四轴联动机械手的结构
四自由度机械手(上半部分)
四自由度机械手（上半部分）作为现代工业制造领域中，机器人与自动化领域的核心产品之一，机械手在制造业中扮演着不可替代的角色。
而四自由度机械手便是机械手领域中的重要成员，本文将对其进行详细介绍。
一、四自由度机械手的概念及基本结构四自由度机械手是指由四个自由度的运动副组成的机械手。
其自由度主要分为旋转自由度和直线自由度两种。
旋转自由度可分为绕x、y、z三个轴向旋转自由度，直线自由度可分为x、y、z三个轴向作直线运动的自由度。
四自由度机械手的基本结构由支撑结构、底座、轴承系统、导轨系统、执行器等组成。
其中，支撑结构设在机械手的底部，通过轴承系统与机械手执行器连接，控制机械手的运动方向和范围。
二、四自由度机械手的优缺点四自由度机械手相对于其他机械手类型具有如下优点：1、机械手可根据特定要求进行定制，能够实现弯曲、旋转、伸缩等多种动作，可以适用于较多的工程需求；2、在承载重量较小的情况下，四自由度机械手的成本较低；3、四自由度机械手具有很高的操作精度，可适用于许多需要高精度的操作领域。
但四自由度机械手也有以下缺点：1、四自由度机械手的承载能力较低，仅适用于承载较小的物品；2、机械手无法实现多种操作综合编程。
三、四自由度机械手的应用四自由度机械手在工业制造和自动化生产中具有广泛的应用领域。
其适用于自动化加工、搬运、堆垛、组装、分拣等方面。
在以下几个方面有具体的应用：1、电子工业：四自由度机械手可用于电子元器件的组装、焊接、拆卸等操作。
2、汽车工业：在汽车制造中，四自由度机械手主要用于焊接、装配、喷漆等自动化生产环节。
3、食品加工业：四自由度机械手可用于食品加工中，如包装、封箱等生产步骤。
4、医疗产业：机械手的高精度使其非常适合在医疗领域中用于外科手术等领域中。
总结：四自由度机械手作为机械手领域的成员之一，可用于电子制造、汽车工业、食品加工和医疗行业等领域中的生产流程，并能根据不同的生产需求进行定制和编程。
同时，由于其相对较低的成本和高精度操作的特性，四自由度机械手在现代制造领域中具有重要的应用价值。
四轴立式关节机器人机械手设计
目录一、机械部分 (3)1、四轴立式关节机器人的总体机械结构设计 (3)2、腰部底座的结构设计 (7)3、手臂及关节处的结构设计 (7)4、腕部的结构设计 (9)5、机械手末端执行器的结构设计 (10)二、电气与PLC部分 (11)1、电机主电路 (11)2、电气元件的选型与确定 (12)3、PLC的I/O口分配 (14)4、PLC的外围接线图 (15)三、参考文献 (16)一、机械部分概述：本次设计的是专业机器人，主要附属于自动机床或自动生产线上，用以吸取机床上下料和工件传送。
这种机器人在国外通常被称之为“Mechanical Hand”，它是为主机服务的，由主机驱动。
除少数外，工作程序一般是固定的，因此是专用的。
四轴立式关节机器人其结构形式为关节型机器人，其结构紧凑，所占空间体积小，相对工作空间最大，甚至能绕过基座周围的一些障碍物等这样一些特点，也是目前机器人中使用最多的一种结构形式，世界一些著名机器人的本体部分都采用这种机构形式的机器人。
1、四轴立式关节机器人的总体机械结构设计下表为本机器人的主要技术参数2、腰部底座的结构设计该机器人腰座是圆柱坐标机器人的回转基座。
它是机器人的第一个回转关节。
机器人的运动部分全部安装在腰座上它承受了机器人的全部重量。
腰座有足够大的安装面，保证了机器人在工作时整体的稳定性。
3、手臂及关节处的结构设计该机器人手臂的作用是在一定的载荷和一定的速度下，实现在机器人所要求的工作空间内的运动。
机械手的大臂旋转和小臂的旋转运动是通过齿轮传动来实现。
因为考虑到搬运工件的重量不大，属小型重量，同时考虑到机械手的动态性能及运动的稳定性、安全性、对手臂的刚度有较高的要求。
因此综合考虑两手臂的驱动均选择齿轮驱动方式。
大臂关节处的结构设计如图所示：小臂关节处的结构设计如图所示4、腕部的结构设计该机器人的手臂运动包括腰座的回转运动给出了机器人末端执行器在其工作空间中的运动位置，而安装在机器人手臂末端的手腕，则给出了机器人末端执行器在其工作空间中的运动姿态。
四轴联动机械手plc控制系统设计
