机械手手爪部位毕业设计说明书讲解
机械手设计说明书-毕业设计
Equation Chapter 1 Section 1(1.1)本科毕业设计说明书题目抓件液压机械手设计姓名Design of hydraulic manipulator forgrasping谢百松学号20051103006专业机械设计制造及其自动化指导教师肖新棉职称副教授中国·武汉二○○九年五月分类号密级华中农业大学本科毕业设计说明书抓件液压机械手设计Design of hydraulic manipulator for grasping学生姓名：谢百松学生学号：20051103006学生专业：机械设计制造及其自动化指导教师：肖新棉副教授华中农业大学工程技术学院二○○九年五月目录摘要 (1)关键词 (1)Abstract (1)Key words (1)前言 (2)1.总体方案设计 (2)2.手部设计 (3)2.1 确定手部结构 (4)2.2 手部受力分析 (4)2.3 手部夹紧力的计算 (5)2.4 手抓夹持误差分析与计算 (6)2.5 手部夹紧缸的设计计算 (6)2.5.1 夹紧缸主要尺寸的计算 (6)2.5.2 缸体结构及验算 (7)2.5.3 缸筒两端部的计算 (8)2.5.4 缸筒加工工艺要求 (10)2.5.5 活塞与活塞杆的设计计算 (10)3.臂部设计 (12)3.1 臂部设计基本要求 (12)3.2 臂部结构的确定 (12)3.3 臂部设计计算 (12)3.3.1 水平伸缩缸的设计计算 (12)3.3.2 升降缸的设计计算 (14)3.3.3 手臂回转液压缸的设计计算 (15)4.液压系统设计 (16)4.1 系统参数的计算 (16)4.1.1 确定系统工作压力 (16)4.1.2 各个液压缸流量的计算 (16)4.2设计液压系统图 (17)4.3 选择液压元件 (19)4.3.1泵和电机的选择 (19)4.3.2 选择液压控制阀和辅助元件 (19)4.4根据动作要求编制电磁铁动作顺序表 (20)5.控制系统设计 (21)5.1 确定输入、输出点数，画出接口端子分配图 (21)5.2 画出梯形图 (21)5.3 按梯形图编写指令语句 (23)6. 总结 (24)参考文献 (25)致谢 (26)抓件液压机械手设计摘要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。
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。
机械手设计说明书
1 设计项目名称机械装备项目--机械手课程设计2 设计目的利用设计的机械手夹起形状为正六边体，质量为5kg工件，并运送到工作台。
设计的过程主要解决的问题如下：（1）工件的重量和外形尺寸问题：工件质量5kg，半径在90-110mm范围内。
（2）工件的外形问题：工件的横截面为正六边形，夹紧的过程要解决夹到棱边的问题。
（3）各零部件的工艺问题：零部件应有良好的工艺性，可用最简单，常见的工艺（铸，车，铣，钻等），实现零部件的加工。
（4）整体的稳定性，灵活性保证问题：各部件协调工作，保证装配体的工作稳定：如齿轮齿条配合，连杆配合等的稳定性考虑；保证机械手总体质量小，惯性小，灵活可靠。
3 设计方案说明3.1机械手工作原理图1 拆去底板装配图工作过程：液压缸产生推力，推动齿条来回移动，齿轮与齿条啮合旋转，齿轮带动四连杆转动，连杆推动夹板夹住工件。
3.2结构说明3.2.1执行机构：夹板图2 夹板1）特点夹板在竖直方向上有采用铰接，可自动调整到与工件位置相平行的状态，夹板上有滚花工艺，增大摩擦系数，保证夹起的工件不滑落。
2）尺寸根据工件的外形尺寸，确定夹板长×宽为：80×50，根据经验，采用厚度为5mm的钢板。
3.2.2传动链1、四连杆机构图4 四连杆机构1）特点四连杆机构铰链连接的部分采用滑动轴承，安装尺寸小，润滑方便，四连杆运动摩擦小；连杆机构在未到达死点的位置下工作，机构工作可靠；连杆机构可以保证使夹板平行运动，从而保证夹板与工件表面平行，夹板接触工件时受力均匀，可平稳夹住工件，增强了整体装夹的稳定性。
2）尺寸计算图5 结构简图确定L2：因为机械手要夹紧的工件的范围是90～110mm，故L2＝L1=(110+19×2-40)÷2=54mm留下一定的设计余量，选L2=60mm。
确定L3：为了能够装夹不同高度的工件，同时选择L5=40mm，连杆的长度L3应满足：L3=L5+h=87.5mm，取L3=90mm。
毕业设计工业机器人机械手说明书
毕业设计工业机器人机械手及其控制系统设计Design of industrial robot manipulator and its control system系别：机械与汽车工程系专业名称：机械设计制造及其自动化学生姓名：郭仕杰学号：06101315指导教师姓名、职称：贺秋伟副教授完成日期2014 年4月 30 日吉林大学珠海学院毕业设计任务书摘要工业机器人技术是近年来新技术发展的重要领域之一，是以微电子技术为主导的多种新兴技术与机械技术交叉、融合而成的一种综合性的高新技术。
这一技术在工业、农业、国防、医疗卫生、办公自动化及生活服务等众多领域有着越来越多的应用。
