774 圆柱坐标型三自由度机械手设计及其控制
摘 要
本设计中机械手可模仿人的动作功能，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的部件， 根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求设计为夹持型。运动机构，使手 部完成各种转动、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。 运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度。为了抓取空间中 任意位置和方位的物体，需有3个自由度。
关键词：机械手，设计，手部，手腕，手臂，机身，结构
Abstract
Robot arm to mimic certain actions of staff and functions, to capture a fixed procedure, carrying objects or operating tools, automation equipment. It can replace human labor in order to achieve the heavy mechanization and automation of production, can operate in hazardous environments to protect the personal safety, which is widely used in machine building, metallurgy, electronics, light industry and nuclear power sectors.Manipulator mainly by hand, sports bodies and the control system has three major components. Task of hand is holding the workpiece of the components, according to grasping objects by shape, size, weight, material and operational requirements of the various structural forms, such as clamp type, care support and the adsorption type, etc. . Sports organizations to accomplish a variety of hand rotation, move, or complex movement to achieve the required action to change the location of objects by grasping and posture. Sports organizations lifting, stretching and rotating the independence movement, is known as freedom manipulator. Crawl space to an arbitrary position and orientation of objects, the need for six degrees of freedom. Freedom is the mechanical design of the key parameters of hand. More freedom, greater flexibility of the manipulator, the more wide versatility。
Keywords: manipulator, design, hand, wrist, arm, body, structure
目录
1 绪论 (1)
1.1 国内生产量 (1)
1.2 国内机械手区域市场分析 (1)
2 机械手总体设计方案 (2)
2.1 机械手组成 (2)
2.2 机械手的规格参数 (10)
3 机械手手部设计计算 (4)
3.1 手部设计基本要求 (4)
3.2 手部手部力学分析 (5)
3.3 夹紧力与驱动力计算 (5)
3.4 手爪夹持范围计算 (7)
3.5 手爪夹持精度的计算 (8)
4 珠丝杠螺母副的选型 (10)
4.1 提升机构滚珠丝杠副的计算及选型 (10)
4.2 伸缩机构滚珠丝杠副的计算及选型 (13)
5 蜗轮蜗杆传动的设计计算 (17)
5.1 面接触疲劳强度设计 (17)
5.2 蜗轮蜗杆的主要参数和几何尺寸设计 (18)
5.3 齿根弯曲疲劳强度的校核 (16)
5.4 精度等级公差和表面粗糙度的确定 (20)
6 电机的计算和选型 (21)
6.1 提升步进电机的计算及选型 (21)
6.2 伸缩步进电机的计算与选型 (25)
6.3 蜗轮蜗杆电机的计算及选型 (28)
8 机械手 PLC 控制系统设计 (29)
7.1 接近开关的工作原理及选型 (31)
7.2 限位开关的工作原理及选型 (30)
7.3 系统的结构功能和总体设计方案 (31)
7.4 PLC的选型及PLC外部接线图设计 (32)
7.5 PLC控制系统的软件设计.......................... 错误！未定义书签。结 论 .. (35)
参考文献 (36)
致谢 (37)
附件 (38)
1 绪论
1.1 国内生产总量
我国，汽车工业仍然是工业机械手主要的使用领域。但我国在工业机械手生产企 业中，年产销量在100台以上、产值过5000万元的规模企业非常少，国外大型公司年产 量都达5000到10000台，销售额为数十亿美元。工业机械手应用前景极为广阔。
目前国内机械手的保有量在4000台左右，并将以每年800～1000台左右的速度快速 增长。2005年底，我国工业机械手实际安装量为11557台，比2004年底安装量的7096台， 增长了63%。增长慢于2004年。2006年底，我国工业机械手实际安装量为17327台，增长 47%。2007年底，实际安装量为23900台，增长31%，平均增长45%以上。
1.2 国内机械手区域市场分析
虽然目前国内生产工业机械手的企业并不多，很多产品的生产技术还主要依靠进 口，高科技的技术主要还掌握在国际龙头厂商手里。我国本土企业生产的机械手产品还 主要流通在中低端市场， 因此决定了很多本土生产企业在争夺市场时主要还是采取价格 战。随着技术的进步，日臻成熟，会有更多的厂商加入此行业。我国目前比较大的生产 企业有上海ABB工程有限公司、沈阳新松机器人自动化股份有限公司、柯马（上海）汽 车设备有限公司、青岛欧地希机电(青岛)有限公司等。
2 机械手总体设计方案
2.1 机械手的组成
工业机械手由执行机构、驱动机构和控制机构三部分组成。
2.1.1 执行机构
(1）手部 即直接与工件接触的部分，一般是回转型或平移型，（多为回转型，因其 结构简单），手部多为二指（也由多指），根据需要分为外抓式和内抓式两种，也可以用 负压式或真空式的空气吸盘和电磁吸盘。
（2）手臂 是支撑被抓物体手部、腕部的重要部件，并带动它们做空间运动，它的 主要作用是带动手指去抓取工件，并按预定要求将其搬运到给定的位置，一般手臂需要 三个给定自由度才能满足要求，即手臂的伸缩、左右旋转、升降运动。
2.1.2 驱动机构
驱动机构是工业机械手的重要组成部分，根据动力源的不同大致可分为气动、液 压、电动和机械式四种。采用液压机构速度快，结构简单，成本低，臂力大，尺寸紧凑， 控制方便。
2.1.3 控制机构
在机械手控制上，有点动控制和连续控制两种，大多数用插销板进行点动控制， 也有用PLC进行控制，主要控制的是坐标位置。
2.2 机械手的规格参数
抓重：2kg
自由度：3个
坐标形式：圆柱坐标式
输入电压：220V或24V
功率：50W
伸缩行程（X）： 200mm
伸缩速度： 3mm/s
升降行程（Z）： 200mm
升降速度： 3mm/s
回转范围： 0-270度
回转速度： s
20°
/
位置检测： 用电位器反馈式 驱动方式： 电机驱动
控制方式： 可编程控制
3 机械手手部设计计算
3.1 手部设计基本要求
应具有适当的夹紧力和驱动力，应考虑到在一定的夹紧力下，不同的传动机构所需 的驱动力大小是不同的。手指应具有一定的张开范围，以便于抓取工件。在保证本身刚 度、强度的前提下，尽可能使结构紧凑、重量轻，以利于减轻手臂负载。应保证手抓的 夹持精度。
3.2 手部力学分析
