机械手设计说明书(共19页).docx

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1、精选优质文档-倾情为你奉上机械手设计说明书篇一：指导老师：设计合作成员：一、设计项目名称机械手臂手指机构2二、设计目的本设计拟搬运宽度尺寸90110mm、质量为5kg以内的六菱柱形钢质工件，手指机构带水平转盘。手指的动力驱动方式为液压传动。液压传动的机械手是以压缩液体的压力来驱动执行机构运动的机械手。三、设计要求机械手为专用机械手，适用于夹六菱柱形钢质工件。 选取机械手的座标型式和自由度。 主要设计出机械手的手部机构。 液压传动系统液压缸的选用四、设计方案4.1 机械手基本形式的选择机械手的典型结构一般可分为：回转型（包括滑槽杠杆式和连杆杠杆式两种）、移动型（移动型即两手指相对支座作往复运动）

2、和平面平移型。本设计采用二指回转型手抓。4.2 机械手的主要部件及运动本机械手的部件有齿轮、齿条、连杆和液压缸等。主要的运动有直动液压缸驱动齿条的平动、齿轮和齿条的啮合运动、连杆的转动和手抓的平行移动。4.3 驱动方式的选择本机械手的驱动方案采用液压机构驱动机械手,结构简单、尺寸紧凑、重量轻、控制方便。4.4 机械手的技术参数列表用途：卸码垛机械手臂 抓重：5kg抓取的物体的几何形状：宽度为90110mm六菱柱形钢质工件 机械手自重：小于等于10kg4.5 机械工作原理机械手的夹工件的工作原理框图如图1所示。图1. 机械手夹工件的工作原理框图 该机械手采用了液压驱动方式来实现其工作的要求，工作

3、要求就是机械手能适应六菱柱形钢质工件不同面的夹持，故带有水平转盘手臂的回转运动。 传动机构采用齿条与齿轮啮合。本机械通过液压驱动传递动力推动齿条平动，齿条与齿轮啮合将液压缸传来的水平运动转化为齿轮连杆的回转运动。而齿条与齿轮啮合驱动四连杆转动，四连杆机构使夹板水平移动，完成对工件的夹紧松开。机械手的整体结构图如图2、图3所示。手爪部分特点如下表述：1. 机械手手部由手爪（即夹板）和传力机构所构成。机械手爪能夹宽度尺寸为90110mm的工件，由于所夹工件是六菱柱形钢质工件，故在竖直方面上夹持会比较方便设计和简化机构，手爪部分可以做成平面夹板，而机构本身应带水平转盘机构以适应不同角度的夹持。2.

4、传力机构型式连杆杠杆式，夹板是与工件直接接触的构件，在竖直方向上夹持工件，夹板表面始终保持与工件侧表面平行，通过夹板产生夹紧力来完成夹放物件的任务。 图2.机械手整体结构 图3.机械手除去端盖部件正视图 4.6结构说明本机械手从上至下主要部件分别是水平转盘、液压缸、齿条齿轮、四连杆、夹板。4.6.1手爪结构设计及夹持范围计算（如图4） a.齿轮设计：综合考虑避免齿轮根切、加工方便、机械手结构尽量小和简单等因素，齿轮模数M=1，分度圆半径为20mm。同时连杆1和齿轮做成一体能大大简化机械结构。 b.考虑到刚度和夹紧的需要确定L3=19 c.确定D因为机械手要夹紧的工件的范围是90110mm，所以

5、D因为机械手要夹紧的工件的范围是90110mm，故L2=/2=54.留下一定的设计余量，选L2=60。图4.手爪结构 e.夹紧力和驱动力的计算 手指加在工件上的夹紧力，是设计手部的主要依据。必须对大小、方向和作用点进行分析计算。一般来说，需要克服工件重力所产生的静载荷以及工件运动状态变化的惯性力产生的载荷，以便工件保持可靠的夹紧状态。手指对工件的加紧力可按公式计算：KN?K1K2K3G （3.2） 式中K1安全系数，通常1.2-2.0；K2工作情况系数，主要考虑惯性力的影响。可近似按下式估算K2 =1+a/g （其中a为重力方向的最大上升加速度a=Vmax/t响 ；Vmax运载时工件最大上升速