工业机器人在提高产品质量、加快产品更新、提高生产效率、促进制造业的柔性化、增强企业和国家的竞争力等诸多方面有着举足轻重的地位。
而机械手是工业机器人系统中传统的任务执行机构，是机器人的关键部件之一；是现代控制理论与工业生产自动化实践相结合的产物，并以成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分；是提高生产过程自动化、改善劳动条件、提高产品质量和生产效率的有效手段之一。
尤其在高温、高压、粉尘、噪声以及带有放射性和污染的场合，应用得更为广泛。
本课题将设计一台四自由度的工业机器人，将会被用作自动送料装置。
主要工作部件及设计重点就是机械手。
第一，本人将设计该机器人的底座、大臂、小臂以及执行机构机械手爪的结构和模型；第二，再设计出适合于该机器人的驱动、传动方式，以期构成其的结构平台。
最后，在此基础上再将其控制系统设计出来，由下面几个步骤组成：数据采集卡和伺服放大器的选择、反馈方式和反馈元件的选择、端子板电路的设计以及控制软件的设计。
其中重点要加强控制软件的可靠性和机器人运行过程的安全性，最终要实现的目标包括：关节的伺服控制和制动问题、实时监测机器人的各个关节的运动情况、机器人的示教编程和在线修改程序、设置参考点和回参考点。
关键词：工业机器人；机械手；驱动；控制AbstractIndustrial robot technology is one of the important fields in the development of new technologies in recent years, is a cross, a variety of emerging technology and mechanical technology integration with microelectronics technology as the leading into a comprehensive high and new technology. This technology has been used more and more in the fields of industry, agriculture, national defense, medical, office automation and service life. Industrial robots play a decisive role in improving the quality of products, to speed up the update products, improve production efficiency, promote manufacturing flexibility, strengthen enterprise and national competitiveness etc. The manipulator is the traditional task execution mechanism of industrial robot system, is one of the key components of the robot; is a product of modern control theory and automation of industrial production practice, and to become an important part of modern mechanical manufacturing system; it is one of the effective ways to improve the production process automation, improve working conditions, to improve the product quality and production efficiency. Especially with a radioactive pollution in high temperature, high pressure, dust, noise and occasions, more widely applied.This topic will be the design of industrial robot with a four degree of freedom, will be used for the automatic feeding device. The main working parts and design focus is manipulator. First, the base, I will design the robot big arm, small arm and gripper actuator structure and model; second, redesign drive, drive mode suitable for the robot, in order to form the structure of