数控机床上下料机械手概况
数控机床机械手上下料设计
数控机床机械手上下料设计近年来，全球制造业的竞争越来越激烈，如何提高生产效率、降低成本便成为制造业关注的焦点。
而数控机床作为其中的重要组成部分，已经成为生产制造的主力工具。
而数控机床机械手上下料设计就是其中的一个重要环节。
下面将从技术、市场等方面对数控机床机械手上下料设计进行详细探讨。
一、技术分析1、数控机床机械手简介数控机床机械手是一种智能化的控制系统，具有先进的传输技术和高效的控制系统，可以实现自动化控制，实现特定生产需要。
数控机床机械手一般由机械臂、夹具和控制系统组成。
2、数控机床机械手上下料设计优势数控机床机械手上下料设计不仅提高了生产效率，减少了人工成本，同时也提升了成品质量，消除了人为因素对质量的影响。
3、数控机床机械手上下料设计应用范围数控机床机械手上下料设计主要应用于制造行业，以及需要高精度加工的领域。
比如，汽车、电子、机械、医疗、航空等领域。
同时，这种设计也适用于大规模连续生产、批量生产的企业。
二、市场分析随着国内制造业对自动化生产的不断追求，智能制造已逐渐成为未来制造业的发展方向。
截至2019年，我国数控机床行业年产值近千亿元，其中数控机床机械手应用广泛，占据了整个市场的重要地位。
据最新数据显示，目前全球机械手市场规模已经超过了50亿美元，未来5年内预计将达到70亿美元，市场需求增长迅猛，可见数控机床机械手上下料设计的未来市场前景良好。
三、设计方案在进行数控机床机械手上下料设计时，应该结合实际生产情况，以实现生产效率、产品质量、生产成本等综合考虑。
下面列出以下设计方案：1、机械手运动设定根据需要加工的工件，制定机械手的运动路线，例如加工不规则工件时，机械手应该根据不同的形状自动控制其运动。
2、工件夹具设计对于各种形状的工件，设计不同的夹具来固定工件，以便机械手顺利上下料，在夹具安装单元中应设计相应的传感器和制动器。
3、自动调整功能由于不同工件的尺寸不同，需要自动调整夹具的升降高度，不同工件铺设位置也会影响机械手的工作效率，因此需要设计自监测功能，通过传感器等接口信息实现自适应调整。
关于上下料机械手发展趋势的详细介绍
关于上下料机械手进展趋势的认真介绍
上下料机械手广泛应用于机械制造业，机械手企业进展快速。
现
在重要用于注塑辅机上产品的自动取出、机床和横向锻压机的装卸、点焊、喷漆等作业。
它可以依据预先的操作程序完成的操作。
上下料机械
手的进展趋势是开发出具有肯定智能的机械手。
该上下料机械手省力，输出稳定
1.使用上下料机械手取产品，注塑机可以无人值守操作，不用挂
念无人或员工请假。
2.实行一人一机（包括切水、削峰、包装），配传送带，一人可
看4—5台机器，大大节省人力，降低工人工资。
3.人会累的，上下料机械手输出产品的时间是固定的，不需要休息，特别是天气热或者夜班的时候。
4.很难招到高学历人员操作注塑机，成本加添。
但一般生物技术
人员技术水平不高，责任心不强，导致生产经营困难。
5.人与人相处，总会有冲突，影响生产。
利用上下料机械手减压，削减了人力，不会由于工作压力过大而引发内部冲突，提高了公司内部
的团结和凝集力。
而上下料机械手具备肯定的感知本领，能够反馈外界
条件的变化并做出相应的更改。
假如角度稍有偏差，可以自行校正检测，关键是视觉功能和触觉功能。
使用专机或手工上下料机械手暴露出很多缺点。
一方面，上下料
机械手占地面积大，结构凌乱，维护和修理不便，不利于自动装配线的
生产；另一方面，适应变化加速不够快捷，不利于上下料机械手结构的
调整；其次，通过雇佣工会来加添劳动强度，导致工伤事故和低权力。
而且采纳人工上下料的产品质量稳定性不好，无法充足大批量生产的需求。
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数控机床上下料机器人综述详述
数控机床上下料机器人综述龚留杰（武汉理工大学机电工程学院武汉430070）摘要：首先简述了上下料机器人的总体结构类型，然后分析了机器人系统组成和各组成部分的功能以及工作原理，控制系统。
最后对上下料机器人系统的发展和研究方向进行了展望。
关键词：上下料；工业机器人；数控机床；PLCReview of loading and unloading robot on NC machine toolGong Liujie（Wuhan University of Technology, Mechanic and Electronic Engineering, Wuhan430070)Abstract：Firstly, illustrate the general structure type of loading and unloading robot simply. Then analyze the composition of robot system, the function of each component and operating principle, control system. Finally future directions and prospects were discussed.Key Words：loading and unloading; industrial robot; numerical control machinetool; PLC1.引言21世纪以来，机器人已经成为现代工业中不可缺少的重要工具。
机器人是最具代表性的现代多种高新技术的综合体，它可从某种角度折射出一个国家的科技水平和综合国力。
自从上世纪60年代第一台工业机器人问世以来，机器人的种类已经从最初的操作手逐渐衍生出各类机器人，并且深入到人类生活的方方面面。
机床上下料机器人是在数控机床上下料环节取代了人工的完成工件的自动装卸功能，。
上下料机器人特点、规格及应用
上下料机器人特点、规格及应用上下料机器人属于工业机器人的一种。
鑫台铭上下料机器人能满足“快速/大批量加工节拍”、“节省人力成本”、“提高生产效率”等要求，成为越来越多工厂的理想选择。
上下料机器人是非标机器人，适用于机床、生产线的上下料、工件移位翻转、工件转序等。
上下料机器人系统具有高效率和高稳定性,结构简单更易于维护, 可以满足不同种类产品的生产, 对用户来说, 可以很快进行产品结构的调整和扩大产能, 并且可以大大降低产业工人的劳动强度。
鑫台铭是专业提供工业机器人系统集成商和制造商，在新兴工业时代，上下料机器人能满足“快速/大批量加工节拍”、“节省人力成本”、“提高生产效率”等要求，成为越来越多工厂的理想选择。
上下料机器人适用于机床、生产线的上下料、工件移位翻转、工件转序等。
