计人员有时不得不采用容易造成环境污染的液压传动夹持装置。但采用串联组合增力技术可以很容易地在夹持装置的机械传动部分得到 10 倍以上的增力比，所以能够较好地解决气动夹持装置系统压力不高的问题。1.2 串联组合增力技术1.2.1 串联组合增力技术的作用自古以来人类对增力技术进行了持续不懈的研究与探索，发明了形式众多的增力机构：如滑轮、斜楔、螺旋、凸轮、铰杆等机械机构用 11，以及利用帕斯卡原理的流体传动增力机构等。但如此繁多的增力机构装置，若分
