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球坐标式四自由度机械手项目设计方案

2 设计参数

2.1设计题目

球坐标式四自由度机械手设计 2.2 初始参数与设计要求

（1）抓重：100N （2）自由度：4个 （3）臂部运动参数：

表 2-1

运动名称 伸缩 回转 回转 符号 X φ θ 行程范围 350mm 0 o-210o 0 o-45o 速度 ＜250mm/s ＜90 o /s ＜90 o /s （4）腕部运动参数：

表 2-2

运动名称 符号 行程范围 0 o -180o 速度 ＜90 o /s 回转 ? （5）手指夹持范围：棒料，直径φ40-φ60mm，长度450-1200mm （6）定位方式：电位器（或接近开关等）设定，点位控制

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（7）驱动方式：液压（中、低压系统） （8）定位精度：±3mm （9）控制方式：PLC控制

3设计方案的拟定

3.1初步分析

该工业机械手的坐标形式是球坐标式，其臂部的运动由一个直线运动和两个转动组成，即沿X轴的伸缩，绕Y轴的俯仰和绕Z轴的回转。这种机械手臂部的俯仰运动能抓取到地面上的物件，为了使手部能够适应被抓取对象方位的要求，常常设有手腕上下摆动，使其手部保持水平位置或其它状态。这种形式的机械手具有动作灵活，占地面积小而工作范围大等特点，它适用于沿伸缩方向向外作业的传动形式。但结构较复杂，此外，臂部摆角的误差通过手臂会引起手部中心处的误差放大。

3.2 执行机构

3.2.1手部

手部是用来直接抓取或握紧（或吸附）工件的部件。由于被抓握工件的形状、尺寸大小、轻重和材料的性能、表面状况等不同，工业机械手的手部结构是多种多样的，大部分的手部结构都是根据工件的要求而设计的。常用的手部结构有夹钳式、气吸式、电磁式以及其他形式。

夹钳式手部设计的基本要求 （1） 应具有适当的夹紧力和驱动力 （2） 手指应应具有一定的开闭范围 （3） 应保证工件在手指内的夹紧精度 （4） 要求结构紧凑、重量轻、效率高 （5） 应考虑通用性和特殊要求 3.2.2腕部

连接手部与臂部的部件，主要作用是在臂部运动的基础上进一步改

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变或调整手部在空间的方位，使机械手适应复杂的动作要求。要求0-180°的回转动作，因此选用具有单自由度的回转液压缸驱动结构。此结构 特点是结构紧凑，灵活，但回转角度较小，并且要求严格密封，否则就很难保证稳定的输出扭矩。

腕部设计的基本要求及其自由度： a 力求结构紧凑，重量轻 b 综合考虑，合理布局

c 必须考虑工作条件 对于高温作业和在腐蚀性介质中工作的机械手，其腕部在设计时应充分考虑环境对腕部的不良影响

3.2.3臂部及机身

臂部是机械手的主要执行部件。作用是支承腕部和手部（包括工件与工具）。并带动他们作空间运动。臂部运动的目的是把手部送到空间运动范围内的任意一点。如果改变手部的姿态则由腕部的自由度实现。因而机械手的臂部一般具有三个自由度才能满足基本要求：即手部的伸缩 左右回转和升降（或俯仰）运动。机身是直接支承和传动手臂的部件。一般实现臂部的升降 回转和俯仰等运动的驱动装置或传动件都安装在机身上，或者直接构成机身的躯干与底座相连。因而其设计与臂部的设计经常一起考虑。机身可以是固定的，也可以是行走的，即可以沿地面或架空轨道运动。

臂部设计的基本要求为：a 承载能力大，刚度好，自重轻 b 运动速度高，惯性小 c 臂部运动应灵活 d 位置精度要高

除上面提到的要求外，还要保证机械手的通用性要好，能适应在不同环境作业的要求：工艺性要好，便于安装和加工;用于高温环境作业的机械手，还要考虑隔热和冷却；用于粉尘大作业区的机械手，还要设置防尘装置等。这方面的设计需要根据机械手工作环境条件进行具体的设计。

综上所述，本机械手的设计，臂部选用双导向杆伸缩结构。其特点为手臂的伸缩缸安装在两根导向杆之间，由导向杆承受弯曲作用，活塞杆只受拉压作用，受力简单，传动平稳，外形整齐美观，结构紧凑。

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