关节型搬运机器人设计..
多关节型搬运机械手结构设计
作 者简 介 ： 贺东坤 （ １ ９ ８ ７ 一 ） ， 男， 内蒙古呼伦贝尔人 ， 助理工程师 ， 硕士 ， 主要从事精密测控技术与仪器方面研究 。
第 ６期
贺东坤 ： 多关节 型搬 运机 械手结构设计
６ ５ ５
深沟 球轴 承 。考 虑到 炮 弹的重 量较 大 ， 在加 大 载重 能力 的 同时应保 证 各机 构稳 固连 接 ， 所 以本 文 没有设 置腕
手 的工作 目的和工作 环境 以及 炮 弹的外 形 、 尺寸 、 质 量等 参 数后 ， 设计 该 机 械手 由四个 旋转 关 节 和 两个 移 动 关节 构成 ， 一 共六个 自由度 ， 运 动形 式为 多关节 式 ， 总体 结构 如 图 １所示 。该 机 械手 的原 动件 采 用 电机 和 液
１ 机械 手总体 结构设计
１ ． １ 总体 设计 方案
该机 械手 用于 给弹药 几何 特征 量检测 系统 的测 量工 位持 续 地放 置 弹药 ， 它 把地 面 上水 平 放 置 的炮 弹竖
直平稳地放置在测量工位上 ， 检测结束后还要能将炮弹归箱装车， 动作路径较为复杂 、 用于大批量作业 、 动作 重复 性 大 。其 中炮 弹 的形 状 、 位置 、 状态 比较单 一 ， 但 是 不 同型 号炮 弹 的各参 数 差 距较 大 。本 文 明确 了机 械
６ ０ ０ｍｍ。
图 ２ 机械 手传 动 简 图
１ ． 机身旋转 ４ ． 小臂伸缩 ２ ． 大臂摆动 ５ ． 腕部 回转 ３ ． 小臂摆动 ６ ． 手部开合
（ ４ ） 小臂伸缩 ： 按照整体设计方案 的需要 ， 设计小臂可做伸缩运动 ， 该动作 由液压缸实现 ， 伸缩行程为 （ ５ ） 腕部回转 ： 按测量设备工作的要求 ， 炮弹必须竖直地放置在 目标工位 ， 因此腕部设有 回转关节 ， 它在
关节型机器人技术总结
关节型机器人技术总结关节型机器人是一种应用广泛的机器人类型，具有灵活、精准的动作控制能力，可用于各种工业自动化和服务领域。
本文将对关节型机器人的技术发展和应用进行总结，以期为读者提供全面的了解。
一、关节型机器人的类型和工作原理关节型机器人根据关节数量和结构形式可以分为直接驱动和间接驱动两种类型。
直接驱动机器人通过在关节上直接安装驱动器实现关节运动，具有动作响应快、控制精度高的优点，适用于需要高精度控制的应用场景。
间接驱动机器人通过使用传动机构将电机的旋转运动转化为关节运动，更适合需要较大扭矩和稳定性的工作。
不论是直接驱动还是间接驱动，关节型机器人的工作原理都是通过控制各个关节的运动来实现机器人的移动和工作。
关节型机器人通常由多个关节连接而成，每个关节都由电机、传感器、控制器等组件组成。
这些关键组件通过控制信号和传感器数据的交互来实现关节运动控制。
二、关节型机器人的应用领域关节型机器人广泛应用于工业自动化、医疗护理、协作机器人等领域。
1. 工业自动化：关节型机器人在生产线上广泛应用于装配操作、搬运物品、焊接等任务。
其高精度和快速响应能力使其成为提高生产效率和质量的理想工具。
2. 医疗护理：关节型机器人在手术机器人和康复机器人等医疗领域发挥着重要作用。
手术机器人可以通过精确的手臂和手指运动进行复杂手术操作，提高手术准确性和安全性。
康复机器人可以帮助康复患者进行运动训练，促进康复过程。
3. 协作机器人：关节型机器人与人类共同工作的协作机器人越来越受到关注。
它们可以通过感知、规划和控制技术实现安全和高效的人机协作，广泛应用于装配、包装、仓储等领域。
三、关节型机器人的技术挑战和发展趋势关节型机器人技术的发展面临一些挑战，主要包括运动控制、感知、智能算法等方面。
1. 运动控制：关节型机器人需要实现高精度的运动控制，以满足对位置、速度和力的精确控制要求。
运动控制算法和控制器的设计是关键技术之一。
2. 感知：关节型机器人需要通过传感器获取环境信息，以实现对物体位置、形状和运动的感知。
机器人手臂关节结构设计说明书
摘要机械手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.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。
是一门涉及计算机科学、机械学、电子学、自动控制、人工智能等多个方面的学科，它代表了机电一体化的最高成就。
现今，机械手已经运用到各个领域，特别是在装配作业方面。
在装配机械手中，平面关节型装配机械手(即SCARA型）是应用最广泛的一种装配机械手。
本课题提出设计一种服务机械手，用于电子元器件等的装配，在分析国内外SCARA产品基础上，经过不同方案的比较，在确定了最优方案后通过认真的计算，仔细的校核，使设计结构简单、运行可靠、经济合理，能满足教学实验等需要,对于更好地熟悉和掌握相关课程具有重要的意义。
本文设计的是一种小型服务装配机械手,主要对这种机械手进行结构方面的设计。
本文设计的SCARA机器人具有以下特点：通用性好、体积小、重量轻、外形美观、成本低，对其本体的可行方案进行了充分的研究后，设计成具有多个自由度的结构，由机身、大臂、小臂及手腕组成，谐波减速器、齿轮、丝杠螺母等组成了机械手简单可靠的传动方案。
