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人人小站/314design1 绪论1.1 工业机器人简介]1[早在20世纪初，随着机床、汽车等制造业的发展就出现了机械手。
1913年美国福特汽车工业公司安装了第一条汽车零件加工自动线，为了解决自动线、自动机的上下料与工件的传送，采用了专用机械手代替人工上下料及传送工件。
可见专用机械手就是作为自动机、自动线的附属装置出现的。
“工业机器人”这种自动化装置出现的比较晚。
但是自从世界上第一台工业机器人问世之后，不同功能的机器人也相继出现并且活跃在不同的领域，从天上到地下，从工业拓广到农业、林、牧、渔，甚至进入寻常百姓家。
机器人的种类之多，应用之广，影响之深，是我们始料未及的。
本课题所指的工业机器人，或称机器人操作臂、机器人臂、机械手等。
从外形来看，它和人的手臂相似，是由一系列刚性连杆通过一系列柔性关节交替连接而成的开式链。
这些连杆就像人的骨架，分别类似于胸，上臂和下臂，工业机器人的关节相当于人的肩关节、肘关节和腕关节。
操作臂的前端装有末端执行器或相应的工具，也常称为手或手爪。
手爪是由两个或多个手指所组成，手指可以“开”与“合”，实现抓去动作和细微操作。
手臂的动作幅度一般较大，通常实现宏观操作。
工业机器人由主体、驱动系统和控制系统三个基本部分组成。
主体即机座和执行机构，包括臂部、腕部和手部，有的机器人还有行走机构。
大多数工业机器人有3～6个运动自由度，其中腕部通常有1～3个运动自由度；驱动系统包括动力装置和传动机构，用以使执行机构产生相应的动作；圆柱坐标型工业机器人示意图控制系统是按照输入的程序对驱动系统和执行机构发出指令信号，并进行控制。
由于工业机器人具有一定的通用性和适应性，能适应多品种中、小批量的生产，70年代起，常与数字控制机床结合在一起，成为柔性制造单元或柔性制造系统的组成部分。
在工业生产中能代替人做某些单调、频繁和重复的长时间作业，或是危险、恶劣环境下的作业，例如在冲压、压力铸造、热处理、焊接、涂装、塑料制品成形、机械加工和简单装配等工序上，以及在原子能工业等部门中，完成对人体有害物料的搬运或工艺操作。
人人小站/314design1 绪论1.1 工业机器人简介]1[早在20世纪初，随着机床、汽车等制造业的发展就出现了机械手。
1913年美国福特汽车工业公司安装了第一条汽车零件加工自动线，为了解决自动线、自动机的上下料与工件的传送，采用了专用机械手代替人工上下料及传送工件。
可见专用机械手就是作为自动机、自动线的附属装置出现的。
“工业机器人”这种自动化装置出现的比较晚。
但是自从世界上第一台工业机器人问世之后，不同功能的机器人也相继出现并且活跃在不同的领域，从天上到地下，从工业拓广到农业、林、牧、渔，甚至进入寻常百姓家。
机器人的种类之多，应用之广，影响之深，是我们始料未及的。
本课题所指的工业机器人，或称机器人操作臂、机器人臂、机械手等。
从外形来看，它和人的手臂相似，是由一系列刚性连杆通过一系列柔性关节交替连接而成的开式链。
这些连杆就像人的骨架，分别类似于胸，上臂和下臂，工业机器人的关节相当于人的肩关节、肘关节和腕关节。
操作臂的前端装有末端执行器或相应的工具，也常称为手或手爪。
手爪是由两个或多个手指所组成，手指可以“开”与“合”，实现抓去动作和细微操作。
手臂的动作幅度一般较大，通常实现宏观操作。
工业机器人由主体、驱动系统和控制系统三个基本部分组成。
主体即机座和执行机构，包括臂部、腕部和手部，有的机器人还有行走机构。
大多数工业机器人有3～6个运动自由度，其中腕部通常有1～3个运动自由度；驱动系统包括动力装置和传动机构，用以使执行机构产生相应的动作；圆柱坐标型工业机器人示意图控制系统是按照输入的程序对驱动系统和执行机构发出指令信号，并进行控制。
由于工业机器人具有一定的通用性和适应性，能适应多品种中、小批量的生产，70年代起，常与数字控制机床结合在一起，成为柔性制造单元或柔性制造系统的组成部分。
在工业生产中能代替人做某些单调、频繁和重复的长时间作业，或是危险、恶劣环境下的作业，例如在冲压、压力铸造、热处理、焊接、涂装、塑料制品成形、机械加工和简单装配等工序上，以及在原子能工业等部门中，完成对人体有害物料的搬运或工艺操作。
毕业设计五自由度移动机械手设计姓名： XXXXXX 学号： XXXXXX班级： XXXXXXXXXXXX专业：机械工程及自动化（数控技术方向）所在系： XXXXXXXXXX 指导老师： XXXXXX五自由度移动机械手设计摘要本课题来源于现实生活。
