直线机械手设计方案
机械手设计已整理
机械手设计摘要本文简要地介绍了工业机器人的概念，机械手的组成和分类，机械手的自由度和座标型式，气动技术的特点，PLC控制的特点及国内外的发展状况。
本文对机械手进行了总体方案设计，确定了机械手的座标型式和自由度，确定了机械手的技术参数。
同时，分别设计了机械手的夹持式手部结构以及吸附式手部结构;设计了机械手的手腕结构，计算出了手腕转动时所需的驱动力矩和回转气缸的驱动力矩;设计了机械手的手臂结构，设计了手臂伸缩、升降用液压缓冲器和手臂回转用液压缓冲器。
设计出了机械手的气动系统，绘制了机械手气压系统工作原理图。
利用可编程序控制器对机械手进行控制，选取了合适的PLC型号，根据机械手的工作流程制定了可编程序控制器的控制方案，画出了机械手的工作时序图和梯形图，并编制了可编程序控制器的控制程序。
关键词：工业机器人；机械手；气动；可编程序控制器(PLC)；机械手设计第一章绪论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。
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。
机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。
机器人应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标志。
机器人并不是在简单意义上代替人工的劳动，而是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置，既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力，又有机器可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力，从某种意义上说它也是机器的进化过程产物，它是工业以及非产业界的重要生产和服务性设各，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备.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。
机械手设计方案
机械手设计方案机械手设计方案引言：机械手是一种能模拟人手动作、完成复杂而重复的工作的机械装置。
本方案旨在设计一种功能全面、结构合理、操作简便的机械手。
一、功能设计：该机械手主要用于工业生产中的自动化操作。
设计中考虑到以下几个方面的功能需求：1.抓取能力：机械手需要具备稳定的抓取能力，能够根据需要抓取各种形状的物体。
2.运动自由度：机械手需要具备足够多的运动自由度，能够在空间中灵活操作。
3.力度控制：机械手需要根据不同任务的要求，能够对抓取力度进行精确控制。
4.操作平稳性：机械手的运动应平稳、精确，以实现高效的生产操作。
5.可编程性：机械手应具备可编程功能，可以根据不同任务需求进行多样化的操作。
二、结构设计：机械手主要分为下列几个部分：1.机械臂：机械臂是机械手的核心部分，应具备足够多的关节，以实现多自由度的运动。
同时，机械臂需要采用轻量化设计，以减小自身质量，提高运动效率。
2.末端执行器：末端执行器是机械手抓取物体的部分，应设计可自由伸缩的抓取夹具，以适应不同尺寸的物体。
3.传动系统：传动系统是机械手的动力系统，应选择高效可靠的传动装置，如电机和减速器组合，以保证机械手运动的精确性和稳定性。
4.控制系统：控制系统是机械手的智能核心，应具备高速、高精度、可编程的控制器，以实现机械手的自动化操作。
同时，控制系统应提供友好的人机界面，方便操作者使用。
三、操作流程：机械手的操作流程可分为如下几个步骤：1.输入任务指令：操作者通过控制系统输入任务指令，包括抓取位置、力度等参数。
2.开机准备：机械手启动后，进行预热和校准动作，以确保机械手处于正常工作状态。
3.感应物体：机械手的传感器感应物体位置和大小，确定抓取位置和姿态。
4.抓取物体：机械手根据输入的指令和感应到的物体信息，进行相应的运动和力度控制，将物体抓取起来。
5.完成任务：机械手将抓取的物体移动到指定位置，完成任务，并将完成情况通过控制系统反馈给操作者。
数控车床上下料机械手设计_毕业设计
1.3机械手的分类
1.根据用途不同分类
机械手按用途主要分为三类：第一类为通用机械手，它是一种不依赖于主机的独立装置，可以根据需要编写控制程序，完成所需的功能，这类机器人有球坐标式、圆柱坐标式和直角坐标式等多种形式，主要由基座、腰关节、大臂、小臂以及手爪等组成，在三维空间里具有很好的灵活性和通用性，因此具有广泛的应用，对于该类机器人的研究和应用已经颇为成熟，由于其良好的通用性，只要在手爪部位安装合适的装置即可完成相应的功能。
关键词：数控车床；机械手；气动元件；伺服电机
ABSTRACT
This designmainly aims at the manipulator of the CNC lathe processing rotor of loading process, and analysis the motion process of workpiece by the production line to the workbench. Mainly adopts pneumatic components, gas, manipulator grasping and flip functions such as oscillating cylinder, servo motor and ball screw is used to implement manipulator transverse shift, in order to realize the movement of the scheme. Through the design of manipulator used in CNC lathe design steps and methods of systematic knowledge, according to its design manipulator that economy is applicable, and the cylinder of the structure and working principle of the comprehensive control.
