圆柱坐标机械手结构设计概述
械手结构的设计和分析
机械手腕部的结构分析
机器手手腕的自由度数，应根据作业需要来设计。机器手手腕自由度数目愈多，各关节的运动角度愈大，则机器手腕部的灵活性愈高，机器手对对作业的适应能力也愈强。
机器手手腕要与末端执行器相联，因此，要有标准的联接法兰，结构上要便于装卸末端执行器。
机器手的手腕机构要有足够的强度和刚度，以保证力与运动的传递。
为了减轻机器手运动部分的惯量，提高机器手的控制精度，一般腰部回转运动部分的壳体是由比重较小的铝合金材料制成，而不运动的基座是用铸铁或铸钢材料制成。
腰部结构要便于安装、调整。
机械手腰座结构的设计要求分析
机械手腰座结构的具体采用方案
腰座回转的驱动形式要么是电机通过减速机构来实现，要么是通过摆动液压缸或液压马达来实现，目前的趋势是用前者。因为电动方式控制的精度能够很高，而且结构紧凑，不用设计另外的液压系统及其辅助元件。考虑到腰座是机器手的第一个回转关节，对机械手的最终精度影响大，故采用电机驱动来实现腰部的回转运动。一般电机都不能直接驱动，考虑到转速以及扭矩的具体要求，采用大传动比的齿轮传动系统进行减速和扭矩的放大。
直角坐标机器手结构
圆柱坐标机器手的空间运动是用一个回转运动及两个直线运动来实现的，这种机器手构造比较简单，精度还可以，常用于搬运作业。其工作空间是一个圆柱状的空间。
圆柱坐标机器手结构
球坐标机器手的空间运动是由两个回转运动和一个直线运动来实现的，这种机器手结构简单、成本较低，但精度不很高。主要应用于搬运作业。其工作空间是一个类球形的空间。
03
机械手腰座结构的分析
腰部的回转运动要有相应的驱动装置，它包括驱动器。驱动装置一般都带有速度与位置传感器，以及制动器。
腰座要有足够大的安装基面，以保证机器手在工作时整体安装的稳定性。
圆柱坐标式机械手
圆柱坐标式机械手圆柱坐标式机械手是一种常见的工业机器人，通过使用圆柱坐标系来表达其运动。
它的设计基于圆柱坐标系的特性，具有灵活性和适应性，能够在多种工业任务中发挥重要作用。
概述圆柱坐标系是一种三维坐标系，其中X轴与水平方向对齐，Y轴垂直于X轴并指向上方，Z轴与地面平行。
与笛卡尔坐标系不同，圆柱坐标系使用极坐标来表达位置，其中角度θ表示与X轴的夹角，半径r表示与原点的距离，高度z则表示垂直于XY平面的距离。
结构与动作圆柱坐标式机械手通常由基座、臂和末端执行器组成。
基座是机械手的底部支撑结构，臂负责连接基座和末端执行器，而末端执行器则是机械手的功能部分，用于执行各种任务。
机械手的关节通常由电动机驱动，使其能够完成各种运动。
与笛卡尔坐标系的机械手不同，圆柱坐标式机械手的关节通常沿着r、θ和z轴进行旋转和移动。
应用领域圆柱坐标式机械手广泛应用于各种工业领域，例如自动化生产线、物料搬运、装配和焊接等。
其主要优势在于适应性和灵活性，能够执行各种复杂任务。
以下是圆柱坐标式机械手的一些具体应用领域：1. 自动化生产线圆柱坐标式机械手能够在自动化生产线上完成物料搬运、装配和包装等任务。
其可以通过精确的控制和坐标定位来提高生产效率，并减少人工操作的风险。
2. 焊接与切割机械手在焊接和切割领域中发挥着重要作用。
圆柱坐标式机械手能够以精确的姿态和速度完成复杂的焊接和切割任务，提高生产效率和产品质量。
3. 实验研究科研领域中也广泛使用圆柱坐标式机械手进行实验研究。
其能够准确控制实验参数，提供稳定的实验环境，并帮助科学家进行数据收集与分析。
未来发展随着科学技术的进步，圆柱坐标式机械手在未来将继续发展和改进。
