单片机控制三自由度圆柱坐标机械手设计
三自由度圆柱坐标型工业机器人设计
三自由度圆柱坐标型工业机器人设计引言工业机器人在现代制造业中起着至关重要的作用。
圆柱坐标型工业机器人是一种具有三个自由度的机器人，它可以在三维空间内进行精确的定位和操作。
本文将着重讨论三自由度圆柱坐标型工业机器人的设计原理和关键技术。
一、设计原理三自由度圆柱坐标型工业机器人的设计原理基于坐标变换。
它由一个立柱状的垂直轴和一个平行于地面的基座组成。
机器人的主要部件包括立柱、支撑臂、关节和末端执行器。
机器人的立柱可以在垂直方向上运动，提供Z轴位移。
支撑臂位于立柱的顶部，可以绕水平方向的Y轴旋转，提供Y轴位移。
末端执行器连接在支撑臂的末端，可以绕垂直方向的Z轴旋转，提供X轴位移。
二、关键技术1.位置传感器：为了实现精确的定位和操作，对机器人的运动进行准确的测量是必不可少的。
位置传感器可以用来测量机器人各个关节的角度以及末端执行器的位置信息。
2.逆运动学：逆运动学是指通过末端执行器的位置和姿态计算出机器人各个关节的角度。
通过逆运动学算法，可以实现机器人在三维空间内的精确定位。
3.控制系统：控制系统是三自由度圆柱坐标型工业机器人的核心。
它接收来自传感器的反馈信息，计算机器人的位姿，并输出相应的指令控制机器人的运动。
控制系统需要具备实时性和稳定性，以确保机器人的运动精度和安全性。
4.动力学分析：动力学分析可以帮助我们理解机器人在运动过程中的力学特性。
通过动力学分析，可以确定机器人在给定任务下所需的扭矩和力，并进行相应的力矩配平和选型。
三、设计步骤1.确定任务需求：在开始机器人设计之前，首先需要明确机器人所要完成的任务和工作环境。
2.选择结构参数：根据任务需求和工作环境，选择机器人的结构参数，包括立柱高度、支撑臂长度和末端执行器负载能力等。
3.逆运动学分析：根据机器人的结构参数和任务需求，进行逆运动学分析，得到机器人各个关节的角度和末端执行器的位姿。
4.控制系统设计：设计机器人的控制系统，选择合适的控制算法和硬件设备，实现机器人的运动控制和姿态调整。
圆柱坐标型三自由度机械手设计及其控制
2.1.3 控制机构 在机械手控制上，有点动控制和连续控制两种，大多数用插销板进行点动控制，
也有用 PLC 进行控制，主要控制的是坐标位置。
2.2 机械手的规格参数
抓重：2kg 自由度：3 个 坐标形式：圆柱坐标式 输入电压：220V 或 24V 功率：50W 伸缩行程（X）： 200mm 伸缩速度： 3mm/s 升降行程（Z）： 200mm 升降速度： 3mm/s 回转范围： 0-270 度 回转速度： 20° / s
4 珠丝杠螺母副的选型 ........................................ 10
4.1 提升机构滚珠丝杠副的计算及选型 ................................. 10 4.2 伸缩机构滚珠丝杠副的计算及选型 ................................. 13
3.1 手部设计基本要求 ................................................. 4 3.2 手部手部力学分析 ................................................. 5 3.3 夹紧力与驱动力计算 ............................................... 5 3.4 手爪夹持范围计算 ................................................. 7 3.5 手爪夹持精度的计算 ............................................... 8
2.1 机械手组成 ..................................................... 2 2.2 机械手的规格参数 .............................................. 10
3自由度的机械手控制器设计原理
3自由度的机械手控制器设计原理3自由度的机械手是指可以在三个方向上移动的机械手，通常是由三个关节组成的。
这样的机械手可以进行基本的平移和旋转运动，可以用于各种应用场景，如工业生产、医疗手术和科研实验等。
为了实现对3自由度机械手的精确控制，需要设计一个有效的控制器来实现对机械手的精准运动控制。
3自由度机械手的控制器设计原理主要包括以下几个方面：1.传感器系统设计：传感器系统是机械手控制器的基础，通过传感器系统可以获取机械手的位置、速度和力信息。
在设计3自由度机械手的控制器时，需要选择合适的传感器来获取机械手各个关节的位置信息，以实现对机械手的闭环控制。
常用的传感器包括编码器、惯性传感器和力传感器等。
2.运动控制算法设计：运动控制算法是机械手控制器的核心部分，通过运动控制算法可以实现对机械手的轨迹规划和动态控制。
在设计3自由度机械手的控制器时，通常采用PID控制算法或者模型预测控制算法来实现对机械手的动态控制。
PID控制算法通过调节比例、积分和微分参数来实现对机械手位置和速度的精确控制，而模型预测控制算法则通过对机械手的动态模型进行建模，并利用预测控制器来预测未来的行为，并实现对机械手的精确控制。
3.人机交互界面设计：为了方便用户对机械手进行操作和监控，需要设计一个友好的人机交互界面。
在设计3自由度机械手的控制器时，可以采用图形界面或者虚拟现实界面来实现对机械手的控制和监控。
通过人机交互界面，用户可以实时监控机械手的状态，并进行控制参数的设定和调整，以实现对机械手的精确控制。
总的来说，设计一个有效的3自由度机械手控制器需要综合考虑传感器系统设计、运动控制算法设计和人机交互界面设计等方面，通过合理的设计和实现，可以实现对机械手的精确控制，并满足不同应用场景的需求。
通过不断优化和改进，可以实现对机械手的更精准和高效的控制，为各种应用场景提供更好的解决方案。
三自由度搬运机械手的设计(含CAD图纸)
轴承坯料搬运机械手的设计摘要机械手是一种机械技术与电子技术相结合的高技术产品。
采用机械手是提高产品质量与劳动生产率，实现生产过程自动化，改善劳动条件，减轻劳动强度的一种有效手段。
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装备。
机械手可以代替人手的繁重劳动，显著减轻工人的劳动强度，改善劳动条件，提高劳动生产率和生产自动化水平。
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；此外，它能在高温、低温、深水、宇宙、放射性和其它有毒、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。
本课题的主要内容是采用机械设计原理，进行三自由度搬运机械手的设计，熟悉三自由度机械手的运用场合和相关的设计步骤。
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。
结合三自由度设计的各方面的知识，在设计过程中学会怎样发现问题．解决问题.研究问题。
并且在设计中融入自己的想法和构思，提高自己的创新能力。
尽力使机械手使用方便，结构简单。
