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基于虚拟样机技术的四自由度机械手设计与仿真

孙　群a,张　民b,孙　霖a

(聊城大学 a.汽车与交通工程学院; b.计算机学院,山东聊城　252059)

摘　要:四自由度机械手广泛地应用于工业、农业等领域中,发挥着重要的作用。为此,提出了基于虚拟样机技术的机械手设计思想和总体设计方案,并利用三维设计软件C AXA2007进行了机械手零部件的设计。在此基础上,利用动力学仿真软件ADAMS2004对机械手进行了虚拟样机建模与仿真,分析机械手设计中存在的缺陷。为了便于机械手的数控加工,利用C AXA2007软件中的数控加工模块对机械手零部件进行了数控加工编程。

关键词:机械手;四自由度;三维设计;虚拟样机

中图分类号:TP241 文献标识码:A文章编号:1003-188X(2009)05-0152-03

0　引言

机械手是能够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[1]。它可以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,因而广泛应用于农业、机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。

在农业方面,机械手在生物生产自动化领域发挥着重要的作用,是各种农业采摘、收获机器人重要的执行部件,得到了广泛的研究和关注[2-4]。

四自由度机械手作为机械手的一种主要形式,具有重要的研究意义和工程价值。本文采用虚拟样机技术,进行了四自由度机械手的设计与仿真研究。

1　机械手总体设计方案

1.1　机械手机械系统设计思想

本文首先利用CAXA2007三维制图软件作为辅助设计工具进行四自由度机械手的机械零件设计,建立其三维模型。然后,经虚拟装配后,利用AD2 AMS2004软件,生成虚拟样机,进行机械系统虚拟样机分析,分析其运动轨迹及其机械零部件的干涉现象。最后,利用CAXA2007软件中的数控加工模块,编写机械零部件的数控加工程序。

1.2　机械手机械系统总体设计

四自由度机械手系统由机械本体结构、伺服驱动系统、计算机控制系统、传感系统和通信接口等部分

收稿日期:2008-07-22

作者简介:孙　群(1979-),男,山东淄博人,副教授,工学博士,(E -mail)sunxiaoqun97@https://www.wendangku.net/doc/6f7138391.html,。

组成。机械手运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式,称为机械手的自由度。在考虑机械手用途、成本及技术难度等问题后,本文选择机械手的自由度为4个,其末端执行器(夹持器)可以自由开合,能够完成物体的抓、移、放等动作。机械手的机械原理如图1

所示。

图1　机械手的原理框图

Fig.1　The chart of the mani pulat or’s machinery p rinci p le

本文的四自由度机械手由底座、一号电机齿轮、左右支梁、中心直齿轮、第一臂右板、夹持器活动节、夹持器固定节、四号电机、三号电机、二号电机、一号电机和转动底座组成。机械手整体结构,如图2所示。

2　机械手关键机械零部件设计

机械手的关键零部件是中心齿轮传动设计,根据机械手的要求,设计的齿轮参数:①传动比i=3:1;②两齿轮模数m=2.0;③压力角β=20°;④中心距α=167mm。中心大齿轮设计:大齿轮分度圆直径D1= m Z≈120mm;齿数Z1=60;齿高h=h a+h f=5.0mm;

取齿轮厚度20.0mm。本文设计的中心大齿轮,如图3所示。

1.转动底座

2.一号电机

3.二号电机

4.三号电机

5.四号电机

6.夹持器固定节

7.夹持器活动节

8.第一臂右板

9.右支梁

10.中心直齿轮　11.一号电机齿轮　12.底座

图2　机械手的整体结构图

Fig .2　The structure of the mani pulat

图3　大齿轮的设计图

Fig .3　Design of the big gear

中心小齿轮设计:本文设计的小齿轮分度圆直径

D 2=41.3mm ,近似取40mm;齿数Z 2=20。本文设计的

小齿轮如图4所示

。

图4　小齿轮的设计图

Fig .4　Design of the s mall gear

3　机械手的虚拟样机建模与分析

3.1　虚拟样机技术概述

虚拟样机是建立在计算机上的原型系统或子系统模型,它在一定程度上具有与物理样机相当的功能真实度,采用虚拟样机技术可以提高机械产品的研制

效率

[5]

。本文采用ADAMS2004对四自由度机械手进

行虚拟样机建模与分析,通过虚拟样机仿真,发现机械手设计过程中的错误,及时改正,为后续的物理样机研制奠定基础。

3.2　机械手的虚拟样机建模

CAXA2007软件可以实现与ADAMS2004软件的

无缝连接,将设计好的机械手三维实体以装配件的形式导入ADAMS2004,具体过程如下所述:

1)将用CAXA2007软件建立的四自由度机械手的三维模型以3x_t 的形式输出;

2)打开ADAMS2004软件,选择菜单File 下的子

菜单i m port,打开的对话框下选择File Type 为Paras ol 2id (“3.Xm t_txt ”,“.X _t ”...),并在File T o Read 对话框中,右击选择B r owse 选择原来保存的3x_t 格式的文件;

3)定义一个Modle Na me 的名字,按OK 键,再选择菜单Edit 中的Modle,此时三维模型便全部导入。

利用ADAMS2004软件对设计的机械手的机械本体进行动态仿真过程中,为了简化分析和计算,可以忽略无关零部件,只保留关键部件,以便于观察。添加约束及驱动如图5所示

。

图5　添加约束副及驱动

Fig .5　Adding the stricti on and drive

3.3　仿真结果分析

四自由度机械手虚拟样机仿真结束后,机械手运动轨迹扫描曲线如图6所示

。

图6　仿真结束后生成的曲线

Fig .6　The moving curve of the mani pulat or

351?

