平面关节型机械手设计说明书

1、毕业设计说明书 平面关节型机械手设计 学生姓名 学 号 系 别 专业班级 指导教师 填写日期 平面关节型机械手设计 摘 要 在现代工业中，生产过程的机械化，自动化已经成为突出主题。在机械工业中，加工、装配等环节中运用的机械手已经越来越普遍。它可降低工人的劳动强度，提高生产效率和质量。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，其工作空间如工作空间图，它的纵截面为矩形的回转体，纵截面高为移动关节的行程长，两回转关节转角的大小决定回转体截面的大小、形状。 工业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

2、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。 关键字：机械手；轴承；气缸 目 录 摘 要I前言1第一章 概论2第一节 机械手简史2第二节 机械手发展概况2第三节 机械手的发展趋势3第四节 机械手的组成、分类及型式4上部分 机械手的组成4 下部分 机械手的分类及型式4第五节 机械手的应用及应用误区8 上部分 机械手的应用8

3、下部分 机械手应用误区9第二章 机械手工作原理及设计思想11第三章 机械手设计12第一节 手指设计13第二节 设计时要注意的问题13第三节 零件的设计13第四节 移动关节的设计16第五节 驱动方式的比较16第六节 气缸的设计17第四章 机械手臂部的设计及有关计算计18第一节 小臂的设计18第二节 设计时注意的问题18第三节 小臂结构的设计18第四节 轴的设计19第五节 轴承的选择19第六节 轴承摩擦力矩的设计20第七节 驱动选择21第二部分 大臂的设计计算22第一节 结构的设计22第二节 轴的设计计算22第三节 轴承的选择23第四节 轴承摩擦力矩的计算24第五节 伺服系统的选择24第五章 机身

4、的设计26小结27参考文献28致 谢29前言第一章 概论第一节 机械手简史进入信息时代，科学技术高速发展的今天，传统产业，特别是传统的机械加工_行业面临着一场严峻的挑战。它要生存要发展就必须要进行一场深刻的变革。机械加工自动化技术就越来越受到各方面的关在 机械加工中提高自动化程度几乎成了有识之士的共识。近几年它 在机械加工中的应用出现了日新月异的可喜局面，它将对提高注来产品质量、提高工作效率、节约能源、降低生产成本、减少消耗、增加企业的竞争力，缩小同发达国家的差距等都将起到重要的作用。机械加工自动化是机械加工行业发展的必然趋势。实现机械加工自动化的程度代表着该行业的技术发展水平和先进的档次。它

5、将在机械加工行业引起一场革命，使该行业驶入快车道而迅猛发展，因为它不再为人工操作的诸多不便而困扰。机械加工自动化的实质就是利用机械装置来代替人，来完成人的工作(劳动)。把人从繁重、单调、恶劣的环境中解放出来。它能长时间、不知疲倦地按人们的意愿工作。机械加工自动化的重要环节一一机械手己被人们研究了几十年，也应用了几十年，并得到了飞速的发展，它己经被应用到人类生活的各个方面，它已经成了人类的好朋友，伴随它的发展，它将对人类的生产、生活做出更大的贡献。第二节 机械手发展概况在二十世纪四十年代，随着原子能工业的发展己出现了模拟关节式的第一代机械手。五十六十年代即制成了传送和装卸工件的通用机械手和数控示

6、数再现型机械手。这种机械手也称第二代机械手,如尤尼曼特(Unimate)机械手，即属这种类型。一九六八 一一 九七O年，又相继把通用机械手用于汽车车身的点焊和冲压生产自动线上，即使第二代机械手这一新技术进入了应用阶段。七十年代机械手可以说是处于技术发展阶段。专用机械手经过几十年的发展，如今己进入以通用机械手为标志的时代。由于通用机械手的应用和发展，进而促进了智能机器人的研制。智能机器人涉及的知识内容，不仅包括一般的机械、液压、气动等基础知识，而且还应用一些电子技术、电视技术、通用技术、计算技术、无线电控制、仿生学和假肢工艺等，因此它是一项综合性较强的新技术。目前国内外发展这一新技术都很重视。几