关键词：机械手，输送工件，搬运，三自由度- 1 - / 47ABSTRACTManipulator is a mechanical technology and electronic technology with the combination of high technology products. Using manipulator is to improve product quality and productivity, and realize the automatic production process, improve working conditions, and reduce labor intensity of a kind of effective method. It is an imitation of the upper part of the human body function, according to the predetermined requirement or parts transportation holding tools for operation of the automation technology and equipment. Robots can replace the hands of heavy labor, significantly reduce the labor intensity, improve working conditions, and improve labor productivity and production automation level. Industrial production often appears in the handling of the heavy and long-term, frequent, drab operation, USES the manipulator is effective; In addition, it can be in high temperature, low temperature, deep water, the universe, radioactive and other toxic, pollution environment conditions operation, more shows its superiority, with broad prospects.This topic is the main content of the mechanical design principle of the design of the three doff carrying manipulator, familiar with three degrees of freedom of the manipulator using occasions and related design steps. Robots can replace a lot of repeatability of physical labor, so as to reduce the labor intensity, improve production efficiency. Combined with three degrees of freedom all aspects of design knowledge, in the design process learn how to find out the problem to solve problems. And in the design idea and into their idea, improve their innovation ability. Try to make robots easy to use simple structure.Key Words: Manipulator, conveying work piece, handling, three degrees of freedom目录摘要................................................................ - 1 - ABSTRACT.............................................................. - 2 - 1 绪论................................................................ - 5 -1.1机械手的历史.................................................. - 5 -1.2 机械手的组成.................................................. - 6 -1.3 机械手的分类.................................................. - 7 - 第2章搬运机械手机构总体方案设计..................................... - 9 -2.1 搬运机械手设计要求............................................ - 9 -2.2 基本设计思路.................................................. - 9 -2.2.1 系统分析................................................ - 9 -2.2.2 总体设计框图........................................... - 10 -2.2.3 搬运机械手的基本参数................................... - 11 -2.3 搬运机械手结构设计........................................... - 11 -2.3.1 搬运机械手坐标形式的选择............................... - 11 -2.4 机械手材料的选择............................................. - 12 -2.5机械臂的运动方式............................................. - 12 -2.6 搬运机械手驱动与控制系统分析................................. - 13 -2.6.1 驱动方式的选择......................................... - 13 -2.6.2 控制系统的选择......................................... - 13 -3 搬运机械手机械结构设计与计算....................................... - 14 -3.1 搬运机械手手爪设计........................................... - 14 -3.2 搬运机械手手臂设计........................................... - 14 -3.2.1 伸缩机械臂的设计....................................... - 14 -3.2.2 升降机械臂的设计....................................... - 15 -3.2.3 旋转机械臂的设计....................................... - 17 -3.3 手部设计计算............................................. - 17 -3.4 腕部设计计算............................................. - 21 -3.5 液压驱动系统设计......................................... - 22 -3.6机身结构的设计........................................... - 