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机械系统设计——机械手

第一章引言

1.1机械手概述

工业机器人由操作机机（械本体）、控制器、伺服驱劭系统和检测传感装置成，是一个仿

人操作，自动控制、可反复编程、能在三维空间完成多种作业机电一体化自动化生产设备。

尤其适合于多品种、变批量柔性生产。它对稳定、提升产品质量，提升生产效率，改善劳动

条件和产品快速更新换代起着十分关键作用。机器人应用情况，是一个国家工业自动化水平

关键标志。生产中应用机械手能够提升生产自动化水平，能够减轻劳动强度、确保产品质量、

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环境

中，它替换人进行正常工作，意义更为重大。所以，在机械加工、冲压、铸、锻、焊接、热

处理、电镀、喷漆、装配和轻工业、交通运输业等方面得到越来越广泛引用。机械手结构形

式开始比较简单，专用性较强，仅为某台机床上下料装置，是隶属于该机床专用机械手。伴

随工业技术发展，制成了能够独立按程序控制实现反复操作，适用范围比较广“程序控制通

用机械手”，简称通用机械手。因为通用机械手能很快改变工作程序，适应性较强，所以它

在不停变换生产品种中小批量生产中取得广泛引用。

液压传动机械手是以压缩液体压力来驱动实施机构运动机械手。其关键特点是:介质李源

极为方便，输出力小，液压动作快速，结构简单，成本低。不过，因为空气含有匕压缩特征,

工作速度稳定性较差，冲击大，而且气源压力较低，抓重通常在30千克以下，在一样抓重条

件下它比液压机械手结构大，所以适适用于高速、轻载、高温和粉尘大环境中进行工作。

液压技术有以下优点：

（1）体积小、重量轻，所以惯性力较小，当忽然过载或停车时，不会发生大冲击；

2（）能在给定范围内平稳自动调整牵引速度，并可现无极调速；

3（）换向轻易，在不改变电机旋转方向情况下，能够较方便地现工作机构旋转和直线往复

运动转换；

4（）液压泵和液压马达之间月油管连接，在空间部署上相互不受严格限制；

(5)因为采取油液为工作介质，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)轻易现过载保护。

1.2液压机械手设计要求

1.2.2课题设计要求

本课题将要完成关键任务以下：

(1)机械手为通用机械手，所以相对于专用机械手来说，它适用面相对较广。

(2)选择机械手座标型式和自由度。

(3)设计出机械手各施机构，包含:手部、手腕、手臂等部件设计。为了使通用性更强,

手部设计成可更换结构，不仅能够应用于夹持式手指来抓取棒料工件，在工业需要时候还能

够用气流负压式吸盘来吸收板料工件。

(4)液压传动系统设计

本课题将设计出机械手液压传动系统，包含液压元器件选择，液压回路设计，并绘出

液压原理图。

(5)机械手控制系统设计

本机械手拟采取可编程序控制器(PLC)对机械手进吁控制，本课题将要选择PLC型号，依

据机械手工作步骤编制出PLC程序，并画出梯形图。

1.3机械手系统工作原理及组成

机械手系统工作原理框图图1-1所表示。

立赫机构

图1-1机械手系统工作原理框图

机械手工作原理：机械手关键由施机构、驱动系统、控制系统和位置检测装置等所组成。

在PLC程序控制条件下，采取液压传动方法，来现施机构对应部位发生要求要求，有次序,

有运动轨迹，有一定速度和时间动作。同时按其控制系统信息对