通用上下料气动机械手结构设计正式版
机械手的设计----通用气动上下料机械手OMRON概论
机械手的设计本文简要地介绍了工业机器人的概念，机械手的组成和分类，机械手的自由度和座标型式，气动技术的特点，PLC控制的特点及国内外的发展状况。
1.4.2课题的主要任务本课题将要完成的主要任务如下:(1)机械手为通用机械手，因此相对于专用机械手来说，它的适用面更广.(2)选取机械手的座标型式和自由度(3)设计出机械手的各执行机构，包括:手部、手腕、手臂等部件的设计。
为了使通用性更强，手部设计成可更换结构，既可以用夹持式手指来抓取棒料工件，又可以用气流负压式吸盘来吸取板料工件。
(4)气压传动系统的设计本课题将设计出机械手的气压传动系统，包括气动元器件的选取，气动回路的设计，并绘出气动原理图。
(6)机械手的控制系统的设计本机械手拟采用可编程序控制器(PLC)对机械手进行控制，本课题将要选取PLC型号，根据机械手的工作流程编制出PLC程序，并画出梯形图。
第二章机械手的设计方案对气动机械手的基本要求是能快速、准确地拾一放和搬运物件，这就要求它们具有高精度、快速反应、一定的承载能力、足够的工作空间和灵活的自由度及在任意位置都能自动定位等特性。
设计气动机械手的原则是:充分分析作业对象(工件)的作业技术要求，拟定最合理的作业工序和工艺，并满足系统功能要求和环境条件;明确工件的结构形状和材料特性，定位精度要求，抓取、搬运时的受力特性、尺寸和质量参数等，从而进一步确定对机械手结构及运行控制的要求;尽量选用定型的标准组件，简化设计制造过程，兼顾通用性和专用性，并能实现柔性转换和编程控制.本次设计的机械手是通用气动上下料机械手，是一种适合于成批或中、小批生产的、可以改变动作程序的自动搬运或操作设备，动强度大和操作单调频繁的生产场合。
它可用于操作环境恶劣，劳动强度大和操作单调频繁的生产场合。
2.1机械手的座标型式与自由度按机械手手臂的不同运动形式及其组合情况，其座标型式可分为直角座标式、圆柱座标式、球座标式和关节式。
由于本机械手在上下料时手臂具有升降、收缩及回转运动，因此，采用圆柱座标型式。
气动通用上下料机械手的设计——机械结构设计
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5.1 手臂伸缩与手腕回转部分..................................................... 错误！未定义书签。 5.1.1 结构设计 .............................................................................. 错误！未定义书签。 5.1.2 导向装置 .............................................................................. 错误！未定义书签。 5.1.3 手臂伸缩驱动力的计 .......................................................... 错误！未定义书签。 5.2 手臂升降和回转部分............................................................. 错误！未定义书签。 5.2.1 结构设计 .............................................................................. 错误！未定义书签。 5.3 手臂伸缩气缸的设计............................................................. 错误！未定义书签。 5.4 手臂伸缩、升降用液压缓冲器............................................. 错误！未定义书签。 5.5 手臂回转用液压缓冲器......................................................... 错误！未定义书签。 6 结论 参考文献 致谢
通用上下料气动机械手结构设计
编号：SM-ZD-30903通用上下料气动机械手结构设计Organize enterprise safety management planning, guidance, inspection and decision-making, ensure the safety status, and unify the overall plan objectives编制：____________________审核：____________________时间：____________________本文档下载后可任意修改通用上下料气动机械手结构设计简介：该安全管理资料适用于安全管理工作中组织实施企业安全管理规划、指导、检查和决策等事项，保证生产中的人、物、环境因素处于最佳安全状态，从而使整体计划目标统一，行动协调，过程有条不紊。
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气动机械手具有结构简单、重量轻、动作迅速、可靠、节能、不污染环境、可实现无级调速、易实现过载保护等优点，应用特点广泛。
论文介绍了气动机械手的原理，对机械手的主要部件和设计要求做了相关的阐述，另外对机械手回转臂的结构帮了优化措施。
