四自由度液压搬运机械手设计

关键词:机械手，四自由度，搬运，液压驱动，PLC控制

Key words: manipulator; Four dof handling PLC control hydraulic system 1、结构设计方案

1.1机械手的机械结构

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）极坐标系机械手；（4）多关节型机械手

1.1.1机构原理

这里的机械手可完成的动作有夹紧工件、手臂转位、松开卸料、手臂复位等基本动作，该机械手可看成是一个由4个自由度构成的机构（各组成部分的定义如图1所示）四自由度分别为基座的旋转、立柱的升降、大臂的伸缩以及小臂的旋转。

图一机械手的结构示意图

2、驱动方案设计

2.1 液压驱动系统

2. 1.1 液压回路的设计

图二液压系统控制图

机械手动作顺序: 从原位开始右转升降臂下降伸缩臂伸出夹持器夹紧升降臂上升左转升降臂下降夹持器松开伸缩臂缩回升降臂上升，到原位若为单循环模式下运行，则原位等待，若为连续循环模式，则进入下一个周期

上述动作均由行程开关或压力继电器发讯号控制相应的电磁换向阀，按程序依次顺序动作而实现(王增娣，2012) 。拟定的液压系统图如图二

2.2 液压系统分析

1) 夹持器采用单出杆双作用缸，保证运动过程中夹紧工件，当夹持器夹紧工件后，由液控单向阀组成的锁紧回路可在意外失电的情况下，保持对工

件的夹紧;

2) 小臂回转采用摆动液压缸，正反方向均采用单向调速阀调速。由于回转部分的重量大，悬臂较长，转动惯量大，手臂回转时具有很大的动能。因此，采用调速阀回油节流调速，有缓冲作用;

3) 手臂伸缩采用单出杆双作用缸，手臂伸出时，由单向调速阀进行回油节流调速，回油路调速阀的设置可以完成缓冲作用( 张文汉，2008) ;

4) 手臂升降运动采用单出杆双作用缸，上升和下降均由单向调速阀回油节流调速。因为升降缸为立式，在其液压缸下腔油路中安装单向顺序阀，

避免因整个手臂的自重而下降，起平衡作用

3、控制方案设计

3. 1 PLC 的选型

3. 1. 1 I /O 点数的估算

机械手采用行程开关进行位置检测，根据下图所示， PLC 需要对电磁阀进行控制，当到达行程之后，使某一电磁铁得电或失电，使液压缸换向输

入输出点如表1(付愚， 2005) 。

3. 1. 2 PLC 机型选择

由上表 1 知: 输入 20 点，输出 9 点，总点数为29 留出20 %的余量: 总点数为29 + 6 = 35 点故选择40 点的 CPM2A- 40CDR- A 继电器触点输出型

的 CPU 单元，有24 点输入， 16 点输出程序容量: 8× 35 = 280 字( 普通系K=8)

图三 PLC接线图

根据所选欧姆龙的 CPM1A- 40CDR- A 系列的内部元件及输入输出的相关元件、设备，编制出 PLC接线图，如图三所示

3. 2 程序设计

程序功能: 泵单按钮起动，泵起动后，机械手才能有动作; 操作分为手动模式和自动模式，自动模式又分为单周期运行和连续自动运行，手动采用点动方式，机械手在等待状态下，泵自动卸荷。其状态流程图如图5 所示

3. 3 助记符程序:

LD 00108 泵起停

DIFU( 13) 2000

LD2000

AND 01100

KEEP( 11) 01100 泵单按钮起停控制

LD NOT 00201

AND NOT 00202

AND NOT 00203

AND NOT 00204

AND NOT 00205

AND NOT 00206

AND NOT 00207

AND NOT 00208

AND NOT 00209

AND NOT 00210

AND 01100

OUT 00200 手动等待/自动切换( 按下起动按

钮00008 为 ON 后，自动进入自动模式)

LD 00210

AND 00009

AND 00003

LD 00200

AND 00008

OR LD

OR 00201

AND NOT 00202 AND NOT 00007 OUT 00201 工步1 LD 00201

OR 00202

AND 00000

AND NOT 00203 AND NOT 00007

OUT 00202 工步2

LD 00202

OR 00203

AND 00004

AND NOT 00204

AND NOT 00007

OUT 00203 工步3

LD 00203

AND 00104

OR 00204

AND NOT 00205

AND NOT 00007

OUT 00204 工步4( 部分)

参考文献

1 液压机械手技术与市场 1997-06-28 期刊 0 276

2 基于PD型迭代学习的液压机械手轨迹控制张琦湖南科技大学学报(自然科学版) 2005-03-30 期刊 6 168

3 基于机电液一体化的液压机械手设计及其控制赵旭东北大学 2010-06-01 硕士

4 深海水下液压机械手驱动系统压力适应型控制器研制张艳浙江大学 2012-02-10 硕士

5 放射源运输车及其应用液压机械手的设计研究贾起军吉林大学 2011-10-01 硕士32

6 基于液压机械手的绿化带自动浇灌装置设计王增娣机械工程与自动化 2012-12-15 期刊

7 基于PLC的液压机械手控制系统改造张文汉科技广场 2008-07-01 期刊 1 177

8 基于PLC的液压机械手的控制系统付愚湖南工程学院学报(自然科学版) 2005-06-25 期刊 4 592

9 Lopez-Guede, J.M.,Fernandez-Gauna, B.,Graa, M. et al.Improving the control of single robot hose transport[J].Cybernetics and Systems,2012,43(1/4):261-275.

10 Nouyan, S.,Gross, R.,Bonani, M. et al.Teamwork in Self-Organized Robot Colonies[J].IEEE transactions on evolutionary computation,2009,13(4):695-711.