通过综合考虑，本设计选择二指双支点回转型手抓，采用滑槽杠杆式，夹紧装置采 用常开式夹紧装置，它在弹簧的作用下手抓闭合，在压力油作用下，弹簧被压缩，从而 手爪张开。
下面对其结构进行力学分析：
在杠杆3的作用下，销轴2向上的拉力为F ，并通过销轴中心O 点，两手指的滑槽 对销轴的反作用力为 1 F 和 2 F ，其力的方向垂直于滑槽的中心线 1 OO 和 2 OO 并指向O 点， 交 1 F 和 2 F 的延长线于A 和B 。
由
? =0
x
F 得 12
F F = （3-1） 0
= ? y F 得 1 2cos F
F a
=
（3-1）
'
1
1 F F - = 由 0 ) ( = ? F M 得 b
F h F N = '
1 （3-3） 又因为 cos a h a
= （3-4） 所以
N
F a
b F a
2 cos 2 = （3-5）
a ———手指的回转支点到对称中心线的距离（mm）
a ———工件被夹紧时手指的滑槽方向与两回转支点的夹角
1——手指 2——销轴 3——杠杆
图3-1 滑槽杠杆式手部结构原理图
由分析可知，当驱动力F 一定时，a 角增大，则握力 N F 也随之增大，但a 角过大 会导致拉杆行程过大，以及手部结构增大，因此最好 ° ° = 40 ~ 30 a 。 3.3 夹紧力与驱动力的计算
手指加在工件上的夹紧力，是设计手部的主要依据，必须对其大小、方向与作用点 进行分析、计算。一般来说，夹紧力必须克服工件重力所产生的静载荷以及工件运动状 态变化所产生动的载荷，以使工件保持可靠的加紧状态。
手指对工件的夹紧力可按下式计算：
G K K K F N 3
2 1 3 (3-6)
1 K ——安全系数，通常
0 . 2 ~ 2 . 1 ； 2 K ——工作情况系数，主要考虑惯性力的影响，可按 g
a
K + =1 2 ,其中a 是重力
方向的最大上升加速度， 响
t V
a max = ，g 是重力加速度， 2 / 8 . 9 s m g = 。
max
V ——运载时工件最大上升速度；
响 t —— 系统达到最高速度的时间，一般选取 5 . 0 ~ 03 . 0
； 3 K ——方位系数，根据手指与工件位置不同进行选择；
G ——被抓取工件所受重力；
表3-1 驱动力与液压缸工作压力关系图
作用在活塞上外力
F(N)
液压缸工作压力 MPa
作用在活塞上外力
F(N)
液压缸工作压力 MPa
<5000 0.8～1 20000～30000 2.0～4.0 5000～10000 1.5～2.0 30000～50000
4.0～
5.0 10000～20000
2.5～
3.0
>50000
5.0～8.0
设 ° = = = 30 α , 60 , 30 mm b mm a ,机械手达到最高响应时间为 s 5 . 0 ，求夹紧力 N F ，驱动 力F 和驱动液压缸的尺寸。 （1）设 6 . 1 1 =
K g
a
K +
=1 2 设 s mm V / 3 max = s t 5 . 0
= 响 因此 2
max / 006 . 0 5 . 0 03
. 0 s m t V a = = = 响
所以 006 . 1 8
. 9 006
. 0 1 2 = +
= K 设
5
. 0 3 = K 根据以上公式得：
N F N 1 . 16 20 5 . 0 0006 . 1 6 . 1
= ′ ′ ′ = （2）根据驱动力公式得：
N F a b F N 3 . 48 1 . 16 30
30
cos 60 2 cos 2 2 2 = ′ ′ ′ = = a 计算 由于实际所采取的液压缸驱动力要大于计算，考虑手爪的机械效率h ，一般取
9 . 0 ~ 85 . 0 = h 。
（3）取
85
. 0 = h
N F F 57 85
. 0 3 . 48 = = =
h 计算
实际 即 N
F 57 = 驱 （4）确定液压缸的直径D
因为 4
) ( 2 2 p d D p F - =
实际 （3-7）
选取活塞杆直径 D d 5 . 0 = ，选择液压缸工作压力 MPa P 1 ~ 8 . 0 = 。 所以
m P F D 011 . 0 )
5 . 0 1 ( 10 8 . 0 14 . 3 57
4 )
5 . 0 1 ( 4 2
6 2
= - ′ ′ ′ ′ =
- =
p 实际
根据液压缸内径系列（JB826-66），选取液压缸的内径为： mm D 20 = 则活塞杆直径为： mm D d 10 20 5 . 0 5 . 0 = ′ = = 。 所以手部夹紧液压缸的主要参数见表3-2。
表3-2手部夹紧液压缸的主要参数
液压缸内径 D 活塞杆直径 d 工作压力 P 驱动力 F
20mm 10mm 0.8MPa 57N
3.4 手爪夹持范围计算
材料
密度
灰口铸铁
6.60-
7.40 3 /cm k 可锻铸铁
7.20-7.40 3
/cm k 黄铜
8.80 3
/cm k 工业纯铁
7.87 3 /cm k 普通碳素钢
7.85 3 /cm k 铅
11.40 3
/cm k 设夹持物体取高度为10CM 的圆柱体。
根据公式 r p h r m 2 = （3-8)
算出夹持物体的半径的最小值为2.4cm,最大值为3.1cm。 为了保证手爪张开角为120°,设手爪长为 mm 80 ，当手爪没有张开角的时候，根据 机构设计，它的最小夹持半径 mm R 24 min = ,当张开角为120°时,根据双支点回转型手爪 的误差分析，取最大夹持半径 mm R 31 max = 。所以机械手的夹持半径为 mm 31 ~ 24 。
3.5 手爪夹持精度计算
机械手的精度设计要求工件定位准确， 抓取精度高， 重复定位精度和运动稳定性好， 并有足够的抓取能力。机械手能否准确夹持工件，把工件送到指定位置，不仅取决于机 械手的定位精度（由臂部和腕部等运动部件来决定），而且也与机械手夹持误差大小有 关，特别是在多品种的中、小批量生产中，为了适应工件尺寸在一定范围内的变化，一 定要进行机械手的夹持误差分析。
图3-2 手爪夹持误差分析示意图
以棒料（高度为 10cm）来分析机械手的夹持误差精度。机械手的夹持半径为
mm 31 ~ 24 ，一般夹持误差不超过 mm 1 ,分析如下：
工件的平均半径： mm
R 5 . 27 2
34
21 = + = 平均 手爪长 mm L 100 = ， 取V 型夹角 °
=120 2q 偏转角b 按最佳偏转角确定：
°
= °
′ = = - - 49 . 71 60 sin 100 5
. 27 cos
sin cos 1
1
q
b L R 平均 （3-9）
计算得
mm
L R 49 . 27 49 . 71 cos 60 sin 100 cos sin 0 = ° ′ ° ′ = = b q
式中 0 R ———理论平均半径 因为
min
0 max R R R > > 2 2 2 2 max 2 max 2 1
β sin β cos θ
sin 2 θ sin Δ a L a R L R L - - + - + = ） （ （3-10）
2
2 2 2 2 30
49 . 71 sin 100 30 49 . 71 cos 60 sin 31 100 2 ) 60 sin 31 ( 100 - - + ° °
′ - ° + = 08475 . 0
= 2
2 2
2 min 2 min 2 2 β sin β cos θ
sin 2 θ sin Δ a L a R L R L - - + - + = ） （ 2
2
2 2 2 2 30 49 . 71 sin 100 30 49 . 71 cos 60 sin 24 100 2 ) 60 sin 24 ( 100 - - + ° °
′ - ° + = 08474 . 0 = 1
084745 . 0 Δ < = 夹持误差满足设计要求。
4 滚珠丝杠螺母副的选型与计算
4.1 提升机构滚珠丝杠副的计算及选型
4.1.1 计算提升力
作用在丝杠上的提升率引力主要包括工作在上升时移动件的重量及其作用在导轨 上的摩擦力。因而其数值大小和导轨的型式有关。Fm （N ）计算公式如下：
矩形导轨： ) ( G F F KF F y Z x m +
+ + = m （4-1）
式中 z y x F F F , , 重力在各方向上的分力；
G -水平工作台重力；
K -考虑颠覆力矩影响的实验系数
在正常情况下， / ,, K f f 可取以下数值： 矩形导轨
1
. 1 = K 15
. 0 ' = f 上列摩擦系数 ' f 均是指滑动导轨。
机械手的最大抓取重量 1 G 为2kg ，机械手伸缩机构总重量 kg G 5 2 ￡ ，水平机构工作 台重量 kg G 5 3 ￡ ，提升机构重量 kg G 5
