绪论
根据建材市场的需求和国家关于创新发展新型墙体材料政策的实施，国家对建筑用材有了更加严格的要求，建筑节能越来越得到人们的高度重视。我国全面展开了建筑节能工作，迄今为止国家已对全国50%以上的地区下达节能强制性标准和要求的文件。传统的通过高温烧结黏土形成的红砖作为墙体材料的生产过程严重破坏生态环境，并极度浪费资源与能源，成为经济社会可持续发展的最大障碍之一]1[。
钢丝网架珍珠岩夹芯板是一种新型墙体材料，它以其自重轻、保温、隔热、隔音、抗震能力高、施工方便、价格低廉等优点，广泛应用于工业建筑与民用建筑框架结构中的非承重墙体和防火要求高的防火通道、防火墙等部位。
工业机器人技术的研究、发展与应用，使得在生产生活中很多人力难以实现任务通过机器人得以完成，同时也提高了生产效率，有力地推动了世界工业技术的发展。特别是焊接机器人在高质、高效的焊接生产中，发挥了极其重要的作用。在当前服役的各类工业机器人中，焊接机器人占了很大比例，其中日本是世界上拥有机器人最多的国家，焊接机器人占到日本机器人总量的35%[2]。
工业机器人又称机械手，由机械本体、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置组成，是一种仿人操作、自动控制、能在三维空间完成各种作业任务的机电一体化设备，它不但具有人对环境状态的快速反应和分析判断能力，同时还具有机器长时间工作、精确度高、抗恶劣环境强的能力。它对提高生产效率，改善劳动条件和产品的更新换代起着十分重要的作用[3]。
目前，我国的珍珠岩行业整体水平较差，大多以小企业为主，生产设备比较陈旧，能耗高，生产效率较低，综合起来并不能体现钢丝网架珍珠岩夹芯板的优越性。尤其在钢丝网架生产最后一道工序的焊接作业中采用手工焊接，自动化程度低，影响了企业的长远发展。本文在吸取已有生产设备优点的基础上，为提高钢丝网架焊接作业的自动化程度设计了焊接机械手，使珍珠岩墙体的制备机械达到较高的自动化水平，以大力提高生产效率。
通过引用新设备、新技术，可以大大降低产品的人力资源成本，加速珍珠岩材料在建材市场中的应用，从而降低利用宝贵的粘土资源烧制的红砖块的使用，为推动
了我国珍珠岩工业的发展，具有重要的现实意义。
由以上背景综合起来不难发现，钢丝网架珍珠岩夹芯板墙体材料有巨大的市场潜力，也是应我国发展绿色墙体材料的进程而生。为提高墙体材料生产制造的效率，有必要开展对钢丝网架珍珠岩焊接机械手的研究设计，实现珍珠岩夹芯板焊接作业的自动化。
本文的主要章节如下:
第1章：简要介绍了本课题研究的焊接机械手的工作环境。
第2章：焊接机械手的总体方案设计：根据作业要求机械结构设计特点，进行本设计机构的选型，并却确定机械手自由度，材料的选用，机械手主杆件尺寸的确定。
第3章：完成了机械手传动系统设计与驱动方式的选择。
第4章：机械手各部分结构的设计：根据机械手的主要杆件尺寸并利用三维建模SolidWorks软件完成焊接机械手的机械结构装置设计，绘制各个工件的三维图。
第5章：选择合适的标准件级专业件，并完成装配工作。绘制主要零件二维工程图。
总结与展望：总结本文主要工作，及这次毕业设计的经验，并对后续学习工作进行展望。
1焊接机械手的工作环境
钢丝网架珍珠岩夹芯板是以膨胀珍珠岩为芯材，中间埋设S型钢丝骨架，芯材两面覆以钢丝平网，通过焊接将钢丝网与S型骨架焊成一体，并以水泥砂浆作面层的复合墙板，钢丝网架珍珠岩夹芯板结构如图1-1所示。钢丝网架是由平网和S型钢丝焊接而成，网架厚度约为76mm；内填胶凝压制成型的膨胀珍珠岩芯板，厚度约为5Omm，珍珠岩内固定有S型钢型骨架[4]。
图1-1 钢丝网架珍珠岩夹芯板
目前夹芯板的成型工艺一般由机械成网和手工成板两部分组成。机械成网是钢丝网焊接机组(如PMH-25型机组)完成。镀锌钢丝经转盘放线架、纵丝调直机调直、剪网机切割、平网点焊机、卸网架等焊接成100mm×100mm的平网格板；弯曲机将调直的镀锌钢丝弯曲成若干S型钢丝，构成轴向网架；平网在两边定位固定，用专用工具为S型钢丝定位；膨胀珍珠岩颗粒与泡花碱、憎水剂等材料按配方比例混合后，定量送人装有S型钢丝的模具中，在压力机下压制成型；成型芯板再经翻转，除去压制外模，叠放后进入烘干窑烘烤。机械成网的加工过程可由可编程控制器控制，工作可靠，操作简单，自动化程度较高。
图1-2 钢丝网架的生产工艺流程图
出窑后在焊台上手工成板，用点焊机将S网的凸点分别焊在两边的平网上，脱去芯板内模框后经检验、包装人库，从而制成整体式S型穿丝焊接成钢丝网架芯板。手工成板过程现阶段未实现自动化，要耗费大量的人力和时间，钢丝网架生产工艺流程和焊接生产现场如图1-2和图1-3所示。在此情况下，单一通过手工焊接难以满足焊接质量和焊接效率的要求，使得钢丝网架珍珠岩夹芯板的产量难以有较大的提升，因而迫切需要提高焊接过程的自动化程度。
图1-3 钢丝网架焊接的生产现场
2焊接机械手的总体方案设计
焊接机械手的操作机一般是由机座、手臂、手腕、末端执行器（夹持器和焊枪）及动力装置组成的机械装置，如同人一样，它主要通过旋转副和移动副连接而成，只需6个自由度便可达到空间任意位姿。机械手的结构参数直接影响其工作性能，合理的结构设计可以提高机械手工作的可靠性和效率，具有良好的经济性和有用性。
