拾取轴类零件机械手的设计gbnm.docx

《拾取轴类零件机械手的设计gbnm.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《拾取轴类零件机械手的设计gbnm.docx（63页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、淮 海 工 学学 院毕业设计计(论文)说明书书题 目：拾拾取轴类类零件机机械手的的设计作 者：郭郭鑫鑫 学 号：00102210111099系 (院)：机械工程系专业班级级：机械设设计制造造及其自自动化机机械0221指导者：郭廷良良 教授评阅者：席平原原讲师20066 年 6 月 连连 云 港毕业设计计（论文文）中文文摘要拾取轴类类零件机机械手的的设计摘 要要：本文文简要地地介绍了了工业机机器人的的概念，机机械手的的组成和和分类，机机械手的的自由度度和坐标标型式，气气动技术术的特点点，PLLC控制制的特点点及国内内外的发发展状况况。通过过对机械械手进行行总体方方案设计计，确定定了机械械手的坐坐

2、标型式式和自由由度，确确定了机机械手的的技术参参数。同同时，设设计了利利用气压压传动系系统来实实现机械械手夹持持的手部部结构并并选择了了一种较较好的夹夹持方案案；通过过对手腕腕、手臂臂转动所所需的驱驱动力矩矩的计算算设计了了机械手手腕、手手臂的结结构并实实现了利利用步进进电动机机对手腕腕手臂的的控制。利利用可编编程序控控制器对对机械手手进行控控制，选选取了合合适的PPLC，根根据机械械手的工工作流程程制定了了可编程程序控制制器的控控制方案案，设计计了机械械手的步步进电动动机控制制电路图图，并编编制了可可编程序序控制器器的控制制程序。关键词：工业机机器人机机械手气气动可编编程序控控制器毕业设计计

3、（论文文）外文文摘要The Desiign of Mechhaniicall Handd Pickkingg upp Acceessooriees LLikee AxesAbsttracct: The papper inttrodducees tthe conncepptioon oof tthe inddusttriaal rroboot, thee coompoosittionn annd cclasssifficaatioon oof tthe mecchannicaal hhandd, tthe freeedoom aand cooordiinattes of theemecchann

4、icaal hhandd, tthe chaaraccterristticss off thhe ppneuumattic tecchnoologgy aand PLCC, aand thee deevellopmmentt inn hoome andd abbroaad.In tthisspapper, auuthoor ddisccusssed thee ovveraall proojecct ffor thee deesiggn oof mmechhaniicall haand, annd ddeteermiinedd thhe ccoorrdinnatees oof ppatttern

5、ns, frreeddom andd teechnnicaal pparaametterss off thhe mmechhaniicall haand. Att thhe ssamee tiime, ussed theepneeumaaticc drrivee syysteem tto rreallizeethee hooldiing strructturee off thhe mmechhaniicall haand andd seelecctedd a bettterr prrojeect to holld aacceessooriees.TThrooughh thhecaalcuula

6、ttionns tto ddrivve mmomeent neeededd byy thhe wwrissts andd arrm rrotaatioon, dessignned thee sttruccturre oof tthe wriistss annd aarm andd reealiizedd thhe cconttroll toothee wrristts aand armm byy ellecttricc mootorrs. Autthorr allso useed prrogrrammmablle cconttrolllerr too coontrrol mecchannica

7、al hhandd annd sseleecteed aa suuitaablee PLLC mmodeels. Baasedd onn meechaaniccal hannd wworkkfloow, devveloopedd PLLC pprojjectt annd ddrawwn aa coontrrol cirrcuiit ddiaggramm off ellecttricc mootorrs ffor thee meechaaniccal hannd, andd deevellopeed aa prrogrram forr thhe PPLC.Keywwordds:inddusttr

8、iaal rroboot;mecchannicaal hhandd;pnneummatiic ddrivve; PLLC.目 录1 引引言（或或绪论）11.1国国内外机机器人发发展趋势势11.2课课题的提提出及主主要任务务222 制制定设计计方案42.1机机械手的的坐标型型式与自自由度442.2机机械手的的驱动设设计方案案442.3手手部结构构的设计计方案552.4手手腕结构构的设计计方案62.5手手臂结构构的设计计方案62.6机机械手的的控制设设计方案案62.7机机械手的的主要参参数73 手手部结构构设计83.1设设计时考考虑的几几个问题题83.2手手部夹紧紧气缸的的设计84 手手腕结构构设

