機(jī)械手設(shè)計(jì)說明書

1、指導(dǎo)老師：設(shè)計(jì)合作成員：一、設(shè)計(jì)項(xiàng)目名稱機(jī)械手臂手指機(jī)構(gòu) 2二、設(shè)計(jì)目的本設(shè)計(jì)擬搬運(yùn)寬度尺寸 90110mm、質(zhì)量為 5kg 以內(nèi)的六菱柱形鋼質(zhì)工件，手指機(jī)構(gòu)帶水平轉(zhuǎn)盤。手指的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)方式為液壓傳動(dòng)。液壓傳動(dòng)的機(jī)械手是以壓縮液體的壓力來驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手。三、設(shè)計(jì)要求(1)機(jī)械手為專用機(jī)械手，適用于夾六菱柱形鋼質(zhì)工件。(2)選取機(jī)械手的座標(biāo)型式和自由度。(3)主要設(shè)計(jì)出機(jī)械手的手部機(jī)構(gòu)。(4)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)液壓缸的選用四、設(shè)計(jì)方案4.1 機(jī)械手基本形式的選擇機(jī)械手的典型結(jié)構(gòu)一般可分為：回轉(zhuǎn)型（包括滑槽杠桿式和連桿杠桿式兩種）、移動(dòng)型（移動(dòng)型

2、即兩手指相對支座作往復(fù)運(yùn)動(dòng)）和平面平移型。本設(shè)計(jì)采用二指回轉(zhuǎn)型手抓。4.2 機(jī)械手的主要部件及運(yùn)動(dòng)本機(jī)械手的部件有齒輪、齒條、連桿和液壓缸等。主要的運(yùn)動(dòng)有直動(dòng)液壓缸驅(qū)動(dòng)齒條的平動(dòng)、齒輪和齒條的嚙合運(yùn)動(dòng)、連桿的轉(zhuǎn)動(dòng)和手抓的平行移動(dòng)。4.3 驅(qū)動(dòng)方式的選擇本機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方案采用液壓機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)機(jī)械手 ,結(jié)構(gòu)簡單、尺寸緊湊、重量輕、控制方便。4.4 機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)列表用途：卸碼垛機(jī)械手臂抓重：5kg抓取的物體的幾何形狀：寬度為 90110mm 六菱柱形鋼質(zhì)工件機(jī)械手自重：小于等于 10kg4.5 機(jī)械工作原理機(jī)械手的夾工件

3、的工作原理框圖如圖1所示。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（液壓傳動(dòng)）執(zhí)行機(jī)構(gòu)齒條齒輪傳動(dòng)四連桿手爪夾持工件圖 1. 機(jī)械手夾工件的工作原理框圖該機(jī)械手采用了液壓驅(qū)動(dòng)方式來實(shí)現(xiàn)其工作的要求，工作要求就是機(jī)械手能適應(yīng)六菱柱形鋼質(zhì)工件不同面的夾持，故帶有水平轉(zhuǎn)盤手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)采用齒條與齒輪嚙合。本機(jī)械通過液壓驅(qū)動(dòng)傳遞動(dòng)力推動(dòng)齒條平動(dòng)，齒條與齒輪嚙合將液壓缸傳來的水平運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為齒輪連桿的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。而齒條與齒輪嚙合驅(qū)動(dòng)四連桿轉(zhuǎn)動(dòng)，四連桿機(jī)構(gòu)使夾板水平移動(dòng)，完成對工件的夾緊松開。機(jī)械手的整體結(jié)構(gòu)圖如圖 2、圖 3 所示。手爪部分特點(diǎn)如下表述：1. 機(jī)械手手部

4、由手爪（即夾板）和傳力機(jī)構(gòu)所構(gòu)成。機(jī)械手爪能夾寬度尺寸為 90110mm 的工件，由于所夾工件是六菱柱形鋼質(zhì)工件，故在豎直方面上夾持會(huì)比較方便設(shè)計(jì)和簡化機(jī)構(gòu)，手爪部分可以做成平面夾板，而機(jī)構(gòu)本身應(yīng)帶水平轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)以適應(yīng)不同角度的夾持。2. 傳力機(jī)構(gòu)型式連桿杠桿式，夾板是與工件直接接觸的構(gòu)件，在豎直方向上夾持工件，夾板表面始終保持與工件側(cè)表面平行，通過夾板產(chǎn)生夾緊力來完成夾放物件的任務(wù)。圖 2.機(jī)械手整體結(jié)構(gòu)圖 3.機(jī)械手除去端蓋部件正視圖4.6 結(jié)構(gòu)說明本機(jī)械手從上至下主要部件分別是水平轉(zhuǎn)盤、液壓缸、齒條齒輪、四連桿、夾板。4.6.1&

