多（五）自由度机械液压机械手的设计【含CAD图纸优秀毕业课程设计论文】

I 学 毕 业 设 计 说 明 书 班 级： 姓 名 ： 学 院： 专 业： 题 目： 多（五）自由度 机械液压机械手 结构的设计 of 导教师： 职称 : 职称 : 20*年 *月 *日 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图纸 中期报告 一、 毕业设计（论文）进展状况。 六、 加强度现实生产中工业机械手的理解 七、 设计时对机械手主要的知识认知 八、 机械手主要由手部机构、运动机构和控制系统三大部分组成。手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势 。运动机构一般由液压、气动、电气装置驱动。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度 。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有 6 个自由度。自由度是机械手设计的关键参数。自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。本设计采用 5 自由度机械手。 九、 机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。本设计才用液压式驱动，因为其结构简单，尺寸紧凑，控制方便，驱动力大 。 十、 自由度机械手能够手抓张合，手部回转，手臂伸缩，手臂回转，手臂升降，5 个主要运动。 （ 1）手部：采用直线液压缸，通过机构运动实现手抓的张合。 （ 2）臂部：采用直线缸来实现手臂的平动。 （ 3）机身： 采用一个直线缸和一个回转缸来实现手臂升降和回转驱动。 存在的问题及解决的措施 存在的问题 : 5. 绘制装配图 解决措施： 查阅相关资料，熟练 绘图软件。 二、 后期工作安排。 7：机械手的驱动与控制方案设计； 10：绘制图纸、誊抄毕业设计； 12：毕业设计收尾工作：设计检查、装订等工作； 14：提交毕业设计论文。 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图纸 开题报告 二、 毕业设计（论文）题目背景、研究意义及国内外相关研究情况。 目的：随着工业自动化发展的需要，机械手在工业应用中越来越重要。 工业机械手可以代替人手的繁重劳动，显著减轻工 人的劳动强度，提高劳动生产率和自动化水平，解决了工业生产中长期频繁单调的操作。也提高了工件的生产加工速度，所以机械手的使用是非常高效的 ， 就此设计出让人跟满意的机械手。 意义：通过设计提高学生的机构分析与综合的能力 ,机械结构设计的能力 ,机电液一体化系统设计能力 ,掌握实现生产过程自动化的设计方法 机构分析与综合 ,机械原理 ,机械设计 ,液压与气压技术 ,自动控制理论 ,测试技术 ,数控技术 ,微型计算机原理及应用 ,自动机械设计等 )中所获得的理论知识在实际中综合地加以运用 ,使这些知识得到巩固和发展 ,并使理 论知识和生产密切地结合起来 通过设计 ,培养学生独立的机械整体设计的能力 ,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础 使学生能熟练地应用有关参考 ,计算图表 ,手册 ,图册 ,和规范 ;熟悉有关国家标准和部颁标准 ,以完成一个工程技术人员在机械整体设计方面所必须具备的基本技能训练 .。 国内外相关研究情况：随着科技的不断进步，工业机器人机械手的发展过程可分为三代，第 代，为示教再现型机器人，它主要由机器手控制 器和示教盒组成，可按预先引导动作记录下信息重复再现执行，当前工业中应用最多。第二代为感觉型机器人，如有力觉触觉和视觉等，它具有对某些外界信息进行反馈调整的能力，目前已进入应用阶段。第三代为智能型机器人它具有感知和理解外部环境的能力，在工作环境改变的情况下，也能够成功地完成任务，它尚处于实验研究阶段。 