三自由度机械手的结构设计论文
本科毕业设计--3个自由度机械手设计
目录第一章引言 (2)1.1 机械手的分类 (2)1.2 机械手的组成 (5)1.3 应用机械手的意义 (7)第二章总体技术方案及系统组成2.1 原始数据 (8)2.2 工作要求 (8)2.3 系统组成 (9)2.4 总体技术方案 (9)2.4.1 动作分析 (10)2.4.2 手部 (10)第三章机修手的液压部分3.1 液压系统的工作原理 (12)3.2 液压传动的工作特性 (12)3.3 液压系统的组成 (12)3.4 液压系统的优,缺点 (13)第四章回转装置的总体组成和结构设计4.1 回转装置的组成 (15)4.1.1 执行件 (15)4.1.2 传递件 (15)4.1.3 驱动件 (15)4.1.4 控制系统 (16)第五章机械传动方案的设计与计算5.1 小车的主要组成部分 (17)5.2 同步带传动方式优缺点 (17)5.3 驱动动力源 (18)5.4 机械方案的传动设计计算 (19)5.4.1 设计数据确定 (19)5.4.2 同步带的结构设计计算 (20)总结与展望 (25)设计小结 (26)致谢 (27)参考文献 (28)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的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、喷绘、搬运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。
本课题将设计一台三自由度的工业机器人，用于给冲压设备运送物料。
首先。
本课题将设计机器人的底座、大臂、小臂和机械手的结构，然后选择合适的传动方式、驱动方式、搭建机器人的结构平台。
AbstractIn the modern large-scale manufacturing industry, enterprises to improve production efficiency, guarantee the product quality, the general importance of the production process automation, industrial robots for automatic production line important members, the company gradually recognized and used. Industrial robot technology and applications to some extent reflect the level of a country's level of industrial automation, at present, the industrial robot is mainly responsible for the welding, printing, handling and stacking repetitive labor intensity and great work, work are normally taken to teaching and playback mode.This topic is to design a industrial robot with three DOFs, used for the transportation of materials to the stamping device. First. This topic will be the design of robot base, big arm, small arms and the structure of the manipulator, and then select the appropriate drive, driving mode, build the structure of robot platform.第一章引言机械工业是国民的装备部，是为国民经济提供装备和为人民生活提供耐用消费品的产业。
基于步进电机的三自由度直角型机械手设计
摘 要在工业上，自动控制系统有着广泛的应用，如工业自动化机床控制、计算机系统、 机器人等。
其中工业机器人是相对较新的机械电子设备，它在现代化工业生产中正扮演 着越来越重要的角色。
全自动化工业机械手有能模仿人手和手臂的某些动作功能，用固定程序搬运，抓取 物体或操作工具的自动操作装置，机械手主要由手部和运动机构组成。
按照搬运或者抓 去的物件形状、尺寸、重量、材料和作业环境等的要求的不同，手部有几种结构形式， 吸附型，托持型和夹持型等。
运动机构的功能是使手部完成各种动作：移动、转动等运 动来实现规定的动作。
机构的伸缩、升降和旋转等运动方式，称为机械手的自由度。
本 设计选用三自由度直角坐标型工业机器人，其工作方向为四个直线方向，是通过滚珠丝 杠来实现小臂与大臂的伸缩，升降。
而这些动作都是通过在步进电机的带动下进行。
在 控制器的作用下， 它将执行将工件从一条流水线抓取并运送到另一条流水线这一简单的 动作。
本篇论文主要对机械手的传动部分滚珠丝杠与步进电机进行了计算， 计算内容主要 包括工业机器人的传动机构的设计，以及其机械传动装置的选择。
另外对控制部分的描 述主要有单片机的控制方案，接线原理图以及程序流程图等。
关键词：三自由度，直角坐标，工业机器人ABSTRACTIndustrially, automatic control systems have a wide range of applications, such as automation machine tool control, computer systems, robotics. The industrial robot is a relatively new machinery and electronic equipment in the modern industry, it is playing a more and moreimportant role.Fully automated industrial machinery hand can imitate hand and arm some action function, with fixed procedures handling, grasping an object or operation tool for automatic operation device, the manipulator is mainly composed of a hand and the movement mechanism. According to the transporting or catch to object shape, size, weight, materials and working environment of the different requirements, hand there are several structure forms, adsorption, supporting and clamping type. Motion mechanism is the function of the hand to complete a variety of actions: moving, rotating movement to achieve the required action. Body stretching, lifting and rotating movement, known as the degrees of freedom manipulator. The design of three degree of freedom industrial robot in Cartesian coordinate type, which is composed of four linear direction, through ball screw to realize small arm and the arm stretching, lifting. These movements are all based on the stepper motor driven by. Under the action of the controller, it will perform a workpiece from one production line to crawl and transported to another line of this simple action.This paper focuses on the manipulator drive portion of the ball screw and the stepping motor were calculated, calculate the content mainly includes industrial robot design of the transmission mechanism, and the mechanical transmission device selection. In addition to the control part of the description there are singlechip microcomputer control scheme, the wiring diagram and the program flow diagram.Key words ：three degrees of freedom,Cartesian coordinates , industrial robot目 录1 绪论 (1)1.1 装配机械手的概述.................................................................错误！未定义书签。
