机械手整体设计方案
机械手的整体设计
机械手的整体设计机械手是一种能够模拟人手动作的机器装置，主要由结构、传动、控制和感知系统组成。
其整体设计需要考虑几个关键方面。
首先，机械手的结构设计要符合其应用场景和功能需求。
结构设计包括关节布置、臂长、工作空间以及末端执行器等。
关节布置决定了机械手的灵活性和工作能力，可以根据不同的任务需求选择串联或并联的关节布置。
臂长和工作空间决定了机械手的工作范围和工件的大小。
末端执行器根据实际需要可以设计成夹爪、吸盘、工具等各种形式，以满足不同的抓取和操作需求。
其次，机械手的传动系统设计要考虑到工作精度和负载能力。
传动系统一般采用电机和减速器、齿轮系统、链条或带传动等来实现。
电机和减速器的选型要根据所需的转速和扭矩来确定。
齿轮系统要考虑到传动效率和减震能力。
链条或带传动可以实现远距离传输力矩，适合大范围操作。
第三，机械手的控制系统设计必须保证其精确度和稳定性。
控制系统要能够实时获得机械手的位置、速度和力矩等信息，并能够根据需求进行实时调节和反馈。
控制系统一般包括传感器、运动控制器和执行器等。
传感器用于检测机械手各关节的位置和力量信息。
运动控制器负责解析传感器数据，计算运动轨迹和控制机械手的运动。
执行器对机械手进行动力输出，实现各关节的运动。
最后，机械手的感知系统设计要能够实时感知并识别环境中的物体和障碍物，以实现精确的操作。
感知系统一般包括视觉、力觉和力矩传感器等。
视觉传感器可以采集环境中物体的形状、颜色等信息，并通过图像处理算法进行识别和测量。
力觉传感器可以测量机械手与工件或环境之间的力量信息，实现更加精确的操作。
力矩传感器可以测量机械手各关节的力矩和负载情况，对控制系统提供实时反馈。
总而言之，机械手的整体设计需要考虑结构、传动、控制和感知等方面，以实现各种复杂的抓取和操作任务。
从结构设计到传动系统，再到控制和感知系统的设计，都要保证各个部分之间的协调和稳定性，以满足机械手在工业自动化、物流仓储、医疗卫生等领域的应用需求。
机械手设计
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。
夹持式机械手方案设计
夹持式机械手方案设计一、需求背景夹持式机械手在工业自动化领域中发挥着重要的作用。
为满足客户对于夹持式机械手的需求，本文将设计一种夹持式机械手的方案，旨在提高生产效率、降低劳动成本，并同时满足安全可靠的要求。
二、方案设计1. 机械结构设计夹持式机械手的机械结构设计是关键的一环。
我们将采用三段式结构设计，分别为底座、臂和夹具。
底座用于提供机械手的稳定性和支撑力，臂用于实现机械手的柔性运动，夹具用于夹持工件。
机械结构的设计应充分考虑负载能力、运动轨迹和工作范围等因素，以提高机械手的工作效率和稳定性。
2. 控制系统设计控制系统设计是实现夹持式机械手自动化的关键。
我们将采用PLC （可编程逻辑控制器）作为控制核心，通过输入输出模块和传感器实现对机械手的控制与监测。
控制系统设计需要考虑机械手的运动控制、夹持力控制和安全保护等功能，以确保机械手的正常操作和工作安全。
3. 电气系统设计电气系统设计是机械手运行的动力保障。
我们将采用三相交流电作为机械手的供电方式，通过电气控制柜实现对电气元件的控制和保护。
电气系统设计应考虑机械手的供电要求、电源稳定性和电气安全等因素，以确保机械手的稳定运行和安全使用。
4. 软件系统设计软件系统设计是实现机械手智能化的核心。
我们将采用基于编程的方法，编写适应夹持式机械手功能的软件程序，实现机械手的自动化控制和操作。
软件系统设计应充分考虑机械手的运动规划、路径控制和异常处理等功能，以提高机械手的灵活性和智能化水平。
三、方案实施在方案实施过程中，我们将按照以下步骤进行：1. 机械结构的制造和组装：根据设计方案，制造并组装机械手的底座、臂和夹具等组成部分，在此过程中，要确保机械结构的质量和精度，以确保机械手的正常运行。
2. 控制系统的搭建和调试：根据设计方案，搭建PLC控制系统，并通过输入输出模块和传感器与机械手进行连接。
在此过程中，需要进行各个功能模块的调试与联调，确保控制系统的正常工作。
机械手设计要求
简易搬运机械手的设计
一、设计总体方案
1、机械手外形如上图所示。
2、本设计关于机械手具有4个自由度既：手部回转；手臂伸缩；手臂回转；手臂升降4个主要运动。
3、本设计机械手主要由4个大部件和5个液压缸组成：
（1）手部，采用一个双作用式液压缸，通过机构运动实现手抓的张合。
（2）腕部，采用一个回转液压缸实现手部回转0180。
（3）臂部，采用直线缸来实现手臂平动。
（4）机身，采用一个直线缸和一个回转缸来实现手臂升降和回转。
4、设计技术参数
抓重:30Kg (夹持式手部)
自由度数:4个自由度
座标型式:圆柱座标
最大工作半径:1600mm
手臂最大中心高:900mm
手臂运动参数
伸缩行程：800mm
伸缩速度：50mm/s
升降行程：330mm
升降速度：50mm/s
回转范围:00180 回转速度：s 40 手腕运动参数
回转范围: 00180 回转速度：s 40
手指夹紧油缸的运动速度 50mm/s
5、驱动方案选择液压驱动。
二、控制方案
1、控制流程：先左转 →下降 → 手腕逆时针转动90° →手臂伸长 →检查有无物品，若有物品，手爪抓紧 →手臂收缩 →手腕顺时针转动90° →上升 →右转 →手臂伸长至最
长→下降→手腕逆时针转动90°→手爪松开→手臂收缩最短→手腕顺时针转动90°→上升→延时T。
至此，一个工作循环完毕。
2、控制方案选择单片机控制。
机械手的整体设计方案说明书.pdf
项目名称： 工业物料搬运机械手
姓 名： 许晓娇 朱灵珂 董冠极 洪韬
专 业： 机械设计制造及其自动化
时 间：