考文献目录

序号题名作者来源发表时间来源数据库被引频次下载频次

1 液压机械手技术与市场 1997-06-28 期刊 0 276

2 基于PD型迭代学习的液压机械手轨迹控制张琦湖南科技大学学报(自然科学版) 2005-03-30 期刊 6 168

3 基于机电液一体化的液压机械手设计及其控制赵旭东北大学 2010-06-01 硕士

4 深海水下液压机械手驱动系统压力适应型控制器研制张艳浙江大学 2012-02-10 硕士

5 放射源运输车及其应用液压机械手的设计研究贾起军吉林大学 2011-10-01 硕士

6 基于液压机械手的绿化带自动浇灌装置设计王增娣机械工程与自动化 2012-12-15 期刊

7 液压机械手电液比例系统模糊PID控制研究杨晶机械科学与技术 2013-06-15 期

刊

8 一种全自动液压机械手在马钢车轮公司的应用虞长银安徽冶金科技职业学院学报2011-01-15 期刊 0 57

9 基于AMESim的液压机械手负载敏感系统仿真研究王光磊矿山机械 2011-12-10 期

刊 1 136

10 三自由度液压机械手的PLC控制研究詹贵印可编程控制器与工厂自动化2007-07-15 期刊 3 618

11 四自由度液压机械手液压系统设计胡海洪南昌大学 2012-06-30 硕士

12 基于PLC的液压机械手控制系统改造张文汉科技广场 2008-07-01 期刊 1 177

13 液压机械手科技简报 1975-03-12 期刊 0 112

14 分解组装制动缸液压机械手铁道车辆 1977-04-01 期刊 0 23

15 液压机械手握力的软抓取控制林建亚液压与气动 1987-05-01 期刊 1 77

16 PC在全液压机械手中的应用姜佩东冶金自动化 1990-10-28 期刊 0 39

17 复杂柔性车载液压机械手振动主动控制方法研究马振书系统仿真学报 2011-09-08 期刊 0 54

18 基于PLC的液压机械手的控制系统付愚湖南工程学院学报(自然科学版) 2005-06-25 期刊 4 592

19 配电作业液压机械手系统沼波正卫水利电力施工机械 1994-05-15 期刊 0 34

20 数控机床液压机械手的PLC控制系统王焱玉机床与液压 2005-04-30 期刊 8 494

21 关节式液压机械手脉码调制控制研究王宣银机械工程学报 2002-12-30 期刊 0 90

22 新型液压升船机的设计和研究李昕涛中北大学学报(自然科学版) 2007-08-15 期刊 1 79

23 水下作业液压机械手夹持力模糊控制技术的研究谭定忠机床与液压 2001-02-28 期刊 2 129

24 基于多传感器信息融合的液压机械手控制模型研究张琦机床与液压 2005-03-30 期刊 2 137

25 人工神经网络在机械手动力学辨识和位置控制中的应用陈默子机器人 1993-10-28 期刊 9 124

26 液压机械手捣固机的研制杜丽红铁道建筑 2010-08-15 期刊 1 60

27 压力适应型深海水下液压机械手及主从式多关节复合控制研究章艳浙江大学2006-11-01 硕士 4 308

28 复杂柔性车载液压机械手弹性动力学建模方法研究马振书中国机械工程2010-01-25 期刊 0 159

29 用于方形物件装卸液压机械手的设计何芹机床与液压 2010-09-28 期刊 1 152

30 基于三菱FX1N PLC的液压机械手控制系统设计裴艳芳机床电器

31] Lopez-Guede, J.M.,Fernandez-Gauna, B.,Graa, M. et al.Improving the control of single robot hose transport[J].Cybernetics and Systems,2012,43(1/4):261-275. [32] Nouyan, S.,Gross, R.,Bonani, M. et al.Teamwork in Self-Organized Robot Colonies[J].IEEE transactions on evolutionary computation,2009,13(4):695-711. [33] Nouyan, S.,Gross, R.,Bonani, M. et al.Teamwork in Self-Organized Robot Colonies[J].IEEE transactions on evolutionary computation,2009,13(4):695-711. [34] Zhang, D.,Wang, L.,Yu, J. et al.Coordinated Transport by Multiple Biomimetic Robotic Fish in Underwater Environment[J].IEEE Transactions on Control Systems Technology,2007,15(4):658-671.DOI:10.1109/TCST.2007.899153.

[35] Bernheisel, J.D.,Lynch, K.M..Stable transport of assemblies: pushing stacked parts[J].IEEE transactions on automation science and engineering,2004,1(2):163-168.DOI:10.1109/TASE.2004.835575.

四自由度通用液压机械手设计概论

摘要本次设计的多功能机械手为液压通用机械手，主要由手爪、手腕、手臂、机身、机座等组成，具备上料、翻转和转位等多种功能，并按自动线的统一生产节拍和生产纲领完成以上动作。本机械手机身采用机座式，自动线围绕机座布置，其坐标形式为圆柱坐标式，具有立柱旋转、手臂伸缩、腕部转动和腕部摆动等4个自由度；驱动方式为液压驱动，利用油缸、齿轮、齿条实现直线运动；利用油缸与齿轮、齿条或链条实现回转运动。液压驱动的优点是压力高、体积小，出力大，动作平缓，并能在中间位置停止。本次设计的机械手能对不同物体完成多种动作。关键词：机械手；圆柱坐标；液压驱动

