程控通用机械手的结构设计
械手结构的设计和分析
机械手腕部的结构分析
机器手手腕的自由度数，应根据作业需要来设计。机器手手腕自由度数目愈多，各关节的运动角度愈大，则机器手腕部的灵活性愈高，机器手对对作业的适应能力也愈强。
机器手手腕要与末端执行器相联，因此，要有标准的联接法兰，结构上要便于装卸末端执行器。
机器手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。
为了减轻机器手运动部分的惯量，提高机器手的控制精度，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铸钢材料制成。
腰部结构要便于安装、调整。
机械手腰座结构的设计要求分析
机械手腰座结构的具体采用方案
腰座回转的驱动形式要么是电机通过减速机构来实现，要么是通过摆动液压缸或液压马达来实现，目前的趋势是用前者。因为电动方式控制的精度能够很高，而且结构紧凑，不用设计另外的液压系统及其辅助元件。考虑到腰座是机器手的第一个回转关节，对机械手的最终精度影响大，故采用电机驱动来实现腰部的回转运动。一般电机都不能直接驱动，考虑到转速以及扭矩的具体要求，采用大传动比的齿轮传动系统进行减速和扭矩的放大。
直角坐标机器手结构
圆柱坐标机器手的空间运动是用一个回转运动及两个直线运动来实现的，这种机器手构造比较简单，精度还可以，常用于搬运作业。其工作空间是一个圆柱状的空间。
圆柱坐标机器手结构
球坐标机器手的空间运动是由两个回转运动和一个直线运动来实现的，这种机器手结构简单、成本较低，但精度不很高。主要应用于搬运作业。其工作空间是一个类球形的空间。
03
机械手腰座结构的分析
腰部的回转运动要有相应的驱动装置，它包括驱动器。驱动装置一般都带有速度与位置传感器，以及制动器。
腰座要有足够大的安装基面，以保证机器手在工作时整体安装的稳定性。
加工中心机械手结构及控制部分设计概述
加工中心机械手结构及控制部分设计概述加工中心机械手是当前数控加工设备中非常重要的一种，它可以对工件进行多维度、多角度、高效、精确的加工。
本文将从机械手结构和控制部分两个方面进行设计概述。
一、机械手结构设计1. 机械手基座设计机械手基座承载整个机械手，并起到机械手安装、固定、调整和支撑的作用。
一般由铸铁或焊接结构制成，具有较高的刚性和稳定性，以确保机械手高速、高精度、高刚性的加工。
2. 机械手手臂设计机械手手臂是机械手的关键部分，它决定了机械手可操作的空间范围和精度。
手臂一般由多个铰链机构组成，以便手臂在各个方向可以做到规划的运动轨迹。
3. 机械手末端设计机械手末端是机械手与加工工件直接接触的部分，它的设计需要考虑机械手的安全和加工工件的形状、材质，以及加工的目的。
机械手末端一般配备工具夹持装置，以便能够安装各种形状和规格的工具。
二、控制部分设计机械手的控制部分是关键的电子设备，它的设计不仅需要考虑机械手的动作和执行，同时也需要考虑效率和安全性，控制器的设计一般包括如下几个方面：1. 控制算法设计控制算法是机械手控制部分最为重要的部分，它直接决定了机械手的精准性、稳定性和响应时间。
控制算法可以根据具体的加工要求进行调整，以达到最优的控制效果。
2. 系统硬件设计控制部分的硬件设计需要考虑控制器具有较强的计算和处理能力，同时具有高效、稳定、可靠、开放式的控制接口，方便其它功能模块的整合，并且具有适应各种机械手动作要求的伺服控制技术。
3. 控制软件设计控制软件是机械手控制部分的重要组成部分，其在整个控制体系中具有非常重要的作用，控制软件需要具有丰富的控制功能、复杂的控制逻辑、强大的数据处理和处理能力，并且方便用户进行界面操作和工艺参数设定与修改。
总之，机械手结构和控制部分的设计应该全面考虑机械手的工作环境、工作压力、工作速度、工作精度等一系列因素，并且需要充分考虑机械手的寿命和可靠性等问题，从而为机械手的高效、精确、安全地工作提供最坚实的保障。
毕业设计（论文）-通用上下料机械手结构设计（全套图纸）
目录1 绪论 (1)1.1机械手概述 (1)1.2机械手的组成和分类 (2)1.2.1 机械手的组成 (2)1.2.2 机械手的分类 (4)1.3国内外发展状况 (6)1.4课题的提出及主要任务 (8)1.4.1 课题的提出 (8)1.4.2 课题的主要任务 (9)2 机械手的设计方案 (10)2.1机械手的座标型式与自由度 (10)2.2机械手的手部结构方案设计 (10)2.3机械手的手腕结构方案设计 (10)2.4机械手的手臂结构方案设计 (10)2.5机械手的驱动方案设计 (11)2.6机械手的控制方案设计 (11)2.7机械手的主要参数 (11)2.8机械手的技术参数列表 (11)3 手部结构设计 (14)3.1夹持式手部结构 (14)3.1.1 手指的形状和分类 (14)3.1.2 设计时考虑的几个问题 (14)3.1.3 手部夹紧气缸的设计 (15)3.2气流负压式吸盘 (18)4 手腕结构设计 (21)4.1手腕的自由度 (21)4.2手腕的驱动力矩的计算 (21)4.2.1 手腕转动时所需的驱动力矩 (21)5 手臂结构设计 (25)5.1手臂伸缩与手腕回转部分 (25)5.1.1 结构设计 (25)5.1.2 导向装置 (26)5.1.3 手臂伸缩驱动力的计 (26)5.2手臂升降和回转部分 (27)5.2.1 结构设计 (27)5.3手臂伸缩气缸的设计 (28)5.4手臂伸缩、升降用液压缓冲器 (31)5.5手臂回转用液压缓冲器 (32)第6章控制系统设计 (33)6.1控制系统硬件设计 (33)6.2 PLC梯形图中的编程元件 (33)6.3 PLC的I/O分配 (34)6.4 机械手控制系统的外部接线图 (35)6.5控制系统软件设计 (35)6.6公用程序 (36)6.7 自动操作程序 (37)5.8手动单步操作程序 (38)5.9 回原位程序 (38)6.10本章小结 (51)7 结论 (52)参考文献 (53)致谢 (55)全套图纸加1538937061 绪论1.1 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。
机械手结构设计
济源职业技术学院毕业设计题目机械手结构设计系别机电工程系专业机电一体化班级机电0912班姓名潘岳学号 09011244 指导教师赵军日期 2011年9月济源职业技术学院毕业设计设计任务书设计题目：机械手结构设计设计要求：1.总装配图以及部分结构图2.结构设计论文（20页以上）设计进度要求：第一周：选择毕业设计课题第二周第三周：查阅相关资料，了解机械手结构原理及其相关数据第四周：书写设计论文第五周：检查各项数据及论文第六周第七周：画装配图指导教师（签名）：济源职业技术学院毕业设计摘要本次设计的液压传动机械手根据规定的动作顺序，综合运用所学的基本理论、基本知识和相关的机械设计专业知识，完成对机械手的设计，机械手的机械结构采用油缸、螺杆、导向筒等机械器件组成，采用液压驱动。
