电动机械手结构设计
1 绪论
1.1工业机械手的概述
工业机器手是一种可以搬运物料、零件、工具或完成多种操作功能的专用机械装置；由计算机控制，是无人参与的自主自动化控制系统；他是可编程、具有柔性的自动化系统，可以允许进行人机联系。可以通俗的理解为“机器人是技术系统的一种类别，它能以其动作复现人的动作和职能；它与传统的自动机的区别在于有更大的万能性和多目的用途，可以反复调整以执行不同的功能。”
工业机械手是人类创造的一种机器,更是人类创造的一项伟大奇迹,其研究、开发和设计是从二十世纪中叶开始的.我国的工业机械手是从80年代"七五"科技攻关开始起步,在国家的支持下,通过"七五","八五"科技攻关,目前已经基本掌握了机械手操作机的设计制造技术,控制系统硬件和软件设计技术,运动学和轨迹规划技术,生产了部分机器人关键元器件，开发出喷漆，孤焊，点焊，装配，搬运等机器人，其中有130多台喷漆机器人在二十余家企业的近30条自动喷漆生产线（站）上获得规模应用，孤焊机器人已经应用在汽车制造厂的焊装线上。但总的看来，我国的工业机械手技术及其工程应用的水平和国外比还有一定距离。如：可靠性低于国外产品，机械手应用工程起步较晚，应用领域窄，生产线系统技术与国外比有差距。影响我国机械手发展的关键平台因素就是其软件，硬件和机械结构。目前工业机械手仍大量应用在制造业，其中汽车工业占第一位（占28.9%），电器制造业第二位（占16.4%），化工第三位（占11.7%）。发达国家汽车行业机械手应用占总保有量百分比为23.4%～53%，年产每万辆汽车所拥有的机械手数为（包括整车和零部件）：日本88.0台，德国64.0台，法国32.2台，英国26.9台，美国33.8台，意大利48.0台。
世界工业机械手的数目虽然每年在递增，但市场是波浪式向前发展的。在新世纪的曙光下人们追求更舒适的工作条件，恶劣危险的劳动环境都需要用机器人代替人工。随着机器人应用的深化和渗透，工业机械手在汽车行业中还在不断开辟着新用途。机械手的发展也已经由最初的液压，气压控制开始向人工智能化转变，并且随着电子技术的发展和科技的不断进步，这项技术将日益完善。
上料机械手与卸料机械手相比，其中上料机械手中的移动式搬运上料机械手适用于各种棒料，工件的自动搬运及上下料工作。例如铝型材挤压成型铝棒料的搬运及高温材料的自动上料作业，最大抓取棒料直径达180mm，最大抓握重量可达30公斤，最大行走距离为1200mm。根据作业要求及载荷情况，机械手各关节运动速度可调。移动式搬运上料机械手主要由手爪，小臂，大臂，手臂回转机构，小车行走机构，液压泵站电器控制系统组成，同时具有高温棒料启动疏料装置及用于安全防护用的光电保护系统。整个机械手及液压系统均集中设置在行走小车上，结构紧凑。电气控制系统采用OMRON可编程控制器，各种作业的实现可以通过编程实现。
国内外实际使用的多是定位控制的机械手，没有“视觉”和“触觉”反馈。目前，世界各国正积极研制带有“视觉”和“触觉”的工业机械手，使它能够对所抓取的工件进行分辨，能选取所需要的工件，并正确的夹持工件，进而精确地在机器上定位、定向。
为使机械手有“眼睛”去处理方位变化的工件和分辨形状不同的零部件，它由视觉传感器输入三个视图方向的视觉信息，通过计算机进行图形分辨，判别是否是所要抓取的工
件。
为防止握力过大引起物件损坏或握力过小引起物件滑落下来，一般采用两种方法：一是检测把握物体手臂的变形，以决定适当的握力；另一种是直接检测指部与物件的滑动位移，来修正握力。
因此，这种机械手就具有以下几个方面的性能：
(1）能准确地抓住方位变化的物体；
(2）能判断对象的重量；
(3)能自动避开障碍物；
(4)抓空或抓力不足时能检测出来。
这种具有感知能力并对感知的信息做出反映的工业机械手称之为“智能机械手”，它是有发展前途的。
现在，工业机械手的使用范围只限于在简单重复的操作方面节省人力，其效用是代替从事繁重的工作，危险的工作，单调重复的工作，恶劣环境下的工作方面尤其明显。至于像汽车工业和电子工业之类的费工的工业部分，机械手的应用情况决不能说是好的。虽然这些工业部门工时不足的问题尖锐，但采用机械手只限于一小部分工序，其原因是，工业机械手的性能还不能满足这些部门的要求，适于机械手工作的范围很狭小，这是主要原因。经济性问题当然也很重要，采用机械手来节约人力从经济上看，不一定总是合算的。然而，利用机械手或类似机械设备节省人力和实现生产合理化的要求，今后还会持续增长，只要技术方面和价格方面存在的问题得到解决，机械手的应用必将会飞跃发展。
上料机械手和卸料机械手相对，其中上料机械手中的移动式搬运上料机械手适用于各种棒料，工件的自动搬运及上下料工作。例如铝型材挤压成型机铝棒料的搬运及高温棒料的自动上料作业，最大抓取棒料直径可达180mm，最大抓握重量可达30公斤，最大行走距离为1200mm。根据作用要求和载荷情况，机械手各关节运动速度可调。移动式搬运上料机械手主要由手爪，小臂，大臂，手臂回转机构，小车行走机构，液压泵站电器控制系统组成，同时具有高温棒料启动疏料装置及用于安全防护用的光电保护系统。整个机械手及液压系统均集中设置在行走小车上，结构紧凑。电气控制系统采用OMRON可编程控制器，各种作业的实现可以通过编程实现。
随着机电一体化技术和计算机技术的应用，其研究和开发水平获得了迅猛的发展并涉及到人类社会生产及生活的各个领域，特别是工业机械手在生产加工中的广泛应用。轿车半轴加工上料机械手设计在综合多种机械手的设计原理和设计思想，根据轿车半轴加工的特点提出的，有一定的理论基础，设计水平和应用价值。
1.2机械手的构成与分类
1.2.1机械手的构成
机械人主要由执行机构、驱动系统、控制系统以及人工智能等所组成。
执行机构
机器人
控制系统
驱动-传动系统
手部
腕部臂部
腰部
基座部（固定或移动）
电、液或气驱动装置单关节伺服控制器
关节协调及其它信息交换
计算机
(一)执行机构
包括末端执行器、手腕、手臂、底座等部件，有的还增设行走机构，一般视需要而定。 1、末端执行器
即与物件接触的部件。由于与物件接触的形式不同，可分为夹持式和吸附式手部。 夹持式手部由手指(或手爪)和传力机构所构成。手指是与物件直接接触的构件，常用的手指运动形式有回转型和平移型。回转型手指结构简单，制造容易，故应用较广泛。平移型应用较少，其原因是结构比较复杂，但平移型手指夹持圆形零件时，工件直径变化不影响其轴心的位置，因此适宜夹持直径变化范围大的工件。
手指结构取决于被抓取物件的表面形状、被抓部位(是外廓或是内孔)和物件的重量及尺寸。常用的指形有平面的、V 形面的和曲面的:手指有外夹式和内撑式;指数有双指式、多指式和双手双指式等。
而传力机构则通过手指产生夹紧力来完成夹放物件的任务。传力机构型式较多，常用的有:滑槽杠杆式、连杆杠杆式、斜面杠杆式、齿轮齿条式、丝杠螺母弹簧式和重力式等。
吸附式手部主要由吸盘等构成，它是靠吸附力(如吸盘内形成负压或产生电磁力)吸附物件，相应的吸附式手部有负压吸盘和电磁盘两类。
对于轻小片状零件、光滑薄板材料等，通常用负压吸盘吸料。造成负压的方式有气流负压式和真空泵式。
对于导磁性的环类和带孔的盘类零件，以及有网孔状的板料等，通常用电磁吸盘吸料。电磁吸盘的吸力由直流电磁铁和交流电磁铁产生。
用负压吸盘和电磁吸盘吸料，其吸盘的形状、数量、吸附力大小，根据被吸附的物件形状、尺寸和重量大小而定。
此外，根据特殊需要，手部还有勺式(如浇铸机械手的浇包部分)、托式(如冷齿轮机床上下料机械手的手部)等型式. 2、手腕
是连接手部和手臂的部件，并可用来调整被抓取物件的方位(即姿势)。 3、手臂
手臂是支承被抓物件、手部、手腕的重要部件。手臂的作用是带动手指去抓取物件，并按预定要求将其搬运到指定的位置.
