摘 要
对工业机械手各部分机械结构和功能的论述和分析，设计了一种圆柱坐标形式机械 手。重点针对机械手的立柱、手臂、手爪等各部分机械结构以及机械手控制系统进行了 详细的设计。具体进行了机械手的总体设计，立柱结构的设计，机械手手臂结构的设计， 末端执行器（手爪）的结构设计，机械手的机械传动机构的设计，机械手驱动系统的设 计。同时对液压系统和控制系统进行了理论分析和计算。基于PLC对机械手的控制系统 进行了深入细致的设计，通过对机械手作业的工艺过程和控制要求的分析，设计了控制 系统的硬件电路，同时编制了机械手的控制程序，达到了设计的预期目标。
关键词：机械手,可编程控制器PLC,液压伺服定位,电液系统
Abstract
Integratting the knowledge of the past four years of Machine, discuss and analysis the each part and function of manipulator? design a kind of cylinderical coordinate manipulator used to pack and unload work piece for CNC machine tools. In particular, made the detailed design about base, arm, and end effector and the control system etc. including Total design, waist’s construction design, the arm’s construction design, the wrist’s construction design, the end effector’s construction design, and the drive system of manipulator. At the same time, analysis and compute the hydraulic pressure system and control system. Deeply design the manipulator’s control system, which based on PLC. After analysis about the craft process and the requests of the manipulator, the hardware circuit and the control program of the manipulator then is designed. In a word, the design of the manipulator has come to the anticipant object.
Keyways: Manipulator, Programmable Logic Controller, Hydraulic servo control, Electrohydraulic system
目 录
摘 要 (1)
Abstract (2)
1 绪论 (1)
1.1 选题背景 (1)
1.2 设计目的 (1)
1.3 国内外研究现状和趋势 (2)
1.4 设计原则 (4)
2 工业机械手的总体设计方案 (5)
2.1 工业机械手传动方案设计 (5)
2.2 工业机械手运动方案设计 (5)
3 机械手结构设计 (9)
3.1各执行部件（液压缸）的类型选择 (9)
3.2 各执行部件之间的联接和固定方式设计 (9)
3.3 手部的结构设计、计算及选型 (9)
3.4 小手臂的结构设计、计算及选型 (13)
3.5 大手臂的结构设计、计算及选型 (18)
3.6 回转缸的结构设计、计算及选型 (20)
4 液压系统设计 (25)
4.1 液压系统的组成 (25)
4.2 液压系统的特点 (26)
4.3 拟定液压系统 (26)
4.4 液压系统控制元件的选型 (27)
4.5 液压控制原理及过程说明 (29)
4.6 油缸泄露问题与密封装置 (30)
4.7 管路布置 (31)
5 PLC 控制系统设计 (32)
结 论 (34)
致 谢 (35)
参考文献 (36)
1 绪论
1.1 选题背景
机械手是在自动化生产过程中使用的一种具有抓取和移动工件功能的自动化装置， 它是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。近年来，随着电子技术特 别是电子计算机的广泛应用，机器人的研制和生产已成为高技术领域内迅速发展起来的 一门新兴技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动 化的有机结合。机械手能代替人类完成危险、重复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，提 高劳动生产力。机械手越来越广泛的得到了应用，在机械行业中它可用于零部件组装 ， 加工工件的搬运、装卸，特别是在自动化数控机床、组合机床上使用更普遍。
目前， 机械手已发展成为柔性制造系统FMS和柔性制造单元FMC中一个重要组成 部分。把机床设备和机械手共同构成一个柔性加工系统或柔性制造单元，它适应于中、 小批量生产，可以节省庞大的工件输送装置，结构紧凑，而且适应性很强。当工件变更 时，柔性生产系统很容易改变，有利于企业不断更新适销对路的品种，提高产品质量， 更好地适应市场竞争的需要。而目前我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外 比还有一定的距离，应用规模和产业化水平低，机械手的研究和开发直接影响到我国自 动化生产水平的提高，从经济上、技术上考虑都是十分必要的。因此，进行机械手的研 究设计是非常有意义的。
1.2 设计目的
本设计通过对本科四年的所学知识进行整合，完成一个特定功能、特殊要求的数控 机床上下料机械手的设计，能够比较好地体现机械设计制造及其自动化专业毕业生的理 论研究水平， 实践动手能力以及专业精神和态度， 具有较强的针对性和明确的实施目标， 能够实现理论和实践的有机结合。
目前，在国内很多工厂的生产线上数控机床装卸工件仍由人工完成，劳动强度大、 生产效率低。为了提高生产加工的工作效率,降低成本,并使生产线发展成为柔性制造系 统,适应现代自动化大生产,针对具体生产工艺,利用机器人技术，设计用一台装卸机械手 代替人工工作，以提高劳动生产率。
本机械手主要与数控车床（数控铣床，加工中心等）组合最终形成生产线，实现加 工过程（上料、加工、下料）的自动化、无人化。目前，我国的制造业正在迅速发展， 越来越多的资金流向制造业，越来越多的厂商加入到制造业。本设计能够应用到加工工 厂车间，满足数控机床以及加工中心的加工过程安装、卸载加工工件的要求，从而减轻 工人劳动强度，节约加工辅助时间，提高生产效率和生产力。
1.3 国内外研究现状和趋势
（一）工业机器人研究
1954 年，美国戴沃尔最早提出了工业机器人的概念，并申请了专利。1958 年， 被誉为“工业机器人之父”的 Joseph F.Engel Berger 创建了世界上第一个机器人公 司-----Unimation（Universal Automation）公司，并参与设计了第一台 Unimate 机 器人。1984 年，ISO（国际标准化组织）采纳了美国机器人协会（RIA）的建议， 给机器人下了定义，即“机器人是一种可反复编程和多功能的用来搬运材料、零 件、工具的操作工具，为了执行不同任务而具有可改变和可编程的动作的专门系 统(A reprogrammable and multifunctional manipulator,devised for the transport of materials, parts, tools or specialized systems, with varied and programmed movements, with the aim of carring out varied tasks)美国是机器人的诞生地，早在 1961 年，美 国的 ConsolidedControlCorp和 AMF公司联合研制了第一台实用的示教再现机器人。 经过 40 多年的发展，美国的机器人技术在国际上仍一直处于领先地位。其技术全 面、先进，适应性也很强。
我国工业机器人起步于 70 年代初期，经过 20 多年的发展，大致经历了 3 个 阶段：70 年代的萌芽期，80 年代的开发期和 90 年代的适用化期。我国于 1972 年 开始研制自己的工业机器人，在起点上相对于美国已经晚了 10 年，由于生产技术 上存在的差距，导致我国在工业机器人技术的发展方面落后于美国、日本等发达 国家。进入 80 年代后，机器人技术的开发与研究得到了政府的重视与支持。1986 年国家高技术研究发展计划（863 计划）开始实施，智能机器人主题跟踪世界机器 人技术的前沿，经过几年的研究，取得了一大批科研成果，成功地研制出了一批 特种机器人。从 90 年代初期起，我国的工业机器人又在实践中迈进一大步，先后 研制出了点焊、弧焊、装配、喷漆、切割、搬运、包装码垛等各种用途的工业机 器人，并实施了一批机器人应用工程，形成了一批机器人产业化基地。
（二）工业机器人的发展与运用
20 世纪 50 年代末，美国在机械手和操作机的基础上，采用伺服机构和自动控 制等技术，研制出有通用性的独立的工业用自动操作装置，并将其称为工业机器 人；60 年代初，美国研制成功两种工业机器人，并很快地在工业生产中得到应用； 1969年， 美国通用汽车公司用21台工业机器人组成了焊接轿车车身的自动生产线。 此后，各工业发达国家都很重视研制和应用工业机器人。由于工业机器人具有一 定的通用性和适应性，能适应多品种中、小批量的生产，70 年代起，常与数字控 制机床结合在一起，成为柔性制造单元或柔性制造系统的组成部分。
20 世纪末，国际机器人联合会拥有一个有关世界机器人专家和机器人商人的 信息网络，利用这一网络国际机器人联合会得出了一个季度发展趋势报告，指出 了哪些地区在机器人和自动化贸易方面有增长的趋势。在欧洲、美国等经济发达 国家，机器人产量在逐年增长，但主要不是在汽车工业，而是在其他工业领域。
