机电一体化机械手设计说明书
机械手设计说明书
1 设计项目名称机械装备项目--机械手课程设计2 设计目的利用设计的机械手夹起形状为正六边体，质量为5kg工件，并运送到工作台。
设计的过程主要解决的问题如下：（1）工件的重量和外形尺寸问题：工件质量5kg，半径在90-110mm范围内。
（2）工件的外形问题：工件的横截面为正六边形，夹紧的过程要解决夹到棱边的问题。
（3）各零部件的工艺问题：零部件应有良好的工艺性，可用最简单，常见的工艺（铸，车，铣，钻等），实现零部件的加工。
（4）整体的稳定性，灵活性保证问题：各部件协调工作，保证装配体的工作稳定：如齿轮齿条配合，连杆配合等的稳定性考虑；保证机械手总体质量小，惯性小，灵活可靠。
3 设计方案说明3.1机械手工作原理图1 拆去底板装配图工作过程：液压缸产生推力，推动齿条来回移动，齿轮与齿条啮合旋转，齿轮带动四连杆转动，连杆推动夹板夹住工件。
3.2结构说明3.2.1执行机构：夹板图2 夹板1）特点夹板在竖直方向上有采用铰接，可自动调整到与工件位置相平行的状态，夹板上有滚花工艺，增大摩擦系数，保证夹起的工件不滑落。
2）尺寸根据工件的外形尺寸，确定夹板长×宽为：80×50，根据经验，采用厚度为5mm的钢板。
3.2.2传动链1、四连杆机构图4 四连杆机构1）特点四连杆机构铰链连接的部分采用滑动轴承，安装尺寸小，润滑方便，四连杆运动摩擦小；连杆机构在未到达死点的位置下工作，机构工作可靠；连杆机构可以保证使夹板平行运动，从而保证夹板与工件表面平行，夹板接触工件时受力均匀，可平稳夹住工件，增强了整体装夹的稳定性。
2）尺寸计算图5 结构简图确定L2：因为机械手要夹紧的工件的范围是90～110mm，故L2＝L1=(110+19×2-40)÷2=54mm留下一定的设计余量，选L2=60mm。
确定L3：为了能够装夹不同高度的工件，同时选择L5=40mm，连杆的长度L3应满足：L3=L5+h=87.5mm，取L3=90mm。
机电一体化课程设计-三自由度机械手设计
摘要本次设计实验用三自由度机械手为实验用专用机械手，主要由手爪、手臂、机身、机座等组成，具备上料、搬运等多种功能，本机械手机身采用机座式，实验对象围绕机座布置，其坐标形式为关节式，具有水平旋转、手臂竖直摆动等3个自由度；驱动方式为电机驱动，利用电机带动减速机，减速机减速后带动旋转轴实现各个回转运动。
电动驱动的优点是控制精度高，能精确定位，反应灵敏，可实现高速、高精度的连续轨迹控制，伺服特性好。
本次设计的机械手能对不同物体完成多种动作。
采用单片机控制系统，最终实现关节的伺服控制和制动、实时监测机器人的各个关节的运动情况、机器人的在线修改程序、设置参考点和回参考点。
关键词：机械手；电机驱动；伺服。
目录摘要 (I)Abstract.................................................................................. 错误!未定义书签。
第1章绪论 (1)1.1 题目提出的意义 (1)1.2 国内外发展现状 (1)第2章方案的确定与比较分析 (3)2.1 机械手机械系统的比较与选择 (4)2.2 机械手驱动系统的比较与选择 (6)第3章驱动源的选择与设计计算 (9)3.1 主要技术参数的确定 (9)3.2 各关节电机的选择计算 (10)3.2.1 大臂旋转电机的选择 (11)3.2.2 小臂旋转电机的选择 (12)3.2.3 腰部旋转电机的选择 (13)第4章手部结构设计 (15)4.1 夹持式手部结构 (15)4.1.1 手指的形状和分类 (15)4.1.2 设计时考虑的几个问题 (15)4.2 手部夹紧气缸的设计 (16)4.2.1 弹簧的设计计算 (16)4.2.2 对于压缩弹簧稳定性的验算 (17)4.2.3 疲劳强度和应力强度的验算。
(17)4.2.4 手部驱动力计算 (18)4.2.5 气缸直径的设计计算 (19)4.2.6 缸筒壁厚的设计 (21)4.2.7 活塞杆运动行程的计算 (21)第5章各机械部件的设计选择与校核 (23)5.1 轴的设计与校核 (23)5.1.1 大臂旋转轴的设计 (23)5.1.2 大臂轴的强度校核 (24)5.2 键的选择与强度的校核 (27)5.3 轴承寿命的校核 (30)5.4 联轴器的选择与圆锥销的校核 (31)5.4.1 联轴器的选择. (31)5.4.2 联轴器圆锥销的校核 (32)第6章控制系统设计 (33)6.1 单片机最小系统 (33)6.1.1 8051单片机介绍 (34)6.2.2 复位电路 (36)6.1.3 振荡电路 (36)6.2 串行接口电路 (37)6.3 传感器 (38)6.3.1 传感器的选型 (38)6.3.2 硬件电路的设计 (39)6.4 电动机的控制 (40)6.4.1 L298N电机驱动芯片简介 (40)6.4.2 硬件电路图 (41)结论 (42)致谢 (43)参考文献 (44)CONTENTS Abstract.................................................................................. 错误!未定义书签。
机械手设计说明书doc
机械手设计说明书篇一：机械手设计说明书指导老师：设计合作成员：一、设计项目名称机械手臂手指机构2二、设计目的本设计拟搬运宽度尺寸90～110mm、质量为5kg以内的六菱柱形钢质工件，手指机构带水平转盘。
手指的动力驱动方式为液压传动。
液压传动的机械手是以压缩液体的压力来驱动执行机构运动的机械手。
三、设计要求(1)机械手为专用机械手，适用于夹六菱柱形钢质工件。
(2)选取机械手的座标型式和自由度。
(3)主要设计出机械手的手部机构。
(4)液压传动系统液压缸的选用四、设计方案4.1 机械手基本形式的选择机械手的典型结构一般可分为：回转型（包括滑槽杠杆式和连杆杠杆式两种）、移动型（移动型即两手指相对支座作往复运动）和平面平移型。
本设计采用二指回转型手抓。
4.2 机械手的主要部件及运动本机械手的部件有齿轮、齿条、连杆和液压缸等。
主要的运动有直动液压缸驱动齿条的平动、齿轮和齿条的啮合运动、连杆的转动和手抓的平行移动。
4.3 驱动方式的选择本机械手的驱动方案采用液压机构驱动机械手,结构简单、尺寸紧凑、重量轻、控制方便。
4.4 机械手的技术参数列表用途：卸码垛机械手臂抓重：5kg抓取的物体的几何形状：宽度为90～110mm六菱柱形钢质工件机械手自重：小于等于10kg4.5 机械工作原理机械手的夹工件的工作原理框图如图1所示。
图1. 机械手夹工件的工作原理框图该机械手采用了液压驱动方式来实现其工作的要求，工作要求就是机械手能适应六菱柱形钢质工件不同面的夹持，故带有水平转盘手臂的回转运动。
传动机构采用齿条与齿轮啮合。
本机械通过液压驱动传递动力推动齿条平动，齿条与齿轮啮合将液压缸传来的水平运动转化为齿轮连杆的回转运动。
而齿条与齿轮啮合驱动四连杆转动，四连杆机构使夹板水平移动，完成对工件的夹紧松开。
机械手的整体结构图如图2、图3所示。
手爪部分特点如下表述：1. 机械手手部由手爪（即夹板）和传力机构所构成。
机械手爪能夹宽度尺寸为90～110mm的工件，由于所夹工件是六菱柱形钢质工件，故在竖直方面上夹持会比较方便设计和简化机构，手爪部分可以做成平面夹板，而机构本身应带水平转盘机构以适应不同角度的夹持。
