机械注塑机取件机械手的设计三自由度气含.docx

目 录

摘 要 1
关键词 1
1 前言 2
1.1 机器人概述 2
1.2 机器人的历史、现状 3
1.3 机器人发展趋势 4
2 机械手设计方案 4
2.1 机械手基本形式的选择 4
2.1.1 直角坐标型机器人 4
2.1.2 极坐标型机器人 5
2.1.3 圆柱坐标型机器人 5
2.1.4 多关节机器人 5
2.2 驱动装置的选择 6
2.2.1 液压驱动 6
2.2.2 气压驱动 7
2.2.3 电动机驱动 7
3 引拔设计 8
3.1 设计参数 8
3.2 方案设计 8
3.3 引拔机构结构设计 8
3.3.1 引拔气缸参数计算 8
3.3.2 附加导向杆机构设计 9
4 机械臂的设计 10
4.1 设计参数 10
4.2 方案设计 10
4.3 机械臂气缸的选用 10
4.3.1 预选气缸的缸径 10
4.3.2 预选气缸行程 11
4.3.3 验算缓冲能力 11
4.3.4 活塞杆长度的验算 11
4.3.5 计算气缸的空气消费量 12
4.3.6 选择活塞杆端部接头 12
4.3.7 选择气缸的品种和安装形式 12
5 横行的设计 12
5.1 设计参数 12
5.2 方案设计 12
5.3 横进气缸的选用 13
5.4 导轨设计 14
6 机械手结构设计 14
6.1 夹持器设计的基本要求 14
6.2 夹紧装置设计. 15
6.2.1 夹紧力计算 15
6.2.2 驱动力力计算 15
6.2.3 气缸驱动力计算 16
6.2.4 选用夹持器气缸 16
6.2.5 手爪的夹持误差及分析 16
6.2.6 楔块等尺寸的确定 19
6.2.7 材料及连接件选择 21
7 气动顺序动作的确定 22
8 结论 22
参考文献 22
致谢 23

学 生：刘 超
指导老师：陈文凯
(湖南农业大学东方科技学院，长沙 410128)

摘 要：在当今大规模制造业中，企业为提高生产效率，保障产品质量，普遍重视生产过程的自动化程度，工业机器人作为自动化生产线上的重要成员，逐渐被企业所认同并采用。工业机器人的技术水平和应用程度在一定程度上反映了一个国家工业自动化的水平，目前，工业机器人主要承担着焊接、喷涂、搬运、取件以及堆垛等重复性并且劳动强度极大的工作，工作方式一般采取示教再现的方式。
本文将设计一台三自由度的工业机器人，用于给注塑机取出成品。
关键词：机器人；气缸；注塑机；结构设计

Design of Manipulator for Injection
Student:Liu Chao
Tutor:Chen Wenkai
(Orient Science &Technology College of Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China)

Abstract : In order to enhance the efficiency of production and guarantee the quality of products,more attention has been paid to the automation in the process of production in the modern manufacturing industry with large scale.Therefore,industrial robots are gradually appproved and adopted by enterprises as an important part in the automation production line.To some extent,the technical level and application of industrial robots have reflected on the automation level in national industries.At present,they mainly undertake such jobs mostly in playback way as welding,spraying,transporting taking and stowing,which are usually done repeatedly with high work strength.
In the thesis,an industrial robot with three DOFS will be designed to remove the finished molding machine.
Key words: android;cylinder;injection machine;structural design