工业机器人应用领域由制造业扩展到非制造业，同时在原制造业也不断深入渗透， 开辟了不少新用途。原应用领域的扩展深化，如用多台弧焊机器人焊汽车、机械 大部件、车身及大薄板，电机壳的多层焊，窄空间线圈盒的焊接；电子基板喷涂 等，而新开辟的应用领域由木材家具、农林牧业、建筑、桥梁、医药卫生、办公 家用、教育科研及一些极限领域等非制造业。
我国国内在工业机器人运用方面主要以汽车制造业为主，在汽车生产 中工业 机器人是一种主要的自动化设备，在整车及零部件生产的弧焊、点焊、喷涂、搬 运、涂胶、冲压等工艺中大量使用。以汽车制造业为主的制造业发展促进了工业 机器人的发展，汽车制造业属于技术，资金密集型产业，也是工业机器人运用最 广泛的行业。近几年，国内生产厂家所生产的工业机器人有超过一半是提供给汽 车行业的，汽车工业的发展是近几年我国工业机器人增长的原动力之一。据猜测我 国正在进入汽车拥有率上升时期，在未来几年里，汽车仍将每年 15%左右的速度增长。 所以未来几年工业机器人的需求将会呈现出高速增长趋势，年增幅达到 50%左右，工业 机器人在我国汽车行业的应用将得到快速发展。工业机器人除了在汽车行业的广泛应 用，在电子，食品加工，非金属加工，日用消费品和木材家具加工等行业对工业机器人 的需求也快速增长。
（三）工业机器人的发展趋势
随着计算机技术的不断向智能化方向发展，机器人应用领域的不断扩展和深 化以及在系统（FMS，CLMS）中的群体应用，工业机器人也不断向智能化方向发展， 以适应“敏捷制造” ，满足多样化、个性化的需求，并适应多变化的非结构环境作 业，向非制造领域进军。
除了对工业机器人进行优化设计，增强其对各行各业的适应性之外，现代工 业机器人的揭开了能源领域新篇章，在全球对能源安全和气候安全的思考越来越 深入的时候，开创了机器人太阳能产业。目前 ABB 机器人在全球太阳能产业上应 用已超过 300 台。近几年，在国外使用工业机器人行业的分布次序，大概为电子、 电器、汽车制造、塑料成形、通用机械、金属加工、运输及仓库、食品、轻工； 按作业性质排序为装配、弧焊、点焊、机械加工、塑料压制、测量/检查/试验、 冲压、喷漆、铸造。
目前国外机器人正向多种行业扩展，随着工业机器人向更加深度和广度发展 以及机器人智能化的提高，使机器人应用范围不断扩大。考虑到 21 世纪社会生活 的高龄化人口比率的增加，国外效仿“个人计算机” ，提出“个人机器人”概念。 个人机器人定义为协助人的生活，使个人生活更加舒适、安全和高效。这方面的 发展可能与 20 世纪个人计算机相似，将会在 21 世纪普及和推广。
我国的工业机器人市场也已经成熟，应用上已经遍及各行各业，但进口机器 人占了绝大多数。我国在某些关键技术上有所突破，但还缺乏整体核心技术的突 破，具有中国知识产权的工业机器人很少，目前我国工业机器人技术相当于发达
国家 20 世纪 80 年代初的水平，特别是在制造工艺和装备方面，不能生产高精度， 高速与高效的关键部件。我国目前取得较大进展的机器人技术有：数控机床关键 技术与装备，隧道挖掘机器人相关技术，工程机械智能化机器人相关技术，装配 自动化机器人相关技术。我国在未来这段时间里，将瞄准国际前沿高技术发展方 向创新性的研究和开发工业机器人技术领域的基础技术、产品技术和系统技术。 未来工业机器人技术发展的重点有：第一，危险、恶劣环境作业机器人；第二， 医用机器人；第三，仿生机器人。其发展趋势是智能化，低成本、高可靠性和易 于集成。在未来的发展中，工业机器人的发展趋势将继续朝着，高级智能化，机 构一体化，应用广泛化，产品微型化，组建构建通用化、标准化和模块化，高精 度高可靠性方向发展，随着机器人技术的不断发展和日臻完善，它必将促进我国 各方面的技术发展。
1.4 设计原则
在设计之前，必须要有一个指导原则。这次毕业设计的设计原则是：以任务书所要 求的具体设计要求为根本设计目标，充分考虑机械手工作的环境和工艺流程的具体要 求。在满足工艺要求的基础上，尽可能的使结构简练，尽可能采用标准化、模块化的通 用元配件，以降低成本，同时提高可靠性。本着科学经济和满足生产要求的设计原则， 同时也考虑本次设计是毕业设计的特点，将大学期间所学的知识，如机械设计、机械原 理、液压、气动、电气传动及控制、传感器、可编程控制器（PLC）、电子技术、自动 控制、机械系统仿真等知识尽可能多的综合运用到设计中，使得经过本次设计对大学阶 段的知识得到巩固和强化，同时也考虑个人能力水平和时间的客观实际，充分发挥个人 能动性，脚踏实地，实事求是的做好本次设计。
2 工业机械手的总体设计方案
2.1 工业机械手传动方案设计
驱动系统主要有四种：液压驱动，气压传动，电气传动和机械驱动。其中以液压， 气动用的最多。占90%以上，电动，机械驱动用的较少。
本机械手为自动上下料机械手，抓取物重在 25kg 左右，将其传送带上搬运到机加 工工作台上，考虑到圆柱坐标式的占地面积小，而动作范围大的特点，确定使用圆柱坐 标式结构，驱动系统上，因抓取力不大，可考虑液压系统和气压系统。
液压驱动主要是通过油缸，阀，油泵和油箱等实现传动。它采用油缸，油马达加齿 轮，齿条实现直线运动，利用摆动油缸，油马达与减速器，油缸与齿条或链条，链轮等 实现回转运动。液压驱动的优点是压力高，体积小，出力大，动作平缓，可无级变速， 自锁方便，并能在中间位置停止。缺点是需配备压力源，系统复杂，成本较高。
液压系统优点：
（1）压力高，可实现较大的驱动力，机构可做得较小，紧凑；
（2）可实现无级变速，定位精度高，可实现任意中间位置的停止；
（3）系统的固有震动频率高，压力、容量调节容易；
（4）重量小，惯性小，可做到经常快速且无冲击的变速和换向，容易控制，动作 平稳，迟滞小等；
（5）用液压电磁阀易达到PLC控制，且成本低等。
气压系统优点：
（1）操纵力大小可调，视气体压力而定；
（2）安全性方面，不会发热，但要注意安全压力，过载安全性最好，能自动保护；
（3）气体采集容易，成本低；
（4）工作压力较低，损失小，仅为油路的千分之一；
（5）动作迅速，反应快等优点。
综合考虑自己所学知识和实际要求，本机械手选用液压系统驱动。
2.2 工业机械手运动方案设计
2.2.1 机械手的自由度
自由度是机械手设计的主要参数，每一个物体相对固定坐标系所具有的独立运动称 为自由度，每一个物体相对固定坐标系最多可有6个自由度，即X，Y，Z三个方向独立 的往复移动和饶X，Y，Z轴的三个独立回转运动，两个构件组成相对运动的连接称为运 动副，对相对运动加以限制的条件即为约束条件，因为组成各运动副的各构件的运动是
受约束的，不能任意运动。必须按照人们预定的规律而运动，分析机械手的手臂，手腕， 手指等部件的本身和它们的关系，不外乎是用一组相互联系着的构件和运动副所组成， 这些运动副又可分为只有一个自由度的转动副和移动副或有三个自由度的球面副。
机械手要像人的手一样完成各种运动是比较困难的，因人的手指，手腕，手臂由十 九个关节组成，并且有三个自由度，而生产线中机械手不需要这么多自由度，手臂和立 柱的运动称为主运动，因为它们能改变被抓取工件在空间的位置，手腕和手指的运动称 为辅助运动。因为手腕的运动只能改变被抓取工件的方位，而手指的夹放动作不能改变 工件的位置和方位，故它不计为自由度数，其它运动均计为自由度数。
机械手的坐标形式可分为以下几种:
（1）直角坐标式机械手适合于工作位置成行排列或与传送带配合使用的一种机械 手。它的手臂可作伸缩，左右和上下移动，按直角坐标形式X，Y，Z三个方向的直线进 行运动，其工作范围可以是一个直线运动，二个直线运动或三个直线运动。如在X，Y， Z 三个直线运动方向上各具有 A，B，C 三个回转运动，即构成六个自由度。但在实际上 是很少有的。它的优点是产量大，节拍短，能满足高速的要求，容易与生产线上的传送 带和加工装配机械相配合，适于装箱类，多工序复杂的工作，定位容易变更，定位精度 高，可达到±0。5毫米以下，载重发生变化时不会影响精度，易于实行数控，可与开环 或闭环数控机械配合使用。缺点是这种机械手作业范围较小。
（2）圆柱坐标式机械手是应用最多的一种型失，适用于搬运和测量工件，具有直 观性好，结构简单，本体占用的空间较小，而动作范围较大等优点。圆柱坐标式机械手 有X，Y，Ф，三个运动组成。它的工作范围可分为：一个旋转运动，一个直线运动，加 一个不在直线运动所 平面内的旋转运动；二个直线运动加一个旋转运动。圆柱坐标式 机械手有五个基本动作：手臂水平回转，手臂伸缩，手臂上下，手臂回转动作和手爪夹 紧动作。
（3）球坐标式机械手是一种自由度较多，用途较广的机械手，是由X，θ，Ф三个 方面的运动组成。球坐标式机械手的工作范围包括：一个旋转运动，二个旋转运动和二 个旋转运动加一个直线运动。球坐标式机械手可实现以下八个动作：俯仰动作，回转动 作，伸缩动作，手腕上下弯曲，手腕左右摆动，手腕旋转运动，手爪夹紧动作和机械手 整体移动。球坐标式机械手的特征是将手臂装在枢轴上，枢轴又装在叉形架上，能在垂 直面内作圆弧上下俯仰运动，它的臂可作伸缩，横向水平摆动，还可以上下摆动，工作 范围和人手的动作类似。它的特点是能自动选择最合理的动作线路。所以工效高。另外 由于上下摆动，它的相对体积小，而动作范围大。如以行程为203毫米工作油缸为例， 其手臂的上下移动距离就能达到2450毫米。若采用圆柱坐标式则高度就要达到2450毫 米。球坐标式机械手作业范围可达到9立方米，较其他型式约大三至五倍。
（4）关节式机械手是一种适用于靠近机体操作的传动型式。它象人手一样有肘关 节，可实现多个自由度，动作比较灵活，适于在狭窄空间工作。关节式机械手，早在四
十年代就在原子能工业中得到应用。随后在开发海洋中应用，有一定的发展前途。关节 式机械手有大臂和小臂的摆动，以及肘关节和肩关节的运动。可作几个方向转动，工作 范围大，动作灵活，通用性强，但定位精度差，控制装置复杂。关节式机械手具有上肢 结构，可实现近似于人手操作的机能。为具有近似人手操作的机能，需要研制最合适的 结构。
本设计要求机械手采用圆柱坐标式运动形式，并且机械手的运动自由度数不少于 3 个，摆角度不小于90度，所以拟定方案为最大摆动角度为90度的 3自由度机械手，其 结构如图2-1所示：
图2-1 圆柱坐标式机械手结构图
该机械手由支座、支柱、手臂和手部组成。其中支座完成摆动回转运动，支柱完成 升降直线运动，小臂完成伸缩直线运动，手部完成夹持工件运动。
