简易小型直角坐标机械手设计

上海工程技术大学毕业设计简易小型直角坐标机械手设计简易小型直角坐标机械手1 机械手1.1 机械手的定义机械手是模仿着人手的动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的机械装置。

在工业生产中应用的机械手被称为“工业机械手”。

1.2 机械手的作用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应用。

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，使用范围比较广的“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快地改变工作程序，适用性较强，所以它在不断变换生产品种的中小批量生产中获得广泛的应用。

1.3 机械手的分类及特点1上海工程技术大学毕业设计简易小型直角坐标机械手设计工业机械手的种类很多，关于分类的问题，目前在国内尚无统一的分类标准，在此暂按使用范围、驱动方式和控制系统等进行分类。

1.3.1按用途分机械手可分为专用机械手和通用机械手两种:（1）专用机械手它是附属于主机的、具有固定程序而无独立控制系统的机械装置。

专用机械手具有动作少、工作对象单一、结构简单、使用可靠和造价低等特点，适用于大批量的自动化生产的自动换刀机械手，如自动机床、自动线的上、下料机械手和加工中心。

（2）通用机械手它是一种具有独立控制系统的、程序可变的、动作灵活多样的机械手。

在性能范围内，其动作程序是可变的，通过调整可在不同场合使用，驱动系统和控制系统是独立的。

通用机械手的工作范围大、定位精度高、通用性强，适用于不断变换生产品种的中小批量自动化的生产。

机械手设计方案机械手设计方案引言：机械手是一种能模拟人手动作、完成复杂而重复的工作的机械装置。

本方案旨在设计一种功能全面、结构合理、操作简便的机械手。

一、功能设计：该机械手主要用于工业生产中的自动化操作。

设计中考虑到以下几个方面的功能需求：1.抓取能力：机械手需要具备稳定的抓取能力，能够根据需要抓取各种形状的物体。

2.运动自由度：机械手需要具备足够多的运动自由度，能够在空间中灵活操作。

3.力度控制：机械手需要根据不同任务的要求，能够对抓取力度进行精确控制。

4.操作平稳性：机械手的运动应平稳、精确，以实现高效的生产操作。

5.可编程性：机械手应具备可编程功能，可以根据不同任务需求进行多样化的操作。

二、结构设计：机械手主要分为下列几个部分：1.机械臂：机械臂是机械手的核心部分，应具备足够多的关节，以实现多自由度的运动。

同时，机械臂需要采用轻量化设计，以减小自身质量，提高运动效率。

2.末端执行器：末端执行器是机械手抓取物体的部分，应设计可自由伸缩的抓取夹具，以适应不同尺寸的物体。

3.传动系统：传动系统是机械手的动力系统，应选择高效可靠的传动装置，如电机和减速器组合，以保证机械手运动的精确性和稳定性。

4.控制系统：控制系统是机械手的智能核心，应具备高速、高精度、可编程的控制器，以实现机械手的自动化操作。

同时，控制系统应提供友好的人机界面，方便操作者使用。

三、操作流程：机械手的操作流程可分为如下几个步骤：1.输入任务指令：操作者通过控制系统输入任务指令，包括抓取位置、力度等参数。

2.开机准备：机械手启动后，进行预热和校准动作，以确保机械手处于正常工作状态。

3.感应物体：机械手的传感器感应物体位置和大小，确定抓取位置和姿态。

4.抓取物体：机械手根据输入的指令和感应到的物体信息，进行相应的运动和力度控制，将物体抓取起来。

5.完成任务：机械手将抓取的物体移动到指定位置，完成任务，并将完成情况通过控制系统反馈给操作者。

直角坐标机器人的设计方法直角坐标机器人概念：工业应用中，能够实现自动控制的、可重复编程的、多功能的、多自由度的、运动自由度建成空间直角关系、多用途的操作机。

他能够搬运物体、操作工具，以完成各种作业。

关于机器人的定义随着科技的不断发展，在不断的完善，直角坐标机器人作为机器人的一种，其含义也在不断的完善中。

典型直角坐标机器人图一直角坐标机器人的特点：1、自由度运动，每个运动自由度之间的空间夹角为直角；2、自动控制的，可重复编程，所有的运动均按程序运行；3、一般由控制系统、驱动系统、机械系统、操作工具等组成。