4 ￡ 。 显然在最底点上升时丝杠受力最大，此时
) ( 0 N F x = （4-3） ) ( 0
N F x = （4-3） )
(2
1 4 3
2 1 G G G G F z + + + = （4-4）
此设计中选用矩形导轨
)
( x y z x m F F F KF F + + + = m =570.76()
N 4.1.2 计算最大动负载
选用滚珠丝杠副的直径 0 d 时，，必须保证在一定轴向负载作用下，丝杠在回转 100 万转后，在它的滚道上不产生点蚀现象，这个轴向负载的最大值即称为滚珠丝杠能承受
的最大动负载C ，可用下式计算：
m
w F f L C 3 = （4-5）
式中L -寿命，为 6
10
转为一个单位， 6 10
60 T
n L ′ ′ =
- n 丝杠转速 min) / (r ，用下式计算
1000L v n s =
（4-6）
- s v 为最大负载条件下的进给速度 min) / (m ； 0 L -丝杠的导程， （mm）
； T-使用寿命，(h)，一般T=15000h ；
w f -运转系数，见表4-1。
表4-1运转系数
运转状态
运转系数 无冲击运转 1.0~1.2 一般运转 1.2~1.5 有冲击运转 1.5~2.5
该设计的最大负载条件下的进给速度为3mm/s ，丝杠导程初选 0 5 L mm = ，运转状态 为一般运转 w f =1.2，
0 1000 s v n L = 100012
2400(/min)
5 r ′ == (4-7)
6 60 10 n T L ′′ =
6
60240015000 1800 10
′′ == (4-8) 3 w m C L f F = 3 1800 1.2570.768331.5N
=′′= (4-9)
4.1.3 滚珠丝杠螺母副的选型
查表可采用 1 2005 W L 1 列2.5 圈外循环螺纹预紧滚珠丝杠副，额定动载荷为 8800N ，可满足要求，选定精度等级为3级。
4.1.4 传动效率的计算
滚珠丝杠螺母副的传动效率h ：
()
tg tg g h g j =
+ ( 4-10)
式中g -丝杠螺旋长升角；
j -摩擦角，滚珠丝杠副的滚动摩擦系数 0.003~0.004 f = ，其摩擦角约等于 /
10 。
() tg tg g h g j = + = 0/
0// 433 0.965
(43310)
tg tg = + (4-11)
4.1.5 刚度验算
先画出提升机构丝杠支承方式草图如图 4-1。最大牵引力为 570.76N ，支承间距为
300mm ，丝杠螺母及轴承均进行预紧，预紧力为最大轴向负载的 1
3
。
图4-1提升机构系统计算简图
4.1.6 丝杠拉伸或压缩变形量
根据 / 570.76 m F N = ， 0 20 D mm = 查出 5
1.310 L L
d - =′ ，可算出：
53
1 1.3106007.810 L L mm L
d d -- =
′=′′=′ (4-11) 由于两端均采用向心推力球轴承，且丝杠又进行了预拉伸，故其拉压刚度可以提高
4倍，其实际变形量 /
1 d （mm ）为：
/3
11 1
1.9510 4
d d - =′=′
(4-12)
4.1.7 滚珠与螺纹滚道间的接触变形
查表得， 1 W 系列1列2.5圈滚珠和螺纹滚道接触变形量
Q d ： 3.7 Q m
d m = 因进行了预紧， mm d d Q
85 . 1 7 . 3 2
1 2 1 2 = ′ = = （4-13）
4.1.8 支承滚珠丝杠轴承的轴向接触变形
采用8102推力球轴承， 滚动体直径 Q d =4.763mm ，滚动体数量z =12，
1 15 d mm = ，
2 2
3 3 22
50.776 0.00240.00240.0037 4.76312
m
C Q F d Z d === ′′ (4-14)
上式中 m F -轴承所受轴向载荷()
kgf z -轴承滚动体数目
Q d -轴承滚动体直径() mm
因施加预紧力，故
3 11
0.00370.00185
22
C
d d ==′= 根据以上计算
123 0.001950.001850.001850.00565
d d d d =++=++= (4-15)
小于定位精度。
4.2 伸缩机构滚珠丝杠副的计算及选型
4.2.1 计算伸缩引力
作用在丝杠上的伸缩率引力主要包括工作在伸缩移动件的重量及其作用在导轨上
的摩擦力。
N m kg kg f G F m 7 . 14 15 . 0 / 8 . 9 10
2 = ′ ′ = ′ =
式中 f 为滑动摩擦系数， 15 . 0 = f 4.2.2 计算最大动负载C
选用滚珠丝杠副的直径 0 d 时，必须保证在一定轴向负载作用下，丝杠在回转100 万转后，在它的滚道上不产生点蚀现象，这个轴向负载的最大值即称为滚珠丝杠能承受 的最大动负载C ，可用下式计算：
3 w m C L f F
= 式中L -寿命，为 6 10 转为一个单位，
6 60 10
n T
L ′′ =
n -丝杠转速，(/min) r ，用下式计算
0 1000 s v n L
=
s v -为最大负载条件下的进给速度(/min) m ； 0 L -丝杠的导程， （mm）
； T-使用寿命，(h)，一般T=15000h ；
w f -运转系数，见表11
- 该设计的最大负载条件下的速度为0.1/ m s ，丝杠导程初选 0 4 L mm = ，运转状态为 一般运转 1.2 w f = ，
0 1000 s v n L = 10006
1500(/min)
4 r ′ == 6 60 10 n T L ′′ =
6
60150015000 1350 10
′′ == 3 w m C L f F = 3 1350 1.2 4.9195.81N
=′′=
4.2.3 滚珠丝杠螺母副的选型
可采用 1004 SFK ，1列3圈外循环螺纹预紧滚珠丝杠副，额定动载荷为395N ，可满 足要求，选定精度等级为3级。 4.2.4 传动效率的计算
滚珠丝杠螺母副的传动效率h ：
()
tg tg g h g j =
+ 式中g -丝杠螺旋长升角；
j -摩擦角，滚珠丝杠副的滚动摩擦系数 0.003~0.004 f = ，其摩擦角约等于 /
10 。
() tg tg g h g j = + = 0/
0// 725 0.984
(72510)
tg tg = + 4.2.5 刚度验算
先画出提升机构丝杠支承方式草图如图4-2所示。
G
J M
图 4-2伸缩机构丝杠计算草图
最大牵引力为14.7N ，支承间距为 460 L mm = ，丝杠螺母及轴承均进行预紧，预紧
力为最大轴向负载的 1
3
。
由于牵引力很小无需进行刚度验算。
4.3 滚珠丝杠几何参数
表4-2 丝杠参数
名称 符号
1 2005
W L
1004 SFK
螺纹滚道
公称直径
d
20 10
导程
L
5 4
接触角b 0/
433
钢球直径（mm）
q
d
3．175
滚道法面半径
R 0.52
q
R d
=
1．651
偏心距
e
1
(/2)sin
e R d b
=-
0．045 螺纹升角g
L
arctg
d
g
p
=
0/
433 0/
725
螺杆
螺杆外径
d
(0.2~0.5)
q
d d d
=- 19．4 螺杆内径
1
d
10
22
d d
e R
=+-
16．788 螺杆接触直径 z
d
cos
z q
d d d b
=- 16．835
螺母 螺母螺纹直径 D
22
D d e R
=-+
23．212
螺母内径
1
D
10
(0.2~0.5)
q
D d d
=+ 20．635
5 蜗轮蜗杆传动的设计计算
选择普通圆柱蜗杆的渐开线蜗杆（ZI），该蜗杆的传递功率不大，速度中等，故蜗 杆材料用 45 钢，因希望效率高些，耐磨性好些，故蜗杆螺旋齿面要求淬火，硬度为
物料分拣机械手自动化控制系统设计
物料分拣机械手自动化控制系统设计 摘要 机械手在先进制造领域中扮演着极其重要的角色。它可以搬运货物、分拣物品、代替人的繁重劳动。可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，因此被广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。 本文在纵观了近年来机械手发展状况的基础上，结合机械手方面的设计，对机械手技术进行了系统的分析，提出了用气动驱动和PLC控制的设计方案。采用整体化的设计思想，充分考虑了软、硬件各自的特点并进行互补优化。对物料分拣机械手的整体结构、执行结构、驱动系统和控制系统进行了分析和设计。在其驱动系统中采用气动驱动，控制系统中选择PLC的控制单元来完成系统功能的初始化、机械手的移动、故障报警等功能。最后提出了一种简单、易于实现、理论意义明确的控制策略。 关键词:机械手；可编程控制器；自动化控制；物料分拣