机械手总体方案毕业设计
机械手总体方案毕业设计引言：机械手是一种能够模拟人手动作的自动化装置，广泛应用于工业生产、医疗领域、科研实验等。
本总体方案旨在设计一台能够实现多自由度运动、具备灵活性和精确性的机械手。
一、设计目标：1.实现多自由度运动：机械手设计应具备足够的关节自由度，能够在不同方向和角度进行运动，适应不同工作场景的需求。
2.提高操作灵活性：机械手应具备灵活的手指和手腕，能够适应各种尺寸和形状的物体抓取，而不会因为形变而导致抓取失败。
3.实现精确控制：机械手的运动应具备高精度，并能够实现准确定位和精确操控。
4.提高安全性：机械手设计应考虑安全性，具备防护装置和自动停机等功能，确保操作人员的安全。
二、机械结构设计：1.关节设计：机械手应由多个关节组成，每个关节由电动机驱动，实现灵活的运动。
关节设计应具备足够的承载能力和稳定性，以确保机械手长时间运行的可靠性。
2.手指设计：机械手手指应具备可调节的灵活性，能够适应不同尺寸和形状的物体抓取。
手指可以采用弹性材料或具有可伸缩性的结构，以增加抓取的稳定性。
3.手腕设计：机械手腕部分应具备多自由度运动，既能够实现水平方向的旋转，又能够实现垂直方向的上下移动，以适应不同工作场景的需求。
4.传动系统设计：机械手的传动系统应选择合适的传动方式，如齿轮传动、链条传动等，以确保精确的位置控制和运动控制。
三、控制系统设计：1.电路设计：机械手的控制系统应包括电源、电机驱动器和数据传输装置。
电路设计应考虑供电稳定性、电磁干扰等因素，以确保机械手的正常运行。
2.传感器设计：机械手应搭载合适的传感器，用于感知物体的位置、形状和力度等参数，以实现对物体的准确抓取和操控。
3.控制算法设计：机械手的控制算法应具备实时性和精确性，能够根据传感器信息实现对机械手的准确控制。
常见的控制算法包括PID控制、模糊控制等。
4.用户界面设计：机械手的控制系统应提供友好的用户界面，使操作人员能够方便地操作机械手，并获取相关信息。
3个自由度机械手设计
3个自由度机械手设计在机械工程领域，自由度是指机械系统能够相对于给定的参考坐标系进行自由移动的能力。
一个自由度可以定义为系统中独立运动的最小数量。
在机械手设计中，自由度是一个重要的参数，决定了机械手的灵活性和能够执行的运动任务。
以下是三个具有不同自由度的机械手设计：1.二自由度机械手二自由度机械手通常由两个旋转关节组成，分别控制机械手在水平和垂直方向上的运动。
这种机械手设计常用于需要在平面上移动和旋转物体的应用，如装配线上的零件搬运和放置。
机械手的两个关节可以通过电机和传动装置控制，使得机械手能够沿不同方向进行精确的运动。
2.三自由度机械手三自由度机械手通常由两个旋转关节和一个直线关节组成，分别控制机械手在水平、垂直和前后方向上的运动。
这种机械手设计常用于需要进行更复杂操作的应用，如工业机器人中的装配和焊接。
机械手的旋转关节可以使机械手在水平和垂直方向上进行精确的定位，直线关节可以使机械手在前后方向上进行伸缩，从而实现更加灵活的操作。
3.六自由度机械手六自由度机械手是最常见的机械手设计，通常由三个旋转关节和三个直线关节组成。
旋转关节控制机械手在水平、垂直和绕轴方向上的运动，直线关节控制机械手在前后、左右和上下方向上的运动。
这种机械手设计在许多领域中得到广泛应用，如汽车制造、医疗设备和航空航天等。
六自由度机械手的设计使得机械手能够进行复杂的运动和操作，具有较高的灵活性和精确性。
总的来说，机械手的自由度是机械手设计中的一个重要参数，决定了机械手的灵活性和能够执行的运动任务。
不同自由度的机械手适用于不同应用场景，可以根据具体需求选择合适的机械手设计。
ok机械手空间直线控制
机械手空间直线控制一、空间直线插补原理机械手空间直线控制的核心算法是一种空间直线插补运算，此处用数字积分法为例说明其控制原理。
数字积分法又称数字微分分析法DDA（Digital Differential Analyzer），它具有运算速度快、脉冲分配均匀、易于实现多坐标联动及描绘平面各种函数曲线的特点，应用比较广泛。
其缺点是速度调节不便，插补精度需要采用一定措施才能满足要求。
由于计算机有较强的功能和灵活性，采用软件插补时，可克服上述缺点。
图5-1 函数y = f（t）的积分图5-2 平面二维直线如图5-1所示，函数y = f（t）在[t0,，t n]区间的积分，就是函数曲线与横坐标t在区间[t0,，t n]所围成的面积：（5-1）当时间间隔足够小的时候，可以认为此面积是许多小矩形的面积和，矩形的宽度为△t：（5-2）再把时间间隔看作单位“1”，积分式就可以转换为求和运算：（5-3）为了便于研究空间直线的联动插补，让我们先来分析一下平面直线插补规律，如图5-2所示。
X轴和Y轴在单位时间内的增量：（5-4）显然，（5-5）即：（5-7）由式（5-4）和（5-7），可以得到：（5-8）式（5-8）说明，只需要在单位时间内，X轴和Y轴同时分别进行和的累加，便能维持给定直线的插补规律。
可见，数字积分的实质是各轴按照单位时间节拍各自进行累加的过程：（5-9）累加到达目标点（，）时得到如下等式：（5-10）从式（5-10）可知，两根轴各自经过n = 1 / 个节拍的累加（分别累加和）后，可以按直线规律插补到终点。
