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1、 第 0 页 毕 业 设 计（论文） （说 明 书） 题 目： 搬运机械手的设计 姓 名： 编 号： XXXXX 学院 年 月 日 第 1 页 摘要摘要 本课题设计的为通用圆柱坐标系机械手。工业机械手是工业生产的必然产 物，它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。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
2、机械手是有效的。此外，它能在高温、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， 有着广阔的发展前途。 通过对机械手进行结构设计和液压传动原理设计，它能实现自动上料运动， 自动搬运棒料。机械手的运动速度是按着满足生产率的要求来设定。 关键词： 搬运机械手,手爪,手腕,手臂,液压，PLC 第 2 页 AbstractAbstract This topic design for general cylindrical coordinate manipulator. Industrial machinery hand is the inevitable product
3、 of industrial production, it is a copy of the upper part of the human body functions, in accordance with a predetermined transfer request or the workpiece hold the tools to operate the equipment automation technology, to achieve industrial production automation, the promotion of industrial producti
4、on of the further development plays an important role in. So they have strong vitality of the people by the extensive attention and welcome. Practice has proved, the industrial robot can replace the staff of the heavy labor, significantly reduced labor intensity of workers, improve working condition
5、s, improve labor productivity and the level of automation. Industrial production often appears in the bulky workpiece handling and frequent long-term, monotonous operation, a mechanical hand to be effective. In addition, it can be in high temperature, low temperature, water, the universe, radioactiv
6、e and other toxic, pollution of the environment under the conditions of operation, but also show its superiority, there are broad development prospects. Through the mechanical hand for structure design and the hydraulic transmission principle design, it can realize the automatic feeding, automatic h
7、andling bar. The manipulator motion speed is to meet the requirements to set the productivity. Key words: manipulator, gripper, wrist, arm, hydraulic, PLC 第 3 页 目录 摘要摘要1 ABSTRACT2 第一章第一章 绪论绪论4 1.1 搬运机械手的组成.4 1.2 设计的主要内容.5 第二章第二章 搬运机械手执行机构的设计搬运机械手执行机构的设计7 2.1 手部设计计算.7 2.1.1 对手部设计的要求.7 2.1.2 拉紧装置原理.8
8、2.1.3 手部驱动力的计算.8 2.2 腕部回转设计计算11 2.2.1 腕部的结构形式11 2.2.2 手腕驱动力矩的计算.12 2.3 手臂伸缩机构设计计算14 2.4 手臂升降机构设计.15 2.4.1 尺寸设计16 2.4.2 尺寸校核.17 2.5 手臂回转机构设计.18 2.5.1 计算扭矩 M119 2.5.2 机构工作参数总结：.20 2.6 液压泵的初选择20 第三章第三章 搬运机械手驱动系统的设计搬运机械手驱动系统的设计23 3.1 手部抓取缸.23 3.2 腕部摆动液压回路.24 3.3 手臂伸缩液压缸回路.25 3.5 手臂回转摆动缸回路.26 3.6 总体系统图.2
