毕业设计外文摘要
目次
1 绪论 (1)
1.1 概述 (1)
1.2 装配线机械手的定义及组成 (1)
1.3 装配线机械手在生产中的应用 (2)
1.4 装配线机械手的发展方向 (3)
1.5 本章小结 (3)
2 总体方案设计与论证 (3)
2.1 设计背景 (3)
2.2 基本参数 (4)
2.3 自由度的布置 (4)
2.4 运动范围 (5)
2.5 驱动方式和传动方式的选择 (5)
2.6 各个自由度的实现 (6)
2.7 本章小结 (7)
3 各部分结构设计和尺寸确定及校核 (7)
3.1 手部设计 (7)
3.2 腕部回转油缸设计 (7)
3.3 小臂伸缩油缸设计 (14)
3.4 俯仰缸的设计计算 (19)
3.5 大臂回转缸的设计计算 (23)
3.6 大臂升降缸的设计计算 (27)
3.7 纵向移动油缸的设计计算 (30)
3.8 本章小结 (32)
4 液压控制系统的设计 (32)
4.1 换向回路的确定 (32)
4.2 调速方案的确定 (33)
4.3 减速缓冲回路的确定 (33)
4.4 系统的安全可靠性 (33)
4.5 本章小结 (35)
5 PLC控制系统 (35)
5.1 PLC的构成及工作原理 (35)
5.2 PLC产品选择 (37)
5.3 PLC部分程序 (42)
结论 (44)
参考文献 (45)
致谢 (46)
1 引言
1．1 概述
随着社会的发展和工业技术水平的不断进步，机械手在生产中得到广泛应用，促进了工业生产的自动化。由于工作条件的原因，人们经常受到高温、腐蚀及有毒气体等因素的危害，增加了工人的劳动强度，甚至于危及生命,为了解决这些问题机械手就诞生了。机械手是工业机器人系统中传统的任务执行机构，是机器人的关键部件之一。其中的工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新技术，它的发展是由于其积极作用正日益为人们所认识：它能部分地代替人工操作；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；能制作必要的机具进行焊接和装配从而大大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。
1.2 装配线机械手的定义及组成
装配线机械手一般可以理解为：在工业生产的装配生产领域中应用的一种能代替人完成装配的﹑能自动控制的﹑多功能的﹑多自由度的工业机器人。它的整个结构由执行机构﹑驱动部分﹑控制系统等组成。
1.2.1 执行机构
执行机构是完成各种动作部件的总称，具体包括以下几部分：
1、手部：直接与工件接触的部分，根据设计要求，本机械手手部设计成快换式，可根据不同装配要求更换不同手爪，来完成不同形状工件的装配任务。
2、腕部：是机械手中连接手部和臂部用来确定手部工作时位置并扩大臂部动作范围的部件，用来调整被抓取物体的方位及姿态。
3、臀部：是支撑被抓取工件、手部、腕部的重要部件，带动手部和腕部去抓取工件，并按预定要求将其搬运到指定位置。
4、腰部：即机身，是支撑机械手所以部件的部位，并安装驱动装置及其它装置
的部件，是整个机械手的基础。
在装配线机械手的整个执行机构中臂部和腕部是最基本的部件，它一般由旋转运动和往复直线运动的结构组成，其结构形式多种多样，一般有3～6个自由度，就能适合多场合的作业。
装配线机械手所握持的装配件在空间的位置是由臂部﹑腕部以至整机等各自独立运动的合成来确定的。它的运动范围是指机械手在平面或空间的运动图形及其大小。是机械手的主要技术参数之一。机械手所具有的活动度的数目及其组合不同，则其工作空间也不同。其活动度的变化量（即直线运动的距离和回转角度的大小）即工作空间的大小。
1.2.2 驱动部分
驱动部分是为执行机构各部件提供动力的装置，根据动力源不同，驱动系统可分为气动﹑液动﹑电动﹑机械式四种形式。根据设计要求和各自优缺点，本装配线机械手采用液压驱动来实现各个自由度的运动。
1.2.3 控制系统
控制系统是通过对驱动系统的控制使执行部分按照规定的要求进行工作，并通过位置检测的反馈来检测装配工作的位置精度，从而保证能准确实现装配线机械手运动的迅速﹑准确。
1.3 装配线机械手在生产中的应用
自从1985年美国联合控制公司研制出第一台工业机械手到现在已经历了三十几年发展，由于机械手技术水平的不断提高和相关学科的发展，装配线机械手得到了完善，这使装配线机械手的应用越来越广泛。
