换刀机械手经过对关于机械设计专业所学知识统筹，阐述和剖析机器的每个零件的做法和由来，这一次是设计一个腰部负责转动，身躯部分负责上下移动，水平部分负责左右移动的机器。

开始先制作一张cad大体的运动方式的原理图，然后从底部分析它的运转，一个一个零件的假设，然后经过公式计算等大体确立出它的图形，接着用三维然间画出来。

之后，每个关节部位的链接确定用什么方式驱动，让个个部分能够衔接的上。

1.1 机器和人类从人类使用道具开始，就已经注定了工具的发展，这是一个艰辛的过程。

人类总是想方设法让自己所处的环境更加的简单便利，从而不断的改进身边的工具。

从开始的使用木头，使用石头，到后来的青铜时期。

期间人类发现工具的的改进不断改善人们的生活。

经过几千年的沉淀，人类的机械水平已经到了很高的程度。

就交通工具而言如自行车，电动车，小轿车，火车，地铁，动车。

这些都是由无数个小机器组成的大器械。

给人类带来方便的同时，更节约了人类的时间。

在二战期间，武器的制造，它的精密程度就之间关系到一个国家的命运。

现在家家户户电器的总类繁多，如电视，冰箱，空调，洗衣机，热水器，直接影响着单户的生活水平。

由此可见，人类的生活已经离不开机器。

一个国家的强弱离不开机器。

一个世界的格局离不开机器。

现在国内的技术水平和一些发达国家还是有比较大的差距，只有找到我们国内自己的优势，去开发，去研究，才能进一步突破自动化生产水平，让产品的数量和质量得到本质性的提升，不管是从经济上还是技术上都是值得国内重视和挖掘的。

所以，对机械手的研究和设计是一项十分有意义的课题。

1.2 技能运用在这个设计的过程中，我们不仅要熟悉应用平时上课老师教导我们的知识，更要经常去图书馆查阅资料，侧面完善我们的知识。

向从开始的cad原理图的模拟成型后，在选用材料过程中要不断查阅书籍，经过大量的假设和计算才能大体的弄出一个模型来，弄完模型后，尺寸和尺寸之间的衔接正常情况是没有那么刚好的，还要不断的回头修改原来以为确定的零件。

然后再用proe画出来，有时候即便画出东西来，在实践中理论上可以，可是生产过程中可能你设计的东西根本就制造不出来，所以要经常到实验室观察机台，测量尺寸。

有些标准的零件可以通过一些软件直接导入proe。

在合理的情况下，允许稍作改动已符合所设计的实际情况。

这是一个动手动脑的过程。

在画cad图纸的时候，可以由proe先导出工程图，但是导出的图纸，有很多错误，要反复修改添加，这是一个培养耐心和细心的工作。

一个设计不仅考验的的专业水平，而且还要考虑的你各方面的综合素养。

1.3 设计方向的确定在设计过程当中要把握一个方向。

这次毕业设计的重心是按照之前提交的一份设计流程来拟定设计方向。

全面涉及机械手所处境况以及整个流程的操作安排，条件吻合的前提下，要做到机构简明，运用标准，规划整齐，选用欠当的零件，让支出最小化：并且还要保证它的可行性。

这这个过程中运用到的知识有机械设计基础，控制工程基础，电工电子技术，机械原理与课程设计，机械制图，proe等在设计过程中做到运用自如，深入了解，做到知其然知其所以然，在设计过程中了解自己的不足之处，提升自己的技能，完善自己的技能，为将来工作打好基础。