9、6 第四章第四章 搬运机械手控制系统的设计搬运机械手控制系统的设计29 4.1 机械手的模拟工作过程.29 4.2 机械手的操作原理31 4.3 机械手传送系统梯形图.31 参考文献参考文献34 致谢致谢35 第 4 页 第一章第一章 绪论绪论 1.11.1 搬运机械手的组成搬运机械手的组成 搬运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 图 1.1 搬运机械手的动作顺序和检测元件、执行元件的布置示意图 1.执行机构：包括手部、手腕、手臂和立柱等部件 手部：是机械手与工件接触的部件。由于与物体接触的形式不同，可分为夹持式和吸附 式手部。由于本课题的工件是圆柱状棒料，所以采
10、用夹持式。由手指和传力机构所构成，手 指与工件接触而传力机构则通过手指夹紧力来完成夹放工件的任务。 手腕：是联接手部和手臂的部件，起调整或改变工件方位的作用。 手臂：支承手腕和手部的部件，用以改变工件的空间位置。 立柱：是支承手臂的部件。手臂的回转运动和升降运动均与立柱有密切的联系。机械手 的立柱通常为固定不动的。 第 5 页 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 起支承和联接的作用。 2.驱动系统：机械手的驱动系统是驱动执行运动的传动装置。常用的有液压传动、气压 传动、电力传动和机械传动等四种形式。 3.控制系统：控制系统是机械手的指挥系统 ，它控制驱
11、动系统，让执行机构按规定的 要求进行工作，并检测其正确与否。一般常见的为电器与电子回路控制，计算机控制系统也 不断增多。 搬运机械手各系统相互之间的关系如方框图 1.2 所示。 图1.2 机械手组成方框图 1.21.2 设计的主要内容设计的主要内容 设计通用圆柱坐标系机械手及控制系统。设计中的机械手各动作由液压缸驱动，并有电 磁阀控制，技术指标如下： 抓重：50N-200N 自由度（四个自由度） 动作 符号 行程范围 速度 伸缩 X 400mm 小于 250mm/s 升降 Z 300mm 小于 70mm/s 第 6 页 回转 0120 小于 90/s 手腕运动参数 回转 行程范围 0180 速
12、度 小于 90/s 手指夹持范围：棒料，直径 5070mm，长度 4501200mm 定位精度：3mm。 控制方式：PLC 第 7 页 第二章第二章 搬运机械手执行机构的设计搬运机械手执行机构的设计 2.12.1 手部设计计算手部设计计算 2.1.12.1.1 对手部设计的要求对手部设计的要求 1、有适当的夹紧力 手部在工作时，应具有适当的夹紧力，以保证夹持稳定可靠，变形小，且不损坏棒料的 已加工表面。对于刚性很差的棒料夹紧力大小应该设计得可以调节，对于本应考虑采用自锁 安全装置。 2、有足够的开闭范围 本机械手手部的手指有张开和闭合装置。工作时，一个手指开闭位置以最大变化量称为 开闭范围。对
13、于回转型手部手指开闭范围，可用开闭角和手指夹紧端长度表示。手指开闭范 围的要求与许多因素有关，如工件的形状和尺寸，手指的形状和尺寸，一般来说，工 作环境许可，开闭范围大一些较好，如图 2.1 所示。 图 2.1 机械手开闭示例简图 第 8 页 3、力求结构简单，重量轻，体积小 手部处于腕部的最前端，工作时运动状态多变，其结构，重量和体积直接影响整个机械 手的结构，抓重，定位精度，运动速度等性能。因此，在设计手部时，必须力求结构简单， 重量轻，体积小。 4、手指应有一定的强度和刚度 5、其它要求 对于夹紧机械手，根据工件的形状为圆形棒料，因此最常采用的是外卡式两指钳爪，夹 紧方式用常闭史弹簧夹紧
14、，松开时，用单作用式液压缸。此种结构较为简单，制造方便。 2.1.22.1.2 拉紧装置原理拉紧装置原理 如图 2.3 所示：油缸右腔停止进油时，弹簧力向右工件，油缸右腔进油时松开工件。 当油缸的右腔停止进油时，弹簧收到向右的力，使与弹簧相连的手部受到向右的拉力， 从而使手爪合拢。当油腔的右腔进油时，弹簧受到向左的压力，使与弹簧相连的手爪向外伸 出，从而放松工件。 左出油口 右进油口 图 2.2 缸示意简图 2.1.32.1.3 手部驱动力的计算手部驱动力的计算 第 9 页 图 2.3 手部受力分析 1.手指 2.销轴 3.拉杆 4.指座 如图所示为滑槽式手部结构。在拉杆 3 作用下销轴 2
15、向上的拉力为 P，并通过销轴中心 O 点，两手指 1 的滑槽对销轴的反作用力为 P1、P2，其力的方向垂直于滑槽中心线 OO1 和 OO2 并指向 O 点，P1 和 P2 的延长线交 O1O2 于 A 及 B，由于O1OA 和O2OA 均为直角 三角形，故AOC=BOC=。根据销轴的力平衡条件，即 Fx=0,P1=P2;Fy=0 P=2P1cos P1=P/2cos 销轴对手指的作用力为 p1。手指握紧工件时所需的力称为握力（即夹紧力），假想握 力作用在过手指与工件接触面的对称平面内，并设两力的大小相等，方向相反，以 N 表示。 由手指的力矩平衡条件，即m01(F)=0 得 P1h=Nb 因
16、h=a/cos 所以 P=2b(cos) N/a 2 式中 a手指的回转支点到对称中心线的距离（毫米）。 工件被夹紧时手指的滑槽方向与两回转支点连线间的夹角。 由上式可知，当驱动力 P 一定时， 角增大则握力 N 也随之增加，但 角过大会导致 第 10 页 拉杆（即活塞）的行程过大，以及手指滑槽尺寸长度增大，使之结构加大，因此，一般取 =3040。这里取角 =30 度。 这种手部结构简单，具有动作灵活，手指开闭角大等特点。查工业机械手设计基础 中表 2-1 可知，V 形手指夹紧圆棒料时，握力的计算公式 N=0.5G，综合前面驱动力的计算 方法，可求出驱动力的大小。为了考虑工件在传送过程中产生的惯性力、振动以及传力机构