以下是一些可能的发展方向：•智能化：机械手可以与其他智能设备和系统进行交互，实现更高级别的自动化和人工智能应用。
•灵活性：机械手可以应对不同的任务和环境，具备更大的工作范围和适应能力。
•精确度：通过改进传感器和控制算法，机械手可以实现更高的精确度和稳定性。
圆柱坐标式机械手课程设计
圆柱坐标式机械手课程设计引言随着现代工业的发展，机械手作为一种非常重要的自动化装备，在生产线上发挥着至关重要的作用。
而圆柱坐标式机械手作为机械手的一种常见类型，具有较高的灵活性和适应性，并广泛应用于各个工业领域。
本文将对圆柱坐标式机械手的课程设计进行详细介绍。
设计目标本课程设计旨在帮助学生深入了解圆柱坐标式机械手的基本原理和工作方式，并通过实际操作来掌握机械手的控制技术和编程方法。
具体设计目标如下：1.了解圆柱坐标式机械手的结构和工作原理；2.掌握机械手的基本编程语言和指令集；3.能够实现机械手的基本动作控制；4.能够进行机械手的编程调试和故障排除；5.能够应用机械手完成简单的操作任务。
设计步骤步骤一：理论学习在进行实际操作之前，学生首先需要对圆柱坐标式机械手的结构和工作原理进行学习。
教师可以进行课堂讲解，介绍机械手的各个组成部分及其功能，并对机械手的工作原理进行详细说明。
此外，还可以通过实例或案例分析，让学生更好地理解机械手在实际生产中的应用。
步骤二：控制系统学习圆柱坐标式机械手的控制系统是实现机械手动作控制的核心。
学生需要学习机械手控制系统的基本原理，如传感器的应用、控制算法的设计等。
此外，还需了解机械手的编程语言和指令集，包括机械手的坐标系描述、运动指令、速度设置等。
步骤三：实际操控在完成理论学习后，学生需要进行实际操控，以进一步掌握机械手的操作和编程方法。
可以为学生准备一台圆柱坐标式机械手，并给予相应的操作说明。
学生可以按照指定的任务要求，通过编程控制机械手完成相应的动作。
在实际操控过程中，学生应注意机械手的安全操作规范，避免发生意外事故。
步骤四：调试和故障排除在机械手的实际操作中，常常会遇到一些问题，如动作不准确、速度异常等。
学生需要学会如何调试和排除这些问题。
可以给学生提供一些常见问题的案例，让他们进行分析和解决。
在解决问题的过程中，学生需要查阅资料、寻求帮助，并通过实践经验不断积累。
圆柱坐标型三自由度机械手设计及其控制
2.1.3 控制机构 在机械手控制上，有点动控制和连续控制两种，大多数用插销板进行点动控制，
也有用 PLC 进行控制，主要控制的是坐标位置。
2.2 机械手的规格参数
抓重：2kg 自由度：3 个 坐标形式：圆柱坐标式 输入电压：220V 或 24V 功率：50W 伸缩行程（X）： 200mm 伸缩速度： 3mm/s 升降行程（Z）： 200mm 升降速度： 3mm/s 回转范围： 0-270 度 回转速度： 20° / s
4 珠丝杠螺母副的选型 ........................................ 10
4.1 提升机构滚珠丝杠副的计算及选型 ................................. 10 4.2 伸缩机构滚珠丝杠副的计算及选型 ................................. 13