主要结构为：手部结构、腕部结构、臂部结构。
本设计只是机械手的结构部分，拟开发的上料机械手可在空间抓放物体，动作灵活多样，可代替人工在高温和危险的作业区进行作业，可抓取重量较大的工件。
关键词：机械手，臂部结构，腕部结构，手部结构济源职业技术学院毕业设计目录1机械手参数确定--------------------------------------------------------------------------------------- （1）1.1 臂力的确定--------------------------------------------------------------------------------------- （1）1.2工作范围的确定---------------------------------------------------------------------------------- （1）1.3 确定运动速度-------------------------------------------------------- （1）1.4 手臂的配置形式------------------------------------------------------ （2）1.5 位置检测装置的选择-------------------------------------------------- （2）1.6 驱动与控制方式的选择------------------------------------------------ （3）2 手部结构------------------------------------------------------------------------------------------（4）2.1概述-------------------------------------------------------------------------------------------------------（4）2.2 设计时应考虑的几个问题----------------------------------------------------------------------------（4）2.3 驱动力的计算-----------------------------------------------------------------------------------------（5）2.4 两支点回转式钳爪的定位误差的分析------------------------------------------------------------（8）3 腕部的结构---------------------------------------------------------------------------------------（10）3.1 概述------------------------------------------------------------------------------------------------------（10）3.2 腕部的结构形式--------------------------------------------------------------------------------------（10）3.3手腕驱动力矩的计算-----------------------------------------------------（11）4 臂部的结构-------------------------------------------------------------------------------------（14）4.1 概述----------------------------------------------------------------------------------------------------（14）4.2手臂直线运动机构-----------------------------------------------------------------------------------（14）4.2.1手臂伸缩运动------------------------------------------------------------------------------------（15）4.2.2 导向装置---------------------------------------------------------------------------------------（15）4.2.3 手臂的升降运动-------------------------------------------------------------------------------（16）4.3 手臂回转运动----------------------------------------------------------------------------------------（17）4.4 手臂的横向移动-------------------------------------------------------------------------------------（17）4.5 臂部运动驱动力计算------------------------------------------------------------------------------（18）4.5.1 臂水平伸缩运动驱动力的计算------------------------------------------------------------（18）4.5.2 臂垂直升降运动驱动力的计算------------------------------------------------------------（19）4.5.3 臂部回转运动驱动力矩的计算---------------------------------------（19）5 致谢-----------------------------------------------------------------------------------------------------（21）6参考文献--------------------------------------------------------------------------------------------------（22济源职业技术学院毕业设计1.机械手参数确定1.1 臂力的确定目前使用的机械手的臂力范围较大，国内现有的机械手的臂力最小为0.15N，最大为8000N。