当然，设计过程中卡点错误是在所难免，要敢于面对，勤于求教，正所谓三人行必有我师，只有这样才能学精学透。

2. PROE的运用2.1 三维软件2.1.1 PROE的优点Proe是一款多功能软件，接触机械专业几年的过程中proe的版本也在不断的完善，已经是三维领域的先锋。

平面绘图在设计的过程中所有的估算假设都是建立在proe的草绘当中这些给绘图者带来了巨大的好处，不仅节约了时间，还提高了效率。

三维图画在平面绘图大体模拟好的情况下，proe的好处在于平面的作图过程清晰可见，还可以把二维的图形经过它的功能如，拉伸，旋转等转化成三维的图画。

这样在视觉上不但让绘图的人对零件有了更好的感观效果，而且能让物体更加真实的展现在我们眼前。

衔接性质一旦画好了一个三维图形，当你画第二个图形的时候，他不当当时独立的，可以通过proe的装配功能，让它们组合起来，当然要有一定的依据，通过一些面，轴线，或者点之间的对齐，配对等方法组合在一起。

相对独立每个零件专配完后，各个零件是相对独立的，如果这个零部件需要一些修改，可以独立的对它进行，但是原来的装配可能有所误差。

这要具体情况来分析。

数据管理：现在市场上喜欢一些速度快，间接方便的软件，为了进一步实现这种效率，需要多学科的设计人员对同一产品进行研究。

对这块的开发，就是应用于同时进行的工程。

装配管理：Pro/ENGINEER的一些命令如“配合”，“对齐”，“擦入”等一系列命令使各部件装配在一起。

最关键的优势在于大型配件不限制它的零部件的数量。

易于使用：选择简单，包括菜单栏，工具栏，导航栏，浏览器等。

这些以直观的方式展现在用户面前，而且提供在线帮助帮助答疑解惑。

2.1.2 总体设计机械手的工业设计考虑方面众多，尽量做到结构简便易操作，安全可靠安装维修方便。

在确保机械手强度刚性足够的前提下，尽量减轻机械手的重量。

追求强度高且轻质量的材质。

根据设计和结构确定的坐标系与基本参数的设计问题，给出了，都已经确定。

1．用手爪抓取物体的机器这种机械手工作范围广，定位精度好可以广泛应用，对于小批量自动化生产是个不可多得的机械手。

本机械手的控制定位方式是简便的点定位操作，控制方式不是很复杂。

2．经过分析选择圆柱坐标的坐标机械手，手臂的运动方式是通过液压进出油实现x轴的伸缩。

结构简单伸缩精准的优势。

且占用面积不大，运动范围广。

3．机械手的自由度有三个。

机械手的自由度是相对固定坐标的运动：1 腰部的回转2手臂的升降4．手臂收缩。

根据工业机械的规格是一方面，还需要确定的其他组件的设计。

2.1.3 机械手的规格参数1.抓重：30N （额定抓取重量或额定负荷）2.自由度： 33.坐标形式：圆柱坐标4.最大工作半径：1200㎜5.手臂最大中心高（下降时）：800㎜2.1.4换刀参数1.水平伸缩行程：0～400㎜2.伸缩速度： 50㎜／s3.垂直升降行程：100㎜4.升降速度：200㎜／s5.回转范围：０○～１８０○6.回转速度：45○／s手腕参数①. 回转范围：０○～１８０○②.回转速度：１８０○㎜／s手指夹持范围：Ф５０～Ф７０定位精度：±１㎜驱动方式：气压传动电气控制方式：PLC点位程序控制电气操作方式：手动和自动2.1.5 驱动方式的选择和设计驱动方式的形式有很多种，主要有如下几种形式。