而在单位时间内的直线插补各轴增量不大于1（要么是0，要么是1，总之不大于1），即：（5-11）显然，结论是n≥且n≥，可简化描述为：（5-12）式（5-12）表明：平面直线插补到终点需要最小的节拍数为终点坐标（单位：脉冲当量）的极大值。
根据上述推论，可得出DDA插补平面直线的重要结论：1、插补的运算过程就是各轴同时按节拍对自身终点坐标进行累加的过程，与他轴无关；2、当各轴累加器（余数寄存器）积累的数据达到n时，相应的轴就发一个脉冲；3、累加次数n（可作终点计数器）不小于终点坐标极大值（单位为最小脉冲当量）。
机械手总体方案设计范文
机械手总体方案设计一、背景与目的机械手作为一种智能化、精准高效的装配工具，在工业制造领域中应用较为广泛。
本文的设计目的是为制造业企业提供一种可靠性高、精度高、成本低的机械手总体方案，以提高装配速度、减少劳动成本，提升生产效率，促进企业发展。
二、机械手总体设计方案机械手总体设计需要考虑到机器人的工作环境、工作物体、工作任务、控制要求等多方面因素，我们总结出以下机械手设计方案：1.工作环境基于机器人企业实际应用中资金和场地的限制，我们决定采用基于三轴方案的机械手设计，即机械手的运动空间仅包括X、Y、Z三个轴，安装在固定的平台上进行工作。
2.工作物体本方案的机械手设计主要针对小型零部件装配和物品搬运，静载荷在5KG以内。
根据零部件的尺寸大小、重量等参数，考虑采用柔性指夹爪作为机械手的主夹具，以适应不同形状、大小的零部件抓取和移动。
3.工作任务机械手的主要工作任务是零部件的装配和移动，具体包括：完成零部件间的组装，完成零部件的放置和摆放，根据工艺要求完成零部件的切割、粘接等工作。
4.控制要求机械手控制需要达到以下要求：•精度高：机械手要求定位精度小于0.1mm，重复定位精度小于0.05mm，以确保零部件的精准装配。
•运动快：机械手的最大末端速度要求大于1000mm/s，以保证零部件的高效装配。
•可编程行：机械手的行动需要可以灵活编程，在不同的工艺生产场合中进行。
•安全性高：机械手要求在危险区域、电气扰动等不安全情况下能够及时停止运动。
三、机械手硬件设计1.机械手机构设计机械手机构设计以柔性指夹爪为主夹具，同时根据零部件的特点设计不同的补偿机构，以适应各类工作任务。
2.机械手控制系统设计机械手控制系统包括传感器、控制芯片、控制软件等多个部分，通过这些设备完成机械手的姿态控制、位置控制等功能。
其中，机械手的控制软件需要具备编程灵活、参数调节方便等特点。
3.机械手电气系统设计机械手的电气系统包括各种传感器、控制器、电机及相关电路。
机械手的总体方案设计
第1章机械手的总体方案设计1.1机械手的传动方案设计按机械手手臂的不同形式及组合情况其活动范围也是不同的，基本上可以分为四种运动形式：直角坐标式、圆柱坐标式、球坐标式、关节坐标式。
根据工作要求可选择直角坐标式，具体设计成悬挂式。
其优点为：（1）多臂悬挂式的机械手对刚性联结的自动生产线非常实用，可以在各工位间传递工件，各臂均悬挂在生产线上方的横梁上，臂间距离和工位距离相等，手臂可同步地沿横梁平移一个工位间距，把工件从一个工位移动到下一个工位，可以减少随行夹具和其他装置，提高自动化程度。
（2）悬挂式机械手占地面积小，能有效的利用空间。
（3）悬挂式机械手结构简单，成本底。
该凸轮轴加工自动线上的送料机械手采用液压驱动，PLC控制，其中采取液压驱动有以下优点：（1）压力高，可实现较大的驱动力，且机构可以做的轻小，紧凑。
（2）可实现无级变速，定位精度高，系统固有频率小，压力、容量调节容易。
（3）重量小，惯性小，可以做到快速的变速和换向，控制容易，动作平稳，滞后小。
1.2主要技术参数的确定机械手的主要技术参数包括抓重、自由度、定位精度、重复定位精度、工作范围、最大速度及承载能力。
主要参数如下：抓重：3kg自由度：3个工作范围：前后移动：1800mm上下升降：350mm横移：50mm驱动方式：液压驱动控制方式：PLC控制缓冲方式：节流回路1.3 机械手的配置和工作原理图一上下料机械手简图该加工自动线上有五只送料机械手，它们的结构完全相同，均能作前后移动、上下升降和横移运动。
（上下料机械手简图如图一）前后移动、升降和横移运动是各自的伸缩油缸带动的，自动线的各工序按照加工顺序（从左向右）依次排列的。
如图二所示：图二凸轮轴自动线机械手配置图该送料机械手的动作顺序为：原位——下降（抓料）——向左横移——上升——向后横移——下降——向右横移（放料）——上升——向后横移——原位第2章上下料机械手的机械结构设计2.1上下料机械手的总体结构上下料机械手由几个主要组成部分：（1）前后行走机构（带滚轮的三角形支架）；（2）横移油缸及其滚轮机构；（3）升降油缸；（4）手部支撑板；（5）机械手手部（两个夹持式手部）。
机械手臂的作用、组成以及设计要求
机械手臂的作用、组成以及设计要求一、机械手臂的作用和组成1、作用手臂一般有3个运动：伸缩、旋转和升降。
实现旋转、升降运动是由横臂和产柱去完成。
手臂的基本作用是将手爪移动到所需位置和承受爪抓取工件的最大重量，以及手臂本身的重量等。
2、组成手臂由以下几部分组成：（1）运动元件。
如油缸、气缸、齿条、凸轮等是驱动手臂运动的部件。
（2）导向装置。
是保证手臂的正确方面及承受由于工件的重量所产生的弯曲和扭转的力矩。