气动机械手能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。
气动机械手具有结构简单、重量轻、动作迅速、可靠、节能、不污染环境、可实现无级调速、易实现过载保护等优点，特别适用于汽车制造业、食品和药品包装行业、化工行业、精密仪器制造业和军事工业等。
在现代工业技术应用的气动机械手能够实现4个自由度的运动，其各自的自由度的驱动全部由气动肌肉来实现。
最前端的气爪抓取物品，通过气动肌肉的驱动实现各自关节的转动，使物品在空间上运动，根据合理的控制，最终实现机械手的动作要求。
气动机械手回转臂的设计主要是选择合适的控制阀，设计合理的气动控制回路，通过控制和调节各个气缸压缩空气的压力、流量和方向来使气动执行机构获得必要的力、动作速度和改变运动方向，并按规定的程序工作。
上下料机械手的结构设计
上下料机械手的结构设计一、绪论1、课题背景在现代工业中，生产过程的机械化、自动化和智能化已成为突出的主题。
化工等连续性生产过程的自动化已基本得到解决，但在机械工业中加工、装配等生产是不连续的。
专用机床是大批量生产自动化的有效办法，程控机床、数控机床及加工中心等自动化机械是有效地解决多品种小批量生产自动化的重要办法。
但除切削加工本身外，还有大量的装卸、搬运及装配等作业有待于进一步实现机械化，机器人的出现并得到应用为这些作业的机械化奠定了良好的基础。
“工业机器人”（Industrial Robot）：多数是指程序可变（编）的独立的自动抓取，搬运工件，操作工具的装置（国内称作工业机器人或通用机器人）。
机器人是一种具有人体上肢的部分功能，工作程序固定的自动化装置，具有结构简单，成本低廉，维修容易的优势，但功能较少，适应性较差。
目前，我国常把具有上述特点的机器人称为专用机器人，而把工业机械人称为通用机器人。
简而言之，机器人就是用机器代替人手，把工件由某个地方移向指定的工作位置，或按照工作要求以操纵工件进行加工。
机器人一般分为三类：第一类是不需要人工操作的通用机器人，即本文所研究的对象。
它是一种独立的，不附属于某一主机的装置，可以根据任务的需要编制程序以完成各项规定操作，它是除具备普通机械的物理性能之外还具备通用机械、记忆和智能的三元机械；第二类是需要人工操作的，称为操作机 (Manipulator) 它起源于原子、军事工业，先是通过操作机来完成特定的作业，后来发展到用无线电讯号操作机器人来进行探测月球等。
工业中采用的锻造操作机也属于这一范畴；第三类是专业机器人，主要附属于自动机床或自动生产线上用以解决机床上下料和工件传送，这种机器人在国外通常被称之为“Mechanical Hand”，它是为主机服务的，由主机驱动，除少数外工作程序一般是固定的，因此是专用的。
机器人按照结构形式的不同又可分为多种类型，其中关节型机器人以其结构紧凑，所占空间体积小，相对工作空间最大，甚至能绕过基座周围的一些障碍物等这样一些特点，成为机器人中使用最多的一种结构形式，世界一些著名机器人的本体部分都采用这种机构形式的机器人。
气动搬运机械手的机械结构设计
气动搬运机械手的机械结构设计作者：史桂福来源：《时代汽车》 2017年第15期摘要：气动搬运机械手在生产工作中的运用，提高了生产自动化程度和机械化水平，解放了劳动力，保证了人身安全。
基于大量的文献资料以进一步优化机械结构为目的，提出气动搬运机械手机械结构总体设计方案，具体探讨手部结构、手腕结构、气压系统等细部设计，为今后的设计工作提供借鉴。
关键词：机械结构；机械手；驱动力；工作原理；手腕1气动搬运机械手机械结构设计总体方案按照机械手臂运行形式及其组合的不同，气动搬运机械手形式可分为圆柱座标式、直角座标式、关节式、球座标式等几种形式。
在此，以圆柱座标式的气动搬运机械手为研究对象，其机械结构总体设计如图1。
从图1可以看出，本气动搬运机械手主要包括手部、手腕、手腕回转气缸、手臂、手臂伸缩气缸、底座、立柱、立柱升降气缸、立柱回转气缸、基体等部分，有手臂升降、手腕回转、手臂伸缩等多个自由度运动。
2气动搬运机械手结构的细部设计2.1 手部结构设计(1)机械部分。
本气动搬运机械手采用夹持式结构的手部结构，手部结构采用齿轮齿条式的传力机构，工件基本设计成圆柱形，手指设计成V型。
(2)工作原理。
手部机械工作原理是通过齿轮齿条的相互配合运动实现手爪的张开、闭合等功能。
其中，齿轮安装在手爪上，齿条安装在活塞杆上。
当活塞杆向下移动时，带动齿条一同向下运动，用于控制手部动作，右齿轮逆时针旋转，左齿轮顺时针旋转，此时手指张开；反之，当活塞杆向上移动时，手指闭合。
(3)相关计算。
手部机械动作实现以夹紧力(N)和驱动力(F)为支持，要想顺利实现手部动作，对夹紧力和驱动力进行设计是必要的。
确定相关参数后，将具体数值代入公式中，得到具体的计算结果：夹紧力的计算公式：N≥KIK2K3G驱动力的计算公式：F=2bN/R本机械手手部工件重量是5gk，手爪角度是120°，b取值120mm，R取值24mm，K,安全系数取值1.5。
气动通用上下料机械手设计——机械结构设计(有设计图纸)
气动通用上下料机械手的设计——机械结构设计摘要：本文通过对关键词上下料，机械手，气缸。
Mechanical Structural Design of Air Pressure Drive Upper and Lower Material ManipulatorAbstract: At first, thKey words:upper and lower material, manipulator, air cylinder.目录1 绪论 (1)机械手概述 (1)6 结论 (1)参考文献 (2)致谢 (5)1 绪论机械手概述工业6 结论一、机械手为通用机械手，它的适用面广。