焊接机械手机械设计的特点是由它的独特结构决定的。一般来说，机械设计需保证所设计的机械装置能在极限负载条件下正常的工作，而焊接机械手的主要工作是实现焊接作业，负载较小且其极限负载的降低可通过降低运动速度来实现。
2.1 方案要求
针对现在国内钢丝网架珍珠岩夹芯板的生产过程，其钢丝网架焊接主要作业采用手工作业，生产效率和自动化水平低。由此，本文设计焊接机械手实现其生产工序中钢丝网架焊接部分的自动化。根据现场的工作需要和实体板材的参数，如图1-1所示，其工作要求为:
(1) 焊接对象为钢丝平网与S型钢丝相交的凸点，夹芯板的横截面积为2500mm×1200mm，板材厚度为100mm，焊点共12排25列，起点A距离板材两边缘各50mm，相邻焊点之相距100mm；
(2) 机械手在给定板材工作范围内能连续运动，点焊固定的离散点，运动的时间尽可能短；
(3) 机械手的参数设计要根据实体板材的已知尺寸确定，既要满足机械手达到板材的最远点B，又要满足机械手达到距离板材的最近点C；
(4) 焊点强度要求:焊点的抗拉力 330N，无过烧现象；
(5) 焊点质量要求:为保证钢丝网架的承载能力，不允许过多漏焊、脱焊；网架漏焊、脱焊点不应超过总焊点数的8%，且脱焊点不能集中在一起，连续脱焊点不应多于2个；靠近边缘200mm区段内的焊点不允许有脱焊、虚焊现象。
图2-1 钢丝网架平面图
2.2 机械结构设计特点
机械手的结构设计应根据它的实际应用工种来决定。对于机械手而言，增加杆件的尺寸虽然可以提高机械手的局部刚度和承载能力，但整体的结构变笨重，体积变得过大，质量增加，翻来过来对刚度的要求更高，动态性能可能会因为惯量J的增加而变差，灵活度变弱，精度也随之变低，且各关节电机的驱动功率也会随质量的增加而提高，在电机的选择上更为严格，都增加了机械手的设计成本。
本课题中焊接机械手的主要目的是准确定位到钢丝网架的各个焊点并实现焊接作业。焊接机械手结构设计的主要思路是在满足作业任务要求的前提下，尽量减轻机械结构的体积和质量，减少传动系统的复杂性，实现稳定传动与精确定位，使得焊接机械手的灵活性和稳定性并存。
2.3 机构选型
机器人按照结构形式可分为关节型机器人和非关节型机器人。在同样的体积条件下，关节型机器人比非关节型机器人有更多的绝对工作空间和相对空间，同时关节型机器人的动作和轨迹更灵活。关节型机器人各个关节的自由度高，可由移动自由度和转动自由度的不同形式组合而成，它决定了机器人手臂的运动坐标形式和空间运动范围[5]。
焊接机械手完成焊接作业，相对于在其他工业上应用的机械手来说，本文所设
计的机械手在根据工作任务所需达到位姿方面相对简单。
本文最初设计的两种方案：
方案一：采用直线导轨式，即如同机床的导轨的设计方法，直接采用三条导轨，通过三个步进电机来使焊枪和夹持部分一起移动到需要焊接的位置，并完成焊接工作，优缺点：成本低，工作速度快，机器的刚度好，能将其改为生产线工作，操作控制简单，遇到问题易检修，适用于二维平面的焊接任务。（但直线导轨采用丝杆传动，在焊接工作中可能存在焊渣掉去导轨中，从而影响精度。因为精度难以保证，并可能因为精度的原因，使有的点在焊接过程中出现漏焊无法达到最初的目的）。
方案二：六自由度的拟人形态焊接机械手，具有多个旋转关节的关节型机器人，可以达到工作空间所需的各个位姿，同时具有良好的可扩展性，良好的能换性，可改装成它用机械手。优点：机器手的适应工作能力更强，能够适应三维空间的焊接任务，工作灵活性更高，同样能安装在生产线上进行工作，方便移动安装工作，最大的优点是只需更换焊接头部分（末端执行器）即可将焊接机械手变为其他工作机械手（如换成电动螺丝刀、钳子，剪刀来实现拆弹和爆破工作，完成极其危险的工作）。
综合各类因素，最终根据各自的优缺点设计方案选定为六自由度的焊接机械手。机械手结构方案如图2-2。
图2-2机械手的结构方案图
机械手末端执行器上装有传感器，控制系统采用半封闭式，根据传感器反馈的位置和系统给定程序进行运动。（本设计对控制部分不作具体研究）
2.4 自由度的确定
焊接作业一般是定义在空间直角坐标中的。确定焊枪的位置需要三个独立参数
x, y, z；在作业时焊枪的自转用以保证末端执行器与钢丝网保持2个垂直，即：与网架面垂直，与焊机处钢丝垂直。在这种情况下，才能保证达到最好的焊接效果，所以描述焊枪的姿态有三个独立参数[6]。因此，用机械手实现焊枪的位姿需要至少六个自由度。底座与腰部旋转、肩部、肘关节和手腕部分的上下摆动、旋转、左右摆动共六个自由度实现末端执行器的位姿。
本课题研究的焊接机械手具有六个自由度，腰关节、肩关节、肘关节和腕关节各部分之间的运动通过转动副实现。初步确定焊接机械手的结构方案如图2-2所示。腰部转动关节实现机器人本体除机座固定以外的所有部分的转动；肩关节和肘关节都是转动关节，可以在一定范围内调整大臂、小臂、焊枪与钢丝网间的位姿(位置和姿态)；腕关节包括两个关节，分别实现焊枪的俯仰和摆动。
2.5 材料的选择