7、十年来，这项技术的研究和发展一直比较活跃，设计在不断地修改，品种在不断地增加，应用领域在不断地扩大。国外自一九七O年以来，己召开过数次国际机械手会议(几乎每年召开一次)。有的国家(如日本)还成立了机器人协会。对机械手的一般要求：机械上业中，应用机械手的主要目的，一是解决生产过程自动化，二是改善劳动条件，降低劳动强度，提高劳动生产率和降低成本。因此要求机械手成本低，品种多样化，零件、部件系列化、通用化、标准化、性能稳定可靠。一、降低机械手的成本：为了扩大机械手的使用范围，必须降低机械手的成本。二、品种多样化：为了适应不同工作需要，应使机械手的品种多样化，用机械手代替更多的人的手工劳动，进而实现生

8、产过程的自动化，特别是那此工作比较单一、重复性很大而工作条件又较差和劳动量较大的1_种(如热加工)，更应该注意设计和使用各种类型的机械手。三、零件部件系列化、通用化、标准化：为了加速扩大机械手的应用领域，应尽量缩短其设计和制造的周期。这样，就要求机械手的某种零件(如手指的指型等)、部件如手部、臂部等)系列化、通用化、标准化。然后，即可根据具体工作的需要，将这些零件、部件(或相应地增加一些其它零件部件)进行组合，组成所需要的机械手。当然，这样的机械手还应保证组合方便，一旦工作变更时，就能迅速而顺利地重新组合。四、产品性能应准确可靠：机械手的重要技术指标之一，就是其性能稳定可靠为此，要求设计合理、

9、元件稳定、制造精确。第三节 机械手的发展趋势一、研制有更多自由度的机械手。二、研制带有行走机构的机械手。这种机械手可以从一个工作地点移动到另一个工作地点。三、研制能自动编程和自动改变程序的机械手。四、研制具有一定“感触”和“智力”的智能机器人。这种机器人，具有各种传感装置，并配备有计算机。根据仿生学的理论，用计算机充当其“大脑”，使它能“思考”、能“分析”、能“记忆”用电视摄像机、测距仪、纤维光学传感器、导光管或其它光敏元件作为“眼睛”，在其视野范围内能“看”。用听筒和声敏元件等作“耳朵”能“听”。用扬声器等作“嘴”能“说话”进行“应答”。用热电偶和电阻应变仪等作“触觉”能感触。用滚轮或双足式

10、的行走机械作“脚”来实现自动移位。这样的智能机器人，可以山人用特殊的语台(计算机语言甚至厂语)对其下达命令、布置任务。受令后的智能机器人， 即可根据现场环境的各种条件或信息， 独立地“分析” 和“判断”并自编或自变程序地进行工作;能够自找(选择)物件的方位， 自调握力的大小， 自找传送路线以避开障碍物。因此，它将成为“无人化” 系统的重要组成环节之一。第四节 机械手的组成、分类及型式上部分 机械手的组成机械手主要由执行机构、驱动机构和控制系统三大部分组成。执行机构（手部）手部安装在手臂的前端。手臂的内孔装有传动轴，可把动作传给手腕， 以传动、伸屈手腕、开闭手指。机械 手 手 部的构造系模仿人的

11、手指，分为无关节、固定关节和自由关节三种，手指的数量又可分为二指、三指、四指等， 其中以一指用得最多。可根据夹持对象的形状和大小配备多种形状和尺寸的夹头，以适应操作的需要。所谓没有手指的手部，一般指真空吸盘或磁吸盘。执行机构（手臂）手臂有无关节手臂和有关节手臂之分。目前采用的手臂1L乎都是无关节手臂。多关节臂还处在研究阶段。手臂的作用是引导手指准确地抓住工件，并运送到所需要的位置上。为了使机械手能够正确地工作，手臂的三个自由度都需要精确地定位。下部分 机械手的分类及型式一、 按用途分类专用机械手：专用机械手是专为一定设备服务的，简单、实用，目前在生产中运用比较广泛。它一般只能完成一、二种特定作

