论文总字数：13363字

摘 要

机械手目前作为一种新型高科技自动化设备，被广泛的运用于国家市场的各个领域。它是一种结合了机械化以及自动化的高科技设备，因我国工程技术的大力发展而得到大力推广。随着机器人技术和工业技术的发展，辅助生产是机械手的功用之一，目前越来越多的应用在工业生产上。它的基本功能是将工件从指定的位置移到另一个位置，机械手操作精度高代替了手工劳动，大大地减少了劳动成本，这样可以使产品的质量和生产效率得到很好地提升。

本课题设计的气动搬运机械手，可以实现手部的四自由度运动，即：手臂的升降、伸缩和手腕、手臂的回转。该论文主要包括机械手的总体方案设计、手部、腕部、臂部的设计等。在此次设计过程中，主要使用回转气缸来完成手腕、手臂的回转，通过气压缸来实现手臂伸缩以及升降。本文分析了机械手的背景意义、功能要求等，该机械手设计简单，方便操作，能够完成预期的动作。

关键词：机械手；气压系统；四自由度

Design of pneumatic handling manipulator

Abstract

As a new type of high-tech automation equipment, robots are widely used in various fields of the national market. It is a combination of mechanization and automation of high-tech equipment, due to the vigorous development of China's engineering technology has been greatly promoted. With the development of robot technology and industrial technology, auxiliary production is one of the functions of robots, and more and more applications are currently in industrial production. Its basic function is to move the work piece from the designated position to another position. The high precision of the robotic hand replaces the manual labor and greatly reduces the labor cost, which can improve the product quality and production efficiency.

The pneumatic transport manipulator designed in this project can realize the four-degrees-of-freedom movement of the hand, namely, the arm's movement, the expansion and contraction, and the rotation of the wrist and the arm. The paper mainly includes the overall design of the robot, the design of the hand, wrist, and arm. In the course of this design, its practical significance and functional requirements were mainly analyzed. Rotation of wrists and arms was achieved through rotary cylinders. Arms were used for telescoping and lifting using pneumatic cylinders. This manipulator is easy to operate and has a simple structure that can be expected to complete the action.

Keywords: Manipulator; Air pressure system; Four degrees of freedom

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 背景及意义 1

1.2 机械手的概述 1

1.3 国内外的发展状况 1

1.4 气动机械手的特点 2

第二章 总体方案的设计 3

2.1 工业机器人的组成 3

2.2 工业机器手的设计分析 4

2.3 本设计的工作内容 4

2.3.1用途 4

2.3.2原始数据 5

2.3.3课题研究的方案 5

第三章 手部设计 6

3.1 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 6

3.3.1计算手指夹紧力 6

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

第四章 腕部设计 11

4.1 腕部的结构设计 11

4.2 腕部的计算 11

4.3 回转气缸的驱动力计算 13

第五章 臂部设计 15

5.1 手臂升降的计算 15

5.1.1尺寸设计 15

5.1.2校核尺寸 15

5.2 手臂回转气缸的计算 16

5.2.1尺寸设计 16

5.2.2尺寸校核 16

5.3 手臂伸缩的计算 17

5.3.1导向装置 18

5.3.2平衡装置 18

第六章 机械手的PLC控制系统的设计 19

6.1可编程控制器(PLC)的简介 19

6.2控制电路设计 19

总结 20

致 谢 21

参考文献 22

第一章 绪论

1.1 背景及意义

自从机械手问世以来，有关于制造工业相关领域的各种难题都迎刃而解。为了实现生产中的自动化和机械化，机械手可以解放人工的沉重劳动，它可以学习人的手和臂的相关功能，按照指定的程序实现抓取、搬运或操作工具。基于此种情况，它可以在高危的状态下工作，较好地保护好操作人员的安全，因此，在许多制造部门得到应用。

1.2 机械手的概述

我国工业机器人的定义是：可以通过自动控制或程序控制的，具有多种功能和多种自由度的机器人。工业机器人可以搬运治具、工作或者材料，组装产品等多种作业。在生产线上应用机器人可以追溯到上世纪的20年代，主要作用是搬运工件，取代人工操作。随着技术的发展，在20世纪40年代的机器人已经可以由工人操作。机器人在60年代发展成为一种可以进行多种操作的一种设备。经过此次改变，生产效率得到了很大的提高，可以生产出高精度、高质量的产品。

机器人能够靠着自身的动力和控制能力来实现各种功能的一种设备，可以通俗地理解为能够模仿人类动作的机器。为了使机器人达到比较高的精度，机器人的设计会包含很多学科的知识，如机械、电子电气、PLC、软件、材料力学、气动和液压等等，通过多种方式组合的控制系统从而控制机器人精确精准的动作。随着相关知识的应用以及各个学科的发展，机器人的功能不仅局限于模仿人类简单的动作，更有甚者拥有了人类大脑、手足和眼睛等类似功能，有些功能还超越人类。机器人越来越智能化，如阿尔法机器人可以和人类下棋。

1.3 国内外的发展状况

相对于国内，国外在近些年机械人有以下一些发展状况：

1. 性能在不断地向高质量、高精度方向进行提高，另外其维修价格低廉，被市场广泛应用。单机的价格普遍得到下调。
2. 国外的机械人已经向模块化方向发展，其结构不断的向智能化、模块化发展。
3. 开放型的控制系统是气动机械手运行的一大特色，这样制造出来的产品才会更加优良。控制系统得到了良好的设计，可以较好地提高其操作系统的稳定性、准确性。
4. 在生产过程中，实现机械化、自动化已经成为当代工业制造中不变的主题。因此，在生产的流水线中，更好更快的使用机械手完成任务是急不可待的。虽然连续性的生产已经较好的得到解决，但是有时候在加工的过程中有时是不连续的。要考虑到生产机械化的迫切需求，就要靠着不断优化机械手的性能。这样才能够在锻造工业中实现进一步的生产。

可以得出，国外的机器制造业取得了显著的进展，已经得到了广大工业界的应用。尤其以美国和日本为例，他们引领着机械工业的主流方向，代表着加工工艺的最先进水平。比如，日本研发服务型机器人，为老人端茶送水、在医院照护病人等等。但是，我国生产机器人的企业较少，更严重的是，每家企

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