24 -3.6.1 电机的选择............................................. - 25 -3.6.2 螺柱的设计与校核....................................... - 25 -3.6.3 机座的机械结构示意图................................... - 26 -4 搬运机械手控制系统的设计........................................... - 28 -4.1 PLC简介..................................................... - 28 -4.2 PLC工作原理................................................. - 28 -4.3 PLC机型的选择............................................... - 28 -4.3.1 PLC机型的选择......................................... - 28 -4.3.2 所选PLC的参数......................................... - 29 -- 3 - / 474.4 PLC控制面板的拟定........................................... - 30 -4.5 机械手工艺过程和控制方案的确定............................... - 31 -4.5.1 明确工艺要求........................................... - 31 -4.5.2 确定工艺流程........................................... - 31 -4.5.3 传感器选择............................................. - 34 -4.5.4 确定I/O点数........................................... - 34 -4.6 PLC程序编写................................................. - 35 -4.6.1 总体程序设计思路....................................... - 35 -4.6.2手动程序的编写......................................... - 36 -4.6.3 复位程序的编写......................................... - 37 -4.6.4 自动控制程序的编写..................................... - 39 -5 结论............................................................... - 42 - 参考文献............................................................. - 43 - 致谢............................................................... - 44 -附录：含全套CAD图纸如下，如需联系作者QQ 4013398281 绪论随着人类科技的进步，社会经济的发展，机器人学成为近几十年来迅速发展的一门综合学科。
机电一体化课程设计-三自由度机械手设计
摘要本次设计实验用三自由度机械手为实验用专用机械手，主要由手爪、手臂、机身、机座等组成，具备上料、搬运等多种功能，本机械手机身采用机座式，实验对象围绕机座布置，其坐标形式为关节式，具有水平旋转、手臂竖直摆动等3个自由度；驱动方式为电机驱动，利用电机带动减速机，减速机减速后带动旋转轴实现各个回转运动。
电动驱动的优点是控制精度高，能精确定位，反应灵敏，可实现高速、高精度的连续轨迹控制，伺服特性好。
本次设计的机械手能对不同物体完成多种动作。
采用单片机控制系统，最终实现关节的伺服控制和制动、实时监测机器人的各个关节的运动情况、机器人的在线修改程序、设置参考点和回参考点。
关键词：机械手；电机驱动；伺服。
目录摘要 (I)Abstract.................................................................................. 错误!未定义书签。
第1章绪论 (1)1.1 题目提出的意义 (1)1.2 国内外发展现状 (1)第2章方案的确定与比较分析 (3)2.1 机械手机械系统的比较与选择 (4)2.2 机械手驱动系统的比较与选择 (6)第3章驱动源的选择与设计计算 (9)3.1 主要技术参数的确定 (9)3.2 各关节电机的选择计算 (10)3.2.1 大臂旋转电机的选择 (11)3.2.2 小臂旋转电机的选择 (12)3.2.3 腰部旋转电机的选择 (13)第4章手部结构设计 (15)4.1 夹持式手部结构 (15)4.1.1 手指的形状和分类 (15)4.1.2 设计时考虑的几个问题 (15)4.2 手部夹紧气缸的设计 (16)4.2.1 弹簧的设计计算 (16)4.2.2 对于压缩弹簧稳定性的验算 (17)4.2.3 疲劳强度和应力强度的验算。
(17)4.2.4 手部驱动力计算 (18)4.2.5 气缸直径的设计计算 (19)4.2.6 缸筒壁厚的设计 (21)4.2.7 活塞杆运动行程的计算 (21)第5章各机械部件的设计选择与校核 (23)5.1 轴的设计与校核 (23)5.1.1 大臂旋转轴的设计 (23)5.1.2 大臂轴的强度校核 (24)5.2 键的选择与强度的校核 (27)5.3 轴承寿命的校核 (30)5.4 联轴器的选择与圆锥销的校核 (31)5.4.1 联轴器的选择. (31)5.4.2 联轴器圆锥销的校核 (32)第6章控制系统设计 (33)6.1 单片机最小系统 (33)6.1.1 8051单片机介绍 (34)6.2.2 复位电路 (36)6.1.3 振荡电路 (36)6.2 串行接口电路 (37)6.3 传感器 (38)6.3.1 传感器的选型 (38)6.3.2 硬件电路的设计 (39)6.4 电动机的控制 (40)6.4.1 L298N电机驱动芯片简介 (40)6.4.2 硬件电路图 (41)结论 (42)致谢 (43)参考文献 (44)CONTENTS Abstract.................................................................................. 错误!未定义书签。
圆柱坐标式三自由度机械手解析
圆柱坐标式三自由度机械手摘要机器人不仅是一种自动化的机器。
机器人是一种可重新编程的、多功能的、机械手,为实现各种任务设计成通过可改变的程序动作来移动材料、零部件、工具或是其他专用装置。
本设计设计的是一种圆柱坐标式机械手,该装置具有三个独立运动(两个直线运动、一个旋转运动)，也就是所说的三个自由度。
该机构中立柱可相对于机座旋转180度，回转速度15r/min，可水平伸缩距离400mm，移动速度约0.2m/s，机械手可上下垂直运动，其垂直升降量1000mm，移动速度约0.15m/s，机械手最大夹持重量10kg，所夹持工件为圆柱形，直径范围：Ф30mm—Ф120mm。
根据课题要求经过认真思考和请教指导老师，本设计的旋转运动采用摆动液压马达（旋转液压缸）驱动，水平伸缩运动采用液压缸驱动，垂直升降运动仍采用液压缸驱动。