5、#160;手爪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及夾持范圍計(jì)算（如圖 4）a.齒輪設(shè)計(jì)：綜合考慮避免齒輪根切、加工方便、機(jī)械手結(jié)構(gòu)盡量小和簡單等因素，齒輪模數(shù) M=1，分度圓半徑為 20mm。同時(shí)連桿 1 和齒輪做成一體能大大簡化機(jī)械結(jié)構(gòu)。b.考慮到剛度和夾緊的需要確定 L3=19c.確定 D因?yàn)闄C(jī)械手要夾緊的工件的范圍是 90110mm，所以 D<=90mm.而且 D 越大，機(jī)械手的體積越大。再結(jié)合已經(jīng)確定的齒輪的參數(shù)，故選 D=40。d.確定 L2因?yàn)闄C(jī)械手要夾緊的工件的范圍是&#

6、160;90110mm，故 L2=(110+19*2-40)/2=54.留下一定的設(shè)計(jì)余量，選 L2=60。圖 4.手爪結(jié)構(gòu)e.夾緊力和驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算手指加在工件上的夾緊力，是設(shè)計(jì)手部的主要依據(jù)。必須對大小、方向和作用點(diǎn)進(jìn)行分析計(jì)算。一般來說，需要克服工件重力所產(chǎn)生的靜載荷以及工件運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化的慣性力產(chǎn)生的載荷，以便工件保持可靠的夾緊狀態(tài)。手指對工件的加緊力可按公式計(jì)算： KNK K K G           

7、60;     （3.2）1 2 3式中 K 安全系數(shù)，通常 1.2 2.0；1-K2工作情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響?？山瓢聪率焦浪?#160;K2 =1+a/g（其中 a 為重力方向的最大上升加速度 a=V /tmax響；V 運(yùn)載時(shí)工件最大上升速度maxt 系統(tǒng)達(dá)到最高速度的時(shí)間，一般選取 0.03 0.5s響-K 方位系數(shù)，根據(jù)手指與工件位置不同進(jìn)行選擇3G被抓取工件所受重力（

8、N）本設(shè)計(jì)采用的參數(shù)值如下：K =1.6；K =1+a/g=1+（0.1/0.5）/10=1.02 ；K =1.5；G=50123故得：F >=1.6×1.02×1.5×50=122.4 NN計(jì)算驅(qū)動(dòng)力：F= F （h+L COS）-kb）=122.4×（47.5+80×cos18）-0.15×18.11）/20計(jì)算 N 2=739N實(shí)際驅(qū)動(dòng)力：取 =0.95 得 F= F實(shí)際4.

9、6.2 液壓缸的直徑 D計(jì)算/ =739/0.95=778 N實(shí)際  =    (DFp42- d 2 ) p選取活塞桿直徑 d=0.5D,選擇液壓缸壓力油工作壓力 P=0.81MPa,表 1.液壓缸的缸筒內(nèi)徑尺寸系列表 2. 液壓缸活塞桿外徑尺寸系列表 3. 液壓缸活塞行程系列（GB/T 2349-1980）根據(jù)表 1，選取液壓缸內(nèi)徑為：D=16mm根據(jù)表 

10、;2，則活塞桿內(nèi)徑為:D=16 ´ 0.5=8mm，選取 d=8mm行程選擇：當(dāng)夾住工件為 90mm 時(shí)，到達(dá)最小極限位置，則夾板應(yīng)能夾住小于 90，取 a=40（圖 4），即齒輪轉(zhuǎn)過角度要為齒條與齒輪配合，即齒條要走過 L=20=2.67mm查表 3，行程選擇最小行程 25mm 就可以滿足要求了4.6.3 主要零件結(jié)構(gòu)說明a.齒條（如圖 5）齒條的端部做成圓柱形，方便裝配。另外在齒條的端面打孔，一方面可以與液壓缸推桿端部很好的連接，另一方面可以