机械手机电一体化课程设计
设计检测方案：选择合适的检测方法和设备
执行系统设计
设计系统维护：设计系统的维护方案和维护计划
设计系统测试：设计系统的测试方案和测试用例
设计系统安全他系统的接口
设计系统架构：确定系统的硬件和软件架构
确定系统需求：明确系统需要实现的功能
系统性能测试与优化
优化策略：根据测试结果，对系统进行优化，提高性能
测试方法：模拟实际使用环境，进行性能测试
测试指标：包括响应时间、稳定性、准确性等
优化效果：优化后系统性能提升，满足实际使用需求
设计方案的改进与完善
优化设计流程：提高设计效率，降低设计成本
增加设计元素：丰富设计内容，提高设计质量
改进设计方法：采用先进的设计方法，提高设计水平
设计背景：为了提高生产效率，降低人工成本
设计目标：实现自动化生产，减少人工干预
设计成果：成功设计出一条自动化生产线，提高了生产效率，降低了人工成本
案例二：机器人设计与制作
机器人设计：包括机械结构、控制系统、传感器等
机器人应用：包括工业自动化、服务机器人、医疗机器人等
机器人测试：包括功能测试、性能测试、稳定性测试等
评价标准与方法
课程目标：是否满足学生需求，是否与行业发展相适应
教学内容：是否涵盖机械、电子、控制等核心知识，是否具有实践性和创新性
教学方法：是否采用案例教学、项目教学等教学方法，是否注重培养学生的实践能力和创新能力
教学效果：学生是否掌握相关知识和技能，是否具备解决实际问题的能力，是否具备创新意识和创新能力
案例四：智能农业装备设计与实现
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
设计内容：包括智能灌溉系统、智能施肥系统、智能病虫害防治系统等
机械手毕业设计说明书
摘要在当今大规模的制造业中，企业为提高生产效率，保障产品质量，普遍重视生产过程的自动化程度，工业机械手作为自动化生产线上的重要成员，逐渐被企业认同并采用。
工业机械手的技术水平和应用程度在一定程度上反映了一个国家的工业自动化水平。
目前，工业机器人主要承担着焊接、喷涂、搬运以及堆垛等重要性并且劳动强度极大的工作，工作方式一般采取试教在线的方式。
本文将设计一台四自由度的工业机械手，用于给冲压设配运送物料。
首先，本文将设计工业机器人的底座、手、手腕、臂部等结构。
然后选择合适的传动方式，驱动方式，搭建工业机器人的结构平台。
在此基础上，本文将设计该机械手的控制系统，包括数据采集卡和伺服放大器的选择，反馈方式和反馈元件的选择，端子板电路的设计以及控制软件的设计，重点加强控制软件的可靠性和机械手运行的安全性。
最终实现目标包括：关节的伺服控制和制动问题实时的检测机械手的各关节的运动情况，机械手的示教编程和在线修改程序，设置参考点和回参考点。
关键词：机械手；示教编程；伺服；制动ABSTRACTIn today's large-scale manufacturing, the enterprise to improve production efficiency and ensure product quality, universal attention production process automation degree, manipulator as an important member of automatic production line, gradually by enterprise and the use of identity. Industrial robot technology level and application degree to a certain extent reflect a nation of industrial automation level. Currently, the manipulator main bear the welding, painting, handling and storage, and the intensity of labor great importance of the work, work way to try to teach the general way online.This paper will design a four degrees of freedom industrial robot, are used to transport materials with stamping set. First of all, this article will design the base of the industrial robot hand, wrist, arm, the structure, etc. And then choose the appropriate transmission mode, driving way, build the structure of manipulator platform. On this basis, this paper will design the system control system, including data collection card and the choice of servo amplifiers, feedback and feedback of components of the way choice, terminal board circuit design and control of the software design, focusing on the reliability of the control software and operation safety of manipulator. Finally realize the goals include: the joint servo control and braking problems in real time detection of each joint movement of the manipulator, the manipulator. Teaching program and on-line modification program, set the reference points and back to the point of reference.Keywords: Manipulator; Demonstration program; Servo; brake.目录摘要 ......................................................................... 错误!未定义书签。
机械手电气设计说明文书
设计的任务（一）、基本情况介绍机械手结构、动作与控制要求机械手在专用机床及自动生产线上应用十分广泛，主要用于搬动或装卸零件的重复动作，以实现生产自动化。
本设计中的机械手采用关节式结构。
各动作由液压驱动，并右电磁阀控制。
动作顺序及各动作时间的间隔采用按时间原则控制的电气控制系统。
机械手的结构如图8-13所示，主要由手指1、手腕2、小臂3、和大臂5等几部分组成。
料架6为旋转式，由料盘和棘轮机构组成。