目录 第一章前言 (1) 1.1研究的目的及意义 (1) 1.2主要研究的内容 (1) 第二章控制系统的组成结构和性能要求 (2) 2.1控制系统的组成结构 (2) 2.2控制系统的性能要求 (2) 第三章传感器的选择 (4) 第四章控制系统PLC的选型及控制原理 (6) 4.1 PLC控制系统设计的基本原则 (6) 4.2 PLC种类及型号选择 (10) 4.3 I/O点数分配 (10) 4.4 PLC外部接线图 (11) 4.5机械手控制原理 (12) 第五章 PLC程序设计 (14) 5.1总体程序框图 (14) 5.2初始化及报警程序 (15) 5.3手动控制程序 (16) 5.4自动控制程序 (16) 第六章总结与展望 (19) 参考文献 (20) 谢辞 (21)
“慧鱼模型”三自由度机械手
湖北理工学院毕业设计（论文） “慧鱼模型”三自由度机械手 设 计 小 册 学院：机电工程学院 班级：机械设计与制造 指导老师： 姓名：学号：201030120130 湖北理工学院毕业设计（论文） 一、概述 ............................................................ 1 1.1机电一体化技术 ................................................... 1 1.1.1机电一体化技术的定义和内容 (1) 1.1.2机电一体化系统组成 (1) 1.2. 慧鱼机器人 ..................................................... 2 1.2.1慧鱼创意教学组合模型简介 (2) 二、机器人的组成 .....................................................
2.1组成构件 ......................................................... 3 2.2慧鱼机器人分析 ................................................... 6 2.2.1机器人机构组成 (6) 2.2.2主要成分构成及功能 (7) 2.3. 机器人的工作空间形式 ............................................ 9 2.4机器人的机械运动形态和变换控制 .................................. 11 2.5机器人的位移、速度、方向的控制方法 (13) 湖北理工学院毕业设计（论文） 一、概述 1.1机电一体化技术 1.1.1机电一体化技术的定义和内容 机电一体化技术综合应用了机械技术、计算机与信息技术、系统技术、自动控制技术、传感检测技术、伺服传动技术,接口技术及系统总体技术等群体技术,从系统的观点出发,根据系统功能目标和优化组织结构目标,以智能、动力、结构、运动和感知等组成要素为基础,对各组成要素及相互之间的信息处理、接口耦合、运动传递、物质运动、能量变换机理进行研究,使得整个系统有机结合与综合集成,并在系统程序和微电子电路的有序信息流控制下,形成物质和能量的有规则 运动,在高质量、高精度、高可靠性、低能耗意义上实现多种技术功能复合的最佳功能价值的系统工程技术。 1.1.2机电一体化系统组成 1.机械本体机械本体包括机架、机械连接、机械传动等，它是机电一体化的基础，起着支撑系统中其他功能单元、传递运动和动力的作用。 2.检测传感部分检测传感部分包括各种传感器及其信号检测电路，其作用就是检测机电一体化系统工作过程中本身和外界环境有关参量的变化，并将信息传递给电子控制单元，电子控制单元根据检查到的信息向执行器发出相应的控制。 3.电子控制单元电子控制单元是机电一体化系统的核心，负责将来自各传感器的检测信号和外部输入命令进行集中、存储、计算、分析，根据信息处理结果，按照一定的程度和节奏发出相应的指令，控制整个系统有目的地进行。 4.执行器执行器的作用是根据电子控制单元的指令驱动机械部件的运动。执行器是运动部件，通常采用电力驱动、气压驱动和液压驱动等几种方式。 5.动力源动力源是机电一体化产品能量供应部分，是按照系统控制要求向机械系统提供能量和动力使系统正常运行。提供能量的方式包括电能、气能和液压
(完整版)基于plc的机械手控制系统设计
前言 随着我国工业生产的飞跃发展，自动化程度的迅速提高，实现工件的装卸、转向、输送或操持焊枪、喷枪、扳手等工具进行加工、装配等作业的自动化，已愈来愈引起人们的重视。 机械手是在机械化、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。在工业生产中应用的机械手被称为“工业机械手”。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、不知疲劳、不怕危险、抓举重物的力量比人手大等特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用，生产中应用机械手可以提高生产的自动化水平和劳动生产率；可以减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全生产；尤其在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣的环境中，它代替人进行正常的工作，意义更为重大。 本文将通过西门子PLC控制机械手，PLC是可编程控制器（Programmable Logic Controller）的简称，是在继电顺序控制基础上发展起来的以微处理器为核心的通用的工业自动化控制装置。随着电子技术和计算机技术的迅猛发展，PLC的功能也越来越强大，更多地具有计算机的功能。目前PLC已经在智能化、网络化方面取得了很好的发展。该系统利用西门子PLC，在步进电机驱动下，完成对机械手在搬运过程中的下降、夹紧、上升、右旋、下降、放松、上升、左旋等全过程自动化控制，并对非正常情况实行自动报警和自动保护，实现企业的机电一体化，提高企业的生产效率。
3个自由度机械手设计
第一章引言 机械工业是国民的装备部，是为国民经济提供装备和为人民生活提供耐用消费品的产业。不论是传统产业，还是新兴产业，都离不开各种各样的机械装备，机械工业所提供装备的性能、质量和成本，对国民经济各部门技术进步和经济效益有很大的和直接的影响。机械工业的规模和技术水平是衡量国家经济实力和科学技术水平的重要标志。因此，世界各国都把发展机械工业作为发展本国经济的战略重点之一。 工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。工业机械手的是工业机器人的一个重要分支。它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。机械手作业的准确性和各种环境中完成作业的能力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景。 机械手是在机械化，自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。在现代生产过程中，机械手被广泛的运用于自动生产线中，机械人的研制和生产已成为高技术邻域内，迅速发殿起来的一门新兴的技术，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，不知疲劳，不怕危险，抓举重物的力量比人手力大的特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用。 机械手技术涉及到力学、机械学、电气液压技术、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域，是一门跨学科综合技术。 机械手是一种能自动化定位控制并可重新编程序以变动的多功能机器，它有多个自由度，可用来搬运物体以完成在各个不同环境中工作。 1.1 机械手的分类 机械手一般分为三类：第一类是不需要人工操作的通用机械手。它是一种独立的不附属于某一主机的装置。它可以根据任务的需要编制程序，以完成各项规定的操作。它的特点是具备普通机械的性能之外，还具备通用机械、记忆智能的三元机械。第二类是需要人工才做的，称为操作机。它起源于原子、军事工业，先是通过操作机来完成特定的作业，后来发展到用无线电讯号操作机来进行探测月球等。工业中采用的锻造操作机也属于这一范畴。第三类是用专用机械手，主要附属于自动机床或自动线上，用以解决机床上下料和工件送。这种机械手在国外称为“Mechanical Hand”，它是为主机服务的，由主机驱动；除少数以外，工作程序一般是固定的，因此是专用的。
