目 录第一章 绪 论41.1国内外机械手综述41.1.1简史41.1.2应用简况51.2机械手的组成和分类51.2.1机械手的组成51.2.2机械手的分类71.3本课题研究的主要内容及意义71.3.1课题 平衡臂机械手的设计之总体设计及基础的内容及基本要求71.3.2重点研究的问题81.3.3主要技术指标81.3.4本次设计的意义8第二章 平衡臂机械手机械结构的设计计算92.1机械手机构的分析与设计92.1.1机械手的自由度92.1.2坐标形式102.1.3机械手的机构简图以及部件尺寸10第三章 平衡臂机械手总体设计方案123.1机械手总体系统的设计123.2液压机械手液压系统的工作原理123.3液压系统的组成原理133.4液压传动机械手的特点133.5机械手的动作顺序143.6液压系统工作原理图143.7 控制方式选择153.8平衡臂机械手总体布局方案的确定16第四章 平衡臂机械手总体设计及计算184.1地基基础的设计计算184.2主轴的设计及强度校核194.2.1主轴部件的基本要求194.2.2轴的设计计算204.2.2轴的校核224.2.3轴上花键的校核23第五章 大臂驱动的设计计算245.1大臂的驱动力矩的计算245.2回转缸的驱动力矩计算255.3缸盖的强度计算265.4大手臂做升降运动时所需的驱动力275.5驱动油缸的计算28第六章 轴承的校核296.1第一对轴承296.2第二对轴承296.3第三对轴承29第七章 箱体的设计计算307.1箱体支架的结构形式和材料307.2铸铁箱体主要结构尺寸和关系31第八章 油管的布局32第九章 电机的选择与安装339.1选择驱动电机339.2电机与泵组的安装方式33设计总结34参考文献35附录一 英文文摘翻译36附录二 英文文摘原文39平衡臂机械手的设计之总体设计及基础摘要：论文模仿平衡臂机械手的基本功能和设计思路，根据给定的规定动作顺序，综合运用所学的基本理论、基本知识和相关的机械设计专业知识，完成了机械手的设计，并绘制必要的零部件图和装配图，其中包括机器装置的原理方案构思和拟定；原理方案的实现、传动方案的设计；主要结构的设计简图；设计计算与说明；控制油路系统的设计。工业机械手设计的主要技术关键问题为：夹持机构的夹紧与翻转；行程机构的转向与伸缩；提升机构的提升；控制油路系统的设计。关键词：平衡臂 工业机械手 手爪 伸缩油缸 转动油缸Summary： The thesis deploys the basic function and the way of design of the automatic hand , according to the given provision of action in proper order, comprehensively using the basic theories, basic knowledge and the related professional knowledge of mechanical design, completing the design of mechanical hand, and drying the diagrams of the necessary spare parts and the assemble diagram, including the consideration and the establishment of the principle;The realization of the principle, powertrains of the project; sketch plan of the structure;calculation of design and the elucidation; design of the the liquid press system.The mainly key problem of design a mechanical hand is :Clipping the object and revolving;The route of travel organization;the promotion of the organization;the design of the liquid press system.Keyword:Arm balance Industrial mechanical hand Hand claw Flexible oil urn recolcing oil urn第一章 绪 论工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新技术，并已经成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分。这种新技术发展很快，逐渐成为一门新兴的学科机械手工程。机械手的迅速发展是由于它的积极作用正日益为人们认识：其一，它能部分地代替人工操作；其二，它能操作必要的机具进行焊接和装配。从而大大得改善人工的劳动条件，显著得提高劳动生产效率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。因而，受到各先进工业国家的重视，投入大量的人力物力加以研究和应用。尤其在高温，高压，粉尘，噪音以及带有放射性和污染的场合，应用得更为广泛。在我国，近几年来也有较快的发展，并取得一定的效果，受到机械工业和铁路工业部门的重视。机械手一般分为三类。第一类是不需要人工操作的通用机械手。它是一种独立的不附属于某一主机的装置。它可以根据任务的需要编制程序，以完成各项规定操作。它的特点是具备普通机械的物理性能外，还具备通用机械，记忆智能的三元机械。