（3）手臂。
起着连接和承受外力的作用。
手臂上的零部件，如油缸、导向杆、控制件等都安装在手臂上。
此外，根据机械手运动和工作的要求，如管路、冷却装置、行程定位装置和自动检测装置等，一般也都装在手臂上。
所以手臂的结构、工作范围、承载能力和动作精度都直接影响机械手的工作性能。
二、设计机械手臂的要求1、手臂应承载能力大、刚性好、自重轻手臂的刚性直接影响到手臂抓取工件时动作的平稳性、运动的速度和定位精度。
如刚性差则会引起手臂在垂直平面内的弯曲变形和水平面内侧向扭转变形，手臂就要产生振动，或动作时工件卡死无法工作。
为此，手臂一般都采用刚性较好的导向杆来加大手臂的刚度，各支承、连接件的刚性也要有一定的要求，以保证能承受所需要的驱动力。
2、手臂的运动速度要适当，惯性要小机械手的运动速度一般是根据产品的生产节拍要求来决定的，但不宜盲目追求高速度。
手臂由静止状态达到正常的运动速度为启动，由常速减到停止不动为制动，速度的变化过程为速度特性曲线。
手臂自重轻，其启动和停止的平稳性就好。
3、手臂动作要灵活手臂的结构要紧凑小巧，才能做手臂运动轻快、灵活。
在运动臂上加装滚动轴承或采用滚珠导轨也能使手臂运动轻快、平稳。
此外，对了悬臂式的机械手，还要考虑零件在手臂上布置，就是要计算手臂移动零件时的重量对回转、升降、支撑中心的偏重力矩。
自动上下料机械手毕业设计
3．机器人中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器，而遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行决策控制；多传感器融合配置技术成为智能化机器人的关键技术。
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。
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能。目前国外已经出现了触觉和视觉机械手。
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。
瑞士RETAB公司生产一种涂漆机械手，采用示教方法编制等。
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。
机械手设计剖析
一、总体方案设计1.1设计任务基本要求:设计一个多自由度机械手（至少要有三个自由度）将最大重量为40Kg的工件，由车间的一条流水线搬到别一条线上；二条流水线的距离为：1000mm；工作节拍为：70s；工件：最大直径为160mm 的棒料；1.2总体方案确定1.2.1自由度自由度是指机器人所具有的独立坐标轴运动的数目，但是一般不包括手部（末端操作器）的开合自由度。
自由度表示了机器人灵活的尺度，在三维空间中描述一个物体的位置和姿态需要六个自由度。
机械手的自由度越多，越接近人手的动作机能，其通用性就越好，但是结构也越复杂，自由度的增加也意味着机械手整体重量的增加。
轻型化与灵活性和抓取能力是一对矛盾，，此外还要考虑到由此带来的整体结构刚性的降低，在灵活性和轻量化之间必须做出选择。
工业机器人基于对定位精度和重复定位精度以及结构刚性的考虑，往往体积庞大，负荷能力与其自重相比往往非常小。
一般通用机械手有5～6个自由度即可满足使用要求（其中臂部有3个自由度，腕部和行走装置有2～3个自由度），专用机械手有1～2个自由度即可满足使用要求。
在控制器的作用下，它执行将工件从一条流水线拿到另一条流水线这一动作。
在满足前提条件上尽量使结构简单，所以我们这次选择5自由度机械手。
1.2.2机械手基本形式的选择常见的工业机械手根据手臂的动作形态,按坐标形式大致可以分为以下4种: (1)直角坐标型机械手：特点：操作机的手臂具有三个移动关节，其关节轴线按直角坐标配置。
优缺点：结构刚度较好，控制系统的设计最为简单，但其占空间较大，且运动轨迹单一，使用过程中效率较低。
结构图：(2)圆柱坐标型机械手：特点：操作机的手臂至少有一个移动关节和一个回转关节，其关节轴线按圆柱坐标系配置。
优缺点：结构刚度较好，运动所需功率较小，控制难度较小，但运动轨迹简单，使用过程中效率不高。
结构图：( 3)球坐标(极坐标)型机械手：特点：操作机的手臂具有两个回转关节和一个移动关节，其轴线按极坐标系配置。
机器人机械手的设计要求
机械手的设计要求机械手总体结构的类型工业机器人的结构形式主要有直角坐标结构，圆柱坐标结构，球坐标结构，关节型结构四种。
各结构形式及其相应的特点，分别介绍如下。
1.直角坐标机器人结构直角坐标机器人的空间运动是用三个相互垂直的直线运动来实现的.由于直线运动易于实现全闭环的位置控制，所以，直角坐标机器人有可能达到很高的位置精度（μm级）。
但是，这种直角坐标机器人的运动空间相对机器人的结构尺寸来讲，是比较小的。
因此，为了实现一定的运动空间，直角坐标机器人的结构尺寸要比其他类型的机器人的结构尺寸大得多。
直角坐标机器人的工作空间为一空间长方体。
直角坐标机器人主要用于装配作业及搬运作业，直角坐标机器人有悬臂式，龙门式，天车式三种结构。
2.圆柱坐标机器人结构圆柱坐标机器人的空间运动是用一个回转运动及两个直线运动来实现的。