机器人手臂所用材料的选择应综合手臂的工作环境和任务要求来考虑，并满足机器人的设计和制作要求。机械手的设计思路是从工作任务出发，最终要求机器人手臂要完成各种运动。因此，在选定对材料时，一个方面的要考虑到材料是作为运动的部件，它应是轻型材料。另一方面，手臂在运动过程相对比较慢，运动中易会产生振动，振动必然大大降低它的运动精度。所以在选择材料时，需要对质量、刚度、阻尼进行综合考量，以便有效地提高手臂的动态性能。此外，机械手的机座是直接固定用的，并不需要运动，在选材时仅需考虑刚度成本即可，机座底板较厚，本文直接采用铸铁铸造而成。机器人手臂做为一种伺服机构，要受到控制，必须考虑它的可控性。在选择手臂材料时，可控性还要和材料的可加工性、结构性、质量等性质一起考虑。也就是机械手手臂的材料时，要综合考虑强度、刚度、重量、弹性、抗震性、外观及价格等多方面因素[7]。为节省驱动力矩，机械手臂在选择材料时尽量在满足强度条件下选择最轻型材料，查阅各种资料本文终选定为碳素结构钢和合金结构钢等高强度钢。合金结构钢一般分为调质结构钢和表面硬化结构钢，这类材料强度好，尤其是合金结构钢强度增加了4~5倍、弹性模量E大、抗变形能力强，相对质强比小，是应用最广泛的材料。本文轴类零件选用40Cr，板材选用45钢。
2.6 机械手的主杆件尺寸
利用罚函数法，建立目标函数，进行有约束的非线性规划求解可以得到主杆件的
尺寸[8]。根据 D －H( denavit ＆ hartenberg) 方法，建立基座坐标系并在每个连杆上建立各杆件坐标系，如图2-3所示。
图2-3 六自由度机械手的连杆坐标系
图2-3 中，1θ为腰部回转角，2θ为大臂俯仰角，3θ为小臂俯仰角，4θ为腕关节俯仰角，5θ为腕关节旋转角，6θ为腕关节摆动角；0L 为肩部与地面高
（mm d 12001+），其中1200mm 机座安装高度，根据具体工作环境而改变，2L 为大臂长，3L 为小臂长，4L 为腕关节中心到焊枪末端的距离（其中包括：一个转动部分、一个摆动部分和一个夹持部分）。各连杆及关节的参数如下所示：
①mm d 4001=，mm L 1600
0=，?≤≤?-1351351θ ②mm d 02=，mm L 12502=，?≤≤?-901352θ
③mm d 03=，mm L 11503=，?≤≤?-901353θ
④mm d 04=，mm L 04=，?≤≤?-904135θ
⑤mm d 05=，mm L 5005=，?≤≤?-1801805θ
⑥mm d 06=，mm L 1106=，?≤≤?-90906θ
注：其中值为0，表示数值比较小，在总长不变的情况下，应用在具体设计绘图过程中可有适当的变动，不作过细注释。（本数据是将钢丝网架平放在工作台上，做出的优化数据，不能代表网架安放非平放时一定适用。）
3 传动机构的设计与驱动方式的选择
机械手的运动主要是通过各类电动机伺服驱动器经过各种传动装置减速后驱动负载的，或通过液压传动等方式。本文在末端执行器夹持部分的驱动力上就是采用的电磁力来驱动的。驱动方式的选择好坏将直接影响到机械手的运动平稳性和控制精度。
3.1 传动机构的设计
一般常用的机械传动机构有齿轮传动、带传动、链传动、蜗轮蜗杆传动、滚珠丝杠传动等。根据实际工况在选择传动方式均有自身的优缺点，在实际应用中，对于同一机械，在不同的位置，设计者通常会根据其不同的工作要求，多采用不同种类的传动方式，这样通过不同传动方式的组合来达到最优的效果[9]。
由于一般的驱动系统输出力矩较小，带负载能力弱，通常利用传动机构来增加力矩以提高带负载能力。但由于工业的发展，现在市场出现很多相对而言较大输出力矩的电机，因此出现很多直接采用电机轴为驱动方式的机械产品。本设计中也借鉴了此种传动方式。
3.2 驱动方式的选择
机械手的驱动装置是带动各个关节运动到达指定位置的动力源。常见的驱动方式有电机驱动、液压驱动、气压驱动三种。气压驱动的工作介质是高压空气，操作简单易于编程，但其带负载能力小，体积大，位置精度低；液压驱动以高压油为工作介质，能得到较大的动力，虽然精度上较气压驱动有了提高，但液体对温度变化敏感，易造成泄露并对环境造成污染，并且液压和气压驱动都易产生巨大的噪声。而电动机驱动具有启动转矩大、控制灵活、使用方便等优点在机器人
设计中的得到广泛应用。
驱动电机主要包括三大类:直流伺服电机、交流伺服电机和步进电机。直流伺服电机便于调速，具有良好的机械特性，但直流电动机的动态特性差，尤其是在低速运转条件下，同时其转动惯量和尺寸较大，因此不便于在有较高精度要求的机器人中使用；交流伺服电机主要用于闭环控制，通常用于位置精度和速度要求高的机器人中；步进电机主要适用于开环控制系统，具有控制性能好、可实现速度和位置的
精确控制、以及体积小等优点，常用于控制系统简单、成本低的简易机器人中。本设计中采用步进电机就能满足实际使用的要求。
步进电机有三种基本类型：永磁式、变磁阻式（反应式）和永磁感应子式（混合式）。其中永磁感应子式步进电机又称混合式（HB）步进电机，他综合了永磁式和磁阻式电机的特性。因为集合了两者的优点，无论是在定位转矩、还是在输出转矩方面都比其他两种电机有所提高。这类电动机具有优良的分辨率、输出转矩和加速度等特性，典型的步距角为?
9.0，对于大功率电机而言，可以如图3-1所示制
~
?6.3
作成多段转子[10]。
图3-1 单段体和多段体混合式步进电机
此部分选自《微特电机应用技术手册》第580~581页。这也是为什么本文在在设计时，在有些部位直接采用电机轴的根本原因，因为它的步距角为?