上下料机器人系统具有高效率和高稳定性,结构简单更易于维护, 可以满足不同种类产品的生产, 对用户来说, 可以很快进行产品结构的调整和扩大产能, 并且可以大大降低产业工人的劳动强度。
上下料机器人特点:1、可以实现对圆盘类、长轴类、不规则形状、金属板类等工件的自动上料/下料、工件翻转、工件转序等工作。
2、不依靠机床的控制器进行控制，机械手采用独立的控制模块，不影响机床运转。
3、刚性好，运行平稳，维护非常方便。
4、可选：独立料仓设计，料仓独立自动控制。
5、可选：独立流水线。
在物料搬运和机床上下料作业中，通过上下料冲压机器人自动化抓取和搬运可显著提升工作效率，降低总运营成本。
采用多机器人系统实现钣金生产线多台压力机自动上下料，实现不同规格的工件，不同尺寸和结构形式的工件自动上下料。
协调自动输送协调、压力机、上下料冲压机器人系统与检测系统之间控制，实现无人化生产，生产效率和可靠性大大提高，生产成本明显降低。
上下料机器人系统优势：1、自动化程度高，从自动上料、上料检测、对中、冲压、抓取、转接到产品码放一系列动作连贯进行，无需人员干预，无人化生产。
数控机床上下料机械手设计
数控机床上下料机械手设计前言随着工业的不断发展和升级，机械制造产业已经成为了各国经济发展不可或缺的重要组成部分。
数控机床则是机械制造产业中的重要设备之一。
而数控机床上下料机械手，作为数控机床的附属设备，它的功能是在机床的输入、输出端之间自动输送加工件，减少了人力，提高了加工效率，为制造行业带来了极大的便利和效益。
本文将介绍数控机床上下料机械手的设计过程。
设计思路首先，在设计机械手之前，我们需要了解机械手的结构和工作原理。
1.机械手结构数控机床上下料机械手的结构一般分为机械手臂、机械手控制系统、夹手器、传感器和运动轴等主要部分。
其中，机械手臂是机械手的核心部件，它的结构一般采用铝合金或者碳纤维材料制作，具有较高的强度和刚度，能够承受较大的载荷；机械手控制系统则是机械手的智能核心，能够根据预设的程序进行自动化控制；夹手器则是机械手的末端执行器，用于夹持加工件；传感器则可以对加工件的位置、形状等进行检测和反馈；而运动轴则是机械手的实际运动部分，能够实现机械手的动作。
2.机械手工作原理数控机床上下料机械手的工作原理是通过控制机械手臂的运动轴和夹手器的打开、关闭，来实现机械手夹取、放置加工件的过程。
在机械手的控制系统中，我们可以预设机械手的运动轨迹和夹手器的运动规律，当接收到工艺指令后，机械手会按照预设的程序自动地执行加工件的夹取和放置操作。
在了解了机械手的结构和工作原理之后，我们可以开始设计机械手的具体实现方案。
设计方案1.机械手臂结构设计机械手臂的结构设计是机械手整体设计中的核心环节之一。
在设计机械手臂时，我们需要考虑以下几个方面：•材料的选择。
由于机械手臂需要具备较强的承载能力和刚度，因此在材料的选择上，我们可以考虑采用铝合金或者碳纤维等高强度材料，来满足机械手的结构要求。
•结构的设计。
机械手臂的结构设计需要采用工程力学理论，考虑机械手的承重和刚度等因素。
在结构设计中，需要确定机械手臂的长度、形状和悬挂方式等关键参数，保证机械手的稳定运行和准确夹取加工件的能力。
数控车床自动上下料机械手结构设计
数控车床自动上下料机械手结构设计摘要：本课题针对于数控车床而设计了结构圆柱坐标型的自动上下料机械手，通过对机械手的传动机构，驱动系统、液压系统以及控制系统进行了理论分析和计算。
同时对机械手整体结构进行了详细的设计，主要包括机械手的机身机座，机械手手臂，机械手手爪等部分。
并分析了数控车床自动上下料机械手的操作流程，主要采用液压缸、步进电机等元件实现机械手的运动部分。
关键词：数控车床；机械手；传动机构:液压系统；驱动系统1、数控车床自动上下料机械手的设计方案1.1机械手结构的设计工业机器人的结构形式主要包括直角坐标型机器人、圆柱坐标型机器人、球坐标型机器人、关节型坐标机器人四种。
其对应的特点如表1。
表1工业机器人结构类型球坐标型机器人两个回抬运动以及一个直线运动结构简单.造价成本较低、精度较差搬运机器人关节型机器人三个回转运动动作灵活、结构疑凌焊接机器人、喷漆机器人、搬运1.2数控车床自动上下料机械手手部设计1.2.1机械手手部的设计要求本课题机械手手爪开闭范围需够大。
在机械手工作时，其中一个手爪张开夹紧角度的最大变化量为开闭范围。
手爪开闭范围的要求与工件的形状以及尺寸等因素都有关联。
通常情况下，机械手手爪的开闭范围越大越好。
1.2.2手爪结构的采用方案结合具体的工作要求，综上所述，本课题采用的是齿轮齿条式。
通过活塞往返带动齿条完成手爪张开或夹紧的动作。
1.3数控车床自动上下料机械手腕部设计机械手手腕主要功能是可以使被夹持工件的方位产生变化，此时机械手手腕需做回转运动，即只存在一个回转自由度。
结合本课题，本设计手腕不加自由度以便于机械手结构简单，操作简单。
1.4数控车床自动上下料机械手手臂设计考虑到操纵器在工作中的稳定性和安全性，将两个平行的导向杆添加到该对象的水平框架中，使其与运动活塞杆截面形成等腰三角形结构，以保证其结构更加稳定牢靠。
垂直手臂添加四个导杆其截面为正四边形，每个导杆都选用空心结构以保证机械手整体重量。
数控车床-机械手自动上下料资料
Image
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转盘的每个仓位均可调节大小，以适应不同直径的产品。
大大增加储料数量(shùliàng)， 一次装料可在机械手 的协同下自动完成毛 坯料定点夹取，加工 后自动摆放，代替人 工操作，节省人力成 本。
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旋转盘式料仓
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一、什么(shén me)是数控机床自动 化改造 ？
通过为数控机床 安装机械手系统，取 代原来的人工操作， 实现(shíxiàn)工件 的自动抓取、上料、 下料、装夹和加工等 工序的全自动化操作 。
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第十二页，共13页。
网址(wǎnɡ zhǐ)：
内容(nèiróng)总结
一、什么是数控机床自动化改造。淡季养工人，旺季急工人。机械手可以24小时 (xiǎoshí)连续自动运行，大幅度提高生产效率和设备利用率，为企业创造更高的产值。水平
No 移动距离1900、垂直移动距离800。水平移动速度0.9米/秒 垂直移动速度1米/秒。机身由高