近现代以来，机器人领域发生着翻天覆地的变化，尤其在各工业生产制造行业的今天，它变得越来越智能、普及、常见化、平民化，在其他行业它的发展带动了各个领域的发展，对经济的提高带来显著作用。
机械手是机器人领域的一个组成部分，研究更为先进智能等优良性能的机械手具有重大意义。
当下对机器人领域研究提出了新一代的技术要求：包括性能、质量、生产效率、工作条件以及后期的产品换代升级等方面。
要求机械手在原代替工人繁重体力劳动和有害环境下操作的基础上，实现生产的机械化、自动化、精密化和产量化，具有节能环保，使用寿命长，外形设计美观合理和能后续产品质量升级换代的特点，并广泛应用于机械制造、冶金、电子、医疗和能源等领域。
此次设计主要研究五自由度机械手的主体结构部分（包括底座、腰部、大臂、小臂、手腕及末端执行结构），其主要通过腰部360度回转、大臂的俯仰，小臂的前后摆动，手腕360回转，末端执行器的摆动来实现空间中的五个自由度的运动。
关键词：五自由度；机械手；结构方向；研究价值Mechanical Structure Design for A 5-Degree of Freedom MobileManipulatorABSTRACTThis is based on the production practice. In modern times, with the changes in turn the world upside down the field of robotics, more and more intelligent, popular, common, popular in the industrial manufacturing industry, other industries in the development of various fields, have significant effect on economic increase. Manipulator is a part of the field of robotics, it is very important to study the mechanical hand is more excellent performance of advanced intelligence. The proposed requirements of a new generation of technology in robot research field: including performance, quality, production efficiency, working conditions and the product upgrading. The basic requirements of manipulator in the original place of workers heavy manual labor and hazardous environment, achieve the production mechanization, automation, precision and production, energy saving and environmental protection, the service life is long, the characteristics of the upgrading of aesthetic design is reasonable and can follow the product quality, and is widely used in machinery manufacturing, metallurgy, electronics, health care and energy field.The design of the main body structure of manipulator with five degree of freedom (the base part, waist, arm, wrist, arm and end effector structure), mainly through the waist turning, pitching arm, small arm and wrist rotation, swing, swing the end effector to realize five degrees of freedom of movement