Abstract The design of multi-manipulator hydraulic manipulator general, mainly by the gripper, wrist, arm, body, base etc., with the material, flip, and a variety of functions such as translocation, in accordance with the unified autom ated production line beat and production program have done so. This machine adopts the base-type mobile phone, automatic wire around the base layout, its coordinates in the form of cylindrical coordinate type, with column rotation, arm stretching, wrist rotation and wrist swing and so four degrees of freedom; drive mode for the hydraulic drive, use fuel tank, gear, rack to achieve linear motion，use of tanks and gear, rack or chain to achieve rotary motion. Hydraulic drive has the advantage of high pressure, small size, contribute to a large, gentle movement and can stop in the middle. The design of the robot can complete a variety of different objects in action. Keywords: mechanical hand; cylindrical coordinate; fluid power drive

上下料机械手课程设计说明书

专业课程设计任务书一、目的与要求《专业课程设计》是机械设计及自动化专业方向学生的重要实践性教育环节，也是该专业学生毕业设计前的最后一次课程设计。拟通过《专业课程设计》这一教学环节来着重提高学生的机构分析与综合的能力、机械结构功能设计能力、机械系统设计的能力和综合运用现代设计方法的能力，培养学生的创新与实践能力。在《专业课程设计》中，应始终注重学生能力的培养与提高。《专业课程设计》的题目为工业机械手设计，要求学生在教师的指导下，独立完成整个设计过程。学生通过《专业课程设计》，应该在下述几个方面得到锻炼： 1．综合运用已学过的“机械设计学”、“液压传动”、“机械系统设计”、“计算机辅助设计”等课程和其他已学过的有关先修课程的理论和实际知识，解决某一个具体设计问题，是所学知识得到进一步巩固、深化和发展。 2．通过比较完整地设计某一机电产品，培养正确的设计思想和分析问题、解决问题的能力，掌握机电产品设计的一般方法和步骤。 3．培养机械设计工作者必备的基本技能，及熟练

地应用有关参考资料，如设计图表、手册、图册、标准和规范等。 4．进一步培养学生的自学能力、创新能力和综合素质。二．主要内容表1精锻机上料机械手主要技术参数手臂运动形式（圆柱坐标式抓取重量 60kgf 自由度 4个手手臂运动行程和速度水平伸缩 500mm 设定点2 升降 600mm 设定点2 左右旋转 200度设定点3 手腕回转和速度180度设定点2 手指夹持范围四种规格 90-120 定位方式和定位精度机械挡块 +-1mm 控制方式点位程控，开关板预选驱动方式液压 kgf/cm2

四自由度机械手控制系统设计

前言可编程控制器是20世纪70年代以来，在集成电路，计算机技术基础上发展起来的一种新型工业控制设备。由于具有功能强、可靠性高、配置灵活、使用方便以及体积小、重量轻等优点，国外已广泛应用于自动化控制的各个领域，并已成为现实工业生产自动化的支柱产品。近年来，国内在PLC技术与产品开发应用方面发展很快，除有许多从国外引进的设备，自动化生产线外，国内的机床设备已越来越多采用PLC控制系统采用控制系统取代传统的继电—接触器控制系统小；价格上能与继电—接触器控制系统竞争；易于在现场变更程序；便于使用、维护、维修；能直接推动电磁阀，接触器与之相当的执行机构；能向中央执行机构；能向中央数据处理系统直接传播数据等。本课题是基于PLC控制四自由度机械手运行。工业机械手是一种模仿人体上肢部分功能，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设备，它可以代替手的繁重劳动，改善劳动条件，提高劳动生产率和自动化水平。有着广阔的发展前途。本课题通PLC自动控制对机械手实现机械手规定动作并实现回原点、手动方式和自动方式三种工作方式的选择，并对系统进行运行效率分析。

摘要随着工业机械手的进一步发展，其发展将更趋向于人性化、智能化并将在更加广泛的领域得到应用。机械手是一种模仿人体上肢运动的机器，它能按照预定要求输送工种或握持工具进行操作的自动化技术设备，对实现工业生产自动化，推动工业生产的进一步发展起着重要作用。因而具有强大的生命力，受到人们的广泛重视和欢迎。工业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，提高劳动生产率和自动化水平。通过对机械制造与自动化大学专科三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，确定机械手的工作原理和运动机理。设计了一种四自由度机械手，采用可编程序控制器（PLC）设计其控制系统,以提高其工作的稳定性能。关键词：机械手梯形图 PLC 电磁阀 Abstract With the further development of industrial robots, and its development tends to be more humane, intelligent and in a wider range of applications. Manipulator is a kind of imitation of the upper body movement machine, it can be scheduled according to request type or holds the automation tool operation of technical equipment, industrial automation, promote the production of industrial production of the further development plays an important role .Manipulator noted extensively and welcome by people for it has powerful vitality. Industrial robots can replace the hands of heavy labor, significantly reduce labor intensity, and improve labor productivity and automation level.Mechanical manufacturing and automation through the junior college for three years to integrate the knowledge of industrial manipulator mechanical structure and function of various parts of exposition and analysis to determine the robot motion principle and mechanism.Design a four-DOF manipulator to enhance the stability of their work for using the programmable logic controller to control system. Keywords: Manipulator Ladder diagram PLC Solenoid valve