装配线机械手延伸和扩大了人类的活动，它能代替人类在危险环境（有毒﹑高温﹑高压﹑放射性）中完成装配工作，减少了人类从事装配的危险性，同时也提高了生产效率和产品质量。由于机械手具有很多普通机器人和人所不具有的特性，因而它的应用和发展对人类社会和工业生产产生重大影响。
到目前为止，世界各国已研制出应用于不同装配线的机械手近百种。例如，轿车
零件装配线机械手﹑发动机装配线机械手﹑电子产品装配线机械手等。其中应用最多的是应用制造领域的装配线机械手，包括飞机制造﹑汽车制造﹑电机制造﹑金属加工﹑通用机械制造等制造领域。
1.4 装配线机械手的发展方向
装配线机械手技术是以机械﹑液压和自动控制等学科领域的技术为基础而融合的一种系统技术，可以说是一门知识技术密集的多学科交叉的综合技术。随着工业生产的发展和这些学科技术的进步，装配线机械手技术将不断被完善，它的发展趋势可概括如下几方面：
1、提高运动速度和精度，减轻重量和减少安装占用空间，继续推广机械手标准化和模块化，以降低制造成本和提高可靠性。
2、改善装配线机械手的工作性能，提高它工作的稳定性和可靠性。
3、研究开发新型手部，例如开发新型微动手部；开发类似人手指的手部等，以扩大装配线机械手的应用范围；
4、大力开发装配线机械手仿真技术和计算机软件系统作业任务，采取计算机语言以“离线编程”方式进行；采用计算机仿真技术校核机械手在完成某个操作过程的可行性。
1.5 本章小结
本章主要是从整体上介绍装配线机械手，包括装配线机械手的定义、组成、应用、以及未来的发展方向，明确本次设计的目的，为下面章节机械手结构设计提供理论上的依据。
2 总体方案设计与论证
在科学技术突飞猛进的今天，装配线机械手的设计思想主要是通过对以前及现有的最具有代表性的装配线机械手进行分析研究，吸收它们的优点，将各个优点结合起来，将不同结构进行组合变化，使之达到较理想的方案。从而达到较好的运动精度和工作稳定性，进而使之在市场上更具有竞争力。本次设计就是在分析、研究以往优秀的装配线机械手的基础上加以改进而成的。
2.1 设计背景
随着我国工业生产的飞速发展和工业技术水平的不断提高，自动化程度也迅速提高，在生产线上实现工件的搬运﹑装卸﹑转向﹑装配等动作的自动化，并进一步实现整个生产线的自动化，已经越来越受到人们的重视。
本次设计的对象是六自由度装配线机械手。由于装配中的一些工件比较重，而且有些装配件的位置较高，还有有些装配是重复性的动作，如果由工人手动装配，不仅增加工人的劳动强度，而且降低生产效率和产品质量。此外工人长期从事装配工作会容易产生疲劳，增加了生产的危险性。如果能用装配线机械手代替人从事这种工作，那么将把工人从繁重且危险的装配工作环境中解脱出来，会极大地提高劳动生产率，降低生产成本和提高产品质量。
2.2 基本参数
1、名称：六自由度装配线机械手
2、主要用途：根据不同工作要求，更换不同手爪，完成不同形状工件的装配任务，此外还能完成一些工件的搬运任务。
3、自由度数：6个
（1）腕部回转（2）小臂伸缩（3）小臂俯仰
（4）腰部回转（5）大臂升降（6）纵向移动
4、抓取重量：最大为5kg
5、动作范围及速度（见表2.1）
表2.1 各自由度的动作范围及速度
2.3 自由度的布置
根据工作范围大小、工作的灵活度和整个机构的稳定性，确定各个自由度的布置形式见图2.1：
图2.1 自由度布置图
2.4 运动范围(见图2.2)
图2.2 运动范围俯视图和主视图
2.5 驱动方式和传动方式的选择
2.5.1 驱动方式的选择
在整个设计中，各自由度均采用液压驱动，之所以用液压驱动，是因为液压驱动具有以下优点：
1、调速范围较大，而且还可以无级调速，易于适应不同工作要求；
2、液压技术容易达到较高的单位面积压力，即驱动力或驱动力矩大；
3、由于液压机构一般重量比较轻，因而具有惯性小的特点，故而它的速度反应性比较好；
4、传动平稳，能吸收冲击力可以较平稳地实现频繁转向；
5、定位精度高；
正因为液压传动有以上优点，故本装配线机械手采用液压驱动，采用电磁换向阀控制。
2.5.2 传动方式的选择
传动方式是将动力源的驱动力传递到实现自由度的运动的过程，在本设计中，就是将直线油缸的直线运动、回转油缸的回转运动传递出去。针对不同结构需要和运动方式，小臂伸缩、小臂俯仰、大臂升降、纵向移动采用直线油缸驱动，腕部回转、腰部回转采用摆动回转油缸驱动。