platform. Finally, on the basis of the designed control system, consisting of the following steps: the design of data acquisition card and servo amplifier selection, feedback system and the feedback component selection, terminal board circuit design and control software. The key to strengthen the security of operation reliability and robot control software, to achieve the ultimate goals include: Joint servo control and brake problems, real-time monitoring the movement of each joint of robot, robot teaching programming and online modify the program, set the reference point and the reference point return.Key Words：Industrial robot; Manipulator; Drive; Control目录1绪论 (1)1.1工业机器人简介 (1)1.1.1发展史 (1)1.1.2特点 (1)1.1.3构造分类 (2)1.1.4 应用 (3)1.2国内外发展状况 (4)1.2.1 国外发展 (4)1.2.2 国内发展 (5)1.3工业机器人发展趋势 (5)2 工业机器人试验平台及机械手设计 (6)2.1机械手设计 (6)2.1.1机械手简介 (6)2.1.2 机械手分类 (6)2.1.3具体结构设计 (7)2.2工业机器人基座与连杆设计 (9)2.2.1基座的设计 (9)2.2.2大臂设计 (9)2.2.3小臂设计 (10)2.3工业机器人自由度及关节的设计 (10)2.4选择合适的驱动方式 (11)2.4.1电机驱动 (11)2.4.2液压驱动 (12)2.4.3气压驱动 (12)2.4.4驱动方式的确定 (13)2.5选择合适的传动方式 (13)2.6选择合适的制动器 (14)3控制系统硬件的组成 (15)3.1选择合适的控制系统模式 (15)3.2建立合适的控制系统模型 (16)4控制系统软件的选取和设计 (19)4.1预期实现动作 (19)4.2实现手段 (19)4.2.1 各关节运动控制及监测 (19)4.2.2 直流电机伺服控制 (20)4.2.3 电机自锁 (20)4.2.4 程序的在线修改与示教控制 (22)4.2.5 参考点的设置 (22)5总结 (22)5.1设计经验 (22)5.2 误差分析 (23)5.3 总体评价 (23)致谢 (23)参考文献 (24)1绪论1.1工业机器人简介1.1.1发展史1920年由著名捷克斯洛伐克作家查培克所作剧本《罗萨姆的万能机器人》里第一次出现了“机器人”这个名词，但最初”Robot”一词是苦力的意思，指的是一台类人的且具有特殊功能的机器，为一种人造苦力。
机器人手部设计
§4-5手部设计
一、概述 工业机器人的手部(Hand)也叫做末端操作器
(End-effector)，它是装在工业机器人手腕上直 接抓握工件或执行作业的部件。人的手有两种 含义：第一种含义是医学上把包括上臂、手腕 在内的整体叫做手；第二种含义是把手掌和手 指部分叫做手。工业机器人的手部接近于第二 种含义。
3.按手指或吸盘数目分 机械手爪可分为：二指手爪、多指手瓜。 机械手爪按手指关节分：单关节手指手爪、多关节手指手爪。 吸盘式手爪按吸盘数目分：单吸盘式手爪、多吸盘式手爪。 图4-49所示为一种三指手爪的外形图，每个手指是独立驱动的。
这种三指手爪与二指手瓜相比可以抓取像立方体、圆柱体、球体 等不同形状的物体。图4-50所示为一种多关节柔性手指手爪，它 的每个手指具有若干个被动式关节(PassivejointS)，每个关节不是 独立驱动。在拉紧夹紧钢丝绳后柔性手指环抱住物体，因此这种 柔性手指手爪对物体形状有一种适应性。但是，这种柔性手指并 不同于各个关节独立驱动的多关节手指。
工业机器人手部的特点：
(1)手部与手腕相连处可拆卸。手部与手腕有机械接 口，也可能有电、气、液接头，当工业机器人作业对 象不同时，可以方便地拆卸和更换手部。
(2)手都是工业机器人末端操作器。它可以像人手那 样具有手指，也可以是不具备手指的手；可以是类人 的手爪，也可以是进行专业作业的工具，比如装在机 器人手腕上的喷漆枪、焊接工具等。
机械手手爪部位毕业设计方案说明指导书讲解样本
机械手手爪部位毕业设计方案说明指导书讲解目录摘要 (1)引言 (1) (2) (2) (2) (4) (5) (6) (6) (6) (1)1 (1)1 (1)3 (1)4 (1)8 (1)8 (1)8结束语 (2)6致谢 (2)6参考文献 (2)6附录 (2)7摘要机械手设计包括机械结构设计，检测传感系统设计和控制系统设计等，是机械、电子、检测、控制和计算机技术的综合应用。
