平面关节型机械手结构设计
平面关节型机械手结构设计
摘要 机械手是在自动化生产过程中使用的一种具有抓取和移动工件功能的
自动化装置，目前平面关节型机械手被广泛应用于工业领域中。平面关节型机械手采用两个回转关节和一个移动关节；两个回转关节控制前后左右运动，而移动关节则实现上下运动。文章中介绍了平面关节型机械手的设计理论与方法，在力学计算的基础上进行结构分析，详尽的讨论了平面关节型机械手的手部、腕部、手臂以与机身等主要部件的结构设计。
关键词： 机械手 平面关节型 结构设计
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平面关节型机械手结构设计
Plane joint type manipulator structure design
Abstract Manipulator is a sort of automation device which has the function of grasp and transfer workpieces during the automated production. Today hydraulic manipulator is widely used in industry field. Planar articulated robot with two rotary joints and a prismatic joint; two rotary joints around, movement control, and move up and down movement joint is achieved.This article system elaboration industry manipulator's design theory and method. Mechanical calculations on the basis of the structural analysis.The comprehensive exhaustive discussion has Planar articulated manipulator's hand, the wrist, the arm ，the fuselage and so on ,which the major structural design computation. Key words: manipulator; Plane joint type; structural design
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目 录
1绪论 ................................................................ 7 1.1 机械手的组成.................................................. 1
1.1.1 执行机构................................................. 1 1.1.2 驱动机构................................................. 2 1.1.3 控制系统分类............................................. 2
1.2 机械手的分类 .................................................. 2 2 机械手总体设计...................................................... 4
1.1 主要技术参数 .................................................. 4 3 手部设计............................................................ 5
3.1 确定手部结构 .................................................. 6 3.2 手部受力分析 .................................................. 6 3.3 手部夹紧力的计算 .............................................. 7 3.4 手部夹紧缸的设计计算 .......................................... 8
3.4.1 夹紧缸主要尺寸的计算..................................... 8 3.4.2 缸体结构与验算........................................... 9 3.4.3 活塞杆的设计计算......................................... 9
4 移动关节的设计计算................................................. 11
4.1驱动方式的比较................................................ 11 4.2上下移动升降缸的设计.......................................... 12 5 小臂的设计......................................................... 14
5.1 设计时注意的问题 ............................................. 14 5.2 小臂结构的设计 ............................................... 13 5.3 轴的设计计算 ................................................. 15 5.4 轴承的选择 .................................... 错误!未定义书签。 5.5 轴承的校核 .................................... 错误!未定义书签。 5.6 伺服系统的选择 ................................ 错误!未定义书签。
5.6.1 机身回转电机............................................ 17
5.6.2 齿轮传动的计算......................................... 111
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6 大臂的设计计算..................................... 错误!未定义书签。
6.1 结构的设计 .................................... 错误!未定义书签。 6.2 轴的设计计算 .................................. 错误!未定义书签。 6.3 轴承的选择 ................................................... 20 6.4伺服系统的选择................................................ 21 7 机身的设计......................................................... 23
7.1 设计时注意的问题 ............................................. 23 7.2 设计的效果 ................................................... 26 8 机械手的定位与平稳性............................................... 24
8.1 常用的定位方式 ............................................... 24 8.2 影响平稳性和定位精度的因素 ...................................... 24 结论................................................................. 26 致谢词............................................................... 27 参考文献.............................................. 错误!未定义书签。
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1 绪论
机械手是一种模仿人手部分动作，按照预先设定的程序，轨迹或其他要求，实现抓取、搬运工件或操作工具的自动化装置。它在二十世纪五十年代就已用于生产，是在自动上下料机构的基础上发展起来的一种机械装置，开始主要用来实现自动上下料和搬运工件，完成单机自动化和生产线自动化，随着应用范围的不段扩大，现在用来夹持工具和完成一定的作业。实践证明它可以代替人手的繁重劳动，减轻工人的劳动强度，改善劳动条件，提高劳动生产率。
平面关节型机器人又称SCARA型装配机器人，是Selective Compliance Assembly Robot Arm的缩写，意思是具有选择柔顺性的装配机器人手臂。在水平方向有柔顺性，在垂直方向有较大的刚性。它结构简单，动作灵活，多用于装配作业中，特别适合小规格零件的插接装配，如在电子工业零件的插接、装配中应用广泛。 1.1 机械手的组成
工业机械手由执行机构、驱动机构和控制机构三部分组成。 1.1.1 执行机构
（1）手部 既直接与工件接触的部分，一般是回转型或平动型（多为回转型，因其结构简单）。手部多为两指（也有多指）；根据需要分为外抓式和内抓式两种；也可以用负压式或真空式的空气吸盘（主要用于吸冷的，光滑表面的零件或薄板零件）和电磁吸盘。
传力机构形式教多，常用的有：滑槽杠杆式、连杆杠杆式、斜槭杠杆式、齿轮齿条式、丝杠螺母式、弹簧式和重力式。
（2） 腕部 是连接手部和臂部的部件，并可用来调节被抓物体的方位，以扩大机械手的动作范围，并使机械手变的更灵巧，适应性更强。手腕有独立的自由度。有回转运动、上下摆动、左右摆动。一般腕部设有回转运动再增加一个上下摆动即可满足工作要求，有些动作较为简单的专用机械手，为了简化结构，可以不设腕部，而直接用臂部运动驱动手部搬运工件。
目前，应用最为广泛的手腕回转运动机构为回转液压（气）缸，它的结构紧凑，灵巧但回转角度小（一般小于 2700）,并且要求严格密封，否则就难保证稳
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