1 前言[1]
1.1 机器人概述
在现代工业中，生产过程的机械化、自动化已成为突出的主题。化工等连续性生产过程的自动化已基本得到解决。但在机械工业中，加工、装配等生产是不连续的。专用机床是大批量生产自动化的有效办法；程控机床、数控机床、加工中心等自动化机械是有效地解决多品种小批量生产自动化的重要办法。但除切削加工本身外，还有大量的装卸、搬运、装配等作业，有待于进一步实现机械化。机器人的出现并得到应用，为这些作业的机械化奠定了良好的基础。
“工业机器人”（Industrial Robot）：多数是指程序可变（编）的独立的自动抓取、搬运工件、操作工具的装置（国内称作工业机器人或通用机器人）。
机器人是一种具有人体上肢的部分功能，工作程序固定的自动化装置。机器人具有结构简单、成本低廉、维修容易的优势，但功能较少，适应性较差。目前我国常把具有上述特点的机器人称为专用机器人，而把工业机械人称为通用机器人。
简而言之，机器人就是用机器代替人手，把工件由某个地方移向指定的工作位置，或按照工作要求以操纵工件进行加工。
要机器人像人一样拿取东西，最简单的基本条件是要有一套类似于指、腕、臂、关节等部分组成的抓取和移动机构——执行机构；像肌肉那样使手臂运动的驱动－传动系统；像大脑那样指挥手动作的控制系统。这些系统的性能就决定了机器人的性能。一般而言，机器人通常就是由执行机构、驱动－传动系统和控制系统这三部分组成，如图1所示。
Fig.1 The general composition of the robot

1.2 机器人的历史、现状
机器人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器人。它的结构特点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。
日本是工业机器人发展最快、应用最多的国家。自1969年从美国引进两种典型机器人后，大力从事机器人的研究。
目前工业机器人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和提高精度。
第二代机器人正在加紧研制。它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，把感觉到的信息进行反馈，使机器人具有感觉机能。
第三代机器人（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) 中的重要一环。
随着工业机器人研究制造和应用领域不断扩大，国际性学术交流活动十分活跃，欧美各国和其他国家学术交流活动开展很多。国际工业机器人会议ISIR决定每年召开一次会议，讨论和研究机器人的发展及应用问题。
目前，工业机器人主要用于装卸、搬运、焊接、铸锻和热处理等方面，无论数量、品种和性能方面还不能满足工业生产发展的需要。使用工业机器人代替人工操作的，主要是在危险作业（广义的）、多粉尘、高温、噪声、工作空间狭小等不适于人工作业的环境。
在国外机械制造业中，工业机器人应用较多，发展较快。目前主要应用于机床、模锻压力机的上下料，以及点焊、喷漆等作业，它可按照事先制订的作业程序完成规定的操作，但还不具备传感反馈能力，不能应付外界的变化。如发生某些偏离时，就将引起零部件甚至机器人本身的损坏。
随着现代化科学技术的飞速发展和社会的进步，针对于上述各个领域的机器人系统的应用和研究对系统本身也提出越来越多的要求。制造业要求机器人系统具有更大的柔性和更强大的编程环境，适应不同的应用场合和多品种、小批量的生产过程。计算机集成制造（CIM）要求机器人系统能和车间中的其它自动化设备集成在一起。研究人员为了提高机器人系统的性能和智能水平，要求机器人系统具有开放结构和集成各种外部传感器的能力。然而，目前商品化的机器人系统多采用封闭结构的专用控制器，一般采用专用计算机作为上层主控计算机，使用专用机器人语言作为离线编程工具，采用专用微处理器，并将控制算法固化在EPROM中，这种专用系统很难（或不可能）集成外部硬件和软件。修改封闭系统的代价是非常昂贵的，如果不进行重新设计，多数情况下技术上是不可能的。解决这些问题的根本办法是研究和使用具有开放结构的机器人系统。
我国虽然开始研制工业机器人仅比日本晚5-6年，但是由于种种原因，工业机器人技术的发展比较慢。目前我国已开始有计划地从国外引进工业机器人技术，通过引进、仿制、改造、创新，工业机器人将会获得快速的发展。
1.3 机器人发展趋势
随着现代化生产技术的提高，机器人设计生产能力进一步得到加强，尤其当机器人的生产与柔性化制造系统和柔性制造单元相结合，从而改变目前机械制造的人工操作状态，提高了生产效率。
就目前来看，总的来说现代工业机器人有以下几个发展趋势：
a)提高运动速度和运动精度，减少重量和占用空间，加速机器人功能部件的标准化和模块化，将机器人的各个机械模块、控制模块、检测模块组成结构不同的机器人；
b)开发各种新型结构用于不同类型的场合，如开发微动机构用以保证精度；开发多关节多自由度的手臂和手指；开发各类行走机器人，以适应不同的场合；
c)研制各类传感器及检测元器件，如，触觉、视觉、听觉、味觉、和测距传感器等，用传感器获得工作对象周围的外界环境信息、位置信息、状态信息以完成模式识别、状态检测。并采用专家系统进行问题求解、动作规划，同时，越来越多的系统采用微机进行控制。
2 机械手设计方案
2.1 机械手基本形式的选择[2]
(1)(2)(3)(4)(5)(6)(1)
(2)(3)(4)(5)(1)(2)(3)(4)(5)(6)(1)(2(3)(4)(5)(6)
直角坐标型 圆柱坐标型