分类号：TP29编号：BY15 5152 11/12/2 14-0801XXXX大学本科毕业论文题目：四轴联动简易机械手PLC控制系统设计院系： xxxx学院专业：电气工程及其自动化班级：学生姓名：指导教师：论文提交日期： 2012 年 6 月 21日论文答辩日期：2012 年 6 月 26日毕业设计（论文）任务书电气工程及其0801班学生：自动化专业摘要可编程序控制器（Programmable logic controller）简称PLC，因其可靠性高、环境适应性强、灵活通用、使用方便、维护简单，应用领域在迅速扩大。
尤其是近几年来，PLC的成本下降，功能又不断增强，在国内外已被广泛应用于各个行业，已经与工业生产完美的结合在一起。
机械工业的发展中，机械手已经广泛应用在各种自动化生产线上。
搬运机械手的控制一直是机械手领域重要的研究课题之一。
机械手作为一种重要的工业设备，在当今工业生产中占着举足轻重的位置本次设计以某机械手模型作为平台，设计控制系统。
该系统利用步进电动机单位脉冲所具有的步进距离不变的特点，对其采用开环点位控制，将整个运动视为折线运动，每一个动作可视为运动程序相同、特征参数各异的点位相对运动。
其中如何用PLC准确的控制步进电机的位置与速度将成为本次设计的难点。
本文重点分析了基于PLC的机械手控制系统组成，根据课题的控制要求,确定搬运机械手的控制方案,设计控制系统电气原理图，进行控制系统电气元器件选型,完成PLC用户程序的设计,通过模拟调试，有序的控制物料从生产流水线上安全搬离，提高搬运工作的准确性、安全性，实现一套完整的生产线，使制造过程变的更有效率。
关键词：机械手; PLC; 步进电机; 梯形图AbstractProgrammable is referred as to the PLC. With the high reliability, adaptability in environment and flexibility, the PLC is widely used and expanding in the fields of application. Especially in recent years, the low cost, increased feature without enhancement, therefore, he current PLC has been widely used in various industries inland and abroad，and has been with the industry production perfectly unifies in together.With the development of Machinery industry, the manipulator has been used widely in various automatic production lines. Carrying manipulator control has been important research problem in manipulator field. As an important industrial equipment, manipulator is a decisive position in the modern industrial production.This design with a manipulator model as a platform, design control system . The system used by the Stepping Motor unit pulse of step with the characteristics of the same distance from their point of using open-loop control. So the whole movement could be seen as broken line movement, every action can be considered the same as sports, characteristics of different parameters of the point of relative movement. Among them how