读书笔记-四自由度机械手结构设计及其plc

读书笔记一：《浅析机械手的应用与发展趋势》

——机械手的现状和发展趋势

主编：郭洪武

一、文章摘要

机械手是:指能模仿人手和手臂的某些动作功能，用以固定程序抓取、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。它能代替人繁重劳动，可实现生产的机械化及自动化，改善劳动环境以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子部门。目前，机械手的种类按驱动方式分为：液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按运动轨迹控制方式可分为：点位控制和连续轨迹控制机械手等。

机械手的历史及现状：工业用机械手的第一次发展迅猛发展是在第二次世界大战，最早应用在美国橡树岭国家实验室的搬运核原料的遥控机械手操作手研究，是一种主从型的控制系统。1958年美国联合控制公司研制第一台示教型机械手，并在1962年,研制出一种更新兴的机械手，运动系统仿造坦克炮塔，臂可以回转、俯仰、伸缩，用液压驱动。1962年美国机械铸造公司成功研制一种叫Versatran机械手，原意是灵活搬运，可做点位和轨迹控制。国外的机械手在此基础上，得到一定程度上的发展。从60年代后期起，喷漆、弧焊工业机器人相继在生产中开始应用。1978年美国Unimation-Vin.am型工业机械手，装有小型电子计算机控制，用于装配作业。联邦德国机械人制造业是从1970年开始应用机械手，主要是用于起重运输、焊接和设备的上下料等工作。日本是工业机械人发展最快和应用最多的国家,于1969年从美国引进后，开始大力发展机械手的研制，目前已成为世界上工业机械手应用最多的国家之一。

机械手在我国的发展：我国工业机械手研究与开发起步较晚，比欧美要晚30年左右，起步于上世纪70年代，1972年我国第一台机械手在上海研制成功，从第七个五年计划开始，我国政府加大了对工业机器人的重视程度，并投入大量的资金。研制有以下机器人：点焊机器人、氩弧焊机器人、装卸载机器人等。值得注意的是中国科学沈阳自动化研究所和北京科技大学机器人研究所开发的机器人的控制器。与此同时，一系列的机器人关键部件也被研究开发出来了，如机器人专用轴承，减震齿轮，直流伺服电机,编码器等等。

机械手的应用和发展趋势,随着自动化和机械化的发展，人们对机械手的要求也越来越高，主要体现在：（1）重复高精度。重复精度是指动作重复多次，机械手到达同样位置的精确程度。对于某些机械手来说，重复精度甚于精度。（2）模块化。模块化拼装的气动机械手比组合导向驱动装置的更具有灵活的安装体系。它集成电接口、带电缆及

器官的导向系统装置，可以使机械手更具灵活性。（3）无给油化。无给油化主要是为了适应食品、医药、纺织等无污染要求的行（4）机电一体化。智能机械手的发展是机械手发展的重要方向之一。机电一体化的核心思想在于发展与电子技术相结合的自适应控制气动元件，使气动技术从“开关控制”进入到高精度的“反馈控制”，大大提高了系统的可靠性。

二、心得体会

通过阅读本文章，从中了解了机械手的历史及其应用和发展趋势,知道一些不同种类的机械手的知识，它能代替人繁重劳动，可实现生产的机械化及自动化，改善劳动环境以保护人身安全，因而广泛应用于工业等领域。同时，了解了，机械手的发展方向：重复高精度、模块化、无给油化、机电一体化。

读书笔记二：《浅谈数控机床上下料机械手的机械结构设计》

——机械手的机构设计

主编：吕鹏飞

一、文章摘要

结合实际操作情况，设计了一种圆柱坐标形式的数控机床上下料机械手，重点针对机械手的手爪、手腕、手臂等部分机械结构设计有详细的介绍

1、设计目的：我国大多数工厂的生产线上数控机床装卸工件仍由人工完成，劳动强度大，生产效率低，而且具有危险性，不能满足生产机械化和自动化的发展趋势。为了提高工作效率，降低成本，并使生产线发展成为柔性制造系统，适应现代机械行业自动生产的要求，结合机床的实际结构，利用机械手技术，设计一台上下料机械手，代替人工工作，以提高劳动生产率。本机械手主要与数控机床组合最终形成生产线，实现加工过程的自动化和无人化。

2、机械手的结构设计:工业机械手的结构形式主要有4种：直角坐标结构、圆柱坐标结构、球坐标结构和关节型结构。

圆柱坐标机械手的空间运动是用1个回转运动及2个直线运动来实现的，其工作空间是圆柱状。这种结构比较简单，精度相对较高，通常运用于搬运作业。图1为机械模拟工作布置图，根据实际操作的要求，该机械手在工作中需要3种运动，其中手臂的伸缩和立柱的升降为直线运动，另一个为手臂的回转运动，因此自由度为3，其工作范围相对较大。

3、机械手各部分部件的设计:机械手手爪结构设计:手爪是用来进行操作及作业的装置，种类很多，根据作业方式可分为：搬运、加工用途、测量等，在满足作业要求的前提下，机械手手爪要求具有体积小、质量小、结构紧凑、通用性强等，易于安装和维修、易于实现计算控制。结合具体工作要求，采用连杆式手爪。它主要靠活塞的推力作用下，实现夹紧与放松运动。如图2：

机械手臂运动为直线运动，考虑到搬运工件的重量、机械手动态性能及运动的稳定性、安全性和较高的刚度要求，因此选择液压驱动方式，可实现连续位置控制。在设计时另外增设了导杆机构、小臂增设了2个导杆，与活塞杆一起构成等三角形的截面形式，尽量提高其刚度。

机械手手腕结构设计：机械手手腕是机械手操作机的最末端，与手爪相连接，它与机械手手臂配合，使手爪作空间运动，完成所需要的作业动作。其要求手腕设计应尽量小轻盈，结构紧凑。自由度愈多，腕部的灵活性愈高，对工作的适应能力愈强。

机械手手臂结构设计：机械手在工作时要承受一定的载荷，且其运动本身具有一定的速度，其工作空间的形状和大小与机械手手臂的长度、手臂关节的转动范围有密切的

关系，因此手臂尺寸设计应要分析比较，选择圆柱齿轮传动。

机械手手臂的平衡机构设计：关节机械手手臂一般需要平衡装置，以减少驱动器的负荷，缩短启动时间。本机械手采用圆柱坐标式结构。

二、心得体会

通过阅读本文章，对毕业设计所要求相关的机械手设计有初步整体的了解，同时也有很多可以学习借鉴的地方，了解机械手结构的合理设计对于最大限度发挥机械手的工作效能有着重要的意义。并初步确定了毕业设计的方向和拟定了毕业设计的内容，是机床上下料的四自由度液压机械手结构设计的内容方向。为后续的工作奠定了基础，故此文章很有借鉴意义。

读书笔记三：《PLC在工业机械手的应用研究》

——机械手、可编程控制器、步进电机、精确定位一、文章摘要：

工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。工业机械手也是工业机器人的一个重要分支。PLC控制机械手体积且可以现场修改和调试程序，达到对生产要求的随时改变，因此应用PLC控制机械手可以实现各种规定的工序动作，可以简化控制路线，节省成本，提高劳动生产率。

1、机械手的定义：

机械手顾名思义就是能实现人类手部的功能，可以按设计的目的要求实现相关的动作，比如抓取物料，搬运东西等一些简单的动作。这种自动化装置可以代替生产车间里面繁重的人力劳作以及代替工人在一些高危环境，高危行业里面进行作业。工业机械手是近年来发展起来的高科技设备，它涉及机械、力学、自动控制、传感器、计算机等领