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XX学院课程设计(论文)搬运场合应用的球类机械手设计【7KG】所在学院专业班级姓名学号指导老师摘要搬运场合应用的各类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。
该装置涵盖了可编程控制技术，位置控制技术、检测技术等，是机电一体化的典型代表仪器之一。
本文介绍的搬运场合应用的各类机械手是由P LC 输出三路脉冲，分别驱动横轴、竖轴变频器，控制搬运场合应用的各类机械手横轴和竖轴的精确定位，微动开关将位置信号传给P LC 主机；位置信号由接近开关反馈给P LC 主机，通过交流电机的正反转来控制搬运场合应用的各类机械手手爪的张合，从而实现搬运场合应用的各类机械手精确运动的功能。
本课题拟开发的物料搬运,搬运场合应用的各类机械手可在空间抓放物体，动作灵活多样，可代替人工在高温和危险的作业区进行作业，并可根据工件的变化及运动流程的要求随时更改相关参数。
关键词：搬运场合应用的各类机械手, 交流电机，AbstractManipulator industrial robot systems traditional mandate, Robot is one of the key components. Manipulator using the mechanical structure of screw-ball, slider, and other mechanical devices composition; Electric have AC motor, inverter, sensor, and other electronic device components. The device covers a programmable control technology, position control technology, detection technology, Mechatronics is a typical representative of one of the machines. This paper presents a manipulator by three PLC output pulse, driving horizontal, the vertical axis transducer, control manipulator axis horizontal and vertical positioning precision,micro-switches position signal transmission will host PLC; location close to the switching signal from the feedback from the mainframe to the PLC, through the exchange of Motor reversion to control the manipulator gripper Zhang, thus achieving accurate manipulator movement functions. The topics to be developed by the Manipulator grasping be up in space objects, movements flexible, diverse, can replace the artificial heat and dangerous operation conducted operations, According to the workpiece can change the campaign process and the requirements of any changes to the relevant parameters.Key Words:Manipulator, AC motor目录摘要 (2)Abstract (2)目录 (3)1 绪论 (5)1.1 课题背景及目的 (5)1.2 机器人的定义与发展状况 (5)1.2.1 定义 (5)1.2.2 机器人的发展 (6)1.3课题研究意义 (6)2 搬运场合应用的各类机械手介绍分析 (8)2.1搬运场合应用的各类机械手 (8)2.2搬运场合应用的各类机械手的组成 (11)2.3搬运场合应用的各类机械手的应用................... 错误！未定义书签。
四自由度机械手设计摘要：工业机械手由机械本体、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。
生产中应用机械手可以提高生产的自动化水平，可以减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全生产机械手的结构形式比较简单，通用机械手能很快的改变工作程序，适应性较强，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引用。
本课题将设计一个四自由度机械手，其中，三个移动自由度，需完成X、Y、Z三维空间内的移动要求，另外一个旋转自由度，完成手部的旋转运动要求。
它能实现平面运动，具有柔顺性，全臂在垂直方向的刚度大，在水平方向的柔性大，广泛用于装配作业中。
关键字：机械手；机电一体化；自由度The design of four degrees freedom mechanical handAbstract: Industrial manipulator is composed of machine body, controller, servo drive system and detection sensor device, a humanoid operation, automatic control, can repeat programming, to complete the electromechanical integration automatic production equipment of various operations in three-dimensional space. Especially suitable for the production of a variety of flexible, variable volume. Its stability, improve product quality, improve production efficiency, plays a very important role in improve working conditions and the rapid upgrading of