每转动一定角度（由工件数决定）以保证待加工零件4对准机械手。
机械手各动作与相应电磁阀动作关系如表8-4所示。
以镗孔专用机床加工零件的上料、下料为例，机械手的动作顺序是：由原始位置将以加工好的工件卸下，放回料架，等料架转过一定角后，再将未加工零件拿起，送到加工位置，等待镗孔加工结束，再将加工完毕工件放回料架，如此重复循环。
图8-13机械手的外形及其与料架的配置1-手部2-手腕3-小臂4-工件5-大臂6料架（二）、拖动情况介绍具体动作顺序是：原始位置（装好工件等待加工位置，其状态是大手臂竖立，小手臂伸出并处于水平位置，手腕很横移向右，手指松开）一一手指夹紧（抓住卡盘上的工件）一一松卡盘一一手腕左移（从卡盘上卸下已加工好的工件）一一小手臂上摆一一大手臂下摆一一手指松开（工件放回料架）一一小手臂收缩一一料架转位一一小手臂伸出一一手指夹紧（抓住未加工零件）一一大手臂上摆（取送零件）一一小手臂下摆一一手腕右移（将工件装到机床的主轴卡盘中）——卡盘收紧——手指松开，等待加工。
（三）、设计要求1）加工中上料、下料各动作采用自动循环。
2）各动作之间应有一定的延（由时间继电器调定）。
3）机械手各部分应能单独动作，以便于调整及维修。
4）油泵电机（采用Y100L2-4.3KW）及各电磁阀运行状态应有指示。
5）应有必要的电气保护与联锁环节。
二、设计过程（一）、总体方案选择说明机械手的分类工业机械手的种类很多，关于分类的问题，目前在国尚无统一的分类标准，在此暂按使用围、驱动方式和控制系统等进行分类。
机械手毕业设计说明书
机械手毕业设计说明书一、设计目的本毕业设计旨在设计一种机械手，能够根据预先设定的程序自动执行各种操作。
通过该设计，可以提高工作效率，减少人力成本，同时具备高精度和高可靠性。
二、设计背景近年来，随着工业自动化的不断发展，机械手在工业生产中的应用越来越广泛。
机械手凭借其高速、高精度、高可靠性等优势，成为工厂生产线上的重要设备之一。
因此，设计一种功能强大的机械手对于工业生产的提升具有重要意义。
三、设计内容1.机械结构设计本设计采用七自由度机械手结构，包括基座、旋转关节、摇摆关节、剪切关节以及爪子等部分。
结构设计中要考虑刚性、稳定性以及重量平衡等因素，确保机械手能够准确地执行各种操作。
2.传感器系统设计为了使机械手具备自主感知能力，本设计将配备多种传感器，如力传感器、视觉传感器等。
通过传感器系统的设计，机械手可以根据实时的反馈信息进行运动控制，提高操作的准确性和安全性。
3.运动控制系统设计运动控制系统是机械手的核心部分，本设计将采用PLC （可编程逻辑控制器）作为控制器，结合伺服驱动器实现机械手的精确定位和协调运动。
通过编写程序，机械手可以根据预先设定的路径和信号执行各种操作。
四、设计过程1.需求分析针对机械手的应用场景和功能需求，进行需求分析。
确定机械手所需执行的任务类型、速度要求、负载能力等。
2.机械结构设计根据需求分析，设计机械手的结构，包括基座、旋转关节、摇摆关节、剪切关节和爪子等。
进行力学分析和模拟，确保结构设计的合理性和可靠性。
3.传感器系统设计根据需求分析，确定机械手所需的传感器类型和数量。
选择合适的传感器并安装在机械手上，设计传感器的接口电路和数据处理算法。
4.运动控制系统设计选择合适的PLC和伺服驱动器，进行硬件选型和连接。
编写控制程序，实现机械手的位置控制、速度控制和力控制等功能。
5.整体集成与测试将机械结构、传感器系统和运动控制系统进行整体集成。
进行系统测试，检验机械手的功能和性能是否满足设计要求。
机械手课程设计说明书
第1章绪论1.1 工业机器人的简介工业机器人是机械技术、电子技术与计算机技术有机结合在一起形成的一种机电一体化的产品，从其诞生起就受到人们的关心与重视。
经过几十年的发展，目前工业机器人技术已经很成熟。
工业机器人已从最初在解决劳动密集型工业中单调、重复的体力劳动发展到满足制造业自动化规模生产需要的工作。
其应用领域不断扩大，从最初主要应用于汽车工业发展到现在涉及制造业的各个行业。
目前我国国民经济的快速发展，先进制造业已进入一个新的发展阶段。
随着经济全球化和我国加入WTO，中国制造业面临着与国际接轨、参与国际竞争的局面。
如何适应快速变化的国内外市场需求，如何以高质量、低成本、快速反应的手段在市场中取得生存和发展，已是我国企业不容回避的问题，这些问题为工业机器人的应用提供了大的市场需求，促使中国工业机器人的应用市场日趋成熟。
近几年来，国外著名的工业机器人制造厂商纷纷加大了在我国的投资和应用技术的投入，对我国的国产工业机器人产业的发展带来了严峻的挑战。
我国政府非常重视机器人技术的发展，从“七五”科技攻关及实施863 计划开始，就有计划地组织和发展工业机器人事业，经过20多年的研制和应用，目前在工业机器人的一些机种方面，如喷漆机器人、焊接机器人、搬运机器人、装配机器人和特种机器人都有了长足的进步，基本掌握了工业机器人的设计制造技术和机器人应用中单元和生产线的设计、制造技术，有了一支具有一定水平的技术队伍，奠定了我国独立自主发展机器人产业的基础。
但是，我国工业机器人在总体技术上与国外先进水平相比还有很大差距，仅相当于国外九十年代中期的水平。
目前工业机器人的生产规模仍然不大，多数是单件小批生产，关键配套的单元部件和器件始终处于进口状态，工业机器人的性价比较低。
我国整体装备制造水平不高，制约了我国工业机器人产业的形成和实现规模化的发展。
尽管中国工业机器人的需求在逐年增加，但要能为用户提供高质价廉的工业机器人商品，目前在我国尚有较长的路程。
机电一体化机械手设计说明书
机电工程禽院课程设计说明书（2014 /2015学年第一学期）课程名称：机电-体化课程设计题目：丄业机械手设计专业班级：11级机电七班学生姓名：王岩 ______________________学号：110200719 ________________________________指导教师：赵喜敬____________________设计周数：二周 ____________________设计成绩： _________________________2014年12月30日目录第一章工业机械手综述 (1)1.1工业机械手的发展概况 (1)1.2工业机械手的应用 (1)1.3工业机械手的组成及原理 (1)第二章伸缩臂的设计方案......................................................................................................................................................... S 2.1设计方案论证以及确定.. (3)2-1.1设计参数及要求 (3)2.1.2设计方案的比较论证 (4)2.2机械手伸缩臂总体结构设计方案 (4)2.3执行装置的设计方案 (4)2.8.1滚珠丝杠的选择 (4)2.8.2减速齿轮的有关计算 (10)2.8.8电动机的选择 (15)第三章PLC控制系统设计 (17)8.1PLC的构成及工作原理 (17)3.2选择PLC (17)3.8 PLC外部I/O分配图 (18)3.4软件设计 (19)3.5硬件设计 (27)总结 (28)参考文献 (29)第一章工业机械手综述1.1工业机械手的发展概况工业机械手在先进制造技术领域中扮演着极其重要的角色，是近儿十年发展起来的一种高科技自动化生产设备，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。
