六自由度机械手设计说明书

六自由度机械手

机械设计课程设计说明书

六自由度机械手

上海交通大学机械与动力工程学院

专业 机械工程与自动化

设计者： 李晶（5030209252）

李然（5030209316） 潘楷（5030209345） 彭敏勤（5030209347） 童幸（5030209349）

指导老师: 高雪官

2006.6.16

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六自由度机械手

前言

在工资水平较低的中国，制造业尽管仍属于劳动力密集型，机械手的使用已经越来越普及。那些电子和汽车业的欧美跨国公司很早就在它们设在中国的工厂中引进了自动化生产。但现在的变化是那些分布在工业密集的华南、华东沿海地区的中国本土制造厂也开始对机械手表现出越来越浓厚的兴趣，因为他们要面对工人流失率高，以及交货周期缩短带来的挑战。

机械手可以确保运转周期的一贯性，提高品质。另外，让机械手取代普通工人从模具中取出零件不仅稳定，而且也更加安全。同时，不断发展的模具技术也为机械手提供了更多的市场机会。

可见随着科技的进步，市场的发展，机械手的广泛应用已渐趋可能，在未来

黑 龙 江 科 技 学 院 毕 业 设 计 (论 文) 说 明 书

目 录

第一章

引言 …………………………………………………………………2 1.1 机械手的分类 …………………………………………………2 1.2 机械手的组成 …………………………………………………5 1.3 应用机械手的意义 ……………………………………………7

第二章 总体技术方案及系统组成

2.1 原始数据 ………………………………………………………8 2.2 工作要求 ………………………………………………………8 2.3 系统组成 ………………………………………………………9 2.4 总体技术方案 …………………………………………………9 2.4.1 动作分析 …………………………………………………10 2.4.2 手部 ………………………………………………………10

第三章 机修手的液压部分

3.1 液压系统的工作原理……………………………………………12 3.2 液压传动的工作特性……………………………………………12 3.3 液压系统的组成 ………………………………………………12 3.4 液压系统的优,缺点

2. 六自由度搬运机械手的结构设计

根据机械手的基本要求能快速、准确地拾起-放下搬运物件，这就要求它们具有高精度、快速反应、一定的承载能力、足够的工作空间和灵活的自由度及在任一位置都能自动定位等特征。设计原则是：充分分析作业对象（工件）的作业技术要求，拟定最合理的作业工序和工艺、并满足系统功能要求和环境条件；明确工件的形状和材料特性，定位精度要求，抓取、搬运时的受力特性、尺寸和质量参数等，从而进一步确定对该机械手结构和运行控制的要求；尽量选用定型的标准组件，简化设计制造过程，兼顾通用性和专用性，并能实现柔性转接和编程控制。本课题设计的是一种小型的多关节式六自由度机械手，能够满足相应的动作要求，并对一些小质量工件实现抓取、搬运等一些列动作。

2.1 六自由度搬运机械手的功能分析

该机械手系统共有6个自由度，分别为肩的回转与曲摆，大臂的曲摆，小臂的曲摆，手腕的曲摆与回转，以及手抓的回转。

该系统中基座固定，与基座相连的肩可以进行360度的回转；与肩相连接的大臂可以进行-90～+90度曲摆，与大臂相连接的小臂可以进行-90～+90度曲摆，大臂和小臂动作幅度较大，可以满足俯仰要求。手腕可以进行360度的旋转，手腕也可以完成-90～+90度的曲摆，末

2. 六自由度搬运机械手的结构设计

根据机械手的基本要求能快速、准确地拾起-放下搬运物件，这就要求它们具有高精度、快速反应、一定的承载能力、足够的工作空间和灵活的自由度及在任一位置都能自动定位等特征。设计原则是：充分分析作业对象（工件）的作业技术要求，拟定最合理的作业工序和工艺、并满足系统功能要求和环境条件；明确工件的形状和材料特性，定位精度要求，抓取、搬运时的受力特性、尺寸和质量参数等，从而进一步确定对该机械手结构和运行控制的要求；尽量选用定型的标准组件，简化设计制造过程，兼顾通用性和专用性，并能实现柔性转接和编程控制。本课题设计的是一种小型的多关节式六自由度机械手，能够满足相应的动作要求，并对一些小质量工件实现抓取、搬运等一些列动作。

