工业机械手的设计说明书

当 Rmin < R0 <Rmax ,则夹持误差 D取 D1 和 D2 中的大者.
D1 = lAB2 +æçèsRimnaqx ö÷ø2 -2lAB sRinmaqx cos b-lAB sin b
= 10000 +2674.1-5172.4 -87 =-0.3876 D2 = lAB2 +æçèsRinmiqn ö÷ø2 -2lAB sRinmiqn cos b-lAB sin b
b、液压原理图（一张）
c、设计计算说明书（一份）
（3）技术要求
主要参数的确定：
a、 坐标形式：圆柱坐标
b、 抓重：300N
c、 自由度：4 个
d、 臂的运动行程：伸缩运动 400mm，回转运动 210°，
升降运动 300mm
e、 臂的运动速度：伸缩运动＜300mm/s，
回转运动＜90°/s
升降运动＜70mm/s
员学习的基本工作态度，工作作风和工作方法。
1.2 设计内容和要求
（一）原始数据及资料
（1）原始数据：
a、生产纲领：100000 件（两班制生产）
b、自由度（四个自由度）
臂转动 210°
臂上下运动 300mm
臂升长（伸缩） 400mm
手部转动
±180°
（2）设计要求：
a、上料机械手结构设计图、装配图、各主要零件图（一套）
的手部结构参数，可以采用自动定心的手部结构，来减少机械手的调整
工作，从而使夹持误差控制在较小的范围内。在机械加工中，通常使手
指的夹持误差不超过 ±1mm。
单支点回转型手指的夹持误差分析与计算 lAB 为手指长,即手指的回转支点 A 到 V 形槽的顶点 B 的距离;
2q为 V 形槽的夹角; b为偏转角,即 V 形槽的角平分线 BC 与手指 AB 间的夹角
所以
P实际
= 300 ´
1.5 ´ 2 0.94
= 957(N ),即夹持工件时所需夹紧油缸的
驱动力为 957N。
3）手指夹持误差分析与计算
机械手能否准确夹持工件，把工件送到指定的位置，不经取决于机
械手的定位精度，而且与手指夹持误差的大小有关。为使机械手能适用
于多品种小批量，工件直径在一定范围内变化的生产中，必须选用合理
4.3
手臂升降设计……………………………………………………………22
第五章 液压系统原理设计及草图…………………………………………....27 5.1 手指夹紧缸液压回路…………………………………………….….……27 5.2 工业机械手液压系统原理图……………………………………………….27 第六章 机械手的控制……………………………………………………………28
R 为工作的半径
lAB =100m, 2q=1200 , Rmax =45mm， Rmin =20mm
工作的轴心位置 C 与手指的回转支点 A 间的距离 X,由下式求得:
X = lAB2 +lBC2 -2lABlBC cos b = lAB2 +çèæsiRnq÷øö2 -2lAB siRnqcos b
由 åF x =0 得 P1 = P2
åF y =0
得
P1
=
2
P cosa
åM
(F
O1
)=
0
得
P' h = Nb 1
因
h
=
a cosa
所以 P = 2b cos2 a· N a
式中а——手指的回转支点到对称中心线的距离；
α——工件被夹紧时手指的滑槽方向与两回转支点连线间的夹角
（一般取a=30°~ 40°）
图 2-2 用一个回转液压力缸实现腕部旋转的结构 3．3 碗部设计的计算 基本参数：抓重 G=300N,回转符号 w = 90o / s ，行程 00 -1800 ，速度< 90o / s , 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，用估算法， 工件重 300N，长度取 1200mm, 如图 2-3 所示。
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、其他要求 因此送料，夹紧机械手，根据工件的形状，采用最常用的外卡式两指
钳爪，夹紧方式用常闭史弹簧夹紧，松开时，用单位用式液压缸。此种 结构较为简单，制造方便。 二、确定传力机构
第一章 机械手设计任务书
1.1 课程设计目的
课程设计是一个极为重要的实践性教学环节，是使学生综合运用所学过的
基本理论、基本知识与基本技能去解决专业范围内的工程设计问题而进行的一次
基本训练。这对学生即将从事的相关技术工作和未来事业的开拓都具有一定意
义。
其主要目的：
一、 培养学生综合分析和解决本专业的一般工程技术问题的独立工
当 R = R0 =lAB sinqcos b时有最小值, Xmin =lAB sin b,且 X 的变化是以 R0 左右对 称的.
