搬运机械手仿真设计和制作_王建军
搬运机械手设计与运动仿真-机电一体化设计课程说明书
r机电工程学院机器人大作业设计题目：搬运机械手设计与运动仿真专业：机械设计制造及其自动化学号：20120663145姓名：宋烨指导老师：邱丽梅课程设计任务书一、题目：搬运机械手设计与运动仿真二、研究内容与目标：本设计主要的研究内容是1. 驱动及传动方案的设计及部件的选择2. 二指夹持机构的设计及计算3. 总体控制方案及控制流程的设计4. 设计说明书一份目标：要求完成一种二指机械手的运动控制系统设计。
该机械手采用二指夹持结构，机械手实现对工件的夹持、搬运、放置等操作。
三、研究方法：利用PRO/E的运动仿真功能仿真出机械手的运动，验证机械手的可行性目录第一章绪论 (3)1.1 工业机械手概述 (3)第二章PRO/E的选择使用 (4)2.1PRO/ENGINEER产品介绍 (4)2. 2 PRO/ENGINEER概述 (4)2.3 PRO/ENGINEER产品特点....................... 错误！未定义书签。
第三章搬运机械手零件的设计.. (7)3.1 机械手底座建模 (7)3.2 机械手垂直旋转体的建模过程 (7)3.3 机械手手臂的建模过程 (8)3.4机械手手部的建模过程 (9)第四章搬运机械手的装配 (11)4.1搬运机械手装配步骤及方法 (11)第五章搬运机械手的运动仿真 (15)5.1 运动学仿真及过程 (15)5.2 进入机构模块 (16)5.3 添加伺服电机 (17)5.4 定义分析 (18)5.5 机械手仿真效果图 (19)总结 (19)致谢 (20)参考文献 (20)第一章绪论1.1工业机械手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。
八自由度搬运机械手的设计
八自由度搬运机械手的设计
简介
本文档旨在设计一种具有八自由度的搬运机械手，用于实现多种搬运任务的自动化操作。
设计要求
1. 具有八自由度的机械结构，可以实现多方向运动。
2. 轻量化设计，以实现高效能和灵活操作。
3. 具备足够的承载能力，能够搬运各种大小物体。
4. 采用先进的感知和控制技术，以实现精准的搬运操作。
5. 系统稳定可靠，能够长时间连续工作。
设计方案
1. 结构设计:
- 使用铝合金等轻质材料制作机械结构，以减少重量。
- 采用八自由度的机械臂设计，配置合理的关节和连杆。
- 设计可折叠式机械臂，以便于储存和运输。
2. 承载能力设计:
- 根据搬运任务的需求确定机械手的承载能力。
- 使用高强度材料制作机械手，以确保足够的承载能力。
3. 感知与控制技术:
- 配备传感器，如摄像头和力传感器，以获取物体位置和力信息。
- 使用先进的图像处理算法，对搬运物体进行识别和跟踪。
- 采用PID控制算法，实现机械手的精准运动控制。
4. 系统稳定性设计:
- 设计机械手的结构稳定性分析，确保在运动过程中不会出现
异常震动。
- 使用优质的电机和减速器，以提高系统稳定性和工作寿命。
结论
通过上述设计方案，可以实现一个具有八自由度的搬运机械手，满足多种搬运任务的要求。
该机械手具备轻量化设计、足够的承载
能力、先进的感知和控制技术以及系统稳定可靠的特点，可以提高
搬运任务的自动化程度和效率。
轻型平动搬运机械手的设计及运动仿真
轻型平动搬运机械手的设计及运动仿真摘要随着工业自动化发展的需要，机械手在工业应用中越来越重要。
文章主要叙述了机械手的设计计算过程。
首先，本文介绍机械手的作用，机械手的组成和分类，说明了自由度和机械手整体座标的形式。
同时，本文给出了这台机械手的主要性能规格参量。
文章中介绍了搬运机械手的设计理论与方法。
全面详尽的讨论了搬运机械手的手部、腕部、手臂以及机身等主要部件的结构设计。
最后使用软件对机械手的手部实现运动仿真。
关键词：机械手；运动仿真；液压传动；液压缸；The light stable motion transports manipulator's design and the movement simulationAbstractThe applying of the manipulators are more and more important in the industry, with the development of industrial automation. The paper mainly narrated the design and calculation of light and transfer manipulator.The first，The paper introduces the function,composing and classification of the manipulator,tells out the free-degree and the form of coordinate.At the same time,the paper gives out the primary specification parameter of this manipulator.This article system elaboration industry manipulator's design theory and method. The comprehensive exhaustive discussion has transported manipulator's hand, the wrist, the arm ，the fuselage and so on ,which the major structural design computation.Finally uses the software to carry out the movement simulation for manipulator's hand.Keywords: manipulator; motion simulation; hydraulic power transmission；Hydraulic cylinder目录中文摘要 (1)英文摘要 ......................................................................................................... 错误！未定义书签。
搬运机械手仿真设计和制作