11、方便定位，簡化優(yōu)化結(jié)構(gòu)。圖 5.齒條b.齒輪連桿（圖 6）齒輪與連桿做成一體，齒輪中心用軸連接，軸兩端用套筒和軸承固定在殼體上，齒輪連桿與長桿連接處有凸起，保證連接處間隙可調(diào)。圖 6.齒輪連桿圖 7.齒條與齒輪連桿嚙合c.軸承（如圖 8）軸承使用的是脂潤滑軸承，該類軸承使用方便，潤滑性能優(yōu)異，耐高溫，保證使用精度，持久耐用。 軸承與殼體上的軸承孔配合，用軸承蓋封裝起來，所以從外部看機(jī)械手整體，軸承就看不到，但是軸承是本機(jī)械手中非常重要的部件，它很好地減小摩擦，保證了連桿運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性。圖 8.脂潤滑軸承圖 9.連桿與

12、軸、軸承配合d.連桿 2（如圖 10）其中與夾板連接的連桿 2 如圖所示，連桿 2 的連桿部位設(shè)計(jì)成對稱形式，這樣就保證了鉸接處很好地運(yùn)動(dòng)，并且在結(jié)構(gòu)上看起來也比較美觀合理。e.夾板（如圖 11）連桿連接，在豎直方向上可動(dòng)。如果工件在未加工之前表面不平整，那么通過夾板在豎直方向上微動(dòng)確保可以完全夾住工件。注：連桿連接處用鉸制螺栓連接圖 10.連桿 2圖 11.連桿與夾板配合連接四、 主要零件的工藝性a.底板（如圖 13）底板做成彎折狀，毛壞直接鑄造得到，經(jīng)過精加工得到實(shí)體。殼

13、體由兩塊底板連接合成得到。對比設(shè)計(jì)前期所做的底板（ 如圖 12）及組成的整體機(jī)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)改進(jìn)后的底板使結(jié)構(gòu)更加緊湊合理和保證了運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定。圖 12.改進(jìn)前的底板及由底板裝配得到的機(jī)械手實(shí)體圖 13.改進(jìn)后的底板及由底板裝配得到的機(jī)械手實(shí)體b.齒輪連桿(如圖 15)該零件是機(jī)械設(shè)計(jì)的關(guān)鍵零件，對比前期設(shè)計(jì)（如圖 14），齒輪與連桿分開，雖然齒輪與連桿可以比較容易得到，但是裝配起來會(huì)使得機(jī)構(gòu)臃腫并且不穩(wěn)定。改進(jìn)后（如圖 15），將齒輪與連桿做成一體，從而節(jié)省了材料，同時(shí)又使得機(jī)械手的結(jié)構(gòu)變得緊湊，使得運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。在加工方面，連桿上的

14、齒可以采用線切割技術(shù)方便地得到，并且節(jié)省了材料，精度也得到了保障。此外，在連桿連接處設(shè)計(jì)了凸臺(tái)，這樣可以調(diào)整間隙而使得配合良好，而且因?yàn)橥古_(tái)是工作面，加工凸臺(tái)使得加工方便，并且連桿旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生摩擦，加凸臺(tái)會(huì)使得摩擦面減小，從而使機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。圖 14.改進(jìn)前的齒輪和連桿圖 15.改進(jìn)后的齒輪連桿c.連桿 2該連桿在連接處設(shè)計(jì)成對稱形式（如圖 17），裝配后運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定，并且在結(jié)構(gòu)上裝配合理。對比前期（如圖 16）的設(shè)計(jì)，發(fā)現(xiàn)在前期的設(shè)計(jì)容易發(fā)生振動(dòng)，并且容易磨損。改進(jìn)后的零件克服了以上弱點(diǎn)。并且改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)在鉸接處精度要求更高一些。圖 16.改進(jìn)前的連桿 2圖 17.改進(jìn)后的連桿 2六、小結(jié)1、本次設(shè)計(jì)的是液壓專用機(jī)械手，適用于夾寬度尺寸90110mm、質(zhì)量為5kg以內(nèi)的六菱柱形鋼質(zhì)工件，設(shè)計(jì)出來的機(jī)械手機(jī)構(gòu)經(jīng)過驗(yàn)算后可以滿足要求。2、設(shè)計(jì)的過程中，通過大家集體討論得出初步方案，按照方案進(jìn)行設(shè)計(jì)并不斷改進(jìn)驗(yàn)算優(yōu)化，最終設(shè)計(jì)出大家滿意的結(jié)果。在設(shè)計(jì)過程當(dāng)中，應(yīng)該每隔一兩天小組成員一起討論，提出設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)的各種問題并解決問題，這樣設(shè)計(jì)會(huì)比較有效率并且可以集團(tuán)體智慧，時(shí)不時(shí)地找指導(dǎo)老師提供意見，綜合設(shè)計(jì)出最優(yōu)化結(jié)