3.1 手部设计基本要求 ................................................. 4 3.2 手部手部力学分析 ................................................. 5 3.3 夹紧力与驱动力计算 ............................................... 5 3.4 手爪夹持范围计算 ................................................. 7 3.5 手爪夹持精度的计算 ............................................... 8
2.1 机械手组成 ..................................................... 2 2.2 机械手的规格参数 .............................................. 10
圆柱坐标式机械手
圆柱坐标式机械手
圆柱坐标式机械手是一种基于圆柱坐标系设计的机械手臂，常用于工业生产线
中进行物料搬运、组装等任务。
其设计基于数学中的圆柱坐标系，通过旋转、伸缩等运动实现对工件的精准定位和操作。
结构组成
圆柱坐标式机械手通常由底座、转台、臂架、活动臂、末端执行器等部分组成。
底座固定在地面上，转台可实现水平旋转，臂架通过联轴器与转台相连，活动臂则连接在臂架上，末端执行器负责抓取、放置工件。
工作原理
圆柱坐标式机械手通过控制各关节的运动，实现对工件在水平平面内的定位及
动作。
通过联动转台和臂架，机械手可以在圆柱坐标系内实现三个自由度的运动。
同时，活动臂末端的执行器可根据需要旋转、张合，完成对工件的精确处理。
应用领域
圆柱坐标式机械手适用于需要大范围工作空间及较高精度要求的场景，如汽车
装配线、电子产品制造等。
因其结构简单、操作方便，广泛应用于自动化生产线中，提高了生产效率及产品质量。
发展趋势
随着工业自动化程度的不断提高，圆柱坐标式机械手在工业生产中的应用前景
广阔。
未来，随着技术的不断创新和升级，圆柱坐标式机械手将在精度、速度、功能等方面有所突破，更好地满足各行业的生产需求。
圆柱坐标式机械手的出现，为工业生产带来了更便捷、高效的解决方案，促进
了工业自动化技术的发展。
其优势在于灵活性强、操作简便、可靠性高，将在未来的工业生产中发挥越来越重要的作用。
圆柱坐标型机械手结构简图
圆柱坐标型机械手结构简图1. 引言圆柱坐标型机械手是一种常见的工业自动化设备，广泛应用于物流、生产制造、装配线等领域。
它具有灵活性高、准确度高、操作稳定等优点，适用于完成各种复杂任务。
在本文中，将介绍圆柱坐标型机械手的结构简图及其组成部分。
2. 机械手结构简图圆柱坐标型机械手主要由底座、立柱、伸缩臂和末端执行器等组成。
下面是圆柱坐标型机械手的结构简图：------------/ \\/ \\/ \\/ \\/ \\/______ _______\\\\[底座] [立柱][伸缩臂][末端执行器]3. 组成部分详解3.1 底座底座是机械手的基础支撑部分，通常采用坚固的金属材料制造而成。
其主要功能是提供机械手的稳定性和支撑力，保证机械手在工作时不会晃动或倾斜。
3.2 立柱立柱连接在底座上方，通常是一个垂直的圆柱体。
它起到了支撑伸缩臂和末端执行器的作用。
立柱需要具备足够的强度和刚性，以承受机械手在工作时的重量和力量。
3.3 伸缩臂伸缩臂是机械手的关键部分，它由多个伸缩节组成。
伸缩节之间通过旋转接头相连，可以实现臂的伸缩和旋转运动。
伸缩臂的长度和角度可以根据任务的需要进行调整，以适应不同的工作环境。
3.4 末端执行器末端执行器是机械手的“手”，用于抓取、移动和操作目标物体。
它通常通过夹爪、吸盘等装置来完成各种任务。
末端执行器的设计和功能根据实际应用需求而定，可以根据需要更换不同的末端执行器。
