简易机械手的设计(仅供借鉴)

机械手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)；机械手设计第一章绪论1.1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。

仿人灵巧手的结构设计摘要本文介绍了一种五指型仿人灵巧手的的机构设计与实现方法，根据对非规则物品拿取任务的要求，采用转动机构和连杆机构相结合，设计了五指型机器手。

手指弯曲电机与指间平衡电机耦合驱动，实现了机器手的多角度张开、抓握运动方式。

详细分析了机器手手指机构、手掌机构、手指间辅助平衡机构的工作原理，给出了设计方案，并根据总体设计要求选定了关键参数。

通过虚拟样机技术验证了所设计的手指机构传动系统的正确性和自适应抓持的可行性从而为整个仿人手的设计奠定了基础。

关键词：五指型机器手工作原理机构设计虚拟样机The structure designing of and realization of a five-finger arm—and—the demand of fuIfilling the task of of this arm．and—a couple，thus realizing the multi—angle opening and grabbing motion．This thesis gives a detailed analysis on the mechanism of the finger system，the palm system and the aiding finger—balancing system．A design project is also provided，with key parameters according to the general demand．Through virtual prototyping Technology designed to verify the accuracy of finger mechanism and adaptive transmission feasibility of grasping so as to lay the entire design of a —and—；basic theory；mechanism目录1.引言 (1)1.1 研究的背景及其意义 (2)1.2 国内外研究状况 (3)1.3 关键技术 (5)1.3.1 小而强的驱动 (5)1.3.2 丰富的感觉 (6)1.3.3 聪明的大脑 (7)2.仿人灵巧手手指机构的传动方案设计 (8)2.1手指关节的传动方案设计 (8)2.2 仿人灵巧手的整体结构设计 (10)3.手指与手掌结构的设计与制作 (10)3.1 手指关节的设计与制作 (11)3.2 手指关节间连接机构的设计 (13)3.3 手掌的结构设计与制作 (14)3.4 手指基关节的机构设计与制作 (15)4.仿人灵巧手运动学模型 (16)4.1 灵巧手坐标系的建立 (16)4.2 灵巧手正运动学解 (17)4.3 仿人灵巧手动力学模型 (20)5.手指的虚拟样机建立与运动抓持仿真 (21)6.驱动系统的设计 (26)6.1电机的选用 (26)6.2控制系统的选择 (26)1.引言自从40多年前，第一台计算机控制的机械臂出现之日起，人类将机器人概念延伸到了一个新的领域：机器人。

一、总体方案设计1.1设计任务基本要求:设计一个多自由度机械手（至少要有三个自由度）将最大重量为40Kg的工件，由车间的一条流水线搬到别一条线上；二条流水线的距离为：1000mm；工作节拍为：70s；工件：最大直径为160mm 的棒料；1.2总体方案确定1.2.1自由度自由度是指机器人所具有的独立坐标轴运动的数目，但是一般不包括手部（末端操作器）的开合自由度。

自由度表示了机器人灵活的尺度，在三维空间中描述一个物体的位置和姿态需要六个自由度。

机械手的自由度越多，越接近人手的动作机能，其通用性就越好，但是结构也越复杂，自由度的增加也意味着机械手整体重量的增加。

轻型化与灵活性和抓取能力是一对矛盾，，此外还要考虑到由此带来的整体结构刚性的降低，在灵活性和轻量化之间必须做出选择。

工业机器人基于对定位精度和重复定位精度以及结构刚性的考虑，往往体积庞大，负荷能力与其自重相比往往非常小。

一般通用机械手有5～6个自由度即可满足使用要求（其中臂部有3个自由度，腕部和行走装置有2～3个自由度），专用机械手有1～2个自由度即可满足使用要求。

在控制器的作用下，它执行将工件从一条流水线拿到另一条流水线这一动作。

在满足前提条件上尽量使结构简单，所以我们这次选择5自由度机械手。

1.2.2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,按坐标形式大致可以分为以下4种: (1)直角坐标型机械手：特点：操作机的手臂具有三个移动关节，其关节轴线按直角坐标配置。

优缺点：结构刚度较好，控制系统的设计最为简单，但其占空间较大，且运动轨迹单一，使用过程中效率较低。

结构图：(2)圆柱坐标型机械手：特点：操作机的手臂至少有一个移动关节和一个回转关节，其关节轴线按圆柱坐标系配置。

优缺点：结构刚度较好，运动所需功率较小，控制难度较小，但运动轨迹简单，使用过程中效率不高。

结构图：( 3)球坐标(极坐标)型机械手：特点：操作机的手臂具有两个回转关节和一个移动关节，其轴线按极坐标系配置。

一种简易搬运机械手的设计兰州工业学院毕业设计（论文）任务书机电工程学院机电一体化技术专业设计题目搬运机械手设计及PLC操纵学生姓名班级起止日期指导教师李宝栋年月日1.毕业设计的原始数据：[1] 论文所用有关资料从校图书馆书籍或网上下载获得；[2] 数据资料由教师按照生产实践提供。