整个机械手动作顺序依次为：启动支柱下降→手部夹紧→支柱上升→手臂右旋→手 臂伸出→支柱下降→手部松开→支柱上升→手臂缩回→手臂左旋→原位泄荷。
2.2.2 主要技术参数的获取及确定
机械手的主要技术参数有抓取工件的重量、自由度数、工作行程或转角等。
（1）抓重，即机械手在正常运动时所能抓取或搬运工件的最大重量，由实际测量， 直径为80cm，长约100cm的金属工件。
（2）工作行程范围，是指臂部、支座、手部等直线或回转运动的直线和角度范围。 对于通用机械手， 为保证一定的通用性， 一般手臂回转和直线运动范围尽可能取大一些。 手臂伸悬行程及工件半径要恰当，若伸缩行程大，工件半径大，手臂伸悬也长，偏重力 矩、转动惯性也较大，机械手的性就会降低，易引起振动，定位精度难于保证。考虑到 传送带和机床工作台间的距离和工件的尺寸等尺寸，所以拟定手臂伸缩行程为600mmm， 支柱升降行程为960mm,传送带与工作台台间的夹角为90度。
（3）工作速度：工作速度是指机械手的最大运动速度，运动速度的大小与机械手 的驱动方式，定位方式，抓重大小和行程距离有关，因此，手臂的运动速度应根据生产
节拍时间的长短、生产过程的平稳性、定位精度的要求业确定。影响机械手动作快慢的 两个主要运动是：手臂的伸缩和回转运动，一般应用的机械手移动速度常在 200~300 mm/s，回转角度在50o/s左右。
相关规格参数如下：
抓重：25公斤
自由度数：3个
坐标型式：圆柱坐标
手臂运动参数：
伸缩行程（X）：600 mm 伸缩速度：300 mm/s
升降行程（Z）：960 mm 升降速度：350 mm/s
回转范围（Φ）：0~90度 回转速度：30o/s
手部运动参数：
夹紧行程：20 mm 夹紧速度：40 mm/s
反应时间：0.2 s
缓冲方式：用节流阀减速缓冲
驱动方式：液压驱动
控制方式：可编程序控制
工作周期：20s
3 机械手结构设计
3.1 各执行部件（液压缸）的类型选择
手部夹紧机构的动作由液压活塞式夹紧缸完成。手部是机械手直接用于抓取和握紧 工件或夹持工件进行操作的部件，它具有模仿人手动作的功能，并安装于机械手前端， 其结构设计应考虑以下几个问题：
（1）应具有足够的握力（即夹紧力），在确定手指握力时，除考虑工件重量外，还 应考虑在传送或操作过程中所产生的惯性力和振动，以保证工件不致产生松动或脱落。
（2）手指应具有一定的开闭尺寸。两手指张开与闭合的两个极限位置所夹的角度 和移动尺寸称为手指的开闭尺寸，设计应保证工件能顺利进入或脱开，还要结合所夹持 工件的尺寸来设计手指相关尺寸。
（3）应保证工件准确定位。
（4）手臂的伸缩运动由活塞式液压缸完成，其结构设计最关键的考虑因素是手臂 的强度和刚度。
（5）机械手的升降运动由活塞式升降液压缸完成。
（6）机械手的回转运动由支座内的齿条液压缸完成。
3.2 各执行部件之间的联接和固定方式设计
（1） 手指和夹紧缸之间使用螺纹联接。
由于手指的夹紧动作由弹簧推动活塞杆完成，而松开动作由夹活塞缸的伸缩直线运 动控制实现，这样设计的目的是考虑到突然断电的时候，工件是由弹簧夹紧（机械外力 夹紧），不会突然砸下来产生危险。另外，由于抓取工件的不同，螺纹联接便于跟换整 个手部。
（2） 手部和手臂之间用螺纹联接，使得手部能随着手臂的伸缩而运动到设计的位 置。
（3） 支柱和手臂之间用法兰联接座，使得支柱的升降能带动手臂和手部一起跟着 运动。
（4） 支柱升降和支座回转缸用整根花键轴联接。
3.3 手部的结构设计、计算及选型
3.3.1 夹钳式手部设计的基本要求
应具有适当的夹紧力各驱动力，手指夹紧力大小要适宜，力量过大则动力消耗多， 结构庞大，不经济，甚至会损坏工件；力量过小则夹持不住或产生松动、胶落。在确定
握力时，除考虑工件重量外，还应考虑传送或操作过程中所产生的惯性力和振动，以保 证工件夹持安全可靠。而对手部的驱动装置来说，应有足够的驱动力。应当指出 ，由 于机构传力比不同，在一定的夹持力条件下，不同有传动机构所需驱动力的大小是不同 的。
手指应具有一定的开闭范围，以便于抓取或退出工件。
应保证工件在手指内的夹持精度，应保证每个被夹持的工件，在手指内都有准确的 相对而言位置。这对一些有方位要求的场合更为重要，如曲拐、凸轮轴一类复杂的工件， 在机床上安装的位置要求严格，因此机械手的手部在夹持工件后应保持相对的位置精 度。
要求结构紧凑、重量轻、效率高。在保证本身刚度、强度的前提下，尽可能使结构 紧凑、重量轻，以利于减轻手臂的负载。
应考虑通用性和特殊要求。一般情况下，手部多是专用的，为了扩大它的使用范围， 提高它的通用化程度，以适应夹持不同尺寸的工件需要，通常采用手指可调整的办法。 如更换手指甚至更换整个手部。此外，还要考虑能适应工作环境提出的特殊要求，如耐 高温、耐腐蚀、能承受锻锤冲击力等。
3.3.2单个手爪夹紧力的计算
机械手的手指在设计时，不但要保证有一定的开闭尺寸范围，以满足工件尺寸变化 的要求，而且还要保证手指对工件有足够的的夹紧力，以达到抓取和搬运工作中的可靠 性要求。
手指加在工件上的夹紧力，是设计手部的主要依据。必须对其大小、方向和作用点 进行分析、计算。一般说来，夹紧力必须克服工件重力所产生的静载荷以及工件运动状 态变化所产生的载荷（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计算公式：
K1K2K3G Fn 3 (3-1)
式中K 1----安全系数，通常去1.2～2.0，取K 1=1.5；
K 2----工作情况系数，主要考虑惯性力的影响。K 2 可近似按下式估算
g a
K + =1 2 (3-2)
其中a----运载工件时重力方向的最大上升的加速度； g----重力加速度，g≈9.8m/s2；
响 t a max
v = (3-3)
max v ----运载工件时重力方向的最大上升速度， 机械手直线速度常在200～300mm/s ,
本设计取250mm/s；
t 响----系统达到最高速度的时间，根据设计参数选取，我们取t 响=0.4ms；
2
/ 625 4 . 0 / 250 max s mm s
s m t v a = = = 响 064
. 1 9800 / 625 1 / 1 2 = + = + = g a K K 3──方位系数，根据手指与工件形状以及手指与工件位置不同
图3.1夹紧力方位系数 图3.2手部夹紧装置
由图3.1所示，手指是垂直放置夹水平放置的工件，查表得K 3=1
G----被抓取工件所受重力，这里G=25Kg；
则有机械手夹紧力：
391.02N
9.8 25 1 1.064 1.5 K1K2K3G F N = ′ ′ ′ ′ = = 夹紧装置是使手爪开、 闭的动力装置。 如图4.2是压缩弹簧时手爪闭合夹住工件的， 称之为常闭式夹紧装置。手爪和缸壳连成一体，当向液压缸同压力油时，活塞杆向下运 动，克服弹簧弹力并推动滑块及销运动，手爪松开工件。其驱动力的计算公式：
N F a
b P a 2 cos 2 = (3-4) 式中P----驱动力
a----夹紧力至回转支点的垂直距离
b----工件重心至回转支点的垂直距离
a ----工件被夹紧时手指的滑槽方向与两回转支点连线间的夹角
N P 06 . 1173 02 . 391 30 cos 60
120 2 2 = ′ ′ ′ = ° 3.3.3 初选系统工作压力
压力的选择要根据载荷的大小和设备类型而定的，还要考虑执行元件的装配空间， 经济条件及元件供应情况等的限制。在载荷一定的情况下，工作压力低，势必要加大执 行元件的结构尺，对某些设备来说，尺寸要受到限制，从材料消耗角度看也不经济；反 之，压力选得太高，对泵、缸、阀等元件的材质、密封、制造精度也要求很高，必然要
提高设备成本。一般来说，对于固定的尺寸不太受限的设备，压力可以选低一些。
图3.3 按载荷选择工作压力
由上一节计算的结果，驱动力P=1173.06N，根据图3.3初选工作压力P=2MPa。
3.3.4 初选液压缸类型
根据机械手的设计要求，手指液压缸需要它能够完成下压动作，所以我们选用的是 图4.4这种单作用活塞液压缸，它能够从两端进出油推动活塞完成前后伸缩动作。
图3.4 手指液压缸类型
3.3.5 液压缸主要几何尺寸的计算
液压缸的主要几何尺寸的计算，包括液压缸的内径 D、活塞杆直径 d 和液压缸行程 S 等。
（1）液压缸的内径D 和活塞杆 d 的计算
液压缸的驱动力
P
） - ( 2MPa = pA = F 2 2 3 ′ d D (3-5)
式中P─机械手的驱动力，为前面计算结果1173.06N
2 2 2 1173.06mm - 3 d D 由《机械设计手册》表 37.7-1 液压缸缸筒内径尺寸系列，初步选择液压缸内径 D 为 40mm，同样由《机械设计手册》表 37.7-2 液压缸活塞杆外径尺寸系列，可以选择液 压缸活塞杆直径d 为15mm。
（2）液压缸行程S 的计算
由液压设计手册表 37.7-3 液压缸行程参数系列，再根据机械手外行设计尺寸的要 求，选用小手臂伸缩液压缸行程S=20mm。另外，活塞宽度大约0.5D≈20mm。
（3）液压缸缸筒壁厚d 的计算
由液压设计手册表37.7-64液压缸外径系列，根据已定内径D=40mm，取液压缸外径 为60mm，则缸筒壁厚d =10mm。
（4）液压缸活塞杆螺纹形式的设计
由液压设计手册表37.7-4液压缸活塞杆螺纹尺寸系列，顶部选用外螺纹轴肩型式， 螺纹形式M10×1.5，短型螺纹长A=15mm；
3.4 小手臂的结构设计、计算及选型
3.4.1伸缩手臂设计的基本要求
手臂设计的基本要求臂部应承载能力大，刚度好，自重轻。
对于机械手臂部或机身的承载能力，通常取决于其刚度。以臂部为例，一般结构上 较多采用悬伸梁形式。显然伸缩臂杆的悬伸长度愈大，则刚度愈差。而且其刚度随着臂 杆的伸缩不段变化。对机械手的运动性能，位置精度和负荷能力等影响很大。为提高刚 度，除尽可能缩短臂杆的悬伸长度，尚以注意以下几个方面。
（1）根据受力情况，合理选择截面形状和轮廓尺寸
臂部和机身通常既受弯曲，也受扭转，应选用抗弯和抗扭刚度较高的截面形状。很 明显，在截面积和单位重量基本相同的情况下，钢管，工字钢和槽钢的惯性矩要比圆钢 大得多。所以，机械手常用无缝钢管作为导向杆，用工字钢或槽钢作为支撑板。这样既 提高了手臂的刚度，又大大减轻了手臂的自重，而且空心的内部还可以布置驱动装置， 传动机构以及管道，这样就使结构紧凑，外形整齐。
（2）提高支承刚度和合理选择支承间的距离