该电机的多个关节均采用步进电机驱动，具有控制简单、成本低的特点。
关键词：工业机械手自由度机器人AbstractRobot is a kind of science related to many other ones such as computer science，mechanism, electronics， automation control and artificial intelligence. Now, robots are used in many fields, especially in the aspect of assembly task. It represents the up-most level of mechatronics. Among assembly， plane articulated assemblyrobot (SCARA manipulator） is used most widely.This topic puts forward designing a kind of assemble robot， used for an assemble electronics component, after analy domestic and international SCARA， the surface of sphere SCARA etc. Through compare with different project. After making sure superior project, though the careful calculation and check.Make design with simple structure,credibility circulate， reasonable cost， can satisfy the teaching experiment etc。
关节型工业机械手的结构设计毕业设计说明书[管理资料]
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毕业论文题目关节型工业机械手的结构设计学院机械工程学院专业机械工程及自动化班级机自0917班学生学号20090421170指导教师二〇一三年六月三日摘要关于该关节型工业机械手的具体研究方法。
本次设计工作首先对实体安川机器人进行了细致的研究，了解了其内部的具体结构，安川机器人的结构可分为六个轴系，然后根据六个轴系对其内部结构进行分解，以便了解各个零件之间的配合，这样就对安川机器人有了大体的了解。
下面就进行尺寸的测量，尺寸的测量只需要测量一下大体的外观尺寸，而内部尺寸可根据零件的配合进行合理的设计。
然后，进行计算（包括电机功率的计算，轴的设计，齿轮的参数计算），接着可依据相关资料，选取恰当的电机。
最后，可根据实体与之前所掌握的知识对机械手的结构进行设计分析。
关键词:伺服电机、机械手抓、移动旋转。
ABSTRACTHere is about the research method of the industrial manipulator joints. The design work on the real first AnChuan robot has carried on the detailed research, understand the internal structure of concrete, AnChuan robot structure can be divided into six axis, and then according to the six axis of its internal structure decomposition, in order to understand the cooperation between the various parts of the, thus for AnChuan robot have roughly understanding. Below is the size of the measurement, the size of the measurement only need to measure the general appearance of the size, and the internal dimension can be reasonable according to the parts of the design. Then, computing (including motor power calculation, the design of the shaft, the gear parameter calculation), then can according to relevant data, select the appropriate machine. Finally, according to the entity and prior knowledge on the structure of the manipulator design analysis.Keywords:servo motor rotate, manipulator grabbing and moving.