机电一体化课程设计---机械手
机电一体化课程设计---机械手机电一体化课程设计机械手一、机械手及其应用机械手:mechanical hand，也被称为自动手，auto hand 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。
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、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度。
为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。
自由度是机械手设计的关键参数。
自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。
一般专用机械手有2,3个自由度。
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，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。
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。
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，如果没有机械手那么工人的劳动强度是很高的，有时候还要用行车员工件，生产速度大大延缓，这种情况采用机械手是很有效的。
此外，它能在高温、低温、深水、宇宙、反射性和其他有毒、有污染环境条件上进行操作。
更显其优越性，有着广阔的发展前途。
国内外机械工业、铁路部门中机搬运械手主要应用于以下几方面。
机械手设计说明书【范本模板】
机械综合课程设计说明书设计题目：机器人液压手爪设计专业：机械设计制造及其自动化班级：姓名：学号：成绩：2017年12月23日目录课程设计指导书 (1)目录 (2)摘要 (3)第一章概述 (4)1.1工业机器人和机械手概述 (4)1.2 机器人的历史、现状 (5)1。
3 机器人发展趋势 (6)第二章机械手结构设计 (6)2.1 设计时应考虑的几个问题 (6)2。
2 机械手指形状设计 (7)2。
3 机械手爪整体结构设计 (7)第三章手爪受力计算及分析 (8)3.1 手爪受力分析 (8)3.2 动作原理说明 (8)3.3 夹紧力与N与驱动力A的关系（传力比） (8)3.4 运动的动作范围 (9)第四章手爪的夹持误差分析 (10)4.1 误差产生原因 (10)4。
2 误差计算 (11)第五章其他零件的设计 (13)5。
1 楔块 (13)5.2 材料及连接件选择 (15)5。
3 液压设备的选择 (15)5.4 手爪零件的设计和尺寸 (16)5.5 零件的连接固定 (17)设计心得与体会 (19)参考文献 (20)摘要在当今大规模制造业中，企业为提高生产效率,保障产品质量，普遍重视生产过程的自动化程度，工业机器人作为自动化生产线上的重要成员，逐渐被企业所认同并采用。
工业机器人的技术水平和应用程度在一定程度上反映了一个国家工业自动化的水平，目前，工业机器人主要承担着焊接、喷涂、搬运、取件以及堆垛等重复性并且劳动强度极大的工作,工作方式一般采取示教再现的方式。
本次课程设计旨在设计一个简易的机械手结构,使其能够在气缸作为动力的情况下实现对目标的夹持，运送以及放下等工作，并绘制出机械手各部件的详细零件图和装配图，在此基础上能进行三维仿真。
在金工实习期间将该机械手进行制造加工，使实物能够顺利运作，关键词：机械手；气缸;结构设计第一章概述1.1工业机器人和机械手概述在现代工业中，生产过程的机械化、自动化已成为突出的主题。
机械手课程设计说明书
长春工业大学课程设计说明书课程设计名称《计算机辅助设计与制造》课程设计专业机械制造及自动化班级 110105学生姓名宋柏林宁家麟指导教师孙宝玉2014 年 11月26日1设计任务机器人的应用可以提高劳动生产率和产品质量，改善劳动条件，解决劳动力不足等问题构成。
机械手能模仿人手掌和手臂的某些动作功能，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。
机械手是具有模仿人类手功能并可完成各种作业的自动控制设备，这种机器人系统有多关节连结并节允许在平面或三度空间进行运动或使用线性位移移动。
研究开发机械手的意义可以概括如下：一、以提高生产过程中的自动化程度应用机械手有利于实现材料的传送、工件的装卸、刀具的更换以及机器的装配等的自动化的程度，从而可以提高劳动生产率和降低生产成本。
二、以改善劳动条件，避免人身事故在高温、高压、低温、低压、有灰尘、噪声、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空间狭窄的场合中，用人手直接操作是有危险或根本不可能的，而应用机械手即可部分或全部代替人安全的完成作业，使劳动条件得以改善。
在一些简单、重复，特别是较笨重的操作中，以机械手代替人进行工作，可以避免由于操作疲劳或疏忽而造成的人身事故。
三、可以减轻人力，并便于有节奏的生产应用机械手代替人进行工作，这是直接减少人力的一个侧面，同时由于应用机械手可以连续的工作，这是减少人力的另一个侧面。
因此，在自动化机床的综合加工自动线上，目前几乎都没有机械手，以减少人力和更准确的控制生产的节拍，便于有节奏的进行工作生产。
2设计分析仿人机械手可实现各自由度的单独运动或联动，能在一定范围内实现复杂的轨迹运动；具有高精度的运动和定位精度，装卸方便、调整容易、工作可靠；可检测各自位置情况；装卸方便、调整容易、工作可靠。
机械手设计说明书 - 制造自动化
1.总体方案设计根据课题设计任务书的要求，确定总体方案：1.抓重：10kg2.坐标形式：圆柱坐标3.自由度：3定为方式：机械挡块（行程开关）。
驱动方式：液压驱动。
控制方式：PLC（可编程序控制）定位精度：±2mm。
机械手的工作原理图如图1-1所示手部1采用夹钳式，具体为单支点回转型夹紧机构。
动力采用单作用液压缸2驱动夹紧，反向则由弹簧复位而松开手指。
手臂的伸缩采用双作用液压缸３驱动，伸缩过程采用双导管导向，在导向的同时，亦起到了一定的支撑作用，大大减少活塞杆的受力。
夹紧缸的压力油经其中一导管进入缸内，此结构能使油管布置更加紧凑。
手臂的回转采用摆动液压缸４驱动，此摆动缸设计成输出轴固定不动，而使缸体转动从而带动整个手臂回转运动。
双作用液压缸5驱动手臂做升降运动图1-1 机械手工作原理图2.手部设计手部（亦称抓取机构）是用来直接握持工件的部件，由于被握持工件的形状、尺寸大小、重量、材料性能、表面处理等的不同，则机械手的手部机构是多种多样的，大部分的手部结构是根据特定的工件要求而设计的（林建龙，王小北，2003）。
常用的手部，按其握持工件的原理，大致可分成夹持式和吸附式两大类。
本设计采用常用的夹钳式手部结构，它是最常见的夹持式结构。
夹钳式手部是由手指、传动机构和驱动装置三部分组成的，它对抓取各种形状的工件具有较大的适应性，可以抓取轴、盘和套类零件（殷际英，何广平，2003）。
一般情况下多采用两个手指，少数采用三指或多指。