1 国外工业机器人的的发展 美国是机器人机械手的诞生地，早在 1961 年，美国的 司联合研制了第一台实用的示教再现机器人。经过 40 多年的发展，美国的机器人机械手 技术在国际上仍一直处于领先地位。其技术全面、先进，适应性也很强。 日本在 1967 年从美国引进第一台机器人， 1976 年以后，随着微电子的快速发展和市场需求急剧增加，日本当时劳动力显著不足，工业机器人在企业里受到了“救世主”般的欢迎，使其日本工业机器人得到快速发展，现在无论机器人的数量还是机器人的密度都位居世界第一，素有“机器人王国”之称。德国引进机器人的时间比英国和瑞典大约晚了五六年，但战争所导致的劳动力短缺，国民的技术水平较高等社会环境，却为工业机器人的发展、应用提供了有利条件。此外，在德国规定，对于一 些危险、有毒、有害的工作岗位，必须以机器人来代替普通人的劳动。这为机器人的应用开拓了广泛的市场，并推动了工业机器人技术的发展。目前，德国工业机器人的总数占世界第二位，仅次于日本。 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图纸 法国政府一直比较重视机器人技术，通过大力支持一系列研究计划，建立了一个完整的科学技术体系，使法国机器人的发展比较顺利。在政府组织的项目中，特别注重机器人基础技术方面的研究，把重点放在开展机器人的应用研究上。而由工业界支持开展应用和开发方面的工作，两者相辅相成，使机器人在法国企业界得以迅速发展和普及，从而使法国在国际工业机器人界 拥有不可或缺的一席之地。 英国纪 70 年代末开始，推行并实施了一系措施列支持机器人发展的政策，使英国工业机器人起步比当今的机器人大国日本还要早，并曾经取得了早期的辉煌。然而，这时候政府对工业机器人实行了限制发展的错误。这个错误导致英国的机器人工业一蹶不振，在西欧几乎处于末位。近些年，意大利、瑞典、西班牙、芬兰、丹麦等国家由于自身国内机器人市场的大量需求，发展速度非常迅速。目前，国际上的工业机器人公司主要分为日系和欧系。日系中主要有安川、 下、 二越、川崎等公司的产品。欧系中主要有德国 的 典的 大利的 M 公司。 2 国内工业机器人的发展 我国工业机器人起步于 20 世纪 70 年代初期，经过 30 多年发展，大致经历了 3个阶段： 70 年代萌芽期， 80 年代的开发期和 90 年代的应用化期。随着 20 世纪 70 年代世界科技快速发展，工业机器人的应用在世界掀起了一个高潮，在这种背景下，我国于 1972 年开始研制自己的工业机器人。进入 20 世纪 80 年代后，随着改革开放的不断深入，在高技术浪潮的冲击下，我国机器人技术的开发与研究得到了政府的重视与支持，“七五”期间，国家投 入资金，对工定机器人及零部件进行攻关，完成了示教再现式工业机器人成套技术的开发，研制出了喷漆，点焊，弧焊和搬运机器人。，国家高技术研究发展计划开始实施，经过几年研究，取得了一大批科研成果。成功地研制出了一批特种机器人。 从 2O 世纪 9O 年代初期起，我国的国民经济进入实现两个根本转变期，掀起了新一轮的经济体制改革和技术进步热潮，我国的工业机器人又在实践中迈进了一大步，先后研制了点焊，弧焊，装配，喷漆，切割，搬运，码垛等各种用途的工业机器人，并实施了一批机器人应用工程，形成了一批工业机器人产业化基地，为我国机 器人产业的腾飞奠定了基础。但是与发达国家相比，我国工业机器人还有很大差距。 目前，我国工业机器人公司主要有中国新松机器自动化股份有限公司和首钢莫托曼机器人有限公司。 三、 本课题研究的主要内容和拟采用的研究方案、研究方法或措施。 研究的主要内容： 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图纸 计方案的确定 抓去，腕回转 ，臂伸缩 研究思路与方法： 采用同其它同等机械类设备的类比，方案比较等方法，根据工业机械手的实际应用特征及现有的物质、经济技术、人力等条件，以所学的理论知识为基础，按照工业机械手工作的一般过程、设计标准，借鉴以往相似设备的成功经验进行初步设计，然后对初步设计方案进行验算，修正，直至达到安全、经济、实用的目的。