2.6 各个自由度的实现
2.6.1 腕部回转运动的实现
腕部位于手爪和小臂之间，它的作用是在小臂的基础上，进一步改变和调整手爪的空间姿态和方位，扩大机械手的动作空间和应用范围。在本设计中用回转油缸实现腕部的转动。
2.6.2 小臂伸缩运动的实现
小臂的主要作用是连接腕部和大臂承受抓取工件的弯矩，因此应加强小臂的刚度和强度，所以采用单作用活塞缸驱动，并采用双导向杆导向并加强刚度，这种结构的特点是受力均衡，可用于抓取重量较大，行程较长的情况。
2.6.3 小臂俯仰运动的实现
此处采用铰接单作用活塞缸和连杆机构来实现小臂的俯仰，这种结构制造简单、维修方便。
2.6.4 腰部回转运动的实现
此处采用单叶片式回转液压缸驱动，其特点是结构简单紧凑，可获得无级变速的回转运动，但是回转角度小于360°，且要求密封性良好。
2.6.5 大臂升降运动的实现
此处设计采用单作用活塞缸来驱动，并采用导向键导向，这样的结构能提高大臂的强度，并且装卸维修方便。
2.6.6纵向移动的实现
此处采用杆定式单作用活塞缸来驱动，伸缩运动由油缸带动滑枕来实现的，活塞杆固定不动，整个机械手采用燕尾槽导向，这种结构的这种结构的特点是刚度大，运动平稳可靠。
2.7本章小结
本章主要对机械手的总体方案进行设计，明确了整体设计参数，确定了自由度的布置，并对各自由度的工作范围及运动速度加以确定。通过这一章的介绍，为下一章各部分的具体设计计算打好了基础。
3各部分结构设计和尺寸确定及校核
在上一章里对装配线机械手整体进行了方案设计，确定了各个自由度的位置和基本的工作范围，并且确定了各个自由度的实现方式。本章将在上一章的基础上对装配线机械手的各部分进行具体设计，确定各部分尺寸大小，并对关键部分校核。
3.1手部设计
3.1.1 手部结构设计
手部是用来夹持工件的部位，具有模仿人手动作的功能。手部设计是应考虑以下几个问题：
1、 应具有足够夹紧力；
2、 加紧平稳可靠；
3、 手指间应具有一定的开闭角；
所以，本机械手采用夹持式V 型手指，这种手指的特点是结构简单，工作灵活。其结构简图如图3.1：
根据受力分析得驱动力P 与夹紧力N 的关系为：
P=
c b 2×)
sin(sin sin θαθ
α+×N 其中： b=50mm ,c=60mm ,α=60°,θ =30° 3.1.2 夹紧力的计算
夹紧力是设计手部的重要依据，它必须克服重力以及工件运动状态所产生的载荷，以使工件保持可靠的工作状态。
加紧力N=k1×k2×k3×G 取安全系数k1=1.2
取动载系数k2=1+a/g=1+20/9.8=3.04
式中： a 为最大缓冲加速度，a=20m/2s ,g 为重力加速度g=9.8m/2s 取方位系数k3=0.5sin θ/f=0.5×sin45°/0.1=3.54
式中： θ为V 形手指半角，f 为摩擦系数 所以N=1.2×3.04×3.54×5×9.8=632.78N
所以驱动力P=5060
2?×)3060sin(30sin 60sin ?+???×632.78=657.60N
考虑到手在工作过程中有惯性力、震动以及传动效率的影响，其实驱动力按下式计算：P(实际)=P/η
式中： η为手部机械效率，一般取0.85～0.95，在这里取η=0.85 所以P(实际)=657.60/0.85=773.65N 3.1.3 计算油缸内径
设密封出摩擦力为f
P ,它的精确值不容易求得，常用液压缸的机械效率cm η进行
估算。
P （实际）+
f
P = P （实际）/cm η
式中cm η为液压缸机械效率，一般取cm η=0.90～0.97在这里取cm η=0.95。 所以液压缸内径D 计算公式为：
D=
]}
)(1[1{42121D
d
p p p P cm --ηπ（实际）
式中：1p 为液压缸工作压力，取1p =1Mpa
2p 为液压缸回油腔压力，取2p =0.2Mpa 由于活塞杆主要承受压力，所以d/D 取0.3
带入数据，可求得D=35.61mm ，查活塞缸内径系列取40mm. 所以d=0.3D=0.3×40=12mm
图3.1 手指结构简图
3.1.4 液压缸壁厚的确定
壁厚δ应满足要求δ≥][2σD
p y ，式中y p
为实验压力，一般取最大工作压力的1.25～1.5倍，[σ]为缸筒材料的许用应力，其值为110Mpa.