数控机床上下料机械手设计
数控机床上下料机械手设计前言随着工业的不断发展和升级，机械制造产业已经成为了各国经济发展不可或缺的重要组成部分。
数控机床则是机械制造产业中的重要设备之一。
而数控机床上下料机械手，作为数控机床的附属设备，它的功能是在机床的输入、输出端之间自动输送加工件，减少了人力，提高了加工效率，为制造行业带来了极大的便利和效益。
本文将介绍数控机床上下料机械手的设计过程。
设计思路首先，在设计机械手之前，我们需要了解机械手的结构和工作原理。
1.机械手结构数控机床上下料机械手的结构一般分为机械手臂、机械手控制系统、夹手器、传感器和运动轴等主要部分。
其中，机械手臂是机械手的核心部件，它的结构一般采用铝合金或者碳纤维材料制作，具有较高的强度和刚度，能够承受较大的载荷；机械手控制系统则是机械手的智能核心，能够根据预设的程序进行自动化控制；夹手器则是机械手的末端执行器，用于夹持加工件；传感器则可以对加工件的位置、形状等进行检测和反馈；而运动轴则是机械手的实际运动部分，能够实现机械手的动作。
2.机械手工作原理数控机床上下料机械手的工作原理是通过控制机械手臂的运动轴和夹手器的打开、关闭，来实现机械手夹取、放置加工件的过程。
在机械手的控制系统中，我们可以预设机械手的运动轨迹和夹手器的运动规律，当接收到工艺指令后，机械手会按照预设的程序自动地执行加工件的夹取和放置操作。
在了解了机械手的结构和工作原理之后，我们可以开始设计机械手的具体实现方案。
设计方案1.机械手臂结构设计机械手臂的结构设计是机械手整体设计中的核心环节之一。
在设计机械手臂时，我们需要考虑以下几个方面：•材料的选择。
由于机械手臂需要具备较强的承载能力和刚度，因此在材料的选择上，我们可以考虑采用铝合金或者碳纤维等高强度材料，来满足机械手的结构要求。
•结构的设计。
机械手臂的结构设计需要采用工程力学理论，考虑机械手的承重和刚度等因素。
在结构设计中，需要确定机械手臂的长度、形状和悬挂方式等关键参数，保证机械手的稳定运行和准确夹取加工件的能力。
程控机械手设计
程控机械手设计近年来，“智能制造”成为制造业发展的重要趋势，程控机械手成为现代工业生产中的重要设备之一。
它具有高精度定位、高速度运动、大力矩和高刚性等特点，在工业生产中有着广泛的应用。
本文将从程控机械手的概念、应用、设计和发展趋势四个方面来进行阐述。
一、程控机械手的概念程控机械手是指基于程序控制，在工业生产线上完成对产品和零部件的各种操作的机械手。
它主要由机械结构、控制系统和传感器组成。
程控机械手已成为电子、汽车、机床、仪器仪表、食品包装等工业领域中不可缺少的设备之一。
二、程控机械手的应用1、汽车生产：程控机械手可以完成汽车制造中的喷涂、焊接、搬运等工作，大大提高了生产效率和产品质量。
2、电子制造：在电子产品的生产中，程控机械手可以进行印刷电路板的贴装、插件等操作，提高了生产效率，并降低了人为操作的失误率。
3、食品包装：程控机械手可以完成食品包装的封口、成型、配料等任务，保证食品品质和卫生安全。
4、医疗设备生产：程控机械手可以用于医疗设备的装配和维护，提高了设备的质量和安全性。
5、军事工业：程控机械手应用于军事装备的生产和维护，提高了生产效率和产品质量，同时减少了人为操作带来的风险。
三、程控机械手的设计1、机械结构：机械结构是程控机械手设计的基础。
根据任务要求、运动轨迹和工作负荷等因素，选择合适的材料和工艺，确定机械结构的尺寸和形状，保证机械手的运动精度和稳定性。
2、控制系统：控制系统是程控机械手设计的核心。
采用现代的计算机控制技术，编制控制程序，控制机械手的各个部分进行协调动作，实现精准的操作。
3、传感器：传感器是程控机械手设计的重要组成部分。
通过对机械手运动状态的实时监测，使机械手的动作更加精准和可控。
四、程控机械手的发展趋势1、新技术的应用：随着科技的发展，新材料、新工艺、新技术的应用将极大地推动程控机械手的发展，改善机械手的性能和效率。
2、高可靠性和智能化：在未来几年中，程控机械手将向高可靠性和智能化方向发展。
机械手的手腕结构与手臂结构设(CAD图)
题目1、机械手的手腕结构与手臂结构设（CAD图）机械手的手腕结构方案设计考虑机械手的通用性，同时由于被抓取工件是水平放置，因此手腕必须设有回转运动才可满足工作的要求。
因此，手腕设计成回转结构，实现手腕回转运动的机构为回转气缸。
机械手的手臂结构方案设计按照抓取工件的要求，本机械手的手臂有三个自由度，即手臂的伸缩、左右回转和升降(或俯仰)运动。
手臂的回转和升降运动是通过立柱来实现的，立柱的横向移动即为手臂的横移。
机械手的主要参数1、主参数机械手的最大抓重是其规格的主参数，目前机械手最大抓重以10公斤左右的为数最多。
故该机械手主参数定为10公斤，高速动作时抓重减半。
使用吸盘式手部时可吸附5公斤的重物。
2、基本参数运动速度是机械手主要的基本参数。
操作节拍对机械手速度提出了要求，设计速度过低限制了它的使用范围。
而影响机械手动作快慢的主要因素是手臂伸缩及回转的速度。
该机械手最大移动速度设计为1.2m/s，最大回转速度设计为1200°/s，平均移动速度为lm/s，平均回转速度为900°/s。
机械手动作时有启动、停止过程的加、减速度存在，用速度一行程曲线来说明速度特性较为全面，因为平均速度与行程有关，故用平均速度表示速度的快慢更为符合速度特性。
除了运动速度以外，手臂设计的基本参数还有伸缩行程和工作半径。
大部分机械手设计成相当于人工坐着或站着且略有走动操作的空间。
过大的伸缩行程和工作半径，必然带来偏重力矩增大而刚性降低。
在这种情况下宜采用自动传送装置为好。
根据统计和比较，该机械手手臂的伸缩行程定为600mm,最大工作半径约为1500mm，手臂安装前后可调200mm。
手臂回转行程范围定为2400(应大于180否则需安装多只手臂)，又由于该机械手设计成手臂安装范围可调，从而扩大了它的使用范围。
手臂升降行程定为150mm。
定位精度也是基本参数之一。
该机械手的定位精度为土0.5～±lmm机械手的技术参数列表一、用途:用于 100 吨以上冲床上下料。
数控车床自动上下料机械手结构设计
数控车床自动上下料机械手结构设计首先，在设计机械手的结构时，需要考虑机械手的运动自由度。
通常情况下，机械手需要具备至少4个自由度，包括水平滑台运动、垂直滑台运动、夹具旋转和夹具开合等运动。