通过对机械手的运动仿真,分析生成曲线图和运动轨迹图,说明在各个转动关节没有超程的前提下,机械零部件没有干涉发生,表明设计基本合理。

4　机械手的虚拟样机建模与分析

4.1　数控加工简介

机械手的机械本体应用虚拟样机技术进行结构优化后,需要对各零件进行加工。数控加工技术将传统的加工机床用计算机进行控制,能够在程序的导引下,实现自动加工。应用相关软件可进行加工程序的自动生成,与数控机床配合加工[6]

。

4.2　数控车床加工编程

本文采用CAXA2007软件中的数控加工模块进行数控加工编程,可以直接配合数控机床使用。车削加工适用于回转体的零件,机械手中的回转体零件都可以用数控车削加工。

例如,对机械手转动架轴进行数控编程,做出转动架轴的右半部分,如图7所示。对做出的图形进行粗加工轨迹生成,并生成代码

。

图7　转动架轴的数控车削加工

Fig .7　The CNC of the r otating axis

5　结论

1)提出了基于虚拟样机技术的四自由度机械手

机械系统的设计思想,利用三维设计软件CAXA2007完成了机械手零部件的设计及虚拟装配。

2)利用动力学仿真软件ADAMS2004对设计出的机械手进行了虚拟样机建模与分析。

3)利用CAXA2007软件中的数控加工模块对机械手零部件进行了数控加工编程,为加工最终的物理样机奠定了基础。

本文只是进行了四自由度机械手机械系统的虚拟设计与仿真,后续研究工作中,可以加工出实际的物理样机进行实验和分析。参考文献:

[1]　宋伟刚.机器人机械系统原理、理论方法和算法[M ].沈

阳:东北大学出版社,2001.

[2]　梁喜凤,王永维.番茄收获机械手机构型综合研究[J ].农

机化研究,2008(3):70-72.

[3]　田素博,邱立春,秦军伟,等.国内外采摘机器人机械手结

构比较的研究[J ].农机化研究,2008(4):195-197.

[4]　崔玉洁,张祖立,范磊,等.基于ADAM S 的果品采摘机械

手运动学仿真分析[J ].农机化研究,2007(3):59-61.

[5]　李增刚.ADAM S 入门详解与实例[M ].北京:国防工业出

版社出版,2007.

[6]　王爱玲,刘永姜.数控原理及数控系统[M ].北京:机械工

业出版社,2006.

Desi gn and Si m ul ati on of the Man i pul ator with Four Freedo m of M oti on

Based on Vi rtual Prototype Technology

Sun Qun a

,Zhang M in b

,Sun L in

(a .School of Aut omobile &Trans portati on Engineering;b .School of Computer Science,L iaocheng University,L iaocheng

252059,China )

Abstract:The mani pulat or with f our freedom of moti on has been widely used in industry and agriculture,and it has p layed a great r ole in those fields .This article designed the mechanical syste m of a mani pulat or with f our freedom of mo 2ti on based on virtual p r ot otype technol ogy .This article p r oposed the design thought and design p lan of the mani pulat or .Based on this work,the mechanical syste m of the mani pulat or was designed based on CAXA2007.Then,the mani pulat or was modeled and si m ulated based on ADAMS2004.To realize physical machining,this article intr oduced the computer nu merical p r ogra mm ing of the mani pulat or .

Key words:mani pulat or;f our freedom of moti on;three di m ensi onal design;virtual p r ot otype

451?

机械手(码垛机)液压与PLC系统的设计与仿真毕业设计

黎明职业大学机电工程与自动化学院毕业设计毕业设计报告设计题目：机械手（码垛机）液压与PLC系统的设计与仿真

目录第1章绪论 (3) 第2章毕业设计任务与要求 (4) 2.1设计任务 (4) 2.2设计要求 (5) 第3章液压系统设计 (6) 3.1负载分析 (6) 3.2液压缸的设计与计算 (6) 3.2.1夹紧液压缸的设计与计算 (6) 3.2.2升降液压缸的设计与计算 (7) 3.2.3平移液压缸的设计与计算 (9) 3.2.4液压缸结构尺寸计算 (10) 3.3确定液压系统方案，拟定液压系统原理图 (11) 3.3.1确定执行元件的类型 (11) 3.3.2换向方式确定 (11) 3.3.3各回路的确定 (11) 3.4 液压元件及辅助装置的选型与确定 (12) 3.4.1 选择液压泵 (12) 3.4.2确定油管的尺寸 (12) 3.4.3液压阀的选型 (13) 第4章电气控制系统设计 (14) 4.1控制要求分析 (14) 4.2硬件设计 (14) 4.2.1 PLC的选型 (14)

4.2.2 I/O分配表 (15) 4.2.3 PLC电路设计 (15) 4.3电气元件选型 (19) 4.4软件设计 (21) 4.4.1画出动作流程图 (21) 4.4.2人机界面组态控制 (22) 第5章安装调试仿真 (26) 5.1 液压仿真 (26) 5.2 PLC调试 (26) 第6章设计结论 (26) 第7章仪器设备清单 (27) 第8章收获、体会和建议 (27) 参考文献 (28) 附录 (29)

第1章绪论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。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。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。