6、度t响系统达到最高速度的时间，一般选取0.03-0.5sK3方位系数，根据手指与工件位置不同进行选择 G被抓取工件所受重力（N）本设计采用的参数值如下：K1=1.6；K2 =1+a/g=1+（0.1/0.5）/10=1.02 ；K3=1.5；G=50故得：FN=1.61.021.550=122.4 N 计算驱动力： F计算= FN（h+L2COS）-kb）=122.4（47.5+80cos18）-0.1518.11）/20=739N 实际驱动力：取=0.95得 F实际= F计算/=739/0.95=778 N4.6.2液压缸的直径D?F实际?D42?d2?p选取活塞杆直径d=0.5D,选择液压

7、缸压力油工作压力P=0.81MPa, 表1.液压缸的缸筒内径尺寸系列 表2. 液压缸活塞杆外径尺寸系列 表3. 液压缸活塞行程系列（GB/T 2349-1980）根据表1，选取液压缸内径为：D=16mm 根据表2，则活塞杆内径为: D=16?0.5=8mm，选取d=8mm 行程选择：当夹住工件为90mm时，到达最小极限位置，则夹板应能夹住小于90，取a=40（图4），即齿轮转过角度要为篇二：机械手作品设计说明书 机械创新设计大赛 参赛作品设计说明书 作品名称： 和谐救援机械手 设 计 者：潘军 朱承文 魏泽强 王康 余刚 指导老师：参赛单位：贵州师范大学机电工程学院 和谐救援设计者 ：潘军 朱

8、成文 魏泽强 王康 余刚指导老师：任珍刚（贵州师范大学 机电工程学院，贵阳）摘要在当今社会机械手是很常见的，但极大多数机械手都广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等，以实现生产的机械化和自动化，但用于救生很少。我们自行设计并制作的救援机械手用于高楼、井下、地震、塌方、泥石流等灾害的救援。主要采用液电混合传动控制，并安装了安全装置、生命探测仪、摄像头、力传感器等设备，能快速、灵活、准确进行救援，并保证被困人员安全。关键词： 机械手 自动化灾害液电混合传动救援一、设计背景由于自然或人为等原因，地震、塌方、泥石流、海啸、台风、洪涝、火灾等灾害频频发生，而这些灾害给人类带来的危害往往是触目惊心

9、的。据统计，20XX年仅自然灾害就造成了全球23.5万人死亡，经济损失达1810亿美元，平均每年造成6.6万多人死亡，经济损失达810亿美元。而非自然灾害如火灾、矿难、车祸等造成的人员伤亡和经济损失还要远远大于自然灾害。 （地震） （火灾） （深井） 在这些灾难中，往往很多地方人都无法触及或非常危险。在电视上经常看到，深井、悬崖、高楼、地震等地方救人的场面，尤其是深井中，常常是掉下儿童或老人。中央台就报道过种实例，在救援前期落井儿童有回声、有哭声，可挖土几小时，救出孩子后，因窒息时间太长，抢救无效死亡，显然时间就是生命！这样还容易造成塌方，不担给井下遇难者造成新得伤害，挖土救助者也非常危险。遇

10、到这种情况一般采取的两种方法：一是找身体瘦小的人，绑住双脚，倒提放入井内救人。这种方法，不但救人难，下井救人者也是非常危险的。假如井口过细，此方法也无法救助；二是用人力、机械在四周挖土，这样不仅时间长，会延误救人时机，很容易发生二次事故，不仅对被救人会造成再次伤害，有时还会把救援人员也生吞其中，使得救与被救的人员的生命同时受到威胁，给搜救工作带来了很大的不便。1（方法一） （方法二） 为此我们设计救生机械手解决这些问题，它能够快速、灵活、准确进行救援，并能保证被困人员安全。为被困人员的生命带来了希望。 二、设计方案本作品充分利用先进的液压技术及PLC自动控制技术，将机械设计与自动控制紧密结合，

