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1、搬运机械手设计及运动仿真摘要： 机械手是近代自动控制领域中出现的一项新技术，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，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，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。本课题通过应用SolidWork
2、s对机械手进行结构设计和液压传动原理设计，运用SolidWorks技术对上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。关键词： 机械手；UG；自由度；液压；自动化Abstract： Manipulator is a new technologyin the field of modern automatic control, It is an imitation of part of the human upper limb function, Scheduled for delivery in accordance with the requirem
3、ents of holding a work piece or tool automation technology and equipment operation, Automation of industrial production, and promote the further development of industrial production plays an important role.So it has a great vitality and thus be widely valued and welcomed. Practice has proved that th
4、e robot can replace the heavy manual labor, significantly reduced labor intensity and improve working conditions and raise the level of labor productivity and automation. That often appears in industrial production of heavy work piece handling and long-term frequent monotonous operations, the use of
5、 mechanical hand to be effective. In addition, it can at a high temperature, low temperature, Sham Shui Po, the universe, radioactive and other toxic pollution of the environment under the conditions of operation, but also to demonstrate its superiority, has broad prospects.This issue through the ap
6、plication of SolidWorks to proceed with the structural design of mechanical and hydraulic principles of design, technology use SolidWorks feeding robot three-dimensional solid modeling and simulation of the movement, its basic movements can be more specific in the show people before.Key Words： Manip
7、ulator；SolidWorks；degree of freedom；Hydraulic；Automation目录1 前言12 抓取机构设计12.1 手部的设计和计算12.1.1手部设计的要求12.1.2 拉紧装置原理22.2 腕部的设计计算42.3 臂伸缩机构设计63 液压系统原理设计及草图93.1手部抓取缸93.2 腕部摆动液压回路103.3 小臂伸缩缸液压回路113.4 总体系统图124 机身机座的结构设计134.1电机的选择134.2 减速器的选择154.3 螺柱的设计与校核155 机械手的定位与平稳性175.1 常用的定位方式175.2 影响平稳性和定位精度的因素175.3 机械手
8、运动的缓冲装置186 机械手的控制197 机械手的组成与分类207.1 机械手组成207.2机械手分类218 机械手的三维造型及运动仿真23总结24致谢25参考文献26附录271 前言机械手是近代自动控制领域中出现的一项新技术，并已成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分。机械手的迅速发展是由于它的积极作用正日益为人们所认识：其一，它能不分地代替人工操作;其二，它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；其三，他能操作必要的机具进行焊接和装配。从而大大的地改善工人的劳动田间，显著提高劳动生产率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。因此受到各先进工业国的重视，
9、投入大量的人力物力加以研究和应用。在我国，近几年也有较快的发展，并取得一定的效果，受到机械工业和铁路工业部门的重视。通过SolidWorks中的虚拟样机技术在第一台物理样机之前，以机械运动学、多体动力学、有限元分析和控制理论为核心，将产品各零部件的设计和分析集成在一起，建立机械系统的数字模型，从而为产品的设计、研究、优化提供基于计算机虚拟现实的研究平台。在进行产品三维结构设计的同时，运用分析仿真软件（CAE）对产品工作性能进行虚拟仿真，发现设计缺陷。根据分析仿真结果，用三维设计软件对产品设计结构进行修改。2 抓取机构设计2.1 手部的设计和计算2.1.1 手部设计的要求1、有适当的夹紧力手部在
10、工作时，应具有适当的夹紧力，以保证夹持稳定可靠，变形小，且不损坏工件的已加工表面。2、有足够的开闭范围夹持类手部的手指都有张开和闭合装置。工作时，一个手指开闭位置以最大变化量称为开闭范围。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，如工作环境许可，开闭范围大一些较好。 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、其它要求夹紧机械手，根据工件的形状，采用最常用的外卡式两
11、指钳爪，夹紧方式用常闭史弹簧夹紧，松开时，用单作用式液压缸。此种结构较为简单，制造方便。2.1.2 拉紧装置原理如图2.1所示【4】：油缸右腔停止进油时，弹簧力夹紧工件，油缸右腔进油时松开工件。图2.1 油缸示意图1、右腔推力为 （2.1） = =4908.7N2、根据钳爪夹持的方位，查出当量夹紧力计算公式为： （2.2） 其中 N=498N=392N，带入公式2.2得： = 392 =1764N则实际加紧力为 （2.3）=3424N经圆整F1=3500N3、计算手部活塞杆行程长L,即 （2.4） =25tg30 =23.1mm经圆整取l=25mm4、确定“V”型钳爪的L、取 （2.5）式中：
12、 （2.6）由公式（2.5）（2.6）得：L=3=150取“V”型钳口的夹角2=，则偏转角按最佳偏转角来确定，查表得： =22395、机械运动范围（速度）1（1）伸缩运动 =500 =50mm/s（2）上升运动=500mm/s=40mm/s（3）下降=800mm/s=80mm/s（4）回转=90/s=30/s所以取手部驱动活塞速度V=60mm/s 6、手部右腔流量Q=sv （2.7）=60=603.1425=1177.5 7、手部工作压强P= （2.8） =1.78Mpa2.2 腕部的设计计算腕部是联结手部和臂部的部件，腕部运动主要用来改变被夹物体的方位，它动作灵活，转动惯性小。本设计腕部具有
13、回转这一个自由度，可采用具有一个活动度的回转缸驱动的腕部结构。要求：回转 角速度W=以最大负荷计算：当工件处于水平位置时，摆动缸的工件扭矩最大，采用估算法，工件重10kg，长度l=650mm。如图2.2所示。1、计算扭矩4设重力集中于离手指中心200mm处，即扭矩为：=FS （2.9）=109.80.2=19.6（NM） 工件 F SF 图2.2腕部受力简图2、油缸（伸缩）及其配件的估算扭矩M24F=5kg S=10cm带入公式2.9得=FS=59.80.1 =4.9（NM） .3、摆动缸的摩擦力矩M摩4=300（N）（估算值）S=20mm （估算值）= S=6（NM）4、摆动缸的总摩擦力矩M4M=+ （2.10）