目录摘要 (I)ABSTRACT (II)1 前言 (1)机械手国内外发展现状 (1)多关节型工业机械手概述 (2)机械手组成与分类 (3) (3) (3)2机械手的设计方案 (4) (5)机械手设计方案 (5)方案特点 (6)电机的选型 (7)初步估算机械手的质量 (7) (8)计算电机功率 (10)锥齿轮设计 (10)齿轮精度、材料 (10)按齿面接触疲劳强度设计 (10)按齿根弯曲强度设计 (12)锥齿轮参数计算 (12)同步带轮的设计 (13)同步齿形带传动计算 (13)带轮几何尺寸的计算 (14)减速器的设计 (16)减速器减速比的计算 (16)减速器输出轴径的计算 (16)4 机械手各结构设计 (17)手爪结构的设计 (17)手爪的设计要求 (17)手爪的分类 (18)手部结构形式的确定 (18)手腕结构的设计 (18)手腕的设计要求 (18)手腕结构形式的确定 (19)手臂结构的设计 (19)手臂的设计要求 (19)手臂结构 (19)小臂结构形式的确定 (20)小臂后箱体的结构设计 (20)连接杆件的设计 (21)5 关键轴的校核 (21)腕部输入轴的结构 (21)轴的校核 (22)6 结论 (24)参考文献 (25)致谢 (26)1前言机械手国内外发展现状1962年，美国机械铸造公司试制成一台数控试教机械手。
关节型机械手设计
关节型机械手设计摘要机械手，顾名思义，机械原件做成的像人手一样的器械，可替代人手完成一些大量重复、复杂、危险的工作。
机器手是由机械与电子相互结合产生的产品。
使用机械手的目的有以下几点：劳动生产率得到提升，使加工过程更先进，更高效，减轻人们劳动负担，改善人们的劳动环境等等。
按照要求可以进行自动化技术装备。
机械手可以代替手工进行工作，降低劳动消耗程度，改进在工作中所需的物质设备条件，提升单位时间制作产品的数量。
经常在工业生产中出现的频繁工件无法用手工来解决的困难时，那么机械手就可以完美替代人手进行工业生产劳动；而且，机械手的工作环境相当广泛，可以在高低温、放射性等有毒污染环境下工作，占据相当大的优势，所以机械手在工厂运作中占据着不可替代的作用。
本次课程设计基于机械设计原理，在了解了四自由度关节型机械手的基本信息后，介绍了其使用范围，按照设计原理和步骤设计了一台有着四自由度的关节型机械手。
机械手的发明极大地改善了工人的工作环境，简化了工人的工作内容，提高整体的生产劳动效率，是人类生产活动中有利的帮手。
本论文运用了机械手工作原理和设计、四自由度设计等各方面的专业知识，在设计四自由度的关节型机械手的过程中，结合已有的知识解决过程中的难题，并进行深入探讨，如何在已有的基础上融入自己的创意和想法，使机械手设计得更为简洁，实用性更强。
关键词：关节型机械手，机械设计，四自由度ABSTRACT The manipulator, as the name implies, is a human-like device made of mechanical originals, which can replace a lot of repetitive, complicated and dangerous work.The robot is a product produced by the combination of machinery and electronics.The purpose of using the robot is as follows: the labor productivity is improved, the processing process is more advanced, more efficient, the labor burden is reduced, the working environment is improved, and the like.Automated technical equipment is available upon request.The robot can replace the manual work, reduce the labor consumption, improve the physical and equipment conditions required in the work, and increase the number of products produced per unit time.When the frequent occurrence of frequentworkpieces in industrial production cannot be solved by hand, it is the most effective way to use the robot at this time; moreover, the robot can work under high and low temperature, radioactive and other toxic pollution