这种机器人构造比较简单，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。
3. 球坐标机器人结构球坐标机器人的空间运动是由两个回转运动和一个直线运动来实现的。
这种机器人结构简单、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。
4. 关节型机器人结构关节型机器人的空间运动是由三个回转运动实现的。
关节型机器人动作灵活，结构紧凑，占地面积小。
相对机器人本体尺寸，其工作空间比较大。
此种机器人在工业中应用十分广泛，如焊接、喷漆、搬运、装配等作业，都广泛采用这种类型的机器人。
手臂的设计要求机器人手臂的作用，是在一定的载荷和一定的速度下，实现在机器人所要求的工作空间内的运动。
在进行机器人手臂设计时，要遵循下述原则；1.应尽可能使机器人手臂各关节轴相互平行；相互垂直的轴应尽可能相交于一点，这样可以使机器人运动学正逆运算简化，有利于机器人的控制。
2.机器人手臂的结构尺寸应满足机器人工作空间的要求。
工作空间的形状和大小与机器人手臂的长度，手臂关节的转动范围有密切的关系。
但机器人手臂末端工作空间并没有考虑机器人手腕的空间姿态要求，如果对机器人手腕的姿态提出具体的要求，则其手臂末端可实现的空间要小于上述没有考虑手腕姿态的工作空间。
四自由度棒料搬运机械手设计全套图纸
编号无锡太湖学院毕业设计（论文）题目：四自由度棒料搬运机械手设计信机系机械工程及其自动化专业学号：学生姓名：指导教师：（职称：讲师）（职称：）2013年5月25日无锡太湖学院本科毕业设计（论文）诚信承诺书本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文）《四自由度棒料搬运机械手设计》是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果，除了在毕业设计（论文）中特别加以标注引用、表示致谢的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人、集体已发表或撰写的成果作品。
班级：学号：作者姓名：2013 年5 月25 日无锡太湖学院信机系机械工程及其自动化专业毕业设计论文任务书一、题目及专题：１、题目四自由度棒料搬运机械手设计２、专题二、课题来源及选题依据机器人工程是近二十多年迅速发展起来的，目前已应用与许多生产领域。
由目前的发展状况看，在可预见的将来它将在生产中扮演越来越重要的角色。
本机械手就是基于此并为提高劳动生产率、产品质量和经济效益，减轻工人劳动强度而设计的。
在某些劳动条件极其恶劣的条件下，工人难以用手工工作，可用本机械手代替人力劳动。
在社会不断发展的今天，机器人在工业现场中的应用也越来越广泛，用机器的力量代替人力，而将人类从繁重的体力劳动中解放出来是历史发展的趋势。
三、本设计（论文或其他）应达到的要求：1、机械手的总体设计，包括型式选择、基本参数确定、总体布置与主要结构设计。
并绘制整体装配图。
2、机械手传动机构的设计，包括滚珠丝杠的选择，谐波齿轮减速器参数的确定。
3、机械手各种电机的选择。
包括机械手手臂升降步进电机的选择，机械手底座回转驱动电动机的选择。
4、机械手各气动件的设计计算。
5、设计说明书一份。
6、所有非标零件需画出零件图。
四、接受任务学生：机械92 班姓名五、开始及完成日期：自2012 年11月12日至2013年5 月25日六、设计（论文）指导（或顾问）：指导教师签名签名签名教研室主任〔学科组组长研究所所长〕签名系主任签名2013年5月25日摘要在社会不断发展的今天，机器人在工业现场中的应用也越来越广泛，用机器的力量代替人力，而将人类从繁重的体力劳动中解放出来是历史发展的趋势。
机械手及控制系统设计
.河北工程大学课程设计指导说明书课程题目: 机械手及控制系统设计专业: 机械设计制造及其自动化—机电方向班级: 机制11班**: **学号*************: ***目录第一章绪论1.1 题目要求。
3 1.2 题目概况。
3 1.3 气动机械手。
3 1.4 气动机械手的发展趋势。
3 1.5 课题的现实意义。
4第二章气动机械手的操作要求及功能2.1 机械手移动动作示意图。
5 2.2 机械手操作面板图。
5 2.3 机械手的输入\输出信号定义图。
6 2.4 机械手顺序动作的要求。
6第三章机械部分设计3.1 气动搬运机械手的结构。
8 3.2 机械手的主要部件及运动。
8 3.3 驱动机构的选择。
9 3.4 机械手的技术参数列表。
9 3.5 气动回路的设计。
9 3.6 末端执行器的设计。
10 3.7 升降手臂的设计。
12 3.8 平移手臂的设计。
14第四章机械手控制设计4.1 PLC的简介。
16 4.2 PLC的应用领域。
16 4.3 PLC的系统组成。
16 4.4 PLC的定义及选择。
174.4.1 机械手传送系统输入点和输出点分配表。
174.4.2 原理接线图。
184.4.3 控制程序流程图。
19 4.5 机械手控制软件设计。
214.5.1 控制系统程序。
214.5.2 手动单步操作程序。
214.5.3 机械手系统梯形图。
234.5.4 语句表程序设计。