9、计1194.1执执行元件件的选择择1194.2轴轴的设计计214.3轴轴承的选选用224.4销销、螺栓栓的选用用2235 手手臂升降降运动设设计245.1滚滚珠丝杠杠的选择择2245.2步步进电动动机的选选择2285.3轴轴承的选选用2296 手手臂旋转转运动设设计3306.1步步进电动动机的选选择306.2减减速器的的选择3117机械手手的PLLC控制制设计327.1 可编程程控制器器的选择择及其工工作过程程327.2 机械手手可编程程控制器器的控制制方案3227.3 步进电电动机的的环形分分配器337.4 步进电电动机的的单片机机控制33结论 36致谢 37参考文献献38淮海工学院二六届毕

10、业设计（论文） 第56页 共56页1 引引言现代工业业机器人人在结构构形式上上与人臂臂和遥控控机械手手相似，控控制原理理则是基基于数控控（NCC）和遥遥控的概概念。因因此，现现代工业业机器人人可以看看成是“数控操操作臂”，其中中操作人人员直接接操作的的主臂由由计算机机数控装装置所代代替。工业机器器人由操操作机（机机械本体体）、控控制器、伺伺服驱动动系统和和检测传传感装置置构成，是是一种仿仿人操作作、自动动控制、可可重复编编程、能能在三维维空间完完成各种种作业的的机电一一体化自自动化生生产设备备。特别别适合于于多品种种、变批批量的柔柔性生产产。它对对稳定、提提高产品品质量，提提高生产产效率，改改

11、善劳动动条件和和产品的的快速更更新换代代起着十十分重要要的作用用。机器人技技术是综综合了计计算机、控控制论、机机构学、信信息和传传感技术术、人工工智能、仿仿生学等等多科学学而形成成的高新新技术，是是当代研研究十分分活跃，应应用日益益广泛的的领域。机机器人应应用情况况，是一一个国家家工业自自动化水水平的重重要标志志。机器人并并不是在在简单意意义上代代替人工工的劳动动，而是是综合了了人的特特长和机机器特长长的一种种拟人的的电子机机械装置置，既有有人对环环境状态态的快速速反应和和分析判判断能力力，又有有可长时时间持续续工作、精精确度高高、抗恶恶劣环境境的能力力，从某某种意义义上说它它也是机机器的长长

12、期进化化过程的的产物，它它是工业业生产中重要的生产设备备和服务务性设备备，也是是先进制制造技术术领域不不可缺少少的自动动化设备备。机械手是是模仿人人手的部部分动作作，按给给定程序序、轨迹迹和要求求实现自自动抓取取、搬运运或操作作的自动动机械装装置。在在工业生生产中应应用的机机械手被被称为“工业机机械手”。生产产中应用用机械手手可以提提高生产产的自动动化水平平和劳动动效率；可以减减轻劳动动强度、保保证产品品质量、实实现安全全生产；尤其在在高温、高高压、低低温、低低压、粉粉尘、易易爆、有有毒气体体和放射射性等恶恶劣的环环境中，它它代替人人进行正正常的工工作，意意义更为为重大。因因此，在在机械加加工

13、、冲冲压、铸铸、锻、焊焊接、热热处理、电电镀、喷喷漆、装装配以及及轻工业业、交通通运输业业等方面面得到越越来越广广泛的应应用。1.1国国内外机机器人发发展趋势势1.1.1国外外机器人人领域发发展趋势势近年来，国国外的工工业机器器人性能能不断提提高（高高速度、高高精度、高高可靠性性、便于于操作和和维修），而而单机价价格不断断下降，平平均单机机价格从从91年年的100.3 万美元元降至997年的的6.55 万美美元。机械结构构向模块块化、可可重构化化发展。例例如关节节模块中中的伺服服电机、减减速机、检检测系统统三位一一体化；有关节节模块、连连杆模块块用重组组方式构构造的机器人人整机；国外已已有模块