本课题通过对设计要求的分析，设计出机械手的总体方案，重点阐述了手部结构的设计以及控制系统硬软件的设计，完成了整个系统工作的动画设计。
实现了机械手的基本搬运功能，达到了预期要求，具有一定的应用前景。
关键词：机械手PLC 动画引言随着世界经济和技术的发展，人类活动的不断扩大，机器人应用正迅速向社会生产和生活的各个领域扩展，也从制造领域转向非制造领域，各种各样的机器人产品随之出现。
像海洋开发、宇宙探测、采掘、建筑、医疗、农林业、服务、娱乐等行业都提出了自动化各机器人化的要求。
随着机器人的产生和大量应用，很多领域，许多单一、重复的机械工作由机器人（也称机械手）来完成。
工业机器人是一种能进行自动控制的、可重复编程的，多功能的、多自由度的、多用途的操作机, 广泛采用工业机器人，不仅可提高产品的质量与产量，而且对保障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动强度，提高劳动生产率，节约原材料消耗以及降低生产成本，有着十分重要的意义。
和计算机、网络技术一样，工业机器人的广泛应用正在日益改变着人类的生产和生活方式。
机械手是一种模仿人手动作，并按设定的程序来抓取、搬运工件或夹持工具，机械手可在空间抓放物体，动作灵活多样，适用于可变换生产品种的中、小批量自动化生产，广泛应用于自动生产线、自动机的上下料、数控设备的自动换刀装置中。
机械手一般由执行系统、驱动系统、控制系统和人工智能组成，主要完成移动、转动、抓取等动作。
控制系统是机械手的指挥系统，它通过控制驱动系统，让执行器按照规定的要求进行工作，并检测其正确与否。
机械手毕业设计说明书
摘要在当今大规模的制造业中，企业为提高生产效率，保障产品质量，普遍重视生产过程的自动化程度，工业机械手作为自动化生产线上的重要成员，逐渐被企业认同并采用。
工业机械手的技术水平和应用程度在一定程度上反映了一个国家的工业自动化水平。
目前，工业机器人主要承担着焊接、喷涂、搬运以及堆垛等重要性并且劳动强度极大的工作，工作方式一般采取试教在线的方式。
本文将设计一台四自由度的工业机械手，用于给冲压设配运送物料。
首先，本文将设计工业机器人的底座、手、手腕、臂部等结构。
然后选择合适的传动方式，驱动方式，搭建工业机器人的结构平台。
在此基础上，本文将设计该机械手的控制系统，包括数据采集卡和伺服放大器的选择，反馈方式和反馈元件的选择，端子板电路的设计以及控制软件的设计，重点加强控制软件的可靠性和机械手运行的安全性。
最终实现目标包括：关节的伺服控制和制动问题实时的检测机械手的各关节的运动情况，机械手的示教编程和在线修改程序，设置参考点和回参考点。
关键词：机械手；示教编程；伺服；制动ABSTRACTIn today's large-scale manufacturing, the enterprise to improve production efficiency and ensure product quality, universal attention production process automation degree, manipulator as an important member of automatic production line, gradually by enterprise and the use of identity. Industrial robot technology level and application degree to a certain extent reflect a nation of industrial automation level. Currently, the manipulator main bear the welding, painting, handling and storage, and the intensity of labor great importance of the work, work way to try to teach the general way online.This paper will design a four degrees of freedom industrial robot, are used to transport materials with stamping set. First of all, this article will design the base of the industrial robot hand, wrist, arm, the structure, etc. And then choose the appropriate transmission mode, driving way, build the structure of manipulator platform. On this basis, this paper will design the system control system, including