environments, occupying considerable advantages.Therefore, the robot plays an irreplaceable role in the operation of the factory. This course design is based on the mechanical designprinciple.After understanding the basic information of the four-degree-of-freedom articulated manipulator, the scope of its use is introduced.An articulated manipulator with four degrees of freedom is designed according to the design principles and steps.The invention of the robot greatly improved the working environment of the workers, simplified the work content of the workers, and improved the overall production labor efficiency, which is a favorable helper in human production activities.This thesis uses the professional knowledge of the working principle , and in-depth discussion, How to integrate your own ideas and ideas on the existing basis, so that therobot is designed to be more concise and practical.Key Words: Articulated manipulator；Mechanical Design；Four degrees of freedom 目录 1 绪论 1 1.1 引言 1 1.2 设计目的 2 1.3 关节机械手研究概况 2 1.3.1 国外研究现状 2 1.3.2国内研究现状 3 1.4 关节型机械手构成机件的作用 4 2 总体方案设计 5 2.1 机械手工程概述5 2.2 工业机械手总体设计方案论述6 2.3 机械手机械传动原理7 2.4 机械手总体方案设计8 3手部设计计算9 3.1对手部设计的要求 9 3.2拉紧装置 10 3.3机械运动范围（速度） 12 3.4手部右腔流量 12 3.5手部工作压强 12 4 移动关节的设计计算 12 4.1驱动方式的比较 12 4.2汽缸的设计 13 5小臂的设计 16 5.1 小臂结构的设计要求16 5.2 小臂结构的设计 16 5.3小臂电机及减速器选型 16 5.4小臂的计算 17 5.5 轴的设计计算 18 5.6 轴承的选择18 5.7 轴承的校核 18 5.8 计算轴承摩擦力矩：19 5.9步进电动机和齿轮选择 20 6 大臂的设计计算20 6.1大臂部结构设计的基本要求 20 6.2 大臂的结构设计 22 6.3 大臂电机及减速器选型 22 6.4大臂的计算 23 6.5 轴的设计计算 24 6.6轴承的选择 24 6.7 轴承摩擦力矩的计算 25 6.8步进电动机和齿轮的选择 25 7.机身的设计 27 8 电机选型有关参数计算 27 8.1 相关参数的计算28 8.2 电机型号的选择 30 总结与展望 31 致谢 32 参考文献 33 1 绪论 1.1 引言上世纪八十年代以来，我国的社会、经济、科学技术都取得了突飞猛进的进展，在科学技术这一领域，机器人学也在不断地发展与进步。
关节型搬运机械手设计
伺 服 驱 动 技 术 的 数 字 化 和 分 散 化 ；系 统 的 网 络 化 和
智 能化 等方 面ｌ４ ］。
１ 搬 运 机 械 手 机 构 设 计
工业 机械 手 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 。本设 计 的搬 运机 械 手
机构 主要 由机座 、腰 部 、大臂 、小臂 、腕部 及 手部 等 六 个部 分组 成 。（见 图 １）
机械 手具有 四个 自由度 ，分别是 腰 部转 动 、臂 部
１．机 座 ２．腰 部 ３．大臂 ４．小臂 ５．腕部 ６．手 部 图 １ 搬 运 机械 手 结 构 简 图
选 择可 编程 控 制 器 ＰＬＣ来 实 现 对 机 械 手 的控 图 ４中上 升／下 降 、左 移 ／右 移 都 有 连 锁 和 限 位
制 ，采 用 三 菱 公 司 生 产 的 ＦＸ２Ｎ一 ４ＯＭＲ 型 号 的 保 护 。
ＰＬＣ 。
２．１ 控制 系统 原理
２．１．１ 机 械 手 搬 运 示 意 图 （见 图 ２）
仰运 动 ；手臂 结合 了 ＰＵＭＡ机 械手 结构并 进 行 了改 日本 、欧 美等 国得 到广 泛的应 用 ，我 国的工 业机 械 手