12、业，如用来抓取和传送工件。它的工作程序是固定的，也可根据需要编制程序控制。以获得多种工作程序，适应多种作业的需要。通用机械手：通用机械手是在专用机械手的基础上发展起来的。它能对不同物件完成多种动作，具有相当的通用性。它是一种能独立工作的自动化装置。它的动作程序可以按照工作需要来改变，大都采用顺序控制系统，如插销板、插件板、穿孔带、穿孔卡、凸轮转鼓、磁芯和磁鼓等。通用机械手又分简易型、示数再现型和智能机械手、操纵式机械手等几种。(1)、简易型通用机械手是目前国内外应用最多的一种，固定程序采用凸轮转鼓:可变程序则采用插销板或插件板进行控制。(2)、示数再现型通用机械手，先由人操纵机械手完成必要的动

13、作，由磁带或磁鼓加以记录存贮，然后根据存贮的信息进行动作。故又称之为重复型机械手。(3)、智能机械手具有较高的判断能力，它以光敏元件模拟人的“眼睛”，以声敏元件模拟人的“耳朵”，以热电偶和电阻应变仪模拟人的“皮肤”的冷热感觉和触觉，以电子计算机模拟人的“大脑”。具有 “视觉”、“听觉”、“触觉”以及能思考的智能机械手(机械人)， 目前正处在研究试制阶段，个别己达到实用阶段。(4)、操纵式机械手在人的操纵之下完成多种复杂动作，其内容可根据需要随时改变。操纵式机械手可以近距离直接操纵，也可以远距离操纵。其特点是适合于人不宜进入的环境中工作， 如海底资源开发，护宙空间探索， 以及危险的工作地区。其缺

14、点是结构复杂，成本高。二、按控制型式分类1、点位控制型机械手：点位控制型机械手的运动轨迹是空间二个点之间的联接。控制点数越多性能越好。点位控制型机械手基本能满足于各种要求，结构简单，绝大部分机械手是点位控制型。2、连续轨迹控制型机械手：这种机械的运动轨迹是空间任意连续曲线，它能在三维空间中作极其复杂的动作，工作性能完美，但控制部分比较复杂。三、按坐标形式分类机械手型式较多，按手臂的坐标型式而言，主要有四种基本型式一一直角坐标式，圆柱坐标式，球坐标式和关节式。1、直角坐标式机械手直角坐标式机械手是适合于工作位置成行排列或与传送带配合使用的一种机械手。它的手臂可以伸缩，左右和上下移动，按直角坐标形

15、式X, Y, Z三个方向的直线运动。其工作范围可以是一个直线运动;二个直线运动或三个直线运动。如在 X,Y,Z 三个直线运动方向上各具有A, B, C三个回转运动，即构成六个自由度。但在实际上很少有的。直角坐标式机械手的优点是:1、产量大，节拍短，能满足高速的要求。2、容易与生产线上的传送带和加工装配机械相结合。3、适于装箱类，多工序复杂的工作，定位容易变更。4、定位精度高，可达到0.5毫米以下，载重发生变化时不会影响精度。5、易实行数控，可与开环或闭环数控机械配合使用。缺点是这种机械手作业范围较小。2、圆柱坐标式机械手圆杜坐标式机械手是应用最多的一种型式，它适用于搬运和测量工件。具有直观性好

16、，结构简单，本体占用的空间较小，而动作范围较大等优点。圆柱坐标式机械手由X, Z,中三个运动组成。它的工作范围可分为:一个旋转运动，一个直线运动，加一个不在直线运动所在平面内的旋转运动;二个直线运动加一个旋转运动。圆柱坐标式机械手有五个基本动作:(1)、手臂水平回转：(2)、手臂伸缩:(3)、手臂上下:(4)、手臂回转动作：(5)、手爪夹紧动作：圆柱坐标式机械手的特征是在垂直导柱上装有滑动套筒，手臂装在滑动套筒上，手臂可做上下直线运动(Z)和水平面内做圆弧状的左右摆动。据国外140种机械手的统计，圆柱坐标式机械手就有86种，其中76种是具有X, Y,Z三个运动，而具有六个自由度的机械手则仅有六

