课题_中型搬运机器人主臂机构设计设计(160N)说明书

搬运机器人结构设计与分析摘要在当今大规模制造业中，企业为提高生产效率，保障产品质量，工业机器人作为自动化生产线上的重要成员，逐渐被企业所认同并采用。

工业机器人的技术水平和应用程度在一定程度上反映了一个国家工业自动化的水平。

目前，工业机器人主要承担着焊接、喷涂、搬运以及堆垛等重复性并且劳动强度极大的工作。

本课题主要对搬运机器人的机械部分展开讨论，对原有的机械结构提出了新的改进方法，并把现在的新技术应用到本课题中，从而使得搬运机器人更加适用于现在的工业工作环境。

通过详细了解搬运机器人在工业上的应用现状，提出了具体的搬运机器人设计要求，并根据搬运机器人各部分的设计原则，进行了系统总体方案设计以及包括：机器人的手部、腕部、臂部、腰部在的机械结构设计。

此搬运机器人的驱动源来自液压系统，执行元件包括：柱塞式液压缸、摆动液压缸、伸缩式液压缸等。

通过液压缸的运动来实现搬运机器人的各关节运动，进而实现搬运机器人的实际作业。

关键词：搬运机器人；液压系统；机械结构设计；操作AbstractIn the modern large-scale manufacturing industry,enterprises to improve productivity, and,guarantee product quality, as an important part of the automation production line, industrial robots are gradually approved and adopted by enterprises. Industrial robot technology standards and application level, to a certain extent, reflect a level of national industrial automation. Currently, Industrial robot mainly tasked with welding, spraying, handling and stacking, repetitive and intensity of significant work.The subject of the main part of the handling of their machinery discussions, and on the original mechanical structure proposed for the new improved method, which makes the handling robot is more applicable to the present industrial working environment.Through a detailed understanding of the robot in the industrial application,to propose specific handling robot design requirements,and according to the robot design principles of various parts, for the system as well as including:the robot's hand, wrist, arm, waist, the design of mechanical structures.The transfer robot driven by the source from the hydraulic system, and the implementation of components including:plunger hydraulic cylinders, hydraulic cylinders, swing, telescopic hydraulic cylinders, etc.Through the hydraulic cylinder movements to implement the joint transport robot motion,And realize the operational handling robot.Keywords：Transfer robot；Hydraulic System；Mechanical Design；Operating第1章总论1.1 概述搬运机器人在实际的工作中就是一个机械手，机械手的发展是由于它的积极作用正日益为人们所认识：其一、它能部分的代替人工操作；其二、它能按照生产工艺的要求，遵循一定的程序、时间和位置来完成工件的传送和装卸；其三、它能操作必要的机具进行焊接和装配，从而大大的改善了工人的劳动条件，显著的提高了劳动生产率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。

搬运机器人用于替代人工，将重复性、重体力和严苛环境中的转运环节所需的人员释放出来。

不同种类、规格的机器人用途不一，应用侧重不一，按照我公司的开发方向，机器人需要达到以下目的：使用尽量简单直接的结构设计、功能单一、操作方便、成本低廉、易于维护等。

通用性6关节机器人多用于非常规加工方面，例如焊接、激光切割、表面处理等，除要求位置精度外，对姿态的控制也有很直观的需要，而且涉及到的学科较多，包括光电控制、电液驱动、精密加工、插补算法等，开发成本对于中小型企业来说是非常沉重的负担，故而考虑到公司的具体情况，将会尽量的简化设计，选择提供单一功能的控制实现途径，预留升级和换代的必要空间。

1基本要求此搬运机器人将用于墙材（砖）的拆垛和码垛，将用于3种砖型及其对应的3~4种垛型的取料、转运和码放等过程。

具体见下表：1错误!未找到引用源。

:图 1 参考垛型图1.1工作任务定点取砖、转运、并码成实心垛1.2本体构造工业用6关节机器人本体可以分为两个部分：第1~3关节用于机器人精确定位，第4~6关节用于机器人的姿态控制。