2014 年 5 月 ................................................................................................................................1 1 作品背景及意义...............................................................................................................................1
1.1 国内外产品现状......................................................................................................................1 1.2 研究目的及意义......................................................................................................................2 2 需求分析及方案设计.......................................................................................................................3 2.1 整体分析..................................................................................................................................3 2.2 方案设计..................................................................................................................................4 3 机械手具体结构设计.......................................................................................................................6 3.1 夹持式手部结构......................................................................................................................6 3.2 手腕结构设计........................................................................................................................10 4 机械手臂的尺寸设计与校核.........................................................................................................15 4.1 手臂伸缩液压缸的尺寸设计与校核....................................................................................15 4.2 手臂升降液压缸的尺寸设计与校核....................................................................................16 4.3 手臂回转液压缸的尺寸设计与校核....................................................................................17 5 电路硬件设计.................................................................................................................................19 5.1 开关原理图与 PLC 外部接线图........................................................................................... 19 5.2 相关电气元件选型计算........................................................................................................19 6 机械手的 PLC 控制系统设计....................................................................................................... 20 6.1 机械手的控制要求................................................................................................................20 6.2 机械手总体电路方案............................................................................................................20 6.3 绘制流程图或顺序功能图....................................................................................................24 6.4 机械手程序设计....................................................................................................................24 7 创新特色及应用前景.....................................................................................................................30 7.1 创新特色................................................................................................................................30 7.2 应用前景................................................................................................................................30 8 小结.................................................................................................................................................31 参考文献.............................................................................................................................................32
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。
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。
机械手总体方案设计
机械手总体方案设计(总4页) -CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1-CAL-本页仅作为文档封面，使用请直接删除第2章机械手的总体方案设计2.1 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;(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,占型。
图2.1 是机械手搬运物品示意图。
地面积小，因此本设计采用圆柱坐标[]11图中机械手的任务是将传送带B上的物品搬运到传送带A。
图2.1 机械手基本形式示意2.2、方案设计（1）、黑箱结构如图2.1所示图2.2 设计方案（2）、机械手动作分析及运动分析如图2.3所示，工件首先被机械手夹持，然后再随之一起运动。
其周期运动可以表现为（按动作顺序）：大臂下降—夹紧工件—手腕上翻—大臂上升—大臂回转—手臂延伸—放松工件—手臂收回—手腕下翻—大臂回转—大臂下降。
图2.3 机械手运动图（3）、功能原理如图2.3所示图2.4 机械手功能原理图（4）、方案设计①传动系统如果机械手采用机械传动，则自由度少，难于实现特别复杂的运动。
而对于组合机床自动上下料的机械手，其工件的运动需要多个自由度才能完成，故不宜采用机械传动方案。
如果机械手采取气压传动，由于气控信号比光、电信号慢得多, 且由于空气的可压缩性，工作时容易产生抖动和爬行，造成执行机构运动速度和定位精度不可靠，效率也较低。
电气传动必须有减速装置和将电机回转运动变成直线运动的装置，结构庞大，速度不易控制。
气液联合控制和电液联合控制则使系统和结构上很复杂。
综上所述，我们选择液压传动方式。
②控制系统本机械手是专用自动机械手，选择智能控制方式中的PLC程序控制方式，这样可以使机械手的结构更加紧凑和完美。
③执行系统分析本机械手的执行系统是手部机构。
手部机构形式多样，但综合其总体构型，可分为：气吸式、电磁式和钳爪式3种。
机械手总体设计
机械手总体设计机械手类型三自由度圆柱坐标型定位精度±1mm工件尺寸直径约2～3cm，圆柱形，材料是铁质自由度3个（Y轴手臂升降，X轴手臂伸缩，机身旋转）X轴小臂伸缩范围25cm（最大速度10cm/s），步进电机驱动，单片机控制Y轴小臂升降范围10cm（最大速度10cm/s），步进电机驱动，单片机控制Y轴大臂升降范围20cm（最大速度10cm/s），步进电机驱动，单片机控制末端执行器开合角度60（最大速度60度每秒）,液压缸驱动基座旋转范围180°，步进电机驱动，单片机控制机构简图机械手机械部分设计1执行机构设计机械手的手部，一般称为末端执行器，主要分为，夹钳式取料手、吸附式取料手以及专用操作器和转换器等。
在本次的设计中采用的手部结构为夹钳式取料手，手部由手指和驱动机构、传动机构及连接与支承元件组成。
其中，传动机构有多种，常见的几种分别是斜楔杠杆式、滑槽式杠杆回转型、齿条齿轮杠杆式、四连杆机构平移型等。
在本课题中采用齿条齿轮杠杆式，其机构图所示：齿条齿轮杠杆式手抓2手部结构设计及计算机械手的手爪采用小型气压缸驱动手爪的驱动力计算如下：图：手爪V 形手指的角度,摩擦系数10.0=f根据工业机器人设计，可得工件的加紧力计算公式为:式中 ——安全系数，通常取1.2~2.0，此次设计中取； ——工作情况系数，主要考虑惯性力的影响。
