1、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 22.1 总体方案分析 22.2 总体结构分析 3第 3章 机械手总体结构设计 63.1 机械手手部设计 63.2 移动关节的设计 93.3 小臂的设计 11 3.4 大臂的设计 163.5 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
2、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
3、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
4、 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机械手类型 平面关节型抓取最大重量 2.2Kg自由度 3个（2 个回转 1个移动）大臂 长 658mm，回转运动，回转角 240，步进电机驱动 单片机控制小臂 长 564mm，回转运动，回转角 240，步进电机
5、驱动 单片机控制移动关节 气缸驱动 行程开关控制手指 气缸驱动 行程开关控制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
6、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， 1为大臂回转角，由电动机驱动， 2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
7、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此处省略 NNNNNNNNNNNN 字。如需要完整说明书和设计图纸等.请联系 扣扣：九七一九二零八零零 另提供全套机械毕业设计下载！该论文已
8、经通过答辩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 )(0428.102
9、867)(286050314. 922 kgvgmGhrRV其中 g取 10m/s2取 G=22（N）3.1.3 手指夹紧力的计算（3-Gf41）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 3.815.042fGN取 N=40（N）驱动力的计算:（3-14tgP2）图 3-1为斜面倾角， ， 为传动机构的效率，这里为平摩擦o15传动，查机械零件手册表 2-2 这里取 0.85，所以92.084.508.1450tgP取 p=50(N)活塞手抓重量的估算: )(2310785214.321 NghrGr为杆的半径，h 为长度，
10、g 取 10m/s23.1.4 气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。气缸内型选择：由于行程短，选单作用活塞气缸，借弹簧复位。气缸的计算:气压缸内径 D的计算:按液压传动与气压传动公式 13-1。(3-3)PF42D为气缸的内径(m)，P 为工作压力（Pa）, 为负载率，负载率与气缸工作压力有关，取 ，查液压传动与气压传动 表 13-2 0.由于气缸垂直安装，所以取 P=0.3。65.30. )(16.24)(0.13.041.3546 mPF按液压传动与气压传动表 13-3选取 32
11、mm.活塞杆直径 d的计算:一般 ，此选 0.23.02.Dmm4.6.按液压传动与气压传动表 13-4 选取 8mm气缸壁厚 的计算按液压传动与气压传动表 13-5查得 4弹簧力的 F的估算: )(231NGF所以选择 的弹簧件。)(231N3.2 移动关节的设计3.2.1 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” 。表 3-1驱动方式电机 驱动比较内 容 机械传动异步电机，直流电机步进或伺服电机气压传动 液压传动输出力矩输出力矩较大 输出力可较大输出力矩较小气体压力小，输出力矩小，如需输出力矩较大，结构尺寸过大液体压力高，可以获得较大的输出力控制性能速度可高，速度和加速度均由机构控制，定位精度高，可与主机严格同步控制性能较差，惯性大，步易精确定位控制性能好，可精确定位，但控制系统复杂可高速，气体压缩性大，阻力效果差，冲击较严重，精确定位较困难，低速步易控制油液压缩性小，压力流量均容易控制，可无级调速，反应灵敏，可实现连续轨迹控制
