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設(shè)計說明書
二00五年九月
目錄
一、目錄………………………………………………………………………………………………………2
二、前言………………………………………………………………………………………………………3
（一）機械手的用途說明…………………………………………………………………………3
（二）設(shè)計機械手的目的、意義………………………………………………………………3
（三）設(shè)計指導(dǎo)思想應(yīng)達到的技術(shù)性能要求…………………………………………4
三、設(shè)計方案論證………………………………………………………………………………………5
（一）機械手的原始依據(jù)…………………………………………………………………………5
（二）機械手的運動方案論證…………………………………………………………………6
四、機械手各組成部件設(shè)計計算………………………………………………………………8
（一）抓取機械設(shè)計…………………………………………………………………………………8
（二）手腕機構(gòu)…………………………………………………………………………………………12
（三）手臂設(shè)計…………………………………………………………………………………………14
（四）緩沖裝置設(shè)計…………………………………………………………………………………22
（五）定位機構(gòu)設(shè)計…………………………………………………………………………………25
（六）機械手驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計……………………………………………………………………25
五、機械手控制系統(tǒng)設(shè)計…………………………………………………………………………25
六、設(shè)計總結(jié)……………………………………………………………………………………………26
七、參考文獻……………………………………………………………………………………………27
二、 前言
（一）機械手的用途說明
機械手是模仿人手工作的機械設(shè)備。實驗用機械手的設(shè)計，是指機械手臂在一定范圍內(nèi)的擺動，手臂的垂直方向的上下移動及手爪的伸縮運動組成。由啟動系統(tǒng)實現(xiàn)各運動的驅(qū)動。它的主要作用是將工件按預(yù)定的程序自動地搬運到需要的位置，或者保持工具進行工作。機械手是利用PLC控制整個系統(tǒng)實現(xiàn)各種運動的自動化控制，且能用于教學(xué)演示。
（二）機械手的目的、意義
機械手是模仿人手的動作，生產(chǎn)中應(yīng)用機械手可以提高自動化水平和勞動生產(chǎn)率，可以減輕勞動強度，保證產(chǎn)品質(zhì)量，實現(xiàn)安全生產(chǎn)，尤其在惡劣的勞動條件下，它代替人作業(yè)的意義更加重大。因此，在機械加工中得到越來越廣泛的應(yīng)用。
目的是，我們對機械手的設(shè)計步驟有一定的平衡了解；也能基本掌握機械設(shè)計的方法；綜合運用學(xué)過的理論知識；全面復(fù)習(xí)繪圖技巧，并較好的運用于畢業(yè)設(shè)計繪圖上。通過這次設(shè)計，使我了解到，自動控制的對象主要是單機或某個生產(chǎn)過程，智能控制則包括控制對象及整個工作環(huán)境或整個生產(chǎn)過程；自動控制的目標是使在系統(tǒng)控制的某個狀態(tài)下，盡量消除環(huán)境對系統(tǒng)的影響，智能控制關(guān)心的使最終狀態(tài)或現(xiàn)行狀態(tài)是否合乎要求。因此，要充分考慮環(huán)境的影響；自動控制的學(xué)習(xí)來源重要是對象的狀態(tài)的反饋，所以智能控制需要一個龐大的數(shù)據(jù)庫；自動控制理論著重描述對象的數(shù)學(xué)模型，然后，通過各種控制算法進行控制，以達到目的，智能控制著重直接控制經(jīng)驗。
（三）設(shè)計的指導(dǎo)思想，應(yīng)達到的技術(shù)性能要求