本设计中的工件是棒料，所以选择较简单的两指结构。
夹钳式手部设计的基本要求：1、应具有适当的夹紧力和驱动力手指握力（夹紧力）大小要合适，力量过大则动力消耗多，结构庞大，不经济，甚至会损坏工件；力量过小则夹持不住或产生松动、脱落。
在确定握力时，除考虑工件总量外，还应考虑传送或操作过程中所产生的惯性力和振动，亦保证工件夹持安全可靠（杨永清等，2008）。
对于手部的驱动装置来说，应有足够的驱动力。
机械手设计说明书
机械专业课程设计指导老师：设计者：学号：专业班级：设计题目：搬运机械手完成时间：2011年07 月02日目录一、设计任务 (1)1.1 设计任务介绍 (1)1.1.1 课程设计的目的. (1)1.1.2 课程设计的容. (1)1.1.3 课程设计的要求. (1)1.1.4 课程设计的具体任务. (2)1.1.5 研究机械手的意义. (2)1.2 设计任务明细 (3)1.2.1 总体方案的设计. (3)1.2.2 机械系统的设计 (3)二、总体方案设计 (3)2.1 驱动系统 (3)2.2 执行 (4)2.3 控制系统 (4)3.1 机械传动装置的组成及原理 (5)机械手的机械传动装置示意图如下. (5)3.2 滚珠丝杠简介与特点 (5)3.3 滚珠丝杠的设计及选型 (6)3.3.1 螺旋类型及种类. (6)3.3.2 初始条件 (6)3.3.3. 滚珠丝杠副的组成及主要尺寸. (7)3.3.4 计算过程 (7)3.3.5 滚珠丝杠最小轴经校核. (9)3.4 电机选型及联轴器选型 (9)3.4.1 电机选型 (9)3.4.2 联轴器的选择. (9)3.5 键的选择与校核 (10)3.5 轴承的选型与校核 (10)3.5.1 轴承的选型. (10)3.5.2 轴承的校核. (10)3.6 主要联接部位螺栓的校核 (12)3.7 轴承座、机架、导向柱、底座等基本构件的结构设计 (13)四、电气控制系统设计 (13)4.1 控制系统的基本组成 (13)4.2 电气元件的选型 (14)4.2.1 可编程序控制器的选择 (14)4.2.2 步进电机驱动器的选择 (14)4.2.3 步进电机选择与控制 (15)4.3 电气控制电路的设计 (16)4.4 控制程序的设计 (17)4.4.1 机械手搬运流程图 (17)4.4.2 输入/ 输出地址分配 (17)4.4.3 机械手位移控制程序 (18)4.4.4 搬运机械手搬运程序设计. (21)五、课程设计总结 (28)六、参考文献 (29)一、设计任务1.1设计任务介绍1.1.1课程设计的目的通过课程设计培养学生综合运用所学知识和能力、提高分析和解决实际问题能力的一个重要环节，专业课程设计时建立的专业基础课程和专业方向课的基础上的，是学生根据所学课程进行的工程基本训练，课程设计的目的在于：1、培养学生综合运用所学的基础理论和专业知识，独立进行机电控制系统产品的初步设计工作，并结合设计或试验研究课题进一步巩固和扩大知识领域。
PLC控制的工业机械手设计说明书
学院课程设计说明书题目:基于PLC控制的工业机械手专业:机电一体化技术班级:学号:姓名:指导老师:二○一○年十一月三日摘要机械手在先进制造领域中扮演着极其重要的角色。
它可以搬运货物、分拣物品、代替人的繁重劳动。
可以实现出产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以庇护人身安然，因此被广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部分。
本文在纵不雅了近年来机械手开展状况的根底上，结合机械手方面的设计，对机械手技术进行了系统的阐发，提出了用气动驱动和PLC控制的设计方案。
采用整体化的设计思想，充实考虑了软、硬件各自的特点并进行互补优化。
对物料分拣机械手的整体布局、执行布局、驱动系统和控制系统进行了阐发和设计。
在其驱动系统中采用气动驱动，控制系统中选择PLC的控制单元来完成系统功能的初始化、机械手的移动、故障报警等功能。
最后提出了一种简单、易于实现、理论意义明确的控制策略。
通过以上局部的工作，得出了经济型、实用型、高可靠型工业机械手的设计方案，对其他经济型PLC控制系统的设计也有必然的借鉴价值。
关键词:机械手，气动控制，可编程控制器〔PLC〕，自动化控制。
学院课程设计说明书题目:基于PLC控制的工业机械手专业:机电一体化技术班级:学号:姓名:指导老师:二○一○年十一月三日毕业设计任务书机电工程系机电一体化技术专业学生姓名学号一、毕业设计标题问题：PLC控制的工业机械手设计二、毕业设计时间 2021 年11月1日至2021年 11 月 28日三、毕业设计地址：四、毕业设计的内容要求：1、系统的电路道理图。
2、元器件的明细表。
3、毕业设计说明书包含工作道理、系统布局、控制过程、控制流程图机控制程序等，字数不少于6000字。
4、设计格式按照要求完成。
指导教师年月日目录第一章前言1.1 研究的目的及意义…………………………………………………………1.2 机械手在国表里现状和开展趋势…………………………………………1.3 主要研究的内容……………………………………………………………1.4 解决的关键问题……………………………………………………………第二章机械手的工作道理机械手的概述 (1)1.2 机械手夹持器和机座的布局 (1)机械手的工作方式 (2)第三章可编程PLCPLC简介 (3)PLC控制系统设计的底子原那么3.3 PLC种类及型号选择……………………机械手PLC选择、参数及电器元件、设备的选择 (4) (5)第三章机械手控制程序设计输入和输出点分配表及道理接线图 (13)3.2 控制程序 (14)第四章梯形图及指令表梯形图 (18)指令表 (19)总结与评价 (20)摘要机械手在先进制造领域中扮演着极其重要的角色。
机电一体化电气自动化机械手毕业设计
第1章设计课题............................................. 错误!未定义书签第2章设计目的 (1)第3章课题任务的控制要求 (5)第4章PLC外部硬件连接线第5章输入输出点地址分配 (10)第6章顺序功能图 (11)第7章梯形图程序 (12)第8章指令语句表 (12)第9章模拟调试的过程和出现问题的分析 (15)第10章调试程序所用的试验设备 (15)第11章毕业设计的体会 (18)第12章参考文献 (19)3.课题任务的控制要求机械手移动工作动作示意图如图1所示。
机械手需要将工件从工作台A移送至工作台B上，其动作过程为下降、上升、右移、再下降、在上升、左移。
这些动作均由电磁阀控制液压系统来驱动完成。
<]---------- 商右鶴----------- [>此外，机械手在夹送工件右行到位后，如果工作台B上的工件尚没运走，机械手则停止运动，待工作台B 上的工件被运走后，机械手才能下降。
操作时，机械手分为手动操作方式、回原点操作方式、单步点动操作方式、单周期操作方式、自动循环操作方式。