所以δ=110240
15.1???=0.27 mm,考虑到结构性要求取δ=12 mm
3.1.5 活塞工作行程的确定
当工件被夹紧时θ=30°，α=60°，初始状态是θ=45°，α=75°，计算得活塞工作行程L 为：L=50×(sin45°-sin30°)+60×(sin75°-sin60°)
=23.89 mm 查液压缸活塞行程参数系列取25 mm 3.1.6 重要部分的校核 1、 活塞杆的校核
强度校核：
σ=2
4d P
π=2
012.065
.7734π?=6.84Mpa << [σ]=170Mpa
故强度满足
又由于活塞杆长度L=94<15×d=15×12=180故不需进行稳定性校核。 2、缸筒壁厚的校核
在中低压系统中，液压缸的壁厚常有结构工艺上的要求决定，一般不需校核 3、 连接螺栓强度校核
当缸筒与缸盖采用法兰连接时，要校核连接螺栓的强度。校核按拉应力σ和剪切应力τ的合成应力∑σ来进行，即
σ=Z d KF
214π τ=Z d Fd
KK 3
112.0≈0.47σ
∑σ=223τσ+≈1.3σ
式中： F 为液压缸负载
K 为螺纹拧紧系数，K=1.12～1.5 1K 为螺纹内摩擦系数，一般取1K =0.12 d 为螺纹直径
1d 为螺纹内径 Z 为螺栓个数 带入数据计算
∑σ=0.031Mpa << [σ] = s b n σ=5.2375
=150Mpa
故螺栓满足强度要求
4、 活塞杆与推动连杆处销的剪切强度校核
τ=2][4d P ??π实际=2006.065
.7734??π=27.4Mpa < [τ]许=80Mpa
故该销能够满足强度要求
3.2 腕部回转油缸设计
3.2.1 驱动力矩的计算
腕部回转驱动力矩可按下式计算: M=K ×(M 摩+M 偏+M 惯)
其中： K 为密封处摩擦损失系数，一般取K=1.1～1.2，这里取K=1.2 M 摩为转动支承处摩擦力矩 ，单位为Nm
M 偏为转动部件重心对腕部回转轴线的偏心力矩, 单位为Nm M 惯为转动部件启动惯性力矩, 单位为Nm 1、转动部件启动惯性力矩的计算
为了计算方便此处将手爪、手爪驱动油缸和回转油缸转动件等效为一个圆柱体，其直径为d=80 mm, 高度为L=500 mm ，则其质量1m
1m =42
d π×l ×铁ρ=
4
08.02
?π×0.5×7800=19.59 kg
假设启动加速时间为?t 启=0.01s ，稳定时转动角速度ω=50°/s
M 惯=（J+1J ）t ?ω=180π×[211m 2R +121M(2l +32
r )]×t ?ω
式中： J 为手腕转动部件对转动轴线的转动惯量 1J 为工件对转动轴线的转动惯量 R 为等效圆柱体的半径 M 为工件的质量 l 为工件的长度 r 为工件的半径 带入数据计算
M 惯=0.0175×[0.5×19.59×204.0＋121×5×(22.0+3×2
03.0)]×01.050
=2.93 Nm
2、转动部件支承处摩擦力矩的计算
由于支承处为滚动轴承，摩擦阻力矩很小，可忽略不计，故M 摩=0 3、转动部件偏心力矩的计算
偏心件重量估算约为0.15kg,偏心矩 e=55 mm,所以 M 偏=0.15×0.055=0.00825 Nm
经以上计算可得 M=1.2×(2.93+0+0.00825)=3.53 Nm 3.2.2 回转油缸内径的计算
回转油缸内径按如下公式计算
D=2
8d bp M
+
式中： M 为驱动力矩
b 为回转油缸动片的宽度，这里取20mm d 为转轴与动片连接处直径, 这里为85mm p 为回转油缸工作压力，这里取0.1Mpa 带入数据计算得 D=146mm 3.2.3 重要部分的校核 1、 转轴扭转强度校核
轴的抗扭截面模量为 t W =163
d π-d t d bt 2)(2
-
式中: d 为轴的直径 b 为键槽宽度 t 为键槽深度
带入数据计算得，t W =394413
mm
所以截面上扭转剪切应力τ=3.53/39441=0.09Mpa << [τ]=135Mpa 故该轴满足扭转强度要求 2、 选键并校核强度
转轴直径为60mm,查表选键为b ×h=18×11，键长度为40mm
键校核公式为：τ=dbl M 2=04.0018.006.053
.32???=0.16Mpa << [τ] =80Mpa
故该键满足强度要求
3、 轴承校核
由于此处轴承转速不高，且不是频繁转动，所以不需对轴承进行校核。 4、 快速置换式手部连接处校核
剪切面的面积 S=πDL=π×0.024×0.01=7.54×410-2
m m
则τ=S F =S m 1=4
1054.759
.19-?=0.026Mpa << [τ]=80Mpa
所以此处满足强度要求 5、 端盖螺钉的校核
因为每个螺钉在危险截面上承受的拉力s Q 为工作载荷Q 和预紧力'S Q 之和：'s s Q Q Q +=
