读书笔记-四自由度机械手结构设计及其plc

四自由度机械手（上半部分）作为现代工业制造领域中，机器人与自动化领域的核心产品之一，机械手在制造业中扮演着不可替代的角色。

而四自由度机械手便是机械手领域中的重要成员，本文将对其进行详细介绍。

一、四自由度机械手的概念及基本结构四自由度机械手是指由四个自由度的运动副组成的机械手。

其自由度主要分为旋转自由度和直线自由度两种。

旋转自由度可分为绕x、y、z三个轴向旋转自由度，直线自由度可分为x、y、z三个轴向作直线运动的自由度。

四自由度机械手的基本结构由支撑结构、底座、轴承系统、导轨系统、执行器等组成。

其中，支撑结构设在机械手的底部，通过轴承系统与机械手执行器连接，控制机械手的运动方向和范围。

二、四自由度机械手的优缺点四自由度机械手相对于其他机械手类型具有如下优点：1、机械手可根据特定要求进行定制，能够实现弯曲、旋转、伸缩等多种动作，可以适用于较多的工程需求；2、在承载重量较小的情况下，四自由度机械手的成本较低；3、四自由度机械手具有很高的操作精度，可适用于许多需要高精度的操作领域。

但四自由度机械手也有以下缺点：1、四自由度机械手的承载能力较低，仅适用于承载较小的物品；2、机械手无法实现多种操作综合编程。

三、四自由度机械手的应用四自由度机械手在工业制造和自动化生产中具有广泛的应用领域。

其适用于自动化加工、搬运、堆垛、组装、分拣等方面。

在以下几个方面有具体的应用：1、电子工业：四自由度机械手可用于电子元器件的组装、焊接、拆卸等操作。

2、汽车工业：在汽车制造中，四自由度机械手主要用于焊接、装配、喷漆等自动化生产环节。

3、食品加工业：四自由度机械手可用于食品加工中，如包装、封箱等生产步骤。

4、医疗产业：机械手的高精度使其非常适合在医疗领域中用于外科手术等领域中。

总结：四自由度机械手作为机械手领域的成员之一，可用于电子制造、汽车工业、食品加工和医疗行业等领域中的生产流程，并能根据不同的生产需求进行定制和编程。

同时，由于其相对较低的成本和高精度操作的特性，四自由度机械手在现代制造领域中具有重要的应用价值。

前言可编程控制器是20世纪70年代以来，在集成电路，计算机技术基础上发展起来的一种新型工业控制设备。

由于具有功能强、可靠性高、配置灵活、使用方便以及体积小、重量轻等优点，国外已广泛应用于自动化控制的各个领域，并已成为现实工业生产自动化的支柱产品。

近年来，国内在PLC技术与产品开发应用方面发展很快，除有许多从国外引进的设备，自动化生产线外，国内的机床设备已越来越多采用PLC控制系统采用控制系统取代传统的继电—接触器控制系统小；价格上能与继电—接触器控制系统竞争；易于在现场变更程序；便于使用、维护、维修；能直接推动电磁阀，接触器与之相当的执行机构；能向中央执行机构；能向中央数据处理系统直接传播数据等。

