1、 I 气动装配机械手机构设计气动装配机械手机构设计 摘要 机械手是近几十年发展起来一种高科技自动化生产设备，它对稳定、提高产品质量、 提高生产效率、 改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用， 随着工业机械 化和自动化的发展以及气动技术自身的一些优点， 气动机械手已经广泛应用在生产自动化 的各个行业。 机械手主要由手部、 运动机构和控制系统三大部分组成。 机械手的种类， 按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按适用范围可分为专 用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制 机械手等。 本文就气动机械手的应用现状和发展前景作了简单概述。扩展我
2、们的知识面和专业 面，可以加强对自己的思维训练和能力培养，还可以填补空白，提高生产效率，很大的现 实意义。 关键词：气动机械手；研究方向；发展趋势 II 目录 第一章 绪 论 1 1.1 机械手国内外发展现状 1 1.2 气动机械手的应用现状 2 1.3 气动技术有以下优点 3 1.4 气动机械手研究的目的、意义 . 4 1.5 发展前景及方向 4 1.6 设计时要解决的几个问题 6 1.6.1 具有足够的握力(夹紧力) 6 1.6.2 手指间应具有一定的开闭角 6 1.6.3 保证工件准确定位 6 1.6.4 具有足够的强度和刚度 6 1.6.5 考虑被抓取对象的要求 7 1.7 气动机械手
3、的设计要求 7 1.8 机械手的系统工作原理及组成 . 7 1.8.1 机械手的系统工作原理框图 7 1.8.2 执行机构 8 1.8.3 驱动系统 9 1.8.4 控制系统 9 1.8.5 位置检测装置 9 第二章 机械手的整体设计方案 . 10 2.1 机械手的坐标型式与自由度 11 2.2 机械手的手部结构方案设计 12 2.3 机械手的手腕结构方案设计 12 2.4 机械手的手臂结构方案设计 12 第三章 手部结构设计以及气缸设计、校核 . 13 3.1 手部夹紧气缸的设计. 13 3.2 确定气缸直径 . 14 3.3 气缸作用力的计算及校核. 14 III 3.4 缸筒壁厚的设计.
4、 15 3.5 气缸的基本组成部分及工作原理 16 3.6 计算手部与工件总重量. 16 第四章 手臂伸缩气缸的尺寸设计与验算 . 17 4.1 手臂部惯性力的计算. 17 4.2 手臂部摩擦力的计算. 17 4.3 手臂部驱动力 . 18 4.4 确定气缸直径 . 19 4.5 手臂伸缩气缸的结构和工作原理 19 4.6 气缸作用力的验算（应取有杆腔的活塞面积进行计算） 20 4.7 导杆弯曲应力验算. 20 第五章 配重的选取 . 21 5.1 各部件重量计算. 21 5.2 计算偏重力臂 22 5.3 偏重力矩 M缩偏、M伸偏 . 23 5.4 配重的计算 . 23 第六章 摆动气缸的计
5、算 . 24 6.1 手臂伸出状态时，偏重力矩 24 6.2 手臂的转动惯量 J 24 6.3 手臂摆动回转力矩的计算. 24 第七章 升降部分的计算 . 26 7.1 升降气缸的选择. 26 7.2 升降导杆的重量. 26 7.3 升降导杆的校核. 27 第八章 机械手气动控制系统的设计 . 28 8.1 机械手的控制要求. 28 8.2 气压驱动系统设计. 28 结 论 30 参考文献. 31 附录 . 32 致 谢. 33 1 第一章 绪 论 1.1 机械手国内外发展现状 工业机械手最早应用在汽车制造工业，常用于焊接、喷漆、上下料和搬运。工业机械 手延伸和扩大了人的 手足和大脑功能，它可
6、替代人从事危险、有害、有毒、低温和高温 等恶劣环境中工作：代替人完成繁重、单调重复劳动，提高劳动生产率，保证产品质量。 目前主要应用与制造业中，特别是电器制造、汽车制造、塑料加工、通用机械制造及金属 加工等工业。 工业机械手与数控加工中心， 自动搬运小车与自动检测系统可组成柔性制造 系统和计算机集成制造系统，实现生产自动化。随着生产的发展，功能和性能的不断改善 和提高，机械手的应用领域日益扩大。 工业机械手是在第二次世界大战期间发展起来的，始于 40 年代的美国橡树岭国家实 验室的搬运核原料的遥控机械操作手研究，它是一种主从型的控制系统。1958 年美国联 合控制公司研制出第一台机械手。它的结构是：机体上安装一回转长臂，端部装有电磁铁 的工件抓放机构，控制系统是示教型的；1962 年，美国联合控制公司在上述方案的基础 上，又试制成一台数控示教再现型机械手。运动系统仿造坦克炮塔，臂可以回转、俯仰、 伸缩，用液压驱动；控制系统用磁鼓做储存装置。不少球面坐标式机械手就是在这个基础 上发展起来的； 同年该公司和普曼公司合并成为万能制动公司， 专门生产工业机械手。 1962 年美国机
