扬州市职业大学
毕业设计论文
设计（论文）题目：
数控车床上下料机械手
Solidworks三维建模及动画演示系别：机械工程系
专业：计算机辅助设计与
制造/产品造型设计
班级：05计辅/造型
姓名：蒋志坚
学号：0501631114
指导老师：高艳
完成时间：2009-05
数控车床上下料机械手Solidworks三维建模及动画演示
摘要
机械手是一种模仿人手动作，并按设定的程序、轨迹和要求代替人手抓取、搬运工件或超持工具或进行操作的自动化装置。
Solidworks是基于特征的实体造型软件，建立的三维建模三维建模比二维平面图更加直观、清晰。同时利用装配建模技术可以将零件模拟装配起来。利用装配模型可以进行后续的装配干涉分析、运动仿真模拟、物性分析、有限元分析等，还可以在装配环境中对零件进行设计、编辑、修改。利用这些功能，能有效避免产品设计中经常带来的尺寸不匹配，零件干涉等问题。
本课题即以数控车上下料机械手作为载体，应用SolidWorks 软件完成各组成零件的建模及装配。并完成该数车上下料机械手进行上下料过程的动画演示，从而使人们可以直观地认识到数车上下料机械手在数控生产及加工中的地位和主要作用。
关键词：机械手Solidworks三维建模装配建模技术
目录
第一章概述..................................................................................................................................................... - 4 -
1. 1机械手的发展历史 .............................................................................................................................. - 4 -
1.2机械手的发展意义................................................................................................................................ - 5 -
1.3机械手在机械制造中的应用............................................................................................................... - 6 -
1.3.1国外应用 .................................................................................................................................... - 6 -
1. 3.2国内应用................................................................................................................................... - 6 -
1. 4机械手的发展趋势 .............................................................................................................................. - 7 -
1. 5 SolidWorks软件在机械设计中的应用.......................................................................................... - 7 -
1.6本课题的目的和意义 ........................................................................................................................... - 8 - 第二章数控车床上下料机械手方案比较..................................................................................................... - 9 -
2. 1工业机械手概述 .................................................................................................................................. - 9 -
2.2.1方案1 ...................................................................................................................................... - 10 -
2. 2.2 方案2.................................................................................................................................. - 11 -
2. 2.3 方案
