自由度机械手设计
五自由度机械手毕业设计
五自由度机械手毕业设计简介毕业设计项目是基于五自由度机械手的设计与调试。
机械手作为一种重要的自动化设备，被广泛应用于各种工业场景中。
本项目旨在设计和实现一个五自由度机械手，以达到特定的工作任务，并对其进行调试和性能优化。
设计目标本项目的设计目标如下：1.组装一台五自由度机械手，包括底座、前臂、手臂和手爪等组成部分。
2.实现机械手的运动控制和精确定位，以可靠地完成给定的任务。
3.进行机械手的调试和性能优化，以提高其准确性和灵活性。
设计流程步骤一：机械手构建首先，需要根据机械手的设计要求，选择合适的机械结构和零件。
设计一个稳定的底座来支持机械手的运动。
然后，设计前臂和手臂以实现机械手的五自由度运动。
最后，设计一个手爪用于抓取目标物体。
步骤二：运动控制系统设计一个运动控制系统，用于实现机械手的精确定位和运动控制。
可以使用传感器来获取机械手当前的位置和姿态信息，并使用控制算法来计算和控制机械手的运动。
可以选择合适的传感器和控制器来实现这个功能。
步骤三：系统调试完成机械手的组装和运动控制系统的搭建之后，需要进行系统的调试和测试。
在调试过程中，可以逐步验证机械手的各个自由度的运动是否准确，并优化运动控制系统的参数以提高机械手的运动准确性和稳定性。
步骤四：任务实现完成机械手的调试之后，可以设计和实现一系列的任务来验证机械手的性能和应用能力。
可以设计一些基础任务，如抓取、放置和搬运物体等。
还可以设计更复杂的任务，如拧螺丝、组装零件等，以验证机械手在复杂环境中的运动控制和应用能力。
预期成果通过完成本毕业设计项目，预期实现以下成果：1.完整的五自由度机械手，包括底座、前臂、手臂和手爪等组成部分。
2.可靠的运动控制系统，能够实现机械手的精确定位和运动控制。
3.调试和优化完毕的机械手，具有较高的运动准确性和稳定性。
4.完成的任务实现，验证机械手的性能和应用能力。
时间计划本项目的时间计划如下：•第一周：项目立项和需求分析•第二周：机械结构设计和零件采购•第三周：机械手组装和基本运动控制实现•第四周：运动控制系统调试和优化•第五周：任务实现和性能测试•第六周：项目总结和报告编写结论通过本毕业设计项目，将能够全面了解五自由度机械手的设计和调试过程，掌握机械手的运动控制原理和实现方法，并对机械手的性能和应用能力进行验证和提升。
五自由度机械手的抓取设计
2.2自由度与运动方式
五自由度机械手的五个自由度分别为三条臂的直线移动和两条臂的旋转运动。 通过这五个自由度的协调动作，机械手可以实现空间中的任意位置和姿态。在抓 取设计中，需要根据实际应用需求，对机械手的运动进行规划，以实现物体的稳 定抓取和操作。
此外，抓取设计还需要考虑手指与物体的接触方式。这通常包括面接触、点 接触和侧面接触等。面接触适用于抓取表面较大的物体，可以提供较好的稳定性； 点接触适用于抓取表面较小的物体；侧面接触则适用于抓取有一定长度的物体， 可以通过多个手指的协同动作实现稳定抓取。
7、跨领域应用：拓展五自由度机械手在医疗、航空航天、军事等领域的应 用研究，为更多领域的自动化和智能化发展提供支持。
总之，通过不断深入研究和发展五自由度机械手相关技术，我们有望在未来 实现更为出色的性能表现和创新应用，推动机器人技术的进步和发展。
谢谢观看
2、通过优化关节运动函数和调整相关参数，可以改善机械手的运动性能。
3、在实际应用中，需要针对具体任务和环境条件，对机械手进行优化和调 整。
4、Adams仿真在五自由度机械手设计和优化中具有重要作用，可以缩短开发 周期、降低成本并提高效率。
展望未来，随着机器人技术的不断发展，五自由度机械手的研究和应用将更 加广泛。以下是一些未来的研究方向和挑战：
1、根据实际应用需求，设置仿 真实验的目标和评价指标。
2、根据机械手的运动规律，设置关节运动函数或通过手动调节关节角度进 行控制。
3、选择合适的求解器和求解方法，设置仿真时间、步长等参数。
4、运行仿真实验，并记录仿真 结果。
通过仿真分析，我们可以得到五自由度机械手在不同工况下的运动性能数据。 以下是一些分析结果的解释和意义：
2.3抓取设计的优缺点分析
(完整版)具有五个自由度的机械手设计毕业论文设计
具有五个自由度的机械手设计摘要随着工业自动化发展的需要，机械手在工业应用中越来越重要。
文章主要叙述了机械手的设计计算过程。
首先，本文介绍机械手的作用，机械手的组成和分类，说明了自由度和机械手整体座标的形式。
同时，本文给出了这台机械手的主要性能规格参量。
机械手采用液压传动，使传动系统简单可靠；选用可编程控制器对机械手的动作进行控制，使控制程序简单，系统维护方便。
设计过程中，对机械手和液压缸部分做了详细的设计计算。
同时，对机械手的通用性主要是采用可更换式手部结构来实现，通过更换手部，可使机械手抓取外圆零件和内圆零件，从而实现了系统的多功能化。
机械手总体结构能够实现手臂的水平伸缩、垂直升降、旋转和抓取等功能，这些动作都是可编程控制器控制，用液压缸驱动机械手来完成的。
文章中介绍了搬运机械手的设计理论与方法。
全面详尽的讨论了搬运机械手的手部、腕部、手臂以及机身等主要部件的结构设计。
最后使用软件对机械手PLC控制仿真。
