工業機械手的設計

摘要：隨著工業自動化發展的需要，機械手在工業應用中越來越重要。主要敘述了機械手的設計計算過程。首先，本文介紹機械手的作用，機械手的組成和分類，說明了自由度和機械手整體坐標的形式。同時，本文給出了這臺機械手的主要性能規格參量。文中介紹了工業機械手的設計理論與方法。比較全面地討論了工業機械手的手部和腕部、手臂伸縮機構以及上升和回轉機構等主要部件的結構設計。并在最后做了一些液壓控制方面的設計，繪制了液壓系統圖等。

關鍵詞：機械手自由度腕部和手部伸縮機構上升和回轉機構

0引言

用于再現人手功能的技術裝置稱為機械手。機械手是模仿著人手的部分動作，按給定程序、軌跡和要求實現自動抓取、搬運或操作的自動機械裝置。在工業生產中應用的機械手被稱為工業機械手。

工業機械手是近代自動控制領域中出現的一項新技術，并已成為現代機械制造生產系統中的一個重要組成部分，這種新技術發展很快，逐漸成為一門新興的學科～機械手工程。機械手涉及到力學、機械學、電器液壓技術、自動控制技術、傳感器技術和計算機技術等科學領域，是一門跨學科綜合技術。

工業機械手是近幾十年發展起來的一種高科技自動生產設備。工業機械手也是工業機器人的一個重要分支。他的特點是可以通過編程來完成各種預期的作業，在構造和性能上兼有人和機器各自的優點，尤其體現在人的智能和適應性。機械手作業的準確性和環境中完成作業的能力，在國民經濟領域有著廣泛的發展空間。

1工業機械手在生產中的應用

機械手是工業自動控制領域中經常遇到的一種控制對象。機械手可以完成許多工作，如搬物、裝配、切割、噴染等等，應用非常廣泛。

在現代工業中，生產過程中的自動化已成為突出的主題。各行各業的自動化水平越來越高，現代化加工車間，常配有機械手，以提高生產效率，完成工人難以完成的或者危險的工作。可在機械工業中，加工、裝配等生產很大程度上不是連續的。據資料介紹，美國生產的全部工業零件中，有75％是小批量生產；金屬加工生產批量中有四分之三在50件以下，零件真正在機床上加工的時間僅占零件生產時間的5％，從這里可以看出，裝卸、搬運等工序機械化的迫切性，工業機械手就是為實現這些工序的自動化而產生的。目前在我國機械手常用于完成的工作有：注塑工業中從模具中快速抓取制品并將制品傳誦到下一個生產工序，機械手加工行業中用于取料、送料；澆鑄行業中用于提取高溫熔液等等。

2機械手的總體設計方案

本課題是輕型平動搬運機械手的設計。本設計主要任務是完成機械手的結構方面設計，以及液壓系統方面的簡單設計。在本章中對機械手的坐標形式、自由度、驅動機構等進行了確定。因此，在機械手的執行機構、驅動機構是本次設計的主要任務。

2.1機械手基本形式的選擇常見的工業機械手根據手臂的動作形態.按坐標形式大致可以分為以下4種：①直角坐標型機械手：②圓柱坐標型機械手；③球坐標(極坐標)型機械手：④多關節型機機械手。其中圓柱坐標型機械手結構簡單緊湊，定位精度較高，占地面積小，因此本設計采用圃柱坐標型。

2.2機械手的主要部件及運動坐標型式采用圓柱坐標型的基本方案選定后，根據設計任務，為了滿足設計要求，本設計關于機械手具有4個自由度即腕部回轉、手臂伸縮、手臂回轉、手臂升降4個。

本設計機械手主要由3個大部件和5個液壓缸組成：①手部和腕部，手部采用一個直線液壓缸，通過機構運動實現手爪的張合，腕部采用一個回轉液壓缸實現腕部帶動手部回轉。②臂部伸縮機構，采用直線缸來實現手臂平動800mm。③臂部回轉及升降機構，采用一個回轉缸和一個直線缸來實現手臂回轉和升降。

2.3驅動機構的選擇驅動機構是工業機械手的重要組成部分，工業機械手的性能價格比在很大程度上取決于驅動方案及其裝置。根據動力源的不同，工業機械手的驅動機構大致可分為液壓、氣動、電動和機械驅動等四類。采用液壓機構驅動機械手，結構簡單、尺寸緊湊、重量輕、控制方便，驅動力大等優點。因此，機械手的驅動方案選擇液壓驅動。

2.4機械手的技術參數列表

2.4.1用途：車間搬運

2.4.2設計技術參數：①抓重：3DON(夾持式手部)；②自由度數：4個自由度i③坐標型式：圓柱坐標；④最大工作半徑：800mm；⑤手臂最大中心高：1115mm，⑥手腕運動參數(見表1)：⑦手臂運動參數(見表2)；⑧手指夾持范圍：棒料65-85；⑨定位方式：電位反饋式⑩驅動方式：液壓；⑨控制方式：可編程控制。

3 結論

通過此次設計，使我了解了機械手的很多相關知識。使我也了解了當前國內外在此方面的一些先進生產和制造技術，了解了機械手設計的一般過程，通過對機械手的結構設計作了系統的設計，掌握了一定的機械設計方面的基礎。為以后的工作學習創造了一定基礎。