读书笔记-四自由度机械手结构设计及其plc

读书笔记一：《浅析机械手的应用与发展趋势》 ——机械手的现状和发展趋势主编：郭洪武一、文章摘要机械手是:指能模仿人手和手臂的某些动作功能，用以固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。机械手是最早出现的工业机器人，也是最早出现的现代机器人。它能代替人繁重劳动，可实现生产的机械化及自动化，改善劳动环境以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子部门。目前，机械手的种类按驱动方式分为：液压式、气动式、电动式、机械式机械手；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。机械手的历史及现状：工业用机械手的第一次发展迅猛发展是在第二次世界大战，最早应用在美国橡树岭国家实验室的搬运核原料的遥控机械手操作手研究，是一种主从型的控制系统。1958年美国联合控制公司研制第一台示教型机械手，并在1962年,研制出一种更新兴的机械手，运动系统仿造坦克炮塔，臂可以回转、俯仰、伸缩，用液压驱动。1962年美国机械铸造公司成功研制一种叫Versatran机械手，原意是灵活搬运，可做点位和轨迹控制。国外的机械手在此基础上，得到一定程度上的发展。从60年代后期起，喷漆、弧焊工业机器人相继在生产中开始应用。1978年美国Unimation-Vin.am型工业机械手，装有小型电子计算机控制，用于装配作业。联邦德国机械人制造业是从1970年开始应用机械手，主要是用于起重运输、焊接和设备的上下料等工作。日本是工业机械人发展最快和应用最多的国家,于1969年从美国引进后，开始大力发展机械手的研制，目前已成为世界上工业机械手应用最多的国家之一。机械手在我国的发展：我国工业机械手研究与开发起步较晚，比欧美要晚30年左右，起步于上世纪70年代，1972年我国第一台机械手在上海研制成功，从第七个五年计划开始，我国政府加大了对工业机器人的重视程度，并投入大量的资金。研制有以下机器人：点焊机器人、氩弧焊机器人、装卸载机器人等。值得注意的是中国科学沈阳自动化研究所和北京科技大学机器人研究所开发的机器人的控制器。与此同时，一系列的机器人关键部件也被研究开发出来了，如机器人专用轴承，减震齿轮，直流伺服电机,编码器等等。机械手的应用和发展趋势,随着自动化和机械化的发展，人们对机械手的要求也越来越高，主要体现在：（1）重复高精度。重复精度是指动作重复多次，机械手到达同样位置的精确程度。对于某些机械手来说，重复精度甚于精度。（2）模块化。模块化拼装的气动机械手比组合导向驱动装置的更具有灵活的安装体系。它集成电接口、带电缆及

显像管搬运机械手课程设计.doc

目录前言 1 课题的基本要求 (4) 2 总体设计 (5) 2.1 PLC选型 (5) 2.2 I/O点及地址分配 (7) 2.3 PLC端子接线 (9) 2.4 操作面板示意图 (11) 3 PLC程序设计 (12) 3.1 设计思想 (12) 3.2 显像管搬运机械手顺序功能图 (13) 3.3 PLC梯形图 (15) 3.3.1自动梯形图 (15) 3.3.2复位梯形图 (25) 3.3.3手动梯形图 (26) 4 程序调试说明............. (28) 结束语 (29) 参考文献 (30)

前言 1、PLC的概念可编程控制器（Programmable Controller）是以微处理器为核心，综合了微电子技术，自动化技术，网络通讯技术于一体的通用工业控制装置。英文缩写为PC或PLC。它具有体积小、功能强、程序设计简单、灵活通用、维护方便等一系列优点，特别是它的高可靠性和较强的适应恶劣工业环境的能力，更得到用户的好评。因而在机械、能源、化工、交通、电力等领域得到了越来越广泛的应用，成为现代工业控制的三大支柱（PLC,机器人和CAD/CAM）。 2、PLC的特点（1）可靠性高，抗干扰能力强 PLC用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件，接线可减少到继电器控制系统的1/10~1/100，因触点接触不良造成的故障大为减少。 (2)硬件配套齐全，功能完善，适用性强 PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品，并且已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。 (3)PLC的安装接线方便，一般用接线端子连接外部接线。 (4)PLC有较强的带负载能力，可直接驱动一般的电磁阀和交流接触器可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。 (5)易学易用，深受工程技术人员欢迎 PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程

搬运机械手设计说明书

机械与装备工程学院课程设计说明书（2016/2017学年第 1学期）课程名称：机械设计课程设计题目：搬运机械手的设计专业班级：机械设计制造及其自动化学生姓名：学号： 130200216 指导教师：设计周数： 2周设计成绩： 2016年 12月 31日

目录第一章绪论 (1) 1.1 机械手的应用现状 (1) 1.2 机械手研究的目的、意义 (1) 1.3 设计时要解决的几个问题 (1) 第二章机械手总体方案的设计 (3) 2.1 机械手的系统工作原理及组成 (3) 2.2 机械手的基本结构及工作流程 (3) 第三章机械手的方案设计及其主要参数 (5) 3.1 坐标形式和自由度选择 (5) 3.2 执行机构 (5) 3.3 驱动系统 (6) 3.4 控制系统 (7) 第四章结构设计及优化 (8) 4.1手部夹紧气缸的设计 (8) 4.1.1手部夹紧气缸的设计 (8) 4.1.2 确定气缸直径 (9) 4.1.3 气缸作用力的计算及校核 (9) 4.1.4 缸筒壁厚的设计 (10) 4.1.5 气缸的基本组成部分及工作原理 (10) 4.2手臂结构优化设计 (10) 4.2.1问题描述 (10) 4.2.2设计分析 (10) 4.2.3建立数学模型 (12) 4.2.4优化计算 (13) 4.2.5优化结果分析 (16) 第五章 Adams运动仿真 (17) 总结与展望 (20)

摘要机械手是近几十年发展起来一种高科技自动化生产设备，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，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。本设计中的搬运机械手的动作由气动缸驱动，气动缸由相应的电磁阀来控制，电磁阀由PLC控制。驱动执行元件完成，能十分方便的嵌入到各类工业生产线中。本文中对机械手臂运用MATLAB算法进行优化设计，它使得优化过程变得非常简单、容易理解和掌握，从而避免编写各种复杂的运算程序，提高了设计效率。用 ADAMS 软件建立虚拟样机进行仿真并优化参数，得出了机械手的运动过程的演示动画，发现设计结构能有机地结合在一起，工作平稳，并在指定的速度和负载等参数下得出了所需要的驱动力和结构参数等。虚拟样机代替物理样机对工程机械进行创新设计、测试和评估，可以降低设计成本，缩短开发周期，而且设计质量和效率都可以得到提高。关键词:机械手，气动，优化设计，仿真