本。以一个操作(cāozuò)员的月平均工资3000元为例，使用机 械手一人可操作(cāozuò)五台机床。一年下来可以为企业减少 288000元的人工支出。
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2. 24小时连续生产 机械手可以24小时连续自动运行，大幅度提高生产
数控机床上下料机械手设计
数控机床上下料机械手设计2.3机械手手腕结构的设计机械手手腕是机械手操作机的最末端，与手爪相连接，它与机械手手臂配合，使手爪在空间运动，完成所需要的作业动作。
2.3.1手腕结构的设计要求１、由于手腕安装在机械手末端，因此要求手腕设计应尽量小巧轻盈，结构紧凑。
２、根据作业需要，设计机械手手腕的自由度。
一般情况下，自由度数目愈多，腕部的灵活性愈高，对对作业的适应能力也愈强。
但自由度的增加，必然使腕部结构更复杂，控制更困难，成本也会相应增加。
因此，手腕的自由度数，应根据实际作业要求来确定。
３、为实现腕部的通用性，要求有标准的连接法兰，以便于和不同的机械手手爪进行连接。
４、为保证工作时力的传递和运动的连贯，腕部结构要有足够的强度和刚度。
５、要设有可靠的传动间隙调整机构，以减小空回间隙，提高传动精度。
６、手腕各关节轴转动要有限位开关，并设置硬限位，以防止超限造成机械损坏。
2.3.2具体设计方案通过对数控机床上下料作业的具体分析，考虑数控机床加工的具体形式及对机械手上下料作业时的具体要求，在满足系统工艺要求的前提下提高安全和可靠性，为使机械手的结构尽量简单，降低控制的难度，本设计手腕不增加自由度，实践证明这是完全能满足作业要求的，3个自由度来实现机床的上下料完全足够。
具体的手腕（手臂手爪联结梁）结构见图2-4。
2.4机械手手臂结构的设计2.4.1手臂结构的设计要求机械手的手臂在工作时，要承受一定的载荷，且其运动本身具有一定的速度，因此，机械手手臂的设计需要遵循以下设计要求：１、工作空间的形状和大小与机械手手臂的长度，手臂关节的转动范围有密切的关系，因此手臂尺寸设计应合理，一般满足其工作空间即可。
２、为了提高机械手的运动速度与控制精度，应在保证机械手手臂有足够强度和刚度的条件下，尽可能在结构上、材料上设法减轻手臂的重量。
３、应尽可能使机械手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，这样可以使机械手运动学正逆运算简化，有利于机械手的控制。
机床上下料机器人介绍
机床上下料机器人介绍机床上下料机器人主要由机械结构、控制系统、传感器和视觉系统组成。
机械结构包括机器人臂、末端执行器和夹具等部件，用于实现机床上下料的动作。
控制系统主要包括运动控制和路径规划等模块，用于控制机器人的运动轨迹和动作。
传感器主要用于检测工件和机械臂等状态，以实现精确定位和操作。
视觉系统主要用于识别和定位工件，以及监视机器人的运动和操作。
机床上下料机器人的工作流程一般包括以下几个步骤：首先，机器人通过视觉系统识别工件的类型和位置；然后，机器人根据工件的位置和尺寸，选择适当的夹具进行固定；接下来，机器人根据设定的路径规划算法，将工件从料架上取下，并精确定位到机床上；在机床上加工完成后，机器人再次将工件取下，并将加工好的工件放置到指定的位置上。
整个过程中，机器人会实时监测和调整自己的位置和动作，以确保上下料过程的准确性和稳定性。
1.提高生产效率：机床上下料机器人能够快速、准确地完成上下料操作，避免了人工操作的延时和误差，从而提高了生产效率。
2.提高产品质量：机床上下料机器人具有高度的重复性和稳定性，可以保证每个工件的位置和姿态的一致性，提高产品的加工精度和一致性。
3.降低劳动强度：机床上下料机器人的使用可以大大减少人工操作的需求，降低了劳动强度，提高了操作环境的安全性。
4.增强生产的灵活性：机床上下料机器人具有灵活的操作模式和路径规划能力，可以根据不同的工件和加工要求，进行自适应的上下料操作，提高了生产的灵活性和适应性。
5.降低成本：机床上下料机器人的使用可以减少人工和人力成本，提高生产效率和产品质量，从而降低了生产成本。
机床上下料机器人在各行业的应用非常广泛，特别是在汽车、航空、机械制造等领域。
随着工业自动化的不断发展，机床上下料机器人将在未来发挥更加重要的作用，并成为工业生产的重要组成部分。
同时，机床上下料机器人的技术也在不断进步和创新，未来将会有更多的智能和高效的机床上下料机器人问世，为工业生产带来更大的便利和效益。
数控机床上下料机械手设计
沈阳大学毕业设计（论文）
No 5
绪
言
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。近 年来，随着电子技术特别是电子计算机的广泛应用，机器人的研制和生产已 成为高技术领域内迅速发展起来的一门新兴技术，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。机械手能代替 人类完成危险、重复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，提高劳动生产力。机 械手越来越广泛的得到了应用，在机械行业中它可用于零部件组装 ，加工工 件的搬运、装卸，特别是在自动化数控机床、组合机床上使用更普遍。目前， 机械手已发展成为柔性制造系统 FMS 和柔性制造单元 FMC 中一个重要组成 部分。把机床设备和机械手共同构成一个柔性加工系统或柔性制造单元，它 适应于中、小批量生产，可以节省庞大的工件输送装置，结构紧凑，而且适 应性很强。当工件变更时，柔性生产系统很容易改变，有利于企业不断更新 适销对路的品种，提高产品质量，更好地适应市场竞争的需要。而目前我国 的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，应用规模 和产业化水平低，机械手的研究和开发直接影响到我国自动化生产水平的提 高，从经济上、技术上考虑都是十分必要的。因此，进行机械手的研究设计 是非常有意义的。
5 技术经济分析 结论 致谢 参考文献 附录 1 附录 2
沈阳大学毕业设计（论专业大学本科两年的所学知识进行整 合，对工业机械手各部分机械结构和功能的论述和分析，设计了一种圆柱坐 标形式的数控机床上下料机械手。重点针对机械手的腰座、手臂、手爪等各 部分机械结构以及机械手控制系统进行了详细的设计。具体进行了机械手的 总体设计，腰座结构的设计，机械手手臂结构的设计，机械手腕部的结构设 计，末端执行器（手爪）的结构设计，机械手的机械传动机构的设计，机械 手驱动系统的设计。同时对液压系统和控制系统进行了理论分析和计算。基 于 PLC 对机械手的控制系统进行了深入细致的设计，通过对机械手作业的工 艺过程和控制要求的分析，设计了控制系统的硬件电路，同时编制了机械手 的控制程序。设计达到了设计的预期目标。
