小型夹持式机械手及手臂设计
轻型平动搬运机械手结构设计
轻型平动搬运机械手结构设计幕布+白板轻型平动搬运机械手是一种用于搬运轻型物品的机械装置，通常由横梁、立柱、夹爪、控制系统等组成。
它通常被应用于工厂、仓库等场所，以提高生产效率和减少劳动强度。
在过去的几十年里，随着科技的进步和机器人技术的发展，轻型平动搬运机械手得到了广泛的应用。
以下是一种轻型平动搬运机械手的结构设计。
首先，轻型平动搬运机械手的横梁通常由两个平行的钢梁组成，这些钢梁具有足够的强度和刚度来承受物品的重量和运动过程中的冲击力。
横梁通常由高强度合金钢材制成，以确保机械手在运动过程中的结构稳定性和耐久性。
在横梁的一端，通常会安装一个固定的立柱，用于支撑横梁和提供垂直方向上的稳定性。
立柱通常由大直径的钢管制成，以确保足够的强度来支撑横梁和受传递到机械手上的物品的重量。
立柱的底部通常安装在地面上，以确保机械手在运动过程中的稳定性。
在横梁的另一端，通常会安装一个或多个夹爪，用于夹取和搬运物品。
夹爪通常由弯曲的钢材制成，并且具有一定的柔韧性和抓握力，以夹取不同形状和大小的物品。
夹爪通常通过电动或液压系统控制其开合和夹紧力度，以适应不同的搬运物品。
轻型平动搬运机械手的控制系统通常由多个关键元素组成，包括电机、传感器和控制器。
电机通常用于驱动横梁和夹爪进行运动，通过控制电机转速和方向来实现机械手的运动。
传感器通常用于检测物品的位置和状态，以便控制器根据需要对机械手的运动进行实时调整。
控制器通常是机械手的大脑，通过接收传感器的反馈信号和执行用户设置的指令来控制机械手的运动。
总之，轻型平动搬运机械手的结构设计是根据物品的搬运需求和使用条件来进行的。
它通常由横梁、立柱、夹爪和控制系统等组成，以确保机械手在搬运过程中的稳定性、可靠性和效率。
这种设计可以根据不同的搬运需求进行定制和改进，以满足不同场所和应用的要求。
毕业设计（论文）-机械手夹持器机械结构设计（全套图纸）
目录摘要 (I)Abstract (II)第一章绪论 (1)1.1 论文选题背景及意义 (1)1.2 国内外研究现状及发展趋势 (1)1.3 论文的主要工作 (3)第二章夹持器的结构设计 (4)2.1 夹持器的研究现状 (4)2.2 夹持器设计方案 (6)第三章手腕的设计 (13)3.1 手腕的概述 (13)3.2 腕部的典型结构 (13)3.3 手腕确定 (14)第四章液压缸的设计 (15)4.1 液压缸的设计概述 (15)4.2 液压驱动力 (16)4.3 活塞行程 (16)4.4 液压缸的流量 (18)第五章液压控制系统设计 (19)5.1 油泵的选择 (19)5.2 液压元件的选择 (20)5.3 辅助元件选择 (21)5.4 系统液压图 (21)5.5 电磁铁动作顺序表 (22)5.6 液压控制原理图的步骤说明 (22)总结 (24)致谢 (25)参考文献 (25)摘要现今，国内很多工厂的生产线上数控机床装卸工件仍由人工完成，生产效率较低、劳动强度很大。
为了提高生产加工的工作效率，降低成本，并使生产线建设成为柔性制造系统，适应现代自动化大生产需要，本文通过利用机器人技术，将装卸机械手代替人工，从而来提高劳动生产率。
本机械手主要与数控加工设备组合形成生产线，实现加工过程（上料、下料、加工）的自动化与无人化。
本设计充分考虑机械手工作的环境和工艺流程的具体要求。
在满足工艺要求的基础上，尽可能的使结构简练，尽可能采用标准化、模块化的通用元配件，以降低成本，同时提高可靠性。
液压控制系统是由机械、电气、液压和微机控制等元件综合构成的工业自动化系统，是机械传动技术的一种重要形式，是机械与控制的重要结合点，经常出现在生产线和各种自动化设备中。
关键词：机械手；夹持器；液压系统全套图纸加153893706AbstractToday, many domestic factory production lines, CNC machine loading and unloading the work piece are still manipulated manually and intensive labor, production efficiency is low. In order to improve the efficiency of the production process, reduce costs, turn production line into a flexible manufacturing system and meet the needs of modern automated large-scale production, this paper will replace the manual handling with robot, and thus improve labor productivity through the use of robot technology.The manipulator is mainly to implement automation which related to CNC machining equipment, hand combined to form production lines. It is designed to take full account of the robot work environment and process specific requirements. To meet process requirements, simplify the structure and use the standardized, modular components common element as far as possible.Hydraulic control system is the integrated industrial automation system which composed of mechanical, electrical, hydraulic and computer control devices. It is an important part in mechanical transmission and is often used in a variety of automated production lines and equipments.Keywords: manipulator; gripper;the hydraulic system第一章绪论1.1论文选题背景及意义用于再现人手功能的技术装置称为机械手。