11、实现在特殊情况下的人员搜救。2.1本设计采用液压和电机传动使机械手按所控制方位运动，由于液压传动可控性好、传动精确、灵敏，提高了机械手的救生能力。通过用PLC自动控制技术能较简单地控制其运动。2.2机械抓部是由可自由展开或闭合的大钳和一个小型的液压缸组成，并在关节处按装有旋转电机，可以全方位的运动，以增强机械手的搜救能力；机械抓上还配备有探照灯和红外摄像头，搜救人可以根据显示器上的显示信息控制机械手的运动，以达到有效地救援和探测。通过压力传感器可以控制所抱的力度，手抓上粘有弹性很好的羊毛粘片以保护被救人不受划伤。（和谐救援机械手实物图） 三、工作原理 和谐救援机械手结构简图如下：2（和谐救援机

12、械手结构简图） 机械手主要由机械抓、液压连杆机构、底座、PLC控制系统四大部分组成。 3.1机械抓：由可自由展开或闭合的手抓和一个小型的手指缸组成，并在关节处按装有旋转电机，可以全方位的运动，以增强机械手的搜救能力；同时机械抓上还配备有探照灯、摄像头及生命探测仪，以达到有效地救援和探测。3.2液压连杆机构：主要由机械臂、液压缸及联接构件等构成，实现机械手的升降、收缩等运动。 （1）手指缸：起支撑腕部和手部的作用，并带动手部在空间作运动；（2）机械臂：主要由支撑臂、手臂缸1和手臂缸2组成，其中手臂缸1是用来控制机械手的升降动作，手臂缸2用以实现机械手的收缩和伸长。3.3底座：由旋转圆盘、旋转电机

13、2、固定底座等组成，主要用在救人时起固定机械手的作用，通过控制电机以实现机械手的旋转。（1）旋转圆盘：用来控制机械手整体的旋转，具体由旋转电机2来控制；（2）固定底座：主要是用在救人时固定机械手，让其在一定的范围内活动；底盘主要固定于救生车上，也可以因环境的不同而固定于不同方位。3.4 PLC控制：安装在控制箱里，用于所有电机及液压缸的控制，使机械手能够较方便快捷的实施救援。 四、设计计算 4.1机械手零件设计尺寸图（本模型按5:1的比例设计）：3 4 篇三： 目录 概述 . 31 机械手的设计 . 41.1 机械手的设计要求 . 41.2 机械手的系统工作原理及组成 . 42 机械手的整体设

14、计方案 . 72.1 机械手的座标型式与自由度 . 82.2 机械手的手部结构方案设计 . 82.3 机械手的手腕结构方案设计 . 82.4 机械手的手臂结构方案设计 . 82.5 机械手的驱动方案设计 . 92.6 机械手的主要技术参数 . 93 手部结构设计 . 113.1 夹持式手部结构 . 113.1.1手指的形状和分类 . 113.1.2设计时考虑的几个问题 . 113.1.3手部夹紧液压缸的设计 . 124 手腕结构设计 . 164.1 手腕的自由度 . 164.2 手腕的驱动力矩的计算 . 164.2.1手腕转动时所需的驱动力矩 . 164.2.2回转液压缸的驱动力矩计算 . 1

15、84.2.3 手腕回转缸的尺寸及其校核 . 185 手臂伸缩，升降，回转液压缸的尺寸设计与校核 . 215.1 手臂伸缩液压缸的尺寸设计与校核 . 215.1.1 手臂伸缩液压缸的尺寸设计 . 215.1.2 尺寸校核 . 215.1.3 导向装置 . 225.1.4 平衡装置 . 225.2 手臂升降液压缸的尺寸设计与校核 . 225.2.1 尺寸设计 . 225.2.2 尺寸校核 . 225.3 手臂回转液压缸的尺寸设计与校核 . 235.3.1 尺寸设计 . 235.3.2 尺寸校核 . 236 液压系统原理设计及草图 . 256.1手部抓取缸 . 256.2腕部摆动液压回路 . 266