选用圆柱座标和四自由度。
机械手的各执行机构，包括:手部、手腕、手臂等部。
手部可改换，既能够用夹持式手指来抓取棒料工件，又能够用气流负压式吸盘来吸取板料工件。
二、该机械手能够选择配置普通的夹持手指，以抓取一般工件;也可改换喷射式气流负压吸盘，以吸附玻璃、墙地砖等板料及光盘、磁盘等薄型不透气工件，使机械手的用途更多，利用范围更广。
另外，该机械手既能够用于搬运小型零件，也可供教学、实验利用。
3、腕部采用回转结构，能够实现回转运动，手臂采用双作用式汽缸，能够实现伸缩、起落、回转运动。
手臂能够实现直线运动:伸缩、起落、横移运动；回转运动:水平回转、左右摆动运动；直线运动与回转运动的组合(即螺旋运动)；两直线运动的组合(即平面运动)；两回转运动的组合(即空间曲面运动)。
4、各汽缸运动都采用液压缓冲器，通过定位块，定位拉杆，实现缓冲与定位。
液压缓冲器定位准确，精度高。
参考文献[1]徐元昌.工业机械人.北京:中国轻工业出版社，1996[2]张建民.工业机械人.北京:北京理工大学出版社，1988[3]蔡自兴.机械人学的进展趋势和进展战略.机械人技术，2001, 4[4]周洪.气动技术的新进展.液压气动与密封，1999, 5[5]金茂青，曲忠萍，张桂华.国外工业机械人进展势态分析.机械人技术与应用2001, 2[6]王雄耀.近代气动机械人(气动机械手)的进展及应用.液压气动与密，1999，5[7]周伯英.工业机械人设计.北京:机械工业出版社，1995[8]龙立新.工业机械手的设计分析.焊工之友，1999, 3[9]王承义.机械手及其应用.北京:机械工业出版社，1981[l0]工业机械手设计基础.天津大学《工业机械手设计基础》编写组编.天津: 天津科学技术出版社，1979[1l]李哲.冲压床自动上、下料机械手的研制，研究与设计，2001, 5[12]赵丽萍.气动机械手应用事例分析.上海轻工业高等专科学校学报，1993, 1[13]严学高，孟正大.机械人原理.南京:东南大学出版社，1992[14]张新华.冲床自动送料机的原理及设计.锻压技术，1993, 5[15]机械设计师手册.北京:机械工业出版社，1986[16]机械设计，西安交通大学机械原理及机械零件教研室编.北京:人民教育出版社，1973[17]黄锡恺，郑文伟.机械原理.北京:人民教育出版社，1981[18]成大先.机械设计图册.北京:化学工业出版社，1985[19]王宣银.气动机械臂的控制原理及其实现.机械工程师，2001, 2[20]钱东海，马毅潇，赵锡芳.双臂机械人时刻最优轨迹计划研究.机械人，1999, 21[21]瞻启贤.自动机械设计.北京:轻工业出版社，1987[22]徐湘.机械设计手册.北京:化工业出版社，1991[23]关多友.关节式机械手位置的计算式和程序.山东建材学院学报，1998,12[24]华大年等.机构分析与设计.北京:纺织工业出版社，1985[25]尹自荣.数控上下料机械手的研究及应用.锻压机械，1994, 6[26](旧)高井宏幸等.工业机械人的结构与应用.北京:机械工业出版社，1977[27] Schneider Ditmar. Otto voo TIPS No. 87/1994. FESTO Pneumatic. Esslingen.致谢本文是在我尊重的导师马清艳的悉心指导下完成的。
冲床用气动上下料机械手结构设计_任务书
年月日
系主任：
年月日
2015届毕业设计（论文）任务书
二级学院：机电工程学院班级：11机Y2
学生：徐磊学号：
指导教冲床用气动上下料机械手结构设计
课题类型
毕业设计□毕业论文
课题内容及其目标(指标)要求
课题来源于常州铭赛机器人科技有限公司，随着工业自动化程度的提高，工业现场的很多易燃、易爆等高危及重体力劳动场合必将由机器人所代替。这一方面可以减轻工人的劳动强度，另一方面可以大大提高劳动生产率。例如，目前在我国的许多中小型汽车生产以及轻工业生产中，往往冲压成型这一工序还需要人工上下料，既费时费力，又影响效率。为此，本课题设计上下料机械手可取代人工上下料。机械手主要技术参数：
进程安排
3-4周明确设计任务和内容，课题调查研究，查阅收集资料，
撰写开题报告
5-6周通用机械手坐标形式与结构形式的分析研究
7-9周手臂、手腕、手部结构方案设计，机械手驱动和控制方案设计
10-14周机械手机械构设计与装配图绘制
15-16周编写设计计算说明书，翻译外文资料
17周审图、评阅、准备答辩
18周答辩
1.抓重:10公斤（夹持式手部）,5公斤（气流负压式吸盘）2．自由度数：4个3．最大工作半径：1500mm4.可用于100吨以上冲床上下料。
主要工作内容：1选取通用机械手的座标型式和自由度2设计出机械手的各执行机构，包括：手部、手腕、手臂等部件的设计，绘制结构装配图3．编制设计计算说明书4．翻译专业外文资料.
通用上下料气动机械手结构设计
通用上下料气动机械手结构设计1. 引言气动机械手的应用越来越广泛，特别是在现代自动化生产线上，经常需要进行物料的上下料操作。
对于那些需要频繁上下料的生产线来说，使用气动机械手可以极大地提高生产效率。
因此，对于气动机械手的结构设计和性能优化具有重要的意义。
