工业机械手是一种新型的自动化操作装置。它可以根据作业的要求，按照预先确定的程序搬运物体、装卸零件以及操持喷枪、焊把等工具去完成一定的作业。因此它可在繁重、高温和多粉尘等劳动条件较差的作业中，部分地代替人工操作。
工业机械手首先在机床上应用是作为设备的一个附属装置，用以上下料。随着电子技术的发展已逐步成为一个独立的自动化装置，并扩大应用到铸造、加工、焊接、组装和喷漆等作业中。机械制造工业中笨重的体力劳动作业较多，迫切需要进行技术改造。而机械手的研制和应用将是改善生产劳动条件，提高产品质量和效率的有效手段之一。也是新技术革命的主要内容。
这次的设计便是为了更快速的作业。而在缝纫机针抛光自动线上，用机械手来代替手工抛光的操作，缝纫机针在各摆动机械手指间，根据抛光工艺过程，依次调头、传递并进行抛光作业。通过摆动机械手在抛光自动线上的摆动，手臂回转、手腕回转与夹持运动来完成缝纫机针的上下料运动，以达到抛光作业的目的。
2 机械手的组成、分类
2.1 机械手的组成
机械手主要由执行机构、驱动机构、控制系统三大部分组成。
2.1.1 执行机构
执行机构包括手部，腕部，臂部，立柱，和基体等构件组成:
(1) 手部——（或称抓取机构）手部是夹持工件的构件。它由手爪和夹紧装置两部分组成。手爪有夹紧和松开动作。夹持式手爪的形式与人的手指相仿。主要起抓取和放置物件的作用。机械手手部的构造系模仿人的手指，分为无关节、固定关节和自由关节三种，手指的数量又可分为二指、三指、四指等，其中以二指用得最多。
(2) 腕部——是联接手部和臂部的构件，起支撑手部的作用。它可以有俯仰，左右摆动和回转三个运动。特殊情况可以增加一个横向移动。有的机械手没有手腕动作。
(3) 臂部——是支撑手部，腕部的构件。机械手的臂部是为取代人的手臂而研究设计的，但它却达不到象人臂的灵巧和适应功能。因此，只有把结构简化，把运动轨迹分为沿三坐标轴线方向往复移动和绕三坐标轴线进行回转。
(4) 立柱——是支撑手臂等构件的。一般机械手的立柱为固定不动的，也有的因工作需要立柱作横向移动，此种称可移动式立柱。
2.1.2 驱动部分
驱动部分是驱动臂部，腕部，手部的动力源，常用的有液压，气压，电力和机械式等四种形式。
液压驱动主要是通过油缸、阀、油泵和油箱等实现传动。它利用油缸，油马达加齿轮、齿条实现直线运动；利用摆动油缸、油马达与减速器、油缸与齿条、齿轮或链条等实现回转运动。液压驱动的优点是压力高、体积小，出力大，动作平缓，可无级变速，自锁方便并能在中间位置停止。缺点是需配置压力源，系统复杂，成本较高。
气压驱动所采用的元件为气压缸、气压达、气阀等，一般采用4~6个大气压，个别的达到8~10个大气压。它的优点是气源方便，维护简单，成本低。缺点是出力小，体积大。由于空气的可压缩性大，很难实现中间位置的停止，只能用于点位控制，而且润滑性较差，气压系统容易生锈。
电气驱动采用的不多，电气驱动的优点是动力源简单；维护、使用方便。驱动机构和控制系统可以采用同一型式的动力，出力比较大；缺点是控制响应速度比较慢。
机械驱动只用于动作固定的场合。一般用凸轮连杆机构实现规定的动作。它的优点是动作确实可靠，工作速度高，成本低，缺点是不易于调整。
2.1.3 控制部分
控制部分是机械手动作的指挥系统，由它来控制动作的顺序（程序），位置和时间（甚至速度与加速度）等。机械手的控制分为点位控制和连续轨迹控制两种，目前以点位控制的占98%以上。控制系统可根据动作的要求，设计采用数字顺序控制。它首先要编制程序加以存贮，然后再根据规定的程序，控制机械手进行工作。
2.2 机械手的分类
2.2.1 按用途分类
专用机械手：专用机械手是专一为一定设备服务的，简单、实用，目前在生产中运用比较广泛。它一般只能完成一、二种特定的作业。如用来抓取和传送工件。它的工作程序是固定的，也可根据需要编制程序控制，以获得多种工作程序，适用多种作业的需要。
通用机械手：通用机械手是在专用机械手的基础上发展起来的。它能对不同的物件完成多种动作，具有相当的通用性。它是一种能独立工作的自动化装置。它的动作程序可以按照工作需要来改变，大都是采用顺序控制系统。通用机械手又分简易型、示教型、示教再现型和智能机械手、操作式机械手等几种。工业机械手便属于通用机械手。
2.2.2 按控制型式分类
点位控制型机械手：点位控制型机械手的运动轨迹是空间两个点之间的联接。控制点数愈多，性能愈好。它基本能满足于各种要求，结构简单。绝大部分机械手是点位控制型。
连续轨迹控制型机械手：这种机械手的运动轨迹是空间的任意连续曲线，它在三维空间中作极其复杂的动作，工作性能完善，但控制部分比较复杂。控制方式分开关式和伺服式两种。