极坐标型 多关节型
图2 工业机械手基本结构形式
Fig.2 The basic structure of industrial manipulator
本课题要求机械手为直角坐标型.
2.2 驱动装置的选择[2]
驱动方式进行分析比较。2.2.1 (1)(2)(3)(4)(1)(2)(3)2.2.2 气压驱动
(1)(2)(3)(4)(1)(2)(3)2.2.3 电动机驱动
电动机驱动可分为普通交、直流电动机驱动，交、直流伺服电动机驱动和步进电动机驱动。
普通交、直流电动机驱动需加减速装置，输出力矩大，但控制性能差，惯性大，适用于中型或重型机器人。伺服电动机和步进输出力矩相对小，控制性能好，可实现速度和位置的精确控制，适用于中小型机器人。交、直伺服电动机一般用于闭环控制系统，而步进电动机则主要用于开环控制系统，一般用于速度和位置精度要求不高的场合。
由于气压驱动气源容易获得，无污染，,故本设计确定选用气压驱动。
3 引拔设计
3.1 设计参数
（1）伸缩长度：160mm；
（2）单方向伸缩时间：1～2S；
（3）定位误差：要有定位措施，定位误差小于2mm；
（4）前端安装机械臂连接块，伸缩终点无刚性冲击；
3.2 方案设计
气动驱动方案伸缩原理采用单出杆双作用气动油缸，手臂纵向移动时采用单向调速阀进行节流调速，接近终点时，发出信号，进行调速缓冲，靠气缸行程极限定位，采用附加导向杆防止转动，采用电液换向阀，控制伸缩方向。

1、引拔 2、小型导向气缸 3、机械臂连接块 4、附加导向杆
图3 引拔示意图
Fig.3 Schematic drawing cited
3.3 引拔机构结构设计
3.3.1 引拔气缸参数计算
3.3.1.1 预选气缸的缸径及缸桶壁厚：根据气缸的负载状态，确定气缸的轴向负载力F。
取μ=0.2 F=μW=0.2*300=60（N） （3-1）【6】
根据负载的运动状态，预选气缸的负载率η。
取η=50%
根据气源供气条件，确定气缸的使用压力p。p应小于减压阀进口压力的85%。
已知F,η和p，对双作用气缸，预选杆径与缸径之比d/D=0.3~0.4，由式（3-2）至式（3-4），便可选定缸径D，缸径D的尺寸应标准化.
（3-2）【6】
（3-3）【6】
(3-4) 【6】
解得D≈17.66 考虑到气缸的行程比较长缸径D取。
缸桶壁厚可根据薄壁筒的计算公式计算：
(3-4) 【6】
式中D为缸筒内径(cm)，p为缸筒承受的最大气压力(MPa)，[σ]为缸筒材料的需用应力（MPa）。
缸筒壁厚的实际取值，对于一般用途气缸约取计算值的7倍，再圆整到标准管材尺寸，这里b取10mm。
3.3.1.2 预选气缸行程：根据气缸的操作距离及传动机构的行程比预选气缸行程为160mm。
3.3.1.3 验算缓冲能力：根据气缸的运动状态是输出拉力、负载率η=50%、气缸的行程L=160mm和气缸的动作时间t=1.5s,由《气动手册》P293图9-7可查得气缸的理论基准速度=700.由表9-20，可查得气缸的最大速度与理论基准速度之比a值为0.9，从而求的气缸的最大速度=630。
查得气缸的负载质量M和最大速度的交点在预选气缸缸径的缓冲曲线之下，表示负载运动的动能小于气缸允许吸收的最大能量，所以该预选缸径的缓冲能力满足要求。
3.3.1.4 活塞杆长度的验算：查《气动手册》CG1系列气缸活塞杆受轴向压力而不失去稳定性的最大行程为290mm大于要求行程160mm，故满足要求。
3.3.1.5 计算气缸的空气消费量
该气缸的空气消费量为
3.3.1.6 选择气缸的品种和安装形式：长沙华德液压气动有限公司生产的
3.3.1.7 选择磁性开关：根据表10-15可查的磁性开关的品种及安装方式为采用钢带固定的有触点舌簧型D-C73L，采用直接出线式的接线方式，导线长为3m。
3.3.1.8 选择活塞杆端部联结形式：采用螺钉连接。
3.3.2 附加导向杆机构设计
3.3.2.1 附加导向机构的作用：附加导向机构的作用是保证气缸缸活塞杆伸出时机械臂连接块的方向性，提供机构刚度，保证伸缩量的准确性。
3.3.2.2 导向机构的外形尺寸及材料：导向选择钢管导向，钢管为引拔上的一部分，经配合连接而成；机械臂连接块则在其上滑动且其的引拔端部靠近部分。材料选择为45号钢.，如图4所示：