四自由度搬运机械手的设计毕业论文

四自由度搬运机械手的设计毕业论文 1引言 1.1机械手研究的背景及其意义机械手是当今世界的科技革命发展飞速变革的必然产物，它的出现标志着现今的工业、制造业水平发展到了前所未有高水平阶段。最初出现的机械手只是应用在航空航天和海洋勘探等高端科技领域，随着近几十年来计算机在科技领域全面应用，科技革命的变革也加速了科学技术的蓬勃发展。在此背景下机械手技术也在飞速发展，并且在其应用领域也不断地深入、飞速地拓宽，特别是近些年来机械手在现代制造业领域更是得到了非常广泛的应用。由于机械手是通过预先编写好的程序来控制其动作次序和轨迹，所以机械手可以代替人力去完成那些单调的、重复的、特别是对于人类来说毫无意义的工作，除此之外机械手还能够在恶劣的环境中完成那些人类不想完成的或不能完成的工作，特别是在一些危险的工作环境或者是对精度要求较高的工作条件之下，机械手相比较人力有得天独厚的优势——机械手在某些邻域能够完全替代人力，将人类从脏、乱、差的工作环境中解放出来，这是人类社会几千年来的又一次变革和人类生活方式的又一次蜕变。特别是近几十年来工业、制造业领域在机械手的广泛应用下发生了伟大的变革，在此背景下整个社会的生产力水平、产品生产质量和生产效率大大提高，与此同时在工业生产中现代工人的劳动强度也大大降低。机械手技术虽然发展迅猛，但现在市场上的机械手大多还处在高端应用领域，价格也相对昂贵，不能满足低成本、低层次应用领域的需求。所以本课题希望设计出一种成本低、应用层次相对较低的机械手，填补这一领域市场的空白，这对

于工业、制造业领域以及人类社会的发展都具有及其重要的意义和价值。在机械手技术领域中，机械手在模型设计上，四自由度机械手是机械手产品中的典型设计模型，在技术上，四自由度机械手技术门槛相对较低——四自由度便于设计和实现，在应用层面上，四自由度机械手对于一般的重复性工作条件完全满足，在成本上，四自由度机械手在满足一些复杂动作的工作条件下便于实现低成本，也就说其性价比相对较高，所以本论文以《四自由度搬运机械手》为课题进行研究旨在设计出一个比较实用的、成本低的、具有一定的实际应用价值的机械手。1.2机械手的研究现状和发展前景机械手是现代工业革命变革、现代工业水平高度提高催生的一种新技术产品，从较高应用层次来说，机械手是集机械设计、计算机程序控制等多领域知识和多种设计方法于一身的一种新型自动化装备，特别是近年来互联网、大数据的出现和应运机械手已开始从自动化向智能化领域迈进。机械手虽然在近几十年来才出现，其发展历史并不算太长，机械手最早起源于美国，接着又在德国、日本等工业发达国得到了飞速发展，然而我国近十年来虽然工业发展迅猛，可机械手在工业领域的应用才刚刚起步，机械手设计的技术水平同国外仍有很大差距，特别实是在机械手的高端应用领域，主要体现在机械手的可靠性和精度指标上面。近年来机械手在工业、制造业领域的应用突飞猛进，这对于工业文明的进步产生了“雪崩式效应”，越来越多的无人化工厂随着机械手的发展如春笋般涌现。随着进入21世纪以来，互联网技术飞速发展，工业、制造业领域正发生着一场伟大的变革，从美国的“工业互联网”到德国的“工业 4.0”，再到“中国制造2025”，世界工厂已经开始由“无人化工厂”向“智能化工厂”转变，在此历

四自由度液压搬运机械手设计

四自由度液压搬运机械手设计摘要: 通过对机床工件搬运机械手主要结构和运动形式的探究，以及对机械手的工作过程和控制要求分析，根据机械手动作循环图设计液压系统控制图;并采用欧姆龙控制器系统进行电气部分的软硬件设计，绘制了 PLC 的外部接线图和单循环自动工作状态流程图，将 PLC 技术应用于机械手具有整体技术及经济效益Abstract: The hydraulic system control was designed according to the cycle operation of manipulator，through the study of main structures and movement forms of the manipulator and the analysis on working processes and control requirements of the manipulator． The software and hardware design for the electrical part was done by using the Omron controller system． The external wiring diagram and automatic single cycle working state flow chart of the PLC were drawn． The application of PLC to manipulator would have technological and economic benefits．关键词:机械手，四自由度，搬运，液压驱动，PLC控制 Key words: manipulator; Four dof handling PLC control hydraulic system 1、结构设计方案 1.1机械手的机械结构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）极坐标系机械手；（4）多关节型机械手 1.1.1机构原理这里的机械手可完成的动作有夹紧工件、手臂转位、松开卸料、手臂复位等基本动作，该机械手可看成是一个由4个自由度构成的机构（各组成部分的定义如图1所示）四自由度分别为基座的旋转、立柱的升降、大臂的伸缩以及小臂的旋转。

