工业机械手设计指导书

工业机械手设计一、毕业设计题目概述机械手是模仿人的手部动作，按照给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运和操作的自动装置，它是机械化、自动化的重要手段。

因此，获得了日益广泛的应用，特别在高温、高压、危险、易燃、易爆、放射性等恶劣环境，以及笨重、单调、频繁的操作中，它代替了人的工作，具有重要的意义。

在机械加工中，冲压、铸、锻、焊、热处理、电镀、喷漆、装配以及轻工业、交通运输、国防工业等各方面，也已愈来愈引起人们的重视。

机械手一般由执行机构、驱动机构、控制机构以及位置检测装置等组成，驱动系统可采用液压传动、气动传动、电气传动和机械传动等形式，而多数采用电液机联合传动。

该机械手是将圆柱形零件从传送带上夹装到专用机床上，待加工完毕后再夹装回传送带的专用机械手(图1)。

机械手总体设计分为夹持器、伸缩臂、升降臂和底座四大部件设计及二个系统：PC电控系统与液压控制系统设计。

夹持器安装于伸缩臂上，伸缩臂安装在升降臂上，升降臂安装在底座上。

连接方式均为法兰盘螺栓连接。

机械手工作过程如图2所示。

图2 机械手工作流程图码垛机械手结构如图3所示。

工作程序为：液压缸2伸出→四边形机构3下降→夹持器4夹紧工件5→液压缸2缩回→四边形机构3上升→底座1回转→（到达位置后）液压缸2伸出→四边形机构3下降→夹持器4放开工件5→液压缸2缩回→四边形机构3上升→底座1回转至原位。

然后进行下一循环。

改变夹持器形状，可夹持不同工件或物体。

二、设计参数（说明：工业机械手改换末端执行器和工作方式，可完成不同工件或物体的操作，基本结构、设计内容和控制程序大体相同。

本设计题目共分四种：工件工序转换机械手；箱体类物体移位机械手；工件翻转机械手；装箱机械手。

）本设计工业机械手由四个部分组成：底座回转部分、机身升降部分、伸缩臂伸缩部分和末端执行器夹持部分。

主机总体参数：圆柱形零件的尺寸为直径80毫米，高为150毫米，机械手回转角度为90度，升降高度为500mm，伸缩长度为300mm。

三、设计方案及要求（一）底座回转部分设计方案及要求1、转动角度90度，单向运动时间2秒；定位准确，要有定位措施。

2、采用回转支承机构，齿圈固定，液压马达行星齿轮传动或电机驱动。

3、与大臂和地基采用法兰联接。

（二）机身升降部分设计方案和要求1、升降臂起升高度：0—500mm，任意可调；2、单向升降运动时间：0—3s；3、可采用电机驱滚珠丝杠传动或液压传动齿轮倍程升降机构，共两种方案。

4、升降臂定位可靠、精确。

5、升降臂与旋转底座、伸缩臂为法兰连接；6、结构设计时考虑伸缩臂工作时的整机平衡；（三）伸缩臂设计方案和要求1、伸缩长度：300mm，伸缩臂固定在升降台上，随升降台做上下运动和旋转运动；伸缩臂前端安装机械手，用于夹持工件；伸缩臂直线伸缩，完成工件的工位转换。

2、单方向伸缩时间：1~1.5S3、可采用电机(伺服电机、步进电机)驱滚珠丝杠传动或液压驱动，共两种方案。

4、伸缩运动平稳，起动和终止无刚性冲击，定位准确，要有定位措施。

（四）夹持器设计方案和要求1、所要抓紧的工件直径为80mm。

2、抓持速度为20mm／s3、采用液压驱动连杆式或楔块式夹持器，有多种方案，方案自定。

4、加紧动作平稳，起动和终止无刚性冲击；由运动分析及所需夹持力得到机构各部分尺寸四、设计步骤及工作量设计步骤1、明确设计任务，收集分析资料认真阅读设计任务书，明确设计任务，查找收集有关资料，进行认真分析研究，了解类似机器人的结构和工作原理。

2、总体方案设计参考有关资料，进行方案设计。

确定各部分采用的具体方案，绘出结构草轶闻。

3、技术设计根据总体方案的结构形式，进行技术设计，进行运动设计和动力设计，选择元件，对主要零件进行强度和刚度计算初步确定主要结构尺寸。

4、图纸设计根据总体设计方案和技术设计的结果，进行图纸设计，按国家制图标准完成图纸设计。

5、编制技术文件按规定要求，编制设计计算说明书（毕业论文），准备毕业答辩。

设计内容和工作量1、方案选择，列出多方案分析对比，从中选优，进行系统设计，画出简图。

2、运动分析计算。

3、动力计算。

4、控制系统的设计和控制程序的编制。

5、结构设计、绘图，按学院要求，工程绘图量一般不少于折合成图幅为A0号的图纸3张。

机械装配图1张，电器控制图1张，液压控制图1张，零件图数量根据设计结果确定，为培养工程素质，要加大绘图量。

6、编制毕业设计说明书，毕业设计说明书正文字数不少于2万字（大约40页以上），查阅相关参考文献10篇以上，翻译与课题有关的英文资料2万个印刷字符以上，约5000个汉字。

五、控制系统设计本设计的控制系统包括液压控制和电器控制两部分。

液压控制部分参考液压相关教材进行设计。

电器控制的核心部分是PLC控制。

PLC控制系统的设计按以下程序和要求进行：1、分析控制过程与要求根据任务书要求，分析整个系统必须完成的动作与顺序，画出工艺流程图（各个动作的顺序及相应所需的执行器、行程开关）并具此而列出机械手动作的顺序表，（各个不许对应的输入条件，输出状态及个对应执行器的对应关系等）分析整个控制过程，即可确定PLC的输入输出两即相应的元件与设备。