可近似估算为ga 21 K += (4-3)式中 a---运载工件时重力方向的最大上升加速度； g---重力加速度，g ≈2取a=g 时，因此k 2=1+1=2;K 3---方位系数，根据手指与工件形状以及手指与工件位置不同选取在此设计中手爪为水平放置，夹取垂直放置的物体根据工业机器人设计表2-2，即所以，取根据工业机器人设计手册表2-1，齿轮齿条手爪的驱动力与加紧力满足下式：变换可得驱动力即考虑到机械手的实际工作情况，选取手爪的机械效率则气缸内径即活塞杆直径由《液压传动与气压传动》表4-2取气缸工作压力气压负载常用的工作压力在本次的设计要求中，由于并未对末端执行器抓取工件的速度做出明确的要求，同时也是出于降低末端执行器重量及设计难度的考虑，选用单作用气缸。
机械手结构的总体方案设计
摘要随着机器人在各个领域应用的日益广泛，许多场合要求机器人具有力控制的能力。
此次设计是针对回转壳体内自动粘贴胶片的任务，设计一个3—DOF平面关节型机械手（包括1个移动关节，2个转动关节和末端执行机构），配合壳体驱动系统来实现此任务。
在机械手工作过程中，通过伺服电机带动丝杠转动，从而来完成机械手水平方向的移动，旋转关节1通过链传动来完成平面内的旋转动作，旋转关节2直接在伺服电机的驱动下完成平面内的旋转动作，这样机械手可以伸入口径较小的回转壳体内完成粘贴胶片的任务。
本次设计工作首先对机械手进行了运动学分析（包括运动学方程的建立，运动学方程的正问题、逆问题及其解）。
设计内容包括机械手的移动关节、旋转关节的结构设计，传动部分的设计等。
其中，重点是对伺服进给系统的设计（包括工作台的设计，丝杠的设计，直线导轨、伺服电机和减速器的选取等）。
最后对系统中主要部件的刚度、强度等性能参数进行了计算与校核。
关键词：机械手；自由度；运动学分析；伺服电机；直角减速器AbstractWith the increasing application of robot in various industrial fields, it is requested that robot has the ability to control power. According to the contact task of rotary hull, a 3-DOF robot manipulator is designed in order to accomplish sticking of the colloid. The robot manipulator consists of a transfer joint and two revolute joints and robot end-effector. The robot manipulator could realize the contacting task combining with the driving system of rotary hull. The concrete processing comprising of driving screw transmission with the servo motor. In this way, robot manipulator could complete movement in horizontal direction, the revolute joint could be able to accomplish revolute motion of two dimension-space through a chain driving, the revolute joint of end-effector completes directly revolute motion with the servo motor.Firstly, this design has been carried on the kinematics’ analysis in order to the manipulator, which consists of including the establishment of kinematics equation, the positive solutions of the kinematics equation, the corresponding inverse solutions. Secondly, the transfer joint, revolute joint and the transmission part are designed. The important part is the design of servo feeding system, which consists of the design of the platform and the screw, the selection of linear guide way, servo motor and reducer, etc. Finally, the corresponding calculations are done considering the system's main guide line such as components stiffness, strength and other performance parameters.Keywords: Robot manipulator；Freedom；Kinematics analysis；Servo motor；Right-angle reducer目录1 引言 (1)1.1课题背景和意义 (1)1.2国内外研究现状 (1)1.3工业机械手的用途 (3)2 机械手结构的总体方案设计 (4)2.1课题的主要内容 (4)2.2课题的研究方案 (4)2.3机械手结构的总体设计 (4)2.3.1 主要技术指标设计 (4)2.3.2 机械手的结构设计 (4)3 机械手运动学分析 (5)3.1机械手运动学方程的建立 (5)3.2运动学方程的正解 (6)3.3运动学方程的逆解 (7)4 传动装置的设计 (9)4.1伺服电机及减速器的选择 (9)4.1.1 机电领域中伺服电机的选择原则 (9)4.1.2 旋转关节驱动电机及减速器的选择 (9)4.2链轮的设计及链条的选择 (10)4.2.1 滚子链传动的设计 (10)4.2.2 链轮的设计 (12)4.2.3 滚子链的静强度计算 (13)4.2.4 链传动的张紧 (13)4.2.5 链传动的润滑 (14)5 轴的设计与验算 (15)5.1轴的结构设计 (15)5.1.1 选择轴的材料 (15)5.1.2 初步估计轴径 (16)5.2轴的校核 (16)6 轴上零件的选择与计算 (22)6.1键的选择与键联接强度校核 (22)6.1.1 大臂末端电机轴上键的选择与校核 (22)6.1.2 轴上矩形花键的选择与校核 (23)6.1.3 小臂电机轴上键的选择与校核 (23)6.2滚动轴承的验算 (23)6.2.1 确定轴承的承载能力 (24)6.2.2 计算当量动载荷 (24)6.2.3 校核轴承寿命 (25)7 伺服进给系统的设计与计算 (26)7.1滚珠丝杠的设计 (26)7.1.1 材料的选择 (26)7.1.2 耐磨性计算 (26)7.1.3 螺杆的强度计算 (27)7.1.4 螺杆的稳定性计算 (27)7.2丝杠副的选择计算 (28)7.2.1 螺母的疲劳寿命计算 (29)7.2.2 螺母螺纹牙的强度计算 (29)7.2.3 螺母凸缘的强度计算 (30)7.3丝杠驱动电机的选择 (31)7.4机械导轨的选择 (32)7.5联轴器的选择与计算 (33)7.5.1 选择联轴器的类型 (33)7.5.2 联轴器的主要参数 (33)7.5.3 联轴器的计算扭矩 (33)结论 (35)致谢 (36)参考文献 (37)附录A (38)附录B (44)1 引言1.1 课题背景和意义机器人技术，应该说是一个伴随着科学技术的进步而发展起来的一项综合性的成果。
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）。
机械手总体方案设计
机械手总体方案设计机械手是一种能模拟人手运动的装置，广泛应用于工业生产线、医疗手术、科学研究等领域。
在机械手总体方案设计中，需要考虑三个关键要素：机械结构设计、控制系统设计和传感器模块设计。
首先，机械结构设计是机械手总体方案设计的基础，它涉及到机械手的各个部件的形状、材料和连接方式等。
机械手的结构应该具有稳定性和可靠性，能够承受较大的负荷，并能够灵活地进行各种运动。
在设计机械结构时，需要考虑到机械手的功能需求，例如是否需要具备旋转、伸缩、抓取等功能。
此外，为了提高机械手的精度和稳定性，还可以采用一些附加设备，如减震系统、液压缓冲装置等。
其次，控制系统设计是机械手总体方案设计中的重要组成部分，它涉及到机械手的运动控制和动作规划。
控制系统可以分为硬件和软件两个层面。
硬件方面，需要选择合适的电动机、控制器、传感器等设备，以实现对机械手的控制。
软件方面，需要设计合适的算法和编程代码，实现机械手的运动控制和动作规划。
在控制系统设计时，需要考虑到机械手对控制信号的响应速度、定位精度和稳定性等要求。
最后，传感器模块设计是机械手总体方案设计中不可或缺的一部分，它负责获取机械手所需的外部环境信息，并将其转化为控制信号。
传感器模块可以包括力传感器、位置传感器、压力传感器等，它们可以实时监测机械手的运动状态和工作环境，从而反馈给控制系统，实现机械手的闭环控制。
传感器模块的设计涉及到传感器类型的选择、布置位置的确定，以及与控制系统的连接方式等。
综上所述，机械手总体方案设计需要考虑机械结构设计、控制系统设计和传感器模块设计三个关键要素。
在设计过程中，需要综合考虑机械手的功能需求、性能要求和工作环境等因素，以实现机械手的高效、稳定和可靠的运行。
同时，还需要进行各种测试和优化，以确保机械手的性能达到预期目标。
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。
(完整版)搬运机器人设计
搬运机器人设计班级：姓名：学号：搬运机器人能够模仿人手部的部分动作，按照设定的程序、轨迹和要求，代替人工在高温和危险的作业区进行单调持久的作业，实现一些人工不可能完成的工作，这不仅可以使人手避免出现可能的危险情况，保障生产安全，还能促进工作线的流水化，提高了工作效率，降低了劳动强度，改善了劳动环境，已经成为现代制造业中不可或缺的一种自动化装置。
本机器人用于生产线上工件的自动搬运，下图为机器人动作示意图，机械手按下述顺序周而复始地工作：根据对机器人的工艺过程及控制要求分析，机械手的动作过程如图所示：一、搬运机械手总体结构设计（1）该机器人采用圆柱坐标型，具有三个自由度，即手臂的伸长、缩短，手臂的上升、下降和整体旋转。
（2）该机器人采用液压驱动，其具有体积小、质量轻、结构紧凑、传动平稳、操作简单、安全、经济、易于实现过载保护且液压元件能够自行润滑等一系列优点。
（3）在控制方式选择上，由于其功能只是在两个传送带之间搬移工件，运动简单，控制要求不高，因此采用点位控制方式。
（4）此搬运机器人是在两个工作台之间搬运工件，其动作比较简单，选用电位器进行定位。
（5）此机器人应用于自动生产线上，因此，它应该能够按照控制程序自动运行,即具有自动运行模式。
二、搬运机械手机械结构设计1、机身设计因为圆柱坐标式机器人把回转与升降两个自由度归属于机身，所以设计回转与升降机身，选用旋转液压缸与升降液压缸单独驱动的回转型机身，如图1所示，升降液压缸在上，旋转液压缸在下。