机械手设计
一、总体方案设计1.1设计任务基本要求:设计一个多自由度机械手（至少要有三个自由度）将最大重量为40Kg的工件，由车间的一条流水线搬到别一条线上；二条流水线的距离为：1000mm；工作节拍为：70s；工件：最大直径为160mm 的棒料；1.2总体方案确定1.2.1自由度自由度是指机器人所具有的独立坐标轴运动的数目，但是一般不包括手部（末端操作器）的开合自由度。
自由度表示了机器人灵活的尺度，在三维空间中描述一个物体的位置和姿态需要六个自由度。
机械手的自由度越多，越接近人手的动作机能，其通用性就越好，但是结构也越复杂，自由度的增加也意味着机械手整体重量的增加。
轻型化与灵活性和抓取能力是一对矛盾，，此外还要考虑到由此带来的整体结构刚性的降低，在灵活性和轻量化之间必须做出选择。
工业机器人基于对定位精度和重复定位精度以及结构刚性的考虑，往往体积庞大，负荷能力与其自重相比往往非常小。
一般通用机械手有5～6个自由度即可满足使用要求（其中臂部有3个自由度，腕部和行走装置有2～3个自由度），专用机械手有1～2个自由度即可满足使用要求。
在控制器的作用下，它执行将工件从一条流水线拿到另一条流水线这一动作。
在满足前提条件上尽量使结构简单，所以我们这次选择5自由度机械手。
1.2.2机械手基本形式的选择常见的工业机械手根据手臂的动作形态,按坐标形式大致可以分为以下4种: (1)直角坐标型机械手：特点：操作机的手臂具有三个移动关节，其关节轴线按直角坐标配置。
优缺点：结构刚度较好，控制系统的设计最为简单，但其占空间较大，且运动轨迹单一，使用过程中效率较低。
结构图：(2)圆柱坐标型机械手：特点：操作机的手臂至少有一个移动关节和一个回转关节，其关节轴线按圆柱坐标系配置。
优缺点：结构刚度较好，运动所需功率较小，控制难度较小，但运动轨迹简单，使用过程中效率不高。
结构图：( 3)球坐标(极坐标)型机械手：特点：操作机的手臂具有两个回转关节和一个移动关节，其轴线按极坐标系配置。
机械手手部的设计计算
机械手手部的设计计算1.1 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）γ∆，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。
1.2 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。
1.3 机械手手抓的设计计算1.1.1 选择手抓的类型及夹紧装置本设计是设计平动搬运机械手的设计，考虑到所要达到的原始参数：手抓张合角γ∆=060，夹取重量为60Kg。
常用的工业机械手手部,按握持工件的原理,分为夹持和吸附两大类。
吸附式常用于抓取工件表面平整、面积较大的板状物体,不适合用于本方案。
本设计机械手采用夹持式手指,夹持式机械手按运动形式可分为回转型和平移型。
平移型手指的张开闭合靠手指的平行移动,这种手指结构简单, 适于夹持平板方料, 且工件径向尺寸的变化不影响其轴心的位置, 其理论夹持误差零。
若采用典型的平移型手指, 驱动力需加在手指移动方向上,这样会使结构变得复杂且体积庞大。
显然是不合适的，因此不选择这种类型。
通过综合考虑，本设计选择二指回转型手抓，采用滑槽杠杆这种结构方式。
夹紧装置选择常开式夹紧装置，它在弹簧的作用下机械手手抓闭和，在压力油作用下，弹簧被压缩，从而机械手手指张开。
1.1.2 手抓的力学分析下面对其基本结构进行力学分析：滑槽杠杆 图1.1（a ）为常见的滑槽杠杆式手部结构。
(a)(b)图1.1 滑槽杠杆式手部结构、受力分析1——手指 2——销轴 3——杠杆在杠杆3的作用下，销轴2向上的拉力为F ，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F 1和F 2，其力的方向垂直于滑槽的中心线1oo 和2oo 并指向o 点，交1F 和2F 的延长线于A 及B 。
机械手总体设计
机械手总体设计机械手类型三自由度圆柱坐标型定位精度±1mm工件尺寸直径约2～3cm，圆柱形，材料是铁质自由度3个（Y轴手臂升降，X轴手臂伸缩，机身旋转）X轴小臂伸缩范围25cm（最大速度10cm/s），步进电机驱动，单片机控制Y轴小臂升降范围10cm（最大速度10cm/s），步进电机驱动，单片机控制Y轴大臂升降范围20cm（最大速度10cm/s），步进电机驱动，单片机控制末端执行器开合角度60（最大速度60度每秒）,液压缸驱动基座旋转范围180°，步进电机驱动，单片机控制机构简图机械手机械部分设计1执行机构设计机械手的手部，一般称为末端执行器，主要分为，夹钳式取料手、吸附式取料手以及专用操作器和转换器等。
在本次的设计中采用的手部结构为夹钳式取料手，手部由手指和驱动机构、传动机构及连接与支承元件组成。
其中，传动机构有多种，常见的几种分别是斜楔杠杆式、滑槽式杠杆回转型、齿条齿轮杠杆式、四连杆机构平移型等。
在本课题中采用齿条齿轮杠杆式，其机构图所示：齿条齿轮杠杆式手抓2手部结构设计及计算机械手的手爪采用小型气压缸驱动手爪的驱动力计算如下：图：手爪V 形手指的角度,摩擦系数10.0=f根据工业机器人设计，可得工件的加紧力计算公式为:式中 ——安全系数，通常取1.2~2.0，此次设计中取； ——工作情况系数，主要考虑惯性力的影响。
可近似估算为ga 21 K += (4-3)式中 a---运载工件时重力方向的最大上升加速度； g---重力加速度，g ≈2取a=g 时，因此k 2=1+1=2;K 3---方位系数，根据手指与工件形状以及手指与工件位置不同选取在此设计中手爪为水平放置，夹取垂直放置的物体根据工业机器人设计表2-2，即所以，取根据工业机器人设计手册表2-1，齿轮齿条手爪的驱动力与加紧力满足下式：变换可得驱动力即考虑到机械手的实际工作情况，选取手爪的机械效率则气缸内径即活塞杆直径由《液压传动与气压传动》表4-2取气缸工作压力气压负载常用的工作压力在本次的设计要求中，由于并未对末端执行器抓取工件的速度做出明确的要求，同时也是出于降低末端执行器重量及设计难度的考虑，选用单作用气缸。
工业机械手的夹钳式手部设计