关键词：三自由度，圆柱坐标式，工业机器人，机械手CYLINDRICAL COORDINATE ROBOT OFTHREE DEGREES OF FREEDOMABSTRACTA robot is not simply another automated machine. A robot is a reprogrammable multifunctional manipulator designed to move material, parts, tool, or specialized devices through variable programmed motions for the performance of a variety of task.This design is a cylindrical coordinate manipulator, the device has three separate campaigns (two straight-line movement, a rotating Movement), that is to say that the device has three degrees of freedom. The bodies of the column can be compared to frame 180-degree rotation, with the rotation speed 15 r / min. The manipulator may be stretching from the level of 400mm, with the moving speed about 0.2 m/ s. From the top to the bottom, the manipulator can do vertical movement and its vertical take-off and landing is 1000mm, with the moving speed about 0.15 m/ s. The largest weight that the device grip can lead to 10kg.The workpiece with the diameter from 30mm to 120mm that the device can grip is cylindrical.According to the issue demands ,besides, careful thinking and ask the teacher, the rotating movements of the design opts rotating hydraulic motor (rotating cylinder) , the level of stretching movements are driven by hydraulic cylinders, vertical take-off and landing movements are still driven by hydraulic cylinders.KEY WORDS：Three degrees of freedom, Cylindrical，Industrial robot, Manipulator目录前言 (1)第1章概述 (2)§1.1 工业机械手的概述 (2)§1.2 工业机械手的发展 (5)§1.3 工业机械手在我国的发展与应用 (6)第2章总体设计方案 (8)§2.1 总体设计的思路 (8)§2.1.1 思路 (8)§2.2 总体方案的确定 (8)§2.2.1 方案 (8)第3章机械手相关的设计与计算 (10)§3.1 手指的相关设计与计算 (10)§3.1.1 手指夹紧力的计算 (10)§3.1.2 手部液压缸的选取 (13)§3.1.3 水平伸缩缸尺寸计算 (15)§3.1.4垂直升降液压缸主要参数的确定 (16)§3.2 升降手臂的设计 (17)§3.3 立柱与托盘的设计 (19)第4章相关的校核 (25)§4.1 手爪扇形齿轮与齿条强度校核 (25)§4.1.1 齿轮齿条强度校核 (25)第5章结论 (26)参考文献 (27)致谢 (28)前言机器人技术的发展，可以说是科学技术发展共同的一个综合性的结果，同时，也是为社会经济发展产生了重大影响的一门科学技术，它的发展归功于在第二次世界大战中各国加强了经济的投入，就加强了本国的经济的发展。
本科毕业论文-基于单片机的多自由度机械手臂控制器设计
本科毕业论文-基于单片机的多自由度机械手臂控制器设计摘要：随着自动化技术的不断发展，机械手臂在工业生产中扮演着越来越重要的角色，越来越得到人们的关注。
现代机械手臂控制器尤其是多自由度机械手臂控制器的设计与实现成为了本领域中的研究热点。
本文基于单片机芯片设计了一种多自由度机械手控制器，采用了串行通信的方式从计算机发送命令控制机械手臂的动作。
在硬件设计方面，使用了AT89S52单片机作为主控制器，引入了五个伺服电机控制模块作为机械手的动力源，以及一组角度传感器作为手臂的姿态测量元件。
在软件设计方面，采用C语言编写程序，实现了机械手臂自动运动、复位、姿态检测等功能。
同时，对机械手臂的自动防撞、误操作检测等进行了设计。
最终实验表明，本文设计的多自由度机械手控制器具有较强的动作准确性和鲁棒性。
关键词：多自由度机械手，单片机，控制器，硬件设计，软件设计Abstract：With the continuous development of automation technology, the role of robotic manipulators in industrial production is becoming more and more important, and it has attracted more and more attention from people. The design and implementation of modern robotic controller, especially multi-degree-of-freedom robotic controller, has become a hot research topic in this field.In this paper, a multi-degree-of-freedom robotic arm controller based on MCU chip is designed, and the motion of the robotic arm is controlled by serial communication from the computer. In terms of hardware design, AT89S52 MCU is used as the main controller. Five servo motor control modules are introduced as the power source of the manipulator, and a set of angle sensors are used as the posture measurement element of the arm.In terms of software design, the program is written in C language, and the functions of automatic movement, reset and posture detection of the robotic arm are realized. At the same time, the automatic anti-collision and misoperation detection of the robotic arm are also designed. Finally, the experiment shows that the multi-degree-of-freedom robotic arm controller designed in this paper has strong motion accuracy and robustness.Keywords: multi-degree-of-freedom robotic arm, MCU, controller, hardware design, software design一、引言机器人技术早产业生产中广泛使用，将传统的出产系统向自动化和智能化方向推进。
