机械手设计汇总

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手臂伸缩手臂的伸缩整体旋转 图2-1机械手的手指、手腕、手臂的运动示意图

2.1.2 机械手的手部结构方案设计

为 了使 机 械手的通用性更强，把机械手的手部结构设计成可更换结构，当工件是棒料时，使用夹持式手部;当工件是板料时，使用气流负压式吸盘。

2.13 机械手的手腕结构方案设计

考虑 到 机 械手的通用性，同时由于被抓取工件是水平放置，因此手腕必须设有回转运动才可满足工作的要求。因此，手腕设计成回转结构，实现手腕回转运动的机构为回转气缸。

2.14 机械手的手臂结构方案设计

按照 抓 取 工件的要求，本机械手的手臂有三个自由度，即手臂的伸缩、左右回转和升降(或俯仰)运动。手臂的回转和升降运动是通过立柱来实现的，立柱的横向移动即为手臂的横移。手臂的各种运动由气缸来实现。

2.5 机械手的驱动方案设计

驱动机构是工业机械手的重要组成部分, 工业机械手的性能价格比在很大程度上取决于驱动方案及其装置。根据动力源的不同, 工业机械手的驱动机构大致可分为液压、气

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动、电动和机械驱动等四类。采用液压机构驱动机械手,结构简单、尺寸紧凑、重量轻、控制方便，驱动力大等优点。因此，机械手的驱动方案选择液压驱动。

2.6 机械手的控制方案设计

考虑到机械手的通用性，同时使用点位控制，因此我们采用可编程序控制器 (PLC)对机械手进行控制。当机械手的动作流程改变时，只需改变PLC程序即可实现，非常方便快捷。

2.7 机械手的主要参数

1、主参数机械手的最大抓重是其规格的主参数，目前机械手最大抓重以10公斤左右的为数最多。故该机械手主参数定为10公斤，高速动作时抓重减半。使用吸盘式手部时可吸附5公斤的重物。

2、基本参数运动速度是机械手主要的基本参数。操作节拍对机械手速度提出了要求，设计速度过低限制了它的使用围。而影响机械手动作快慢的主要因素是手臂伸缩的速度。

该机械手最大移动速度设计为1.2m/s，最大回转速度设计为1200°/s，平均移动速度为lm/s，平均回转速度为900°/s。

除了运动速度以外，手臂设计的基本参数还有伸缩行程和工作半径。大部分机械手设计成相当于人工坐着或站着且略有走动操作的空间。过大的伸缩行程和工作半径，必然带来偏重力矩增大而刚性降低。在这种情况下宜采用自动传送装置为好。根据统计和比较，该机械手手臂的伸缩行程定为600mm,最大工作半径约为1500mm，手臂安装前后可调200mm。手臂回转行程围定为2400(应大于180否则需安装多只手臂)，又由于该机械手设计成手臂安装围可调，从而扩大了它的使用围。手臂升降行程定为150mm。

定位精度也是基本参数之一。该机械手的定位精度为土0.5～±lmm

2.8机械手的技术参数列表

一、用途:

简单搬运 二、设计技术参数:

为了保证这些参数指标，就需要在机械结构设计中充分考虑结构的强度要求、认真分析机械动力特性，选择良好的结构型式，使机械手具有良好的工作性能。

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1、抓重

（用来表示机器人负荷能力的参数，抓取重量与机器人的运行速度有关，通常用最大速度时腕部最大负荷（N）表示。）

30公斤 (夹持式手部) 2、自由度数

(说明腰、臂、腕等共有几个运动自由度。) 4个自由度 3、座标型式

圆柱座标 4、最大工作半径

1500mm 5、手臂最大中心高

1380mm 6、手臂运动参数

伸缩行程 400mm 伸缩速度 小于300mm/s 升降行程 300mm 升降速度 小于70mm/s 回转围 0°～ 240°

回转速度 小于90°/s

7、手腕运动参数 回转围: 0:180

08、

t响——系统达到最高速度的时间，

一般选取0.03:0.5s 9、手指夹持围 棒料 : 80～150mm 10、驱动方式

液压传动（采用液压驱动，其具有体积小、质量轻、结构紧凑、传动平稳、操作

简单、安全、经济、易于实现过载保护且液压元件能够自行润滑等一系列优点。）

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第三章 机械手手部的设计计算

3.1 手部设计基本要求

（1） 应具有适当的夹紧力和驱动力。应当考虑到在一定的夹紧力下，不同的传动机构所需的驱动力大小是不同的。

（2） 手指应具有一定的开围，手指应该具有足够的开闭角度（手指从开到闭合绕支点所转过的角度）??，以便于抓取工件。

（3） 要求结构紧凑、重量轻、效率高，在保证本身刚度、强度的前提下，尽可能使结构紧凑、重量轻，以利于减轻手臂的负载。 （4） 应保证手抓的夹持精度。 3.2 典型的手部结构

（1） 回转型 包括滑槽杠杆式和连杆杠杆式两种。 （2） 移动型 移动型即两手指相对支座作往复运动。 （3）平面平移型。 3.3机械手手抓的设计计算 3.3.1选择手抓的类型及夹紧装置

本设计是设计平动搬运机械手的设计，考虑到所要达到的原始参数：手抓合角

??=600，夹取重量为60Kg。常用的工业机械手手部,按握持工件的原理,分为夹持和吸附

两大类。吸附式常用于抓取工件表面平整、面积较大的板状物体,不适合用于本方案。本设计机械手采用夹持式手指,夹持式机械手按运动形式可分为回转型和平移

型。平移型手指的开闭合靠手指的平行移动,这种手指结构简单, 适于夹持平板方料, 且工件径向尺寸的变化不影响其轴心的位置, 其理论夹持误差零。若采用典型的平移型手指, 驱动力需加在手指移动方向上,这样会使结构变得复杂且体积庞大。显然是不合适的，因此不选择这种类型。

通过综合考虑，本设计选择二指回转型手抓，采用滑槽杠杆这种结构方式。夹紧装置选择常开式夹紧装置，它在弹簧的作用下机械手手抓闭和，在压力油作用下，弹簧被压缩，从而机械手手指开。

3.3.2 手抓的力学分析

下面对其基本结构进行力学分析：滑槽杠杆 图3.1（a）为常见的滑槽杠杆式手部

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结构。

FPF1FF20ααO1O2α30°o1ACoBo2a(a=100)b(b=50)ho1FNFNαF1'bαFN

(a) (b) 上图为滑槽杠杆式手部结构、受力分析

如图所示为连杆式手部结构。作用在拉杆上的驱动力3为F，两连杆2对拉杆反作用力为F1、F2，其力的方向沿连杆两铰链中心的连线，指向O点并与水平方向成α角，由拉杆的力平衡条件可知，即

∑Fx=0,F1=F2;∑Fy=0

F1?F2

F1?F

2cos? F1??F1'

由连杆对手指的作用力为F1′且? ?2F1'h?FNb

M01?F?=0得：

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