机械手及控制系统设计资料整理
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机械手设计摘要本文简要地介绍了工业机器人的概念，机械手的组成和分类，机械手的自由度和座标型式，气动技术的特点，PLC控制的特点及国内外的发展状况。
本文对机械手进行了总体方案设计，确定了机械手的座标型式和自由度，确定了机械手的技术参数。
同时，分别设计了机械手的夹持式手部结构以及吸附式手部结构;设计了机械手的手腕结构，计算出了手腕转动时所需的驱动力矩和回转气缸的驱动力矩;设计了机械手的手臂结构，设计了手臂伸缩、升降用液压缓冲器和手臂回转用液压缓冲器。
设计出了机械手的气动系统，绘制了机械手气压系统工作原理图。
利用可编程序控制器对机械手进行控制，选取了合适的PLC型号，根据机械手的工作流程制定了可编程序控制器的控制方案，画出了机械手的工作时序图和梯形图，并编制了可编程序控制器的控制程序。
关键词：工业机器人；机械手；气动；可编程序控制器(PLC)；机械手设计第一章绪论1.1机械手概述工业机器人由操作机(机械本体)、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、可重复编程、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。
机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。
机器人应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标志。
机器人并不是在简单意义上代替人工的劳动，而是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置，既有人对环境状态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，从某种意义上说它也是机器的进化过程产物，它是工业以及非产业界的重要生产和服务性设各，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备.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。
机械手的控制方式及控制系统设计
机械手的控制方式及控制系统设计机械手在工业科技中的应用时间较长，随着工业生产的不断发展进步，机械手的控制技术也得到了较为快速的发展。
人们在很早以前就希望能够借助其他的工具替代人类自身的手去从事重复性的工作，或者具有一定危险性的工作，从而提高工业的生产效率，同时也能规避人们在生产实际生产中碰到的危险情况。
此外，在一些特殊的场合中，必须要依靠机械手才能加以完成。
未来机械手在工业生产中将发挥更大的作用，本文主要对机械手的控制方式及控制系统设计方法进行了较为详细的分析。
2 机械手原理概述机械手具有很多的优点，比如机械手比人的手具有更大的力气，能够干很多人手所无法干的事情，这样也能提高工业生产中的效率，同时采用机械手进行工业生产时的成本相对而言也会得到一定程度上的降低。
机械手通常由三部分组成，即机械部分，传感部分和控制部分。
其中，手部安装在手臂的前端，用来抓持物件，这是执行机构的主体，可根据被抓持物件的形状、重量、材料以及作业要求不同而具有多种结构形式。
控制部分包括控制系统和人机交互系统。
对于机器人基本部件的控制系统，控制系统的任务是控制机械手的实际运动方式。
机械手的控制系统有开环和闭环两种控制方式，如果工业机械手没有信息反馈功能，那么它就是一个开环控制系统。
如果有信息反馈功能，它是一个闭环控制系统。
对于机器人基本组成的人机交互系统，人机交互系统是允许操作员参与机器人控制并与机器人通信的装置。
总之，人机交互系统可以分为两类：指令给定装置和信息显示装置，机械手的控制主要是通过软件程序加以实现。
随着科学技术的发展，机械手相关的技术也得到了快速的发展，先进的控制方式和先进的控制技术在机械手的控制领域中也具有一定的采用。
现在机械手不仅广泛应用于采矿、化工、船舶等领域，并且在航天、医药、生化等领域占有重要地位。
3 机械手的控制方式工业机器人可根据控制方法分为以下几类，一类是点控制。
点控制，也称为PTP控制，仅控制起点和终点的姿势，两点之间的轨迹没有规定。
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第一章引言机械工业是国民的装备部，是为国民经济提供装备和为人民生活提供耐用消费品的产业。
不论是传统产业，还是新兴产业，都离不开各种各样的机械装备，机械工业所提供装备的性能、质量和成本，对国民经济各部门技术进步和经济效益有很大的和直接的影响。
机械工业的规模和技术水平是衡量国家经济实力和科学技术水平的重要标志。
因此，世界各国都把发展机械工业作为发展本国经济的战略重点之一。
工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。