毕业设计课题名称：工业机械手的夹钳式手部设计学生姓名：学部（系）：学习专业：2013 年 12 月 15日目录摘要 (3)第一章前言1.1机械手概述 (4)1.2机械手的组成和分类 (4)1.2.1机械手的组成．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4第二章机械手的设计方案2.1机械手的坐标型式与自由度．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 82.2机械手的手部结构方案设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 82.3机械手的手腕结构方案设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 92.4机械手的手臂结构方案设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．92.5机械手的驱动方案设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．92.6机械手的控制方案设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．92.7机械手的主要参数．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．92.8机械手的技术参数列表．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9 第三章手部结构设计3.1夹持式手部结构．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．113.1.1手指的形状和分类．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．113.1.2设计时考虑的几个问题．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．143.1.3手部夹紧气缸的设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．14 第四章结论．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．24 参考文献．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．25 致谢．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．25摘要在设计机械手臂的时，用两个电机提供动力。
通用工业机器人的小臂及手腕设计
1 绪论本次综合课程设计题目为通用工业机器人的小臂及手腕设计。
工业机器人一般由执行系统、驱动系统、控制系统、传感系统和输入、输出系统接口组成。
执行系统是工业机器人完成握取工具（或工件）实现所需各种运动的机构部件，包括手部、腕部、臂部、机身和行走机构。
驱动系统是向执行系统的各个运动部件提供动力的装置。
按照采用的动力源不同，驱动系统分为液压式、气压式、电气式。
控制系统是工业机器人的指挥系统，它控制驱动系统，让执行机构按照规定的要求进行工作。
按照运动轨迹，可以分为点位控制和轨迹控制。
传感系统是为了使工业机器人正常工作和与周围环境保持密切联系，包括位置、视觉、力觉、触觉和接近觉等多种类型传感器及传感信号的采集处理系统。
输入、输出系统接口是为了工业机器人与周边系统及相应操作进行联系与应答，包括各种通讯接口和人机通信装置。
通用工业机器人又被称为多用途工业机器人，是用来完成某些辅助操作如装料、卸料、运输、堆垛或在各种工艺用途的装备上完成所需各种形式运动和顺序。
通用工业机器人不仅可用于辅助操作的自动化，也可完成基本的工艺过程，如焊接、热处理、喷涂等。
通用工业机器人的结构特点首先由其工艺上可能性所必须的多样化所决定。
与此相关，当设计工业机器人时，要保证工作机构有更多的自由度（5～7或更多）。
例如夹持器，为了使工业机器人完成各种工艺操作，采用操作机（手臂和手腕）杆件位移坐标系：圆柱坐标、球坐标和组合坐标系。
通用工业机器人一般服务在其周围安装的若干个工艺装备单元。
这说明需要有足够大的工作空间和较高的机动灵活性。
可是随着操作机运动机构中转动副数目的增加，工作机构要达到较大的承载能力和较高的定位精度是困难的。
同时机器人的控制也更加复杂。
为增大工作空间，例如多用途机器人在机床组或其它工艺装备上工作时，操作机可以安装在可动基础（小车）上。
这种附加移动既保证手臂的行程增大，又保持操作机有较大的承载能力。
操作机的手臂可以是单一刚性结构（一般为管截面杆）或是若干个铰接连杆形式。
抓持式机器人手部设计
抓持式机器人手部设计与分析专业：09级机电一体化班级：六班姓名：***学号：***********目录摘要 (3)绪论 (4)一、机器人手部分类及特点 (5)二、机器人结构分析 (5)三、驱动方式 (6)四、手部夹紧力计算 (8)五、抓持式手部运动 (9)摘要机器人手部是安装与机器人手臂末端，直接作用于工作对象的装置，其手部的结构重量尺寸对于机器人整体的运动学和动力学性能有直接显著的影响，因此手部设计是机器人设计中的一个重要环节。
本文进行了一种手部在V型指上增加平面指的设计,能扩大夹持范围,避免因频繁更换手部而影响工作效率;在传动机构上运用连杆平行机构,提高了整个手部的刚性,使爪钳开合不同时夹紧力保持不变,同时手爪运动始终保持平行,保证定心误差为零;通过建立手指库实现机器人的一机多能,减少了设计和制造误差,进而降低成本.【关键词】机器人手部；连杆；手部特点；驱动方式；Robot hand is installed on the end with robot arm, Direct role in the work of the device object,The hand of structural weight dimensions for robot kinematics and dynamics of the whole performance is directly measurable effects,Therefore the hand design is a robot in the design of an important link.This article had a hand in the V-type refers to the increase in the plane on a design that can enlarge clamping range, To avoid frequent replacement of hand and the impact on productivity;In the application link on the drive mechanism, parallel increases the rigidity of the whole hand, claw claws-closing at clamping force remain unchanged, while gripper movement always maintain parallel, centering error is zero;Through the establishment of finger library implementation of multiple robots can, reduced design and manufacturing errors, thereby reducing costs.