多自由度机械手课程设计

机电一体化系统设计课程设计

设计题目：

内装：

1. 设计说明书

2. 装配图

3. 控制电路原理图

4. …….

专业：

姓名：

学号：

指导教师：

完成日期：

成绩：

福建农林大学机电工程学院

机电一体化系统设计课程设计说明书

设计题目：

学院：

专业年级：

学号：

学生姓名：

指导教师：

年月日

一、机械手的概述 (1)

1.1 机械手的组成和分类 (1)

1.2 应用机械手的意义 (1)

二、总体方案设计 (3)

2.1 设计任务 (3)

2.2 总体方案确定 (3)

2.2.1机械手基本形式的选择 (3)

2.2.2机械手的主要部件及运动 (3)

2.2.3驱动机构的选择 (4)

三、机械系统设计 (5)

3.1机械手手部的设计计算 (5)

3.1.1手部设计基本要求 (5)

3.1.3机械手手抓的设计计算 (5)

3.1.4.机械手手抓夹持精度的分析计算 (8)

3.1.5弹簧的设计计算 (9)

3.2腕部的设计计算 (11)

3.2.1 腕部设计的基本要求 (11)

3.2.3 腕部结构和驱动机构的选择 (12)

3.2.4 腕部的设计计算 (12)

3.3臂部的设计及有关计算 (15)

3.3.1 臂部设计的基本要求 (15)

3.3.2 手臂的典型机构以及结构的选择 (16)

3.3.3 液压缸工作压力和结构的确定 (18)

3.4机身的设计计算 (19)

3.4.1 机身的整体设计 (19)

3.4.2 机身回转机构的设计计算 (20)

3.4.3 机身升降机构的计算 (22)

3.4.4 轴承的选择分析 (25)

四、控制系统硬件电路设计 (26)

4.1可编程序控器的简介 (26)

4.2 PLC的结构，种类和分类 (26)

4.3 FX2n系列三菱PLC特点 (30)

4.4 接近开关传感器 (28)

4.5 I/O接口简介 (29)

4.6 行程开关的介绍 (30)

4.6.1 行程开关的概念 (30)

4.6.2 行程开关的作用及原理 (30)

4.7电路的总体设计 (30)

4.7.1回路的设计 (30)

4.7.2 系统输入/输出分布表 (31)

4.7.3机械手的程序设计 (33)

4.7.4 步进电机的运行控制 (33)

五、参考文献 (34)

一、机械手的概述

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、轻工和原子能等领域。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。

1.1机械手的组成和分类

1.1.1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。

1.1.2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。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。本课题所做的机械手是属于第三类机械手。

1.2应用机械手的意义

随着科学技术的发展，机械手也越来越多的地被应用在各行各业中。在机械工业中，铸、焊、铆、冲、压、热处理、机械加工、装配、检验、喷漆、电镀等工种都有应用的实理。其他领域，如轻工业、建筑业、国防工业等工作中也均有所应用。

在机械工业中，应用机械手的意义可以概括如下：一、以提高生产过程中的自动化程度应用机械手有利于实现材料的传送、工件的装卸、刀具的更换以及机器的装配等的自动化的

程度，从而可以提高劳动生产率和降低生产成本。二、以改善劳动条件，避免人身事故在高温、高压、低温、低压、有灰尘、噪声、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空间狭窄的场合中，用人手直接操作是有危险或根本不可能的，而应用机械手即可部分或全部代替人安全的完成作业，使劳动条件得以改善。在一些简单、重复，特别是较笨重的操作中，以机械手代替人进行工作，可以避免由于操作疲劳或疏忽而造成的人身事故。三、可以减轻人力，并便于有节奏的生产应用机械手代替人进行工作，这是直接减少人力的一个侧面，同时由于应用机械手可以连续的工作，这是减少人力的另一个侧面。因此，在自动化机床的综合加自动线上，目前几乎都没有机械手，以减少人力和更准确的控制生产的节拍，便于有

节奏的进行工作生产。

综上所述，有效的应用机械手，是发展机械工业的必然趋势。