?8.1
9.0，步距
~
角十分小，不在采用变速装置的情况下，可直接满足本设计的机械手的运动所需角度，采用电机轴不断使的机械手的结构简单，质量大大减轻，材料的刚度要求更低，同时采用多段体混合式步进电机完全可以满足焊接机械比较小的结构和相对较小的转矩要求，可能此种设计在电机上的成本比常规方法所选的电机成本高些，但由于省去减速设备的设计，也方便安装和后期的维护，编程时不用考虑其他因素，使得综合起来成本大大降低，所以此法合理。
机械手的肩关节和肘关节分别安装一个步进驱动电机，实现各个关节的旋转运动和俯仰运动，而腕关节安装有两个步进电机，分别完成俯仰和摆动。焊接机械手的各关节在驱动电机的相互协调下运动，末端执行器可达到预想的位置完成焊接作业。这通过计算后可直接采用电机轴进行设计，可满足工作任务的要求。
末端执行器的夹紧部分采用电磁力驱动来实现夹紧工作。其原因在本文的（4-1
末端执行器的设计）中给出了具体的说明和两种方案的对比。
在机械手的腰关节驱动力的选择时，充分考虑到如果机械手的整个手臂再完全伸直状态时，重心和机座的距离很远，根据公式F r F M ?=)(0，使得此部分在转动时所需要的转矩不较大，如果直接采用电机轴很难实现腰部的转动。根据公式：
609.5510P T n
=? ， 1212i T T = 因而需要采用减速传动机构来增大转矩，从而提供电动机的带负载能力。机械手传动机构的特点有：
(1) 传动刚度大，即在相同的扭矩下，由驱动器的输出轴到关节的转轴角度变形小，这样可减轻整机的低频振动，提高固有频率，避免产生共振而对机械手造成巨大的损害，或隐藏重大安全隐患。
(2) 结构紧凑，即具有相同的传动比和传动功率时，体积相对较小，重量较轻轻。
(3) 回程差小，即空行程要小，这样可提高位置控制精度。
(4) 使用寿命长，便于维修。
(5) 设计成本和维护成本低。
谐波传动是一种大传动比的减速机构，经过对谐波减速器相关资料的查阅，了解到谐波传动是利用一个构件的可控制的弹性变形来实现机械运动的传递。与一般齿轮传动相比，谐波齿轮传动有以下优点：传动比大，目前市场上的谐波齿轮传动比一般为100，可达到200以上，“范围宽、结构简单、体积小、重量轻；同时参与啮合的齿轮对数比其他齿轮传动多，承载能力大，且阻尼较大；传动精度高，在相同制造精度下，谐波齿轮传动比一般齿轮传动的精度至少高一级；齿侧间隙便于调整，易获得零侧隙传动。传动效率高，单级传动效率约为65%-90%。其缺点是:由于柔轮的疲劳强度问题，限制了输入速度；扭转刚度低，尤其是在低扭矩情况下，这限制了它在机器人中的应用；当输入转速等于或者是啮合频率的2倍、4倍、6倍时，会产生明显的振动，这对于低速运动的连接件很不]11[利。”因而本设计中将此种传动方式排除在外。
最后综合所学传动结构的优缺点、传动机构的基本要求以及现场的作业任务要求，本文选用齿轮传动和蜗轮蜗杆传动的组合方式作为机械手的传动机构。由于腰
部关节是个转动关节，速度要求不高，但腰部关节需要带动除机座以外的其他部件转动，故要有较大的转矩，采用减速的齿轮传动可以达到腰部关节的转动要求，本文腰关节综合体积与工作任务最后直接选用带减速器的步进电机。具体计算数据和公式在第四章各个部分的设计给出。
4 机械手各部分机械结构的设计
4.1 末端执行器的设计
末端执行器也就是机械手的手部，安装在机械手的最末端，机械手与产品网架直接接触的重要工作部件。其上装有夹持部分和用于焊接的焊枪等。
在焊接过程中，既要保证末端执行器到达的点是正确的，就是说机械手整体要有较高的精度和灵活性；也要求保证末端执行器与钢丝网保持2个垂直，即：与网架面垂直，与焊机处钢丝垂直。在这种情况下，才能保证达到最好的焊接效果。这两个垂直由机械手的机身的各个关节的6个自由度来协调实现，并通过传感器和反馈系统协同完成（半闭环系统）。
末端执行器主要作用是夹持和焊接工作，夹持好了后进行焊接工作。（夹持所需的加紧力大约为100N左右）
夹持部分设计2种方案进行选择：
方案一：采用液压为驱动力的夹紧装置。
优点：夹紧力大，有良好的持续力作用其上，稳定持续性好，有一定的缓冲的作用，冲击小。
方案二：采用电磁力为驱动力的夹紧装置。
优点：总体体积小，安装方便，在电压充足的情况下，能有较大的加紧力和持续性。
两种方案进行对比，液压式虽然比电磁式可实现更大的夹紧力，对加工工件的冲击更小，但考虑到所要加工的工件是焊接钢丝网，其夹紧力只需100N左右，焊接后网架是直接在板内部的，对其机构精度没有很高的要求，在夹紧时产生的冲击对其没有任何影响。其中液压式其总体占用空间会远大于电磁式，还需要考虑到液压管的安装，电磁式只需用电线，易于安装维护。液压式用一定的时间后可能会出现漏油的情况，对环境有污染，很重要的一个原因是此部分离焊枪太近，焊接时会有电火花，液压油大多都是易燃的，假如发生漏油十分危险。从市场价格考虑，电磁式也比液压式便宜的多[12]。
综上所述，在两者都满足工作需要时，选择电磁式更为合理。
在末端执行器的设计的中，需要注意一下要求；
①尺寸满足工作需求，因为钢丝网格每个格子是100×100mm，机械手的夹持部分宽度不能超过100mm，夹子在张开时，上下两个点不能超过200mm，否则夹持部分伸不进去，无法完成焊接任务。
②机械手要有较高的精度和灵活性，级机械手的机身和末端执行器不能过大过重，即在选择合适电机和材料的同时要考虑到其体积和重量的影响。
