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物料搬运机器人手的系统设计

天津大学

毕业设计

中文题目：物料搬运机器人手部系统的设计

英文题目：Material handling system design robot

Hand department

学生姓名

系别机电

专业班级 2

指导教

成绩评定

2010年6月

1 引言 (1)

1.1 机器人概述 (1)

1.2 机器人的研究历史及现状 (1)

1.3 机器人的发展趋势 (2)

2 手部的设计与计算 (3)

2.1 手部的设计 (3)

2.2 驱动方式 (3)

2.3 手部夹紧力的计算 (5)

2.4 弹簧的计算[6] (5)

2.5 手部电机选择原则【7】........................... 错误！未定义书签。

2.5.1 一般执行电机的选择原则...................... 错误！未定义书签。

2.5.2 电机的选用.................................. 错误！未定义书签。

2.6 手部电机参数计算.............................. 错误！未定义书签。

2.7 电机转速与夹紧力速度几何关系的确定............ 错误！未定义书签。

3 手臂的设计与计算............................... 错误！未定义书签。

3.1 手臂结构设计.................................. 错误！未定义书签。

3.2 手部质量计算.................................. 错误！未定义书签。

3.2.1 爪子的质量计算.............................. 错误！未定义书签。

3.2.2 手部外壳质量计算............................ 错误！未定义书签。

3.2.3 手部主轴的质量计算.......................... 错误！未定义书签。

3.2.4 其它部件的质量估算.......................... 错误！未定义书签。

3.3 手臂计算及电机选择............................ 错误！未定义书签。

4 结论.......................................... 错误！未定义书签。【参考文献】................................... 错误！未定义书签。致谢............................................ 错误！未定义书签。附录1：英文文献 .................................. 错误！未定义书签。附录2：英文文献翻译 .............................. 错误！未定义书签。

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，普遍重视生产过程的自动化程度，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，一般采取示教再现的工作方式。

针对用于给冲压设备运送物料的物料搬运机器人的手部系统进行设计。通过对机器人的大臂、小臂和机械手的结构的设计，选择合适的传动方式、驱动方式包括伺服电机、步进电机和传动方式的选择，以实现关节的伺服控制和制动问题，以及搬运时的抓紧力、抓紧方式，从而实现物料的准确搬运。

关键词：机器人；机械手；伺服；制动

ABSTRACT

In the modern large-scale manufacturing industry, enterprises pay more attention on the automation degree of the production process in order to enhance the production efficiency, and guarantee the product quality. As an important part of the automation production line, industrial robots are gradually approved and adopted by enterprises. The technique level and the application degree of industrial robots reflect the national level of the industrial automation to some extent, currently, industrial robots mainly undertake the jops of welding, spraying, transporting and stowing etc. , which are usually done repeatedly and take high work strength, and most of these robots work in playback way.

To stamp out the equipment used to transport material material handling the robot's hand to design the system. the robot's arm, pudgy forearms and robot structure designed to choose a suitable transmission, including the servo motor drive mode and step into the motors and drive the way to achieve the capsules of the server to control and brake problems, and handling of no force, no way to achieve the accuracy of this material.

KEY WORDS: robot; servocontrol; brake

1 引言

1.1 机器人概述

“工业机器人”（Industrial Robot）多数是指程序可变（编）的独立的自动抓取、搬运工件、操作工具的装置，国内称作工业机器人或通用机器人。

机器人是一种具有人体上肢的部分功能，工作程序固定的自动化装置。简而言之，机器人就是用机器代替人手，把工件由某个地方移向指定的工作位置，或按照工作要求以操纵工件进行加工。机器人具有结构简单、成本低廉、维修容易的优点，但功能较少，适应性较差。目前我国常把具有上述特点的机器人称为专用机器人，而把工业机械人称为通用机器人【1】。

要机器人像人一样拿取东西，最简单的基本条件是要有一套类似于指、腕、臂、关节等部分组成的抓取和移动机构——执行机构；像肌肉那样使手臂运动的驱动—传动系统；像大脑那样指挥手动作的控制系统。一般而言，机器人通常就是由这三部分组成，这些系统的性能就决定了机器人的性能。如图 1 所示。

图1 机器人的一般组成

1.2 机器人的研究历史及现状

机器人首先是从美国开始研制的。1958年美国联合控制公司研制出世界上第一台机器人。它的结构特点是机体上安装一个回转长臂，端部装有电磁铁的工件抓放机构，控制系统是示教型的【2】。