本课题是基于PLC控制四自由度机械手运行。

工业机械手是一种模仿人体上肢部分功能，按照预定要求输送工件或握持工具进行操作的自动化技术设备，它可以代替手的繁重劳动，改善劳动条件，提高劳动生产率和自动化水平。

有着广阔的发展前途。

本课题通PLC自动控制对机械手实现机械手规定动作并实现回原点、手动方式和自动方式三种工作方式的选择，并对系统进行运行效率分析。

摘要随着工业机械手的进一步发展，其发展将更趋向于人性化、智能化并将在更加广泛的领域得到应用。

机械手是一种模仿人体上肢运动的机器，它能按照预定要求输送工种或握持工具进行操作的自动化技术设备，对实现工业生产自动化，推动工业生产的进一步发展起着重要作用。

因而具有强大的生命力，受到人们的广泛重视和欢迎。

工业机械手可以代替人手的繁重劳动，显著减轻工人的劳动强度，提高劳动生产率和自动化水平。

通过对机械制造与自动化大学专科三年的所学知识进行整合，对工业机械手各部分机械结构和功能的论述和分析，确定机械手的工作原理和运动机理。

设计了一种四自由度机械手，采用可编程序控制器（PLC）设计其控制系统,以提高其工作的稳定性能。

关键词：机械手梯形图PLC 电磁阀AbstractWith the further development of industrial robots, and its development tends to be more humane, intelligent and in a wider range of applications. Manipulator is a kind of imitation of the upper body movement machine, it can be scheduled according to request type or holds the automation tool operation of technical equipment, industrial automation, promote the production of industrial production of the further development plays an important role .Manipulator noted extensively and welcome by people for it has powerful vitality. Industrial robots can replace the hands of heavy labor, significantly reduce labor intensity, and improve labor productivity and automation level.Mechanical manufacturing and automation through the junior college for three years to integrate the knowledge of industrial manipulator mechanical structure and function of various parts of exposition and analysis to determine the robot motion principle and mechanism. Design a four-DOF manipulator to enhance the stability of their work for using the programmable logic controller to control system.Keywords: Manipulator Ladder diagram PLC Solenoid valve目录前言 (1)摘要 (2)第一章绪论 (5)1.1 本课题设计的背景 (5)1.2本课题设计的内容 (6)1.3 本课题设计的目的和意义 (7)第二章 PLC的概述 (8)2.1 PLC介绍 (8)2.2 PLC的构成 (9)2.3 PLC 的外部设备 (10)2.4 PLC的工作原理 (10)2.5 PLC的优点 (12)第三章基于PLC的机械手控制方案的确定 (13)3.1 机械手的概述 (13)3.2 采用PLC控制机械手的优点 (13)3.3 机械手设计内容 (13)3.4 PLC的选型 (14)3.5 三菱FX系列的结构功能 (16)第4章功能实现与控制方式 (18)4.1 机械手模型的机能和特性 (18)4.2 夹紧机构 (18)4.3 躯干 (19)4.4 旋转编码盘 (19)第5章控制系统设计 (20)5.1 控制系统硬件设计 (20)5.2 PLC梯形图中的编程元件 (20)5.3 PLC的I/O分配 (21)5.4 机械手控制系统的外部接线图 (22)5.5 控制系统软件设计 (22)致谢 (36)参考文献 (37)附录（指令表） (38)第一章绪论1.1 本课题设计的背景1969年美随着现代工业技术的发展，工业自动化技术越来越高，生产工况也有趋于恶劣的态势，这对一线工人的操作技能也提出了更高的要求，同时操作工人的工作安全也受到了相应的威胁。

四自由度机械手的设计作者：刘东来源：《科技与创新》2014年第23期近年来，机器人的开发不仅越来越优化，而且涵盖了许多领域，应用范畴也十分广泛。

在工业中，自动控制系统有着广泛的应用，例如数控机床、智能机器人、计算机系统、模糊控制等。

而工业机器人是相对较新的电子设备，它正在改变现代化工业的面貌。

在某些劳动环境极其恶劣的条件下，就可以使用机器人来代替人力工作。

下面所介绍的机械手就是为降低工人劳动强度，提高劳动效率、产品质量和经济效益而设计的。

四自由度的机械臂具有三个旋转关节和一个平移关节，末端安装有一个能够抓取物体的电磁手爪。

1; 机械手的总体设计1.1; 机械手基本形式的选择常见的工业机械手根据手臂的动作形态，按坐标形式大致可分为直角坐标型机械手、圆柱坐标型机械手、球坐标（极坐标）型机械手和多关节型机机械手。

其中，由于圆柱坐标型机械手结构简单紧凑，定位精度较高，占地面积小，因此，本设计采用圆柱坐标。

机械手搬运物品如图1所示。

在图1中，机械手的任务是将传送带A上的物品搬运到传送带B.图1; 机械手搬运物品示意图1.2; 机械手的主要部件和运动根据设计任务，选定圆柱坐标式机械手的基本方案。