data collection card and the choice of servo amplifiers, feedback and feedback of components of the way choice, terminal board circuit design and control of the software design, focusing on the reliability of the control software and operation safety of manipulator. Finally realize the goals include: the joint servo control and braking problems in real time detection of each joint movement of the manipulator, the manipulator. Teaching program and on-line modification program, set the reference points and back to the point of reference.Keywords: Manipulator; Demonstration program; Servo; brake.目录摘要 ......................................................................... 错误!未定义书签。
工业机器人手部三指抓取的结构设计说明书
工业机器人手部三指抓取的结构设计机械设计及其自动化学生指导教师【摘要】:随着工业的大规模的发展，越来越多工业机器人操作手应用于各个场所并逐渐受到各国开发者关注和重视。
而最后执行者作为机器人于环境互相作用的机械指已经被提到了新的高度，文中简要介绍机械抓取机构的概念，机械抓取机构的组成与分类国内外的发展状况及发展前景。
调研现有工业机器抓取机构工作原理和结构设计提出工业机器人三指抓取机构的结构原理，然后将任务要求和对象物体的几何物理特性以及环境信息综合起来考虑，经过分析建立于东学的模型，仿真各个手指在抓取时的运动姿态，同时完成分析在静平衡状态下手指和外界环境之间的作用力。
并将抓取的姿态推理出来，同时寻找抓取物体特征平面，确定出所需要抓取的平面，再在抓取的平面上进一步规划出三个抓取点，并最终完成抓取结构设计。
【关键词】工业机器人三指抓取机构结构设计Industrial robot manipulators three fingers grab theinstitutional structure design【Abstract】With the large-scale industrial development, more and more industrial robot manipulators used in various places, and gradually by the concern and attention of the Inter-developer. Mechanical means as robots interact with the environment the final implementation, has been referred to a new level. The paper briefly introduces the mechanical grab the concept of the composition and classification of mechanical grab institutions, the industrial robot refers to crawl the principle of the structure. And comprehensive task requirements and object geometrical physical characteristics, and environmental information into consideration to establish the kinematics of the model through the analysis, simulation of individual fingers crawl athletic stance, and finger to complete the analysis in the static equilibrium state and the external environment between the forces. Attitude reasoning and crawl out and grab objects by looking for characteristic plane, identified the need to capture the plane 3 crawl further planning, and then grab the plane, and the final completion of the crawl structure design.