to use PLCaccurate control of the stepping motor's position and speed will be the difficulty of this designThis paper mainly analyzes the robot control system based on PLC composition. According to the control requirements, determine the subject of carrying manipulator control plan, design control system to control electrical diagram, electrical components selection, complete system user program design, PLC, ordered by simulative debugging of control the material move out from production lines and improve the safety of the accuracy, security, realize a complete set of production line, make manufacturing process become more efficient.Key Words: Manipulator；PLC；Stepping motor；Ladder-diagram目录第一章绪论 (1)1.1机械手的现状 (1)1.2机械手的发展 (1)1.3 PLC的发展概况 (2)1.4 PLC的定义 (2)1.5 PLC的特点 (3)1.6 PLC的工作原理 (4)1.7 课题的目的和意义 (5)第二章机械手控制系统方案设计 (7)2.1 设计介绍 (7)2.2 机械手基本结构 (7)2.3 机械手运行的工艺过程 (8)2.4 控制方案设计 (9)第三章控制系统硬件设计 (10)3.1 PLC的选型及参数 (10)3.2 电气元器件的选型及参数 (11)3.2.1 步进电机的选型 (11)3.2.2 步进电机驱动 (12)3.2.3 直流减速电机 (13)3.2.4 继电器 (13)3.2.5 光电开关 (13)3.2.6 行程开关 (14)3.2.7 低压断路器 (14)3.2.8 控制按钮 (14)3.2.9 熔断器 (14)3.3 PLC外部接线图 (15)3.3.1 机械手电源回路 (15)3.3.2 机械手输入信号回路 (16)3.3.3 机械手输出信号回路 (16)3.4 PLC控制的安装与布线 (17)第四章机械手控制系统程序设计 (19)4.1 设计任务及要求 (19)4.2 机械手运动示意图 (19)4.3 I/O分配 (20)4.4 编程设计思路 (21)4.4.1 最大速度和启动/停止速度 (21)4.4.2 PTOx_CTRL子程序 (22)4.3.3 PTOx_RUN子程序 (22)4.4.4 PTOx_MAN子程序 (23)4.5 步进电机脉冲数的计算 (24)第五章模拟调试 (26)5.1 仿真软件调试 (26)5.2 实验室调试 (28)设计总结 (30)参考文献 (31)致谢 (32)沈阳化工大学学士学位论文第一章绪论第一章绪论1.1 机械手的现状机械手是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种具有抓取和移动工件功能的新型装置。
机器人手部结构详解精品PPT课件
5．异形吸盘：
结构特点：
可用来吸附鸡蛋、 锥颈瓶等物件。 扩大了真空吸盘 在机器人上的应 用。
6．喷气式吸盘：
工作原理：
压缩空气进入喷嘴后，利用伯努利效应，当压缩 空气刚进入时，由于喷嘴口逐渐缩小，致使气流 速度逐渐增加。当管路截面收缩到最小处时，气 流速度达到临界速度，然后喷嘴管路的截面逐渐 增加，使与橡胶皮碗相连的吸气口处，造成很高 的气流速度而形成负压。
43
谢谢大家
荣幸这一路，与你同行
It'S An Honor To Walk With You All The Way
讲师：XXXXXX XX年XX月XX日