四自由度机械手

四自由度机械手本科毕业设计说明书(论文) 摘要在中国工业韧带发展中，很多高生产率高精度的机械加工设备从国外引进，比如数控车床和铣床等，还有把几种机床的功能集中在一起的加工中心等。总之这类CNC机床大大的提高了工作速度，产品的加工精度，降低了工作的劳动强度，所以大受欢迎。但是这类设备引进费用也是相当的昂贵，所以国内很多企业的技术人员在原先的旧机床上进行改进，来达到提高生产率和降低工人的劳动强度，实现工业自动化，这类改进同样也大受欢迎。本文所设计的机械手主要用于搬运工件，工件总重不大于10Kg，长150cm，宽150cm，高150cm的立方体。为了增加本机械手的通用性，在结构尽可能紧凑的情况下，最大限度的是机械手具有较大的抓取范围。本文主要介绍了搬运机械手的概念、组成和分类，接受的自由度和坐标形式、运动及国内外的发展状况。对于搬运接受进行总体方案设计，首先机械手的驱动装置为液压缸，然后确定了机械手的坐标像是为圆柱坐标型，自由度数为4，接着确定了机械手的驱动装置为液压缸，然后确定了机械手的主要技术参数。同时，设计了机械手的手部结构形式为气缸杠杆式手爪、臂部结构形式采用液压缸导向连接的双横臂结构，底座采用电机带动竖臂的旋转。机身结构形式为升降缸用液压缸的结构形式，计算出夹紧工件所需的驱动力、手爪转动时所需的驱动力矩、手臂的伸缩所需的驱动力手臂的俯仰所需的驱动力、手臂的升降所需的驱动力，和手臂回转所需的驱动力矩。继而设计了装箱机械手的各部分液压缸的尺寸和结构及各部分之间连接与支承部件的结构与尺寸。关键词:搬运机械手; 液压驱动;液压缸;自动化

I 本科毕业设计说明书(论文) Abstract In China industrial ligament development, a lot of high productivity high precision machining equipments imported from abroad, such as CNC lathes and milling machines, and have several function of machine together in processing center, etc.. In this kind of CNC machine greatly improves the speed of work, product processing precision, reduces the labor intensity of work, so popular. But this kind of equipment is also very expensive, so many domestic enterprises technical personnel in the original old machine is improved, to improve productivity and reduce labor intensity of workers, industrial automation, this kind of improvement is also very popular. The manipulator is designed in this paper is mainly used for handling the workpiece, the workpiece weight is less than 10Kg, length 150cm, width 150cm, high 150cm cube. In order to increase the versatility of manipulator in structure, as far as possible compact case, maximum limit is the manipulator has a large capture range. This paper mainly introduces the concept, composition and classification of the manipulator, freedom and coordinates, movement and development at home and abroad to accept. For the handling of acceptance for the overall program design, first drive manipulator for hydraulic cylinder, and then determine the coordinate manipulator like cylindrical coordinate, the number of degrees of freedom is 4, then the drive

六自由度机械手设计

机械设计课程设计说明书六自由度机械手 TOPWORK 上海交通大学机械与动力工程学院专业机械工程与自动化设计者：李晶(5030209252) 李然(5030209316) 潘楷 (5030209345) 彭敏勤 (5030209347) 童幸 (5030209349) 指导老师：高雪官 2006616

、八— 刖言在工资水平较低的中国，制造业尽管仍属于劳动力密集型，机械手的使用已经越来越普及。那些电子和汽车业的欧美跨国公司很早就在它们设在中国的工厂中引进了自动化生产。但现在的变化是那些分布在工业密集的华南、华东沿海地区的中国本土制造厂也开始对机械手表现出越来越浓厚的兴趣，因为他们要面对工人流失率高，以及交货周期缩短带来的挑战。机械手可以确保运转周期的一贯性，提高品质。另外，让机械手取代普通工人从模具中取出零件不仅稳定，而且也更加安全。同时，不断发展的模具技术也为机械手提供了更多的市场机会。可见随着科技的进步，市场的发展，机械手的广泛应用已渐趋可能，在未来的制造业中，越来越多的机械手将被应用，越来越好的机械手将被创造，毫不夸张地说，机械手是人类是走向先进制造的一个标志，是人类走向现代化、高科技进步的一个象征。因此如何设计出一个功能强大，结构稳定的机械手变成了迫在眉睫的问题。

目录一.设计要求和功能分析 4 - ?- ■基座旋转机构轴的设计及强度校核 5 三.液压泵俯仰机构零件设计和强度校核 8 四.左右摇摆机构零件设计和强度校核 11五.连腕部俯仰机构零件设计和强度校核 14六.旋转和夹紧机构零件设计和强度校核 19七.机构各自由度的连接过程 25八.设计特色 28九.心得体会 28十.参考文献30 一. 任务分工31 十二.附录（零件及装配图）31

工业机器人课程设计

河南机电高等专科学校《机器人应用技术》课程作品设计说明书作品名称：多功能机械手专业：机电一体化技术班级：机电124班扣号：姓名：流星 2014 年 10 月 1 日

目录一课题概述 (2) 1、选题背景 (2) 2、发展现状和趋势 (3) 3、研究调研 (4) 二机械手组成及工作过程 (6) 1、整体结构分析 (6) 2、所需器材 (6) 3、底座部分 (8) 4、躯干部分 (9) 5、上臂部分 (10) 6、手爪部分 (11) 7、机械手系统的总调试 (12) 三软件部分 (13) 1、机械手软件编制流程图 (13) 2、机械手运行控制程序图 (14) 四设计体会 (15) 一课题概述 1、选题背景随着我国经济的高速发展，各种电子产品和各种创新机械结构的出现，工业机器人的作用在装配制造业产业中的地位更加重要了。另一方面随着人们生活水平的提高传统制造产业劳动力生产成本进一

