三自由度搬运机械手的设计

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本科毕业设计--3个自由度机械手设计

目录第一章引言 (2)1.1 机械手的分类 (2)1.2 机械手的组成 (5)1.3 应用机械手的意义 (7)第二章总体技术方案及系统组成2.1 原始数据 (8)2.2 工作要求 (8)2.3 系统组成 (9)2.4 总体技术方案 (9)2.4.1 动作分析 (10)2.4.2 手部 (10)第三章机修手的液压部分3.1 液压系统的工作原理 (12)3.2 液压传动的工作特性 (12)3.3 液压系统的组成 (12)3.4 液压系统的优,缺点 (13)第四章回转装置的总体组成和结构设计4.1 回转装置的组成 (15)4.1.1 执行件 (15)4.1.2 传递件 (15)4.1.3 驱动件 (15)4.1.4 控制系统 (16)第五章机械传动方案的设计与计算5.1 小车的主要组成部分 (17)5.2 同步带传动方式优缺点 (17)5.3 驱动动力源 (18)5.4 机械方案的传动设计计算 (19)5.4.1 设计数据确定 (19)5.4.2 同步带的结构设计计算 (20)总结与展望 (25)设计小结 (26)致谢 (27)参考文献 (28)摘要在当今大规模制造业中，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，工业机器人为自动化生产线上的重要成员，逐渐被企业所认同并采用。

工业机器人的技术水平和应用的程度在一定程度上反映了一个国家工业自动化的水平，目前，工业机器人主要承担着焊接、喷绘、搬运以及堆垛等重复性并且劳动强度极大的工作，工作方式一般采取示教再现的方式。

本课题将设计一台三自由度的工业机器人，用于给冲压设备运送物料。

首先。

本课题将设计机器人的底座、大臂、小臂和机械手的结构，然后选择合适的传动方式、驱动方式、搭建机器人的结构平台。

AbstractIn the modern large-scale manufacturing industry, enterprises to improve production efficiency, guarantee the product quality, the general importance of the production process automation, industrial robots for automatic production line important members, the company gradually recognized and used. Industrial robot technology and applications to some extent reflect the level of a country's level of industrial automation, at present, the industrial robot is mainly responsible for the welding, printing, handling and stacking repetitive labor intensity and great work, work are normally taken to teaching and playback mode.This topic is to design a industrial robot with three DOFs, used for the transportation of materials to the stamping device. First. This topic will be the design of robot base, big arm, small arms and the structure of the manipulator, and then select the appropriate drive, driving mode, build the structure of robot platform.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。

三自由度搬运机械手的设计(含CAD图纸)

轴承坯料搬运机械手的设计摘要机械手是一种机械技术与电子技术相结合的高技术产品。

采用机械手是提高产品质量与劳动生产率，实现生产过程自动化，改善劳动条件，减轻劳动强度的一种有效手段。

它是一种模仿人体上肢的部分功能，按照预定要求输送工件或握持工具进行操作的自动化技术装备。

机械手可以代替人手的繁重劳动，显著减轻工人的劳动强度，改善劳动条件，提高劳动生产率和生产自动化水平。

工业生产中经常出现的笨重工件的搬运和长期、频繁、单调的操作，采用机械手是有效的；此外，它能在高温、低温、深水、宇宙、放射性和其它有毒、污染环境条件下进行操作，更显示其优越性，有着广阔的发展前途。