这样可以保证机械手可以在不同方向上进行运动，以满足不同工件的上下料需求。
其次，机械手的运动方式也需要进行合理的设计。
常见的机械手运动方式有直线运动和旋转运动。
在数控车床自动上下料机械手中，通常选择导轨和丝杠组合的方式实现机械手的水平滑台和垂直滑台运动，以保证稳定性和精度。
夹具的旋转可以通过电机和减速机组合实现，使夹具可以在水平方向上进行旋转。
夹具的开合则可以通过气动或液压系统来实现，以提高开合速度和准确度。
再次，机械手的控制系统需要具备高效、稳定和智能化的特点。
控制系统需要能够准确地控制机械手的运动，以达到预定的上下料速度和精度。
同时，控制系统还需要具备自动化和智能化的功能，可以根据生产需求进行灵活的调整和优化。
使用传感器和编码器等设备对机械手的运动状态进行实时监测和反馈，以实现闭环控制，提高机械手的稳定性和精度。
最后，机械手的安全性也是设计中需要考虑的重要因素。
机械手在工作过程中需要与操作人员和其他设备进行安全隔离，防止意外伤害的发生。
同时，机械手还需要具备急停、紧急停机和故障诊断等安全保护功能，以保障操作人员和设备的安全。
综上所述，数控车床自动上下料机械手的结构设计需要兼顾高效、稳定、安全和智能化的要求。
只有具备合理的运动自由度和方式、高效稳定的控制系统以及安全可靠的保护措施，才能有效提高生产效率和产品质量，满足企业的生产需求。
148 程控机械手的设计
摘要
机械手是一种机械技术与电子技术相结合的高技术产品。采用机械手是提高产品质 量与劳动生产率，实现生产过程自动化，改善劳动条件，减轻劳动强度的一种有效手段。 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 化技术装备。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，提高劳动生产率和生产自动化水平。工业生产中经常出现的笨重工件的程控和长期、 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 射性和其它有毒、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。
第 4 章 机械手控制系统的设计 ................................... 27
4.1 PLC 简介 .............................................. 27 4.2 PLC 工作原理 .......................................... 27 4.3 PLC 机型的选择 ........................................ 27 4.4 PLC 控制面板的拟定 .................................... 29 4.5 机械手工艺过程和控制方案的确定 ........................ 30 4.5 PLC 程序编写 .......................................... 33
Key Words: Manipulator, conveying work piece, handling, three degrees of freedom
2
机械手的结构设计概述
机械手的结构设计概述机械手是一个具有机器运动能力的智能机器人。
它的结构设计不仅决定了它的灵活性和精度，还影响了它的可靠性、自适应性、生产效率等方面。
因此，机械手的结构设计是机械手研究的重点之一。
当前，机械手的结构设计种类繁多，但通常把它们分为以下几类：1. 串联结构机械手串联结构机械手是由一系列连接在一起的关节和杆件组成的。
它们通过各自的旋转或移动来实现运动，并在工作时组成某种形状。
串联结构机械手通常使用电机或液压装置来驱动，可以控制单个关节的角度或运动轨迹。
这种机械手结构具有自由度高、定位精度高、稳定性好的优点，在装配、搬运等方面应用非常广泛。
2.并联结构机械手并联结构机械手是由多个平行的连接在一起的链接和关节组成的，它们通过联动运动来实现工作。
并联结构机械手通常具有良好的稳定性和负载能力，并且可以同时控制多个连杆的位置和轨迹，使其在流水线、精密装配等领域的应用非常广泛。
3.混合结构机械手混合结构机械手是以上两种结构的组合，使用串联和并联结构相结合。
混合结构机械手的优缺点都与以上两种结构相尤显著。
在机械手设计过程中，各种结构的选择取决于需求和工作环境，以及对各种性能和特性的优化要求。
除了结构方面的设计，机械手还需要考虑其他因素，例如：1. 电气控制系统的设计，包括输入和输出控制信号的方式、传感器和执行器的适配，以及数据采集和处理；2. 结构材料的选择和成型方法的优化，以实现更高的刚性和韧性。
3. 负载和导向机构的设计优化，以确保精度被维持在一个最佳的范围内。
总之，机械手的结构设计是一个十分复杂的问题，需要综合考虑机械学、控制理论各方面的知识。
不同的应用环境和场合，对其要求有所不同。
因此，机械手的研究团队需要根据具体需求进行深入的研究，并合理地调整和改进机械手的各个部分，以实现更好地应用效果。
机械手的机械结构设计与精度分析
机械手的机械结构设计与精度分析一、引言机械手作为一个复杂的机电一体化系统，在现代工业中扮演着重要的角色。
它能够完成复杂的操作，如抓取、搬运、组装等，广泛应用于生产线自动化以及其他领域。
机械手的机械结构设计以及精度分析对其工作性能有着直接的影响。
本文将深入探讨机械手的机械结构设计与精度分析。
二、机械手的机械结构设计1. 关节结构设计机械手的关节结构设计是机械手设计中最关键的部分之一。
关节的设计需要兼顾结构的刚性和运动的灵活性。
常见的关节结构包括球面关节、回转关节和滑动关节等。
在设计中，需考虑关节的承载能力、运动范围和摩擦等因素，以保证关节的可靠性和稳定性。
2. 运动链设计运动链是机械手的运动组织结构，决定了机械手的工作空间和自由度。
运动链的设计需要满足机械手工作的要求，如抓取物体的大小和形状、工作速度等。
常见的运动链结构有串联结构、并联结构和混合结构等。
在设计中，需平衡机械结构的复杂性和运动灵活性，以提高机械手的工作效率和稳定性。
3. 结构材料选择机械手的结构材料选择直接关系到机械手的刚性和重量。
常见的结构材料有钢、铝合金和碳纤维等。
在选择材料时，需根据机械手的工作环境和负载要求进行综合考虑。
高刚性和低重量的材料能够提高机械手的工作精度和速度，同时也增加了机械手的成本。
三、机械手的精度分析1. 误差来源分析机械手的精度主要受到结构误差、运动误差和传感器误差等因素的影响。