步提高，这也使企业意识到用高速准确的机械自动化生产代替传统人工操作的重要性。其中机械手是其发展过程中的重要产物之一，它不仅提高了劳动生产的效率，还能代替人类完成高强度、危险、重复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，可以说是一举两得。在机械行业中，机械手越来越广泛的得到应用，它可用于零部件的组装，加工工件的搬运、装卸，特别是在自动化数控机床、组合机床上使用更为普遍。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，可以节省庞大的工件输送装置，结构紧凑，而且适应性很强。但目前我国的工业机械手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机械行业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具有重要意义。在这样一个大的背景下结合自己的专业机电一体化，我们选择多功能机械手来作为我们的设计题目。结合专业特点使用德国慧鱼机器人教学模型作为我们实现这一课题的元件。利用慧鱼模型的各种机械结构组装出机械手的机械部分，用pc编程实现对机械手的自动控制，利用限位开关来保护电机和控制机械手位置的准停。这个课题可以充分的体现机电一体化的由程序自动控制机械结构的运动，对自己以前的所学的课程也是一种巩固。另一方面这个机械手可以实现一定的搬运功能具有很强的实用性能。 2、发展现状和趋势

搬运机械手的设计论文(完整版)

摘要随着工业自动化的普及和发展，控制器的需求量逐年增大，搬运机械手的应用也逐渐普及，主要在汽车，电子，机械加工、食品、医药等领域的生产流水线或货物装卸调运, 可以更好地节约能源和提高运输设备或产品的效率，以降低其他搬运方式的限制和不足，满足现代经济发展的要求。搬运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，在本设计中，通过对机械手手部结构的设计，臂部结构的设计，以及液压系统的设计，实现四自由度的运动，完成了搬运机械手的系统结构设计。关键词：搬运机械手；结构设计；液压系统；四自由度

ABSTRACT With the popularization and development of industrial automation, control demand increased year by year, carrying manipulator application also gradually popular, mainly in the automotive, electronics, machinery, food, medicine and other fields of production lines or cargo transport, can be better to save energy and improve the efficiency of transport equipment or products, in order to reduce other handling the limitation and inadequacy, meet the needs of modern economic development. Manipulator is a kind of automatic positioning control and can be programmed to change the multi-function machines, In this design, through the mechanical hand arm structure design, structure design, and the design of the hydraulic system, to achieve four degrees of freedom movement,completed the manipulator system structure design. Key words：manipulator；structure design ；hydraulic system ；four degrees of freedom movement

液压机械手.doc

机械手的组成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。各系统相互之间的关系如方框图2-1所示。机械手的组成方框图 (一)执行机构包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，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手部。夹持式手部由手指(或手爪)和传力机构所构成。手指是与物件直接接触的构件，常用的手指运动形式有回转型和平移型。回转型手指结构简单，制造容易，故应用较广泛。平移型应用较少，其原因是结构比较复杂，但平移型手指夹持圆形零件时，工件直径变化不影响其轴心的位置，因此适宜夹持直径变化范围大的工件。手指结构取决于被抓取物件的表面形状、被抓部位(是外廓或是内孔)和物件的重量及尺寸。常用的指形有平面的、V形面的和曲面的:手指有外夹式和内撑式;指数有双指式、多指式和双手双指式等。而传力机构则通过手指产生夹紧力来完成夹放物件的任务。传力机构型式较多，常用的有:滑槽杠杆式、连杆杠杆式、斜面杠杆式、齿轮齿条式、丝杠螺母弹簧式和重力式等。吸附式手部主要由吸盘等构成，它是靠吸附力(如吸盘内形成负压或产生电磁力)吸附物件，相应的吸附式手部有负压吸盘和电磁盘两类。

对于轻小片状零件、光滑薄板材料等，通常用负压吸盘吸料。造成负压的方式有气流负压式和真空泵式。对于导磁性的环类和带孔的盘类零件，以及有网孔状的板料等，通常用电磁吸盘吸料。电磁吸盘的吸力由直流电磁铁和交流电磁铁产生。用负压吸盘和电磁吸盘吸料，其吸盘的形状、数量、吸附力大小，根据被吸附的物件形状、尺寸和重量大小而定。此外，根据特殊需要，手部还有勺式(如浇铸机械手的浇包部分)、托式(如冷齿轮机床上下料机械手的手部)等型式. 2、手腕是连接手部和手臂的部件，并可用来调整被抓取物件的方位(即姿势)。3、手臂手臂是支承被抓物件、手部、手腕的重要部件。手臂的作用是带动手指去抓取物件，并按预定要求将其搬运到指定的位置. 工业机械手的手臂通常由驱动手臂运动的部件(如油缸、气缸、齿轮齿条机构、连杆机构、螺旋机构和凸轮机构等)与驱动源(如液压、气压或电机等)相配合，以实现手臂的各种运动。手臂可能实现的运动如下: 手臂在进行伸缩或升降运动时，为了防止绕其轴线的转动，都需要有导向装置，以保证手指按正确方向运动。此外，导向装置还能承担手臂所受的弯曲力矩和扭转力矩以及手臂回转运动时在启动、制动瞬间产生的惯性力矩，使运动部件受力状态简单。导向装置结构形式，常用的有:单圆柱、双圆柱、四圆柱和V形槽、燕尾槽等导向型式。

显像管搬运机械手课程设计

沈阳理工大学课程设计专用纸目录前言 (1) 1 课题的基本要求 (4) 2 总体设计 (5) 2.1 PLC选型 (5) 2.2 I/O点端子接线图 (6) 2.3 操作面板示意图 (9) 3 PLC程序设计 (10) 3.1 设计思想 (10) 3.2 显像管搬运机械手顺序功能图 (11) 3.3 PLC梯形图 (14) 3.3.1主程序梯形图 (14) 3.3.2通用程序梯形图 (14) 3.3.3自动程序梯形图 (15) 3.3.4 手动程序梯形图 (20) 3.3.5 复位程序梯形图 (22) 4 程序调试说明............. (24) 4.1 自动模拟调试 (24) 4.2 复位模拟调试 (26) 结束语 (27) 参考文献 (28)