减速器的设计与仿真

设计题目:减速器的设计与仿真设计内容和要求: 1、拟定分析传动装置的传动方案。 2、电动机的选择。 3、传动装置的运动参数的动力参数的计算。 4、传动件及轴的设计计算。 5、轴承、键的选择及校核，减速器的润滑和密封的选择。 6、减速器的结构及附件设计。 7、绘制装配图和零件图。 8、培养撰写论文的能力。 1. 减速器的概念及一些减速器介绍 1．1 减速器的概念减速器是一种由封闭在刚性壳体内的齿轮转动、蜗杆转动、齿轮－蜗杆转动所组成的独立部件，常用作原动件与工作机之间的减速器转动装置。在少数场合也用作增速的传动装置，这时就称为减速器。常用的齿轮及蜗杆减速器按其传动及结构特点，大致可分为三类：（1）齿轮减速器，主要有圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减速器和圆柱齿轮减速器三种。（2）蜗杆减速器，主要有圆柱蜗杆减速器、圆弧齿蜗杆减速器、锥蜗杆减速器和蜗杆－齿轮减速器。（3）行星减速器，主要有渐开线行星减速器、摆线针轮减速器和谐波减速器等。1．2 常用减速器的主要类型、特点和应用齿轮减速器按减速齿轮的级数可分为单级、二级、三级和多级减速器几种；按轴在空间的互相装配方式可分为立式和卧式减速器；可分为展开式、同轴式和分流式减速器等。单级圆柱减速器的最大传动比一般为ｉmax=8～10，作此限制主要为外轮廓尺寸过大。若要求ｉ>10时，就要采用二级圆柱齿轮减速器。二级圆柱齿轮减速器应用于i =8～50级高，低速级的中心距和α∑＝250～

400mm的情况下。二级圆柱齿轮减速器，它结构简单，可根据需要选择输入轴端和输出端的位置。分流式圆柱齿轮减速器的轴可向任意一边伸出，便于传动装置的总体配置，分流级的齿轮均做成斜齿，一边左旋，另一边右旋以抵消轴向力。同轴式二级圆柱减速器，它的径向尺寸紧凑，轴向尺寸较大，常用于要求输入轴端和输出轴端在同一轴线上的情况。三级圆柱减速器，用于要求传动比较大的场合。单级圆柱减速器和二级圆锥减速器，用于需要输入轴成90o配置的传动中。因大尺寸的圆锥齿轮较难精确制造，所以圆锥—圆柱齿轮减速器的高速级总是采用圆锥齿轮传动以减小其尺寸，提高制造精度。齿轮减速器的特点是效率高、寿命长、维护简便、因而应用极为广泛。 1．3 减速器的结构单级直齿轮减速器的结构，它主要由齿轮（或蜗杆）、轴、轴承、箱体等组成。箱体必须有足够的刚度，为保证箱体的刚度及散热，常在箱体外壁上制有加强肋。为方便减速器的制造、装配及使用，还在减速器上设置一系列附件，如检察孔、透气孔、油标尺或油面指示器、吊钩及起盖螺钉等。 2. 虚拟技术的简介虚拟技术的简介 2．1 虚拟技术的简介虚拟技术（Virtual Reality，以下略VR），就是由计算机直接把视觉、听觉、触觉等多种合成信息提示给人的感觉器官，在人的周围生成一个虚拟环境，从而把人、

读书笔记-四自由度机械手结构设计及其plc

读书笔记一：《浅析机械手的应用与发展趋势》 ——机械手的现状和发展趋势主编：郭洪武一、文章摘要机械手是:指能模仿人手和手臂的某些动作功能，用以固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。机械手是最早出现的工业机器人，也是最早出现的现代机器人。它能代替人繁重劳动，可实现生产的机械化及自动化，改善劳动环境以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子部门。目前，机械手的种类按驱动方式分为：液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按运动轨迹控制方式可分为：点位控制和连续轨迹控制机械手等。机械手的历史及现状：工业用机械手的第一次发展迅猛发展是在第二次世界大战，最早应用在美国橡树岭国家实验室的搬运核原料的遥控机械手操作手研究，是一种主从型的控制系统。1958年美国联合控制公司研制第一台示教型机械手，并在1962年,研制出一种更新兴的机械手，运动系统仿造坦克炮塔，臂可以回转、俯仰、伸缩，用液压驱动。1962年美国机械铸造公司成功研制一种叫Versatran机械手，原意是灵活搬运，可做点位和轨迹控制。国外的机械手在此基础上，得到一定程度上的发展。从60年代后期起，喷漆、弧焊工业机器人相继在生产中开始应用。1978年美国Unimation-Vin.am型工业机械手，装有小型电子计算机控制，用于装配作业。联邦德国机械人制造业是从1970年开始应用机械手，主要是用于起重运输、焊接和设备的上下料等工作。日本是工业机械人发展最快和应用最多的国家,于1969年从美国引进后，开始大力发展机械手的研制，目前已成为世界上工业机械手应用最多的国家之一。机械手在我国的发展：我国工业机械手研究与开发起步较晚，比欧美要晚30年左右，起步于上世纪70年代，1972年我国第一台机械手在上海研制成功，从第七个五年计划开始，我国政府加大了对工业机器人的重视程度，并投入大量的资金。研制有以下机器人：点焊机器人、氩弧焊机器人、装卸载机器人等。值得注意的是中国科学沈阳自动化研究所和北京科技大学机器人研究所开发的机器人的控制器。与此同时，一系列的机器人关键部件也被研究开发出来了，如机器人专用轴承，减震齿轮，直流伺服电机,编码器等等。机械手的应用和发展趋势,随着自动化和机械化的发展，人们对机械手的要求也越来越高，主要体现在：（1）重复高精度。重复精度是指动作重复多次，机械手到达同样位置的精确程度。对于某些机械手来说，重复精度甚于精度。（2）模块化。模块化拼装的气动机械手比组合导向驱动装置的更具有灵活的安装体系。它集成电接口、带电缆及