24第五章课程设计总结第一章绪论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，它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务。
在构造和性能上兼有人和机器的优点，尤其体现了人的智能和适应性。
机械手作业的准确性和各种环境中完成作业的能力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景。
1.1 题目要求题目：机械手及控制系统设计要求：机械手的各动作由气缸驱动，并由电磁阀控制1.2 题目概况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。
包装生产线搬运机械手设计
包装生产线搬运机械手设计一、设计背景在现代的工业生产中，包装生产线上通常需要大量的物料搬运和包装操作。
传统的人工搬运存在效率低下、产能受限等问题，因此需要引入机械手进行自动化搬运操作，以提高生产效率和质量。
二、设计目标设计一种具有高效、稳定、灵活性好的包装生产线搬运机械手，以满足以下要求：1.能够准确、稳定地抓取和放置各种形状、大小的物体。
2.能够适应不同速度和位置的自动包装生产线。
3.具备较高的自动化程度，减少人工干预。
4.结构紧凑，易于安装和维修。
5.具备安全保护功能，避免人员和设备的伤害。
三、机械手结构设计1.控制系统：采用PLC程序控制机械手的各项动作，保证操作的稳定性和准确性。
2.运动系统：采用直线导轨和伺服电机控制机械手的升降、伸缩、旋转运动，并结合测距传感器实现自适应调整和位置精准定位。
3.夹持系统：采用气动夹具和电磁吸盘，根据不同物体的特点，实现不同的夹持方式，确保抓取和放置物体的稳定性和安全性。
4.增强视觉系统：配备高精度视觉传感器和图像处理系统，能够实时识别和跟踪物体，并根据物体的位置和形状进行相应的搬运动作。
5.安全保护系统：设置紧急停止按钮、安全围栏和传感器，确保机械手在操作过程中不会对人员和设备造成伤害。
四、工作流程设计1.启动机械手：通过控制系统将机械手从待机状态切换到工作状态。
2.目标识别：通过视觉系统对待搬运的物体进行识别和跟踪，并获取物体的位置和形状信息。
3.抓取物体：根据识别到的物体信息，控制机械手进行夹持动作，确保将物体稳定抓取。
4.运动调整：根据物体的位置信息，控制机械手进行升降、伸缩、旋转等运动调整，以适应不同的搬运需求。
5.物体搬运：将抓取到的物体准确地放置到目标位置上。
6.循环工作：机械手根据设定的程序，在包装生产线上进行循环的搬运任务，直到所有物体搬运完毕。
7.停止机械手：完成搬运任务后，机械手返回待机状态，等待下一次工作任务。
五、结构优化设计根据实际使用情况和需要1.调整夹具和吸盘的形状和大小，以适应不同物体特点的搬运。
机械手课程设计书
201240140218课程设计说明书课程名称单片机课程设计（机械手）教学院机电工程学院专业械电子工程班级12机械电子2班小组成员万明重指导教师李涛, 雷才洪2015 年 6 月9 日目录摘要 (2)第1章概述 (3)1.1设计目的 (3)1.2课题的内容和要求 (4)1.3进度安排 (4)1.4设计进度安排 (4)1.5基本要求 (5)第2章课程设计的总体方案 (6)2.1总体方案的确定 (6)2.2 机械结构的设计 (6)2.3 软件设计 (6)第3章机械部分设计 (7)3.1 元器件选型 (7)3.2 机械结构构件及说明 (7)3.3 工作台外形尺寸及重量初步估算 (8)3.4 滚珠选择 (8)3.5滑块导轨的选择与校核 (8)3.6 弯曲应力σm的计算 (9)3.7选择联轴器的考虑因素 (10)3.8 轴承的选用与校核 (11)第4章控制系统的设计 (14)4.1 控制系统硬件电路的设计 (14)4.2控制系统软件编程设计 (16)参考资料 (18)附录一：cad图纸 (19)附录二：proe图 (20)附录三：程序 (22)摘要机械手技术涉及到电子、机械学、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。
随着工业自动化发展的需要，机械手在工业应用中越来越重要。
文章主要叙述了机械手的设计过程，文章中介绍了机械手的设计理论与方法。
本课题以52单片机为核心设计，通过AutoCAD，proe技术对机械手进行结构设计，实现所需要的功能。
关键词：机械手、52单片机、AutoCAD、Proe第1章概述机械化、自动化已成在现代工业中突出的主题。
化工等连续性生产过程的自动化已基本得到解决。
但在机械工业中，加工、装配等生产是不连续的，机器人的出现并得到应用，为这些作业的机械化奠定了良好的基础。
机械手，多数是指程序可变（编）的独立的自动抓取、搬运工件、操作工具的装置（国内称作工业机械手或通用机械手）。
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直线机械手设计方案芜湖哈特机器人产业技术研究院有限公司日期：2015年8月7日一、项目概述项目设计的直线机械手是针对DMG310机床和冲压专用机床配套使用。
设计内容包括直线机械手及上料器，满足以下运动过程。