結(jié)構(gòu)簡單：設(shè)計為三自由度的機械手臂，運動形式簡單，可以把手臂設(shè)計成為沿導(dǎo)向裝置運動，直接選用標準規(guī)格的液壓缸和內(nèi)脹式機械手爪，無須另行設(shè)計。
外觀不要有手臂堵塞外形：設(shè)計盡量要求安裝方便，各非標準件加工方便。因此，不必設(shè)計成套形式，管道也不必安排在手臂內(nèi)部，可以采用軟管直接連接。
本次設(shè)計的手臂不要光用于工業(yè)生產(chǎn)，因此，對各部件的加工精度及安裝要求不高，可以在通用機床上加工完成。
三、設(shè)計方案論證
（一）機械手設(shè)計的原始數(shù)據(jù)
1.組成結(jié)構(gòu)
機械手主要由執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動系統(tǒng)以及位置檢測等裝置組成。各系統(tǒng)的關(guān)系如圖：
控制系統(tǒng) → 驅(qū)動系統(tǒng) → 執(zhí)行系統(tǒng) → 抓取工件
‖ —— 位置檢測 —— ‖
2.執(zhí)行機構(gòu)
包括手臂、手腕、手部和立柱等部件，有的還增設(shè)行走機構(gòu)。
（1） 手部：即與物體接觸的部件，由物體接觸的形式又可分為夾持式和吸附式手部。
（2） 手腕：是連接手腕和手臂的比肩，起改變工件的空間位置的作用。
（3） 手臂：支撐手腕和手臂的部件以改變工件的空間位置。
（4） 立柱：支撐手臂的部件，手臂的各部分運動均與立柱有密切的關(guān)系。
（5） 行走機構(gòu)：為完成遠距離的操作和擴大使用范圍，可增設(shè)滾輪行走機構(gòu)。
（6） 機座：它是機械手的基礎(chǔ)部件，機械手執(zhí)行機構(gòu)的各部分和驅(qū)動系統(tǒng)均安裝在機座上，起支撐和聯(lián)結(jié)作用。
3.驅(qū)動機構(gòu)
機械手臂的驅(qū)動系統(tǒng)是驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)運動的出動裝置，常用的有液壓傳動、氣壓傳動、電力傳動和機械傳動。
4.控制系統(tǒng)
有電力控制和射流控制兩種，一般常見的為電力控制，這是機械手的重要組成部分，它支配著機械手按規(guī)定的程序運動，并記憶人們給予機械手的指令信息，同時按其控制系統(tǒng)的信息，對執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出指令，必要時，對機械手的動作進行控制，當(dāng)動作有錯誤時，發(fā)出警報信號。
5.位置檢測裝置
控制機械手執(zhí)行機械的運動位置并隨時將執(zhí)行機構(gòu)的實際位置反饋給控制系統(tǒng)，并與設(shè)定的位置比較，然后控制系統(tǒng)進行調(diào)整，從而使執(zhí)行機構(gòu)一定的精度達到預(yù)定位置。
（二）機械手的運動方案論證
1.機械手的運動形式（坐標形式）確定
按機械手的運動坐標型可分：直角坐標系式機械手、圓柱坐標系式機械手、極坐標式機械手、關(guān)節(jié)式機械手。
直角坐標式機械手：臂部可以沿直角坐標軸X、Y、Z三個方向移動，亦臂部可以前后伸縮，左右移動，上下升降。采用此種坐標形工作范圍小，占地空間大，定位精度好，應(yīng)用較多，適用于空間布置或與自動線配合。
極坐標式機械手：手臂可以沿直角坐標軸的X方向運動，還可以繞Y軸和Z軸轉(zhuǎn)動，亦手臂可前后伸縮，上下擺動，左右移動。采用此種坐標形式工作范圍大，占地空間小，定位精度差，應(yīng)用少。
關(guān)節(jié)式機械手：這種機械手的臂部可分為大臂和小臂，其中大臂和小臂的連接以及大臂和機體的連接均為關(guān)節(jié)式連接，亦小臂對大臂可繞肘部上下擺動一定角度，大臂可繞肩部擺動一定角度，手臂可以左右轉(zhuǎn)動一定角度。采用此種坐標形式工作范圍大，占地空間小，定位精度差，應(yīng)用較小。
圓柱坐標戲式機械手：這種機械手的運動由兩個直線運動和一個回轉(zhuǎn)運動組合而成，手臂沿X、Z方向的移動，還有手臂的水平回轉(zhuǎn)。此種機械手工作范圍教大，靈活程度教高，占地面積小，結(jié)構(gòu)比較簡單，定位進度高，應(yīng)用比較廣泛，多為通用型。
因此本次設(shè)計我選用直角坐標系機械手。
機械手方案簡圖如下：
運動符號：