1、导向钢管 2、端部顶板 3、螺母
图4 附加导向杆
Fig.4 additional guide bar
3.3.2.3 引拔范围控制与调整：引拔伸缩范围控制靠行程开关，保证把工件精确地取出。行程开关使用LXW4-11型微型开关。

图5 LXW4-11型微型开关
Fig.5 LXW4-11-type micro-switch
4 机械臂的设计
4.1 设计参数
（1）伸缩长度：550mm；
（2）单方向伸缩时间：2.5～3.5S；
（3）前端安装机械手，伸缩终点无刚性冲击；
4.2 方案设计
气动驱动方案伸缩原理：采用单出杆双作用液压油缸，手臂伸出时采用单向调速阀进行调速，接近终点时，发出信号，进行调速缓冲，靠气缸行程极限定位，采用电磁换向阀，控制伸缩方向。
4.3 机械臂气缸的选用
4.3.1 预选气缸的缸径[3]
根据气缸的负载状态，确定气缸的轴向负载力F。
取μ=0.8 F=μW=0.8*100=80（N） （4-1）【6】
根据负载的运动状态，预选气缸的负载率η。
取η=50%
根据气源供气条件，确定气缸的使用压力p。p应小于减压阀进口压力的85%。
已知F,η和p，对双作用气缸，预选杆径与缸径之比d/D=0.3~0.4，由式（4-2）至式（4-4），便可选定缸径D，缸径D的尺寸应标准化.
(4-2) 【6】

（4-3）【6】
(4-4) 【6】
解得D≈17.75 考虑到气缸的行程比较长缸径D取。
缸桶壁厚可根据薄壁筒的计算公式计算：
(4-5) 【6】
式中D为缸筒内径(cm)，p为缸筒承受的最大气压力(MPa)，[σ]为缸筒材料的需用应力（MPa）。
缸筒壁厚的实际取值，对于一般用途气缸约取计算值的7倍，再圆整到标准管材尺寸，这里b取10mm。
4.3.2 预选气缸行程
根据气缸的操作距离及传动机构的行程比预选气缸行程为550mm。
4.3.3 验算缓冲能力
根据气缸的运动状态是输出拉力、负载率η=50%、气缸的行程L=550mm和气缸的动作时间t=2s, 由《气动手册》P293图9-7，可查得气缸的理论基准速度=500.由表9-20，可查得气缸的最大速度与理论基准速度之比a值为0.95，从而求的气缸的最大速度=475。
查的气缸的负载质量M和最大速度的交点在预选气缸缸径的缓冲曲线之下，表示负载运动的动能小于气缸允许吸收的最大能量，所以该预选缸径的缓冲能力满足要求。
4.3.4 活塞杆长度的验算
查《气动手册》关于CG1-气缸活塞杆受轴向压力而不是去稳定性的最大行程为600mm大于要求行程550mm，故满足要求。
4.3.5 计算气缸的空气消费量
该气缸的空气消费量为
4.3.6 选择活塞杆端部接头
选择活塞杆的端部接头，因需要避免工件与活塞杆的轴向偏心而得出采用法兰型。
4.3.7 选择气缸的品种和安装形式
CM系列小型可缓冲气缸CM40-600F1-SK2 .安装形式为前端法兰式

