机械设计课程设计机械手课程设计说明书

大三机械设计课程设计大三机械设计课程设计是一个综合性的实践项目，旨在让学生掌握机械设计的基本原理和方法，培养其解决实际问题的能力。

以下是一个大三机械设计课程设计：题目：设计一个简单的机械手一、设计任务设计一个简单的机械手，用于抓取和搬运物体。

要求机械手能够实现以下功能：1.抓取物体：机械手能够抓取不同形状和大小的物体。

2.搬运物体：机械手能够将物体从一个位置移动到另一个位置。

3.释放物体：机械手能够将物体释放到指定位置。

二、设计要求1.机械手结构简单、紧凑，易于制造和装配。

2.机械手具有足够的刚度和稳定性，能够承受一定的工作负载。

3.机械手操作简便、灵活，能够适应不同形状和大小的物体。

4.机械手具有安全保护装置，避免在操作过程中对人员造成伤害。

三、设计步骤1.确定设计参数：根据设计任务和要求，确定机械手的基本参数，如手指数量、长度、角度等。

2.选择传动方式：根据设计参数和要求，选择合适的传动方式，如齿轮传动、连杆传动等。

3.设计机械手结构：根据传动方式，设计机械手的整体结构，包括手指、传动机构、支撑结构等。

4.进行运动分析和动力学分析：对机械手的运动进行详细的分析，包括手指的开合运动、抓取物体的过程等。

同时进行动力学分析，确定机械手的负载能力和稳定性。

5.进行结构设计：根据运动分析和动力学分析的结果，对机械手的结构进行详细的设计，包括零件的尺寸、材料选择、热处理工艺等。

6.绘制图纸：根据结构设计的结果，绘制机械手的装配图、零件图等图纸。

7.编写设计说明书：编写详细的设计说明书，包括设计任务书、设计方案说明、设计计算书等内容。

8.提交成果：将设计图纸和设计说明书提交给指导老师进行评审和答辩。

四、注意事项1.在设计过程中要充分考虑机械手的制造工艺和装配工艺，确保设计的可行性和实用性。

2.在进行运动分析和动力学分析时要考虑各种可能的工况和条件，确保设计的可靠性和稳定性。

3.在进行结构设计时要注重细节和精度，确保设计的精确性和美观性。

1 设计项目名称机械装备项目--机械手课程设计2 设计目的利用设计的机械手夹起形状为正六边体，质量为5kg工件，并运送到工作台。

设计的过程主要解决的问题如下：（1）工件的重量和外形尺寸问题：工件质量5kg，半径在90-110mm范围内。

（2）工件的外形问题：工件的横截面为正六边形，夹紧的过程要解决夹到棱边的问题。

（3）各零部件的工艺问题：零部件应有良好的工艺性，可用最简单，常见的工艺（铸，车，铣，钻等），实现零部件的加工。

（4）整体的稳定性，灵活性保证问题：各部件协调工作，保证装配体的工作稳定：如齿轮齿条配合，连杆配合等的稳定性考虑；保证机械手总体质量小，惯性小，灵活可靠。

3 设计方案说明3.1机械手工作原理图1 拆去底板装配图工作过程：液压缸产生推力，推动齿条来回移动，齿轮与齿条啮合旋转，齿轮带动四连杆转动，连杆推动夹板夹住工件。

3.2结构说明3.2.1执行机构：夹板图2 夹板1）特点夹板在竖直方向上有采用铰接，可自动调整到与工件位置相平行的状态，夹板上有滚花工艺，增大摩擦系数，保证夹起的工件不滑落。

2）尺寸根据工件的外形尺寸，确定夹板长×宽为：80×50，根据经验，采用厚度为5mm的钢板。

3.2.2传动链1、四连杆机构图4 四连杆机构1）特点四连杆机构铰链连接的部分采用滑动轴承，安装尺寸小，润滑方便，四连杆运动摩擦小；连杆机构在未到达死点的位置下工作，机构工作可靠；连杆机构可以保证使夹板平行运动，从而保证夹板与工件表面平行，夹板接触工件时受力均匀，可平稳夹住工件，增强了整体装夹的稳定性。