搬运机器人末端执行器（下文称为手爪）的姿态只需要一种，即：e 垂直取放：手爪基准面垂直于Z轴；e 侧面取放：手爪基准面垂直于X或Y轴；如不考虑手爪自身的运动和控制方式，正常情况下机器人本体（下文称为本体）只需要4个关节。

1.3控制方式单活动关节一般需要一套执行部件（电机、减速机、驱动器）。

本次设计的本体将已720*720*7380mm 的砖垛进行分析、测试和复核的等计算过程，并采用垂直取放形式。

第1~3关节均需要独立的执行部件，第4关节可以采用平面四杆机构对手爪姿态进行限制，即，第4关节将作为一个被动关节进行设计，而不再需要单独的执行部件。

本体定位和手爪姿态需要联控，而手爪动作则是本体就位之后的环节。

（要实现预期的功能，需考虑下图中注明的2个问题）2工作空间开放式的工作方式对本体限制最少，能够尽量减少高速联动对本体的影响，并且可以降低误差插补的难度，而实际的应用中，机器人的工作总是会受到一定的限制，例如设备排布、人员安全、厂房条件等。

搬运机器人设计计算说明书搬运机器人设计计算说明书一、摘要本说明书旨在为搬运机器人设计者提供一份全面的设计计算指南。

本文首先概述了搬运机器人的基本功能和工作原理，然后详细介绍了设计计算过程，包括机器人的结构、运动学、动力学、控制系统和传感系统的设计和计算。

最后，本文提供了一些测试和优化搬运机器人的方法。

二、搬运机器人概述搬运机器人是一种能够自动执行货物搬运任务的移动设备。

它们通常由一系列传感器、控制器、驱动器和机械结构组成，能够自主或半自主地在不同地点之间搬运物品。

搬运机器人广泛应用于制造业、物流业和医疗保健等领域，显著提高了工作效率和便利性。

三、设计计算说明1、机器人结构设计与计算机器人结构应考虑强度、刚度、耐久性和轻量化等因素。

可以使用有限元分析等工程方法来分析结构的力学性能，并优化设计。

此外，需要根据实际应用需求，设计合适的移动平台、机械臂、抓取装置等。

2、机器人运动学与动力学计算搬运机器人的运动学和动力学特性直接决定了其搬运能力和效率。

通过建立运动学和动力学模型，可以分析机器人的运动轨迹、速度、加速度和力矩等参数，进而优化运动控制算法，提高搬运效率。

3、控制系统设计控制系统是搬运机器人的核心组成部分，负责协调各个部件的运动，实现精确的定位和搬运。

可以根据机器人的运动学和动力学模型，设计合适的控制算法，如PID控制器、模糊控制器等。

4、传感系统设计搬运机器人需要依靠传感器来感知周围环境和工作对象。

可以根据实际需求，选择合适的传感器，如摄像头、激光雷达、超声波传感器等，以实现精确的环境识别和定位。

四、搭建机器人系统在完成设计计算后，就可以开始搭建搬运机器人系统。

首先，按照设计图纸准备好所需的材料和部件，然后进行机械组装和电路布线。

在系统搭建完成后，需要进行初步的调试和测试，确保各个组成部分能够正常工作。

五、机器人测试与优化在完成机器人系统的搭建后，需要对机器人进行实际的测试，以验证其性能和稳定性。

仓储搬运机械手主体设计说明书1. 引言本文档旨在详细介绍仓储搬运机械手主体的设计方案和技术要求。

仓储搬运机械手是一种自动化设备，广泛应用于仓库和物流行业，用于搬运和摆放货物。

本次设计旨在提高仓库搬运效率、减少人工本钱，以及降低人工搬运过程中的平安风险。

2. 设计目标本次设计的仓储搬运机械手主体具有以下目标：•提高仓库搬运效率：通过自动化搬运过程，减少人力需要，提高仓库的货物搬运速度和准确性。

•降低本钱：机械手可以替代局部人工工作，从而减少人力本钱。

•提高平安性：减少人工搬运过程中的事故风险，防止潜在的人身伤害。

3. 设计方案仓储搬运机械手主体设计方案包括以下几个方面：3.1 结构设计机械手主体采用铝合金制作，具有轻量化和高强度的特点。

结构设计采用四轴机械臂，具备灵巧的搬运能力。

机械手主体的设计还应考虑到易维护和易维修的特点。

3.2 控制系统机械手主体的控制系统由嵌入式计算机和传感器组成。

嵌入式计算机负责机械手的动作控制和路径规划，传感器用于感知货物的位置和状态。

控制系统应具备高实时性和稳定性，能够准确捕捉货物的位置和形状。

3.3 软件系统机械手主体的软件系统包括操作系统、控制算法和界面设计。

操作系统为机械手提供良好的运行环境，控制算法负责实现机械手的动作控制和路径规划，界面设计提供友好的操作界面，方便用户进行操作和监控。

4. 技术要求仓储搬运机械手主体的设计应满足以下技术要求：4.1 动作精度机械手主体的动作精度应到达毫米级别，能够准确地抓取和放置货物。

4.2 承载能力机械手主体的承载能力应到达一定标准，能够平安搬运各类货物，一般不低于200kg。

4.3 平安性机械手主体应具备平安保护措施，如紧急停止按钮、碰撞检测装置等，以确保在紧急情况下能够立即停止机械手的动作。

4.4 系统稳定性机械手主体应具备良好的系统稳定性，能够在长时间运行过程中保持稳定的性能和精度。

5. 总结本文档详细介绍了仓储搬运机械手主体的设计方案和技术要求。

SHANDONGＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ毕业设计说明书搬运机械手及控制系统设计学院：机械工程学院专业：机械制造及其自动化摘要摘要我国的机械手的发展在最近几年得到了突飞猛进的发展，机械手可以仿照人类的某些肢体运动完成某些特定的动作，所以机械手在生产活动中扮演着越来越重要的角色。

因此机械手会在我国得到更普遍广泛的应用。

搬运机械手在当今工业、医疗、自然灾害等等的领域中等到了广泛的应用发展，然而搬运机械手的控制系统和执行机构在工作中起到举足轻重的作用，因此控制部分和执行部分对于机械手的工作的整体运转情况具有十分重要的意义。

所以本次毕业设计主要的任务是解决执行机构和控制部分的问题，该毕业设计采用气压传动作为执行机构，可编程控制器作为搬运机械手的控制部分。

对于本论文的总体设计主要有一下几点，首先要确定搬运机械手的工作对象、设计的目的、搬运机械手的自由度。

本毕业设计要通过计算计算出气爪个夹紧力，伸缩臂的气缸、摆动气缸的扭矩等，然后选择标准气缸。

执行部分要画出气动原理图，控制部分要根据搬运机械手控的IO点数选择三菱FX系列PLC。

根据毕业设计的任务书要求画出梯形图和程序语句表。