搬运机械手仿真设计和制作随着工业自动化的不断发展，搬运机械手作为一种重要的自动化设备，在工业生产中发挥着越来越重要的作用。
本文主要探讨搬运机械手的仿真设计与制作过程，以期为相关领域的研究和应用提供有益的参考。
需要根据实际应用需求确定机械结构方案。
搬运机械手需要实现哪些动作？需要抓取和搬运哪些类型的物品？针对这些问题，我们需要展开一系列的分析和研究。
在此基础上，设计出满足要求的基本结构方案，包括机械臂、抓手、驱动系统等主要部件。
为了对搬运机械手进行精确的控制，需要建立其数学模型。
数学模型能够描述机械手的运动规律，以及各部件之间的相互关系。
常用的数学模型包括运动学模型和动力学模型。
其中，运动学模型主要描述机械手的位姿和运动轨迹，动力学模型则描述机械手在运动过程中的力和速度等物理量之间的关系。
仿真程序设计是搬运机械手仿真设计的重要环节。
在这一阶段，需要选择合适的仿真软件，如Adams、Simulink等，并根据之前建立的数学模型编写仿真程序。
仿真程序需要能够模拟机械手的实际运行情况，对各种工况进行仿真测试，以验证设计的有效性和可靠性。
在仿真程序设计完成后，需要制作物理样机以验证设计效果。
根据设计方案制作机械零件，并进行组装、调试和测试。
在此过程中，需要对机械手进行不断的优化和改进，使其在抓取、搬运等操作中具有更好的稳定性和效率。
当物理样机达到预期效果后，可以进入批量生产和实际应用阶段。
搬运机械手作为一种重要的自动化设备，在工业生产中具有广泛的应用前景。
本文主要探讨了搬运机械手的仿真设计与制作过程，包括确定机械结构方案、建立数学模型、仿真程序设计、物理样机制作等方面。
通过这些环节的不断优化和改进，我们可以实现更高效、更稳定的搬运机械手设计和制作。
随着科技的不断进步，搬运机械手的应用领域越来越广泛，例如在物流、制造业、农业等领域都有应用。
未来，我们需要进一步研究和改进搬运机械手的设计和制作技术，提高其智能化、自主化和适应性等方面的性能，以更好地满足实际应用的需求。
五自由度液压搬运机械手”设计
五自由度液压搬运机械手”设计设计题目：五自由度液压搬运机械手设计目标：该液压搬运机械手具有五自由度，能够实现复杂的物体搬运任务。
设计的机械手需要具备高度的稳定性、可靠性和安全性，同时需要具备较强的负载能力和灵活的运动控制能力。
设计原理：该机械手采用液压执行器作为动力源进行驱动。
液压执行器能够提供较大的力和承载能力，并且具有较好的运动平稳性和精确控制性。
液压系统由液压泵、液压缸和阀门等组成，能够通过控制液压流量和压力实现机械手的各个关节的运动控制。
设计步骤：1.确定机械结构：机械手采用串联方式，由主臂、副臂、车架、手爪和控制系统等组成。
主臂为液压缸驱动，控制主臂的上下运动；副臂通过球节连接在主臂末端，能够实现平行运动；车架作为整个机械手的支撑结构，在水平面内移动；手爪具备开合功能，能够抓取和释放物体。
2.动力系统设计：机械手采用液压泵提供动力，液压泵通过控制阀门调整液压油流量和压力，从而驱动液压缸进行机械手的各个关节运动。
液压泵和液压缸需要根据机械手的负载能力和运动速度进行合理选择和匹配。
3.控制系统设计：机械手的控制系统主要由传感器、控制器和执行器组成。
传感器用于感知机械手的位置和力传感器，控制器根据传感器反馈的信号进行运动控制，执行器通过控制阀门实现液压油流的调控，从而实现机械手的运动控制。
4.稳定性与安全性设计：在机械手的设计过程中需要考虑稳定性和安全性。
通过在机械结构中增加支撑柱和调整机械手的重心位置，能够提高机械手的稳定性。
同时在控制系统中设置安全保护装置，当机械手出现异常情况时能够及时停机和报警。
5.总结与改进：设计完成后需要对机械手进行测试和评估，通过对机械手的实际运行情况进行分析和总结，发现问题并进行改进，使机械手的性能和使用效果得到进一步的提升。
设计思路：该机械手的设计充分利用了液压的优势，能够提供较大的负载能力和精确的运动控制。
通过合理的机械结构设计和控制系统的优化，能够实现机械手对不同形状和大小的物体进行搬运，具备较高的适应性和使用灵活性。
基于虚拟样机技术的搬运机械手仿真设计与研制
２ １ ＡＤＡＭ Ｓ的 主 要 工 作 模 块 ．
图 １ 搬 运 机 械 手 结 构 示 意 图
ＡＤ ＡＭＳ集 建模 、 计算和后 处理 于一 体 ， 由多个模 块组 成 。其 基本 模块是 Ｖｉｗ和 Ｐ ｓｐｏ ｅｓ ｅ ｏ ｔｒｃｓ ，通 常的 机 械 系 统 仿 真都 可 以用 这 两个 模 块来 完成 。另外 在
上 的实 践 ［ ］ 西安 ： 北 工 业 大 学 出 版 社 ．０ ２ Ｍ ． 西 ２０． 图 ３ 搬 运储 气 罐 至 水箱 进 行 密 封性 测 试
－ Ｉ］ 曹 春芳 ， 庆 忠 ． 于 ＡＤ ３ 孔 基 ＡＭＳ的五 自由 度机 械 手 运 动 学
３ 结 论
仿 真 Ｅ３ 机 械 ，０ ７ １ ）７ —３ Ｊ． ２ ０ （２ ：１７．
Ａ ＤＡＭＳ中还 有针对 专业 领域 而单独 开发 的一些 专用 模块 和嵌入模 块 ，本文 主要采用 基本 模块 。 由于搬运 机 械手 的结构相 对简单 ，所 以直接 采用
ＡＤＡ ／ ｅ 所提供的布尔运算功 能建立模型 ，构建 ＭＳ Ｖｉ ｗ 的模型实现必要 的参数化 ， 并虚 拟样 机 技 术 的搬 运 机 械 手 仿 真设 计 与研 制
王 建 军 ，袁 帮谊
（ 徽机 电职 业 技 术 学 院 ， 安徽 芜 湖 ２ １ ０ ） 安 ４ ０ ０
摘 要 ：针 对 某 企 业 的 车 间 生 产 现 况 ， 为减 轻 工 人 的 简 单 重 复 性 繁 重 劳 动 设 计 了搬 运 机 械 手 。 根 据 构 想 利 用 Ａ ＤＡＭＳ软 件 建 立 了搬 运 机 械 手 的 虚拟 样 机 仿真 模 型 ． 行 运 动 学 仿 真 ， 物 理样 机 制 造 之 前 传 其 运 动 过 程 直 进 在 观 化 ，为 搬 运 机 械 手 的 研 制奠 定 了基础 。
毕业设计论文：三菱plc控制机械手设计系统
韶关市职工大学韶关市第二技师学院毕业论文题目:三菱plc控制机械手设计系统系别：电气自动化工程系专业系别：14电气自动化双高学生姓名：***学号：42指导教师：王建军老师温惠萍老师李集祥老师摘要可编程序控制器(PLC)是近年来发展极为迅速，应用面极广，以微处理器为核心，集微机技术、自动化技术、通信技术于一体的通用工业控制装置。