本文将介绍一种通用的上下料气动机械手结构设计，并对设计方案进行详细讲解。
该设计方案具有较高的通用性和可靠性，适用于各种不同的生产线。
2. 设计方案2.1 总体结构该气动机械手主要由以下部分组成：•履带•手臂•爪子•气源系统其中，手臂和爪子通过两个关节连接，可以实现360度的旋转和上下运动。
同时，手臂和爪子的长度可以根据不同的生产线要求进行调整。
履带可以根据不同的生产线场地要求进行更换，以适应不同的地形。
2.2 手臂结构手臂结构由两个关节组成，可以分别实现水平方向和垂直方向的运动。
关节的设计采用了球面联轴器，可以实现较大的角度范围内的旋转。
在关节处采用了弹簧缓冲机构，可以减小机械手在运动过程中的震动和冲击。
手臂的材料选择采用了航空铝合金，具有较高的强度和轻量化的特点。
同时，在航空铝合金上采用了严格的表面处理和磨光，可以大大提高机械手的表面硬度和耐腐蚀性。
2.3 爪子结构爪子结构采用了气动夹爪，可以根据需要自由开合。
在夹爪内部采用了弹簧缓冲机构，可以减小夹爪在夹取物料时的冲击力，保证物料的安全性。
爪子材料采用了弹性优良的合金钢，可以大大提高夹爪的使用寿命。
2.4 气源系统气源系统主要由气源、调压器、滤波器、气管和控制阀组成。
气源和调压器的选型需要考虑机械手的使用场地和工作要求，以确定气源稳定性和调压器的性能指标。
滤波器的作用是过滤气源中的杂质和水分，从而保证气源的稳定性和纯度。
气管的材料选择需要考虑机械手的使用环境和工作场地，以确保气管的强度和耐腐蚀性。
控制阀的设计采用了电磁控制阀，可以对机械手的动作进行精确控制。
控制阀的选型需要考虑机械手的运动速度和精度，以确定控制阀的参数和性能。
上下料机械手结构设计
上下料机械手结构设计
上下料机械手是工业自动化领域中常见的设备，用于在生产线
上进行物料的搬运和装配。
其结构设计需要考虑以下几个方面：
1. 机械手类型，根据实际需求，可以选择不同类型的机械手，
比如直线运动机械手、旋转机械手、SCARA机械手等。
每种类型的
机械手都有其适用的场景和特点，需要根据具体的作业需求来选择。
2. 关节结构，机械手通常由多个关节组成，关节的结构设计需
要考虑到负载能力、精度要求、速度要求等因素。
常见的关节结构
包括直线传动、齿轮传动、伺服电机驱动等，需要根据具体情况选
择最合适的结构。
3. 末端执行器，末端执行器是机械手的关键部件，用于实际的
物料抓取、放置和装配。
末端执行器的设计需要考虑到抓取力度、
抓取形状、灵活性等因素，常见的末端执行器包括气动夹爪、机械
夹具、吸盘等。
4. 控制系统，机械手的结构设计需要与控制系统相匹配，确保
机械手能够按照预定的路径和速度进行运动。
控制系统通常包括传
感器、编码器、控制器等部件，需要与机械手的结构设计相协调。
5. 安全性考虑，在机械手的结构设计中，需要考虑到安全性因素，确保机械手在运行过程中不会对操作人员或周围环境造成伤害。
这包括安全防护装置的设置、紧急停止系统的设计等。
综上所述，上下料机械手的结构设计需要综合考虑机械手类型、关节结构、末端执行器、控制系统和安全性等多个方面的因素，以
确保机械手在实际生产中能够高效、安全地完成物料的搬运和装配
任务。
上下料机械手设计(结构设计)
组长签名:年月日
注：1、本表可根据内容续页；2、教研室指导小组意见及领导小组意见需手写，其他内容电子版填写。
附件1
毕业论文（设计）课题申请表
（指导教师用表）
系（部）：专业：
课题情况
课题名称
上下料机械手设计（结构设计）
教师姓名
职称
学位
课题来源
A.科研项目□B.教研项目□C.生产实践□D.社会实践□E.企业□F.其他
课题类别
A.设计B.论文□
完成地点
A.校内□B.校外
（或设计内容）
研究内容
1、设计的是为普通车床而设计的一种自动上下料装置的机械手。
2、对机械手进行了总体方案的设计，确定坐标型式、自由度和机械手的技术参数,确定该机械手的手臂的回转机构和升降机构，及手部结构。
3、该机械手能抓取重物,机械手的双臂可同时升降并在水平面内一起作90°回转，升降动作；装在手臂前端的手，可作夹紧或松开工件的开闭动作。
（或设计目标）
研究目标
1、完成上下料机械手的整体设计，包括:手部、手腕、手臂和机身等结构部件的设计。
2、用CAD完成机械手的总装配图，零件图。
3、提供设计图4张，两张0号，三张3号。
对学生的基本要求
1、根据毕业设计研究方向，独立进行文献查找和分析文献资料。
2、应用所学知识，独立完成课题设计。
3、参考国内外研究现状和成计。
教研室指导小组审题意见
组长签名:年月日
气动四自由度机械手结构设计正文
摘要针对数控车床设计的一种套类零件自动上下料机构，实现了坯料的抓取、自动定位、夹紧以及工件的回放。
该机构主要由自动安装夹具，坯料、工件拾取机械手，动力及控制系统组成。
零件的自动定位、夹紧由弹簧涨胎心轴实现，涨胎心轴是以工件的内孔表面定位，由气缸驱动弹性筒夹向外扩涨，实现工件的定位和夹紧的。
坯料、工件的拾取、回放是由单臂形式的机械手通过伸缩、旋转以及俯仰等运动实现的，这些运动均由气缸驱动获得。
本设计中，为实现工件的自动上下料，单臂机械手的运动与涨胎心轴的张合需进行紧密配合。
考虑到所夹持工件的实际尺寸、质量等因素，本机构采用气动夹具、电气控制实现了坯料和工件的拾取、安装、回放过程的自动完成。
本文对气动机械手进行总体方案设计，确定了机械手的坐标形式和自由度。
同时，设计了机械手的夹持式手部结构。