数控车床自动上下料机械手结构设计
数控车床自动上下料机械手结构设计首先，在设计机械手的结构时，需要考虑机械手的运动自由度。
通常情况下，机械手需要具备至少4个自由度，包括水平滑台运动、垂直滑台运动、夹具旋转和夹具开合等运动。
这样可以保证机械手可以在不同方向上进行运动，以满足不同工件的上下料需求。
其次，机械手的运动方式也需要进行合理的设计。
常见的机械手运动方式有直线运动和旋转运动。
在数控车床自动上下料机械手中，通常选择导轨和丝杠组合的方式实现机械手的水平滑台和垂直滑台运动，以保证稳定性和精度。
夹具的旋转可以通过电机和减速机组合实现，使夹具可以在水平方向上进行旋转。
夹具的开合则可以通过气动或液压系统来实现，以提高开合速度和准确度。
再次，机械手的控制系统需要具备高效、稳定和智能化的特点。
控制系统需要能够准确地控制机械手的运动，以达到预定的上下料速度和精度。
同时，控制系统还需要具备自动化和智能化的功能，可以根据生产需求进行灵活的调整和优化。
使用传感器和编码器等设备对机械手的运动状态进行实时监测和反馈，以实现闭环控制，提高机械手的稳定性和精度。
最后，机械手的安全性也是设计中需要考虑的重要因素。
机械手在工作过程中需要与操作人员和其他设备进行安全隔离，防止意外伤害的发生。
同时，机械手还需要具备急停、紧急停机和故障诊断等安全保护功能，以保障操作人员和设备的安全。
综上所述，数控车床自动上下料机械手的结构设计需要兼顾高效、稳定、安全和智能化的要求。
只有具备合理的运动自由度和方式、高效稳定的控制系统以及安全可靠的保护措施，才能有效提高生产效率和产品质量，满足企业的生产需求。
车床上下料机械手
摘要工业机器人一般可理解为：在工业自动化应用领域中的一种自动控制、可重复编程、多功能、多自由度的操作机（固定式的或是移动式的），用于搬运材料、工件、操持工具或检测装置，完成各种作业。
近年来随着工业自动化的发展机械手逐渐成为一门新兴的学科，并得到了较快的发展。
机械手广泛地应用于锻压、冲压、锻造、焊接、装配、机加、喷漆、热处理等各个行业。
特别是在笨重、高温、有毒、危险、放射性、多粉尘等恶劣的劳动环境中，机械手由于其显著的优点而受到特别重视。
机床上料机械手是典型的机电一体化设备，它可自动地为机床抓取工件，取代操作人员频繁取料，降低劳动强度，提高工作效率。
机械手自1999 年投入运行, 工作安全可靠, 效果良好, 可用做数控机床自动上料设备和生产线上的自动抓取设备。
几年来, 逐步开发了相关实验、实训教学项目, 以机械手作为实验(训) 载体, 逐步形成了以学生为主体、理论与实践相结合的教学模式, 激发了学生的创造性和动手能力, 为提高学生的工程素质、全面提高学生的综合素质创造了基础条件。
关键词：车床上下料机械手气压系统结构设计AbstractIndustrial robot can generally be understood as: in industrial automation applications in the field of a kind of automatic control, can repeat programming, multi-function, many of the freedom of CaoZuoJi (fixed or movable), used for material handling, workpiece, conducted tools or detection device, finish all kinds of assignments.In recent years with the development of industrial automation manipulator gradually become a new discipline, and the rapid development. Manipulator is widely used in forging press, stamping, forging, welding, assembling, and machining, paint, heat treatment, and other industries. Especially in heavy, high temperature, toxic and dangerous, radioactive, many dust etc of bad labor environment, due to its advantages of significant manipulator by special attention.Machine feeding manipulator is typical of electromechanical equipment, it can automatically grab for machine tools, to replace the operators frequently take material, the reduction of labor intensity, improve work efficiency.Manipulator since 1999 are put into operation, safe and reliable work, the effect is good, can be used as nc machine tools automatic feeding equipment and production line acquirement equipment. For several years, and gradually developed related experiment, practice teaching program in experiments (training) as a manipulator carrier, and gradually formed a take the student as the main body, the theory and the practice teaching mode, stimulate the students' creativity and practical ability, to improve the students' project quality, improve the students' comprehensive quality created the basic conditions.KeyWords：Lathe up-down material manipulatorPneumatic systemStructure design目录摘要 (I)Abstract .......................................................................................................................... I I 第一章概述 . (1)1. 