机械手从上料器取料，料为直径∅25×260，通过机械手送到DMG310机床加工，加工半成品后靠根抓取直径为∅20，取出后送到冲压专用机床，返回上料器待命。
二、项目要求机械手横梁总长为8020mm，有效行程为5400mm，抓取的高度范围为780-1900mm，机械手有5个支脚。
下图为机械手俯视图，同时，从机械手系统平面布局来看，其机械手放置在机床的上面。
设计的机械手采用西门子PLC控制系统，能与主机系统（西门子）实现数据通讯。
机械手俯视图机械手系统平面布局图项目要求。
序号名称参数1 时间5分钟为一个循环周期2 工件重量及形状1kg，∅25×2603 上料器一次上料为20-30个4 X轴有效行程5400mm5 Z轴有效行程1120mm6 控制系统采用PLC控制三、项目实施方案本项目从机械、电气控制方面具体展开项目的实施方案。
从机械手系统图中，系统包括机架、机械手、DMG310机床、专用冲压机床、控制柜、上料器等组成。
机架用于安装机械手，采用5个支脚结构。
机械手包含两个自由度（X轴直线运动单元和Z 轴直线运动单元）和两个动作（摆台旋转180度和工件夹具）。
X轴直线运动单元有效行程为5400mm，Z轴直线运动单元有效行程为1120mm。
DMG310机床和专用冲压机床用于工件的加工。
控制柜用于安装电气元件及控制机械手系统。
上料器用于机械手自动夹取工件。
机械手系统图机械手系统图整个机械手系统中，机械手提供X轴，Z轴两个运动方向，机械手末端设置一个旋转和一个工件加紧动作。
上料器出口、DMG310机床三爪卡盘、专业冲压机床卡盘在同一条直线上。
下图列出了系统的运动过程。
从图中可以看出。
机械手首先从上料器取工件，送到DMG310三爪卡盘里，等待DGM310机床加工，加工完成后，机械手取出半成品送到专用机床上。
完成后返回到上料器等待下一次循环过程。
（一）机械设计根据项目的描述，机械结构设计包括机架结构设计、机械手设计（包含夹具设计）、上料器设计等。
（1）机架结构设计。
机架主体需要承受机械手，同时需要很好的稳定性，项目需要设置5个支脚。
同时为了考虑安装，横梁通过装配固定。
五个支脚分别采用斜拉杆固定。
结构如图所示。
（2）机械手设计。
机械手为X 轴，Z 轴两个运动，X 轴有效行程为5400mm ，Z 轴有效行程为1120mm 。
考虑到行程较大，采用齿轮齿条结构的传动直线单元。
设置X 轴与Z 轴的运动速度为0.4m/s 。
考虑到机械手末端需要安装两个自由度以及夹具，初步设计负载为10kg 。
重复定位精度不小于0.1mm 。
X 轴直线运动单元选用齿轮齿条传动直线运动单元，有效行程 5400mm 。
Z 轴直线运动单元选用齿轮齿条传动直线运动单元，有效行程 1120mm 。
X 轴减速机选用行星减速机减速比为80/20 。
Z 轴减速机选用行星减速机减速比为上料器取料送到DMG310三爪卡盘取半成品送到专用机床DGM310加工返回上料器待命120/20，X 轴电机选用750W 伺服电机Z轴电机选用1.5KW 带抱闸伺服电机。
机械手基本参数名称参数说明X轴运动单元有效行程5400mm，负载100kg，重复精度0.1mmZ轴运动单元有效行程1120mm，负载10kg，重复精度0.1mmX轴减速机传动比80/20Z轴减速机传动比120/20X 轴电机750WZ轴电机 1.5KW （带抱闸）旋转动作采用气动摆台，选用的是齿轮齿条式摆台，可实现0-190°角度调整。
末端采用气爪，开合最大距离为24mm，两手指加紧力根据气压调节。
夹具设计应方便安装，夹取工程中需要夹具直径为25mm和直径为20mm。
设计的夹具如图所示。
夹具示意图摆台、气爪、夹具通过法兰连接，其连接图如下。
摆台、气爪、夹具连接图（3）上料器设计。
上料器需要满以下条件：1、保证上料器前面的工件在机械手抓取范围内。
2、抓取前一个工件之后，后面一个工件自动补充。
考虑到这两个因素后，初步设计上料器的高度为1000mm，宽度为400mm。
上料器一次能容纳20-30个。
上料器设计成斜面，采用气缸将末端工件提起出来，便于夹取。
（二）电气控制设计电气控制采用西门子PLC控制，选用型号为S7-1215C。
S7-1200系列PLC 具有集成PROFINET接口、强大的集成工艺功能和灵活的可扩展性等特点，为各种工艺任务提供了简单的通信和有效的解决方案。
S7-1215C含有2路以太网通信端口，14点数字量输入、2点模拟量输入和10点数字量输出，2路100K高速脉冲输出。
因PLC 数字量点数偏少，增加了DIO板卡SB1223，8路数字量输入，8路数字量输出。
显示器采用西门子7寸精简面板KTP700 Basic PN。
用户可以通过显示屏进行系统设置和运行程序。
控制柜设计应满足安装方便，外观美观，同时为了操作方便，在控制柜的上安装显示屏，方便用户操作。
同时控制柜上安装一些导轨，便于安装电气元器件。
控制柜为保证系统位置精度，机械手开机后进行零位查找，因此设置两个零位开关。
为了保证系统安全性，在X轴、Z轴两侧分别设置了限位开关；在上料器两侧使用一对光电开关检测工件有无。
下图是系统各设备位置示意图。
系统各设备位置示意图系统开机后，手动测试X 轴、Z 轴的限位开关D 点、C 点、E 点、F 点以及零位开关A 点和B 点。
