機械手設(shè)計說明書

1、指導(dǎo)老師：設(shè)計合作成員：一、設(shè)計項目名稱機械手臂手指機構(gòu)2二、設(shè)計目的本設(shè)計擬搬運寬度尺寸90110mm、質(zhì)量為5kg以內(nèi)的六菱柱形鋼質(zhì)工件，手指機構(gòu)帶水平轉(zhuǎn)盤。手指的動力驅(qū)動方式為液壓傳動。液壓傳動的機械手是以壓縮液體的壓力來驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)運動的機械手。三、設(shè)計要求(1)機械手為專用機械手，適用于夾六菱柱形鋼質(zhì)工件。(2)選取機械手的座標型式和自由度。(3)主要設(shè)計出機械手的手部機構(gòu)。(4)液壓傳動系統(tǒng)液壓缸的選用四、設(shè)計方案4.1 機械手基本形式的選擇機械手的典型結(jié)構(gòu)一般可分為：回轉(zhuǎn)型（包括滑槽杠桿式和連桿杠桿式兩種）、移動型（移動型即兩手指相對支座作往復(fù)運動）和平面平移型。本設(shè)計采用二指回

2、轉(zhuǎn)型手抓。4.2 機械手的主要部件及運動本機械手的部件有齒輪、齒條、連桿和液壓缸等。主要的運動有直動液壓缸驅(qū)動齒條的平動、齒輪和齒條的嚙合運動、連桿的轉(zhuǎn)動和手抓的平行移動。4.3 驅(qū)動方式的選擇本機械手的驅(qū)動方案采用液壓機構(gòu)驅(qū)動機械手,結(jié)構(gòu)簡單、尺寸緊湊、重量輕、控制方便。4.4 機械手的技術(shù)參數(shù)列表用途：卸碼垛機械手臂抓重：5kg抓取的物體的幾何形狀：寬度為90110mm六菱柱形鋼質(zhì)工件機械手自重：小于等于10kg4.5 機械工作原理機械手的夾工件的工作原理框圖如圖1所示。 四連桿齒條齒輪傳動執(zhí)行機構(gòu)驅(qū)動系統(tǒng)（液壓傳動）手爪夾持工件圖1. 機械手夾工件的工作原理框圖該機械手采用了液壓驅(qū)動方式

3、來實現(xiàn)其工作的要求，工作要求就是機械手能適應(yīng)六菱柱形鋼質(zhì)工件不同面的夾持，故帶有水平轉(zhuǎn)盤手臂的回轉(zhuǎn)運動。傳動機構(gòu)采用齒條與齒輪嚙合。本機械通過液壓驅(qū)動傳遞動力推動齒條平動，齒條與齒輪嚙合將液壓缸傳來的水平運動轉(zhuǎn)化為齒輪連桿的回轉(zhuǎn)運動。而齒條與齒輪嚙合驅(qū)動四連桿轉(zhuǎn)動，四連桿機構(gòu)使夾板水平移動，完成對工件的夾緊松開。機械手的整體結(jié)構(gòu)圖如圖2、圖3所示。手爪部分特點如下表述：1. 機械手手部由手爪（即夾板）和傳力機構(gòu)所構(gòu)成。機械手爪能夾寬度尺寸為90110mm的工件，由于所夾工件是六菱柱形鋼質(zhì)工件，故在豎直方面上夾持會比較方便設(shè)計和簡化機構(gòu)，手爪部分可以做成平面夾板，而機構(gòu)本身應(yīng)帶水平轉(zhuǎn)盤機構(gòu)以適應(yīng)

4、不同角度的夾持。2. 傳力機構(gòu)型式連桿杠桿式，夾板是與工件直接接觸的構(gòu)件，在豎直方向上夾持工件，夾板表面始終保持與工件側(cè)表面平行，通過夾板產(chǎn)生夾緊力來完成夾放物件的任務(wù)。 圖2.機械手整體結(jié)構(gòu) 圖3.機械手除去端蓋部件正視圖4.6結(jié)構(gòu)說明本機械手從上至下主要部件分別是水平轉(zhuǎn)盤、液壓缸、齒條齒輪、四連桿、夾板。手爪結(jié)構(gòu)設(shè)計及夾持范圍計算（如圖4）a.齒輪設(shè)計：綜合考慮避免齒輪根切、加工方便、機械手結(jié)構(gòu)盡量小和簡單等因素，齒輪模數(shù)M=1，分度圓半徑為20mm。同時連桿1和齒輪做成一體能大大簡化機械結(jié)構(gòu)。b.考慮到剛度和夾緊的需要確定L3=19c.確定D因為機械手要夾緊的工件的范圍是90110mm，

5、所以D=1.61.021.550=122.4 N計算驅(qū)動力：F計算= FN（h+L2COS）-kb）=122.4（47.5+80cos18）-0.1518.11）/20=739N實際驅(qū)動力：取=0.95得 F實際= F計算/=739/0.95=778 N液壓缸的直徑D 選取活塞桿直徑d=0.5D,選擇液壓缸壓力油工作壓力P=0.81MPa,表1.液壓缸的缸筒內(nèi)徑尺寸系列 表2. 液壓缸活塞桿外徑尺寸系列 表3. 液壓缸活塞行程系列（GB/T 2349-1980）根據(jù)表1，選取液壓缸內(nèi)徑為：D=16mm根據(jù)表2，則活塞桿內(nèi)徑為:D=160.5=8mm，選取d=8mm行程選擇：當夾住工件為90mm