14、块化装配配机器人人产品问问市。工业机器器人控制制系统向向基于PPC机的的开放型型控制器器方向发发展，便便于标准准化、网网络化；器件集集成度提提高，控控制柜日日见小巧巧，且采采用模块块化结构构；大大大提高了了系统性性、易操操作性和和可维修修性。机器人中中的传感感器作用用日益重重要，除除采用传传统的位位置、速速度、加加速度等等传感器器外，装装配、焊焊接机器器人还应应用了视视觉、力力觉等传传感器，而而遥控机机器人则则采用视视觉、声声觉、力力觉、触触觉等多多传感器器的融合合技术来来进行环环境建模模及决策策控制；多传感感器融合合技术在在产品化化系统中中已有成成熟应用用。虚拟拟现实技技术在机机器人中中的作

15、用用已从仿仿真、预预演发展展到用于于过程控控制，如如使遥控控机器人人操作者者产生置置身于远远端作业业环境中中的感觉觉来操纵纵机器人人。当代遥控控机器人人系统的的发展特特点不是是追求全全自动系统，而而是致力力于操作作者与机机器人的的人机交交互控制制，即遥遥控加局局部自主主系统构构成完整整的监控控遥控操操作系统统，使智智能机器器人走出出实验室室进入实实用化阶阶段。美美国发射射到火星星上的“索杰纳纳”机器人人就是这这种系统统成功应应用的最最著名实实例。从94年年美国开开发出“虚拟轴轴机床”以来，这这种新型型装置已已成为国国际研究究的热点点之一，纷纷纷探索索开拓其其实际应应用的领领域。1.1.2国内内

16、机器人人的发展展趋势我国的工工业机器器人从880年代代“七五”科技攻攻关开始始起步，在在国家的的支持下下，通过过“七五”、“八五”科技攻攻关，目目前基本本掌握了了机器人人操作机机的设计计制造技技术、控控制系统统硬件和和软件设设计技术术、运动动学和轨轨迹规划划技术，生生产了部部分机器器人关键键元器件件，开发发出喷漆漆、弧焊焊、点焊焊、装配配、搬运运等机器器人，其中有有1300多台套套喷漆机机器人在在二十余余家企业业的近330条自自动喷漆漆生产线线上获得得规模应应用，弧弧焊机器器人己经经应用在在汽车制制造厂的的焊装线线上。但但总的来来看，我我国的工工业机器器人技术术及其工工程应用用的水平平和国外外

17、比还有有一定的的距离，如如:可靠性性低于国国外产品品： 机机器人应应用工程程起步较较晚，应应用领域域窄，生生产线系系统技术术与国外外比有差差距；在在应用规规模上，我我国己安安装的国国产工业业机器人人约2000台，约约占全球球已安装装台数的的万分之之四。以以上原因因主要是是没有形形成机器器人产业业，当前前我国的的机器人人生产都都是应用用户的要要求，“一客户户，一次次重新设设计”，品种种规格多多、批量量小、零零部件通通用化程程度低、供供货周期期长、成成本也不不低，而而且质量量、可靠靠性不稳稳定。因因此，迫切需需要解决决产业化化前期的的关键技技术，对对产品进进行全面面规划，搞搞好系列列化、通通用化、

18、模模块化设设计，积积极推进进产业化化进程。我国的智智能机器器人和特特种机器器人在“8633”计划的的支持下下，也取取得了不不少成果果。其中中最为突突出的是是水下机机器人，6000m水下无缆机器人的成果居世界领先水平，还开发出直接遥控机器人、双臂协调控制机器人、爬壁机器人、管道机器人等机种；在机器人视觉、力觉、触觉、声觉等基础技术的开发应用上开展了不少工作，有了一定的发展基础。但是在多传感器信息融合控制技术、遥控加局部自主系统遥控机器人、智能装配机器人、机器人化机械等的开发应用方面则刚刚起步，与国外先进水平差距较大，需要在原有成绩的基础上，有重点地系统攻关，才能形成系统配套可供实用的技术和产品，

