毕 业 设 计（论文）（说 明 书）题 目： 搬运机械手的设计姓 名：编 号：XXXXX 学院年 月 日摘要本课题设计的为通用圆柱坐标系机械手。

工业机械手是工业生产的必然产物，它是一种模仿人体上肢的部分功能，按照预定要求输送工件或握持工具进行操作的自动化技术设备，对实现工业生产自动化，推动工业生产的进一步发展起着重要作用。

因而具有强大的生命力受到人们的广泛重视和欢迎。

实践证明，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，改善劳动条件，提高劳动生产率和自动化水平。

工业生产中经常出现的笨重工件的搬运和长期频繁、单调的操作，采用机械手是有效的。

此外，它能在高温、低温、深水、宇宙、放射性和其他有毒、污染环境条件下进行操作，更显示其优越性，有着广阔的发展前途。

通过对机械手进行结构设计和液压传动原理设计，它能实现自动上料运动，自动搬运棒料。

机械手的运动速度是按着满足生产率的要求来设定。

关键词：搬运机械手,手爪,手腕,手臂,液压，PLCAbstractThis topic design for general cylindrical coordinate manipulator. Industrial machinery hand is the inevitable product of industrial production, it is a copy of the upper part of the human body functions, in accordance with a predetermined transfer request or the workpiece hold the tools to operate the equipment automation technology, to achieve industrial production automation, the promotion of industrial production of the further development plays an important role in. So they have strong vitality of the people by the extensive attention and welcome. Practice has proved, the industrial robot can replace the staff of the heavy labor, significantly reduced labor intensity of workers, improve working conditions, improve labor productivity and the level of automation. Industrial production often appears in the bulky workpiece handling and frequent long-term, monotonous operation, a mechanical hand to be effective. In addition, it can be in high temperature, low temperature, water, the universe, radioactive and other toxic, pollution of the environment under the conditions of operation, but also show its superiority, there are broad development prospects.Through the mechanical hand for structure design and the hydraulic transmission principle design, it can realize the automatic feeding, automatic handling bar. The manipulator motion speed is to meet the requirements to set the productivity.Key words: manipulator, gripper, wrist, arm, hydraulic, PLC目录摘要 (2)ABSTRACT (3)第一章绪论 (5)1.1搬运机械手的组成 (5)1.2设计的主要内容 (6)第二章搬运机械手执行机构的设计 (8)2.1手部设计计算 (8)2.1.1对手部设计的要求 (8)2.1.2拉紧装置原理 (9)2.1.3手部驱动力的计算 (9)2.2腕部回转设计计算 (12)2.2.1 腕部的结构形式 (12)2.2.2手腕驱动力矩的计算 (13)2.3手臂伸缩机构设计计算 (15)2.4手臂升降机构设计 (16)2.4.1 尺寸设计 (17)2.4.2尺寸校核 (18)2.5手臂回转机构设计 (19)2.5.1计算扭矩M1 (20)2.5.2机构工作参数总结： (21)2.6液压泵的初选择 (21)第三章搬运机械手驱动系统的设计 (24)3.1手部抓取缸 (24)3.2腕部摆动液压回路 (25)3.3手臂伸缩液压缸回路 (26)3.5手臂回转摆动缸回路 (27)3.6总体系统图 (27)第四章搬运机械手控制系统的设计 (30)4.1机械手的模拟工作过程 (30)4.2机械手的操作原理 (32)4.3机械手传送系统梯形图 (32)参考文献 (35)致谢 (36)第一章绪论1.1搬运机械手的组成搬运机械手主要由执行机构、驱动系统、控制系统以及位置检测装置等所组成图1.1 搬运机械手的动作顺序和检测元件、执行元件的布置示意图1.执行机构：包括手部、手腕、手臂和立柱等部件手部：是机械手与工件接触的部件。