2）尺寸计算图5 结构简图确定L2：因为机械手要夹紧的工件的范围是90～110mm，故L2＝L1=(110+19×2-40)÷2=54mm留下一定的设计余量，选L2=60mm。

确定L3：为了能够装夹不同高度的工件，同时选择L5=40mm，连杆的长度L3应满足：L3=L5+h=87.5mm，取L3=90mm。

机械原理课程设计热墩机械手机械原理课程设计说明书——热镦挤送料机械手B指导老师：温亚莲设计者：李霞学号：20109046班级：机电3班目录第一章设计题目及要求 (1)1.1 设计题目简介 (1)1.2 设计数据及要求 (2)1.3 设计任务与提示 (2)第二章热镦挤送料机械手摆臂的设计 (5)2.1 机械手上下摆臂设计方案A (5)2.2 机械手上下摆臂设计方案B (6)2.3 机械手上下摆臂设计方案C (6)2.4 摆臂方案的确定 (7)第三章热镦挤送料机械手回转装置设计 (8)3.1 回转装置设计方案A (8)3.2 回转装置设计方案B (8)3.3 回转装置设计方案C (9)3.4 驱动装置的选择 (10)3.4.1 常用电动机的结构特征 (10)3.4.2 选定电动机的容量 (10)3.5 回转装置方案的确定 (11)3.6 循环图的拟定及运动路线图 (11)第四章热镦挤送料机械手方案的确定与计算 (13)4.1 拟订的方案 (13)4.2 最终方案的确定与说明 (15)4.3 方案的计算 (16)第五章相关建模过程及仿真 (19)第六章设计总结 (22)第七章参考文献 (22)第一章设计题目及要求1.1 设计题目简介设计二自由度关节式热镦挤送料机械手，由电动机驱动，夹送圆柱形镦料，往40吨镦头机送料。

以方案A为例，它的动作顺序是：手指夹料，手臂上摆15º，手臂水平回转120º，手臂下摆15º，手指张开放料。

手臂再上摆，水平反转，下摆，同时手指张开，准备夹料。

主要要求完成手臂上下摆动以及水平回转的机械运动设计。

图1为机械手的外观图。

图1：机械手的外观图1.2 设计数据及要求表11.3 设计任务与提示设计任务1.至少提出可行的两种运动方案，然后进行方案分析评比，选出一种运动方案进行设计；2. 设计传动系统并确定其传动比分配。

3. 图纸上画出步进送料机的机构运动方案简图和运动循环图。

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030功能）方案一实现平面转角030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030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030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030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：使用实现平面转角0槽轮实现平面转角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。

第1章绪论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。

机械手能代替人类完成危险、重复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，提高劳动生产力。

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。

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。

目前，在国内很多工厂的生产线上数控机床装卸工件仍由人工完成，劳动强度大、生产效率低。

为了提高生产加工的工作效率,降低成本,并使生产线发展成为柔性制造系统,适应现代自动化大生产,针对具体生产工艺,利用机器人技术，设计用一台装卸机械手代替人工工作，以提高劳动生产率。