四自由度机械手控制系统设计

前言可编程控制器是20世纪70年代以来，在集成电路，计算机技术基础上发展起来的一种新型工业控制设备。由于具有功能强、可靠性高、配置灵活、使用方便以及体积小、重量轻等优点，国外已广泛应用于自动化控制的各个领域，并已成为现实工业生产自动化的支柱产品。近年来，国内在PLC技术与产品开发应用方面发展很快，除有许多从国外引进的设备，自动化生产线外，国内的机床设备已越来越多采用PLC控制系统采用控制系统取代传统的继电—接触器控制系统小；价格上能与继电—接触器控制系统竞争；易于在现场变更程序；便于使用、维护、维修；能直接推动电磁阀，接触器与之相当的执行机构；能向中央执行机构；能向中央数据处理系统直接传播数据等。本课题是基于PLC控制四自由度机械手运行。工业机械手是一种模仿人体上肢部分功能，按照预定要求输送工件或握持工具进行操作的自动化技术设备，它可以代替手的繁重劳动，改善劳动条件，提高劳动生产率和自动化水平。有着广阔的发展前途。本课题通PLC自动控制对机械手实现机械手规定动作并实现回原点、手动方式和自动方式三种工作方式的选择，并对系统进行运行效率分析。

摘要随着工业机械手的进一步发展，其发展将更趋向于人性化、智能化并将在更加广泛的领域得到应用。机械手是一种模仿人体上肢运动的机器，它能按照预定要求输送工种或握持工具进行操作的自动化技术设备，对实现工业生产自动化，推动工业生产的进一步发展起着重要作用。因而具有强大的生命力，受到人们的广泛重视和欢迎。工业机械手可以代替人手的繁重劳动，显著减轻工人的劳动强度，提高劳动生产率和自动化水平。通过对机械制造与自动化大学专科三年的所学知识进行整合，对工业机械手各部分机械结构和功能的论述和分析，确定机械手的工作原理和运动机理。设计了一种四自由度机械手，采用可编程序控制器（PLC）设计其控制系统,以提高其工作的稳定性能。关键词：机械手梯形图 PLC 电磁阀 Abstract With the further development of industrial robots, and its development tends to be more humane, intelligent and in a wider range of applications. Manipulator is a kind of imitation of the upper body movement machine, it can be scheduled according to request type or holds the automation tool operation of technical equipment, industrial automation, promote the production of industrial production of the further development plays an important role .Manipulator noted extensively and welcome by people for it has powerful vitality. Industrial robots can replace the hands of heavy labor, significantly reduce labor intensity, and improve labor productivity and automation level.Mechanical manufacturing and automation through the junior college for three years to integrate the knowledge of industrial manipulator mechanical structure and function of various parts of exposition and analysis to determine the robot motion principle and mechanism.Design a four-DOF manipulator to enhance the stability of their work for using the programmable logic controller to control system. Keywords: Manipulator Ladder diagram PLC Solenoid valve

机械手文献综述

燕山大学本科毕业设计（论文）文献综述课题名称：顺序动作机械手学院（系）：机械工程学院年级专业：机电控制学生姓名：杨忠合指导教师：郑晓军完成日期： 2014.03.25

一、课题国内外现状目前国内机械于主要用于机床加工、铸锻、热处理等方面，数量、品种、性能方面都不能满足工业生产发展的需要。所以，在国内主要是逐步扩大应用范围，重点发展铸造、热处理方面的机械手，以减轻劳动强度，改善作业条件，在应用专用机械手的同时，相应的发展通用机械手，有条件的还要研制示教式机械手、计算机控制机械手和组合机械手等。同时要提高速度，减少冲击，正确定位，以便更好的发挥机械手的作用。此外还应大力研究伺服型、记忆再现型，以及具有触觉、视觉等性能的机械手，并考虑与计算机连用，逐步成为整个机械制造系统中的一个基本单元。国外机械手在机械制造行业中应用较多，发展也很快。目前主要用于机床、横锻压力机的上下料，以及点焊、喷漆等作业，它可按照事先指定的作业程序来完成规定的操作。国外机械手的发展趋势是大力研制具有某种智能的机械手。使它具有一定的传感能力，能反馈外界条件的变化，作相应的变更。如位置发生稍许偏差时，即能更正并自行检测，重点是研究视觉功能和触觉功能。目前已经取得一定成绩。目前世界高端工业机械手均有高精化，高速化，多轴化，轻量化的发展趋势。定位精度可以满足微米及亚微米级要求，运行速度可以达到3M/S，量新产品达到6轴，负载2KG的产品系统总重已突破100KG。更重要的是将机械手、柔性制造系统和柔性制造单元相结合，从而根本改变目前机械制造系统的人工操作状态。同时，随着机械手的小型化和微型化，其应用领域将会突破传统的机械领域，而向着电子信息、生物技术、生命科学及航空航天等高端行业发展。二、研究主要成果机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，一般没有独立的控制装置。有些操作装置需要由人直接操纵，如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为机械手。搬运机械手仿真设计和制作，机械手的机械结构主要包括由两个电磁阀控制的气缸来实现机械手的上升下降运动及夹紧工件的动作，两个转速不同的电动机分别通过两线圈控制电动机的正反转，从而实现小车的进退运动，并利用ADAMS 软件对搬运机械手进行建模，对其进行运动学及动力学仿真，