in space.Key Word：Five degree of freedom；Robot；Structure direction；The value of search目录第一章绪论 (1)1.1 课题研究的意义 (1)1.2 机械手发展史及发展现状 (1)1.3 产品用途与使用范围 (2)1.4 本次毕业设计的主要内容 (2)第二章五自由度移动机械手总体方案设计 (4)2.1 移动机械手的结构形式选择 (4)2.2 机械手驱动方式选择 (6)2.3机械手结构总体布局 (7)第三章机械手工程图的设计及计算 (8)3.1 主要技术参数的确定 (8)3.1.1机械总体结构参数确定 (8)3.1.2直流伺服电机的选择 (8)3.2机械手各关节的部件的详细设计 (10)3.2.1腰部关节设计 (11)3.2.2大臂摆动关节设计 (13)3.2.3小臂摆动关节设计 (14)3.2.4手腕旋转关节设计 (15)3.2.5执行器摆动关节设计 (16)3.2.6机械手各臂及支座的结构设计 (16)3.2.7重要零件的受力分析与校核计算 (18)第四章基于Pro/ENGINEER的模型建立与运动分析 (22)4.1机械手各部件静态模型的建立 (22)4.2移动机械手的运动分析 (25)4.2.1连杆参数及连杆坐标系的建立 (25)4.2.2运动学方程式推导 (28)总结 (30)参考文献 (31)致谢 (33)第一章绪论1.1 课题研究的意义21世纪是知识的世界，也是科学技术的世界，谁掌握了科技的前沿方向，谁就能把握主导权，引领世界潮流，发展经济，带动各行各业的发展。
1 绪论1.1 前言随着科技的不断发展，尤其是进入了信息化时代的二十一世纪，传统的机械基础行业无法应对当今瞬息万变的各种问题和困难，因此紧跟不断创新、不断进步的时代潮流已成为当今世界的主题。
于机械这个要追求高效率，低成本，安全，自动化的行业更是需要创新精神。
机械手作为机械行业主要的一成员也应如此。
机械手的应用越来越广泛，已经向医疗、生活、娱乐扩展，还可以用在一些对人体不利的场合[1]。
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，不知疲倦，不怕危险，抓举重物的力量远远大于人手的特点，因此，机械手已经收到许多部门的重视，并越来越广泛地得到应用。
所以，对机械手的要求越来越高，需求量也越来越大。
机械手的设计和控制是近年来国内外非常活跃的研究课题。
它的设计可以分为假肢用机械手和工业用机械手的设计。
前者的作用是替代肢体伤残者的残损部分，除了要考虑机能问题外，还要考虑其仿生性，即其形状和人类肢体形状的相似性。
而后者的作用在于替代工业生产中作业人员，着重于机能的设计[2]。
而在全世界在役的工业机械手中，大约有一半是用于各种形式的焊接加工领域。
焊接机械手具有焊接稳定，改善工人劳动条件，提高劳动生产率等特点，广泛应用于汽车、通用机械、工程机械、兵器工业和金属结构等行业。
截止2005年，全世界在役工业机械手约为91.4万台，目前我国应用的焊接机械手90%以上是从世界各知名机械手厂家生产的，主要应用在汽车制造业。
预计未来几年，国内企业对于焊机机械手的需求量将以30%以上的速度增长[3]。
1.2国内外机械手的研究现状目前，我国正在有组织、有计划地开展机械手、尤其是工业机械手的研究。
现在，我国从事机械手研发的单位有200多加，专业从事机械手产业开发的企业有50家以上。
“九五”期间，国家“863”高技术计划已将多家企业立为机械手产业化基地。
此外，一些科研院所和大学也均在进行机械手技术及应用项目方面的研发工作。
五自由度液压机械手设计摘要本课题是应用在各种类型的小型机床上，或者配以行走机构大范围的搬运零件的液压机械手。
工业机械手是工业生产的必然产物，它是一种模仿人体上肢的部分功能，按照预定要求输送工件或握持工具进行工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。
实践证明，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，改善劳动条件，提高劳动生产率和自动化水平。
液压传动较其他传动有以下几个优点：液体压力大，能够获得较大的输出力；油的可压缩性小，压力、流量均较易控制，可无极变速；反映灵敏，能实现连续轨迹控制，维修方便，特别实用于高强度作业。
在我的毕业论文中，我主要做了以下几个方面的内容：手部的结构设计、腕部的结构设计、小臂的结构设计、大臂的结构设计、液压系统的设计。
并运用CAD等软件进行了绘图。