关键词：自动上下料；气动机械手；气动夹具；套类零件IAbstractThi s paper is aim ed at desi gn i ng a sl eeve part s aut om ati c bai ti ng a genci es for a C NC l athe.It s func t ion is process i ng the crawls, aut om ati c pos it ioning and cl amping of t he workpi ece.The aut om at i c bait i ng agenci es m ainl y con si st of t he autom at i c fixt ure, the m ani pul at o r for pi ck ing up t he workpi ece and bi ll et s and t he dri ve and cont rol s ys t em.Am ong t hem,the aut om at i c pos it i oni ng and cl am p ing of t he s ets part s i s achi eve d b y t he axi s fet al heart rat e ris ing t o t he workpi ece cent eri ng hol e.W hen cl am pi ng t he workpi ece,fl ex ibl e tube fol der can cent er and cl am p t he c yli ndri cal hol e through t he expansi on and i n fl a ti on;bl ank gras p ing of t he workpi ece and the i nt ervals are achi eve d b y t he m anipul at or arm b y st ret chi ng and rot at ing.In t h e i ssue,i t i s neces s ar y for t he movem ent s of t he m anipul at or arm and the autom at i cal fixt ure Zhang t o requi re t he coordi nat i on.Taki ng int o account that t he actual workpi ece siz e,t he quali t y and t he vari ous feat ures of t he dri ven approach t o the s yst em,we deci de to adopt t he aerod ynam i c cont rol,us i ng com pressed ai r t o achi eve t he movem ent s of t he cl am pi ng fixt ure and m ani pul at or.Keyw ord s:Aut om at i c b ait i ng;P neum ati c m ani pul at or;P neum ati c fixt ure;sl eeve part sII目录摘要............................................................ 错误！未定义书签。
通用上下料气动机械手结构设计
安全管理编号：LX-FS-A75716 通用上下料气动机械手结构设计In the daily work environment, plan the important work to be done in the future, and require the personnel to jointly abide by the corresponding procedures and code of conduct, so that the overall behavior oractivity reaches the specified standard编写：_________________________审批：_________________________时间：________年_____月_____日A4打印/ 新修订/ 完整/ 内容可编辑通用上下料气动机械手结构设计使用说明：本安全管理资料适用于日常工作环境中对安全相关工作进行具有统筹性，导向性的规划，并要求相关人员共同遵守对应的办事规程与行动准则，使整体行为或活动达到或超越规定的标准。
资料内容可按真实状况进行条款调整，套用时请仔细阅读。
气动机械手具有结构简单、重量轻、动作迅速、可靠、节能、不污染环境、可实现无级调速、易实现过载保护等优点，应用特点广泛。
论文介绍了气动机械手的原理，对机械手的主要部件和设计要求做了相关的阐述，另外对机械手回转臂的结构帮了优化措施。
气动机械手能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。
气动机械手具有结构简单、重量轻、动作迅速、可靠、节能、不污染环境、可实现无级调速、易实现过载保护等优点，特别适用于汽车制造业、食品和药品包装行业、化工行业、精密仪器制造业和军事工业等。
在现代工业技术应用的气动机械手能够实现4个自由度的运动，其各自的自由度的驱动全部由气动肌肉来实现。