3.................................................................................................................................. - 12 -
2. 2.4 方案对比............................................................................................................................. - 13 - 第三章数控车床上下料机械手三维建模.................................................................................................. - 13 -
3.1传统工业机械设计方法.................................................................................................................... - 13 -
3.2 虚拟样机与Solidworks ................................................................................................................. - 14 -
3.3 Solidworks在工业机械设计中的应用......................................................................................... - 15 -
3.4机械手总体三维建模分析................................................................................................................ - 16 -
3.5伸缩缸的三维建模详细制作过程.................................................................................................... - 19 -
3.6其他零部件的三维建模和总装配图 ............................................................................................... - 19 - 第四章动画制作............................................................................................................................................ - 20 -
4.1三维动画效果图制作 ........................................................................................................................ - 20 - 结束语................................................................................................................................................................. - 21 - 参考文献 ............................................................................................................................................................ - 23 - 致谢................................................................................................................................................................... - 25 -
第一章概述
工业机器人一般可理解为：在工业自动化应用领域中的一种自动控制、可重复编程、多功能、多自由度的操作机（固定式的或是移动式的），用于搬运材料、工件、操持工具或检测装置，完成各种作业。
近年来随着工业自动化的发展机械手逐渐成为一门新兴的学科，并得到了较快的发展。机械手广泛地应用于锻压、冲压、锻造、焊接、装配、机加、喷漆、热处理等各个行业。特别是在笨重、高温、有毒、危险、放射性、多粉尘等恶劣的劳动环境中，机械手由于其显著的优点而受到特别重视。
机床上料机械手是典型的机电一体化设备，它可自动地为机床抓取工件，取代操作人员频繁取料，降低劳动强度，提高工作效率。
本课题所涉及的数控车上下料机械手自1999 年投入运行, 工作安全可靠, 效果良好, 可用做数控机床自动上料设备和生产线上的自动抓取设备。
本课题主要是应用Solidworks软件的三维设计功能，对数控车床上下料机械手的各零部件进行三维设计并实现其各部件的装配和运动仿真。
1. 1机械手的发展历史
人类在改造自然的历史进程中，随着对材料、能源和信息这三者的认识和用，不断创造各种工具（机器），满足并推动生产力的发展。