《机电系统》课程设计说明书课程设计任务书姓名班级学号设计题目简易型机械手的设计设计任务：（1）方案论证；在其基础上进行机械手的总体设计，并绘制总体布局图。

（2）驱动系统设计：根据机械手的特点，选用舍党的驱动方式，根据总体设计要求进行电机选型。

进行电机选型相关计算。

进行驱动系统零部件的选型和设计。

绘制驱动系统布局图。

（3）控制系统设计：确定机械手的控制方式并进行控制系统的控制与编程。

绘制控制系统布局图。

（4）传感与测试系统设计：进行控制与驱动系统的传感与测试系统的设计。

（5）机械本体设计：进行机械本体零部件设计，绘制总体和零件图。

设计工作量:（1）设计说明书一份（2）CAD图纸5张（3）文档整理排版指导教师设计时间2011年1月3日～2011年1月21日目录第1章绪论 (1)1.1机械手概述 (1)1.2机械手的设计目的 (3)1.3机械手的设计内容 (4)1.4机械手的分类及其在生产中的应用 (5)1.5机械手的应用意义 (8)1.6机械手的技术发展方向 (9)第2章设计方案的论证 (10)2.1机械手的总体设计 (10)2.2机械手腰座结构的设计 (12)2.3机械手手臂结构的设计 (14)2.4工业机器人腕部的结构 (16)2.5机械手末端执行器（手爪）的结构设计 (18)2.6机械手的机械传动机构的设计 (21)2.7机械手驱动系统的设计 (26)2.8机器人手臂的平衡机构设计 (33)第3章理论分析和设计计算 (34)3.1液压传动系统设计计算 (34)3.2电机选型有关参数计算 (43)第4章控制系统的设计 (47)4.1可编程控制器PLC (47)4.2 PLC的选型 (51)4.3机械手的工艺流程 (53)4.4 机械手的PLC控制系统程序 (57)第5章机械手本体设计 (59)5.1 机械手零部件设计 (59)5.2 机械手总成和零件图................................................ . (61)致谢 (62)参考文献 (63)第1章绪论1.1机械手的概述机械手主要由手部、运动机构和控制系统三大部分组成。

)机械手臂课设说明书.目录1引言 (1)2 PLC的简介 (2)2。

1 PLC的产生 (2)2.2 PLC的定义和特点 (2)2。

2。

1 PLC的定义 (2)2.2.2 PLC的特点 (2)2。

3可编程控制器的主要性能指标 (3)2。

4 PLC系统的组成 (4)2。

4.1 PLC的硬件结构 (4)2.4。

2 PLC的软件 (4)2。

5 PLC的应用领域 (4)3方案设计 (6)3。

1 主程序设计 (6)3。

2 公用程序设计 (7)3.3 自动程序设计 (8)3.4 手动程序设计 (9)3.5 自动回原点程序设计 (9)4心得体会 (11)参考文献 (12)附录1 (13)附录2 (17)1引言机械手是工业自动化领域中经常遇到的一种控制对象。

近年来随着工业自动化的发展机械手逐渐成为一门新兴学科,并得到了较快的发展。

机械手广泛地应用与锻压、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。

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.国内外都十分重视它的应用和发展。

可编程序控制器（PLC)是专为在工业环境下应用而设计的实时工业控制装置。

随着微电子技术、自动控制技术和计算机通信技术的飞速发展，PLC在硬件配置、软件编程、通讯联网功能以及模拟量控制等方面均取得了长足的进步，已经成为工厂自动化的标准配置之一［1]。

由于自动化可以节省大量的人力、物力等，而PLC也具有其他控制方式所不具有的特殊优越性,如通用性好、实用性强、硬件配套齐全、编程方法简单易学，因此工业领域中广泛应用PLC。

机械手在美国、加拿大等国家应用较多，如用果实采摘机械手来摘果实、装配生产线上应用智能机器人等。

我国自动化水平本身比较低，因此用PLC来控制的机械手还比较少。

2 PLC的简介2。

装车机械手计算说明书 Revised as of 23 November 2020机械设计课程设计设计计算说明书设计题目：装车机械手姓名：XXX学号：XXX班级：XXX指导教师：XXX设计时间：XXX目录一、设计任务书 (1)二、传动方案修改 (2)三、总体设计计算 (3)1. 电机型号选择2. 各级传动比分配3. 各轴的运动参数和动力参数计算（转速、功率、转矩）四、传动机构设计计算………………1. 齿轮传动（一）：齿轮3与齿轮42. 齿轮传动（二）：齿轮5与齿轮6五、轴系零件设计计算………………1. 轴的设计计算（一）：轴22. 轴的设计计算（二）：轴3六、润滑和密封方式的选择……………………………………七、箱体及附件的结构设计和选择……………………………八、设计总结……………………………………………………参考文献…………………………………………………………一、设计任务书设计题目：装车机械手设计一台装车机械手，将生产线上的纸箱搬运到货车车厢。