4. 工作原理圆柱坐标型机械手通过底座和立柱提供稳定的支撑，伸缩臂通过旋转接头和伸缩节实现伸缩和旋转运动。
末端执行器通过连接在伸缩臂的末端，完成目标物体的抓取、移动和操作。
机械手的运动通常由控制系统控制，例如使用编程控制或传感器反馈控制。
控制系统接收外部指令或感知外部环境，通过控制机械手的伸缩臂和末端执行器的运动，实现完成各种任务的目的。
5. 结论圆柱坐标型机械手是一种常见的工业自动化设备，由底座、立柱、伸缩臂和末端执行器等组成。
圆柱坐标型机械手结构与控制系统设计
５ ４・
科 技 论 坛
圆柱坐标型机械手结构 与控制 ， 吉林 吉林 １ ３ ２ ０ ２ １ ） 摘 要： 本文研制 了一种 可以能够在不同位 置进行抓取和放置工件 的气压驱动 的圆柱 坐标型机械手 ， 并根据机械 手的动作要求设计 了其控 制 系统。该机械手控制 系统采 用 Ｐ Ｌ Ｃ发 出控制脉冲控制 步进 电动机进行驱动 ， 机械 手的手部采用 气压驱动。 关键词 ： 机械手 ； 圆柱 坐标型 ； 气动 系统 ； 控制 系统
现 如今 ， 工业 机器人已广泛应用到各 种生产 中 ， 机械 手它的一 个重要分支也被应用 到各行各业 中， 常被应用在焊接 、 喷涂 、 激光 、 真空 、 研磨 、 装配等诸多工业领域 。 在工业领域中经常被使用 的机械 手， 根 据其坐标 方式 可分为三类 ： 直角坐标 机械手 、 圆柱坐标 机械 手、 极坐标机械 手和关节坐标机械手 。其 中圆柱坐标机械手的结构 紧凑 、 定位准确 、 动作精度高 、 底座小巧 。 因此 ， 本文设计 了一种新型 的圆柱坐标机械手及其控制 系统 。
２ ． ２ Ｐ Ｌ Ｃ的选 型
参考 文献
Ｐ Ｌ Ｃ所需 的 Ｉ ／ Ｏ点个数 ：输人信号端： ４个检测机械 手运动状态 【 １ ］ 黄伟， 胡青龙． 机械 手 Ｐ Ｌ Ｃ控 制 系统的设计ｆ Ｊ １ ． 机 电． Ｙ － 程技 术， ２ ０ ０ ８ 的行程开关信号 ， 分别用来控制机械手臂 的伸缩极限 、 升降极 限 。７ （ １ １ ） ． 个 手动控制的按钮开关 ， 分别控制上 升 ／ 下降 、 伸臂 ， 缩臂 和夹 紧。 『 ２ 】 陶建国， 刘 廷 荣， 杨文凯． 一 种模 块 式 气动 机 械 手 及 其 作 业 分 析 【 Ｊ Ｊ ． 另外根据系统控制 的要求 ，需要 １ 个开始 和 １ 个停止按 钮信号开 机 械 工 程 师 ， １ ９ ９ ７ （ ３ ） ． 关， 还需要 ４个控制机械手运行方式 的开关和 １ 个复位按钮 。即共 ｆ ３ 】 王巍， 汪 玉风 ． 基于 Ｐ Ｌ Ｃ的 气动 机 械 手 研 究 辽 宁 工 程 技 术 大 学 有１ ７ 个输人信号 ， 且均为开关量。输出信号端： 用来 驱动三个气缸 学报 ， ２ ０ ０ ５ （ Ｓ １ ） ． 及夹紧 ／ 放松的电磁阀需要 ７ 个输 出信 号 。也就是 ， 本控制 系统有 『 ４ １ 郭 洪红 ． 工 业机 器人 技 术 【 Ｍ］ ． 西安 ： 西 安 电子 科 技 大 学 出版 社 ， ２ ０ ０ ６ ． １ ７个输人信号 ， ５个输 出信号 ， 并考虑到今后调整和扩充 ， 一般应加 『 ５ １ 王刚， 孙学俭 ． 机械手运 动学仿 真 问￣ － ［ Ｊ １ ． 北京石油化 工学 院学报 ，
圆柱坐标式机械手设计概述
圆柱坐标式机械手设计概述圆柱坐标式机械手是一种广泛应用于工业生产线的机械设备，它可以在三维空间内进行各种运动控制，并完成各种任务，如搬运、装卸、加工等。
