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机械手课程设计说明书

机械与装备工程学院

课程设计说明书

（2016/2017学年第1学期）

课程名称：机械设计课程设计

题目：搬运机械手的设计

专业班级：机械设计制造及其自动化

学生姓名：

学号：130200216

指导教师：

设计周数：2周

设计成绩：

2016年12月31日

目录

TOC\o1-3\h\u22097第一章绪论 1

249121.1机械手的应用现状 1

86531.2机械手研究的目的、意义 1

225531.3设计时要解决的几个问题 1

14682第二章机械手总体方案的设计 3

17552.1机械手的系统工作原理及组成 3

44722.2机械手的基本结构及工作流程 3

878第三章机械手的方案设计及其主要参数 5

303583.1坐标形式和自由度选择 5

17153.2执行机构 5

29603.3驱动系统 6

183153.4控制系统 7

13653第四章结构设计及优化 8

170134.1手部夹紧气缸的设计 8

93544.1.1手部夹紧气缸的设计 8

315174.1.2确定气缸直径 9

300444.1.3气缸作用力的计算及校核 9

285184.1.4缸筒壁厚的设计 10

242974.1.5气缸的基本组成部分及工作原理 10

285894.2手臂结构优化设计 10

304384.2.1问题描述 10

282594.2.2设计分析 10

256634.2.3建立数学模型 12

132634.2.4优化计算 13

78334.2.5优化结果分析 16

18811第五章Adams运动仿真 17

24577总结与展望 20

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（2）手指间应具有一定的开闭角

两手指张开与闭合的两个极限位置所夹的角度称为手指的开闭角。手指的开闭角应保证工件能顺利进入或脱开，若夹持不同直径的工件，应按最大直径的工件考虑。对于移动型手指只有开闭幅度的要求。

（3）保证工件准确定位

为使手指和被夹持工件保持准确的相对位置，必须根据被抓取工件的形状，选择相应的手指形状。例如圆柱形工件采用带“V”形面的手指，以便自动定心。

（4）具有足够的强度和刚度

手指除受到被夹持工件的反作用力外，还受到机械手在运动过程中所产生的惯性力和振动的影响，要求有足够的强度和刚度以防折断或弯曲变形，当应尽量使结构简单紧凑，自重轻，并使手部的中心在手腕的回转轴线上，以使手腕的扭转力矩最小为佳。

（5）考虑被抓取对象的要求

根据机械手的工作需要，通过比较，我们采用的机械手的手部结构是一支点两指回转型，由于工件多为圆柱形，故手指形状设计成V型。

第二章机械手总体方案的设计

2.1机械手的系统工作原理及组成

控制系统（PLC）位置检测装置手臂

控制系统（PLC）

位置检测装置

手臂

手部

立柱

被抓取物品

执行机构

驱动系统

（气压传动）

图2.1机械手的系统工作原理框图

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，采用气压传动方式，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。

2.2机械手的基本结构及工作流程

机械手是一个水平、垂直运动的机械设备，用来将工件由左工作台搬到右工作台。有上升、下降运动，左移、右移运动和夹紧、放松动作和位置控制。简易机械手在各类全自动和半自动生产线上应用得十分广泛，主要用于零部件或成品在固定位置之间的移动，替代人工作业，实现生产自动化。本设计中的机械手采用上下升降加平面转动式结构，机械手的动作由气动缸驱动，气动缸由相应的电磁阀来控制，电磁阀由PLC控制驱动执行元件完成，能十分方便的嵌入到各类工业生产线中。

根据要求：机械手初始位置在原点位置，每次循环动作都从原点位置开始，完成上升、下降运动，左移、右移运动和夹紧、放松动作和位置控