进 ，臂 部 的结构 形式 需根 据机 械手 的运 动 形 式 、抓 取 技 术及其 工 程 应 用 的 水 平 和 国 外 比还 有 一 定 的 距 重量 、运 动 自由度 、运 动精 度 等 因素 来 确 定 ，为 了实 离 ，因此 迫切需 要解 决产 业化 前期 的关 键技 术 ，对 产 现伸 缩运 动 的平 稳 和 动作 的精 确 ，采 用 了谐 波 减 速 品进 行全 面规 划 ，进 行 系列化 、通用 化 、模块 化 设计 ， 器 ，利 用 一个构 件可 控 制 的 弹 性 变形 实 现 机 械 运 动 积极 推进 产业 化进程 口 ］。从 近几 年 国 外机 械 手 推 的传 动 ；回转机 座 又叫机 械手 的腰 座 ，除 了对 机械 手
平面关节型机械手设计
平面关节型机械手设计设计任务书一、通过设计平面关节型机械手，培养综合运用所学知识，分析问题和解决问题的能力。
有关资料：上下料搬运机械手，3个自由度，平面关节型；需要搬运的工件：环类零件，内孔直径50mm；高150mm,厚10mm,（只能从内孔夹持工件），材料40钢，将工件从一条输送线搬运到与之平行的另一条输送线上，（两输送线距离为2.5m,高度差0.4m）。
要求：设计方案和计算正确，叙述清楚，图纸符合规范。
二、图纸：1.机械手机构简图2.工作空间投影图3.机械手传动原理图4.机械手装配图5.零件图三、实习：1.本校机械实验室组装各类机械手模型。
2.学习工业机械人设计方面知识。
五、进度：3月20日到4月21日实习，拟订设计方案4月22日到5月12日机械手传动原理图4月13日到5月5日机械手装配图5月6日到5月15日零件图5月16日到5月24日写说明书引言平面关节型机械手是应用最广泛的机械手类型之一，既可以用于实际生产，又可以用于教学实验和科学研究。
用于实际生产，它能够满足装配作业内容改变频繁的要求；用于教学实验，它能够使人直观地了解机器人结构组成、动作原理等，所以开发设计和研究平面关节型机械手具有最广泛的实际意义和应用前景。
其中比较突出的LM629是美国国家半导体公司生产的可编程全数字运动控制芯片，它具有32位的位置、速度和加速度寄存器，内置PID算法，其参数可以修改；支持实时读取和设定速度、加速度以及位置等运动参数，内置的梯形图发生器能够自动生成速度曲线，平稳地加速、减速；支持增量式光电码盘的4倍频输入；芯片的主频为6MHz和8MHz。
一机械手结构本文设计的平面关节型机械手的实物照片如图1所示，其主要包括两个旋转关节（分别控制机械大臂和小臂旋转以及手抓张合）和一个移动关节（控制手腕伸缩），图2为机械手简化模型。
各关节均采用直流电机作为驱动装置，在机械大臂和小臂的旋转关节上还装配有增量式光电编码器，提供半闭环控制所需的反馈信号。
关节型机器人腕部结构设计(全套,CAD有图)
1前言1.1机器人的概念机器人是一个在三维空间中具有较多自由度，并能实现较多拟人动作和功能的机器，而工业机器人则是在工业生产上应用的机器人。
美国机器人工业协会提出的工业机器人定义为：“机器人是一种可重复编程和多功能的，用来搬运材料、零件、工具的操作机”。
英国和日本机器人协会也采用了类似的定义。
我国的国家标准GB/T12643-90将工业机器人定义为：“机器人是一种能自动定位控制、可重复编程的、多功能的、多自由度的操作机。
能搬运材料、零件或操持工具，用以完成各种作业”。
而将操作机定义为：“具有和人手臂相似的动作功能，可在空间抓放物体或进行其它操作的机械装置”。
机器人系统一般由操作机、驱动单元、控制装置和为使机器人进行作业而要求的外部设备组成。
1.1.1操作机操作机是机器人完成作业的实体，它具有和人手臂相似的动作功能。
通常由下列部分组成：a.末端执行器又称手部，是机器人直接执行工作的装置，并可设置夹持器、工具、传感器等，是工业机器人直接与工作对象接触以完成作业的机构。
b. 手腕是支承和调整末端执行器姿态的部件，主要用来确定和改变末端执行器的方位和扩大手臂的动作范围，一般有2～3个回转自由度以调整末端执行器的姿态。
有些专用机器人可以没有手腕而直接将末端执行器安装在手臂的端部。
c. 手臂它由机器人的动力关节和连接杆件等构成，是用于支承和调整手腕和末端执行器位置的部件。
手臂有时包括肘关节和肩关节，即手臂与手臂间。
手臂与机座间用关节连接，因而扩大了末端执行器姿态的变化范围和运动范围。
d. 机座有时称为立柱，是工业机器人机构中相对固定并承受相应的力的基础部件。
可分固定式和移动式两类。
1.1.2驱动单元它是由驱动器、检测单元等组成的部件，是用来为操作机各部件提供动力和运动的装置。
1.1.3控制装置它是由人对机器人的启动、停机及示教进行操作的一种装置，它指挥机器人按规定的要求动作。
1.1.4人工智能系统它由两部分组成，一部分是感觉系统，另一部分为决策－规划智能系统。
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关节型搬运机器人设计摘要随着现代工业机器人技术的发展，工业机器人的使用迅速增长。
本文通过对国内外工业机器人的分析，并结合搬运所需要的条件，设计出了工厂自动化生产和生产线使用的搬运机器人。
本文着重对搬运机器人的总体设计方案、机构及控制系统从理论上进行了详细的分析和设计。
