图2-1 机械手的运动示意图
Fia.2-1 Sketch Map of the Motion of Manipulator
2.2 机械手的手部结构方案设计
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为了使机械手的通用性更强，把机械手的手部结构设计成可更换结构，当工件是棒料 时，使用夹持式手部;当工件是板料时，使用气流负压式吸盘。
2.3 机械手的手腕结构方案设计
考虑到机械手的通用性，同时由于被抓取工件是水平放置，因此手腕必须设有回转运 动才可满足工作的要求。因此，手腕设计成回转结构，实现手腕回转运动的机构为回转气缸。
2.4 机械手的手臂结构方案设计
按照抓取工件的要求，本机械手的手臂有三个自由度，即手臂的伸缩、左右回转和降(或 俯仰)运动。手臂的回转和升降运动是通过立柱来实现的，立柱的横向移动即为手臂的横移。 手臂的各种运动由气缸来实现。
2.5 机械手的驱动方案设计
由于气压传动系统的动作迅速，反应灵敏，阻力损失和泄漏较小，成本低廉因此本机 械手采用气压传动方式。
2.6 机械手的控制方案设计
考虑到机械手的通用性，同时使用点位控制，因此我们采用可编程序控制器(PLC)对机 械手进行控制。当机械手的动作流程改变时，只需改变PLC程序即可实现，非常方便快捷。
2.7 机械手的主要参数
1.机械手的最大抓重是其规格的主参数，由于是采用气动方式驱动，因此考虑抓取的物体 不应该太重，查阅相关机械手的设计参数，结合工业生产的实际情况，本设计设计抓取 的工件质量为5公斤
2.基本参数运动速度是机械手主要的基本参数。操作节拍对机械手速度提出了要求，设计 速度过低限制了它的使用范围。而影响机械手动作快慢的主要因素是手臂伸缩及回转的
速度。该机械手最大移动速度设计为1.0m / s 。最大回转速度设计为90/ s 。平均移动 速度为 0.8m / s 。平均回转速度为 60/ s 。机械手动作时有启动、停止过程的加、减速 度存在，用速度一行程曲线来说明速度特性较为全面，因为平均速度与行程有关，故用 平均速度表示速度的快慢更为符合速度特性。除了运动速度以外，手臂设计的基本参数 还有伸缩行程和工作半径。大部分机械手设计成相当于人工坐着或站着且略有走动操作 的空间。过大的伸缩行程和工作半径，必然带来偏重力矩增大而刚性降低。在这种情况 下宜采用自动传送装置为好。根据统计和比较，该机械手手臂的伸缩行程定为600mm,最 大工作半径约为1400mm 。手臂升降行程定为120mm 。定位精度也是基本参数之一。 该机械手的定位精度为 ?1mm 。
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2.8 机械手的技术参数列表
一、用途: 用于自动输送线的上下料。
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二、设计技术参数: 1、抓重
5kg
2、自由度数
4个自由度
3、座标型式 圆
柱座标 4、最大工作半径
1400mm
5、手臂最大中心高
1250mm
6、手臂运动参数 伸缩行程1200mm 伸缩速度 400mm / s 升降行程120mm 升降速度 250mm / s
回转范围 0? ? 180??
?
?回转速度 90? / s
7、手腕运动参数
回转范围 0? ? 180??
?
?回转速度 90? / s
8、手指夹持范围
棒料:?80mm ? ?150mm
9、定位方式
行程开关或可调机械挡块等10、定位精度
?1mm
11、驱动方式
气压传动
12、控制方式 点位程序控制
(采用PLC)
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图2-6
机械手的工作范围
Fig.2-6 Work Range of Manipulator
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第三章 手部结构设计
为了使机械手的通用性更强，把机械手的手部结构设计成可更换结构，当工件是棒料 时，使用夹持式手部:如果有实际需要，还可以换成气压吸盘式结构，
3.1夹持式手部结构
夹持式手部结构由手指(或手爪)和传力机构所组成。其传力结构形式比较多，如滑槽 杠杆式、斜楔杠杆式、齿轮齿条式、弹簧杠杆式等。
3.1.1手指的形状和分类 夹持式是最常见的一种，其中常用的有两指式、多指式和双手双
指式:按手指夹持工
件的部位又可分为内卡式(或内涨式)和外夹式两种:按模仿人手手指的动作，手指可分为 一支点回转型，二支点回转型和移动型(或称直进型)，其中以二支点回转型为基本型式。 当二支点回转型手指的两个回转支点的距离缩小到无穷小时，就变成了一支点回转型手指; 同理，当二支点回转型手指的手指长度变成无穷长时，就成为移动型。回转型手指开闭角 较小，结构简单，制造容易，应用广泛。移动型应用较少，其结构比较复杂庞大，当移动 型手指夹持直径变化的零件时不影响其轴心的位置，能适应不同直径的工件。 3.1.2设计时考虑的几个问题 (一)具有足够的握力(即夹紧力)
在确定手指的握力时，除考虑工件重量外，还应考虑在传送或操作过程中所产生的惯
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性力和振动，以保证工件不致产生松动或脱落。
(二)手指间应具有一定的开闭角 两手指张开与闭合的两个极限位置所夹的角度称为手指的
开闭角。手指的开闭角应保证
工件能顺利进入或脱开，若夹持不同直径的工件，应按最大直径的工件考虑。对于移动型手 指只有开闭幅度的要求。
(三)保证工件准确定位 为使手指和被夹持工件保持准确的相对位置，必须根据被抓取工件
的形状，选择相应的
手指形状。例如圆柱形工件采用带“V”形面的手指，以便自动定心。 (四)具有足够的强度和刚度 手指除受到被夹持工件的反作用力外，还受到机械手在运动过
程中所产生的惯性力和振 动的影响，要求有足够的强度和刚度以防折断或弯曲变形，当应尽量使结构简单紧凑，自重 轻，并使手部的中心在手腕的回转轴线上，以使手腕的扭转力矩最小为佳。 (五)考虑被抓取对象的要求 根据机械手的工作需要，通过比较，我们采用的机械手的手部结构是一支点 两指回转型， 由于工件多为圆柱形，故手指形状设计成V型，其结构如附图所示。 3.1.3手部夹紧气缸的设计
1、手部驱动力计算 本课题气动机械手的手部结
构如图3-2所示，
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