关键词：机械手；结构设计；液压系统。
Hydraulic Material Handing Robot DesignAbstractThis topic is used in all types of small Machine Tool, walking or supported by a wide range of agencies handing parts of the hydraulic manipulator.Industrial machinery hands is the inevitable product of industrial production, it is a copy of the upper part of the human body functions,in accordance with the scheduled transfer request Hold the piece of word or tools for the automation technology and equipment, industrial automation and promote the further development of industrial production plays an important Role. So they have strong vitality of the people by the extensive attention and welcome. Practice has proved that the industrial robot canre place the heavy labor, significantly reduced labor intensity and the level of automation.Hydraulic transmission than other rotaion has the following advantages: fluid pressure, to get greater output; oil compressibility small, pressure and flow are easier to control, continuously varible; reflect the sensitive and can achieve continuous Track maintenance for control, especially useful in high-intensity operations.I graduated from a three-month design, I mainly do the following: the structural design of the hand, wrist strutural design, structural design of the arm, the arm of the structural design, hydraulic system design. Use some software to Paint such as CAD.Keywords: Manipulator; Structural Design; Hydraulic System.第一章绪论1.1课题背景和意义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。
圆柱坐标式五自由度机械手引言机器人技术在现代工业中起着至关重要的作用，机械手是机器人中的一种重要设备。
圆柱坐标式五自由度机械手是一种常见的机械手，具有广泛的应用场景。
本文将介绍圆柱坐标式五自由度机械手的基本原理、结构和应用。
基本原理圆柱坐标式五自由度机械手由机座、大臂、小臂、手腕和末端执行器组成。
它的运动原理基于圆柱坐标系，通过控制各个关节的角度来实现机械手在三维空间中的运动。
圆柱坐标式五自由度机械手的自由度主要包括转动自由度和平移自由度。
其中，转动自由度是指机械手各个关节绕自身轴线的旋转，而平移自由度是指机械手在空间中沿某一方向的平移。
结构设计圆柱坐标式五自由度机械手的结构设计需要考虑机械手的稳定性、刚性和灵活性。
通常采用铝合金材料制作机械手的关节和支撑部件，以提高机械手的刚性和稳定性。
机座是机械手的基座，用于固定机械手的各个关节和支撑结构。
大臂和小臂是机械手中两个主要的部件，通过转动关节和平移关节连接在一起。