在搬运机器人总体设计中，采用了应用最为广泛的平面关节型；在机构设计中，主要设计了搬运机器人末端执行器、手腕、手臂和腰的机械结构；在末端执行器设计上采用了一种具有接近觉、接触觉及滑动觉的初级智能机械手；在控制系统的设计中，采用可编程控制器（PLC）进行控制，并对控制系统的硬件原理做了分析，对PLC 的程序也进行了编译；在驱动系统设计中，采用了气动和电机两种驱动方式，主要动作采用电机驱动。
关键词：搬运机器人，三感觉机械手，可编程序控制器Design of the joint transporting robotAbstractUnder the development of the modern industrial robot’s technology , the use of industrial robot increases rapidly. Through analyzing the domestic and foreign industrial robots, combing the conditions of the transportation, the transporting robot for the factory automation produce and the production line is designed in this article.The emphasis on this article is to analyze and design the transporting robot in theory. The analytical objects include the total scheme, the mechanism design, and the control system design. In the total scheme design, the most wildly applied plane joint type is chosen. In the mechanism, the transporting robot’s end-effector, the wrist, the arm and the waist are mainly designed. A kind of the approaching sense, the contact sense and the skidding sense primary intelligence manipulator is adopted in the end-effector; In the control system, the programmable controller (PLC) is used, the principle of hardware is analyzed and the programs in PLC are compiled. In the actuating system, two driving types are used which include the pneumatic operation and the motor. The main movement is driven by the motor.Key words: Transporting robot, three feelings manipulators, programmable controller （PLC）1．引言本课题研制的搬运机器人，是一种综合了人和机器特长的拟人机械电子装置，既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力，又有长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力，是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备。
它能够感应工件并能按规定抓取，升高，转动一定的角度，向前移动，把料准确放入指定的工位。
为了便于设计，工件设为60*60*60的立方体，重为3kg。
本文对一类搬运机器人的总体设计、结构设计、控制系统设计等从理论上进行了较为全面的研究。
在机械手设计上采用了一种具有接近觉、接触觉及滑动觉的初级智能机械手。
2．总体方案与机械本体设计由工业机器人的构成及其运动系统，进行机械本体、驱动系统、控制系统的方案比较与选择，基于总体方案的设计，选定基本技术参数。
2.1手部（末端执行器）的结构设计与计算分析手部的功能与分类，根据其设计要求，在本次设计中可使用的末端执行器有以下几种：（1）吸附式（2）电磁吸盘式（3）多关节多指手爪（4）夹钳持式手爪本设计选用的是夹钳式手部的齿轮齿条平行连杆式平移型夹持器。
结构如图2-1所示：图2-1 齿轮齿条平行连杆式平移型夹持器夹钳式手部应具有适当的的夹紧力和驱动力，手部方案计算包括：夹紧力、夹紧缸驱动力的计算。