19、以期在“十五”后期立于世界先进行列之中。1.2课课题的提提出及主主要任务务1.2.1课题题的提出出随着工业业自动化化程度的的提高，工工业现场场的很多多易燃、易易爆等高高危及重重体力劳劳动场合合必将由由机器人人所代替替。这一一方面可可以减轻轻工人的的劳动强强度，另另一方面面可以大大大提高高劳动生生产率。例例如，目目前在我我国的许许多中小小型汽车车生产以以及轻工工业生产产中，往往往冲压压成型这这一工序序还需要要人工上上下料，既既费时费费力，又又影响效效率。为为此，我我们把上上下料机机械手作作为我们们研究的的课题。现在的机机械手大大多采用用液压传传动，液液压传动动存在以以下几个个缺点：（1）液液压传

20、动动在工作作过程中中常有较较多的能能量损失失(摩擦损损失、泄泄露损失失等)；液压压传动易易泄漏，不不仅污染染工作场场地，限限制其应应用范围围，可能能引起失失火事故故，而且且影响执执行部分分的运动动平稳性性及正确确性。（2）工工作时受受温度变变化影响响较大。油油温变化化时，液液体粘度度变化，引引起运动动特性变化。（3）因因液压脉脉动和液液体中混混入空气气，易产产生噪声声。（4）为为了减少少泄漏，液液压元件件的制造造工艺水水平要求求较高，故故价格较较高；且且使用维维护需要要较高技技术水平平。鉴于以上上这些缺缺陷，本本机械手手拟采用用气压传传动，气气动技术术有以下下优点：（1）介介质提取取和处理理方

21、便。气气压传动动工作压压力较低低，工作作介质提提取容易易，而后后排入大大气，处处理方便便，一般般不需设设置回收收管道和和容器；介质清清洁，管管道不易易堵塞，不不存在介介质变质质及补充充的问题题。（2）阻阻力损失失和泄漏漏较小，在在压缩空空气的输输送过程程中，阻阻力损失失较小（一一般仅为为油路的的千分之之一），空空气便于于集中供供应和远远距离输输送。外外泄漏不不会像液液压传动动那样，造造成压力力明显降降低和严严重污染染。（3）动动作迅速速，反应应灵敏。气气动系统统一般只只需要00.022s-00.3ss即可建建立起所所需的压压力和速速度。气气动系统统也能实实现过载载保护，便便于自动动控制。（4）

22、能能源可储储存。压压缩空气气可存贮贮在储气气罐中，因因此，发发生突然然断电等等情况时时，机器器及其工工艺流程程不致突突然中断断。（5）工工作环境境适应性性好。在在易燃、易易爆、多多尘埃、强强磁、强强辐射、振振动等恶恶劣环境境中，气气压传动动与控制制系统比比机械、电电器及液液压系统统优越，而而且不会会因温度度变化影影响传动动及控制制性能。（6）成成本低廉廉。由于于气动系系统工作作压力较较低，因因此降低低了气动动元、辅辅件的材材质和加加工精度度要求，制制造容易易，成本本较低。传统观点点认为：由于气气体具有有可压缩缩性，因因此，在在气动伺伺服系统统中要实实现高精精度定位位比较困困难(尤其在在高速情情

23、况下，似似乎更难难想象)。此外外气源工工作压力力较低，抓抓举力较较小。虽虽然气动动技术作作为机器器人中的的驱动功功能已有有部分被被工业界界所接受受，而且且对于不不太复杂杂的机械械手，用用气动元元件组成成的控制制系统己己被接受受，但由由于气动动机器人人这一体体系己经经取得的的一系列列重要进进展过去去介绍得得不够，因因此在工工业自动动化领域域里，对对气动机机械手、气气动机器器人的实实用性和和前景存存在不少少疑虑。1.2.2课题题的主要要任务：本课题将将要完成成的主要要任务如如下：（1）选选取机械械手的坐坐标型式式和自由由度；（2）设设计出机机械手的的各执行行机构，包包括：手手部、手手腕、手手臂等部