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：
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。
平移型：
当手爪夹紧和松开工件时，手指作平移运动，并 保持夹持中心的固定不变，不受工件直径变化的 影响。
手部可能还有一些电、气、液的接口： 由于手部的驱动方式不同造成。对这 些部件的接口一定要求具有互换性。
2．手部是末端操作器：
可以具有手指，也可以不具有手指； 可以有手爪，也可以是专用工具。
末端操作器图例（1）：
每个手指有三个或 四个关节。技术关 键是手指之间的协 调控制。
末端操作器图例（2）：
2．设有检测开关的手爪装置：
工作原理：
手爪装有限位开 关5和7。在指爪 4沿垂直方向接 近工件6的过程 中，限位开关检 测手爪与工件的 相对位置。当工 件接触限位开关 时发信号，汽缸 通过连杆3驱动
指爪夹紧工件。
4．上料吸盘（1）：
加工中心四轴结构原理
加工中心四轴结构原理咱先得知道啥是加工中心四轴。
你就想象啊，加工中心本来就像一个超级能干的小机器人，能把各种材料加工成各种形状。
这四轴呢，就像是给这个小机器人又多安了几条灵活的小胳膊，让它能干的事儿更多啦。
那这个四轴的结构到底是啥样的呢？从大的方面看呀，它有一个旋转轴。
这个旋转轴可太重要了，就像我们人身体的关节一样，可以灵活转动。
这个旋转轴能够让被加工的工件在加工的时候可以按照我们想要的角度去转动呢。
比如说，你要在一个圆柱体的侧面雕个花，如果没有这个旋转轴，那可就麻烦大了，只能把圆柱体拆下来重新调整位置再加工，多费劲呀。
但是有了这个旋转轴，就像给工件装了个小转盘，它可以很轻松地转到合适的角度，加工中心的刀具就能很顺利地在上面雕花啦。
再说说这个四轴结构里面的传动部分。
这传动就像是在各个部件之间传递力量的小信使。
一般来说呢，有皮带传动、齿轮传动这些方式。
皮带传动就像是用一根小皮带把动力从一个地方拉到另一个地方，它比较平稳，就像小蚂蚁慢悠悠但是稳稳地搬运东西一样。
而齿轮传动呢，就更有力量啦，就像大力士在用力推东西。
这两种传动方式在四轴结构里都有自己的用处。
比如说，在需要精确控制转动角度的时候，齿轮传动可能就更靠谱，因为它的传动比很精确。
而在一些需要比较柔和的动力传递的时候，皮带传动就可以大显身手啦。
四轴结构里还有一个很关键的部分就是它的控制系统。
这个控制系统就像是四轴结构的大脑。
它告诉每个部件该怎么动，什么时候动。
你想啊，如果没有这个大脑，那四轴就像没头的苍蝇一样，到处乱转啦。
这个控制系统可以根据我们输入的程序，精确地控制旋转轴的转动速度、转动角度。
比如说，我们要加工一个有特殊曲线的工件，控制系统就能精确地计算出旋转轴每一步该转到哪里，加工中心的刀具该怎么配合着加工。
这控制系统可聪明啦，就像一个超级学霸，能把那些复杂的数学计算和操作指令处理得井井有条。
还有啊，四轴结构的精度也是非常重要的。
精度就像是这个四轴结构的小脾气，要是精度不好，那加工出来的东西可就惨不忍睹啦。
一 四轴联动简易机械手的结构及动作过程
基于PLC的机械手控制设计一四轴联动简易机械手的结构及动作过程机械手结构如下图1所示，有气控机械手(1)、XY轴丝杠组(2)、转盘机构(3)、旋转基座(4)等组成。
其运动控制方式为：(1)由伺服电机驱动可旋转角度为360°的气控机械手(有光电传感器确定起始0点)；(2)由步进电机驱动丝杠组件使机械手沿X、Y轴移动(有x、y轴限位开关)；(3)可回旋360°的转盘机构能带动机械手及丝杠组自由旋转(其电气拖动部分由直流电动机、光电编码器、接近开关等组成)；(4)旋转基座主要支撑以上3部分；(5)气控机械手的张合由气压控制(充气时机械手抓紧，放气时机械手松开)。
其工作过程为：当货物到达时，机械手系统开始动作；步进电机控制开始向下运动，同时另一路步进电机控制横轴开始向前运动；伺服电机驱动机械手旋转到达正好抓取货物的方位处，然后充气，机械手夹住货物。
步进电机驱动纵轴上升，另一个步进电机驱动横轴开始向前走；转盘直流电机转动使机械手整体运动，转到货物接收处；步进电机再次驱动纵轴下降，到达指定位置后，气阀放气，机械手松开货物；系统回位准备下一次动作。