工业社会向信息社会发展，生产的自动化，应变性要求越来越高，原有机器系统就显得庞
杂而不灵活，这时人们就仿造自身的集体和功能，把控制机、动力机、传动机、工作机综合集中成一体，创造了“集成化”的机器系统——机器人。从而引起了生产系统的巨大变革，成为“人——机器人——劳动对象”，或者“人——机器人——动力机——工作机——劳动对象”。
机器人技术从诞生到现在，虽然只有短短三十几年的历史，但是它却显示了旺盛的生命力。近年来，世界上对于发展机器人的呼声更是有增无减，发达国家竞相争先，发展中国家急起直追。许多先进技术国家已先后把发展机器人技术列入国家计划，进行大力研究。我国的机器人学的研究也已经起步，并把“机器人开发研究”和柔性制造技术系统和设备开发研究等与机器人技术有关的研究课题列入国家“七五”、“八五”科技发展计划以及“八六三”高科技发展计划。
工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新技术，并已经成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分。这种新技术发展很快，逐渐形成一门新兴的学科——机械手工程。1.2机械手的发展意义
机械手的迅速发展是由于它的积极作用正日益为人们所认识：其一、它能部分地代替人工操作；其二、它能按照生产工艺的要求，遵循一定的程序、时间和位置来完成工件的传送和装卸；其三、它能操作必要的机具进行焊接和装配。从而大大地改善工人的劳动条件，显著地提高劳动生产率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。因而，受到各先进工业国家的重视，投入大量的人力物力加以研究和应用。
近年来随着工业自动化的发展机械手逐渐成为一门新兴的学科，并得到了较快的发展。机
械手广泛地应用于锻压、冲压、锻造、焊接、装配、机加、喷漆、热处理等各个行业。特别是在笨重、高温、有毒、危险、放射性、多粉尘等恶劣的劳动环境中，机械手由于其显著的优点而受到特别重视。
机床上料机械手是典型的机电一体化设备，它可自动地为机床抓取工件，取代操作人员频繁取料，降低劳动强度，提高工作效率。
总之，机械手是提高劳动生产率，改善劳动条件，减轻工人劳动强度和实现工业生产自动化的一个重要手段，国内外都很重视它的应用和发展。
1.3机械手在机械制造中的应用
1.3.1国外应用
美国制造155毫米的钢弹体洛克福特军械厂，从胚料加工开始到加工完毕直至弹体包装都自动进行，不用人手去接触，达到全自动生产。
工业机械手还能用来代替人工进行打磨、抛光、去毛刺和清理切屑等工作。例如，瑞典一家工厂打磨和抛光不锈钢子弯头时，采用ASEA机械手，提高加工效率30%以上，而且产品质量稳定，不伤害工人。又如：瑞典沃尔沃（Valov）公司在机械手上装了三个环形磨轮装置，用来对传动箱外表面去毛刺，比手工方法节省工时50%。
1. 3.2国内应用
国内在金属切削加工中，用机械手来完成刀具的自动更换。如北京第二机床厂，北京第八
机床厂，上海第二机床厂，上海第八机床厂，宁夏大河机床厂等单位研制的自动换刀机床，均用机械手自动更换刀具。在生产自动线上，用机械手完成的传递和上下料，如：沈阳水泵厂深井泵体加工自动线，无锡柴油机厂和甘肃汽车齿轮厂的齿胚的加工自动线都采用了机械手。大连工矿车辆厂的800Kg侧架的加工，采用机械手抓取、传递和安放并与一些机床组合成侧架切削加工自动线，提高效率10倍。
1. 4机械手的发展趋势
国内应加强机械手基础性能的实验以及基础理论研究，克服和解决制造技术及其它存在的问题。提高机械手运动速度。尤其是应用于冲压行业中的机械手，以适应提高生产率和符合生产节拍的需要。要研究解决机械手的运动速度和缓冲、定位技术。引进国外先进技术，培训专门技术人才，普及机械手有关知识。尽快解决机械手的定型设计、定点、定量生产以及配套件的生产和供应问题，推进机械手设计制造中的现代化（CAD/CAM）、标准化、系列化工作，以满足国内外市场的需求。目前工业机械手的应用逐步扩大，技术性能不断提高，其发展趋势是：扩大机械手在工业上的应用、提高工业机械手的工作性能、发展组合式机械手、研制具有“视觉”和“触觉”的“智能机器人”。
1. 5 SolidWorks软件在机械设计中的应用
二维CAD着眼于完善产品的几何描述能力，而三维设计是着眼于更好表达产品完整的技术和生产管理信息，使得一个工程项目的设计和生产准备各环节可以并行展开。而且三维设计可方便地设计出所见即所得的三维实体模型，并对其进行装配、过去模拟及干涉检查，即在投入
真实的生产之前就可以对其产品进行物性分析及装配测试等活动。从而更好的满足设计目的的要求，并大大缩短了产品的生命周期。
SolidWorks 软件是一个基于特征的参数化实体建模设计工具，是当今世界完全基于
NT/Windows平台的三维机械设计CAD软件系统主流产品。SolidWorks 软件与其它基于特征的参数化三维机械设计软件，如Pro/Engineer、UG相比，具有Windows 的图形界面和易于掌握的优点。同时，利用装配建模技术可以将零件模拟装配起来，并可以对装配结果进行后续的装配干涉分析、运动仿真模拟、物性分析及有限无分析，还可以在装配环境中对零件进行设计、编辑及修改。利用这些功能，能有效地避免产品设计中经常带来的尺寸不匹配、零件干涉等问题。
1.6本课题的目的和意义
目前国内应用软件进行工业机械设计的很多，还都以传统的设计方法为主，导致产品的设计周期长、成本高。不能满足工业机械使用的季节性、工作环境的多变性和用户要求的多样性，不能使工业机械的设计随着市场的需求而不断地转变，更无法在要求的较短周期内，开发出新的产品。我国在工业机械新技术创新方面还很薄弱，无法适应新世纪经济发展的要求。基于传统工业机械的设计方式的种种缺陷与不足和Solidworks的强大功能以及在工业机械设计中的优势，本课题即以数控车上下料机械手作为载体，应用SolidWorks 软件完成各组成零件的建模及装配。并完成该数车上下料机械手进行上下料过程的动画演示，从而使人们可以直观地认识到数车上下料机械手在数控生产及加工中的地位和主要作用。该方法是结合计算机辅助设计