由于与物体接触的形式不同，可分为夹持式和吸附式手部。

由于本课题的工件是圆柱状棒料，所以采用夹持式。

由手指和传力机构所构成，手指与工件接触而传力机构则通过手指夹紧力来完成夹放工件的任务。

手腕：是联接手部和手臂的部件，起调整或改变工件方位的作用。

手臂：支承手腕和手部的部件，用以改变工件的空间位置。

立柱：是支承手臂的部件。

手臂的回转运动和升降运动均与立柱有密切的联系。

机械手的立柱通常为固定不动的。

机座：是机械手的基础部分。

机械手执行机构的各部件和驱动系统均安装于机座上，故起支承和联接的作用。

2.驱动系统：机械手的驱动系统是驱动执行运动的传动装置。

常用的有液压传动、气压传动、电力传动和机械传动等四种形式。

3.控制系统：控制系统是机械手的指挥系统，它控制驱动系统，让执行机构按规定的要求进行工作，并检测其正确与否。

一般常见的为电器与电子回路控制，计算机控制系统也不断增多。

搬运机械手各系统相互之间的关系如方框图1.2所示。

图1.2 机械手组成方框图1.2设计的主要内容设计通用圆柱坐标系机械手及控制系统。

设计中的机械手各动作由液压缸驱动，并有电磁阀控制，技术指标如下：抓重：50N-200N自由度（四个自由度）动作符号行程范围速度伸缩X 400mm 小于250mm/s升降Z 300mm 小于70mm/s回转φ0——120º小于90º/s手腕运动参数回转φ行程范围0——180º速度小于90º/s 手指夹持范围：棒料，直径50——70mm，长度450——1200mm 定位精度：±3mm。

控制方式：PLC第二章搬运机械手执行机构的设计2.1手部设计计算2.1.1对手部设计的要求1、有适当的夹紧力手部在工作时，应具有适当的夹紧力，以保证夹持稳定可靠，变形小，且不损坏棒料的已加工表面。

对于刚性很差的棒料夹紧力大小应该设计得可以调节，对于本应考虑采用自锁安全装置。

2、有足够的开闭范围本机械手手部的手指有张开和闭合装置。

工作时，一个手指开闭位置以最大变化量称为开闭范围。

对于回转型手部手指开闭范围，可用开闭角和手指夹紧端长度表示。

手指开闭范围的要求与许多因素有关，如工件的形状和尺寸，手指的形状和尺寸，一般来说，工作环境许可，开闭范围大一些较好，如图2.1所示。

图2.1 机械手开闭示例简图3、力求结构简单，重量轻，体积小手部处于腕部的最前端，工作时运动状态多变，其结构，重量和体积直接影响整个机械手的结构，抓重，定位精度，运动速度等性能。

因此，在设计手部时，必须力求结构简单，重量轻，体积小。

4、手指应有一定的强度和刚度5、其它要求对于夹紧机械手，根据工件的形状为圆形棒料，因此最常采用的是外卡式两指钳爪，夹紧方式用常闭史弹簧夹紧，松开时，用单作用式液压缸。

此种结构较为简单，制造方便。

2.1.2拉紧装置原理如图2.3所示：油缸右腔停止进油时，弹簧力向右工件，油缸右腔进油时松开工件。

当油缸的右腔停止进油时，弹簧收到向右的力，使与弹簧相连的手部受到向右的拉力，从而使手爪合拢。

当油腔的右腔进油时，弹簧受到向左的压力，使与弹簧相连的手爪向外伸出，从而放松工件。

左出油口右进油口图2.2缸示意简图2.1.3手部驱动力的计算图2.3手部受力分析1.手指2.销轴3.拉杆4.指座如图所示为滑槽式手部结构。

在拉杆3作用下销轴2向上的拉力为P，并通过销轴中心O点，两手指1的滑槽对销轴的反作用力为P1、P2，其力的方向垂直于滑槽中心线OO1和OO2并指向O点，P1和P2的延长线交O1O2于A及B，由于△O1OA和△O2OA均为直角三角形，故∠AOC=∠BOC=α。

根据销轴的力平衡条件，即∑Fx=0,P1=P2;∑Fy=0P=2P1cosαP1=P/2cosα销轴对手指的作用力为p1′。

手指握紧工件时所需的力称为握力（即夹紧力），假想握力作用在过手指与工件接触面的对称平面内，并设两力的大小相等，方向相反，以N表示。

由手指的力矩平衡条件，即∑m01(F)=0得P1′h=Nb因h=a/cosα所以P=2b(cosα)2N/a式中a——手指的回转支点到对称中心线的距离（毫米）。

α——工件被夹紧时手指的滑槽方向与两回转支点连线间的夹角。

由上式可知，当驱动力P一定时，α角增大则握力N也随之增加，但α角过大会导致拉杆（即活塞）的行程过大，以及手指滑槽尺寸长度增大，使之结构加大，因此，一般取α=30°~40°。

这里取角α=30度。

这种手部结构简单，具有动作灵活，手指开闭角大等特点。

查《工业机械手设计基础》中表2-1可知，V形手指夹紧圆棒料时，握力的计算公式N=0.5G，综合前面驱动力的计算方法，可求出驱动力的大小。