2、臂部设计采用双导向杆的臂部伸缩结构。
缸体直接固定在升降立柱上，活塞杆与两根导向杆连接一起组成伸缩臂，由于活塞杆与导向杆全部藏在缸体内，油管也从活塞杆内部通过，其特点是结构紧凑，外观整洁。
结构如图2所示。
3、手部腕部设计因为工件的形状为圆柱形，所以带“V”型钳口的手爪，本次设计的搬运机器人手爪采用滑槽杠杆式结构，夹紧缸采用单作用弹簧复位式结构，杠杆端部固定安装着圆柱销，当拉杆向上拉时，圆柱销就在两个钳爪的滑槽中移动，带动钳爪绕两支点回转，夹紧工件；拉杆向下推时，使钳爪松开工件。
机械手设计(含CAD图纸)
1 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。
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[1]。
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。
1.2 设计目的本设计通过对机械设计制造及其自动化专业大学本科四年的所学知识进行整合，完成一个特定功能、特殊要求的数控机床上下料机械手的设计，能够比较好地体现机械设计制造及其自动化专业毕业生的理论研究水平，实践动手能力以及专业精神和态度，具有较强的针对性和明确的实施目标，能够实现理论和实践的有机结合。
本机械手主要与数控车床（数控铣床，加工中心等）组合最终形成生产线，实现加工过程（上料、加工、下料）的自动化、无人化。
目前，我国的制造业正在迅速发展，越来越多的资金流向制造业，越来越多的厂商加入到制造业。
本设计能够应用到加工工厂车间，满足数控机床以及加工中心的加工过程安装、卸载加工工件的要求，从而减轻工人劳动强度，节约加工辅助时间，提高生产效率和生产力。
机械手的整体设计
摘要随着市场竞争激烈、人工成本上涨，人工操作的搬运和固定式输送带为主的搬运方式，不但占用空间也容易变更生产线结构，而且需要人力监督操作，增加生产成本。
同时，在一些高温、低温、一些需要长时间不停工作的地方，机械手代替了人力，不但能不间断工作，而且效率高。
机械手充分吸收了分散式控制系统和集中控制系统的优点，采用标准化、模块化、系统化设计，配置灵活、组态方便。
本课题可编程控制器选用西门子公司S7-200系列的CPU224.机械手的开关量信号直接输入PLC，PLC通过中间继电器对电磁阀加以控制,电磁阀控制相应的汽缸，完成工作台之间的工件搬运，能实现上下，左右的运动，还可手动和自动操作。
目录第一章机械手的整体设计 (3)1 机械手的结构 (3)机械手的控制方案 (4)2.硬件系统设计 (5)3. PLC选型 (6)第三章机械手的程序设计 (6)I/O分配表 ................................................................................................ 错误!未定义书签。
3.2 机械手的手动单步操作程序 (7)3.2.2 机械手夹紧/松开 (7)3.2.3 机械手上升/下降 (8)3.3 自动控制程序 (9)3.3.1 机械手下降/夹紧 (9)3.3.2 机械手上升和右行 (11)3.3.3 机械手的下降和松开 (12)3.3.4 机械手上升和左行 (14)3.3.5：机械手回零 (16)结束语 (17)参考文献 (17)前言目前工业机械手主要用于机床加工、铸造、热处理等方面。
在国内主要是逐步扩大应用范围，重点发展铸造、热处理方面的机械手，以减轻劳动强度，改善作业条件，同时将机械手各运动构件，如伸缩、摆动、升降、横移、俯仰等机构以及根据不同类型的加紧机构，设计成典型的通用机构，根据不同的作业要求选择不同类型的基加紧机构，即可组成不同用途的机械手。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
关键词：机械手；手部设计；结构设计；
Abstract
动作成
机械手的 运行原理 框图见下图。
图2工作原理框图
(一)执行机构
主要由手掌，手臂，手腕以及立柱和增设行走机构等组成。
1、手部
即与物件接触的部件。因为抓取工件时的姿态不同，大致有夹持式和吸附式两种，此次设计采用夹持式手部结构。夹持式结构简单，主要包括手指和传动部件。
动作五：手臂扭转 动作六：小臂伸出
动作七：机座移动（棒料送入卡盘） 动作八：手部松开
动作九：小臂收缩 动作十：手腕回转
动作十一：机座移回 动作十二：手臂回转
This issue is related to the design of the feeding robot is widely used in industrial processing machinery. It is a kind of tool for grasping or moving the work piece according to the requirements of the industry. The birth of the manipulator, the change of the industrial production of all aspects of the side. And the other two movements of the robot stretch and lift, using bolt and nut adjustment may need to change the robot arm height, length and replacement sucker according to production. Rotation angle: 60 degrees; mode Feeding frequency: 50-60 times / min.