PLC的广泛应用，已经给生产带来许多的好处，它具有功能齐全、使用方便、维护容易、通用性强、可靠性好、性能价格比高等特点，已在工业控制的各个领域得到了极为广泛的应用，成为实现工业自动化的一种强有力工具。
比如plc控制的机械手在搬运工件方面的应用，以前一直采用人工搬运物料，不仅工人的劳动强度大，安全性差，而且效率低。
本文分析了机械手和PLC之后，我们采用PLC控制的机械手进行物件的搬运来代替人力。
本文基于汇川公司的PLC，提出了PLC控制工件传送机械手PLC控制系统的设计方法。
重点研究了实验开发系统的工作原理、硬件部分的主要构成，以及硬件部分的设计、安装调试和实验应用开发。
讨论了汇川PLC指令系统、编程语言和程序设计方法，分析了汇川PLC专用编程软件在本系统中具体应用，关键词：机械手，PLC，第一章概述1.1 PLC产生、定义及发展趋势1.1.1 PLC(可编程逻辑控制器)的产生PLC(可编程逻辑控制器)是20世纪60年代末期逐步发展起来的一种以计算机技术为基础的新型工业控制装置。
近几年来，PLC技术在各种工业过程控制、生产自动线控制及各类机电一体化设备控制中得到极其广泛的应用，成为工业自动化领域中的一项十分重要的应用技术。
在PLC出现以前，继电器控制曾得到广泛应用，在机电设备和工业过程控制领域中占有主导地位。
但是继电器控制系统有明显的缺点；体积大，可靠性低，故障查找困难，特别是因为它是由硬接线逻辑构成的系统，造成了接线复杂，容易出故障，对生产工艺变化的适应性较差。
20世纪60年代未，美国最大的汽车制造商通用汽车公司(GM)为了适应汽车型号不断更新的需要，试图寻找一种新的生产线控制方法，使之尽可能地减少重新设计继电器控制系统的工作量以及尽量地减少控制系统硬连接线的数量，以降低生产成本，缩短制造周期，减少生产线的故障率，从而有效地提高生产效率。
物流搬运机械手建模仿真与快速成型
Ｎ ｏ ． ２ ，２ ０ １ ７
物 流科技
２ ０ １ ７年 第 ２期
・ 物流技术 ・ 文章编号 ：１ ０ ０ ２ — ３ １ ０ ０（ ２ ０ １ ７ １ ０ ２ — ０ ０ ７ １ － ０ ３
王
玲 ，朱祥森 ，梁博 宇，王振峰 ，田
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Ｗ ＡＮＧ ｌ ， ｉ ｎ ｇ ， ＺＨ Ｕ Ｘｉ ａ ｎ ｇ —ｓ ｆ ￣ ， ｎ， ＬＩ ＡＮＧ Ｂｏ －ｙ ｕ
Ｗ ＡＮＧ Ｚｈｅ ｎ —ｆ ｅ ｎｇ ， ＴＩ ＡＮ Ｈｕｉ
（ 河南农 业大学 机 电工程学院 ，河南 郑州 ４ ５ ０ ０ ０ ２ ）
（ 、 ｈ ｏ ｏ ｌ ｆ Ｍｅ ｃ ｈ ａ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｔ ：Ｅｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ，Ｈｅ ｍｍ Ａｇ ｒ ｉ ｅ ｕ ｈ ｕ ｒ ａ ｌ Ｕ ｎ ｉ ｚ ， ｅ ｒ ｉ ｔ ｙ Ｚ ｈ ｅ ｎ ｇ ｚ ｈ ｏ ｕ ４ ５ ０ ０ ０ ２ ．Ｃ ｈ ｉ ｎ
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ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｉ ｆ ｎ ｉ ｓ ｈ ｅ ｄ ｐ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｔ ｐ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｉｏ ｆ ｎ ｐ ｕ ｔ ｉ ｆ ￣ ｒ ｗ ａ ｒ ｄ ｎ ｅ ｗ ｉ ｄ ｅ ａ ｓ ．
活塞杆搬运机械手结构设计及运动学仿真
《装备制造技术》2018年第06期活塞杆是油缸、气缸运动机构中的重要执行部件，用于支持活塞做功，是一个运动频繁、技术要求较高的运动部件。
活塞杆基本特征是细长轴加工，其加工难度大，在加工过程中涉及工序繁多，其上下料基本依靠人工实现，劳动量大且效率低。
工业用机械手是机器人末端的操作机构，能模仿人手的动作功能，完成抓放材料、搬运物件或操持工具等工作[1]。
使用机械手实现活塞杆加工的自动上下料，能有效降低生产成本，改善劳动工人劳动条件[2]。
为促进活塞杆加工机械化，对机械手结构进行设计，采用SolidWorks 软件对活塞杆搬运机械手进行三维造型，并进行仿真研究，验证机械手设计的合理性。
1活塞杆搬运机械手工作原理针对机械手的工作要求，设计的搬运机械手安装在机床上方的空架桥滑动导轨上，可沿水平方向移动，为整机移动式。
手部安装于气缸的活塞杆上，手部可以上下移动，手部的抓紧动作是由一小气缸驱动。
搬运机械手的功能是搬运活塞杆工件运送至指定地点，要求手爪能够闭合和张开，从而抓住或释放活塞杆。
机械手的手爪是最重要的执行机构，是实现夹持动作的部件。
机床常见的机械手爪，按其握持工件的原理，可分为夹持式和吸附式两种。
在夹持式中，按夹持工件的部位，可分为外夹型和内撑型。
由于活塞杆属于细长轴类零件，在运输中机械手爪所夹持的部位为活塞杆外圆表面，因此选用夹持式外夹型手部结构。
设计的手部机构如图1所示。
手部机构工作原理为手爪由气缸活塞杆驱动多杆机构使手爪回转，夹持工件。
其特点是承载能力较大、机构可自锁、夹持对象适用于轴、齿轮、盘类等零件。
机械手的驱动装置是使手爪实现开、闭动作的动力装置，常见的有液压、气压、机械、电气等。
根据机械手工作要求和负载分析，活塞杆搬运机械手选用气动驱动方式。
2结构设计及三维建模根据活塞杆搬运机械手原理分析，在Solid Works 2013绘图软件中进行三维实体造型，然后通过装配模块完成各零件的组装，机械手手部三维模型如图2所示[3]。
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轮减速技 术，实现机械 手 ３ ６ ０ 。旋转 ，从