受力示意如图：图2-2受力示意图2.2手腕的结构设计与计算分析手腕的功能与分类，手腕设计应该具有两个自由度，即能实现手腕的回转和俯仰运动，由手腕设计要求，在本次设计中可采用的设计方案有以下几种结构：方案一传动示意图2-3如下：图2-3方案一传动示意图方案二传动示意图如图2-4所示：图2-4 摆动液压缸驱动手腕方案三传动示意图如图2-5所示：在方案三中充分考虑到手腕回转所需力矩小所以使用的电动机和谐波减速机构都质量和体积都很小，可以之间将其直接放在手腕前端，这样就减少了小臂前端的质量和体积，所以在本次设计中使用第三方案。
图2-5方案三传动示意手腕回转、俯仰时，需要克服腕部的摩擦阻力力矩、工件重心偏置力矩和腕部启动时的惯性阻力力矩。
手腕设计方案的计算包括：（一）手腕回转驱动力的计算（二）手腕俯仰力矩的计算2.3手臂的结构设计与计算分析手臂的功能与分类，根据其设计要求，本次设计可供选择的结构主要有以下几种：（一）液压驱动圆柱坐标型机器人手臂结构（二）电动机驱动机械传动援助坐标型机器人手臂（三）PUMA机器人手臂结构（四）SPINE机器人多节柔性手臂（五）带谐波减速器的机器人手臂关节结构图2-6 PUMA560机器人小臂传动图本设计是采用PUMA机器人手臂结构结合设计需要进行改进：一、小臂的示意图如下：图2-7 小臂的示意图二、大臂示意图如下：图2-8 大臂示意图其大臂和小臂均用高强度的铝合金材料制成的薄壁框形结构，大臂的肘关节处的传动与别处不同，为了实现运动的平稳和动作的精确，以及结构简单，质量小，所以采用谐波减速器。
设计计算截面尺寸和手臂长度，使其在满足强度、刚度和尺寸要求的前提下，得到最优尺寸和最小质量，实现结构优化设计。
大臂肘关节处的传动示意图为：图2-9大臂肘关节处传动示意图2.4机座的结构设计与计算分析机座的功能与分类，根据其设计要求，在本次设计中可供选择的腰座有以下几种：方案一：采用环形轴承作支撑结构的机器人腰座图2-10 采用环形轴承作支撑结构的机器人腰座方案二：采用普通轴承作支撑结构的机器人腰座图2-11 采用普通轴承作支撑结构的机器人腰座本方案是采用普通轴承做支承元件的腰座支承结构，这种结构制造简单，成本低、安装调整方便等优点，虽然存在腰座尺寸过大的缺点，但是却可以增加稳定性。
本次设计即采用这种腰部。
方案三：PUMA机器人腰座经过对减速器和电动机选择及相关计算，搬运机器人机械本体效果图如下：图2-12 搬运机器人机械本体效果图3．控制系统设计3.1 PLC控制系统的设计通过对PLC的分析，本机采用三菱公司生产的FX2N-40MR PLC。
机器人搬运操作方式分为手动和自动操作方式。
自动操作方式又分为步进、单周期和连续操作方式。
（1）机器人搬运示意图3-1 机器人搬运示意图原位（零点）位置：机器人的小臂停在下限位置出，钳抓放松，即物体抓取出，不需要通过仰俯运动来调整钳抓的角度，输送带和物料台同一高度。
（2）机器人搬运系统输入和输出点分配表表3-1 I/O分配表名称代号输入名称代号输入名称代号输出启动SB1 X0 手动操作SB6 X10 电磁阀上升YV1 Y0 上升限位SQ1 X1 连续操作SB7 X11 电磁阀左移YV2 Y1左移限位SQ2 X2 单步上升SB7 X12 电磁阀下降YV3 Y2输送带A转下降限位SQ3 X3 单步下降SB8 X13YV4 Y3动工件检测SQ4 X4 单步左移SB9 X14 抓取YV5 Y4抓限位SB2 X5 单步右移SB10 X15 电磁阀右移YV6 Y5右移限位SB3 X6 夹紧SB11 X16 原点指示EL Y6 停止SB4 X7 放松SB12 X17 输送带B转动YV7 Y7 回原点SB5 X20 输送带转动SB13 X21（3）PLC输入，输出连接电路图图3-2 PLC输入，输出连接电路图（4）操作系统操作系统包括回原点程序，手动单步操作程序和自动连续操作程序。
图3-3 机械手操作程序图其原理是：X20接通，系统自动回原点，Y6驱动指示灯亮。
X10接通，其常闭触头打开，程序不跳转（CJ为一跳转指令，如果CJ驱动，则跳到指针P所指P0处），执行手动程序。
之后，由于X11常闭触点，当执行CJ指令时，跳转到P1所指的结束位置。
如果置于自动位置，（既X10常闭闭合、X11常闭打开）则程序执行时跳过手动程序，直接执行自动程序。
（5）回原位程序图3-4 回原位状态转移图（6）手动单步操作程序图中上升/下降，左移/右移都有联锁和限位保护。
图3-5 手动单步操作程序图（7）自动操作程序图3-6 自动操作状态转移图3.2 传感器的选择在本设计中，传感器主要用来检测手腕、手臂、腰部的转动角度，还有确定手爪对工件的抓取。
在机械手设计上采用了一种具有接近觉、接触觉及滑动觉的初级智能机械手。
工作原理如下：接近觉传感器、接触觉传感器、滑动觉传感器位于手指上接近觉传感器是由红外发射器、红外探测器及其信号处理电路构成。
接触觉传感器、滑动觉传感器是一个传感器。
是由聚偏氟乙烯膜，铜箔电极和绝缘橡胶表皮保护层构成。
图3-7 初级智能机械手结构图4．结论与建议4.1结论本文对一类搬运机器人的总体方案上进行了研究，并对其机械本体结构、控制系统和驱动系统进行了设计。
(1)通过相关方案的选择、计算及校核，从理论上验证了本设计的可行性和正确性。
(2)编写了PLC程序，并进行了机器人搬运工件模拟实验，在模拟实验中机器人能够很好的完成设计好的动作，证实了机器人控制系统的正确性。