为了满足设计要求，本设计的机械手具有5个自由度，分别是手抓张合、手部回转、手臂伸缩、手臂回转和手臂升降。

本设计的机械手主要由4个大部件和5个液压缸组成：①手部。

采用一个直线液压缸，通过机构运动实现手抓的张合。

②腕部。

采用一个回转液压缸实现手部108°回转。

③臂部。

采用直线缸来实现手臂平动1.2 m。

④机身。

采用一个直线缸和一个回转缸来实现手臂的升降和回转。

本设计的机械手由以下几个系统组成：①执行系统。

工业机器人完成抓取工件由执行系统来完成，应该用气爪、底座旋转、手臂升降、手臂伸缩等所必需的机械部件来实现各种运动。

②驱动系统。

本设计选用机械传动、气压传动和电机驱动来为各部件提供动力，驱动动力装置是机械手运动的动力。

四个自由度气动机械手结构设计1刖言机械工业是国民的装备部，是为国民经济提供装备和为人民生活提供耐用消费品的产业。

不论是传统产业，还是新兴产业，都离不开各种各样的机械装备，机械工业所提供装备的性能、质量和成本，对国民经济各部门技术进步和经济效益有很大的和直接的影响。

机械工业的规模和技术水平是衡量国家经济实力和科学技术水平的重要标志。

因此，世界各国都把发展机械工业作为发展本国经济的战略重点之一。

工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。

工业机械手的是工业机器人的一个重要分支。

它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。

机械手作业的准确性和各种环境中完成作业的能力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景。

机械手是在机械化，自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。

在现代生产过程中，机械手被广泛的运用于自动生产线中，机械人的研制和生产已成为高技术邻域内，迅速发展起来的一门新兴的技术，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。

机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动，不知疲劳，不怕危险，抓举重物的力量比人手力大的特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用。

机械手技术涉及到力学、机械学、电气液压技术、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。

机械手是一种能自动化定位控制并可重新编程序以变动的多功能机器，它有多自由度，可用来搬运物体以完成在各个不同环境中工作。

①1.1机械手简史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产品。

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：机体上安装一回转长机构，端部装有电磁铁的工件抓放机构，控制系统是示教型的。

四自由度机械手设计四自由度机械手是指具有四个独立运动自由度的机械手。

它可以在三维空间内进行灵活的运动和操作，广泛应用于工业制造、医疗护理、服务机器人等领域。

本文将从机械结构设计、运动控制系统、应用领域等方面进行论述，介绍四自由度机械手的设计。

首先，机械结构设计是四自由度机械手设计的关键。

通常，机械手由机械臂、末端执行器、关节驱动装置等组成。

在设计机械臂时，需要考虑结构的刚度、轻量化和尺寸设计等因素。

关节驱动装置可以采用电机驱动、气动驱动或液压驱动等方式，根据具体应用场景选择不同的驱动方式。

末端执行器是机械手最重要的部件之一，其设计要充分考虑操控对象的形状、尺寸和质量等要素。

其次，运动控制系统是确保机械手运动精度和灵活性的关键。

四自由度机械手通常采用闭环控制系统，通过传感器实时反馈机械手的位置、速度和力等信息，通过控制器计算控制命令，控制机械手的运动。

在控制系统设计中，需要考虑传感器的精度、控制器的计算能力和控制算法的设计等因素。

常见的控制算法有PID控制、模糊控制和自适应控制等。

最后，四自由度机械手应用领域广泛。

在工业制造中，机械手可以替代人工完成重复性、危险性和高精度的任务，如焊接、装配和搬运等。

在医疗护理领域，机械手可以用于手术助力、康复训练和辅助生活等。

在服务机器人领域，机械手可以用于家庭服务、餐厅服务和残疾人辅助等。

随着无人驾驶技术的普及，机械手还可以用于车辆维修保养和物流配送等场景。

总之，四自由度机械手的设计涉及机械结构、运动控制系统和应用领域等多个方面。

通过合理设计机械结构，构建高刚性、轻量化的机械手。

运动控制系统的设计保证机械手的运动精度和灵活性。

各个应用领域广泛使用四自由度机械手，提高生产效率和人类生活质量。

随着科技的不断进步，四自由度机械手在未来的应用前景将会更为广阔。

基于PLC的四轴联动简易机械手的控制设计由于微电子技术和计算软、硬件技术的迅猛发展和现代控制理论的不断完善，使机械手技术快速发展，其中气动机械手系统由于其介质来源简便以及不污染环境、组件价格低廉、维修方便和系统安全可靠等特点，已渗透到工业领域的各个部门，在工业发展中占有重要地位。