单片机控制三自由度圆柱坐标机械手设计
单片机控制三自由度圆柱坐标机械手设计一、引言随着科学技术的不断发展，机械手在工业生产、科研等领域扮演着越来越重要的角色。
机械手的设计是其中的关键环节之一，而单片机是机械手控制的核心部分之一、本文将介绍一种基于单片机控制的三自由度圆柱坐标机械手的设计。
二、机械手的结构设计该机械手的结构主要由三个旋转关节组成，分别对应三个自由度。
每个旋转关节由步进电机驱动，通过直线传动装置实现转动，并带有相应的位置反馈传感器。
三、单片机的选取单片机是机械手控制的核心部分，控制机械手的动作和位置。
单片机的选择需要考虑其计算性能、接口资源等方面的要求。
本设计选择了STM32系列的单片机，具有大容量的存储器和强大的计算能力，同时提供多种通信接口和模拟/数字接口，满足了机械手控制的需求。
四、电路设计电路设计包括电源电路、电机驱动电路和控制电路三个模块。
电源电路为电机驱动和单片机提供稳定的电源。
电机驱动电路采用步进电机驱动芯片，通过信号电平控制电机的转动。
控制电路主要由单片机和传感器组成，负责接收传感器的反馈信号，并控制电机的转动。
五、软件设计在单片机软件设计方面，本设计采用C语言进行编程。
通过编写相应的程序，实现机械手的运动控制，包括正向运动、逆向运动和位置控制等功能。
同时，还可以为机械手增加一些智能化的功能，如碰撞检测、路径规划等。
六、实验与结果将设计好的电路板焊接好后，进行实验测试。
通过对机械手的不同输入信号进行测试，观察机械手的运动情况，并对其进行调试。
最终，可以实现通过单片机控制的三自由度圆柱坐标机械手的正常运行。
七、总结本文设计了一种基于单片机控制的三自由度圆柱坐标机械手。
通过对机械手的结构和电路进行设计，选取合适的单片机和编写相应的控制程序，实现了机械手的运动控制。
该设计具有较高的可靠性和灵活性，可以广泛应用于工业生产和科研等领域。
三自由度机械手运动学的研究
三自由度机械手运动学的研究【摘要】机械手的运动学分析是研究的热门话题，通过获得机械手末端装置在空间中的姿态与位置的方法，对于机械手的设计和控制极为重要。
本文通过建立一种简易设计机械手的三维模型，简单介绍了D-H方法并对该法进行了简便运算方法的分析，再结合要设计的机械手模型确定了D-H参数后，通过对机械手关节处的特征矩阵进行求解机械手运动学的正解运算，最终得到了机械手末端的姿态，并结合实际情况对末端运动坐标进行了验证。
经验证，所确定的运动函数完全符合设计的需求，对现实中机械手的生产、控制、研发等提供了可靠的理论依据。
【关键词】机械手；机器人；自由度；D-H法；正运算。
Research of Imaging System Based on STM MCUWU Xiao-lei1 WANG Shu-kun2 LI Da-peng2（1.olleg JiLin Province Design and Research Institute Petrochemical Engineering，Changchun Jilin，130022，China；2.College of Mechanical and Electrical Engineering，Changchun University of Science and Technology，Changchun Jilin，130022，China）【Abstract】Manipulator kinematics analysis is the hot topic in the research.It is of extreme importance to design and control of the manipulator through this access to get the end of the manipulator the position and posture in the space.In this paper，through the establishment of a simple 3D model design，the D-H methods were simply introduced ，combining D-H parameters model，solving the manipulator kinematics positive solution，finally gets the end of the manipulator，s posture，and connecting with the actual situation of terminal motion coordinates . Determine the movement function completely accords with the demand of this design.Provides the reliable theory basis for the production，the control of the kinematics.【Key words】Manipulator；robot；Degree of freedom；D-H method；Forward kinematics.0 引言使用机械手对工件进行搬运，目前已经得到了大范围的推广，因此研究机器手的运动，从而更好的设计和控制机器手也十分重要。
三自由度机械手腕的设计
目录摘要 ..................................................................................................................... １Abstract ........................................................................................... 错误!未定义书签。
1绪论 .. (2)1.1工业机器人简介 (2)1.2 工业机器手简介 (2)2工业机器人手腕的总体设计 (3)2.1机器人手腕总体设计概述 (3)2.2腕部的结构特点 (5)2.2.1 概述 (5)2.2.2单自由度手腕 (5)2.2.3二自由度手腕 (6)2.2.4三自由度手腕 (6)2.2.5柔顺手腕结构 (7)2.3 腕部的驱动机构 (8)2.4设计要求 (9)3 机器人手腕的机械系统设计 (10)3.1三个自由度的实现 (10)3.2传动机构的设计 (12)3.3手腕内部其他结构的设计 (13)4三维造型的绘制 (15)4.1 造型软件简介 (15)4.2典型零件的绘制 (18)结论 (44)摘要在工业上，机器人有着广泛的应用，尤其是在高温，高压，粉尘，噪音，以及带有放射性和污染的场合。
而工业机器人是相对较新的电子设备，它正开始改变现代化工业面貌。
手腕是连接末端执行器和手臂的关键，是联接手部与臂部的部件，它的作用是调整或改变工件的方位。
本设计为三自由度工业机器人手腕，可以在两个方向上旋转在一个方向上弯转。
三维造型采用的造型软件为Pro/ENGINEER, Pro/ENGINEER Wildfire野火版2.0以其易学易用、功能强大和互连互通的特点，推动了整个产品开发机构中个人效率和过程效率的提高。
它既能节省时间和成本，又能提高产品质量。
电镀线三自由度机械手的设计
夹取 ＿件 Ｔ
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱＹ
图 １ 三 自 由度 机 械 手 运 动 形式 一
１ 三 自 由度 机 械 手 的 基 本 形 式 与 运 动 分 析
三 自由度 机械手 相对 于二 自由度机械 手结 构更
复杂 ， 它是 在二 自由度 机 械手 的基础 上实 现 的 ， 只是
比二 自由度 机械 手增 加 了一个 方 向的运动 。在 电镀 生产 线上 ， 自由度 机械 手 的两 种 基 本形 式 是 ： １ 三 （）
