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1、摘要科学发展观为我国工程技术的发展开辟了广阔道路，而机械手作为一种高科技自动化生产设备，已经广泛应用于国民经济的各个领域，这就对我们的教育培训部门提出了新的要求。因此，为了适应社会发展的形势，在现有技术基础上设计一台三自由度的气动机械手有着深远的科教意义。本课题设计的三自由度气动机械手，主要包括机械手的总体方案设计、机械手的机械结构设计以及驱动、控制系统设计等，实现了机械手手部的三自由度运动：手臂的升降、伸缩和手腕、手臂的伸缩。设计中分析了该机械手的功能要求和现实意义，通过气压缸来实现手臂的升降和伸缩。设计的机械手结构简单、便于操作，在单片机的控制下完成预期的动作。关键词机械手；气动装置；三自
2、由度；控制系统AbstractScientificconceptofdevelopmentofengineeringtechnologyhasopenedupabroadroad,whiletherobotasahigh-techautomatedproductionequipment,hasbeenwidelyusedinvariousfieldsofnationaleconomy,whichtheeducationandtrainingsectorofourproposednewrequirements.Therefore,inordertoadapttothesituationofsoc
3、ialdevelopment,basedonexistingtechnologytodesignateachingtyperobotsciencehasfar-reachingsignificance.Thesubjectofdesignforteachinghandlingrobots,mainlyconsistsofrobotsoveralldesign,robotmechanicalstructuredesign,aswellasdrive,controlsystemdesign,implementationofthemanipulatorhandsoffourdegreesoffree
4、dom:thearmmovements,stretchingandwrist,arm,rotary.Thedesignoftheteachingfunctionofmechanicalhandrequirementsandpracticalsignificance,achievedbypneumaticcylinderspushthearmmovementsandstretching,rotarypneumaticcylindersusedtoachievearmandwristrotation.Manipulatordesignsimple,easytooperate,underthecon
5、troloftheMCUtocompletethedesiredaction,givingthestudentsavisualimpression,toachievethepurposeofteachingdemonstration.KeywordsManipulatorTeachingtypeFourDegreesofFreedomSCM1 11.1 机械手概述11.2 机械手的组成和分类11.2.1 机械手的组成11.2.2 机械手的分类41.3 国内外发展状况51.4 课题研究的主要内容71.5 机械手的功能要求72机械手的设计方案82.1 机械手的座标型式与自由度82.1.1 机械手的
6、坐标型式82.1.2 机械手的自由度92.2 机械手的手部结构方案设计92.3 机械手的主要参数112.4 机械手的技术参数列表113机械手机械系统设计133.1 手部结构设计133.1.1 真空吸盘吸持工件的功力学分析133.1.2 真空吸盘的选取133.1.3 真空发生器设计143.1.4 其他元件的选用163.2 手臂结构设计163.2.1 手臂设计的基本要求173.2.2 手臂的典型机构及结构选择173.2.3 手臂直线运动驱动力的计算183.2.4 气缸工作压力和结构的确定194机械手气压系统的设计224.1 气压传动系统工作原理图224.2 气动元件介绍23结论26致谢27参考文献
7、281绪论1.1 机械手概述机器人由操作机（机械本体），控制器，伺服驱动系统和检测传感装置构成一个人形操作，自动控制，可重复编程，能在自动化生产设备的三维空间机电一体化的完成各种工作。特别适合于多品种，体积可变的柔性生产。其稳定性，并提高产品质量，提高生产效率，提高起着的劳动条件和产品的快速更新换代非常重要的作用。高科技机器人技术是计算机，控制论，组织，信息和传感技术，人工智能，仿生学并形成其他学科的结合，是当代研究十分活跃，日益广泛领域的应用。机器人技术的应用，是一个国家工业自动化水平的重要标志。机器人代替人工的劳动不是简单意义上的，而是一个人谁有意优势的机电设备机械和专业知识，无论人们对环
8、境状况和快速反应能力，分析和判断，另一台机器很长一段时间继续工作，精确度高，抗恶劣环境，从某种意义上，它也是机器，这是一个重要的生产和工业及非工业界每一组是不可缺少的先进服务的进化过程的产物制造技术自动化设备。机器人是模仿人手的行动的一部分，根据给定的程序，跟踪和自动机械装置的自动采集，处理或操作要求。在工业机器人称为应用“工业机器人在生产自动化机器人应用可以提高生产水平和劳动生产率：可以减轻劳动强度，保证产品质量，实现安全生产，特别是在高温，高压，低温，低压，粉尘，易爆，有毒气体和放射性和其他恶劣环境下代替正常的劳动人民更是显著。因此，越来越广泛引用于机械加工，冲压，铸造，锻造，焊接，热处理