手腕是机械手的关键部件，它通过转动关节和滑动关节实现机械手的姿态调整。
最后，末端执行器是机械手的工作部件，可以根据具体需求设计为夹持器、吸盘或其他形式。
应用领域圆柱坐标式五自由度机械手具有广泛的应用领域。
其中，最常见的应用是在工业生产线上进行装配、搬运和焊接等工作。
机械手能够高效、准确地完成重复性工作，提高生产线的效率和质量。
此外，圆柱坐标式五自由度机械手还可以应用于医疗领域，例如用于手术辅助、药品分装和病人护理等。
机械手可以实现精确的操作，并减少医护人员的劳动强度。
另外，圆柱坐标式五自由度机械手还可以应用于科学研究领域。
例如，在物理学中，机械手可以用于进行实验样品的处理和测量。
在天文学中，机械手可以用于望远镜的定位和操作。
总结圆柱坐标式五自由度机械手是一种常见的机械手，通过控制各个关节的角度和平移来实现在三维空间中的运动。
它具有稳定性、刚性和灵活性，并在工业生产、医疗护理和科学研究等领域有着广泛的应用。
Research and Exploration |研究与探索•探讨与创新柔性生产线中五自由度工业搬运机械手控制系统研究王伟(岳阳职业技术学院机电工程系，湖南岳阳414000)摘要：柔性生产可使多台不同功能的设备进行整合，而各设备间的工件传递需要智能的搬运设备形成整体，本文对一 种基于PLC控制的五自由度搬运机械手进行硬件和软件方面的设计。
关键词：柔性生产线；五自由度；机械手中图分类号：TP242 文献标识码：A文章编号：1671 -0711 (2016) 11 (上）一0136-02■〇1引言柔性生产线是指依靠计算机管理，将多种生产模式结合，配以自动运送装置组成而的生产线。
在具体的生产线实施中，可以通过多台专用机床通过调整、联结，形成柔性整体，从而达到减少生产成本的目的。
在柔性自动生产线中，各个加工设备、自动输送带设备之间都需要进《^的紙传统的二维机械手传送就可以实现其要求，但有时在物料传送时不是简单的二维传送，还需要改变物料的方向和位置，对于物料传送位置和方向不固定的情况，二维雛手紙法进行操作了，资金驅的錢一«i i用概人，通过编制不同的控制程序来娜但机器人价格昂贵，中小型企业无法;卩艮制了推广应用范围。
对于柔性自动生产线物料自动输送，更多的情况是物料传送的位置和转变的方向相对固定，这种情况下可以研发具有多维的多自由度机械手，能够满足采用物料抓取紙价格也相对便宜，结构也简单的多，容易维护，适合大范围的推广使用。
2机械手结构和控制过程该搬运机械手由小臂、大臂、肩部组成，小臂依靠腕关节轴和肘关节轴实现小臂上下移动和腕关节转动，小臂俯仰角度为-90。
至30° ,腕关节俯仰角度为0°至25°。
大臂由连接件、丝杆螺母、电机、肩关节轴和连接件组成，俯仰角度为-90度至40°。
腰部电机实现大臂整件水平旋转，旋转角度为-150度至150。
，肩部复合连接件组成。
五自由度液压搬运机械手设计目录第1章绪论 (4)1.1课题背景及研究现状 (4)1.2 机械手的研究意义及其本身优点 (5)1.2.1 机械手的研究意义 (5)1.2.2 机械手本身的优点 (5)1.3本章小结 (6)第2章总体方案设计 (7)2.1设计目标 (7)2.2总体方案分析 (7)2.2.1搬运机械手的组成 (7)2.2.2三大系统设计分析 (7)2.3搬运机械手的运动及驱动方式 (8)2.4本章小结 (10)第3章基本参数及二维外观图 (11)3.1基本参数 (11)3.2总体外观图 (11)3.2.1外观图简图 (11)3.2.2液压原理设计图截图 (12)3.3本章小结 (13)第4章各部分的具体计算 (14)4.1 手部夹持器的计算 (14)4.1.1手部夹持器设计要求 (14)4.1.2手部夹持器设计计算 (14)4.1.3端盖螺钉校核 (15)4.2腕部回转油缸计算 (16)4.3小臂结构设计 (20)4.4俯仰缸设计 (23)4.5大臂回转机构设计 (25)4.6大臂升降结构设计 (27)4.7手部驱动油缸油孔尺寸计算 (29)4.8腕部回转油缸油孔尺寸确定 (29)4.9大臂回转油缸油孔尺寸确定 (30)4.10大臂升降油缸油孔尺寸确定 (30)4.11伸缩臂油缸油孔尺寸确定 (30)4.12本章小结 (31)第5章各油缸活塞杆校核 (32)5.1 手部驱动油缸活塞杆校核 (32)5.2 腕部回转油缸活塞杆校核 (32)5.3 伸缩油缸活塞杆校核 (33)5.4 俯仰油缸活塞杆校核 (33)5.5 本章小结 (34)第6章总体三维图 (35)6.1 总体三维图 (35)6.2 本章小结 (36)结论 (37)致谢 (38)参考文献 (39)附录 (41)第1章绪论1.1课题背景及研究现状机器人是典型的机电一体化装置，它综合运用了机械与精密机械、微电子与计算机、自动控制与驱动、传感器与信息处理以及人工智能等多学科的最新研究成果，随着经济的发展和各行各业对自动化程度要求的提高，机器人技术得到了迅速发展，出现了各种各样的机器人产品。