臂杆或机身的变性量不仅与本身刚度有关，而且与支承的刚度和支承间的距离有很 大关系，要提高支承刚度，除从支座的结构形状，底板的刚度。以及支座与底板的连接 刚度等方面考虑外，特别注意提高配合面间的接触刚度。
（3）合理布置作用力的位置和方向
在结构设计时还应结合具体受力情况，设法使个作用力引起的变形相互抵消。 （4）注意简化结构
在设计臂部时，元件越多，间隙越大，刚性就越低，因此应尽可能使结构简单，要 全面分析各尺寸链，在要求高的部位合理确定调整补偿环节，以减少重要部件的间隙， 从而提高刚度。
（5）提高配合精度
水平放置的手臂，要增加导向杆的刚度，同时提高其配合精度和相对位置精度， 使导向杆承受部分或大部分自重和抓取重量。提高活塞和缸体内径配合精度，以提高手 臂前伸时的刚度。
臂部运动速度要高，惯性要小机械手手臂的运动速度是机械手的主要参数之一， 它反映机械手的生产水平，一般根据生产节拍和行程范围，就确定了手臂的运行速度。 在一般情况下，手臂的移动和回转，俯仰均要求匀速运动，但在手臂的启动和终止瞬间， 运动是变化的，为了减少冲击，要求起动时间的加速度和终止前减速度不能太大，否则 引起冲击和振动。
手臂动作应灵活。 为减少手臂运动件之间的摩擦阻力， 尽可能用滚动摩擦代替滑动摩擦。 对于悬臂式的机械手，其传动件，导向件和定位件布置应合理，使手臂运动过程尽可能
平衡，以减少对升降支承轴线的偏心力矩，特别要防止发生卡死的现象。
位置精度要高。一般说来，直角和圆柱坐标式机械手位置精度较高，关节式机械手的位 置最难控制，故精度差；在手臂上加设定位装置和检测机构，能较好地控制位置精度， 检测装置最好装在最后的运动环节以减少或消除传动，啮合件的间隙。除此之外，要求 机械手通用性好，能适合多种作业的要求，工艺性好，便于加工和安装；用于热加工的 机械手，还要考虑隔热，冷却；用于作业区粉尘大的机械手还要设置防尘装置等。
手臂的典型运动的形式有：直线运动，如手臂的伸缩，升降和横向移动；回转运动， 如手臂的左右摆动，上下摆动；复合运动，如直线运动和回转运动组合，两直线运动的 组合。
在设计计算前，通常是先进行粗略的估算，或类比同类结构，根据运动参数初步确 定有关机构的主要尺寸，再进行校核计算，修正设计。如此反复数次，绘出最终的结构。
按照在完成即定任务的前提下，手臂设计愈简单愈好的原则。在这里我只选择了一 个手臂伸缩缸和一个手臂升降缸，伸缩缸采用直线缸式手臂结构，如图所示，这种液压 缸缸体上有进油口 a 和 b，当压力油从 a， b 油口进入和排出时，缸内的活塞杆将做往 复直线运动，这种结构尺寸小，可用于较大重量的工件的抓取，在机械手中应用很广泛。 升降缸采用活塞缸和齿轮齿条结构，见装配图所示，手臂的回转运动是通过齿轮齿条机 构实现的，齿条的往复运动带动与手臂连接的齿轮作往复回转而使手臂左右摆动。升降 运动由活塞驱动，靠立柱上平键导向，缸体沿导向套在压力油的作用下作升降运动。
3.4.2 伸缩手臂伸缩液压缸的设计计算
3.4.2.1 初选液压系统工作压力
由《机械设计手册》表 37.5-4 各种机械常用的工作压力,初选小手臂伸缩液压缸的 工作压力p=2MPa。
3.4.2.2 液压缸驱动力的计算
驱动载荷的计算公式：
F±
+
= 回
+
F
F
G
F
惯性 (3-6)
摩擦
式中F
----启动或制动时，活塞杆所受的平均惯性力；
惯性
F
----摩擦阻力，
摩
=
G
F m
摩 (3-7)
m
=
0.5024
1.57
′
′
0.16
2=
----液压缸回油腔低压油液所造成的阻力；
F
回
F
----密封装置处的摩擦阻力；
密
G----零部件及所受总重力。
（1）粗略计算运动部件总重力
由前面设计的手爪以及工件的重量，可以大约估计小手臂伸缩液压缸活塞杆尺寸为 f 60mm，手臂液压缸活塞杆总长675mm。按圆柱体粗略计算 ：
kg m lp d m 40 25 10 7.8 0.675 0.06 4 1 4 1 3 2 2 = + ′ ′ ′ ′ + = = p 工件 (3-8)
取m=50Kg。
（2）摩擦力的计算
246.176N
9.8 50 0.5024 = ′ ′ = = G F m 摩 （3）惯性力的计算
t
g G F D D = u
惯性 式中 u D ----由静止加速到常速的变化量，由于此机械手属于中小型装置，取 u D =0.4m/s；
t D ----启动过程时间，本设计取0.4s；
N t F 50 4 . 0 8 . 9 4 . 0 8 . 9 50 g G = ′ ′ ′ = D D = n 惯性 (3-9)
（4）密封装置处的摩擦阻力
小手臂升降液压缸采用了“O”形密封圈和“Y”形密封圈。活塞与活塞杆处采用的 “O”形密封圈时，液压缸密封处总的摩擦力为：
dl p F Fo p + = 03 . 0 (3-10)
式中d ----伸缩油管的直径，取d=80mm;
l ----密封的有效长度，计算 2 2 K K d l - ? ，
(3-11)
K=0.11,计算得l =8.27mm；
3117.72N 0.03F 8.27 60 2Mpa 0.03F dl p 0.03F F O + = ′ ′ ′ + = + = p p “Y”形密封圈的摩擦阻力为：
347.126N 8.27 60 3 0.08 = ′ ′ ′ = = p p m dl p F Y (3-12)
（5）液压缸回油腔低压油液所造成的阻力 一般背压阻力较小，可按 F
F 0.05 = 回 (3-13) 综上计算可得出小手臂伸缩液压缸驱动力的计算得：
4254.235N
500N
0.05F 3117.72N 0.03F 246.1767N 50N G
F F F F = + + + + + = ± + + = 回 摩擦 惯性 3.4.2.3 液压缸的内径D 和活塞杆 d 的计算
液压缸驱动力
F d D MPa pA P 3 - ′ = = ) ( 4
1 2 2 2 p
将上面的计算所得代如公式d 在前面已经初步取得30mm，则有：D≥50mm，
有 《机械设计手册》 表37.7-1液压缸缸筒内径尺寸系列， 初步选择液压缸内径D 为50mm。
3.4.2.4 液压缸行程的选择
由《机械设计手册》表37.7-3液压缸的行程参数系列,选择小手臂伸缩液压缸的行 程S=600mm。
3.4.2.5 液压缸外径的选择
由《机械设计手册》表 37.7-64 工程机械用液压缸外径系列,选择小手臂伸缩液压 缸的外径D 为80mm,则有液压缸的壁厚 mm 15 2
50 80 = - = d 。 3.4.2.6 液压缸螺纹型式和尺寸系列的选择
图3.5 液压缸螺纹
根据已经设计出的活塞杆的尺寸,查表 37.7-4 液压缸螺纹型式和尺寸系列,选用直 径和螺纹M26×2,短行螺纹长A=50mm。
3.4.3 液压缸的联接计算
3.4.3.1 缸盖的联接计算
液压缸的材料一般采用的是无缝钢管，那么它的端盖联结方式多采用半环联接。 它的优点是加工和装卸方便，缺点是缸体开环槽削弱了总体强度，可以另外配合螺钉联 接以弥补半环联接的不足。本液压缸采用铸造，因此用螺钉连接（如图3.6所示）。
图3.6 缸盖联接方式
在这种联接中，每个螺钉在危险剖面上承受的拉力 0 Q F 为工作载荷 Q F 和预紧力 QS
F ￠ 之和
QS Q Q F F F ' 0 + = (3-14)
式中
Z
P D Z F F Q 4 2
p = = (3-15)
F ----驱动力（N）； Z----螺钉数目；
P----工作压力（Pa）；
QS F ￠ ----预紧力 Q QS KF F = ￠ 8 . 1 ~ 5 . 1 = K ； (3-16) D----危险剖面直径（m）。
螺钉的强度条件为
[ ] s p p s ￡ = = 2
1 2
1 0 d 4 4
d 3 . 1 QJ Q F F 合 (3-17) [ ]
s p QJ
F d 4 1 3 式中 0 Q F ──计算载荷（N）
3 . 1 =
QJ F 抗拉许用应力（单位为MPa）
[ ] n
s s s = (3-18)
5 . 2 ~ 2 . 1 = n 1 d ──螺纹内径（cm）
。 s s ──螺钉材料屈服极限。
3.4.3.3 缸盖螺钉的计算
如图3.2所示，缸盖采用的是半环联接加螺钉联接，有利于缓解缸体强度不足的缺
点。 在这种联结中， 每个螺钉在危险剖面上承受的拉力 0 Q F 为工作载荷 Q F 和预紧力 ￠ Q F 之
和：
￠ + = Q
Q Q F F F 0 (3-19)
式中 Z p AL Z
F F Q 4 2
pf = = (3-20)
Z----螺钉数目，在这里取Z=6；
￠ Q F ----预紧力 ￠ Q F =K Q F ,K=1.5～1.8,取K=1.7。
目录 第一章绪论 1.1 项目的技术背景与研究意义 1.2 取苗装置的国内外研究现状 1.2.1国外取苗装置的研究现状 1.2.2国内取苗装置的研究现状 1.3论文的研究目标与研究内容 1.4论文研究的技术路线 第二章穴盘苗自动移栽机机械手整机方案设计 2.1 穴盘苗自动移栽机机械手工作原理和结构分析2.2 利用UG建立样机模型 第三章穴盘苗自动移栽机取苗装置的结构设计 3.1 取苗机构的基本构成 基本结构 （1）机械手 （2）穴盘定位平台 （3）驱动系统 （4）控制系统 PLC程序 （5）底座 3.2 取苗机构的工作原理 第四章穴盘苗自动移栽机送苗装置的设计要求分析1穴盘育苗及穴盘的选择 2送苗装置的工作原理和结构组成 3送苗机构的控制系统 第五章取苗装置的实验研究 1.取苗装置影响因素分析 2影响取苗成功率的因素 3取苗装置手臂角度的实验分析
第六章总结与展望1 全文总结 2研究展望 结束语 参考文献 致谢