工业机械手的是工业机器人的一个重要分支。
它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。
机械手作业的准确性和各种环境中完成作业的能力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景。
机械手是在机械化，自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。
在现代生产过程中，机械手被广泛的运用于自动生产线中，机械人的研制和生产已成为高技术邻域内，迅速发殿起来的一门新兴的技术，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。
机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动，不知疲劳，不怕危险，抓举重物的力量比人手力大的特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用。
机械手技术涉及到力学、机械学、电气液压技术、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域，是一门跨学科综合技术。
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，它有多个自由度，可用来搬运物体以完成在各个不同环境中工作。
1.1 机械手的分类（一）、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。
机械手电气控制系统设计
机械手电气控制系统设计电气控制系统是机械手的一个重要组成部分，它负责控制机械手的运动、姿态和工作程序等，以实现其预定的操作任务。
本文将结合实例，介绍机械手电气控制系统的设计思路和关键点。
1.设计思路1.1系统可靠性：机械手在工作过程中需要保证高度的可靠性和稳定性，电气控制系统的设计应考虑各种可能的故障，并采取相应的措施进行防护和容错处理。
1.2运动控制精度：机械手的运动需要高度准确的控制，因此电气控制系统应具备足够的精度，以确保机械手能够完成高精度的操作任务。
1.3灵活性和可扩展性：电气控制系统应具备良好的灵活性和可扩展性，能够适应不同的工作环境和任务需求，并能够方便地进行功能扩展和改进。
2.关键点2.1电气控制器选择：根据机械手的规模和需求，选择适当的电气控制器。
常见的选择包括PLC（可编程逻辑控制器）、DSP（数字信号处理器）等。
选择电气控制器时需要考虑其性能、功能、可靠性、扩展性和成本等因素。
2.2传感器选型：机械手的电气控制系统需要各种传感器来获取机械手关节的位置、速度、力矩等信息，以实现准确控制。
选择合适的传感器是电气控制系统设计中的关键环节，常用的传感器包括编码器、加速度计、光电传感器等。
2.3运动控制算法：机械手的运动控制是电气控制系统设计的核心，需要考虑机械手的运动规划、轨迹规划和动力学控制等问题。
常见的运动控制算法包括PID控制、模糊控制、遗传算法等，根据机械手的需求选择合适的算法。
2.4人机界面设计：为了方便操作和监控，机械手的电气控制系统需要设计一个人机界面，可以通过触摸屏、键盘、指示灯等方式实现对机械手的控制和状态显示。
3.实例分析以工业生产线上的机械手电气控制系统设计为例，该机械手需要完成从料盘上取出零件、装配、焊接等任务。
首先，选择PLC作为电气控制器，具备良好的可靠性和扩展性。
接下来，选择编码器作为关节位置传感器，通过读取编码器信号获取关节的实时位置信息。
针对机械手的运动控制，采用PID控制算法实现关节的位置和速度控制。
机械手的结构设计及控制
机械手的结构设计及控制机械手是一种能像人手一样完成各种工作任务的装置。
它具有高精度、高速度和可编程性等特点，广泛应用于工业自动化领域。
机械手的结构设计和控制是实现其功能的关键。
一、机械手的结构设计1. 关节型机械手关节型机械手是由一系列的关节连接而成，每个关节都有自己的自由度。
它的结构类似于人的手臂，能够模拟人的运动，灵活度较高。
关节型机械手的结构设计注重关节的精确度和稳定性，同时需要考虑到机械手的负载能力和工作范围。
2. 直线型机械手直线型机械手由一组平行移动的臂组成，可以在一个平面内进行线性运动。
它的结构设计简单，适合进行一些简单的工作任务。
直线型机械手的关键是确保臂的平移精确度和平稳度，以及确保工作范围的有效覆盖。
3. 平行四边形机械手平行四边形机械手是一种特殊的机械手结构，它由四个平行运动的臂组成。
平行四边形机械手的结构设计需要确保四个臂的平移精确度和平稳度，以及实现机械手的高速度和高精度。
二、机械手的控制机械手的控制是指通过编程控制机械手完成各种工作任务。
机械手的控制系统一般包括硬件控制模块和软件控制模块。
1. 硬件控制模块硬件控制模块包括电机驱动器、传感器、编码器等设备。