摘 要 ： 根 据 环形 电镀 线 的特 点 ， 细 介 绍 了三 自由度 机 械 手 的基 本 形 式 ， 分 析 了其 运 动 过 程 ； 三 自由度 机 械 手 在 环 形 电 详 并 就
镀 生 产 线 中的 应 用 做 了说 明 ， 环形 电镀 生产 线 的 设 计 提 供 了新 的 方 法 。 为
两个 相互 垂直 方 向的直 线运 动与 一个摆 动运 动组 合
成；
图 ２ 摇 臂 式 自 动 取 料 机 械 予 买 例
而成 ， 图 ｌ所示 。摇 臂 式 自动 取料 机 械 手 一般 为 如 小 型机械 手 ， ２为此种 机械 手 的应用实 例 。 图
这种 机械 手 的运 动过 程如 下 ：
ａｓ ｎａｙｚ ｄ． Ｔｈｅ ａ ｐｌｃ ｔｏｎ ｏ ｈ ｏｂ ｎ ｃｒ ｕｌｒ ｅｅ ｔｏｐ ａ ｉ ｉ ｅ ｉ ｌｕ ｔ ａ ｅ ｌｏ ａ ｌ ｅ ｐ ｉａ ｉ ｆｔ ｅ ｒ ｏｔｉ ｉｃ ａ ｌｃ ｒ ｌ ｔｎｇ ｌｎ ｓｉｌ ｓ ｒ ｔｄ， ｐ ｏ ｉ ｉ ｅ ｄ ｓｇｎ ｍ ｅ ｈ ｄ ｆ ｒ ｔ ｓ ｒ ｖ ｄｎｇ ａ ｎ ｗ ｅ ｉ ｔ ｏ ｏ ｈｉ ａ ｐｌｃ ｔｏ ｐ ｉａ ｉｎ．
三自由度机械手毕业设计
摘要机械手是在自动化生产过程中使用的一种具有抓取和移动工件功能的自动化装置，由其控制系统执行预定的程序实现对工件的定位夹持。
完全取代了人力，节省了劳动资源，提高了生产效率。
本设计以实现铣床自动上下料为目的，设计了个水平伸缩距为200mm，垂直伸缩距为200mm具有三个自由度的铣床上下料机械手。
机械手三个自由度分别是机身的旋转，手臂的升降，以及机身的升降。
在设计过程中，确定了铣床上下料机械手的总体方案，并对铣床上下料机械手的总体结构进行了设计，对一些部件进行了参数确定以及对主要的零部件进行了计算和校核。
以单片机为控制手段，设计了机械手的自动控制系统，实现了对铣床上下料机械手的准确控制。
关键词：机械手；三自由度；上下料；单片机AbstractManipulator , an automation equipment with function of grabbing and moving the workpiece ,is used in an automated production process.It perform scheduled program by the control system to realize the function of the positioning of the workpiece clamping. It completely replace the human, saving labor resources, and improve production efficiency.This design is to achieve milling automatic loading and unloading .Design a manipulator with three degrees of freedom and 200mm horizontal stretching distance, 120mm vertical telescopic distance. Three degrees of freedom of the manipulator is body rotation, arm movements, as well as the movements of the body. In the design process, determine the overall scheme of the milling machine loading and unloading manipulator and milling machine loading and unloading manipulator, the overall structure of the design parameters of some components as well as the main components of the calculation and verification. In the means of Single-chip microcomputer for controlling, design the automatic control system of the manipulator and achieve accurate control of the milling machine loading and unloading.Key words: Manipulator; Three Degrees of Freedom; Loading and unloading; single chip microcomputer目录摘要．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．I第1章绪论．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11.1选题背景．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． (1)1.2设计目的．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11.3国内外研究现状和趋势．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．21.4设计原则．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2第2章设计方案的论证．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．32.1 机械手的总体设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．32.1.1机械手总体结构的类型．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．32.1.2 设计具体采用方案．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．42.2 机械手腰座结构设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．52.2.1 机械手腰座结构设计要求．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．52.2.2 具体设计采用方案．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．52.3 机械手手臂的结构设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．62.3.1机械手手臂的设计要求．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．62.3.2 设计具体采用方案．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．72.4 设计机械手手部连接方式．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．72.5 机械手末端执行器（手部）的结构设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．82.5.1 机械手末端执行器的设计要求．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．82.5.2 机械手夹持器的运动和驱动方式．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．92.5.3 机械手夹持器的典型结构．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．92.6 机械手的机械传动机构的设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．102.6.1 工业机械手传动机构设计应注意的问题．．．．．．．．．．．．．．．．．．．102.6.2 工业机械手传动机构常用的机构形式．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．102.6.3 设计具体采用方案．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．122.7 机械手驱动系统的设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．