与制造/产品造型设计的专业特点对现代工业设计方法的一种新的尝试和学习。
如将本课题的设计方法移植到工业设计中，则较传统的设计方式能够大大缩短产品工业设计的设计周期。用Solidworks软件进行工业设计的一般步骤为：单体设计→绘图→装配→模拟→改进→整体装配→运动仿真→改进→成型→加工生产，比传统的绘图→加工→装配→实验→采集数据→改进→二次加工→装配→最终成型，缩短了设计周期，降低了成本。
第二章数控车床上下料机械手方案比较
2. 1工业机械手概述
机械手主要由执行机构、驱动系统以及位置检测装置等所组成。执行机构包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的还增设行走机构。驱动系统是驱动执行机构运动的的传动装置。常用的有液压传动、气压传动、电力传动和机械传动等四种形式。控制系统由电器控制和射流控制两种。它支配着机械手按规定的程序运动。位置检测装置控制机械手执行机构的运动位置，并随时将执行机构的实际位置反馈给控制系统，并与设定的位置进行比较，然后通过控制系统进行调整，从而使执行机构以一定的精度到达设定位置。设计机械手时应考虑的因素很多，但从机械手的特点来分析有以下几点：
1）抓重：是机械手所能抓取或搬运的最大重量。一般抓重1kg 以下的定为微型，1-5kg 的定为小型，5-30kg 的定为中型，30kg 以上的定为大型。
2）自由度和坐标型式：自由度是机械手的每一个构件相对固定坐标系所具有的独立运动自由度。因手指的夹放动作不能改变工件的位置和方位，故它不不计为自由度数，其它运动均计
为自由度数。按机械手的不同运动形式及其组合情况，其坐标型式分为直角坐标式、圆柱坐标式、球坐标式和关节式。机械手的自由度数和坐标形式应根据机械手现场具体的生产情况和工艺的要求而定。
3）运动速度：它反应了机械手的生产水平，影响机械手动作快慢的主要运动是手臂的伸缩和回转运动。手臂的运动速度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。手臂的运动对机械手的速度影响最大，因此，手臂的运动速度应根据生产节拍时间长短、生产过程的平稳性和定位精度等要求来确定。
4）行程范围：主要受手臂的伸缩行程影响，其行程范围大多在500-1000mm 范围内。
除上述主要参数外，还应考虑定位方式和位置检测装置的选用。
机械手由机座、机械臂、手爪、PLC 可编程控制器及气源等部分组成。可以完成水平臂的摆动和伸缩、垂直臂的伸缩、手爪的旋转和抓取物料等动作, 准确地把物料送到指定位置。在机床的送料高度、物料的摆放位置、抓取高度、工件的重量等确定后, 机械手各部分的空间几何位置以及工作空间、运动状态等即可确定,各个动作即可按给定顺序和运动学、动力学要求完成。气动系统考虑了使用载荷、机器人机械本体结构、动态及静态性能等因素, 水平臂的摆动和伸缩、垂直臂的伸缩、手爪的摆动的运动速度均可调节。
2.2.1方案1
目前工厂中的设备是采用压缩空气作为动力源，气缸做动作执行元件。但现有的设备中没有上下料机械手。生产中，是人工将工件从设备的运送槽中搬出再安装到数控机床上。这样生
产的节拍受到限制，不能发挥出设备的最佳生产效率。因此，在本设计中采用工业机械手和相关的辅助分析现有设备及工厂的实际生产状况，提出本方案。
见图1，上下料机械手方案1。仍采用压缩空气作为动力源，气缸做动作执行元件。用制动气缸1通过滑块2带动机械手实现机械手的水平运动，升降气缸3控制实现机械手抓取动作的上下运动，夹紧气缸4控制实现手指的张开和闭合。
图1 方案一
其动作过程依次为：制动缸前送，推动滑块将机械手送到工件上方，升降缸下放，将机械手放置到工件上，此时机械手是张开状态，夹紧缸夹紧工件，升降缸上升至安全高度，制动缸拉动滑块带动手臂回至车床上方，升降缸下放手爪，使工件处于车床顶尖与卡盘之间，夹紧缸松开工件。
图2 方案一抓取动作
图3 方案一提升动作
2. 2.2 方案2
采用液压缸作为执行元件。采用圆柱坐标式机械手，手爪为钳爪式。
图4 方案二设计思路
将机械手设置在车床旁边，以液压缸为执行元件，用升降油缸实现立柱的上升和下降，用工件
驱动能
信息
自动机械手 工件位置改变 夹持
回转油缸实现手臂的旋转，用手臂伸缩油缸实现手臂的前伸与收回，用碗部回转油缸实现手爪的旋转。如图5所示：
图5 方案二机械手结构示意图
图6为机械手工作原理：
图6 方案二机械手功能原理
动作顺序为：升降缸上升，手臂前伸，手爪旋转至合适位置，手爪抓紧工件，手臂收缩，旋转缸转动带动手臂转至车床卡盘前，手臂前伸至卡盘与顶尖之间，手爪松开工件，手臂回缩，旋转缸反转，立柱下降。
2. 2.3 方案3
仍采用压缩空气为动力源，气缸为执行元件，采用与方案二相似的结构，采用圆柱坐标式机械手，结构与方案二大致相同，省去了碗部的回转结构。如图7所示：
伸缩缸夹紧缸
回转缸
升降缸
底座
图7 方案三机械手结构示意图
动作顺序为：升降缸上升，手臂前伸，手爪旋转至合适位置，手爪抓紧工件，手臂收缩，旋转缸转动带动手臂转至车床卡盘前，手臂前伸至卡盘与顶尖之间，手爪松开工件，手臂回缩，
旋转缸反转，立柱下降，然后重复先前动作顺序。
2. 2.4 方案对比
方案1采用的是悬挂式机械手臂设计，但是考虑到生产环境的因素，悬挂式占据空间比较大且工作范围小，惯性大且灵活性差，且维修不方便，故不采用方案1。