最前端的气爪抓取物品，通过气动肌肉的驱动实现各自关节的转动，使物品在空间上运动，根据合理的控制，最终实现机械手的动作要求。
气动上下料机械手手部结构的设计与分析报告
气动上下料机械手手部结构的设计与分析StructureDesignAndAnalysisOfTheFingerOfPneumaticManipulator摘要：以炮弹径长自动检测生产线上搬运炮弹机械手的手部结构为研究对象，采用单片机对其气压驱动装置进行顺序控制，为保证结构设计的合理性，在论述系统组成、机械手运动、坐标形式及运动围的基础上，运用有限元分析方法对手部结构进行分析和优化改进，结构设计满足验算结果要求。
关键词：机械手；手部结构；结构设计；有限元分析在炮弹径长自动检测生产线上，要检测不同长度炮弹的外径值是否都在规定的尺寸公差，如果在这个围，此炮弹合格；反之，炮弹就成为需要修复的产品或是废品。
该工作过程受检测进程的限制，工人劳动强度大，且不易确保炮弹在检测平台上的位置。
为了解决上述问题，本文设计一套采用单片机控制的带有摩擦轮压紧装置的气动上下料机械手。
机械手手部结构的设计将影响炮弹的表面质量及其在检测平台上的位置，进而影响检测结果，因此运用有限元分析方法对所设计的结构进行应力分析、位移分析，并对结构进行优化设计。
1 系统组成整个系统分为控制系统、驱动系统和执行系统三大部分[1]，系统组成如图1所示。
1.1控制系统控制系统包括主控制柜、控制面板（状态显示、按钮）和位置检测装置[2]。
位置检测装置主要由行程开关组成，用来检测机械手的工作是否到位，并把相关信号传递给控制中心以便进行下一步的动作。
在整个过程中，主要控制：（1）气动系统电磁阀的得电、失电；（2）步进电机、交流电机的启动、停止；（3）键盘显示、指示灯。
1.2驱动系统整个系统需处于洁净的环境中，以确保检测的准确可靠，因此采用气压驱动[3]，即保证了环境的清洁，又满足了机械手运动快速性的要求。
1.3执行系统执行系统分为上下料系统和检测系统两部分。
上下料系统包括机械手手爪的夹紧与开、摩擦轮和机械手手臂的上升与下降、机械手手臂的移动；检测系统包括炮弹旋转、测头移动和顶炮弹用活塞杆的伸出和收回。
气动机械手系统设计(含全套CAD图纸)
说明书设计题目：气动机械手系统设计专业年级： 2011级机械制造及其自动化学号： ********* 姓名：指导教师、职称：2015 年 05 月 27 日目录摘要 (I)Abstract (II)第一章引言 .......................................................... - 1 -1.1 本课题的目的和意义 ............................................ - 1 -1.2 本课题研究的主要内容、预期结果、关键问题和相关发展趋势 ........ - 1 -1.2.1 本课题研究的主要内容 .................................... - 1 -1.2.2 预期设计结果 ............................................ - 1 -1.2.3 关键问题 ................................................ - 1 -1.2.4 相关发展趋势 ............................................ - 2 -1.3 本课题的设计方法 .............................................. - 2 -1.4 系统功能说明 .................................................. - 3 - 第二章机械手气动系统设计 ............................................ - 4 -2.1 明确机械手的工作要求 ......................................... - 4 -2.1.1 气动机械手结构示意图分析 ................................ - 4 -2.1.2 工作要求 ................................................ - 5 -2.1.3 运动要求 ................................................ - 5 -2.1.4 动力要求 ................................................ - 5 -2.2 设计气动控制回路 ............................................. - 5 -2.2.1 列出气动执行元件的工作程序 .............................. - 5 -2.2.2 作X-D线图，写出执行信号的逻辑表达式 .................... - 6 -2.2.3 画出系统的逻辑原理图 .................................... - 7 -2.2.4 画出系统的气动回路原理图 ................................ - 7 - 第三章气缸及气动元件设计 ........................................... - 10 -3.1 手臂回转、伸缩、夹紧、升降气缸的设计 ........................ - 10 -3.3.1 确定气缸类型 ........................................... - 10 -3.3.2 气缸内径计算 ........................................... - 10 -3.3.3 选择气缸 ............................................... - 11 -3.3.4 验算气缸力的大小 ....................................... - 11 -3.3.5 活塞杆直径d的校核 ..................................... - 12 -3.3.6 耗气量计算 ............................................. - 13 -3.2 选择气动控制元件 ............................................ - 14 -3.2.1 选择主控气动换向阀 ..................................... - 14 -3.2.2 选择行程阀 ............................................. - 14 -3.2.3 选择手控换向阀 ......................................... - 15 -第四章机械手控制系统的设计 ......................................... - 16 -4.1 控制系统分析 ................................................ - 16 -4.1.1 总体控制要求 ........................................... - 16 -4.1.2 PLC机械手的动作分析.................................... - 16 -4.1.3 系统硬件配置 ........................................... - 17 -4.2 系统变量定义及分配表 ........................................ - 17 -4.2.1 输入/输点数分配 ........................................ - 17 -4.2.2 输入/输出点地址分配 .................................... - 18 -4.2.3 系统接线图 ............................................. - 18 -4.2.4 PLC外围接线图.......................................... - 19 -4.3 控制系统程序设计 ............................................ - 20 -4.3.1 控制程序流程图设计 ..................................... - 20 -4.3.2 程序设计（梯形图） ..................................... - 21 - 第五章 PLC机械手的程序调试.......................................... - 28 -5.1 系统调试及结果分析 .......................................... - 28 -5.1.1 PLC程序调试及解决的问题................................ - 28 -5.1.2 PLC与上位机联调........................................ - 28 -5.1.3 结果分析 ............................................... - 28 - 第六章设计总结 ..................................................... - 30 - 参考文献 ............................................................ - 31 - 致谢词 .............................................................. - 32 -摘要机械手是模仿着人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。
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Through the reasonable organization of the production process, effective use of production resources to carry out production activities, to achieve the desired goal.