③夹持部分通过电磁力来夹击，因为在夹紧时中间有钢丝，夹紧的大小和位置基本固定，但在松开时，如果同样通过电磁力的和话，可能张开的超过工作值200mm 以内，或因为重力的原因下面个直接与地面成垂直状态了，角度过大，使得电磁力在下次夹紧时失效。
机械手的夹持部分如图4-1、图4-2所示：
图4-1夹持部分张开时结构图图4-2 夹持部分夹紧时结构图其中电磁吸盘是通过沉头螺钉与末端执行器手指相连，保证连接安全，同时在加紧时不会产生干涉。在保证夹持部分回位，机械手的手指与手体的连接孔设计有键槽，在安装是通过键使手指与轴销连在一起运动，在轴销上装有特定结构的弹簧与手有个相对位置固定，从而保证在电磁力卸后回到指定位置，轴销的这头安有挡销。其中手体有卡位的突出部分，加工有卡位槽，特定弹簧安装结构如图4-3所示，特定弹簧结构如图4-4所示[13]。
图4-3 特定弹簧安装结构图
末端执行器手指轴销根据其工作性能的要求设计为如图4-5所示。其中开有与手指相连的键槽，特定弹簧卡位槽，开口销销孔。两头与手掌接触，工作时会有相对转动，为减小摩擦力，表面需要进行精加工。同时因为手掌相对比较大如果因使用磨损而和轴销一起更换会加大使用成本，本设计在手掌采用滑动轴承式设计出安装了轴瓦衬套，同时在轴瓦的选择上，为满足手掌的设计，而不改变整体结构，轴瓦设计成整体式，同时机械手手臂整体是一直需要运动的，采用油润滑不方便，也可能会出现漏油现象。因此需要考虑耐磨性好，又具有自润滑作用的材料。查阅资料
最终选定型号为G-95的又填料热固性塑料PTFE。其特点是具有极好的耐磨性和良好
的自润滑性[14]。
图4-5 末端执行器手指轴销
4.2 腕关节设计
本设计中的机械手的腕关节是拟人手腕特点设计，在功能上既能实现左右摆动，又能实现旋转运动。当然在旋转一定角度后，再摆动就可以看成是上下摆动了。其中摆动角度能实现?≤≤?-90906θ，旋转角度能实现?≤≤?-1801805θ。腕关节结构如图4-6、腕关节电机和固定轴销安装结构如图4-7和旋转部分安装结构如图4-8所示[15]。
图4-6 腕关节结构正视图
图4-7 腕关节电机和固定轴销安装结构图
在图4-7中可以看出，一边在连接处安装有轴承，轴承型号为608CE ，安装时要保证轴承与电机的同轴度，因此在加工时轴承孔有较高精度要求。电机通过双头螺柱和螺母与手腕相连。
在连接时另一边直接采用电机轴做为连接轴，又是通过专用电机键与手体（如同人的手掌部分）相互连接。机械结构都是采用强度较高的合金结构钢，厚度都是常用的8~10mm ，因而最易出现强度问题的就是电机轴，直接做为连接轴，既要承载转矩，也要承载一半的质量。
电机轴的校核：根据钢的密度3/85.7cm g =ρ，整个手的体积V 可计算出手的质量kg V m 685.0=?=ρ，重心在关节转轴80mm 处。则关节转矩为：
m N T ?=??=537.008.08.9685.00
其中电机选用亿星科技生产的型号为57BYG4502C 的混合式步进电机。电机的基本参数：步距角0.9/1.8°，二相四线，驱动电压24V ，相电流1.5A ，保持转矩1.8N.m ，轴颈为8mm ，长度76mm ，转动惯量 0.22Kg2.cm 2 ，重量0.6kg 。
安全系数n 为：
102.3537
.09.08.1≥=?=n 能满足工作需求。
电机的功率:W UI P 365.124=?==。
电机的转速n 为380r/min 。
通过轴的强度校核计算公式得：最小轴径：
mm n
P A n P d T 7][2.09550000303==≥τ 即所选的电机的电机轴必须大于7mm ，才能满足强度要求。本电机轴颈为8mm ，因而能够保证保安全工作，不用老因电机轴损害而要更换整个电机。
在腕关节旋转部分的安装式，为使机构体积小，在设计时给出的安装空间很有限，为方便此位置电机的安装，将最初设计的六角螺钉改用成开槽带孔球面圆柱头螺钉，如图4-8所示，以便于安装和后期的维修工作。
图4-8 旋转部分安装结构图
轴承的安装同上手腕处，肩关节和肘关节的轴承型号同样都选择608CE ，在加工安装时也需考虑到同轴度的问题，对加工精度有一定要求。考虑到手臂相对比较细，普通螺钉会对安装和维修带来极大的不便，结合空余空间和工作要求，最终选定为开槽带孔球面圆柱头螺钉，型号为GB/T832-1988。螺钉结构如图4-9所示。
图4-9 开槽带孔球面圆柱头螺钉结构图
4.3 肩关节与肘关节设计
焊接机械手的手臂是由大臂和小臂两个臂杆组成，手臂的运动通过肩关节和肘关节的摆动来实现。本设计中的机械手肩关节和肘关节采用相同的设计方法，都是直接采用电机机构来传递动力。其工作要求是，能够实现很小角度的转动，并满足扭矩要求，既能够带动前面小臂和末端执行器的运动。机器人所用电机为微电机，在查阅《微特电机应用技术手册》得出结论，直接采用永磁感应子式步进电机，做成电机轴。能够实现工作要求（原因在上面的2.2驱动方式的选择中给出具体说明）。此种选择具有结构紧凑、工作平稳性高、适用范围广、瞬时由系统程序直接控制电机转动来到达指定角度等优点，无减速装置上面的能耗，其传动效率高，质量轻，操作方便，所以它有利于保证手臂定位的精确性和运动的平稳性。通过在满足工作需求的情况下，节省了减速装置的设计制造和后期的维护成本，选择此种电机轴结构是很合理的。肩关节和肘关节结构分别如图4-10和图4-12所示。
图4-10 肘关节的结构图
ρ，根据转轴以上的机械手的体积具体电机的选定，根据钢的密度3
=
g
.7cm
/
85
ρ，重V可计算出其质量kg
+
?
.76=
?