24、部件的设设计；（3）气气压传动动系统的的设计。本本课题将将设计出出机械手手的气压压传动系系统，包包括气动动元器件件的选取取，气动动回路的的设计；（4）机机械手的的控制系系统的设设计。本本机械手手采用可可编程序序控制器器（PLLC）对对机械手手进行控控制，本本课题将将要选取取PLCC型号，根根据机械械手的工工作流程程编制出出PLCC程序。2 制制定设计计方案对于搬运运物体类类的机械械手的基基本要求求是能快快速、准准确地拾拾放并并且能搬搬运物件件，这就就要求具具有较高高的精度度、快速速反应、一一定的承承载能力力、足够够的工作作空间和和灵活的的自由度度及在任任意位置置都能自自动定位位等特性性。设计计

25、气动机机械手的的原则是是：充分分分析作作业对象象和环境境，明确工工作的结结构形状状和材料料特性，定定位精度度要求，抓抓取、搬搬运时的受力力特性、尺尺寸和质质量参数数等，从从而进一一步确定定对机械械手结构构及运行行控制的的要求，尽量选选用定型型的标准准组件，简简化设计计制造过过程，兼兼顾通用用性和专专用性，并并能实现现柔性转转换和编编程控制制。本次设计计的机械械手是通通用拾取取轴类零零件的机机械手，是是一种适适合于成成批或中中、小批批生产的的、可以以改变动动作程序序的自动动搬运或或操作设设备，它它可以用用于操作作环境恶劣劣，劳动动强度大大和操作作单调频频繁的生生产场合合。2.1机机械手的的坐标型

26、型式与自自由度按机械手手手臂的的不同运运动形式式及其组组合情况况，其坐坐标型式式可分为为直角坐坐标式、圆圆柱坐标标式、球球坐标式式和关节节式。由由于本机机械手是是对轴类类零件的的搬运，因因此它需需具有升升降、回回转的自自由度。图1机械械手运动动示意图图2.2机机械手的的驱动设设计方案案在普通的的机械运运动中，机机械的驱驱动一般般有气压压传动、液液压传动动、电机机传动等等。油压执行行器具有有以下的的一些优优点：（11）构造造简单，可可靠性高高。（22）体积积小，可可获得部部较高的的推力和和转矩。（33）比较较易控制制。缺点点有：（11）漏油油污染。（22）噪声声。（33）低速速不稳定定。（44）

27、必须须对工作作油的清清洁度进进行管理理。气压执行行器由于于空气构构成的工工作流体体具有压压缩性，所所以在负负荷作用用下速度度容易变变动难以以确定精精确位置置。但不不会发生生漏油那那样环境境也不必必担心火火灾发生生，另外外，由于于空气黏黏性小，易易安装管管道，维维护简单单，且空空气是惯惯性小的的压缩性性流体。当当迅速的的使其流流动停止止时不会造造成压力力波动，因此比比较安全全，不必必安装过过负荷防防止装置置。步进电动动机又称称脉冲电电动机。它它是将电电脉冲信信号转换换成机械械角位移移的执行行元件。其其输入一一个电脉脉冲就转转动一步步，即每每当电动动机绕组组接受一一个电脉脉冲，转转子就转转过一个个

28、相应的的步距角角。转制制角位移移的大小小及转速速分别与与输入的的脉冲数数及频率率成正比比，并在在时间上上与输入入脉冲同同步，只只要控制制输入电电脉冲的的数量、频频率以及及电动机机绕组的的通电顺顺序，电电动机即即可获得得所需的的转交、转转速及转转向，很很容易用用微机实实现数字字控制。步步进电动动机具有有以下特特点：（11）步进进电动机机的工作作状态不不易受各各种干扰扰因素（如如电源电电压的波波动、电电流的大大小与波波形的变变化、温温度等）的的影响，只只要在它它们的大大小未引引起步进进电动机机 产生生“丢步”现象之之前，就就不影响响其正常常工作；（2）步步进电动动机的步步距角有有误差，转转子转过过