本文讲述的气动机械手有气控机械手、XY轴丝杠组、转盘机构、旋转基座等机械部分组成。

主要作用是完成机械部件的搬运工作，能放置在各种不同的生产线或物流流水线中，使零件搬运、货物运输更快捷、便利。

一四轴联动简易机械手的结构及动作过程机械手结构如下图1所示，有气控机械手(1)、XY轴丝杠组(2)、转盘机构(3)、旋转基座(4)等组成。

其运动控制方式为：(1)由伺服电机驱动可旋转角度为360°的气控机械手(有光电传感器确定起始0点)；(2)由步进电机驱动丝杠组件使机械手沿X、Y轴移动(有x、y轴限位开关)；(3)可回旋360°的转盘机构能带动机械手及丝杠组自由旋转(其电气拖动部分由直流电动机、光电编码器、接近开关等组成)；(4)旋转基座主要支撑以上3部分；(5)气控机械手的张合由气压控制(充气时机械手抓紧，放气时机械手松开)。

其工作过程为：当货物到达时，机械手系统开始动作；步进电机控制开始向下运动，同时另一路步进电机控制横轴开始向前运动；伺服电机驱动机械手旋转到达正好抓取货物的方位处，然后充气，机械手夹住货物。

步进电机驱动纵轴上升，另一个步进电机驱动横轴开始向前走；转盘直流电机转动使机械手整体运动，转到货物接收处；步进电机再次驱动纵轴下降，到达指定位置后，气阀放气，机械手松开货物；系统回位准备下一次动作。

二控制器件选型为达到精确控制的目的，根据市场情况，对各种关键器件选型如下：1 步进电机及其驱动器机械手纵轴(Y轴)和横轴(X轴)选用的是北京四通电机技术有限公司的42BYG250C型两相混合式步进电机，步距角为0.9°/1.8°，电流1.5A。

论文提要随着大工业时代的到来，自动化设备代替人工作业成为现代化工业发展的一大趋势。

机械手作为一种自动化执行设备，解放了人类的双手，大大降低了工人的劳动强度，提高了工作效率。

它能模仿一些人手和手臂的动作，进行抓取、搬运或装配工作，被广泛应用在大型工厂的生产流水线上，尤其是在高温、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，机械手的应用更加重要。

随着现代科技的发展，借助计算机辅助设计系统、计算机辅助制造系统，使机械手得到了更快的发展和应用，过渡到了一个新的工业自动化阶段。

本文主要是对四自由度机械手的结构设计和工作原理进行阐述和说明，并推导出了机械手的运动轨迹方程。

四自由度机械手的设计与规划摘要：随着大工业时代的到来，自动化设备代替人工作业成为现代化工业发展的一大趋势。

机械手作为一种自动化执行设备，解放了人类的双手，大大降低了工人的劳动强度，提高了工作效率。

它能模仿一些人手和手臂的动作，进行抓取、搬运或装配工作，被广泛应用在大型工厂的生产流水线上，尤其是在高温、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，机械手的应用更加重要。

随着现代科技的发展，借助计算机辅助设计系统、计算机辅助制造系统，使机械手得到了更快的发展和应用，过渡到了一个新的工业自动化阶段。

本文主要是对四自由度机械手的结构设计和工作原理进行阐述和说明，并推导出了机械手的运动轨迹方程。

关键词:四自由度机械手自动化一、什么是机械手机械手是一种主要由机械主体、控制器、驱动系统和传感器装置等组成的,能模仿人手和臂的某些动作的运动机构。

机械手的设计是模仿人的动作，所以在设计机械手时，为了使机械手能更像人手那样灵活好用，可以遵循三个设计原则：一是使机械手的覆盖范围尽可能的大；二是使机械手可以根据外界的环境改变自己的运动姿态；三是在使自身重量足够小时，承受的负载足够大。

美国机器人工业协会定义了工业机械手的含义：机械手是一种可以用于移动各种生产材料零部件工具或专用设备的，并通过可编程序动作来执行各种任务的，具有编程能力的多功能自动化设备。