16、.3小臂伸缩缸液压回路 . 276.4总体系统图 . 287 机身机座的结构设计 . 307.1电机的选择 . 307.2减速器的选择 . 327.3螺柱的设计与校核 . 328 机械手的定位与平稳性 . 348.1常用的定位方式 . 348.2影响平稳性和定位精度的因素 . 349 机械手的结构 . 369.1机械手的主要组成 . 369.2工业机械手的分类 . 3710 结 论 . 39致谢 . 40参考文献 . 41 概述 机器手由操作机、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作，自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。特别适合于多品种、变

17、批量的柔性生产。它对稳定、提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。机器人应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标志。生产中应用机械手可以提高生产的自动化水平，可以减轻劳动强度、保证产品质量、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的环境中，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引用。机械手的结构形式开始比较简单，专用性较强，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

18、的按程序控制实现重复操作，适用范围比较广的“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的改变工作程序，适应性较强，所以它在不断变换生产品种的中小批量生产中获得广泛的引用。液压传动机械手是以压缩液体的压力来驱动执行机构运动的机械手。其主要特点是:介质李源极为方便，输出力小，液压动作迅速，结构简单，成本低。但是，由于空气具有可压缩的特性，工作速度的稳定性较差，冲击大，而且气源压力较低，抓重一般在30公斤以下，在同样抓重条件下它比液压机械手的结构大，所以适用于高速、轻载、高温和粉尘大的环境中进行工作。液压技术有以下优点:（1）体积小、重量轻，因此惯性力小，当突然过载或停车时，不会发生

19、大的冲击（2）能在给定范围内平稳的自动调节牵引速度，并可实现无极调速；（3）换向容易，在不改变电机旋转方向的情况下，可以较方便地实现工作机构旋转和直线往复运动的转换；（4）液压泵和液压马达之间用油管连接，在空间布置上彼此不受严格限制；（5）由于采用油液为工作介质，元件相对运动表面间能自行润滑，磨损小，使用寿命长；（6）操纵控制简便，自动化程度高；（7）容易实现过载保护。1 机械手的设计1.1 机械手的设计要求本课题将要完成的主要任务如下:机械手为通用机械手，因此相对于专用机械手来说，它的适用面相对较广。选取机械手的座标型式和自由度。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。

20、为了使通用性更强，手部可设计成可以更换的结构，不仅可以应用于夹持式手指来抓取棒料工件，在工业需要的时候，我们还可以用气流负压式吸盘来吸取板料工件。液压传动系统的设计本课题将设计出机械手的液压传动系统，包括液压元器件的选取，液压回路的设计，并绘出液压原理图。1.2 机械手的系统工作原理及组成机械手的工作原理：机械手主要由执行机构、驱动系统、控制系统以及位置检测装置等所组成。在PLC程序控制的条件下，采用液压传动方式，来实现执行机构的相应部位发生规定要求的，有顺序，有运动轨迹，有一定速度和时间的动作。同时按其控制系统的信息对执行机构发出指令，必要时可对机械手的动作进行监视，当动作有错误或发生故障时

21、即发出报警信号。位置检测装置随时将执行机构的实际位置反馈给控制系统，并与设定的位置进行比较，然后通过控制系统进行调整，从而使执行机构以一定的精度达到设定位置.机械手的系统工作原理框图如图1-1所示。图1-1机械手的系统工作原理框图执行机构包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的还增设行走机构。1、手部即与物件接触的部件。由于与物件接触的形式不同，可分为夹持式和吸附式手在本课题中我们采用夹持式手部结构。夹持式手部由手指和传力机构所构成。手指是与物件直接接触的构件，常用的手指运动形式有回转型和平移型。回转型手指结构简单，制造容易，故应用较广泛。平移型应用较少，其原因是结构比较复杂，但平移型手指夹持圆形零件时，工件直径变化不影响其轴心的位置，因此适宜夹持直径变化范围大的工件。手指结构取决于被抓取物件的表面形状、被抓部位和物件的重量及尺寸。而传力机构则通过手指产生夹紧力来完成夹放物件的任务。传力机构型式较多时常用的有:滑槽杠杆式、连杆杠杆式、斜面杠杆式、齿轮齿条式、丝杠螺母弹簧式和重力式等。2、手腕是连接手部和手臂的部件，并可用来调整被抓取物件的方位3、手臂专心-专注-专业