结构误差包括制造和装配误差，运动误差包括机械间隙和传动误差等。
传感器误差包括测量误差和漂移误差等。
2. 精度评估方法机械手的精度评估方法通常包括静态精度和动态精度。
静态精度是指机械手在静止状态下达到的精度，可以通过点位误差和重复定位误差等指标进行评估。
动态精度是指机械手在运动状态下达到的精度，可以通过轨迹精度和速度误差等指标进行评估。
3. 精度优化方法为提高机械手的精度，可以采取一系列的优化方法。
例如，通过加强关节的刚性和减小结构误差来提高静态精度；通过控制机械间隙和传动系统的精度来提高动态精度；通过使用高精度传感器和改进控制算法来减小传感器误差等。
机械手结构的总体方案设计
摘要随着机器人在各个领域应用的日益广泛，许多场合要求机器人具有力控制的能力。
此次设计是针对回转壳体内自动粘贴胶片的任务，设计一个3—DOF平面关节型机械手（包括1个移动关节，2个转动关节和末端执行机构），配合壳体驱动系统来实现此任务。
在机械手工作过程中，通过伺服电机带动丝杠转动，从而来完成机械手水平方向的移动，旋转关节1通过链传动来完成平面内的旋转动作，旋转关节2直接在伺服电机的驱动下完成平面内的旋转动作，这样机械手可以伸入口径较小的回转壳体内完成粘贴胶片的任务。
本次设计工作首先对机械手进行了运动学分析（包括运动学方程的建立，运动学方程的正问题、逆问题及其解）。
设计内容包括机械手的移动关节、旋转关节的结构设计，传动部分的设计等。
其中，重点是对伺服进给系统的设计（包括工作台的设计，丝杠的设计，直线导轨、伺服电机和减速器的选取等）。
最后对系统中主要部件的刚度、强度等性能参数进行了计算与校核。
关键词：机械手；自由度；运动学分析；伺服电机；直角减速器AbstractWith the increasing application of robot in various industrial fields, it is requested that robot has the ability to control power. According to the contact task of rotary hull, a 3-DOF robot manipulator is designed in order to accomplish sticking of the colloid. The robot manipulator consists of a transfer joint and two revolute joints and robot end-effector. The robot manipulator could realize the contacting task combining with the driving system of rotary hull. The concrete processing comprising of driving screw transmission with the servo motor. In this way, robot manipulator could complete movement in horizontal direction, the revolute joint could be able to accomplish revolute motion of two dimension-space through a chain driving, the revolute joint of end-effector completes directly revolute motion with the servo motor.Firstly, this design has been carried on the kinematics’ analysis in order to the manipulator, which consists of including the establishment of kinematics equation, the positive solutions of the kinematics equation, the corresponding inverse solutions. Secondly, the transfer joint, revolute joint and the transmission part are designed. The important part is the design of servo feeding system, which consists of the design of the platform and the screw, the selection of linear guide way, servo motor and reducer, etc. Finally, the corresponding calculations are done considering the system's main guide line such as components stiffness, strength and other performance parameters.Keywords: Robot manipulator；Freedom；Kinematics analysis；Servo motor；Right-angle reducer目录1 引言 (1)1.1课题背景和意义 (1)1.2国内外研究现状 (1)1.3工业机械手的用途 (3)2 机械手结构的总体方案设计 (4)2.1课题的主要内容 (4)2.2课题的研究方案 (4)2.3机械手结构的总体设计 (4)2.3.1 主要技术指标设计 (4)2.3.2 机械手的结构设计 (4)3 机械手运动学分析 (5)3.1机械手运动学方程的建立 (5)3.2运动学方程的正解 (6)3.3运动学方程的逆解 (7)4 传动装置的设计 (9)4.1伺服电机及减速器的选择 (9)4.1.1 机电领域中伺服电机的选择原则 (9)4.1.2 旋转关节驱动电机及减速器的选择 (9)4.2链轮的设计及链条的选择 (10)4.2.1 滚子链传动的设计 (10)4.2.2 链轮的设计 (12)4.2.3 滚子链的静强度计算 (13)4.2.4 链传动的张紧 (13)4.2.5 链传动的润滑 (14)5 轴的设计与验算 (15)5.1轴的结构设计 (15)5.1.1 选择轴的材料 (15)5.1.2 初步估计轴径 (16)5.2轴的校核 (16)6 轴上零件的选择与计算 (22)6.1键的选择与键联接强度校核 (22)6.1.1 大臂末端电机轴上键的选择与校核 (22)6.1.2 轴上矩形花键的选择与校核 (23)6.1.3 小臂电机轴上键的选择与校核 (23)6.2滚动轴承的验算 (23)6.2.1 确定轴承的承载能力 (24)6.2.2 计算当量动载荷 (24)6.2.3 校核轴承寿命 (25)7 伺服进给系统的设计与计算 (26)7.1滚珠丝杠的设计 (26)7.1.1 材料的选择 (26)7.1.2 耐磨性计算 (26)7.1.3 螺杆的强度计算 (27)7.1.4 螺杆的稳定性计算 (27)7.2丝杠副的选择计算 (28)7.2.1 螺母的疲劳寿命计算 (29)7.2.2 螺母螺纹牙的强度计算 (29)7.2.3 螺母凸缘的强度计算 (30)7.3丝杠驱动电机的选择 (31)7.4机械导轨的选择 (32)7.5联轴器的选择与计算 (33)7.5.1 选择联轴器的类型 (33)7.5.2 联轴器的主要参数 (33)7.5.3 联轴器的计算扭矩 (33)结论 (35)致谢 (36)参考文献 (37)附录A (38)附录B (44)1 引言1.1 课题背景和意义机器人技术，应该说是一个伴随着科学技术的进步而发展起来的一项综合性的成果。
机械手的结构设计及控制
机械手的结构设计及控制机械手是一种能像人手一样完成各种工作任务的装置。
它具有高精度、高速度和可编程性等特点，广泛应用于工业自动化领域。
机械手的结构设计和控制是实现其功能的关键。
一、机械手的结构设计1. 关节型机械手关节型机械手是由一系列的关节连接而成，每个关节都有自己的自由度。
它的结构类似于人的手臂，能够模拟人的运动，灵活度较高。
关节型机械手的结构设计注重关节的精确度和稳定性，同时需要考虑到机械手的负载能力和工作范围。
2. 直线型机械手直线型机械手由一组平行移动的臂组成，可以在一个平面内进行线性运动。
它的结构设计简单，适合进行一些简单的工作任务。
直线型机械手的关键是确保臂的平移精确度和平稳度，以及确保工作范围的有效覆盖。
3. 平行四边形机械手平行四边形机械手是一种特殊的机械手结构，它由四个平行运动的臂组成。
平行四边形机械手的结构设计需要确保四个臂的平移精确度和平稳度，以及实现机械手的高速度和高精度。
二、机械手的控制机械手的控制是指通过编程控制机械手完成各种工作任务。
机械手的控制系统一般包括硬件控制模块和软件控制模块。
1. 硬件控制模块硬件控制模块包括电机驱动器、传感器、编码器等设备。
电机驱动器用于控制机械手的运动，传感器用于获取机械手与物体的位置和姿态信息，编码器用于测量电机的位置和速度。
2. 软件控制模块软件控制模块是机械手控制系统的核心部分，负责编写控制程序并实时更新机械手的运动状态。
软件控制模块可以使用编程语言如C++、Python等来实现。
控制程序需要根据任务需求编写，包括运动规划、轨迹控制、碰撞检测等功能。
机械手控制的关键是实现精确的运动控制和优化的路径规划。
在控制程序中，需要考虑到机械手的动力学模型、碰撞检测算法以及运动规划算法等。
同时还需要考虑到外部环境的变化以及机械手与物体之间的互动。
三、机械手的应用机械手广泛应用于工业自动化领域，可以完成包括搬运、装配、焊接、喷涂、夹持等多种工作任务。
机械手的结构设计概述
机械手的结构设计概述1.引言机械手是一种能够模拟人手动作的机器人。
它由机械结构、传动系统、控制系统等组成，能够完成复杂的操作任务。
机械手的结构设计是实现其功能的关键，本文将概述机械手结构设计的基本原理和注意事项。
2.机械手结构设计的基本原理机械手的结构设计需要考虑多方面因素，包括运动范围、负载能力、精度要求等。
下面将从以下几个方面介绍机械手结构设计的基本原理。
2.1 运动范围机械手的运动范围是设计过程中需要优先考虑的因素之一。
根据实际应用需求和工作空间限制，确定机械手的自由度和关节点的数量。
通过合理的机构设计，使机械手能够在设定的空间内完成所需的运动。
2.2 负载能力机械手的负载能力是指机械手能够承受的最大负荷。
在结构设计过程中，需要确定机械手的承载能力，并采取相应的措施保证其安全可靠的运行。
2.3 精度要求机械手的精度要求是指其在执行任务过程中达到的动作精度。
根据实际应用需求，确定机械手的运动精度，并通过结构设计和控制系统的配合，实现所需的精度。
机械手的机构设计是机械手结构设计的核心内容。
根据机械手的运动范围、负载能力和精度要求，选择合适的机构类型，并进行机构参数的设计。
常用的机械手结构包括串联型、并联型、混联型等。
3.机械手结构设计的注意事项在进行机械手结构设计时，需要注意以下几点。
3.1 结构简单性机械手结构设计应尽量保持简单，以便降低制造成本和提高可靠性。
过于复杂的结构容易引入过多的摩擦和杂散力，影响机械手的运动性能。
3.2 重心分布机械手的结构设计应考虑重心分布的合理性。
合理的重心分布能够提高机械手的稳定性和运动精度。
机械手结构的刚度设计是确保机械手能够承受负载并保持稳定性的重要因素。
刚度设计需要考虑机械结构的材料、连接方式等因素。
3.4 节约能源在机械手的结构设计中，需要考虑节约能源的措施。
例如，采用合理的电力传动方式和减少摩擦损耗的材料选用等。
4.结论机械手的结构设计是实现其功能的关键。
机械手的结构设计
机械手的结构设计引言机械手是一种通过伺服驱动和控制系统来模拟人手的机械装置。
它在工业生产和其他领域中有着广泛的应用，能够完成繁重、危险或需要高精度操作的任务。
机械手的结构设计是其性能和功能的关键因素之一。
本文将介绍机械手的结构设计要点，并详细讨论机械手的关节和末端执行器设计。
机械手的结构设计要点机械手的结构设计要点包括机械结构的刚性和稳定性、关节的运动范围和精度、末端执行器的定位精度和负载能力等。
以下是具体的设计要点：1.机械结构的刚性和稳定性机械手的机械结构必须具有足够的刚性和稳定性，以确保在运动过程中不会出现过大的变形和振动。
为了提高机械结构的刚性，可以采用优质材料和适当的结构设计，例如增加加强筋和加强支撑结构。
2.关节的运动范围和精度关节是机械手中用于连接各个部件的关键部分，其运动范围和精度对机械手的性能影响很大。
关节的运动范围应能够覆盖所需操作的工作空间，并且需要具备足够的精度，以保证准确的定位和操作。
为了提高关节的精度，可以采用高精度的传感器和控制系统。
3.末端执行器的定位精度和负载能力末端执行器是机械手的工具部分，用于实际操作和执行任务。
末端执行器的定位精度和负载能力直接影响机械手的功能和应用范围。
为了提高末端执行器的定位精度，可以采用精密的传动机构和驱动系统，并进行合理的校准和校验。
为了提高末端执行器的负载能力，可以采用足够强度和刚度的材料，适当加强结构设计。
4.安全和可靠性机械手在工业生产中常常承担重要和危险的任务，因此安全和可靠性是非常重要的设计要点。