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心在关节转轴800mm处。则关节转矩为：
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由于关节运转所需转矩为86.24N.m，直接采用电机轴驱动力难以实现，为省去减速装置的设计，根据市场调查可购买到减速装置直接安装在电机上，组装成带减速器的步进电机，即：行星减速器+步进电机。其中电机选用亿星科技生产的型号为
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。 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 In the modern large-scale manufacturing industry, enterprises pay more attention on the automation degree of the production process in order to enhance the production efficiency, and guarantee the product quality. As an important part of the automation production line, industrial robots are gradually approved and adopted by enterprises. The technique level and the application degree of industrial robots reflect the national level of the industrial automation to some extent, currently, industrial robots mainly undertake the jops of welding, spraying, transporting and stowing etc. , which are usually done repeatedly and take high work strength, and most of these robots work in playback way. 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
毕业设计（论文）题目：气动机械手的设计 系部：机电工程系 专业：数控技术 班级： ： 学号：
目录 摘要 (3) 第一章前言 1.1机械手概述 (4) 1.2机械手的组成和分类 (4) 1.2.1机械手的组成．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4 1.2.2机械手的分类．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6 第二章机械手的设计方案 2.1机械手的坐标型式与自由度．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 8 2.2机械手的手部结构方案设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 8 2.3机械手的手腕结构方案设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 9 2.4机械手的手臂结构方案设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9 2.5机械手的驱动方案设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9 2.6机械手的控制方案设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9 2.7机械手的主要参数．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9 2.8机械手的技术参数列表．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9 第三章手部结构设计 3.1夹持式手部结构．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11 3.1.1手指的形状和分类．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11 3.1.2设计时考虑的几个问题．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．14
江苏城市职业学院五年制（高职） 毕业设计论文 设计课题：焊接机械手设计 学校：江苏城市职业学院（常熟办学点） 年级：2009级 专业：机电一体化 姓名：曹胜 学号：0921010113 指导老师：杜建峰 职称：讲师 2013年12月
摘要 本次设计是焊接机械手设计，在设计过程中，要求我们运用机电的知识完成，其设计的内容主要包括，机械手中大臂的设计，电气系统设计等内容。 此次设计的焊接机械手实际是五自由度的关节机器人。采用步进电机驱动、微机控制，结构紧凑，工作范围大，动作灵活，不仅用于弧焊作业，还可用于搬运和装配作业。 弧焊机器人在通用机械、金属结构等许多行业中得到广泛运用。弧焊机器人是包括各种电弧焊附属装置在内的柔性焊接系统，而不只是一台以规划的速度和姿态携带焊枪移动的单机，因而对其性能有着特殊的要求。在弧焊作业中，焊枪应跟踪工件的焊道运动，并不断填充金属形成焊缝。因此运动过程中速度的稳定性和轨迹精度是两项重要指标。一般情况下，焊接速度约取5-50mm/s，轨迹精度约为±（0.2-0.5）mm。 电气系统的设计就是运用机电传动的知识，即PLC系统进行控制，PLC控制系统有西门子系统，欧姆龙系统等。 关键词：焊接机械手 PLC
目录 前言 (1) 第一章焊接机械手的总体方案设计 (2) 1.1 焊接机器人的主要组成 (2) 1.2 焊接机器人大臂的设计 (3) 1.2.1 大臂的工作方式 (3) 1.2.2 大臂电动机的选择 (3) 1.2.3 大臂上谐波齿轮传动的设计 (4) 1.3 焊接机器人末端执行器的设计 (6) 第二章PLC系统设计 (9) 2.1电气设备概述 (9) 2.1.1电气控制的变压系统部分设计 (9) 2.1.2电气控制的部分设计 (9) 2.2 PLC的应用 (11) 2.2.1 梯形图的设计 (11) 2.2.2 用功能表图表示控制过程 (13) 2.2.3 I/O分配表与配线图 (14) 2.2.4 写出梯形图 (16) 小结 (19) 致谢 (20) 参考文献 (21)
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)
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
焊接机械手毕业设计 【篇一：自动焊接机械手设计(毕业设计)】 自动焊接机械手设计 1 绪论 1.1 技术概述 工业机器人由操作机（机械本体）、控制器、伺服驱动系统和检测 传感装置构成，是一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三 维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。特别适合于多 品种、变批量的柔性生产。它对稳定、提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。 机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、 人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。机器人应用情况，是一个国家工业自动 化水平的重要标志。 机器人并不是在简单意义上代替人工的劳动，而是综合了人的特长 和机器特长的一种拟人的电子机械装置，既有人对环境状态的快速 反应和分析判断能力，又有机器可长时间持续工作、精确度高、抗 恶劣环境的能力，从某种意义上说它也是机器的进化过程产物，它 是工业以及非产业界的重要生产和服务性设备，也是先进制造技术 领域不可缺少的自动化设备。 1.2 现状及国内外发展趋势 国外机器人领域发展近几年有如下几个趋势： (1)工业机器人性能不断提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操 作和维修），而单机价格不断下降，平均单机价格从91年的10．3 万美元降至97年的6．5万美元。 (2）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；国外已有模块化装配机器人产品问市。 (3)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。 (4)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、
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
Equation Chapter 1 Section 1(1.1) 本科毕业设计说明书 题目抓件液压机械手设计 姓名Design of hydraulic manipulator for grasping 谢百松学号20051103006 专业机械设计制造及其自动化 指导教师肖新棉职称副教授 中国·武汉 二○○九年五月