其中对于机械手设计中的关键问题、 难点问题进行重点分析解决，确保整个设计方案的可行性和最佳性。 三、本课题研究的重点及难点，前期已开展工作。 1、重点及难点 : 本课题研究的重点是（ 1）选取机械手的坐标形式及自由度；（ 2）设计各机械手的执行机构：（ 3）如手、手腕、手臂；液压传动系统的设计；（ 4）机械手控制系统设计：如 制；难点是选取机械手的坐标形式及自由度。 2、前期工作： （ 1） 查阅大量相关专业资料为设计做好准备； （ 2） 进行多自由度机械手工作原理的分析； （ 3）分析并提出了总体机械结构方案。 四、 完成本课题的工作方案及进度计划（按周次 填写）。 1：机械手坐标形式及自由度的选取； 3：机械手的手部结构方案设计； 5：机械手的腕部与手臂结构方案设计； 7：机械手的驱动与控制方案设计； 10：绘制图纸、誊抄毕业设计； 12：毕业设计收尾工作：设计检查、装订等工作； 14：提交毕业设计论文。 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图纸 五、指导教师意见（对课题的深度、广度及工作量的意见） 指导教师： 年 月 日 十一、 所在系审查意见： 系主管领导： 年 月 日 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图纸 摘 要 随着现代科学技术的发展，机器人技术越来越受到广泛关注，在工业生产日益现代化的今天，机器人的使用变得越来越普及。因此，对于机器人技术的研究也变得越来越迫切，尤其是工业机器人方面。本论文作者针对这一领域，设计了一款液压机械机械手，该机器人拥有五个自由度。首先，作者针对该机器人的设计要求，对结构设计选择了一个最优方案，对关键零件设计并进行校核。 本课题是一个机械、 液压紧密的实用性项目，文中对机械手机械结构的设计、液压系统的设计。最后，总结了全文，指出了机械手的改进措施、应用前景和发展方向。 关键词： 机械手；液压系统；五个自由度 充值后就可以下载此设计说明书（不包含 纸）。我这里还有相应的 明书（附带：中期报告、开题报告）和 纸（共计 7 张图纸）。 需要全套资料的朋友请 加1： 1459919609 或 2： 1969043202， 需要其他设计题目直接联系！ of in an of is of of in of a of of to of of an of of of is a of of of of 购买设计文档后加 费领取图纸 录 1 绪论 . 1 题背景及其意义 . 1 内外研究现状与发展趋势 . 1 内的研究现状 . 1 外研究现状 . 2 展趋势 . 3 设计主要研究的内容 . 3 械设计结构部分 . 3 械手驱动方式 . 4 2 机械手的总体设计 .未定义书签。 械手的组成 .未定义书签。 械手的设计 . 5 计要求 . 5 体设计任务 . 5 体方案拟定 .未定义书签。 3 机械手结构件设计 . 9 端操作器的设计 . 9 腕的设计 . 9 臂的设计 . 9 身和机座的设计 . 10 4 机械手各部件的载荷计算 . 12 计要求分析 . 12 指夹紧机构的 设计 . 12 臂伸缩机构载荷的计算 . 13 臂俯仰机构载荷的计算 .未定义书签。 身摆动机构载荷力矩的计算 .未定义书签。 选系统工作压力 .未定义书签。 5 机械手各部件结构尺寸计算及校核 .未定义书签。 腕油缸尺寸的设计校核 .未定义书签。 臂伸缩机构结构尺寸的设计校核 . 20 臂俯仰机构结构尺寸的设计校核 . 20 身摆动机构的设计校核 . 20 购买设计文档后加 费领取图纸 X 度校核 . 20 曲稳定性校核 . 21 6 液压系统的设计 . 23 本回路的选择 . 23 压元件的选择与校核 . 23 压泵的选择 . 23 压泵所需电机功率的确定 . 25 压阀的选择 . 25 压辅助元件的选择原则 . 26 箱容量的确定 .未定义书签。 压 原理图 .未定义书签。 7 结论 . 