而 实现 了 “ 一 机 双 台 ” ， 实 现 低 压 机 台 物 流 自动 化 。 （ ２ ）机械 手采用气 动抱臂 、抱 臂液 压 马达 旋转 、整体 旋转 使用 减速 机 齿轮 减 速技 术 ，且 机械 手各 动作 使用 可编 程 序 控 制 技 术 ， 动 作 控 制 稳 定 可 靠 ， 使 得 低压铸造 机的流转 工艺更合 理。 （ ３ ）设备操作 简单，一个 作业员操 作两台低压铸造机成为可能。 ３ ． 技 术 成 果 及应 用 前 景 铝 合 金 车 轮 低 压 铸 造 物 流 自动 化 技 标 均 达 到 设 计 要 求 ， 车 轮 的 产 量 提 高 了 ８ ． ３ ％ ，能源消耗 降低 了 ５ ０ ％ ，废 品率 降低 了０ ． ５ ％ 。机械 手运 行稳 定、性 能可 靠， 投 资 成 本 低 ，在 自动 化 改 造 中 具 有 较 好 的生产 应用 价值和 市场 推 广价 值，为 企 业 自动化技术改造提供 了方法和途径 。 参 考文 献 ： ［ １ ］王建 军 ． 搬 运 机 械 手仿 真 设 计 和 制作 ［ Ｊ ］ ．机 械 设 计 与 制 造 ， ２ ０ １ ２（ ０ ９ ） ［ ２ ］王 战 中等 ．自动 上 下 料 机 械 手 运 动 学分析及 仿真 ［ Ｊ ］ ． 机械 设计 与制造 ，
Ａｃ ａ ｄ ｅ ｍ ｉ ｃ
学术
１ ． 技 术 方 案 技术开发前公司铝合金车轮生产 中， 低压铸造机 台上操作员工的动作：车轮脱 模后 ，用料叉将车轮翻转，检 查车轮 的浇 口和 Ａ面 情 况 ，合 格 后 进 行 水 箱 冷 却 ，冷 却 完 成 后进 行去 毛 边 、打 工 号 、 下 转 ，进 入Ｘ 光检查 工艺 。在生产 中，一个员工看 管一个机台，不仅 劳动强度大 ，生产效率 低 ，还易造 成人为磕碰伤 。因此，公司决 定 自主 研 发机 械 手 自动 化 技 术 ，通 过 购 置 机 械 手 并 进 行 改 造 ，使 其 能适 用 公 司 现 有 生 产 设 备 ； 并进 行相 关 工 艺调 整 ，解 决 现 有 物 流 瓶颈 ， 降低 产 品 的报 废 率 。 １ ． １总体 方 案 设 计 利用 机械 手 自动 化技 术 ，开 发 出低 压 机 台 机 械 手 自动 化 设 备 。 这 是 用 于 辅 助 生 产 的 自动 化 设 备 ， 通 过 电 气 控 制 系 统 作 用 于 机 械 、 气 动 、 液 压 等 部 件 完 成 预 设 动 作 。机 械 手 的 抱 臂 控 制 使 用 气 动 系 统 来 实 现 ， 抱 臂 的 旋 转 使 用 液 压 旋 转 马达 ，因此 抱 臂 的控制 位置 准确 可靠 ， 运行稳定 ：机械手整体 的旋转为 ３ ６ ０ 。， 实 现 一 台 机 械 手 控 制 两 台 低 压 铸 造 机 的 功 能，其 结构 为减 速 机齿轮 减 速设 计， 旋转稳定可靠 。 该机 械手 有两 种 工作模 式 ：手动 和 自动 。手动模式用于开始使用时的归零、 各 部 件 位 置 的 调 整 、 出 现 异 常 时 的 处 理 等 ， 自动 模 式为 正常 生产 时使 用 。该机 械 手应 用 了气 动 、液 压技 术 ，电气 使用 可 编 程 控 制 技 术 与 气 动 、 液 动 技 术 相 结 合 ， 提 高 了机 械 手 的 自动 化 程 度 。 １ ． ２机 械 手 设 计 方 案 能 保 证 机 械 手 的 抱 臂 能 抓 取 两 个 低 压 铸 造 机 的车轮 ，继 而实 现 “一机双 台” 的 目标 。 （ ２ ）气 动 抱 臂 系 统 ： 气 动 抱 臂 系 统 实现 了准 确无 误 的抓 取 车轮 ，且气 动件 对 现 场 的 环境 几 乎 没有 影 响 。 （ ３ ）抱臂液压 马达旋转 系统 ：为 实 现车轮 的旋转 ，采用液压 马达 实现 １ ８ ０ 。 旋转 ，便 于作业 员检 查、车 轮 的放 下、 车轮的抓取 。 （ ４ ）机 械 手 的配 套 设 备 ：冷 却 水 箱 、 车 轮 升 降 滚 道 、 自检 台 。 （ ５ ）机 械 手 采 用 气 动 、 液 压 技 术 、 减 速机 齿轮 减速 技术 ，这些 零部 件 易采 用可编程序控制 ，使其重复精度很高 。 车 轮 的修 毛 边 和 自检 ； ⑦毛 坯升 降滚道：机 械手配套 设备， 将 完成修 毛边 的 车轮 下降至 低压 铸造 机 平 台 下方 ，将 车 轮 送 入 主 滚 道 ； 由于 机 械 手 成 功 实 现 了 ３ ６ ０ 。旋转 ， 使 “ 一 机 双 台 ” 成 为 现 实 。 机 械 手 其 它 的动 作是 与现有 的低 压铸 造机 的生 产节 拍 相 衔 接 ， 达 到 毛 坯 流 转 自 动 化 ， 继 而 将原 来作业 员的动 作 由机 械 手来 完成 ， 提 高 工 作 效 率 ， 降低 劳 动 强 度 。 设 备 安 装完 成后 由原 来 的一人 一台机 变 为一人 操作两台机 。 ２ ． 关 键 技 术 及 创 新 点 （ １ ）机 械 手 整 体 旋 转 使 用 减 速 机 齿
搬运机械手的设计和仿真
搬运机械手的设计和仿真搬运机械手是一种可以自动化地完成工业生产中物品搬运的机器人。
在工业自动化程度越来越高的今天，它成为了一个非常重要的设备。
在工业领域中，搬运机械手广泛应用于生产线、物流和仓储等场合，可以代替人工完成重复性、危险、繁琐的工作任务，提高工作效率和生产能力，减少损失和安全事故的发生。
搬运机械手分为多种类型，例如旋转臂式搬运机械手、平面式搬运机械手、升降框式搬运机械手等，每种机械手都有其独特的应用场合和设计特点。
例如，在生产线场合中，为了提高生产效率，要求机械手的搬运速度尽可能快，并且需要具有足够的灵活性和精度，能够协调好相互之间的运动，准确抓取和运输物品。
而在物流和仓储设备中，机械手面对的是不同形状、重量、尺寸的物品，需要根据具体情况设计适合的机械臂和抓取器，保证效率和精度。
搬运机械手的设计需要考虑到多个方面的因素，如运动控制、传动系统、力学与动力学和电子控制等方面。
在运动控制方面，需要设计合适的运动轨迹，使机器人每次搬运的动作能够有效地完成，在不同场合中需要选择合适的控制方法。
而在传动系统方面，需要选取合适的电机和传动方式，保证机械手的运动效率和精度。
在力学与动力学方面，则需要考虑机械手的耐用性和稳定性，以及机械手在运作过程中的力学特征和动力学特征，如速度和力的平衡等。
此外，在电子控制方面需要采用现代化的电子技术，包括传感器技术、电机控制技术等，使机械手具备可靠性与精准度。
在搬运机械手设计完成后，需要进行仿真验证，以确定机械手的动态特性和运动轨迹的正确性。
这样可以避免因安装错误或运动干扰等因素导致机械手动作出现不正常的情况，减少设计的风险和可靠性问题。
目前，常见的机械手仿真软件包括MATLAB、Simulink、ADAMS、SolidWorks等，其中ADAMS是一款功能强大的机械系统仿真软件，可以对机械手的运动、力学与动力学、碰撞检测等方面进行全面仿真，提高设计的可靠性和精度。
