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螺母抓取机械手结构设计

摘要

装配机械手作为工业机械手中的重要研究对象，已广泛应用于工业装配线中，

有效地完成了零部件的装配，高精度电子产品及其部件的组装，可以代替人类完

一些繁琐的工作。由于螺母装配在生产线上占比较大，因此设计简易抓取螺母装配

机械手装置是非常必要的。

根据任务书内容要求设计出一款用于自动抓取并完成六角螺母装配的机械手的

结构设计。装置选用典型的直角坐标式自动取料机械手的方案，整个机械手确定为3

自由度，机械手的驱动方式是采用步进电机、同步带驱动丝杠机构实现其水平移动

及升降运动，采用伺服电机实现机械手腕的旋转拧紧，采用滑台手指气缸实现对螺

母的拧紧。并对机械手的零部件等机构进行了设计。

该设计最大的特点是能够代替人工完成螺栓螺母的装配，提高了工厂的自动化

集成度，减少人员分配管理，且在适宜的条件下可以实现无间断的连续工作。机械

手可以实现对在恶劣的工况条件下取代人类，减轻劳动强度，从而减少安全事故的

发生等一系列问题。

关键词：螺栓装配：机械手；步进电机；丝杠机构

目录

第一章绪论3

1.1课题研究背景及意义1

1.2国内外研究的概况和发展趋势1

1.3机械手的结构组成及分类3

1.3.1机械手的结构组3

1.3.2机械手的分类4

1.4本课题主要研究内容4

第二章螺母装配机械手的总体方案的设计6

2.1机械手的功能要求6

2.2机器手的总体运动过程6

2.3各机械部分运动的传动设计方案7

2.3.1X轴向移动的传动方案7

2.3.2Z轴方向的升降传动方案7

2.3.3机械手手腕的回转运动方案及手爪夹紧运动的方案7

第三章机械手的横向(X轴向)移动结构设计8

3.1X轴向运行机构方案的设计8

3.2电机功率计算与选型8

3.3同步带的计算与选型9

3.3.1同步带的传动特点9

3.3.2同步带的设计计算10

3.4导轨的计算与选型12

3.4.1直线导轨的工作原理12

3.4.2选型导轨型号及估算导轨长度13

3.4.3导轨副行程额定寿命13

第四章机械手立柱和机械手臂的结构计算15

4.1立柱机构的方案设计15

4.2滚珠丝杠机构的设计计算15

4.2.1丝杆机构传动特点16

4.2.2螺旋传动的设计和选材17

4.2.3滚珠丝杠的受力计算与尺寸确定17

4.2.4滚珠丝杠螺母螺纹牙强度19

4.2.5轴承的选型20

4.3机械手臂的设计20

4.3.1手臂机构的方案设计20

4.3.2手臂旋转气缸的计算与选型21

第五章手腕及机械手爪的设计23

5.1机械旋转手腕的设计要求23

5.2旋转手腕结构的简述23

5.3腕部旋转电机的计算23

5.3.1腕部的驱动电机计算23

5.3.2齿轮传动装置的设计24

第六章各主体部分的连接关系26

6.1底座26

6.1.1底座与电机座26

6.1.2底座与导轨26

6.1.3电机与带轮27

6.1.4带轮与丝杠27

6.2主横梁27

6.2.1主横梁与底座移动板28

6.2.2底座移动板与丝杠螺母28

6.3悬臂28

6.3.1悬臂与上下移动板28