2.5机械手爪的结构设计 11
2.6机械手的机械传动机构的设计 13
2.7机械手驱动系统的设计 14
2.8机器人手臂的平衡机构设计 17
2.9机械手的主要技术参数 18
3 毕业设计感想 19
参考文献 20
致 谢 21
车床上料机械手结构设计
学生：吴浩（指导老师：涂敏）
机座是机械手的基础部分，机械手执行机构的各个部位和驱动系统都可以装在机座上，所以机座的作用也就是连接和支撑。
(二)驱动系统
驱动系统是用来控制机械手各部位完成相应动作的执行机构。常见的几类有液压传动、气压传动、机械传动。
(三)控制系统
控制系统是控制机械手完成指定指令和动作的系统。当前工业生产最普遍的是由程序控制系统和电气定位系统组成。
2、改善劳动条件、避免人类在高温，高压，噪音，脏乱以及有毒有害气体等容易使人类产生危害的场所，或者人手操作是有危险或基本不可能的。同时，在一些简单的行动，但是，重复操作，代替手工操作，可以避免因疲劳操作或疏忽个人意外。
3、减少人力，便于有节奏的生产
应用机械手来代替人类，这是直接减少人力的一个方面，另外由于机械手本身的优势所在，可以有效地避免恶劣环境或场所危及人身安全从而代替人类上产作业这是另一个减少人力的层面。因此，现如今的自动化程度较高的生产线都配备机械手，不仅可以节省人力更能提高生产效率。
4.机器人手臂连接点要求空隙适合工艺要求。
5.机器人的手臂各部件重量要轻，以达到作业时的灵敏及其精度要求。
图3 机械手总体结构类型
2.1.2机械手的坐标形式与自由度
按照运动形式和规律可分为直角坐标式（图4）、圆柱坐标式、球坐标式和关节式。正因为对饲养机械车床提升臂，收缩和回转运动，（见图5）。为此，三自由度圆柱坐标操盘。
图4 机械手直角坐标系
图5 机械手手腕转动形式
2.1.3设计具体采用方案
1.直角坐标机器人结构
直角坐标机器人的运动规律是遵循空间三个相互垂直的直线运动原则，如图3.a。
2.圆柱坐标机器人结构
圆柱坐标机器人的运动由直线和回转运动两种形式构成。这种机器人构造简易，位置精度一般，大多情况用于搬运作业。它的工作空间是一个圆柱状的空间。
3.球坐标机器人结构
（3）技术要求
主要参数的确定：
a、坐标形式：直角坐标系
b、机械臂行程：伸缩范围500mm，回转角度180o。
c、运动速度：能满足工业要求和生产需要。
d、控制方式：起止设定位置。
e、定位精度：±3mm。
f、手指握力：60kg
g、驱动方式：液压驱动。
（二）料槽形式及分析动作要求
（1）料槽形式
其主要目的：
培养学生综合分析和处理专业技术问题的能力，从而夯实基础，拓宽知识面。
培养学生树立正确的设计理念，大胆设想，勇于创新的思维。
培养学生树立正确的认识和使用国家标准，等技术手册准则以及强有力而又准确快速的计算能力。
培养学生进行基于基础，正视现实问题，面向生产，面向实际工业问题的基本工作态度，工作作风和工作方法。
2.2.1机械手腰座设计
工业机器人是一种腰座由圆柱坐标构造的机器人，球坐标机器人和机器人的旋转底座。本部分设计应当遵循以下设计原则：
1.腰座本身应留有足够的空间，用以安装其他构件，从而保证作业时的稳定性。
2.腰座本身应该有足够的刚度和强度，用以支撑工件及其他部件。
3腰座的重量较为集中，只有一定的驱动装置才能驱动使其作回转运动。
本课题是涉及工业加工中广泛应用的机械上料机器人的设计。其作用是根据工业要求进行抓取或移动工件的一类工具。机械手的诞生，改变了工业生产的方方面面。还有另外两个作为伸缩升降的机械臂。他们的主要参数是螺栓和螺母。也可依照具体的工业要求改变或更换吸盘。具体参数：回转角为60度，送料周期50-60次/min；腰座旋转机械手采用气缸驱动齿轮齿条传动。
