机械手爪作为工业机器人最常见的末端执行器，其性能的优劣对于机器人整体的工作效率有着非常重要影响。我国生产的机械手爪从仿制开始起步，近期产品的质量较早期有所提高。但受国产配套件质量及设计水平等的影响，我国目前生产的机械手爪的总体水平与进口产品及港口用户的要求仍有较大差距，机械手爪的生产也是如此，为满足市场需求，开发出一种新型的机械手爪势在必行！ 此次设计主要通过对三种方案的分析，确定了方案三为本设计的最终方案，方案三的手爪，体积较小，重量轻盈。其中与机器人手腕连接的部分采用了国家标准件的法兰盘，其中的销等零部件，也是通过查询国家标准库后选取的标准件，有利于降低生产企业的制造成本以及使用单位的维护成本。在满足系统工艺要求的前提下，将机械手系统中相对独立的环节采用高性价比且相对简洁的结构形式和控制系统，采用模块化设计，大量采用标准化、模块化的通用元配件，从而使成本大为降低，具有显著的技术经济性。 通过对比液压驱动、气压驱动、电机驱动的特点，合理选择了气压驱动为本设计的驱动装置。通过SolidWorks软件进行手爪结构的有限元分析和运动学分析，使得机械手爪完全符合最初的设计要求。
关键词：机械手；SolidWorks；有限元分析
1 绪论
1.1 设计背景
随着社会，尤其是科学技术的不断进步和发展，机械自动化的发展，已经成为新时代的发展的重要的话题之一。其中，机械手也使用在工业生产过程中最重要的工具，其发展是最快的。在机械制造业中，机械手也被称为工业机器人，它主要用于运输处理原材料或特定机床转换工具和机器装配等等一些自动化流水生产线。综上所述，机械手的应用更为有效，可以降低生产成本。工业自动化水平是PLC的一大特与亮点，可以以更高的水平获得控制它的能力，并且自动化程度较高。PLC经常被用于工业生产，同时它的地位急剧增加，功能也有很大的提高。对于PLC，他的程度是很容易撰写的，使用简单的操作系统也是其一个优势，并在同一时间，以实现控制也方便，这是提高工业生产和加工质量效率。在一些糟糕的环境中,PLC也可以代替人类做一些控制，另一方面，成本相对降低了许多。机械手的设计是基于PLC控制系统，生产上的连续性是很容易实 现的。
机械手的结构变得相对简单，具备强大的特点，不仅在于机床的接入设备上，也在于它是自带的机床特殊操纵装置。不断发展的工业科技，使得机械手可以通过一个程序来实现重复的操作独立地控制，并具有广泛的用途的发展，能够广泛地通用于各个领域，我们通常将这些机械手称为通用机械手。因为高适应性的工作计划，所以通用机械手可以迅速改变状态，因此它被广泛应用于小型和中型批量生产，最大的功能是不断改变生产品种。
1.2 国内外研究现状
到目前为止，世界各国还没有做出“机械手”的统一和明确的定义。所谓“机械手”是可以模拟人的手和臂的运动，并实现根据给定的程序和轨道的要求把持，加工或操作工具的自动装置。“机器人”通常有固定的装置，固定的运动计划，和自动设备通常在固定台中使用。由于三种自动和半自动设备的所谓的“机器人机械手”，“机械手”和“操作员”难以进行区别，且在国内外有一定的技术相似，所以在这里会列举他们三者之间的一些区别。一般的区别如下。
机械手是指独立的自动抓取，移动部件和操作的工具和设备的变化方案。大多数机械手的指连接到主机并固定在该程序的自动抓握和操纵装置。用于自动线加工中心，自动装卸线，诸如自动刀具更换德国工作。此外，该设备是由运营商，尤其是半自动操作和工作操作抓取和处理通常是在这样做的情况下进行的。可用于锻造操作员或半自动装置用于处理放射性材料，充填等。
根据美国的1960年的工业机器人专利的雏形来看是一个形成机器人的最初始的过程阶段。根据该专利，Devol与美国综合控制公司合作在1959年的时候，成功开发一个原型为数字控制程序自动化的设备。
1.3 机械手发展史