2.3 机械手的参数
机械手的参数有规格参数和基本参数以及其他参数。
规格参数有：
1. 主参数：抓重（臂力）——额定抓取重量或称额定负荷，单位为公斤。
2. 自由度数目和坐标型式：整机、手臂及腕部共有几个自由度。
定位方式：固定机械挡块，可调机械挡块，行程开关，电位器及其他各种位置设定和检测装置；各自由度设定的位置数目或位置信息用量（多少点）；点位控制或连续轨迹控制。
驱动方式：液压、气压、电动和机械
基本参数有行程；速度；定位精度；程序编制方法和程序容量；受信、发信数目；控制系统动力。
其他参数有驱动源；手抓部分；轮廓尺寸；重量。
3 设计方案的拟定
3.1工业机械手总体设计的原则
总体设计的任务，包括进行机械手的运动设计，确定主要工作参数，选择驱动系统和电控系统，整机结构设计，最后绘出方案草图，总体设计之后要进行各部件的强度，刚度，驱动力的计算。
运动设计及确定主要参数：运动设计是结构设计的基础，它包括选用机械手的运动形式和确定自由度数。通用机械手是为了满足不同的生产上的要求，通常是5~6个自由度，采用作业范围较大的园柱坐标和求坐标的运动形式。专用机械手一般运动简单只要2~3个自由度就能满足特定的工艺要求。专用机械手的运动设计应根据生产条件满足条件的与动形式，力求合理。最少的自由度数，达到机械手机构最简单。机械手的运动取决于生产工艺，主机和料道的空间位置和工件在料道上的方位。专用机械手的运动设计要求采用多种方案进行比较的方法，对自由度数，运动路程的长短，定位点数目等全面分析。自由度数少，运动路程短，定位点少可使用的机械手结构简单。运动速度低，机械手的运动易稳定，定位准确。设计的具体步骤如下：
按生产条件和要求选定工艺操作路线。
根据工艺操作路线选择最合适的臂部运动形式。
将机械手的运动分解为各个独立的自由度。
画出机械手运动简图，进行方案比较。
确定主要参数：抓取重量是机械手设计的重要措施，在用机械手抓取重量就是工件的重量。通用机械手的抓取重量是在规定的运动速度下，能抓取的工件重量的最大值，它是根据通用机械手使用范围来确定的。必要时除规定出标准运动速度的抓取重量之外，可给出。
3.2工业机械手总体设计的目的
机械手总体设计的目的是根据生产的具体要求进行总体方案设计，以选择和确定其型式，基本参数，控制方式，驱动方式和结构形式。
目前，工业机械手大部分还属于第一代，主要依靠人工进行控制；控制方式则为开环式，没有识别能力；改进的方向主要是降低成本。第二代机械手设有微型电子计算机控制系统，能把感觉到的信息反馈，使机械手具有感觉机能。现在，都在加紧研制智能机器人也就是第三代机械手。
3.3 工艺要求
机械手是实现生产过程自动化，提高劳动生产率的一种有力工具。若要使用权一个生产过程自动化，需要对各种机械化，自动化装置进行综合的动手术和经济分析，确定使用机械手是否合适。设计人员要熟悉工艺要求，深入实际调查研究，吸取工人的合理化建议，参加具体工艺实践。
一般的工艺要求有:
(1) 生产工艺和各种机械设备由于 生产特点不同，对机械手提出的要求也不同。如全切机床和自动线，加热泪盈眶炉，压力机，铸造生产线，装焊生产线等机械设备对机械手的运动形式和范围，机型，安装位置，运动速度等提出的要求。此外，对于热加工工艺本身的特点，例如高温，粉尘，有害气体及高速频繁工作等，对机械手的设计提出了一些特殊的要求。又如在热处理和锻造时，机械手要深入炉内或直接抓取高温的工件，因此认真考虑防热及冷却问题是很重要的。
(2) 输送料装置和储料装置决定了工件在上料前和下料后在空间所处的位置和状态。而这种位置和状态对机械手的结构形式的确定有直接的影响。帮在制定设计方案时，必须对这些要求给予充分的注意。
(3) 工作现场的善对机械手的机型有直接的具体要求。
若机械手用于机床上下料，而且场地许可，可选择地面固定式；若受场地面积限制，而且是固定程序的专用机械手，可把机械手放置在机械设备上；若需要扩大机械手运动范围或利用一台机械手进行多机床管理，则可选择地面轨道式或悬挂式。
(4) 对机械手通用性的要求
不同的生产特点对机械手通用性所提出的要求是不同的。在大量生产时，例如在组合机床自动线上，往往只需将机械手固定在一定位置进行一种工件的上下料，这时只需专用机械手便函可满足要求。在成批生产时，需要在某些设备上加工几种类似零件，因而需要对工作顺序，位置及抓取机构有一定的可适应能力，这时需设计简易通用机械手来满足这种要求；在中小批生产时，机械手要在一定的范围内适应不同的工作要求，需要迅速而方便地变更工作程序和运动轨迹，有时甚至要进行电视遥控或者需要机械手本身具有相适应症的能力，这些就需要用通用机械手来满足这些要求。