122.7.1 机械手各类驱动系统的特点．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．122.7.2 机械手液压驱动系统．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．132.7.3机身摆动驱动元件的选取．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．132.7.4 设计具体采用方案．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．142.8 机械手手臂的平衡机构设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．14第3章理论分析和设计计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．163.1 液压传动系统设计计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．163.1.1 确定液压传动系统基本方案．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．163.1.2 拟定液压执行元件运动控制回路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．173.1.3 液压源系统的设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．173.1.4 确定液压系统的主要参数．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．173.1.5 计算和选择液压元件．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．243.1.6机械手爪各结构尺寸的计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．26 第4章机械手控制系统的设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．284.1 系统总体方案．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．284.2 各芯片工作原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．284.2.1 串口转换芯片．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．284.2.2 单片机．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．294.2.3 8279芯片．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．304.2.4 译码器．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．314.2.5 放大芯片．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．.．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．324.3 电路设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．334.3.1 显示电路设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．334.3.2 键盘电路设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．334.4 复位电路设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．334.5 晶体振荡电路设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．344.6 传感器的选择．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．34结论．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．36致谢．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．37参考文献．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．38CONTENTS Abstract (I)Chapter 1 Introduction (1)1.1 background (1)1.2 design purpose (1)1.3 domestic and foreign research present situation and trends (2)1.4 design principles (2)Chapter 2 Design of the demonstration (3)2.1manipulator overall design (3)2.1.1 manipulator overall structure type (3)2.1.2 design adopts the scheme (4)2.2 lumbar base structure design of mechanical hand (5)2.2.1 manipulator lumbar base structure design requirements (5)2.2.2specific design schemes (5)2.3mechanical arm structure design (6)2.3.1 manipulator arm design requirements (6)2.3.2 design adopts the scheme (7)2.4 design of mechanical hand connection mode (7)2.5 the manipulator end-effector structure design (8)2.5.1 manipulator end-effector design requirements (8)2.5.2 manipulator gripper motion and driving method (9)2.5.3 manipulator gripper structure (9)2.6 robot mechanical transmission design (10)2.6.1 industry for transmission mechanism of manipulator design shouldpay attention question (10)2.6.2 industrial machinery hand transmission mechanism commonlyused form of institution (10)2.6.3 design adopts the scheme (12)2.7 mechanical arm drive system design (12)2.7.1 manipulator of various characteristics of the drive system (12)2.7.2 hydraulic drive system for a manipulator (13)2.7.3 Body swing the selection of drive components (13)2.7.4 Design the specific use of the program (14)2.8 mechanical arm balance mechanism design (14)Chapter 3 Theoretical analysis and design calculation (16)3.1 hydraulic system design and calculation (16)3.1.1 the basic scheme of hydrauic transmission system (16)3.1.2 formulation of the hydraulic actuator control circuit (17)3.1.3 hydraulic source system design (17)3.1.4 determine the main