4. PLC外部硬件连接图5.输入输出点地址分配表表2:工件传送机械手的输入/输出（I/O）点分配表6.顺序功能图IDLIIDLI103IUJT37g 4 TS7T3ST39T40T42UL3mi■ LbGO』T38uti.200」T39T40QQ.0TilID1.Snu Q0.3T42T41wIKK上升左事7.梯形图程序冋踣1I 原点垢示灯ID 2I Iao 1 I 」| ion J I ao?_ r \I I网貉21 ' \ 1 1I )手动恳作万式选释尸关11 Q —I1ma1-- (JMP)1回原理操作方式选拦开夫H.1I 12I I羊步点动操作方式辻捋开关11.2―I I --- 删）m 5I 早周閒揉作万式选择歼去网第EE 动狷环臊作方式违捧开并11.4—I I -- 川町（JMP ）II 3QO.1)m io机械手上升10.510.0Q0.0—1 1——PI—T )冋貉111机陡手左移110.610.200.3网络1210.710.3Q0.2—1 1——1,1——< )冋络7 I手动操作方式1LBLI夹紧与松开网络9I0.4 10.1冋络13叵叵占操乍存武J 2LBL冋络14|i1.5为启动按田I11.5M2.2—I I—p< )冋珞15机旅于上升I10.1MZ2 Q0.1|—I' —1 1 --- ()冋络16机楓手左移M2.2冋路17I松幵电应阀°M2 2 Q04—I I ---- R)1冋络18|单步点动操怔方式-3LEL冋络19 |Q0.1()I i6 0力月动捋冃》it 数器开始汁薮16.0C1CUCTUSM0.1 —I I —20 I 机械手丁降Cl—10.1PVQ0.1)冋络21I 机械手夹龄C12Q0.4<网珞22丄 I 机械手上升Cl-I-'3no ono()冋络23 C10.3Q0.2 < )冋绪24 机械手下阵冋络25 |8137网络28|单周期撫作方式4 --------------- LBL11.3 S0.0—I I——S)1网络30网络31 ||机械于下降SMO.O网絡32|夹紧和开射计肝网络33T37跳转S0.1（SCRT）IN TON*0-FT100 msT37冋絡37 |10-冋络38 |跳转■S0.2 （SCRT ）-- SCRF ）S0.2 SCR冋络42 计时I03T I —I 计时 I —IN TON10- P T 1C0 m;10.0 T38M1.7m 41I 机械手右移与夹紧 SM0.00.3Q0.2T38IN TONPT 100 m$T39网培43||眺转T39S0.3—I I— ----- S CRT)网塔44I I网络46|机械手下降与夹紧—SMO.O 12.0 10.1 M1.2—I I ------ 1,1 ----- 1,1 ------------ [-< )M2.0*-< )网絡4710.1 T40—IN TON10-F T100网路48T40网绘45网络49--- 5CRE）冋络53S0.5（SCRT）冋络54—（SCRE）阿路50网络52I—IN TON10-F T10C m$10.0 141T41冋络58 ||机械手下降J M1.1Q01T U—I pm 59机械手上升—I 1网络B2 |I启动目动循环操作IEMO.O10.1 11.7 M1.1I I ------- 1 ‘ I ----- 1 ‘ I ---- C )网絡6350.0 5CR11.6S0.01网络B4M1.7冋络74 |机械手夹紧与若瑟SMO.O冋络75IO 3 T39IN TONPT ICO row T39阿络77 I—SCRE)冋络78何路Z9|机械手夹索与下房12.0SM0.0阿络80IN TON10-PT103 mtT40冋络81冋络82—＜；SCRE)T41 $0.5―I I --------- SCRT)--- S CRE)阿络8310.0IN TON10-PT inn仆T41料络88网路89|机械手左移SMO.O I0.2 117 OD.3()网络95 | 机械手夹紧M14 —I I—M1.7M2.08．指令语句表ORGANIZATION_BLOC主程序：0B1 TITLE=程序注释BEGINNetwork 1// 原点指示灯LD I0.2AN Q0.1A I0.0= Q0.5Network 2// 手动操作方式选择开关LD I1.0JMP 1Network 3// 回原点操作方式选择开关LD I1.1JMP 2Network 4// 单步点动操作方式选择开关LD I1.2JMP 3Network 5// 单周期操作方式选择开关LD I1.3JMP 4Network 6// 自动循环操作方式选择开关LD I1.4JMP 5Network 7// 手动操作方式LBL 1Network 8// 夹紧与松开LD I2.1O Q0.4AN I2.2= Q0.4Network 9// 机械手下降LD I0.4AN I0.1 = Q0.1Network 10// 机械手上升LD I0.5AN I0.0= Q0.0Network 11// 机械手左移LD I0.6AN I0.2= Q0.3Network 12// 机械手右移LD I0.7AN I0.3= Q0.2Network 13// 回原点操作方式LBL 2Network 14// i1.5 为启动按钮LD I1.5O M2.2= M2.2Network 15// 机械手上升LDN I0.1A M2.2= Q0.1Network 16// 机械手左移LDN I0.3A M2.2= Q0.3Network 17// 松开电磁阀LD M2.2R Q0.4, 1 Network 18// 单步点动操作方式LBL 3Network 19// i6.0 为点动按钮，计数器开始计数LD I6.0 EULD T37O SM0.1CTU C1, 8Network 20 // 机械手下降LDW= C1, 1AN I0.1= Q0.1Network 21 // 机械手夹紧LDW= C1, 2= Q0.4Network 22 // 机械手上升LDW= C1, 3AN I0.0= Q0.0Network 23 // 机械手右移LDW= C1, 4AN I0.3= Q0.2Network 24 // 机械手下降LDW= C1, 5AN I0.1= Q0.1Network 25 // 机械手松开LDW= C1, 6R Q0.4, 1Network 26 // 机械手上升LDW= C1, 7AN I0.1= Q0.0Network 27 // 机械手左移LDW= C1, 8LPSAN I0.2Q0.3 LPPTON T37, 100 Network 28 // 单周期操作方式LBL 4Network 29 LD I1.3S S0.0, 1 Network 30 LSCR S0.0 Network 31 // 机械手下降LD SM0.0 AN I0.1 = M1.1 Network 32 // 夹紧和开始计时LD I0.1 =M1.5TON T37, 10 Network 33 // 跳转LD T37 SCRT S0.1 Network 34 SCRE Network 35 LSCR S0.1 Network 36 // 机械手上升与夹紧LD SM0.0 LPSAN I0.0 = M1.3 LPP = M1.6 Network 37 // 计时SCRT S0.2Network 39SCRENetwork 40LSCR S0.2Network 41// 机械手右移与夹紧LD SM0.0LPSAN I0.3= Q0.2LPP= M1.7Network 42// 计时LD I0.3TON T39, 10 Network 43// 跳转LD T39SCRT S0.3Network 44SCRENetwork 45LSCR S0.3Network 