三自由度圆柱坐标工业机器人详解
三自由度圆柱坐标型工业机器人设计学院：机电工程学院班级：姓名：学号：1.末端执行机构设计采用内撑连杆杠杆式夹持器，用小型液压缸驱动夹紧，它的结构形式如图。
内撑连杆杠杆式夹持器采用四连杆机构传递撑紧力，即当液压缸1工作时，推动推杆2向下运动，使两钳爪3向外撑开，从而带动弹性爪4夹紧工件。
该种夹持器多用于内孔薄壁零件的夹持。
2.弹性爪的结构设计:这种结构是在手爪外侧用螺钉固定弹性片两端。
当弹性手工作时，由于夹紧过程具有弹性，就可避免易损零件被抓伤、变形和破损。
3.手臂机构的设计本设计中手臂由滚珠丝杠驱动实现上下运动，结构简单，装拆方便，还设计有两根导柱导向，以防止手臂在滚珠丝杠上转动，确保手臂随机座一起转动。
它的结构如下图。
选用轴向脚架型液压缸，活塞杆末端为外螺纹结构，手臂与末端执行器连同活塞杆一起转动。
4.腰部和基座设计1——支座，2——步进电机，3——谐波齿轮，4——转动机座5——支承槽钢梁，6——滚珠丝杠，7——导向柱，8——锥环无键联轴器通过安装在支座上的步进电机和谐波齿轮直接驱动转动壳体转动，从而实现机器人的旋转运动；通过安装在顶部的步进电机和联轴器带动滚珠丝杠转动实现手臂的上下移动。
采用双导柱导向，防止手臂在滚珠丝杠上转动，确保手臂随机座一起转动。
支撑梁采用槽钢，以减轻重量和节省材料，它的结构如上图。
5.驱动方式的选择由上表知步进电机应用于驱动工业机器人有着许多无可替代的优点，如控制性能好，可精确定位，体积较小可用于程序复杂和运动轨迹要求严格的小型通用机械手等，所以本设计采用它来实现机器人的旋转和上下移动。
选电机为BF反应式步进电机，型号为：90BF001。
由上表知,液压驱动方式反应灵敏,可实现连续轨迹控制,液体压力高，可获得较大的输出力,因此机器人的伸缩运动采用液压驱动方式来实现,从而使机器人容易找准工件。
它的型号为Y-HG1-C50/28×100LJ1HL1Q，它的主要技术参数如下表6.工业机器人的计算机控制系统概述工业机器人具有多个自由度，每个自由度一般包括一个伺服机构，它们必须协调起来，组成一个多变量控制系统。
三自由度机械手的结构设计论文
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。
基于单片微机控制的机械手设计
基于单片微机控制的机械手设计(机械结构）ﻫ摘要在工业生产中,机械手系统有着广泛的应用,如工件转移、工件装配、加工中心刀库换刀等，作为一种相对较新的机电一体化设备,它正开始改变现代化工业面貌。
本设计为三自由度圆柱坐标型工业机械手，其工作方向为两个直线方向和一个旋转方向。
本机械手使用气动夹紧装置，两直线方向的运动由两对丝杠螺母机构完成,通过步进电机驱动,一个旋转方向的运动也由步进电机驱动,因为使用单片机可以较容易地控制步进电机。
在控制器的作用下，机械手执行将工件从一个位置拿到另一个位置这一动作。
本机械手系统具有较大的柔性：控制方面，因机械手可以较容易地与ＰC机通信;上位机程序通过VB语言编写,可以通过改写上位机程序，比如增加可以调用的子程序、数据库等，使机械手实现更加强大地功能;机械结构方面，本机械手的末端执行机构可以更换，可以通过更换末端执行机构使机械手完成不同的任务。
本文的主要内容包括:机械手总体结构方案的选型、机械手的动力学参数计算、机械手的运动学设计、运动部件的设计与校核、结构设计等。
本文是对整个设计工作较全面的介绍和总结。
关键词：机械手自由度结构目录摘要 (Ⅰ)目录 (Ⅱ)第一章前言ﻩ错误!未定义书签。
第二章机械手总体结构的确定ﻩ错误!未定义书签。
2.1机械手自由度的确定................................... 错误!未定义书签。
2.2工作空间和额定负载的确定ﻩ错误!未定义书签。
２.３确定分辨率、重复性................................. 错误!未定义书签。
２.4机械手结构形式的确定................................ 错误!未定义书签。
第三章动力学参数计算 ..................................... 错误!未定义书签。
３.1末端夹持系统的设计.................................. 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。
3自由度机械手设计说明书
目录一、确定机械手设计方案 (3)1.1、机械手基本形式和自由度数的选择 (3)1.2、机械手手部夹紧结构方案设计 (4)1.3、机械手的手臂（水平方向和垂直方向）结构方案设计 (4)1.4、机械手的腰座结构方案设计 (4)二、部分执行机构的理论分析和设计计算 (5)2.1、手爪执行机构的分析计算及相关尺寸的确定 (5)2.1.1、手抓的力学分析 (5)2.1.2、手爪夹紧力和驱动力的的计算 (7)2.1.3、液压缸主要参数的确定 (8)2.2、水平手臂的设计和计算 (10)2.3、机身升降机构的计算 (11)2.3.1、手臂偏重力矩的计算 (11)2.3.2、升降不自锁条件分析计算 (12)2.3.3、手臂做升降运动的液压缸驱动力的计算以及相关尺寸的确定 (13)2.4、驱动回转轴回转的电机选型有关参数计算 (15)2.4.1、有关参数的计算 (15)2.4.2、电机型号的选择 (16)2.5、液压传动系统设计 (17)2.5.1、确定液压系统基本方案 (17)2.5.2、拟定液压执行元件运动控制回路 (17)2.5.3、液压源系统的设计 (17)2.5.4、绘制液压系统图 (18)三、机械手控制系统的硬件设计 (18)3.1、机械手工艺过程与控制要求 (18)3.2、机械手的作业流程 (18)3.3、机械手操作面板布置 (19)3.4、控制器的选型 (19)3.5、控制系统原理分析 (20)3.6、I/O地址分配 (20)3.7、PLC原理接线图 (21)四、参考文献 (21)一、确定机械手设计方案1.1、机械手基本形式和自由度数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;(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。
因为设计要求搬运的棒料的质量达40KG，且直径达160MM，长度大约为250MM，考虑在满足系统工艺要求的前提下，尽量简化结构，以减小成本、提高可靠度。
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。
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。
3个自由度机械手设计说明
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。
不论是传统产业，还是新兴产业，都离不开各种各样的机械装备，机械工业所提供装备的性能、质量和成本，对国民经济各部门技术进步和经济效益有很大的和直接的影响。