1.1 工业机械手概述
工业机械手是近几年来，新兴发展起来的自动装置。它的优点是通过其编程来完成各种人类所无法完成的动作从而体现了代替人类的智能和适应性。
1.1.1 机械手的应用性
1、要想提高自动化程度，就要普及机械手的使用率，这样就可以提高生产效率，降低生产成本，加快实现企业生产机械化和自动化。
Key Words：the manipulator；design for handing ；design for structure
1 绪论
机械手是工业生产中以代替人类劳动的方式而诞生的具有抓取和移动功能的自动化设备，近年来由于计算机技术的发展，慢慢地，机械手与计算机的技术结合又是一门新兴的技术，二者的结合，使得危险枯燥的重复动作得以解放。机械行业中，零部件的组装搬运，以及庞大工件的运输装置，无处不与机械手有着密切的联系，由于我国目前机器人的技术水平还与国际间有着很大的差别，所以为了弥补我国在这一技术上的落差，此次研究机械手是很有意义的。
1.3课题内容和设计要求
（一）原始数据及资料
（1）原始数据：
A.生产纲领：100000件
B.自由度（四个自由度）
臂转动180o
臂上下运动600mm
臂伸长（收缩）500mm
手部转动90o
（2）设计要求：
a、上料机械手结构设计图、装配图、各主要零件图（一套）
b、设计计算说明书（一份）
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，如图3.c。这类机器人构造简单，造价便宜，位置精度不高，一般也都是被用作搬运作业。其工作空间是一个类球形的空间。
4.关节型机器人结构
如图3所示。即为关节型机器人的结构组成。关节型机器人构造紧密，占用空间较小，而且灵活轻便。相对其本身而言，其作业空间比较大。这种机器人广泛用于，焊接，喷漆行业，也有一部分在搬运，装配领域也被广泛应用。
由于工件的形状属于小旋转，这种形状的零件通常采用重力输送物料的输送槽，如图1机械手安装简单如图所示，该装置结构简单，不需要其他电源及专用设备。所以本课题采用此种输料槽.
图1 机械手安装简易图
（2）动作要求分析
动作一：手臂伸长（小段距离）至料区 动作二：手爪夹紧
动作三：手臂上升 动作四：手腕旋转
1.机器人手臂关节轴相互平行；而且关节轴垂直应在一点相交，以达到更好地控制。
2.机器人整体尺寸要小以应对作业空间的需要。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。
3.机器人一般是反应灵敏迅速的特点，这就要求其整体结构和手臂构造的材料轻巧，刚度宜选用高强度铝合金材质。
4.腰部结构要便于安装、调整。腰部与机器人手臂的联结要有可靠的定位基准面，以保证各关节的相互位置精度。调整机制，用来调整轴承间隙和间隙减腰。
腰座具体结构如下：
图7 腰座具体结构
2.3机械手手臂结构的设计
2.3.1机械手手臂设计要求
本次设计机器人手臂，应遵循以下原则；
2、手腕
手腕是连接手臂和手掌的中间部件，除了连接作用它还可以用来调整抓取工件后的摆放方位。
3、手臂
手臂是支承被抓工件与手掌，手腕连接的重要部件。手臂驱动手指抓握物体的作用，并根据预定的要求将被运送到指定地点。工业机械手臂主要由运动部件以及驱动部件组成，从而实现手臂的各种动作。
4、机座
这次设计是通用类型的上料机械手（如图6所示），这类机械手适合于批量或小批量生产、可以改变动作程序的自动搬运的操作设备，运转幅度大和操作单调频繁的作业环境。它可用于操作环境恶劣的场合。