products. Production of mechanical hand can improve the automation level of production, can reduce labor intensity, to ensure product quality, realize the structure safety of the manipulator is relatively simple, general machinery hand can quickly change the working procedure, strong adaptability, widely cited small batch production so it is in changing varieties in production.This paper will design a four DOF Manipulator, wherein, three degrees of freedom of movement, to complete the X, Y, mobile Z in the three-dimensional space, another rotational degree of freedom, rotational movement of the hand requirements. It can achieve planar motion, with the flexibility, the arm in the vertical stiffness, flexibility in the horizontal direction of the large, widely used in assembly operations.Keywords：Manipulator; mechatronics; degree of freedom目录摘要................................................................................................ 错误!未定义书签。
四自由度机械手毕业设计
四自由度机械手的毕业设计可以从以下几个方面入手：
1. 机械结构设计：根据所需的工作空间、负载要求、运动速度等参数，设计出四自由度机械手的整体结构。
其中，四自由度机械手的自由度一般包括三个旋转自由度和一个平移自由度。
2. 控制系统设计：根据机械手的运动方式和运动范围，设计出相应的控制系统。
可以采用传统的PID控制算法或者基于神经网络的控制算法，确保机械手的稳定性和精度。
3. 动力学分析：对机械手进行动力学分析，研究机械手在运动过程中的力学特性，比如加速度、速度、角加速度等参数，为机械手的优化提供理论依据。
4. 实验验证：经过机械结构设计、控制系统设计和动力学分析后，可以进行实验验证。
通过实验对机械手的运动精度、稳定性、负载承载能力等参数进行测试，对设计方案进行调整和优化。
以上只是一些可以从不同方面入手的思路，毕业设计的具体内容和难度还需要根据实际情况和要求进行具体确定。
目录设计总说明 (III)INTRODUCTION ............................................................................................................... I V 第一章绪论. (1)1.1 工业机器人的概述与发展 (1)1.2 本设计中的四自由度棒料搬运机械手所实现的功能 (2)1.3 本设计中的四自由度棒料搬运机械手设计的意义 (2)2 机械手的总体设计 (3)2.1 设计要求 (3)2.2 机器手的组成 (3)2.3 总体方案拟定 (4)2.4 机器人的工作空间 (4)2.5 机械手驱动系统设计 (5)2.5.1 机械手驱动器 (5)2.5.2 机械手传动机构 (5)3 机械手的传动设计 (7)3.1 滚珠丝杠的选择 (7)3.2 谐波齿轮减速器参数的确定 (8)4 机械手的各电动机的选择 (12)4.1 机械手手臂升降步进电机的选择 (12)4.2 机械手底座回转驱动电动机的选择 (15)5 机械手各气动件的设计计算 (18)5.1 气爪夹紧力的计算与气爪的选择 (18)5.1.1 气爪夹紧力要求 (18)5.1.2 缸径的确定 (19)5.1.3 行程的确定 (20)5.1.4气缸的运动速度 (20)5.1.4 摆动气缸的选择 (21)5.2 手臂伸缩气缸的选择 (23)6 机器人控制系统设计 (26)6.1 机械手控制器的选择 (26)6.2 机器手控制系统的特点及对控制功能的基本要求 (26)6.3 控制系统的总体设计 (27)7 手臂验算与机械手参数 (29)7.1 手臂平衡的验算 (29)7.2 机械手参数 (30)设计总结 (31)鸣谢 (31)参考文献 (32)设计总说明在社会不断发展的今天，机器人在工业现场中的应用也越来越广泛，用机器的力量代替人力，而将人类从繁重的体力劳动中解放出来是历史发展的趋势。
球坐标式四自由度机械手项目设计方案2 设计参数2.1设计题目球坐标式四自由度机械手设计2.2 初始参数与设计要求（1）抓重：100N（2）自由度：4个（3）臂部运动参数：表 2-1（4）腕部运动参数：表 2-2（5）手指夹持范围：棒料，直径φ40-φ60mm，长度450-1200mm（6）定位方式：电位器（或接近开关等）设定，点位控制（7）驱动方式：液压（中、低压系统）（8）定位精度：±3mm（9）控制方式：PLC控制3设计方案的拟定3.1初步分析该工业机械手的坐标形式是球坐标式，其臂部的运动由一个直线运动和两个转动组成，即沿X轴的伸缩，绕Y轴的俯仰和绕Z轴的回转。
这种机械手臂部的俯仰运动能抓取到地面上的物件，为了使手部能够适应被抓取对象方位的要求，常常设有手腕上下摆动，使其手部保持水平位置或其它状态。
这种形式的机械手具有动作灵活，占地面积小而工作范围大等特点，它适用于沿伸缩方向向外作业的传动形式。
但结构较复杂，此外，臂部摆角的误差通过手臂会引起手部中心处的误差放大。
3.2 执行机构3.2.1手部手部是用来直接抓取或握紧（或吸附）工件的部件。
由于被抓握工件的形状、尺寸大小、轻重和材料的性能、表面状况等不同，工业机械手的手部结构是多种多样的，大部分的手部结构都是根据工件的要求而设计的。
常用的手部结构有夹钳式、气吸式、电磁式以及其他形式。
夹钳式手部设计的基本要求（1）应具有适当的夹紧力和驱动力（2）手指应应具有一定的开闭范围（3）应保证工件在手指内的夹紧精度（4）要求结构紧凑、重量轻、效率高（5）应考虑通用性和特殊要求3.2.2腕部连接手部与臂部的部件，主要作用是在臂部运动的基础上进一步改变或调整手部在空间的方位，使机械手适应复杂的动作要求。
要求0-180°的回转动作，因此选用具有单自由度的回转液压缸驱动结构。