机械工业的规模和技术水平是衡量国家经济实力和科学技术水平的重要标志。
因此，世界各国都把发展机械工业作为发展本国经济的战略重点之一。
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。
工业机械手的是工业机器人的一个重要分支。
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各自的优点，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。
机械手是在机械化，自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。
在现代生产过程中，机械手被广泛的运用于自动生产线中，机械人的研制和生产已成为高技术邻域，迅速发殿起来的一门新兴的技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。
机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动，不知疲劳，不怕危险，抓举重物的力量比人手力大的特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用。
机械手技术涉及到力学、机械学、电气液压技术、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。
机械手是一种能自动化定位控制并可重新编程序以变动的多功能机器，它有多个自由度，可用来搬运物体以完成在各个不同环境中工作。
1.1 机械手的分类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。
三自由度圆柱坐标工业机器人
沈阳工程学院课程设计设计题目：三自由度圆柱坐标工业机器人设计系别班级学生姓名学号指导教师职称起止日期：2014年 1 月 6 日起——至 2014 年 1 月17 日止沈阳工程学院课程设计任务书课程设计题目：三自由度圆柱坐标工业机器人设计系别班级学生姓名学号指导教师职称课程设计进行地点： F430，图书馆任务下达时间： 2014 年 1月3日起止日期：2014 年 1 月6日起——至 2014 年 1 月17日止教研室主任2013年 12月 2 日批准三自由度圆柱坐标工业机器人设计1 设计主要内容及要求1.1 设计目的：（1）了解工业机器人技术的基本知识以及单片机、机械设计、传感器等相关技术；（2）初步掌握工业机器人的运动学原理、传动机构、驱动系统及控制系统，并应用于工业机器人的设计中；（3）掌握工业机器人的驱动机构、控制技术，并使机器人能独立执行一定的任务。
1.2 基本要求（1）要求设计一个微型的三自由度的圆柱坐标工业机器人；（2）要求设计机器人的机械机构（示意图），传动机构、控制系统、及必需的内外部传感器的种类和数量布局。
（3）要有控制系统硬件设计电路。
1.3 发挥部分自由发挥2 设计过程及论文的基本要求：2.1 设计过程的基本要求（1）基本部分必须完成，发挥部分可任选；（2）符合设计要求的报告一份，其中包括总体设计框图、电路原理图各一份；（3）设计过程的资料保留并随设计报告一起上交；报告的电子档需全班统一存盘上交。
2.2 课程设计论文的基本要求（1）参照毕业设计论文规范打印，包括附录中的图纸；项目齐全、不许涂改，不少于3000字；图纸为A4，所有插图不允许复印。
（2）装订顺序：封面、任务书、成绩评审意见表、中文摘要、关键词、目录、正文（设计题目、设计任务、设计思路、设计框图、各部分电路及相应的详细的功能分析和重要的参数计算、工作过程分析、元器件清单、主要器件介绍等）、小结、参考文献、附录（总体设计框图与电路原理图）。
三自由度圆柱坐标机械手毕业设计
摘要自上世纪工业革命以来，大型重工业已经成为了人类社会发展的不可缺少的一部风。
自从美国诞生了世界上第一台机械人后，很多国家都争先研究机器人技术。
因为机器人技术可以帮助甚至替代人类在重工业生产，特别是高污染，高强度，高温度等人类不适宜的工作环境下高效率的工作。
机械手作为机器人的重要组成部分，它种类繁多。
动力方面，可以是电动的，也可以是液压差传动。
主要由控制系统，执行系统，动力系统等系统组成，由伸缩臂，升降臂，机械抓手等部分，以PLC软件为操作，使机器手更加方便快捷的运用于人类的生产活动当中。
关键词：机械手手臂圆柱坐标液压缸PLC目录第1章绪论 (5)1.1 机械手发展现状 (5)1.2机器手种类 (5)1.3 机器手由哪些部分组成 (5)1.4设计机器手目的 (6)第2章三自由度直角坐标机械手的整体设计方案 (7)2.1机械手的自由度和坐标形式的确定 (7)2.2 机械手的手部结构的确定方法 (7)2.3 机械手的手臂结构的确定 (7)2.4机械手的驱动方案的确定 (7)2.5机械手的控制方案的确定 (7)2.6机械手的参数确定 (8)第3章机械手底座 (9)3.1设计参数 (9)3.2方案设计 (10)3.3液压马达的选择 (10)3.4回转支撑的选择 (11)3.5齿轮的强度校核 (13)3.6底座的方案确定 (13)第 4 章机械手升降臂 (15)4.1升降臂设计要求 (15)4.1.1 设计要求 (15)4.1.2 设计方案的选择 (15)4.2液压缸的选择 (15)4.3执行原件主要参数的确定 (16)4.4升降臂的设计与计算 (18)4.5升降臂滑台设计 (19)4.6撞快与形成开关的设计 (20)第5章机械手伸缩臂 (22)5.1伸缩臂的设计 (22)5.1.1设计参数 (22)5.1.2设计方案 (23)5.2液压缸的选择 (23)5.3导向杆的设计 (23)5.4底板的设计 (25)5.5伸缩臂的确定 (27)第6章机械手夹持器 (29)6.1夹持器的方案选择 (29)6.2手抓部分的设计驱动计算 (31)6.3液压缸的选择 (31)6.4 V抓型的设计 (32)6.5连杆的设计 (36)第7章机械手液压控制系统 (38)7.1设计内容及要求 (38)7.1.1设计内柔 (39)7.1.2设计要求 (39)7.2设计方案 (41)7.3液压泵的选择及其参数确定 (41)7.3.1个执行系统的最大流量计算 (41)7.3.2确定液压泵功率 (42)7.3.3液压泵原件选择 (42)7.4压力影响 (43)第8章机械手控制系统 (45)8.1设计内容 (45)8.2主电路图 (46)8.3 PLC控制 (49)8.4 软件设计 (52)第9章致谢 (56)第10章参考文献 (57)第1章概述1.1机器手的发展机器手在当今社会中已经扮演的重要的角色，它在我们的日常生活里都特别的重要，我国的机械手事业不断的发展，已在当今社会中占有了一定地位。
机械毕业设计-单片机控制三自由度圆柱坐标机械手设计
( )
I
Mechatronics
II
Abstract