基于PLC的四自由度机械手控制系统设计目录第1章基于PLC的四自由度机械手控制系统设计1.1 基于PLC的四自由度机械手控制系统设计分析 (1)1.2机械手基本结构与控制任务 (1)1.3机械手气动系统设计 (2)第2章基于PLC的四自由度机械手控制系统硬件设计2.1.0 FX-2N系统可编程控制器简介 (3)2.1.1可编程控制器可编程控制器的产生 (3)2.1.2可编程控制器的定义 (3)2.1.3可编程控制器的发展趋势 (5)2.1.4可编程控制器的特点 (6)2.1.5可编程控制器的主要功能 (7)2.1.6 PLC的基本结构 (8)2.1.7 PLC各部分的作用 (9)2.1.8气动技术介绍 (11)2.1.9压缩空气的特性 (11)2.2.0简单的气动系统 (11)2.2.1气动元件 (12)第3章基于PLC的四自由度机械手控制系统软件设计3.1输入/ 输出分配表 (13)3.2 PLC外部接线图 (14)3.3机械手PLC程序设计 (15)3.4 PLC程序设计 (17)致谢参考文献第1章基于PLC的四自由度机械手控制系统设计1.1基于PLC的四自由度机械手控制系统设计分析机械手是一种模仿人手动作，并按设定程序、轨迹和要求代替人手抓(吸)取、搬运工件或工具进行操作的自动化装置。

气动机械手采用PLC控制电路及气压回路驱动气缸实现要求的运动轨迹，在结构上，与其他类型的机械手相比，气动机械手具有结构简单，控制容易实现，其气动部件已系列化和组立化，便于设计与实现，且维护方便。

由于气动机械手这些特点，气动机械手在生产过程自动化中的应用已日益广泛。

本文设计了一种基于PLC控制的四自由度的气动机械手，用于抓取与搬运光盘，该机械手结构与控制原理具有通用性与代表性。

为便于教学，该气动机械手还具有一定的开放性。

1.2 机械手基本结构与控制任务如(图l)所示，光盘放置于位置l，气动机械手的初始位置处于位置9，要实现将光盘根据要求从位置l搬运至位置2、3、7、8时，对机械手的自由度提出一定的要求。

毕业设计说明书设计（论文）题目：四个自由度通用机械手设计学生姓名：学号：专业班级：学部：指导教师：本设计包含全部说明说及CAD图纸QQ2008年06月5日摘要摘要本次设计的多功能机械手为程四个自由度通用机械手设计，主要由手爪、手腕、手臂、机身、机座等组成，具备上料、翻转和转位等多种功能，并按自动线的统一生产节拍和生产纲领完成以上动作。

本机械手机身采用机座式，自动线围绕机座布置，其坐标形式为圆柱坐标式，具有立柱旋转、手臂伸缩、腕部转动和腕部摆动等4个自由度；驱动方式为液压驱动，且选用双联叶片泵，系统压力为2.5MPa，电机功率为 5.5KW，共有整机回转油缸、手臂伸缩油缸、手腕摆动油缸、手腕回转油缸、手爪夹紧油缸5个液压缸；定位采用机械挡块定位，定位精度为0.5～1mm，采用行程控制系统实现点位控制。

关键字：机械手;球坐标液压;机械挡块;点位控制AbstractThe current design of multifunctional mechanical hand is Hydraulic Universal Mechanical Hand, mainly consist of claw, wrists, arms, body, base and so on. With moving the materials, turnover and transfer spaces, and many other functions, the automatic line with the unified production rhythms and production program completed more moves. With the automatic production line rhythms and the production of complete reunification of the above movements, automatic line is around the machine arrange, the coordinates of the cylindrical coordinate of the form, with huge rotary, extendable arm, arm pitch, hitting and hitting back four moves freedom; Driven approach to hydraulic-driven, and the choice of double leaves pumps, the system pressure to 2.5MPa, 5.5KW electrical power for a total of whole sets of rotation tank, arm tilt cylinders, fuel tanks extendable arm, wrist swing tank, wrist rotation tank, claw clip tank six hydraulic oil tank; positioning a piece of machinery turned positioning, positioning accuracy for 0.5~1mm, using control systems to achieve their point spaces control.KeyWords：Mechanical hand. Cylindrical coordinate hydraulic. mechanical turned pieces. control point spaces目录目录摘要 ................................................................................................ 错误!未定义书签。