关键词：搬运机械手气压动传动可编程控制器SMC气缸AbstractAbstractThe robot's development has been rapid development in recent years, The robot can be modeled on the human limb movements to complete certain actions. Play an increasingly important role in the move. Robot in China more generally, a wide range of applicationsHandling robot in wait for a wide range of application development in the area of today's industrial, medical, natural disasters, etc. However, the handling robot control system and the implementing agencies to play a decisive role in the work, Control and operative parts of great significance for the overall functioning of the robot work. The graduation project the main task is to solve the problem of implementing agencies and the control part of the, The graduation project adopts pneumatic transmission, programmable logic controller for moving the control part of the robot as the executing agency.For the overall design of this paper are mainly the following points, Must first determine the object handling robot designed to degrees of freedom of the handling robot, the robot parameters, and so on. This graduation project is calculated by calculating the outlet claws clamping force, The cylinder of the telescopic boom、Parameters of robot and so on. Then select the standard cylinder. Operative to draw pneumatic schematic, The control section according to the IO handling robot control points to select the Mitsubishi FX series PLC. Graduated from the design task book draw the ladder and the program statement table.Keyword: Moving robot Pressure dynamic transmissionProgrammable controller SMC cylinder目录摘要 (1)Abstract（英文摘要）…………………………………………………………………………………………………………目录…………………………………………………………………………第一章引言……………………………………………………………1．1课题的目和意义………………….1．2 工业机械手设计的基本步骤……………………………………………..2 总体设计...........................................................................2．1 设计的容...........................................................................2．1．1总体说明....................................................................... 2．1．2驱动方式的选择和设计 (6)2．1．3整体机构的确定……………………………………………………..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……………………………………………..3.2 工业设计手的参数计算 (8)3.2.1 手部质量计算……………………………………………………..3.2.2 机械手的爪部夹紧气缸的选择 (9)3.2.3 腕部传动气缸的选择……………………………………………..3.2.4 伸缩气缸的选择……………………………………………………3.2.5 对伸缩导杆的校核 (12)3.2.6 配重算………………………………………………………………3.2.7 升降部分计算…………………………………………………………..3.2.8 对升降导杆的核算 (15)3.2.9挠度计算…………………………………………………...............3.2.10转台型齿杆式回转摆动气缸的计算 (16)4 工业机械手的控制部分设计 (17)4．1 回路计算……………………………………………………………….. 4．2 执行元件选择………………………………………………………….. 4．3 控制元件选择…………………………………………………………..4．4 执行元件用气量的计算和空压机的选择 (21)4．5 气动元件的清单……………………………………………………….4.6 动作顺序表………………………………………………………….电气控制系统设计………………………………………………………..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………….5．3 PLC梯形图的设计………………………………………………………5．4 PLC的控制程序………………………………………………………..总结致谢参考文献第一章引言1.1课题来源及现实意义该课程设计是机械及机械控制理论及课程教学计划的实践学习的过程，是对这几年课程知识的综合考验与考察，是对我们的一个综合检测。