30 参考文献 . 31 致 谢 . 32 1 绪论 1 1 绪论 题背景及其意义 随着工业自动化程度的提高，工业现场的很多易燃、易爆等高危及重体力劳动场合必将由机器人所代替。这一方面可以减轻工人的劳动强度，另一方面可以大大提高劳动生产率。 通过本课题，让学生在毕业设计过程中综合大学所学 基础课程及专业课程，培养学生综合应用所学知识和技能去分析和解决一般工程技术问题的能力；进一步培养学生分析问题、创造性地解决实际问题的能力。 本课题中多自由度机械手系统主要采用液压驱动。 内外研究现状与发展趋势 内的研究现状 工业机械手最早应用在汽车制造工业，常用于焊接、喷漆、上下料和搬运。工业机械手延伸和扩大了人的 手足和大脑功能，它可替代人从事危险、有害、有毒、低温和高温等恶劣环境中工作，代替人完成繁重、单调重复劳动，提高劳动生产率，保证产品质量。目前主要应用与制造业中，特别是电器制 造、汽车制造、塑料加工、通用机械制造及金属加工等工业。工业机械手与数控加工中心，自动搬运小车与自动检测系统可组成柔性制造系统和计算机集成制造系统，实现生产自动化。随着生产的发展，功能和性能的不断改善和提高，机械手的应用领域日益扩大。 我国工业机械手的研究与开发始于 20 世纪 70 年代。 1972 年我国第一台机械手开发于上海，随之全国各省都开始研制和应用机械手。从第七个五年计划（ 1986始，我国政府将工业机器人的发展列入其中，并且为此项目投入大量的资金，研究开发并且制造了一系列的工业机器人，有由北京机 械自动化研究所设计制造的喷涂机器人，广州机床研究所和北京机床研究所合作设计制造的点焊机器人，大连机床研究所设计制造的氩弧焊机器人，沈阳工业大学设计制造的装卸载机器人等。这些机器人的控制器，都是由中国科学院沈阳自动化研究所和北京科技大学机器人研究所开发的，同时一系列的机器人关键部件也被开发出来，如机器人专用轴承，减震齿轮，直流伺服电机，编码器等。 我国的工业机械手发展主要是逐步扩大其应用范围。在应用专业机械手的同毕业设计（论文） 2 时，相应的发展通用机械手，研制出示教式机械手、计算机控制机械手和组合式机械手等。所以，在国内主要 是逐步扩大应用范围，重点发展铸造、热处理方面的机械手，以减轻劳动强度，改善作业条件，在应用专业机械手的同时，相应的发展通用机械手，有条件的要研制示教式机械手、计算机控制机械手和组合机械手等。同时要提高速度，减少冲击，正确定位，以便更好的发挥机械手的作用。可以将机械手各运动构件，如伸缩、摆动、升降、横移、俯仰等机构，设计成典型的通用机构，以便根据不同的作业要求，选用不用的典型机构，组装成各种用途的机械手，即便于设计制造，又便于跟换工件，扩大了应用范围。目前国内机械手主要用于机床加工、锻造。热处理等方面，数量、 品种、性能方面都不能满足工业生产发展的需要。此外还应大力研究伺服型、记忆再现型，以及具有触觉、视觉等性能的机械手，并考虑与计算机连用，逐步成为整个机械制造系统中的一个基本单元。 外研究现状 国外机械手在机械制造行业中应用较多，发展也很快。目前主要用于机床、横锻压力机的上下料，以及点焊、喷漆等作业，它可按照事先指定的作业程序来完成规定的操作。国外机械手的今后趋势是大力研制具有某种智能的机械手。使它具有一定的传感能力，能反馈外界条件的变化，作相应的变更。如发生少许偏差时候，即能更正并自行检测，重点是 研究视觉功能和触觉功能。目前已经取得一定的成绩。 1962 年，美国又试制成一台数控示教再现型机械手。运动系统仿造坦克炮塔，臂可以回转、俯仰、伸缩，用液压驱动；控制系统用磁鼓做储存装置。不少球面坐标式机械手就是在这个基础上发展起来的；同年该公司和普曼公司合并成为万能制动公司，专门生产工业机械手。 1962 年美国机械铸造公司也实验成功一种叫 械手，原意是灵活搬运，可做点位和轨迹控制：该机械手的中央立柱可以回转、升降、伸缩，采用液压驱动，控制系统也是示教再现型。虽然这 2 种机械手出现在六十年代初，但 都是国外机械手发展的基础。从 60 年代后期起，喷漆、弧焊工业机器人相继在生产中开始应用。 