方案2采用的是圆柱坐标式机械手，优点是这种形式的机械手臂均具有回转、伸缩与升降三个自由度，其运动范围的图形为一个圆柱体，它与直角坐标型比较，占地面积小而活动范围大，结构简单、紧凑，并能达到较高的定位精度，应用广泛，运动直观性较强。
方案3与方案2不同之处是方案3采用的是气动驱动方式。气动驱动特点是气源方便、维修简单、易于获得高速度、低成本、防火防爆、漏气对环境无影响。液压驱动特点是操作力大体积小，动作平稳、耐冲击耐振动，但漏油对系统的工作性能影响较大，且与气动比较起来成本较高。因此，设计中采用气动机械手。
综上所述，最后选用方案3。方案结构简图如图8：
图8 方案三结构原理
第三章数控车床上下料机械手三维建模
3.1传统工业机械设计方法
在传统的工业机械设计中，设计构思首先要以平面图的形式表达出来，然后对其进行校核、修改，最后由生产者把平面图纸上的内容转化成三维的实物。整个开发过程中，设计者需要将
很大一部分精力用于将三维构想转化到平面图纸上，即使使用CAD辅助设计，这一过程简化的工作量仍然很小，只是平面图的生成由图板变成了计算机屏幕，设计思路并没有发生根本的改变，许多问题，特别是机构的运动学等问题，只有在见到产品时才能发现，导致产品的设计周期长、成本高。此外，工业机械使用的季节性、工作环境的多变性和用户要求的多样性，使农业机械设计随着市场的需求而不断地转变，要求在短周期内，设计和生产开发出新产品。美国的产品开发周期是3-6个月，而我国要12～24个月。这说明我国在技术创新方面很薄弱，不能适应新世纪经济发展的要求
3.2 虚拟样机与Solidworks
为了缩短产品的开发周期，并行设计的理念开始在20世纪兴起，并在本世纪得到大量的应用。其中最典型的就是虚拟样机技术的应用与推广。
虚拟样机技术其实就是指物理样机在虚拟环境中的替代品。其目的就是代替物理样机在PC 平台上进行仿真测试。这样就可以及时的发现问题并且去改进机器的结构和构造。我们基于这种理念采用国际最先进的PRO/E三维设计软件进行虚拟样机的建立，并且对其进行仿真分析。
产品设计的核心是构思。三维实体设计则带来了一个全新的设计过程，整个设计过程与人的思维一致。在设计中直接采用三维设计，设计者对自己产品的每个细节了如指掌，经过三维装配，一部真实的设备便展现在设计者面前。这为设计人员提供了一条省时、高效的设计新途径。
Solidworks是美国参数公司开发的参数化建模软件，是新一代CAD/CAM系统软件。其功能强
大，集零件设计、大型组件装配、模具开发、钣金设计、造型设计、机构仿真及有限元分析等功能于一体，广泛应用于机械、电子、航空航天等领域。
1.参数化设计：Solidworks采用参数化设计、基于特征的实体模型化系统，工程设计人员采用具有智能特性的、基于特征的功能去生成模型，可以随意勾画草图和改变模型，使设计更加简易、灵活。
2.单一数据库：Solidworks建立在统一基层的数据库上。所谓单一数据库，就是工程中的资料全部来自一个库，使每位独立用户都在为同一产品造型而工作。换言之，整个产品设计过程中任何一处的变动都会反映到从设计到加工的各个环节，做到全关联，以使所有零件和各个环节保持一致性和协调性。
3.强大的装配功能：装配是设计的重要环节。Solidworks实现零件间的装配非常简单，只要确定系统部件间的装配关系，系统就会根据给定的相关关系，将零部件自动安装在装配位置上。如改变原设计的尺寸，与它相关的零部件的位置或约束关系将会自动改变。
4.机构设计技术：Solidworks包含了在整个装配过程中评估行为的功能。只要给定适当的临界参数，Solidworks的COSMOSMotion模块就可以对产品进行结构分析、运动分析和有限元分析等。在装配零件时，用户可以快速、简单地把连接类型应用于零件，然后评估真实的产品将如何动作，机构装配完成后，用户可对整个装配进行工程分析。
3.3 Solidworks在工业机械设计中的应用
工业机械由于自身的特点和工作对象的复杂性，给其研制带来了较大的困难，也使农机的
研究有其自身的特殊性[20]，有些设计的理论分析和综合计算过程复杂，计算量相当大。由于以上原因，传统的农机理论分析很多是定性的说明问题，计算机辅助手段应用不够。相对复杂的机构分析和设计问题，往往借助于图解法和经验类比法。因此，我国工业机械设计手段比较落后，设计过程复杂，工作量大、效率低，与国外差距较大。
二维交互式绘图软件在工业机械领域应用比较普遍，有一定的 CAD应用基础，使用软件多为 AutoCAD 及一些国产的二次开发产品。工业机械零部件中，有的复杂曲面较多，如开沟器曲面、犁体曲面、旋耕机旋刀、水泵叶轮、送料螺旋等；有的钣金件较多，如机耕船船体、抛秧机托板、各种种肥箱等；这些零部件的设计，采用传统手工设计方法和二维设计软件，很难满足精度要求，采用三维 CAD 设计系统，表达直观、设计方便，并可指导 CAPP 和 CAM 进行数据加工和模具制造。
3.4机械手总体三维建模分析
Solidworks是基于特征的实体造型软件，建立的三维建模比二维平面图更加直观、清晰。同时利用装配建模技术可以将零件模拟装配起来。利用装配模型可以进行后续的装配干涉分析、运动仿真模拟、物性分析、有限元分析等，还可以在装配环境中对零件进行设计、编辑、修改。利用这些功能，能有效避免产品设计中经常带来的尺寸不匹配，零件干涉等问题。
在零件建模前，一般应进行深入的特征分析，后按照特征的主次关系，按一定的顺序建模。搞清楚零件是由哪几个特征组成，明确各个特征的形状，它们之间的相对位置和表面连接关系;然
在Solidworks系统中，零件、装配体和工程都属于对象，它采用了自顶向下的设计方法创建对象。装配体是若干零件的组合，通常用来实现一定的设计功能，在Solidworks系统中，用户先设计好所需的零件，然后根据配合关系和约束条件将零件组装起来，生成装配体。使用装配关系，可相对其他零部件来准确地定位零部件，还可以定义零部件如何相对于其他零部件移动和旋转。通过继续添加配合关系，可以将零部件移到所需的位置。配合会在零件之间建立几何关系，例如共点，垂直，相切等。每种配合关系对特定的几何实体组合有效。
