关节型机械手设计

摘

要

本说明书所设计的关节型机械手应用圆柱坐标式整体机构，能 够实现夹取、安

放、搬运棒形工件等功能。这个机械手主要由手爪、手腕、手臂、腰部和 机座等部

分组成，主要的活动功能体现在整个机械手的四个自由度以及手爪的闭合。其中 四

个自由度包括腰部的回转，腰部的升降，手臂的伸缩，手腕部的回转。这个机械手

的整体规模一般，适用于小巧型工业零件的抓取和搬运，如电子加工业等。

< br>

该机械手主要就是靠液压缸的油压变化来实现

4

个自由度和手爪的夹取。在油

路的布置和规 划中应用了液压传动的原理以及机械制造的原理，使得油路能够更加

的符合机械设计过程 中的合理性和可靠性，安全性和经济性。充分利用好机构的相

互配合关系，合理布置零件 间的空间结构，使本设计更加的合理完善。

关键字

：

关节型机械手

圆柱坐标

液压缸

四自由度

1

Abstract

This

explanation

is

designed

articulated

robot

application

type

cylindrical

coordinates

overall organization, to achieve gripping, put the rod work piece handling functions. The

robot

gripper

mainly

by

the

wrists,

arms,

waist

and

base

and

other

components,

the

main

event

features

embodied

in

the

entire

four

degrees

of

freedom

and

the

robot

gripper closure. Four degrees of freedom, including rotation, waist lifting, telescopic arm,

wrist rotation of the waist. The overall size of the robot is generally suitable for compact

industrial parts crawl and handling, such as electronic processing industry.

The

robot

is

mainly

by

hydraulic

cylinders

to

achieve

change

gripping

four

degrees

of

freedom

and

a

gripper.

In

the

oil

circuit

layout

and

planning

of

the

application

of

the

principles and the principles of hydraulic transmission machinery manufacturing, making

the oil to be more in line with the mechanical design process rationality and reliability,

safety and economy. Take full advantage of a good relationship with each other agencies,

rational

arrangement

of

space

between the

structural

components,

making

the

design

more reasonable and perfect.

Keywords:

articulated manipulator

cylindrical coordinates

cylinder

four degrees

of freedom

2

目

录

摘

要

.............. .................................................. .................................................. ...............................

1

目

录

.............. .................................................. .................................................. ...................................

3

1.1

研究目的

....................... .................................................. .................................................. ......

4

1.2

研究意义

....................... .................................................. .................................................. ......

4

2

机械手的总体设计

................... .................................................. .................................................. ......

6

2.1

关节型机械手的组成

....................... .................................................. .....................................

6

2.1.1

执行机构

....................... .................................................. ............................................

9

2.1.2

驱动机构

....................... .................................................. ..........................................

1

0

2.2

圆柱坐标式机械手运动简图

.

.......................................... .................................................. ...

1

0

3

关节型机械手机械系统设计

.. .................................................. .................................................. .....

1

1

3.1

手部

.......... .................................................. .................................................. .........................

1

1

3.1.1

夹紧力的计算

..... .................................................. .................................................. ...

1

1

3.1.2

夹紧缸驱动力计算

.

.............................. .................................................. ....................

1

1

3.2

腕部

......................... .................................................. .................................................. ..........

1

2

3.2.1

腕部设计的基本要求

< /p>

.

............................ .................................................. .................

1

2

3.2.2

腕部回转力矩的计算

.

........................... .................................................. ................

1

3

3.2.3

手腕回转缸的设计计算

.

........................... .................................................. ..............

1

4

3.3

臂部

.......... .................................................. .................................................. .........................

1

4

3.3.1

手臂伸缩液压缸

.

.............................. .................................................. .......................

1

4

3.3.2

手臂回转液压缸

.

............................... .................................................. .......................

2

0

结

论

.................................................. .................................................. ...........................................

2

2

参考文献

....................... .................................................. .................................................. ....................

2

3

致

谢

.................................................. .................................................. ...........................................