【Keyword】Robot hand;Connecting rod; Features of the hand;Driving mode绪论工业机器人常用于焊接、喷漆、上下料和搬运，延伸和扩大了人的手足和大脑功能，它可代替人从事危险、有害、有毒、低温和高热等恶劣环境中的工作。
机械手手臂设计
仲恺农业工程学院《机械系统》课程设计说明书设计题目：工业机械手设计—臂部伸缩指导老师：张日红关秋菊院系：机电工程学院班级：机械072班姓名：蔡钟文学号：200710824224前言 (3)一、设计要求及主要参数： (3)二、机械手臂伸缩机构设计 (4)1、结构初设计 (4)2、结构改进 (5)3、手臂伸缩驱动力计算 (5)4、手臂伸缩液压缸参数计算 (6)三、液压传动与控制系统设计 (9)四、机械手的控制 (11)1、电气控制系统： (11)2、机械手可编程顺序控制 (11)五.总结 (17)六．参考文献 (17)前言机械工业是国民的装备部，是为国民经济提供装备和为人民生活提供耐用消费品的产品。
不论是传统产业，还是新兴产业，都离不开各种各样的机械装备，机械工业所提供的性能，质量和成本，都对国民经济各部门技术进步和经济效益有很大的影响。
机械工业的规模和技术水平是衡量国家经济实力和科学技术水平的重要标志。
因此，世界各国都把发展机械工业作为发展本国经济的战略重点之一。
工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。
工业机械手是工业机器人的一个重要分支。
它能模仿人手的某些动作功能，按照编程来完成各种预期的作业任务。
在某些方面它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，显著地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，采用机械手是最有效的。
不仅如此，机械手还能在高温、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以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门，具有强大的生命力。
随着机械手在工业的各个领域地广泛应用，对实现工业生产自动化，推动工业生产的进一步发展将起着重要的作用。
一、设计要求及主要参数：1、运动简图：2、抓重：50N,100N,150N,200N,250N,300N3、自由度：4个4、臂部运动参数：5、腕部参数：6、定位方式：电位器（或接近开关等）设定，点位控制；7、手指夹持范围：棒料直径ø50~ø70mm ，长度450～1200mm8、驱动方式：液压（中、低压系统）9、定位精度：+/-3mm10、控制方式：PLC控制此次设计我们以5人为一小组的形式对机械手执行机械进行设计，本人负责的是手臂伸缩机械的设计，下文将就这部分进行说明。
机械手设计剖析
一、总体方案设计1.1设计任务基本要求:设计一个多自由度机械手（至少要有三个自由度）将最大重量为40Kg的工件，由车间的一条流水线搬到别一条线上；二条流水线的距离为：1000mm；工作节拍为：70s；工件：最大直径为160mm 的棒料；1.2总体方案确定1.2.1自由度自由度是指机器人所具有的独立坐标轴运动的数目，但是一般不包括手部（末端操作器）的开合自由度。
自由度表示了机器人灵活的尺度，在三维空间中描述一个物体的位置和姿态需要六个自由度。
机械手的自由度越多，越接近人手的动作机能，其通用性就越好，但是结构也越复杂，自由度的增加也意味着机械手整体重量的增加。
轻型化与灵活性和抓取能力是一对矛盾，，此外还要考虑到由此带来的整体结构刚性的降低，在灵活性和轻量化之间必须做出选择。
工业机器人基于对定位精度和重复定位精度以及结构刚性的考虑，往往体积庞大，负荷能力与其自重相比往往非常小。
一般通用机械手有5～6个自由度即可满足使用要求（其中臂部有3个自由度，腕部和行走装置有2～3个自由度），专用机械手有1～2个自由度即可满足使用要求。
在控制器的作用下，它执行将工件从一条流水线拿到另一条流水线这一动作。
在满足前提条件上尽量使结构简单，所以我们这次选择5自由度机械手。
1.2.2机械手基本形式的选择常见的工业机械手根据手臂的动作形态,按坐标形式大致可以分为以下4种: (1)直角坐标型机械手：特点：操作机的手臂具有三个移动关节，其关节轴线按直角坐标配置。
优缺点：结构刚度较好，控制系统的设计最为简单，但其占空间较大，且运动轨迹单一，使用过程中效率较低。
结构图：(2)圆柱坐标型机械手：特点：操作机的手臂至少有一个移动关节和一个回转关节，其关节轴线按圆柱坐标系配置。
优缺点：结构刚度较好，运动所需功率较小，控制难度较小，但运动轨迹简单，使用过程中效率不高。
结构图：( 3)球坐标(极坐标)型机械手：特点：操作机的手臂具有两个回转关节和一个移动关节，其轴线按极坐标系配置。
机械手夹持器设计(含CAD图纸)
1 / 59 机械手夹持器设计
2.1夹持器设计的基本要求
（1）应具有适当的夹紧力和驱动力；
（2）手指应具有一定的开闭范围；
（3）应保证工件在手指内的夹持精度；
（4）要求结构紧凑，重量轻，效率高；
（5）应考虑通用性和特殊要求。
设计参数及要求
（1）采用手指式夹持器，执行动作为抓紧—放松；
（2）所要抓紧的工件直径为80mm 放松时的两抓的最大距离为
110-120mm/s ，1s
抓紧,夹持速度20mm/s ；
（3）工件的材质为5kg ，材质为45#钢；
（4）夹持器有足够的夹持力；
（5）夹持器靠法兰联接在手臂上。
由液压缸提供动力。
2.2夹持器结构设计
2.2.1夹紧装置设计.