第一章绪论 1.1项目的技术背景与研究意义 随着社会进步和人民生活水平的提高，设施农业已成为国民经济中的支柱产业，温室蔬菜、花卉及棉花生产对发展农村经济，增加农民收入，丰富人民的菜篮子，改善人民生活具有举足轻重的作用。穴盘苗移栽是近年才兴起的种植新技术，它具有缩短生育期，提早成熟，提高棉花单产，具有广阔的推广前景。过去几年温室大棚育出成品苗向大田移栽，全部是靠人工移栽。穴盘苗自动移栽技术是温室蔬菜或花卉生产实现工厂化和自动化而采用的一种重要的种植方式。目前，国内穴盘苗移栽的取苗、喂苗环节主要靠手工完成，劳动强度大，作业效率低，不能满足规模化生产的需要，从而制约了蔬菜生产的发展。因此，研制开发适合我国国情、结构简单、价格低廉、性能稳定可靠的中小型穴盘苗自动移栽机迫在眉睫，而移栽机械手是温室穴盘苗移栽自动化的关键部分，能够完成“穴盘定位—自动送苗—钵苗抓取—钵苗投放”这一系列连续动作，其性能直接影响移栽机的移栽质量。穴盘苗移栽机械手的研究对实现实现温室穴盘苗移栽生产过程自动化、减轻穴盘苗移栽作业的劳动强度、提高作物移栽质量，推进我国温室农业作物生产机械化和自动化进程，特别是我国“十二五”农业发展规划的顺利实施具有重大意义。 1.2 取苗装置的国内外研究现状 国外穴盘苗移栽机取苗装置的技术较成熟，而且大部分机型开始投入使用，尤其是应用于花卉、蔬菜等经济价值高的作物的大面积移栽，具有很好的经济价值。国内的研究主要集中在各大高校及科研院所，且大部分的研究成果只是样机的试制，尚没有成型的机型投入生产应用。 1.2.1国外取苗装置研究现状 20 世纪初期部分国家开始出现移栽机具。三十年代出现移栽装置或移栽器代替人工取苗。五十年代移栽的生产技术研究，研制出了不同结构的半自动移栽机。八十年代，半自动移栽机已在欧美国家的农业生产中广泛被使用，培育穴盘苗、移栽作物等，实现了制造机械、播种机械、移栽机等各种机械配套使用。到90年代,有关部门加强从育苗到栽植整个系统的研究,使育苗和栽植有机地结合,研制出多种全自动移栽机,如日本90年代初将穴盘苗自动移栽机列为农业机械急需开发的项目,日本农机研究所联合三家农机公司,于1993年至1995年期间开发出了三种型号的全自动移栽机（图1-1～1-3）,可移栽穴盘苗或纸钵苗,主要
上下料机械手 上下料机械手主要实现机床制造过程的完全自动化，并采用了集成加工技术，适 用于生产线的上下料、工件翻转、工件转序等。在国内的机械加工，目前很多都是使 用专机或人工进行机床上下料的方式，这在产品比较单一、产能不高的情况下是非常 适合的，但是随着社会的进步和发展，科技的日益进步，产品更新换代加快，使用专 机或人工进行机床上下料就暴露出了很多的不足和弱点，一方面专机占地面积大结构复杂、维修不便，不利于自动化流水线的生产；另一方面，它的柔性不够，难以适应日益加快的变化，不利于产品结构的调整；其次，使用人工会造成劳动强度的增加，容易产生工伤事故，效率也比较低下，且使用人工上下料的产品质量的稳定性不够， 不能满足大批量生产的需求。 广州神勇智能装备有限公司在研发生产上下料机械手方面具有丰富的经验。已有 很多成功案例解决现在中小企业招工难的问题。 使用上下料机器人自动柔性搬运系统就可以解决以上问题, 该系统具有很高的效 率和产品质量稳定性, 柔性较高且可靠性高, 结构简单更易于维护, 可以满足不同种类产品的生产, 对用户来说, 可以很快进行产品结构的调整和扩大产能, 并且可以大大降低产业工人的劳动强度。 上下料机器人采用模块化设计，可以进行各种形式的组合，组成多台联机的生产线。组成部分有：立柱、横梁(X轴)、竖梁(Z轴)、控制系统、上下料仓系统、爪手系 统等。各模块在机械上彼此相对独立，亦可以在一定范围内进行任意组合，可实现对 车床、加工中心、插齿机、电火花机床、磨床等类设备的自动化生产。 上下料机器人的安装调试可以与加工机床分开进行，机床部分为标准机即可。机
器人部分是一个完全独立体，即便在顾客现场亦可对已经购买的机床进行自动化改造和升级。换言之，机器人故障时，只需调整或维修机器人而不会影响机床的正常运转。 机器人控制系统是整条自动化线的大脑，控制 着每部分机构，即可以独立工作，也可以协调合作， 顺利完成生产。机器人控制系统功能：①对机器人 运行轨迹进行编程;②对各部分机构独立操作;③ 提 供必要的操作指导及诊断信息;④ 能协调机器人与 机床之间的工作过程;⑤ 控制系统具有丰富的I/O 口资源，可扩展;⑥多种控制模式，如：自动，手动，停止，急停，故障诊断。 优越性： (1) 生产效率高：要提高生产效率，必须控制生产节拍。除了固定的生产加工节拍无法提高外，自动上、下料取代了人工操作，这样就可以很好的控制节拍，避免了由于人为因素而对生产节拍产生的影响，大大提高了生产效率。 (2) 工艺修改灵活：我们可以通过修改程序和手爪夹具，迅速的改变生产工艺，调试速度快，免去了对员工还要进行培训的时间，快速就可投产。 (3) 提高工件出场质量：机器人自动化生产线，从上料，装夹，下料完全由机器人完成，减少了中间环节，零件质量大大提高，特别是工件表面更美观。 应用领域：在实践中，自动上下料机器手几乎可以在工业生产中的各行各业被大量广泛应用，具有操作方便，效率高，工件质量高等优点，同时将操作工人从繁重，单调的工作环境中解救出来，越来越受到生产厂家的青睐，拥有此套生产线势必能凸显企业生产实力，提高市场的竞争力，是工业生产加工的必然趋势。
毕业设计（论文） （说明书） 题目：气动通用上下料机械手的设计 平顶山工业职业技术学院 毕业设计（论文）任务书 任务下达日期 2012 年 2 月 20 日设计（论文）开始日期 2012 年 2 月 26 日
设计（论文）完成日期 2012 年 5 月 20 日设计（论文）题目：气动通用上下料机械手的设计 A·编制设计 B·设计专题（毕业论文） 指导教师田慧玲 系（部）主任 年月日 平顶山工业职业技术学院 毕业设计（论文）答辩委员会记录 进行了毕业设计（论文）答辩。 设计题目：气动通用上下料机械手的设计 专题（论文）题目：气动通用上下料机械手的设计
指导老师：田慧玲 答辩委员会根据学生提交的毕业设计（论文）材料，根据学生答辩情况，经答辩委员会讨论评定，给予学生毕业设计（论文）成绩 为。 答辩委员会人，出席人答辩委员会主任（签字）： 答辩委员会副主任（签字）： 答辩委员会委员：，，， ，，， 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）评语 第页
毕业设计（论文）及答辩评语：
气动通用上下料机械手的设计 摘要 本文简要地介绍了工业机器人的概念，机械手的组成和分类，机械手的自由度和座标型式，气动技术的特点，PLC控制的特点及国内外的发展状况。 本文对机械手进行了总体方案设计，确定了机械手的座标型式和自由度，确定了机械手的技术参数。同时，分别设计了机械手的夹持式手部结构以及吸附式手部结构;设计了机械手的手腕结构，计算出了手腕转动时所需的驱动力矩和回转气缸的驱动力矩;设计了机械手的手臂结构，设计了手臂伸缩、升降用液压缓冲器和手臂回转用液压缓冲器。 设计出了机械手的气动系统，绘制了机械手气压系统工作原理图。利用可编程序控制器对机械手进行控制，选取了合适的PLC型号，根据机械手的工作流程制定了可编程序控制器的控制方案，画出了机械手的工作时序图和梯形图，并编制了可编程序控制器的控制程序。 关键词：工业机器人，机械手，气动，可编程序控制器(PLC)
机床上下料机械手设计_说明书(65页) 机床上下料机械手设计说明书第1章绪论1.1 选题背景机械手是在自动化生产过程中使用的一种具有抓取和移动工件功能的自动化装置，它是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。近年来，随着电子技术特别是电子计算机的广泛应用，机器人的研制和生产已成为高技术领域内迅速发展起来的一门新兴技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。机械手能代替人类完成危险、重复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，提高劳动生产力。机械手越来越广泛的得到了应用，在机械行业中它可用于零部件组装，加工工件的搬运、装卸，特别是在自动化数控机床、组合机床上使用更普遍。目前，机械手已发展成为柔性制造系统FMS和柔性制造单元FMC中一个重要组成部分。把机床设备和机械手共同构成一个柔性加工系统或柔性制造单元，它适应于中、小批量生产，可以节省庞大的工件输送装置，结构紧凑，而且适应性很强。当工件变更时，柔性生产系统很容易改变，有利于企业不断更新适销对路的品种，提高产品质量，更好地适应市场竞争的需要。而目前我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，应用规模和产业化水平低，机械手的研究和开发直接影响到我国自动化生产水平的提高，从经济上、技术上考虑都是十分必要的。因此，进行机械手的研究设计是非常有意义的。 1.2 设计目的本设计通过对机械设计制造及其自动化专业大学本科四年的所学知识进行整合，完成一个特定功能、特殊要求的数控机床上下料机械手的设计，能够比较好地体现机械设计制造及其自
动化专业毕业生的理论研究水平，实践动手能力以及专业精神和态度，具有较强的针对性和明确的实施目标，能够实现理论和实践的有机结合。目前，在国内很多工厂的生产线上数控机床装卸工件仍由人工完成，劳动强度大、生产效率低。为了提高生产加工的工作效率,降低成本,并使生产线发展成为柔性制造系统,适应现代自动化大生产,针对具体生产工艺,利用机器人技术，设计用一台装卸机械手代替人工工作，以提高劳动生产率。本机械手主要与数控车床（数控铣床，加工中心等）组合最终形成生产线，实现加工过程（上料、加工、下料）的自动化、无人化。目前，我国的制造业正在迅速发展，越来越多的资金流向制造业，越来越多的厂商加入到制造业。本设计能够应用到加工工厂车间，满足数控机床以及加工中心的加工过程安装、卸载加工工件的要求，从而减轻工人劳动强度，节约加工辅助时间，提高生产效率和生产力。 1.3 国内外研究现状和趋势目前，在国内外各种机器人和机械手的研究成为科研的热点，其研究的现状和大体趋势如下： A．机械结构向模块化、可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位一体化；由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机。B．工业机器人控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化；器件集成度提高，控制柜日见小巧，且采用模块化结构；大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。 C．机器人中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器，而遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行决策控制；多传感器融合配置技术成为智能化机器人的关键技术。 D．关节式、侧喷式、顶喷式、龙门式喷涂机器人产品标准化、通用化、模块化、系列化设计；柔性仿形喷涂机器人开发，柔性仿形复合机构开发，仿形伺服轴轨迹规