From the industrial robot manipulator (Mechanical), controller, servo drive system and sensing device, a humanoid operation, automatic control, can repeat programming, three-dimensional space can be completed in the various operations of the electromechanical integration automatic production agency. It to stabilize, improve the product quality, improve production efficiency, plays a very important role in improving the rapid working conditions and product. Industrial robot technology is a high-tech integrated computer, control theory, mechanism, information and sensor technology, artificial intelligence, bionics multidisciplinary and form, is the contemporary research is very active, more and more widely applied in the field. The robot is on the environment of rapid response and the analysis judgment ability, and the machine can work continuously for long time, high precision, resistance to harsh environment capacity, in the sense that it is the product of the evolution of the machine, it is an important production and industrial and non-industrial sector, service equipment, automation equipment is indispensable the field of advanced manufacturing technology. Today, the robotics industry has become the world the concern of the industry. With the rapid development of robot technology, the application field of industrial robot is constantly expanding, puts forward new requirements, in order to improve the robot teaching level, we developed a set of experimental teaching for the purpose of demonstration of the robot system. This assay describes the development process of the robot, the application status at home and abroad, robot based on the specific design requirements, the overall design of the degree of freedom, the concrete structure design and calculation;
三自由度机械手设计
三自由度机械手设计机械手是一种用于代替人手完成各种复杂或危险操作的机械装置。
三自由度机械手是指具有三个独立自由度的机械手。
在机械手设计中，三自由度机械手是较为简单且常见的一种类型。
三自由度机械手通常由机械臂和手爪组成，其中机械臂负责定位和移动，手爪负责抓取和放置物体。
机械臂由三个关节连接起来，每个关节都可以独立控制。
这意味着机械臂可以在三个轴上进行旋转和伸缩，从而实现空间中的定位和移动。
1.功能需求：首先需要明确机械手的功能需求，例如需要抓取什么类型的物体以及进行什么样的操作。
不同的功能需求会对机械手的结构和控制系统产生影响。
2.结构设计：机械手的结构设计包括关节、连接杆和运动范围等方面。
关节可以使用电机或气动缸等驱动装置实现，连接杆需要具有足够的强度和刚性。
运动范围的设计需要考虑机械手需要移动到的位置和空间，以及机械手的工作环境。
3.控制系统设计：机械手的控制系统包括传感器、运动控制器和驱动装置等。
传感器用于获取机械手当前的位置和姿态信息，运动控制器用于计算并控制机械手的运动轨迹，驱动装置用于实际驱动机械手的运动。
4.安全性设计：机械手操作时需要考虑其安全性。
例如，在操作过程中需要设置足够的安全间距，以避免机械手发生碰撞。
此外，机械手还可以通过使用力传感器和视觉系统等技术，实现对工作环境和物体的感知和识别，以提高操作的安全性和精确性。
在实际应用中，三自由度机械手广泛用于工业生产线上的自动化操作。
它可以完成物体的抓取、搬运、装配等任务，提高生产效率和质量。
同时，由于其结构相对简单，成本相对较低，因此也被广泛应用于教育和研究领域。
总而言之，三自由度机械手是一种常见的机械手类型，在设计中需要考虑功能需求、结构设计、控制系统设计和安全性设计等方面。
它在提高生产效率和质量方面具有重要的应用价值，并且具有较低的成本，因此在工业、教育和研究等领域广泛应用。
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XX大学毕业设计(论文)单片机控制三自由度圆柱坐标机械手设计专业：班级：姓名：学号：指导教师：年月摘要近代的工业机械手是由目标机械本体、控制器系统、传感装置系统、控制系统和伺服动力器系统组成，是一种模仿人的操作、自动化控制、可多次编程、能在立体空间完成各式各样作业的Mechatronics设备。
工业机械手对于提高和确保产品质量，提升生产的效率，改善工人的工作条件和快速更新产品起着非常重要的作用。
工业机械手技术结合了多们学科的知识。
包含机构学、计算机、控制论、信息和传感技术、人工智能、仿生学等。
它是当代十分活跃，应用非常广泛的领域。
机械手具有很多人类所不具有的能力，包括快速分析环境能力；抗干扰能力强，能长时间工作和工作精度高。
可以说机械手是工业进步的产物，它也发挥了在当今工业的至关重要的作用。
如今，机械手工业已成为世界各国备受关注的产业。
随着机械手技术的快速发展，工业机械手的应用范围正在不断扩大，提出了新要求，为提高机械手教学教育的水平，我们研制出一套以实验教学为目的的机械手演示系统。
本文阐述了机械手的发展历史，国内外的应用状况，及其巨大的优越性，提出了具体的机械手设计要求和进行了总体方案设计和各自由度的具体结构设计、计算。
关键词：机械手；工业；传动；强度AbstractFrom the industrial robot manipulator (Mechanical), controller, servo drive system and sensing device, a humanoid operation, automatic control, can repeat programming,three-dimensional space can be completed in the various operations of the electromechanical integration automatic production agency. It to stabilize, improve the product quality, improve production efficiency, plays a very important role in improving the rapid working conditions and product. Industrial robot technology is a high-tech integrated computer, control