如图所示，已知纸箱箱体尺寸A×B×Cmm3，重M kg，其他条件及要求见表一。

要求搬运能力J件/小时，工作寿命6年，每年工作300天。

选择电动机型号，分配总传动比，计算各轴的转速、输入输出功率。

对各级传动进行设计计算，并对整机进行结构设计。

允许选用步进电机正反转工作。

纸H LC B机械手KA车箱设计过程及计算说明二、传动方案修改1. 系统运动方案图注一：1.零件1是带内螺纹的套筒，与齿轮2做成一体；2.零件2是带外螺纹的套筒，与零件1旋合；3.零件3是与上机箱连接的空心轴；注二：1.零件3与轴4之间用滑键连接，零件3可随轴4转动，并可沿其上下移动；2.零件2带动零件3上下运动；3.零件2与零件3、零件3与轴4之间皆用圆锥滚子轴承。

F=1000N V=sD=500mm L=500mmc)按弯扭复合强度条件计算（略）2、轴的设计计算（二）：轴31).按扭矩初算轴径选用45（调质），硬度217~255HBS根据《机械设计》表15-3，取c=126d≥126 1/3mm=考虑有两个键槽，将直径增大10%-15%，则d=×(1+10%-15%)mm=选d=29mm2).的结构设计a）轴上零件的定位，固定和装配轴4的大齿轮上面由轴肩定位，下面用档油盘轴向固定，联接以平键作过渡配合固定，两轴承分别以套杯和大筒定位，则采用过渡配合固定。

1.前言能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。

它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。

机械手主要由手部、运动机构和控制系统三大部分组成。

手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。

在机械工业中，机械手的应用意义可以概括如下：1.可以提高生产过程的自动化程度应用机械手，有利于提高材料的传送、工件的装卸、刀具的更换以及机器的装配等的自动化程度，从而可以提高劳动生产率，降低生产成本，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。

2.可以改善劳动条件、避免人身事故在高温、高压、低温、低压、有灰尘、噪声、臭味、有放射性或有其它毒性污染以及工作空间狭窄等场合中，用人手直接操作是有危险或根本不可能的。

而应用机械手即可部分或全部代替人安全地完成作业，大大地改善了工人的劳动条件。

在一些动作简单但又重复作业的操作中，以机械手代替人手进行工作，可以避免由于操作疲劳或疏忽而造成的人身事故。

1.可以减少人力，便于有节奏地生产应用机械手代替人手进行工作，这是直接减少人力的一个侧面，同时由于应用机械手可以连续地工作，这是减少人力的另一个侧面。

因此，在自动化机床和综合加工自动生产线上，目前几乎都设有机械手，以减少人力和更准确地控制生产的节拍，便于有节奏地进行生产。

2.方案选择本设计中的机械手采用关节式结构，并右电磁阀控制。

动作顺序及各动作时间的间隔采用按时间原则控制的电气控制系统。

原始位置（装好工件等待加工位置，其状态是大手臂竖立，小手臂伸出并处于水平位置，手腕很横移向右，手指松开）——手指夹紧（抓住卡盘上的工件）——松卡盘——手腕左移（从卡盘上卸下已加工好的工件）——小手臂上摆——大手臂下摆——手指松开（工件放回料架）——小手臂收缩——料架转位——小手臂伸出——手指夹紧（抓住未加工零件）——大手臂上摆（取送零件）——小手臂下摆——手腕右移（将工件装到机床的主轴卡盘中）——卡盘收紧——手指松开，等待加工。

1 1前言1.1工业机器人简介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备，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备。

1.2世界机器人的发展国外机器人领域发展近几年有如下几个趋势：（1）工业机器人性能不断提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修）（2）机械结构向模块化、可重构化发展。

例如关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位一体化；由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机；国外已有模块化装配机器人产品问市。

（3）工业机器人控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化；器件集成度提高，控制柜日见小巧，且采用模块化结构；大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。

（4）机器人中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器，而遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制；多传感器融合配置技术在产品化系统中已有成熟应用。

（5）虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制，如使遥控机器人操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操纵机器人。

（6）当代遥控机器人系统的发展特点不是追求全自治系统，而是致力于操作者与机器人的人机交互控制，即遥控加局部自主系统构成完整的监控遥控操作系统，使智能机器人走出实验室进入实用化阶段。