本文将对圆柱坐标式机械手的设计概述进行分析和讨论。
一、圆柱坐标系介绍圆柱坐标系是一种三维空间坐标系，其重要特点是使用极坐标系描述位置，即使用径向位置、角度和高度三个坐标描述三维空间内的任意一点。
在工业生产过程中，往往需要机械手能够在三维空间内进行移动、夹取等操作，因此圆柱坐标系的运动学性能就显得尤为重要。
二、圆柱坐标式机械手的结构设计圆柱坐标式机械手一般由底座、支臂、旋转关节、手臂、手腕和末端执行器等部分组成。
其中，底座是支架的基础结构，在整个机械手的运动过程中起到了稳定支撑的作用；支臂是机械手上升了一定高度后的支撑结构，通过旋转关节的转动实现机械手的转动操作；手臂是机械手的伸缩结构，它与旋转关节之间通过伸缩体连接，可以实现手臂的伸缩操作；手腕是机械手的转动结构，可以使整个手臂和末端执行器以各种不同的角度进行转动；末端执行器是机械手的活动手指，可以进行抓取、松开、旋转等操作。
三、圆柱坐标式机械手的动力学设计圆柱坐标式机械手在运动控制中需要考虑其负载能力和加速度等因素，这就需要进行动力学设计和分析。
主要考虑的参数包括机械手的载重能力、速度限制、加速度、惯性、运动惯量等。
这些参数的合理设定才能保证机械手在使用过程中的安全性和稳定性，从而达到高效地完成工作的目标。
四、圆柱坐标式机械手的控制系统设计圆柱坐标式机械手的控制系统设计包括硬件和软件两个方面。
硬件部分主要包括电机、传感器、执行器等元器件，这些元器件需要在系统之间进行良好的连接和配合，以实现机械手的各项运动和动作。
软件部分主要包括核心的程序控制器、编程、监控和数据处理等方面的设计，是整个控制系统的核心和基础，决定了机械手的操作精度和稳定性。
五、圆柱坐标式机械手的应用领域圆柱坐标式机械手的应用范围非常广泛，它可以应用于制造业、物流、医疗、农业等领域。
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圆柱坐标式三自由度机械手
摘要
机器人不仅是一种自动化的机器。
机器人是一种可重新编程的、多功能的、机械手,为实现各种任务设计成通过可改变的程序动作来移动材料、零部件、工具或是其他专用装置。
本设计设计的是一种圆柱坐标式机械手,该装置具有三个独立运动(两个直线运动、一个旋转运动)，也确实是所讲的三个自由度。
该机构中立柱可相关于机座旋转180度，回转速度15r/min，可水平伸缩距离400mm，移动速度约0.2m/s，机械手可上下垂直运动，其垂直升降量1000mm，移动速度约0.15m/s，机械手最大夹持重量10kg，所夹持工件为圆柱形，直径范围：
Ф30mm—Ф120mm。
本设计的旋转运动采纳摆动液压马达（旋转液压缸）驱动，水平伸缩运动采纳液压缸驱动，垂直升降运动仍采纳液压缸驱动。
关键词：三自由度，圆柱坐标式，工业机器人，机械手
CYLINDRICAL COORDINATE ROBOT OF
THREE DEGREES OF FREEDOM
ABSTRACT
A robot is not simply another automated machine. A robot is a reprogrammable multifunctional manipulator designed to
move material, parts, tool, or specialized devices through variable programmed motions for the performance of a variety of task.