五自由度机械臂逆解
1 五自由度机械臂
五自由度机械臂是一种可以实现平面六度自由运动的机械装置，
其目的是实现机械手执行指定的任务。
它包括一个电机、一个驱动系统、控制系统以及五自由度控制机构，用于控制机械臂的运动。
2 逆解技术
逆解技术（Inverse Kinematics）是一种机械控制算法，通过采
用回路控制的方法，给定定位信息和机械臂的张力变化，实现机械臂
的运动模式。
其目的是根据末端位置和方向确定机械臂的驱动参数。
3 五自由度机械臂的逆解
五自由度机械臂的逆解也就是作用在五自由度机械臂上的逆解技术。
逆解技术可以满足空间位置控制和强度控制的要求，实现五自由
度机械臂末端变换到任意位置和方向的控制目标。
五自由度机械臂逆解通过传感器测量末端位置，然后通过驱动装
置将机械臂移动到指定的位置，再通过传感器测量末端位置，施加不
同的力，从而实现机械臂的末端位置的控制。
4 优点
五自由度机械臂逆解具有很多优点。
首先，它可以准确定位末端，使机械臂的运动更加精确。
另外，机械臂的逆解技术可以跟随末端位
置的变化，自动调整机械臂的转动和强度，从而保证机械臂的精准运动。
5 应用
五自由度机械臂逆解技术在人类服务机器人等物联网系统中得到广泛应用，可以实现可穿戴机器人系统、运动协调及个性化控制等应用。
此外，逆解技术还可以被用于多机器人协作、智能机器人、麻痹患者康复以及工厂自动化等场景，实现高效的计算机控制。
五自由度液压搬运机械手”设计设计题目：五自由度液压搬运机械手设计目标：该液压搬运机械手具有五自由度，能够实现复杂的物体搬运任务。
设计的机械手需要具备高度的稳定性、可靠性和安全性，同时需要具备较强的负载能力和灵活的运动控制能力。
设计原理：该机械手采用液压执行器作为动力源进行驱动。
液压执行器能够提供较大的力和承载能力，并且具有较好的运动平稳性和精确控制性。
液压系统由液压泵、液压缸和阀门等组成，能够通过控制液压流量和压力实现机械手的各个关节的运动控制。
设计步骤：1.确定机械结构：机械手采用串联方式，由主臂、副臂、车架、手爪和控制系统等组成。
主臂为液压缸驱动，控制主臂的上下运动；副臂通过球节连接在主臂末端，能够实现平行运动；车架作为整个机械手的支撑结构，在水平面内移动；手爪具备开合功能，能够抓取和释放物体。
2.动力系统设计：机械手采用液压泵提供动力，液压泵通过控制阀门调整液压油流量和压力，从而驱动液压缸进行机械手的各个关节运动。
液压泵和液压缸需要根据机械手的负载能力和运动速度进行合理选择和匹配。
3.控制系统设计：机械手的控制系统主要由传感器、控制器和执行器组成。
传感器用于感知机械手的位置和力传感器，控制器根据传感器反馈的信号进行运动控制，执行器通过控制阀门实现液压油流的调控，从而实现机械手的运动控制。
4.稳定性与安全性设计：在机械手的设计过程中需要考虑稳定性和安全性。
通过在机械结构中增加支撑柱和调整机械手的重心位置，能够提高机械手的稳定性。
同时在控制系统中设置安全保护装置，当机械手出现异常情况时能够及时停机和报警。
5.总结与改进：设计完成后需要对机械手进行测试和评估，通过对机械手的实际运行情况进行分析和总结，发现问题并进行改进，使机械手的性能和使用效果得到进一步的提升。
设计思路：该机械手的设计充分利用了液压的优势，能够提供较大的负载能力和精确的运动控制。
通过合理的机械结构设计和控制系统的优化，能够实现机械手对不同形状和大小的物体进行搬运，具备较高的适应性和使用灵活性。
• 150•五自由度机械手的自动控制沙洲职业工学院机电工程系 钱 丹 王文红 唐 宇【摘要】在介绍五自由度机械手的结构基础上，详细论述了机械手的自动控制原理，采用步进电动机驱动机械手的水平移动和底座旋转，采用直流电动机驱动机械手大臂、小臂和手腕旋转，采用舵机驱动机械手爪的开闭。
机械手采用PLC和单片机相结合控制步进电动机、直流电动机、舵机，并借助传感器，对机械手的各自由度进行控制，可方便、准确地实现机械手的位置控制，完成物料的搬运任务。