基于搬运机械手设计及运动仿真研究 李斌
基于搬运机械手设计及运动仿真研究李斌摘要：机械手的运用可以在很大程度上提高生产自动化的效率，同时有助于工业领域的技术进步，可以在很大程度上代替人类劳动，进一步节省人工成本。
本文基于搬运机械手的结构，对其仿真运动的设计过程进行探究，致力于促进搬运机械手的实际运用。
关键词：运动仿真控制；变速器；搬运机械手；设计实现0引言在现代工业发展的过程中，需要结合虚度偶只能设备，其中，机械手作为可以在很大程度上节省人力资源的特殊技术载体，可以促进仿真模拟技术的发展。
同时，的功能机械手的实际运用在工业生产和一些其他的设计过程中也被高度重视，甚至被引进到现阶段的许多流水生产线中，有着良好的示范作用。
在机械手进行搬运的过程中，还可以进一步检验人工的包装的质量，帮助提高实际的搬运效率，避免耗时耗力的现象出现。
一些传统的工业搬运工作方式已经被淘汰，主要原因是无法满足今天的生活水平要求，同时也不符合我国现代经济发展规律。
机械手作为可以取代人工搬运的特殊技术载体，因其自身具备的高度自动化系统被人们赞赏，其生产模式也得到广泛的认可。
1 搬运机械手的内部结构设计分析1.1龙门架结构。
区别于其他的结构类型，这一结构主要是针对实际变速器而言的，可以在搬运的过程中，通过调节内部系统，进一步掌握实际的机械操作流程，优化结构的同时提高搬运的效率。
对变速器搬运机械手而言，在实际的搬运过程中，可以结合龙门架结构的优势，对特殊的物体进行特殊处理，一般而言，龙门式架构可以保证内部系统的安全性和完整性，同时有利于后期的设备设计和处理工作的开展。
龙门架结构的主装配线是有着明显的作用的，必须对特殊的试验线进行严格的把握，同时注重调节内部的安装机械手运动1.2主线配置。
因为变速器在试验线和主装配线中的安装位置不同，为了能够使变速器搬运机械手能够实现设置的运动，所以将翻转结构及姿态调整设置在机械手结构中，以此使变速器能够变换不同的姿势，将翻转机构及夹爪相互连接，并且设置翻转气缸，使其能够使夹爪根据中心线的正反方向进行旋转，从而能够使变速器进行旋转，姿态调整机构连接夹爪安装板，并且具备姿态调整气缸，在底部设备根据轴线进行旋转，调整变速器的姿态。
搬运机械手仿真设计和制作
搬运机械手仿真设计和制作
王建军
【期刊名称】《机械设计与制造》
【年(卷),期】2012(000)009
【摘要】介绍了一种用于搬运的气动机械手的设计,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,检查机械手在运动工作过程中的正确性和准确性,同时获得各部件机械手结构设计及其受力情况是否合理,为机械手设计提供参考.并在此基础上成功研制出物理样机,通过仿真设计提高了设计质量并缩短了设计周期.
【总页数】3页(P146-148)
【作者】王建军
【作者单位】安徽机电职业技术学院机械工程系,芜湖241000
【正文语种】中文
【中图分类】TH16;TP242
【相关文献】
1.基于虚拟样机技术的搬运机械手仿真设计与研制 [J], 王建军;袁帮谊
2.气动搬运机械手设计及运动仿真研究 [J], 王宇钢;朱彦松
3.活塞杆搬运机械手结构设计及运动学仿真 [J], 王宇钢;王朝
4.软体驱动器的设计制作和仿真分析 [J], 吴越
5.浅谈搬运机械手仿真设计 [J], 纳斯哈提.尼合买提吾拉;高铎文;王明杰;郝麟;娜孜依努尔
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搬运机械手的设计和仿真
主要符号表N F 手指夹紧力 ND 弹簧中径 mm1D 弹簧内径 mm2D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 Nφ启转动缸起动角 度 ω 转动缸转动角速度 rad s1 绪论用于再现人手的的功能的技术装置称为[]1机械手。
机械手是模仿着人手的局部动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。
在工业生产中应用的机械手被称为[]2工业机械手。
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局部，这种新技术开展很快，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开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，尤其表达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开展空间。
机械手的开展是由于它的积极作用正日益为人们所认识：其一、它能局部的代替人工操作；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开展，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。
搬运机械手设计及运动仿真
搬运机械手设计及运动仿真摘要：机械手是近代自动控制领域中出现的一项新技术，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，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SolidWorks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。