机械手的结构设计应考虑到不同应用场景的安全需求，例如设置安全保护装置、优化布局和减少潜在风险。
关节的设计关节是机械手中的关键组成部分，直接影响机械手的运动范围和精度。
以下是关节设计的要点：1.关节类型和结构关节可以分为旋转关节和平移关节两种类型。
旋转关节允许机械手在某个轴向上进行旋转运动，而平移关节允许机械手在某个轴向上进行线性运动。
机械手的整体设计
摘要随着市场竞争激烈、人工成本上涨，人工操作的搬运和固定式输送带为主的搬运方式，不但占用空间也容易变更生产线结构，而且需要人力监督操作，增加生产成本。
同时，在一些高温、低温、一些需要长时间不停工作的地方，机械手代替了人力，不但能不间断工作，而且效率高。
机械手充分吸收了分散式控制系统和集中控制系统的优点，采用标准化、模块化、系统化设计，配置灵活、组态方便。
本课题可编程控制器选用西门子公司S7-200系列的CPU224.机械手的开关量信号直接输入PLC，PLC通过中间继电器对电磁阀加以控制,电磁阀控制相应的汽缸，完成工作台之间的工件搬运，能实现上下，左右的运动，还可手动和自动操作。
目录第一章机械手的整体设计 (3)1 机械手的结构 (3)机械手的控制方案 (4)2.硬件系统设计 (5)3. PLC选型 (6)第三章机械手的程序设计 (6)I/O分配表 ................................................................................................ 错误!未定义书签。
3.2 机械手的手动单步操作程序 (7)3.2.2 机械手夹紧/松开 (7)3.2.3 机械手上升/下降 (8)3.3 自动控制程序 (9)3.3.1 机械手下降/夹紧 (9)3.3.2 机械手上升和右行 (11)3.3.3 机械手的下降和松开 (12)3.3.4 机械手上升和左行 (14)3.3.5：机械手回零 (16)结束语 (17)参考文献 (17)前言目前工业机械手主要用于机床加工、铸造、热处理等方面。
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，同时将机械手各运动构件，如伸缩、摆动、升降、横移、俯仰等机构以及根据不同类型的加紧机构，设计成典型的通用机构，根据不同的作业要求选择不同类型的基加紧机构，即可组成不同用途的机械手。
数控机床机械手机械结构设计
数控机床机械手机械结构设计摘要：机械手设计在数控机床中起着较为重要的作用，其好坏直接决定数控机床的工作效率以及工作质量，机械手设计是上下料开工中最为重要的技术环节，直接关系着数控机床的运行质量和数控机床运转的效率。
所以，在数控机床上下料机械手设计中，必须掌握机械的运行特点，设计好机械手结构。
基于此，笔者对数控机床机械手的各结构进行分析，着重阐述机械手的手爪、手臂、手腕以及其传动结构的设计，介绍机械手各个部件设计的具体流程，使相关工作人员能够更好地掌握机械手的结构设计。
关键词：数控；机床；机械手；机械结构数控机床上下料机械手是当前生产制造里不在的操作设备，其具体控制是由PC开放控制进行操作运维，以此来提升机床生产制造水平。
另外数控机床上下料机械手在系统上具有高度集成化的特点，方便统一管理和控制，并具有高度的安全性，能够保证机床整体运行安全高效。
1 优势分析现如今，我国大部分的工厂在数控机床工作中，仍是由人工进行机床上工件的装卸。
这种传统的作业方式不仅仅导致工人工作强度高不利于身体健康，还会影响工厂生产效率和生产质量，对于企业和工人都有着不良的影响。
而本文提到的数控机床上下料机械手则能够良好的克服这一问题，大幅提升作业效率，并提升搬载能力，实现生产效率最大化。
另外由于传感器的参与可以保证设备在运行过程中得到最优调整，对于机床整体运行起到优化和综合管控的效果，大大提高了作业效率和安全性。
2 机械手各部件的设计分析2.1 机械手爪的结构设计设计机械手爪时，一是要考虑在数控机床的工作过程中机械手爪出现问题时，相关工作人员能够轻松地进行维修；二是要符合相关的流程；三是要考虑到设计过程中的成本。
故根据以上的要求，在设计机械手爪式可设计杠杆式手爪，利用活塞的推力作用，使各结构完成联动，从而使手爪做出放松和夹紧的动作。
其在工作过程中会出现比较大的夹紧力，可能会产生一定的危险，所以机械手爪一般与弹簧结合起来使用。
机械手爪的主要作用为装卸数控机床工件，机械手爪的类型较多，根据机械手爪的工作方式不同，可分为搬运式、加工式、测算式手爪，实际应用中应根据数控机床操作过程中的要求，选择合适的机械手来完成相关的操作。
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目录中文摘要IAbstract (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)4.2.1 手臂伸缩运动 (18)4.2.2手臂的升降运动 (18)4.3臂部运动驱动力计算 (19)4.3.1 臂部垂直升降运动驱动力的计算 (19)4.3.2 臂部水平伸缩运动驱动力的计算 (26)4.4 本章小结 (35)5 Pro/ENGINEER三维设计 (36)5.1 Pro/ENGINEER建模Pro/ENGINEER简介 (36)5.2典型零件的建模 (37)5.3机械手建模图片 (37)结论 (36)参考文献 (38)致谢 (38)摘要本次设计的程控通用机械手根据规定的动作顺序，综合运用所学的基本理论、基本知识和相关的机械设计专业知识，完成对机械手的设计，对机械手的工作原理，结构使用范围，特点参数选择等方面进行了阐述。
其中机械手的机械结构采用油缸、螺杆、导向筒等机械器件组成；采用圆柱坐标，四个自由度，为X轴的移动和转动，Z轴的转动和移动；机械手的抓重30Kg；此程控通用机械手主要是在几台机器间进行搬运和装卸工件机械手的动作主要采用液压系统；机械手的手臂伸缩采用伸缩油缸；本设计主要对手部进行了设计和计算，手腕回转采用回转油缸，手臂的后部采用了滚轮，这样可以承受较大的偏重，立柱也采用了油缸，机械手的升降采用升降油缸，可抓取重量较大的工件。