日本是工业机器人发展最快、应用最多的国家。自1969年从美国引进两种典型机器人后，大力开展机器人的研究【3】。

目前，工业机器人主要用于装卸、搬运、焊接、铸锻和热处理等方面，无

论是数量、品种，还是性能方面都还不能完全满足工业生产发展的需要。使用工业机器人代替人工操作的，主要是在危险作业、多粉尘、高温、噪声、工作空间狭小等不适于人工作业的工作环境。

在国外机械制造业中，工业机器人应用较多，发展较快。目前主要应用于机床、模锻压力机的上下料，以及点焊、喷漆等作业，它可按照事先制订的作业程序完成规定的操作，但还不具备传感反馈能力，不能应付外界的变化。如发生某些偏离时，就会导致零部件甚至机器人本身的损坏。

我国虽然开始研制工业机器人的时间仅比日本晚5～6年，但是由于种种原因，工业机器人技术的发展比较慢【4】。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。

1.3 机器人的发展趋势

随着现代化生产技术的提高，机器人的设计生产能力进一步得到加强，尤其当机器人的生产与柔性化制造系统相结合，从而改变目前机械制造的人工操作状态，提高了生产效率。

就目前来看，现代工业机器人有以下几个发展趋势【5】：

（！）提高运动速度和运动精度，减少重量和占用空间，加速机器人功能部件的标准化和模块化，将机器人的各个机械模块、控制模块、检测模块组成结构不同的机器人；

（2）开发各种新型结构用于不同类型的场合，如开发微动机构用以保证精度；开发多关节多自由度的手臂和手指；开发各类行走机器人，以适应不同的场合；

（3）研制各类传感器及检测元器件，如，触觉、视觉、听觉、味觉、和测距传感器等，用传感器获得工作对象周围的外界环境信息、位置信息、状态信息以完成模式识别、状态检测。并采用专家系统进行问题求解、动作规划，同时，越来越多的系统采用微机进行控制。

对于现代智能机器人而言，还具有智能系统，主要是感觉装置、视觉装置和语言识别装置等。目前研究主要集中在赋予机器人“眼睛”，使它能识别物体和躲避障碍物，以及机器人的触觉装置。

2 手部的设计与计算

2.1 手部的设计

工业机器人的手又称为末端执行器，它是机器人直接用于抓取和握紧（吸附）专用工具（如喷枪、扳手、焊具、喷头等）进行操作的部件。它具有模仿人手动作的功能，并安装于机器人手臂的前端。由于被握工件的形状、尺寸、重量、材质及表面状态等不同，因此工业机器人末端操作器是多种多样的，大致可分为夹钳式取料手、吸附式取料手、专用操作器及转换器和仿生多指灵巧手等。

