三自由度机械手设计詳解.doc

目录 一、绪论 4 1.1机械手概述和发展前景及方向 4 1.1.1概述： 4 1.1.2发展前景及方向： 5 1.2气动技术概述及其发展 6 1.2.1概述 6 1.2.2发展现状和发展趋势 7 1.3气动机械手的应用及发展 8 二、机械手的技术指标和结构组成 9 2.1 本机械手的技术指标 9 机械手设计的主要技术指标 10 主要参数 10 2.2 机械手的总体结构及各部件 10 2 .2 .1 机械手底座平台 11 2.2.2立柱 12 2.2.3 横移气缸 13 2.2.4 垂直升降气缸 14 2.2.5 夹紧气缸 14 2.2.6 机械手手爪 16 2.2.7步进电机 16 2.3机械手的驱动 17 2.4机械手的控制 17 机械手元件及价格 18 三、三自由度机械手的Solidworks造型 20 3.1 手指造型 21 3.1.1手指的结构分析 21 3.1.2 创建手指 22 草图绘制 22 拉伸基体特征 22 3.2手指罩板造型 24 3.2.1 手指罩板造型结构分析 24 3.2.2 手指罩板造型 26 草图绘制 26 拉伸基体特征 26 拉伸切除 27 3.3装配体制作 29 四、电路部分 32 4.1主电路 32 4.1.1主电路图： 32 4.1.2主控电路PCB图： 33 4.1.3主控制系统的功能介绍及使用方法： 33 4.2手持盒 35 4.2.1手持盒电路图： 35 4.2.2手持盒PCB图： 35 4.2.3三自由度气动机械手手持盒介绍 36 4.2.4手持盒主要功能 36 4.2.5手持盒的硬件构成 36 手持盒硬件功能介绍 37 手持盒的使用方法： 42 4.3步进电机 43 4.3.1步进电机驱动器电路图： 43 4.3.2步进电机驱动器PCB图： 43 4.3.3步进电机控制： 44 五、气动部分 45 5.1电磁阀 45 5.1.1电磁阀工作原理： 45 5.1.2阀的功能 47 5.1.3常见故障处理 47 5.2气缸 48 5.2.1气动执行元件和控制元件 48 5.2.2气缸的典型结构和工作原理 48 5.2.3机械手所用气缸型号及特点 50 5.2.4所选气缸的性能及特点： 52 5.2.5电磁阀与气缸间的配合 52 5.2.6本机械手采用气动技术方面的考虑 55 六、基于VB 的气动机械手动画仿真实验及编程 57 6.1基于VB 的气动机械手动画仿真实验 57 6.2编程部分 60 6.2.1上位机VB程序 60 6.2.2下位机C语言程序 70 参考文献 84 小结 85 绪论 机械10班 （学号：2010071）101班 徐向阳（学号：2010071096） 机械10班 （学号：2010071） 图2.2 底座外形图 2.2.2立柱 立柱是本机械手的基础结构，它不仅承担整个机械手的重量和工作时所产生的所有载荷，而且内部还安装了步进电机、推力球轴承等重要部件，实物图如图2.3。 图2.3 立柱实物图 2.2.3 横移气缸 本系统机械手水平横移的行程比较大，为200mm。如果采用双作用单活塞气缸，不仅增大了活塞杆所受的弯矩和转动惯量，而且还增加了所选横移气缸的体积，给加工制造带来了困难。为了解决以上困难，本系统选择了收缩式双活塞杆气缸。既能满足行程要求，所选的气缸体积又小，实物图如图2.4所示。 图2.4 横移气缸实物图 2.2.4 垂直升降气缸 气动机械手中实现手臂往复运动用的最多的是双作用单活塞杆气缸。活塞在气压下作双向运动。结构上可以是气缸体固定、活塞杆运动；也可以是活塞杆固定，而缸体运动。本系统采用缸体固定，活塞运动的结构，实物图如图2.5所示。 图2.5 垂直升降气缸实物图 2.2.5 夹紧气缸 在自动化生产线中，各种形式的机械手应用越来越广泛。现代的机械手采用各种电气、机械、液压、气动等驱动机构，并用电子系统进行控制，以实现模仿人的手臂和手指动作。而其手爪的结构也是各式各样的，但以气动手爪应用较为普遍 。 夹持式手爪的驱动装置较多采用的是作往复直线运动的气缸。在结构上，单杆活塞缸应用最多。所以，本系统夹紧气缸采用双向作用的单杆活塞缸（图2.6），双向作用单杆活塞缸活塞两侧的有效面积不等，在气压相等时，活塞上所受推力＞拉力，如下图所示，实物图如图2.7所示。 图2.6 气压双作用单杆活塞缸 图2.7 夹紧气缸实物图 2.2.6 机械手手爪 机械手的手爪是用来直接