四自由度通用液压机械手设计概论
四自由度工业装夹机械手液压系统的设计与分析
工 业 生产 中应 用 的机 械手 被 称 为工业 机 械手 ，是 典 型 的机 电一体
化产 品。
Ｌ 立下— 大收． 小旋． 放工 柱降 — 臂缩－ 臂转＿ 件 ＿ — － —
图 ３ 机械 手工作循环示意图
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
为 了使 机械 手 能够 准确 地 工作 ，可 用步 进 电机 来 驱动 基 座 的
备 ， 业机 械手 也 是 工业 机器 人 的一 个重 要 分支 。它 的 特 点是 ： 工 可 旋 转 ， 柱 和大 臂 的伸 缩可 用 液动 的方 式 驱动 ， 臂 的旋转 则 通过 立 小 以通 过 编程 完 成各 种 预期 的 作业 ，在 构造 和 性能 上 兼有 人 和机 器 立柱 与 小臂 之 间连 杆 的伸缩 来 控制 ， 连杆 的 收缩 可 与立 柱 、 而 大臂
０ 引 言
整 个机 械 手 的工作 循环 示 意 图如 图 ３ 示 。 所
启动 ——＋ 原点 ——＋ 立柱上升 ——＋大臂拉伸 ——＿Ｉ 、 按照预定的程序、 轨迹及
其 他 要求 ， 现抓 取 、 实 搬运 工 件或 操 作工 具 的 自动化 机 械装 置 。在
分 的定 义如 图 ２所 示） 四 自由度 分 别为 基座 的旋转 、 ， 立柱 的 升 降 、 手的手部时采用了保持机械手的活动部位 的活动原理不变，而手 的根 部和 手指 之 间使 用 了可 拆卸 的螺 栓 联接 ，也 就 是手 爪 部设 计 大臂 的伸 缩 以及 小 臂 的旋转 。
Ｐ●■ —一
—— ——Ｈ
图 ４ 机械手 的二维 示意图
图 １ 机械手 的三维 模型 图 ２ 机械手 的二维 示意图
4自由度机械臂结构设计
4自由度机械臂结构设计引言机械臂是一种用于完成特定任务的机器人装置，具有广泛的应用领域，例如工业自动化、医疗手术和军事等。
本文将讨论4自由度机械臂的结构设计，以及在不同任务中的应用。
机械臂的自由度机械臂的自由度是指机械臂能够自由运动的独立关节数量。
4自由度机械臂由4个独立的旋转关节组成，使得机械臂可以在3D空间中进行平移和旋转运动。
结构设计关节结构4自由度机械臂的关节结构应具有一定的刚度和承载力，以便支撑机械臂的运动和负载。
通常采用液压或电动驱动的转动关节来实现机械臂的自由度。
每个关节应具有一定的转动范围和精度，以满足不同任务的需求。
运动范围4自由度机械臂的运动范围应能够满足各种任务的需求。
通过合理设计关节的转动范围，可以确保机械臂能够在三维空间中覆盖特定区域。
此外，机械臂的运动范围还应考虑到其在工作空间内的尺寸限制，以及与其他设备或障碍物的碰撞风险。
站立稳定性机械臂的站立稳定性是指机械臂在执行任务时，能够保持平衡和稳定的能力。
站立稳定性取决于机械臂的结构设计和重心位置。
为了确保机械臂的稳定性，可以采用合适的重心位置和支撑结构。
此外，考虑到机械臂运动时的惯性力，还需要设计相应的减振和平衡装置。
控制系统机械臂的控制系统对于实现精准的运动控制和任务执行至关重要。
控制系统包括传感器、执行器和控制算法等。
传感器用于感知机械臂末端的位置和姿态信息，执行器通过控制关节转动实现机械臂的运动，控制算法根据传感器的反馈信息进行计算和控制。
设计高效可靠的控制系统可以提高机械臂的运动精度和工作效率。
应用领域4自由度机械臂由于其灵活性和可定制性，在多个领域具有广泛的应用。
以下是几个典型的应用案例：工业自动化4自由度机械臂在工业生产线上可以完成各种简单重复的操作任务，例如搬运、装配和焊接等。
机械臂的高速度和精度可以提高生产效率和产品质量。
医疗手术4自由度机械臂在医疗手术中可以用于进行精确的手术操作，例如微创手术和精准定位。
4自由度机械手设计
四自由度机械手设计摘要：工业机械手由机械本体、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。
生产中应用机械手可以提高生产的自动化水平，可以减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全生产机械手的结构形式比较简单，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。
本课题将设计一个四自由度机械手，其中，三个移动自由度，需完成X、Y、Z三维空间内的移动要求，另外一个旋转自由度，完成手部的旋转运动要求。
它能实现平面运动，具有柔顺性，全臂在垂直方向的刚度大，在水平方向的柔性大，广泛用于装配作业中。
关键字：机械手；机电一体化；自由度The design of four degrees freedom mechanical handAbstract: Industrial manipulator is composed of machine body, controller, servo drive system and detection sensor device, a humanoid operation, automatic control, can repeat programming, to complete the electromechanical integration automatic production equipment of various operations in three-dimensional space. Especially suitable for the production of a variety of flexible, variable volume. Its stability, improve product quality, improve production efficiency, plays a very important role in improve working conditions and the rapid upgrading of products. Production of mechanical hand can improve the automation level of production, can reduce labor intensity, to ensure product quality, realize the