2.2.1.1夹紧力计算
手指加在工件上的夹紧力是设计手部的主要依据，必须对其大小、方向、作用点进行分析、计算。
一般来说，加紧力必须克服工件的重力所产生的静载荷（惯性力或惯性力矩）以使工件保持可靠的加紧状态。
手指对工件的夹紧力可按下列公式计算：123N F K K K G
2-1
式中：1
K —安全系数，由机械手的工艺及设计要求确定,通常取1.2——2.0，取1.5；2K —工件情况系数，主要考虑惯性力的影响，
计算最大加速度，得出工作情况系数2K , 20.02/1
11 1.0029.8a
K g ，a 为机器人搬运工件过程的加速度或减速度的
绝对值（m/s ）；。
机械手夹持器设计-机械设计制造及其自动化
本科毕业设计机械手夹持器设计Design Of Manipulator Griper摘要本论文课题研究机械手的主要性能,分别从夹持器、伸缩臂、腕部、液压控制系统等四个部分进行研究。
本文主要是对夹持器的结构、外形尺寸进行研究，并且要符合夹持器的基本要求，其中机械手夹持器的结构设计包括对夹紧力、驱动力、液压缸驱动力的计算。
在设计时，各个尺寸一定要控制在允许误差范围内。
腕部结构设计采用回转液压缸，手部使用单作用液压缸。
腕部结构的计算包括腕部回转力矩、回转液压缸驱动力矩、回转缸内径、腕部轴承等计算。
课题中的伸缩臂方案包括结构方案设计、强度刚度计算、液压系统的设计计算。
液压控制系统是一个设备的核心，设计要求要满足机械手的运动顺序要求以及伸缩臂的逻辑要求，并对液压系统进行验算，了解液压控制系统顺序控制原理。
通过对本课题的设计，逐一了解机械手的各个部分。
本设计全面了解机械手的机构组成，并且不断地优化设计，使机械手的发展以及运用得到足够的保障。
关键词：机械手；夹持器；液压系统Design Of Manipulator GripperABSTRACTIn this paper, the main performance of manipulator is studied from four parts: gripper, telescopic arm, wrist and hydraulic control system.This paper mainly studies the structure and shape size of the gripper, and should meet the basic requirements of the gripper,The hydraulic control system provides the power foundation by the motor, uses the hydraulic pump to convert the mechanical energy into the pressure, promotes the hydraulic oil. By controlling all kinds of valves to change the flow direction of hydraulic oil, so as to promote the hydraulic cylinder to make different stroke, different direction of action, to complete the different action needs of various equipment.The calculation of wrist structure includes wrist rotation moment, driving torque of rotating hydraulic cylinder, inner diameter of rotating cylinder, wrist bearing and so on. The telescopic arm scheme includes structural scheme design, strength and stiffness calculation, hydraulic system design and calculation. Hydraulic control system It is the core of a equipment, the design requirements should meet the motion sequence requirements of the manipulator and the logical requirements of the telescopic arm, and check the hydraulic system to understand the sequential control principle of the hydraulic control system.Through the design of this subject, understand each part of the manipulator one by one. This design fully understands the mechanism composition of the manipulator, and constantly optimizes the design, so that the development and application of the manipulator can be fully guaranteed.Keywords: Manipulator Gripper The hydraulic system目录1 引言 (1)1.1 论文课题背景 (1)1.2机械手国内外的发展状况 (1)2 夹持器的设计 (1)2.1夹持器设计的基本要求 (2)2.2夹持器的结构设计 (2)3 腕部 (6)3.1腕部设计的基本要求 (6)3.2 腕部结构 (6)3.3腕部结构计算 (6)4 伸缩臂设计 (11)4.1伸缩臂设计基本要求 (11)4.2方案设计 (11)4.3伸缩臂机构结构设计 (12)5 驱动系统 (18)5.1驱动系统设计要求 (18)5.2驱动系统设计方案 (19)5.3驱动系统设计 (19)5.4液压系统的验算 (21)5.5液压系统图 (22)5.6液压系统电磁铁顺序控制原理 (23)6 总结 (24)参考文献 (25)致谢 (26)1 引言1.1 论文课题背景机械手作为现代工业的一个重要的辅助设备，在很多的企业都得到了应用。
液压机械手夹持器伸出臂机构设计
二 〇 一 一年 六 月题 目：液压机械手夹持器伸出臂机构设计 学生姓名：学 院：系 别：专 业：班 级：指导教师：李本科毕业设计说明书摘要机械手是最早出现的工业机器人，也是最早出现的现代机器人，它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。
它主要是用以夹持毛培或成品完成送进、转动、调头等主要动作的辅助机械。
机械手机有助于改善劳动条件，提高生产效率。
根据实际需要，机械手可用于多种生产过程，并可实现遥控和与主机联动。
操作机结构分有轨和无轨两种，其传动方式有机械式、液压式和混合式等。