图6 CM40-600F1-SK2气缸
Fig.6 CM40-600F1-SK2 cylinder
5 横行的设计
5.1 设计参数
（1）横行长度：1000mm；
（2）单方向伸缩时间：3.5～4.5S；
（3）定位误差：要有定位措施，定位误差小于2mm；
（4）缸体与引拔连接推动引拔左右移动，伸缩终点无刚性冲击；
5.2 方案设计
气动驱动方案伸缩原理：因为横行长度达到了1000mm，故考虑采用采用无杆气缸驱动。无杆气缸没有普通气缸的刚性活塞杆，它利用活塞直接实现往复运动。这种气缸最大优点是节省安装空间，特别适用于小缸径长行程的场合。
结构设计：基体部分做成肋板形式与基座相连，减少横行部分的总体质量，横行面上采用导轨形式，进行横向定位并承受机械手重量，采用三位五通电磁换向阀，控制横进方向。如图7

1、无杆气缸 2、导轨 3、基座
图7 横行基座
Fig. 7 transverse base
5.3 横进气缸的选用
本次横进气缸预选AMR系列的磁耦式无杆气缸
根据导向精度、最大允许负载和最大允许力矩选用无杆气缸的系列和缸径。
最大允许负载和最大允许力矩与导向型式、受力姿势、活塞运动和缸径有关。
由于考虑气缸不能承受大的集中载荷，故在气缸两侧设立2个导轨代替气缸承受机械臂的质量，故气缸的承受载荷不予虑。
因为横进系统的额定最大行程为1000mm，根据AMR系列的行程如表1
由于气缸的推力F等于导轨与重物的摩擦力，已知重物的质量约为1600N，导轨的摩擦系数0.002-0.003,所以
预选气缸缸径为，因为气缸的工作压力为0.49MPa由图9查的本气缸的理论输出力为220N，满足系统要求。
表1 ANR系列行程图
Tab.1 ANR Series itinerary map
AMRB
AMRG
10
Ф10
50~500mm
50~500mm
16
Ф16
50~500mm
50~700mm
20
Ф20
100~1500mm
100~1500mm
25
Ф25
100~1500mm
100~1500mm
32
Ф32
100~2000mm
100~1500mm
40
Ф40
100~2000mm
100~1500mm