天津机电职业技术学院毕业综合实践报告 专业电气自动化 班级电气自动化三班
目录 1 机械手的基本介绍 (1) 1.1 机械手的基本结构组成 (1) 1.1.1 气动手爪 (1) 1.1.2 伸缩气缸 (1) 1.1.3 回转气缸及垫板 (2) 1.1.4 提升气缸 (2) 1.2 直线运动传动组件 (2) 1.3 气动控制回路 (3) 2 传感器部分 (5) 2.1 传感器简介 (5) 2.2 磁性开关 (5) 2.3 光电传感器和光纤传感器 (5) 3 伺服电机应用 (7) 3.1 伺服系统 (7) 3.2 交流伺服系统的位置控制模式 (8) 3.3 接线 (10) 3.4 伺服驱动器的参数设置与调整 (10) 3.4.1 参数设置方式操作说明 (11) 3.4.2 面板操作说明： (11) 3.4.3 部分参数说明 (11) 3.5 最大速度（MAX_SPEED）和启动/停止速度（SS_SPEED）12 3.6 移动包络 (13) 4 PLC程序编写 (15) 4.1 PLC的选型和I/O接线 (15) 4.2 伺服电机驱动器参数设置 (15) 4.3 编写和调试PLC控制程序 (16) 4.4 初态检查复位子程序和回原点子程序 (19) 4.5 急停处理子程序 (20) 个人收获 (23) 参考文献 (24) 附录 (25) 致谢 (28)
1 机械手的基本介绍 1.1 机械手的基本结构组成 1.1.1 气动手爪 用于在各个工作站物料台上抓取/放下工件。由一个二位五通双向电控阀控制。见图 1-1 图 1-1 气动手爪 1.1.2 伸缩气缸 用于驱动手臂伸出缩回。由一个二位五通单向电控阀控制。见图 1-2 图 1-2 伸缩气缸
上下料机械手开题报告 篇一：生产线组合机床自动上下料机械手开题报告毕业设计（论文）开题报告 题目生产线组合机床自动上下料机械手课题类型设计课题来源自拟课题学生姓名张三学号XX01010001 专业机制本科年级班 09级1班 指导教师李四职称讲师 填写日期： XX 年 3 月 28 日 篇二：上下料机械手设计-开题报告 题目：上下料机械手的设计 姓名： 学号： 专业： 指导老师： 职称： 时间： 上下料机械手的设计 1 、科学依据 ? 课题的科学意义 通过设计出上下料机械手来提高工作效率，降低工人的工作强度，使我们的工厂向无人化、机械化、高效化发展。
通过设计，培养学生调研、文献检索及应用的独立工作能力，使学生掌握机电系统的监控的一般方法及步骤，熟练掌握各类资料、手册以及计算机等工具的使用方法，提高学生的自学能力、动手能力与创新能力。 ? 课题的提出 进入21世纪，随着我国人口老龄化的提前到来，近来在东南沿海还出现在大量的缺工现象，迫切要求我们提高劳动生产率，降低工人的劳动强度，提高我国工业自动化水平势在必行，本设计的目的就是设计一个气动上下料机械手，应用于工业自动化生产线，实现自动化生产，减轻产业工人大量的重复性劳动，同时又可以提高劳动生产率。 现在的机械手大多采用液压传动，液压传动存在以下几个缺点: 1) 液压传动在工作过程中常有较多的能量损失(摩擦损失、泄露损失等):液压传动易泄漏，不仅污染工作场地，限制其应用范围，可能引起失火事故，而且影响执行部分的运动平稳性及正确性。 2)工作时受温度变化影响较大。油温变化时，液体粘度变化，引起运动特性变化。 3）因液压脉动和液体中混入空气，易产生噪声。 4）为了减少泄漏，液压元件的制造工艺水平要求较高，故价格较高;且使用维护需要较高技术水平。鉴于以上这些
摘要 随着微电子技术、传感器技术、控制技术和机械制造工艺水平的飞速发展，机器人的应用领域逐步从汽车拓展到其它领域。在各种类型的机器人中，模拟人体手臂而构成的关节型机器人，具有结构紧凑、所占空间小、运动空间大等优点，是应用最为广泛的机器人之一。尤其由柔性关节组成的柔性仿生机器人在服务机器人及康复机器人领域中的应用和需求越来越突出。 本文将设计一台四自由度的工业机器人，用于给冲压设备运送物料。首先，本文将设计机器人的底座、大臂、小臂和机械手的结构，然后选择合适的传动方式、驱动方式，搭建机器人的结构平台；在此基础上，本文将设计该机器人的控制系统，包括数据采集卡和伺服放大器的选择、反馈方式和反馈元件的选择、端子板电路的设计以及控制软件的设计，重点加强控制软件的可靠性和机器人运行过程的安全性，最终实现的目标包括：关节的伺服控制和制动问题、实时监测机器人的各个关节的运动情况、机器人的示教编程和在线修改程序、设置参考点和回参考点。 关键词：机器人，示教编程，伺服，制动
ABSTRACT With the development of microelectronic technology, sensor technology, the rapid development of control technology and machinery manufacturing technology level, the application of robots gradually expanded from cars to other fields. In all types of robots, the articulated robot arm simulation human form, has the advantages of compact structure, small occupied space, large moving space, is one of the most widely used robots. Especially flexible biomimetic robot composed of flexible joint in the field of service robot and rehabilitation robot application and demand more and more prominent. In this paper I will design an industrial robot with four DOFs, which is used to carry material for a punch. First I will design the structure of the base, the big arm, the small arm and the end manipulator of the robot, then choose proper drive method and transmission method, building the mechanical structure of the robot. On this foundation, I will design the control system of the robot, including choosing DAQ card, servo control, feedback method and designing electric circuit of the terminal card and control software. Great attention will be paid on the reliability of the control software and the robot safety during running. The aims to realize finally include: servocontrol and brake of the joint, monitoring the movement of each joint in realtime, playback programming and modifying the program online, setting reference point and returning to reference point. KEY WORDS: robot, playback, servocontrol, brake
本科毕业设计 （论文） 题目数控机床上下料机械手设计姓名 专业机械设计制造及自动化一班学号 指导教师 机械工程学院 二○一四年五月
目录 摘要................................................... I ABSTRCT ................................................ I II 前言.................................................... I V 1.机械手概况 (1) 1.1国内外发展状况 (1) 1.2研究意义 (3) 1.2.1机械手研究现状 (3) 1.2.2机械手研究方向 (3) 1.3本课题意义和目的 (5) 1.3.1本课题的意义 (5) 1.3.2本课题的目的 (6) 2.机械手的组成分类及设计分析 (7) 2.1机械手的组成 (7) 2.2机械手的分类 (8) 2.2.1 按使用范围分类： (8) 2.2.2按驱动方式分类： (8) 2.2.3按运动坐标型式分类： (10) 2.3机械手的设计分析 (10) 2.3.1机械手工作环境分析 (10) 2.3.2机械手直角运动结构分析 (11) 2.3.3驱动机构分析 (12) 2.3.4控制系统分析 (12) 3 总体设计 (14) 3.1原始数据 (14)
3.2方案初步设计 (14) 3.2.1 方案拟定 (14) 3.2.2 驱动方式选择 (15) 3.2.3 传动方式选择 (17) 3.2.4 电动机及联轴器选择 (18) 3.3方案评估分析 (22) 4 机械手系统设计及计算 (23) 4.1机械手的结构设计 (23) 4.2直角坐标运动机构设计 (24) 4.2.1传动丝杠的设计 (24) 4.2.2轴承选择及校核 (33) 4.2.3导轨的设计 (34) 4.2.4 驱动系统校核 (37) 4.3支撑架设计 (41) 4.3.1支撑部件的合理安排 (41) 4.3.2支撑部件的截面形状 (42) 5 运动结构仿真 (44) 5.1数控机床机械手运动机构仿真 (44) 5.1.1建立一个X方向的导轨支撑架 (45) 5.1.2建立整个运动系统的仿真 (49) 5.2上下料机械手整体机构仿真 (50) 总结 (52) 致谢 (53) 参考文献 (54)