46// 机械手下降与夹紧LD SM0.0AN I2.0AN I0.1=M1.2=M2.0Network 47 LD I0.1 TON T40, 10 Network 48LD T40 SCRT S0.4 Network 49 SCRE Network 50 LSCRS0.4 Network 51 // 机械手上升LD SM0.0AN I0.0= M1.4Network 52LD I0.0TON T41, 10 Network 53LD T41SCRT S0.5 Network 54SCRENetwork 55LSCR S0.5 Network 56// 机械手左移LD SM0.0AN I0.2= Q0.3Network 57SCRENetwork 58// 机械手下降LD M1.1O M1.2= Q0.1Network 59// 机械手上升LD M1.3O M1.4= Q0.0Network 60// 机械手夹紧LD M1.5O M1.4O M1.7O M2.0= Q0.4Network 61LBL 5Network 62// 启动自动循环操作LD I1.6S S0.0, 1Network 63LSCR S0.0 Network 64 // 机械手下降LD SM0.0AN I0.1AN I1.7=M1.1 Network 65LD I0.1=M1.5TON T37, Network 66LD T37SCRT S0.1Network 67SCRENetwork 68LSCR S0.1 Network 69// 机械手夹紧与上升LD SM0.0LPSAN I0.0AN I1.7= M1.3LPP= M1.6Network 70LD I0.0TON T38, 10 Network 71LD T38SCRT S0.2 Network 72SCRENetwork 73LSCR S0.2 Network 74// 机械手夹紧与右移LD SM0.0LPSAN I0.3AN I1.7= Q0.2LPP= M1.7Network 75LD I0.3TON T39, 10 Network 76LD T39SCRT S0.3 Network 77SCRENetwork 78LSCR S0.3 Network 79// 机械手夹紧与下移LD SM0.0AN I2.0AN I0.1LPSAN I1.7=M1.2 LPP=M2.0Network 80 LD I0.1 TON T40, 10 Network 81LD T40 SCRT S0.4 Network 82 SCRE Network 83 LSCRS0.4 Network 84 // 机械手上升LD SM0.0AN I0.0AN I1.7=M1.4Network 85LD I0.0TON T41, 10 Network 86LD T41SCRT S0.5// 机械手上升 LD M1.3 O M1.4 = Q0.0 Network 95// 机械手左移LD SM0.0 AN I0.2 ANI1.7 = Q0.3Network 90 LD I0.2 TON T42, 10 Network 91// 跳转到 s0.0 从而实现循环执行程序 LD T42 SCRT S0.0 // 机械手夹紧LD M1.5 O M1.4 O M1.7 O M2.0 = Q0.4END_ORGANIZATION_BLOCKSUBROUTINE_BLOCK SBR_0:SBR0 TITLE=子程序注释 BEGINNetwork 1 // 网络标题 // 网络注释END_SUBROUTINE_BLOCK INTERRUPT_BLOCK INT_0:INT0 TITLE=中断程序注释 BEGINNetwork 1 // 网络标题 // 网络注释END_INTERRUPT_BLOCK9.模拟调试的过程和出现问题的分析Network 87 SCRENetwork 88 LSCR S0.5 Network 89 Network 92 SCRE Network 93 // 机械手下降 LD M1.1 O M1.2 = Q0.1 Network 94模拟调试可以通过仿真软件来代替PLC硬件在计算机上调试程序。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
机电工程学院课程设计说明书（2014 /2015 学年第一学期）课程名称：机电一体化课程设计题目：工业机械手设计专业班级：11级机电七班学生姓名：王岩学号：110200719指导教师：赵喜敬设计周数：二周设计成绩：2014年12月30日目录第一章工业机械手综述 (1)1.1工业机械手的发展概况 (1)1.2工业机械手的应用 (1)1.3工业机械手的组成及原理 (1)第二章伸缩臂的设计方案 (3)2.1 设计方案论证以及确定 (3)2.1.1 设计参数及要求 (3)2.1.2 设计方案的比较论证 (4)2.2 机械手伸缩臂总体结构设计方案 (4)2.3 执行装置的设计方案 (4)2.3.1 滚珠丝杠的选择 (4)2.3.2减速齿轮的有关计算 (10)2.3.3电动机的选择 (15)第三章 PLC控制系统设计 (17)3.1 PLC的构成及工作原理 (17)3.2 选择PLC (17)3.3 PLC外部I/O分配图 (18)3.4 软件设计 (19)3.5 硬件设计 (27)总结 (28)参考文献 (29)第一章工业机械手综述1.1工业机械手的发展概况工业机械手在先进制造技术领域中扮演着极其重要的角色，是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备，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。
工业机械手即工业机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的现代化制造业重要的自动化装备。
机械手技术涉及到力学、机械学、电气液压技术、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。
1.2工业机械手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，完成工人难以完成的或者危险的工作。
目前在我国机械手常用于完成的工作有：注塑工业中从模具中快速抓取制品并将制品传送到下一个生产工序；机械手加工行业中用于取料、送料；浇铸行业中用于提取高温熔液等等。
广泛采用工业机械手，不仅可提高产品的质量与产量，而且对保障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动强度，提高劳动生产率，节约原材料消耗以及降低生产成本，有着十分重要的意义。
同计算机、网络技术一样，工业机械手的广泛应用正在日益改善着人类的生产和生活方式。
1.3工业机械手的组成及原理工业机械手一般应由机械系统、驱动系统、控制系统、检测系统和人工智能系统等组成。
机械系统是完成抓取工件实现所需运动的执行机构；驱动系统的作用是向执行机构提供动力，执行元件驱动源的不同，驱动系统的传动方式有液动式、气动式、电动式和机械式四种，采用液压机构驱动机械手,结构简单、尺寸紧凑、重量轻、控制方便；控制系统是工业机械手的指挥系统，它控制工业机器人按规定的程序运动；检测传感系统主要检测工业机械手执行系统的运动位置、状态，并反馈给控制系统进而及时比较调整。