parameters of the hydraulic system (17)3.1.5 calculation and selection of hydraulic components (24)3.1.6 Manipulator calculation of the structural dimensions (26)Chapter 4 The robot control system design (28)4.1 Overall scheme (28)4.2 Chip works (28)4.2.1 serial conversion chip (28)4.2.2 MCU (29)4.2.3 8279 chip (30)4.2 .4 decoder (31)4.2.5 amplifier chip (32)4.3 Circuit design (33)4.3.1 show the circuit design (33)4.3.2 The keyboard circuit design (33)4.4 Reset circuit design (33)4.5 crystal oscillation circuit design (34)4.6 sensor selection (34)Conclusion (36)Acknowledgements (37)References (38)第1章绪论1.1选题背景机械手是在自动化生产过程中使用的一种具有抓取和移动工件功能的自动化装置，它是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。
PLC控制三自由度机械手控制部分分析与设计
图 ３机械 手 循 环 动 作 过 程示 意 图
停止信号 ： 下限位开关得 电。 动作 ７ ： 开始信号 ： 下限位开关得 电。 动 作 ： 手指松开动作 。 停止信号 ： 手指限位开关得 电。
动 作 ８ ： 开始信 号 ： 手指限位开关得电。
・
ｌ ２・
动 作 ： 手臂上摆 动作 。 停止信号 ： 上限位开关得 电。 动作 ９ ： 开始信号 ： 上限位开关得 电。 动 作 ： 回转腰右转动作 。 停止信号 ： 右限位开关得 电。机械手 回复初始状态 。
科 技 论 坛
・１ １・
Ｐ Ｃ控制三 自由度机械手控制部分分析 与设计 Ｌ
黄 智 英
（ 巴音 郭楞职业技术学院， 疆 巴音郭楞 ８ １０ ） 新 ４ ０ ０
摘
要： 本文主要 分析 和论述如何利 用 Ｐ Ｃ控制技 术 ， Ｌ 实现机械 手的握 、 移 等动作 ， 实现机 械手在 左右， 举、 并 前后 ， 上下三方向 自由
图 ２ 三 自 由度 机 械 手 结构 示 意 图
开始信号 ： 压力感应器得电。
动 作 ： 手臂 上 摆 动 作 。 停 止信号 ： 上限位开关得电。 动作 ４ ： 开始信号 ： 限位开关得电。 上 动 作 ： 回转腰左转动作。 停止信号 ： 限位开关得电。 左 动作 ５ ： 开始信号 ： 限位开关得 电。 上 动 作 ： 回转腰左转动作。 停止信号 ： 左限位开关得电。 动作 ６ ： 开始信号 ： 限位开关得电。 左 动 作 ： 臂 下 摆 动 作 。 手
一
表 １ 三 自 由度 机 械 手 Ｉ 分 配 表 ： ／ Ｏ
最 大 抓 重 ：Ｏ ｇ ｌＯ
手 指 夹 持 工 件 最 大 直径 ：０ ｍ ４ｒ ａ 手臂上下摆动角度 ：０ ６。 手臂 回转角度 ：Ｏ ９。 运料频率 ： ５次 ／ ｉ ｍｎ 三 自由度机械手结构如 图 ２所示 ，主要 由机械手指夹持机构 、 机械手臂上下摆动机构 、 机械腰 回转机构 、 固定底座等构成。 ２ 工 作原 理 及 分 析
3个自由度机械手设计
3个自由度机械手设计机械手的结构有很多种，其中，以机械手的自由度作为分类标准可以分为三类：二自由度机械手、三自由度机械手和四自由度机械手。
本文主要介绍三自由度机械手的设计。
1. 三自由度机械手简介三自由度机械手指的是机械手自由度为3，可以完成三个轴向运动的机械手。
人们通常使用三自由度机械手进行精确的三维组装任务，如电子产品的组装等。
三自由度机械手通常由两个平移轴和一个旋转轴组成。
其中，旋转轴是沿垂直于平面运动的。
机械手的三个自由度分别称为：Base、Shoulder和Elbow。
2. 三自由度机械手的设计设计三自由度机械手的第一步是确定机械手的尺寸和负载能力。
然后，需要选择机械手所需的驱动器类型，如直流电机或步进电机等。
接下来，需要确定每个自由度的运动范围，包括最大旋转角度和各轴的工作范围。
在确定机械手的基本参数后，接下来需要选择机械手的结构类型。
目前，常见的三自由度机械手结构包括球丝机械手、气动机械手和升降机械手等。
其中，球丝机械手具有高精度和高信度的特点，但它的制造成本较高；气动机械手主要用于一些要求速度较快的场合，但不太适合精度要求较高的组装任务；升降机械手适用于较小的工作空间。
在选择机械手的结构类型后，需要设计机械手的关节和连接杆。
机械手的关节通常采用旋转关节和平移关节，连接杆和支撑结构需要考虑机械手的负载和刚度要求。
3. 三自由度机械手的应用三自由度机械手具有广泛的应用前景。
它们可以用于精密组装、准确定位和定点操作等任务。
下面主要从以下几个方面介绍三自由度机械手的应用。
3.1 电子产品组装三自由度机械手可以快速、准确地组装电子产品，如手机、平板电脑等。
机器操作准确，不会对电子产品产生损害。
3.2 制造业三自由度机械手可以帮助制造业生产高精度、高精度零件。
它们可以在离线或在线环境中自动操作，从而提高生产效率和生产效果。
3.3 工业制造三自由度机械手可以用于支持大规模制造。
在工业制造中，机械手可以执行多个任务，如点对点的移动、送货、装载等。
机械手结构设计毕业论文
1。
绪论1.1工业机械手设计的意义1、熟悉机械手的应用场合及有关机械手设计的步骤；2、机械手可以提高生产过程中的自动化程度，减轻人力，便于有节奏的生产;3、结合机械手设计这方面的知识,在设计过程中学会怎样发现问题、研究问题、解决问题。
1。
2国外的机械情况现代工业机械手起源于20世纪50年代初，是基于示教再现和主从控制方式、能适应产品种类变更，具有多自由度动作功能的柔性自动化。
机械手首先是从美国开始研制的。
1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手。
他的结构是：机体上安装回转长臂，端部装有电磁铁的工件抓放机构，控制系统是示教型的.1962年，美国机械铸造公司在上述方案的基础之上又试制成一台数控示教再现型机械手。
商名为Uni-mate(即万能自动）。
运动系统仿造坦克炮塔,臂回转、俯仰，用液压驱动；控制系统用磁鼓最存储装置。
不少球坐标式通用机械手就是在这个基础上发展起来的。
同年该公司和普鲁曼公司合并成立万能自动公司（Unimaton），专门生产工业机械手.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Uni-mate公司和斯坦福大学、麻省理工学院联合研制一种Uni—mate 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。
美国还十分注意提高机械手的可靠性,改进结构，降低成本.如Uni-mate公司建立了8年机械手试验台,进行各种性能的试验。
准备把故障前平均时间（注:故障前平均时间是指一台设备可靠性的一种量度。
它给出在第一次故障前的平均运行时间），由400小时提高到1500小时，精度可提高到±0.1毫米。
德国机器制造业是从1970年开始应用机械手，主要用于起重运输、焊接和设备的上下料等作业。
658 基于框架式三自由度机械手设计及控制
1 绪论机械手装置在工业生产中以得到广泛使用，列如在机械加工、冲压、铸、锻、焊 接、热处理、电镀、喷漆、装配以及轻工业、交通运输业等方面有也得到越来越广泛的 使用。
本课题旨在掌握机械手装置及其控制， 可见该项目的研发具有重要的现实意义和 工程应用价值。
框架式三自由度机械手可以模仿人的手进行抓取、移动的动作，实现对工件的抓取及转 移。
框架式三自由度机械手主要由控制部分以及机械部分两大部分组成：机械手主体以 及控制部分。
其工作原理是用机械手代替人工搬运，通过丝杠传动、电机、单片机控制 装置、使机械手的水平旋转、伸缩、夹取等动作，从而使机械手完成对工件的抓取搬运。
达到节省劳动力的目的。
1.1 机械手的概述机械手一般分为三类：第一类是不需要人工操作的通用机械手，它可以根据任务的 需要编制程序，以完成各项规定的操作。
其特点是具备普通机械的性能之外，还具备通 用机械、记忆智能的三元机械 [6] 。
第二类是需要人工操作的，称为操作机。
它起源于原 子、军事工业，先是通过操作机来完成特定的作业，后来发展到用无线电讯号操作机。
第三类是用专用机械手，主要附属于自动机床或自动线上，用以解决机床上下料和工件 送。
它是为主机服务的，由主机驱动；工作程序一般是固定的。
随着近代的工业革命，机器产业的不断发展成为近代工业的主要支柱。