4、灵活，多功能，因操作工具的不同功能也不同。

5、高可靠性、高速度、高精度。

6、可用于恶劣的环境，可长期工作，便于操作维修。

直角坐标机器人的应用：因末端操作工具的不同，直角坐标机器人可以非常方便的用作各种自动化设备，完成如焊接、搬运、上下料、包装、码垛、拆垛、检测、探伤、分类、装配、贴标、喷码、打码、（软仿型）喷涂、目标跟随、排爆等一系列工作。

特别适用于多品种、便批量的柔性化作业，对于稳定提高产品质量，提高劳动生产率，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。

直角坐标机器人的应用图二随着直角坐标机器人的应用越来越广泛，直角坐标机器人的设计工作日益显得重要。

成功的设计一台直角坐标机器人涉及到很多方面的工作，包括机械结构、动力驱动、伺服控制等等。

沈阳力拓自动化控制技术有限公司有着多年直角坐标机器人技术应用、数控技术和产品研发经验，我们依托德国BAHR 公司直线定位系统性及机械手臂开发出了价比优良的系列数控直角坐标机器人，被广泛地应用在汽车、电子、电器、检测、医疗、航天、食品等各个领域的生产线上。

下面我们就对直角坐标机器人的设计进行一个简要的阐述。

一、机器人设计特点：1、机器人的设计是一个复杂的工作，工作量很大，涉及的知识面很多，往往需要多人完成。

2、机器人设计是面向客户的设计，不是闭门造车。

三自由度直角坐标工业机器人设计引言机器人技术在工业领域的应用日益广泛。

直角坐标工业机器人是一种经典的机器人设计，具有优秀的定位精度和工作灵活性。

本文将介绍一种三自由度直角坐标工业机器人的设计方案。

机器人结构该直角坐标工业机器人采用传统的XYZ三轴结构，具有三个自由度，分别代表机器人在X、Y、Z方向上的运动。

机器人的主体由底座、横梁和工作台组成。

底座底座是机器人的支撑结构，用于固定机器人的横梁和工作台。

底座材料使用高强度金属合金，可以提供足够的稳定性和刚性。

横梁横梁是机器人的承载结构，负责承受工作台和负载的重量。

横梁由两根平行的轨道和连接轨道的横梁梁座构成。

横梁的上表面设有金属滑轨，工作台可以在横梁上自由移动。

工作台工作台是机器人的最顶部部分，用于安置工具和完成具体任务。

工作台的平面上装有夹具，可以固定不同的工具。

工作台可以通过横梁自由移动，实现在X和Y 方向上的运动。

机器人控制该直角坐标工业机器人采用集中控制方式，即通过中央控制器对各个自由度进行控制。

中央控制器由主控制器、伺服驱动器和传感器组成。

主控制器主控制器是机器人的大脑，负责接收和分析外部指令，控制机器人的运动。

主控制器采用强大的微处理器，配合复杂的控制算法，可以实现高精度的运动控制。

伺服驱动器伺服驱动器是机器人的关节驱动装置，用于控制机器人的每个自由度的运动。

伺服驱动器由电机和位置编码器组成，可以实时感知关节的角度，并根据主控制器的指令驱动电机实现精准控制。

传感器机器人上配备了各种传感器，用于感知外界环境和工件状态。

常用的传感器包括视觉传感器、压力传感器和力传感器等。

传感器可以为机器人提供实时反馈信息，使其能够适应不同的工作环境和工件。

优势和应用三自由度直角坐标工业机器人具有以下优势：•精准定位：该机器人采用高精度伺服控制系统，可以实现毫米级的定位精度。

•灵活适应：机器人可以自由在X、Y、Z三个方向上运动，适应各种复杂的工作空间。

•高效生产：机器人的运动速度和精准控制可以大大提高生产效率。

摘要工业机械手有能模仿人手和手臂的某些动作功能，用固定程序搬运，抓取物体或操作工具的自动操作装置，机械手主要由手部和运动机构组成。

按照搬运或者抓取的物件形状、尺寸、重量、材料和作业环境等的要求的不同，手结构形式有吸附型和夹持型等。

运动机构的功能是使手部完成各种动作：移动、转动等运动来实现规定的动作。

机构的伸缩、升降和旋转等运动方式，称为机械手的自由度。

本设计选用三自由度直角坐标型工业机器人，其自由度为X轴，Y轴和Z轴方向，是通过滚珠丝杠来实现小臂与大臂的伸缩，升降。

而这些动作都是通过在步进电机的带动下进行。

在控制器的作用下，它将执行将工件从一条流水线抓取并运送到另一条流水线这一简单的动作。

本篇论文主要对机械手的传动部分滚珠丝杠与步进电机进行了计算，计算内容主要包括工业机器人的传动机构的设计，以及其机械传动装置的选择。

另外对控制部分的描述主要有PLC的控制方案，接线原理图以及程序流程图等。