9、，电镀，涂装，总装及轻工，交通等方面的问题。机器人开始正式结构相对简单，高度敬业的，只有一台机器装卸设备连接到本机专用机械手。随着工业技术的发展，通过程序控制制成，可实现独立的重复操作，“万能机器人控制程序”的范围很广，简称通用机械手。因为一般的机器人可以迅速改变工作方案，适应性，所以它是不断变化的品种小批量的生产积累了丰富的参考资料。1.2 机械手的组成和分类1.2.1 机械手的组成主要由机器人执行器，驱动形成系统，控制系统和位置检测装置。各系统相互之间的关系如方框图1-1所示。（一）执行机构它包括手，手腕，手臂和列的其他部分，和一些额外的行走机构。手部该部件与所述对象接触。由于不同的形式与
10、对象接触，可以分为夹子和吸附手。片手用手指（或爪）和传力机构构成。手指与对象组件手指运动的常用形式回转型和平移型直接接触。回转型手指结构简单，易于制造的组件，所以广泛应用。少平移的应用，其原因是复杂的结构，但是平移圆形夹紧手指部分，工件直径变化不影响其轴线的位置，因此，在大径范围适于保持工件。手指结构取决于物体的表面被抓取的形状，夹件（外部轮廓或空穴）和重和该对象的尺寸。常见的有手指平，V形表面和表面：手指夹式和卡片；指数有两个手指，多指式和手，如两个手指的风格。通过手指夹生成把对象来完成任务的动力传递机构的夹紧力。传力机构型式较常用的有:连杆式、凸轮式、齿轮齿条式、螺旋式和绳轮式等。吸附式手
11、部主要由吸盘等构成，它是靠吸附力（如吸盘内形成负压或产生电吸磁力）吸附物件，相应的吸附式手部有负压吸盘和电磁盘两类。对于轻小片状零件，光滑的板材，通常用吸盘吸。造成消极的方式有气流和真空负压式。为圆环的渗透性，和一个穿孔的磁盘部件，并且有网状金属板，通常电磁吸盘吸力。由直流和交流电磁铁的电磁铁产生的电磁吸盘吸力。带吸盘和吸入电磁吸盘，其形状，数目，大小吸附力吸盘，可根据被吸附的对象的形状，大小和重量的大小。2手腕是连接手部和手臂的部件，并可用来调整被抓取物件的方位（即姿势）。3、手臂所述支撑臂被捕获的对象，手，腕的重要组成部分。操作臂带动手指抓住一个对象，然后要求将其定运输到指定地点。通常由机
12、器人臂部件（如气缸，气缸，齿轮齿条机构，连杆机构，凸轮机构和螺杆机构等）和驱动源（例如液压的，气动的或电机等）的驱动器手臂的运动，使手臂的各种运动。手臂可能实现的运动如下：直线运动:如伸缩、升降、横移运动C基本运动Y回转运动:如水平回转、左右摆动运动手臂运班直线运动与回转运动的组合（即螺旋运动）I复合运动X两直线运动的组合（即平面运动）、两回转运动的组合（即空间曲面运动）。当伸缩臂携带或升降运动，以防止绕其轴线旋转时，都需要一个导向装置，以确保手指的运动的正确方向。此外，该指南还承担当弯矩和扭矩和摆动手臂运动开始，由制动转矩产生，使运动部件的应力状态是简单的转动惯量遭受武器。引导装置结构的形式
13、，常用的有：单缸，两缸和四缸型，如取向。4、立柱柱支承臂部件，列也可能是手臂的一部分，手臂运动的旋转运动都与列相关联。该机器人是一般的工作需要固定的列，但有时也可以横向移动，被称为便携式列。5、行走机构相比与工业机器人需要完成的操作距离，或扩大使用范围，辑可安装在基体中，轨运行的齿轮等上，以实现在整个工业机器人的运动。辐行走机构可分为2轨和无轨。运动应增设四轮驱动机械传动装置。6、机座基座是一个基本组成部分的机器人，和驱动系统组成的机器人驱动器被安装在支架上，它作为支撑和连接。（二）驱动系统机器人驱动系统驱动一个动力致动器的运动装置，通常由一动力源，所述控制装置和所述辅助调节装置的组成部分。有
14、驱动系统液压四种常见形式，气动传动，动力传动和机械传动等。（三）控制系统控制系统由工业机器人运动控制系统的要求为主。目前机械手控制系统的一般过程控制系统和电气定位（或机械挡块定位）系统。控制系统一般采用电器控制，可根据规定的动作程序，哪些占主导地位的机器人，和人们的记忆中给机器人指令信息（如动作顺序，轨迹，速度和时间），而他们的信息控制系统的执行器发出一个指令，如果需要，监视机器人的运动，当发生错误或故障的报警信号的作用。（四）位置检测装置机器人的运动控制致动器位置和致动器的任何时候反馈到控制系统中的实际位置，并与所述位置集合，然后由控制系统调节，使得致动器被设置为在一定的位置精度进行比较。1
15、.2.2 机械手的分类许多类型的机器人，在分类问题，有一个在国家分类标准不统一，在此暂按范围，驱动器和分类控制系统。（一）按用途分机械手可分为专用机械手和通用机械手两种：1、专用机械手它被连接到主机，与没有机械设备的独立控制系统的固定程序。特种机器人有少动，工作对象单一，结构简单，工作可靠，成本低的特点，往往在这种自动化的自动机，自动线切割机器人和“加工中心”批量生产自动换刀装置的使用。2、通用机械手它是一个独立的控制系统，该过程变量，机器人的灵活操作。可通过调节驱动系统和性能范围，其中操作方案是可变的并且是独立于控制系统的用于在不同的场合。通用机器人工作范围，定位精度高，通用性强，适合生产品种变化小批量的生产自动化。通用机械手控制自己的方式和伺服定位可分为两种简单：简单的“开一关控制位置，控制点只有：与伺服定位系统，可以点位置控制伺服控制，也可以实现连续路径控制，通用机器人伺服数控型。（二）按驱动方式分1、液压传动液压操纵器的压力来驱动执行机