在装配过程中，用户可以使用配合关系来确定零件的位置和方向可以自下而上的设计一个装配体，也可以自上而下地进行设，或者两者方法结合使用。
自下向上的装配设计:
在日常工作中，最常见到的是自下向上的装配设计。即零件设计和造型完成后，在装配环境中通过施加装配约束，完成装配模型。具体的实施过程主要有：
（1）零件设计。逐一构造所有零件的特征实体模型。
（2）零部件的引用。
（3）装配规划。
1）为新的装配模型取名。
2）分析基础构件。基础构件是第一个引入装配模型中的零件，默认自由度为零。一般选择机器中固定不动的零件作为基础构件，如减速器中的下箱体。
3）分析零件的引入顺序、构件之间的约束关系。
4）考虑是否建立子装配体。
5）全面考虑模型的参数化方案。先进的机械设计对参数化提出了很高的要求，利用参数化技术可以很方便地实现相关零件、部件之间地联动，比如修改了一根传动轴的直径后，对应的轴承内径和箱体支撑孔孔径随之改变，实现转配模型和零件模型之间的数据联动。同时也要意识到极端情况造成的模型崩溃的情况，比如当轴径过大造成箱体孔大于箱体长度，导致箱体造型崩溃。
自顶向下的装配设计:
和机械设计中的草图设计有些类似，自顶向下的设计往往应用在全新设计或创新设计中。设计起始阶段，零件的形状和位置往往还不能完全确定，似乎为我们应用CAD/CAM系统进行装配建模带来困难。事实上，我们需要改变观点，充分利用CAD/CAM系统提供的功能可以非常顺利地完成自顶向下的装配设计。
设计步骤主要有：
（1）装配规划
划分装配体的层次结构。
计划部件之间的装配约束方法。
全局参数化设计方案设计。
（2）部件级设计与装配。
（3）零件级设计。
（4）零部件的引用。
（5）生成工程图。
下面我将具体将其中伸缩缸零部件设计规划列出，详细介绍其具体三维建模过程。
图9 伸缩缸部件设计规划
3.5伸缩缸的三维建模详细制作过程
3.5.1 进入零件体，绘制草图，通过【拉伸】，【拉伸切除】命令，建立如图10实体模型。
图10 伸缩缸体
3.5.2 通过【拉伸】命令，建立如图11实体模型。
图11伸缩缸体
3.5.3 通过【拉伸】，【拉伸扫描】命令，建立如图12实体模型
图12 伸缩缸轴
3.5.4进入零件体，通过【拉伸】、【拉伸-切除】、【螺纹孔】命令，建立如图1.4实体模型。
图13
3.3.5进入装配体，将各零件进行装配，建立如图14伸缩缸
图14
3.6其他零部件的三维建模和总装配图
图15夹紧缸
图16 抓手
机械手 夹紧缸 伸缩缸 旋转缸 升降缸 缸套 缸杆 螺栓螺母 拉伸 拉伸切除等 拉伸扫描切除
草图 草图 草图
图17旋转缸
图18 轴承
图19 螺母
图20 轴
图21 螺母
图22 花键轴
图23 底座
将以上所有零部件进行组装配合，形成一个总装图。
图24 装配体
第四章动画制作
4.1三维动画效果图制作
a)打开装配文件，单击特征管理器顶部的“运动”图标按钮，进入COSMOSMotion分析界
面
b)右键单击个部件，在弹出的快捷菜单中选择“静止零部件”，继续添加“运
动零件”
c)在约束命令中，找到需要修改对应的约束特征，，右键“属性”，编辑映射
约束；如没有所需要的，则插入用户定义的约束，如旋转副，圆柱副，平面副，移动副等，如图25:
图25
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
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
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
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
毕业设计（论文） 题目：机械设计与制作 学生姓名：周春鑫 学号： kj201401065 专业年级：机械工程及其自动化 指导教师：何老师职称或学位：本科 科技学院 2016 年 11 月 20 日
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 3.1.3手部夹紧气缸的设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．14 第四章手腕结构设计 4.1手腕的自由度．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 19 4.2手腕的驱动力矩的计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 19 4.2.1手腕转动时所需的驱动力矩．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 20 4.2.2回转气缸的驱动力矩计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．22 第五章手臂伸缩，升降，回转气缸的设计与校核 5.1手臂伸缩部分尺寸设计与校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．23 5.1.1尺寸设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．23 5.1.2尺寸校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．24 5 .1 .3导向装置．