平面关节型机械手设计

平面关节型机械手设计

平面关节型机械手采用两个回转关节和一个移动关节；两个回转关节控制前后左右运动，而移动关节则实现上下运动，其工作空间如工作空间图，它的纵截面为矩形的回转体，纵截面高为移动关节的行程长，两回转关节转角的大小决定回转体截面的大小、形状。

第1章机械手总体设计

工业机械手是一种模仿人手部分动作，按照预先设定的程序，轨迹或其他要求，实现抓取、搬运工件或操作工具的自动化装置。它在二十世纪五十年代就已用于生产，是在自动上下料机构的基础上发展起来的一种机械装置，开始主要用来实现自动上下料和搬运工件，完成单机自动化和生产线自动化，随着应用范围的不段扩大，现在用来夹持工具和完成一定的作业。实践证明它可以代替人手的繁重劳动，减轻工人的劳动强度，改善劳动条件，提高劳动生产率。

平面关节型机器人又称SCARA型装配机器人，是Selective Compliance Assembly Robot Arm的缩写，意思是具有选择柔顺性的装配机器人手臂。在水平方向有柔顺性，在垂直方向有较大的刚性。它结构简单，动作灵活，多用于装配作业中，特别适合小规格零件的插接装配，如在电子工业零件的插接、装配中应用广泛。

总体设计的任务：包括进行机械手的运动设计，确定主要工作参数，选择驱动系统和电控系统，整体结构设计，最后绘出方案草图。

1.1 主要技术参数见表1-1

表1-1

手指气缸驱动行程开关控制

1.2 结构特点如下图：

第2章手指设计

工业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工业机械手的工作性能，它是工业机械手的关键部件之一。

2.1 设计时要注意的问题：

(1) 手指应有足够的夹紧力，为使手指牢靠的夹紧工件，除考虑夹持工件的

重力外，还应考虑工件在传送过程中的动载荷。

(2) 手指应有一定的开闭范围。其大小不仅与工件的尺寸有关，而且应注意

手部接近工件的运动路线及其方位的影响。

(3) 应能保证工件在手指内准确定位。

(4) 结构尽量紧凑重量轻，以利于腕部和臂部的结构设计。 (5) 根据应用条件考虑通用性。 2.2 零件的计算

)(0428.221010282600

7800)(282600150)2535(14.3)(9

32222kg vg mg G v

m mm h r R V =⨯⨯

=====⨯-⨯=-=ρρπ

其中g 取10

取G=23（N ） 2.3 紧力的计算：

2.3.1 G fN ≥4

f 为手指与工件的静摩擦系数，工件材料为40号钢，手指为钢材，查《机械零件手册》 表2-5 f=0.15

所以 33.3815

.04234≈⨯=≥

f G N 取N=40（N ）

驱动力的计算 η

α1

4N

tg P =

α 为斜面倾角，o 15=α，η

为传动机构的效率，这里为平摩擦传

动，

查《机械零件手册》表2-2 92.085.0-=η 这里取 0.85 所以

44.5085

.01

401540=⨯⨯⨯=tg P 取p=55(N)

2.3.2 活塞手抓重量的估算

)(231078001502514.3221N g h r G ≈⨯⨯⨯⨯==ρπ r 为杆的半径，h 为长度，g 取10

2.3.3 汽缸的设计

因为气压工作压力较低，对气动组件的材质和精度要求较液压底，无污染，动作迅速反映快，维护简单，使用安全。而且此处作用力不大，所以选气压传动。

汽缸内型选择，由于行程短，选单作用活塞汽缸，借弹簧复位。 汽缸的计算

气压缸内径D 的计算

按《液压传动与气压传动》公式 13-1

ηπP D F 4

2

=

D 为汽缸的内径(m)，P 为工作压力（Pa ）,η为负载率，负载率与汽缸工作压力有关，取40.0=P ，查《液压传动与气压传动》表13-2 65.030.0--=P 由于汽缸垂直安装，所以取P=0.3。

)(16.24)(02416.0103.04.014.355

446

mm m P F D ==⨯⨯⨯⨯==

∴ηπ 按《液压传动与气压传动》表13-3圆整取32mm. 活塞杆直径d 的计算

一般3.02.0--=D

d

，此选0.2

4.6322.02.0=⨯==∴D d mm

按《液压传动与气压传动》表13-4 圆整取8mm

汽缸壁厚δ的计算

按《液压传动与气压传动》表13-5查得4=δ 弹簧力的F 的计算

)(231N G F =>

第3章 移动关节的设计计算

3.1驱动方式的比较

机械手的驱动系统有液压驱动，气压驱动，电机驱动，和机械传动四种。一台机械手可以只用一种驱动，也可以用几种方式联合驱动，各种驱动的特点见表3-1。

3.2汽缸的设计

因为气压工作压力较低，对气动组件的材质和精度要求较液压底，无污染，动作迅速反映快，维护简单，使用安全。而且此处作用力不大，所以选气压传动。

汽缸内型选择：因为活塞行程较长，往复运动，所以选双作用单活塞汽缸，利用压缩空气使活塞向两个方向运动。

初选活塞杆直径d=12mm ，估算其重量

)(85.410780055.0)2

012.0(14.3)2(2

22N g h d G =⨯⨯⨯⨯==ρπ

取5N

515232321=++=++=G G G F

取80N

表3-1