关键词：机械手；UG；自由度；液压；自动化Abstract：Manipulator is a new technology in the field of modern automatic control, It is an imitation of part of the human upper limb function , Scheduled for delivery in accordance with the requirements of holding a work piece or tool automation technology and equipment operation , Automation of industrial production, and promote the further development of industrial production plays an important role. So it has a great vitality and thus be widely valued and welcomed. Practice has proved that the robot can replace the heavy manual labor, significantly reduced labor intensity and improve working conditions and raise the level of labor productivity and automation. That often appears in industrial production of heavy work piece handling and long-term frequent monotonous operations, the use of mechanical hand to be effective. In addition, it can at a high temperature, low temperature, Sham Shui Po, the universe, radioactive and other toxic pollution of the environment under the conditions of operation, but also to demonstrate its superiority, has broad prospects.This issue through the application of SolidWorks to proceed with the structural design of mechanical and hydraulic principles of design, technology use SolidWorks feeding robot three-dimensional solid modeling and simulation of the movement, its basic movements can be more specific in the show people before.Key Words：Manipulator；SolidWorks；degree of freedom；Hydraulic；Automation目录1 前言 (1)2 抓取机构设计 (1)2.1 手部的设计和计算 (1)2.1.1手部设计的要求 (1)2.1.2 拉紧装置原理 (2)2.2 腕部的设计计算 (4)2.3臂伸缩机构设计 (6)3 液压系统原理设计及草图 (9)3.1手部抓取缸 (9)3.2腕部摆动液压回路 (10)3.3小臂伸缩缸液压回路 (11)3.4总体系统图 (12)4 机身机座的结构设计 (13)4.1电机的选择 (13)4.2减速器的选择 (15)4.3螺柱的设计与校核 (15)5 机械手的定位与平稳性 (17)5.1常用的定位方式 (17)5.2影响平稳性和定位精度的因素 (17)5.3机械手运动的缓冲装置 (18)6 机械手的控制 (19)7 机械手的组成与分类 (20)7.1机械手组成 (20)7.2机械手分类 (21)8 机械手的三维造型及运动仿真 (23)总结 (24)致谢.............................................................. 错误!未定义书签。
基于Unity3D的搬运机械手仿真
基于Unity3D的搬运机械手仿真罗捷【期刊名称】《大众科技》【年(卷),期】2014(000)001【摘要】Taked a transfer mechanical arm for the simulation prototype, analyzed its mechanical structure and motion model. Created a 3D part models, and the part models were assembled in Unity3D. Used physics engine to achieve the simulation of the collision and friction, used script to simulate electromotor and pneumatic’s drive effect. Achieved a simulation of the transfer mechanical arm which is a complex mechanicalin Unity3D engine.Its simulation results with the actual device has a higher consistency. compare with the traditional solutions, the simulation method of the mechanical arm had improved on the convenience and interactivity.%以某型搬运机械手为仿真原型。
对其机械结构、运动模型进行了分析，创建其三维零件模型，在Unity3D中完成零件模型的组装，利用物理引擎实现碰撞与摩擦的仿真，使用脚本仿真电机与气动的驱动方式。
在Unity3D引擎中实现了对搬运机械手这一较复杂机械的仿真。
搬运机械手运动控制系统设计
搬运机械手运动控制系统设计第一部分：题目设计要求。
一、搬运机械手功能示意图二、基本要求与参数本作业要求完成一种二指机械手的运动控制系统设计。
该机械手采用二指夹持结构，如图1所示，机械手实现对工件的夹持、搬运、放置等操作。
以夹持圆柱体为例，要求设计运动控制系统及控制流程。
机械手通过升降、左右回转、前后伸缩、夹紧及松开等动作完成工件从位置A 到B 的搬运工作，具体操作顺序：逆时针回转(机械手的初始位置在A 与B 之间)—>下降—>夹紧—>上升—>顺时针回转—>下降—>松开—>上升，机械手的工作臂都设有限位开关SQ i 。
设计参数：（1）抓重:10Kg（2）最大工作半径：1500mm （3）运动参数：伸缩行程：0-1200mm ； 伸缩速度：80mm/s ； 升降行程：0-500mm ； 升降速度：50mm/s 回转范围：0-1800控制器要求：（1）在PLC 、单片机、PC 微机或者DSP 中任选其一；AB工件 SQ 1SQ 45SQ夹紧松开（2）具备回原点、手动单步操作及自动连续操作等基本功能。