-- 摘要 本次设计的课题是自动上下料机械手的主要零部件设计及三维造型,确定了机械手的座标型式和自由度，确定了机械手的技术参数。 机械手能代替人工操作,起到减轻工人劳动强度，节约加工时间,提高生产效率，降低生产成本的特点。在实用基础上，对自动上下料机械手直臂与夹持部件进行三维设计，其中分为三个部分:手爪、手腕、直臂。整体机械手为直角坐标型，驱动均为电机驱动,结构简单可靠,精度高。设计了手爪为平移型夹持式手爪，传动结构为滑动丝杆；手腕为回转型，转动角度为0-180°，传动结构为蜗轮蜗杆；设计了机械手的手腕结构，计算出了手腕转动时所需的驱动力矩；画出机械手的运动简图;对工作机构和传动系统进行设计计算，包括主要部件的设计计算、强度校核和运动分析;设计绘制起升装置的总图和主要零件工作图;利用三维CAD软件对主要零件进行实体设计和造型。 关键词:直臂与夹持部件;机械手；CAD二维设计；Prｏ／ｅ三维设计
Abstract Thｅtopic of this ｄｅsiｇn iｓthｅｍaｉn ｃompoｎent ｏf theａutomatiｃup-ｄoｗn mａｔerial manipuｌatｏr ｄesiｇn and 3 d mｏdeｌling, detｅrmｉｎe the ｃoordｉnates ｏfｔhe manipulatｏr type ａnd dｅｇｒeｅof freedom, dｅterｍine the techniｃal pａrameters of tｈe manipuｌａtor. Ｒｏｂots cａn ｒeplａce manｕａｌopｅｒａtion，reduce lａboｒｉntensitｙ，savｅｐroceｓｓing time,ｉｍprove the producｔion efficieｎｃy,rｅducｅtｈｅpｒｏdｕction cｏｓｔ.Ｏn the bａsis of practｉcａｌ，aｕtoｍatic manｉpulａtor arm ｓtrａｉｇht up andｄowｎanｄclampiｎg ｐarts fｏr 3 d ｄesｉgｎ，ｗhｉch is ｄｉvided into ｔhree pａrｔs: ｈand, wrist，arｍstraighｔ. Iｎtegral ｔyｐｅｍanｉｐuｌator ｆor ｒectangular coordiｎates, ｄriｖe fｏｒmotｏｒdriｖe, strｕcturｅsimple，ｒeliａble and ｈigｈprｅｃisｉon．Ｄeｓｉgnｈａnd clａw clａｍｐing tyｐｅgｒiｐper ｆor tｒansｌａtｉon, tｈe ｔransｍission sｔrｕctｕｒｅfor slｉｄing screw; Ｗrist fｏr ｔｒaｎsfｏｒmatｉｏn, roｔaｔｉoｎAｎglｅoｆ0-180°, foｒtheｗorm gear aｎd worm drｉvｅstructurｅ；Ｍanｉpulaｔor wrist ｓt ｒuctuｒeｗas dｅsｉgned, caｌcuｌateｄｔhe ｗｒｉｓtｗｈｅnｔｈe d ｒｉｖinｇmoｍent；Draw thｅｍanｉpｕlator kinematic skｅtch; Ｔhe woｒｋiｎｇmｅchanism and tｒansmissｉon systｅm deｓign and cａlculation, inc ｌuｄｉng desｉgｎｃａlcｕlatｉｏn, inｔensity and tｈeｍovｅmeｎt o ｆtｈe main partｓof ａnａlysis; Deｓｉgn dｒawing gｅneｒaｌlayouｔand ｍaiｎparts ｏｆｌiftinｇdｅvｉce wｏrkｉｎｇdrawinｇ；Ｕsing th ｒee-ｄimeｎsiｏnaｌCＡＤｓｏfｔwarｅfor thｅｍaiｎpaｒｔs ｆor physicaｌdesｉgｎaｎd moｄｅｌling. Kｅｙwｏrd: Straight arm and clamping ｐａｒtｓ; Manipulaｔor; 2 d ＣAD ｄeｓｉgn;Ｐro/e 3 d desｉgn
组合机床上下料机械手控制系统的毕业设 计 1 绪论 在工业生产线中，机械手具有很广泛的用途。它是工作抓取和装配系统中的一个重要组成部分。它的基本作用是从指定位置抓取工件运送到另一个指定的位置进行装配。机械手臂代替了人土的繁杂劳动，并且操作精度高，提高了产品质量和生产效率。 1.1 课题简介 1.1.1 机械手概述 运物件或操作工具的自动操作装置。如图1-1它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻上和原子能等部门。 机械手主要由手部、运动机构和控制系统三大部分组成。手部是用来抓持工件(或工具)的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动(摆动)、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。自由度是机械手设计的关键参数。自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广在工业生产线中，机械手具有很广泛的用途。它是工作抓取和装配系统中的一个重要组成部分。它的基本作用是从指定位置抓取工件运送到另一个指定的位置进行装配。机械手臂代替了人土的繁杂劳动，并且操作精度高，提高了产品质量和生产效率。 机械手的组成:能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物 图1-1 自动上下料机械手
件或操作工具的自动操作装置。它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻上和原子能等部门。 1.1.2 国外机械手的现状和发展趋势 目前工业机械手主要用于机床加工、铸造、热处理等方面，无论数量、品种和性能方而还是不能满足工业发展的需要。 在国主要是逐步扩大应用围，重点发展铸造、热处理方而的机械手，以减轻劳动强度，改善作业条件，在应用专用机械手的同时，相应的发展通用机械手，有条件的还要研制示教式机械手、计算机控制机械手和组合机械手等。将机械手各运动构件，如伸缩、摆动、升降、横移、俯仰等机构以及根据不同类型的加紧机构，设计成典型的通用机构，所以便根据不同的作业要求选择不同类型的基加紧机构，即可组成不同用途的机械手。既便于设计制造，有便于更换上件，扩大应用围。同时要提高速度，减少冲击，正确定位，以便更好的发挥机械手的作用。 此外还应大力研究伺服型、记忆再现型，以及具有触觉、视觉等性能的机械手，并考虑与计算机连用，逐步成为整个机械制造系统中的一个基本单元。 在国外机械制造业中工业机械手应用较多，发展较快。目前主要用于机床、横锻压力机的上下料，以及点焊、喷漆等作业，它可按照事先指定的作业程序来完成规定的操作。 此外，国外机械手的发展趋势是大力研制具有某种智能的机械手。使它具有一定的传感能力，能反馈外界条件的变化，作相应的变更。如位置发生稍许偏差时，即能更正井自行检测，重点是研究视觉功能和触觉功能。目前已经取得一定成绩。 视觉功能即在机械手上安装有电视照相机和光学测距仪(即距离传感器)以及微型计算机。工作是电视照相机将物体形象变成视频信号，然后送给计算机，以便分析物体的种类、大小、颜色和位置，并发出指令控制机械手进行工作。 触觉功能即是在机械手上安装有触觉反馈控制装置。工作时机械手首先伸出手指寻找工作，通过安装在手指的压力敏感元件产生触觉作用，然后伸向前方，抓住工件。手的抓力大小通过装在手指的敏感元件来控制，达到自动调整握力的大小。总之，随着传感技术的发展机械手装配作业的能力也将进一步提高。 更重要的是将机械手、柔性制造系统和柔性制造单元相结合，从而根本改变目前机械制造系统的人工操作状态。 1.1.3 基本工作过程 如图为机械手运动图，机械手的动作过程：手臂 顺时针旋转—手臂下降—手臂右行—手腕顺时针旋
目录 摘要 (Ⅰ) ABSTRACT (Ⅱ) 第一章绪论 (1) 1.1课题背景及目的 (1) 1.2本课题研究的意义 (1) 1.3自动上下料机构的组成分类及特点 (2) 第二章总体设计方案 (3) 2.1机械手设计要求 (3) 2.2动作要求分析 (4) 2.3机械手的基本形式 (4) 2.4机械手材料的选择 (5) 2.5自动上下料机构布局拟定 (5) 2.6驱动方式的选择 (7) 2.7 CK6140型数控车床的主要参数 (8) 第三章机械手结构设计 (9) 3.1手部的设计 (9) 3.1.1手部的概述 (9) 3.1.2机械手部的典型结构 (9) 3.1.3手爪设计原则 (12) 3.1.4机械式手爪设计 (12) 3.1.5手部驱动力计算 (13) 3.2臂部的设计 (16) 3.2.1手臂的常用机构 (17) 3.2.2手臂设计原则 (17) 3.2.3臂部驱动力计算 (18) 3.3机身的设计 (21) 3.3.1机身的整体设计 (21) 3.3.2机身回转机构的设计计算 (24)
3.3.3机身升降液压缸的设计计算 (26) 第四章机械手的运动分析 (33) 4.1液压缸的设计选择 (33) 4.2 机械手的手爪的运动 (34) 4.3 机械手的臂部的运动 (34) 4.4 机械手的整体运动分析 (34) 总结 (36) 致谢 (37) 参考文献 (38)
摘要 本课题主要进行生产线轴套类零件自动上下料机构设计，该设计属于机械手的一部分，生产线轴套类零件自动上下料机构是在机械化、自动化生产过程中发展的一种新型装置，实现了胚料的抓取、自动定位、夹紧以及工件的回放。机械手能代替人类重复完成枯燥危险的工作，提高劳动生产力，减轻人的劳动强度。该机构涵盖了位置控制技术、可编程序控制技术、检测技术等。本课题设计的液压机械手可在空间抓放物体，动作灵活多样。根据工件的变化及生产技术的要求随时更改相关参数，可代替人工在高温危险区进行作业。 关键词：机械手轴套类零件自动上下料机构提升旋转