工业机械手的手臂通常由驱动手臂运动的部件(如油缸、气缸、齿轮齿条机构、连杆机构、
螺旋机构和凸轮机构等)与驱动源(如液压、气压或电机等)相配合，以实现手臂的各种运动。
手臂可能实现的运动如下:
手臂在进行伸缩或升降运动时，为了防止绕其轴线的转动，都需要有导向装
置，以保证手指按正确方向运动。此外，导向装置还能承担手臂所受的弯曲力矩和扭转力矩以及手臂回转运动时在启动、制动瞬间产生的惯性力矩，使运动部件
受力状态简单。
导向装置结构形式，常用的有:单圆柱、双圆柱、四圆柱和V形槽、燕尾槽等导向型式。
4、机座
机座是机械手的基础部分，机械手执行机构的各部件和驱动系统均安装于机
座上，故起支撑和连接的作用。
5、行走装置
当工业机械手需要完成较远距离的操作，或扩大使用范围时，可在机座上安
装滚轮、轨道等行走机构，以实现工业机械手的整机运动。滚滚轮轮式式布行走机构可分为有轨的和无轨的两种。驱动滚轮运动则应另外增设机械传动装置。
(二)驱动系统
驱动系统是驱动工业机械手执行机构运动的动力装置，通常由动力源、控制调节装置和辅助装置组成。常用的驱动系统有液压传动、气压传动、电力传动和机械传动。通常一台机械人只用一种驱动装置。
(三)控制系统
控制系统是支配着工业机械手按规定的要求运动的系统。目前工业机械手的控制系统一般由程序控制系统和电气定位(或机械挡块定位)系统组成。
控制系统有电气控制和射流控制两种，它支配着机械手按规定的程序运动，并记忆人们给予机械手的指令信息(如动作顺序、运动轨迹、运动速度及时间)，同时按其控制系统的信息对执行机构发出指令，必要时可对机械手的动作进行监视，当动作有错误或发生故障时即发出报警信号。
(四)人工智能
触觉、视觉、听觉、嗅觉、力觉、压觉、接近觉、滑觉、语言识别、逻辑判断和学习等装置，根据机器人的智能程度决定。
1.2.2机械手的分类
工业机械手的种类很多，关于分类的问题，目前在国内尚无统一的分类标准，在此暂按使用范围、驱动方式和控制系统等进行分类。
（一）按机器人的机构特征来分
机器人的机械配置形式多种多样，典型机器人的机构运动特征是用其坐标特性来描述的。按机构运动特征，机器人通常可分为直角坐标机器人、柱面坐标机器人、球面坐标机器人和关节型机器人等类型。
1直角坐标机器人。
直角坐标机器人具有空间上相互垂直的两根或三根直线移动轴（见图7－1），通过直角坐标方向的3个独立自由度确定其手部的空间位置，其动作空间为一长方体。直角坐标机器人结构简单，定位精度高，空间轨迹易于求解；但其动作范围相对较小，设备的空间因数较低，实现相同的动作空间要求时，机体本身的体积较大。主要用于印刷电路基板的元件插入、紧固螺丝等作业。
2柱面坐标机器人。
柱面坐标机器人的空间位置机构主要由旋转基座、垂直移动和水平移动轴构成（见图7－2），具有一个回转和两个平移自由度，其动作空间呈圆柱形。这种机器人结构简单、刚性好，但缺点是在机器人的动作范围内，必须有沿轴线前后方向的移动空间，空间利用率较低。主要用于重物的装卸、搬运等作业。著名的Versatran机器人就是一种典型的柱面坐标机器人。
3球面坐标机器人。
其空间位置分别由旋转、摆动和平移3个自由度确定，动作空间形成球面的一部分。其机械手能够作前后伸缩移动、在垂直平面上摆动以及绕底座在水平面上转动。著名的Unimate就是这种类型的机器人。其特点是结构紧凑，所占空间体积小于直角坐标和柱面坐标机器人，但仍大于多关节型机器人。
4、多关节型机器人。由多个旋转和摆动机构组合而成。这类机器人结构紧凑、工作空间大、动作最接近人的动作，对喷漆、装配、焊接等多种作业都有良好的适应性，应用范围越来越广。不少著名的机器人都采用了这种型式，其摆动方向主要有铅垂方向和水平方向两种，因此这类机器人又可分为垂直多关节机器人和水平多关节机器人。如美国Unimation 公司20世纪70年代末推出的机器人PUMA（见图7－4）就是一种垂直多关节机器人，而日本山梨大学研制的机器人SCARA（见图7－5）则是一种典型的水平多关节机器人。
垂直多关节机器人模拟了人类的手臂功能，由垂直于地面的腰部旋转轴（相当于大臂旋转的肩部旋转轴）带动小臂旋转的肘部旋转轴以及小臂前端的手腕等构成。手腕通常由2～3个自由度构成。其动作空间近似一个球体，所以也称多关节球面机器人。其优点是可以自由地实现三维空间的各种姿势，可以生成各种复杂形状的轨迹。相对机器人的安装面积．其动作范围很宽。缺点是结构刚度较低，动作的绝对位置精度磨较低。它广泛应用于代替人完成装配作业、货物搬运、电弧焊接、喷涂、点焊接等作业场合．水平多关节机器人在结构上具有串联配置的二个能够在水平面内旋转的手臂，其自由度可以根据用途选择2～4个，动作空间为一圆柱体。水平多关节机器人的优点是在垂直方向上的刚性好，能方便地实现二维平面上的动作，在装配作业中得到普遍应用。
(二)按用途分
机械手可分为专用机械手和通用机械手两种:
1、专用机械手
它是附属于主机的、具有固定程序而无独立控制系统的机械装置。专用机械手具有动作少、工作对象单一、结构简单、使用可靠和造价低等特点，适用于大批量的自动化生产，如自动机床、自动线的上、下料机械手和“加口工中心”附属的自动换刀机械手。
2、通用机械手
它是一种具有独立控制系统的、程序可变的、动作灵活多样的机械手。在规格性能范围内，其动作程序是可变的，通过调整可在不同场合使用，驱动系统和控制系统是独立的。通用机械手的工作范围大、定位精度高、通用性强，适用于不断变换生产品种的中小批量自动化的生产。
通用机械手按其控制定位的方式不同可分为简易型和伺服型两种:简易型以“开一关”式控制定位，只能是点位控制: 伺服型具有伺服系统定位控制系统，可以是点位的，也可以实现连续轨迹控制，一般的伺服型通用机械手属于数控类型。
(三)按驱动方式分
1、液压传动机械手
是以液压的压力来驱动执行机构运动的机械手。其主要特点是:抓重可达几百公斤以上、传动平稳、结构紧凑、动作灵敏。但对密封装置要求严格，不然油的泄漏对机械手的工作性能有很大的影响，且不宜在高温、低温下工作。若机械手采用电液伺服驱动系统，可实现连续轨迹控制，使机械手的通用性扩大，但是电液伺服阀的制造精度高，油液过滤要求严格，成本高。
2、气压传动机械手
是以压缩空气的压力来驱动执行机构运动的机械手。其主要特点是:介质李源极为方便，输出力小，气动动作迅速，结构简单，成本低。但是，由于空气具有可压缩的特性，工作速度的稳定性较差，冲击大，而且气源压力较低，抓重一般在30公斤以下，在同样抓重条件下它比液压机械手的结构大，所以适用于高速、轻载、高温和粉尘大的环境中进行工作。
3、机械传动机械手
即由机械传动机构(如凸轮、连杆、齿轮和齿条、间歇机构等)驱动的机械手。它是一种附属于工作主机的专用机械手，其动力是由工作机械传递的。它的主要特点是运动准确可靠，动作频率大，但结构较大，动作程序不可变。它常被用于工作主机的上、下料。4、电力传动机械手
即有特殊结构的感应电动机、直线电机或功率步进电机直接驱动执行机构运动的机械手，因为不需要中间的转换机构，故机械结构简单。其中直线电机机械手的运动速度快和行程长，维护和使用方便。此类机械手目前还不多，但有发展前途。
(四)按控制方式分
1、点位控制
它的运动为空间点到点之间的移动，只能控制运动过程中几个点的位置，不能控制其运动轨迹。若欲控制的点数多，则必然增加电气控制系统的复杂性。目前使用的专用和通用工业机械手均属于此类。
2、连续轨迹控制
它的运动轨迹为空间的任意连续曲线，其特点是设定点为无限的，整个移动过程处于控制之下，可以实现平稳和准确的运动，并且使用范围广，但电气控制系统复杂。这类工业机械手一般采用小型计算机进行控制。
1.3 机器人的应用与发展
1.3.1 工业机器人在工业生产中的应用
工业机械手在生产中的应用非常广泛，还可以归纳为以下的一些方面：
建造旋转零件体自动线方面
建造旋转零件体（轴类、盘类、环类零件）自动线，一般都采用机械手在机床之间传送工件。
在实现单机自动化方面
(1)各类半自动车床，有自行夹紧、进刀、切削、退刀和松开的功能，但仍需人工上下料，装上机械手，可实现全自动化生产。
(2)注塑机有加料、合模、成型、分模等自动工作循环，装上机械手自动取料，可实现全自动生产。
(3)冲床有自动上下冲压循环，机械手上下料可实现冲压上产自动化。
铸、锻、焊、热处理等方面
总的来说，由于工业机械手的特点满足了社会生产的需要，进而带来了经济效益。其特点：
(1)对环境的适应性强，能代替人从事危险，有害的操作，在长时间对人体有害的场所，机械手不受影响。
(2)机械手能持久、耐劳、可以把人从单调的繁重的劳动中解放出来，并能扩大和延伸人的功能。
(3)动作准确，可保证稳定和提高产品的质量，同时可避免人为操作的错误。
(4)通用性灵活性好，特别是通用机械手，能适应产品品种迅速变化的要求，满足柔性生产的需要。
(5)采用机械手能明显的提高劳动生产率和降低成本。
1.3.2机器人的发展与前景
国际上第一台工业机器人产品诞生于20世纪60年代，当时其作业能力仅限于上、下料这类简单的工作。此后机器人进人了一个缓慢的发展期，直到进人20世纪80年代，机器人产业才得到了巨大的发展，成为机器人发展的一个里程碑，这一时代被称为“机器人元年”。为了满足汽车行业蓬勃发展的需要，这个时期开发出的点焊机器人、弧焊机器人、喷涂机器人以及搬运机器人等四大类型的工业机器人系列产品已经成熟，并形成产业化规模，有利地推动了制造业的发展。为进一步提高产品质量和市场竞争能力，装配机器人及柔性装配线又相继开发成功。
20世纪90年代以来，随着计算机技术、微电子技术、网络技术等快速发展，工业机器人技术也得到了飞速发展。现在工业机器人已发展成为一个庞大的家族，并与数控（NC）、可编程、控制器（PLC）一起成为工业自动化的三大技术支柱和基本手段，广泛应用于制