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．25 5 .1 .4平衡装置．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．25 5.2手臂升降部分尺寸设计与校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．26 5.2.1尺寸设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．26． 5.2.2尺寸校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．26 5.3手臂回转部分尺寸设计与校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．27 5.3.1尺寸设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．27
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
第一章绪论 1. 1 PLC简介 可编程控制器简称PLC(Progrsmmable Logic Controller, PLC),它是以微处理器为基础服务夫人通用工业控制装置。国际电工委员会(IEC)在1985年的PLC标准草案第3稿中，对PLC作了如下定义：“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计算和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输出和输入，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关设备，都应按易于工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。”可编程控制器是一种通用的工业控制计算机。它的程序是可以控制不同的对象。具有更大的灵活性，再加上体积小、工作可靠性高、抗干扰能力强、控制功能完善，适应性强，安装接线简单等众多优点，它可以方便地应用在各种场合，PLC釆用了典型的计算机结构，主要是山微处理器(CPU)、存储器(RAM/R0M)、输入输出接口(I/O)电路、通信接口及电源组成。 中央处理单元(CPU)是可编程逻辑控制器的控制中枢。它按照可编程逻辑控制器系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当可编程逻辑控制器投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O 映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。 PLC的主要特点，可靠性高、抗干扰能力强功能完善、应用领域广编程简单，易学易用系统安装简单、体积小、价格低可编程控制器的应用领域PLC在钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业的应用也越来越广泛，主要有以下儿个方面的控制，开关量的逻辑、控制模拟量控制、运动控制过程控制、数据处理通信及联网。PLC通信含PLC间的通信及PLC与其他智能设备间的通信。随着现代社会计算机技术的提高，网络通讯技术的不断发展，它也将和其他的工业控制计算
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 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
中国石油大学（华东）现代远程教育 毕业设计（论文） 题目：机械手的设计 学习中心：山东莱阳学习中心 年级专业： 姓名：孙照源学号： 指导教师：职称： 导师单位：莱阳市职业中等专业学校 中国石油大学（华东）远程与继续教育学院论文完成时间： 2011年 08月 30 日
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．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11 3.1.3手部夹紧气缸的设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11 第四章手腕结构设计 4.1手腕的自由度．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 15 4.2手腕的驱动力矩的计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 15 4.2.1手腕转动时所需的驱动力矩．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 15 4.2.2回转气缸的驱动力矩计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．15 第五章手臂伸缩，升降，回转气缸的设计与校核 5.1手臂伸缩部分尺寸设计与校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．19 5.1.1尺寸设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．19 5.1.2尺寸校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．19 5 .1 .3导向装置．