structure safety of the manipulator is relatively simple, general machinery hand can quickly change the working procedure, strong adaptability, widely cited small batch production so it is in changing varieties in production.This paper will design a four DOF Manipulator, wherein, three degrees of freedom of movement, to complete the X, Y, mobile Z in the three-dimensional space, another rotational degree of freedom, rotational movement of the hand requirements. It can achieve planar motion, with the flexibility, the arm in the vertical stiffness, flexibility in the horizontal direction of the large, widely used in assembly operations.Keywords：Manipulator; mechatronics; degree of freedom目录摘要................................................................................................ 错误!未定义书签。
四自由度机械手(上半部分)
四自由度机械手（上半部分）作为现代工业制造领域中，机器人与自动化领域的核心产品之一，机械手在制造业中扮演着不可替代的角色。
而四自由度机械手便是机械手领域中的重要成员，本文将对其进行详细介绍。
一、四自由度机械手的概念及基本结构四自由度机械手是指由四个自由度的运动副组成的机械手。
其自由度主要分为旋转自由度和直线自由度两种。
旋转自由度可分为绕x、y、z三个轴向旋转自由度，直线自由度可分为x、y、z三个轴向作直线运动的自由度。
四自由度机械手的基本结构由支撑结构、底座、轴承系统、导轨系统、执行器等组成。
其中，支撑结构设在机械手的底部，通过轴承系统与机械手执行器连接，控制机械手的运动方向和范围。
二、四自由度机械手的优缺点四自由度机械手相对于其他机械手类型具有如下优点：1、机械手可根据特定要求进行定制，能够实现弯曲、旋转、伸缩等多种动作，可以适用于较多的工程需求；2、在承载重量较小的情况下，四自由度机械手的成本较低；3、四自由度机械手具有很高的操作精度，可适用于许多需要高精度的操作领域。
但四自由度机械手也有以下缺点：1、四自由度机械手的承载能力较低，仅适用于承载较小的物品；2、机械手无法实现多种操作综合编程。
三、四自由度机械手的应用四自由度机械手在工业制造和自动化生产中具有广泛的应用领域。
其适用于自动化加工、搬运、堆垛、组装、分拣等方面。
在以下几个方面有具体的应用：1、电子工业：四自由度机械手可用于电子元器件的组装、焊接、拆卸等操作。
2、汽车工业：在汽车制造中，四自由度机械手主要用于焊接、装配、喷漆等自动化生产环节。
3、食品加工业：四自由度机械手可用于食品加工中，如包装、封箱等生产步骤。
4、医疗产业：机械手的高精度使其非常适合在医疗领域中用于外科手术等领域中。
总结：四自由度机械手作为机械手领域的成员之一，可用于电子制造、汽车工业、食品加工和医疗行业等领域中的生产流程，并能根据不同的生产需求进行定制和编程。
同时，由于其相对较低的成本和高精度操作的特性，四自由度机械手在现代制造领域中具有重要的应用价值。
四自由度机械手毕业设计
四自由度机械手毕业设计
四自由度机械手的毕业设计可以从以下几个方面入手：
1. 机械结构设计：根据所需的工作空间、负载要求、运动速度等参数，设计出四自由度机械手的整体结构。
其中，四自由度机械手的自由度一般包括三个旋转自由度和一个平移自由度。
2. 控制系统设计：根据机械手的运动方式和运动范围，设计出相应的控制系统。
可以采用传统的PID控制算法或者基于神经网络的控制算法，确保机械手的稳定性和精度。
3. 动力学分析：对机械手进行动力学分析，研究机械手在运动过程中的力学特性，比如加速度、速度、角加速度等参数，为机械手的优化提供理论依据。
4. 实验验证：经过机械结构设计、控制系统设计和动力学分析后，可以进行实验验证。
通过实验对机械手的运动精度、稳定性、负载承载能力等参数进行测试，对设计方案进行调整和优化。
以上只是一些可以从不同方面入手的思路，毕业设计的具体内容和难度还需要根据实际情况和要求进行具体确定。
四自由度搬运机械手的设计毕业设计论文
编号:本科毕业设计题目：______学院： __________________专业：________年级：12级_______________________________姓名：___________________________________指导教师：________________________________完成日期：2016年5月31日________________目录摘要 (1)Abstract (2)1引言 (3)1.1机械手研究的背景及其意义 (3)1.2机械手的研究现状和发展前景 (4)1.3机械手的种类及其应用 (4)1.4机械手研究的主要内容 (5)2机械手总体方案的设计 (6)2.1机械手的功能以及技术要求 (6)2.2机械手的整体结构设计 (6)2.3机械手的主要部件及其自由度 (7)2.3.1机械手的主要部件组成 (7)2.3.2机械手的自由度 (7)2.4机械手的动作过程及其时间配置 (8)2.4.1机械手动作形式及其顺序的确定 (8)2.4.2机械手动作过程中的时间配置 (8)2.3机械手动作过程中基本参数的确定 (9)3机械手的传动机构以及执行机构的设计 (10)3.1机械手机构的模块化设计 (10)3.1.1机械手结构模块划分所遵循的原则 (10)3.1.2机械手模块化设计的一般方法 (11)3.2机械手的组成及其模块化 (11)3.3机械手基本结构构成及其设计流程 (11)3.3.1机械手的基本结构 (11)3.3.2机械手的总体设计流程 (12)3.4机械手执行机构的设计 (12)3.4.1机械手手部的结构设计 (13)342机械手手部结构（夹持爪）的计算 (14)3.5机械手手臂结构的设计 (14)3.6机械手底座结构的设计 (16)4机械手的驱动系统的设计 (17)4.1气动驱动系统的设计 (17)4.2气动元件的选择 (17)4.2.1气压泵的选择 (17)4.2.2气动系统中各控制和辅助元件的选择 (19)5机械手的控制系统设计 (21)5.1 PLC控制系统的设计步骤 (21)5.2 PLC类型的选择及I/O点的确定 (21)5.2.1 PLC类型的选择 (21)5.2.2 PLCI/O 点的确定 (22)5.3 PLC程序的编制 (24)5.3.1编写PLC程序 (24)5.3.2制作N-S流程图 (24)5.3.3 PLC在程序编程中需要注意的具体事宜 (27)6总结及展望 (28)6.1总结 (28)6.2展望 (28)参考文献 (29)致谢.............................................................. 错误！未定义书签。
液压式四自由度机械手设计
液压式四自由度机械手设计-(2)(总57页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--抓料机械手机构设计摘要本课题设计的为抓料机械手。
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，显着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。
本设计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等技术对机械手进行结构设计和液压传动原理设计，它能实行自动上料运动，自动搬运棒料。
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 ,自动化。
IManipulator grasping mechanism design AbstractThis paper designed for robot grasping the material . Industrial robot is the inevitable product of industrial production, which is a part of human upper limb function mimic conveying the workpiece gripping tools or equipment operation automation technology predetermined requirements of industrial automation , and promote the further development of industrial production plays important role. Which has a strong vitality by people widely valued and welcomed . Practice has proved that industrial robots can replace heavy manual labor , and significantly reduce labor intensity and improve working conditions , improve labor productivity and automation levels. Frequent handling and long term industrial production often bulky workpiece monotonic operation, using the robot to be effective . The design of the proposed development on the feeding robot can pick and place objects in space , flexible action , instead of doing so at high temperatures and can be dangerous operation area , you can grab a greater weight of the workpiece addition, it in heat, cold, deepwater , operating under the universe , radioactive and other toxic pollution environmental conditions , but also demonstrate its superiority , has a broad development prospects.IIThis topic through the application of technologies such as AutoCAD manipulator structural design principles of design and hydraulic transmission , it can implement automatic feeding movement , automatic handling bar . Is the velocity of the robot according to the settings to meet the requirements of productivity .Keywords Robot，AutoCAD，AutomationIII目录摘要............................................... 错误!未定义书签。