式中：
Z P D Z P Q 42π=
= P —驱动力，大小为0.1Mpa Z —螺钉数目，Z=6；
其中： '
s Q 为预紧力， KQ Q S ='，K=1.5～1.8，这里取K=1.6
又 =-=2
22r R D 34802
m m
61
.0348014.32??=
=
∴Z
P
D Q π=182.12N
而螺钉的强度条件为：2
13.14d Q S
πσ?=
合=4.44Mpa << [σ]=150Mpa
所以螺钉强度符合条件
3.3 小臂伸缩油缸设计
小臂是机械手的主要执行部件，它的主要作用是支承手部和腕部，也包括工件，并带动它们做空间运动。小臂的驱动机构设计为单作用油缸，并采用无缝钢管导向，用钢板作支撑板，这样的结构大大地提高了臂部的支撑刚度，也减轻了臂部的自重，
而且空心的导向管还可以布置油路，这种结构使臂部的整体结构变得更简单紧凑。 3.3.1 小臂设计的基本要求
A. 臂部应支撑能力大，刚度好，重量轻
B. 臂部运动速度要稳定，惯性要小
C. 手臂动作应灵活
D. 位置精度要求高 3.3.2 驱动力计算
臂部伸缩运动需要克服摩擦力和惯性力，其驱动力按下式计算：
q P =摩P +密P +惯
P
其中： 摩P 为导轨支承间的摩擦阻力
密P 为密封圈处的摩擦阻力
惯
P 为启动过程的惯性力矩
1、 摩P 的计算
由于两个导向杆是对称的配置，所以两向导杆受力均衡，可按一个导向杆计算。导杆受力示意图如图3.2
将腕部回转油缸等效为一个内径为80mm ，外径为200mm ，高度为250mm 的圆筒，
则其质量回m =4π
×(2
208.02.0-)×0.25×7800=51.43㎏
导向杆的质量为导m =2×4π
×(22006.002.0-)×0.534×7800=2.38㎏ 活塞杆及其它附件估算约为活m =2㎏
由前面计算知，手爪夹紧油缸和腕部转动件等效质量为1m =19.59㎏ 工件的质量工m =5㎏
所以参与运动的零部件的总重量为
总G =(回m +导m +活m +1m +工m )×g
=(51.43+2.38+2+19.59+5)×9.8=787.92N
图3.2 导向杆受力示意图
0=∑）（F M A aR L G =总
∑
=0
Y B A R R G =+总
计算得，
总G a a
L R B ?+=
所以 B A b a R u R u P P P ''+=+=摩摩摩
即
a a
L G u P +=2'总
摩
其中： 总G 为参与运动的零部件的总重量 L 为重心到导向支撑前端距离 a 为导向杆的长度,a=10mm
'μ为当量摩擦系数，μμ)57.127.1('-=，这里取μμ4.1'= 取1.0=μ，则='μ0.14
重心到导向支撑前端距离L 的计算公式如下
l=
活
导回工活导回工m m m m m m m m m m ++++++++11200200450750960
带入数据计算得，l=540mm,则L=132mm
所以P 摩=0.14×787.9215.015
.0132.02+?=304.45N
2、 密P 的计算
密P 与所采用的密封的形状有关，这里选用“O ”型密封圈，
则密P 321封封封P P P ++=≈3×0.03×q P =0.09q P
3、
惯
P 的计算
惯
P 为启动过程的惯性力矩 ，其计算公式为
惯
P =t g V G ??总
式中： 总G 为参与运动的零部件的总重量 g 为重力加速度
V ?为由静止加到等速变化量取s mm V /50=? t ? 为启动时间, 一般取
0.01～0.5s, 取t=0.1s
计算得 P 惯=80.4×1.005
.0=40.2N
所以q P =摩P +密P +惯P =304.45+0.09q P
+40.2 算得
q
P =378.74N
3.3.3 油缸内径的计算
由以前计算液压缸内径D 计算公式为：
D=]}
)(1[1{42121D
d
p p p P cm q --ηπ
式中： 1p 为液压缸工作压力，取1p =1Mpa
2p 为液压缸回油腔压力，取2p =0.2Mpa
cm η为液压缸机械效率， 这里取cm η=0.95。
活塞杆既承受压力又承受拉力，所以d/D 取0.5
带入数据，可求得D=41.83mm ，查活塞缸内径系列取50mm. 所以d=0.5D=0.5×50=25mm
本科毕业设计（论文）开题报告 课题名称自动抓取机构结构设计 系别机械设计制造及其自动化 专业班机制六班 姓名刘建标 评分 导师（签名） 2014年1月3日 中国地质大学长城学院