图8 理论输出力图
Fig.8 Theory of output sought
确定该行程的气缸为AMR25-1000。
5.4 导轨设计
钢:一般用寻轨：45钢、40Cr、T8A、T10A、GCr15、GCr15SiMn等表面淬火或全淬；要求高的导轨，常采用20Ce、20CrMnTi、15钢等，渗碳淬硬到56~62HRC，磨削加工后淬硬深度不低于1.5mm;
两条导轨一条采用矩形截面一条采用三角形截面，在横向定位的同时也降低安装精度。6.1 夹持器设计的基本要求
（1）应具有适当的夹紧力和驱动力；
（2）手指应具有一定的开闭范围；
（3）应保证工件在手指内的夹持精度；
（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。
设计参数及要求
（1）采用手指式夹持器，执行动作为抓紧—放松；
（2）所要抓紧的工件直径为80mm 放松时的两抓的最大距离为110-120mm/s ， 1s抓紧,夹持速度20mm/s；
（3）工件的材质为2kg；
（4）夹持器有足够的夹持力；
（5）夹持器靠法兰联接在手臂上。由气缸提供动力。
6.2 夹紧装置设计.
6.2.1 夹紧力计算
手指夹在工件上的夹紧力是设计手部的主要依据，必须对其大小、方向、作用点进行分析、计算。一般来说，夹紧力必须克服工件的重力所产生的静载荷（惯性力或惯性力矩）以使工件保持可靠的夹紧状态。
手指对工件的夹紧力可按下列公式计算：
（6-1）【4】
式中：
—安全系数，由机械手的工艺及设计要求确定,通常取1.2——2.0，取1.5；
—工件情况系数，主要考虑惯性力的影响， 计算最大加速度，得出工作情况系数, ，a为机器人搬运工件过程的加速度或减速度的绝对值（m/s）；
—方位系数，根据手指与工件形状以及手指与工件位置不同进行选定，
手指与工件位置：手指垂直放置 工件水平放置；
手指与工件形状： 型指端夹持圆柱型工件，
，为摩擦系数，为型手指半角，此处粗略计算,
G—被抓取工件的重量
求得夹紧力，，取整为120N。
6.2.2 驱动力计算
根据驱动力和夹紧力之间的关系式：
（6-2）【4】
式中：
c—滚子至销轴之间的距离；
b—爪至销轴之间的距离；
—楔块的倾斜角
可得，得出F为理论计算值，实际采取的气缸驱动力要大于理论计算值，考虑手爪的机械效率，一般取0.8～0.9，此处取0.88，则：
，取
6.2.3 气缸驱动力计算
设计方案中压缩弹簧使爪牙张开，故为常开式夹紧装置，气缸为单作用缸，提供推力：
（6-3）【4】
式中 ——活塞直径
——活塞杆直径
——驱动压力，
,工作压力P=0.49MPa
据公式计算可得气缸内径：

根据气动设计手册，圆整后取D=16mm。
活塞行程，当抓取80mm工件时，即手爪从张开120mm减小到80mm，楔快向前移动大约40mm。取气缸行程S=40mm。
表2 QCG薄型气缸安装尺寸图
Tab.2 QCG thin cylinder Installation size map
缸径
行程
Ф16
5mm
Ф16
10mm
Ф16
15mm
Ф16
20mm
Ф16
30mm
Ф16
40mm
6.2.5 手爪的夹持误差及分析[4]
机械手能否准确夹持工件，把工件送到指定位置，不仅取决于机械手定位精度（由臂部和腕部等运动部件确定），而且也与手指的夹持误差大小有关。特别是在多品种的中、小批量生产中，为了适应工件尺寸在一定范围内变化，避免产生手指夹持的定位误差，需要注意选用合理的手部结构参数，见图9，从而使夹持误差控制在较小的范围内。在机械加工中，通常情况使手爪的夹持误差不超过，手部的最终误差取决与手部装置加工精度和控制系统补偿能力。

R1,R2---工件半径 C1C2=
图9 夹持误差图
Fig.9 Figure clamping error
工件直径为80mm，尺寸偏差，则，，。
本设计为楔块杠杆式回转型夹持器，属于两支点回转型手指夹持，如图10

图10 楔块杠杆式夹持器
Fig.10 Gripper wedge leveraged
若把工件轴心位置C到手爪两支点连线的垂直距离CD以X表示，根据几何关系有：

简化为：
该方程为双曲线方程，如图11：

图11 工件半径与夹持误差关系曲线
Fig.11 Radius of workpiece clamping error curve
由上图得，当工件半径为时，X取最小值，又从上式可以求出：
，通常取,
若工件的半径变化到时，X值的最大变化量，即为夹持误差，用表示。
在设计中，希望按给定的和来确定手爪各部分尺寸，为了减少夹持误差，一方面可加长手指长度，但手指过长，使其结构增大；另一方面可选取合适的偏转角，使夹持误差最小，这时的偏转角称为最佳偏转角。只有当工件的平均半径取为时，夹持误差最小。此时最佳偏转角的选择对于两支点回转型手爪（尤其当a值较大时），偏转角的大小不易按夹持误差最小的条件确定，主要考虑这样极易出现在抓取半径较小时，两手爪的和边平行，抓不着工件。为避免上述情况，通常按手爪抓取工件的平均半径，以为条件确定两支点回转型手爪的偏转角，即下式：