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．19 5 .1 .4平衡装置．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．20 5.2手臂升降部分尺寸设计与校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．20 5.2.1尺寸设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．20 5.2.2尺寸校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．20 5.3手臂回转部分尺寸设计与校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．21 5.3.1尺寸设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．21 5.3.2尺寸校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．21
1.绪论 1.1工业机械手设计的意义 1、熟悉机械手的应用场合及有关机械手设计的步骤； 2、机械手可以提高生产过程中的自动化程度，减轻人力，便于有节奏的生产； 3、结合机械手设计这方面的知识，在设计过程中学会怎样发现问题、研究问题、解决问题。 1.2国外的机械情况 现代工业机械手起源于20世纪50年代初，是基于示教再现和主从控制方式、能适应产品种类变更，具有多自由度动作功能的柔性自动化。 机械手首先是从美国开始研制的。1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手。他的结构是：机体上安装回转长臂，端部装有电磁铁的工件抓放机构，控制系统是示教型的。 1962年，美国机械铸造公司在上述方案的基础之上又试制成一台数控示教再现型机械手。商名为Uni-mate(即万能自动)。运动系统仿造坦克炮塔，臂回转、俯仰，用液压驱动；控制系统用磁鼓最存储装置。不少球坐标式通用机械手就是在这个基础上发展起来的。同年该公司和普鲁曼公司合并成立万能自动公司（Unimaton）,专门生产工业机械手。 1962年美国机械铸造公司也试验成功一种叫Versatran机械手，原意是灵活搬运。该机械手的中央立柱可以回转，臂可以回转、升降、伸缩、采用液压驱动，控制系统也是示教再现型。虽然这两种机械手出现在六十年代初，但都是国外工业机械手发展的基础。 1978年美国Uni-mate公司和斯坦福大学、麻省理工学院联合研制一种Uni-mate 型工业机械手，装有小型电子计算机进行控制，用于装配作业，定位误差可小于±1毫米。 美国还十分注意提高机械手的可靠性，改进结构，降低成本。如Uni-mate公司建立了8年机械手试验台，进行各种性能的试验。准备把故障前平均时间（注：故障前
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
毕业设计（论文）题目数控机床上下料机械手 专业班级 姓名 所属助学单位 2015 年 9 月 5 日
目录 1 绪论 (1) 选题背景 (1) 设计目的 (1) 发展现状与趋势 (2) 2 液压上下料机械手的设计方案 (3) 机械手的概念 (3) 机械手的组成及工作原理 (3) 机械手的总体设计 (4) 机械手的总体机构的类型 (4) 具体采用方案 (5) 机械手主要部件的选用 (5) 机械手手爪的选用 (5) 机械手手腕的选用 (6) 机械手手臂的选用 (7) 机械手机身的选用 (8) 驱动机构的选择 (8) 传动结构的选择 (9) 机器人手臂的平衡机构设计 (10) 3 液压系统的设计 (11) 液压系统的概述 (11) 液压系统的组成 (11) 液压系统的基本控制回路 (11) 液压系统的总体设计 (12) 控制回路的设计 (12) 液压源系统的设计 (12) 绘制的液压系统图 (13) 液压系统的简单计算 (13) 油泵电动机功率的确定 (18) 4 机械手控制系统的设计 (19)
系统硬件电路的设计 (19) 可编程控制器的概念 (19) PLC的应用领域 (19) PLC系统的组成 (20) PLC的工作原理 (21) 结论 (30) 致谢 (31) 参考文献 (32) 摘要 通过对机械设计基础、工业用微型计算机及其自动化等专业课程的学习，以及课外实践所学的知识，对数控机床上下料机械手各部分机械结构和功能进行了论述和分析，设计了一种液压式圆柱坐标形式的数控机床上下料机械手。此设计主要针对机械手的手爪、手腕、手臂、机身等各部分机械结构以及机械手控制系统（传动系统、驱动系统）进行了的设计。同时对PLC控制系统和液压系统进行了理论分析和设计计算。PLC控制系统的分析重点放在PLC各硬件部分的设计和介绍、PLC梯形图的编写上。此次设计的自动上下料机械手采用液压驱动，传动平稳，且易于控制，控制系统用PLC作为控制器，优化了机械手群的控制系统。该机械手可在空间抓放物体，动作灵活多样，可代替人工在高温和危险的作业区进行作业。 关键词：机械手；液压系统；PLC控制系统；
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。
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[1]。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。 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