分类号密级华中农业大学本科毕业设计说明书 抓件液压机械手设计 Design of hydraulic manipulator for grasping 学生姓名：谢百松 学生学号：20051103006 学生专业：机械设计制造及其自动化 指导教师：肖新棉副教授 华中农业大学工程技术学院 二○○九年五月
目录 摘要 (1) 关键词 (1) Abstract (1) Key words (1) 前言 (2) 1.总体方案设计 (2) 2.手部设计 (3) 2.1 确定手部结构 (4) 2.2 手部受力分析 (4) 2.3 手部夹紧力的计算 (5) 2.4 手抓夹持误差分析与计算 (6) 2.5 手部夹紧缸的设计计算 (6) 2.5.1 夹紧缸主要尺寸的计算 (6) 2.5.2 缸体结构及验算 (7) 2.5.3 缸筒两端部的计算 (8) 2.5.4 缸筒加工工艺要求 (10) 2.5.5 活塞与活塞杆的设计计算 (10) 3.臂部设计 (12) 3.1 臂部设计基本要求 (12) 3.2 臂部结构的确定 (12) 3.3 臂部设计计算 (12) 3.3.1 水平伸缩缸的设计计算 (12) 3.3.2 升降缸的设计计算 (14) 3.3.3 手臂回转液压缸的设计计算 (15) 4.液压系统设计 (16) 4.1 系统参数的计算 (16) 4.1.1 确定系统工作压力 (16) 4.1.2 各个液压缸流量的计算 (16) 4.2设计液压系统图 (17) 4.3 选择液压元件 (19) 4.3.1泵和电机的选择 (19) 4.3.2 选择液压控制阀和辅助元件 (19) 4.4根据动作要求编制电磁铁动作顺序表 (20) 5.控制系统设计 (21) 5.1 确定输入、输出点数，画出接口端子分配图 (21) 5.2 画出梯形图 (21) 5.3 按梯形图编写指令语句 (23) 6. 总结 (24) 参考文献 (25) 致谢 (26)
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, 改进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。当前, 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, 研制开发适合中国国情、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, 推进中国温室农业作物生产机械化和自动化进程, 特别是中国” 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, 特别是应用于花卉、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
本科毕业设计(论文) 题目：焊接机械手的结构设计 系别：机电信息系 专业：机械设计制造及其自动化 班级： 学生： 学号： 指导教师： 2013年5月
焊接机械手的结构设计 摘要 本设计为焊接机械手的结构设计，主要研究内容：腰部回转机构的设计；大、小臂和腕部回转的结构设计。 本设计由整体布局入手，参考现有关节型机械臂的相关设计，初步确定腰部的转动惯量，从而确定电机的选型，安装等相关设计。在机械臂的灵活和精度的前提下完成总体结构的设计，然后根据总体结构，从而确定本设计的机械臂各个主要零部件的设计。 在主要零部件的设计中，主要包括腰部壳体的设计、轴的结构设计、轴承的选择、电机的设计计算、大小臂的结构和固定等。 本设计整体在现有关节型机械臂的结构上做了修改，使得它能够更好的满足本设计的设计要求。本设计结构简单、重量轻、外形尺寸小、设备费用低、运转安全、操作方便、便于维修和管理。 关键词：机械手；谐波减速器；结构设计
Structure design of robot arm Abstract The design for the design of welding structure of the manipulator, the main research contents: the design of the waist turning mechanism；structure design of large, small arm and wrist rotation. This design by the overall layout with reference to the relevant design, the existing joint type manipulator, preliminary determine the moment of inertia of the waist, so as to determine the motor selection, installation and other related design. Complete the design of the overall structure of the flexible manipulator based on precision and the next, and then based on the overall structure, design of mechanical arm to determine the design of all the major components of the. The design of the main components, including the housing design, structural design of shaft, bearing selection, design and calculation of the size of motor, arm structure and fixed. The design of the whole made changes in the existing joint type manipulator structure, so that it can better meet the design requirement of this design. The design has simple structure, light weight, small size, low cost of equipment, operation safety, convenient operation, easy to repair and management. KeyWords：robot arm；harmonic drive；structure design
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
毕业设计论文题目：气动机械手的设计 设计人： 指导教师： 所属院系： 专业班级： 2014年11月10日
第1章前言 1.1工业机械手概述 工业机器人由操作机(机械本体)、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作，自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。特别适合于多品种、变批量的柔性生产。它对稳定、提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。机器人应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标志。机器人并不是在简单意义上代替人工的劳动，而是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置，既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力，又有机器可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力，从某种意义上说它也是机器的进化过程产物，它是工业以及非产业界的重要生产和服务性设各，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备.机械手是模仿着人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。在工业生产中应用的机械手被称为“工业机械手”。生产中应用机械手可以提高生产的自动化水平和劳动生产率:可以减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全生产;尤其在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣的环境中，它代替人进行正常的工作，意义更为重大。因此，在机械加工、冲压、铸、锻、焊接、热处理、电镀、喷漆、装配以及轻工业、交通运输业等方面得到越来越广泛的引用.机械手的结构形式开始比较简单，专用性较强，仅为某台机床的上下料装置，是附属于该机床的专用机械手。随着工业技术的发展，制成了能够独立的按程序控制实现重复操作，适用范围比较广的“程序控制通用机械手”，简称通用机械手。由于通用机械手能很