17、种。3、球坐标式机械手球坐标式机械手是一种自由度较多，用途较广的机械手。它是由X ,Y ,Z三个方面的运动组成。球坐标式机械手的工作范围包括:一个旋转运动。二个旋转运动。三个旋转运动加一个直线运动。球坐标式机械手可实现以下八个动作:(1)、手臂上下动作，即俯仰动作。(2)、手臂左右动作，即回转动作。(3)、手臂前后动作，即伸缩动作。(4)、手腕上下弯曲。(5)、手腕左右摆动。(6)、手腕旋转运动。(7)、手爪夹紧动作。(8)、机械手整体移动。球坐标式机械手的特征是手臂装在枢轴上，枢轴又装在叉形架上，能在垂直面内作圆弧状卜下俯仰运动，它的臂可以伸缩，横向水平摆动还可以上下摆动，工作范围和人手的动

18、作类似。它的特点是能自动选择最合理的动作线路。所以工效高。另外由于上下摆动，它的相对体积小，而动作范围大。如以行程为203毫米工作气缸为例，其手臂的上下移动距离就能达到2450毫米，若采用圆柱坐标式则其高度就要达到2450毫米。球坐标式机械手作业范围可达到9立方米，较其它型式大三至五倍。4、关节式机械手关节式机械手是一种适用于靠近机体操作的传动型式。它像人手一样有肘关节，可实现多个自由度，动作比较灵活，适用于狭窄空间工作。关节式机械手，早在二十世纪四十年代就在原子能工业中得到应用，随后在开发海洋中应用，有一定的发展前途。关节式机械手具有上肢结构，可实现近似于人手操作机能。为具有近似人手操作的机

19、能，需要研制最合适的结构。关 节 式 机械手采用齿轮、齿条式和摆动式，传动机构采用哪一种型式， 毛要根据工件的轻重来决定。若按摆动式扭矩来设计，则油缸将加大，而装载油缸的机架也将随之加大。特别是靠近关节式前端关节部分的重量对肩部影响很大。传动机构在承受负荷的同时必须承受自重。因此， 传动效率很低。如需大的传动角， 则宜采用摆动油缸。这次设计系机械工程学院2008年毕业设计, 其目的在于：培养学生综合运用已学过的知识，独立的分析和解决问题的能力；根据课题,充分发挥自己的想象力,培养学生的创新能力；培养学生熟悉和运用有关手册、规范、图表等技术资料能力；进一步培养学生的机械制度、分析计算、结构设计、

20、编写技术文件等的基本技能；为今后的工作打下良好的基础。第五节 机械手的应用及应用误区上部分 机械手的应用机械手主要应用于建造旋转体零件,吸轴类、实现单机自动，化方面、铸 ,锻 ,焊,热处理等热加工方面一 、建造旋转体零件 吸轴类、盘类、 环类零件 自动线,一般都采用机械手在机床之间传送工件。国内已建成的这类自动线很多,如沈阳水泵厂的深井泵 轴承体加工自动线 环类 、大连电机厂的 号和 号电机自动线 轴类 、上海拖拉机齿轮厂的齿坯加工 自动线 盘类 等。加工箱体类零件的组合机床自动线 ,一般采用随行夹具传送工件,也有个别采用了机械手,如上海动力机厂的气缸盖自动线转位机械手。二、在实现单机 自动化

21、方面各类半自动机床 包括普通机床改造的 ,有 自行 夹紧、进刀、切削、退刀和松开机能,但仍需人工上下料 袋上机械手,可实现全 自动生产 ,一人看管多台机床。目前 ,机械手在这些方面应用最多。上海柴油机厂的曲拐自动车床和座 圈自动车床机械手,大连第二机床厂 的 自动循环液压仿形车床机械手,沈阳第三机床厂的 滚齿机机械手 ,青海第二机床厂 的滚铣花键轴机床机械手等等。由于这方面使用已有较成熟的经验 ,国内一些机宋厂已准备在这类机床产品出厂时就附上机械手,或为用户 自行安装机械手提供条件。注塑机有加料 、合模、成型、分模等 自动工作循环 ,装上机械手 自 动 取料 ,可实现全 自动生产。上海电器塑料