2.1 六自由度搬运机械手的功能分析

该机械手系统共有6个自由度，分别为肩的回转与曲摆，大臂的曲摆，小臂的曲摆，手腕的曲摆与回转，以及手抓的回转。

该系统中基座固定，与基座相连的肩可以进行360度的回转；与肩相连接的大臂可以进行-90～+90度曲摆，与大臂相连接的小臂可以进行-90～+90度曲摆，大臂和小臂动作幅度较大，可以满足俯仰要求。手腕可以进行360度的旋转，手腕也可以完成-90～+90度的曲摆，末

机电一体化系统设计课程设计 设计题目： 内 装：

1. 设计说明书 2. 装配图 3. 控制电路原理图 4. ……. 专 业： 姓 名： 学 号： 指导教师： 完成日期： 成 绩：

福建农林大学机电工程学院

机电一体化系统设计课程设计说明书

设计题目： 学 院： 专业年级： 学 号： 学生姓名： 指导教师：

年 月 日

一、机械手的概述 .................................................................................................... 1 1.1 机械手的组成和分类 ..........

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

四自由度机械手的设计

作者：刘东

来源：《科技与创新》2014年第23期

近年来，机器人的开发不仅越来越优化，而且涵盖了许多领域，应用范畴也十分广泛。在工业中，自动控制系统有着广泛的应用，例如数控机床、智能机器人、计算机系统、模糊控制等。而工业机器人是相对较新的电子设备，它正在改变现代化工业的面貌。在某些劳动环境极其恶劣的条件下，就可以使用机器人来代替人力工作。下面所介绍的机械手就是为降低工人劳动强度，提高劳动效率、产品质量和经济效益而设计的。四自由度的机械臂具有三个旋转关节和一个平移关节，末端安装有一个能够抓取物体的电磁手爪。 1; 机械手的总体设计 1.1; 机械手基本形式的选择

常见的工业机械手根据手臂的动作形态，按坐标形式大致可分为直角坐标型机械手、圆柱坐标型机械手、球坐标（极坐标）型机械手和多关节型机机械手。其中，由于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。机械手搬运物品如图1所示。在图1中，机械手的任务是将传送带A上的物品搬运到传送带B. 图1; 机械

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四自由度机械手的设计

作者：刘东

来源：《科技与创新》2014年第23期

近年来，机器人的开发不仅越来越优化，而且涵盖了许多领域，应用范畴也十分广泛。在工业中，自动控制系统有着广泛的应用，例如数控机床、智能机器人、计算机系统、模糊控制等。而工业机器人是相对较新的电子设备，它正在改变现代化工业的面貌。在某些劳动环境极其恶劣的条件下，就可以使用机器人来代替人力工作。下面所介绍的机械手就是为降低工人劳动强度，提高劳动效率、产品质量和经济效益而设计的。四自由度的机械臂具有三个旋转关节和一个平移关节，末端安装有一个能够抓取物体的电磁手爪。 1; 机械手的总体设计 1.1; 机械手基本形式的选择

常见的工业机械手根据手臂的动作形态，按坐标形式大致可分为直角坐标型机械手、圆柱坐标型机械手、球坐标（极坐标）型机械手和多关节型机机械手。其中，由于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。机械手搬运物品如图1所示。在图1中，机械手的任务是将传送带A上的物品搬运到传送带B. 图1; 机械