【Key words】Industrial robots Three fingers grab the institutional Structure design目录绪论.........................................................1.前言1.1机械手概述...............................................1.2机械手的组成和分类.......................................1.2.1机械手的组成．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1.2.2机械手的分类．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2.机械手的设计方案2.1机械手的坐标型式与自由度．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 2.2机械手的手部结构方案设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 2.3机械手的手臂结构方案设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 2.4机械手的手臂结构方案设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 2.5机械手的驱动方案设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 2.6机械手的控制方案设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 2.7机械手的主要参数．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2.8机械手的技术参数列表．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3.手部结构设计3.1夹持式手部结构．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 3.1.1手指的形状和分类．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 3.1.2设计时考虑的几个问题．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3.1.3动力设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4.手臂伸缩的尺寸设计与校核4.1手臂伸缩结构的尺寸设计与校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 4.1.1手臂尺寸．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 4.2 尺寸校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4.3 尺寸校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5.结论．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．致谢．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．参考文献．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．专业相关的资料．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．绪论1.前言1.1机械手概述：机械手是可以模仿人手和臂的某些动作和功能的，常常用在按固定顺序抓取、搬运物件或操作难度大的工具的自动操作装置。
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目录摘要 (1)引言 (1)1.机械手总体方案设计 (2)1.1设计要求 (2)1.2运动形式的选择 (2)1.3驱动方式的选择 (4)1.4总体结构设计 (5)2.机械手手部设计 (6)2.1结构分析 (6)2.2计算分析 (6)3.PLC控制系统设计 (11)3.1机械手移动工件控制系统的控制要求 (11)3.2机械手移动工件控制系统的PLC选型和资源配置 (13)3.3机械手移动工件控制系统的PLC程序 (14)4.动画制作 (18)4.1建立机械手模型 (18)4.2制作机械手的动画 (18)结束语 (26)致谢 (26)参考文献 (26)附录 (27)摘要机械手设计包括机械结构设计，检测传感系统设计和控制系统设计等，是机械、电子、检测、控制和计算机技术的综合应用。