三、工作量（1）驱动及传动方案的设计及部件的选择；（2）二指夹持机构的设计及计算；（3）总体控制方案及控制流程的设计；（4）设计说明书一份。
四、设计内容及说明（1）机械手工作臂及机身驱动部件的选择及设计，需设计出具体的驱动及传动方案，画出方案原理框图。
（2）末端夹持机构设计，该结构需保证抓取精度高，重复定位精度和运动稳定性好，并有足够的抓取能力。
设计应包括确定夹持方案、计算夹持范围、计算夹紧力及驱动力，完成夹持机构设计图。
（3）控制系统设计，包括确定控制方案、核心功能部件的选择、主要功能模块的实现原理、绘制控制流程框图。
第二部分：设计过程搬运机械手运动控制系统设计一机械手工作臂及机身驱动部件的选择及设计，需设计出具体的驱动及传动方案，画出方案原理框图。
1 工作台升降，机械手臂张合及伸缩驱动部件选用步进电机，速度容易控制，位置精度高。
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92.5 0.0
1.25
2.5
（b）小气缸受力 图 4 气缸的受力情况
图 7 机械手工作情况
4.3 机械手工作情况
机械手工作情况，如图 7 所示。机械手的控制系统可以采用继
机械设计与制造
第9期
148
Machinery Design ＆ Manufacture
2012 年 9 月
一小气缸驱动。设计机械手的功能是可以抓取工件后提升，小车
带动机械手移动到指定位置卸下。升降气缸即大气缸主要承载机
械手和工件的重量，总共的重量大约 400N，根据设计数据和气源
的气压并结合仿真结果，根据表 GB/T2348-1993，选取气缸内径
为：D=50mm，活塞杆内径为：选取 d=25mm。
4.2 小车车架制作
3.1 模型建立
由于机械手的总体结构比较简单，所以在 ADAMS 平台上按 照设计图建立仿真模型，如图 2 所示。
大气缸
移动滚轮
小
小气缸
车
车轮
手部结构
车轮
图 2 机械手的整体模型
3.2 运动学和动力学仿真
为了实现模拟实际机械手的工作状况，按照实际搬运件的 尺寸和重量设置，重量 20kg，直径 25cm，合理设置搬运机械手的 运动速度参数，进行探测性仿真并修改参数达到最佳效果和得出 最优数据，运动仿真过程画面，如图 3 所示。
3.3 结果分析
通过仿真可以直观的观察搬运机械手的动作过程和工作情况，
通过修改优化参数可以看出该机械手的动作可以满足作业要求。
4 机械手的设计制作
4.1 气缸选用
根据设计要求，机械手选用气动和电动机相结合的驱动方
式，搬运机械手的手部和臂部是装在可移动的小车上，手部安装
于大气缸的活塞杆上，手部可以上下移动，手部的抓紧动作是由
YA1
YA2
气源 图 5 搬运机械手气动原理图
图 3 仿真过程 在运动的仿真过程中得出，小气缸和大气缸受力大小及变 化，如图 4 所示。与理论计算结果基本一致。
182.5 Time：2.500
135.0
Current：137.3
87.5 0.0
1.25
2.5
（a）大气缸受力
图 6 机械手实物
127.5 Time：2.500
依据整个机械手的承重和负载，小车车架采用 （50×30×
1.0）mm 矩形钢管，材料为 Q215，采用整体焊式结构，小车以及机
械手的左右移动的依靠减速电机带动滚轮在三角导轨上的转动，
并且要求通过改变接线电机能够正反转控制。制作装配结束得到
物理样机，如图 5 所示。机械手实物，如图 6 所示。
大气缸
小气缸
气缸活塞杆
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。储气罐的气密性检测和搬运现在主要靠工人单调
重复性的体力劳动，劳动强度大，因此研究和设计一种搬运机械
手以代替人的劳动。
2 机械手工作原理
储气罐
手爪
针对机械手的工作要求，设计的搬运机械手的手部和臂部 是装在可移动的小车上，手部安装于气缸的活塞杆上，手部可以 上下移动，手部的抓紧动作是由一小气缸驱动。搬运机械手的功 能是搬运储气罐运送至指定地点，要求手爪能够闭合和张开，从 而抓住或释放储气罐。
WANG Jian-jun （Anhui Technical College of Mechanical and Electrical Engineering，Mechanical Department，Wuhu 241000，China）
【摘 要】介绍了一种用于搬运的气动机械手的设计，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，检查机械手在运动工作过程中的正确性和准确性，同时获得各部件机械手结构 设计及其受力情况是否合理，为机械手设计提供参考。并在此基础上成功研制出物理样机，通过仿真设 计提高了设计质量并缩短了设计周期。
YAN Hang-rui，ZENG Guo-ying，ZHAO Deng-feng （Key Laboratory of Testing Technology for Manufacturing Process Southwest University of Science and Technology，
3 ADAMS 仿真分析
钳式，它是工业机器人最常见的一种手部结构。手部传动机构可
ADAMS 是集建模、计算和后处理于一体，由多个模块组成。
采用平动型，特点是手爪由多杆机构传动，当手爪夹紧和松开物 基本模块是 View 模块和 Postprocess 模块。通常的机械系统都可
＊来稿日期：2011-11-20 ＊基金项目：2010 年高校省级优秀青年人才基金项目（2010SQRL204）
机械设计与制造
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Machinery Design ＆ Manufacture
文章编号：1001-3997（2012）09-0146-02
搬运机械手仿真设计和制作 *
第9期 2012 年 9 月
王建军 （安徽机电职业技术学院 机械工程系，芜湖 241000）
Simulation Design and Manufacture of Handing Manipulator
中图分类号：TH16；TP242 文献标识码：A
1 引言