液压机械手设计毕业设计 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：日期： 指导教师签名：日期： 使用授权说明 本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名：日期：
一、引言 1.1机械 液压通用机械手，就其本质上来说，属于工业机器人的范畴，机器人学是近几十年来迅速发展起来的一门综合学科。它集中了机械工程、电子工程、计算机科学、自动控制以及人工智能等多种学科的最新研究成果，体现了光机电一体化技术的最新成就，是当代科学技术发展最活跃的领域之一，也是我国科技界跟踪国际高技术发展的重要课题。 “机械手”（Machanical Hand）：多数指附属于主机、程序固定的自动抓取、操作装臵（国内一般称作机械手或专用机械手）。如自动线、自动机的上下料，加工中心的自动换到的自动化装臵。 1.2机械手特点、结构与研究意义 1.2.1机器人的特点 机器人的主要特点体现在它的通用性和适应性等方面。 1.通用性 机器人的通用性指具有执行不同功能和完成多样简单任务的实际能力；通用性也意味着，机器人是可变的几何结构。或者说在机械结构上允许机器人执行不同的任务或以不同的方式完成同一工作。 2.适应性 机器人的适应性是指具有对环境的自适应能力，及机器人能够自主执行实现经规划的中间任务，而不管执行过程中所发生的没有预计到的环境变化。 1.2.2机器人的系统结构 一个机器人系统一般由四个相互作用的部分组成，即机械手、环境、任务和控制器。 工业机器人的本体机械系统即为通常的机械手装臵，他由肩、臂、腕、机身或行走机构组成，组合为一个相互依赖的运动机构。 环境即指机器人所处的周围状态，环境不仅由机和条件决定，而且有环境和它所包含的每个事物的全部自然特性决定。 机器人体系结构中的任务一般定义为环境的两种状态（初始状态和目标状态）间的差别，必须用适当的程序语言来描述，并能为计算机所理解。 机器人控制器一般为控制计算机，接收来自传感器的信号，对其进行数据处理，并按照预存信息，即机器人的状态及环境情况等，生成控制信号来驱动机器人的各个关节运动。
第1章绪论 1.1 选题背景 机械手是在自动化生产过程中使用的一种具有抓取和移动工件功能的自动化装置，它是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。近年来，随着电子技术特别是电子计算机的广泛应用，机器人的研制和生产已成为高技术领域内迅速发展起来的一门新兴技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。机械手能代替人类完成危险、重复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，提高劳动生产力。机械手越来越广泛的得到了应用，在机械行业中它可用于零部件组装，加工工件的搬运、装卸，特别是在自动化数控机床、组合机床上使用更普遍。目前，机械手已发展成为柔性制造系统FMS和柔性制造单元FMC 中一个重要组成部分。把机床设备和机械手共同构成一个柔性加工系统或柔性制造单元，它适应于中、小批量生产，可以节省庞大的工件输送装置，结构紧凑，而且适应性很强。当工件变更时，柔性生产系统很容易改变，有利于企业不断更新适销对路的品种，提高产品质量，更好地适应市场竞争的需要。而目前我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，应用规模和产业化水平低，机械手的研究和开发直接影响到我国自动化生产水平的提高，从经济上、技术上考虑都是十分必要的。因此，进行机械手的研究设计是非常有意义的。 1.2 设计目的 本设计通过对机械设计制造及其自动化专业大学本科四年的所学知识进行整合，完成一个特定功能、特殊要求的数控机床上下料机械手的设计，能够比较好地体现机械设计制造及其自动化专业毕业生的理论研究水平，实践动手能力以及专业精神和态度，具有较强的针对性和明确的实施目标，能够实现理论和实践的有机结合。 目前，在国内很多工厂的生产线上数控机床装卸工件仍由人工
自动上下料机械手开题报告 1.课题研究的意义 对实现工业生产自动化，推动工业生产的进一步发展起着重要的作用。因而具有强大的生命力受到人们的广泛重视和欢迎。实践证明，工业机械手可以代替人手的繁重劳动，显著减轻工人的劳动强度，改善劳动条件，提高劳动生产率和自动化水平。工业生产中经常出现的笨重工件的搬运和长期频繁、单调的操作，采用机械手是有效的。此外，他能在高温、低温、深水、宇宙、放射性和其他有毒、污染环境条件下进行操作，更显示其优越性，悠着广阔的发展前途。 2.课题简介和设计要求 1、简介 本课题是为普通车床配套而设计的自动上下料机械手。工业机械手是工 业生产的必然产物，他是一种模仿人体上肢的部分功能，按照预定要求 输送工件或握持工具进行操作的自动化技术设备，对实现工业生产自动 化，推动工业生产的进一步发展起着重要作用 2、本设计的具体要求 本课题通过应用Auto CAD 技术对机械手进行结构设计和液压传动原理 设计，运用PRO/E技术对自动上下料机械手进行三维实体造型，并进行 了运动仿真，使其能将基本的运动更具体的展现在人们面前。他能实行 自动上下料运动。机械手的运动速度是按着满足生存率的要求来设定的。 3.课题研究拟采用的手段和工作路线 课程设计方法； 设计时，认真阅读参考现有的相关技术资料，继承或借鉴前任人的设计经验和成果，但不盲目抄袭，根据具体的设计条件和要求，独立思考，大胆的进行改进与创新，争取拿出一个高质量的设计成果。 全面考虑现有机械手零部件的强度、刚度、工艺性、经济性和维护性等方面要求任何零部件的结构和尺寸。 设计时应尽量使用标准和规范，这样有利于零件的互换性和工艺性，同时也可减少设计工作量、节省设计时间，对于国家标准或部门规范，一般都要严格遵守和执行。设计中采用标准或规范的多少，是评价设计质量的一项重要指标。因此，毕业设计中，凡是有国家标准和企业标准规范要求的，应尽量采用。 工作路线： 了解设计任务书，明确设计要求、工作条件、涉及内容的步骤；通过查阅有关设计资料，参观实物征询操作人员的建议等，了解设计对象的性能、结构及工艺性；准好设计需要的资料、绘图工具；拟定涉及计划等。 绘制机械手各部件装配草图；进行机械手总体结构设计和部件设计。 写明整个设计的主要计算和一些技术说明。
理工学院毕业设计(论文)开题报告 题目：铣床自动上下料点位控制机械手的设计 学生姓名：韩抟彬学号： 10L0551370 专业：机械设计制造及其自动化 指导教师：陈继荣 2014年3月31日
毕业设计开题报告 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。 PLC是以现代微处理器技术为核心的控制器，作为一种通用的工业控制器，其可靠性高、抗干扰能力强；PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性，此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息；PLC采用光电隔离和滤波技术有效抑制外部干扰源对PLC的影响，此外PLC还可在强、通用性好；开发周期短，功耗小。本课题对现代工业的的发展具有很重要的意义。 1．课题研究的目的和意义 1.1本课题的意义 机械手又名工业机器人，是近代自动控制领域中出现的一项新技术，并已成为现代科技的一个重要组成部分。在机械行业中，机械手越来越广泛的得到应用，它可用于零部件的组装，加工工件的搬运、装卸，特别是在自动化数控机床、组合机床上使用更为普遍。目前，机械手已发展成为柔性制造系统FMS和柔性制造单元FMC中一个重要组成部分。把机床设备和机械手共同构成一个柔性加工系统或柔性制造单元，可以节省庞大的工件输送装置，结构紧凑，而且适应性很强。 机械手的积极作用正日益为人们所认识，其一，它能部分地代替人的劳动并能达到生产工艺的要求，遵循一定的程序、时间和位置来完成工件的传送。因此，它能大大地改善工人的劳动条件，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。因此，受到各先进单位的重视并投入了大量的人力物力加以研究和应用。尤其在高温、高压、粉尘、噪声的场合，应用得更为广泛。在我国，近代几年来也有较快的发展，并取得一定的
精心打造 第1章绪论 1.1 选题背景 机械手是在自动化生产过程中使用的一种具有抓取和移动工件功能的自动化装置，它是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。近年来，随着电子技术特别是电子计算机的广泛应用，机器人的研制和生产已成为高技术领域内迅速发展起来的一门新兴技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。机械手能代替人类完成危险、重复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，提高劳动生产力。机械手越来越广泛的得到了应用，在机械行业中它可用于零部件组装，加工工件的搬运、装卸，特别是在自动化数控机床、组合机床上使用更普遍。目前，机械手已发展成为柔性制造系统FMS和柔性制造单元FMC 中一个重要组成部分。把机床设备和机械手共同构成一个柔性加工系统或柔性制造单元，它适应于中、小批量生产，可以节省庞大的工件输送装置，结构紧凑，而且适应性很强。当工件变更时，柔性生产系统很容易改变，有利于企业不断更新适销对路的品种，提高产品质量，更好地适应市场竞争的需要。而目前我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，应用规模和产业化水平低，机械手的研究和开发直接影响到我国自动化生产水平的提高，从经济上、技术上考虑都是十分必要的。因此，进行机械手的研究设计是非常有意义的。 1.2 设计目的 本设计通过对机械设计制造及其自动化专业大学本科四年的所学知识进行整合，完成一个特定功能、特殊要求的数控机床上下料机械手的设计，能够比较好地体现机械设计制造及其自动化专业毕业生的理论研究水平，实践动手能力以及专业精神和态度，具有较强的针对性和明确的实施目标，能够实现理论和实践的有机结合。