二控制器件选型为达到精确控制的目的，根据市场情况，对各种关键器件选型如下：1. 步进电机及其驱动器机械手纵轴(Y轴)和横轴(X轴)选用的某公司的42BYG250C型两相混合式步进电机，步距角为0.9°/1.8°，电流1.5A。
M1是横轴电机，带动机械手机构伸、缩；M2是纵轴电机，带动机械手机构上升、下降。
所选用的步进电机驱动器是SH-20403型，该驱动器采用10～40V直流供电，H桥双极恒相电流驱动，最大3A的8种输出电流可选，最大64细分的7种细分模式可选，输入信号光电隔离，标准单脉冲接口，有脱机保持功能，半密闭式机壳可适应更恶劣的工况环境，提供节能的自动半电流方式。
驱动器内部的开关电源设计，保证了驱动器可适应较宽的电压范围，用户可根据各自情况在10～40VDC 之间选择。
四自由度机械手设计
四自由度机械手设计四自由度机械手是指具有四个独立运动自由度的机械手。
它可以在三维空间内进行灵活的运动和操作，广泛应用于工业制造、医疗护理、服务机器人等领域。
本文将从机械结构设计、运动控制系统、应用领域等方面进行论述，介绍四自由度机械手的设计。
首先，机械结构设计是四自由度机械手设计的关键。
通常，机械手由机械臂、末端执行器、关节驱动装置等组成。
在设计机械臂时，需要考虑结构的刚度、轻量化和尺寸设计等因素。
关节驱动装置可以采用电机驱动、气动驱动或液压驱动等方式，根据具体应用场景选择不同的驱动方式。
末端执行器是机械手最重要的部件之一，其设计要充分考虑操控对象的形状、尺寸和质量等要素。
其次，运动控制系统是确保机械手运动精度和灵活性的关键。
四自由度机械手通常采用闭环控制系统，通过传感器实时反馈机械手的位置、速度和力等信息，通过控制器计算控制命令，控制机械手的运动。
在控制系统设计中，需要考虑传感器的精度、控制器的计算能力和控制算法的设计等因素。
常见的控制算法有PID控制、模糊控制和自适应控制等。
最后，四自由度机械手应用领域广泛。
在工业制造中，机械手可以替代人工完成重复性、危险性和高精度的任务，如焊接、装配和搬运等。
在医疗护理领域，机械手可以用于手术助力、康复训练和辅助生活等。
在服务机器人领域，机械手可以用于家庭服务、餐厅服务和残疾人辅助等。
随着无人驾驶技术的普及，机械手还可以用于车辆维修保养和物流配送等场景。
总之，四自由度机械手的设计涉及机械结构、运动控制系统和应用领域等多个方面。
通过合理设计机械结构，构建高刚性、轻量化的机械手。
运动控制系统的设计保证机械手的运动精度和灵活性。
各个应用领域广泛使用四自由度机械手，提高生产效率和人类生活质量。
随着科技的不断进步，四自由度机械手在未来的应用前景将会更为广阔。
四轴机械臂
四轴机械臂四轴机械臂是一种先进的工业机器人系统，它由四个关节连接的机械臂组成。
这种机械臂结构使其能够实现灵活的运动，并在各种应用场景中发挥重要作用。
在本文中，我们将探讨四轴机械臂的工作原理、应用领域以及未来发展趋势。
首先，让我们了解一下四轴机械臂的工作原理。
四轴机械臂由四个关节连接而成，每个关节都由电动机驱动。
这些电动机通过内置的传感器控制机械臂的运动，使其能够在三维空间中执行各种任务。
四轴机械臂还配备了控制系统，可以通过编程来控制其运动和动作序列。
四轴机械臂被广泛应用于许多不同的领域。
首先，它在制造业中扮演着重要的角色。
由于其灵活性和精准性，四轴机械臂可以进行精细组装、零件搬运和焊接等任务。
它还可以在危险或高温环境中代替人工操作，从而提高工作效率和安全性。
另外，四轴机械臂还被应用于药品包装、食品加工和3D打印等领域，为自动化生产和加工提供了可靠的解决方案。
此外，四轴机械臂还在医疗和卫生领域中发挥着重要作用。
例如，在手术中，医生可以使用机械臂进行精确的手术操作，从而减少手术风险和恢复时间。
机械臂还可以用于康复训练，帮助患者恢复手部功能。
此外，机械臂还可以用于处理危险废物和医疗废物，减少对医务人员的危害。
随着科技的发展，四轴机械臂正朝着更高的精确性和智能化发展。
一方面，传感器技术的进步使得机械臂能够精确地感知和控制其运动。
例如，视觉传感器可以帮助机械臂识别和定位目标物体，从而实现更精确的操控。
另一方面，人工智能和机器学习的发展为机械臂的智能化提供了可能。
通过学习和适应环境和任务，机械臂可以自动调整其动作和策略，以实现更高效的操作。
然而，四轴机械臂仍然面临一些挑战。
首先，精确度和可靠性仍然是一个关键问题。