29、一定步步数以后后也会出出现积累累误差，但但转子转转过一定定步数以以后也会会出现累累积误差差，但转转子转过过一转以以后，其其累计误误差变为为“零”，因此此不会长长期积累累；（33）控制制性能好好，在起起动、停停止、反反转时不不易“丢步”。因此此，步进进电动机机被广泛泛的应用用于开环环控制的的机电一一体化系系统，使使系统简简化，并并可靠的的获得较较高的位位置精度度。作为搬运运机械手手，它需需要在抓抓取工件件的过程程中精确确的定位位，在搬搬运到另另一个地地方是也也必须准准确，因因此机械械手手臂臂的转动动和手腕腕的转动动用步进进电动机机来控制制，这样样可以避避免了用用气压传传动带来来的不准准确性或或用

30、液压压传动带带来的漏漏油而导导致环境境污染问问题。对对于手部部的抓取取，可以以用气压压传动来来实现。手手臂的提提升这几几种传动动的方法法都可以以，但为为了避免免漏油带带来的污污染，液压传传动的方方法暂不不做考虑虑，而用用气压传传动则不不能很好好的控制制其提升升高度的的精确性性，因此此选择步步进电动动机。2.3手手部结构构的设计计方案夹持式手手部结构构由手指指（手抓抓）和传传力机构构所组成成。其传传力结构构形式比比较多，如如滑槽杠杠杆式、斜斜契杠杆杆式、齿齿轮齿条条式、弹弹簧杠杆杆式等等。夹持式是是最常见见的一种种，其中中常用的的有两指指式、多多指式和和双手指指式；按按手指夹夹持工件件的部位位又

31、可以以分为内内卡式（或或内涨式式）和外外夹持式式两种；按模仿仿人手手手指的动动作，手手指可以以分为一一支点回回转型，二二支点回回转型和和移动型型(或称直直进型)，其中中以二支支点回转转型为基基本型式式。当二二支点回回转型手手指的两两个回转转支点的的距离缩缩小到无无穷小时时，就变变成了一一支点回回转型手手指；同同理，当当二支点点回转型型手指的的手指长长度变成成无穷长长时，就就成为移移动型。回回转型手手指开闭闭角较小小，结构构简单，制制造容易易，应用用广泛。移移动型应应用较少少，其结结构比较较复杂庞庞大，当当移动型型手指夹夹持直径径变化的的零件时时不影响响其轴心心的位置置，能适适应不同同直径的的工

32、件。几种机械械手指夹夹持设计计方案如如下图22所示图2 机机械手的的夹持方方案对于图22中几种种夹持方案案的评价价：由于本课课题手部部夹持的的动力源源选用的的是气压压传动，利利用气压压缸的伸伸缩来实实现对工工件的夹夹持，而而方案（77）是通通过旋转转运动来来实现对对工件的的夹持。显然（7）方案不适合。其中方案（6）是对重轴类零件的夹持机构，而本课题所设计的机械手需要夹持的工件重量小于等于50公斤，没有必要使用此种夹持方案。由于设计的是利用气压缸的伸缩来实现对工件的夹持，因此方案（5）比较适合，它能承受气缸的伸缩带来的一定的冲击，但是此方案对工件夹持的范围过小，因此将其作为备选而不做第一选择。同

33、样对于方案（1）（2）（3）（4）（9）虽然可以实现夹持的工件范围比较大，但是却需要气缸的大范围的伸缩才能实现，这样会使整个机械手的体积变大，而所需设计的机械手是用于生产线，这就要求机械手的结构比较紧凑。因此选用用方案88最为合合适，并并且为了了使机械械手的通通用性更更强更好好的夹持持，采用用双夹持持的结构构，用两两个独立立的气缸缸来控制制，以便更更好的适适应轴的的各种形形状如光光轴、阶阶梯轴等等等。2.4手手腕结构构的设计计方案考虑到机机械手的的通用性性，同时时由于被被抓取工工件是水水平放置置，因此此手腕必必须设有有回转运运动才可可满足工工作的要要求。因因此，手手腕设计计成回转转结构，实实现