1978 年美国 省理工学院联合研制出一种 工业机械手，装有小型电子计算机进行控制，用于装配作业。联邦德国机器制造业是从1970 年开始应用机械手，主要用于起重运输、焊接和设备的上下料等作业：联邦德国 司还生产一种点焊机械手，采用关节式结构和程序控制；日本是工业机器人发展最快，应用国家最多的国家，自 1969 年从美国引进两种典型机械手后，开始大力从事机械手 的研究，目前以成为世界上工业机械手应用最多的国家之一。前苏联自六十年代开始发展应用机械手，主要用于机械化、自动化程毕业设计（论文） 3 序较低、繁重单调、有害于健康的辅助性工作 。 展趋势 现代汽车制造工厂的生产线，尤其是主要工艺的焊接生产线，大多采用了气动机械手。车身在每个工序的移动；车身外壳被真空吸盘吸起和放下，在指定工位的夹紧和定位；点焊机焊头的快速接近、减速软着陆后的变压控制点焊，都采用了各种特殊功能的气动机械手。 目前世界高端工业机械手均具有高精化，高速化，多轴化，轻量化等的发展趋势。定位精度可以满足微米及亚 微米级要求，运行速度可以达到 3M/S，良新产品可以达到 6 轴，负载 2产品系统总重已突破 100重要的是将机械手、柔性制造系统和柔性制造单元相互结合，从而根本改变目前机械制造系统的人工操作状态。同时，随着机械手的小型化和微型化，其应用领域将会突破传统的机械领域，从而向着电子信息、生物技术、生命科学及航空航天等高端行业发展。 设计主要研究的内容 本课题研究的机械手一共拥有五个自由度，采用全液压驱动，来夹取工件，本文拟定解决的主要问题如下： 机械部分 机械手的执行机构，由手爪、手腕、手臂、支座 组成。手爪是抓取机构，用来夹紧或是松开喷枪，与人的手指相仿，能完成人手的类似动作。手腕是连接手指和手臂的元件，可以进行俯仰动作。简单的机械手可以没有手腕，而只有手臂，手臂的动作和手腕相类似，只是动作范围更大，可以前后伸缩，上下俯仰和左右摆动等。支柱用来支撑手臂，它是固定的。 械结构部分 为实现不同动作，应选取不同方案。本课题已确定采用球坐标机构。 机身采用回转与俯仰结构机身。实现回转的驱动方案有几种，摆动油缸驱动，升缩油缸在上，回转油缸在下。实现机 身回转采用液压马达驱动。 手臂的运动方式为左右转动、前后伸缩及上下摆动，其中上下摆动采用手臂俯仰油缸与活塞杆机构连用来实现，手臂的前后伸缩采用直线缸来实现。 手腕设计根据我所设计的机械手的要求，选择双自由度手腕。手腕的俯仰动毕业设计（论文） 4 作由液压缸直接驱动，抓取同样用液压缸驱动。 械手驱动方式 采用液压驱动，液压实现机身的回转与俯仰，以及各部件的伸缩俯仰运动。为实现机身的旋转，选用液压马达驱动。手臂伸缩与俯仰都采用液压缸驱动。手腕俯仰采用液压缸驱动，手抓的驱动同样采用液 压驱动。 2 机械手的总体设计 5 2 机械手的总体设计 械手的组成 机械手由三大部分（机械部分、传感部分、控制部分）六个子系统（驱动系统、机械结构系统、感受系统、机器人 机交互系统、控制系统）组成。 机械结构系统：机器人的机械结构又主要包括末端操作器、手腕、手臂、机身（立柱）。 驱动系统：驱动器是把从动力源获得的能量变换成机械能，使机器人各关节能够工作的装置，常见的驱动形式有步进电机驱动、直流电机驱动、交流电机驱动、液压驱动、气压驱动以及近些年出现的一些特殊的新型驱动（例如超声波驱动、磁致伸缩驱动、静 电驱动等）。 控制系统：机器人的控制方式多种多样，根据作业任务不同，主要可分为点位控制方式（ 连续轨迹控制方式（ 力（力矩）控制方式和智能控制方式。 械手的设计 计要求 该机械手的动作流程：初始位姿手爪松开抓住物体机身转动手臂向上运动手臂进行伸长手腕上下俯仰放下物体手腕归位手臂回缩手臂向下归到原位机身回转回到初始位姿。 体设计任务 (1) 结构形式的选择 : 机械手常见的运动形式有 1）直角坐标型 2）圆柱坐标型 3）球坐标（极坐标 ）型 4）关节型（回转坐标）型 5）平面关节型五种 1 。 圆柱坐标型：由三个自由度组成的运动系统，工作空间为圆柱形，它与直角坐标型比较，在相同的空间条件下，机体所占体积小，而运动范围大。 