尽管传感器和控制技术的进步已经提高了机械臂的精确性，但在某些要求更高精度的应用中仍有改进的空间。
其次，机械臂的成本也是一个问题。
目前，四轴机械臂的价格较高，限制了它在某些领域的应用。
因此，降低成本是进一步推广和应用的关键。
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基于PLC的机械手控制设计
一．控制器件选型
为达到精确控制的目的，根据市场情况，对各种关键器件选型如下：
1. 步进电机及其驱动器
机械手纵轴(Y轴)和横轴(X轴)选用的某公司的42BYG250C型两相混合式步进电机，步距角为0.9°/1.8°，电流1.5A。
M1是横轴电机，带动机械手机构伸、缩；M2是纵轴电机，带动机械手机构上升、下降。
所选用的步进电机驱动器是SH-20403型，该驱动器采用10～40V直流供电，H桥双极恒相电流驱动，最大3A的8种输出电流可选，最大64细分的7种细分模式可选，输入信号光电隔离，标准单脉冲接口，有脱机保持功能，半密闭式机壳可适应更恶劣的工况环境，提供节能的自动半电流方式。
驱动器内部的开关电源设计，保证了驱动器可适应较宽的电压范围，用户可根据各自情况在10～40VDC 之间选择。
一般来说较高的额定电源电压有利于提高电机的高速力矩，但却会加大驱动器的损耗和温升。
本驱动器最大输出电流值为3 A/相(峰值)，通过驱动器面板上六位拨码开关的第5、6、7三位可组合出8种状态，对应8种输出电流，从0.9A到3A以配合不同的电机使用。
本驱动器可提供整步、改善半步、4细分、8细分、16细分、
32细分和64细分7种运行模式，利用驱动器面板上六位拨码开关的第1、2、3三位可组合出不同的状态。
一．控制器件选型
为达到精确控制的目的，根据市场情况，对各种关键器件选型如下：
1. 步进电机及其驱动器
机械手纵轴(Y轴)和横轴(X轴)选用的某公司的42BYG250C型两相混合式步进电机，步距角为0.9°/1.8°，电流1.5A。
M1是横轴电机，带动机械手机构伸、缩；M2是纵轴电机，带动机械手机构上升、下降。
所选用的步进电机驱动器是SH-20403型，该驱动器采用10～40V直流供电，H桥双极恒相电流驱动，最大3A的8种输出电流
可选，最大64细分的7种细分模式可选，输入信号光电隔离，标准单脉冲接口，有脱机保持功能，半密闭式机壳可适应更恶劣的工况环境，提供节能的自动半电流方式。
驱动器内部的开关电源设计，保证了驱动器可适应较宽的电压范围，用户可根据各自情况在10～40VDC 之间选择。
一般来说较高的额定电源电压有利于提高电机的高速力矩，但却会加大驱动器的损耗和温升。
本驱动器最大输出电流值为3 A/相(峰值)，通过驱动器面板上六位拨码开关的第5、6、7三位可组合出8种状态，对应8种输出电流，从0.9A到3A以配合不同的电机使用。
本驱动器可提供整步、改善半步、4细分、8细分、16细分、32细分和64细分7种运行模式，利用驱动器面板上六位拨码开关的第1、2、3三位可组合出不同的状态。
一．控制器件选型
为达到精确控制的目的，根据市场情况，对各种关键器件选型如下：
1. 步进电机及其驱动器
机械手纵轴(Y轴)和横轴(X轴)选用的某公司的42BYG250C型两相混合式步进电机，步距角为0.9°/1.8°，电流1.5A。
M1是横轴电机，带动机械手机构伸、缩；M2是纵轴电机，带动机械手机构上升、下降。
所选用的步进电机驱动器是SH-20403型，该驱动器采用10～40V直流供电，H桥双极恒相电流驱动，最大3A的8种输出电流可选，最大64细分的7种细分模式可选，输入信号光电隔离，标准单脉冲接口，有脱机保持功能，半密闭式机壳可适应更恶劣的工况环境，提供节能的自动半电流方式。
驱动器内部的开关电源设计，保证了驱动器可适应较宽的电压范围，用户可根据各自情况在10～40VDC 之间选择。
一般来说较高的额定电源电压有利于提高电机的高速力矩，但却会加大驱动器的损耗和温升。
本驱动器最大输出电流值为3 A/相(峰值)，通过驱动器面板上六位拨码开关的第5、6、7三位可组合出8种状态，对应8种输出电流，从0.9A到3A以配合不同的电机使用。
本驱动器可提供整步、改善半步、4细分、8细分、16细分、32细分和64细分7种运行模式，利用驱动器面板上六位拨码开关的第1、2、3三位可组合出不同的状态。