前言 1、PLC的概念可编程控制器（Programmable Controller）是以微处理器为核心，综合了微电子技术，自动化技术，网络通讯技术于一体的通用工业控制装置。英文缩写为PC或PLC。它具有体积小、功能强、程序设计简单、灵活通用、维护方便等一系列优点，特别是它的高可靠性和较强的适应恶劣工业环境的能力，更得到用户的好评。因而在机械、能源、化工、交通、电力等领域得到了越来越广泛的应用，成为现代工业控制的三大支柱（PLC,机器人和CAD/CAM）之一。 2、PLC的特点（1）可靠性高，抗干扰能力强 PLC用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件，接线可减少到继电器控制系统的1/10-1/100，因触点接触不良造成的故障大为减少。 (2)硬件配套齐全，功能完善，适用性强 PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品，并且已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。 (3)PLC的安装接线方便，一般用接线端子连接外部接线。 (4)PLC有较强的带负载能力，可直接驱动一般的电磁阀和交流接触器可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。 (5)易学易用，深受工程技术人员欢迎 PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程

搬运机械手设计

专业课程设计说明书

目录第1章课题规划.................................. 错误!未定义书签。课题背景分析................................ 错误!未定义书签。设计任务书.................................. 错误!未定义书签。第2章功能分析.................................. 错误!未定义书签。设计任务功能分析............................ 错误!未定义书签。总功能提炼.............................. 错误!未定义书签。功能分解................................ 错误!未定义书签。功能结构分析及功能结构图绘制............ 错误!未定义书签。本章小结.................................... 错误!未定义书签。第3章系统原理方案设计.......................... 错误!未定义书签。功能单元求解................................ 错误!未定义书签。分功能求解.............................. 错误!未定义书签。系统原理方案综合求解.................... 错误!未定义书签。方案优化及评价.......................... 错误!未定义书签。本章小结.................................... 错误!未定义书签。第4章总体设计.................................. 错误!未定义书签。系统总体结构草图............................ 错误!未定义书签。本章小结.................................... 错误!未定义书签。第5章总结...................................... 错误!未定义书签。参考文献......................................... 错误!未定义书签。

四自由度机械手的设计与规划

论文提要随着大工业时代的到来，自动化设备代替人工作业成为现代化工业发展的一大趋势。机械手作为一种自动化执行设备，解放了人类的双手，大大降低了工人的劳动强度，提高了工作效率。它能模仿一些人手和手臂的动作，进行抓取、搬运或装配工作，被广泛应用在大型工厂的生产流水线上，尤其是在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣的环境中，机械手的应用更加重要。随着现代科技的发展，借助计算机辅助设计系统、计算机辅助制造系统，使机械手得到了更快的发展和应用，过渡到了一个新的工业自动化阶段。本文主要是对四自由度机械手的结构设计和工作原理进行阐述和说明，并推导出了机械手的运动轨迹方程。

四自由度机械手的设计与规划摘要：随着大工业时代的到来，自动化设备代替人工作业成为现代化工业发展的一大趋势。机械手作为一种自动化执行设备，解放了人类的双手，大大降低了工人的劳动强度，提高了工作效率。它能模仿一些人手和手臂的动作，进行抓取、搬运或装配工作，被广泛应用在大型工厂的生产流水线上，尤其是在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣的环境中，机械手的应用更加重要。随着现代科技的发展，借助计算机辅助设计系统、计算机辅助制造系统，使机械手得到了更快的发展和应用，过渡到了一个新的工业自动化阶段。本文主要是对四自由度机械手的结构设计和工作原理进行阐述和说明，并推导出了机械手的运动轨迹方程。关键词:四自由度机械手自动化一、什么是机械手机械手是一种主要由机械主体、控制器、驱动系统和传感器装置等组成的,能模仿人手和臂的某些动作的运动机构。机械手的设计是模仿人的动作，所以在设计机械手时，为了使机械手能更像人手那样灵活好用，可以遵循三个设计原则：一是使机械手的覆盖范围尽可能的大；二是使机械手可以根据外界的环境改变自己的运动姿态；三是在使自身重量足够小时，承受的负载足够大。美国机器人工业协会定义了工业机械手的含义：机械手是一种可以用于移动各种生产材料零部件工具或专用设备的，并通过可编程序动作来执行各种任务的，具有编程能力的多功能自动化设备。自从机械手被发明以来，工厂生产中相应的各种难题迎刃而解。机械手被广泛应用于多品种、变批量的柔性生产中，改善了劳动条件，提高了产品质量和生产效率，在工农业生产中有着十分重要的意义。机器人技术综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多种学科知识，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。一个国家工业自动化水平的重要标志就是这个国家对机器人的应用情况。机器人是一种模拟人的电子机械装置，它综合了人的特长和机器特长，既拥有人在环境变化状态下的快速反应和分析判断能力，又有机器可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力，所以它并不是简单意义上的代替人工劳动，更确切的说，它是机器进化过程的产物，是工业以及非产业界的重要生产和服务性设备，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备。机械手按照给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作，模仿着人手的部分动作。在工业生产中应用的机械手被称为“工业机械手”。机械手在工业生产中的应用可以提高生产过程的自动化水平和劳动生产率，可以减轻工人的劳动强度、保证产品质量、实现安全生产；尤其是在高温、高压、低温、低压、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。所以它在机械加工、焊接、电镀、装配以及交通运输业等领域得到了越来越多的应用。机械手由于结构形式简单，专用型强，而成为固定机床的附加装置，为机床的上下料提供了方便。随着工业技术的发展，逐渐出现了能够独立的按照编好的程序来控制机械手以实现重复操作的通用型机械手，这种机械手适用范围比较广，在不断变换生产品种的中小批量生产中获得广泛的应用。二、机械手的组成