目录
摘要…………………………………………………………………………………1
关键词…………………………………………………………………………………1
1前言…………………………………………………………………………………2
2机械手的总体设计方案……………………………………………………………3
2.1机械手的基本结构………………………………………………………………3
2.1.1手部……………………………………………………………………………3
2.1.2腕部……………………………………………………………………………4
2.1.3臂部……………………………………………………………………………4
2.2机械手基本形式的选择…………………………………………………………4
2.3机械手的主要部件及运动参数设计……………………………………………4
3手部的设计…………………………………………………………………………5
3.1手部的基本要求…………………………………………………………………5
3.1.1夹持式手部结构………………………………………………………………5
3.1.2对手部的基本要求……………………………………………………………6
3.2手部的结构设计…………………………………………………………………6
3.3手部的计算………………………………………………………………………7
3.3.1手指夹紧力的计算……………………………………………………………7
3.3.2驱动力计算……………………………………………………………………7
3.3.3气压缸直径计算………………………………………………………………7
3.3.4缸筒壁厚的设计………………………………………………………………9
4腕部的设计………………………………………………………………………10
4.1腕部的基本要求………………………………………………………………10
4.2腕部的结构设计………………………………………………………………10
4.3腕部的计算……………………………………………………………………11
4.3.1驱动力计算…………………………………………………………………11
4.3.2液压缸压力验算……………………………………………………………12
5臂部设计…………………………………………………………………………14
5.1臂部的基本要求………………………………………………………………14
5.2臂部的具体设计方案…………………………………………………………15
5.3手臂伸缩的计算………………………………………………………………15
5.4手臂升降的计算………………………………………………………………16
5.4.1尺寸设计……………………………………………………………………16
5.4.2尺寸校核……………………………………………………………………16
5.5手臂回转气缸的计算…………………………………………………………17
5.5.1尺寸设计……………………………………………………………………17
5.5.2尺寸校核……………………………………………………………………17
6气动系统设计……………………………………………………………………18
6.1气动系统设计要求及选择……………………………………………………18
6.2气压回路的选择………………………………………………………………19
6.2.1各气压缸的换向回路………………………………………………………19
6.2.2调速方案……………………………………………………………………19
6.2.3缓冲回路……………………………………………………………………19
6.2.4系统安全可靠性……………………………………………………………19
6.3气压传动系统工作原理图……………………………………………………19
6.3.1工作原理图…………………………………………………………………19
7结论………………………………………………………………………………20
参考文献……………………………………………………………………………20
致谢………………………………………………………………………………21
2气动机械手的总体设计方案
2.1机械手的基本结构
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。执行机构主要是机械手赖以完成工作任务的实体，通常由杆件和关节组成。从功能的角度，执行机构可分为：手部、腕部、臂部、腰部和基座等。
2.1.1手部
手部又称末端执行器，是工业机械手直接进行工作的部分，可以是各种夹持器。有时人们也把诸如电焊枪、油漆喷头等划作机器手的手部。气动手指是模拟人的手指抓紧工件，以实现机械手的动作的气缸。按结构特点可分为旋转驱动型、平行开闭型、支点开闭型和三爪开闭型。
2.1.2腕部