机械手是能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程
体时，手指姿态不变，作平动，并保持夹持中心固定不变，不受工 件直径变化的影响。设计手部机构，如图 1 所示。
序抓取、搬运物件或操作工具的一种机械电子装置。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
关键词：搬运机械手；气压传动；ADAMS；仿真 【Abstract】The design of a pneumatic manipulator for moving is introduced，with the structure in － cludes two air cylinders controlled by two solenoid valves to achieve the increasing and declining move － ments and work -piece clamping action，and two motors with different speed which control the forward movement and back movement through the two motor coils，to set up the virtual prototyping model of han－ dling manipulator.Through the use of ADAMS software，the kinematics and dynamics simulation for inspect－ ing the accuracy and exactitude during working process is carried out and at the same time the rationality of manipulator structure design of all the parts and its stress is examined，which provides references for design． And on this basis，the physical prototype is successfully developed，through the simulation design the design quality is improved and the design cycle is shortened. Key Words：Handling Manipulator; Pneumatic; ADAMS; Simulation
第9期
王建军：搬运机械手仿真设计和制作
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以用这两个模块来完成。另外在 ADAMS 中还有针对专业领域而 单独开发的一些专用模块和嵌入模块，本研究主要用基本模块即 View 模块和 Postprocess 模块来完成。直接用 ADAMS/View 所提 供的布尔运算功能建立模型，构建的模型实现必要的参数化，并 且施加约束、运动等，再利用 ADAMS／View 对模型进运动学或动 力学仿真。
Hale Waihona Puke 文章编号：1001-3997（2012）09-0148-03
基于小波分析的螺栓联接结构的动态特性分析 *
闫航瑞 曾国英 赵登峰 （西南科技大学 制造科学与工程学院 省部共建教育部重点实验室 制造过程测试技术，绵阳 621010）
Dynamic Characteristics Analysis of Bolted Joints Based on Wavelet Analysis
关键词：敲击；振动信号；小波变换；动态特性 【Abstract】Wavelet packet analysis is used to extract the acceleration signals of the bolted joints struc－ ture under the peening excitation which contains a natural frequency.The dynamic characteristics which change along with the bolt loose are analyzed by the frequency band signals of that CWT.The experimental system is built based on the Premax data acquisition and analysis equipment. Based on the time-frequency characteristic analysis of response signals，the frequency bandwidth o（f 320~480）Hz is chosen as the analyzed frequency band and that is restructured. Then, under different connection condition, the time-domain signals within the bandwidth of （320~480）Hz are analyzed by the CWT.The result of the analysis shows that the looseness has a tremendous influence on the dynamic characteristics of the bolted joints structure in the peening vibrational environment, which is，the smaller the preloading, the faster the signal attenuation，and the greater the structural damping，the more wave energy dissipation，with nonlinear characteristics enhanced. Key Words：Peening；Vibration Dignal；CWT；Dynamic Characteristics