22、厂十五台 克立式注塑机已全部装上了 简 易 数 控机械手。上 海立新 电器厂 、上海无线电九厂等的注塑机也采用了机械手。冲床有 自动上下冲压循环,装上机械手上下料,可实现冲压生产 自 动 化。目前机械手在冲床上应用有两个方面 一是 吨 以上冲床用机械手的较多,如上海人民电机厂 吨龙门冲床转子片上料机械手 尚未在生产中正式应用 ,沈阳低压开关厂吨冲床磁力起动器壳体下料机械手 另配有上料机构 和天津拖拉机厂 吨冲床的下料机械手等 二是用于多工位冲床,用作冲压件工位间步进 ,如上海第二汽车配件厂的灯壳冲压生产线机械手 生产线中有两台多工位冲床 和天津二轻局技术研究所制作的屯和 吨多工位冲床机械手等。

23、三、铸 、锻 、焊、热处理等热加工方面在模锻方面,国内大批量生产的 3吨 、5吨 、10吨模锻锤,其所配的转底炉,用两只机械手成一定角度布置在炉前,实现进出料自动化,上海柴油机厂 ,北京内燃机厂、洛阳拖拉机厂等己有较成熟经验。机械手在热加 工其他方面的应用有 上海跃进电机厂电机轴中频热套机械手 ,上海汽车配件厂散热器浸锡机械手,长春第一汽车厂 吨垂直分模平锻机上下料机械手,大连工矿车辆厂铸件清砂喷丸机械手 尚在调试中 等等。总的来说 ,机械手在热加工方面的应用还比较少 ,在压铸、焊接 、电镀 、喷漆等方面 ,还没有应用 ,有待进一步发展下部分 机械手应用误区机械手应用过程中容易出现以下十个误区

24、一低估有效载荷和惯量要求二赋予机械手的任务过重三低估了电缆管理问题四在选购机械手系统前，对所有应用因素考虑欠周五误解精度与重复精度之间的关系六只根据控制系统来选购机械手系统七不能接受机械手技术八忽视机械手附件选项或周边设备的必要性九低估或高估机械手控制系统的能力十没有考虑使用机械手技术第二章 机械手工作原理及设计思想本文设计的平面关节型机械手，其主要包括三个旋转关节（分别控制机械大臂和小臂旋转以及手抓张合）和一个移动关节（控制手腕伸缩），各关节均采用直流电机作为驱动装置，在机械大臂和小臂的旋转关节上还装配有增量式光电编码器，提供半闭环控制所需的反馈信号。直流电机的运动控制采用自行开发的基于LM

25、629和PIC16F877构成的多关节控制卡，并编制了能满足运动控制要求的软件，实现对机械手的速度、位置以及关节联动控制。对机械手驱动装置的一般要求如下：1.动装置的重量尽可能要轻，单位重量的输出功率 (即功率/重量比)要高，效率也要高；2.反应速度要快，即要求力/重量比和力矩/惯量比要大；3.动作平滑，不产生冲击；4.控制尽可能灵活，位移偏差和速度偏差要小；5.安全可靠；6.操作和维护方便；7.对环境无污染，噪声要小；8.经济上合理，尤其是要尽量减少面积。组成：机械手主要由执行机构、驱动机构和控制系统三大部分组成。.执行机构（手部）手部安装在手臂的前端。手臂的内孔装有传动轴，可把动作传给手腕

26、， 以传动、伸屈手腕、开闭手指。机械 手 手 部的构造系模仿人的手指，分为无关节、固定关节和自由关节三种，手指的数量又可分为二指、三指、四指等， 其中以一指用得最多。可根据夹持对象的形状和大小配备多种形状和尺寸的夹头，以适应操作的需要。所谓没有手指的手部，一般指真空吸盘或磁吸盘。二执行机构（手臂）手臂有无关节手臂和有关节手臂之分。目前采用的手臂几乎都是无关节手臂。多关节臂还处在研究阶段。手臂的作用是引导手指准确地抓住工件，并运送到所需要的位置上。为了使机械手能够正确地工作，手臂的三个自由度都需要确地定位。第三章 机械手设计工业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