本文设计对象为物料搬运机器人，并不需要复杂的多指人工指，只需要设计能从不同角度抓取工件的钳形指。

手指是直接与工件接触的部件。手指松开和夹紧工件，是通过手指的张开与闭合来实现的。该设计采用两个手指，其外形如图2所示。

图2 机械手手指形状

2.2 驱动方式

机械手常用的驱动方式有液压驱动、气压驱动和电机驱动三种类型。这三种方法各有所长，各种驱动方式的特点见表1。

机械手驱动系统各有其优缺点，通常对机器人的驱动系统的要求有：

(1)驱动系统的质量尽可能要轻，单位质量的输出功率要高，效率也要高；

(2)反应速度要快，即要求力矩质量比和力矩转动惯量比要大，能够进行频繁地起、制动，正、反转切换；

(3)驱动尽可能灵活，位移偏差和速度偏差要小；

(4)安全可靠；对环境无污染，噪声要小；

(5)操作和维护方便；

(6)经济上合理，尤其要尽量减少占地面积。

基于上述驱动系统的特点和机器人驱动系统的设计要求，本文选用步进电机驱动的方式对机器人进行驱动。

表1 三种驱动方式的特点对照

内容

驱动方式

液压驱动气动驱动电机驱动

输出功率

很大，压力范围为

50～140Pa 大，压力范围为48～

60Pa

较大

控制性能利用液体的不可压缩性，

控制精度较高，输出功率

大，可无级调速，反应灵

敏，可实现连续轨迹控

制。

气体压缩性大，精度

低，阻尼效果差，低

速不易控制，难以实

现高速、高精度的连

续轨迹控制。

控制精度高，功率较大，

能精确定位，反应灵敏，

可实现高速、高精度的

连续轨迹控制，伺服特

性好，控制系统复杂。

响应速度很高较高很高

结构性能及体积结构适当，执行机构可标

准化、模拟化，易实现直

接驱动。功率/质量比大，

体积小，结构紧凑，密封

问题较大。

结构适当，执行机构

可标准化、模拟化，

易实现直接驱动。功

率/质量比大，体积

小，结构紧凑，密封

问题较小。

伺服电动机易于标准

化，结构性能好，噪声

低，电动机一般需配置

减速装置，除DD电动机

外，难以直接驱动，结

构紧凑，无密封问题。

安全性防爆性能较好，用液压油

作传动介质，在一定条件

下有火灾危险。

防爆性能好，高于

1000kPa时应注意设

备的抗压性。

设备自身无爆炸和火灾

危险，直流有刷电动机

换向时有火花，对环境

的防爆性能较差。

对环境的影响液压系统易漏油，对环境

有污染。

排气时有噪声无

在工业机械手中应用范围适用于重载、低速驱动，

电液伺服系统适用于喷

涂机器人、点焊机器人和

托运机器人。

适用于中小负载驱

动、精度要求较低的

有限点位程序控制

机器人，如冲压机器

人本体的气动平衡

及装配机器人气动

夹具。

适用于中小负载、要求

具有较高的位置控制精

度和轨迹控制精度、速

度较高的机器人，如AC

伺服喷涂机器人、点焊

机器人、弧焊机器人、

装配机器人等。

成本液压元件成本较高成本低成本高

维修及使用方便，但油液对环境温度

有一定要求

方便较复杂

2.3 手部夹紧力的计算

拟定物料搬运机器人手部最大抓取重量为8kg ，其夹角为31度。根据工作位置和工作环境的需要，最终采用如图3所示结构。

62.4,66a mm b mm ==

手部机架采用铸钢铸造，其摩擦系数0.2μ=，重力加速度取9.8/g N kg =。夹紧时由力学关系可以得到公式：2N mg μ?=，从而得到夹紧力

89.8/196220.2

N mg kg kg s F N μ?===? 由公式2tan N b P F a

α=??，知所需的驱动力 266tan 31196248.7762.4mm P N N mm

?=??= 夹紧机构采用丝杠传动原理传送夹紧力，拟定丝杠的大径24D mm =，螺距设为 2.5P =，牙型角为60 的梯形普通螺纹。

2.4 弹簧的计算[6]

弹簧外形如图4所示。

通过计算来确定弹簧的旋绕比、最大工作负荷、工作极限负荷、最小工作负荷、弹簧要求刚度、总圈数、有效圈数、单圈刚度等一系列有弹簧有关的数

图3 手部结构简图

据来确定弹簧是否合格。

选用材料碳素弹簧钢丝

弹簧材料的许用应力[]p τ及[]BP σ必须按照负荷性质来确定。弹簧按负荷性质分为三类：

Ⅰ类：受变负荷作用，次数在510此以上的弹簧; Ⅱ类：受变负荷作用，次数在351010～次或冲击负荷的弹簧; Ⅲ类：受变负荷作用，次数在310次以下的弹簧。旋绕比C D C d

=；或查表11－1－6 12D =，2d =，1262

D C d ===，由表11－1－6查得 1.25K = 最大工作负荷n P ，单位N ， []400b MPa τ=

3.142[]4008488 1.2512n b d P N KD πτ?==?=?? 工作极限负荷3

8j j d P KD πτ=?， 1.67[]668j b MPa ττ≤≤

3.14266814488 1.2512

j j d P N KD πτ?∴=?=?=?? 最小工作负荷111()34

j P P =～ 111()7232j P P N ∴==～

图4 手部弹簧

物料搬运机械手毕业设计

摘要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，本次毕业设计拟开发物料搬运机械手，采用的德国西门子S7-200系列PLC，对机械手的上下、左右以及抓取运动进行控制。用于分捡大小球的机械装置。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。PLC应用系统设计主要包括硬件设计、软件设计、施工设计和安装调试等内容。本次毕业设计着重在系统设计和程序设计。关键词：机械手 PLC 大小球分拣系统

