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1、 2012届本科生毕业设计（论文） 课题名称 仓储搬运机械手主体设计 专 业 机械设计及其自动化 专业方向 机电一体化 班 级 学 号 学生姓名 指导教师 教研室 机械电子 上海应用技术学院 我们总羡慕别人的幸福，却常常忽略自己生活中的美好。其实，幸福很平凡也很简单，它就藏在看似琐碎的生活中。幸福的人，并非拿到了世界上最好的东西，而是珍惜了生命中的点点滴滴，用感恩的心态看待生活，用乐观的态度闯过磨难。 仓储搬运机械手主体设计 摘要：机械手是工业机器人的执行机构，是机器人的关键部位。它能部分的代替人工操作；能按照生产工艺的要求，遵循一定的程序，时间和位置来完成工件的传送和装卸；能制作必要的机具进
2、行焊接和装配。 仓储搬运机械手的出现，大大改善工人的劳动条件，显著地提高劳动生产率，加快实现工业生产的机械化和自动化的步伐 关键词：机械手，液压，自补偿位移测量导向套 Storage Carrying Manipulator Main Body Design Abstract：the industrial robot manipulator is the executive mechanism, is the key part of the robot. It can be part of the operation to replace artificial; According to th
3、e production requirements, follow a certain procedure, time and location to complete the transfer and loading and unloading; Can make the necessary tools to carry out welding and assembly. Storage carrying manipulator, the emergence of greatly improve the labor conditions, significantly improve labo
4、r productivity and the realization of the industrial production mechanization and automation pace. Keyword：Manipulator, Hydraulic pressure, Displacement measurement-oriented sets of self-compensation 目 录 1.前言 1 1.1 机械手的概述和发展 1 1.2 机械手综述 1 1.2.1 机械手设计的目的 1 1.2.2 机械手运用的场合 1 1.2.3 机械手的组成 2 1.2.4 机械手的主要
5、性能参数 2 2.仓储搬运机械手主体设计 3 2.1机械手的工作要求设计 3 2.2机械手手爪计算 3 2.2.1手爪抓取工件结构尺寸限制 3 2.2.2手爪长度的确定 4 2.2.3手指夹紧力的计算 4 2.2.4钳爪式手部结构 6 2.2.5 齿条行程的确定 7 2.2.6 机械手指尖部分结构设计 7 2.3执行系统的选择及具体计算、选型 8 2.3.1手部机构的设计计算及选择 8 2.3.2手臂横向机构的选择 10 2.3.2手臂纵向机构的选择 11 2.3.3液压回路的设计及控制阀、辅助件、泵站的选择 12 2.3执行机构及自补偿位移测试导向套的安装方式 15 2.3.1横向油缸与底座