1．液压传动：是用油的压力推动活塞杆来驱动，这种驱动方式对密封装置的选用要求高，这是因为油的泄露对机械损伤大，进而影响他的性能，工作环境不宜在高温低温下工作。

2．气压传动：是收缩空气压力来驱动执行机构工作。

其主要特点：空气就是来源，对环境不会照成污染，动作敏捷，构造简单，价格便宜，售后修理方便。

由于空气的可压缩特性，导致机械速度的不稳定性，并且气源压力低导致抓取的重量通常在30公斤以下，适合高速，轻载，高温和粉尘的工作环境。

3．机械传动：通常是齿轮与齿轮之间的啮合运动，常用到的有直齿推动齿齿轮，齿轮带动扇形齿轮运动，这部分通常是用在手爪的工作，电能由工作机提供。

其特点是操作准确，动作平率高，缺点机构较大，工作流程不可变。

4．电力传动：一般由步进电机和直线电机驱动执行机构，由于对转换机构的依赖性不是很大，故机械结构简便。

归纳上述四种驱动方式，结合机械手的设计要求的各种规格的缺点，应采用液压驱动来实现的。

故，本机械手采用液压传动作为驱动方式。

2.1.6 详细方案图2-1机械手原理布局图对于本机械手，因为设计要求换刀的刀具为小型刀具，一方面考虑到机床的结构布局以及机械手的具体情况，在满足工艺要求的前提下尽量让成本最小化。

本机械手的运动方式是两个直线运动，一个为x轴的伸缩，一个为z轴的伸缩，以及其实的机械手腰部转动，经过统筹分析，机械手有三个自由度，用到的是腰的旋转，身躯的上下移动，以及水平手臂的左右移动。

工作的大体原理如图 2-1所示。

2.2 机器腰转动腰部的转动是这次先分析的对象，大体的思路是腰部到手臂的零件分析。

在proe中的草图也是先从腰部开始。

2.2.1 详细方案当前，最常用的腰部回转方式有电机配合齿轮进行腰部回转，以及使用摆动液压缸或液压马达来实现，由于电动的控制形式精度高，结构紧密，而且无需其他的辅助元件[3]。

另一方面机械手的腰部转动是头一个机构，头一个关节，对机械手的最终的精度高低起着重要的作用，所以最后决定采用电动的方式驱动腰部的运转。

在转速和扭矩的分析中我们发现正常的电机都无法驱动腰部的工作，但是我们可以通过传动比较大的齿轮传动解决这一难题。

腰座具体结构如图2-2，图2-3所示：其原理如下：电机转动，带动建的转动从而带动小齿轮转动，小齿轮带动大齿轮转动，大齿轮作用于另一个键带动腰部回转运动。

接着工作台转动，电机停止工作，回转台也停止工作。

图2-2 底座（未剖）图2-3 底座（剖图）2.3 手爪部分2.3.1机器人夹持器的运动和驱动方式工业机器人手爪一般为双指手爪。

按手指的工作形式有两种，一种为回转型，另一种为移动型。

抓取方式有两种，一种是从外面加紧，一种是从里面向外撑开。

手爪的驱动方法：1.气动驱动：手指运动的走向是气流的作用使它运动的。

气动夹持器的优势在于成本低，在市场上也比较好卖。

此外，空气是可以压缩的，压缩到一定程度有反作用力，这一点是工作运动中所需要的。

2.电动驱动:这种手爪，夹持器，是电机提供电力，电能变成机械能推动齿轮工作，在这个过程中收到的阻力比较大。

电力驱动模式可以实现力和位置控制。

要特别注意的是在工作过程中会产生火花，故在有防爆的环境下是不行的。

3.液压驱动：液压驱动形式的传动刚度大，可以持续控制轨迹。

由于设计主要采用液压来完成机械手的运动，和较大的传动刚度要求设计的，因此液压传动的方式来完成机械手的运动。

2.3.2详细方案水平的手臂被油推动，完成杠的前进，手爪部分是两个爪的部件合成，中间连接的部分是杠推动，单爪见和工件相互作用受到的力相等，方向相反。

而这次得工件直径范围是50mm。

详细机构如图2-3所示：其原理是：油进入进油口后活塞移动，齿条跟着运动，接着齿条和齿条之间齿合，另一齿轮带动扇形齿轮活动，两个手指张开，然后通过保压口回油活塞向后运动，齿条，驱动齿轮1、扇形反转，夹持器关闭。

这一系列运动是通过油的进出来实现运动的。

手爪如图2-4。