其中,,型钳的夹角
代入得出：
则
则，此时定位误差为和中的最大值。

分别代入得：
，
所以，，夹持误差满足设计要求。
由以上各值可得：

取值为。
6.2.6 楔块等尺寸的确定
楔块进入杠杆手指时的力分析如下：

图12 楔块进入手爪受力图
Fig.12 by trying to wedge into the gripper
上图12中
—斜楔角，＜时有增力作用；
—滚子与斜楔面间当量摩擦角，，为滚子与转轴间的摩擦角，为转轴直径，为滚子外径，，为滚子与转轴间摩擦系数;
—支点至斜面垂线与杠杆的夹角；
—杠杆驱动端杆长；
—杠杆夹紧端杆长；
—杠杆传动机械效率
6.2.6.1 斜楔的传动效率:斜楔的传动效率可由下式表示：

杠杆传动机械效率取0.834，取0.1，取0.5，则可得=, ，取整得=。
6.2.6.2 动作范围分析阴影部分杠杆手指的动作范围，即，见图 13

图13 动作范围分析图
Fig. 13 Range of motion analysis diagram
如果，则楔面对杠杆作用力沿杆身方向，夹紧力为零，且为不稳定状态，所以必须大于。此外，当时，杠杆与斜面平行，呈直线接触，且与回转支点在结构上干涉，即为手指动作的理论极限位置。
6.2.6.3 斜楔驱动行程与手指开闭范围:当斜楔从松开位置向下移动至夹紧位置时，沿两斜面对称中心线方向的驱动行程为L，此时对应的杠杆手指由位置转到位置，其驱动行程可用下式表示：

杠杆手指夹紧端沿夹紧力方向的位移为：

通常状态下，在左右范围内，则由手指需要的开闭范围来确定。由给定条件可知最大为55-60mm,最小设定为30mm.即。已知，可得，有图14关系：

图14 楔块尺寸示意图
Fig.14 Schematic diagram of wedge size
可知：楔块下边为60mm，支点O距中心线30mm，且有，解得：
6.2.6.4 与的确定:斜楔传动比可由下式表示：

可知一定时，愈大，愈大，且杠杆手指的转角在范围内增大时，传动比减小，即斜楔等速前进，杠杆手指转速逐渐减小，则由分配距离为：，。
6.2.6.5 确定:由前式得：

，，取。
6.2.6.6 确定:为沿斜面对称中心线方向的驱动行程，有图15中关系

图15 L对中心线的驱动方程的示意图
Fig.15 L of the center line diagram of the driving equation
，取，则楔块上边长为18.686，取19mm.
6.2.7 材料及连接件选择
V型指与夹持器连接选用圆柱销，d=6mm, 需使用2个。
杠杆手指中间与外壳连接选用圆柱销，d=6mm, 需使用2个。
滚子与手指连接选用圆柱销，d=4mm, 需使用2个。
以上材料均为钢，无淬火和表面处理销两端均打直径1.2mm的圆孔，用
GB/T91 1.2X8的开口销连接。
楔块与活塞杆铰链联结。

7 气动顺序动作的确定
考虑到注塑机抓取的效率问题，引拔气缸一般不会经常用到，故将其单独设立一回路，分开控制。
所以注塑机机械手抓取过程主要由手臂升降缸（A缸）、手爪开闭缸（B缸）和横向移动气缸（C缸）所完成。在初始状态，手臂在左端；B缸缩回，手爪开启；A缸缩回，手臂上升处于上面。整个动作顺序为A缸伸出（手臂下降），下降到工件位置时触动缸上的磁性开关→B缸伸出（气抓夹取工件），抓取工件后触动缸上的磁性开关→A缸缩回（手臂上升）→C缸右移（手臂右向横行）→A缸伸出（手臂下降）→B缸缩回（气抓放下工件）→A缸缩回（手臂上升）→C缸左移（手臂左向横行），如此循环。