ABSTRACT The positive role of the robot is increasingly being recognized, first, it can partially replace human labor and to achieve the production requirements, follow certain procedures, time and location of the workpiece to complete the transfer. Because it can greatly improve the working conditions of workers, industrial production to accelerate the pace of mechanization and automation. Therefore, the attention from all the advanced units and put a lot of manpower and resources to research and application. Especially in the high-temperature, high pressure, dust and noise of the occasion, applied more widely. In China, the modern years have rapid development, and achieved certain results, the importance attached by the various industrial sectors. In the production process, often the product of the sorting line, this graduation design is planned to develop material handling robot, using Siemens S7-200 series PLC, the mechanical hand up and down, left and right, and grab control of movement. The size of the ball for the sorting machinery. We use programmable technology, combined with the appropriate hardware devices, control the mechanical hand to complete a variety of actions. PLC application system design including hardware design, software design, construction design and installation and so on. This course emphasizes the system design and programming. Key word:manipulator PLC size of zhe ball sorting system

搬运机器人结构设计与分析_毕业设计

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊ 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、腰部在内的机械结构设计。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

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊ Abstract In 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

物料搬运机器人手的系统设计

天津大学毕业设计中文题目：物料搬运机器人手部系统的设计英文题目：Material handling system design robot Hand department 学生姓名系别机电专业班级 2 指导教成绩评定 2010年6月

目录 1 引言 (1) 1.1 机器人概述 (1) 1.2 机器人的研究历史及现状 (1) 1.3 机器人的发展趋势 (2) 2 手部的设计与计算 (3) 2.1 手部的设计 (3) 2.2 驱动方式 (3) 2.3 手部夹紧力的计算 (5) 2.4 弹簧的计算[6] (5) 2.5 手部电机选择原则【7】........................... 错误！未定义书签。 2.5.1 一般执行电机的选择原则...................... 错误！未定义书签。 2.5.2 电机的选用.................................. 错误！未定义书签。 2.6 手部电机参数计算.............................. 错误！未定义书签。 2.7 电机转速与夹紧力速度几何关系的确定............ 错误！未定义书签。 3 手臂的设计与计算............................... 错误！未定义书签。 3.1 手臂结构设计.................................. 错误！未定义书签。 3.2 手部质量计算.................................. 错误！未定义书签。 3.2.1 爪子的质量计算.............................. 错误！未定义书签。 3.2.2 手部外壳质量计算............................ 错误！未定义书签。 3.2.3 手部主轴的质量计算.......................... 错误！未定义书签。 3.2.4 其它部件的质量估算.......................... 错误！未定义书签。 3.3 手臂计算及电机选择............................ 错误！未定义书签。 4 结论.......................................... 错误！未定义书签。【参考文献】................................... 错误！未定义书签。致谢............................................ 错误！未定义书签。附录1：英文文献 .................................. 错误！未定义书签。附录2：英文文献翻译 .............................. 错误！未定义书签。

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)

搬运码垛机器人毕业设计

搬运码垛机器人毕业设计 Prepared on 22 November 2020

目录1

1绪论研究背景及意义随着现代社会科技水平日新月异的变化，机器人技术已经渗透到人类生活中的方方面面，演着不可替代的角色。机器人是多个学科技术综合而成的产物，其应用程度已经逐渐宽广起来研究机器人已经成为了当今时代的趋势。机器人的应用状况已经可以作为权衡一个国家现化程度高低的重要因素。从机器人工作的环境来对机器人进行分类，大体上能划分成两种，就是工业机器人与特种机器人。工业机器人是一种具有良好性能的自动化机械装置，是典型的含有很高科技含量的机电一体化产品。它在提高产品质量、增加经济效益、提高生产率方面起着重要作用。同时工业机器人的发展情况也是日新月异的，所以研发工业机器人是一件刻不容缓的事情。码垛是随着物流产业的不断壮大而发展起来的一项高新技术，其思想是把物品按照一定规律码放在托盘上，从而能够使物品的存放、搬运、转移等活动变成单元化操作，从而大大提高物流运输的效率。在物料质量不大、尺寸不大、码垛速度要求不高的情况下，码垛工作都是通过人工来实现的。后来为了减轻工人在码垛时的工作强度，产生了托盘操作机、工业机械手等一些比较简单的机械设施。但是随着人们对码垛速度要求的不断提高，传统的人工码垛方式越来越难以达到人们的要求，这种情况下码垛机器人应运而生。作为工业机器人典型的一种，码垛机器人技术近几年有着非常快速的发展，这样的发展速度和当今世界制造业的小批量、多种类的发展模式是十分吻合的。码垛机器人有着工作能力强、运行速度快、体积比较小、抓取种类多、应用范围广等特点，从而在市场上备受青睐，正因为这些优点，才使得码垛机器人被普遍应用于制造业、码垛、装配、焊接等诸多操作中。近年来，袋装物品的需求和产量都十分巨大，进而对袋装物品进行运输的需求也在急剧增长。在我国有大量的袋装物品需要进行码垛、卸垛和运输。目前，对袋装物品的火车运输来讲，火车站台卸车、站台码垛、运输装车、运输卸车、库房码垛等工