27、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

28、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。总体设计的任务：包括进行机械手的运动设计，确定主要工作参数，选择驱动系统和电控系统，整体结构设计，最后绘出方案草图。主要技术参数见表3-1表3-1 平面关节机械手设计主要技术参数机械手类型平面关节型抓取重量2.2Kg自由度3个（2个回转1个移动）大臂长700mm，回转运动，回转角240，步进电机驱动 单片机控制小臂长600mm，回转运动，回转角240，步进电机驱动 单片机控制移动关节气缸驱动 行程开关控制手指气缸驱动 行程开关控制结构特点如下图所示： 图1 结构特点图第一节 手指设计工业机械手的手部是用来抓持工件或工具的部件。手部抓持工

29、件的迅速、准确和牢靠程度都将直接影响到工业机械手的工作性能，它是工业机械手的关键部件之一。第二节 设计时要注意的问题(1) 手指应有足够的夹紧力，为使手指牢靠的夹紧工件，除考虑夹持工件的重力外，还应考虑工件在传送过程中的动载荷。(2) 手指应有一定的开闭范围。其大小不仅与工件的尺寸有关，而且应注意手部接近工件的运动路线及其方位的影响。(3) 应能保证工件在指内准确定位。(4) 结构尽量紧凑重量轻，以利于腕部和臂部的结构设计。(5) 根据应用条件考虑通用性。第三节 零件的设计R为外圆半径,r为内圆半径其中g取10取G=23（N）（一） 紧力的计算：根据公式： 图2.零件f为手指与工件的静摩擦系数

30、，工件材料为40号钢，手指为钢材，查机械零件手册 表2-5 f=0.15所以 取N=40（N）驱动力的计算 图3为斜面倾角，为传动机构的效率，这里为平摩擦传动，查机械零件手册表2-2 这里取 0.85所以 取p=55(N)（二） 活塞手抓重量的估算 r为杆的半径，h为长度，g取10（三） 汽缸的设计 因为气压工作压力较低，对气动组件的材质和精度要求较液压低，无污染，动作迅速反映快，维护简单，使用安全。而且此处作用力不大，所以选气压传动。汽缸内型选择，由于行程短，选单作用活塞汽缸，借弹簧复位。汽缸的计算气压缸内径D的计算按液压传动与气压传动公式 13-1 D为汽缸的内径(m)，P为工作压力（Pa

31、）,为负载率，负载率与汽缸工作压力有关，取，查液压传动与气压传动表13-2 由于汽缸垂直安装，所以取P=0.3。按液压传动与气压传动表13-3圆整取32mm.活塞杆直径d的计算一般，此选0.2mm按液压传动与气压传动表13-4 圆整取8mm汽缸壁厚的计算按液压传动与气压传动表13-5查得弹簧力的F的计算 第四节 移动关节的设计第五节 驱动方式的比较机械手的驱动系统有液压驱动，气压驱动，电机驱动，和机械传动四种。一台机械手可以只用一种驱动，也可以用几种方式联合驱动，各种驱动的特点见表3-2。表3-2驱动的特点表比较内 容驱动方式机械传动电机 驱动气压传动液压传动异步电机，直流电机步进或伺服电机输

32、出力矩输出力矩较大输出力可较大输出力矩较小气体压力小，输出力矩小，如需输出力矩较大，结构尺寸过大液体压力高，可以获得较大的输出力控制性能速度可高，速度和加速度均由机构控制，定位精度高，可与主机严格同步控制性能较差，惯性大，步易精确定位控制性能好，可精确定位，但控制系统复杂可高速，气体压缩性大，阻力效果差，冲击较严重，精确定位较困难，低速步易控制油液压缩性小，压力流量均容易控制，可无级调速，反应灵敏，可实现连续轨迹控制体积当自由度多时，机构复杂，体积液较大要油减速装置，体积较大体积较小体积较大在输出力相同的条件下体积小维修使用维修使用方便维修使用方便维修使用较复杂维修简单，能在高温，粉尘等恶劣环