自由度机械手设计
设计说明书 课题：凸轮轴加工自动线机械手 班级：数控69902 设计：沈晓春 审核： 二00五年九月
目录 一、目录 (2) 二、前言 (3) （一）机械手的用途说明 (3) （二）设计机械手的目的、意义 (3) （三）设计指导思想应达到的技术性能要求 (4) 三、设计方案论证 (5) （一）机械手的原始依据 (5) （二）机械手的运动方案论证 (6) 四、机械手各组成部件设计计算 (8) （一）抓取机械设计 (8) （二）手腕机构 (12) （三）手臂设计 (14) （四）缓冲装置设计 (22) （五）定位机构设计…………………………………………………………………………………
25 （六）机械手驱动系统设计 (25) 五、机械手控制系统设计 (25) 六、设计总结 (26) 七、参考文献 (27) 二、前言 （一）机械手的用途说明 机械手是模仿人手工作的机械设备。实验用机械手的设计，是指机械手臂在一定范围内的摆动，手臂的垂直方向的上下移动及手爪的伸缩运动组成。由启动系统实现各运动的驱动。它的主要作用是将工件按预定的程序自动地搬运到需要的位置，或者保持工具进行工作。机械手是利用PLC控制整个系统实现各种运动的自动化控制，且能用于教学演示。 （二）机械手的目的、意义 机械手是模仿人手的动作，生产中应用机械手可以提高自动化水平和劳动生产率，可以减轻劳动强度，保证产品质量，实现安全生产，尤其在恶劣的劳动条件下，它代替人作业的意义更加重大。因此，在机械加工中得到越来越广泛的应用。
目的是，我们对机械手的设计步骤有一定的平衡了解；也能基本掌握机械设计的方法；综合运用学过的理论知识；全面复习绘图技巧，并较好的运用于毕业设计绘图上。通过这次设计，使我了解到，自动控制的对象主要是单机或某个生产过程，智能控制则包括控制对象及整个工作环境或整个生产过程；自动控制的目标是使在系统控制的某个状态下，尽量消除环境对系统的影响，智能控制关心的使最终状态或现行状态是否合乎要求。因此，要充分考虑环境的影响；自动控制的学习来源重要是对象的状态的反馈，所以智能控制需要一个庞大的数据库；自动控制理论着重描述对象的数学模型，然后，通过各种控制算法进行控制，以达到目的，智能控制着重直接控制经验。（三）设计的指导思想，应达到的技术性能要求 结构简单：设计为三自由度的机械手臂，运动形式简单，可以把手臂设计成为沿导向装置运动，直接选用标准规格的液压缸和内胀式机械手爪，无须另行设计。 外观不要有手臂堵塞外形：设计尽量要求安装方便，各非标准件加工方便。因此，不必设计成套形式，管道也不必安排在手臂内部，可以采用软管直接连接。 本次设计的手臂不要光用于工业生产，因此，对各部件的加工精度及安装要求不高，可以在通用机床上加工完成。
示教机械手控制系统设计
百度文库- 让每个人平等地提升自我 0前言 / 机械手的积极作用正日益为人们所认识，其一，它能部分地代替人的劳动并能达到 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。因为，它能大大地 改善工人的劳动条件，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。因此，受到各先进单 位的重视并投入了大量的人力物力加以研究和应用。尤其在高温、高压、粉尘、噪声的 场合，应用得更为广泛。在我国，近代几年来也有较快的发展，并取得一定的成果，受 到各工业部门的重视。在生产过程中，经常要对流水线上的产品进行分捡，本课题拟开 发物料搬运机械手，采用的德 结束语 目录 0前言 0 1 课程设计的任务和要求 ...................................................................... 1 课程设计的任务 ............................................................................ 1 课程设计的基本要求 (3) 2总体设计 (3) PLC 的选型 端子分配图 3 PLC 程序设计 设计思想... 顺序功能图 4程序调试说明 参考文献
国西门子S7-200系列PLC对机械手的上下、左右以及抓取运动进行控制。我们利用可编 程技术，结合相应的硬件装置，控制机械手完成各种动作。 机电传动以及控制系统总是随着社会生产的发展而发展的。单就机电而言，它的发展大体上经历了成组拖动，单电动机拖动和多电动机拖动三个阶段。所谓成组拖动，就是一台电动机拖动一根天轴，再由天轴通过皮带轮和皮带分别拖动各生产机械，这种生产方式效率低，劳动条件差，一旦电动机放生故障，将造成成组机械的停车；所谓但电动机的拖动，就是用一台电动机拖动一台生产机械，它虽然较成组拖动前进了一步，但当一台生产机械的运动部件较多时，机械传动机构复杂；多电动机拖动，即是一台生产机械的每一个运功部件分别由一台电动机拖动，这种拖动的方式不仅大大的简化了生产 机械的传动机构，而且控制灵活，为生产机械的自动化提供了有利的条件。 、1课程设计的任务和要求 课程设计的任务 1）示教机械手控制系统设计 2）示教机械手系统示意图如下图所示
六自由度机械手设计
机械设计课程设计说明书 六自由度机械手 TOPWORK 上海交通大学机械与动力工程学院专业机械工程与自动化 设计者： 李晶(5030209252) 李然(5030209316) 潘楷 (5030209345) 彭敏勤 (5030209347) 童幸 (5030209349) 指导老师：高雪官 2006616
、八— 刖言 在工资水平较低的中国，制造业尽管仍属于劳动力密集型，机械手的使用已经越来越普及。那些电子和汽车业 的欧美跨国公司很早就在它们设在中国的工厂中引进了自 动化生产。但现在的变化是那些分布在工业密集的华南、 华东沿海地区的中国本土制造厂也开始对机械手表现出越 来越浓厚的兴趣，因为他们要面对工人流失率高，以及交 货周期缩短带来的挑战。 机械手可以确保运转周期的一贯性，提高品质。另 外，让机械手取代普通工人从模具中取出零件不仅稳定， 而且也更加安全。同时，不断发展的模具技术也为机械手 提供了更多的市场机会。 可见随着科技的进步，市场的发展，机械手的广泛应用已渐趋可能，在未来的制造业中，越来越多的机械手将 被应用，越来越好的机械手将被创造，毫不夸张地说，机 械手是人类是走向先进制造的一个标志，是人类走向现代化、高科技进步的一个象征。因此如何设计出一个功能强大，结构稳定的机械手变成了迫在眉睫的问题。
目录 一.设计要求和功能分析 4 - ?- ■基座旋转机构轴的设计及强度校核 5 三.液压泵俯仰机构零件设计和强度校核 8 四.左右摇摆机构零件设计和强度校核 11五.连腕部俯仰机构零件设计和强度校核 14六.旋转和夹紧机构零件设计和强度校核 19七.机构各自由度的连接过程 25八.设计特色 28九.心得体会 28十.参考文献30 一. 任务分工31 十二.附录（零件及装配图）31
机械工程及自动化专业毕业设计论文-多自由度机械手设计
前言 1.1 课题背景及意义 机械手通过运动控制芯片、单片机、可控制编程器等来控制电机、气缸、液压缸的运动，从而模仿人手和臂的某些动作，按固定程序实现物体的抓取。它可代替人的劳动，也可以在有害环境下保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、电子、原子能等部门。目前机械手主要用于以下几个方面。 (1).恶劣的工作环境和危险的工作 在核工业中，核产品具有较强的放射性，为了人员的安全，需要机械手来完成相关的清理工作。 (2).自动化生产领域 主要用于生产上实现自动化。如当机械手末端夹持焊枪时，可以对汽车或摩托车的车体进行点焊或弧焊作业。 (3).在特殊作业场合进行极限作业 在一些高危领域经常要用到机器人去探索。目前研制出了螃蟹机器人，用于水下勘测、海洋搜寻及石油天然气的勘测。 (4).农业生产 目前研制出了太阳能农用机器人，他可以找到隐藏在农作物中的杂草，通过机械手隔断杂草，同时还可以利用机械手喷洒除草剂。 (5).军事应用 在军事应用中，军人执勤经常会遇到危险，这就需要机器人帮助完成执勤任务，当今世界机器人竞争很激烈，要在这个激烈的国际竞争中立于不败之地,就需要有我国自己的机器人产业，未来世界高科技的竞争更重要的则是人才的竞争。因此,从现在开始就应该注意培养后备力量。机械手是机器人产业的典型代表,因此可以用来作为教学应用的示例。 机械手为典型的机电产品，包含了驱动元件，控制元件，信息处理元件，执行机构，传动机构，机械本体等组成元素，并且具有控制能力强，改变控制程序灵活方便、可靠性高等特点，为学生提供了良好的学习工具。它将现代工业与教学联系在了一起，通过控制—执行这整个的过程使学生对所学的知识有一个更好的认识，从而激发学生的学习兴趣。随着当今计算机技术的飞速发展，它已突破纯开关量控制的局限，进入模拟量控制等领域。通过该机械手的教学开拓了学生专业视野，为他们迎接就业和深造的挑战打下坚实的基础。