6、的连接 15 2.3.2导向杆、导向套与横臂的连接 16 2.3.3夹紧缸与横臂的连接 16 2.3.4立臂与横臂的连接 16 3.自补偿位移测量导向套的设计 17 3.1自补偿位移测量导向套概述 17 3.2自补偿位移测量导向套的结构组成和特点 18 3.2.1自补偿位移测量导向套的组成 18 3.2.2位移测试机构组成 18 3.2.2位移测试机构组件的功能 19 3.3自补偿位移测量导向套的工作原理 20 3.4自补偿位移测量导向套的显著特点 21 4.实验 22 5.结论 30 6.谢辞 32 7.参考资料 33 附录 34 仓储搬运机械手主体设计 1.前言 1.1 机械手的概述和发展
7、 随着机电一体化的技术在各个领域内广泛的应用，机械设备的自动控制显现得越来越重要。由于工作环境的需要，人们常常要在高温，腐蚀及有毒气等等危险环境下工作，不仅增加了工作人员的劳动强度，而且可能危及人员的生命。因此工业机械手自然孕育而生了。机械手是工业机器人的执行机构，是机器人的关键部位。它能部分的代替人工操作；能按照生产工艺的要求，遵循一定的程序，时间和位置来完成工件的传送和装卸；能制作必要的机具进行焊接和装配。 仓储搬运机械手的出现，大大改善工人的劳动条件，显著地提高劳动生产率，加快实现工业生产的机械化和自动化的步伐 1.2 机械手综述 1.2.1 机械手设计的目的 现代制造企业，为提高生产率
8、、降低成本，同时提高产品的质量、保证生产过程的安全性，采用机器人（手）来完成一些精度要求高或具有一定危险性的工作，以适应时代的发展。机器人（手）的应用范围越来越广，种类也越来越多。（例：营救机器人，蔬果采载七自由度机械手，深海作业机械手、用于搬运炸药的气动机械手。） 1.2.2 机械手运用的场合 机械手发展至今已经可以替代许多人的工作，在一些人类无法工作的环境和工作条件机械手的作用与能力是非常巨大的。尽管现在许多机械手还不如人类手指那么灵活，但它们所具有的能不断重复工作和劳动、不知疲劳、不怕危险、抓举重物的力量比人手大、工作的可靠性与稳定性等特点是人类所无法相比的，因此，机械手已受到许多有关研
9、究部门的重视，并得到越来越广泛地得到了实际应用，例如： 1.机床加工工件的装卸，特别是在自动化车床、组合机床上机械手使用相当普遍。 2.在装配作业中有广泛的应用，在电子行业中考虑它，精密度高和可重复度高的特点，它可以用来装配印制电路板，在机械行业中，使用它组装零部件。 3.在劳动环境条件差，单调、重复易于疲劳的工作环境下工作，以代替人的劳动（如：焊接机械手）。 4.在需要高危场合情况下工作，如军工品的装卸、危险品及有害物的搬运等。 5.在人类因自身生理结构所无法到达的地方进行工作，如宇宙及海洋深处等工作环境的开发研究工作。 6.在军事工程及生物医学方面的研究和试验。 7.航空、航天器上的应用
10、1.2.3 机械手的组成 通常机械手由以下几部分组成： 1. 手部（或称为抓取机构）：包括手指、传力机构等，主要起抓取和放置及移动物件的作用。 2. 传送机构（或称为臂部）：包括手腕、手臂等，主要是起改变机械手方向和位置的作用。 3. 驱动部分： 是提供驱动前两部分的动力，因此也称为动力源，常用的有液压、气动、电力和机械式驱动四种形式。 4. 控制部分 ：是机械手动作的指挥系统，由它来检测、控制动作的顺序（程序）、位置和时间（甚至速度与加速度）等。 5. 其他部分 ：如机体、行走机构、行程等动作检测装置和及传感装置、安全报警装置等： （1） 机体（也称为机身）是用以支承和连接其他各零件、部件的
11、基础件。 （2） 行走机构 是为了扩大机械手的使用空间而设置的。它的本身又包括动力源、传动、运行机构等。 （3） 行程检测装置 是检测和控制机械手的各运动行程（位置）的装置 （4） 传感装置 其中装有传感器，使手指具有灵敏性和自控性，用以反映与指与物件之间是否有接触、物件有无滑下或脱落、物件的方位是否正确、手指对物件的握紧力是否与物件的重量相适应等。 （5） 安全报警装置 是当检测到电压、液压、气压等发生异常变化和机械受到外界干扰超越了安全位置时，检测、报警、显示和紧急停机等安全措施的装置。 1.2.4 机械手的主要性能参数 1.操纵力（又称臂力或负荷）即抓取和夹持工件的重量，操作力与机械手不