还有一个特点是：可根据生产的需要改变机械手的动作程序；关键词：机械手；液压传动；液压缸；AbstractThe design of program control manipulator movements under the provisions of the order ，use the basic theory, basic knowledge and related mechanical design expertise comprehensively to complete the design，and drawing the necessary assembly30Kg, hydraulic system map, PLC control system diagram . Manipulator mechanical structure using tanks, screw ,guide tubes and other mechanical device component ；In the hydraulic drive bodies，manipulator arm stretching using telescopic tank，rotating column of tanks used rack ，manipulator movements using tank movements ;The PLC control circuit use the type of FX2N PLC .When pressed for commencement ，can replace the artificial heat and dangerous operation conducted operations，and can grasp the larger workpieces .KeyWords: manipulati r;fluid driv e;hydraulic cylinde r;1绪论1.1前言用于再现人手的的功能的技术装置称为机械手。
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。
在工业生产中应用机械手。
的机械手被称为工业]1[工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新技术，并已成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分，这种新技术发展很快，逐渐成为一门新兴的学科——机械手工程。
机械手涉及到力学、机械学、电器液压技术、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域，是一门跨学科综合技术。
工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动生产设备。
工业机械手也是工业机器人的一个重要分支。
他的特点是可以通过编程来完成各种预期的作业，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现在人的智能和适应性。
机械手作业的准确性和环境中完成作业的能力，在国民经济领域有着广泛的发展空间。
机械手的发展是由于它的积极作用正日益为人们所认识：其一、它能部分的代替人工操作；其二、它能按照生产工艺的要求，遵循一定的程序、时间和位置来完成工件的传送和装卸；其三、它能操作必要的机具进行焊接和装配，从而大大的改善了工人的劳动条件，显著的提高了劳动生产率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。
因而，受到很多国家的重视，投入大量的人力物力来研究和应用。
尤其是在高温、高压、粉尘、噪音以及带有放射性和污染的场合，应用的更为广泛。
在我国近几年也有较快的发展，并且取得一定的效果，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。
简史1.2工业机械手的]2[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产品。
机械手首先是从美国开始研制的。
1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手。
他的结构是：机体上安装一回转长臂，端部装有电磁铁的工件抓放机构，控制系统是示教型的。
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：故障前平均时间是指一台设备可靠性的一种量度。
它给出在第一次故障前的平均运行时间），由400小时提高到1500小时，精度可提高到±0.1毫米。
德国机器制造业是从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。
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。
瑞士RETAB公司生产一种涂漆机械手，采用示教方法编制程序。
瑞典安莎公司采用机械手清理铸铝齿轮箱毛刺等。
日本是工业机械手发展最快、应用最多的国家。
自1969年从美国引进二种典型机械手后，大力研究机械手的研究。
据报道，1979年从事机械手的研究工作的大专院校、研究单位多达50多个。
1976年个大学和国家研究部门用在机械手的研究费用42%。
1979年日本机械手的产值达443亿日元，产量为14535台。
其中固定程序和可变程序约占一半，达222亿日元，是1978年的二倍。
具有记忆功能的机械手产值约为67亿日元，比1978年增长50%。
智能机械手约为17亿日元，为1978年的6倍。
截止1979年，机械手累计产量达56900台。
在数量上已占世界首位，约占70%，并以每年50%～60%的速度增长。
使用机械手最多的是汽车工业，其次是电机、电器。
预计到1990年将有55万机器人在工作。
第二代机械手正在加紧研制。
它设有微型电子计算机控制系统，具有视觉、触觉能力，甚至听、想的能力。
研究安装各种传感器，把感觉到的信息反馈，使机械手具有感觉机械手。
机能。
目前国外已经出现了触觉和视觉]3[第三代机械手（机械人）则能独立地完成工作过程中的任务。
它与电子计算机和电视设备保持联系。
并逐步发展成为柔性制造系统FMS(Flexible Manufacturing system)和柔性制造单元(Flexible Manufacturing Cell)中重要一环。
随着工业机器手（机械人）研究制造和应用的扩大，国际性学术交流活动十分活跃，欧美各国和其他国家学术交流活动开展很多。
1.3工业机械手在生产中的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广泛。
工作，如搬物、装配、切割、喷染等等，应用非常]4[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，完成工人难以完成的或者危险的工作。
可在机械工业中，加工、装配等生产很大程度上不是连续的。
据资料介绍，美国生产的全部工业零件中，有75%是小批量生产；金属加工生产批量中有四分之三在50件以下，零件真正在机床上加工的时间仅占零件生产时间的5%。