毕业设计（论文）开题报告撰写要求： 1．开题报告的主要内容 1）所选课题国内、外研究及发展状况 2）课题研究的目的和意义； 3）课题研究的主要内容、难点及关键技术； 4）研究方法及技术途径； 5）实施计划。 2．主要参考文献：不少于3篇。 3．开题报告的字数不少于1500字，格式按《华中科技大学武昌分校专科毕业设计（论文）撰写规范》的要求撰写。 4．开题报告单独装订，本附件为封面。
华中科技大学武昌分校学生毕业设计开题报告 学生姓名许佳虎学号20092811080专业班级机械制造及其自动 化0902 系别自动化指导教师孙立鹏/王姣职称教授/助教课题名称串联型五自由度机械手的结构设计 1.目的及意义： 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Unimate(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Unimate公司和斯坦福大学、麻省理工学院联合研制一种 Unimate-Vic-arm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Unimate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CCMT2006展览会上，值得一机器人应用是当今机床发展的一大趋向提的是1号馆W1-916意大利意沃乐EVOLUT公司，这个欧洲最大的机器人应用与集成公司，他们的一
上下料机械手课程设计说明书
专业课程设计 任务书 一、目的与要求 《专业课程设计》是机械设计及自动化专业方向学生的重要实践性教育环节，也是该专业学生毕业设计前的最后一次课程设计。拟通过《专业课程设计》这一教学环节来着重提高学生的机构分析与综合的能力、机械结构功能设计能力、机械系统设计的能力和综合运用现代设计方法的能力，培养学生的创新与实践能力。在《专业课程设计》中，应始终注重学生能力的培养与提高。《专业课程设计》的题目为工业机械手设计，要求学生在教师的指导下，独立完成整个设计过程。学生通过《专业课程设计》，应该在下述几个方面得到锻炼： 1．综合运用已学过的“机械设计学”、“液压传动”、“机械系统设计”、“计算机辅助设计”等课程和其他已学过的有关先修课程的理论和实际知识，解决某一个具体设计问题，是所学知识得到进一步巩固、深化和发展。 2．通过比较完整地设计某一机电产品，培养正确的设计思想和分析问题、解决问题的能力，掌握机电产品设计的一般方法和步骤。 3．培养机械设计工作者必备的基本技能，及熟练
地应用有关参考资料，如设计图表、手册、图册、标 准和规范等。 4． 进一步培养学生的自学能力、创新能力和综合 素质。 二．主要内容 表1精锻机上料机械手主要技术参数 手臂运动形式 （ 圆柱坐标式 抓取重量 60kgf 自由度 4个 手 手臂运动行程和速度 水平伸缩 500mm 设定点2 升降 600mm 设定点2 左右旋转 200度 设定点3 手腕回转和速度180度 设定点2 手指夹持范围 四种规格 90-120 定位方式和定位精度 机械挡块 +-1mm 控制方式 点位程控，开关板预选 驱动方式 液压 kgf/cm2
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 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
河南机电高等专科学校《机器人应用技术》课程作品 设计说明书 作品名称：多功能机械手 专业：机电一体化技术 班级：机电124班 扣号： 姓名：流星 2014 年 10 月 1 日
目录 一课题概述 (2) 1、选题背景 (2) 2、发展现状和趋势 (3) 3、研究调研 (4) 二机械手组成及工作过程 (6) 1、整体结构分析 (6) 2、所需器材 (6) 3、底座部分 (8) 4、躯干部分 (9) 5、上臂部分 (10) 6、手爪部分 (11) 7、机械手系统的总调试 (12) 三软件部分 (13) 1、机械手软件编制流程图 (13) 2、机械手运行控制程序图 (14) 四设计体会 (15) 一课题概述 1、选题背景 随着我国经济的高速发展，各种电子产品和各种创新机械结构的出现，工业机器人的作用在装配制造业产业中的地位更加重要了。另一方面随着人们生活水平的提高传统制造产业劳动力生产成本进一