造业的各个领域之中。工业机器人技术从机械本体、控制系统、传感系通行统，到可靠性、网络通信功能的拓展等方面都取得了突破性的进展。机械本体方面，通过有限元分析、模态分析及仿真设计等现代设计方法的运用，机器人操作机已实现了优化设计。以德国KUKA 公司为代表的机器人公司，已将机器人并联平行四边形结构改为开链结构，拓展了机器人的工作范围，加之轻质铝合金材料的应用，大大提高了机器人的性能。此外采用先进的RV 减速器及交流伺服电机，使机器人操作机几乎成为免维护系统。控制系统方面，性能进一步提高，已由过去控制标准的6轴机器人发展到现在能够控制21轴甚至27轴，并且实现了软件伺服和全数字控制。传感系统方面，激光传感器、视觉传感器和力传感器在机器人系统中已得到成功应用，并实现了焊缝自动跟踪和自动化生产线上物体的自动定位以及精密装配作业等，大大提高了机器人的作业性能和对环境的适应性。日本KAWASAKI、YASKAWA、FANUC和瑞典ABB、德国KUKA、REIS等公司皆推出了此类产品。网络通信功能的拓展，日本YASKAWA和德国KUKA公司的最新机器人控制器已实现了与Canbus、Profibus总线及一些网络的联接，使机器人由过去的独立应用向网络化应用迈进了一大步，也使机器人由过去的专用设备向标准化设备发展。另外，由于微电子技术的快速发展和大规模集成电路的应用，使机器人系统的可靠性有了很大提高。除了工业机器人水平不断提高之外，各种用于非制造业的机器人系统也有了长足的进展。农业生产环境的的复杂性和作业对象特殊性使得农业机器人研究难度更大，农业机器人的应用尚未达到商品化阶段，但农业机器人技术的研究已经在土地耕作、蔬菜嫁接、作物移栽、农药喷洒、作物收获、果蔬采摘等生产环节取得了一些突破性进展。例如，日本的耕作拖拉机自动行走系统、联合收割机自动驾驶技术、无人驾驶农药喷洒机，英国的葡萄枝修剪机器人、蘑菇采摘机器人和ＶＭＳ挤牛奶机器人，我国的农业机器人自动引导行走系统、蔬菜嫁接机器人，法国的水果采摘机器人，以及荷兰开发的挤奶机器人等。
机器人技术用于海洋开发，特别是深海资源的开发，一直是的许多国家积极关注的目标。法国、美国、俄罗斯、日本、加拿大等国从20世纪70年代开始先后研制了几百台不同结构形式和性能指标的水下机器人。法国的EPAVLARD、美国的AUSS、俄罗斯的MT-88等水下机器人已用于海洋石油开采、海底勘查、救捞作业、管道敷设和检查、电缆敷设和维护、以及大坝检查等方面。我国在90年代中期研制的“CR-01”水下机器人在太平洋深海试验成功，海深达 6000m 以上，使我国在深海探测和探索方面跃居世界先进水平。
近年来随着各种智能能机器人的研究与发展，能在宇宙空间作业的所谓空间机器人就成为新的研究领域，并已成为空间开发的重要组成部分。美、俄、加拿大等国已研制出各种空间机器人，如美国NASA的空间机器人Sojanor等。Sojanor是一辆自主移动车，重量为11.5kg，尺寸630~48mm，有6个车轮，它在火星上的成功应用，引起了全球的广泛关注。
服务机器人是近年来发展很快的一个领域，已成功地应用于医疗、家用、娱乐等人类生活的方方面面。作为服务机器人的一个重要分支，医用机器人的主要运用在护理、康复、辅助诊断和外科手术等场合。1998年5月德、法两国医生成功利用机器人完成了一例心脏瓣膜修复手术，包括对病人心脏瓣膜的修整和再造。这次手术中使用的是美国直觉外科研究所研制的医用遥控机器人系统。1998年6月，机器人又完成了首例闭胸冠状动脉搭桥手术。机器人技术与外科技术的结合，为病人带来福音。
可以预见，在21世纪各种先进的机器人系统将会进入人类生产、生活的各个领域，成为
人类良好的助手和亲密的伙伴。
2 总体设计方案
2.1结构类型的要求和确定
机械结构设计的要求，包括对机器整机的设计要求和对组成零件的设计要求两个方面，两者相互联系、相互影响。
(1).对机器整机设计的基本要求
对机器使用功能方面的要求：实现预定的使用功能是机械设计的最基本的要求，好的使用性能指标是设计的主要目标。另外操作使用方便、工作安全可靠、体积小、重量轻、效率高、外形美观、噪声低等往往也是机械设计时所要求的。
对机器经济性的要求：机器的经济性体现在设计、制造和使用的全过程中，在设计机器时要全面综合的进行考虑。设计的经济性体现为合理的功能定位、实现使用要求的最简单的技术途径和最简单合理的结构。
(2).对零件设计的基本要求
机械零件是组成机器的基本单元，对机器的设计要求最终都是通过零件的设计来实现，所以设计零件时应满足的要求是从设计机器的要求中引申出来的，即也应从保证满足机器的使用功能要求和经济性要求两方面考虑。
要求在预定的工作期限内正常可靠的工作，从而保证机器的各种功能的正设计简单合理的零件结构、合理规定零件加工的公差等级以及认真考虑零件的加工工艺性和装配工艺性等。另外要尽量采用标准化、系列化和通用化的零部件。
任何一种机器都有动力机、传动装置和工作机组成。动力机是机器工作的能量来源，可以直接利用自然资源（也称为一次能源）或二次能源转换为机械能，如内燃机、气轮机、电动机、电动马达、水轮机等。工作机是机器的执行机构，用来实现机器的动力和运动能力，如机器人的末端执行器就是工作机。传动装置则是一种实现能量传递和兼有其它作用的装置。
为实现总体机构在空间的位置提供的6个自由度，可以有不同的运动组合，根据本课题可以将其设计成以下3种方案：
1圆柱坐标型
这种运动形式是通过一个转动，两个移动，共三个自由度组成的运动系统，工作空间图形为圆柱型。它与直角坐标型比较，在相同的工作空间条件下，机体所占体积小，而运动范围大。
2直角坐标型
直角坐标型工业四自由度的工业机器人，其运动部分由三个相互垂直的直线移动组成，其工作空间图形为长方体。它在各个轴向的移动距离，可在各坐标轴上直接读出，直观性强，易于位置和姿态的编程计算，定位精度高、结构简单，但机体所占空间体积大、灵活性较差。
3.球坐标型
又称极坐标型，它由两个转动和一个直线移动所组成，即一个回转，一个俯仰和一个伸缩运动组成，其工作空间图形为一个球形，它可以作上下俯仰运动并能够抓取地面上或较低位置的工件，具有结构紧凑、工作空间范围大的特点，但结构复杂。
2.2规格参数
手部负重：10kg （抓取物体的形状为圆柱体，圆柱体半径、高度自定，密度3
7.8/g cm ）
自由度数：3个，沿Z 轴的上下移动，绕Z 轴的转动，沿X 轴的伸缩 坐标型式：圆柱坐标 手臂运动参数： 伸缩行程（X ）：450mm
伸缩速度（1v
）：250/mm s <
升降行程（Z ）：150mm
升降速度（2v ）：60/mm s <
回转范围（?）：00
0~180
定位方式：闭环伺服定位 重复定位精度： 2.5mm ± 驱动方式：电动
控制方式：MGS-51单片微机
2.2总体设计方案
使用现在机械设计方法和电动传动技术进行设计，采用圆柱式坐标。各手臂结构选用封闭式空心截面形状传动方式，选用同步带，螺旋传动和齿轮传动三种传动方式，驱动装置采用步进电动机，控制系统选用单片机的点位控制方式 2.4工作原理
机的输出经过减速器变速后，通过齿轮传动使腰部绕垂直轴线旋转，其旋转角度为270°，大臂固定在腰部从动轮上，并随着腰部一起转动，从而实现手臂的整体旋转。
大臂的升降机构由腰部来实现，此结构为步进电动机带动蜗杆使蜗轮传动，依靠蜗轮内孔的螺纹带动丝杠升降运动，为防止丝杠转动，采用了由丝杠上端的花键与固定箱体的花键套组成的导向装置
小臂通过一旋转轴固定在大臂末端，其驱动电机固定在大臂的另一端，通过同步带传动带动小臂旋转，其旋转的角度为300°。
小臂内部安装有一个步进电动机，通过扇形齿轮齿条转化为实现手抓的开合
3 机械手部分计算及其分析
3.1手部计算与分析 3.1．1手部设计的基本要求
(1)应具有适当的夹紧力和驱动力。 (2)手指应具有一定的开闭范围。 (3)应保证工件在手指内的夹持精度。 (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..1.2夹紧力计算
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、作用点进行分析、计算。一般来说，加紧力必须克服工件的重力所产生的静载荷（惯性力或惯性力矩）以使工件保持可靠的加紧状态。
其工件质量G=10kg ，V 形手指的角度2θ=120o
，12024b mm R mm =>=，摩擦系数0.10f =
根据手部结构的传动示意图，其驱动力为：
2b
p N R =
根据手指加持工件的方位，可得握力计算公式：
'0.5tan()0.55tan(60542)25()N N θ?=-=??-=o o 所以
2245()b
p N N R =
=
实际驱动力：
12
s K K p p
η
≥
因为传力机构为齿轮齿条传动，故η取0.94，并取1
K 为1.5
若被抓去工件的最大加速度为3a g =时
则：
214a
K g =+
=
所以，
1.54
2451563()0.94s p N ?=?
=
所以夹持工件时所需夹紧的驱动力为1563N 。 .3.1.3手爪的夹持误差及分析
机械手能否准确夹持工件，把工件送到指定位置，不仅取决于机械手定位精度（由臂部和腕部等运动部件确定），而且也与手指的夹持误差大小有关。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变化，避免产生手指夹持的定位误差，需要注意选用合理的手部结构参数，见图3-2，从而使夹持误差控制在较小的范围内。在机械加工中，通常情况使手爪的夹持误差不超过1mm ±。手部的最终误差取决于手部装置加工精度和控制系统补偿能力。
图3-2 夹持不同工件时的夹持误差 图3-2中，
1R 2R 为工件直径，12C C =?