关键词：液压缸；机械手；伸缩臂；导向杆AbstractManipulator is the earliest industrial robots, meanwhile is the earliest the modern robot, it can replace human labor in order to achieve mechanization and automation, Can also operate in harmful environment to protect the security of person.which is widely used in machinery manufacturing, Metallurgy, electronics, light industry and atomic energy and other sectors.It is mainly used to clamping metal materials or products complete send into, the rotation, switching the auxiliary machinery such main action.Robots help improve working conditions, improve production efficiency. According to actual needs, the robot can be used for a variety of production processes, and remote control and interaction with the host. There are two kinds of operating structures: sub-rail and trolley, the transmission methods are mechanical, hydraulic and hybrid and so on.Key words: Hydraulic cylinder; mechanical hand; telescopic arm; guide bar目录引言 (1)第一章概论 (2)1.1课题的提出背景 (2)1.2天车钓钩提拉脱模的缺点 (2)1.3脱模系统的组成 (3)1.4设计参数 (3)第二章液压系统设计 (4)2.1液压系统的特点 (4)2.1.1液压系统的优点 (4)2.1.2液压系统的缺点 (4)2.2 液压泵的设计计算 (5)2.2.1液压泵的选择 (5)2.2.2电动机功率的确定 (5)2.3 液压缸基本参数确定 (6)2.3.1缸筒的设计计算 (6)2.3.2活塞杆及液压缸轴向尺寸的计算 (7)2.4活塞和活塞杆的密封 (8)2.5液压缸的选择 (8)2.6顶杆和活塞杆的较核计算 (8)2.6.1下顶杆的校核计算 (8)2.6.2活塞杆的校核计算 (9)2.7液压泵站的设计 (11)第三章阀的选择及功能计算 (12)3.1 电磁换向阀 (12)3.1.1电磁换向阀选取的原因 (12)3.1.2电磁换向阀的结构 (12)3.1.3电磁换向阀的常见故障与排除 (13)3.2 液控单向阀 (16)3.2.1选择液控单向阀的原因 (16)3.2.2液控单向阀的结构和保修 (16)3.3 溢流阀 (18)3.3.1选择溢流阀的原因 (18)3.3.2溢流阀的常见故障与排除 (18)3.4 节流阀 (20)3.4.1选择节流阀的原因 (20)3.4.2节流阀的结构和性能 (20)3.5 调速阀 (21)3.5.1选取调速阀的原因 (21)3.5.2调速阀的原理 (21)第四章液压系统工作原理 (22)第五章脱模装置主要部件的计算 (24)5.1 横梁受力分析 (24)5.2 相关计算 (25)5.3直线轴承 (26)结论 (27)参考文献 (28)谢辞 (29)引言机械手主要由手部、运动机构和控制系统三大部分组成。
机械创新设计机械手夹持器
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基于方案比对的机械手夹持器创新设计
五、夹持器三维造型截图
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六、小结
经过四周时间对机械手夹持器进行设计分析以及计算， 运用到了很多机械设计方面的知识。而且还查阅了很多资 料，包括上网和图书馆，收益颇丰。另外过程中还提高了 识图、制图、运算和编写技术文件的基本技能。因此，可 以说本次创新设计为毕业后走向社会从事相关技术工作打 下良好的基础。
因为是创新设计，所以设计中肯定有许多不足之处， 恳请老师指正。
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七、参考文献
详见说明书
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四、夹持器装置设计
4.1夹紧力计算
手指加在工件上的夹紧力是设计手部的主要依据，必 须对其大小、方向、作用点进行分析、计算。一般来说， 加紧力必须克服工件的重力所产生的静载荷（惯性力或惯 性力矩）以使工件保持可靠的加紧状态。
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基于方案比对的机械手夹持器创新设计
1.2 国内外现状和发展趋势
工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新
的技术，是现代控制理论与工业生产自动化实践
相结合的产物，并以成为现代机械制造生产系统
中的一个重要组成部分。工业机械手是提高生产
过程自动化、改善劳动条件、提高产品质量和生
产效率的有效手段之一。尤其在高温、高压、粉
第三代机械手能独立完成工作过程中的任务。它与电 子计算机和电视设备保持联系，并逐步发展成为柔性系统 FMS(Flexible Manufacturing System)和柔性制造单元 FMC(Flexible Manufacturing Cell)中重要一环。
机械手夹持器设计说明书
手抓、手抓驱动液压缸及回转液压缸转动件等效为一个圆柱体，高为200mm，直径90mm，其重力估算：
,取98N.
等效圆柱体的转动惯量：
工件的转动惯量，已知圆柱体工件 ，
要求工件在0.5s内旋转90度, 取平均角速度，即 = ，
代入得：
液压缸流量计算：
放松时流量
夹紧时流量
2.2.1.4选用夹持器液压缸
温州中冶液压气动有限公司所生产的轻型拉杆液压缸
型号为：MOB-B-32-83-FB，结构简图，外形尺寸及技术参数如下：
表2.2夹持器液压缸技术参数
工作压力
使用温度范围
允许最大速度
效率
传动介质
缸径
受压面积( )
速度比
无杆腔
有杆腔
1MPa
图2.4
工件直径为80mm，尺寸偏差 ，则 ， ， 。
本设计为楔块杠杆式回转型夹持器，属于两支点回转型手指夹持，如图2.5。
图2.5
若把工件轴心位置C到手爪两支点连线的垂直距离CD以X表示，根据几何关系有：
简化为：
该方程为双曲线方程，如图2.6：
图2.6工件半径与夹持误差 关系曲线
由上图得，当工件半径为 时，X取最小值 ，又从上式可以求出：
（3）工件的材质为5kg，材质为45#钢；
（4）夹持器有足够的夹持力；
（5）夹持器靠法兰联接在手臂上。由液压缸提供动力。
2.2夹持器结构设计
2.2.1夹紧装置设计.