当 Rmin < Rmax £R0或R0 £Rmin < Rmax时 ,即 Rmax 和 Rmin 在双曲线的对称点 R0 的同侧, 其夹持误差
D= lAB2 +æçèsRinmaqx ö÷ø2 -2lAB sRinmaqx cos b- lAB2 +æçèsRinmiqn ö÷ø2 -2lAB sRinmiqn cos b
= 10000 +824.7 -2873.56 -87
=0.1692
若 R0 处在 Rmin 和 Rmax 之间,即 R0
= Rmax
+Rmin 2
时,夹持误差 D最小.
当
R
=
R0
= l AB
sinqcos
b时，可得最小偏转角
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b c
= cos-1
Rmax 2lAB
+Rmin sin q
=
68 0
则最小夹持误差为：
f、 腕部的运动行程：回转运动 180°
g、 腕部的运动速度：回转运动＜90°/s
h、 定位方式：电位器（或接近开关等）设定，点位控制
i、 手指夹持范围：棒料直径φ50－φ70mm，
长度 450－1200mm j、 驱动方式：液压（中、低系统） k、 定位精度：±3mm l、 控制方式：PLC 控制 （二）料槽形式及分析动作要求 （1）料槽形式 由于工件的形状属于小型回转体，此种形状的零件通常采用自用输送 的输料槽，该装置结构简单，不需要其他动力源和特殊装置，所以本课程 题采用此种输料槽。 （2）动作要求分析如图 1.1 所示 动作一：送料 动作二：预夹紧 动作三：手臂上升 动作四：手臂旋转 动作五：小臂伸长 动作六：手腕旋转
=
1 sin 2
q(
R
-lAB
sin
qcos
b)2
+lAB2
sin
b
或者 X2
(lAB sin b)2
-( R -lAB sinqcos b)2 (lAB sinqsin b)2
=1
此方程是双曲线方程.若工件的半径 R 由 Rmax 变化到 Rmin 时,X 的值最大变化 量即为夹持误差,用 D表示.
2.2 机械手的分类……………………………………………………………….4
2.3 机械手的组成…………………………………………………………….....4
第三章
腕部设计……………………………………………………………..8
3.1
腕部设计的基本要求……………………………………………………....8
3.2
碗部的机构设计…………………………………………………………..9
图 1.1 要求分析
第二章 抓取结构设计
2.1 手部设计计算 一、对手部设计的要求
1、有适当的夹紧力 手部在工组时，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。对于刚性很差的工作夹紧力大小应该 设计得可以调节，对于笨重的工件应考虑采用自锁安全装置。 2、有足够的开闭范围
在本设计中，将采用常见的滑槽杠杆式手部结构，这种手部结构简单， 具有动作灵活，手指开闭角度大的特点。
在拉杆 3 作用下销轴 2 向上的拉力为 P，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 P1、P2，其力的方向垂直于滑槽的中心线 OO1 和 OO2 并指向 O 点，P1 和 P2 的延长线交 O1O2 于 A 与 B
夹持类手部的手指都有张开和闭合装置。工作时，一个手指开闭范 围。对于回转型手部手指开闭范围，可用开闭角和手指夹紧端长度表示。 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，开闭的范围大一些较好。
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
3.3
碗部设计的计算……………………………………………………………………9
3.4
拉紧装置原理………………………………………………………………………11
第四章 手臂设计…………………………………………………………………11