关键词：三自由度，直角坐标，PLC，机械手ABSTRACTIndustrial manipulator can imitate some action feature of manpower and arms, with a fixed program handling, automatic operation device for grabbing objects or tools, robotics mainly by hand, and sports organizations. By handling or grabbing the object shape, size, weight, materials and environment requirements are different. The hand structure has absorbed and clamp type. Features of motion mechanism are to complete a variety of movements of hands: mobile, turning movements to implement the provisions of the action. Institutions such as stretch lift and rotate the movement, known as freedom of manipulator. The design selection of three - degree-of-freedom Cartesian - industrial robot, its degrees of freedom for the X axis, Y axis and Z axis direction is achieved by ball screw arm and boom extension lift. These actions are driven by stepping motor. Under the action of the Controller, it will perform the work from one line to grab and shipped to another line of this simple action. This paper mainly on robotic stepping motor drive ball screws and calculation, the calculation includes design of transmission mechanism of industrial robots, as well as its selection of mechanical transmission device. In addition to the Control section describes the main PLC Control Program, wiring schematics, and programs such as flowchart.Key words: three degrees of freedom, Cartesian coordinates, PLC, manipulator目录1 绪论 (1)1.1课题来源 (1)1.2课题目的、意义 (1)1.3国内外发展基本情况 (1)2 工业机械手的总体设计 (3)2.1机械手的组成 (3)2.2工业机械手的设计分析 (4)2.3总体设计方案 (4)3.机械手的机械系统设计 (8)3.1机械手手爪设计 (8)3.2机械手传动部分设计 (15)3.3机械手基座部分设计 (21)3.4轴承的选取 (28)4 PLC控制系统设计 (29)4.1可编程序控制器的选择及工作过程 (29)4.2PLC控制系统 (30)5 结论 (36)参考文献 (37)致谢 (38)1 绪论1.1 课题来源本课题来自于企业项目。

简易机械手课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能够理解简易机械手的基本结构，掌握其运作原理；2. 学生能够描述并解释杠杆、滑轮、齿轮等简单机械在机械手中的应用；3. 学生能够运用物理知识分析并计算简易机械手中的力的作用和运动关系。

技能目标：1. 学生能够运用所学知识，设计并制作一个简易机械手模型；2. 学生能够通过小组合作，进行有效的沟通和问题解决，提高团队协作能力；3. 学生能够运用科学探究方法，进行实验操作和数据分析，培养实践操作能力。