2、选择PLC（1）I/O点数的估算根据上述分析的结果，进行统计估算，一般估算后再增加15%的点数。

（2）容量计算一般指令的条数为I/O点数的10-12倍左右，PLC的容量不得小于此要求。

（3）其它还应考虑功能，I/O接口模块（工作电压、负荷及匹配等）的要求。

我们此次设计选择的PLC定为F1或FX系列。

3、编制I/O分配表、图根据所选的PLC（F1或FX系列）的内部元件及输入输出的相关元件、设备，编制出I/O分配表、图4、软件设计根据任务书的要求，可以采用移位寄存指令或步进指令进行系统软件的设计，整个控制系统的设计应采用模块化设计。

六、图纸设计根据结构设计和计算的结果，进行图纸设计。

制图工作量不少于学院规定。

图面要求整洁，图幅、图样画法、尺寸公差、形位公差和表面粗糙度的标注等符合国家标准规定，装配图技术求中说明伸缩臂的技术参数及装配技术要求，标准件、外购件的规格型号应在明细表中注明。

七、编制设计计算说明书编制设计计算说明书的基本要求：1、设计计算说明书按统一格式打印装订。

2、正文的内容及格式：概述——方案设计（包括控制方案）——动力设计计算——主要零件的设计计算——结构设计及必要的说明（附图）——设计总结。

3、设计计算公式和参数选择正确，并注明出处，计算过程清晰、正确，单位统一，符合国家标准规定。

八、知识准备本设计涉及机、电、液各方面内容，可进行机械系统设计能力的训练、设计计算能力的训练、机械结构设计的训练、电器控制系统设计能力的训练、液压系统设计计算和回路设计能力的训练，查阅机械设计手册和相关技术资料的能力训练、阅读翻译科技英语的训练，知识涵盖面广，综合能力训练比较全面。

涉及到已学知识有：机械制图、理论力学、材料力学、机械原理、机械设计、工程材料、机制工艺、机电传动与控制、可编程控制器、液压传动与控制等。

在设计中应用到相关内容时要进行复习。

如采用步进电机作为驱动电机，可用PLC控制，也可用单片机控制，单片机知识不足的学生，可自行学习，通过自学，培养自己获取知识的能力。

九、本题目的重点和难点以及与同组其它学生所做题目的关系本题目的综合训练比较强，涉及知识面广，重点是对学生进行综合能力培养，在设计过程中培养工程思想，培养工程意识，理论联系实际，培养和提高初步设计能力。

本题目难度适中，难点不在于设计计算，而在于结合实际，进行结构设计，选择标准零部件，查阅设计手册，培养实际能力。

工业机械手由底座、机身、伸缩臂、末端夹持器和控制部分组成，不同部分，不同方案，组合成不同题目，每个学生所做题目都不完全相同，但各部分之间又有相互联系，设计中要有总体思想，注意和其他学生之间的接口联接。

十、指导方式和进度安排本次毕业设计采取集中指导和个别指导相结合的辅导方式。

根据设计进度，分阶段进行集中指导，要求每个学生要按要求完成规定时间的工作量，跟上设计进度。

对个别学生设计的困难的，或设计中有什么问题，可随时与老师联系，进行个别指导。

学生毕业设计在固定教室进行，教师经常到教室查看设计进度，解答学生设计中遇到的问题，并对学生出勤情况进行登记。

学生有事外出，必须请假（假条经辅导员签字，交指导老师登记）。

毕业设计过程不符合要求的学生不准参加毕业答辩。

进度安排：本次毕业设计时间总共16周，设计进度大致安排如下：第1周~第2周：收集资料，相关知识准备。

第3周~第8周：方案设计、设计计算、控制系统设计、草图设计。

第9周~第12周：图纸设计，完成全部设计图纸。

第13周~第14周：整理打印设计说明书。

学生要在第14周以前完成全部设计。

指导老师对设计成果进行评阅，不符合要求的要修改设计。

进行毕业答辩资格审查，达不到答辩要求的不能参加答辩。

学生准备毕业答辩，准备内容在答辩前讲。

毕业答辩，评定毕业设计成绩。

十一、参考资料的使用方法毕业设计涉及知识面很广，学生在设计过程中要注意培养获取知识的能力，除指定的参考资料外，可自己根据需要参考一些参考资料，还要学会从互联网上获取所需知识。

设计中用到参考资料中的内容，要在引用内容的右上角标出序号[x]，从互联网上查到的资料，要把网址列入参考资料中，并标出代号。

以下列出参考书目，供设计时参考，也可参考其它书，要特别注意参考书目的写法，毕业设计说明书中的参考书，要按以下格式列出。

[1] 张建民著.机电一体化系统设计（第二版）.北京:高教出版社,2001.8[2] 冯辛安主编.机械制造装备设计.大连:机械工业出版社,1999.10[3] 郑堤，唐可洪主编.机电一体化设计.北京:机械工业出版社,2005[4] 丁树模主编.液压传动.北京:机械工业出版社,2003[5] 王春行主编.液压控制系统.北京:机械工业出版社,2003[6] 孙训方,方孝淑编著.材料力学.人民教育出版社[7] 濮良贵,纪名刚主编.机械设计（第七版）.北京:高等教育出版社，2001[8] 徐灏主编.机械设计手册.北京:机械工业出版社，1991[9] 李绍炎主编.自动机与生产线.北京:清华大学出版社,2007[10] 可编程控制器应用技术、电器控制与可编程控制器。