搬运机器人的机械臂设计与运动控制一、引言搬运机器人是现代工业生产线上不可或缺的一种设备，可以实现自动化的材料搬运和生产物流的自动化。

机械臂是搬运机器人的核心组成部分，负责完成各种任务的抓取、搬运和放置。

本文将深入探讨搬运机器人的机械臂设计和运动控制方面的技术。

二、机械臂设计1. 结构设计搬运机器人的机械臂结构应该根据不同的应用场景和工作负载进行设计。

一般来说，机械臂包括多个关节，在关节之间通过铰链连接。

铰链的设计需要考虑到机械臂的运动范围和工作空间，并且要保证稳定性和刚度。

2. 关节传动机械臂的关节传动方式有多种，包括电动、液压和气动传动等。

在选择关节传动方式时，需要考虑到精度、速度和负载要求等因素。

一般来说，电动传动方式具有较高的精度和速度，适合用于需要高精度操作的场景。

3. 抓取器设计抓取器是机械臂用来抓取物体的部件，其设计需要考虑到抓取力、稳定性和适应性等因素。

常见的抓取器设计包括夹爪、吸盘和磁力等。

根据不同的工件特点，选择合适的抓取器设计可以提高机械臂的工作效率和抓取成功率。

三、运动控制搬运机器人的运动控制是实现机械臂准确运动的关键。

运动控制系统包括位置控制、速度控制和力控制等方面。

1. 位置控制机械臂的位置控制是指控制机械臂的关节角度或末端执行器的位置实现期望位置的控制。

位置控制的主要方法有开环控制和闭环控制。

在实际应用中，闭环控制通常更为常见，可以通过传感器获取机械臂当前位置，并进行位置误差修正，以实现精确的位置控制。

2. 速度控制机械臂的速度控制是指控制机械臂运动的速度。

为了实现平滑的运动，速度控制一般采用PID（比例、积分、微分）控制器。

PID控制器可以根据当前速度和期望速度计算控制量，实现速度的闭环控制。

3. 力控制在某些应用场景下，机械臂需要根据外部作用力调整自身的力量来适应不同的抓取任务。

力控制通过力传感器获取机械臂的受力情况，并与期望的力进行比较，从而实现力的控制。

力控制可以提高机械臂的抓取成功率并减少物体的损坏。

移动机器人机械臂的结构设计说明移动机器人机械臂的结构设计第1章绪论1.1 课题背景及选题意义机器人是最典型的机电一体化数字化装备。

最前沿的机器人研发和制造技术集机械工程、电子工程、材料科学、计算机工程、传感器及控制工程、生物工程等多学科技术为一体，代表了机电一体化的最高成就，是一个国家高科技实力和发展水平的重要标志。