测试无故障后，机械手运动到上料器位置初始点，光电开关检测到有工件，机械手下降高度H2后，电磁阀控制夹具夹取工件。
若开关检测当前无工件， 则系统等待。
抓取到工件后机械手回升到初始点，继而运动到加工点。
待机械手下降H1，将工件输送动三爪卡盘中，返回到加工点。
再次等待DMG310门打开，机械手将工件取出，机械手运动到冲压点。
待专用冲压机床门打开，机械手下降H3，将半成品输送到卡盘中，回升到冲压点，继而运动到初始点，等待下一个过程。
机械手夹取系统有手动、自动以及示教三种模式。
手动模式用于设备的开机检查，示教模式用于记录系统运动过程，应用于自动模式，系统最多可保存三种运动过程。
示教模式完成后，自动模式调用示教数据，完成自动运行。
其系统的结构控制如下所示。
控制总体结构机械手夹取系统手 动自 动示 教回零位至初始位取料放料加工完成检测换料系统的程序流程图如下：开始系统上电零点检测及限位检测自动运行否本工作位置结束是系统断电结束系统流程图开始否检测是否有信号是取料加工结束自动运行图四、技术问题1、机械手旋转及工件夹取需要气源，设备是自配空气压缩机，还是车间配置气源。
2、机械手需要DMG310机床或专用冲压机床一个输入信号，将工件放置到三角卡盘中，此信号是通过DMG310机床或专用冲压机床门上安装光电开关，还是通过通讯方式实现。
3、机械手将工件放入DMG310机床中，机械手等待机床加工工件，是通过DMG310机床给定信号，还是通过延时信号实现机床完成加工工件。
4、机械手对工件需要精确定位，因此工件的表面粗糙度及尺寸公差如何。
五、项目预算产品数量/套说明单价（元/套）元（两套）机械结构 2 包括机架、上料器、夹具、24000 48000机械手 2 X直线运动单元、Z直线运动单元、X 轴减速机、Z 轴减速机、X 轴电机、Z 轴电机、摆台、气爪。
64000 128000控制系统软硬件2 控制柜、控制器、显示屏、DIO板卡，软件编程(调试)。
52000 104000辅助器件 2 包括电磁阀2个，过滤阀1个、限位开关4、光电开关6个，线缆、气管接头等。
3000 6000 设计费用 1 45000 45000 包装运输费用 2 3000 6000 人工安装 2 12000 24000 其他费用 2 设计研发过程中不可预知费用8000 16000 税费 2 费率17%35870 64090 总价（元）246870 441090 一套总价为贰拾肆万陆仟捌佰柒拾圆，两套总价为肆拾肆万壹仟零玖拾圆附录PLC 1215C 技术参数尺寸W x H x D（mm）130 x 100 x 75重量520 g功耗12 W可用电流（SM 和CM 总线）最大1600 mA（ 5 V DC）可用电流（24 V DC）最大400 mA（传感器电源）数字输入电流消耗（24 V DC）所用的每点输入4 mA用户存储器125 KB 工作存储器/4 MB 负载存储器，可用专用SD 卡扩展/10 KB 保持性存储器板载数字I/O14 点输入/10 点输出板载模拟I/O 2 点输入/2 点输出位存储器（M）8192 个字节信号模块扩展最多8 个信号模块信号板扩展最多 1 块信号板通信模块扩展最多 3 个通信模块高速计数器共 6 个单相：3 个100 kHz 以及 3 个30 kHz 的时钟频率；正交相位：3 个80 kHz 以及 3 个20 kHz 的时钟频率端口数 2类型以太网接数• 3 个用于HMI• 8 个用于客户端GET/PUT(CPU 间S7 通信)• 1 个用于编程设备• 8 个用于用户程序中的以太网指令• 3 个用于服务器GET/PUT(CPU 间S7 通信)电压范围20.4 －28.8 V DC/22.0 －28.8 V DC（环境温度-20ºC －0 ºC）输入电流最大负载时仅包括CPU最大负载时包括CPU 和所有扩展附件24 V DC 时500 mA 24 V DC 时1500 mA脉冲串输出频率（Qa.0 和Qa.2）最大100 kHz，最小2 HzDIO板卡SB1223 技术参数尺寸W x H x D（mm）45 x 100 x 75重量210 g功耗 2.5 W电流消耗（SM 总线）145 mA电流消耗（24 V DC）所用的每点输入4 mA数字输入输入点数8类型漏型/ 源型（IEC 1 类漏型）额定电压 4 mA 时24 V DC，额定值允许的连续电压最大30 V DC浪涌电压35 V DC，持续0.5 s同时接通的输入数8数字输出输出点数8类型固态－MOSFET电压范围20.4 －28.8 V DC灯负载 5 W通态触点电阻最大0.6 Ω浪涌电流过载保护无开关延迟断开到接通最长为50μs接通到断开最长为200μs同时接通的输出数8精简面板KTP700 Basic PN 技术参数显示屏TFT 真彩液晶屏，64K 色尺寸（英寸）7分辨率（宽x 高，像素）800 x 48020,000背光平均无故障时间（MTBF10），小时）前面板尺寸（mm）214 x 158操作方式8个功能按键（可编程）用户内存10 MB接口PROFINET（以太网）画面数100可用组态软件WinCC Basic V13 或更高版本棒图/ 曲线图√ / f(t)矢量图√画面数100变量800报警系统（报警数量/ 报警类别）1,000 / 32。