3.4 机械手的管路布置
管路布置是结构设计的重要问题，机械手常用的管路为油路，气管，水管及电气线路，管路布置的基本要求是：牢固，整齐，便于维修。
常用的管路布置方法为机械手常采用内部走管，多用缸壁和活塞杆钻孔通油，通气。在导向杆中装伸缩管通油，在立柱中钻孔安装回转配油盘等。机械手的机构形式不同内部走路的形式各异
3.5 电控系统的选择及定位方法
机械手电控系统有各种内型，除专用机械手外，多数要专门进行电控系统的设计，本次设计是专用机械手，采用的是电子程序控制。
定位方法是确定机械手各个运动机构的起始位置和最终停止位置的方法，称为机械手的定位方法。机械手的定位方法分为以下几种：
机械定位方式：这种方式是用固定挡扳与限位开关配给或机制动器定位。这种定位方式结构比叫简单，定位精度（重复定位精度）较高，用途较广。但机械磨损较快，因此使用寿命短。
数控定位方式：它是以数字代表行程，即一定的数字代表一定的行程位置。当达到规定的数值时，便达到规定的位置，其定位精度不太高。
用电位计设定位置和检测：采用这种定位方式，既可在固定的位置上进行定位，又可通过在需要的位置上增设电位计的方法增加定位点数，可实现多点定位。
而本次设计的定位方式为：手臂回转的两端点位置（即0~180度）用死挡铁定位；手臂俯仰的两面三刀端点位置用活塞与端盖相碰定位。手腕回转的两端点位置用动片和定片相碰定位。
目 录
中文摘要…………Ⅰ
英文摘要…………Ⅱ
绪论………………1
1 工业机械手的简介
1.1 什么是工业机械手…………………………2
1.2 工业机械手的发展简史……………………2
1.3 工业机械手的应用简况及应用的意义……4
2 机械手的组成和分类
2.1机械手的组成………………………………7
2.1.1执行机构……………………………7
2.1.2驱动部分……………………………7
2.1.3控制部分……………………………8
2.2机械手的分类………………………………8
2.2.1按用途分类…………………………8
2.2.2按控制型式分类……………………8
2.3机械手的参数………………………………9
3 设计方案的拟订
3.1 工业机械手总体设计原则…………………10
3.2 机械手总体设计目的………………………10
3.3工艺要求…11
3.4 机械手的管路配置…………………………11
3.5电控系统的选择及定位方法………………12
4 缝纫机针摆动机械手慨况
4.1缝纫机针摆动机械手的用途………………13
4.2规格参数…13
4.3配置及工作原理……………………………13
4.4摆动机械手的组成部分……………………14
5 手臂俯仰部分机构的设计
5.1手臂的组成15
5.2手臂的设计要求……………………………15
5.3 手臂摆动机构………………………………17
5.3.1手臂上下摆动机构简介……………17
5.3.2手臂上下摆动机构及缓冲…………18
6 手臂回转部分的设计
6.1 手臂回转部分机构…………………………20
6.2手臂回转时驱动力矩的计算………………20
6.3 回转油缸螺栓直径校核……………………22
7 机械手手腕回转部分设计
7.1手腕的定义及作用…………………………24
7.2手腕回转和夹持手部的机构………………24
7.3夹紧力的计算………………………………25
7.4腕部回转力矩的计算………………………26
7.5手腕部手指的设计要求……………………26
7.5.1手指的抓取机能………………………27
7.5.2手指的握力大小………………………27
7.5.3足够的夹紧距离………………………27
8 液压系统的工作原理
8.1液压系统…28
9 什么是自动线
9.1自动线的定义及特征………………………30
9.2自动线的类型………………………………30
9.3自动生产线中的机械手……………………30
10 机械手的可靠性及经济效果
10.1机械手的可靠性……………………………32
10.2经济效果…32
结束语
参考文献
附录
阀.dwg
盖圈.dwg
滚轮.dwg
活塞杆.dwg
机械手的组成.dwg
夹紧缸.dwg
夹紧缸顶盖.dwg
可调座.dwg
钳.dwg
钳座.dwg
手臂回转部分.dwg
手臂上下摆动机构_recover.dwg
手腕回转与夹持式手部.dwg
手指.dwg
橡皮垫.dwg
液.dwg
支撑.dwg
缝纫机针摆动机械手设计.doc