1机械手的发展历史 (1)1. 2机械手的发展意义 (1)1. 3机械手在机械制造中的应用 (2)1. 3.1国外应用 (2)1. 3.2国内应用 (3)第二章工业机械手 (4)2.1 工业机械手的分类 (4)2.2工业机械手的驱动方式 (4)2.2.1气压驱动 (4)2.2.2液压驱动 (5)2.3 工业机械手的设计方法 (6)2.3.1手部的设计 (6)2.3.2腕部的设计 (7)2.3.3臂部的设计要求 (8)2.3.4机械手的行程位置检测装置 (10)第三章车床上下料机械手方案比较 (12)3. 1工业机械手概述 (12)3. 2方案设计和对比 (13)3. 2.1方案1 (13)3. 2.2方案2 (16)3. 2.3方案3 (18)3. 2.4方案对比 (19)第四章手部计算与分析 (20)4.1 手部计算与分析 (20)4.1.1 滑槽杠杆式手部设计的基本要求 (20)4.1.2 手部的计算和分析 (20)4.2 腕部计算与分析 (22)4.2.1 腕部设计的基本要求 (22)4.2.2 腕部回转力矩的计算 (23)4.2.3 腕部摆动油缸设计 (26)4.2.4 选键并校核强度 (28)4.3 臂部计算与分析 (29)4.3.1 臂部设计的基本要求 (29)4.3.2 手臂的设计计算 (32)4.4 机身计算与分析 (41)4.5本章小结 (41)结论 (42)参考文献 (43)致谢 (44)附录 (46)第一章概述1. 1机械手的发展历史人类在改造自然的历史进程中，随着对材料、能源和信息这三者的认识和用，不断创造各种工具（机器），满足并推动生产力的发展。
数控机床机械手上下料设计
数控机床机械手上下料设计随着工业智能化不断深入，数控机床和机械手的应用越来越广泛，尤其是在制造业领域中，能够大幅度提高生产效率和品质。
数控机床机械手上下料系统是其中的重要组成部分之一。
其功能是在自动化生产线上实现无人化作业，提高生产效率和生产质量。
本文将对数控机床机械手上下料系统的设计进行探讨。
一. 数控机床机械手上下料系统的设计需求及基本结构数控机床上下料系统是指为实现机床自动化加工，将工件自动送到机床上进行加工，并将加工好的工件自动送出机床的自动化设备。
目的是减少人工操作和减少生产成本。
数控机床机械手上下料系统基本结构：1. 机械手机械手是数控机床机械手上下料系统中的核心部件，它的作用是用于搬运工件。
在数控机床机械手上下料系统中，通常采用六轴机械手，也有些使用四轴和五轴机械手。
2. 工件夹具工件夹具是在机械手上的一种装置，用于夹住工件，以便机械手能够将工件拿起来，移动到数控机床上进行加工或从数控机床上拿起工件放在其他位置。
3. 控制系统控制系统是数控机床机械手上下料系统的核心部分，负责控制机械手的各项动作，使其能够按照要求完成工作任务。
控制系统通常采用PLC (可编程逻辑控制器)或者计算机作为控制核心。
4. 传感器传感器作为机械手上下料系统的又一重要组成部分，起到感知和反馈信息的作用。
在数控机床机械手上下料系统中，通常使用光电传感器、接近开关、压力传感器等。
二. 数控机床机械手上下料系统的设计要素1. 工件夹具的设计工件夹具的设计应该满足夹持力强、夹具重量轻、操作方便等要求。
通常采用机械夹紧、气动夹紧和液压夹紧等方式。
2. 机械手的设计机械手需要根据工作环境的不同、承载工件的重量、动作范围、控制精度和抓紧方式等设计。
对于六轴机械手，需要通过各关节的协调配合，实现工件的各种操作。
3. 控制系统的设计控制系统的设计要考虑系统的可靠性、稳定性和高效性。
控制系统需要能够精确控制机械手的各项动作，以提高生产效率和生产质量。
自动上下料机械手的特点和优点
自动上下料机械手的特点和优点自动上下料机械手几乎可以在工业生产中的各行各业被大量广泛应用，具有操作方便，效率高，工件质量高等优点，同时将操作工人从繁重，单调的工作环境中解救出来，越来越受到生产厂家的青睐，拥有此套生产线势必能凸显企业生产实力，提高市场的竞争力，是工业生产加工的必然趋势。
自动上下料机械手主要实现机床制造过程的完全化，并采用了集成加工技术，可以实现对圆盘类、长轴类、不规则形状、金属板类等工件的上下料、工件翻转、工件转序等工作。
并且不依靠机床的控制器进行控制，机械手采用独立的控制模块，不影响机床运转，具有很高的效率和产品质量稳定性，结构简单易于维护，可以满足不同种类的产品生产。
对用户来说，只需要作出有限调整，就可以很快进行产品结构的调整和扩大产能，大大降低产业工人的劳动强度。
采用了集成加工技术，适用于生产线的上下料、工件翻转、工件转序等,它主要采用模块化设计，可以进行各种形式的组合，组成多台联机的生产线。
实现了工业生产制作一体化,该设备生产效率高,质量好。
自动上下料机械手系统主要由料仓系统、末端夹持系统、控制系统、安全防护系统等以及客户端匹配的数控机床组成的化系统，具有速度快、柔性高、效能高、精度高、无污染等优点。
生产线中使用上下料机械手设备的优势主要有以下四点：1.节约人力资源。
有的料，尤其是比较重的料，往往需要几个工人才能完成，而一个冲床机械手，就能搞定了。
2.程序化操作，速度可调。
机械手是根据指定的程序来运行的，修改程序内容，就可以控制机械手的动作。
3.减少人为损耗。
如果是人工操作的话，难免不出现意外，工人受伤，或者是机器受损，亦或是工件受损，机械手基本上能完全避免这些问题。
4.增加效率和提高质量。
亿思特自动上下料机械手的操作速度更加稳定，且工作时间更长，不受外界因素干扰，不会有情绪化，自动上下料机械手通过程序设定的动作，精度高，生产效率更高，产品质量更好。
数控机床上下料机器人结构设计
数控机床上下料机器人结构设计数控机床上下料机器人是一种用于自动化上下料的机器人系统，能够将工件从输送线上取下并放置到机床上，并在机加工完成后将工件从机床上取下并放回到输送线上。