电机驱动器用于控制机械手的运动，传感器用于获取机械手与物体的位置和姿态信息，编码器用于测量电机的位置和速度。
2. 软件控制模块软件控制模块是机械手控制系统的核心部分，负责编写控制程序并实时更新机械手的运动状态。
软件控制模块可以使用编程语言如C++、Python等来实现。
控制程序需要根据任务需求编写，包括运动规划、轨迹控制、碰撞检测等功能。
机械手控制的关键是实现精确的运动控制和优化的路径规划。
在控制程序中，需要考虑到机械手的动力学模型、碰撞检测算法以及运动规划算法等。
同时还需要考虑到外部环境的变化以及机械手与物体之间的互动。
三、机械手的应用机械手广泛应用于工业自动化领域，可以完成包括搬运、装配、焊接、喷涂、夹持等多种工作任务。
机械手自动控制设计
机械手自动控制设计摘要机械手是一种能够模拟人的手臂运动的工具。
通过自动控制机制，机械手能够实现精确的动作，广泛应用于工业生产线、医疗机器人和服务机器人等领域。
本文将介绍机械手自动控制设计的相关内容，包括机械手的结构和原理、自动控制系统的设计和应用场景等。
1. 机械手的结构和原理机械手由多个关节组成，每个关节可以作为一个独立的自由度进行运动。
常见的机械手结构包括串联型、并联型和混合型。
串联型机械手的关节依次连接，可以实现复杂的运动轨迹；并联型机械手的关节通过平行连接，可以实现较高的稳定性和刚度；混合型机械手采用串并联结构的组合，兼具了串联型和并联型的优点。
机械手的运动是由电机驱动的。
电机将电能转换为机械能，通过传动装置驱动机械手的关节运动。
常见的电机类型包括直流电机、步进电机和伺服电机。
直流电机结构简单，控制方便，适用于低功率和低速应用；步进电机能够精确控制转角，适用于高精度应用；伺服电机能够实现闭环控制，在高速、高精度应用中表现出色。
2. 自动控制系统的设计机械手的自动控制系统包括感知、决策和执行三个层次。
感知层负责获取环境信息，包括视觉、力觉和位置等；决策层根据感知信息做出决策，确定机械手的动作；执行层控制机械手的关节运动，完成决策层指定的任务。
2.1 感知层设计感知层主要通过传感器获取环境信息。
常用的传感器包括摄像头、力传感器和位置传感器等。
摄像头可以获取图像信息，用于机械手对工件的识别和定位；力传感器可以测量机械手与工件之间的力和压力，用于力控制和力反馈；位置传感器可以测量机械手的关节位置，用于位置控制和位置反馈。
2.2 决策层设计决策层主要包括机械手的轨迹规划和动作生成。
轨迹规划是指给定起始点和目标点，确定机械手的运动路线；动作生成是指根据轨迹规划生成机械手的具体动作序列。
常用的算法包括插补算法、路径规划算法和运动学算法等。
2.3 执行层设计执行层主要由控制器和执行器组成。
控制器通过对电机的控制来驱动机械手的关节运动；执行器负责将电机的转动转化为机械手的关节运动。
机械手控制系统设计
机械手控制系统设计引言机械手是一种广泛应用于工业和制造领域的自动化设备。
机械手可以在不同的工作环境下完成各种任务，如装配、搬运、包装等。
机械手的控制系统是实现机械手自动化操作的关键组成部分。
本文将从机械手控制系统的设计方面进行讨论并提出一种基于Arduino的机械手控制系统设计方案。
设计概述在设计机械手控制系统时，需要考虑以下几个方面：1.机械手的运动控制：包括位置控制、速度控制和力控制。
2.机械手的传感器：用于感知环境和物体，以便做出正确的操作。
3.机械手的控制算法：用于实现机械手的运动规划和控制策略。
4.机械手的交互界面：用于人机交互和控制机械手的操作。
控制系统硬件设计机械手运动控制电路设计机械手的运动控制电路是机械手控制系统中最重要的部分之一。
在该设计方案中，我们选择使用Arduino Mega作为控制器。
Arduino Mega具有较多的输入输出引脚，适合连接和控制多个电机和传感器。
为了实现机械手的运动控制，我们需要使用电机驱动模块和位置传感器。
1.电机驱动模块：我们选择使用L293D驱动芯片作为电机驱动模块。
L293D芯片可以控制直流电机的转向和转速，适合实现机械手的运动控制。
2.位置传感器：机械手的位置传感器可以用于控制机械手的位置和姿态。
我们选择使用电位器作为位置传感器，并通过模数转换器将变化的电压信号转换为数字信号输入到Arduino Mega中。
机械手传感器电路设计除了位置传感器，机械手还需要其他的传感器来感知环境和物体。
在该设计方案中，我们选择使用以下传感器：1.光电传感器：用于检测物体的存在和距离。
2.压力传感器：用于检测机械手对物体施加的力。
3.温度传感器：用于检测机械手工作时的温度变化。
这些传感器将被连接到Arduino Mega的输入引脚，通过读取传感器输出的模拟信号，可以获取到环境和物体的相关信息。
控制系统软件设计运动控制算法设计机械手的运动控制算法是控制系统的核心部分。
机械手PLC控制系统设计
机械手PLC控制系统设计一、本文概述随着工业自动化程度的不断提高，机械手在生产线上的应用越来越广泛。
作为一种重要的自动化设备，机械手的控制精度和稳定性对于提高生产效率和产品质量具有至关重要的作用。