关键词：机械手；液压传动；液压缸；PLC仿真；AbstractThe applying of the manipulators are more and more important in the industry, with the development of industrial automation. The paper mainly narrated the design and calculation of light and transfer manipulator.The first，The paper introduces the function,composing and classification of the manipulator,tells out the free-degree and the form of coordinate.At the same time,the paper gives out the primary specification parameter of this manipulator. Manipulator use system can be simple and reliable. The manipulator and in this paper. The movements of mechanical be convenient. And the universal ability of manipulator is based on the interchangeability of the grasp cylindrical parts and inner parts through the replacement of and captures the semifinished materials. All those movements are controlled by programmable controller and realized by industry manipulator's design theory and method. The comprehensive exhaustive discussion ,which the major structural design computation. Finally uses the software to carry out the PLC control simulation for manipulator's ；Hydraulic cylinder；Programmable logic Controller simulation;目录1 绪论 (1)1.1前言 (1)1.2 工业机械手的简史 (1)1.3工业机械手在生产中的应用 (3)1.4 机械手的组成 (4)1.5工业机械手的发展趋势 (5)2 机械手的总体设计方案 (7)2.1 机械手基本形式的选择 (7)2.2机械手的主要部件及运动 (7)2.3驱动机构的选择 (8)2.4 机械手的技术参数列表 (8)3 机械手手部的设计计算 (9)3.1 手部设计基本要求 (9)3.2 典型的手部结构 (9)3.3机械手手抓的设计计算 (9)3.4 机械手手抓夹持精度的分析计算 (13)3.5弹簧的设计计算 (14)4 腕部的设计计算 (17)4.1 腕部设计的基本要求 (17)4.2 腕部的结构以及选择 (17)4.3 腕部的设计计算 (18)5 臂部的设计及有关计算 (23)5.1 臂部设计的基本要求 (23)5.2 手臂的典型机构以及结构的选择 (24)5.3 手臂直线运动的驱动力计算 (24)5.4 液压缸工作压力和结构的确定 (27)6 机身的设计计算 (29)6.1 机身的整体设计 (29)6.2 机身回转机构的设计计算 (30)6.3 机身升降机构的计算 (34)6.4 轴承的选择分析 (37)7 液压驱动系统设计 (38)7.1液压驱动的特点 (38)7.2液压系统设计 (39)8 PLC控制系统设计 (40)8.1 PLC的特点 (40)8.2 PLC的选择及IO分配 (40)8.3 PLC程序设计及仿真 (42)结论 (50)致谢 (51)参考文献 (52)附录 (53)1.绪论1.1前言用于再现人手的的功能的技术装置称为机械手。
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。
多(五)自由度机械液压机械手的设计
摘要随着现代科学技术的发展，机器人技术越来越受到广泛关注，在工业生产日益现代化的今天，机器人的使用变得越来越普及。
因此，对于机器人技术的研究也变得越来越迫切，尤其是工业机器人方面。
本论文作者针对这一领域，设计了一款液压机械机械手，该机器人拥有五个自由度。
首先，作者针对该机器人的设计要求，对结构设计选择了一个最优方案，对关键零件设计并进行校核。
本课题是一个机械、液压紧密的实用性项目，文中对机械手机械结构的设计、液压系统的设计。
最后，总结了全文，指出了机械手的改进措施、应用前景和发展方向。
关键词：机械手；液压系统；五个自由度AbstractWith the development of modern science and technology, the robot technology has been paid more and more attention, in an increasingly modernized industrial production, the use of robots is becoming more and more popular. Therefore, the research of robot technology becomes more and more urgent, especially industrial robots. The author of this thesis in this field, design of a hydraulic mechanical manipulator, the robot has five degrees of freedom. First of all, the author