仿真与虚拟农业技术课程设计

天津农学院计算机科学与信息工程学院课程设计报告设计题目:基于L系统的虚拟植物模型设计学生姓名学号专业班级任课教师成绩评定 2013 年12月

目录一摘要 (1) 1 L—studio软件的简单介绍 (1) 2 虚拟植物生长 (1) 3 参数L系统 (1) 4 研究方法：分形理论 (1) 二L--system程序及分析 (2) 三.视图文件及分析 (3) 四.效果截果 (4) 五.总结与参考文献 (9)

一摘要 L—studio软件的简单介绍本设计是参照《仿真与虚拟农业技术》教材整本书以及老师课堂上的讲解编写出来的。这株虚拟树的设计是借助L—studio的软件工具而生成。L—studio是基于L系统的Windows软件，用于创建模拟模型并进行模拟实验，它的本质就是一个字符重写系统。 L—studio由以下几个部分组成： ·两个基于L系统的模拟程序：cpfg和lpfg ·一套建模实例，每种植物都作为一个L—studio对象存储 ·用于组织和使用所建模型（位于本地或远程机器中）的图形浏览器 ·系列用于创建和修改对象的编辑器和其他建模工具 ·用于模拟影响植物生长环境的程序库虚拟植物生长通过对植物生理生态过程的模拟，能够预测不同环境条件下生长的植物的某些综合指标，而在植物形态结构和环境因素的时空变异对植物生长的影响等方面进行了简化处理。虚拟植物生长是对植物在三维空间中的结构发育与生长过程的计算机仿真，是植物学家进行研究的重要工具。参数L系统我这次所涉及的植物----树，用的是L系统主要类型中的：参数L系统。参数L系统将字符串的重写过程扩展到了带有参数控制的单词扩展过程，从而实现了既能生成丰富、灵活的植物图形，又能实现其过程可控性。研究方法：分形理论这次虚拟植物生长模型主要运用的研究方法是分形理论，分形理论的数学基础是分形几何学，即由分形几何衍生出分形信息、分形设计、分形艺术等应用。分形几何学是以非规则几何形态为研究对象的几何学分支，由于不规则现象在自然界普遍存在，因此分形几何学又被称为描述大自然的几何学。在此基础上形成的研究分形性质及其应用的科学称为分形理论。分形作为几何对象，首先是不规则的，但并不是所有不规则的形状都是分形。也就是说，分形一般具有无限相似性，这既是分形的特征也是分形的精髓。关键词【虚拟植物，L—studio，分形理论】

四自由度搬运机械手的设计毕业论文

四自由度搬运机械手的设计毕业论文 1引言 1.1机械手研究的背景及其意义机械手是当今世界的科技革命发展飞速变革的必然产物，它的出现标志着现今的工业、制造业水平发展到了前所未有高水平阶段。最初出现的机械手只是应用在航空航天和海洋勘探等高端科技领域，随着近几十年来计算机在科技领域全面应用，科技革命的变革也加速了科学技术的蓬勃发展。在此背景下机械手技术也在飞速发展，并且在其应用领域也不断地深入、飞速地拓宽，特别是近些年来机械手在现代制造业领域更是得到了非常广泛的应用。由于机械手是通过预先编写好的程序来控制其动作次序和轨迹，所以机械手可以代替人力去完成那些单调的、重复的、特别是对于人类来说毫无意义的工作，除此之外机械手还能够在恶劣的环境中完成那些人类不想完成的或不能完成的工作，特别是在一些危险的工作环境或者是对精度要求较高的工作条件之下，机械手相比较人力有得天独厚的优势——机械手在某些邻域能够完全替代人力，将人类从脏、乱、差的工作环境中解放出来，这是人类社会几千年来的又一次变革和人类生活方式的又一次蜕变。特别是近几十年来工业、制造业领域在机械手的广泛应用下发生了伟大的变革，在此背景下整个社会的生产力水平、产品生产质量和生产效率大大提高，与此同时在工业生产中现代工人的劳动强度也大大降低。机械手技术虽然发展迅猛，但现在市场上的机械手大多还处在高端应用领域，价格也相对昂贵，不能满足低成本、低层次应用领域的需求。所以本课题希望设计出一种成本低、应用层次相对较低的机械手，填补这一领域市场的空白，这对

于工业、制造业领域以及人类社会的发展都具有及其重要的意义和价值。在机械手技术领域中，机械手在模型设计上，四自由度机械手是机械手产品中的典型设计模型，在技术上，四自由度机械手技术门槛相对较低——四自由度便于设计和实现，在应用层面上，四自由度机械手对于一般的重复性工作条件完全满足，在成本上，四自由度机械手在满足一些复杂动作的工作条件下便于实现低成本，也就说其性价比相对较高，所以本论文以《四自由度搬运机械手》为课题进行研究旨在设计出一个比较实用的、成本低的、具有一定的实际应用价值的机械手。1.2机械手的研究现状和发展前景机械手是现代工业革命变革、现代工业水平高度提高催生的一种新技术产品，从较高应用层次来说，机械手是集机械设计、计算机程序控制等多领域知识和多种设计方法于一身的一种新型自动化装备，特别是近年来互联网、大数据的出现和应运机械手已开始从自动化向智能化领域迈进。机械手虽然在近几十年来才出现，其发展历史并不算太长，机械手最早起源于美国，接着又在德国、日本等工业发达国得到了飞速发展，然而我国近十年来虽然工业发展迅猛，可机械手在工业领域的应用才刚刚起步，机械手设计的技术水平同国外仍有很大差距，特别实是在机械手的高端应用领域，主要体现在机械手的可靠性和精度指标上面。近年来机械手在工业、制造业领域的应用突飞猛进，这对于工业文明的进步产生了“雪崩式效应”，越来越多的无人化工厂随着机械手的发展如春笋般涌现。随着进入21世纪以来，互联网技术飞速发展，工业、制造业领域正发生着一场伟大的变革，从美国的“工业互联网”到德国的“工业 4.0”，再到“中国制造2025”，世界工厂已经开始由“无人化工厂”向“智能化工厂”转变，在此历

