机械手说明书

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前言

机械手是模仿人的手部动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运和操作的自动装置。它特别是在高温、高压、多粉尘、易燃、

易爆、放射性等恶劣环境中，以及笨重、单调、频繁的操作中代替人作

业，因此获得日益广泛的应用。机械手一般由执行机构、驱动系统、控

制系统及检测装置三大部分组成，智能机械手还具有感觉系统和智能系

统。本篇介绍的是用于物件装卸的机械手的设计，属圆柱坐标式机械手。

本篇根据设计机械手的一般程序，分八步详细地的介绍了用于物件装卸

的机械手的设计的过程。

第一章设计任务书

一.设计内容：

1、机械手机构总体方案设计

2、手架的结构设计

3、液压、气压或电气系统设计

机械手动作要求是：手架能作任何角度的伸缩和转动。

各动作由液压、气压驱动，电磁阀控制。

手架承重不小于10kg。

第二章设计任务分析以及总体方案

机械手是一种模仿人手部分动作,按照预先设定的程序、轨迹或其它要求，实现抓取、搬运工件或者操纵工具的自动化装置。

一.机械手设计原则

总体设计的任务：包括执行系统、驱动系统、控制系统的设计及参数计算，最后绘出草图。总体设计后要进行各部件的强度、刚

度、驱动力验算。

1、运动设计及确定主要要求

手架能作任何角度的伸缩和转动

2、驱动方式：液压、气压驱动

该机械手是独立的自动化机械装置。通用性高，机械手结构比较复杂。手臂可作前后伸缩、上下升降和水平左右摆动三个动作，

手臂可以绕Z轴转动360度

4）按驱动方式分为联合驱动，电力驱动，液压驱动。

5）按臂力大小来说是中型机械手。

二、机械手分类

1.按驱动方式分：液压式、气动式、机械式

2.按适用范围分：专用机械手、通用机械手

3.按运动轨迹控制方式分：点位控制、连续轨迹控制

4.按臂部的运动形式分：直角坐标式、圆柱坐标式、球座坐标式、

关节式

三.机械手主要组成：

机械手主要是由执行系统，驱动系统，控制系统三大部分组成。

1、执行部分

执行系统是机械手的机械传动结构部分。它包括手、手腕、手臂和机座等部件。

2、驱动系统

驱动系统是驱动执行系统的动力装置。驱动系统有液压驱动，气压驱动，电力驱动和机械驱动等方式。

3、控制系统

控制系统是支配执行系统按规定程序动作得到电气控制装置。控制系统所控制的因素包括执行系统各部的动作、动作顺序、位置、时间和速度等。

四.机械手结构布置要求及平稳性与定位精度

机械手工作中运动速度较高，在结构布置上应保证运动平稳，这样可提高机械手使用的可靠性，并可延长使用寿命，在结构上要注意以

下几点：

1）臂部要防止偏重通常臂部处于悬臂的工作状态，在设计臂部、

手部结构时要尽量使其总的重心在支撑中心，防止对支撑中心的偏

重。偏重将会产生附加的弯矩引起立柱和导向的变形，工作中引起

导向装置不均匀的磨损。在回转运动中偏重对回转轴附加有动压力，

其方向不断的变化，特别是高速及速度突然变化时更为明显，这将

引起机械手的振动，严重时会造成卡死。防止偏重过大可采取的措

施如下：

a.减轻手部重量，并尽量减少偏心载荷。

b.合理分布臂部上各部件重量和增加平衡重，使臂部平衡。

c.机械手在结构上无法避免偏重，则应加强导向支撑，尽力减轻偏

重对运动的影响。

2）加强臂部刚度选取臂部结构时要注意各个方向的刚度。提高

臂部刚度是减少手部颤动的关键，有利于提高定位精度。臂部的刚

度决定于臂部的结构和导向形式。

3）改进缓冲装置和提高配合精度机械手缓冲装置是保证运动平稳和减少振动的主要措施。冲击有两种：一种是机械冲击，它是臂部运动中与定位装置相撞而产生，用可靠缓冲装置来消除。另一种是液压系统动作时产生的冲击。这种冲击作用于管路之中，仍会引起机械手振动，要靠改进液压系统设计来叫解决。

提高部件的配合精度，减少间隙都有利于运动平稳。

在生产中要求机械手工作速度快，运动平稳，定位精度高。应注意其影响因素，设计合理结构，以满足要求

1.影响平稳性及定位精度的因素

（１）惯性力的影响机械手速度变突，加（减）速度不连续，会产生巨大惯性冲击力，致使工件滑移，部件松动，零件破裂。定位时，大的减速度使臂部往复振动，直接降低定位精度。因此，应根据机械手的运动特性，选择适宜的控制系统，使加（减）速度按所需的运动规律变化。同时，在保证刚度前提下减轻机械手运动部件的重量。

（２）结构刚度的影响零件结构刚性低，配合间隙大以及整机固有频率低时，受较小惯性冲击就发生振动，不但降低定位精度，而且降低机械寿命。应选择合理结构，提高机械手固有频率以及承受惯性载荷的能力。

（３）定位方法的影响常用定位方法中电气开关定位的精度最低，伺服定位较高，机械挡块定位精度最高。

（４）控制系统的影响电控系统误差，阀类泄露，检测元件失灵，挡块偏移等都会降低定位精度。

（５）驱动源的影响液压、气压、电压和油温波动都会降低平稳性及定位精度，必要时，用蓄能器、稳压器等稳定压力和电压，用加热器冷却器控制油温。

第三章机械部分的设计

机械手的结构设计及计算

一.手部

机械手的手部是用来抓持工件（或工具）的部件。手部抓持工件的迅速、准确和牢靠程度都将直接影响到机械手的工作性能，它是机械手的关键部件之一。

1.手部总体确定：

手部是承担抓取刀具的机构，由手指传力机构和驱动装置等组成，是机械手的重要组成部分之一。根据被抓起部件的材料，形状，尺寸以及一些特性的不同，此机械手部分为手指式。

2.手指式手部的类型

手指式手部是以手指的张开和闭合来实现抓持工件。它对抓取各种形状的工件具有较大的适应性，故应用最广。一般手指式手部具有两指，三指或者多指，后者应用较少。而次此设计手指为两指式手指。

手指式手部按手指的运动形式可分为回转型和平移型。回转型又分为单支点和双支点两种。回转型手部多用于抓持圆柱形工件，平移型用于抓持方形工件。