本次设计的工业机械手属于圆柱坐标式的液压驱动机械手，具有手臂升降、伸缩、回转等三个自由度。
因此相应地有手臂伸缩机构、手臂升降机构、手臂回转机构等组成。
每一部分均用液压缸驱动与控制。
下图为本次设计的机械手总平面图：图1-1机械手总平面图1底座、2立柱、3液压缸、4伸缩臂、5升降臂、6机械手机械手的工作原理：机械手主要由执行机构、驱动系统、控制系统以及位置检测装置等所组成。
在PLC程序控制的条件下，采用液压传动方式，来实现执行机构的相应部位发生规定要求的，有顺序，有运动轨迹，有一定速度和时间的动作。
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。
位置检测装置随时将执行机构的实际位置反馈给控制系统，并与设定的位置进行比较，然后通过控制系统进行调整，从而使执行机构以一定的精度达到设定位置。
下图为机械手的系统工作原理框图：图1-2机械手的系统工作原理框图第二章伸缩臂的设计方案2.1 设计方案论证以及确定2.1.1 设计参数及要求1、伸缩长度：300mm；2、单方向伸缩时间：1.5～2.5s；3、定位误差：要有定位措施，定位误差小于2mm ；4、前端安装机械手，伸缩终点无刚性冲击。
2.1.2 设计方案的比较论证根据设计参数及要求，选择齿轮、滚珠丝杠来实现工业机械手伸缩臂的伸缩运动，结构简单，易于控制，更经济实用。
2.2 机械手伸缩臂总体结构设计方案经过本人的反复思考及论证，先做出运动简图。
现如下图2-1所示，该机构中支座安装在机器人床身上，用于安装滚珠丝杠和伸缩杆等零件。
由步进电动机（1）驱动，带动一级齿轮减速器（2）。
通过减速器输出轴与丝杠（3）相连，以电机为动力驱动滚珠丝杠转动，通过丝母的直线运动，推动导向杆运动，利用电机正反转动实现伸缩换向。
法兰用于安装机械手，构成如图所示的结构：图2-1 步进电机伸缩机构示意图2.3 执行装置的设计方案2.3.1 滚珠丝杠的选择 2.3.1.1滚珠丝杠副的选择：（1）由题可知：伸缩长度S 为300毫米，伸缩时间t 为2秒 ，所以速度s ms mm s mmt s V 15.01502300====,初选螺距P=10mm （ 2.1 ） 则： min 900min 1060150rrP V n m =⨯==（ 2.2 ）（2）计算载荷：()ωC FmA H F C F K K K F ⋅⋅⋅= （ F K 为载荷系数，H K 为硬度系数，A K 为精度系数）由题中条件，取2.1=F K []5，取0.1=H K []6取D 级精度[]7，取1.1=A K []8丝杠的最大工作载荷mF :导向杆所受摩擦力即丝杠最大工作载荷:Ｆmax=μF=40015.0⨯=120N （ 2.3 ） 则：NF C 21121201.10.12.1=⨯⨯⨯=（3）计算额定动载荷'aC 的值：34''1067.1⨯=hm C aL n F C （ 2.4 ）hL rn H m 15000,min960==所以NC a 200641067.115000960211234'≈⨯⨯=（4）根据选择滚珠丝杠副：按滚珠丝杠副的额定动载荷a C '等于或稍大于a C '的原则，选用汉江机床厂FC1型滚珠 丝杠[]9 ：FC1-5006-3，NC a 21379= FC1-52008-2.5NC a 22556=考虑各种因素选用FC1-5006-3。
由表2-9得丝杠副数据： 公称直径mmD 500= 导程p=8mm 螺旋角 '112 =λ滚珠直径mmd 969.30=按表2-1中尺寸计算： 滚道半径mmmm d R 064.2969.352.052.00=⨯== （ 2.5 ）偏心距 mmmm d R e 20106.52969.3064.207.0207.0-⨯=⎪⎭⎫ ⎝⎛-⨯=⎪⎭⎫ ⎝⎛-= （2.6） 丝杠内径mmmm R e D d 76.45)064.22106.5250(22201=⨯-⨯⨯+=-+=- （ 2.7 ）（5）稳定性验算由于一端轴向固定的长丝杠在工作时可能发生失稳，所以在设计时应验算其安全系数 S ，其值应大于丝杠副传动结构允许安全系数[S]（见表2-10）。
丝杠不会发生失稳的 最大载荷,称为临界载荷crF （N ）按下式计算：22)(l EI F acr μπ=[]10 （ 2.8 ）式中E 为丝杠材料的弹性模量，对于钢，E=206Mpa; l 为丝杠工作长度（m ）L=450mm ；αI 为丝杠危险截面的惯性矩()4m ；u 为长度系数，见表2-10。
依题意：()474411015.26404576.014.364m m d -⨯=⨯==I πα （ 2.9 ）取32=u ， 则()NF cr627921085.445.0321015.21020614.3⨯=⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯⨯⨯⨯=- （ 2.10 ）安全系数3.303116001085.46=⨯=m cr F F S 。
查表2-10，[S]=3～4，S>[S]，丝杠是安全的， 不会失稳。
（6）刚度验算 :滚珠丝杠在工作负载F （N ）和转矩T （N ·m ）共同作用下引起每个导程的变形量:c GJ Tp EA pF L π220±±=∆ []11 （ 2.11 ）其中 A ——丝杠截面积()224m d A π=CJ ——丝杠极惯性矩()4432m d J C π=G ——丝杠的切变模量，对于钢 MPa G 3.83=T ——转矩()ρλ+=tg D F T m20式中：ρ为摩擦角，其正切函数值为摩擦系数，mF 为工作载荷，取摩擦系数0025.0=ρtg ，则ρ=8′40″ 则T=()m N tg ⋅≈+⨯⨯⨯-43.0"40811210250430''03 （ 2.12 ）按最不利情况取（其中F=mF ）()()()49223293212221004576.0103.8314.343.010********.01020614.34301084164⨯⨯⨯⨯⨯⨯+⨯⨯⨯⨯⨯⨯=+=∆Gd T P Ed PF L ππm N ∙⨯=-21023.2 （ 2.13 ）则 : 丝杠在工作长度上的弹性变形引起的导程误差为：um P L L L 25.11081023.245.0320=⨯⨯⨯=∆⨯=∆-- （ 2.14 ）通常要求丝杠的导程误差L ∆应小于其传动精度（mm 03.0±=σ）的1/2，即ummm mm L 15015.003.02121==⨯=〈∆σ （ 2.15 ）该丝杠的L ∆满足上式，所以其刚度可满足要求。
（7）效率验算：滚珠丝杠副的传动效率η[]12为()()93.0408112)112("''0'0=+=+=tg tg tg tg ρλλη （ 2.16 ）η要求在90%～95%之间，所以该丝杠副合格。
经上述计算：FC1-5006-3 各项性能均符合题目要求，可选用。
2.3.1.2 滚珠丝杠螺距的选择：P=8mm2.3.1.3 滚珠丝杠的有效长度：根据结构的设计确定，要保证有300mm 的伸缩长度，先对丝杠螺母进行选择。
丝杠螺母选用外循环螺旋槽式：滚珠螺母可得到其结构尺寸总长为L=61mm 。
根据其传动的特点，要保证螺母不脱离滚珠丝杠，又要有300mm 移动距离，则丝杠的有效传动长度为L=430mm 。