according to the requirement of the design of this robot, an optimal scheme of the structure design of the selection, the design of key parts and checked.This topic is a mechanical, hydraulic close practical project, design of mechanical design, mechanical structure of the hydraulic system of the mobile phone in. Finally, summarized the full text, points out the improvement measures, manipulator application prospect and development direction.Keywords: manipulator; hydraulic system; five degrees of freedom目录1 绪论 (1)1.1 选题背景及其意义 (1)1.2 国内外研究现状与发展趋势 (1)1.2.1国内的研究现状 (1)1.2.2国外研究现状 (2)1.2.3发展趋势 (3)1.3 本设计主要研究的内容 (3)1.3.1机械设计结构部分 (3)1.3.2机械手驱动方式 (4)2 机械手的总体设计 ........................................................... 错误！未定义书签。
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。
3个自由度机械手设计
3个自由度机械手设计在机械工程领域，自由度是指机械系统能够相对于给定的参考坐标系进行自由移动的能力。
一个自由度可以定义为系统中独立运动的最小数量。
在机械手设计中，自由度是一个重要的参数，决定了机械手的灵活性和能够执行的运动任务。
以下是三个具有不同自由度的机械手设计：1.二自由度机械手二自由度机械手通常由两个旋转关节组成，分别控制机械手在水平和垂直方向上的运动。
这种机械手设计常用于需要在平面上移动和旋转物体的应用，如装配线上的零件搬运和放置。
机械手的两个关节可以通过电机和传动装置控制，使得机械手能够沿不同方向进行精确的运动。
2.三自由度机械手三自由度机械手通常由两个旋转关节和一个直线关节组成，分别控制机械手在水平、垂直和前后方向上的运动。
这种机械手设计常用于需要进行更复杂操作的应用，如工业机器人中的装配和焊接。
机械手的旋转关节可以使机械手在水平和垂直方向上进行精确的定位，直线关节可以使机械手在前后方向上进行伸缩，从而实现更加灵活的操作。
3.六自由度机械手六自由度机械手是最常见的机械手设计，通常由三个旋转关节和三个直线关节组成。
旋转关节控制机械手在水平、垂直和绕轴方向上的运动，直线关节控制机械手在前后、左右和上下方向上的运动。
这种机械手设计在许多领域中得到广泛应用，如汽车制造、医疗设备和航空航天等。
六自由度机械手的设计使得机械手能够进行复杂的运动和操作，具有较高的灵活性和精确性。
总的来说，机械手的自由度是机械手设计中的一个重要参数，决定了机械手的灵活性和能够执行的运动任务。
不同自由度的机械手适用于不同应用场景，可以根据具体需求选择合适的机械手设计。
毕业设计论文说明书：多自由度机械手设计(五个自由度)
6 液压系统的设计 ................................................................................................ 23
6.1 基本回路的选择............................................................................................ 23 6.2 液压元件的选择与校核................................................................................ 23 6.2.1 液压泵的选择...................................................................................... 23 6.2.2 液压泵所需电机功率的确定.............................................................. 25 6.2.3 液压阀的选择...................................................................................... 25 6.2.4 液压辅助元件的选择原则.................................................................. 26 6.2.5 油箱容量的确定.................................................. 错误！未定义书签。 6.2.6 液压原理图.......................................................... 错误！未定义书签。
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设计说明书
课题：凸轮轴加工自动线机械手
班级：数控69902