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

毕业设计-送料机械手设计及Solidworks运动仿真(全套图纸)

目录摘要 (1) 第一章机械手设计任务书 (2) 1.1毕业设计目的 (2) 1.2本课题的内容和要求 (2) 第二章抓取机构设计 (4) 2.1手部设计计算 (4) 2.2腕部设计计算 (7) 2.3臂伸缩机构设计 (9) 第三章液压系统原理设计及草图 (11) 3.1手部抓取缸 (11) 3.2腕部摆动液压回路 (13) 3.3小臂伸缩缸液压回路 (14) 3.4总体系统图 (15) 第四章机身机座的结构设计 (16) 4.1电机的选择 (17) 4.2减速器的选择 (18) 4.3螺柱的设计与校核 (18) 第五章机械手的定位与平稳性 (20) 5.1常用的定位方式 (20) 5.2影响平稳性和定位精度的因素 (20) 5.3机械手运动的缓冲装置 (21) 第六章机械手的控制 (22) 第七章机械手的组成与分类 (23) 7.1机械手组成 (23) 7.2机械手分类 (25) 第八章机械手Solidworks三维造型 (26) 8.1上手爪造型 (27) 8.2螺栓的绘制 (31) 毕业设计感想 (36) 参考资料 (37)

送料机械手设计及Solidworks运动仿真摘要本课题是为普通车床配套而设计的上料机械手。工业机械手是工业生产的必然产物，它是一种模仿人体上肢的部分功能，按照预定要求输送工件或握持工具进行操作的自动化技术设备，对实现工业生产自动化，推动工业生产的进一步发展起着重要作用。因而具有强大的生命力受到人们的广泛重视和欢迎。实践证明，工业机械手可以代替人手的繁重劳动，显著减轻工人的劳动强度，改善劳动条件，提高劳动生产率和自动化水平。工业生产中经常出现的笨重工件的搬运和长期频繁、单调的操作，采用机械手是有效的。此外，它能在高温、低温、深水、宇宙、放射性和其他有毒、污染环境条件下进行操作，更显示其优越性，有着广阔的发展前途。本课题通过应用AutoCAD 技术对机械手进行结构设计和液压传动原理设计，运用Solidworks技术对上料机械手进行三维实体造型，并进行了运动仿真，使其能将基本的运动更具体的展现在人们面前。它能实行自动上料运动；在安装工件时，将工件送入卡盘中的夹紧运动等。上料机械手的运动速度是按着满足生产率的要求来设定。关键字机械手，AutoCAD，Solidworks。全套图纸，仿真，加153893706

四自由度机械手

四自由度机械手本科毕业设计说明书(论文) 摘要在中国工业韧带发展中，很多高生产率高精度的机械加工设备从国外引进，比如数控车床和铣床等，还有把几种机床的功能集中在一起的加工中心等。总之这类CNC机床大大的提高了工作速度，产品的加工精度，降低了工作的劳动强度，所以大受欢迎。但是这类设备引进费用也是相当的昂贵，所以国内很多企业的技术人员在原先的旧机床上进行改进，来达到提高生产率和降低工人的劳动强度，实现工业自动化，这类改进同样也大受欢迎。本文所设计的机械手主要用于搬运工件，工件总重不大于10Kg，长150cm，宽150cm，高150cm的立方体。为了增加本机械手的通用性，在结构尽可能紧凑的情况下，最大限度的是机械手具有较大的抓取范围。本文主要介绍了搬运机械手的概念、组成和分类，接受的自由度和坐标形式、运动及国内外的发展状况。对于搬运接受进行总体方案设计，首先机械手的驱动装置为液压缸，然后确定了机械手的坐标像是为圆柱坐标型，自由度数为4，接着确定了机械手的驱动装置为液压缸，然后确定了机械手的主要技术参数。同时，设计了机械手的手部结构形式为气缸杠杆式手爪、臂部结构形式采用液压缸导向连接的双横臂结构，底座采用电机带动竖臂的旋转。机身结构形式为升降缸用液压缸的结构形式，计算出夹紧工件所需的驱动力、手爪转动时所需的驱动力矩、手臂的伸缩所需的驱动力手臂的俯仰所需的驱动力、手臂的升降所需的驱动力，和手臂回转所需的驱动力矩。继而设计了装箱机械手的各部分液压缸的尺寸和结构及各部分之间连接与支承部件的结构与尺寸。关键词:搬运机械手; 液压驱动;液压缸;自动化

I 本科毕业设计说明书(论文) Abstract In China industrial ligament development, a lot of high productivity high precision machining equipments imported from abroad, such as CNC lathes and milling machines, and have several function of machine together in processing center, etc.. In this kind of CNC machine greatly improves the speed of work, product processing precision, reduces the labor intensity of work, so popular. But this kind of equipment is also very expensive, so many domestic enterprises technical personnel in the original old machine is improved, to improve productivity and reduce labor intensity of workers, industrial automation, this kind of improvement is also very popular. The manipulator is designed in this paper is mainly used for handling the workpiece, the workpiece weight is less than 10Kg, length 150cm, width 150cm, high 150cm cube. In order to increase the versatility of manipulator in structure, as far as possible compact case, maximum limit is the manipulator has a large capture range. This paper mainly introduces the concept, composition and classification of the manipulator, freedom and coordinates, movement and development at home and abroad to accept. For the handling of acceptance for the overall program design, first drive manipulator for hydraulic cylinder, and then determine the coordinate manipulator like cylindrical coordinate, the number of degrees of freedom is 4, then the drive