【关键词】五自由度机械手；可编程控制器（PLC）；单片机；步进电动机5-DOF Manipulator Automatic Control Qian Dan, Wang Wen-hong, Tang Yu（Mechanical & Electrical Engineering Department,Shazhou Professional Institute of technology,Jiangsu 215600,China ）Abstract ：The principle of automatic control of the manipulator was discussed in detail based on the structure of the 5-DOF manipulator. The horizon -tal movement of the manipulator and the rotation of the manipulator base were driven by stepping motors, the arms and wrists of the manipulator were driven by DC motors, the mechanical hand was opened and closed with the steering gear. PLC and microcontroller were used to control step motors, DC motor and steering gear, and the degrees of the freedom of the manipulator were controlled with the help of the sensors. The position control of ma -nipulator can be realized conveniently and accurately, and the material handling tasks can be completed. Key words ：5-DOF manipulator ；Programmable Controller(PLC )；microcontroller ；Step motor 机械手是最早的工业机器人，能模仿人手和臂的某些动作功能，从事工业生产、实现抓取、搬运等操作的自动操作设备。
它能够在各种恶劣的环境下工作，完成工人不愿或不能完成的危险的、繁重的劳动，降低劳动强度，保证工人的人身安全，改善工作环境。
同时，具有高自动化、高效率、高精度等优点，广泛应用于冶金、汽车制造、轻工和化工等领域。
本文利用PLC 和单片机技术控制机械手，能重复精确完成小型圆柱工件搬运。
图1 机械手装配效果图图2 手爪结构图1.机械手结构机械手由底座、臂部、手腕和手部组成，图1为机械手的装配效果图。
为扩大运动范围，整个机械手可沿导轨水平移动，其由步进电机驱动通过同步齿形带带动基体实现整个机械手的水平移动。
底座由步进电机驱动实现旋转，省去传动过程，传动效率高，因为有限位块，所以旋转有一定的角度限制。
大臂、小臂和手腕旋转分别由3个直流电机直接驱动，用来调整手臂姿态，底座、转座和大臂内部有一定的空间，用以装载驱动电机，大臂驱动电机通过固件直接带动大臂传动，传动效率高，而小臂驱动电机通过齿形带带动小臂进行转动，传动比高且稳定。
手爪用来抓持工件的关键部件，考虑到工件的形状，手爪选V 型指的改进版，V 型改为一定弧度的圆弧型，更加适合圆形工件的夹取，如图2所示。
手爪采用舵机驱动，主动轮与舵机相连，带动从动轮转动，将舵机的旋转转换为手指的夹紧和松开动作。
该机械手不考虑手爪夹紧和松开，具有五个自由度，分别为基体平移、底座旋转、大臂旋转、小臂旋转和手腕旋转。
其主要运动参数有基体水平移动范围0～800mm ；②底座旋转范围-160°～150°；③大臂的有效转动范围为30°～150°；④小臂的转动范围均为0°～220°；④手腕的转动范围为±180°；⑤手爪最大张紧力为15kg 。
2.机械手控制要求五自由度机械手要求能在6个工位之间完成工件搬运，各工位点位置图如3所示。
机械手有手动和自动两种工作模式，手动时，可单独控制大臂、小臂、手腕和手爪的动作；自动工作时，机械手依次完成复位、取料、送料等一系列动作:复位时，按下“复位”按钮，机械手基座旋转至原位，水平移动至左侧原位传感器处停止，大臂、小臂、手腕和手爪都处于复位状态，等待。
若机械手在运行过程中，按“复位”3S ，系统重新复位。
取料时，复位完成后，按下“启动”按钮，机械手臂水平移动、基座旋转到位，在指定工位上完成一系列取工件动作。