圆柱坐标机械手结构设计概述
圆柱坐标式三自由度机械手 摘要 机器人不仅是一种自动化的机器。机器人是一种可重新编程的、多功能的、机械手,为实现各种任务设计成通过可改变的程序动作来移动材料、零部件、工具或是其他专用装置。 本设计设计的是一种圆柱坐标式机械手,该装置具有三个独立运动(两个直线运动、一个旋转运动)，也确实是所讲的三个自由度。该机构中立柱可相关于机座旋转180度，回转速度15r/min，可水平伸缩距离400mm，移动速度约0.2m/s，机械手可上下垂直运动，其垂直升降量1000mm，移动速度约0.15m/s，机械手最大夹持重量10kg，所夹持工件为圆柱形，直径范围：
Ф30mm—Ф120mm。 本设计的旋转运动采纳摆动液压马达（旋转液压缸）驱动，水平伸缩运动采纳液压缸驱动，垂直升降运动仍采纳液压缸驱动。 关键词：三自由度，圆柱坐标式，工业机器人，机械手
CYLINDRICAL COORDINATE ROBOT OF THREE DEGREES OF FREEDOM ABSTRACT A robot is not simply another automated machine. A robot is a reprogrammable multifunctional manipulator designed to
move material, parts, tool, or specialized devices through variable programmed motions for the performance of a variety of task. This design is a cylindrical coordinate manipulator, the device has three separate campaigns (two straight-line movement, a rotating Movement), that is to say that the device has three degrees of freedom. The bodies of the column can be compared to frame 180-degree rotation, with the rotation speed 15 r / min. The manipulator may be stretching from the level of 400mm, with the moving speed about 0.2 m/ s. From the top to the bottom, the manipulator can do vertical movement and its vertical take-off and landing is 1000mm, with the moving speed about 0.15 m/ s. The largest weight
3个自由度机械手设计
毕业设计(论文) 说明书 第一章引言 机械工业是国民的装备部，是为国民经济提供装备和为人民生活提供耐用消费品的产业。不论是传统产业，还是新兴产业，都离不开各种各样的机械装备，机械工业所提供装备的性能、质量和成本，对国民经济各部门技术进步和经济效益有很大的和直接的影响。机械工业的规模和技术水平是衡量国家经济实力和科学技术水平的重要标志。因此，世界各国都把发展机械工业作为发展本国经济的战略重点之一。 工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。工业机械手的是工业机器人的一个重要分支。它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。机械手作业的准确性和各种环境中完成作业的能力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景。 机械手是在机械化，自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。在现代生产过程中，机械手被广泛的运用于自动生产线中，机械人的研制和生产已成为高技术邻域内，迅速发殿起来的一门新兴的技术，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，不知疲劳，不怕危险，抓举重物的力量比人手力大的特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用。 机械手技术涉及到力学、机械学、电气液压技术、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域，是一门跨学科综合技术。 机械手是一种能自动化定位控制并可重新编程序以变动的多功能机器，它有多个自由度，可用来搬运物体以完成在各个不同环境中工作。 1.1 机械手的分类 机械手一般分为三类：第一类是不需要人工操作的通用机械手。它是一种独立的不附属于某一主机的装置。它可以根据任务的需要编制程序，以完成各项规定的操作。它的特点是具备普通机械的性能之外，还具备通用机械、记忆智能的三元机械。第二类是需要人工才做的，称为操作机。它起源于原子、军事工业，先是通过操作机来完成特定的作业，后来发展到用无线电讯号操作机来进行探测月球等。工业中采用的锻造操作机也属于这一范畴。第三类是用专用机械手，主要附属于自动机床或自动线上，
机械手控制系统设计(完整版).doc
机械手控制系统设计 摘要 在工业生产和其他领域内，由于工作的需要，人们经常受到高温、腐蚀及有毒气体等因素的危害，增加了工人的劳动强度，甚至于危及生命。自从机械手问世以来，相应的各种难题迎刃而解。 本次设计根据课题的控制要求,确定了搬运机械手的控制方案,设计控制系统的电气原理图，对控制系统进行硬件和软件选型,完成PLC（可编程控制器）用户程序的设计。设计中使用了德国西门子公司生产的S7-200系列的CPU 226。该系列PLC具有功能强大，编程方便，故障率低，性价比高等多种优点。机械手的开关量信号直接输入PLC，使用CPU 226来完成全部的控制功能，包括：手动/自动控制切换，循环次数设定，状态指示，手动完全操控等功能。机械手完成下降、伸出、加紧工件、上升、右旋、再下降、放松工件、缩回、放松、左旋十个动作。通过模拟调试，有序的控制物料从生产流水线上安全搬离，提高搬运工作的准确性、安全性，实现一套完整的柔性生产线，使制造过程变的更有效率。 通过本次毕业设计，对PLC控制系统的设计建立基本的思想：能提出自己的应用心得；可巩固、深化前续所学的大部分基础理论和专业知识，进一步培养和训练分析问题和解决问题的能力，进一步提高自己的设计、绘图、查阅手册、应用软件以及实际操作的能力，从而最终得到相关岗位和岗位群中关键能力和基本能力的训练。 关键词：机械手；PLC（可编程控制器）；CPU；梯形图