工件直径为60mm ，尺寸偏差 2.5mm ±，则
max 42.5R mm
=，
min 37.5R mm
=，
40ep R mm
=
本设计为扇形齿条回转型夹持器，属于两点回转型手指夹持，如图3-3所示。
图3-3扇形齿条回转式钳爪
若把工件轴心位置C 到手爪两支点连线的垂直距离CD 以X 表示，根据几何关系有：
22
(
)2cos sin sin AB AB R R
X l l a βθθ=+--
简化为：
22222
1
(sin cos )(sin )sin AB AB X R l l a θββθ=
-+-
在设计中，希望给定的
max
R 和
min
R 来确定手爪各部分尺寸，为了减少夹持误差，一方面可
加长手指长度，但手指过长，使其结构增大，另一方面可选取合适的偏转角β，使夹持误差最小，这时的偏转角称为最佳偏转角。只有当工件的平均半径
ep
R 取为
R 时，夹持误差
最小。此时最佳偏转角的选择对于两支点回转型手爪（尤其当a 值较大时），偏转角β的大小不易按夹持误差最小的条件确定，主要考虑这样极易出现在抓取半径较小时，两手爪的
BE 和''B E 边平行，抓不着工件。为避免上述情况，通常按手爪抓取工件的平均半径ep R ，
以0
90BCD ∠=为条件确定两支点回转型手爪的偏转角β，即下式：
1
1
cos [(
)
]
sin ep AB R a l βθ
-=-
其中290a mm =，
86AB l mm
=。V 型钳的夹角0
2120θ=
代入得出： 1801cos [(
45)]56.57sin 6086β-=-=o
o
则 0sin cos 86sin 60cos56.5741.02AB R l mm
θβ==??=o o
则
min 0max
R R R <<，此时定位误差为
1
?和
2
?中的最大值。
2
222
22
max min 1(
)2cos sin sin sin AB AB AB R R l l a l a ββθθ?=+---- 2
222
22
min min 2(
)2cos sin sin sin AB AB AB R R l l a l a ββθθ?=+----
分别代入得：
191.576mm
?= 292.145mm
?=
所以，0.569 2.5mm mm ?=<，夹持误差满足设计要求。
3.2 机械手腕部计算及其分析
手腕部件设置在手部和臂部之间，它的作用主要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，以扩大机械手的动作范围，并使机械手变得更灵巧，适应性更强。手腕部件具有独立的自由度，此设计中要求有绕中轴的回转运动。
机器人手腕自由度数，应根据作业需要来设计。机器人手腕自由度数愈多，各关节的运动
角度愈大，则机器人腕部的灵活性愈高，机器人对作业的适应能力也愈强。但是，自由度的增加，也必然会使腕部结构更复杂，机器人的控制更困难，成本也会增加，也必然会使腕部结构更复杂，机器人的控制更困难，成本也会增加。因此手腕的自由度，应根据实际作业要求来确定。在满足作业要求的前提下，应使自由度数尽可能的少。一般的机器人手腕的自由度为2至3个，有的需要更多的自由度，而有的机器人手腕不需要自由度，仅凭手臂和腰部的于东就能实现作业要求的任务。因此，要具体问题具体分析，考虑机器人的多种布局，运动方案，选择满足要求的最简单的方案。
机器人腕部安装在机器人手臂的末端，在设计机器人手腕时，应力求减少其重量和体积，结构力求紧凑。为了减轻机器人腕部的重量，腕部机构的驱动器采用分离传动。腕部驱动器一般安装在手臂上，而不采用直接驱动，并选用高强度的铝合金制造。
机器人手腕要求与末端执行器相联，因此，要有标准的联接法兰，结构上要便于装卸末端执行器。机器人的手腕机构要有足够的强度和刚度，以保证力与运动的传递。要设有可靠的间隙调整机构，以减少空回间隙，提高传动精度。手腕各关节轴转动要有限位开关，并设计硬限位，以防止超限造成机械损坏。
因此，应基本满足一下要求：
（1）力求结构紧凑、重量轻
腕部处于手臂的最前端，它连同手部的静、动载荷均由臂部承担。显然，腕部的结构、重量和动力载荷，直接影响着臂部的结构、重量和运转性能。因此，在腕部设计时，必须力求结构紧凑，重量轻。
（2）结构考虑，合理布局
腕部作为机械手的执行机构，又承担连接和支撑作用，除保证力和运动的要求外，要有足够的强度、刚度外，还应综合考虑，合理布局，解决好腕部与臂部和手部的连接。（3）必须考虑工作条件
对于本设计，机械手的工作条件是在工作场合中搬运加工的棒料，因此不太受环境影响，没有处在高温和腐蚀性的工作介质中，所以对机械手的腕部没有太多不利因素。
3.3手臂结构设计
设计机械手伸缩臂，底板固定在大臂上，前端法兰安装机械手，完成直线伸缩动作，机械手臂性能要求：
功能性的要求
机械手伸缩臂安装在升降大臂上，前端安装夹持器，按控制系统的指令，完成工件的自动换位工作。伸缩要平稳灵活，动作快捷，定位准确，工作协调。
适应性的要求
为便于调整，适应工件大小不同的要求，起止位置要方便调整，要求设置可调式定位机构。为了控制惯性力，减少运动冲击，动力的大小要能与负载大小相适应，如步进电机通过程序设计改变运动速度，力矩电机通过调整工作电压，改变堵力矩的大小，达到工作平稳、动作快捷、定位准确的要求。
可靠性的要求
可靠性是指产品在规定的工作条件下，在预定使用寿命期内能完成规定功能的概率。工业机械手可自动完成预定工作，广泛应用在自动化生产线上，因此要求机械手工作必须
可靠。设计时要进行可靠性分析。
寿命的要求
产品寿命是产品正常使用时因磨损而使性能下降在允许范围内而且无需大修的连续工作期限。设计中要考虑采取减少摩擦和磨损的措施，如：选择耐磨材料、采取润滑措施、合理设计零件的形面等。因各零部件难以设计成相等寿命，所以易磨损的零件要便于更换。经济的要求
机械产品设备的经济性包括设计制造的经济性和使用的经济性。机械产品的制造成本构成中材料费、加工费占有很大的比重，设计时必须给予充分注意。将机械设计课程中学到的基本设计思想贯穿到设计中。
人机工程学的要求
人机工程学也称为技术美学，包括操作方便宜人，调节省力有效，照明适度，显示清晰，造型美观，色彩和谐，维护保养容易等。本设计中要充分考虑外形设计，各调整环节的设计要方便人体接近，方便工具的使用。
安全保护和自动报警的要求
按规范要求，采取适当的防护措施，确保操作人员的人身安全，这是任何设计都必须考虑的，是必不可少的。在程序设计中要考虑因故障造成的突然工作中断，如机构卡死、工件不到位、突然断电等情况，要设置报警装置。
机械手臂的结构要求：
应尽可能使机器人手臂各关节轴相互平行；相互垂直的轴应尽可能相交于一点，这样可以使机器人运动学正逆运算简化，有利于机器人的控制。
机器人手臂的机构尺寸应满足机器人工作空间的要求。工作空间的形状和大小与机器人手臂的长度，手臂关节的转动范围有密切的关系。但机器人手臂末端工作空间并没有考虑机器人手腕的空间姿态要求，如果对机器人手腕的姿态提出具体的要求，则其手臂末端可实现的空间要小于上述没有考虑手腕姿态的工作空间。
为了提高机器人的运动速度与控制精度，应保证机器人手臂有足够的强度和刚度的条件下，尽可能在结构上、材料上设法减轻手臂的重量。力求选用高强度的轻质材料，通常选用高强度的铝合金制造机器人的手臂。目前，在国外，也在研究用碳纤维复合材料制造机器人手臂。碳纤维复合材料抗拉强度高，抗震性好，比重小（其比重相当于刚的1/4，相当于铝合金的2/3），但是，其价格昂贵，且在性能稳定性及其制造复杂形状工件的工艺上尚存在问题，故未能在生产实际中推广应用。目前比较有效的办法是用有限元法进行机器人手臂结构的优化设计。在保证所需要强度与刚度的情况下，减轻机器人手臂的重量。
机器人各关节的轴承间隙要尽可能小，以减少机械间隙所造成的运动误差。因此各关节都应有工作可靠、便于调整的轴承间隙调整机构。
机器人的手臂相对其关节回转轴尽可能在重量上平衡，这对减小电机负载和提高机器人手臂运动的响应速度是非常有利的。在设计机器人的手臂时，应尽可能利用机器人在安装的机电元器件与装置的重量来减小机器人手臂的不平衡，必要时还要涉及平衡机构来平衡手臂参与的不平衡重量
机器人手臂在结构上要考虑各关节的限位开关和具有一定缓冲能力的机械限位块，以及驱动装置，传动机构及其它元件的安装。
3.3.1设计参数
伸缩长度：450mm
单方向伸缩时间：1.5～2.5S ；
定位误差：要有定位措施，定位误差小于 2.5mm ±； 前端安装机械手，伸缩终点无刚性冲击； 3.3.2手臂伸缩的尺寸设计与校核
手臂伸缩采用烟台气动元件厂生产的标准，参看此公司生产的各种型号的结构特点，尺寸参数，综合本设计的实际要求，尺寸系列初选内径为100/63φ。 尺寸校核
在校核尺寸时，只需校核内径1
D =63mm ，半径R=31.5mm 的尺寸满足使用要求即可，设
计使用压强P=0.4MPa 。 则驱动力：
2
62
0.410 3.140.03151246F P R π=?=???=
测定手腕质量为50kg ，设计加速度10/a m s = 则惯性力为：
15010500F ma
N ==?=
考虑活塞等的摩擦力，设定摩擦系数k=0.2，
10.2500100m F k F N =?=?= 所以，总受力
01500100
600m
F F F N =+=+= 由于
0F F
<，所以标准CTA 的尺寸符合实际使用驱动力要求。
导向装置
电动机驱动的机械手臂在进行伸缩运动时，为了防止手臂绕轴线转动，以保证手指的正确方向，并使活塞杆不受较大的弯曲力矩的作用，以增加手臂的刚性，在设计手臂
结构时，应采用导向装置。具体的安装形式应该根据本设计的具体结构和抓取物体重量等因素来确定，同时在结构设计和布局上应该尽量减少运动部件的重量和减少对回转中心的惯量。
导向杆目前常采用的装置有单导向杆，双导向杆，四导向杆等，在本设计采用单导向杆来增加手臂的刚性和导向性。
平衡装置
在本设计中，为了使手臂的两端能够尽量接近重力平衡力矩平衡状态，减少手爪一侧重力矩对性能的影响，故在手臂的伸缩一侧加装平衡装置，装置内加放砝码，砝码的质量根据抓取物体的重量的运行参数视具体情况加以调节，务求使两端尽量接近平衡。 3.3.3手臂升降的尺寸设计及校核 尺寸设计
运行长度设计为118l mm =，内径为
1110D mm
=，半径55R mm =，运行速度，加速时
间0.1t s ?=，压强0.4P MPa =，则驱动力为：
2
062
0.410 3.140.0553799G p R N π=?=???= 尺寸校核
测定手腕质量为80kg ，则重力：
8010
800G mg
N ==?=
设计加速度5/a m s =，则惯性力：
1805400G ma N ==?=
考虑活塞等的摩擦力，设定一摩擦系数k=0.1，
1
0.1400
40m G k G N =?=?= 所以，总受力
10
800400401240m G G G G N G G ηη=++=++=<
所以，设计尺寸符合实际使用要求。 3.3.4手臂的尺寸设计与校核 尺寸设计
长度设计为120b mm =，内径为
1210D mm
=，半径105R mm =，轴颈
240D mm
=，半
径20R mm =，运行角速度0
90/s ω=，加速度时间0.5t s ?=，压强0.4P MPa =，
则力矩：
22622()2
0.4100.12(0.1050.020)2
255pb R r M N m -=
??-=
=?