2.2.1.1夹紧力计算
手指加在工件上的夹紧力是设计手部的主要依据，必须对其大小、方向、作用点进行分析、计算。一般来说，加紧力必须克服工件的重力所产生的静载荷（惯性力或惯性力矩）以使工件保持可靠的加紧状态。
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1 绪论1.1课题研究的目的和意义机器人是人类很早就梦想制造的、具有仿生性且处处听命于人的自动化机器，它可以帮助人类完成很多危险、繁重、重复的体力劳动。
机器人技术是现代科学技术高度集成和交融的产物，它涉及机械、控制、电子、传感器、计算机、人工智能、知识库系统以及认识科学等众多学科领域，是当代最具有代表性的机电一体化技术之一。
人类文明的发展、科技的进步已和机器人的研究、应用产生了密不可分的关系。
为了适应社会的需求，各院校都比较重视机器人技术和控制技术等课程在机械设计及其自动化专业的开设，使培养的学生懂得机器人设计方面的技术。
经过40多年的发展，现代机器人技术在工业、农业、国防、航空航天、商业、旅游、医药卫生、办公自动化及生活服务等众多领域获得了越来越普遍的应用。
机器人技术不断进步与创新，所到之处使整个制造业乃至整个社会都发生了和正在发生着翻天覆地的变化。
机器人是最具代表性的现代多种高新技术的综合体，它可以从某个角度折射出一个国家的科学水平和综合国力。
由于社会的需求，造就了一批从事设计、开发和使用机器人的高级人才。
而设计和开发的基础，是对机器人机械系统、感知系统和控制系统等的理解和掌握，才能较好的使用其中的资源来进行设计。
故此本文介绍了机器人设计的基本理论，讨论了机器人本体基本结构的相关内容，描述了机器人控制器和传感器等的基本原理，然后再介绍机器人轨迹规划和静力分析方面的知识，使学生既懂得怎样设计一个机器人，同时能熟练地运用此设计理论。
机器人技术是现代科学技术高度集成和交融的产物，计算机技术的不断肩部和发展使机器人技术的发展一次次达到一个新的水平。
机器人涉及机械、控制、电子、传感器、计算机、知识库系统以及认识科学等诸多学科领域，成为高科技中极为重要的组成部分。
人类文明的发展、科技的进步已和机器人的研究、应用产生了不可分的关系。
机器人技术是当代最具代表性的机电一体化技术之一。
机器人已广泛地应用于工业、国防、科技、生活等各个领域。
机器人在现代工业中应用得特别广泛，而其与外界环境直接接触的部分是机械手，它可以代替人手，与外界环境中有毒以及有害的物质直接接触以减少对人的危害，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。
人类社会的发展已离不开机器人技术，而机器人技术的进步又对推动科技发展起着不可代替的作用。
因此，设计机械手有特别重要的意义。
1.2国内外研究状况目前，对全球机器人技术发展最有影响的国家应该是美国和日本。
美国在机器人技术的综合研究水平上仍处于领先地位，而日本生产的机器人在数量、种类方面则居世界首位。
机器人技术的发展推动了机器人学的建立，许多国家成立了机器人协会，美国、日本、英国、瑞典等国家设立了机器人学学位。
20世纪70年代以来，许多大学开设了机器人课程，开展了机器人学的研究工作，如美国的MIT、RPI、Stanford、Carnegie-Mellon、Conell、Purdue、Univ of California等大学都是研究机器人学富有成果的著名学府。
随着机器人学的发展，相关的国际学术交流活动也日渐增多，目前最有影响的国际会议是IEEE每年举行的机器人学及自动化国际会议，此外还有国际工业机器人会议(ISIR)和国际工业机器人技术会议(CIRT)等。
出版的相关期刊有“Robot Today”、“Robotics Research”、“Robotics and Automation”等多种。
我国的机器人技术起步较晚，约于20世纪70年代末、80年代初开始。
20世纪90年代中期，6000m以下深水作业机器人试验成功，以后的近10年中，在步行机器人、精密装配机器人、多自由度关节机器人的研制等国际前沿领域逐步缩小了与世界先进水平的差距。
1.3机械手的特点机械手最显著的特点有以下几个:（1）可编程生产自动化的进一步发展是柔性自动化。
机械手可随其工作环境变化的需要而再编程，因此它在小批量多品种具有均衡高效率的柔性制造过程中能发挥很好的功用，是柔性制造系统中的一个重要组成部分。
（2）拟人化能模仿人手和手臂的某些动作功能，用来按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。
它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全（3）通用性除了专门设计的专用机械手外，一般机械手在执行不同的作业任务时具有较好的通用性。
比如，更换机械手部末端操作器(手爪、工具等)便可执行不同的作业任务。
1.4机械手的组成作为一个系统，一般来说，机械手由三部分、六个子系统组成。
这三部分是机械部分、传感部分、控制部分；六个子系统是驱动系统、机械系统、感知系统、人机交互系统、机械手-环境交互系统、控制系统等。
（1）驱动系统驱动系统主要指驱动机械系统的驱动装置。
根据驱动源的不同，驱动系统可分为电动、液压、气动以及把它们结合起来应用的综合系统。
（2）机械系统机械系统又称操作机或执行机构系统，它由一系列连杆、关节或其他形式的运动副所组成。
机械系统通常包括臂关节、腕关节和手爪等，构成一个多自由度的机械系统。