II The Design of Manipulator Control System ABSTRACT In industrial manufacturing and other fields, due to the demand of work, many workers are compelled to expose in harmful circumstance like high temperature, corrosion, toxic gases harm and so on, that increased labor intensity, even imperial their lives. However, since the manipulator came out, many knotty problems are smoothly solved. The design requirements under the control of the subject to determine the handling robot control program, designed control system electrical schematic diagram, the control system hardware and software selection, complete the design of the user program in the PLC (programmable controller). Design used in the German company Siemens S7-200 series CPU 226. The series PLC with powerful, easy programming and low failure rate, and cost advantages. Robot switch signal input to the PLC, the CPU 226 to complete all the control functions, including: manual / automatic control switch, set the number of cycles, status indicator, manual complete control and other functions. the production line on the safe move out, so that the manufacturing process becomes more efficient. The graduation project, the design of PLC control system to establish the basic idea: to make their own application experience; can strengthen and deepen the most of the former continued the basic theory and professional knowledge, further training and training to analyze and solve problems the ability to further improve their design, drafting, inspection manuals, application software, as well as the actual ability to operate, and ultimately related jobs and job base in key skills and basic skills training. Key Words: Manipulator;PLC;CPU;Ladder-diagram
机械手及控制系统设计
河北工程大学 课程设计指导说明书 课程题目: 机械手及控制系统设计 专业: 机械设计制造及其自动化—机电方向 班级: 机制11班 姓名: 唐科 学号 110070118 指导老师: 杨玉敏 目录 第一章绪论 1、1 题目要求。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。3 1、2 题目概况。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。3 1、3 气动机械手。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。3 1、4 气动机械手的发展趋势。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。3 1、5 课题的现实意义。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。4 第二章气动机械手的操作要求及功能 2、1 机械手移动动作示意图。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。5 2、2 机械手操作面板图。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。5 2、3 机械手的输入\输出信号定义图。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。6 2、4 机械手顺序动作的要求。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。6 第三章机械部分设计 3、1 气动搬运机械手的结构。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。8 3、2 机械手的主要部件及运动。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。8 3、3 驱动机构的选择。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。9 3、4 机械手的技术参数列表。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。9 3、5 气动回路的设计。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。9 3、6 末端执行器的设计。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。10 3、7 升降手臂的设计。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。12 3、8 平移手臂的设计。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。14 第四章机械手控制设计
三自由度并联机械手的设计.doc
学号： 密级： 武汉东湖学院本科生毕业论文(设计) 三自由度并联机械手的设计 院(系)名称：机电工程学院 专业名称：机械设计制造及其自动化 学生姓名： 指导教师: 二〇一六年五月六日
郑重声明 我郑重声明：本人恪守学术道德，崇尚严谨学风，所呈交的学术论文是本人在老师的指导下，独立进行研究工作所取得的结果。除文中明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何他人已经发表和撰写过得内容。论文为本人亲自撰写，并对所写内容负责。 本人签名： 日期：2016年5月7号
摘要 随着机器人技术的快速发展，并联机械手的应用领域越来越广，已成为当今机器人领域新的研究热点。针对并联机械手机构比传统串联机械手更复杂的问题，本文以一种轻型高速的三自由度Delta 并联机械手为例，在完成其运动学的基础上，对并联机械手进行了建模以及装配。 首先，本文介绍了三自由度并联机械手机构的工作原理，并对其进行了运动学分析。其中，对机构的自由度进行的计算，采用几何法求得了其运动学正解以及其运动学逆解。其次，对机构进行了速度模型及雅克比矩阵的分析。实现了solidworks对机构的零部件与装配图三维建模。最后，通过个零部件的配合，实现了三自由度并联机械手的装配。 关键词：并联机械手；三自由度；3D建模
ABSTRACT With the rapid development of robot technology, parallel manipulator used more and more widely, has become the hot spot in the field of new robots today. In view of the parallel manipulator mechanism more complex than the traditional serial manipulator problem, based on a lightweight high-speed three degree of freedom parallel manipulator as an example, the Delta at the completion of its kinematics, on the basis of the parallel manipulator has carried on the modeling and assembly. First, this paper introduces the working principle of three degrees of