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)AbstractIn 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 forhandling the workpiece, the workpiece weight is less than 10Kg, length 150cm, width 150cm, high 150cm cube. In order to increase theversatility 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 andclassification 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 drivemanipulator for hydraulic cylinder, and then determined the main technical parameters of the manipulator. At the same time, the structure design of hand manipulator is cylinder lever type hand, arm structure adopts hydraulic cylinder guide connecting double wishbone structure, base the motor driven vertical arm rotation. Fuselage structure for lifting cylinder hydraulic cylinder structure, calculated clamping the workpiece required driving force, the gripper rotation required driving torque, the telescopic arm required driving force arm pitching required driving force, the arm lifting required driving force, driving torque and arm rotation required. Then design the structure and size and the supporting parts of the connection between the parts of the hydraulic cylinder loading manipulator size and structure and components.Key words:Manipulator; hydraulic drive; hydraulic cylinder; automationII本科毕业设计说明书(论文)目录摘要 ..................................................................... . (I)1绪论 ..................................................................... .. (1)1.1前言 ..................................................................... (1)1.2简史 ..................................................................... (1)1.3基本型式 ..................................................................... . (2)1.4机械手分类 ..................................................................... (3)1.5应用概况 ..................................................................... . (5)1.6发展趋势 ..................................................................... . (9)2装箱机械手的整体设计...................................................................... (12)2.1机械手的组成 ..................................................................... ....................................... 12 3机械手各部分机构设计...................................................................... (20)3.1手部结构设计 ..................................................................... (20)3.2横臂结构设计 ..................................................................... (21)3.3齿轮传动部分设计 ..................................................................... . (21)3.4销轴设计 ..................................................................... .. (25)3.5底座 ..................................................................... . (26)4传动系统及其他部分的设计 ....................................................................284.1气缸选择 ..................................................................... .. (28)4.2液压缸选择 ..................................................................... . (28)4.3电动机选择 ..................................................................... . (31)4.4联轴器选择 ..................................................................... . (33)4.5轴承的选择 ..................................................................... . (35)4.6螺栓螺钉的选择 ..................................................................... .. (37)结论 ..................................................................... . (39)致谢 ..................................................................... .. (40)参考文献 ..................................................................... .. (40)附录 ..................................................................... .. (42)禽岛学院本科毕业设计说明书(论文)1绪论1.1前言机械手是能模仿人手和臂的某种动作功能，用以固定程序抓取、搬运物件或操作工具有自动操作装置。
四自由度机械手设计
四自由度机械手的液压系统设计
圈 பைடு நூலகம்机 械 手 结 构 怎 圈
２ ． 机械 手关键 液压回路分析 在 驱 动 机 械 手 运 动 过 程 中 ， 其 中 夹 紧 放 松 动 作 ， 旋 转 动 作 和 伸 缩 动 作 是 主 要 的 动 作 ，这 里 对 这 些动 作 的 回 路 进 行 分 析 。 （ １ ）夹 紧 回 路 夹紧 回路采 用 的是０ 型 三位 四通换 向阀来 进 行 锁 定 ，如 图２ 所示 。
一
机 械 手 臂 旋转 回 路 ２ ～ 机 械 手 腕旋 转 回 路 ３ 一 夹紧回路 ４ — 升 降 回 路 图 ４ 机 械 手 液 压 系 统 原 理 图
１ 一 三 位 四通 换 向 阀
２ 一 调逮阀 ３ 一 二 位 三 通 换 向 闻
图２ 夹 紧 回 路
（ ２）旋 转 回路 对 于 机 械 手 的 旋 转 动 作 ， 采 用 了 液 压 马 达 实 现 ， 原 理 如 图３ 所示。
溢流阀
调建蝴 ３
４ ５
Ｙ Ｆ — Ｂ ３ ２ ｔ ｌ
０ 一 Ｈ １ ０ Ｉ 一 ２ ５ １ ｔ
２ ２ Ｅ 卜ｌ ∞ ３ ４ Ｅ １
—
２ Ｉ Ⅲ’ ａ ． ２ ５ ０ Ｌ ／ ￣ ｉ ｎ
３ ２ ￣ ｌ Ｐ ａ ， ４ ０ ｔ ． ／ ｍｉ ６ ３ ＾ ａ 、２ ５ １ ． ／ ∞ ｉ ｎ
６ ３ ａ 、ｌ ０ Ｌ ／ Ⅲ ｌ ｎ
单向阀
二 位 二谭 电 磁 阀 三位四通
电 磁 阀
２ ５ Ｂ
６ ３ Ｍ Ｐ ａ 、２ ５ Ｌ ／ ｍ ｉ ｎ
６ ７
８ ９
调速 阀 单向阀
二位二通 电 碰 谰 三 位 四姐
Ｉ Ｉ ２ Ｏ ［ Ｉ Ｆ ＩＢ ｌ ０ Ｋ ｌ
四自由度的机械手
(4)大型机械手臂力大于30㎏。
我所设计的物料传送机械手，是以运送物料为目的的圆柱坐标式四自由度机械手。它采用气压与机械传动两种驱动方式，属于小型机械手。2Fra bibliotek2.1
图1机械手工作示意图
(1)初始状态，按启动按钮传送带A开始传送物料，光电传感器开始工作，机械手回原点。
(4)感知系统：即传感器的选择及具体作用。
2.3
2.3.1
根据所设计的机械手的运动方式：机械臂的转动，机械臂的升降，机械臂的伸缩，得到了机械臂的三个自由度。根据上文所说的，机械手按照坐标的分类情况，选择圆柱坐标式机械手更为妥当。
物料传送机械手为完成物料传送的功能，需要完成以下几个动作，而每个动作的具体时间如下表所示，合计为38S：
(2)通用机械手指具有可变程序和单独驱动的控制系统，不从属于某种机器，而且能自动完成传送物件或操作某些工具的机械装置。通用机械手按其定位和控制方式的不同，可分为简易型和伺服型两种。简易型只是点位控制，故属于程序控制类型，伺服型可以是点位控制，也可以是连续轨迹控制，一般属于数字控制类型。
2.按运动坐标型式分类：
3.按驱动方式分类：
(1)液压驱动机械手以压力油进行驱动；
(2)气压驱动机械手以压缩空气进行驱动；
(3)电力驱动机械手直接用电动机进行驱动；
(4)机械驱动机械手是将主机的动力通过凸轮、连杆、齿轮、间歇机构等传递给机械手的一种驱动方式。
4.按机械手的臂力大小分类：
(1)微型机械手臂力小于1㎏；
(2)小型机械手臂力为1－10㎏；
(2)由于我所选择的机械手是非批量生产的小型物体加工流水线上的物料传送机械手，所以，机械手所在的系统工作环境一定是工厂，要求精度高，容错率低，速度快。
四自由度机械手设计
四自由度机械手设计四自由度机械手是指具有四个独立运动自由度的机械手。
它可以在三维空间内进行灵活的运动和操作，广泛应用于工业制造、医疗护理、服务机器人等领域。
本文将从机械结构设计、运动控制系统、应用领域等方面进行论述，介绍四自由度机械手的设计。
首先，机械结构设计是四自由度机械手设计的关键。
通常，机械手由机械臂、末端执行器、关节驱动装置等组成。
在设计机械臂时，需要考虑结构的刚度、轻量化和尺寸设计等因素。
关节驱动装置可以采用电机驱动、气动驱动或液压驱动等方式，根据具体应用场景选择不同的驱动方式。
末端执行器是机械手最重要的部件之一，其设计要充分考虑操控对象的形状、尺寸和质量等要素。
其次，运动控制系统是确保机械手运动精度和灵活性的关键。
四自由度机械手通常采用闭环控制系统，通过传感器实时反馈机械手的位置、速度和力等信息，通过控制器计算控制命令，控制机械手的运动。
在控制系统设计中，需要考虑传感器的精度、控制器的计算能力和控制算法的设计等因素。
常见的控制算法有PID控制、模糊控制和自适应控制等。
最后，四自由度机械手应用领域广泛。