基于PLC的四自由度电动机械手的控制设计摘要：所介绍的电动机械手由电控机械手、yz轴丝杠组、手转动机构、旋转底盘等机械部分组成，在PLC 控制下，它可在行程范围内将物体从一点搬运至另一任意点，可置放于各种不同生产线或物流流水线中。

关键词：机械手；PLC；步进电机中图分类号：TP241 文献标志码：A文章编号：Design of the Control System of 4-dimension Motor-driven Mechanical Manipulator Basedon PLCAbstract: Motor-driven mechanical manipulator disscussed in this paper consists ofpower-operated mechanical manipulator,y-axis and z-axis screw lever modules ,rotatry mechanism of manipulator,rotated-plate at the bottom etc. On the control of PLC system,it can take bodies from one place to another in the range of its journey. It can be placed on different manufacture assembly lines or goods circulation lines.Key Words:mechanical manipulator; PLC; step motor随着微电子技术、计算机和现代控制理论的不断完善，机械手技术也快速发展。

按实现功能和驱动方式划分，机械手可以分为很多种。

仅就驱动方式，就有气动（或液动）、电动和电气混合等。

为实现不同的功能，有3个自由度的，也有4、5个自由度的，甚至还有6个自由度的。

基于PLC的四轴联动简易机械手控制设计[ 来源：机电论文 | 类别：技术 | 时间：2009-5-28 21:52:55 ] [字体：大中小]随着社会生产不断进步和人们生活节奏不断加快，人们对生产效率也不断提出新要求。

由于微电子技术和计算软、硬件技术的迅猛发展和现代控制理论的不断完善，使机械手技术快速发展，其中气动机械手系统由于其介质来源简便以及不污染环境、组件价格低廉、维修方便和系统安全可靠等特点，已渗透到工业领域的各个部门，在工业发展中占有重要地位。

本文讲述的气动机械手有气控机械手、XY轴丝杠组、转盘机构、旋转基座等机械部分组成。

主要作用是完成机械部件的搬运工作，能放置在各种不同的生产线或物流流水线中，使零件搬运、货物运输更快捷、便利。

一四轴联动简易机械手的结构及动作过程机械手结构如下图1所示，有气控机械手(1)、XY轴丝杠组(2)、转盘机构(3)、旋转基座(4)等组成。

其运动控制方式为：(1)由伺服电机驱动可旋转角度为360°的气控机械手(有光电传感器确定起始0点)；(2)由步进电机驱动丝杠组件使机械手沿X、Y轴移动(有x、y 轴限位开关)；(3)可回旋360°的转盘机构能带动机械手及丝杠组自由旋转(其电气拖动部分由直流电动机、光电编码器、接近开关等组成)；(4)旋转基座主要支撑以上3部分；(5)气控机械手的张合由气压控制(充气时机械手抓紧，放气时机械手松开)。

其工作过程为：当货物到达时，机械手系统开始动作；步进电机控制开始向下运动，同时另一路步进电机控制横轴开始向前运动；伺服电机驱动机械手旋转到达正好抓取货物的方位处，然后充气，机械手夹住货物。

步进电机驱动纵轴上升，另一个步进电机驱动横轴开始向前走；转盘直流电机转动使机械手整体运动，转到货物接收处；步进电机再次驱动纵轴下降，到达指定位置后，气阀放气，机械手松开货物；系统回位准备下一次动作。

二控制器件选型为达到精确控制的目的，根据市场情况，对各种关键器件选型如下：1. 步进电机及其驱动器机械手纵轴(Y轴)和横轴(X轴)选用的是北京四通电机技术有限公司的42BYG250C 型两相混合式步进电机，步距角为0.9°/1.8°，电流1.5A。