送料时，机械手取料完成后，机械手臂水平移动、基座旋转到位，在目标工位上完成一系列放工件动作，完成后，机械手复位并自动停止。
若机械手在运动过程中，按“停止”按钮，机械手完成当前动作后停止运行,按“启动”按钮，机械手继续下一步动作；按下“急停”开关,机械手立即停止所有动作，此时如需再次运行机械手，需再次按“复位”按钮,复位完成后，方可重新运行。
基金项目：江苏省高等学校大学生创新创业训练计划项目（201711288009Y）。
• 151•图3 机械手搬运工位点位置图3.机械手控制系统机械手电气控制系统结构图如图4所示，其核心控制器采用PLC 和单片机控制器相结合，PLC 主要负责机械手水平位置、底座旋转位置控制，实现精确定位；单片机控制器负责控制大臂、小臂、手腕和手爪的动作，完成手臂姿态（取工件、放工件）控制，同时PLC 和单片机之间信号进行通信。
人机交互设备采用触摸屏，对机械手的操作控制除外部控制按钮外，也可通过触摸屏进行控制，同时，机械手的运行过程中的工作状态和故障情况可通过触摸屏加以显示，方便实时监控。
图4 控制系统结构图3.1 机械手硬件设计该机械手共有6台电动机驱动，电动机的选择主要根据转速和转矩等指标，根据系统要求，电动机转速不小于10r/min ，转矩按电动机2倍过载系数即可满足要求。
综合分析，基体平移驱动电机选三相步进电机，驱动器选雷赛科技3ND583步进驱动器；底座旋转驱动电机选二相步进电机，驱动器选雷赛科技M542步进驱动器；大臂电机选10r/min 、30W 的空心杯减速电机；小臂电机选20r/min 、DC24V 的直流减速电机；手腕旋转电机选10r/min 、DC24V 的涡轮减速电机；手爪舵机型号CYS-S0150，最大15kg 。
电机的接线图如图5所示。
图5 电机接线图为了对步进电机进行控制，PLC 选择能接收高速脉冲的晶体管输出型可编程控制器，选用日本三菱FX1N-24MT ，具有高速运算能力、同时可以输出2路脉冲输出控制2台步进电动机的优点。
3.2 机械手软件设计PLC 输入、输出信号及其地址编号见表1。
表1 PLC输入、输出信号及其地址编号表输入信号输出信号名称功能编号名称功能编号SB1复位按钮X0PUL1水平移动步进驱动器PUL1+Y0SB2启动按钮X1PUL2底座旋转步进驱动器PUL2+Y1SB3停止按钮X2DIR1水平移动步进驱动器DIR1+Y2SB4急停按钮X3DIR2底座旋转步进驱动器DIR2+Y3B1水平移动原点信号（左）X4PLCIN1夹取控制信号Y4B2水平移动减速信号（中）X5PLCIN2位置编码信号1Y5B3水平移动限位信号（右）X6PLCIN3位置编码信号2Y6B4底座旋转限位X7PLCIN4位置编码信号3Y7PLCOUT1单片机动作完成信号X10单片机负责机械手手臂姿态的控制（取、放工件），取放信号出厂时便封装在单片机内部，不同的输出分配，动作也不同，取放控制信号及位置编码信号对应单片机控制编码见表2。
表2 取放控制信号及位置编码信号对应表位置取放PLCIN1（Y04）PLCIN2（Y05）PLCIN3（Y06）PLCIN4（Y07）1号位置取1001放00012号位置取1010放00103号位置取1011放00114号位置取1100放01005号位置取1101放01016号位置取1110放0110复位1111以机械手自动模式下，将2号位的工件搬运至4号位，之后再将1号位的工件搬运至3号位为例，其动作流程如图6所示。
PLC 程序设计中，对步进电动机控制可利用带加减速的高速脉冲输出指令--PLSR 指令，通过设置脉冲频率来设定步进电动机的转动速度或定位对象的移动速度，频率越大，速度越快；通过设置脉冲数来设定步进电动机的转动角度或定位对象的移动量，脉冲数越大，角度（移动量）越大，同时可设置加减速的时间，实现升频、稳频和降频，满足移动速度和位置的精度要求。
4 结束语该五自由度机械手采用PLC 和单片机相结合控制方式，驱动步进电动机、直流电动机、舵机，并借助传感器，对机械手的各自由度进行控制，可方便、准确地实现机械手的位置控制，完成物料的搬运任务。
参考文献[1]蔡自兴,谢斌.机器人学(第3版)[M].北京:清华大学出版社,2015.[2]林森等.基于PLC控制的五自由度机械手臂驱动电机研制[J].产业与科技论坛,2017,16(3).[3]王文红等.四自由度机械手PLC控制[J].新技术新工艺,2013(5).[4]浙江天煌科技实业有限公司.THPFSF-3B型(三菱)可编程控制器实训指导书.作者简介：钱丹（1980-），女，江苏苏州人，工学硕士，讲师，主要研究方向：机械设计、机电一体化。
图6 动作流程图。