（3）感知系统感知系统由内部传感器模块和外部传感器模块组成，获取内部和外部环境状态中有用的信息。
（4）控制系统控制系统的任务是根据机械手的作业指令程序以及从传感器反馈回来的信号支配机械手的执行机构完成规定的引动和功能。
（5）机械手-环境交互系统工业机械手-环境交互系统是实现机械手与外部环境中的设备相互联系和协调的系统。
（6）人机交互系统人机交互系统是使操作人员参与机械手控制并与机械手进行联系的装置，一般来说，人机交互系统可分为两大类：指令给定装置和信息显示装置。
2 总体方案设计设计机械手的第一步是进行总体方案设计，即在充分调查研究的基础上，进行可行性分析论证，确定夹持机械手的使用范围、夹持方法、初选各部件的结构和总体布局等。
这是整台机器技术设计的依据。
因此，在拟定总体方案时，必须全面地考虑，使确定的方案既先进有经济效益高。
2.1机械手动作规划本设计要求机械手能实现对5kg以内物品的夹持，同时实现翻转，抬起运动。
为了满足设计要求，首先要考虑所要设计的机械手的自由度。
在三维空间描述一个物体的位置和位姿需要6个自由度。
机械手的自由度是根据用途而设计的，可能小于也可能大于6个自由度。
本次设计的机械手具有两个自由度，即机械手的翻转、抬起运动，不包括手爪（末端执行器）的开合自由度。
如图2.1所示：图2.1 机械手动作规划示意图2.2传动方案的确定传动方案反映运动和动力传递路线和各部件的组成和联接关系。
合理的传动方案首先要满足机器的功能要求，例如传动功率的大小，转速和运动形式。
此外还要适应工作条件（工作环境、场地、工作制度等），满足工作可靠、结构简单、尺寸紧凑、传动效率高、使用维护便利、工艺性和经济性合理等要求。
同时满足这些要求是比较困难的，因此要通过分析比较多种方案，来选择能保证重点要求的较好的传动方案。
2.2.1 手部方案的确定手部最重要的部分是机械夹持器，首先它应具有夹持和松紧的功能。
夹持器夹持工件是，应有一定的力约束和形状约束，以保证被夹持工件在移动、停留和装入过程中，不改变姿态。
当需要松开工件时，应完全松开，另外它还应保证工件夹持姿态在现几何偏差在给定的公差带内。
机械夹持器可分为圆弧开合型、圆弧平行开合型和直线平行开合型。
本次设计选用圆弧开合型，这种类型在传动机构带动下，手指指端的运动轨迹为圆弧，两手指绕支点做圆弧运动，同时在对工件进行加紧和定心。
这类夹持器对工件被夹持部位的尺寸有严格要求，否则可能会造成工件状态失常。
其结构如图2.2所示。
图2.2 手爪示意图2.2.2 手臂回转方案的确定手臂回转机构有回转轴、轴承和驱动机构组成。
驱动机构有直接驱动和间接驱动等形式。
如图2.3所示，驱动机构和回转轴同轴，这种形式直接驱动回转轴，回转轴通过轴承的支撑和导向作用，带动手臂回转，这种结构有较高的定位精度。
图2.3 手臂回转运动示意图回转机构中轴承起着相当重要的作用，用于转到关节的轴承有多种形式，球轴承是机械手结构中最常用的轴承。
球轴承能承受径向和轴向载荷，摩擦较小，对轴承和轴承座的刚度不敏感。
至于手臂回转轴承的选择将在以下章节用介绍。
2.2.3手臂俯仰方案的确定机械手手臂俯仰运动通常采用摆臂油（气）缸驱动、铰链连杆机构传动实现手臂的俯仰，本次设计采用油缸驱动。
如图2.4所示，手臂俯仰运动用的活塞缸位于手臂下方，其活塞杆和手臂用铰链连接，缸体采用尾部耳环或中部销轴等方式与立柱连接。
图2.4 手臂俯仰运动示意图3 机械手结构设计对小型夹持机械手及手臂结构设计的主要内容为：手部设计、手臂回转设计和手臂俯仰设计。
3.1手部设计机械手的手部也叫做末端执行器，它是装在机械手手腕上直接抓握工件或执行作业的部件。
手部主要具有以下特点：（1） 手部和腕部相连处可拆卸。
（2） 手部是机器人末端执行器。
（3） 手部的通用性比较差。
（4） 手部是一个独立的部件。
3.1.1 手指夹紧力的确定为了增大夹紧力，在机械手手爪加紧面上加上橡胶，通过增大摩擦系数来加大夹紧力。
选择被夹物体的材料为铁，则摩擦系数μ=0.45。
由于设计要求能夹持5kg 重的物体，所以，夹紧力Q F 为：Q F mg =μ （3.1） Q F =μmg =45.08.95N ⨯=108.9（N ） 3.1.2 手指结构设计手部设计和选用时最主要的是满足功能上的要求。
首先要考虑的是要抓握什么样的工件，本次设计选用被夹持物体的材料为铁，其密度331086.7m kg ⨯= ，形状尺寸为圆柱体，选取高h = mm 100，则被夹持物体的半径为：14.31001086.753⨯⨯⨯==πh m R =)(45mm（3.2）则夹紧时手爪作用点之间的距离为2R 。
机械手通常利用手指与工件接触面间的摩擦力来夹持工件。
工件在被夹持的过程中，从静止状态开始可能有多种运动形式。
在不同的运动状态下，工件的受力情况是不同的，当工件处于静止或匀速移动状态下时，工件除了与手爪的作用力外，所承受的只用重力；当工件加速运动时，其受力情况还应考虑惯性力的影响。
因此，在设计时，应对夹持器的各种工作状态进行分析，使其结构能提供必学的夹持力。
根据经验和查阅相关资料，手部机构设计如下图：图3.1 手爪设计分析图图中,e 为支持器活塞中心至手指支点的距离；l 为手指支点至指端（与工件接触点）的长度；r 为手指支点销轴的半径；P F 为液压缸所需要提供的轴向作用力；1F 为手指回转有效分力，1F =P F 2cos ϕ；2F 为垂直分力，2sin 2ϕP F F =；Q F 为单手指指端作用力（加持力）；ϕ为压力角；μ为构件间相互摩擦系数。