工业机械手设计(机械系统设计)讲解

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(3) 具有两个自由度的回转驱动的腕部结构。它使腕部具有水平和垂直转动 的两个自由度。
(4) 机-液结合的腕部结构。
机械手的臂部设计：
臂部设计的基本要求 一、 臂部应承载能力大、刚度好、自重轻
根据受力情况，合理选择截面形状和轮廓尺寸。 提高支撑刚度和合理选择支撑点的距离。 合理布置作用力的位置和方向。 注意简化结构。 提高配合精度。
和横向移动；回转运动，如手臂的左右摆动，上下摆动；符合 运动，如直线运动和回转运动组合，两直线运动的双层液压缸 空心结构。
双活塞杆液压缸结构。
活塞杆和齿轮齿条机构。
机械手支撑系统设计（机身设计）：
机身是直接支撑和驱动手臂的部件。一般实现手臂的回转 和升降运动，这些运动的传动机构都安在机身上，或者直接构 成机身的躯干与底座相连。因此，臂部的运动越多，机身的机 构和受力情况就越复杂。机身是可以固定的，也可以是行走的， 既可以沿地面或架空轨道运动。
工业机械手系统设计
小组成员
XXX、XXX、XXX、XXX
题目和主要技术参数：
技术参数： Dof=4；Mmax=5kg；=10r/min；=10m/min 最大工作半径:1600mm 手臂最大中心高:1200mm 手臂运动参数: 伸缩行程：1200mm 升降行程：300mm 回转范围: 0~180° 手腕运动参数:回转范围0~180°
二、 臂部运动速度要高，惯性要小 减少惯量具体途径：
减少手臂运动件的重量，采用铝合金材料。 减少臂部运动件的轮廓尺寸。 减少回转半径，再安排机械手动作顺序时，先缩后回转
（或先回转后伸缩），尽可能在较小的前伸位置下进行 回转动作。 驱动系统中设有缓冲装置。
手臂的典型运动机构：
双导杆手臂伸缩机构。 手臂的典型运动形式有：直线运动，如手臂的伸缩，升降
液压机构驱动机械手,结构简单、尺寸紧凑、重 量轻、控制方便，驱动力大等优点。
因此，本系统的驱动方案选择液压驱动。
机械手的手部设计：
手部设计基本要求： （1） 应具有适当的夹紧力和驱动力。应当考虑到在 一定的夹紧力下，不同的传动机构所需的驱动力大小 是不同的。 （2） 手指应具有一定的张开范围，手指应该具有足 够的开闭角度（手指从张开到闭合绕支点所转过的角 度），以便于抓取工件。 （3） 要求结构紧凑、重量轻、效率高，在保证本身 刚度、强度的前提下，尽可能使结构紧凑、重量轻， 以利于减轻手臂的负载。 （4） 应保证手抓的夹持精度。
典型的手部结构：
（1） 回转型 包括滑槽杠杆式和连杆杠杆式两种。 （2） 移动型 移动型即两手指相对支座作往复运动。 （3）平面平移型。
机械手的腕部设计：
基本要求： （1） 力求结构紧凑、重量轻
腕部处于手臂的最前端，它连同手部的静、动载荷均由臂部承担。 显然，腕部的结构、重量和动力载荷，直接影响着臂部的结构、重量和运转 性能。因此，在腕部设计时，必须力求结构紧凑，重量轻。
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机身的整体设计：
按照设计要求，机械手要实现手臂180度的回转运动， 实现手臂的回转运动机构一般设计在机身处。为了设计出合理 的运动机构，就要综合考虑，分析。 机身承载着手臂，做回转，升降运动，是机械手的重要组成部 分。
常用的机身结构：
回转缸置于升降之下的结构。这种结构优点是能承受较大 偏重力矩。其缺点是回转运动传动路线长，花键轴的变形对回 转精度的影响较大。
（2）结构考虑，合理布局 腕部作为机械手的执行机构，又承担连接和支撑作用，除保证力和
运动的要求外，要有足够的强度、刚度外，还应综合考虑，合理布局，解决 好腕部与臂部和手部的连接。
（3） 必须考虑工作条件 对于本设计，机械手的工作条件是在工作场合中搬运加工的棒料，
因此不太受环境影响，没有处在高温和腐蚀性的工作介质中，所以对机械手 的腕部没有太多不利因素。
回转缸置于升降之上的结构。这种结构采用单缸活塞杆， 内部导向，结构紧凑。但回转缸与臂部一起升降，运动部件较 大。
活塞缸和齿条齿轮机构。手臂的回转运动是通过齿条齿轮 机构来实现：齿条的往复运动带动与手臂连接的齿轮作往复回 转，从而使手臂左右摆动。
本系统采用回转缸置于升降缸之上的机身结构。
回转缸置于升降缸之上的机身结构示意图
典型的腕部结构：
(1) 具有一个自由度的回转驱动的腕部结构。它具有结构紧凑、灵活等优点 而被广腕部回转，总力矩M，需要克服以下几种阻力：克服启动惯性所用。 回转角由动片和静片之间允许回转的角度来决定（一般小于）。
(2) 齿条活塞驱动的腕部结构。在要求回转角大于的情况下，可采用齿条活 塞驱动的腕部结构。这种结构外形尺寸较大，一般适用于悬挂式臂部。
机械手的主要部件及运动：
机械手主要由4个大部件和5个液压缸组成： 手部：采用一个直线液压缸，通过机构运动实现 手抓的张合。 腕部：采用一个回转液压缸实现手部回转180° 臂部：采用直线缸来实现手臂平动1.2m。 机身：采用一个直线缸和一个回转缸来实现手臂 升降和回转。
驱动机构的选择：
根据动力源的不同, 工业机械手的驱动机构大致 可分为液压、气动、电动和机械驱动等四类。