2

4

+

3

1

绪论

机械 手这几十年在中国已经发展起来成为一种高新技术自动化生产设备。它的

特点是可通过编 程来控制各种预期的工作任务，在构造和性能上兼有人和机器各自

的优点，尤其体现了人 的灵活性和适应性。机械手工作的准确性和耐各种环境中完

成作业的能力，在社会化大生 产中的各个领域有着广阔的应用前途。

1.1

研究目的

本次毕业设计是关节型机械 手的机构设计，在社会生产中关节型机械手的使用

已经十分广泛，被大量的应用于重工业 、轻工业等领域。实际上这个课题的设计在

国内外都已有了相当先进的科学研究成果。国 外对机械手的研究早已在上个世纪九

十年代就达到了机电一体化的程度，他们现在更多地 是在研究如何用人们的思维或

人体的简单动作去完成去机械手的控制与操作。国内这几年 在这些领域也有了快速

的发展，在各大院校的研究室以及各个科研机构的研究室都积极地 开发相关产品。

所以，我此次的设计是在参考阅读了大量相关已有的技术资料，并在符合 指导老师

肖老师所提出的各类要求下对大学四年所学知识的一次应用和升华。此次的设计 过

程需应用到大学学到的许多门相关课程如机械设计、机械原理、液压与气压传动等

等。同时也要求我熟悉的使用操作

CAD

、

Pro-E

软件以及机械制图中的相关知识。这

一切也算是对我大学画上的最好的一个句号！

1.2

研究意义

关节型机械手在当今工业快 速发展的中国有着举足轻重的地位。在许多工业制

造机械制造领域工业机械手具有许多人 类无法比拟的优点，大大提高了社会生产力

满足了社会化大生产的需要，其主要优点如下 ：

1

可以在危险和有害操作代替人。 只要根据工作环境的合理设计，选择合适的

材料和结构，

机器人 可以在一个不正常的高温或低温，

异常压力和有害气体，

粉尘，

辐射效应，以及冲压，火灾等危险环境做的工作。许多类型的事故，如冲压，铸造，

热处理，锻造，绘画和电弧焊接等作业的强紫外线照射，并应促进工业机器人或机

2

能长时间工作 ，不怕疲劳，人们可以从繁重单调的劳动被释放，并拓展和延

4

伸人类的能力。经过几个小时的连续工作的人总是感到疲倦 或疲劳，只要注意机器

人的维护，检修，合格的努力长期单调重复。

3

动作准确，这样你就可以稳定和提高产品质量，同时避 免人为错误。

4

机械臂尤其是常见的 工业机器人的通用性，柔韧性好，能更好地适应不断变

化的产品品种，满足柔性生产的需 要。可以显著提高生产力并降低成本。

5

2

机械手的总体设计

2.1

关节型机械手的组成

工业机械手是由执行机构、液压驱动系统组成的。

执行机构的自由度实现形式主要如下：

1

）腰部的升降如图所示

腰部升降液压缸的工作原理如下：

液 压油从缸底盖右下端的油管进入油腔中，给予一定的油压使得活塞和活塞杆以一

定的速度 向上运动从而推动机械手的臂部、腕部和手部的整体上下运动。回程过程

时由右侧缸盖上 方的油管充入一定量的液压油使活塞和活塞杆整体下降。

由图可知，

此机械手腰部的升降距离就由这个空腔的垂直高度决定。

6

2

）腰部的回转如图所示

腰部回转液压缸的工作原理如下：

此图中表示的腰部的回转运动是由回转液压缸来实现的。由图可知，标号为

3

处的液

压缸动片由键同回转轴固定在一起。

此时当液压油从

5

左油孔进油时就会产生一定 的

油压，由于动片与回转轴是固定的，所以油缸就产生了相对的转动同时也带动整个

臂部旋转。

同样的，

当油从

6

右油孔进入时油压就会使缸体及臂部向相反的方向转动。

3

）手臂的伸缩如图所示：

7

工作时，液压油从左侧缸体下部 的油孔进入，回转轴通过螺纹与缓冲套连在一起，

由于两边缓冲套、轴肩的轴向定位以及 缸筒的周向约束，活塞和活塞杆就被连在一

起。当活塞杆左端受到油压时，活塞杆与活塞 就会一起向右边伸展运动。（左侧的

回油路可以在回程过程中起到维持液压油流速及油压 的作用。）回程时油从左侧的

油孔进入油腔。其中的缓冲节流阀可以在往返过程中控制油 腔中的油量以维持活塞

杆伸缩的速度。

4

）手腕的回转如图所示

8 < /p>

手腕部回转液压缸的原理与腰部的回转相似。区别在于这里是缸体固定，动片和回