该机器人系统的结构设计至关重要，可以影响其性能和效率。
下面将介绍一个典型的数控机床上下料机器人的结构设计。
1.机械臂结构设计：机械臂是数控机床上下料机器人的核心组成部分，其结构设计需要满足以下要求：-能够实现机械臂在水平和垂直方向上的运动；-具有足够的负载能力和刚度，以保证安全和稳定的工作；-能够实现高精度的定位和运动控制。
机械臂通常采用关节式结构，由多个关节连接而成。
每个关节由电机和传动机构驱动，并通过编码器和传感器来实现位置反馈和控制。
机械臂的关节设计需要考虑运动范围、力矩和速度要求，以及紧凑和轻量化的设计。
2.夹具设计：夹具用于固定和夹持工件，保证其在加工过程中的稳定性。
夹具的设计需要考虑以下几个方面：-夹具应能适应不同类型和尺寸的工件；-夹具应具有足够的刚度和精度，以确保工件的准确定位；-夹具的操作应简单、快捷且可靠，以提高机器人的工作效率。
夹具通常采用气动或液压系统来实现夹持和释放操作。
夹具的设计需要根据工件的特点和加工要求，选择合适的夹具结构和控制方式。
3.视觉系统设计：视觉系统用于检测和定位工件，以实现精确的上下料操作。
视觉系统的设计需要考虑以下几个方面：-需要具备高分辨率和高灵敏度的摄像机，以获得清晰的工件图像；-需要配备适当的光源，以提供良好的照明条件；-需要配备图像处理和分析算法，以实现工件识别和定位功能。
视觉系统通常与机械臂的控制系统进行协同工作，以实现自动化的上下料操作。
视觉系统的设计需要根据工件的特点和识别要求，选择合适的摄像机和算法。
4.控制系统设计：控制系统是数控机床上下料机器人的核心，用于实现机械臂、夹具和视觉系统等各个组件的协同工作。
控制系统的设计需要满足以下要求：-需要具备高性能的运动控制和位置反馈功能；-需要具备高可靠性和稳定性，以确保系统的安全和正常工作；-需要具备良好的人机界面和通信功能，以方便操作和监控。
本科毕业设计论文--数控机床上下料机械手设计
摘要通过大学本科四年对机械设计制造及其自动化专业的所学知识进行整理，对工业机器人各部分机械结构设计和功能的论述和分析，设计了一种的用于机床上下料的机械手。
本设计的主要内容是5R关节型机械手的结构设计，上下料机械手的主要任务是在各个加工工序的数控机床和自动生产线上运送工件，能实现生产工序上下料自动化。
针对各个关节处采用独立的电机驱动。
各个操作臂由五个转动副串联而成，操作臂包括基座、腰部、手臂、腕部、手爪。
并对各关节的伺服电机的选择和传动进行了设计计算，对进行主要零件校核计算。
关键词: 关节型; 机械手; 多自由度AbstractThrough four years of undergraduate mechanical engineering and automation professional to organize the knowledge of the various parts of industrial robots and mechanical design features discussion and analysis, design a robot one machine for loading and unloading. The main contents of this design is the design 5R articulated robot, the main task of loading and unloading robot CNC machine tools in various manufacturing processes and automatic production line delivery of the workpiece, to achieve the production process automation and unloading. For each of the joints with a separate motor. Each operating arm by the rotation of five deputy in series, including the base operating arm, waist, arm, wrist, gripper. And each joint servo motor and drive selection carried out design calculations, performed the main parts of the checking calculation.Key words：Joint type; Manipulator; Many degrees of freedom目录第一章引言 (1)1.1 选题背景 (1)1.2 机械手的发展动态 (2)1.3 机械手的分类 (3)1.4 课题研究的意义 (4)第二章机械手结构原理和工作要求分析 (5)2.1 机械手结构原理及工作要求 (5)2.2 机械手机构运动分析 (6)2.3 机械手上下料工作空间轨迹分析 (8)第三章机械手各结构设计 (10)3.1 手爪的结构设计 (10)3.1.1 手爪的设计要求 (10)3.1.2 手爪的分类 (10)3.1.3 手爪结构的确定 (10)3.2 手腕的结构设计 (11)3.2.1 手腕的设计要求 (11)3.2.2 手腕的结构确定 (11)3.3 手臂的结构设计 (11)3.3.1 手臂的设计要求 (12)3.3.2 大、小手臂的结构 (12)3.3.3 小臂结构形式的确定 (12)3.4 基座结构的设计 (13)3.4.1 基座结构的设计要求 (13)3.5 小臂后箱体结构设计 (13)3.6 连杆结构设计 (13)第四章机械手关键轴的校核 (14)4.1 腕部输入轴的结构 (14)4.2 腕部输入轴的校核 (15)第五章机械手动力参数的计算 (17)5.1 伺服电机的选型 (17)5.1.1 初步估计机械手的质量 (17)5.1.2 计算各个轴的转速和转矩 (18)5.1.3 计算伺服电机的功率 (20)5.2 锥齿轮设计 (21)5.2.1 齿轮精度、材料 (21)5.2.2 按齿面接触疲劳强度校核 (21)5.2.3 按齿根弯曲强度设计 (22)5.2.4 锥齿轮参数计算 (23)5.3 同步带轮的设计 (23)5.3.1 同步齿形带传动计算 (23)5.3.2 带轮几何尺寸的计算 (25)5.4 减速器的设计 (26)5.4.1 减速器减速比的计算 (26)5.4.2 减速器输出轴径的计算 (27)结论 (28)参考文献 (29)致谢 (30)第一章引言1.1 选题背景工业机器人是一种新兴的机电一体化生产的工具之一，属于现代化、自动化装备包括机械制造、人工智能、计算机技术、控制、传感器等多种学科的先进技术。