由于科学幻 想所系的“永动机”、太空探险以及梦想解决人的机能所无法达致境界的求新意念，推 动科学家想研究创造出种种能够代替人的机械。
上世纪六、七十年代的自动化机器、无 人操纵的飞行器等等，即是此产业发展链条上的一个大胆的尝试与突破。
虽然，后来电 脑、电子产业的发达引开了人们关注的热点， 但关于机械手的研究与开发一直在持续进 行着。
而近二十年中，因为电脑技术、电子产品及生物遗传工程等技术的大踏步发展，成为一种综合科研能力的开 “机械手”的研发热潮已从专业人士的实验室中走了出来，发活动，参与者也打破了各行各业的划地为牢、各自为政的困局，开始了纵横连合，争 奇斗妍，蔚成热潮的研究与制作尝试 [7] 。
基于框架式三自由度机械手设计及控制
1
1 绪论
机械手装置在工业生产中以得到广泛使用，列如在机械加工、冲压、铸、锻、焊 接、热处理、电镀、喷漆、装配以及轻工业、交通运输业等方面有也得到越来越广泛的 使用。本课题旨在掌握机械手装置及其控制，可见该项目的研发具有重要的现实意义和 工程应用价值。 框架式三自由度机械手可以模仿人的手进行抓取、移动的动作，实现对工件的抓取及转 移。框架式三自由度机械手主要由控制部分以及机械部分两大部分组成：机械手主体以 及控制部分。其工作原理是用机械手代替人工搬运，通过丝杠传动、电机、单片机控制 装置、使机械手的水平旋转、伸缩、夹取等动作，从而使机械手完成对工件的抓取搬运。 达到节省劳动力的目的。
图 2-1 机械手的执行系统
执行系统：执行系统是工业机器人完成抓取工件，实现各种运动所必需的机械部件，它 包括手部、腕部、机身等。 （1）手部：又称手爪或抓取机构，它直接抓取工件或夹具。 （2）腕部：又称手腕，是连接手部和臂部的部件，其作用是调整或改变手部的工作方 位。 （3）臂部：是支承腕部的部件，作用是承受工件的负荷，并把它传递到预定的
图 2-5 工作流程
基于框架式三自由度机械手设计及控制
4
2 机械手的总体设计方案
2.1 机械手的设计要求
2.1.1 机械手设计的预计目标 预计达到的目标：熟悉框架式三自由度机械手的工作原理及其组成部分的结构，机
械手的设计计算。 关键理论和技术：在设计框架式三自由度机械手中主要理论和技术包括：机械设计
理论、控制理论、微机控制与接口技术等。
应用于现代化的工业生产以及作业中。 说到第一台机械手可以追溯 1985 年，美国联合控制公司研制出第一台机械手。它
的机构是机体上安装一个回转长臂，顶部装有电磁快的工件抓放机构。80 年代，美国 政府和企业界对机器人开始重视起来，政策上也有所体现，一方面鼓励工业界发展和应 用机器人，另一方面制订计划、提高投资，增加机器人的研究经费，把机器人看成美国 再次工业化的特征，使美国的机器人迅速发展。80 年代中后期，随着各大厂家应用机 器人的技术日臻成熟，第一代机器人的技术性能越来越满足不了实际需要，美国开始生 产带有视觉、力觉的第二代机器人，其功能以及控制系统也一代比一代先进。可见美国 的机器人技术在国际上仍一直处于领先地位[8]。
3个自由度机械手设计
3个自由度机械手设计在工业自动化领域，机械手是一种高度灵活、可编程的装置，用于执行各种重复性任务。
机械手的自由度决定了其在空间中能够完成的运动和操作。
在本文中，我们将讨论三种常见的3个自由度机械手设计。
1.旋转-伸缩-平移机械手旋转-伸缩-平移机械手通常由三个关节组成，每个关节负责一个自由度。
这种机械手的第一个关节可以使机械手绕固定基座旋转，提供良好的基本操作空间。
第二个关节负责伸缩功能，可以改变机械手的工作距离和抓取能力。
第三个关节负责平移功能，使机械手能够在水平方向上移动物体。
这种设计的机械手适用于需要在一个平面上操作的应用，例如装配、包装和搬运。
2.平移-伸缩-旋转机械手平移-伸缩-旋转机械手与旋转-伸缩-平移机械手相似，只是关节的顺序有所不同。
第一个关节负责平移功能，使机械手能够在垂直方向上移动物体。
第二个关节负责伸缩功能，可以改变机械手的工作距离和抓取能力。
第三个关节负责旋转功能，可以绕固定基座旋转。
这种设计的机械手适用于需要在垂直方向上操作的应用，例如装卸货物、搬运瓶子或管道。
3.旋转-平移-伸缩机械手旋转-平移-伸缩机械手也由三个关节组成，但关节的顺序与旋转-伸缩-平移机械手截然不同。
第一个关节负责绕固定基座旋转，第二个关节负责在垂直方向上平移，第三个关节负责伸缩功能。
这种设计的机械手适用于需要在三维空间中灵活操作的应用，例如装配零件、拆卸设备或进行复杂的精密操作。
这三种3个自由度机械手设计都在不同程度上提供了空间灵活性和操作能力。
根据具体的应用需求和可用空间，可以选择适合的设计。
此外，机械手的自由度还可以根据需要进行扩展，以适应更复杂的任务和环境。
机械手的设计和应用一直在不断发展和创新，为工业生产和自动化提供更大的便利和效率。
061021_三自由机械手结构设计[5]解读
![061021_三自由机械手结构设计[5]解读](https://img.taocdn.com/s3/m/0743d0a6e53a580216fcfe83.png)
轻型平动搬运机械手的设计及运动仿真三自由度机械手的结构设计一、引言随着社会生产不断进步和人们生活节奏不断加快，人们对生产效率也不断提出新要求。
由于微电子技术和计算软、硬件技术的迅猛发展和现代控制理论的不断完善，使机械手技术快速发展，已渗透到工业领域的各个部门，在工业发展中占有重要地位。
现代工业自动化程度的提高，机械手的应用领域越来越广。
机械手能模拟人的手臂的部分动作，按预定的程序、轨迹及其它要求，实现抓取、搬运工件或操纵工具。
机械手可以代替很多重复性的体力劳动，从而减轻工人的劳动强度、提高生产效率。
本次设计的机械手由手爪、手臂、机身、机座等组成。
采用关节式坐标，电机驱动，实现三自由度的运动。
With the continuous progress of social production and people's accelerating pace of life, people also have made new productivity requirements. Because of microelectronics and computing software and hardware technology and the rapid development of modern control theory of continuous improvement, so that the rapid development of robot technology has penetrated into all sectors of industry, plays an important role in industrial development. Modern industrial automation degree of improvement robot applications more widely. Robot can simulate part of the action of the human arm, according to a predetermined program, track, and other requirements to achieve capture, porter pieces or manipulation tools. Robot can replace a lot of repetitive manual labor, thus reducing labor intensity and improve production efficiency.The design of the robot by the gripper arm, body, frame and other components. Using articulated coordinates, motor drive, to achieve three degrees of freedom movement.1.1机械手概述机械手也被称为自动手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。
气动机械手设计(本科毕业论文)
气动机械手设计(本科毕业论文)摘要随着现代智能制造技术的不断发展，机械手已经成为现代自动化生产中重要的组成部分。
其中，气动机械手作为一种新型机械手，具有操作简单，成本低廉等优点，在各种领域中得到了广泛应用。
本文针对气动机械手的设计和制造，探究了气动机械手的性能和操作特点，通过对机械手的结构设计和关键部件的选用，实现了气动机械手的开发和制造。