基于Solidworks的机械手运动仿真设计

2012年8月第24期科技视界 SCIENCE &TECHNOLOGY VISION 科技视界0引言机械手对实现工业生产自动化，推动工业生产的进一步发展起着重要作用。工业机械手可以代替人手的繁重劳动，显著减轻工人的劳动强度，改善劳动条件，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，更能提高劳动生产率和自动化水平。随着现代生产的机械化和自动化的发展对机器人的需求越来越大因而对机器人的末端执行机构机械手的研究尤为重要。一些软件的发展为机械手的设计分析提供了方便降低了生产成本，本设计是基于S olidworks 软件，使得设计效率大大提高[1]。本文是为普通车床配套而设计的上料机械手。它是一种模仿人体上肢的部分功能，按照预定要求输送工件或握持工具进行操作的自动化技术设备，对实现工业生产自动化，推动工业生产的进一步发展起着重要作用。 1机械手工作原理上料机械手直接与工件接触的部件,它能执行人手的抓握功能。手抓取物体以物体为中心,用两根手指包络物体。根据抓取物体时的相对状态,靠手指与工件之间的摩擦力来夹持工件。本上料机械手采用二指平动手爪,属于夹持式手爪,手指由四杆机构带动,当上料机械手手爪夹紧和松开物体时, 手指姿态不变,作平动。机械手手爪的结构见图1，①为支架、 ②气动杆、③和④为大螺钉、⑤和⑥为三孔连杆、⑦为小螺钉、⑧短连杆、⑨和⑩为手指。通过气动杆②来传动力的，气缸带动气动杆②使之向上移动时,其它的杆件共同运动,此时手爪是处于握紧工件的过程;反之,当气缸带动气动杆②向下移动时,手爪是处于张开的过程。这样,用气缸带动连杆②做往复平动，从而使其它杆件运动,带动手爪张合，手指上的任意一点的运动轨迹为一弧摆动。图1 机械手装配简图基于Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ的机械手运动仿真设计郑向华（成都工业学院机电工程系四川成都611730）【摘要】本文在上料机械手设计与研究的基础上，具体进行了机械手仿真动画设计。完成基于S olidworks 的机械手运动仿真，利用仿真动画来描述其工作原理。设计结果表明该设计可大大提高设计效率，收到良好效果。【关键词】机械手；运动仿真；Solidworks The Design of Manipulator ’s Motion Simulation Based on the Solidworks Z HENG Xiang-hua （Electromechanical Engineering Department,Chengdu Technological University,Chengdu Sichuan ，611730,China)【Abstract 】In this paper,the design of manipulator on the basis of the design and study,specific for manipulator simulation ani - mation https://www.wendangku.net/doc/6f7138391.html,pleted based on SolidWorks manipulator motion simulation,simulation animation to describe its working principle.The result indicates that this design can greatly improve the design efficiency,received good results. 【Key words 】Manipulator ；M otion simulation ；Solidworks ※基金项目：四川省教育厅项目（基金号10ZC035）。作者简介：郑向华（1977—），女，黑龙江嫩江人，讲师，硕士研究生毕业，主要从事机电设计、CAD\CAE\CAM 及材料的研究。项目与课题 17

四自由度机器人

四自由度机器人典型四自由度机器人概述系统的所有特点，既具有操作机（机械本体）、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置，又具有速度快、精度高、柔性好等特点。固高科技的GRB系列工业机器人是专门为大中专院校和职业高等技校机电一体化、制造自动化和自动控制等相关专业提供的一个完全开放、创新性实验平台，它适合机械制造及其自动化、机械电子工程、机械设计与理论、数控技术、机器人学、自动控制等相关机电控制类基础实验课程教学。固高科技的GRB系列工业机器人种类涵盖了两自由度平面机械手（RR）、三自由度机械手(RRR或RRP)和四自由度直角坐标机械手（PPPR）和SCARA机器人(RRPR)等多个产品型号。除进行教学和培训外，GRB系列工业机器人还可用于细小工件的搬运，电子元件的装配和点胶等工业作业。工业化设计与制造 z旋转关节采用交流伺服电机驱动，谐波减速器传动； z平移关节采用交流伺服电机驱动，滚珠丝杠传动； z各部件按照工业标准设计和制造。开放式控制实验平台 z基于PC和DSP运动控制器的开放式硬件平台； z通用智能运动控制开发平台，采用C++面向对象的设计方法； z TCP/IP协议远程网络编程、仿真、控制功能； z配备集成语言编程系统和图形示教软件，便于机器人的编程操作和应用培训； z配套内容详尽的使用手册和实验指导书，通过实例演示，引导用户学习如何基于运动控制器开发各种应用软件系统基础实验内容 z机器人机械、电气、控制、软件结构的认知； z机器人操作实习； z机器人运动学问题研究； z机器人动力学问题研究创新性和挑战性 z机器人力矩控制方式研究； z基于智能控制平台开发各种应用软件系统； z利用平台提供的视觉接口，挑战视觉伺服系统的研究和开发； z挑战机器人远程监控和多机器人协调工作等研究项目软件界面（C++）