腕部与手部相连，主要功能是带动手部完成预定姿态，是操作机的中结构最为复杂的部分。手腕有独立的自由度。有回转运动、上下摆动、左右摆动。一般腕部设有回转运动再增加一个上下摆动即可满足工作要求，有些动作较为简单的专用机械手，为了简化结构，可以不设腕部，而直接用臂部运动驱动手部搬运工件。
目前，应用最为广泛的手腕回转运动机构为回转气压缸，它的结构紧凑，灵巧但回转角度小，一般小于270度,并且要求严格密封，否则就难保证稳定的输出扭距。因此在要求较大回转角的情况下，采用齿条传动或链轮以及轮系结构。
2.1.3臂部
手臂部件是机械手的重要握持部件。它的作用是支撑腕部和手部（包括工作或夹具），并带动他们做空间运动。
臂部运动的目的：把手部送到空间运动范围内任意一点。如果改变手部的姿态（方位），则用腕部的自由度加以实现。因此，一般来说臂部具有三个自由度才能满足基本要求，即手臂的伸缩、左右旋转、升降（或俯仰）运动。
手臂的各种运动通常用驱动机构（如液压缸或者气缸）和各种传动机构来实现，从臂部的受力情况分析，它在工作中既受腕部、手部和工件的静、动载荷，而且自身运动较为多，受力复杂。因此，它的结构、工作范围、灵活性以及抓重大小和定位精度直接影响机械手的工作性能。
2.2机械手的基本形式选择
常见的工业机械手根据手臂的动作形态,按坐标形式大致可以分为以下4种:
(1)直角坐标型机械手；
(2)圆柱坐标型机械手；
(3)球坐标(极坐标)型机械手；
(4)多关节型机机械手。
其中圆柱坐标型机械手结构简单紧凑,定位精度较高,占地面积小，因此本设计采用圆柱坐标型。
2.3机械手的主要部件及运动参数设计
在圆柱坐标式机械手的基本方案选定后，根据设计任务，为了满足设计要求，本设计的机械手具有4个自由度：手臂伸缩；手臂回转；机身回转；机身升降。
本设计的机械手主要由3个大部件和4个气缸组成：
手部，采用一个气爪，通过机构运动实现手爪的张合。
臂部，采用直线缸来实现手臂的伸缩。
机身，采用一个直线缸和一个回转缸来实现手臂升降和回转。
驱动机构是工业机械手的重要组成部分,工业机械手的性能价格比在很大程度上取决于驱动方案及其装置。根据动力源的不同,工业机械手的驱动机构大致可分为液压、气动、电动和机械驱动等四类。气动机械手因为结构简单、成本低廉、重量轻、动作迅速、平稳、安全、可靠、节能和不污染环境等优点而被广泛应用在生产自动化的各个行业。因此，机械手的驱动方案选择气压驱动[1]。
设计技术参数:
（1）抓重:2Kg (夹持式手部)
（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:600mm
（5）手臂最大中心高:400mm
（6）手臂运动参数
伸缩行程：350mm
伸缩速度： 200mm/s
升降行程：250mm
升降速度： 100mm/s
回转范围：0~360°
回转速度： 60mm/s
3手部的设计
3.1手部的基本要求
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，当工件是圆柱形式时，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。本次设计采用的是夹持式手部结构。
3.1.1夹持式手部结构
夹持式手部结构由手指和传力机构所组成。其传力结构形式比较多，如滑槽杠杆式、斜锲杠杆式、齿轮齿条式、弹簧杠杆式等。
3.1.2对手部的基本要求
（1）具有足够的夹紧力；
在确定手指的夹紧力时，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性力和振动，以保证工件不致产生松动或脱落。
（2）手指间应具有一定的开闭角；
两手指张开和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，夹持不同直径的工件，应按最大直径的工件考虑，一般来说，如工作环境许可，开闭范围大一些较好。
（3）保证工件准确定位；
在设计的过程中总会出现些许偏差，所以在选用配合的时候都采用IT8级，能满足工件的定位。
（4）具有足够的强度和刚度；
手部的材料通常采用强度和刚度都要同时能满足抓取物件的大小，但同时也考虑到是气压传动，力比较小，所以不会采用钢材类等。
（5）考虑被抓工件的形状要求。
技术要求
1、零件在装配前必须清理和清洗干净，不得有锈蚀、切屑、油污、着色剂和灰尘等。
2、装配前应对零、部件的主要配合尺寸，特别是过盈配合尺寸及相关精度进行复查。
3、装配过程中零件不允许磕、碰、划伤和锈蚀。
4、螺钉、螺栓和螺母紧固时，严禁打击或使用不合适的旋具和扳手。紧固后螺钉槽、螺母和螺钉、螺栓头部不得损坏。
5、规定拧紧力矩要求的紧固件，必须采用力矩扳手，并按规定的拧紧力矩紧固。
6、.同一零件用多件螺钉（螺栓）紧固时，各螺钉（螺栓）需交叉、对称、逐步、均匀拧紧。
7、圆锥销装配时应与孔应进行涂色检查，其接触率不应小于配合长度的60并应均匀分布。