theory, mechanism, information and sensor technology, artificial intelligence, bionics multidisciplinary and form, is the contemporary research is very active, more and more widely applied in the field.The robot is on the environment of rapid response and the analysis judgment ability, and the machine can work continuously for long time, high precision, resistance to harsh environment capacity, in the sense that it is the product of the evolution of the machine, it is an important production and industrial and non-industrial sector, service equipment, automation equipment is indispensable the field of advanced manufacturing technology. Today, the robotics industry has become the world the concern of the industry.With the rapid development of robot technology, the application field of industrial robot is constantly expanding, puts forward new requirements, in order to improve the robot teaching level, we developed a set of experimental teaching for the purpose of demonstration of the robot system.This assay describes the development process of the robot, the application status at home and abroad, robot based on the specific design requirements, the overall design of the degree of freedom, the concrete structure design and calculation;Key Words: robot; industrial; transmission; strength目录摘要....................................................................................................................................... I I Abstract (III)目录 (IV)第1章绪论 (2)1.1 机械手概念 (6)1.2 课题研究的背景和意义 (6)1.3 国内机械手的研究 (6)1.4机械手的应用 (7)第2章总体方案机构设计 (8)2.1设计概念 (8)2.2设计原理 (8)第3章X向结构及传动设计 (9)3.1 X向滚珠丝杆副的选择 (10)3.1.1导程确定 (10)3.1.2确定丝杆的等效转速 (10)3.1.3估计工作台质量及负重 (10)3.1.4确定丝杆的等效负载 (10)3.1.5确定丝杆所受的最大动载荷 (11)3.1.6精度的选择 (12)3.1.7选择滚珠丝杆型号 (12)3.2校核 (12)3.2.1 临界压缩负荷验证 (13)3.2.2临界转速验证 (14)3.2.3丝杆拉压振动与扭转振动的固有频率 (14)3.3电机的选择 (15)3.3.1电机轴的转动惯量 (15)3.3.2电机扭矩计算 (16)第4章Y向结构设计 (17)4.1 滚珠丝杠计算、选择 (17)4.2 步进电机惯性负载的计算 (20)4.3步进电机的选用 (21)第5章手指的相关设计与计算 (23)5.1 手指的相关设计与计算 (23)5.2 机械手手抓夹持精度的分析计算 (26)5.3 手爪扇形齿轮与齿条强度校核 (27)5.4 机身与基座 (28)第6章单片机电气控制系统设计 (34)6.1 微机数控系统的设计 (34)6.1.1 硬件电路设计 (34)6.1.2 软件电路设计 (36)6.2 8031单片机及其扩展 (36)6.2.1 8031单片机的简介 (36)6.2.2 8031单片机的系统扩展 (37)6.2.3 存储器扩展 (39)6.2.4 I/O口的扩展 (41)6.2.5 步进电机驱动电路 (42)6.2.6 脉冲分配器（环行分配器） (43)6.2.7 光电隔离电路 (43)6.2.8 功率放大器 (43)6.2.9 其他辅助电路 (44)总结 (46)参考文献 (47)致谢 (48)第1章绪论1.1 机械手概念机械手（Robot）是自动执行工作的机器装置。
它是高级整合控制论、机械电子、计算机、材料和仿生学的产物。
在工业、医学、农业、建筑业甚至军事等领域中均有重要用途。
机械手是近50年才迅速发展起来的一种有代表性的、机械和电子控制系统组成的、自动化程度高的生产工具。
在生产制造业中，机械手技术得到广泛的应用。
它自动化程度高，对改善劳动条件，确保产品质量和提升工作效率，起到非常重要的作用。
可以说他是现代工业的一种技术革命。
1.2 课题研究的背景和意义由于现代科技的发展，无论是在工业生产中还是人类日常生活，机械手技术都得到广泛的应用。
研究智能类人机械手是近年科学家一致致力于的方向。
类人机械手是以人类模型的，它能仿照人类各种动作和具有人类的外部特征。
未来机械手管家将不是梦。
按机械手结构的不同，机械手又可以分很多种。
轮式移动机械手、履带机械手、机器手、步行机械手等等。
值得一提的是步行机械手，他是近年来类人机器研究的重要成果。
它的移动方式跟大多数动物一样甚至可以跟人类一下。
这是一种很复杂的自动化程度很高的运动。
相对于传统的轮式和履带机械手，他对环境的适应性更强。
能在很小的空间作业，在不平的道路上如履平地，上下楼梯等等。
将来不久，这项技术会得到非常广泛应用。
在机械手研究、制作中，运用电脑对设计出来的机械手进行仿真是一项非常重要的过程。
机械手仿真包含零件建模，零件装配，最后进行运动仿真。
通过仿真，设计员可以很直观的观察到各个机构的运动状况，知道有没有出现干涉；可以清楚知道各个部件的受力情况，得出各种模拟数据。
这种方法大大节约了研制时间和成本。
1.3 国内机械手的研究机械手在日本应用的历史非常悠久。
在七十年代时机械手首先得到应用，然后经过十年的发展，在八十年代的时候机械手已经得到普及。
相应的他们工业年产值也得到了快速提高。
1980年达到一千亿日元，到1990年提高到六千亿日元。
在2004年时已达到了一万八千五百亿日元。
可见机械手在提高生产效益方面的重要性。
在国际方面，各个国家已经意识到机械手的重要性。
所以机械手的订单急速上升。
在2003年的订单量相对于2002年增长了百分之10。
此后机械手的需求量仍然不断上升。
从2001年到2006年全球订单增长多达90000多台。
平均年增长为7%。
国际机械手的发展方向:机械手涉及到非常多学科的知识和领域。
包括：计算机、电子、控制、人工智能、传感器、通讯与网络、控制、机械等等。