对于PLC的发展来说，其最早出现在美国，其主要由通用汽车公司对于继电器控制装置来进行替换的提
出，这是最早进行出现的PLC语言，这只是一个雏形的出现，其真正出现在19世纪60年代末期，其同样由美国数字设备公司进行研制，开发出世界上第一台可编程逻辑控制器PDP-14，它的使用在美国通用汽车，这是一个历史性的跨越发展，是历史上第一次采用程序来对于电气进行控制，其发展可谓跨时代的发展，这是第一代的可编程的逻辑控制器，其英文简称为PLC，是世界上第一台的PLC。当发展到20世纪70年代初期时，微处理器这一设备出现在世界上，同时人们将其引入可编程逻辑控制器中，丰富了可编辑逻辑控制器的功能，使得其能够进行运算、数据传送以及处理等诸多功能，增加设备的功能，这一设备的出现真正实现了具备着计算机特征的工
业控制装置，这是一大跨越式的发展，这一设备是将微机技术与传统控制器相结合的产物，为了方便反应其功能特点，将其命名为PLC，当其发展到20世纪时，可编辑逻辑控制器已经在各个发达国家工业中得到了广泛的应用，并取得了极为优秀的成绩以及快速的发展，到末期时，对于实现可编程逻辑控制器的工业设备控制显得更加简单及方便，更加的容易，其发展极为迅速。
日本开始发展的阶段是与其他国家不同的生产工艺在早期和中期的时候，20世纪60年代，日本开始研究机器人固定程序控制装备，迅在日本和中国制造的机械臂进行了迅速发展，在技术水平迅速赶上了美国和超过其他国家。目前，机械手在日本发展迅速，取得了快速的普及。
中国已经起步较晚在机器人机械手的发展上，比日本晚了5-6年，出于这样的原因，机器人机械手的技术
发展起步已经比较晚了。这样的话使得外界越来越多的更加关注起它。引进，消化相关技术使得发展步伐大大提高，除了模仿功能已经确定的自主设计和开发能力。从1958年成立新疆维吾尔自治区的30年后，舞蹈机器人在新疆机机械局已得到了开发了并在展厅展出。由西北电讯工程学院研制的计算机控制教学再现机器人也开始在1985年9月显示在陕西科技贸易会议，而且效果也很显著。并且在视觉手眼系统的开发环节上。由清华大学和北京钢铁学院自动化系联合研制的焊接机器人已达到了不错的层次。与此同时，研究机器人技术已在视觉，听觉，语音合成，触控领域取得了一些进展，计算控制和人工智能已经达到了世界先进水平。
近年来，结果表明，机器人技术的中国已经显著进展。在不久的将来，跟上世界先进技术水平，笔者认为这是没有问题的。
1.4 机械手的发展趋势
（1）重复高精度
精度是指机器人的到指定的点，这是关系到驱动器的分辨率和所述反馈装置的精度。重复精度是指机器人的精度以达到相同的位置，如果该动作被重复多次。重复的精度比精度更重要。如果机械手还没有被准确定位，它通常具有更正的错误。因为这是一个预测的误差造成的，它可以进行修改在编程的过程中。重复精度限制随机误差的出现，这是通过重复地运行所述操纵器在一定的次数测定的范围内。随着
微电子技术的发展和最新的控制技术，机械手的重复精度越来越高，应用领域会越来越广错误!未到引用源。。
（2）模块化
在一些公司，推出了一系列引导驱动器的机械手称为简单的传输技术，操纵器模块组件被称为最新的传输技术。操纵器装配的模块化，而不是组合的导引驱动器具有一个灵活的安装系统。它集成了电缆和管道电接口和导航系统设备，以及这样的机器人可移动到左边和右边或者是其他的任意位置。模块化机械手使同一机械手采用不同的模块，
最大的特点是可以配备不同的功能。其结果是，机械手的应用范围扩大，这是操盘的一个重要发展方向。
（3）节能化
食品，医疗保健，以满足生物工程，电子工程，光纤的行业，如精密仪器无公害要求，无油润滑不含油脂的部分已经出现。随着材料技术的进步和新材料，无润滑的部件和自润滑材料具有特殊的结构不仅节省润滑油，不污染环境的出现，但也有一个简单的系统，摩擦性能稳定，成本低使用寿命长等特点错误!未到引用源。。