因此，设计一套高效、稳定、可靠的机械手PLC控制系统显得尤为重要。
本文将详细介绍机械手PLC控制系统的设计过程，包括控制系统的硬件设计、软件设计以及调试与优化等方面，旨在为相关领域的工程师和技术人员提供有益的参考和借鉴。
本文首先将对机械手PLC控制系统的基本构成和工作原理进行概述，包括PLC的基本功能、选型原则以及与机械手的接口方式等。
接着，将详细介绍控制系统的硬件设计，包括PLC的选型、输入输出模块的选择、电源模块的设计等。
在软件设计方面，本文将介绍PLC 编程语言的选择、程序结构的设计、控制算法的实现等关键内容。
本文将介绍控制系统的调试与优化方法，包括PLC程序的调试、机械手的运动调试、控制参数的优化等。
通过本文的介绍，读者可以全面了解机械手PLC控制系统的设计过程，掌握控制系统的硬件和软件设计方法，以及调试与优化的技巧。
本文还将提供一些实用的设计经验和注意事项，帮助工程师和技术人员在实际应用中更好地解决问题，提高控制系统的性能和稳定性。
二、机械手基础知识机械手，也称为工业机器人或自动化手臂，是一种能够模拟人类手臂动作，进行抓取、搬运、操作等作业的自动化装置。
在现代工业生产中，机械手被广泛应用于各种环境和使用场景，以实现生产线的自动化、提高生产效率、降低人力成本以及保障操作安全。
机械手的构成主要包括执行机构、驱动系统、控制系统和位置检测装置等部分。
执行机构是机械手的动作执行部分，通过模拟人类手臂的旋转、屈伸、抓放等动作，实现物体的抓取和搬运。
驱动系统为执行机构提供动力，常见的驱动方式有电动、气动和液压驱动等。
控制系统是机械手的“大脑”，负责接收外部指令，控制驱动系统使执行机构完成预定动作。
位置检测装置则负责检测执行机构的精确位置，为控制系统提供反馈信号，以确保机械手的作业精度。
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课程设计指导说明书
课程题目: 机械手及控制系统设计
专业: 机械设计制造及其自动化—机电方向班级: 机制11班
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学号
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目录
第一章绪论
1.1 题目要求。
3 1.2 题目概况。
3
1.3 气动机械手。
3
1.4 气动机械手的发展趋势。
3 1.5 课题的现实意义。
4
第二章气动机械手的操作要求及功能
2.1 机械手移动动作示意图。
5
2.2 机械手操作面板图。
5 2.3 机械手的输入\输出信号定义图。
6
2.4 机械手顺序动作的要求。
6
第三章机械部分设计
3.1 气动搬运机械手的结构。
8
3.2 机械手的主要部件及运动。
8
3.3 驱动机构的选择。
9
3.4 机械手的技术参数列表。
9
3.5 气动回路的设计。
9
3.6 末端执行器的设计。
10
3.7 升降手臂的设计。
12
3.8 平移手臂的设计。
14
第四章机械手控制设计
4.1 PLC的简介。
16
4.2 PLC的应用领域。
16
4.3 PLC的系统组成。
16
4.4 PLC的定义及选择。
17
4.4.1 机械手传送系统输入点和输出点分配表。
17
4.4.2 原理接线图。
18
4.4.3 控制程序流程图。
19
4.5 机械手控制软件设计。
21
4.5.1 控制系统程序。
21
4.5.2 手动单步操作程序。
21
4.5.3 机械手系统梯形图。
23
4.5.4 语句表程序设计。
24
第五章课程设计总结
第一章绪论
机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备，它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务。
在构造和性能上兼有人和机器的优点，尤其体现了人的智能和适应性。
机械手作业的准确性和各种环境中完成作业的能力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景。
1.1 题目要求
题目：机械手及控制系统设计
要求：机械手的各动作由气缸驱动，并由电磁阀控制
1.2 题目概况
机械手在专用机床及自动生产线上应用十分广泛，主要用于搬动或装卸零件的重复动作，以实现生产自动化。
我国国家标准（GB/T12643—90）对机械手的定义是“具有和人手臂相似的动作功能，可以在空间抓放物体，或进行其他操作的机械装置”。
机械手可分为专用机械手和通用机械手两大类。
专用机械手：它作为整机的附属部分，动作简单、工作对象单一、具有固定程序，适用于大批量的自动生产。
如自动生产线上的上料机械手、自动换刀机械手等。
通用机械手：它是一种具有独立控制系统、程序可变、动作灵活多样的机械手。
它适用于可变换生产品种的中小批量自动化生产，它的工作范围大、定位精度高、通用性强，广泛应用于柔性自动线。
1.3 气动机械手。