搬运机械手的设计文档

毕业设计（论文）标题：搬运机械手的设计学生姓名：蔡蔺系部：自动控制系专业：机电班级：机电1084 指导教师：沈涛

主要符号表 N F 手指夹紧力 N D 弹簧中径 mm 1D 弹簧内径 mm 2D 弹簧外径 mm C 弹簧旋绕比 n 弹簧有效圈数 M 转动缸的回转力矩 N m ? ρ 偏重力臂 mm M 偏偏重力矩 N m ? t 螺钉间距 mm 0Q F 螺钉承受的拉力 N Q F 工作载荷 N ' s Q F 预紧力 N φ启转动缸起动角度 ω 转动缸转动角速度 rad s

1 绪论 1.1前言格式错误重新排版机械手。机械手是模仿着人手的部分动作，用于再现人手的的功能的技术装置称为[]1 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。在工业生产中应用工业机械手。的机械手被称为[]2 工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新技术，并已成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分，这种新技术发展很快，逐渐成为一门新兴的学科——机械手工程。机械手涉及到力学、机械学、电器液压技术、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。工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动生产设备。工业机械手也是工业机器人的一个重要分支。他的特点是可以通过编程来完成各种预期的作业，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现在人的智能和适应性。机械手作业的准确性和环境中完成作业的能力，在国民经济领域有着广泛的发展空间。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。因而，受到很多国家的重视，投入大量的人力物力来研究和应用。尤其是在高温、高压、粉尘、噪音以及带有放射性和污染的场合，应用的更为广泛。在我国近几年也有较快的发展，并且取得一定重视。的效果，受到机械工业的[]3 机械手是一种能自动控制并可从新编程以变动的多功能机器，他有多个自由度，可以搬运物体以完成在不同环境中的工作。机械手的结构形式开始比较简单，专用性较强。随着工业技术的发展，制成了能够独立的按程序控制实现重复操作，适用范围比较广的“程序控制通用机械手”，简称通用机械手。由于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。 1.2 工业机械手的简史现代工业机械手起源于20世纪50年代初，是基于示教再现和主从控制方式、能适应产品。产品种类变更，具有多自由度动作功能的柔性自动化[]4 机械手首先是从美国开始研制的。1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手。他的结构是：机体上安装一回转长臂，端部装有电磁铁的工件抓放机构，控制系统是示教型的。

四自由度搬运物料工业机器人的设计毕业设计论文

毕业设计论文四自由度搬运物料工业机器人的设计摘要: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，普遍重视生产过程的自动化程度，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，工作方式一般采取示教再现的方式。本文将设计一台四自由度的工业机器人，用于给冲压设备运送物料。首先，本文将设计机器人的底座、大臂、小臂和机械手的结构，然后选择合适的传动方式、驱动方式，搭建机器人的结构平台；在此基础上，本文将设计该机器人的控制系统，包括数据采集卡和伺服放大器的选择、反馈方式和反馈元件的选择、端子板电路的设计以及控制软件的设计，重点加强控制软件的可靠性和机器人运行过程的安全性，最终实现的目标包括：关节的伺服控制和制动问题、实时监测机器人的各个关节的运动情况、机器人的示教编程和在线修改程序、设置参考点和回参考点。关键词：机器人示教编程伺服制动