尺寸校核
测定参与手臂转动的部件的质量
1120m kg
=，分析部件的质量分布情况，质量密度分布在
一个半径r=200mm 的圆盘上，那么转动惯量：
2
122
2
1200.102
0.6m r J kg m =
?=
=? 90
0.60.5
108g M J t
N m ω
=?
?=?
=?
考虑轴承，油封之间的摩擦力，设定一摩擦系数k=0.2，
= g
k M ?
0.2108
5.4N m =?=? 总驱动力矩：
= +g
M
108 5.4
113.4N m =+=?
M <
所以，设计尺寸满足使用要求。
3.4腰部结构设计
工业机器人的腰座，就是圆柱坐标机器人，球坐标机器人及关节型机器人的回转基座。它是机器人的第一个回转关节，机器人的运动部分全部安装在腰座伤，它承受了机器人的全部重量。在设计机器人腰座结构时，要注意以下设计原则：
腰座要有足够大的安装基面，以保证机器人在工作时整体安装的稳定性。
腰座要承受机器人全部的重量和载荷，因此机器人的基座和腰部轴及轴承的结构及轴承的结构要有足够大的强度和刚度，以保证其承载能力。
机器人的腰座是机器人的第一个回转关节，它对机器人末端的运动精度影响最大，因此，在设计时要特别注意腰部轴系及传动链的精度与刚度的保证。
腰部回转运动要有相应的驱动装置，它包括驱动器（电动、液压及气动） 及减速器。驱动装置一般都带有速度与位置传感器，以及制动器。
腰部结构要便于安装、调整。腰部与机器人手臂的联结要有可靠的定位基准面，以保证各关节的相互位置精度。要设有调整机构，用来调整腰部轴承间隙及减速器的传动间隙。 6. 为了减轻机器人运动部分的惯量，提高机器人的控制精度，一般腰部回转运动部分的壳体是由比重较小的铝合金材料制成，而不运动的基座是用铸铁或者铸钢材料制成。
3.5 齿轮齿条的设计计算
1．选定齿轮类型，精度等级，材料及齿数
1)按照所设计的传动方案，选用齿轮齿条传动。
2）磁吸式机械手为一般工作机器，速度不高，故选用7级精度（GB10095-88） 3）材料选择。由《机械设计》表10—1选择小齿轮为40Cr （调质），硬度为280HBS ，齿条材料45钢（调质）硬度为240HBS ，二者材料硬度差为40HBS 。
4）闭式齿轮传动一般转速较高，为了提高传动的平稳性，减小冲击振动，小齿轮的齿数Z 1 =20-40,所以选择小齿轮的齿数Z 1 =24。 2.按齿面接触强度设计
由《机械设计》计算公式（10—9a ）进行试算，即
[]3
2
1
1132.2???
?
??±≥σφ
E E u u Z T
K d
d
t t
定公式内的各计算数值 试选载荷系数K t =1.3 计算小齿轮传递的转矩
mm
N mm N n P T .948.9.960
105.95/5.95101010
4
5
1
15
1?=??=?=
由《机械设计》中表10—7选取齿宽系数
φ
d
=1
由《机械设计》中表10—6查得材料得弹性影响系数Z E
=189.8MPa
2
1
(5) 由《机械设计》中图10—21d 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限
σ
2
lim H =600MPa ；齿条的接触疲劳强度极限
σ
2
lim H =550MPa ；
(6) 由《机械设计》中式10—13计算应力循环次数
N
1
=
()10
9
1147.4153008219606060?=??????=L n h j
(7)由《机械设计》中图10—19查得接触疲劳寿命系数K HN 1=0.9; K HN 2=2.5 (8)计算接触疲劳许用应力
取失效概率为1%，安全系数S=1，由《机械设计》中式（10—12）得
[]MPa
MPa S
H
H HN K 5406009.01
lim 1
1=?==σ
σ
[]MPa
MPa S
H
H HN K 13755505.22
lim 2
2
=?==σ
σ
计算
试算小齿轮分度圆直径，代入中的较小的值
因为齿条的接触疲劳寿命系数较大，所以较大，所以小齿轮的较小 所以代入小齿轮的值
[]3
2
1
1132.2???
?
??±≥σφ
E E u u Z T
K d d
t t 3
2
4
5.5228.18910
2
.32.41
948.93.132.2??
? ????
??=mm=65.396mm
计算圆周速度v
v=10006011?n d t π=
1000
60960
396.65???πm/s=3.29m/s
机械手设计论文开题报告
南京大学 毕业设计(论文)开题报告 学生姓名：学号： 专业：机械工程及自动化 设计(论文)题目：机械手设计 指导教师: 2010年4月 4日
开题报告填写要求 1．开题报告(含“文献综述”)作为毕业设计(论文)答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计(论文)工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效； 2．开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式(可从教务处网页上下载)打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见； 3．“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写(或打印)在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于15篇科技论文的信息量，一般一本参考书最多相当于三篇科技论文的信息量(不包括辞典、手册)； 4．有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T 7408—94《数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法》规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2010年3月15日”或“2010-03-15”。
毕业设计(论文)开题报告 1．结合毕业设计(论文)课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2000字左右的文献综述： 文献综述 摘要本文主要介绍了机械手的应用范围、机械手的组成及每个组成部分的作用、工作原理、国内外的发展趋势、发展前景和方向，机械手的应用、机械行业中使用机械手的意义，重点阐述了机械人的各个组成部分的发展趋势和应用场合。 关键词机械手发展趋势意义 1 序言 随着时代的不断进步，经济飞速发展，生活水平的逐年提高，人们的环保意识，自我安全意识也在不断加强，同时也使人们对各种产品的要求更高了，机械人显然更符合现在人们的需求。机械手轻巧、制造成本低、工作效率高、噪声较小、低温起动性较好、使用和维护方便，已在机械、化工、医药、纺织、微电子、食品、运输等领域得到了越来越广泛的运用[1]。在当今的中国社会，经济发展方式正由粗放密集型转向节约内向型，原来的生产方式必须进行较大的变革。这就要求在最短的时间内，创造出最高的加工效率，而且还要保证较高的生产质量。机械加工中的机床﹑机械手就必须符合这种条件下的生产加工。 2 机械手概况 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(或工具)的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动(摆动)、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
焊接机械手设计
江苏城市职业学院五年制（高职） 毕业设计论文 设计课题：焊接机械手设计 学校：江苏城市职业学院（常熟办学点） 年级：2009级 专业：机电一体化 姓名：曹胜 学号：0921010113 指导老师：杜建峰 职称：讲师 2013年12月
摘要 本次设计是焊接机械手设计，在设计过程中，要求我们运用机电的知识完成，其设计的内容主要包括，机械手中大臂的设计，电气系统设计等内容。 此次设计的焊接机械手实际是五自由度的关节机器人。采用步进电机驱动、微机控制，结构紧凑，工作范围大，动作灵活，不仅用于弧焊作业，还可用于搬运和装配作业。 弧焊机器人在通用机械、金属结构等许多行业中得到广泛运用。弧焊机器人是包括各种电弧焊附属装置在内的柔性焊接系统，而不只是一台以规划的速度和姿态携带焊枪移动的单机，因而对其性能有着特殊的要求。在弧焊作业中，焊枪应跟踪工件的焊道运动，并不断填充金属形成焊缝。因此运动过程中速度的稳定性和轨迹精度是两项重要指标。一般情况下，焊接速度约取5-50mm/s，轨迹精度约为±（0.2-0.5）mm。 电气系统的设计就是运用机电传动的知识，即PLC系统进行控制，PLC控制系统有西门子系统，欧姆龙系统等。 关键词：焊接机械手 PLC
目录 前言 (1) 第一章焊接机械手的总体方案设计 (2) 1.1 焊接机器人的主要组成 (2) 1.2 焊接机器人大臂的设计 (3) 1.2.1 大臂的工作方式 (3) 1.2.2 大臂电动机的选择 (3) 1.2.3 大臂上谐波齿轮传动的设计 (4) 1.3 焊接机器人末端执行器的设计 (6) 第二章PLC系统设计 (9) 2.1电气设备概述 (9) 2.1.1电气控制的变压系统部分设计 (9) 2.1.2电气控制的部分设计 (9) 2.2 PLC的应用 (11) 2.2.1 梯形图的设计 (11) 2.2.2 用功能表图表示控制过程 (13) 2.2.3 I/O分配表与配线图 (14) 2.2.4 写出梯形图 (16) 小结 (19) 致谢 (20) 参考文献 (21)
电动机械手结构设计
1 绪论 1.1工业机械手的概述 工业机器手是一种可以搬运物料、零件、工具或完成多种操作功能的专用机械装置；由计算机控制，是无人参与的自主自动化控制系统；他是可编程、具有柔性的自动化系统，可以允许进行人机联系。可以通俗的理解为“机器人是技术系统的一种类别，它能以其动作复现人的动作和职能；它与传统的自动机的区别在于有更大的万能性和多目的用途，可以反复调整以执行不同的功能。” 工业机械手是人类创造的一种机器,更是人类创造的一项伟大奇迹,其研究、开发和设计是从二十世纪中叶开始的.我国的工业机械手是从80年代"七五"科技攻关开始起步,在国家的支持下,通过"七五","八五"科技攻关,目前已经基本掌握了机械手操作机的设计制造技术,控制系统硬件和软件设计技术,运动学和轨迹规划技术,生产了部分机器人关键元器件，开发出喷漆，孤焊，点焊，装配，搬运等机器人，其中有130多台喷漆机器人在二十余家企业的近30条自动喷漆生产线（站）上获得规模应用，孤焊机器人已经应用在汽车制造厂的焊装线上。但总的看来，我国的工业机械手技术及其工程应用的水平和国外比还有一定距离。如：可靠性低于国外产品，机械手应用工程起步较晚，应用领域窄，生产线系统技术与国外比有差距。影响我国机械手发展的关键平台因素就是其软件，硬件和机械结构。目前工业机械手仍大量应用在制造业，其中汽车工业占第一位（占28.9%），电器制造业第二位（占16.4%），化工第三位（占11.7%）。发达国家汽车行业机械手应用占总保有量百分比为23.4%～53%，年产每万辆汽车所拥有的机械手数为（包括整车和零部件）：日本88.0台，德国64.0台，法国32.2台，英国26.9台，美国33.8台，意大利48.0台。 世界工业机械手的数目虽然每年在递增，但市场是波浪式向前发展的。在新世纪的曙光下人们追求更舒适的工作条件，恶劣危险的劳动环境都需要用机器人代替人工。随着机器人应用的深化和渗透，工业机械手在汽车行业中还在不断开辟着新用途。机械手的发展也已经由最初的液压，气压控制开始向人工智能化转变，并且随着电子技术的发展和科技的不断进步，这项技术将日益完善。 上料机械手与卸料机械手相比，其中上料机械手中的移动式搬运上料机械手适用于各种棒料，工件的自动搬运及上下料工作。例如铝型材挤压成型铝棒料的搬运及高温材料的自动上料作业，最大抓取棒料直径达180mm，最大抓握重量可达30公斤，最大行走距离为1200mm。根据作业要求及载荷情况，机械手各关节运动速度可调。移动式搬运上料机械手主要由手爪，小臂，大臂，手臂回转机构，小车行走机构，液压泵站电器控制系统组成，同时具有高温棒料启动疏料装置及用于安全防护用的光电保护系统。整个机械手及液压系统均集中设置在行走小车上，结构紧凑。电气控制系统采用OMRON可编程控制器，各种作业的实现可以通过编程实现。 国内外实际使用的多是定位控制的机械手，没有“视觉”和“触觉”反馈。目前，世界各国正积极研制带有“视觉”和“触觉”的工业机械手，使它能够对所抓取的工件进行分辨，能选取所需要的工件，并正确的夹持工件，进而精确地在机器上定位、定向。 为使机械手有“眼睛”去处理方位变化的工件和分辨形状不同的零部件，它由视觉传感器输入三个视图方向的视觉信息，通过计算机进行图形分辨，判别是否是所要抓取的工
