机械手说明书

前言

近年来，随着电子技术特别是电子计算机的广泛应用，机器人的研制和生产已成为高技术领域内迅速发展起来的一门新兴技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有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等特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用。例如：在机床加工，装配作业，劳动条件差，单调重复易于疲劳的工作环境以及在危险场合下工作等。

随着工业技术的发展，工业机器人与机械手的应用范围不断扩大，其技术性能也在不断提高。在国内，应用于生产实际的工业机器人特别是示教再现性机器人不断增多，而且计算机控制的也有所应用。在国外应用于生产实际的工业机器人多为示教再现型机器人，而且计算机控制的工业机器人占有相当比例。带有“触觉”，“视觉”等感觉的“智能机器人”正处于研制开发阶段。带有一定智能的工业机器人是工业机器人技术的发展方向。

第1章液压机械手总体方案设计

1.1机械手总体设计方案拟定

机械手是能够模仿人手的部分动作，按照给定的程序，轨迹和要求，实现自动抓取、搬运或操作动作的自动化机械装置。在工业中应用的机械手称为“工业机械手”。能够配合主机完成辅助性的工作，随着工业技术的发展，机械手能够独立地按照程序，自动重复操作。

根据课题的要求，机械手需具备上料，翻转和转位等功能，并按照自动线的统一生产节拍和生产纲领完成以上动作。设计可参考以下多种设计方案：

1.1.1 采用直角坐标式，自动线呈直线布置，机械手在空中行走，按照顺

序完成上料、翻转、转位等功能。这种方案结构简单，自由度少，

易于配线，但需要架空行走，油液站不能固定，使得设计复杂程度

增加，运动质量增大。

图1.1.1 直角坐标式布局示意图

1.1.2 机身采用立柱式，机械手侧面行走，按照顺序完成上料、翻转、转

位的功能，自动线仍成直线布置。这种方案可以集中设计液压站，

易于实现电气，油路定点连接，但是占地面积大，手臂悬伸量较大。

图1.1.2 立柱式机械手布局示意图

1.1.3 机身采用机座式，自动线围绕机座布置，顺序完成上料、翻转、转

位等功能。这种方案具有电液集中、占地面积小、可从地面抓取工

件等优点。

图1.1.3 机座式机械手布局示意图

1.2总体方案选定

抓取机构采用夹钳式。，送放机构将被抓取的物体送放到目的地，由手臂、手腕、等装置组成。整个机构选用空间球体坐标系，有五个自由度。采用屈伸式布置。手腕作抓取运动和回转运动，手爪采用平面指型结构，通过液压缸通油，推动活塞带动杠杆机构合拢将工件加紧。

腕部用销轴将机械手定位在手臂上，并用螺母将其锁死，同时利用铰链连接，一端与液压伸缩缸的活塞杆相连，通过活塞的直线运动，带动腕部使其能够绕着回转销轴转动。

回转运动通过叶片式回转油缸的运动来实现。

手臂相对于机身可作回转运动，能有效地利用空间，并能绕过障碍物夹持和送放工件。手臂采用液压直动缸驱动，作俯仰运动，具有体积小、可集中控制、反向运动灵活等优点。

回转工作台用齿轮传动机构，用电动机驱动，可以利用挡块定位，且定位误差在0.5~1mm。具有结构简单、传递扭矩大、传动效率高等特点。

图1.21 液压机械手

本设计的液压机械手有五个自由度，包括机械手的抓取、回转，手臂的拉伸、俯仰和回转工作台的回转五个动作。其中将机械手抓取和回转运动的液压传动集成设计，既能使得设计紧凑，又能使液压油路集中控制。便于安装及维护，而且编排和改变控制程序容易，使用方便。

液压机械手主要参数设计：

液压机械手的主要参数可分为基本参数、（用于说明机械手主要性能的参数）、规格参数（标牌上标注的参数）、液压参数（液压系统设计参数）。

基本参数：

1.抓重

机械手的抓重是手臂所能抓取的物件的最大重量，而该液压机械手是用于R175柴油机机体生产自动线上，主要的加工对象是柴油机机体，根据柴油机的外形参数250X170X140mm 而柴油机机体选用的材料是铸铁，密度为0.01g/mm2

柴油机机体的壁厚一般为15~25mm所以，可算出机体本身的质量为12Kg，机械手应该有一定的安全度，取安全系数为1.3，可得机械手的抓重为15Kg。

2.自由度

机械手的自由度标志着机械手所具有的功能大小，自由度越大，机械手动作越灵活，适应性也越强，但是自由度多也带来了结构复杂，制造精度高等问题，一般的专业机械手具有3~4个自由度就能很好的完成专一的任务。根据自由度的

计算公式

5

6

i

i

F n ip

=-∑，该设计中有机械手抓取动作的V级移动副，腕部和手

臂以及工作台的V级转动副，所以：

5

665555

i

i

F n ip

=-=⨯-⨯=

∑即机械手的

自由度为5。

3.运动速度

机械手的运动速度是指机械手在全程范围内的平均速度，它反映机械手的使用频率与生产水平。机械手的运动速度越高，则其使用效率越高，生产水平也就越高；但是速度越高机械手在运动过程中启动和制动时会产生较大的冲击和震动，对于机械手的定位精度影响较大。在一般情况下，机械手的运动速度应根据生产节拍、生产过程的平稳性要求和定位精度要求而定。根据柴油机机体生产自动线上的生产节拍30min/件，手臂工作的回转半径为1000mm，加工过程所需时间为26min，因此，机械手抓取和送放的运动速度为0.1m/s。

4.行程范围

机械手臂运动的行程范围与机械手的抓重、坐标形式、驱动方式、运动精度等多方面因素有关，对于通用型和多功能机械手，行程范围和回转范围应尽可能大些，使其适应性能大幅度地增强。机械手的手臂伸缩应与行程范围及工作半径相适应，以保证机械手的刚度，定位精度。机械手的行程为机械手的最大工作区间，即球体的面域。

5.位置精度

位置精度是衡量机械手工作质量的一项重要指标，它包括位置设定精度和重复定位精度。我们所说的位置精度是指重复定位精度。

位置精度的高低取决于位置的控制方式及机械书运动部件本身的精度和刚