平面关节型机械手设计-毕设论文

平面关节型机械手设计

目录

第1章绪论 (1)

第2章机械手总体方案设计 (2)

2.1总体方案分析 (2)

2.2总体结构分析 (3)

第3章机械手总体结构设计 (6)

3.1 机械手手部设计 (6)

3.2 移动关节的设计 (9)

3.3 小臂的设计 (11)

3.4 大臂的设计 (16)

3.5 机身的设计 (18)

结束语 (21)

参考文献 (22)

平面关节型机械手设计

第一章绪论

随着我国工业生产的飞跃发展，自动化程度的迅速提高，实现工件的装卸、转向、输送或操持焊枪、喷枪、扳手等工具进行加工、装配等作业的自动化，已愈来愈引起人们的重视。

机械手是模仿着人手的部分动作，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。在工业生产中应用的机械手被称为“工业机械手”。生产中应用实现安全生产；尤其在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣环境中，它代替人进行正常的工作，意义更为重大。因此，在机械加工、冲压、铸、锻、焊接、热处理、电镀、喷漆、装配以及轻工业、交通运输业等方面得到越来越广泛的应用。

机械手的结构形式开始比较简单，专业性较强，仅为某台机床的上下料装置，是附属于该机床的专用机械手。随着工业技术的发展，制成了能够独立的按程序控制实现重复操作，使用范围比较广的“程序控制通用机械手”，简称通用机械手。由于通用机械手能很快地改变工作程序，适应性较强，所以它不断变换生产品种的中小批量生产中获得广泛的应用。

本次课程设计的平面关节型机械手是应用于上下料、搬运环类零件，从内孔夹持工件，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。

本次课程设计是通过设计平面关节型机械手，培养综合运用所学知识，分析问题和解决问题的能力。

第二章平面关节型机械手总体方案设计

平面关节型机器手又称SCARA型装配机器手，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。

2.1 平面关节型机械手总体方案分析

2.1.1 设计任务

本次课程设计总体设计的任务是：上下料搬运机械手，3个自由度，平面关节型；需要搬运的工件：环类零件，内孔直径50mm；高150mm,厚10mm,（只能从内孔夹持工件），材料40钢，将工件从一条输送线搬运到与之平行的另一条输送线上，（两输送线距离为2.4m,高度差0.4m）。

本次课程设计的主要技术参数见表2.1

表2.1

2.1.2 方案选择

根据设计设计要分析出，抓取和转动是最主要的功能。这两项功能实现的技术基础是精巧的机械结构设计和良好的伺服控制驱动。本次设计就是在这一思维下展开的。根据设计内容和需求确定圆柱坐标型三自由度机器人，利用步进电机驱动和齿轮减速传动来实现大臂的旋转运动；利用另一台步进电机驱动小臂旋

转，从而使小臂与移动关节连在一起实现上下运动；考虑到本设计中的机器人工作范围不大，故利用气缸驱动实现手臂的伸缩运动；末端夹持器则采用内撑式夹持器，用小型气缸驱动夹紧。

2.2 平面关节型机械手总体结构分析

2.2.1 结构特点分析

根据设计要求和参数表分析得出，机械手分为机身、大臂、小臂、上下移动关节、手指部五部分构成，其中机身与大臂、大臂与小臂连接处安置电机，小臂连接移动关节带动手指上下搬运环类工件，结构特点实体图如下“图2-1”所示。

图 2-1 结构实体图

根据实体图观察及设计要求描述，绘制机构简图，θ1为大臂回转角，由电动机驱动，θ2为小臂回转角，移动关节上下移动，共三个自由度，简图如图“2-2”所示。

由“图2-1”及设计要求分析，大臂和小臂可回转240度，在两条输送带间

工作，将工件从一条输送线搬运到与之平行的另一条输送线上，分析出工作空间如下图“图2-3”所示。

图 2-2 机构简图

2.2.2 工作原理分析

本次设计的机械手大臂通过转动关节与机身连接，关节处安放驱动装置，由电动机驱动，为提高精度采用一级齿轮联接减速，带动大臂转动，速度、频率又单片机控制；大臂与小臂亦通过转动关节连接，关节处转配驱动装置，结构与大臂关节处相同；移动关节与小臂固定连接，移动关节使用气缸或液压缸，活塞杆连接手指上下移动；手指通过气缸驱动控制夹具指，使夹具体从内部抓取环类工件。传动原理图如下图“图2-4”所示。

图 2-3 工作空间图

图2-4 传动原理图

第三章 平面关节型机械手总体结构设计

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3.1 机械手手部设计

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。

3.1.1 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。

3.1.2 工件重量的计算

)(0428.221010282600

7800)(282600150)2535(14.3)(9

32222kg vg m g G v

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