8 结论
本次机械手的设计主要对于夹持器，横行，气压设计思想和设计过程。内容主要包括：夹持器与横行总体方案的确定，总体结构设计、主要部件的受力分析和强度校核。由于时间有限，本设计中的PLC控制未设计。
题目的综合训练比较强，涉及知识面广，重点在于培养工程思想及意识，理论联系实际，提高初步设计能力。设计要求在保证其原有性能的前提下，尽可能地提高其特色即性能价格比。并且要求该机械手具有较小的体积，简单的结构和低廉的价格，和造型美观的外形，各调整环节的设计要方便人体接近方便工具的使用。其难点在于结合实际，进行结构设计. 在设计过程中，我综合运用了四年来所学到的专业知识，感觉到自己专业知识中某方面的欠缺，通过再次的复习，明显感觉到了知识的增长，我们从中学到了很多的知识，也体会到了毕业设计的综合性，结合辅导老师的指导与自己的专业知识和生产实践，才能较为完整地完成此次设计任务。

参考文献
[1] 郭洪江主编.工业机器人技术[M].西安电子科技大学出版社，2006:3-35
[2] 朱世强,王宣银主编.机器人技术及其应用[M].浙江大学出版社，2001:30-48
[3] 李允文主编.工业机械手设计[M].北京:机械工业出版社,1996：56-74
[4] 王承义. 机械手及其应用[M].北京:机械工业出版社,1981:10-46
[5] 成大先主编.机械设计手册.单行本.气压传动[M].北京:化学工业出版社,2004:28-69
[6] 许炳辉主编.气动手册[M].上海:上海科学技术出版社,2003：280-300
[7] 刘杰等编著.机电一体化技术基础与产品设计[M].北京:冶金工业出版社,2003:18-48
[8] 谢存禧,张铁主编.机器人技术及其应用[M].北京:机械工业出版社,2005:135-148
[9] 张铁,谢存禧编.机器人学[J].广州:华南理工大学出版社，2002:58-63
[10] 濮良贵,纪名刚主编.机械设计(第七版)[M].北京:高等教育出版社，2001：3-19
[11] 张海根主编.机电传动控制[M]. 北京:高等教育出版社，2001:103-116
[12] 刘鸿文主编.材料力学[M]. 北京:高等教育出版社，2004：12-25
[13] 吴宗泽,罗圣国主编.机械设计手册[M].北京:高等教育出版社，2006：35-57
[14] 宗光华主编.机器人创意设计与实践[M]. 北京:北京航空航天出版社，2004:47-52
[15] 宋德玉主编.可编程序控制器原理及应用系统设计技术[M].冶金工业出版社，2005:64-84
[16] 孙恒,陈作模主编.机械原理[M]. 北京:高等教育出版社,2000：263-273
[17] 王卫卫主编.材料成型设备[J].北京:机械工业出版社,2005:71-76
[18] 朱孝录主编.中国机械设计大典[M].江西科学技术出版社，2002:166-215
[19] 范次猛主编.可编程控制器原理与应用[M].北京理工大学出版社，2006:174-213
[20] 张淑娟,全腊珍主编.画法几何与机械制图[M].中国农业出版社,2007:2-306

致 谢
在本设计的开题论证、课题研究、论文撰写和论文审校整个过程中，得到了陈文凯老师的亲切关怀和精心指导，使得本设计得以顺利完成，其中饱含了陈文凯老师的汗水和心血。老师敏锐的学术思想、严谨踏实的治学态度、渊博的学识、精益求精的工作作风、诲人不倦的育人精神，将永远铭记在学生心中，使学生终生受益。在此我向陈文凯老师表示衷心的感谢和崇高的敬意。同时也感谢辅导员唐江兰老师在这三年来对我们的虚心的教导!
感谢工学院的领导和老师对我的关心和帮助!
再次感谢所有支持和帮助过我的领导、老师、同学们!