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1 前言

1.3 我国工业机器人的发展

有人认为，应用机器人只是为了节省劳动力，而我国劳动力资源丰富，发展机器人不一定符合我国国情。这是一种误解。在我国，社会主义制度的优越性决定了机器人能够充分发挥其长处。它不仅能为我国的经济建设带来高度的生产力和巨大的经济效益，而且将为我国的宇宙开发、海洋开发、核能利用等新兴领域的发展做出卓越的贡献。

我国的工业机器人从80年代“七五”科技攻关开始起步，在国家的支持下，通过“七五”、“八五”科技攻关，目前已基本掌握了机器人操作机的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术，生产了部分机器人关键元器件，开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人；其中有130多台套喷漆机器人在二十余家企业的近30条自动喷漆生产线（站）上获得规模应用，弧焊机器人已应用在汽车制造厂的焊装线上。但总的来看，我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，如：可靠性低于国外产品；机器人应用工程起步较晚，应用领域窄，生产线系统技术与国外比有差距；在应用规模上，我国已安装的国产工业机器人约200台，约占全球已安装台数的万分之四。以上原因主要是没有形成机器人产业，当前我国的机器人生产都是应用户的要求

一、设计要求

为卸码垛机械手臂配制造附件，即夹持工件的手指机构。机构应根据工件的形状、尺寸、工件质量大小、表面性质等因素专门设计。本设计拟搬运宽度尺寸90～110mm、质量为5kg以的六菱柱形钢质工件，手指机构带水平转盘。设计手指机构的机械结构，机构自身重量控制在10kg以，手指的动力驱动方式自选。

二、具体设计方案

本次机械手的主要设计构思来源于实验室的机械手模型，通过对实验室机械手的一系列观察研究，开始了如下方案的设计。

首先，我们选择了气动的方式来驱动机械手的运动，而对于气缸的选择，因为在这方面的学习还不够，而且对于我们所设计的机械手结构在气缸方面的要求不高，故在此不作进一步研究。

根据实验室的机械手模型，我们仿照其结构把机械手设计为平行式夹持手爪，接下来是对一些重要尺寸的确定做一较为详细的介绍。

2.1机械手手爪伸缩运动的设计

通过查阅相关资料，对于夹持型手爪进行受力分析如图所示，两个手指总夹持力2μF必须大于夹持工件的重力mg

故应满足2μF>mg，即F>mg/2μ 式中μ为摩擦系数，本次设计的手指夹持处设有辅助件，材料取为硬质橡胶，一般令μ=0.65；

另外已知m为5kg；

由此可得F>mg/2μ=5×9.8/(2×0.65)=38N

机械手的结构图如

一、设计要求

为卸码垛机械手臂配制造附件，即夹持工件的手指机构。机构应根据工件的形状、尺寸、工件质量大小、表面性质等因素专门设计。本设计拟搬运宽度尺寸90～110mm、质量为5kg以的六菱柱形钢质工件，手指机构带水平转盘。设计手指机构的机械结构，机构自身重量控制在10kg以，手指的动力驱动方式自选。

二、具体设计方案

本次机械手的主要设计构思来源于实验室的机械手模型，通过对实验室机械手的一系列观察研究，开始了如下方案的设计。

首先，我们选择了气动的方式来驱动机械手的运动，而对于气缸的选择，因为在这方面的学习还不够，而且对于我们所设计的机械手结构在气缸方面的要求不高，故在此不作进一步研究。

根据实验室的机械手模型，我们仿照其结构把机械手设计为平行式夹持手爪，接下来是对一些重要尺寸的确定做一较为详细的介绍。

2.1机械手手爪伸缩运动的设计

通过查阅相关资料，对于夹持型手爪进行受力分析如图所示，两个手指总夹持力2μF必须大于夹持工件的重力mg

故应满足2μF>mg，即F>mg/2μ 式中μ为摩擦系数，本次设计的手指夹持处设有辅助件，材料取为硬质橡胶，一般令μ=0.65；

另外已知m为5kg；

由此可得F>mg/2μ=5×9.8/(2×0.65)=38N

机械手的结构图如