6、時，到達最小極限位置，則夾板應(yīng)能夾住小于90，取a=40（圖4），即齒輪轉(zhuǎn)過角度要為齒條與齒輪配合，即齒條要走過L=20=2.67mm查表3，行程選擇最小行程25mm就可以滿足要求了4.6.3 主要零件結(jié)構(gòu)說明a.齒條（如圖5）齒條的端部做成圓柱形，方便裝配。另外在齒條的端面打孔，一方面可以與液壓缸推桿端部很好的連接，另一方面可以方便定位，簡化優(yōu)化結(jié)構(gòu)。圖5.齒條 b.齒輪連桿（圖6）齒輪與連桿做成一體，齒輪中心用軸連接，軸兩端用套筒和軸承固定在殼體上，齒輪連桿與長桿連接處有凸起，保證連接處間隙可調(diào)。圖6.齒輪連桿 圖7.齒條與齒輪連桿嚙合c.軸承（如圖8）軸承使用的是脂潤滑軸承，該類軸承使用

7、方便，潤滑性能優(yōu)異，耐高溫，保證使用精度，持久耐用。軸承與殼體上的軸承孔配合，用軸承蓋封裝起來，所以從外部看機械手整體，軸承就看不到，但是軸承是本機械手中非常重要的部件，它很好地減小摩擦，保證了連桿運動的平穩(wěn)性。 圖8.脂潤滑軸承 圖9.連桿與軸、軸承配合d.連桿2（如圖10）其中與夾板連接的連桿2如圖所示，連桿2的連桿部位設(shè)計成對稱形式，這樣就保證了鉸接處很好地運動，并且在結(jié)構(gòu)上看起來也比較美觀合理。e.夾板（如圖11）連桿連接，在豎直方向上可動。如果工件在未加工之前表面不平整，那么通過夾板在豎直方向上微動確?？梢酝耆珚A住工件。注：連桿連接處用鉸制螺栓連接圖10.連桿2 圖11.連桿與夾板配

8、合連接 四、 主要零件的工藝性a.底板（如圖13）底板做成彎折狀，毛壞直接鑄造得到，經(jīng)過精加工得到實體。殼體由兩塊底板連接合成得到。對比設(shè)計前期所做的底板（如圖12）及組成的整體機構(gòu)，發(fā)現(xiàn)改進后的底板使結(jié)構(gòu)更加緊湊合理和保證了運動的穩(wěn)定。圖12.改進前的底板及由底板裝配得到的機械手實體 圖13.改進后的底板及由底板裝配得到的機械手實體b.齒輪連桿(如圖15)該零件是機械設(shè)計的關(guān)鍵零件，對比前期設(shè)計（如圖14），齒輪與連桿分開，雖然齒輪與連桿可以比較容易得到，但是裝配起來會使得機構(gòu)臃腫并且不穩(wěn)定。改進后（如圖15），將齒輪與連桿做成一體，從而節(jié)省了材料，同時又使得機械手的結(jié)構(gòu)變得緊湊，使得運動平

9、穩(wěn)。在加工方面，連桿上的齒可以采用線切割技術(shù)方便地得到，并且節(jié)省了材料，精度也得到了保障。此外，在連桿連接處設(shè)計了凸臺，這樣可以調(diào)整間隙而使得配合良好，而且因為凸臺是工作面，加工凸臺使得加工方便，并且連桿旋轉(zhuǎn)時會產(chǎn)生摩擦，加凸臺會使得摩擦面減小，從而使機構(gòu)運動平穩(wěn)。 圖14.改進前的齒輪和連桿 圖15.改進后的齒輪連桿c.連桿2該連桿在連接處設(shè)計成對稱形式（如圖17），裝配后運動穩(wěn)定，并且在結(jié)構(gòu)上裝配合理。對比前期（如圖16）的設(shè)計，發(fā)現(xiàn)在前期的設(shè)計容易發(fā)生振動，并且容易磨損。改進后的零件克服了以上弱點。并且改進后的結(jié)構(gòu)在鉸接處精度要求更高一些。 圖16.改進前的連桿2 圖17.改進后的連桿2六、小結(jié)1、本次設(shè)計的是液壓專用機械手，適用于夾寬度尺寸90110mm、質(zhì)量為5kg以內(nèi)的六菱柱形鋼質(zhì)工件，設(shè)計出來的機械手機構(gòu)經(jīng)過驗算后可以滿足要求。2、設(shè)計的過程中，通過大家集體討論得出初步方案，按照方案進行設(shè)計并不斷改進驗算優(yōu)化，最終設(shè)計出大家滿意的結(jié)果。在設(shè)計過程當中，應(yīng)該每隔一兩天小組成員一起討論，提出設(shè)計過程中出現(xiàn)的各種問題并解決問題，這樣設(shè)計會比較有效率并且可以集團體智慧，時不時地找指導(dǎo)老師提供意見，綜合設(shè)計出最優(yōu)化結(jié)果。3、設(shè)計過程是對自己solidworks技能提升的過程，即使是一個簡單的結(jié)構(gòu)，畫起圖來也是很花時間和精力的。一件看似簡單的東西