步提高，这也使企业意识到用高速准确的机械自动化生产代替传统人工操作的重要性。其中机械手是其发展过程中的重要产物之一，它不仅提高了劳动生产的效率，还能代替人类完成高强度、危险、重复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，可以说是一举两得。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。但目前我国的工业机械手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机械行业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具有重要意义。 在这样一个大的背景下结合自己的专业机电一体化，我们选择多功能机械手来作为我们的设计题目。结合专业特点使用德国慧鱼机器人教学模型作为我们实现这一课题的元件。利用慧鱼模型的各种机械结构组装出机械手的机械部分，用pc编程实现对机械手的自动控制，利用限位开关来保护电机和控制机械手位置的准停。 这个课题可以充分的体现机电一体化的由程序自动控制机械结构的运动，对自己以前的所学的课程也是一种巩固。另一方面这个机械手可以实现一定的搬运功能具有很强的实用性能。 2、发展现状和趋势
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
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
（2）水平面内转30度，手臂自转90度，前进50mm。
机械手的夹持器还有夹紧和放松动作； 机械手工作频率：20/min； 升降 0.3kw，摆动 0.1kw，伸缩 0.1kw，夹持 0.2kw。2执行机构的选择与比较 §2-1 转角机构（实现平面转角0 30功能） 方案一 实现平面转角0 30的过程：电机带动不完全 齿轮运动，不完全齿轮带动全齿轮运动，与全 齿轮固结的四杆机构，使滚子在预先设计好形 状的槽内运动，左右运动的极限位置恰好是30 度。 机构评价： 优点：因为槽的形状固定，所以能保证在一个 行程内，机构的平面转角就是30度。 不完全齿轮的使用，为机械手在抓放物 体时留下了工作时间。 缺点：由于四杆机构的运动被槽限制住，最短杆 无法做周转运动，导致机构的回程要求齿 轮的翻转，必须在前面加入变速箱改变速 度方向。 方案二 实现平面转角0 30的过程：皮带轮传动给蜗 轮蜗杆从而使不完全齿轮，有间歇地带动完全齿 轮转动，齿轮通过杆拉动齿条，由齿轮来回往复 地带动固接杆转动0 30 机构评价： 优点：同样具有结构简单，传力较小运 动灵活，造价低准确地实现转角0 30的 要求，可以控制间歇实现循环功能。 缺点：磨损较严重，效率较低，齿轮尺 寸过大加工难。 方案三 30的过程：使用槽 实现平面转角0 轮实现平面转角30度，只要计算好槽轮 的槽数，就能在主动圆盘转360度时， 使从动轮转30度。机构评价： 优点：结构简单，外形尺寸小，机械效
率高，并能平稳的间歇地进行转位。 缺点：传动存在柔性冲击，且是单向的间歇运动，同样要求变速箱改变运动方向。 方案的选择与比较： 只有第二个方案能较好的实现对传动系统的功能要求在平面转动上能准确地控制在30度，制造简单方便。 §2-2 上升机构（实现上升100功能要求） 方案一 实现上升的过程：皮带轮传动，使蜗杆带动蜗轮，蜗轮和齿条配合。通过控 制蜗杆的半径，使转动一周后，使齿条上升100. 机构评价： 优点：蜗杆的轮齿是连续的螺旋尺，故传动平 稳，啮合冲击小。 缺点:啮合齿轮间的相对滑动速度较大，摩擦 磨损较大，传动效率较低，易出现发热 现象，常用耐磨材料制作，成本高。 方案二 实现上升的过程：皮带轮传动给蜗轮蜗杆 从而使凸轮转动，凸轮通过顶杆推动滑块滑 动，从而使工作杆上升100mm。 机构评价： 优点：结构简单，传力较小，凸轮不用太大就 可以达到所需要的高度。 缺点：效率过低，滑块容易磨损且一旦磨断严重影响上升高度，寿命不高。
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)
机电工程学院 《专业综合课程设计》 说明书 课题名称：简易机械手机械机构设计 学生姓名：沈柳根学号：20110611119 专业：机械电子工程班级：11机电 成绩：指导教师签字： 2015年1月5日
摘要 简易机械手是工业机械手的简化，功能相似，而工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新的技术，是现代控制理论与工业生产自动化实践相结合的产物，并以成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分。工业机械手是提高生产过程自动化、改善劳动条件、提高产品质量和生产效率的有效手段之一。工业机械手设计是机械制造、机械设计和机械电子工程等专业的一个重要教学环节，是学完技术基础课及有关专业课以后的一次专业课程内容得综合设计。通过设计提高学生的机械分析与综合能力、机械结构设计的能力、机电液一体化系统设计的能力，掌握实现生产过程自动化的设计方法。 通过对于气动机械手的设计，展现了各个相关学科知识在这里的整合，有利于理解专业知识。 关键词：简易机械手；结构设计；气动