程控通用机械手的结构设计
目录 中文摘要 I Abstract ....................................................................................................................... II 1 绪论 (1) 1.1前言 (1) 1.2 工业机械手的简史 (1) 1.3工业机械手在生产中的应用 (3) 1.3.1 建造旋转零件（转轴、盘类、环类）自动线 (3) 1.3.2 在实现单机自动化方面 (3) 1.3.3 铸、锻、焊热处理等热加工方面 (4) 1.4 机械手的组成 (4) 1.4.1 执行机构 (4) 1.4.2 驱动机构 (5) 1.4.3 控制系统分类 (5) 1.5工业机械手的发展趋势 (5) 1.6 本文主要研究内容 (6) 1.7 本章小结 (6) 2 机械手的总体设计方案 (7) 2.1 机械手基本形式的选择 (7) 2.2机械手的主要部件及运动 (7) 2.3驱动机构的选择 (8) 2.4 机械手的技术参数列表 (8) 2.5 本章小结 (8) 3 机械手手部的设计计算 (10) 3.1 手部设计基本要求 (10) 3.2 典型的手部结构 (10) 3.3机械手手抓的设计计算 (10) 3.3.1选择手抓的类型及夹紧装置 (10) 3.3.2 手抓的力学分析 (11) 3.3.3 夹紧力及驱动力的计算 (12) 3.4 机械手手抓夹持精度的分析计算 (13) 3.5 本章小结 (16) 4 臂部的结构及有关计算 (17) 4.1 概述 (17) 4.2 手部直线运动机构 (17)
最新西华大学机器人创新设计实验报告(工业机械手模拟仿真)
实验报告 （理工类） 课程名称: 机器人创新实验 课程代码: 6003199 学院(直属系): 机械学院机械设计制造系 年级/专业/班: 2010级机制3班 学生姓名: 学号: 实验总成绩: 任课教师: 李炜 开课学院: 机械工程与自动化学院 实验中心名称: 机械工程基础实验中心
一、设计题目 工业机器人设计及仿真分析 二、成员分工：（5分） 三、设计方案：（整个系统工作原理和设计）（20分） 1、功能分析 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。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。机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。机器人应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标志。机器人并不是在简单意义上代替人工的劳动，而是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置，既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力，又有机器可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力，从某种意义上说它也是机器的进化过程产物，它是工业以及非产业界的重要生产和服务性设备，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备。 本次我们小组所设计的工业机器人主要用来完成以下任务： （1）、完成工业生产上主要焊接任务； （2）、能够在上产中完成油漆、染料等喷涂工作； （3）、完成加工工件的夹持、送料与转位任务； （5）、对复杂的曲线曲面类零件加工；（机械手式数控加工机床，如英国DELCAM公司所提供的风力发电机叶片加工方案，起辅助软体为powermill，本身为DELCAM公司出品）
焊接机械手毕业设计
焊接机械手毕业设计 【篇一：自动焊接机械手设计(毕业设计)】 自动焊接机械手设计 1 绪论 1.1 技术概述 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。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。 机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、 人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。机器人应用情况，是一个国家工业自动 化水平的重要标志。 机器人并不是在简单意义上代替人工的劳动，而是综合了人的特长 和机器特长的一种拟人的电子机械装置，既有人对环境状态的快速 反应和分析判断能力，又有机器可长时间持续工作、精确度高、抗 恶劣环境的能力，从某种意义上说它也是机器的进化过程产物，它 是工业以及非产业界的重要生产和服务性设备，也是先进制造技术 领域不可缺少的自动化设备。 1.2 现状及国内外发展趋势 国外机器人领域发展近几年有如下几个趋势： (1)工业机器人性能不断提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操 作和维修），而单机价格不断下降，平均单机价格从91年的10．3 万美元降至97年的6．5万美元。 (2）机械结构向模块化、可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位一体化；由关节模块、连杆模块用重组 方式构造机器人整机；国外已有模块化装配机器人产品问市。 (3)工业机器人控制系统向基于pc机的开放型控制器方向发展，便 于标准化、网络化；器件集成度提高，控制柜日见小巧，且采用模 块化结构；大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。 (4)机器人中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加 速度等传感器外，装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器，而遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、
机械手设计
一、总体方案设计 1.1设计任务 基本要求: 设计一个多自由度机械手（至少要有三个自由度）将最大重量为40Kg的工件，由车间的一条流水线搬到别一条线上； 二条流水线的距离为：1000mm； 工作节拍为：70s； 工件：最大直径为160mm 的棒料； 1.2总体方案确定 1.2.1自由度 自由度是指机器人所具有的独立坐标轴运动的数目，但是一般不包括手部（末端操作器）的开合自由度。自由度表示了机器人灵活的尺度，在三维空间中描述一个物体的位置和姿态需要六个自由度。 机械手的自由度越多，越接近人手的动作机能，其通用性就越好，但是结构也越复杂，自由度的增加也意味着机械手整体重量的增加。轻型化与灵活性和抓取能力是一对矛盾，，此外还要考虑到由此带来的整体结构刚性的降低，在灵活性和轻量化之间必须做出选择。工业机器人基于对定位精度和重复定位精度以及结构刚性的考虑，往往体积庞大，负荷能力与其自重相比往往非常小。一般通用机械手有5～6个自由度即可满足使用要求（其中臂部有3个自由度，腕部和行走装置有2～3个自由度），专用机械手有1～2个自由度即可满足使用要求。在控制器的作用下，它执行将工件从一条流水线拿到另一条流水线这一动作。在满足前提条件上尽量使结构简单，所以我们这次选择5自由度机械手。 1.2.2机械手基本形式的选择 常见的工业机械手根据手臂的动作形态,按坐标形式大致可以分为以下4种: (1)直角坐标型机械手：
特点：操作机的手臂具有三个移动关节，其关节轴线按直角坐标配置。 优缺点：结构刚度较好，控制系统的设计最为简单，但其占空间较大，且运动轨迹单一，使用过程中效率较低。 结构图： (2)圆柱坐标型机械手： 特点：操作机的手臂至少有一个移动关节和一个回转关节，其关节轴线按圆柱坐标系配置。 优缺点：结构刚度较好，运动所需功率较小，控制难度较小，但运动轨迹简单，使用过程中效率不高。 结构图：
【精品毕设】简易机械手机械结构设计
机电工程学院 《专业综合课程设计》 说明书 课题名称：简易机械手机械机构设计 学生姓名：沈柳根学号：20110611119 专业：机械电子工程班级：11机电 成绩：指导教师签字： 2015年1月5日
摘要 简易机械手是工业机械手的简化，功能相似，而工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新的技术，是现代控制理论与工业生产自动化实践相结合的产物，并以成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分。工业机械手是提高生产过程自动化、改善劳动条件、提高产品质量和生产效率的有效手段之一。工业机械手设计是机械制造、机械设计和机械电子工程等专业的一个重要教学环节，是学完技术基础课及有关专业课以后的一次专业课程内容得综合设计。通过设计提高学生的机械分析与综合能力、机械结构设计的能力、机电液一体化系统设计的能力，掌握实现生产过程自动化的设计方法。 通过对于气动机械手的设计，展现了各个相关学科知识在这里的整合，有利于理解专业知识。 关键词：简易机械手；结构设计；气动
目录 摘要....................................................... 错误！未定义书签。 1 设计任务介绍及意义 (1) 1.1设计任务意义： (1) 1.2设计任务要求介绍： (1) 2 总体方案设计 (3) 2.1 结构分析 (3) 2.3 设计简介 (3) 3 机械传动结构设计 (5) 3.1传动结构总体设计 (5) 3.2手指气缸的设计 (6) 3.3纵向气缸的设计 (12) 3.4横向气缸的设计 (13) 4最终图纸 (15) 4.1装配图 (15) 5 总结 (16) 参考文献 (17)
机械手设计报告
JINGCHU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 电气控制与PLC控制技术 课程设计 题目：坐标式机械手的PLC控制专业：电气自动化技术 姓名：何建军 学号：123 指导教师：刘冬梅 成绩： 目录
第一章绪论 长期以来，PLC在工业控制领域发挥着巨大的作用，为各行各业的自动化控制设备提供可靠的控制保证。随着半导体技术、计算机技术和通信技术的发展，PLC也在飞速的发展，PLC 不断地采用新技术、不断增强系统的开放性，同时可以和各种组态软件很好的结合使用。所以，PLC将在未来的工业控制领域有着广阔的用武之地。 PLC的主要特点是：从开关量控制发展到顺序控制、运送处理，是自上而下的，连续PID 控制等多功能。PID在中断站中，可用一台PC机为主站，多台同型PLC为从站。也可一台PLC为主站，多台同型PLC为从站，构成PLC网络。这比用PC机作主站方便之处是：有用户编程时，不必知道通信协议，只要按说明书格式写就行；PLC网格既可作为独立DCS/TD-CS，也可作为DCS/TDCS的子系统，PLC网络主要用于工业过程中的顺序控制，新型PLC也乘有闭环控制功能。PLC的最大特点在于：电气工程师已不再电气的硬件上花费太多的心计，只要将按钮开关或感应器的输入点连接到PLC的输入点上就能解决问题，通过输出点连接接触器或继电器来控制大功率的启动设备，而小功率的输出设备直接连接就可以。 机械手PLC控制程序设计在工业中起到了很重要的作用。了解到主要用于搬动或者装卸零件的重复动作，动力来源于液压系统。在机械手控制选用PLC，其原因安全可靠。机械手控制分为手动、回原点、单步、单周期、自动五大部分。各个功能运用转换开关进行切换，切后按照以前步骤继续执行。通过PLC输出驱动中间继电器，接通电磁阀。首先运用Microsoft Visio 画图软件绘制实际工程电气接线图，以便在程序设计中使用。定期到实验室运用实验模拟设备，进行编程模拟及其调试。 关键字：工业PLC 机械手电气接线图电磁阀中间继电器 第二章程序设计题目及要求 、题目： 坐标式机械手的PLC控制 、目的：