34、手腕腕回转运运动的机机构由步进电电机驱动动。2.5手手臂结构构的设计计方案按照抓取取搬运运工件的的要求，本本机械手手的手臂臂有三个自由由度，即即手臂的的左右回回转和升升降(或俯仰仰)运动。手手臂的回回转和升升降运动动是通过过立柱来来实现的的，手臂臂的各种种运动由由步进电电机的驱驱动来实实现。2.6机机械手的的控制设设计方案案考虑到机机械手的的通用性性，同时时使用点点位控制制，因此此我们采采用可编编程序控控制器（PLC）对机械手进行控制。当机械手的动作流程改变时，只需改变PLC程序即可实现，非常方便快捷。2.7机机械手的的主要参参数2.7.1主要要参数 机机械手的的最大抓抓取重量量是其规规格的主

35、主参数，该该机械手手主参数数定为550公斤。2.7.2基本参参数 运动动速度是是机械手手主要的的基本参参数。操操作节拍拍对机械械手速度度提出了了要求，设设计速度度过低限限制了它它的使用用范围。而而影响机机械手动动作快慢慢的主要要因素是是手臂及及手腕的的回转速速度和手手臂的提提升速度度。该机械手手手臂提提升的平平均速度度设计为为0.001m /ss，平均均回转速速度设计计为。机械手动动作时有有启动、停停止过程程的加、减减速度存存在，用用速度行程曲曲线来说说明速度度特性较较为全面面，因为为平均速速度与行行程有关关，故用用平均速速度表示示速度的的快慢更更为符合合速度特特性。除了运动动速度以以外，手手

36、臂设计计的基本本参数还还有工作作半径。大大部分机机械手设设计成相相当于人人工坐着着或站着着且略有有走动操操作的空空间。在在这种情情况下宜宜采用自自动传送送装置为为好。根根据统计计和比较较，该机机械手手手臂的工工作半径径约为115000mm。手手臂回转转行程范范围定为为。手臂臂升降行行程定为为15000mm定位位精度也也是基本本参数之之一。该该机械手手的定位位精度为为。2.7.3机械手手技术参参数列表表（1）用用途：拾拾取轴类类零件的的机械手手。（2）设设计技术术参数：抓重重：500公斤；自由由度：33个自由由度；坐标标型式：圆柱坐坐标；最大大工作半半径：；手臂臂最大中中心高：手臂臂运动参参数：

37、升降行程程 ；升降速度度 ；回转范围围 ；回转速度度 ；手腕腕运动参参数回转范围围 ；回转速度度 ；手指指夹持范范围 ；定位位方式 机械挡挡块；定定位精度度 ；驱驱动方式式手指部分分：气压压传动；手腕及手手臂等部部分：均均用步进进电动机机；控控制方式式采用PLLC的点点位程序序控制。机机械手使使用寿命命：500000小时时。3手部结结构设计计3.1设设计时考考虑的几几个问题题（1）具具有足够够的握力力(即夹紧紧力)在确定手手指的握握力时，除除考虑工工件重量量外，还还应考虑虑在传送送或操作作过程中中所产生生的惯性性力和振振动，以以保证工工件不致致产生松松动或脱脱落。（2）手手指间应应具有一一定的

38、开开闭角两手指张张开与闭闭合的两两个极限限位置所所夹的角角度称为为手指的的开闭角角。手指指的开闭闭角应保保证工件件能顺利利进入或或脱开，若若夹持不不同直径径的工件件，应按按最大直直径的工工件考虑虑。对于于移动型型手指只只有开闭闭幅度的的要求。（3）保保证工件件准确定定位为使手指指和被夹夹持工件件保持准准确的相相对位置置，必须须根据被被抓取工工件的形形状，选选择相应应的手指指形状。例例如圆柱柱形工件件采用带带“V”形面的的手指，以以便自动动定心。（4）具具有足够够的强度度和刚度度手指除受受到被夹夹持工件件的反作作用力外外，还受受到机械械手在运运动过程程中所产产生的惯惯性力和和振动的的影响，要要求