从科学技术开发的角度来看，机器人的机构是实现智能化的硬件平台。

为了与环境更好地进行交互、灵活地操纵物体、完成目标任务、跟上智能化的步伐、让机械臂具有极高的灵活性与可靠性机，械臂研究致力于模仿人类的手臂，并出现了冗余度拟人双臂机器人，这种机器人具有可克服奇异性高容错性等特点[1]。

就目前实际在工业制造、国防安全、警务防爆等各领域的实用性而言，采用更为普遍的是具有固定机座的工业机器人和带机械臂的移动机器人。

随着机器人的不断发展，机器人的种类也在不断增加，但是无论何种形状的机器人，都至少具有移动和操作能力这两个最基本的功能之一。

因此根据功能特性可以把机器人大体分为三大类[2]:(1)只能移动的移动机器人。

(2)仅具有操作能力的机械臂。

(3)具有移动和操作能力的移动机械臂系统。

自上世纪60 年代以来，机械臂开始广泛的应用到加工装配、焊接、涂装等行业，机械臂不但减轻了人们的工作强度，并且极大的提升了加工生产效率。

但这些机械臂绝大部分是固定于固定基座上的，这种用于重复性工作的机械臂相对位置精度要求较高，而绝对位置精度要求一般。

随着机器人应用领域的不断扩展，使得机器人所面对的环境越来越多样化，所执行的任务也具有多种不确定性因素，这就要求机器人需要同时具有移动和操作的能力。

搭载在移动底盘上的机械臂系统恰好能够满足这种需求，这类机械臂因为具有移动能力，故又被称为移动机械臂。

它既具有移动平台的运动性能又具有机械臂的执行功能。

最初的移动机械臂主要应用于太空探索方向，现在它的应用己遍及多个领域，并在工业、医疗、军事、家庭服务等方面具有广泛的应用前景。

机器人机械结构设计的说明书一、引言机器人是指由人工智能和机械工程相结合而形成的一种自动化机械设备。

机器人机械结构设计对机器人性能的稳定性和可靠性起着重要作用。

本说明书将详细介绍机器人机械结构设计的要点和流程。

二、设计目标机器人机械结构设计的目标是确保机器人能够完成指定的任务并具备良好的运动性能。

在设计过程中，需考虑以下方面的要求：1. 机械强度：机器人的机械结构需要具备足够的刚度和强度，以应对各种工作环境和负载条件。

2. 运动灵活性：机械结构应具备良好的自由度和灵活性，以实现多样化的运动和动作。

3. 可靠性：机械结构需要经受长时间的使用和重复运动，故应设计稳定可靠，避免出现故障和损坏。

4. 结构简洁：机械结构设计应尽可能简洁，减少材料成本和零部件数量，并提高制造和维修的便利性。

三、设计流程1. 机器人任务分析在进行机器人机械结构设计之前，首先需进行机器人任务分析，明确机器人的工作环境、工作负荷和运动要求等。

根据具体任务，确定机器人的结构类型，如平行机械臂、串联机械臂等。

2. 结构设计参数确定根据机器人任务和结构类型，确定机械结构的设计参数，包括机械臂长度、关节角度范围、机械连接方式等。

同时考虑机器人的负载要求和精度要求，确保机械结构可以满足工作需求。

3. 结构分析与优化利用计算机辅助设计软件进行机械结构分析和优化，验证结构在给定负载下的强度和刚度。

根据分析结果，对结构进行调整和优化，以满足机器人工作的要求，并确保机械结构的可靠性和稳定性。

4. 零部件设计依据结构参数和分析结果，设计机械结构的各个零部件，包括齿轮、链条、联轴器等。

考虑材料选择、制造工艺以及装配方式，确保零部件的质量和可靠性。

5. 制造与装配根据设计的零部件图纸，进行零部件的制造。

通过合理的装配顺序和工艺，将各个零部件装配成完整的机械结构，注意装配过程中的对位和校准，以确保机械结构的准确性和稳定性。

6. 测试与验证对已装配好的机械结构进行动态测试，验证机器人的运动性能、精度和稳定性。