电动式关节型机器人机械手结构的设计
任务书 学院：专业：班级：学生情况指导教师情况题目类型 姓名学号姓名职称单位理论研究□科研开发□ 机电工程学院工程设计√论文□ 题目电动式关节型机器人机械手的结构设计与仿真 主要内容以及目标(毕业设计应完成的主要内容，设计任务达到的目标) 主要内容: （1）完成调研报告和开题报告； （2）完成电动式关节型机器人机械手的结构设计； （3）建立该机械手的三维虚拟模型并对其进行运动仿真； （4）中英文摘要各200字，设计说明书不少于15000字； （5）外文资料翻译不少于5000字。 目标: （1）完成电动式关节型机器人机械手的结构设计，其中包括装配图及关键的零件图；（2）对机械手进行三维建模、虚拟装配与仿真。 成果形式（毕业设计完成具体工作量；成果形式；验收方式）（1）3张A0图纸，包括装配图、零件图； （2）调研报告、开题报告以及设计计算说明书；（3）机械手的三维虚拟模型以及运动仿真的录像。 基本要求（对完成设计任务方面的具体要求：设计技术参数、数据及来源、调试所用仪器设备） 设计技术参数： 手部负重：10kg（抓取物体的形状为圆柱体.圆柱半径.高度自定.密度7.8g/cm3.） 运动轴数： 数据来源： 北京机械工业自动化研究所、上海发那科机器人有限公司 实习调研要求（对部分有实习环节的专业，提出实习或调研的具体要求，包括调研提纲、实习时间、地点和具体内容要求） （1）了解国内外工业机器人的现状、水平和发展趋势； （2）了解工业机器人的各个组成部分； （3）掌握电动式关节型机器人机械手的组成机构及其工作原理； （4）分析现有各种类型工业机器人的特点，如运动方式、驱动方式、控制方式等；（5）总结出本设计课题的基本实现方法及结构，分析其技术关键及难点； （6）做出本设计课题的设计安排，如技术线路、研究方法、设计工具、时间安排等。
机械手机构设计开题报告样本
本科毕业设计（论文）开题报告 课题名称自动抓取机构结构设计 系别机械设计制造及其自动化 专业班机制六班 姓名刘建标 评分 导师（签名） 2014年1月3日 中国地质大学长城学院
毕业设计（论文）开题报告撰写要求： 1．开题报告的主要内容 1）所选课题国内、外研究及发展状况 2）课题研究的目的和意义； 3）课题研究的主要内容、难点及关键技术； 4）研究方法及技术途径； 5）实施计划。 2．主要参考文献：不少于3篇。 3．开题报告的字数不少于1500字，格式按《华中科技大学武昌分校专科毕业设计（论文）撰写规范》的要求撰写。 4．开题报告单独装订，本附件为封面。
华中科技大学武昌分校学生毕业设计开题报告 学生姓名许佳虎学号20092811080专业班级机械制造及其自动 化0902 系别自动化指导教师孙立鹏/王姣职称教授/助教课题名称串联型五自由度机械手的结构设计 1.目的及意义： 1.1工业机械手设计的意义 1、熟悉机械手的应用场合及有关机械手设计的步骤； 2、机械手可以提高生产过程中的自动化程度，减轻人力，便于有节奏的生产； 3、结合机械手设计这方面的知识，在设计过程中学会怎样发现问题、研究问题、解决问题。 1.2国外的机械情况 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、能适应产品种类变更，具有多自由度动作功能的柔性自动化。 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。 1962年，美国机械铸造公司在上述方案的基础之上又试制成一台数控示教再现型机械手。商名为Unimate(即万能自动)。运动系统仿造坦克炮塔，臂回转、俯仰，用液压驱动；控制系统用磁鼓最存储装置。不少球坐标式通用机械手就是在这个基础上发展起来的。同年该公司和普鲁曼公司合并成立万能自动公司（Unimaton）,专门生产工业机械手。 1962年美国机械铸造公司也试验成功一种叫Versatran机械手，原意是灵活搬运。该机械手的中央立柱可以回转，臂可以回转、升降、伸缩、采用液压驱动，控制系统也是示教再现型。虽然这两种机械手出现在六十年代初，但都是国外工业机械手发展的基础。 1978年美国Unimate公司和斯坦福大学、麻省理工学院联合研制一种 Unimate-Vic-arm型工业机械手，装有小型电子计算机进行控制，用于装配作业，定位误差可小于±1毫米。 美国还十分注意提高机械手的可靠性，改进结构，降低成本。如Unimate公司建立了8年机械手试验台，进行各种性能的试验。准备把故障前平均时间（注：故障前CCMT2006展览会上，值得一机器人应用是当今机床发展的一大趋向提的是1号馆W1-916意大利意沃乐EVOLUT公司，这个欧洲最大的机器人应用与集成公司，他们的一
焊接机械手的结构设计
本科毕业设计(论文) 题目：焊接机械手的结构设计 系别：机电信息系 专业：机械设计制造及其自动化 班级： 学生： 学号： 指导教师： 2013年5月
焊接机械手的结构设计 摘要 本设计为焊接机械手的结构设计，主要研究内容：腰部回转机构的设计；大、小臂和腕部回转的结构设计。 本设计由整体布局入手，参考现有关节型机械臂的相关设计，初步确定腰部的转动惯量，从而确定电机的选型，安装等相关设计。在机械臂的灵活和精度的前提下完成总体结构的设计，然后根据总体结构，从而确定本设计的机械臂各个主要零部件的设计。 在主要零部件的设计中，主要包括腰部壳体的设计、轴的结构设计、轴承的选择、电机的设计计算、大小臂的结构和固定等。 本设计整体在现有关节型机械臂的结构上做了修改，使得它能够更好的满足本设计的设计要求。本设计结构简单、重量轻、外形尺寸小、设备费用低、运转安全、操作方便、便于维修和管理。 关键词：机械手；谐波减速器；结构设计
Structure design of robot arm Abstract The design for the design of welding structure of the manipulator, the main research contents: the design of the waist turning mechanism；structure design of large, small arm and wrist rotation. This design by the overall layout with reference to the relevant design, the existing joint type manipulator, preliminary determine the moment of inertia of the waist, so as to determine the motor selection, installation and other related design. Complete the design of the overall structure of the flexible manipulator based on precision and the next, and then based on the overall structure, design of mechanical arm to determine the design of all the major components of the. The design of the main components, including the housing design, structural design of shaft, bearing selection, design and calculation of the size of motor, arm structure and fixed. The design of the whole made changes in the existing joint type manipulator structure, so that it can better meet the design requirement of this design. The design has simple structure, light weight, small size, low cost of equipment, operation safety, convenient operation, easy to repair and management. KeyWords：robot arm；harmonic drive；structure design
机械手设计摘要
题目：搬运机械手及其PLC控制系统设计 摘要 搬运机械手是能模仿人和臂的某些动作功能，用以固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。为了满足生产的需要，机械手要求设置多种工作方式，例如手动和自动（包括连续、单周期、单步和自动返回初始状态）工作方式。在运动控制方面，PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。所以利用PLC程序控制可以实现机械手的控制要求。通过梯形图程序使各动作电磁阀动作，配合各极限位置的限位开关，准确而又循环的连续操作。系统以液压传动为驱动方式，避免使用三相异步电动机，具有防过载的优点。机械手、PLC、液压系统组成的整体具有高效、安全、经济、实用等特点。 下面我主要介绍一下设计过程中的具体展开工作： 初始阶段，指导老师要求我们上网查阅该设计的例子，以及阅读老师发的设计资料。看过之后，在脑子里有了大概的思路。本设计主要涉及的要点、重点、难点都清楚。从大的方面来说有硬件设计和软件设计。硬件设计包括机械手的抓取机构设计、液压系统原理设计、PLC的硬件设计；软件设计只有PLC的软件设计。经小组讨论，一致认为设计的路线为机械手的介绍、机械手抓取机构设计、液压系统原理设计、PLC的硬件设计、PLC的软件设计。下面具体介绍各部分的主要内容与展开的设计内容： 机械手的介绍：主要讲述了目前机械手在国内的发展状况，机械手的功能及应用场合。阐述了机械手的优点和特点，简单介绍了机械手的主要组成部分以及每个部分在机械手的作用。 机械手抓取机构设计： 对手部的设计要求： 1、有适当的夹紧力 2、有足够的开闭范围 3、力系结构简单，重量轻，体积小 4、手指应有一定的强度和刚度 5、其它要求 根据以上要求，计算出手部装置、大臂上下移动机构、上臂左右移动机构的右腔推力、夹紧力的大小，手部活塞杆行程长，确定“V”型钳爪的L,β。根据机械运动范围，确定出各腔流量以及工作压强。计算出各机构工件参数后，绘制成表格，初步计算选取液压缸。 液压系统原理设计：根据泵的供油压力、系统所需的最大流量，选择好溢流阀、调速阀、换向阀。设计出总体液压原理图，如下图所示。根据机械手的工
气动机械手升降臂结构设计分享
毕业设计(论文) 题目: 气动机械手升降臂结构设计，面板操纵式（有动力）点位示教部分控制软件设计
摘要 本文简要介绍了工业机器人的概念，机械手的组成和分类，气动技术的特点，PLC控制的特点,触摸屏的特点及国内外的发展状况。 本文对机械手进行总体方案设计，确定了机械手的技术参数。同时，设计计算了机械手的升降臂和回转臂结构，设计了机械手的手部结构。 本文系统地研究了机械手的气动系统，对气压系统工作原理图的参数进行了了解，大大提高了绘图效率和图纸质量。 利用可编程序控制器（PLC）对机械手进行控制，选取了合适的PLC型号，根据机械手的工作流程制定了可编程序控制器的控制方案，对机械手的面板操纵式（有动力）点位示教部分控制软件进行了设计。 关键词:工业机器人；机械手；气动；可编程序控制器；触摸屏；示教
