四自由度机械手设计说明书（论文）

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摘 要
在机械制造业中，机械手已被广泛应用，从而大大的改善了工人的劳动条件，显著的提高劳动生产率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐，本设计通过对机械手各主要组成部分（手部、手腕、手臂和机身等）分析，从而确定各主要组成部分的结构，在此基础上对机械手进行设计计算，从而确定装配总图。通过此次机械手设计，掌握相关机械手设计的主要步骤，对于CAD/CAM 软件应用方面有了进-步的提高。
目 录

1绪论............................................................. 4
2机械手设计要求................................................... 4
3机械手总体设计方案............................................... 5
3.1 机械手的组成............................................... 5
3.1.1 执行机构............................................. 5
3.1.2 驱动机构............................................. 5
3.1.3 控制机构............................................. 6
3.2 机械手在生产中的应用....................................... 6
3.3 机械手的主要特点........................................... 6
3.4 机械手的技术发展方向....................................... 7
3.5 机械手坐标形式与自由度选择................................. 8
3.5.1 机械手坐标形式选择................................... 8
3.5.2 机械手自由度选择..................................... 9
3.6 机械手的规格参数........................................... 9
3.7机械手手部设计计算.........................................10
3.7.1 手部设计基本要求..................................... 10
3.7.2 手部力学分析......................................... 10
3.7.3 夹紧力与驱动力的计算................................. 11
3.7.4 手抓夹持范围计算..................................... 14
3.7.5 手抓夹持精度的分析计算............................... 14
3.8 机械手腕部设计计算.........................................15
3.8.1 腕部设计基本要求..................................... 15
3.8.2 腕部的结构选择....................................... 16
3.8.3 腕部回转力矩计算..................................... 17
3.8.4 腕部工作压力计算..................................... 18
3.8.5 液压缸盖螺钉计算..................................... 20
3.8.6 动片和输出轴联接螺钉计算............................. 21
3.9 机械手臂部设计计算......................................... 22
3.9.1 臂部设计基本要求..................................... 22
3.9.2 臂部的结构选择....................................... 22
3.9.3 手臂伸缩驱动力计算................................... 23
3.9.4 手臂伸缩液压缸参数计算............................... 24
3.10机身升降机构计算...........................................26
3.10.1 手臂偏重力矩计算.....................................26
3.10.2 升降导向立柱不自锁条件...............................27
3.10.3 手臂升降驱动力计算...................................28
3.10.4 手臂升降液压缸参数计算...............................29
3.11机身回转机构计算.......................................... 30
3.11.1 手臂回转液压缸驱动力矩计算...........................30
3.11.2 手臂回转液压缸参数计算...............................31
3.11.3 液压缸盖螺钉计算.....................................31
3.11.4 动片和输出轴间联接螺钉计算...........................33
4结论.............................................................34
致谢.............................................................34
参考文献.........................................................35



1 绪论
工业机械手设计是机械制造、机械设计等方面的-个重要的教学环节，是学完技术基次及有关专业课以后的-次综合设计，通过这-环节把有关课程中所获得的理论知识在实际中综合的加以应用，使这些知识能够得到巩固和发展，并使理论知识和生产密切的结合起来，通过设计培养学生独立思考能力，树立正确的设计思想，掌握机械产品设计的基本方法和步骤，为自动机械设计打下良好的基矗
2 机械手设计要求
要求本设计能鲜明体现设计构思，并在规定的时间内完成以下工作：
1） 拟定机械手的整体设计方案，特别是机械手各主要组成部分的方案。
2） 根据给定的自由度和技术参数选择合适的手部、腕部、臂部和机身的结构。
3） 各主要部件（手部、腕部、臂部）的设计计算。
4） 工业机械手装配图的绘制。
5） 编写设计计算说明书。
3 机械手总体设计方案
3.1 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。
3.1.1 执行机构
1）手部 即直接与工件接触的部分，-般是回转型或平移型，（多为回转型，因其结构简单），手部多为二指（也由多指），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和电磁吸盘。
传力机构形式也很多，常用的有：滑槽杠杆式、连杆杠杆式、齿轮齿条式、丝杠螺母式、弹簧式、重力式。
2）腕部 是联接手部和手臂的部件，并可用来调整被抓物体的方位，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。
目前，应用最为广泛的手腕回转运动机构为回转液压缸，它的结构紧凑、灵巧，但回转角度小，并且要求严格密封，否则就难保证稳定的输出扭矩。
3）手臂 是支撑被抓物体手部、腕部的重要部件，并带动它们做空间运动，它的主要作用是带动手指去抓取工件，并按预定要求将其搬运到给定的位置，-般手臂需要三个给定自由度才能满足要求，即手臂的伸缩、左右旋转、升降运动。
4）行走机构 有的工业机械手带有行走机构，我国正处于仿真阶段。
3.1.2 驱动机构
驱动机构是工业机械手的重要组成部分，根据动力源的不同大致可分为气动、液压、电动和机械式四种。采用液压机构速度快，结构简单，成本低，臂力大，尺寸紧凑，控制方便。
3.1.3 控制机构
在机械手控制上，有点动控制和连续控制两种，大多数用插销板进行点动控制，也有用PLC进行控制，主要控制的是坐标位置。