4.1
手臂伸缩的设计计算……………………………………………………11
4.2
手臂旋转机构设计………………………………………………………18
1. 手指 2.轴销 3.拉杆 4.指座
三、手部驱动力计算：
1)理论驱动力计算
由上面可知，驱动力为： P = 2b cos2 a· N a
在此设计中，我们选择 V 型指型夹方料，手指与工件位置选择：手指水
平位置夹水平放置的工件。由课程设计指导书
表 2－1 查得握力计算
公式： N =0.5G 由设计参数可知，G＝300N，故可求得 N＝0.5×300N=150（N），将 N=150（N）
第三章 腕部设计
腕部是连接手部和臂部的部件，它的作用主要是在臂部运动基础进一步改变 或调整手部在空间的方位，使机械适应复杂的动作要求。
3．1 腕部设计的基本要求 1）力求结构紧凑，重量轻。 2) 必须考虑的工作条件。在高温作业和腐蚀性介质中工作，考虑热膨胀， 压力油的粘度和有关材料及电控制元件的耐热性。 3．2 碗部的机构设计 1)选取手腕部分的自由度。如下图 2-1 所示，手腕运动有：绕 X 轴转动称为 回转运动；绕 Y 轴转动称为上下摆动；绕 Z 轴称为左右摆动。这里选用一个自由 度的手腕回转运动机构为回转液压缸，它的机构简单紧凑，灵巧，能基本满足工 作要求。
12
h
式中，P-理论驱动力， K1-安全系数，取 1.5～2
K2-实际工作情况系数，主要考虑惯性力的影响，可按下式估算：
K2
=1 +a g
（其中，a
为手部抓取工件后手臂运动的最大加速度，
g 为重力加速度）
因传力机构为齿轮齿条传动，故取η＝0.94，并取 K1＝1.5
若被抓取工件的最大加速度取 a＝g 时，则 K2＝1＋1＝2
图 2-1 腕部的自由度（1—臂部 2—腕部 3—手部） 2) 采用具有一个自由度的回转缸驱动的腕部机构，直接用回转液体压驱动
来实现腕部的回转，具有机构紧凑，灵活等优点。如图下图 2-2 所示的腕部结构， 采用一个回转液压缸，实现的旋转运动。从 A-A 剖面视图上可以看出，回转叶片 （简称动片）用螺订，销钉和转轴 10 连接在一起，定片 8 则和缸体 9 连接。压 力油分别由油孔 5，7 进出油涳，实现手部 12 的旋转。
作能力，拓宽和深化学生的知识。
二、 培养学生树立正确的设计思想，设计构思和创新思维，掌握工程
设计的一般程序规范和方法。
三、 培养学生树立正确的设计思想和使用技术资料、国家标准等手
册、图册工具书进行设计计算，数据处理，编写技术文件等方面
的工作能力。
四、 培养学生进行调查研究，面向实际，面向生产，向工人和技术人
代入驱动力的计算公式中，并且在此设计中，我们选择使用参数
a=50(mm),b=100(mm)，α＝30°，可求得理论驱动力 P＝300（N）
2)实际驱动力计算
夹持手部在工作过程中，其实际驱动力的大小，除理论驱动力 P 外，还
应考虑传力机构的效率及工件运送过程中所产生的惯性力等因素的影响。
P K K 实际驱动力的计算公式： 实际 = P
机械系统设计 课程设计说明书
设计题目：工业机械手设计
学院：机电工程学院 班级：机械 052 班 姓名：李灼湖 学号：200510824223
第一章
目录
机械手设计任务书……………………………………………………3
1.1 课程设计目的………………………………………………………………..3
1.2 设计内容和要求…………………………………………………………….3 第二章 抓取结构设计………………………………………………………….4 2.1 机械手设计原则……………………………………………………………4
Dmin = lAB2 +æçèsRinmaqx ö÷ø2 -2lAB sRinmaqx cos bc -lAB sin bc = lAB2 +æçèsRinmiqn ö÷ø2 -2lAB sRinmiqn cos bc -lAB sin bc = 10000 +2674.1-3875.17 -92.72 =0.158