33、境种使用，泄漏影响小维修方便，液体对温度变化敏感，油液泄漏易着火应用范围适用于自由度少的专用机械手，高速低速均能适用适用于抓取重量大和速度低的专用机械手可用于程序复杂和运动轨迹要求严格的小型通用机械手中小型专用通用机械手都有中小型专用通用机械手都有，特别时重型机械手多用成本结构简单，成本低，一般工厂可以自己制造成本低成本较高结构简单，能源方便，成本低液压元件成本较高，油路也较复杂第六节 气缸的设计因为气压工作压力较低，对气动组件的材质和精度要求较液压底，无污染，动作迅速反映快，维护简单，使用安全。而且此处作用力不大，所以选气压传动。气缸内型选择：因为活塞行程较长，往复运动，所以选双作用单活塞汽

34、缸，利用压缩空气使活塞向两个方向运动。初选活塞杆直径d=12mm，估算其重量取5N取80N气压缸内径D的计算按液压传动与气压传动公式 13-1 D为气缸的内径(m)，P为工作压力（Pa）,为负载率，负载率与气缸工作压力有关，取，查液压传动与气压传动表13-2 由于汽缸垂直安装，所以取P=0.3。一般，此选0.3按液压传动与气压传动表13-3圆整取40mm.一般，此选0.3mm气缸壁厚的计算按液压传动与气压传动表13-5查得气缸重量的计算其中：R为气缸外径，r为气缸内径，h为气缸长度，g取10，为气缸材料密度取25N第四章 机械手臂部的设计及有关计算计第一节 小臂的设计臂部是机械手的主要执行部件

35、，其作用是支撑手部和腕部，主要用来改变工件的位置。手部在空间的活动范围主要取决于臂部的运动形式。第二节 设计时注意的问题(1) 刚度要好，要合理选择臂部的截面形状和轮廓尺寸，空心杆比实心杆刚度大的多，常用钢管做臂部和导向杆，用工字钢和槽钢做支撑板，以保证有足够的刚度。(2) 偏重力矩要小，偏重力矩时指臂部的总重量对其支撑或回转轴所产生的力矩。(3) 重量要轻，惯量要小，为了减轻运动时的冲击，除采取缓冲外，力求结构紧凑，重量轻，以减少惯性力。(4) 导向性要好。第三节 小臂结构的设计 把小臂的截面设计成工字钢形式，这样抗弯系数大，使截面面积小，从而减轻小臂重量，使其经济、轻巧。 选10号工字钢。

36、理论重,小臂长为600mm。较核：（N）取75N其受力如下图: 图4F=75+105=180（N）按材料力学公式5.11 其中h为工字钢的高度，b为工字钢的腰宽，Q为所受的力。所以所以选10号工字钢合适。第四节 轴的设计大轴的直径取20mm，材料为45号钢。受力如下图:图5验算： F=180N 所以合适第五节 轴承的选择因为上轴承只受径向，下轴承受轴向力和径向力，所以选用圆锥滚子轴承，按机械零件手册表9-61（GB 297-84）选7304E，d=20mm e=0.3轴承的校核因为此处轴承做低速的摆动，所以其失效形式是，接触应力过大，产生永久性的过大的凹坑（即材料发生了不允许的永久变形），按轴

37、承静载能力选择的公式为：机械设计13-17 其中为当量静载荷，为轴承静强度安全系数，取决于轴承的使用条件。按机械设计表3-8 作摆动运动轴承,冲击及不均匀载荷,此处1.5.上轴承受纯径向载荷, 所以因此轴承合适.下轴承受径向和轴向载荷,R为径向载荷A为轴向载荷X Y分别为径向轴向载荷系数，其值按机械设计表135查取因为 所以 所以因此轴承合适 小轴承受力很小，所以不用教核第六节 轴承摩擦力矩的设计如果 （C为基本额定动载荷，P为所受当量动载荷），可按机械设计手册第二版 (16.1-13)公式: 估算其中:为滚动轴承摩擦因数，F为轴承载荷，d为轴承内径。 查表机械设计手册第二版 表16.1-29