39、有足足够的强强度和刚刚度以防防折断或或弯曲变变形，应应当尽量量使结构构简单紧紧凑，自自重轻，并并使手部部的中心心在手腕腕的回转转轴线上上，以使使手腕的的扭转力力矩最小小为佳。（5）考考虑被抓抓取对象象的要求求根据机械械手的工工作需要要，通过过比较，我我们采用用的机械械手的手手部结构构是一支支点两指指回转型型，由于于工件多多为圆柱柱形，故故手指形形状设计计成V型，其其结构如如图3所示。3.2手手部夹紧紧气缸的的设计3.2.1手部部驱动力力的计算算根据以上上提出的的问题及及参数对对手部的的各零件件进行设设计计算算。本课题题气动机机械手的的手部示示意结构构图如下下图3所所示。图3 齿齿轮齿条条式手部

40、部由于夹持持的工件件重量小小于等于于50公公斤。根根据以上上给出的的所夹持持工件的的直径范范围为。但但又因为为采用的的是用两两个独立立气缸的的双夹持持机构则则每个机机械手夹夹持的重重量为225公斤斤。对于于相同重重量的工工件轴径径越大其其所需夹夹持的力力也越大大。根据据以上的的数据，且且假定夹夹持的工工件时手手指的夹夹持点与与轴心线线的连线线和水平平线的夹夹角为。根据手部部结构的的传动示示意图，其其驱动力力为： （331）其中：驱动动力夹紧紧力手指指轴心到到工件轴轴心的垂垂直方向向的距离离（如图图3所示示）齿轮轮半径初步假设设手指轴轴心到工工件轴心心的距离离为，取取，手指指轴心到到齿条中中心的

41、距距离为。则则（322）根据手指指夹持工工件的方方位，根根据力学学的受力力分析可可得握力力计算公公式：（333）由此根据据（31）可得得驱动力力：实际驱动动力：（344）因为传力力机构为为齿轮齿齿条传动动，故取取，并取取安全系系数为。故由（34）得，实际驱动动力为因此，夹夹持工件件时所需需夹紧气气缸的驱驱动力为为22660.33N。由于机械械手的能能夹持的的最大的的直径为为，而夹夹持后的的，故直直齿的长长度为略略大于，因因此初步步选取气气缸伸长长长度为为60mmm。3.2.2气缸的的选择根据以上上得出的的驱动力力查询手手册选取取气压缸缸，其型型号为：LGAA 32250 G-FFA-YY-FC

42、C；得主要要技术参参数如下下表1：表1选取取气缸的的相关数数据缸径/行程/工作压力力范围/耐压力/使用速度度范围使用温度度范围/工作介质质给油32600.04490.9981.47750770-2580空气、干干燥空气气无3.2.3电磁磁换向阀阀的选择择为了实现现用PLLC对气气压缸的的运动进进行点位位程序控控制，则则需要一一个电磁磁换向阀阀对输入入气压缸缸的气体体进出方方向进行行控制。根根据上述述的气压压缸的工工作压强强，采用用系系列的双双电控两两位五通通的电磁磁换向阀阀。此电电磁换向向阀的型型号为：XQ 255 088 4112200v/550Hzz其主要的的技术参参数如下下表2：表2电磁

43、磁换向阀阀主要技技术参数数通径接口螺纹纹工作压力力/切换时间间工作电压压消耗功率率环境温度度耐久性0.1551.0015220vv/500Hz6V.AA5500400万万次3.2.4齿轮齿齿条的设设计计算算事实上在在齿轮齿齿条的啮啮合传动动中，真真正进行行啮合传传动的只只是齿轮轮的一部部分，即即可以看看成是扇扇形齿轮轮，但在在下面的的计算过过程中，为为了计算算的方便便将其看看作整个个齿轮来来做。3.2.4.1选定定齿轮的的类型、精精度等级级、材料料及齿数数（1）安安图1所所式的传传动方案案，选用用直齿圆圆柱齿轮轮齿条传传动。（2）用用7级精精度。（3）材材料选择择。由12表100-1选选择齿轮轮齿条材材料为440Crr（调质质），硬硬度为2280HHBS。（4）初初步选取取齿轮的的齿数为为30齿齿。3.2.