12、仅与工件的重量有关还与工作时的运行速度有关，在设计时往往要考虑在一定速度下的操纵力。 2.反应速度：机械手在全行程下每一个工作阶段的最大操作速度。 3.行程：机械手运动行程的范围。 4.定位精度：机械手工作位置设定及重复定位的精度。 5.定位方法：对机械手的工作定位设定、控制的方式。 6.自由度数目：指整机、手臂及手腕共有的运动自由度数目，一般给出坐标形式。 7.传动方式：动力源或传动系统的选择。有电、气、液等多种动力源为机械手提供传动方式。 8.体积和重量：机械手的尺寸及极限重量。 9.安全性：要考虑控制系统及传感部分的故障及失效及工作的可靠性。 10.动作程序控制方式及容量：工作状态的设计
13、、控制与运行方式，以及拓展空间。 11.其它：如寿命、安全性、可靠性、使用动力源、成本等 2.仓储搬运机械手主体设计 2.1机械手的工作要求设计 机械手共有2个自由度： （1）纵向自由度用于手臂的升降 （2）横向自由度用于手臂的横向收缩 1.机械手最大工作行程300mm 2.机械手最大工作转角1800 3.最大工作载荷300N 4.机械手最大开度50mm 2.2机械手手爪计算 2.2.1手爪抓取工件结构尺寸限制 假设此手抓主要抓举工件材料为钢。（g取10kg/m3） （2.1） （2.2） （2.3） 夹取立方体的尺寸是 505015 mm3 夹取圆柱体的尺寸是 5020 mm3 2.2.2手
14、爪长度的确定 手抓的最大开合角度取90。见图2.1 图2.1 手爪开合示意图 当设计齿轮半径为30mm，设计齿条套的半径为12mm，当齿轮从045时，手抓的开度达到151mm，大于50mm，齿条套下插23.5mm满足结构要求。 2.2.3手指夹紧力的计算 机械手的手指在设计时，不但要保证有一定的开闭尺寸范围，以满足工件尺寸变化的要求，而且还要保证手指要有足够的对工件的夹紧力，以达到在抓取和搬运工作中的可靠性要求。 手指对工件的夹紧力可按下式计算： （2.4） 式中：K1安全系数，一般取1.22； K2工作情况系数，主要考虑惯性力的影响； 可按1+0.1a进行估算 a为机械手在搬运工件时的加速度
15、（m/s2）； G被抓取工件的重量（kg） K3方位系数，可按表2.1 表2.1 方位系数 零件形状 手指夹持工件状态与方位系数K3 方形零件 圆形零件 根据要求，安全系数K1取2 加速度a不小于0.1m/s2，则K2=1+0.10.1=1.01 被抓取工件重量为30kg 摩擦系数f取0.1 方位系数K3=5 2.2.4钳爪式手部结构 手爪机构采用齿轮齿条式，其结构简图见图6.2 1 滑块 2 手腕 3 扇形齿轮 4 弹簧 5 手指 6 工件 图2.2 齿轮齿条式手部机构结构简图 其工作原理为：在滑柱1上装有齿条，当滑柱1上下移动时，齿条带动扇形齿轮3来回摆动，由于手指5和扇形齿轮固定在一起，
16、所以在齿条及齿轮的带动下，手指可以张开、合拢，完成对工件6的夹紧及松开动作。在两手指间设有弹簧4，其作用主要是为了齿轮和齿条运动时更加平稳，且在手指的张、合时也不易发生抖动。这种机构结构简单、调整方便、手指活动范围大，应用较为广泛。 根据任务要求，弹簧4不进行安装，通过指尖的压力传感器与触觉传感器来控制夹紧力的大小。 驱动力计算公式为： （2.5） 因为手爪机构较小，故齿轮半径R取30mm。因为手指对工件的夹紧力为1781.64N，故每个手指上的受力F=1781.64/2=890.82N 2.2.5 齿条行程的确定 每个手指需转动90，故可根据弧长公式来计算齿条的行程长度。 （2.6） 2.2.6 机械手指尖部分结构设计 指尖部分与手指杆件部分采用球形连接，这样手指指尖就能根据实际的抓取情况进行转动，最大转角为60。保证指尖上的力能垂直作用在垫片式传感器作用面上。以此保证测试