38、得，所以也可以用此公式估算所以 查表机械设计手册第二版 表16.1-29得，所以也可以用此公式估算所以 取0.1第七节 驱动选择因为所需驱动力小，精度要求不很高，所以选择控制方便，输出转角无长期积累误差的步进电机。 步进电机的选择：步距角要小，要满足最大静转矩，因为转速低不考虑矩频特性，按机电综合设计指导表2-11 BF反应式步进电动机技术参数表查取，选45BF005，其主要参数如下： 步矩角1.5度，电压27伏，最大静转矩0.196N.M，质量0.4kg,外径45mm,长度58mm,轴径4mm, 大臂长度600mm.精度验证:能够满足精度要求，为了提高精度，采用一级齿轮传动的齿数为20，的齿

39、数为70。按机械原理表8-2标准模数系列表（GB1357-87）取m=1，取则齿轮宽度计算：按机械设计表10-7 圆柱齿轮的齿宽度系数两支承相对小齿轮作对称布置取0.91.4,此处取1则为了防止两齿轮因装配后轴向稍有错位而导致啮合齿宽减少，要适当加宽，所以取24mm第二部分 大臂的设计计算第一节 结构的设计把大臂的截面设计成工字钢形式，这样抗弯系数大，使截面面积小，从而减轻小臂重量，使其经济、轻巧。 选14号工字钢。理论重,小臂长为700mm。较核：（N）取140N其受力如图: 图6F=75+105+140=320（N）按材料力学公式5.11 其中h为工字钢的高度，b为工字钢的腰宽，Q为所受的

40、力。所以所以选10号工字钢合适。第二节 轴的设计计算轴的直径取20mm，材料为45号钢。其受力如下图: 图7验算： F=320N所以合适第三节 轴承的选择大轴轴承的选择：因为上轴承只受径向，下轴承受轴向力和径向力，所以选用圆锥滚子轴承，按机械零件手册表9-61（GB 297-84），选7304E，d=20mm e=0.3轴承的校核因为此处轴承做低速的摆动，所以其失效形式是，接触应力过大，产生永久性的过大的凹坑（即材料发生了不允许的永久变形），按轴承静载能力选择的公式为：机械设计13-17 其中为当量静载荷，为轴承静强度安全系数，取决于轴承的使用条件。按机械设计表3-8 作摆动运动轴承,冲击及不

41、均匀载荷,此处1.5.上轴承受纯径向载荷, 所以因此轴承合适.下轴承受径向和轴向载荷, R为径向载荷A为轴向载荷X Y分别为径向轴向载荷系数，其值按机械设计表135查取因为 所以 所以因此轴承合适 小轴承受力很小，所以不用教核第四节 轴承摩擦力矩的计算如果 （C为基本额定动载荷，P为所受当量动载荷），可按机械设计手册第二版 (16.1-13)公式: 估算其中:为滚动轴承摩擦因数，F为轴承载荷，d为轴承内径。查表机械设计手册第二版 表16.1-29得，所以也可以用此公式估算所以查表机械设计手册第二版 表16.1-29得，所以也可以用此公式估算所以 取0.1第五节 伺服系统的选择因为所需驱动力小，

42、精度要求不很高，所以选择控制方便，输出转角无长期积累误差的步进电机。步进电机的选择：步距角要小，要满足最大静转矩，因为转速低不考虑矩频特性，按机电综合设计指导表2-11 BF反应式步进电动机技术参数表查取，选45BF005，其主要参数如下：步矩角1.5度，电压27伏，最大静转矩0.196N.M，质量0.4kg,外径45mm,长度58mm,轴径4mm,大臂小臂总长1400.精度验证:所以不能满足精度要求,不能直接传动,要变速机构在此选用直齿圆柱齿轮为了提高精度，采用一级齿轮传动的齿数为20，的齿数为70。按机械原理表8-2标准模数系列表（GB1357-87）取m=1，取则齿轮宽度计算：按机械设计表10-7 圆柱齿轮的齿宽度系数两支承相对小齿轮作对称布置取0.91.4,此处取1则为了防止两齿轮因装配后轴向稍有错位而导致啮合齿宽减少，要适当加宽，所以取24mm 第五章 机身的设计机身是支承臂部的部件，升降，回转和俯仰运动机构等都可以装在机身上。设计时注意的问题：(1) 要有足够的刚度