【2017年整理】机械手设计.doc

一、总体方案设计 1.1设计任务 基本要求: 设计一个多自由度机械手（至少要有三个自由度）将最大重量为40Kg的工件，由车间的一条流水线搬到别一条线上； 二条流水线的距离为：1000mm； 工作节拍为：70s； 工件：最大直径为160mm 的棒料； 1.2总体方案确定 1.2.1自由度 自由度是指机器人所具有的独立坐标轴运动的数目，但是一般不包括手部（末端操作器）的开合自由度。自由度表示了机器人灵活的尺度，在三维空间中描述一个物体的位置和姿态需要六个自由度。 机械手的自由度越多，越接近人手的动作机能，其通用性就越好，但是结构也越复杂，自由度的增加也意味着机械手整体重量的增加。轻型化与灵活性和抓取能力是一对矛盾，，此外还要考虑到由此带来的整体结构刚性的降低，在灵活性和轻量化之间必须做出选择。工业机器人基于对定位精度和重复定位精度以及结构刚性的考虑，往往体积庞大，负荷能力与其自重相比往往非常小。一般通用机械手有5～6个自由度即可满足使用要求（其中臂部有3个自由度，腕部和行走装置有2～3个自由度），专用机械手有1～2个自由度即可满足使用要求。在控制器的作用下，它执行将工件从一条流水线拿到另一条流水线这一动作。在满足前提条件上尽量使结构简单，所以我们这次选择5自由度机械手。 1.2.2机械手基本形式的选择 常见的工业机械手根据手臂的动作形态,按坐标形式大致可以分为以下4种: 直角坐标型机械手： 特点：操作机的手臂具有三个移动关节，其关节轴线按直角坐标配置。 优缺点：结构刚度较好，控制系统的设计最为简单，但其占空间较大，且运动轨迹单一，使用过程中效率较低。 结构图： 圆柱坐标型机械手： 特点：操作机的手臂至少有一个移动关节和一个回转关节，其关节轴线按圆柱坐标系配置。 优缺点：结构刚度较好，运动所需功率较小，控制难度较小，但运动轨迹简单，使用过程中效率不高。 结构图： ( 3)球坐标(极坐标)型机械手： 特点：操作机的手臂具有两个回转关节和一个移动关节，其轴线按极坐标系配置。 优缺点：结构紧凑，但其控制系统的设计有一定难度，且机械手臂的刚度不足，机械结构较为复杂。 结构图： 多关节型机机械手。 特点：操作机的手臂类似人的上肢关节动作，具有三个回转关节。 优缺点：运动轨迹复杂，结构最为紧凑，但控制系统的设计难度大，机械手臂的刚度差。 结构图： 因为本次设计的三自由度机械手主要用来运输2流水线的零件，2者距离1000mm，这就要求机械手结构简单紧凑,定位精度较高,占地面积小。根据上面4种坐标形式，我选择了圆柱坐标形式，这种形式比较符合这次设计的需要。图1-2-3是机械手搬运物品示意图。图中机械手的任务是将传送带A上的物品搬运到传送带B。 图1-2-3机械手搬运物品示意图 1.2.3机械手的主要部件及运动 在圆柱坐在圆柱坐标式机械手的基本方案选定后，根据设计任务，为了满足设计要求，本设计关于机械手具有3个自由度既：手抓张合；手臂回转；手臂升降3个主要运动。本设计机械手主要由3个大部件： 手部，采用一个直线液压缸，通过机构运动实现手抓的张合。 （2）腕部，腕部是联结手部和臂部的部件，腕部运动主要用来改变被夹物体的方位，它动作灵活，转动惯性小。本课题腕部具有回转这一个自由度，采用一个回转液压缸实现手部回转。 （3）臂部，臂是机械手机构的主要执行部件。它的作用是支撑腕部和手部，并带动它们在空间运动。 0~180° 二、各主要组成部分设计 2.1爪部机构设计 2.1.1对手部设计的要求 (1)对手部设计的要求 (a)有适当的夹紧力 手部在工作时，应具有适当的夹紧力，以保证夹持稳定可靠，变形小，且不损坏工件的已加工表面。对于刚性很差的工件夹紧力大小应该设计得可以调节，对于笨重的工件应考虑采用自锁安全装置。 (b)有足够的开闭范围 根据工件外圆大小,夹持的大小直径必须大于100mm 。 夹持类手部的手指都有张开和闭合装置。工作时，一个手指开闭位置以最大变化量称为开闭范围。对于回转型手部手指开闭范围，可用开闭角和手指夹紧端长度表示。手指开闭范围的要求与许多因素有关，如工件的形状和尺寸，手指的形状和尺寸，一般来说，如工作环境许可，开闭范围大一些较好。 (c) 力求结构简单，重量轻，体积小 手部处于腕部的最前端，工作时运动状态多变，其结构，重量和体积直接影响整个机械手机构的结构，抓重，定位精度，运动速度等性能。因此，在设计手部时，必须力求结构简单，重量轻，体积小。 (d) 手指应有一定的强度和刚度 (e)其它要求： 因此送料，夹紧机械手机构，根据工件的形状，采用最常用的外卡式两指钳爪，夹紧方式用常闭史弹簧夹紧，松开时，用单作用式液压缸。此种结构较为简单，制造方便。 2.1.2手部设计基本要求 （1） 应具有适当的夹紧