（4）机电一体化错误!未到引用源。
一个重要的方面是指“可编程控制器传感器的液压元件”典型控制系统，它仍然覆盖自动化技术领域。与电子技术相结合的自适应控制液压元件的发展，从“开关控制”高精度“反馈控制”的过程液压技术的发展已经开发; 节省布线复合集成系统不仅降低布线，管道和组件，但也易于组装和拆卸，大大提高了系统的可靠性错误!未到引用源。。现在，线圈电磁阀的功率变小，在PLC的输出功率不断增加，所以能够控制使用PLC线圈直接控制系统变得越来越有可能。有一定的感知能力，在外部条件的变化的反馈下可以做出相应的改变。如果在该位置略有变化，可以进行结合和修改的工作。支持自我发现的能力，将侧重于视觉和触摸功能；现在，有一些结果的是视觉功能是电视摄像机安装到操纵器，光学测距仪和一个微型计算机上。工作中电视摄像机的对象的图像转换在视频信号中，该对象的类型得以确认并将其发送到计算机，以分析的大小，颜，位置，是根据发出指令来用于控制机器人的操作的。触觉功能是在机器人上安装触觉反馈控制单元错误!未到引用源。; 在进行作业的期间，机械手的发现工作拉伸第一手指，创建由安装在手指压力敏感部件的触觉效果，进而掌握向前方延伸的工作。手柄的大小是由附接到所述手指，以实现易于握持元件的控制自动调节。换句话说，传感器技术的发展，我们可以进一步提高机器人的装配能力。最关键的地方在于，机械手，柔性制造系统，柔性制造单元的进行组合的时候，该机器的生产系统的当前手动操作状态是从根本上得到改变的。
1.5课题工作要求
该机器人手爪是一种特殊的工具，该机器人采用直接掌握和维护操作的一部分。该夹具夹持器是最常见的类型夹具。机械手把持由手指，传动机构，驱动机构和连接和支撑元件。它通过手指的打开和关闭动作，实现所述对象的钳位操作。机械夹持器可分为旋转和平移的类型。操纵器由手指，传动机构，驱动机构和连接和支撑元件保持。它实现了通过所述开口保持物体和关闭的手指的动作的过程。
齿轮齿条式旋转机器人夹持器是一种常见的夹持器。设计具有齿轮齿条，抓斗圆筒状工件的旋转夹持器。
机械手主要由执行机构、驱动系统、控制系统以及位置检测装置等所组成错误!未到引用源。。各系统相互之间的关系如方框图1-1所示。
图1-1 机械手组成方框图
（1）驱动系统
该驱动系统由控制工业机械手机构运动的供应装置、调节装置和辅助装置组成。常用的驱动系统包括液压传动、电机传动、气动传动和机械传动。控制系统是根据规定要求控制工业机械手运动的系统。当前用于工业机械手的控制系统通常由程序控制系统和电气定位系统组成。有两种类型的控制系统，电气控制和喷射控制，它们根据规定的程序控制机械手的运动。
（2）控制系统
控制系统是根据指定要求控制工业机械手运动的系统。当前，用于工业机械手的控制系统通常由程序控制系统和电气定位系统组成。控制系统有两种类型分别是电气控制和喷射控制。它控制操作员按照规定的程序进行操作，并记住人们提供给操作员的控制信息。它为执行机构提供指导，必要时监视机械手的运动，并在运动错误或故障时发出警报。
（3）位置检测装置
操纵爪的控制和检测装置是指其中操纵爪根据预定的轨迹运行和检测部分。一般地，现有的控制和检测装置是由软件程序所指定的和由传感器限定，一些系统也使用机械止动件，以控制机器人夹持器的极限位置。
（4）执行元件
操纵器的致动器通常是指其端部，它通常由固定接头和自由关节的操作部分组成的。2手爪结构设计
手动机构是机器人操纵器与工件、工具等直接接触的部分，可以完成人手的某些功能。当前，根据所夹持的工件的形状、尺寸、重量、易碎性和表面粗糙度，在工业生产中使用各种类型的手动机构，最常见的是夹具型和自吸型以及空气抽吸，还有一些特殊
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