随着科技的发展,工业自动化技术水平得到了快速提升。石蜡作为重要的工业生产材料之一,在失蜡法铸造中得到了广泛的应用。某铸造厂为了提高蜡模质量,使用五轴雕刻机直接对蜡模毛坯件进行加工,替代了手工硅胶制作蜡模的方法,提高了产品的精度和成品率。由于空心石蜡件在常温状态下进行搬运和装卡时易于破碎变形,大多采用人工完成上下料工作。现针对人工上下料生产效率低、成本高等问题,提出了研制一种能够完成空心石蜡件自动上下料的机械手。因此,在综合应用机械设计和自动控制等知识的基础上,设计抓取空心石蜡件的机械手,要求所设计的机械手既能稳定抓取又要保证石蜡件不受损伤。该研究对失蜡铸造行业提高生产效率,降低能耗和物耗具有重要实用价值。本文以空心石蜡件上下料工作为研究对象主要开展以下几方面的研究:(1)测定了不同厚度和直径空心石蜡件的物理特性,为后续末端执行器的设计做好理论依据。为了减小夹取过程中的刚性接触损伤,测定了石蜡件与四种弹性材料间的摩擦系数,选取了合适的夹取接触面材料。(2)基于石蜡件的物理特性,设计了具有包络抓取和压力反馈的随动三指夹取机构,阐述了其工作原理与工作过程,完成了主要部件的理论分析与结构设计。并基于生产工艺需求,设计了桁架式输送机构,根据生产节拍,确定了机械手的移动速度。(3)建立了夹取机构运动学方程,基于ADAMS仿真软件,以具有代表性的椎体为夹取目标物,对末端执行器进行动力学仿真。结果表明,夹取机构可以在设定夹取力下进行有效抓取。使用ANSYS Workbench有限元分析软件进行了动静态分析,得出关键部件的应变图、等效应力图、模态振型以及谐响应曲线,检验了输送机构和夹取机构设计方案的可行性。(4)设计了以PLC和单片机的组合控制系统,并开发了易于学习和操作的人机交互界面,实现了对输送机构和夹取机构的控制。利用RS485通信技术,建立了控制器之间的连接,完成了机械手控制系统的设计与制作。(5)按照上述研究方法,制作了上下料机械手样机,经过实际应用,达到了空心石蜡件的自动抓取、输送和精确定位的要求,完成了空心石蜡件自动上下料工作。