直角坐标型：其运动部分的三个相互垂直的直线组成，其工作空间为长方体，它在各个轴向的移动距离可在坐标轴上直接读出，直观性强，易于位置和姿态的编程计算，定位精度高，结构简单，但机体所占空间大，灵活性较差。 球坐标型：它由两个转动和一个直线组成，即一个回转，一个俯仰和一个伸缩，其工作空间图形 唯一球体，它可以做上下俯仰动作并能够抓取地面上的东西毕业设计（论文） 6 或较低位置的工件，具有结构紧凑、工作范围大的特点，但是结构比较复杂。 关节型：这种机器人的手臂与人体上肢类似，其前三个自由度都是回转关节，这种机器人一般由大小臂组成，立柱与大臂间形成肘关节，可使大臂作回转运动和使大臂作俯仰运动，小臂作俯仰摆动，其特点是工作空间范围大，动作灵活，通用性强，能抓取靠近机座的工件。 平面关节型：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，而移动关节控制上下运动。这种机器人在水平方向上有柔顺度，在垂直方向上有 较大的刚度，它结构简单，动作灵活，多用于装配作业中，特别适合中小规格零件的插接装配。 综上，本次设计中采用回转坐标型。 (2) 自由度的确定：自由度 (指机器人所具有的独立坐标轴运动的数目。在运动形式上分为为直线运动 P，为旋转运动 R。自由度数的多少反映了这种机械手能完成动作的复杂程度，根据对机械手必须完成的动作的研究，设计五个自由度的机械手即可完成所规定的工作任务。 (3) 驱动方式的选择 :1）驱动系统有液压驱动 2）气压驱动 3）电机驱动 4）机械联动四种，其中液压驱动和气 压驱动较为通用 5 。 液压驱动：结构紧凑、动作平稳、耐冲击、耐振动、防爆性好。而且液压技术比较成熟，具有动力大、力惯量比大、快速响应高、易于实现直接驱动等特点。 气压驱动：具有速度快、系统结构简单、造价较低、维修方便、清洁等特点，适用于中小负载的系统中，但对速度很难进行精确控制，且气压不可太高，所以抓举能力较低，难于实现伺服控制。 电机驱动：步进或伺服电机可用于程序复杂、运动轨迹要求严格的小型通用机械手； 异步电机、直流电机适用于抓重大、速度低的专用机械手；电源方便 ，响应快，驱动力较大，信号检测、传递、处理方便，控制方式灵活，安装维修方便。但控制性能差，惯性大，不易精确定位。 机械联动：动作可靠，动作范围小，结构比较复杂，适用于自由度少、速度快的专用机械手。 同其他转动方式相比较，传动功率相同时，液压传动装置的重量轻，体积紧凑，可实现无级变速，调速范围大。运动件的惯性小，能够频繁顺序换向，传动工作平稳，系统容易实现缓冲吸着震，并能自动防止过载。与电气配合，容易实现动作和操作自动化，与微电子技术和计算机配合，能够实现各种自动控制工作4 。液压元件基本已经上系列化、通用化和标准化，利于 术的应用、提高工效，降低成本。容易达到较高的单位面积压力，较小的体积可获得较大的出力（推力或转距）。液压系统介质的可压缩性小，工作较平稳，可靠，并可实现毕业设计（论文） 7 较高的位置精度。液压传动中，力，速度和方向比较容易实现自动控制。液压装置采用油液做介质，具有防锈性和自润滑效能，可以提高机械效率，使用寿命长。 综上，本次设计采用液压驱动。 (4) 控制方式的选择 :1）点位控制方式（ 2）连续轨迹控制方式（ ）力（力矩）控制方式 4）智能控制方式 1 。 点位控制的特点是只控制工业机器人末端执行机构在作业空间中某些规定的离散点上的位姿。控制时只要求工业机器人快速、准确地实现相邻各点之间的运动，而对达到目标点的运动轨迹不做任何规定。这种控制方式的主要技术指标是定位精度和运动所需时间。由于其控制方式易于实现，常应用于上下料、搬运、点焊等工业机器人。 连续轨迹控制的特点是连续的控制工业机器人末端执行器在作业空间的位姿，要求其严格按照预定的轨迹和速度在一定的精度要求内运动，而且速度可控，轨迹光滑且运动平稳。这种控制方式的 主要技术指标是工业机器人末端操作器位姿的轨迹跟踪精度及平稳性。常用于弧焊、喷漆、去毛边和检测作业机器人。 