四自由度机械手的设计与规划

论文提要随着大工业时代的到来，自动化设备代替人工作业成为现代化工业发展的一大趋势。机械手作为一种自动化执行设备，解放了人类的双手，大大降低了工人的劳动强度，提高了工作效率。它能模仿一些人手和手臂的动作，进行抓取、搬运或装配工作，被广泛应用在大型工厂的生产流水线上，尤其是在高温、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，机械手的应用更加重要。随着现代科技的发展，借助计算机辅助设计系统、计算机辅助制造系统，使机械手得到了更快的发展和应用，过渡到了一个新的工业自动化阶段。本文主要是对四自由度机械手的结构设计和工作原理进行阐述和说明，并推导出了机械手的运动轨迹方程。

四自由度机械手的设计与规划摘要：随着大工业时代的到来，自动化设备代替人工作业成为现代化工业发展的一大趋势。机械手作为一种自动化执行设备，解放了人类的双手，大大降低了工人的劳动强度，提高了工作效率。它能模仿一些人手和手臂的动作，进行抓取、搬运或装配工作，被广泛应用在大型工厂的生产流水线上，尤其是在高温、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，机械手的应用更加重要。随着现代科技的发展，借助计算机辅助设计系统、计算机辅助制造系统，使机械手得到了更快的发展和应用，过渡到了一个新的工业自动化阶段。本文主要是对四自由度机械手的结构设计和工作原理进行阐述和说明，并推导出了机械手的运动轨迹方程。关键词:四自由度机械手自动化一、什么是机械手机械手是一种主要由机械主体、控制器、驱动系统和传感器装置等组成的,能模仿人手和臂的某些动作的运动机构。机械手的设计是模仿人的动作，所以在设计机械手时，为了使机械手能更像人手那样灵活好用，可以遵循三个设计原则：一是使机械手的覆盖范围尽可能的大；二是使机械手可以根据外界的环境改变自己的运动姿态；三是在使自身重量足够小时，承受的负载足够大。美国机器人工业协会定义了工业机械手的含义：机械手是一种可以用于移动各种生产材料零部件工具或专用设备的，并通过可编程序动作来执行各种任务的，具有编程能力的多功能自动化设备。自从机械手被发明以来，工厂生产中相应的各种难题迎刃而解。机械手被广泛应用于多品种、变批量的柔性生产中，改善了劳动条件，提高了产品质量和生产效率，在工农业生产中有着十分重要的意义。机器人技术综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多种学科知识，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。一个国家工业自动化水平的重要标志就是这个国家对机器人的应用情况。机器人是一种模拟人的电子机械装置，它综合了人的特长和机器特长，既拥有人在环境变化状态下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，所以它并不是简单意义上的代替人工劳动，更确切的说，它是机器进化过程的产物，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。机械手按照给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作，模仿着人手的部分动作。在工业生产中应用的机械手被称为“工业机械手”。机械手在工业生产中的应用可以提高生产过程的自动化水平和劳动生产率，可以减轻工人的劳动强度、保证产品质量、实现安全生产；尤其是在高温、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。所以它在机械加工、焊接、电镀、装配以及交通运输业等领域得到了越来越多的应用。机械手由于结构形式简单，专用型强，而成为固定机床的附加装置，为机床的上下料提供了方便。随着工业技术的发展，逐渐出现了能够独立的按照编好的程序来控制机械手以实现重复操作的通用型机械手，这种机械手适用范围比较广，在不断变换生产品种的中小批量生产中获得广泛的应用。二、机械手的组成

基于ADAMS的四自由度机械手运动学仿真

基于ADAMS的四自由度机械手运动学仿真 1 引言 1.1工业机械手研究现状随着机器人研究的不断深入和机器人领域的不断发展，机器人仿真系统在机器人设计和研究方面，发挥着重要的作用，它可应用于机器人的许多方面，已成为机器人学的一个重要分支。例如：可帮助研究人员了解机器人工作空间的形态及极限；还能帮助研究人员了解机器人工作空间的形态与合理性；可用于分析检验轨迹规划和作业规划的正确性与合理性；可为离线编程技术的研究提供一种极为有效的验证手段；可以用于实时检测机器人与作业环境之间的碰撞与干涉以保证整个生产单元的安全等。此外，仿真技术还可以帮助用户选择适合特定作业环境的机器人类型。机械手是近年来发展起来的综合学科。它集中了机械工程、电子工程、计算机工程、自动控制工程以及人工智能等多种学科的最新科研成果，代表了机电一体化的最高成就，是目前科技发展最活跃的领域之一。工业机械手的性能，要求不断提高工作精度和作业速度，增加机构的自由度，提高通用性和灵活性，同时还要求降低成本，控制简单，安全可靠。因此，工业机械手的研究处于机械手研究的前沿。多自由度机械手已经得到了广泛的研究，但自由度较少的工业机械手，以其造价低廉、结构紧凑、刚度高、定位精度高、响应速度快、实用性强等优势，有极高的性价比，在实际工业市场得到了广泛的应用。水平多关节工业机械手由于精度高、运动速度快，串联四自由度导致其靠后的驱动电机和传动系统都位于运动着的臂上，导致系统惯性增加，系统动力性能恶化；又由于串联机构求正解较容易，而求逆解则较困难，因此运动学与动力学计算困难，导致在设计中必须放宽各种设计参数；还因为机器较重，并进一步导致驱动部分变大，系统响应速度降低，大型驱动部分难以取得较高的精度。 1.2 工业机械手的功能及应用机械手是工业自动控制领域中经常遇到的一种控制对象。机械手可以完成许多工作，如搬物、装配、切割、喷染等等，应用非常广泛。在现代工业中，生产过程中的自动化已成为突出的主题。各行各业的自动化水平越来越高，现代化加工车间，常配有机械手，以提高生产效率，完成工人难