情感态度价值观目标：1. 学生能够培养对科学技术的兴趣和好奇心，增强创新意识和实践欲望；2. 学生能够认识到物理知识在生活中的应用，提高学以致用的意识；3. 学生能够在团队合作中学会尊重他人，培养团结协作、共同进步的精神。

课程性质：本课程为初中物理学科实验课程，旨在通过实践操作，让学生深入了解简单机械的原理和应用。

学生特点：初中学生具有较强的动手能力和好奇心，对实验课程有较高的兴趣，但部分学生可能对物理知识掌握不够牢固。

教学要求：结合学生特点，注重理论与实践相结合，鼓励学生动手实践，提高其物理素养和综合能力。

在教学过程中，关注学生的个体差异，给予个性化指导，确保每个学生都能在课程中取得具体的学习成果。

二、教学内容本课程依据课程目标，结合物理学科教材，组织以下教学内容：1. 简易机械手基本原理学习：- 杠杆原理及其在机械手中的应用；- 滑轮原理及其在机械手中的应用；- 齿轮原理及其在机械手中的应用。

2. 简易机械手设计与制作：- 设计原理及步骤；- 机械手模型的制作方法；- 小组合作与分工。

3. 实践操作与数据分析：- 实验操作方法及注意事项；- 数据收集与处理；- 结果分析与讨论。

教学大纲安排如下：第一课时：介绍简易机械手基本原理，学习杠杆、滑轮、齿轮等简单机械的应用；第二课时：讲解简易机械手设计原理，布置设计任务；第三课时：分组讨论，进行机械手设计；第四课时：指导学生制作机械手模型，并进行实践操作；第五课时：对实践结果进行数据分析，总结课程内容。

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。

直角坐标机械手简图直角坐标机械手是一种常见的工业机器人，具备优秀的精度和重复性能。

本文将简要介绍直角坐标机械手的结构，应用和工作原理。

1. 结构直角坐标机械手由主要由底座、臂架和手部组成。

•底座：直角坐标机械手的底座通常是一个坚固的金属平台，用于固定整个机械手，并提供稳定的支撑。

•臂架：臂架是直角坐标机械手的主体结构，由多个关节连接而成。

每个关节都有特定的旋转范围和自由度，使机械手能够在三个坐标轴上进行移动。

•手部：直角坐标机械手的手部是安装在臂架末端的机械装置。

手部通常是一个可控的夹具，用于抓取、握持和放置物体。

2. 应用直角坐标机械手广泛应用于工业生产线上的自动化任务。

以下是几个典型的应用场景：•搬运和装配：直角坐标机械手可以高效地搬运和装配物体。

它可以自动定位和抓取零部件，并将它们准确地放置到指定位置。

•可编程操作：由于直角坐标机械手具备可编程性，操作人员可以通过编写指令来控制机械手的动作。

这使得机械手能够适应不同的任务需求和生产要求。

•检测和测量：直角坐标机械手可以配备各种传感器，用于检测和测量物体的尺寸、重量和质量。

这将有助于提高生产效率和产品质量。

3. 工作原理直角坐标机械手的运动是由电机、传动系统和控制系统共同完成的。

•电机：直角坐标机械手的关节由电机驱动，电机通过转动轴和齿轮传送动力，使机械手能够在三个方向上进行准确的移动。

•传动系统：传动系统是直角坐标机械手的重要组成部分，它将电机的转动力转化为机械手的位移。

常见的传动系统包括齿轮传动和皮带传动等。

•控制系统：直角坐标机械手的控制系统由计算机或编程控制器控制。

操作人员可以通过输入指令或编写程序，使机械手按照预定路径和动作完成任务。

结论直角坐标机械手是一种灵活、高效的工业机器人，它在各种应用场景中发挥着重要作用。

了解直角坐标机械手的结构、应用和工作原理，有助于我们更好地理解其在自动化生产中的作用，同时也为相关技术的研究和发展提供了重要参考。