本课题通过对设计要求的分析，设计出机械手的总体方案，重点阐述了手部结构的设计以及控制系统硬软件的设计，完成了整个系统工作的动画设计。
实现了机械手的基本搬运功能，达到了预期要求，具有一定的应用前景。
关键词：机械手PLC 动画引言随着世界经济和技术的发展，人类活动的不断扩大，机器人应用正迅速向社会生产和生活的各个领域扩展，也从制造领域转向非制造领域，各种各样的机器人产品随之出现。
像海洋开发、宇宙探测、采掘、建筑、医疗、农林业、服务、娱乐等行业都提出了自动化各机器人化的要求。
随着机器人的产生和大量应用，很多领域，许多单一、重复的机械工作由机器人（也称机械手）来完成。
工业机器人是一种能进行自动控制的、可重复编程的，多功能的、多自由度的、多用途的操作机, 广泛采用工业机器人，不仅可提高产品的质量与产量，而且对保障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动强度，提高劳动生产率，节约原材料消耗以及降低生产成本，有着十分重要的意义。
和计算机、网络技术一样，工业机器人的广泛应用正在日益改变着人类的生产和生活方式。
机械手是一种模仿人手动作，并按设定的程序来抓取、搬运工件或夹持工具，机械手可在空间抓放物体，动作灵活多样，适用于可变换生产品种的中、小批量自动化生产，广泛应用于自动生产线、自动机的上下料、数控设备的自动换刀装置中。
机械手一般由执行系统、驱动系统、控制系统和人工智能组成，主要完成移动、转动、抓取等动作。
控制系统是机械手的指挥系统，它通过控制驱动系统，让执行器按照规定的要求进行工作，并检测其正确与否。
可编程控制器（PLC）是一种数定运算操作的电子系统，它将逻辑运算、顺序控制、时序、计数、算术运算等控制程序，用指令形式存放在存储器中，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种机械或生产过程。
与继电器控制线路相比，PLC具有可靠性高、抗干扰能力强；编程简单、使用方便；设计、安装容易，维护工作量少；功能完善、通用性强；体积小、能耗低等特点。
因此，机械手控制系统越平越多的由可编程控制器来实现。
1.机械手总体方案设计1.1设计要求：1.机械手能够完成从一个工作点取物体旋转一定角度，放到另一个工作点上。
2.要求完成手抓结构的设计，进行夹紧力的计算分析。
初值给定如下：工件质量m=0.1kg摩擦系数μ=0.15重力加速度g=9.8m/s2垂直加速度a=0.3g=2.94m/s2水平加速度a=0.3g=2.94m/s2回转半径r=0.5m角速度ω＝3.5rad/s角加速度β＝2.1rad/s2安全系数S=1.45夹角φ＝45°3.要求选用PLC作为控制系统。
1.2运动形式的选择：根据主要的运动参数选择运动形式是结构设计的基础。
常见机器人的运动形式有四种，下面分别论述其特点，然后确定运动形式。
1.直角坐标型机器人直角坐标型机器人的结构简图如图1-1所示，它在x,y,z轴上的运动是独立的，3个关节都是移动关节，关节轴线相互垂直，它主要用于生产设备的上下料，也可用于高精度的装卸和检测和作业。
这种形式的主要特点是：(1)在三个直线方向上移动，运动容易想象。
(2)计算比较方便。
(3)由于可以两端支撑，对于给定的结构长度，其刚性最大。
(4)要求保留较大的移动空间，占用空间较大。
(5)要求有较大的平面安装区域。
(6)滑动部件表面的密封较困难，容易被污染。
2.圆柱坐标型机器人圆柱坐标型机器人的结构简图如图1-2所示，R、θ和x为坐标系的三个坐标，其中R是手臂的径向长度，θ是手臂的角位置，x是垂直方向上手臂的位置。
这种形式的主要特点是：(1)容易想象和计算。
(2)能够伸入形腔式机器内部。
(3)空间定位比较直观。
(4)直线驱动部分难以密封、防尘及防御腐蚀物质。
(5)手臂端部可以达到的空间受限制，不能到达靠近立柱或地面的空间。
3.极坐标型机器人极坐标型机器人又称为球坐标机器人，其结构图如图1-3所示，R，θ和β为坐标系的坐标。
其中θ是绕手臂支撑底座垂直轴的转动角，β是手臂在铅垂面内的的摆动角。
这种机器人运动所形成的轨迹表面是半球面。
其特点是：(1)在中心支架附近的工作范围较大。
(2)两个转动驱动装置容易密封。
(3)覆盖工作空间较大。
(4)坐标系较复杂，较难想象和控制。
(5)直线驱动装置仍存在密封问题。
(6)存在工作死区。
4.多关节机器人多关节机器人结构简图如图1-4所示，它是以其各相邻运动部件之间的相对角位移作为坐标系的。
θ、α和φ为坐标系的坐标，其中θ是绕底座铅垂轴的转角，φ是过底座的水平线与第一臂之间的夹角，α是第二臂相对于第一臂的转角。
这种机器人手臂可以达到球形体积内绝大部分位置，所能达到区域的形状取决于两个臂的长度比例。
其特点是：(1)动作较灵活，工作空间大。
(2关节驱动处容易密封防尘。
(3)工作条件要求低，可在水下等环境中工作。
(4) 适合于电动机驱动。
(5)运动难以想象和控制，计算量较大。
(6)不适于液压驱动。
图1-1 直角坐标型图1-2 圆柱坐标型图1-3 极坐标型图1-4 多关节型选择方案的准则：1.满足设设计要求：机械手能够旋转一定角度。