关键词：气动机械手；设计；制造；性能；操作特点AbstractWith the continuous development of modern intelligent manufacturing technology, the mechanical arm has become an important part of modern automated production. Among them, the pneumatic mechanical arm, as a new type of mechanical arm, has the advantages of simple operation and low cost, and has been widely used in various fields. This paper aims to explore the performance and operation characteristics of pneumatic mechanical arms through the design and manufacturing of pneumatic mechanical arms. By selecting the structure design ofthe mechanical arm and the key components, we have achieved the development and manufacturing of pneumatic mechanical arms.Keywords: pneumatic mechanical arm; design; manufacturing; performance; operation characteristics一、引言随着现代工业的快速发展，机械手已成为自动化生产中不可或缺的设备。
三自由度机械手结构与原理研究
题目：三自由度机械手结构与原理研究学院：轻型产业学院专业：电气工程及其自动化姓名：丛榆坤指导教师：蔡小五完成日期：2014年5月11日毕业论文任务书毕业论文题目：三自由度机械手结构与原理研究选题意义、创新性、科学性和可行性论证：近年来，我国乃至世界三自由度机械手发展十分迅速，其数量和规模不断提高，所以对三自由度机械手的熟知变得愈发重要。
为体现出三自由度机械手的现实价值，在此我们对三自由度机械手结构设计与工作原理做一细致分析。
主要内容：基于对三自由度机械手的结构与原理分析，通过编写相关程序控制机械手运动。
首先，了解机械手的发展现状；其次，对其硬件的选择及软件的使用做一说明；最后，通过实验，使理论与实际相结合，观察机械手的运动状况。
目的要求：为了培养学生在实践中运用所学的专业知识，强调理论联系实际的学习态度，提高分析问题和解决问题的能力。
培养学生掌握计算机操作技术，运用计算机编写程序进行模拟操作。
计划进度：1. 毕业论文选题(2013.09.01~2013.10.31)2. 确定毕业论文写作提纲(2013.11.01~2013.12.31)3. 形成毕业论文初稿(2014.01.01~2014.02.28)4. 形成毕业论文修改稿(2014.03.01~2014.04.30)5. 形成毕业论文终稿(2014.05.01~2014.05.18)6. 答辩(2014.05.19~2014.05.26)指导教师签字：主管院长（系主任）签字：年月日辽宁大学本科毕业论文（设计）指导记录表论文题目三自由度机械手结构与原理研究学生姓名丛榆坤学号102703104 年级、专业2010级电气工程及其自动化指导教师姓名蔡小五指导教师职称副教授所在院系轻型产业学院第一次指导（对确定题目、毕业论文（设计）任务书的指导意见）：确定论文题目为：三自由度机械手结构与原理研究独立查阅毕业论文资料。
围绕课题题目收集、阅读有关文献资料。
三自由度搬运机械手机构设计
三自由度搬运机械手机构设计搬运机械手机构设计-三自由度机械手臂一、引言随着科技的发展，机器人在工业生产、物流等领域发挥着越来越重要的作用。
机械手臂作为机器人的重要组成部分，具有广泛的应用前景。
本文将介绍一种三自由度搬运机械手机构的设计。
二、设计目标本设计的目标是设计一种具备三个自由度的搬运机械手臂，能够实现灵活的运动，达到高效搬运的目的。
具体要求如下：1.三自由度：机械手臂具备三个关节，分别可以实现水平旋转、垂直旋转和前后伸缩的运动。
2.高承载能力：机械手臂需要具备足够的承载能力，能够稳定搬运重物。
3.灵活性：机械手臂需要具备足够的灵活性，能够适应不同的工作环境和搬运任务。
4.可控性：机械手臂需要具备良好的控制性能，能够通过外部控制实现精确的运动。
三、设计方案基于上述设计目标，我们提出以下设计方案：1.结构设计：机械手臂由三个关节组成，分别为水平旋转关节、垂直旋转关节和前后伸缩关节。
其中，水平旋转关节和垂直旋转关节采用舵机作为驱动装置，前后伸缩关节采用滑轨设计。
这种结构设计既能满足机械手臂的运动需求，又能够实现紧凑的机械结构。
2.材料选择：机械手臂的主要材料选择应考虑强度和重量的平衡。
我们可以采用铝合金作为机械手臂的主要材料，既能够满足强度要求，又能够降低自身的重量。
3.控制系统设计：机械手臂的控制系统应具备良好的控制性能，能够通过外部控制实现精确的运动。
我们可以采用嵌入式控制系统，通过编程控制机械手臂的运动，并且可以与其他设备进行数据交互，实现智能化的控制。
4.承载能力设计：机械手臂的承载能力需要根据实际应用需求进行设计。
我们可以根据机械手臂的结构和材料选择，进行力学分析和仿真，来确定机械手臂的承载能力。
四、设计步骤1.结构设计：设计机械手臂的结构，确定关节类型和数量，并确定机械手臂的整体尺寸。
2.材料选择：根据机械手臂的要求和预算限制，选择合适的材料，并确定机械手臂的材料规格。
3.控制系统设计：根据机械手臂的运动要求，设计控制系统的硬件和软件部分，并确定控制系统的接口和通信方式。
三自由度气动机械手的设计
编号: 毕业论文(设计)题目三自由度气动机械手的设计指导教师学生姓名学号专业机械设计制造及其自动化教学单位目录摘要及关键词 (1)1引言 (1)2三自由度气动机械手的结构设计 (2)2.1机械手自由度分析 (2)2.2机械手气动分析 (3)2.3气动机械手的结构设计 (5)2.4机械手的特性分析 (7)3三自由度气动机械手控制系统的设计 (7)3.1控制系统的组成 (7)3.2系统控制算法设计 (9)3.3基于LabVIEW的控制系统设计 (9)3.4实验分析 (13)4结论 (14)参考文献 (14)谢辞 ................................................................................................. 错误！未定义书签。
三自由度气动机械手的设计摘要：本设计是基于一种三自由度气动机械手，应用三个气缸及其附属机构完成了一种气动的三自由度机械手。
它解决了目前机械手使用不便的问题，具有结构简单、操作方便、控制性能好、可实现多种运动形式并能牢固夹持工件，并且生产效率高，工作强度大，可夹持大工件等优点。
关键词：气缸；气动；牢固；夹持；控制1引言在机械加工及注塑加工行业，很多工位为物体的拾取操作。
这种操作一般动作简单，重复性很大。
目前针对这种需求，设计了很多拾取机械，这些拾取机械包括电动的、液动的以及气动的。
但是目前种种操作机械或机械手的主要结构形式为直角坐标式的，而在许多场合这种操作需要圆周运动，需要具有旋转功能的操作机械，但这种机械目前尚未见到。
针对上述现有技术的不足，本设计提供了一种结构简单、操作方便、可实现多种运动形式的三自由度气动机械手[1]。
气动技术是流体控制的一个重要分支，具有成本低廉、工作效率高、较高的功率重量比、无污染、使用维护方便以及对环境要求低等一系列优点，已经在工业生产各部门得到越来越广泛的应用。
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三自由度机械手的结构设计摘要本文简要介绍了机械手的概念，机械手的组成和分类，国内外的发展状况及发展前景。
本文对机械手进行总体方案设计，结合生产实际及理论确定了机械手的结构及动作过程，坐标型式和自由度数，并列出了机械手的技术参数。
设计出了机械手的驱动方案、控制方案，在进行控制方案的选取时进行了不同方案的优缺点的对比，最后确定了具体的控制方案。
在进行机械手控制器件的选取时，对控制器件选择进行了详细的分析，如对步进电机参数的具体选取。
最后介绍了利用可编程序控制器对机械手进行控制，同时叙述了可编程序控制器选取原则及工作过程，并绘制出了可编程序控制器外部接线图。
在用可编程序控制器控制时分为手动和自动两种工作方式，并绘制了自动工作方式的顺序功能图。