力（力矩）控制方式常用于准确定位并要求使用适度的力或力矩来完成装配、抓放物体等工作。 智能控制方式是通过传感器获得周围环境的知识，并根据自身内部的知识库相应做出决策。采用智能控制技术的机器人具有较强的环境适应性及自学能力，技术难度及成本要求都比较高。 综上，本次设计采用点位控制。 体方案拟定 考虑本机械手工作要求的特殊情况，本设计采用悬臂式五自由度的机械手： 自由度具体分配如下： 1）手臂回转自由度。拟采用液压马达来实现，液压马达通过齿轮传动通过带动与之相连的缸体也发生转动，从而实现机身的回转。其行程角度靠挡块和限位行程开关来调整。 2）手臂俯仰自由度。机器人的手臂俯仰运动，一般采用活塞油（气）与连杆机构联用来实现。设计中拟采用单活塞杆液压缸来实现，缸体采用尾部耳环与机身连接，而其活塞杆的伸出端则与手臂通过铰链相连。其行程大小靠挡块和限位行程开关来调整。 3）手臂伸缩自由度。由 于油缸或气缸的体积小，质量轻，因而在机器人手臂结构中应用较多。设计中拟采用单活塞杆液压缸来实现，其伸缩行程大小靠挡块和限位行程开关来调整。 4）手腕俯仰自由度。拟采用液压缸来实现。其行程角度靠挡块和限位行程毕业设计（论文） 8 开关来调整。 5）手爪的抓取自由度。拟采用液压缸来实现。其行程角度靠挡块和限位行程开关来调整。 3 机械手结构的设计分析 9 3 机械手结构件设计分析 端操作器的设计 工业机器人的末端操作器是机器人直接用于抓取、握紧、吸附专用工具等进行操作的部件，根据被操作工件的形状、尺寸、重量、材质及表面形态各有不同，其形式也多种多样， 大部分末端操作器的结构是根据特定的工件专门加工的，常用的有四类： 1）夹钳式取料手 2）吸附式取料手 3）专用操作器及转换器 4）仿生多指灵巧手 1 。 夹钳式取料手是工业机器人最常用的一种末端操作器形式，在流水线上应用广泛。它一般由手指、驱动机构、传动机构、连接与支承元件组成，工作机理类似于常用的手钳。 吸附式取料手靠吸附力取料，根据吸附力的不同分为气吸附和磁吸附两种。吸附式取料手应用于大平面（单面接触无法抓取）、易碎（玻璃、磁盘）、微小（不易抓取）的物体。 因为专用操作器 及转换器和仿生多指灵巧手的技术难度及成本要求都比较高。 腕的设计 机器人手腕是连接末端操作器和手臂的部件，它的作用是调节或改变工件方位，因而它具有独立的自由度，以使机器人末端操作器适应复杂的动作要求。此处手腕需实现手部的翻转（ 作 ,腕部结构主要体现在手部相对于臂部的旋转运动上。 臂的设计 手臂是机器人执行机构中重要的部件，它的作用是将被抓取的工件运动到给定的位置上。手臂的结构要紧凑小巧，才能使手臂运动轻快、灵活。 手臂一般有伸缩运动、左右回转运动、升降（或俯仰）运动三个自由度。 在一般情况，手臂的伸缩和回转、俯仰均要求匀速运动，但在手臂的起动和终止瞬间，运动是变化的，为了减少冲击，要求起动时间的加速度和终止前速度不能太大，否则引起冲击和振动。伸缩运动一般采用直线液压缸驱动，俯仰运动大多采用伸缩单作用（单活塞杆）驱动，而回转运动则大多用回转缸或齿条缸来实现 1 。 本设计采用单作用（单活塞杆）缸来实现手臂的伸缩。为了增加手臂的刚性，毕业设计（论文） 10 防止手臂在伸缩运动时绕轴线转动或产生变形，手臂的伸缩机构需设置导向装置，或设计方形、花键等形式的臂杆。根据手臂的 结构、抓重等因素，为了使抓取时不产生偏重力矩使抓取可靠，本设计中采用四根导向柱的臂伸缩结构。这种结构的特点是行程长，抓重大，而工件不规则时还可以防止产生过大的偏重力矩。简图如下： 图 四导向杆式手臂机构简图 从图中可以比较清楚地看到手臂伸缩油缸结构及导向杆的安放方式以及手臂与其他部件的连接点。 手臂俯仰运动采用单作用（单活塞杆）缸来驱动。直线油缸的缸底与机身通过铰链相连，而油缸活塞杆的伸出端则与臂部铰接，这样当压力油进入油缸时就驱动活塞 杆往复运动，通过活塞杆的运动就使与其相连的手臂形成了俯仰的运动。由于俯仰油缸是采用底部耳环摆动式直线缸，所以在活塞杆往复运动的同时，缸体可在平面内摆动。 采用摆动马达来实现手臂的回转。 对于悬臂式的机械手，还要考虑零件在手臂上的布置，就是要计