四个自由度气动机械手结构设计四个自由度气动机械手是一种具有四个独立运动自由度的机械手，常用于工业生产线上的自动化操作。

它采用了气动驱动技术，能够在高速下快速、准确地完成各种复杂任务。

在这篇文章中，将介绍四个自由度气动机械手的结构设计。

四个自由度气动机械手一般由基座、转台、前臂、前臂臂杆以及末端执行器等主要部件组成。

其中，基座是机械手的支撑部分，承载机械手的整体结构；转台是机械手的第一旋转关节，使机械手能够在水平面上进行转动；前臂是机械手的第二旋转关节，使机械手能够在竖直方向上进行旋转；前臂臂杆是机械手的伸缩部分，通过伸缩前臂臂杆，可以使机械手的工作范围更加灵活；末端执行器是机械手的最后一个关节，通过末端执行器可以实现机械手的精确定位和抓取动作。

在四个自由度气动机械手的设计中，需要考虑以下几个方面：结构刚度、重量、精度和可靠性。

首先，结构刚度是机械手设计的重要指标之一、为了保证机械手在高速运动中不产生振动和形变，需要采用合适的结构材料和设计参数，提高机械手的整体刚度。

其次，重量是机械手设计的另一个重要指标。

较轻的机械手可以提高其加速度和速度，使其能够更快地完成任务。

因此，在设计中需要尽量减小机械手的自重，采用轻量化的材料。

第三，精度是机械手设计的关键要素之一、在一些需要高精度定位和抓取的任务中，机械手需要具备较高的精度。

在设计中，需要合理选择驱动器、传感器和控制系统，以确保机械手的精确定位和抓取动作。

最后，可靠性是机械手设计的关键要素之一、机械手在工作过程中需要承受较大的负载和惯性力，因此需要采用可靠的结构和驱动系统，以保证机械手在长时间工作中不发生故障。

总结而言，四个自由度气动机械手的结构设计涉及结构刚度、重量、精度和可靠性等多个方面。

在设计过程中，需要综合考虑这些因素，选择合适的驱动器、传感器和控制系统，以实现机械手的高速、准确和可靠的运动。

这样的机械手在工业生产线上能够提高生产效率，实现自动化操作。

四自由度多用途气动机器人（机器手）结构设计及控制实现近几十年，随着全球科学技术的快速发展和信息化水平不断提高，出于解放劳动力、提高生产效率、经济效益和减少生产成本的目的，很多工业领域开始使用工业机器人进行生产运作。

为了加深对机器人从设计到工业应用具体是怎样实现的，文章先对工业机器人的发展背景进行阐述，再对机器人（机械手）的机构设计进行介绍，其中包括手部、手腕、手臂等的设计，最终利用可编程序控制器对机器人（机械手）进行有效控制，使机器人（机械手）能够正常运作，进而出现在在更多生产企业的工作线上。

机器人（Robot）一词最早出现在国外，二十世纪中后期开始才得到人们的广泛关注，并被人们所熟悉，现如今，在国外，甚至国内有些工厂、企业都可以看得机器人的身影。

现代的工业机器人（机器手）主要有可编程、拟人化、通用性、运用广泛这四个特点。

科学技术的提高和不断创新，使得当今的工业机器人逐渐具备行走、感知、交流等多种能力。

目前，美国和日本在机器人的研发方面处于世界领先水平，对全球机器人的发展最具影响。

绝大多数工业机器人都是由主体、驱动系统和控制系统三个部分组成。

其中主机包括臂部、腕部、手部等，大多数机器人有3-6个运动自由度，文章以下以四个自由度为例进行描述。

机器人（机械手）在工业生产过程中能够代替人做些单调、频繁或者重复率强的长时间工作，但是机器人又不是简单意义上的完全复制了人工的劳务，而是在综合了人的工作性能的基础上再结合了机器人其专有的特长。

机械手是模仿人手和手臂的某些功能，在设置的特定程序下抓取、搬运物件或者操作工具的自动操作装置。

机器人的发展历史经历了一系列阶段，其中机械手则是最早出现的工业机器人，机械手在工业生产中的应用能够有效地减省工人、提高生产效率、降低生产成本、提高产品的品质提升工厂形象，尤其是在某些特殊的环境下，如高温高压、有毒有害、易燃易爆、放射性较大等，机器手得到了广泛的运用。