附件C:译文 从工业的角度看——机器人控制发展的现状和前景 Torgny Bro ｇa ?rdh A ＢＢ机器人、S Ｅ－７21?ｓtera 68 Va ¨瑞典 2006年10月５日投稿 2０07年1月14日发表 2007年5月4日网上刊登 摘要: 对于机器人制造商来说机器人控制技术是一项核心竞争力。为了改善机器人性能、减小机器人成本和开发新的功能,机器人制造商做了大量的研发工作。当今，在这一发展领域最引人注目的是多机器人控制、安全控制、力控制、三维视觉、远程控制机器人的监督和无线通信等。目前人们正在研讨受益于这些研发的技术应用和机器人制造商所面临的技术挑战。现阶段,基于模型的控制是工业机器人控制的关键技术。尽管成本压力致使机器人机械结构更加难以控制,为了满足更高的性能要求，控制模型和控制计划还是越来越精确。可以从某些领域找到机器人未来发展的驱动力。这些领域包括汽车行业新的机器人技术，特别是在中小型企业、食品工业、铸造厂等的最后组装以及大型结构的加工和装配领域。在这里本文提出了未来机器人控制发展的一些情况。一种情况是,轻型机器人的概念可能对未来汽车制造和中小型企业（SME)的自动化产生影响。这样的发展可能导致模块化机器人和在机器人臂结构上使用传感器的控制方案的诞生。上面提到的这种传感器也可以用于冗余安全控制的实现。 高度模块化机器人的引进将增加机器人对安装支持的需求，这样就使得即插即用功能变得更为重要。获得高度模块化机器人的一种途径是利用近年来发展起来的一种新型的并行结构机器人结构。相对于机器人底座来说并行机器人结构有很大的工作空间。为进一步有效地使用机器人,自适应机器人方案就被提了出来，这意味着机器人在执行不同的程序是所产生的热应力和疲劳应力分别得到了控制优化。上述陈述的主要结论是:工业机器人的发展是在远离它的限制, 需要大量的研究和开发来获得一个工业机器人自动化更广泛应用。 ＃２00７爱思唯尔有限公司保留所有权利。 关键词:工业机器人,机器人控制;控制功能;控制应用
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
韶关市职工大学韶关市第二技师学院 毕业论文 题目:三菱plc控制机械手设计系统 系别：电气自动化工程系专业系别：14电气自动化双高 学生姓名：饶金荣 学号：42 指导教师：王建军老师 温惠萍老师 李集祥老师
摘要 可编程序控制器(PLC)是近年来发展极为迅速，应用面极广，以微处理器为核心，集微机技术、自动化技术、通信技术于一体的通用工业控制装置。PLC的广泛应用，已经给生产带来许多的好处，它具有功能齐全、使用方便、维护容易、通用性强、可靠性好、性能价格比高等特点，已在工业控制的各个领域得到了极为广泛的应用，成为实现工业自动化的一种强有力工具。比如plc控制的机械手在搬运工件方面的应用，以前一直采用人工搬运物料，不仅工人的劳动强度大，安全性差，而且效率低。本文分析了机械手和PLC之后，我们采用PLC控制的机械手进行物件的搬运来代替人力。 本文基于汇川公司的PLC，提出了PLC控制工件传送机械手PLC控制系统的设计方法。重点研究了实验开发系统的工作原理、硬件部分的主要构成，以及硬件部分的设计、安装调试和实验应用开发。讨论了汇川PLC指令系统、编程语言和程序设计方法，分析了汇川PLC专用编程软件在本系统中具体应用， 关键词：机械手，PLC，
第一章概述 1.1 PLC产生、定义及发展趋势 1.1.1 PLC(可编程逻辑控制器)的产生 PLC(可编程逻辑控制器)是20世纪60年代末期逐步发展起来的一种 以计算机技术为基础的新型工业控制装置。近几年来，PLC技术在各种工业过程控制、生产自动线控制及各类机电一体化设备控制中得到极其广泛的应用，成为工业自动化领域中的一项十分重要的应用技术。 在PLC出现以前，继电器控制曾得到广泛应用，在机电设备和工业过程控制领域中占有主导地位。但是继电器控制系统有明显的缺点；体积大，可靠性低，故障查找困难，特别是因为它是由硬接线逻辑构成的系统，造成了接线复杂，容易出故障，对生产工艺变化的适应性较差。 20世纪60年代未，美国最大的汽车制造商通用汽车公司(GM)为了适应汽车型号不断更新的需要，试图寻找一种新的生产线控制方法，使之尽可能地减少重新设计继电器控制系统的工作量以及尽量地减少控制系统 硬连接线的数量，以降低生产成本，缩短制造周期，减少生产线的故障率，从而有效地提高生产效率。当时，电子计算机的硬件己经基本完备，其主要功能是通过软件来实现的，因此具有灵活性、通用性等优点，但价格相对来说比较昂贵，于是他们想到了把继电器控制系统简单易懂、操作方便、价格便宜的长处与计算机灵活、通用的优点结合起来，用来制造一种新型的工业控制装置，并进而采用招标的方式，首先是美国数字设备公司(DEC)研制出符合上述想法的工业控制装置，命名为可编程逻辑控制器，即PLC( Programmable Logic Controller)。1969年，第一台PLC在GM公司汽车生产线上首次运行，成功地取代了沿用多年的继电器控制系统，尽管当时的PLC功能仅具有逻辑控制、定时、计数等功能，但却标志着一种新型装置问世。随着微电子技术和计算机技术的飞速发展，20世纪70年代中期又出现了微处理器和微型计算机，这些新技术很快也被用到PLC之中，使
本科毕业论文 题目：三自由度圆柱坐标型工业机器人设计 学院：机械工程学院 专业：机械制造（辅修） 年级：2009 姓名：李介博 指导教师：赵华洋 完成日期：2012.04.03
三自由度圆柱坐标型工业机器人设计 摘要：在工业上，随着自动控制系统广泛的应用，工业自动化机床控制、计算机系统、机器人等高科技技术也得到了长足的发展。其中工业机器人是相对较新的电子设备，它综合应用了机械电子自动控制等先进技术以及物理生物等学科的基础知识，因而能实现机械化与自动化的有机结合而广泛应用与工业生产的各个部门，逐步的改变现代化工业面貌。 工业机器人是一种机体独立，动作自由度较多，程序可灵活变更，能任意定位，自动化程度高的自动操作机械。主要用在自动加工线和柔性制造系统中传递和装卸的工件或夹具。工业机器人以刚性高的手臂为主体，与人相比，可以有更快的运动速度，可以搬运更重的东西，而且定位精度相当高，它可以根据外部来的信号，自动进行各种操作。 本设计为三自由度圆柱坐标型工业机器人，其工作方向为两个直线方向和一个旋转方向。在控制器的作用下，它可执行将工件从一条流水线拿到另一条流水线这一简单的动作，本文是对整个设计工作较全面的介绍和总结。 关键词：三自由度；圆柱坐标；工业机器人；自动化
Three degrees of freedom cylindrical coordinate industrial robot design Abstract: In industry, along with the automatic control system of a wide range of applications, industrial automation machine control, computer systems, robots and other high-tech technology are also got rapid progress. Including industrial robot is relatively new electronic equipment, it comprehensive application of mechanical and electronic automatic control and other advanced technology and physics biological sciences foundation knowledge, and can therefore realize mechanization and automation organically and is widely used in industrial production of various sectors, gradually change modern industrial outlook. Industrial robot is a body independent of freedom movements, the program can be more flexible changes, can arbitrary positioning, high automation automatic operate machinery. Mainly used in automatic processing lines and flexible manufacturing system transfer and loading and unloading work piece or fixture. Industrial robot arm with rigid high for the subject than people, can have faster movement speed, can carry more weight, and positioning accuracy quite high, and it may, according to the signals, automatic external to operate. This scheme introduced a cylindrical robot for three degree of freedom. It is composed of two linear axes and one rotary axis current control only allows these devices move from one assembly line to other assembly line in space, perform relatively simple tasks. This paper is more comprehensive introduction and summing-up for the for the whole design work. Key words: three degrees of freedom; cylindrical; industrial robot; automation