2.毕业设计(论文)的内容和要求(包括技术要求、图表要求以及工作要求等)：设计一搬运机械手，满足下列技术要求，绘制各要紧零件图和装配图，并采纳S7-200 PLC进行操纵。

[1] 末端载荷：5KG[2] 自由度数：4[3] 坐标形式：圆柱坐标[4] 最大工作半径：1500mm[5] 手臂最大中心高：800mm[6] 手臂伸缩速度750 mm /s，手臂升降速度250mm/s，手臂回转速度110º／s，手腕回转速度360º/s[7] 手臂伸缩行程范畴0~500mm，手臂升降行程范畴最大0～100mm，手臂回转行程范畴0º~220º[8] 定位方式：行程开关或可调机械挡块等[9] 定位精度：mm1[10]驱动方式：液压驱动[11]操纵方式：点位程序操纵（采纳PLC）3.毕业设计应完成的技术文件：[1] 撰写设计讲明书；[2] 装配图、各要紧零件图（一套）；[3] PLC接线图以及其它有关设备的电气图。

4.要紧参考文献：[1] 李允文.工业机械手设计. 北京：机械工业出版社,1996.4[2] 濮良贵，纪名刚.机械设计.北京：高等教育出版社,2001[3] 陆祥生，杨绣莲.机械手. 北京：中国铁道出版社,1985.1[4] 张建民.工业机械人.北京：北京理工大学出版社,1992摘要在现代工业中，生产过程的机械化，自动化已成为突出的主题。

化工等连续性生产过程的自动化已差不多得到解决。

专用机床是大批量生产自动化的有效的方法；操纵机床、数控机床、加工中心等自动化机械是有效地解决多品种小批量生产自动化的重要方法。

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。

毕业设计论文任务书一、题目及专题：1、题目机械手模型设计及制作2、专题机械手模型设计二、课题来源及选题依据题目来源于教学产品制作。

在工业上，机器人是用作运输或操作从前属于人工作业的一种设备，越来越多的日常事务也可以在机器人的协助下完成。

教学用机械手模型，虽然不像工业机器人那么复杂，但仍包含很重要的技术成分，例如它能实现空间坐标系三根轴向上的运动。

这一特征使通过多种方法控制其运动成为可能，机器人还有“夹钳”这一非常典型的机构。

设计技术参数：1．抓重：10千克2．自由度数：4个自由度3．座标型式：圆柱型座标4．最大工作半径：1000mm5．手臂最大中心高：1380mm6．手臂运动参数：伸缩行程400mm；伸缩速度50mm/s；升降行程200mm；升降速度50mm/s；回转范围00-2400；回转速度900/s 7．手腕运动参数：回转范围00-1800；回转速度1800/s8．定位精度：±0. 5mm三、本设计（论文或其他）应达到的要求：①收集相关设备资料，进行一种四自由度机械手模型的设计制作；②它包括总体结构、机械传动系统和伺服控制系统。

该模型具有结构简单、控制灵活、调整方便、性能稳定等特点；③完成机械手模型设计，绘制产品装配图，建议用A0标准图幅；④完成非标准零件设计图纸。

建议用A3标准图幅；⑤设计说明书一份；⑥翻译8000以上外文印刷字符或译出4000汉字以上的有关技术资料或专业文献。

四、接受任务学生：机械93 班姓名陆超五、开始及完成日期：自2012年11月12日至2013年5月25日六、设计（论文）指导（或顾问）：指导教师签名签名签名教研室主任〕签名〔学科组组长研究所所长系主任签名2012年11月12日摘要科学发展观为我国工程技术的发展开辟了广阔道路，而机械手作为一种高科技自动化生产设备，已经广泛应用于国民经济的各个领域，这就对我们的教育培训部门提出了新的要求。

因此，为了适应社会发展的形势，在现有技术基础上设计一台教学型机械手有着深远的科教意义。

基于PLC的机械手控制设计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)选用的某公司的42BYG250C型两相混合式步进电机，步距角为0.9°/1.8°，电流1.5A。

M1是横轴电机，带动机械手机构伸、缩；M2是纵轴电机，带动机械手机构上升、下降。

所选用的步进电机驱动器是SH-20403型，该驱动器采用10～40V直流供电，H桥双极恒相电流驱动，最大3A的8种输出电流可选，最大64细分的7种细分模式可选，输入信号光电隔离，标准单脉冲接口，有脱机保持功能，半密闭式机壳可适应更恶劣的工况环境，提供节能的自动半电流方式。

驱动器内部的开关电源设计，保证了驱动器可适应较宽的电压范围，用户可根据各自情况在10～40VDC 之间选择。