设计：沈晓春
审核：
二00五年九月
目录
一、目录 (2)
二、前言 (3)
（一）机械手的用途说明 (3)
（二）设计机械手的目的、意义 (3)
（三）设计指导思想应达到的技术性能要求 (4)
三、设计方案论证 (5)
（一）机械手的原始依据 (5)
（二）机械手的运动方案论证 (6)
四、机械手各组成部件设计计算 (8)
（一）抓取机械设计 (8)
（二）手腕机构 (12)
（三）手臂设计 (14)
（四）缓冲装置设计 (22)
（五）定位机构设计…………………………………………………………………………………
25
（六）机械手驱动系统设计 (25)
五、机械手控制系统设计 (25)
六、设计总结 (26)
七、参考文献 (27)
二、前言
（一）机械手的用途说明
机械手是模仿人手工作的机械设备。
实验用机械手的设计，是指机械手臂在一定范围内的摆动，手臂的垂直方向的上下移动及手爪的伸缩运动组成。
由启动系统实现各运动的驱动。
它的主要作用是将工件按预定的程序自动地搬运到需要的位置，或者保持工具进行工作。
机械手是利用PLC控制整个系统实现各种运动的自动化控制，且能用于教学演示。
（二）机械手的目的、意义
机械手是模仿人手的动作，生产中应用机械手可以提高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，尤其在恶劣的劳动条件下，它代替人作业的意义更加重大。
因此，在机械加工中得到越来越广泛的应用。
目的是，我们对机械手的设计步骤有一定的平衡了解；也能基本掌握机械设计的方法；综合运用学过的理论知识；全面复习绘图技巧，并较好的运用于毕业设计绘图上。
通过这次设计，使我了解到，自动控制的对象主要是单机或某个生产过程，智能控制则包括控制对象及整个工作环境或整个生产过程；自动控制的目标是使在系统控制的某个状态下，尽量消除环境对系统的影响，智能控制关心的使最终状态或现行状态是否合乎要求。
因此，要充分考虑环境的影响；自动控制的学习来源重要是对象的状态的反馈，所以智能控制需要一个庞大的数据库；自动控制理论着重描述对象的数学模型，然后，通过各种控制算法进行控制，以达到目的，智能控制着重直接控制经验。
（三）设计的指导思想，应达到的技术性能要求
结构简单：设计为三自由度的机械手臂，运动形式简单，可以把手臂设计成为沿导向装置运动，直接选用标准规格的液压缸和内胀式机械手爪，无须另行设计。
外观不要有手臂堵塞外形：设计尽量要求安装方便，各非标准件加工方便。
因此，不必设计成套形式，管道也不必安排在手臂内部，可以采用软管直接连接。
本次设计的手臂不要光用于工业生产，因此，对各部件的加工精度及安装要求不高，可以在通用机床上加工完成。
三、设计方案论证
（一）机械手设计的原始数据
1.组成结构
机械手主要由执行机构、驱动系统以及位置检测等装置组成。
各系统的关系如图：
控制系统→驱动系统→执行系统→抓取工件
‖——位置检测——‖
2.执行机构
包括手臂、手腕、手部和立柱等部件，有的还增设行走机构。
（1）手部：即与物体接触的部件，由物体接触的形式又可分为夹持式和吸附式手部。
（2）手腕：是连接手腕和手臂的比肩，起改变工件的空间位置的作用。
（3）手臂：支撑手腕和手臂的部件以改变工件的空间位置。
（4）立柱：支撑手臂的部件，手臂的各部分运动均与立柱有密切的关系。
（5）行走机构：为完成远距离的操作和扩大使用范围，可增设滚轮行走机构。
（6）机座：它是机械手的基础部件，机械手执行机构的各部分和驱动系统均安装在机座上，起支撑和联结作用。
3.驱动机构
机械手臂的驱动系统是驱动执行机构运动的出动装置，常用的有液压传动、气压传动、电力传动和机械传动。
4.控制系统
有电力控制和射流控制两种，一般常见的为电力控制，这是机械手的重要组成部分，它支配着机械手按规定的程序运动，并记忆人们给予机械手的指令信息，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控制，当动作有错误时，发出警报信号。
5.位置检测装置
控制机械手执行机械的运动位置并随时将执行机构的实际位置反馈给控制系统，并与设定的位置比较，然后控制系统进行调整，从而使执行机构一定的精度达到预定位置。
（二）机械手的运动方案论证
1.机械手的运动形式（坐标形式）确定
按机械手的运动坐标型可分：直角坐标系式机械手、圆柱坐标系式机械手、极坐标式机械手、关节式机械手。
直角坐标式机械手：臂部可以沿直角坐标轴X、Y、Z三个方向移动，亦臂部可以前后伸缩，左右移动，上下升降。
采用此种坐标形工作范围小，占地空间大，定位精度好，应用较多，适用于空间布置或与自动线配合。
极坐标式机械手：手臂可以沿直角坐标轴的X方向运动，还可以绕Y轴和Z轴转动，亦手臂可前后伸缩，上下摆动，左右移动。
采用此种坐标形式工作范围大，占地空间小，定位精度差，应用少。
关节式机械手：这种机械手的臂部可分为大臂和小臂，其中大臂和小臂的连接以及大臂和机体的连接均为关节式连接，亦小臂对大臂可绕肘部上下摆动一定角度，大臂可绕肩部摆动一定角度，手臂可以左右转动一定角度。
采用此种坐标形式工作范围大，占地空间小，定位精度差，应用较小。
圆柱坐标戏式机械手：这种机械手的运动由两个直线运动和一个回转运动组合而成，手臂沿X、Z方向的移动，还有手臂的水平回转。
此种机械手工作范围教大，灵活程度教高，占地面积小，结构比较简单，定位进度高，应用比较广泛，多为通用型。
因此本次设计我选用直角坐标系机械手。
机械手方案简图如下：
运动符号：
回转伸缩
平移
手爪
四、机械手各组成部件设计计算
（一）抓取机械设计
1.抓取机械机构的基本要求 要有足够的夹紧力，在确定手指的握力时，除考虑工件的重量外还应考虑在传送或操作中所产生的惯性和震动，以保证工件不致产生。