The Design of an Industrial Robot with Four DOFs for Carrying Material for a Punch Abstract:In the modern large-scale manufacturing industry, enterprises pay more attention on the automation degree of the production process in order to enhance the production efficiency, and guarantee the product quality. As an important part of the automation production line, industrial robots are gradually approved and adopted by enterprises. The technique level and the application degree of industrial robots reflect the national level of the industrial automation to some extent, currently, industrial robots mainly undertake the jobs of welding, spraying, transporting and stowing etc. , which are usually done repeatedly and take high work strength, and most of these robots work in playback way. In this paper I will design an industrial robot with four DOFs, which is used to carry material for a punch. First I will design the structure of the base, the big arm, the small arm and the end manipulator of the robot, then choose proper drive method and transmission method, building the mechanical structure of the robot. On this foundation, I will design the control system of the robot, including choosing DAQ card, servocontrol, feedback method and designing electric circuit of the terminal card and control software. Great attention will be paid on the reliability of the control software and the robot safety during running. The aims to realize finally include: servocontrol and brake of the joint, monitoring the movement of each joint in realtime, playback programming and modifying the program online, setting reference point and returning to reference point. Key words:Robot；Playback；Servocontrol；Brake

物料搬运机械手的建模与仿真

齐鲁工业大学硕士学位论文目录摘要 ....................................................................................................... I ABSTRACT .................................................................................................. I 第1章绪论 (1) 1.1机械手概述 (1) 1.2 机械手的发展历程及现状 (4) 1.3机械手的发展趋势 (6) 1.4研究的意义及主要完成工作 (6) 1.5 本章小结 (7) 第2章物料搬运机械手的总体设计 (9) 2.1机械手总体分析 (9) 2.2机械手总体设计方案 (9) 2.2.1机械手设计特点 (9) 2.2.2与机械手有关的概念 (10) 2.2.3机械手设计方案描述 (11) 2.2.4驱动方案设计 (13) 2.2.5传动方案设计 (14) 2.3机械手分部参数的选择和计算 (15) 2.3.1电机型号的选择 (15) 2.3.2轴的参数计算 (14) 2.3.3齿轮的参数计算 (15) 2.3.4夹紧气缸的选择 (21) 2.4本章小结 (21) 第3章物料搬运机械手的建模 (23) 3.1三维建模软件简介 (23) 3.2建模过程 (26) 3.3本章小结 (30) 第4章机械手典型零件静力学分析 (31)

目录 4.1静力学分析软件介绍 (31) 4.2机械手传动轴静力分析 (32) 4.2.1静力分析过程 (32) 4.2.2传动轴疲劳分析过程 (34) 4.3本章小结 (36) 第5章物料搬运机械手的动力学分析 (37) 5.1动力学分析概述 (37) 5.2虚拟样机技术介绍 (38) 5.3动力学仿真软件介绍 (40) 5.3.1 ANSYS简介 (41) 5.3.2 ADAMS简介 (42) 5.4动力学仿真 (43) 5.4.1机械手动力学仿真的意义 (43) 5.4.2机械手动力学仿真的过程 (43) 5.4.2.1柔性体-大臂的仿真 (43) 5.4.2.2机械手整体动力学的仿真 (44) 5.5本章小结 (50) 第6章结论与展望 (51) 参考文献 (53) 致谢 (55)

搬运机械手设计说明书

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 (1) 1.1 机械手的应用现状 (1) 1.2 机械手研究的目的、意义 (1) 1.3 设计时要解决的几个问题 (1) 第二章机械手总体方案的设计 (3) 2.1 机械手的系统工作原理及组成 (3) 2.2 机械手的基本结构及工作流程 (3) 第三章机械手的方案设计及其主要参数 (5) 3.1 坐标形式和自由度选择 (5) 3.2 执行机构 (5) 3.3 驱动系统 (6) 3.4 控制系统 (7) 第四章结构设计及优化 (8) 4.1手部夹紧气缸的设计 (8) 4.1.1手部夹紧气缸的设计 (8) 4.1.2 确定气缸直径 (9) 4.1.3 气缸作用力的计算及校核 (9) 4.1.4 缸筒壁厚的设计 (10) 4.1.5 气缸的基本组成部分及工作原理 (10) 4.2手臂结构优化设计 (10) 4.2.1问题描述 (10) 4.2.2设计分析 (10) 4.2.3建立数学模型 (12) 4.2.4优化计算 (13) 4.2.5优化结果分析 (16) 第五章 Adams运动仿真 (17) 总结与展望 (20)