此结构特点是结构紧凑，灵活，但回转角度较小，并且要求严格密封，否则就很难保证稳定的输出扭矩。
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。
四自由度上下料机械手结构设计英文回答：Designing a four-degree-of-freedom (4-DOF) pick-and-place robotic arm requires careful consideration of various factors. In this response, I will discuss the structural design of such a robotic arm and provide examples to illustrate my points.Firstly, the choice of materials for the robotic arm's structure is crucial. It should be lightweight yet sturdy enough to handle the weight of the objects being picked and placed. For example, carbon fiber or aluminum alloy can be suitable options due to their high strength-to-weight ratio.Next, the mechanical design of the arm should allow for smooth and precise movements. This can be achieved by using high-quality bearings and joints that minimize friction. Additionally, the arm should be designed to minimize backlash, which is the play or looseness in the joints thatcan affect accuracy. For instance, using precision gears and belts can help reduce backlash and ensure precise movements.Another important aspect of the design is the choice of actuators. Electric motors are commonly used as actuators for robotic arms due to their precise control and ability to generate high torque. For example, brushless DC motors can provide high torque and speed control, making them suitable for the arm's movements.Furthermore, the design should consider the workspace and reach of the robotic arm. It should be able to reachall desired locations within its workspace without any obstructions. For example, if the arm needs to pick and place objects on a conveyor belt, the design should ensure that the arm can reach all points on the belt without any interference.Additionally, the robotic arm should incorporate sensors for feedback and control. For example, position sensors can be used to accurately measure the arm'sposition and adjust its movements accordingly. Forcesensors can also be integrated to provide feedback on the amount of force applied during grasping and placing objects.中文回答：设计一个四自由度的上下料机械手需要仔细考虑各种因素。
液压式四自由度机械手设计工业机械手是一种模仿人手动作，并按照设定的程序、轨迹和要求代替人手抓取、搬运工件或进行操作的自动化装置。
它的用途十分广泛，对于实现生产过程自动化，提高劳动生产率，减轻工人的劳动强度，保证工人的安全都具有重要的意义，尤其对于那些有毒、危险、多粉尘、深水作业及放射性等恶劣环境和条件下的作业，使用工业机械手更具有显著的优越性。
目前，已经在机械加工、铸造、锻造、冲压生产线和某些操作作业中得到比较广泛的应用。
在热处理、焊接、涂漆及装配等生产中也开始研制和应用。
目前机械手常用的驱动方式有液压驱动、气压驱动及电动机驱动等多种方式，各种驱动方式有其自身的特点，在工业机器人中液压和气压驱动应用很广泛，有些机器人则同时采用多种驱动方式，这都视不同机器人的特点和要求所定。
由于液压驱动具有以下特点：驱动力和驱动力矩较大，速度反应性较好，调速范围较大，多用于要求臂力较大而运动速度较低的工作场合。
1. 整体设计方案本文设计的机械手要求在几台机械设备间进行搬运和装卸工件。
它具有4个自由度，分别为机械手腕的旋转运动、机械手臂的伸缩运动、机械手臂的旋转运动和机械手臂的升降运动，坐标形式为圆柱坐标，采用液压驱动控制方式，用于生产线中的自动搬运货物的装置。
本设计的结构简图如图1所示，工作程序为：启动机械手，当工件成形后发出信号，机械手的手臂下降到预定位置，手爪张开，夹紧工件后上升；然后机械手臂正向旋转180°，机械手腕正向旋转90°，机械手臂伸出到预定位置后下降到指定位置，手爪松开，放好工件；最后机械手臂上升到指定位置后反向旋转180°，机械手腕反向旋转90°，机械手臂缩回，回到原点位置，开始下一个周期。
图1机械手结构简图2. 机械系统设计针对该工业机械手的任务要求，为了使它具有一定的操作灵活性和较好的使用性能，在结构设计上采用圆柱坐标系。
整个机械手系统设计为4个自由度，包括机械手臂上下移动、机械手臂水平伸缩、机械手臂旋转和机械手腕旋转，这4个自由之间无耦合，可以有效地简化运算和控制。