关键词机械手的概念，机械手控制器件，可编程序控制器（PLC）ThREE DEGREES OF FREEDOM MANIPULATORDESIGNABSTRACT目录中文摘要 (1)英文摘要 (2)一、引言1.1简要介绍机械手的概念 (4)1.2机械手的组成和分类 (5)1.2.1机械手的组成 (5)1.2.2机械手的分类 (5)1.3国内外发展状况 (6)二、三轴自由度机械手的结构及动作过程 (7)2.1机械手的结构 (7)2.2机械手的动作过程 (8)2.3机械手的驱动方案设计 (9)2.4机械手的控制方案设计 (9)2.5机械手的座标型式与自由度 (10)2.6机械手的技术参数列表 (11)三、控制器件选型 (11)3.1步进电机及其驱动器选择 (11)3.2直流电机及其驱动器选择 (12)3.3旋转编码器的选择 (14)四、机械手的PLC控制设计 (15)5.1可编程序控制器的选择 (15)5.2可编程序控制器的工作过程 (16)总结 (19)致谢 (20)参考文献 (20)附录 (21)一、引言随着社会生产不断进步和人们生活节奏不断加快，人们对生产效率也不断提出新要求。
由于微电子技术和计算软、硬件技术的迅猛发展和现代控制理论的不断完善，使机械手技术快速发展，其中气动机械手系统由于其介质来源简便以及不污染环境、组件价格低廉、维修方便和系统安全可靠等特点，已渗透到工业领域的各个部门，在工业发展中占有重要地位。
本文讲述的气动机械手有气控机械手、XY轴丝杠组、转盘机构、旋转基座等机械部分组成。
主要作用是完成机械部件的搬运工作，能放置在各种不同的生产线或物流流水线中，使零件搬运、货物运输更快捷、便利。
随着工业自动化程度的提高，机械手的应用领域越来越广。
机械手能模拟人的手臂的部分动作，按预定的程序、轨迹及其它要求，实现抓取、搬运工件或操纵工具。
机械手可以代替很多重复性的体力劳动，从而减轻工人的劳动强度、提高生产效率。
1.1机械手概述机械手也被称为自动手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。
随着工业机械化和自动化的发展以及气动技术自身的一些优点，气动机械手已经广泛应用在生产自动化的各个行业。
机械手实例1.2机械手的组成和分类1.2.1机械手的组成机械手主要由手部、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。
1.2.2机械手的分类机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；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。
机械手一般分为三类：第一类是不需要人工操作的通用机械手。
它是一种独立的不附属于某一主机的装置。
它可以根据任务的需要编制程序，以完成各项规定的操作。
它的特点是具备普通机械的性能之外，还具备通用机械、记忆智能的三元机械。
第二类是需要人工才做的，称为操作机。
它起源于原子、军事工业，先是通过操作机来完成特定的作业，后来发展到用无线电讯号操作机来进行探测月球等。
工业中采用的锻造操作机也属于这一范畴。
第三类是用专用机械手，主要附属于自动机床或自动线上，用以解决机床上下料和工件送。
这种机械手在国外称为“Mechanical Hand”，它是为主机服务的，由主机驱动；除少数以外，工作程序一般是固定的，因此是专用的。
在国外，目前主要是搞第一类通用机械手，国外称为机器人1.3 国内外发展状况机械手首先是从美国开始研制的。
1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手。
它的结构是：机体上安装一个回转长臂，顶部装有电磁块的工件抓放机构，控制系统是示教形的。
1962年，美国联合控制公司在上述方案的基础上又试制成一台数控示教再现型机械手。
商名为Unimate（即万能自动）。
运动系统仿照坦克炮塔，臂可以回转、俯仰、伸缩、用液压驱动；控制系统用磁鼓作为存储装置。
不少球坐标通用机械手就是在这个基础上发展起来的。
同年该公司和普鲁曼公司合并成立万能自动公司,专门生产工业机械手。
1962年美国机械制造公司也实验成功一种叫Vewrsatran机械手。
该机械手的中央立柱可以回转、升降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-Vicarm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，定位误差小于±1毫米。
联邦德国机械制造业是从1970年开始应用机械手，主要用于起重运输、焊接和设备的上下料等作业。
联邦德国KnKa公司还生产一种点焊机械手，采用关节式结构和程序控制。
日本是工业机械手发展最快、应用最多的国家。
自1969年从美国引进两种机械手后大力从事机械手的研究。
前苏联自六十年代开始发展应用机械手，至1977年底，其中一半是国产，一半是进口。
目前，工业机械手大部分还属于第一代，主要依靠工人进行控制；改进的方向主要是降低成本和提高精度。
第二代机械手正在加紧研制。
它设有微型电子计算控制系统，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，是机械手具有感觉机能。
第三代机械手则能独立完成工作中过程中的任务。
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和柔性制造单元FMC中的重要一环。
一般概况国内机械行业应用的机械手绝大部分为专用机械手,附属于某一设备,其工作程序是固定的。
通用机械手也有发展,目前应用的都是开关式点位控制型,伺服型已试制出数台在调试中,连续轨迹控制型还没有。
控制方式—有触点固定程序控制占绝大多数,专用机械手多采用这种控制二、三轴联动简易机械手的结构及动作过程2.1机械手的结构机械手结构如下图1所示，有气控机械手(1)、XY轴丝杠组(2)、转盘机构(3)、旋转基座(4)等组成。
其运动控制方式为：三自由度机械手为圆柱坐标型。
图1为机械手结构示意图，(1)气控机械手(有光电传感器确定起始0点)；(2) 机械手手臂的左右运动（左右方向）由步进电机驱动丝杠组件完成，上下运动(垂直方向)由升降步进电机控制；(3) 逆时针和顺时针旋转运动可由回旋360°的转盘机构能带动机械手及丝杠组自由旋转(其电气拖动部分由直流电动机、光电编码器、接近开关等组成)；(4)旋转基座主要支撑以上3部分；(5) 机械手的夹紧装置采用关节结构，气控机械手的张合由气压控制压驱动，并由电磁阀控制(充气时机械手抓紧，放气时机械手松开)。
机械手可以根据设定程序的动作将工件从A处搬运到B处。
SQ1，SQ2，SQ5，SQ6为水平和垂直方向上的限位开关，SQ3，SQ4为原点位置和终点位置的光接近开关。
如图2.1所示。
2.2机械手的动作过程其工作过程为：当货物到达时，机械手系统开始动作步进电机驱动纵轴上升，另一个步进电机驱动横轴开始向前走；转盘直流电机转动使机械手整体运动，转到货物接收处；步进电机再次驱动纵轴下降，到达指定位置后气阀放气，机械手松开货物；系统回位准备下一次动作。
图2.12.3机械手的驱动方案设计驱动机构是工业机械手的重要组成部分, 工业机械手的性能价格比在很大程度上取决于驱动方案及其装置。
根据动力源的不同, 工业机械手的驱动机构大致可分为液压、气动、电动和机械驱动等四类。
本文设计的三自由度机械手属于混合式机械手，它综合了电动式和气动式机械手的优点，既节省了行程开关和PLC的I／O端口，又达到了简便操作和精确定位的目的。
2.4机械手的控制方案设计目前，对机械手的控制可采用以下几种方式[1]：1）用继电器控制，这种控制系统故障率高、控制方式不灵活且功率消耗大，已逐渐被人们所淘汰；2）用微机控制，虽然它在智能控制方面有较强大的功能，但它的抗干扰性差，系统设计较复杂，一般维修人员难以掌握其维修技术，广泛应用也不太容易；3）ＰＬＣ控制，此控制系统具有运行可靠、使用维修方便、抗干扰性强、能经受恶劣环境的考验等优越性，已经成为在机械手控制系统中使用最多的控制方式。
三自由度机械手系统设置了手动工作方式和自动工作方式。
自动方式又分为自动回原点、单步、单周期、连续四种工作方式。
2.5机械手的座标型式与自由度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;(2)圆柱坐标型机械手; ( 3)球坐标(极坐标)型机械手; (4)多关节型机机械手。
其中圆柱坐标型机械手结构简单紧凑,定位精度较高,占地面积小，因此本设计采用圆柱坐标型。
下图是机械手搬运物品示意图。
图中机械手的任务是将传送带A上的物品搬运到传送带B。
在圆柱坐在圆柱坐标式机械手的基本方案选定后，根据设计任务，为了满足设计要求，本设计关于机械手具有3个自由度既：手臂伸缩；手臂回转；手臂升降3个主要运动。
机械手工作示意图2.6机械手的技术参数列表一、用途：搬运:用于车间搬运二、设计技术参数:1、抓重:60Kg (夹持式手部)2、自由度数:3个自由度3、座标型式:圆柱座标4、最大工作半径:1600mm5、手臂最大中心高:1248mm6、手臂运动参数伸缩行程：1200mm伸缩速度：83mm/s升降行程：300mm升降速度：67mm/s回转范围: 0~360°三、控制器件选型3.1步进电机及其驱动器的选择步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环执行元件。