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。用 ADAMS 软件建立虚拟样机进行仿真并优化参数，得出了机械手的运动过程的演示动画，发现设计结构能有机地结合在一起，工作平稳，并在指定的速度和负载等参数下得出了所需要的驱动力和结构参数等。虚拟样机代替物理样机对工程机械进行创新设计、测试和评估，可以降低设计成本，缩短开发周期，而且设计质量和效率都可以得到提高。关键词:机械手，气动，优化设计，仿真

搬运码垛机器人毕业设计

搬运码垛机器人毕业设计 Company number：【WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998】

目录1

PLC在物料搬运机械手控制中的应用

1 引言机械手可在空间抓放物体，动作灵活多样，适用于可变换生产品种的中、小批量自动化生产，广泛应用于柔性自动线[1>。笔者开发的用于热处理淬火加工的物料搬运机械手，采用PLC 控制，是一种按预先设定的程序进行工件分拣、搬运和淬火加工的自动化装置，可部分代替人工在高温和危险的作业区进行单调持久的作业，并可根据工件的变化以及淬火工艺的要求随时更改相关控制参数。 2 物料搬运机械手结构如图1所示，物料搬运机械手为三自由度气压式圆柱坐标型机械手，主要由机座、腰部、水平手臂、垂直手臂、气爪等部分组成。其中，腰部采用步进电机驱动旋转，手臂及气爪采用气缸等气动元件。对应的物料分拣装置由4个普通气缸构成，用以将不同长度的工件经分拣后送至各自的轨道中，并在轨道终端进行淬火加工，加工完毕后再由机械手抓取、搬运和分类堆放。机械手抓取长、短工件的顺序不是固定的，要视物料分拣装置的分拣结果以及长、短工件哪一个先到达轨道终端来定。但机械手对工件的堆放顺序却是固定的，要按照一定的规律堆放(如图1中，长、短工件各放一边，以4个为一组进行堆放)，并且堆放工件的位置精度也是有要求的。图1 物料搬运机械手装置结构示意图 3 机械手控制系统组成由于取工件和堆放工件都有定位精度要求，所以在机械手控制中，除了要对垂直手臂滑块气缸、气爪等普通气缸进行控制外，还要涉及到对水平手臂气缸以及机械手腰部回转的伺服控制。其中，机械手水平手臂气缸的伺服控制采用气动比例伺服控制系统;机械手的回转控制则采用三相混和式步进电机及其控制系统。考虑到机械手工作的稳定性、可靠性以及各种控制元器件连接的灵活性和方便性，对这种混合驱动机械手采用PLC作为核心控制器，上述各控制对象都必须在PLC的统一控制下协同工作(如图2所示)，PLC采用日本三菱公司的FX2N-32MR型PLC(16点输入、16点输出)。图2 基于PLC的机械手控制系统硬件原理图步进电机选用深圳白山机电公司的BS110HB3L142-04型三相混合式步进电机，最大扭矩:12Nm;保持转矩:13.5Nm;额定电流 4.2A。步进电机驱动器性能的优劣，直接关系到步进电机的正常运行，必须合理选配。为此，我们仍选择白山公司与BS110三相混合式步进电机配套的Q3HB220M等角度恒力矩细分型驱动器，定位精度可达30000步/转。为了确保步进电机控制的稳定性、可靠性以及便于日后维护，我们选择与FX2N系列PLC配套的脉冲发生单元FX2N-1PG作为步进电机驱动器的控制单元[2>。PLC通过扩展电缆、控制信号以及FROM/TO指令对1PG进行控制，向1PG发出定位命令，然后由1PG通过向步进电机驱动器输出指定数量的脉冲(最大100KPPS)来具体执行这个定位命令，从而最终实现PLC对步进电机的伺服定位控制，既提高了控制的灵活性和可靠性, 又便于控制程序的编写。在图2中，FX2N-1PG的FP和RP分别与步进电机的DR-和PU-端子相连，表示输出脉冲类

搬运机器人论文

┊┊┊ ┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊ 搬运机器人论文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、腰部在内的机械结构设计。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

搬运机器人设计

搬运机器人设计班级: 学号:

搬运机器人能够模仿人手部的部分动作，按照设定的程序、轨迹和要求，代替人工在高温和危险的作业区进行单调持久的作业，实现一些人工不可能完成的工作，这不仅可以使人手避免出现可能的危险情况，保障生产安全，还能促进工作线的流水化，提高了工作效率，降低了劳动强度，改善了劳动环境，已经成为现代制造业中不可或缺的一种自动化装置。本机器人用于生产线上工件的自动搬运，下图为机器人动作示意图，机械手按下述顺序周而复始地工作：图九朋机械手工也吓意图根据对机器人的工艺过程及控制要求分析，机械手的动作过程如图所示：原点__彳下降——彳夹紧——彳上升——彳慢遇I__彳快进I 慢退k—上升k——放松k——下降k—FiSa 快退——慢堪

亠、搬运机械手总体结构设计（1）该机器人采用圆柱坐标型，具有三个自由度，即手臂的伸长、缩短，手臂的上升、下降和整体旋转。（2）该机器人采用液压驱动，其具有体积小、质量轻、结构紧凑、传动平稳、操作简单、安全、经济、易于实现过载保护且液压元件能够自行润滑等一系列优点。（3）在控制方式选择上，由于其功能只是在两个传送带之间搬移工件，运动简单，控制要求不高，因此采用点位控制方式。（4）此搬运机器人是在两个工作台之间搬运工件，其动作比较简单，选用电位器进行定位。（5）此机器人应用于自动生产线上，因此，它应该能够按照控制程序自动运行,即具有自动运行模式。二、搬运机械手机械结构设计 1、机身设计因为圆柱坐标式机器人把回转与升降两个自由度归属于机身，所以设计回转与升降机身，选用旋转液压缸与升降液压缸单独驱动的回转型机身，如图1所示，升降液压缸在上，旋转液压缸在下。 2、臂部设计采用双导向杆的臂部伸缩结构。缸体直接固定在升降立柱上，活塞杆与两根导向杆连接一起组成伸缩臂，由于活塞杆与导向杆全部藏在缸体内，油管也从活塞杆内部通过，其特点是结构紧凑，外观整洁。结构如图2所示

物料搬运系统设计大作业 - 改讲解

《设施规划与物流分析》大作业报告 (2013--2014年度第一学期) 题目：某厂液压式压力试验机搬运系统设计分析班级：学号：学生姓名：指导教师：成绩：日期：年月日

一、任务书（一）目的与要求设计性作业是设施规划与物流分析课程设计课程的重要实践性教学环节，是综合运用所学专业知识，完成工厂物料搬运系统设计工作而进行的一次基本训练。其目的是： 1.能正确运用工业工程基本原理及有关专业知识，学会由产品入手对工厂生产系统进行调研分析的方法。 2.通过对某工厂物料搬运系统设计的实际操作，熟悉系统物料搬运系统设计方法中的各种图例符号和表格，掌握系统物料搬运系统设计方法的规范设计程序。 3.通过课程设计，培养学生学会如何编写有关技术文件。 4. 通过课程设计，初步树立正确的设计思想，培养学生运用所学专业知识分析和解决实际技术问题的能力。（二）主要内容（1）分析掌握物流分析的方法和工具，确定车间物料搬运方案的分析方法；现有生产车间的调研分析：包括生产模式、现有设施布局、物流搬运方案；设计现有车间的物料搬运方案。（2）研究物料搬运系统分析方法和体系结构，针对企业给出的七个车间区域：大件加工区、镗区、镗铣区、精加工区、轴加工区、车区、附具加工区。进行生产模式的分析，了解各个区域之间的设施布局，物料流通方式。（3）研究物料分类的方法，在实际分类分析中，SHA是根据影响物料可运性（即移动的难易程度）的各种特征和影响能够采用同一种搬运方法的其他特征来进行分类[2]。（4）分析每项移动的起点和终点的具体位置在哪里，有什么路线，这些路线上的哪些物料的搬运方法已经确定。研究物料运进运出的每个作业区内进行什么工作，作业区内部分已有的安排是什么样的布置。（5）研究各种移动分析的资料。包括物料、路线和物流。物料主要研究类别和基本特征。路线主要研究移动距离和路线的具体情况（弯曲程度、路面情况、气候与环境、拥挤程度、起止点组织情况）。物流主要研究搬运工作量，搬运条件和时间。（6）根据企业的生产计划和订单，详细统计产品的各个加工零件，研究加工步骤，分析计算出物流量，制定出搬运活动一览表。（7）研究各种搬运路线，根据搬运路线系统选择原则确定搬运路线。根据搬运设备选择原则确定搬运设备类别、规格、型号；根据物料分类一览表确定运输单元。