数控机床上下料机械手设计
数控机床上下料机械手设计背景介绍随着工业化程度的不断提升，自动化生产设备越来越普及。
数控机床已成为现代工业生产中的重要设备之一。
在数控机床生产制造过程中，上下料机械手是数控机床最核心的装置之一。
数控机床上下料的机械手是现代工业生产中提高生产效率的重要方法之一。
如何设计一种高效的数控机床上下料机械手成为一个热门的研究方向。
设计目标本文主要研究设计一种高效的数控机床上下料机械手。
我们希望设计出的机械手具有以下一些目标：•精准度高：机械手在匀速运动时应保证其精度，以避免出现工件质量不良的现象。
•稳定性好：机械手的运动应该保持稳定，避免产生摆动和震动的现象。
•具有大范围的移动：机械手应该能够在数控机床工作区域内进行水平和垂直的移动。
•适应性强：机械手应该能够适应多种工件的上下料，即机械手可以精准地完成多个工件的上下料作业。
设计方案机械手结构设计数控机床上下料机械手主要由机身、伸缩框架、前臂、手腕、手指和钳具等部分组成。
图1 数控机床上下料机械手示意图为了实现机械手的稳定性和精度，我们采用了传统的寻心旋运动、伸缩式平行机构和牵引式链条平台。
伸缩式平行机构是机械手的运动基础。
在伸缩式平行机构中，机械手平台的移动距离是由伸缩臂控制的。
同时，为了确保机械手的稳定性，在机械手的移动过程中，伸缩臂应具有平衡能力，以确保其稳定性。
传统寻心旋转运动主要用于控制机械手的平台旋转。
在传统寻心旋转运动的过程中，机械手平台的旋转只围绕其寻心旋转中心进行，并且以恒定的线速度旋转。
牵引式链条平台主要用户控制机械手的前臂运动。
在牵引式链条平台中，机械手前臂通过链条进行移动，而牵引式链条平台由导杆控制。
在这种设计方案中，牵引式链条平台的运动可以控制机械手的高度。
图2 伸缩式平行机构示意图机械手控制系统设计基于单片机，我们设计了一套高效的数控机床上下料机械手控制系统。
该系统主要由控制系统、采集系统、运动控制卡以及人机界面等部分组成。
其中的控制系统可以控制机械手的不同工作状态，采集系统可以采集机械手的运动数据，而运动控制卡可以控制机械手的运动。
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摘要本文是设计数控机床上下料机械手，通过查阅相关资料以及对本专业知识的学习和应用，对工业机械手各部分机械结构和功能的论述和分析，设计了一种数控机床上下料机械手。
针对机械手的腰座、手臂、手爪等各部分机械结构以及机械手控制系统进行了设计。
具体进行了机械手的总体设计，机械手手臂结构的设计，机械手腕部的结构设计，末端执行器（手爪）的结构设计，机械手的机械传动机构的设计，机械手驱动系统的设计。
同时对液压系统和控制系统进行了理论分析和计算。
基于PLC对机械手的控制系统进行了设计，基本达到了预期的设计目的关键词:机械手； PLC；液压伺服定位；电液系统目录绪论 (1)一、机械手的发展概况 (2)（一）工业机械手的国内外发展历史和现状 (2)（二）PLC控制技术在国内外的发展概况 (3)（三）课题的提出及主要任务 (5)（四）机械手在数控机床的应用 (6)二、机械手的总体设计方案 (7)（一）上下料机械手的工作原理 (7)（二）机械手的组成 (7)三、机械手执行机构的设计 (11)（一）机械手的运动概述 (11)（二）执行机构主要部分的设计 (11)（三）手臂结构的设计 (12)（四）执行机构的工作流程 (13)四、机械手的驱动系统设计 (14)（一）机械手驱动系统的控制设计 (14)（二）气动元件选取及工作原理 (15)五、机械手控制系统的设计 (16)（一）控制系统的性能要求 (16)（二）控制系统 PLC 的选型及控制原理设计 (17)（三）PLC 程序设计 (21)结论 (25)参考文献 (26)致谢 (27)绪论工业机器人由操作机、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、课重复编程/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。
在工业生产中应用的机械手被称为“工业机械手”。
生产中应用机械手可以提高生产的自动化水平和劳动生产率；可以减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全生产；尤其在高温、高压、低温、抵压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣的环境中，它代替人进行正常的工作，意义更为重大。
因此，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、交通运输业等方面得到越来越广泛地引用一、机械手的发展概况（一）工业机械手的国内外发展历史和现状机械手最早应用在汽车制造工业，常用于焊接、喷漆、上下料和搬运。
机械手延伸和扩大了人的手足和大脑功能，它可以代替人从事危险、有害、有毒、低温和高热等恶劣环境中的工作；代替人完成繁重、单调重复劳动，提高劳动生产率，保证产品质量。
目前主要应用于制造业中，特别是电器制造、汽车制造、塑料加工、通用机械制造及金属加工等工业。
工业机械手与数控加工中心，实现生产自动化。
随着生产的发展，功能和性能的不断改善和提高，机械手的应用领域日益扩大。
目前，国际上的机械手公司主要分为日系和欧系。
日系中主要有安川、OTC、松下、不二越、川崎等公司的产品。
欧系中主要有德国的KUKA、CLOOS、瑞典的ABB及奥地利的工GM公司。
我国机械手起步于20世纪70年代初期，经过30多年发展，大致经历了3个阶段：70年代萌芽期，80年代的开发期和90年代的应用化期。
在我国，机械手市场份额大部分被国外机械手企业占据着。
在国际强手面前，国内的机械手企业面临着相当大的竞争压力。
如今我国正从一个“制造大国”向“制造强国”迈进，中国制造业面临着与国际接轨、参与国际分工的巨大挑战，对我国工业自动化的提高迫在眉睫，政府无比会加大对机器人的资金投入和政策支持，将会给机械手产业发展注入新的动力。
随着机械手发展的深度和广度以及机器人智能水平的提高，机械手已在众多领域得到了应用。
从传统的汽车制造领域向非制造领域延伸。
如采矿机器人、建筑业机器人以及水电系统用于维护维修的机器人等。
来越多。