Abstract This thesis gives a brief introduction of the conception of industrial robot and domestic and overseas development of industrial robot, including components and categories of manipulator, the characteristics of the system of air pressure drive technique and PLC, and the features of touch screen calibration. This thesis makes a general designation and decides the technique parameter of manipulator. Meanwhile, it designs the elevator arm and Rotary arm structure of manipulator as well as the construction of the hand part. This thesis focus on the analyzing of the air pressure drive system of manipulator and the study of the air pressure system working principle diagram datum, which helps a lot to make a improvement in charting. With the help of PLC we attain the controlling of manipulator. In this thesis, I choose the proper type of PLC, work out the manipulation program of PLC controller according to the working progress of manipulator, and design the manipulation software of the manipulation of Control panel (Dynamic) -Point Demonstration part. Keywords: industrial robot; manipulator; air pressure drive; PLC; touch screen; Demonstration
机械机电专业毕业设计_工业机械手结构的设计
序 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。 1962年，美国联合控制公司在上述方案的基础上又试制成一台数控示教再现型机械手。商名为Unimate（即万能自动）。运动系统仿照坦克炮塔，臂可以回转、俯仰、伸缩、用液压驱动；控制系统用磁鼓作为存储装置。不少球坐标通用机械手就是在这个基础上发展起来的。同年该公司和普鲁曼公司合并成立万能自动公司,专门生产工业机械手。 1962年美国机械制造公司也实验成功一种叫Vewrsatran机械手。该机械手的中央立柱可以回转、升降采用液压驱动控制系统也是示教再现型。虽然这两种机械手出现在六十年代初，但都是国外工业机械手发展的基础。 1978年美国Unimate公司和斯坦福大学，麻省理工学院联合研制一种Unimate-Vicarm型工业机械手，装有小型电子计算机进行控制，用于装配作业，定位误差小于±1毫米。联邦德国机械制造业是从1970年开始应用机械手，主要用于起重运输、焊接和设备的上下料等作业。 联邦德国KnKa公司还生产一种点焊机械手，采用关节式结构和程序控制。 日本是工业机械手发展最快、应用最多的国家。自1969年从美国引进两种机械手后大力从事机械手的研究。 前苏联自六十年代开始发展应用机械手，至1977年底，其中一半是国产，一半是进口。 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
机械手设计课题报告
简易小型直角坐标机械手 1 机械手 1.1 机械手的定义 机械手是模仿着人手的动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的机械装置。在工业生产中应用的机械手被称为“工业机械手”。 1.2 机械手的作用 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。因此，在机械加工、冲压、铸、锻、焊接、热处理、电镀、喷漆、装配以及轻工业、交通运输业等方面得到越来越广泛的应用。 机械手的结构形式开始比较简单，专用性较强，仅为某台机床的上下料装置，是附属于该机床的专用机械手。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，使用范围比较广的“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地改变工作程序，适用性较强，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应用。 1.3 机械手的分类及特点 工业机械手的种类很多，关于分类的问题，目前在国内尚无统一的分类标准，在此暂按使用范围、驱动方式和控制系统等进行分类。
机械手可分为专用机械手和通用机械手两种: （1）专用机械手 它是附属于主机的、具有固定程序而无独立控制系统的机械装置。专用机械手具有动作少、工作对象单一、结构简单、使用可靠和造价低等特点，适用于大批量的自动化生产的自动换刀机械手，如自动机床、自动线的上、下料机械手和加工中心。 （2）通用机械手 它是一种具有独立控制系统的、程序可变的、动作灵活多样的机械手。在性能范围内，其动作程序是可变的，通过调整可在不同场合使用，驱动系统和控制系统是独立的。通用机械手的工作范围大、定位精度高、通用性强，适用于不断变换生产品种的中小批量自动化的生产。通用机械手按其控制定位的方式不同可分为简易型和伺服型两种:简易型以“开一关”式控制定位，只能是点位控制，伺服型可以是点位的，也可以实现连续控制，伺服型具有伺服系统定位控制系统，一般的伺服型通用机械手属于数控类型。 （1）液压传动机械手 是以液压的压力来驱动执行机构运动的机械手。其主要特点是:抓重可达几百公斤以上、传动平稳、结构紧凑、动作灵敏。但对密封装置要求严格，不然油的泄漏对机械手的工作性能有很大的影响，且不宜在高温、低温下工作。若机械手采用电液伺服驱动系统，可实现连续轨迹控制，使机械手的通用性扩大，但是电液伺服阀的制造精度高，油液过滤要求严格，成本高。
焊接机械手可行性分析报告
《焊接机械手可行性分析报告》 一﹑概述 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。机械手涉及到机械学、力学、自动控制技术、电器液压技术、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。焊接机械手也是工业机器人的一个重要分支。它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。机械手的快速发展是由于它的积极作用正日益为人们所认识：一、它能部分的代替人工操作；二、它能按照生产工艺的要求，遵循一定的程序、位置和时间来完成工件的传送与装卸；三、它能操作必要的工具进行装配和焊接，从而大大的改善了作业员的劳动条件，提高了劳动生产率，加快了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、噪音、粉尘以及带有放射性和污染的场合，应用更为广泛。在我国近几年也有较快的发展，并且取得一定的效果，受到机械工业的重视。机械手是一种能自动控制并可重新编程以变动的多功能机器，它有多个自由度，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，专用性比较强。但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大批量生产中获得广泛的应用。 二、本项目在国内外研究、开发、应用和维护现状 机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术，当前对机器人技术的研究十分活跃。我国有组织有计划地发展机器人事业．应该说是从“七五”期间的科技攻关及实施“863计划”开始的。经过十几年来的研制、生产、和应用，有了长足的进步。目前在一些方面，如喷涂机器人、弧焊机器人、点焊机器人、搬运机器人、装配机器人、特种机器人(水下、爬壁、管道、遥控等机器人)，已掌握了机器人的设计制造技术，解决了控制、驱动系统的设计和配置、软件的设计和编制等关键技术；还掌握了自动化喷漆线、弧焊自动线(工作站)及其周边配套设备的全线自动通信、协调控制技术。 中国工业机器人现在的总装机量约为1200台，其中国产机器人占有量约为1/3，即400多台。与世界机器人总装机台数75万台相比，中国总装机量仅占万分之十六。对中国这样一个12亿人口的大国来说，差距是很明显的。装机数量少，说明了我国的工业化程度与工业发达国家的差距大。因为工业机器人的诞生和应用发展是以工业生产高度自动化和柔性化为大背景的。除数量外，差距还表现在已有的机器人的利用率不高，以进口的弧焊机器人为例，据调查，完全正常运转，充分发挥效益效益的只占1/3；另外1/3处于负荷不满或不能安全正常运转状态，原因是生产管理及使用维护存在不合理现象或问题；还有1/3不能正常使用，这是由于机器人质量问题或缺乏备件，以及请不起外方维修人员造成的。机器人应用效果不理想，直接影响了用户使用更多机器人的信心。 总的来看，我国的机器人技术及其工程应用的水平和国外的相比还有一定的距离，无论从机器人的数量上还是技术上，我们都有一定的差距。进入新世纪以后，国际竞争日益激烈，对机器人的需求越来越大，我国的机器人产业将面临新的发展机遇和来自国外的挑战，因此我们需要自主发展机器人高技术，解决产业化前期的关键技术。积极推进我国的机器人产业化的进程。从目前国内外研究现状来看，焊接机器人技术研究主要集中在焊缝跟踪技术、离线编程与路径规划技术、多机器人协调控制技术、专用弧焊电源技术、
机械手自动控制设计
滁州职业技术学院成人高等教育毕业设计 课题：机械手的动作控制 设计时间： 班级：09级机电一体化（3）班 学号： 姓名： 指导教师：李文萱
2011届机电一体化专业（09级机电3班）毕业设计任务书 -----机械手动作的控制 一、任务描述 机械手是能模仿人手和臂的某些动作功能，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。械手通常用作机床或其他机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，有些操作装置需要由人直接操纵。 二、设计目的 通过本次设计让学生了解一般PLC控制系统设计的过程、设计要求、应完成的工作内容和具体设计方法，同时也是对既往知识的复习、巩固和灵活应用的过程，可以提高学生的整体观，为今后走向工作岗位提供实践经验。 三、控制任务和一般要求 示意图中为一个机械手取与放的搬运系统，原点为左上方所达到的极限位置，搬运过程是机械手将工件由A传送到B。分别设计出手动和自动控制的程序。 1.上升和下降，左移和右移的执行均由双线圈二位电磁阀推动气缸来完成。 2.当某个电磁阀线圈通电，就一直保持现有的机械动作，例如一但下降的电磁阀线圈通电，机械手下降，即使此时线圈断电，机械手要仍然要保持现有的下降动作状态，直到相反方向的电磁阀线圈通电为止。 3.夹紧/放松由单线圈二位电磁阀推动气缸完成，线圈通电执行夹紧动作，线圈断电执行放松动作。 4.设备装有上、下限位和左、右限位开关；夹紧和放松可以由限位开关来实现也可以利用定时器来实现。 5.当工件处于B处上方准备下放时，为确保安全，用光电开关检测B处有无 工件，只有在B处无工件时才能发出下放信号。