通用上下料气动机械手结
构设计正式版
通用上下料气动机械手结构设计正式
版
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气动机械手具有结构简单、重量轻、动作迅速、可靠、节能、不污染环境、可实现无级调速、易实现过载保护等优点，应用特点广泛。
论文介绍了气动机械手的原理，对机械手的主要部件和设计要求做了相关的阐述，另外对机械手回转臂的结构帮了优化措施。
气动机械手能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。
气动机械手具有结构简单、重量轻、动作迅速、可靠、节能、不污染环境、可实现无级调
速、易实现过载保护等优点，特别适用于汽车制造业、食品和药品包装行业、化工行业、精密仪器制造业和军事工业等。
在现代工业技术应用的气动机械手能够实现4个自由度的运动，其各自的自由度的驱动全部由气动肌肉来实现。
最前端的气爪抓取物品，通过气动肌肉的驱动实现各自关节的转动，使物品在空间上运动，根据合理的控制，最终实现机械手的动作要求。
气动机械手回转臂的设计主要是选择合适的控制阀，设计合理的气动控制回路，通过控制和调节各个气缸压缩空气的压力、流量和方向来使气动执行机构获得必要的力、动作速度和改变运动方向，并按规定的程序工作。
气动机械手的原理
气压传动机械手是以压缩空气的压力来驱动执行机构运动的机械手。
它巧妙地应用力的平衡原理，使操作者对重物进行相应的位移，就可在空间内平衡移动定位负荷。
重物在提升或下降时形成浮动状态，靠气路实现微重力的物料位移，操作力受工件重量影响。
无需熟练的点动操作，操作者用手推拉重物，就可以把重物正确地放到空间中的任何位置，或者通过操作台控制工件的位移可完成以下动作：送料、预夹紧、手臂上升、手臂旋转、小臂伸长、手腕旋转。
气动机械手的主要部件和设计要求
根据模块化设计思想，机械手的各模
块化机构分别为:立柱、手臂、小臂、手腕和手爪几个部分。
论文选择圆柱坐标式机械手，木设计的机械手具有3个自由度：手臂伸缩；机身回转；机身升降。
木设计的机械手主要由3个大部件和3个气缸组成：手部，采用一个气爪，通过机构运动实现手爪的运动。
臂部，采用直线缸来实现手臂的伸缩。
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。
机械手的手部是机械手上承担抓取工件的机构，由于被抓取物件（炮弹）的形状近似于圆台，所以，其手爪采用特殊的V 字型结构，即手爪的内表而设计成与圆台斜度相同的斜而，即保证了抓取的稳定又不会因“线接触”而影响炮弹的表而质
量。
通过对平衡气缸内空气压力快速精确的调节，实现对某一重量范围内工件的实时平衡状态。
机械手可选择定制功能：平衡系统；垂直提升；负载平衡。
设备回转关节设置刹车系统，可在任意所需要的位置刹车，使机械手可以长期或定期保持需要的状态。
翻转90度、翻转180度和翻转任意角度（MAX270°)；断气保护：设备被意外断气时，设备上的储气罐装置可保证工人正常完成一个循环工作，然后进入刹车状态指不功能：负载指示、到位指示。
误操作保护功能：工件在悬空时不可被释放。
人性化操作手柄：控制按钮和人性化防滑手柄集成一体，让操作人更便捷操纵机体。
工件表面保护：夹具接触工件部位
装置保护物件，保证工件表而不会被刮伤。
高效率工作：夹具设置抓取导向，让工件的拾取更高效。
控制系统可根据动作的要求，设计采用数字顺序控制。
它首先要编制程序加以存储，然后再根据规定的程序，控制机械手进行工作程序的存储方式有分离存储和集中存储两种。
分离存储是将各种控制因素的信息分别存储于两种以上的存储装置中，如顺序信息存储于插销板、凸轮转鼓、穿孔带内；位置信息存储于时间继电器、定速回转鼓等；集中存储是将各种控制因素的信息全部存储于一种存储装置内，如磁带、磁鼓等这种方式使用于顺序、位置、时间、速度等必须同时控制的
场合，即连续控制的情况下使用。
机械手回转臂的结构优化措施
为防止手臂沿伸缩方向轴线转动、加大承载能力，以及提高运动精度，必须设有导向装置。
伸缩手臂的导向装置需根据伸缩手臂的安装形式、结构及负荷等条件来确定。
用的有单导向杆和双导向杆。
在气动伺服系统中要实现高精度定位比较困难，将旋转气缸安装在底板上，实现机械手的回转运动，使机械手向左或向右摆动。
机械手末端执行器的水平伸缩运动和竖直升降运动各由一个气缸控制，即以最简单的形式，在完全伸出和回缩位置之间进行切换。
具体优化措施：第一，由于最大应力
出现在齿轮的齿根处，所以，为了减小应力给齿轮寿命带来的影响，应采用热处理方法增强齿根强度。
第二，由于最大变形出现在手爪受压的地方，长期使用定会加剧磨损，从而间接影响在检测平台上的位置。
因此，对于下半部分手爪结构进行热处理，以增强其耐磨性和强度。
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