第二类是需要人工操作的，称为操作机。它起源于原子，军事工业，先是通过操作机来完成特顶的作业，后来发展到用无线电寻好操作机械手来进行月球的探测等。工业中采用的锻造操作机也属于这一范畴。第三类是专用机械手，主要负数于自动机床或自动线上，用以解决机床上下料和工件传送。这种机械手在国外称为Mechanical Hand，它是为主机服务的，有主机驱动；除少数外，工作程序一般是固定的，因此是专用的。1.1国内外机械手综述1.1.1简史机械手首先是从美国开始研制的。1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手。她的结构是：机体上安装一回转长臂，端部装有电磁铁的工件抓放机构，控制系统是示教型的。1962年，美国联合控制公司在上述方案的基础上又试制一台数控示教再现型机械手。商名为Unimate（即万能自动）。同年，美国机械铸造公司也实验成功一种叫Versatrap机械手，原意是灵活搬运。1978年美国Unimate公司和斯坦福大学，麻省理工大学联合研制一种叫Unnimation-Viearm型工业机械手，装有小型电子计算机进行控制，用于装配作业。到目前为止，日本是工业机械手发展最快，应用最多的国家。但是，目前的机械手大部分还属于第一代，主要依靠人工进行控制；控制方式为开环式，没有识别能力；改进的方向主要是减低成本和提高精度。第二代机械手设有微型电子计算机控制系统，具有视觉，触觉能力，甚至听、想的能力。研究安装各种传感器，把感觉到的信息反馈，使机械手具有感觉机能。第三代机械手（机器人）则能独立地完成工作过程中的任务。它与电子计算机和电视设备保持联系。并逐步发展成为柔性制造系统FMS（Flexible Manufacturing System）和柔性制造单元FMC(Flexible Manufacturing Cell)中重要的一环。1.1.2应用简况就国内机械工业，铁路 部门应用机械手的简况，介绍如下：（一） 热加工方面的应用热加工是高温、危险的笨重体力劳动，很久以来就要求实现自动化。为了实现高效率和工作安全，尤其对于大件、少量、低速和人力所不能胜任的作业就更加需要采用机械手操作（二） 冷加工方面冷加工方面机械手主要采用于柴油机配件以及轴类、盘类和箱体类等零件单机加工时的上下料和刀具安装等。进而在程序控制、数字控制等机床上应用，成为设备的一个组成部分。更在加工生产线、自动线上应用，成为机床、设备上下工序联结和重要手段。（三） 拆修装方面 拆修装是铁路工业系统繁重体力劳动较多的部门之一，促进了机械手的发展。目前国内铁路工厂、机务段等部门，已采用机械手拆装三通阀、钩舌、分解制动缸、装卸轴箱、组装轮对、清除石棉等，减轻了劳动强度，提高了拆修装的效率。 采用机械手进行装配更是目前研制的重点，国外已研究采用摄象机和里的传感装置和微型计算机联系在一起，能确定零件的方位，达到镶装的目的。1.2机械手的组成和分类1.2.1机械手的组成 机械手主要由执行机构、驱动机构和控制系统三大部分组成。、 执 行 机 构（1） 手部 手部安装在手臂的前端，手臂的内孔装有传动轴，可把动作传给手腕，以转动、伸屈手腕、开闭手指。 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。手指的数量又分为二指、三指、四指等，其中以二指用的最多。（2） 手臂 手臂有无关节臂和有关节臂之分。目前采用的手臂几乎都是无关节臂。 手臂的作用是引导手指准确得抓住工件，并运送到所需要的位置上。为了使机械手能够正确的工作，手臂的三个自由读都需要精确的定位。（3） 躯干 躯干是安装手臂、动力源和各种执行机构的支架。、 驱 动 系 统驱动机构主要有四种：液压驱动、气体驱动、电气驱动和机械驱动。其中以液压、气动用的最多，占90%以上；电动、机械驱动用的较少。液压驱动主要是通过油缸、阀、油泵和油箱实现传动。它的优点是压力高、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。缺点是需配备压力源，系统复杂，成本较高。气动驱动所采用的元件为气压缸、气马达、气阀等。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。尤其空气的可压缩性大，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。为了减少停机时产生的冲击，气压系统的装有速度控制机构或缓冲减震机构。电器驱动都采用三相感应电机作为动力，用大减速比减速器来驱动执行机构；直线运动则用电机带动丝杠螺母机构；有的采用直线电动机。电气驱动的优点是动力源简单；维护、使用方便。一般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开，工作速度高，成本低；缺点是不易于调整。、 控 制 系 统机械手控制的要素，包括工作顺序、到达位置、动作时间、运动速度和加减速度等。机械手的控制分为点位控制和连续诡计控制两种。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储，然后再根据规定的程序，控制机械手进行工作。程序的存储方式分为分离存储和集中存储两种。对于动作复杂的机械手（机械人），采用示教再现型控制系统。更复杂的机械手（机械人）则采用数字控制系统、小型计算器或微处理机控制的系统。1.2.2机械手的分类一、 按 用 途 分 类1. 专用机械手专用机械手是专为一定设备服务的，简单、使用，目前在生产中运用的比较广泛。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