机器人（机器手）结构设计本次设计的机械手是通用气动上下料机械手，其在工业生产有较为广泛的运用。

成人高等教育毕业设计（论文）论文摘要本次毕业设计的题目为四自由度工业机械手的设计。

本设计是根据三年专科所学的课程进行的，主要有：机械零件设计，机械零件图测绘，液压与气动技术，PLC电子编程技术，理论力学，工程力学等。

设计共分为六章，第一章绪论是说明本次毕业设计的目的，意义，研究范围及要达到的技术要求，简述本课题在国内外的发展概况及存在的问题。

第二章总体设计以及总体说明，对工业机械手的工作原理、组成及其种类型式进行介绍，确定整个机械手的总体方案。

第三章工业机械手的机械部分设计，是介绍各部件的选择及相关数据的确定、性能的分析和各参数的计算；第四章工业机械手驱动系统（气动系统）的设计，包括：回路设计，执行元件选择，控制元件选择以及动作顺序表等进行介绍。

第五章工业机械手的电气控制系统的设计，主要介绍了PLC的程序梯形图。

第六章是设计的总结。

在本次的毕业设计中，能顺利的完成，最重要的是由三位优秀的，具有丰富经验的导师王晓初和李克天老师的详细耐心的解说，教导。

而本人也通过《毕业设计指导书》、《机械设计手册》、《可编程序控制器》以及参考其它有关机械手设计的专业书籍,经过十三周的努力终于把此毕业设计编制而成。

关键字：机械手，气动系统，PLC，目录1 绪论―――――――――――――――――――――――――――――――――――--3 1．1 课题设计的论述--――――――――――――――――――――――――――――3 1．1．1 工业机械手的技术概述--――――――――――――――――――――――3 1．1．2现状及国内外发展趋势--―――――――――――――――――――――――4 1．2 工业机械手设计的基本步骤----――――――――――――――――――――――5 2 总体设计――――――――――――――――――――――――――――――――――62．1 设计的基本内容――――――――――――――――――――――――――――――62．1．1总体说明――――――――――――――――――――――――――――――6 2．1．2驱动方式的选择和设计―――――――――――――――――――――――6 2．1．3整体机构的确定--――――――――――――――――――――――――-- 7 3 工业机械手的机械部分设计–--――――――――――――――――――――――8 3.1 工业机械手的规格参数―――――――――――――――――――――――――8 3.2 工业设计手的参数计算――――――――――――――――――――――――--- 83.2.1 手部质量计算―――――――――――――――――――――――――――- 83.2.2 机械手的爪部夹紧气缸的选择―――――――――――――――――――-- 93.2.3 腕部传动气缸的选择―――――――――――――――――――――――-- 103.2.4 伸缩气缸的选择――――――――――――――――――――――――――-- 113.2.5 对伸缩导杆的校核―――――――――――――――――――――――――-- 123.2.6 配重计算―――――――――――――――――――――――――――――-- 133.2.7 升降部分计算--―――――――――――――――――――――――――――143.2.8 对升降导杆的核算――――――――――――――――――――――――--- 153.2.9挠度计算―――――――――――――――――――――――――――――--- 153.2.10转台型齿杆式回转摆动气缸的计算――――――――――――――――-- 164 工业机械手的控制部分设计―――――――――――――――――――――――174．1 回路计算――――――――――――――――――――――――――――――――-- 17 4．2 执行元件选择――――――――――――――――――――――――――――――17 4．3 控制元件选择――――――――――――――――――――――――――――――18 4．4 执行元件用气量的计算和空压机的选择――――――――――――――――――214．5 气动元件的清单―――――――――――――――――――――――――――――224.6动作顺序表―――――――――――――――――――――――――――――――235电气控制系统设计――――――――――――――――――――――――――――25 5．1电气控制方案设计和元件的选择―――――――――――――――――――――25 5．2 PLC控制系统设计及PLC及I/O端口分配图的设计――――――――――――25 5．3 PLC梯形图的设计――――――――――――――――――――――――――――25 5．4 PLC的控制程序――――――――――――――――――――――――――――――25总结致谢参考文献1 绪论1．1 课题设计的论述机械是现代社会进行生产的主要要素之一，机械制造工业是现代工业化国家的基础工业，是我国社会主义现代化的重要领域之一。