目录1绪论 (2)1.1机器人的论述 (2)1.2机器人的历史现状 (4)1.3机器人的发展趋势 (5)2搬运机器人的总体设计 (6)2.1搬运机器人原理设计 (6)2.2搬运机器人的机械系统设计 (6)3手臂设计及计算 (9)3.1搬运机器人臂部的驱动计算 (10)3.2臂部上零件的选型及其校核 (13)4结论 (15)5参考文献 (16)阶段，例如，美国通用汽车公司1968年订购了68台工业机器人；1969年该公司又自行研制出SAM新工业机器人，并用21组成电焊小汽车车身的焊接自动线；又如，美国克莱斯勒汽车公司32条冲压自动线上的448台冲床都用工业机器人传递工件。

（3）1970年至今一直处于推广应用和技术发展阶段。

1970-1972年，工业机器人处于技术发展阶段。

1970年4月美国在伊利斯工学院研究所召开了第一届全国工业机器人会议。

据当时统计，美国大约200台工业机器人，工作时间共达60万小时以上，与此同时，出现了所谓了高级机器人，例如：森德斯兰德公司（Sundstrand）发明了用小型计算机控制50台机器人的系统。

又如，万能自动公司制成了由25台机器人组成的汽车车轮生产自动线。

麻省理工学院研制了具有有“手眼”系统的高识别能力微型机器人。

其他国家，如日本、苏联、西欧，大多是从1967，1968年开始以美国的“Versatran”和“Unimate”型机器人为蓝本开始进行研制的。

就日本来说，1967年，日本丰田织机公司引进美国的“Versatran”,川崎重工公司引进“Unimate”，并获得迅速发展。

通过引进技术、仿制、改造创新。

很快研制出国产化机器人，技术水平很快赶上美国并超过其他国家。

经过大约10年的实用化时期以后，从1980年开始进入广泛的普及时代。

我国虽然开始研制工业机器人仅比日本晚5-6年，但是由于种种原因，工业机器人技术的发展比较慢。

目前我国已开始有计划地从国外引进工业机器人技术，通过引进、仿制、改造、创新，工业机器人将会获得快速的发展。

机械与装备工程学院课程设计说明书（2016/2017学年第 1学期）课程名称：机械设计课程设计题目：搬运机械手的设计专业班级：机械设计制造及其自动化学生姓名 : 学号: 130200216 指导教师：设计周数： 2周设计成绩 : 2016年 12月 31日目录第一章绪论 01.1 机械手的应用现状 01.2 机械手研究的目的、意义 01。

3 设计时要解决的几个问题 0第二章机械手总体方案的设计 (2)2。

1 机械手的系统工作原理及组成 (2)2。

2 机械手的基本结构及工作流程 (2)第三章机械手的方案设计及其主要参数 (4)3.1 坐标形式和自由度选择 (4)3.2 执行机构 (4)3。

3 驱动系统 (5)3.4 控制系统 (6)第四章结构设计及优化 (7)4。

1手部夹紧气缸的设计 (7)4。

1.1手部夹紧气缸的设计 (7)4。

1.2 确定气缸直径 (7)4.1。

3 气缸作用力的计算及校核 (8)4.1。

4 缸筒壁厚的设计 (8)4。

1。

5 气缸的基本组成部分及工作原理 (9)4。

2手臂结构优化设计 (9)4。

2.1问题描述 (9)4.2。

2设计分析 (9)4.2。

3建立数学模型 (10)4。

2。

4优化计算 (11)4。

2。

5优化结果分析 (13)第五章 Adams运动仿真 (14)总结与展望 (15)摘要机械手是近几十年发展起来一种高科技自动化生产设备，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,随着工业机械化和自动化的发展以及气动技术自身的一些优点，气动机械手已经广泛应用在生产自动化的各个行业.本设计中的搬运机械手的动作由气动缸驱动，气动缸由相应的电磁阀来控制，电磁阀由PLC控制。

驱动执行元件完成，能十分方便的嵌入到各类工业生产线中。

本文中对机械手臂运用MATLAB算法进行优化设计，它使得优化过程变得非常简单、容易理解和掌握,从而避免编写各种复杂的运算程序，提高了设计效率。