在工业制造中，机械手可以替代人工完成重复性、危险性和高精度的任务，如焊接、装配和搬运等。
在医疗护理领域，机械手可以用于手术助力、康复训练和辅助生活等。
在服务机器人领域，机械手可以用于家庭服务、餐厅服务和残疾人辅助等。
随着无人驾驶技术的普及，机械手还可以用于车辆维修保养和物流配送等场景。
总之，四自由度机械手的设计涉及机械结构、运动控制系统和应用领域等多个方面。
通过合理设计机械结构，构建高刚性、轻量化的机械手。
运动控制系统的设计保证机械手的运动精度和灵活性。
各个应用领域广泛使用四自由度机械手，提高生产效率和人类生活质量。
随着科技的不断进步，四自由度机械手在未来的应用前景将会更为广阔。
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。
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。
液压式四自由度机械手设计
液压式四自由度机械手设计工业机械手是一种模仿人手动作，并按照设定的程序、轨迹和要求代替人手抓取、搬运工件或进行操作的自动化装置。
它的用途十分广泛，对于实现生产过程自动化，提高劳动生产率，减轻工人的劳动强度，保证工人的安全都具有重要的意义，尤其对于那些有毒、危险、多粉尘、深水作业及放射性等恶劣环境和条件下的作业，使用工业机械手更具有显著的优越性。
目前，已经在机械加工、铸造、锻造、冲压生产线和某些操作作业中得到比较广泛的应用。
在热处理、焊接、涂漆及装配等生产中也开始研制和应用。
目前机械手常用的驱动方式有液压驱动、气压驱动及电动机驱动等多种方式，各种驱动方式有其自身的特点，在工业机器人中液压和气压驱动应用很广泛，有些机器人则同时采用多种驱动方式，这都视不同机器人的特点和要求所定。
由于液压驱动具有以下特点：驱动力和驱动力矩较大，速度反应性较好，调速范围较大，多用于要求臂力较大而运动速度较低的工作场合。
1. 整体设计方案本文设计的机械手要求在几台机械设备间进行搬运和装卸工件。
它具有4个自由度，分别为机械手腕的旋转运动、机械手臂的伸缩运动、机械手臂的旋转运动和机械手臂的升降运动，坐标形式为圆柱坐标，采用液压驱动控制方式，用于生产线中的自动搬运货物的装置。
本设计的结构简图如图1所示，工作程序为：启动机械手，当工件成形后发出信号，机械手的手臂下降到预定位置，手爪张开，夹紧工件后上升；然后机械手臂正向旋转180°，机械手腕正向旋转90°，机械手臂伸出到预定位置后下降到指定位置，手爪松开，放好工件；最后机械手臂上升到指定位置后反向旋转180°，机械手腕反向旋转90°，机械手臂缩回，回到原点位置，开始下一个周期。
图1机械手结构简图2. 机械系统设计针对该工业机械手的任务要求，为了使它具有一定的操作灵活性和较好的使用性能，在结构设计上采用圆柱坐标系。
整个机械手系统设计为4个自由度，包括机械手臂上下移动、机械手臂水平伸缩、机械手臂旋转和机械手腕旋转，这4个自由之间无耦合，可以有效地简化运算和控制。
四个自由度通用机械手设计
毕业设计说明书设计（论文）题目：四个自由度通用机械手设计学生姓名：学号：专业班级：学部：指导教师：本设计包含全部说明说及CAD图纸QQ2008年06月5日摘要摘要本次设计的多功能机械手为程四个自由度通用机械手设计，主要由手爪、手腕、手臂、机身、机座等组成，具备上料、翻转和转位等多种功能，并按自动线的统一生产节拍和生产纲领完成以上动作。
本机械手机身采用机座式，自动线围绕机座布置，其坐标形式为圆柱坐标式，具有立柱旋转、手臂伸缩、腕部转动和腕部摆动等4个自由度；驱动方式为液压驱动，且选用双联叶片泵，系统压力为2.5MPa，电机功率为 5.5KW，共有整机回转油缸、手臂伸缩油缸、手腕摆动油缸、手腕回转油缸、手爪夹紧油缸5个液压缸；定位采用机械挡块定位，定位精度为0.5～1mm，采用行程控制系统实现点位控制。
关键字：机械手;球坐标液压;机械挡块;点位控制AbstractThe current design of multifunctional mechanical hand is Hydraulic Universal Mechanical Hand, mainly consist of claw, wrists, arms, body, base and so on. With moving the materials, turnover and transfer spaces, and many other functions, the automatic line with the unified production rhythms and production program completed more moves. With the automatic production line rhythms and the production of complete reunification of the above movements, automatic line is around the machine arrange, the coordinates of the cylindrical coordinate of the form, with huge rotary, extendable arm, arm pitch, hitting and hitting back four moves freedom; Driven approach to hydraulic-driven, and the choice of double leaves pumps, the system pressure to 2.5MPa, 5.5KW electrical power for a total of whole sets of rotation tank, arm tilt cylinders, fuel tanks extendable arm, wrist swing tank, wrist rotation tank, claw clip tank six hydraulic oil tank; positioning a piece of machinery turned positioning, positioning accuracy for 0.5~1mm, using control systems to achieve their point spaces control.KeyWords：Mechanical hand. Cylindrical coordinate hydraulic. mechanical turned pieces. control point spaces目录目录摘要 ................................................................................................ 错误!未定义书签。