2.结构简单，便于计算分析。
分析比较以上四种运动形式，确定选用圆柱坐标型机器人。
1.3驱动方式的选择：机器人关节的驱动方式有液压式、气动式、和电动式。
下面将三种驱动方式进行分析比较。
1.液压驱动机器人的驱动系统采用液压驱动，有以下几个优点：(1)液压容易达到较高的压力（常用液压为 2.5～6.3MPa），体积较小，可以获得较大的推力或转矩；(2)液压系统介质的可压缩性小，工作平稳可靠，并可得到较高的位置精度；(3)液压传动中，力、速度和方向比较容易实现自动控制；(4)液压系统采用油液作介质，具有防锈性和自润滑性能，可以提高机械效率，使用寿命长。
液压传动系统的不足之处是：(1)油液的粘度随温度变化而变化，影响工作性能，高温容易引起燃爆炸等危险；(2)液体的泄漏难于克服，要求液压元件有较高的精度和质量，故造价较高；(3)需要相应的供油系统，尤其是电液伺服系统要求严格的滤油装置，否则会引起故障。
液压驱动方式的输出力和功率更大，能构成伺服机构，常用于大型机器人关节的驱动。
2.气压驱动与液压驱动相比，气压驱动的特点是：(1)压缩空气粘度小，容易达到高速；(2)利用工厂集中的空气压缩站供气，不必添加动力设备；(3)空气介质对环境无污染，使用安全，可直接应用于高温作业；(4)气动元件工作压力低，故制造要求也比液压元件低。
它的不足之处是：(1)压缩空气常用压力为0.4～0.6MPa，若要获得较大的力，其结构就要相对增大；(2)空气压缩性大，工作平稳性差，速度控制困难，要达到准确的位置控制很困难；(3)压缩空气的除水问题是一个很重要的问题，处理不当会使钢类零件生锈，导致机器人失灵。
此外，排气还会造成噪声污染。
气动式驱动多用于点位控制、抓取、开关控制和顺序控制的机器人。
3.电动机驱动电动机驱动可分为普通交、直流电动机驱动，交、直流伺服电动机驱动和步进电动机驱动。
普通交、直流电动机驱动需加减速装置，输出力矩大，但控制性能差，惯性大，适用于中型或重型机器人。
伺服电动机和步进输出力矩相对小，控制性能好，可实现速度和位置的精确控制，适用于中小型机器人。
交、直伺服电动机一般用于闭环控制系统，而步进电动机则主要用于开环控制系统，一般用于速度和位置精度要求不高的场合。
本课题设计的机械手的特点：1.点位控制进行搬运工作，采用顺序控制方式。
2.负载小，精度要求不高。
3.要求成本低。
根据以上特点，确定选用气压驱动。
1.4总体结构设计根据圆柱坐标型运动方式和气压驱动方式的选定，对机械手进行总体结构的设计，机械结构由摆动气缸、双联气缸、单联气缸和气爪组成，结构图如图1-5所示。
图1-5 机械手总体结构图2.机械手手部设计2.1结构分析机械手的手部是最重要的执行机构，是用来握持工件的部件。
常用的手部按其握持原理可以分为夹持类和吸附类两大类，本课题采用夹持类手部。
夹持类手部又可分夹钳式、托勾式和弹簧式。
本课题选用夹钳式，它是工业机器人最常见的一种手部。
手部传动机构可分回转型、平动型和平移型。
回转型的特点是当手爪夹紧和松开物体时，手指作回转运动。
当被抓物体的直径大小变化时，需要调整手爪的位置才能保持物体的中心位置不变。
平动型的特点是手指由平行四杆机构传动，当手爪夹紧和松开物体时，手指姿态不变，作平动。
和回转型手爪一样，夹持中心随被夹持物体直径的大小而变。
平移型的特点是当手爪夹紧和松开工件时，手指作平移运动，并保持夹持中心固定不变，不受工件直径变化的影响。
为便于夹持避免固定中心的麻烦，采用平移型，图2-1所示的是靠导槽保持手指作平移运动。
手部结构也采用气压驱动。
图2-1 手部装配图2.2计算分析因工件运动速度引起视在重量增加情况下的夹紧力计算机器人手臂停止状态开始的直线运动和旋转运动的组合，所以伴随有速度和加速度.工件有了加速度，其视在重量就变化。
设机械手手部纵向中心线上所加的驱动力为P ，P ＝气缸有效截面积×使用的气压×η.作用在一个指尖上的夹紧力为Q （方向沿手指的运动方向）.设两个手指以摩擦力2μQ ，工件重量为G=mg.夹起工件要计算的是单个手指所必须的力Q.1.垂直上升的情况如图2-2所示，工件以加速度a 垂直上升，要使工件不掉下，下式必须成立. 20Q mg ma μ--> 得2a g Q m μ+>代入数据，得()0.319.80.1 4.2520.15Q N +⨯>⨯⨯图2-2 工件垂直上升时受力分析图 2.水平旋转的情况机械手部绕垂直轴以半径r 作水平旋转，工件夹紧面与旋转圆弧切线方向平行，如图2-3所示。
切线方向：20Qt mr μβ-≥ 主法线方向：2()02n mr QF mr βμω+-≥ 2()02n mr QR mr βμω--≥ 副法线方向：2()02b mg QF mr μω+-≥ 2()02b mg QR mr μω--≥ 联立上式，求解得Q ≥代入数据，得0.17.37Q N >后指：(sin )0R Q ma μϕ+≥由于是机械手部机构，Q F =Q R ,所以结果Q 必须满足下式Q ≥代入数据，得0.1 3.55Q N ≥=图2-4 工件水平直进时受力分析图综上所述，得7.37Q N =最大值由于考虑到设计的机械手的安全问题，Q应再乘上一个安全系数S。