在未来几年，传感技术，激光技术，工程网络技术将会被广泛应用在机械手工作领域，这些技术会是机械手的应用更为高效，高质，运行成本低。
据猜测，今后机器人将在医疗、保健、生物技术和产业、教育、救灾、海洋开发、机器维修、交通运输和农业水产等领域得到应用。
目前，我国工业机械手的发展主要是逐步扩大其应用范围在应用专用机械手的同时，相应的发展通用机械手，研制出示教式机械手，计算机控制机械手和组合式机械手等将机械手各运动构件，如伸缩、摆动、升降、横移、俯仰等机构、设计成典型的通用机构，以便根据不同的作业要求，选用不同的典型机构，组装成各种用途的机械手，既便于设计制造，又便于更换工件，扩大应用范围。
（二）PLC控制技术在国内外的发展概况自二十世界六十年代美国推出可编程逻辑控制器PLC取代传统继电器控制装置以来，PLC得到了快速发展，在世界各地得到了广泛应用。
同时，PLC的功能也不断完善。
随着计算机技术、信号处理技术、控制技术网络技术的不断发展和用户需求的不断提高，PLC在开关量处理的基础上增加了模拟量处理和运动控制等功能。
今天的PLC不再局限于逻辑控制，在运动控制、过程控制等领域也发挥着十分重要的作用。
目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业、同时，计算机监控系统是采用集中监测、集中控制、集中显示、集中管理、集中保存的系统，融合了较先进的自动化技术、计算机技术、通讯技术、故障诊断技术域。
在工业生产中发挥越来越显著的作用。
可编程控制器的发展也电视更加适用于现代工业的需要。
从控制规模上来说，这个时期发展了大型集合超小型机；从控制能力上来说，诞生了各种各样的特殊功能单元，用于压力、温度、转速、位移等各式各样的控制场合；从产品的配套能力来说，生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。
目前，可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域的应用都得到了长足的发展。
我国可编程控制器的引进、应用、腰肢和生产时伴随着改革开放开始的。
最初是在引进设备中大量使用了可编程控制器。
接下来在各种企业的生产设备及产品中不断扩大了PLC的应用。
目前，我国自己已可以生产中小型可编程控制器。
可以预期，随着我国现代化的深入，PLC在我国将有更广阔的应用天地近10年来，随着PLC价格的不断降低和用户需求的不断扩大，越来越多的中小设备开始采用PLC进行控制，PLC在我国的应用增长十分迅速。
随着中国经济的告诉发展和基础自动化水平的不断提高，今后一段时期内PLC在我国仍将保持高速增长势头。
特别在那些对实时性要求高，对成本努不发表，对尺寸敏感的场合，嵌入式PLC大有可为。
PLC控制在国内将会有一个广阔的发展前景、随着PLC技术的推广和应用，PLC将向两个方面发展：一方面向着大型化的方向发展，另一方面则向着小型化的方向发展。
PLC向大型化方向发展，主要表现在大中型PLC向多功能、大容量、智能化、网络化发展，使之能与计算机组成集成按制系统，对大规模、复杂系统进行综合的自动控制。
降低成本，向高性能的整体型发展；在提高系统可靠性的基础上，产品的体积越来越小，功能越来越强；应用的专业性，使得控制质量大大提高。
另外，PKC在软件方面也将有较大的发展。
系统的开放使第三方的软件能方便的在符合开放系统标准的PLC上得到移植。
除了采用标准化的硬件外，采用标准化的软件也能大大缩短系统开发周期；同时，标准化的软件由于经受了实际应用的考验，它的可靠性也明显提高。
总之，PLC的发展趋势是：高功能、高速度、高集成度、容量大、体积小、成本低、通信联网功能强。
（三）课题的提出及主要任务1.课题的提出随着工业自动化程度的提高，工业现场的很多易燃、易爆等高危及重体力劳动场合必将由机器人所代替。
这一方面可以减轻工人的劳动强度，另一方面可以大大提高劳动生产率。
例如，注塑及其的生产过程中，往往工件、材料的上下要人工完成，既费时又费力，又影响效率。
为此，我们把上下料机械手作为我们研究的课题。
2.课题的主要任务本课题将要完成的主要任务如下：机械手为上下料机械手设计出机械手的各执行机构，包括：手部、手臂等部件的设计。
手部设计成夹持式手指来抓取工件，为了使通用性更强，手部设计成可更（1）气压传动系统的设计，本课题将设计出机械手的气压传动系统，包括气动元器件的选取，气动回路的设计，并绘出气动原理图。
（2）人机交互界面的设计（3）机械手的控制系统的设计，本机械手拟采用PLC对机械手进行控制，本课题将要选取PLC型号，根据机械手的工作流程编织出PLC程序。
（四）机械手在数控机床的应用因现在科技的发展和进步，许多的危险性和有害性的工作都由机器人取代了人工。
所以机械手的诞生受到了市场很大的需求，机械手在各类机床上的应用广泛。
可以用于夹持工件，搬运运输等工作。
二、机械手的总体设计方案对气动机械手的基本要求是能快速、准确的搬运工见，这就要求他们具有高精度、快速反应、一定的承载能力、足够的工作空间和灵活的自由度以及在任意位置都能自动定位等特性。
设计气动机械手的原则是：充分分析作业对象的作业技术要求，拟定最合理的作业工序和工艺，并满足系统功能要求和环境条件。
本次设计的机械手是专用气动上下料机械手，专用机械手具有动作少、工作对象单一、结构简单、使用可靠和造价低等特点。
（一）上下料机械手的工作原理机械手主要由执行机构、驱动系统、控制系统以及位置检测装置等所组成。
在PLC程序控制的条件下，采用气压传动方式，来实现执行机构的相应部位发生规定要求的，有顺序，有运动轨迹，有一定速度和时间的动作。
同时按其控制系统的信息对执行机构发出指令，必要时对机械手的动作进行监视，当动作有错误或发生故障时即发出报警。
位置检测装置随时将执行机构的实际位置反馈给控制系统，并与设定的位置相比较，然后通过系统进行调整，从而使执行机构以一定的要求达到设定位置。
（二）机械手的组成机械手主要由执行机构、驱动机构、控制系统以及位置检测装置等所组成。
各系统相互之间的关系如图2-1所示。
图2-11.执行机构包括手部、手臂和立柱、机座等不件，有的还增设行走机构。
（1）手部即与物件接触的部件。
由于与物件接触的形式不同，可分为夹持式和吸附式。
而在本课题中则选用夹持式手部结构。
夹持式手部由手爪和传力机构所构成。
手爪是与物件直接接触的构件，常用的手爪运动形式有回转型和平移型。
回转型手爪结构相对简单，制造也比较容易，故应用广泛。
平移型应用的比较少，其原因是平移型手爪结构相对复杂，但平移型手爪夹持圆形工件时，工件直径变化不影响其轴心位置，因此适宜夹持直径变化范围大的工件。