四自由度搬运机械手液压系统设计
最大 工作半 径 ：７０ｍｍ １０ 手臂 最大 中心 高度 ：００ｍｍ １０ 手臂 运动参 数 ：
伸缩 行程 ：０ ｍ ７０ｍ
伸缩 速度 ：．０ｍ ｓ ０ ３ ／ 升 降行程 ：５ ｍ ３ ０ｍ 升 降速 度 ：．５ｍ ｓ ０ ０ ／
图 １ 四 自由度 搬 运 机 械 手 结 构 示 意 图
Ａ
力确， 内 ／ 来定 缸径 油
ｌ ３ ／
式中： Ｐ— — 活塞 承受 的最 大推 力 （ ， ＝Ｐ ＋ ＋ Ｎ）Ｐ ＋Ｐ ２＋Ｐ ， 中 ， 、 １ 、 Ｐ 分 别 为 作用 在 活 ３其 ＰｌＴ 、 Ｐ 、３ 塞 上 的总推 力 、 活塞 密封 与油缸 内孔 的摩 擦力 、 塞杆 活 与 缸盖 或导 套处 的摩 擦 力 、 回油 腔 中 的背 压力 和运 动 部 件 的惯性 力 ； 为油 缸 的机 械 效率 ；ｐ为 油 缸进 出 叼 △
２ １ 液压缸 的设 计计 算 ． １ ）液压 缸 内径 Ｄ及 活塞杆 直径 设计 计算 油 缸 的 内径 Ｄ 由油 缸 所 需 输 出 的 最 大 拉 力 或 推
：
孚。 ：
华 ：
×２ ０ ． ５
×６ ０ ． ０
４． ０ １ ９ ６ Ｘ ０～ｍ ／ｓ
升 降缸 的流量 ：
运机 械手液 压 系统原 理 图如图 ３所 示 。
收稿 日期 ：０ １ ５３ ２ １ － －０ ０
图 ２ 机 械 手 夹 持 部 分 结 构 图
作者简介 ： 耿跃峰 （ ９８ ） 男 ， １７ 一 ， 河南汝州人 ， 师 ， 讲 主要从 事 机械 电子及其控制方面的教学与研 究工作 。
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液压与 气动
２１ ０ ２年第 ２期
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摘要本次设计的多功能机械手为液压通用机械手，主要由手爪、手腕、手臂、机身、机座等组成，具备上料、翻转和转位等多种功能，并按自动线的统一生产节拍和生产纲领完成以上动作。
本机械手机身采用机座式，自动线围绕机座布置，其坐标形式为圆柱坐标式，具有立柱旋转、手臂伸缩、腕部转动和腕部摆动等4个自由度；驱动方式为液压驱动，利用油缸、齿轮、齿条实现直线运动；利用油缸与齿轮、齿条或链条实现回转运动。
液压驱动的优点是压力高、体积小，出力大，动作平缓，并能在中间位置停止。
本次设计的机械手能对不同物体完成多种动作。
关键词：机械手；圆柱坐标；液压驱动AbstractThe design of multi-manipulator hydraulic manipulator general, mainly by the gripper, wrist, arm, body, base etc., with the material, flip, and a variety of functions such as translocation, in accordance with the unified autom ated production line beat and production program have done so. This machine adopts the base-type mobile phone, automatic wire around the base layout, its coordinates in the form of cylindrical coordinate type, with column rotation, arm stretching, wrist rotation and wrist swing and so four degrees of freedom; drive mode for the hydraulic drive, use fuel tank, gear, rack to achieve linear motion，use of tanks and gear, rack or chain to achieve rotary motion. Hydraulic drive has the advantage of high pressure, small size, contribute to a large, gentle movement and can stop in the middle. The design of the robot can complete a variety of different objects in action.Keywords: mechanical hand; cylindrical coordinate; fluid power drive目录摘要 (I)Abstract (II)目录........................................................................................... I II 第1章绪论. (1)1.1 机械手的基本概念 (1)1.2 机械手的发展现状及应用 (1)1.2.1 发展现状 (1)1.2.2 应用 (3)第2章方案的确定 (7)2.1 直角坐标型机械手 (8)2.2 圆柱坐标式机械手 (9)2.3 球坐标式机械手 (9)2.4 关节式机械手 (10)第3章手部结构设计 (11)3.1 设计的原始参数 (11)3.2 夹持式手部结构 (11)3.2.1 手指的形状和分类 (11)3.2.2 设计时考虑的几个问题 (12)3.2.3 手部夹紧油缸的设计 (13)第4章手腕结构设计 (17)4.1 手腕的自由度 (17)4.2 手腕的驱动力矩的计算 (18)4.2.1 手腕转动时所需的驱动力矩 (18)4.2.2 