目录 摘要....................................................... 错误！未定义书签。 1 设计任务介绍及意义 (1) 1.1设计任务意义： (1) 1.2设计任务要求介绍： (1) 2 总体方案设计 (3) 2.1 结构分析 (3) 2.3 设计简介 (3) 3 机械传动结构设计 (5) 3.1传动结构总体设计 (5) 3.2手指气缸的设计 (6) 3.3纵向气缸的设计 (12) 3.4横向气缸的设计 (13) 4最终图纸 (15) 4.1装配图 (15) 5 总结 (16) 参考文献 (17)
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
课程设计说明书 2015 年 6 月9 日
目录 摘要 (2) 第1章概述 (3) 1.1设计目的 (3) 1.2课题的内容和要求 (4) 1.3进度安排 (4) 1.4设计进度安排 (4) 1.5基本要求 (5) 第2章课程设计的总体方案 (6) 2.1总体方案的确定 (6) 2.2 机械结构的设计 (6) 2.3 软件设计 (6) 第3章机械部分设计 (7) 3.1 元器件选型 (7) 3.2 机械结构构件及说明 (7) 3.3 工作台外形尺寸及重量初步估算 (8) 3.4 滚珠选择 (8) 3.5滑块导轨的选择与校核 (8) 3.6 弯曲应力σm的计算 (9) 3.7选择联轴器的考虑因素 (10) 3.8 轴承的选用与校核 (11) 第4章控制系统的设计 (14) 4.1 控制系统硬件电路的设计 (14) 4.2控制系统软件编程设计 (16) 参考资料 (18) 附录一：cad图纸 (19) 附录二：proe图 (20) 附录三：程序 (22)
摘要 机械手技术涉及到电子、机械学、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域，是一门跨学科综合技术。随着工业自动化发展的需要，机械手在工业应用中越来越重要。文章主要叙述了机械手的设计过程，文章中介绍了机械手的设计理论与方法。 本课题以52单片机为核心设计，通过AutoCAD，proe技术对机械手进行结构设计，实现所需要的功能。 关键词：机械手、52单片机、AutoCAD、Proe
第1章概述 机械化、自动化已成在现代工业中突出的主题。化工等连续性生产过程的自动化已基本得到解决。但在机械工业中，加工、装配等生产是不连续的，机器人的出现并得到应用，为这些作业的机械化奠定了良好的基础。 机械手，多数是指程序可变（编）的独立的自动抓取、搬运工件、操作工具的装置（国内称作工业机械手或通用机械手）。 机械手是一种具有人体上肢的部分功能，工作程序固定的自动化装置。机械手具有结构简单、成本低廉、维修容易的优势，但功能较少，适应性较差。目前我国常把具有上述特点的机械手称为专用机械手，而把工业机械手称为通用机械手。 简而言之，机械手就是用机器代替人手，把工件由某个地方移向指定的工作位置，或按照工作要求以操纵工件进行加工。 机械手一般分为三类。第一类是不需要人工操作的通用机械手，也即本文所研究的对象。它是一种独立的、不附属于某一主机的装置，可以根据任务的需要编制程序，以完成各项规定操作。它是除具备普通机械的物理性能之外，还具备通用机械、记忆智能的三元机械。第二类是需要人工操作的，称为操作机。工业中采用的锻造操作机也属于这一范畴。第三类是专业机械手，主要附属于自动机床或自动生产线上，用以解决机床上下料和工件传送。这种机械手在国外通常被称之为“Mechanical Hand”，它是为主机服务的，由主机驱动。除少数外，工作程序一般是固定的，因此是专用的。 机械手按照结构形式的不同又可分为多种类型，其中关节型机械手以其结构紧凑，所占空间体积小，相对工作空间最大，甚至能绕过基座周围的一些障碍物等这样一些特点，成为机械手中使用最多的一种结构形式。 要机械手像人一样拿取东西，最简单的基本条件是要有一套类似于指、腕、臂、关节等部分组成的抓取和移动机构——执行机构；像肌肉那样使手臂运动的驱动－传动系统；像大脑那样指挥手动作的控制系统。这些系统的性能就决定了机械手的性能。一般而言，机械手通常就是由执行机构、驱动－传动系统和控制系统这三部分组成 1.1设计目的 《单片机原理及接口技术课程设计》是机械电子工程专业的学生在完成《单片机原理及接口技术》等专业课程的学习之后，进行综合性设计训练的实践性教学环节。目的是在老师的指导下，使学生通过课程设计，对所学课程理论知识进行一次系统的回顾检查、复习和提
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。
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