freedom parallel manipulator mechanism, and carries on the kinematics analysis. Among them, the institution of degree of freedom for the calculation of geometric method is used to obtain the positive kinematics solution and its inverse kinematics solution. Second, the institutions for the velocity model and the Jacobi matrix analysis. Implements the solidworks for spare parts and assembly drawing 3 d modeling of the organization. Finally, by a spare parts, implements the three degree of freedom parallel manipulator assembly. Keywords: Parallel manipulator；Three degrees of freedom；3D modeling
-机械手电气控制系统设计.doc
机械手电气控制系统设计
目录 一、机械手设计任务书 (1) 1机械手结构、动作与控制要求 (1) 2设计任务 (1) 二、电器控制部分 (2) 1.电器元件目录表 (2) 2.机械手主电路接线图 (3) 3.继电器控制电路 (4) 4.接线图 (4) 5.电器板元件布置图 (5) 6.控制面板 (5) 三、PLC控制部分 (6) 1.PLC的选型 (6) 2.PLC I/O图 (6) 3.状态转移图 (7) 4.梯形图 (7) 5.指令表 (10) 四、参考文献 (14) 一、机械手设计任务书 1机械手结构、动作与控制要求
机械手在专用机床及自动生产线上应用十分广泛，主要用于搬动或装卸零件的重复动作，以实现生产的自动化。本设计中的机械手采用关节式结构。各动作由液压驱动，并由电磁阀控制。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，动作时间需要可调。 以镗孔专用机床加工零件的上料、下料为例，机械手的动作顺序是：由原始位置将以加工好的工件卸下，放回料架，等待料架转过一定角度后，再将未加工零件拿起，送到加工位置，等待镗孔加工结束，再将加工完毕工件放回料架，如此重复循环。 设计要求 1.1加工中上料和下料各动作采用自动循环。 1.2各动作之间应有一定的延时（由时间继电器调定） 1.3机械手各部分应单独动作，以便调整及维修。 1.4液压泵电动机（Y100L2-4.3KW）及各电磁阀运行状态应有指 示。 1.5应有必要的电气保护与联锁环节。 2设计任务： 2.1绘制电气控制原理线路图，选用电器元件，制订元件目录表。 2.2设计并绘制以下工艺图样中的一种： 电器板元件布置图与底板加工零件图；电器板接线图；控制面 板元件布置图、接线图及面板加工图；电气箱及系统总接线图。 2.3编制设计，使用说明书，设计小结，列出设计参数资料目录。
圆柱坐标型工业机器人设计
圆柱坐标型工业机器人设计 1.1工业机器人研究的目的和意义 工业机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的现代制造业重要的自动化装备。自从1962年美国研制出世界上第一台工业机器人以来,机器人技术及其产品发展很快,已成为柔性制造系统( FMS) 、自动化工厂( FA) 、计算机集成制造系统(CIMS)的自动化工具。广泛采用工业机器人,不仅可提高产品的质量与数量,而且保障人身安全、改善劳动环境、减轻劳动强度、提高劳动生产率、节约材料消耗以及降低生产成本有着十分重要的意义。和计算机、网络技术一样,工业机器人的广泛应用正在日益改变着人类的生产和生活方式。 20世纪80年代以来，工业机器人技术逐渐成熟，并很快得到推广，目前已经在工业生产的许多领域得到应用。在工业机器人逐渐得到推广和普及的过程中，下面三个方面的技术进步起着非常重要的作用。 1.驱动方式的改变 20世纪70年代后期，日本安川电动机公司研制开发出了第一台全电动的工业机器人，而此前的工业机器人基本上采用液压驱动方式。与采用液压驱动的机器人相比，采用伺服电动机驱动的机器人在响应速度、精度、灵活性等方面都有很大提高，因此，也逐步代替了采用液压驱动的机器人，成为工业机器人驱动方式的主流。在此过程中，谐波减速器、R V减速器等高性能减速机构的发展也功不可没。近年来，交流伺服驱动已经逐渐代替传统的直流伺服驱动方式，直线电动机等新型驱动方式在许多应用领域也有了长足发展。 2.信息处理速度的提高 机器人的动作通常是通过机器人各个关节的驱动电动机的运动而实现
的。为了使机器人完成各种复杂动作，机器人控制器需要进行大量计算，并在此基础上向机器人的各个关节的驱动电动机发出必要的控制指令。随着信息技术的不断发展，C P U的计算能力有了很大提高，机器人控制器的性能也有了很大提高，高性能机器人控制器甚至可以同时控制20多个关节。机器人控制器性能的提高也进一步促进了工业机器人本身性能的提高，并扩大了工业机器人的应用范围。近年来，随着信息技术和网络技术的发展，已经出现了多台机器人通过网络共享信息，并在此基础上进行协调控制的技术趋势。 3.传感器技术的发展 机器人技术发展初期，工业机器人只具备检测自身位置、角度和速度的内部传感器。近年来，随着信息处理技术和传感器技术的迅速发展，触觉、力觉、视觉等外部传感器已经在工业机器人中得到广泛应用。各种新型传感器的使用不但提高了工业机器人的智能程度，也进一步拓宽了工业机器人的应用范围。 1.2工业机器人在国内外的发展现状与趋势 目前，工业机器人有很大一部分应用于制造业的物流搬运中。极大的促进物流自动化，随着生产的发展，搬运机器人的各方面的性能都得到了很大的改善和提高。气动机械手大量的应用到物流搬运机器人领域。在手爪的机械结构方面根据所应用场合的不同以及对工件夹持的特殊要求，采取了多种形式的机械结构来完成对工件的夹紧和防止工件脱落的锁紧措施。在针对同样的目标任务，采取多种运动方式相结合的方式来达到预定的目的。驱动方面采用了一台工业机器人多种驱动方式的情况，有液压驱动，气压驱动，步进电机驱动，伺服电机驱动等等。愈来愈多的搬运机器人是采用混合驱动系统的，这样能够更好的发挥各驱动方式的优点，避免缺点。并且在它的控制精度方面和搬运效率方面有了很大的提高。在搬运机械手的控制方面，出现了多种控制方式。如：由原始的电控的机械手，
三自由度机械手的结构设计论文
三自由度机械手的结构设计 摘要 本文简要介绍了机械手的概念，机械手的组成和分类，国内外的发展状况及发展前景。 本文对机械手进行总体方案设计，结合生产实际及理论确定了机械手的结构及动作过程，坐标型式和自由度数，并列出了机械手的技术参数。 设计出了机械手的驱动方案、控制方案，在进行控制方案的选取时进行了不同方案的优缺点的对比，最后确定了具体的控制方案。在进行机械手控制器件的选取时，对控制器件选择进行了详细的分析，如对步进电机参数的具体选取。最后介绍了利用可编程序控制器对机械手进行控制，同时叙述了可编程序控制器选取原则及工作过程，并绘制出了可编程序控制器外部接线图。在用可编程序控制器控制时分为手动和自动两种工作方式，并绘制了自动工作方式的顺序功能图。 关键词机械手的概念，机械手控制器件，可编程序控制器（PLC） ThREE DEGREES OF FREEDOM MANIPULATOR DESIGN ABSTRACT
目录 中文摘要 (1) 英文摘要 (2) 一、引言 1.1简要介绍机械手的概念 (4) 1.2机械手的组成和分类 (5) 1.2.1机械手的组成 (5) 1.2.2机械手的分类 (5) 1.3国内外发展状况 (6) 二、三轴自由度机械手的结构及动作过程 (7) 2.1机械手的结构 (7) 2.2机械手的动作过程 (8) 2.3机械手的驱动方案设计 (9) 2.4机械手的控制方案设计 (9) 2.5机械手的座标型式与自由度 (10) 2.6机械手的技术参数列表 (11) 三、控制器件选型 (11) 3.1步进电机及其驱动器选择 (11) 3.2直流电机及其驱动器选择 (12) 3.3旋转编码器的选择 (14) 四、机械手的PLC控制设计 (15) 5.1可编程序控制器的选择 (15) 5.2可编程序控制器的工作过程 (16) 总结 (19) 致谢 (20) 参考文献 (20) 附录 (21)