手腕回转油缸的驱动力矩计算 (21)4.2.3 手腕回转缸的尺寸及其校核 (22)第5章手臂工作油缸的设计与计算 (27)5.1 手臂伸缩油缸的设计与校核 (27)5.1.2 尺寸校核 (27)5.1.3 导向装置 (33)5.1.4 平衡装置 (33)5.2 手臂升降油缸的设计与校核 (33)5.2.1 尺寸设计 (33)5.2.2 尺寸校核 (33)5.3 手臂回转油缸的设计与校核 (34)5.3.1 尺寸设计 (35)5.3.2 尺寸校核 (35)第6章其它零部件的选择设计 (38)6.1 油缸的密封 (38)6.1.1 活塞式油缸的泄漏与密封 (38)6.1.2 回转油缸的泄漏与密封 (42)6.2 控制调节阀的选择 (44)6.3 辅助装置的选择 (44)6.4 液压传动机械手的缓冲与定位 (45)结论 (47)致谢 (48)参考文献 (49)CONTENTSAbstract (I)Chapter 1 Introduction (1)1.1 The basic concept of a robot (1)1.2 Manipulator Development and Application (1)1.2.1 Development Status (1)1.2.2 Application (3)Cha pter 2 program to determine (7)2.1 Cartesian coordinate type robot (8)2.2 Cylindrical coordinate manipulator (9)2.3 Spherical manipulator (9)2.4 Joint Manipulator (10)Chapter 3 Design of hand (11)3.1 The original design parameters (11)3.2 Clamp-type structure of the hand (11)3.2.1 Finger shape and classification (11)3.2.2 Some consideration for the design problem (12)3.2.3 Hand clamping cylinder design (13)Chapter 4 Structural Design of the wrist (17)4.1 degrees of freedom wrist (17)4.2 Calculation of torque of the wrist (18)4.2.1 Wrist rotation torque required (18)4.2.2 Wrist rotation torque of cylinder calculation (21)4.2.3 Wrist rotation cylinder and check the size of (22)Chapter 5 Arm cylinder design and calculation work (27)5.1 Telescopic arm design and checking the size of fuel tanks . 275.1.2 Size Check (27)5.1.3 Oriented devices (33)5.1.4 Balance device (33)5.2 Arm lift cylinder design and checking the size of (33)5.2.1 Dimension Design (33)5.2.2 Size Check (33)5.3 Rotary arm design and checking the size of fuel tanks (34)5.3.1 Dimension Design (35)5.3.2 Size Check (35)Chapter 6 Other parts of the selection of design (38)6.1 Cylinder seal (38)6.1.1 Piston cylinder leak in the seal (38)6.1.2 Rotating cylinder leakage and seal (42)6.2 Control Valve Selection (44)6.3 The choice of auxiliary devices (44)6.4 Hydraulic manipulator and positioning cushion (45)Conclusion (47)Express thanks (48)References (49)第1章绪论1.1 机械手的基本概念液压通用机械手，就其本质上来说，属于工业机器人的范畴，机器人学是近几十年来迅速发展起来的一门综合学科。
它集中了机械工程、电子工程、计算机科学、自动控制以及人工智能等多种学科的最新研究成果，体现了光机电一体化技术的最新成就，是当代科学技术发展最活跃的领域之一，也是我国科技界跟踪国际高技术发展的重要课题。
“机械手”（Machanical Hand）：多数指附属于主机、程序固定的自动抓取、操作装置（国内一般称作机械手或专用机械手）。
如自动线、自动机的上下料，加工中心的自动换到的自动化装置。
1.2 机械手的发展现状及应用机械手的迅速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作的传送和装卸；其三，它能操作必要的机具进行焊接和装配。
从而大大的改善工人的劳动条件，显著的提高劳动生产率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。
因而，受到各先进工业国家的重视，投入大量的人工物力加以研究和应用。
尤其在高温、高压、粉压、噪音以及带有放射性的污染的场合，应用得更为广泛。
在我国，近几年来也有较快的发展，并取得一定的效果，受到机械工业和铁路工业部门的重视[1]。
1.2.1 发展现状专用机械手经过几十年的发展，如今已进入了以通用机械手为标志的时代。
通用机械手可以应用于更加多的场合，从而节约了不少的开发以及设计的成本。
由于通用机械手的发展，进而促进了智能机器人的研制。
通用机械手涉及的内容，不仅包括一般的机械、液压、气动等基础知识，而且还应用了一些电子技术、电视技术、通讯技术、计算技术、无线电控制、仿生学等，因此它是一项综合性较强的技术。