This design is a cylindrical coordinate manipulator, the device has three separate campaigns (two straight-line movement, a rotating Movement), that is to say that the device has three degrees of freedom. The bodies of the column can be compared to frame 180-degree rotation, with the rotation speed 15 r / min. The manipulator may be stretching from the level of 400mm, with the moving speed about 0.2 m/ s. From the top to the bottom, the manipulator can do vertical movement and its vertical take-off and landing is 1000mm, with the moving speed about 0.15 m/ s. The largest weight
that the device grip can lead to 10kg.The workpiece with the diameter from 30mm to 120mm that the device can grip is cylindrical.
According to the issue demands ,besides, careful thinking and ask the teacher, the rotating movements of the design opts rotating hydraulic motor (rotating cylinder) , the level of stretching movements are driven by hydraulic cylinders, vertical take-off and landing movements are still driven by hydraulic cylinders.
KEY WORDS：Three degrees of freedom, Cylindrical，Industrial robot, Manipulator
目录
前言 (1)
第1章概述 (2)
1.1 工业机械手的概述 (2)
1.1.1 机械手的组成 (2)
1.1.2 机械手的运动与分类 (3)
1.1.3 机械手的要紧参数 (4)
1.1.4 机械手的结构 (5)
1.2 工业机械手的进展 (5)
1.3 工业机械手在我国的进展与应用 (6)
第2章总体设计方案 (8)
2.1 总体设计的思路 (8)
2.1.1 思路 (8)
2.2 总体方案的确定 (8)
2.2.1 方案 (8)
第3章机械手相关的设计与计算 (9)
3.1 手指的相关设计与计算 (9)
3.1.1 手指夹紧力的计算 (9)
3.1.2 手部液压缸的选取 (11)
3.1.3 水平伸缩缸尺寸计算 (13)
3.1.4 垂直升降液压缸要紧参数的确定 (14)
3.2 升降手臂的设计 (16)
3.3 立柱与托盘的设计 (17)
3.4 液压马达的设计与计算 (19)
3.5 液压泵、电机的选择 (21)
3.6 机械手的操纵 (22)
第4章相关的校核 (23)
4.1 手爪扇形齿轮与齿条强度校核 (23)
结论 (24)
谢辞 (25)
参考文献 (26)
前言
机器人技术的进展，能够讲是科学技术进展共同的一个综合性的结果，同时，也是为社会经济进展产生了重大阻碍的一门科学技术，它的进展归功于在第二次世界大战中各国加强了经济的投入，就加强了本国的经济的进展。
另一方面它也是生产力进展的需求的必定结果，也是人类自身进展的必定结果，人类的进展随着人们逐渐的这种社会进展的情况，人们越来越不断探讨自然过程中，在改造自然过程中，认识自然过程中,需求能够解放人的一种工具。
那么这种工具确实是代替人们去能够从事复杂和繁重的体力劳动，实现人们对不可达世界的认识和改造，这也是人们在科技进展过程中的
一个客观需要。
另一方面，人们有各种各样的好的方法，它也归功于电子技术，计算机技术以及制造技术等相关技术的进展而产生了提供了强大的技术保证。
毕业设计是对大学所学的知识的总结和运用。
它是基础知识和专业知识的统一，是理论和实践相结合，这加深了我们对所学知识的理解和灵活运用。
通过查阅大量的资料，学到了专门多在课堂上学不到的知识和掌握了一部分新的理念，为我们走向工作岗位奠定了一定的知识基础。
同时，也是检验我们掌握所学知识的深度和力度
第1章概述
1.1 工业机械手的概述
工业机器手的用途十分广泛，它关于实现生产过程的自动化，提高劳动效率，减轻工人的劳动强度，保证工人的安全都具有重要的意义，尤其关于那些有毒、高危、多粉尘、油漆、深水作业的工作环境和有放射等恶劣环境条件下的作业，使用工业机械手和机器人更具有显著的优越性，在FMS 中要实现物流系统的正常运用，以实现坯料进入车间到加工成成品零件的全过程，使各个环节都能进行自动连接，以及机床刀具的自动调换，机械手都将起的重要的作用。
随着机。