本课题的主要内容是采用机械设计原理，进行三自由度搬运机械手的设计，熟悉三自由度机械手的运用场合和相关的设计步骤。

机械手可以代替很多重复性的体力劳动，从而减轻工人的劳动强度，提高生产效率。

结合三自由度设计的各方面的知识，在设计过程中学会怎样发现问题．解决问题.研究问题。

并且在设计中融入自己的想法和构思，提高自己的创新能力。

尽力使机械手使用方便，结构简单。

关键词：机械手，输送工件，搬运，三自由度- 1 - / 47ABSTRACTManipulator is a mechanical technology and electronic technology with the combination of high technology products. Using manipulator is to improve product quality and productivity, and realize the automatic production process, improve working conditions, and reduce labor intensity of a kind of effective method. It is an imitation of the upper part of the human body function, according to the predetermined requirement or parts transportation holding tools for operation of the automation technology and equipment. Robots can replace the hands of heavy labor, significantly reduce the labor intensity, improve working conditions, and improve labor productivity and production automation level. Industrial production often appears in the handling of the heavy and long-term, frequent, drab operation, USES the manipulator is effective; In addition, it can be in high temperature, low temperature, deep water, the universe, radioactive and other toxic, pollution environment conditions operation, more shows its superiority, with broad prospects.This topic is the main content of the mechanical design principle of the design of the three doff carrying manipulator, familiar with three degrees of freedom of the manipulator using occasions and related design steps. Robots can replace a lot of repeatability of physical labor, so as to reduce the labor intensity, improve production efficiency. Combined with three degrees of freedom all aspects of design knowledge, in the design process learn how to find out the problem to solve problems. And in the design idea and into their idea, improve their innovation ability. Try to make robots easy to use simple structure.Key Words: Manipulator, conveying work piece, handling, three degrees of freedom目录摘要................................................................ - 1 - ABSTRACT.............................................................. - 2 - 1 绪论................................................................ - 5 -1.1机械手的历史.................................................. - 5 -1.2 机械手的组成.................................................. - 6 -1.3 机械手的分类.................................................. - 7 - 第2章搬运机械手机构总体方案设计..................................... - 9 -2.1 搬运机械手设计要求............................................ - 9 -2.2 基本设计思路.................................................. - 9 -2.2.1 系统分析................................................ - 9 -2.2.2 总体设计框图........................................... - 10 -2.2.3 搬运机械手的基本参数................................... - 11 -2.3 搬运机械手结构设计........................................... - 11 -2.3.1 搬运机械手坐标形式的选择............................... - 11 -2.4 机械手材料的选择............................................. - 12 -2.5机械臂的运动方式............................................. - 12 -2.6 搬运机械手驱动与控制系统分析................................. - 13 -2.6.1 驱动方式的选择......................................... - 13 -2.6.2 控制系统的选择......................................... - 13 -3 搬运机械手机械结构设计与计算....................................... - 14 -3.1 搬运机械手手爪设计........................................... - 14 -3.2 搬运机械手手臂设计........................................... - 14 -3.2.1 伸缩机械臂的设计....................................... - 14 -3.2.2 升降机械臂的设计....................................... - 15 -3.2.3 旋转机械臂的设计....................................... - 17 -3.3 手部设计计算............................................. - 17 -3.4 腕部设计计算............................................. - 21 -3.5 液压驱动系统设计......................................... - 22 -3.6机身结构的设计........................................... - 24 -3.6.1 电机的选择............................................. - 25 -3.6.2 螺柱的设计与校核....................................... - 25 -3.6.3 机座的机械结构示意图................................... - 26 -4 搬运机械手控制系统的设计........................................... - 28 -4.1 PLC简介..................................................... - 28 -4.2 PLC工作原理................................................. - 28 -4.3 PLC机型的选择............................................... - 28 -4.3.1 PLC机型的选择......................................... - 28 -4.3.2 所选PLC的参数......................................... - 29 -- 3 - / 474.4 PLC控制面板的拟定........................................... - 30 -4.5 机械手工艺过程和控制方案的确定............................... - 31 -4.5.1 明确工艺要求........................................... - 31 -4.5.2 确定工艺流程........................................... - 31 -4.5.3 传感器选择............................................. - 34 -4.5.4 确定I/O点数........................................... - 34 -4.6 PLC程序编写................................................. - 35 -4.6.1 总体程序设计思路....................................... - 35 -4.6.2手动程序的编写......................................... - 36 -4.6.3 复位程序的编写......................................... - 37 -4.6.4 自动控制程序的编写..................................... - 39 -5 结论............................................................... - 42 - 参考文献............................................................. - 43 - 致谢............................................................... - 44 -附录：含全套CAD图纸如下，如需联系作者QQ 4013398281 绪论随着人类科技的进步，社会经济的发展，机器人学成为近几十年来迅速发展的一门综合学科。

三自由度机械手传动方案设计

三自由度机械手传动方案设计◎马兴飞1张姗姗1马立洲2机械手也称自动手，它可以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。

在现代生产过程中，机械手被广泛的运用于自动生产线中。

本次设计的三自由度机械手是一种小型的针对回转任务的机械手，它的功能明确、结构简单、成本较低。

本次设计的机械手要求如下：1.三自由度：一个移动、两个转动；2.大臂水平方向的有效行程为1.6m；3.设计工况：回转壳体内进行180度自由旋转。

一、机械手结构概述机械手主要结构分为：执行机构、驱动机构、控制系统以及检测系统。

1.执行机构。

是最常见、最直观能够看到的部分，主要包括支柱、手臂、腕部、手部等四部分。

支柱是整个机械手中受力最为复杂的部分，支撑着整个机械结构。

手臂是用来支撑手部的运动，承受手部所抓取物体的弯矩和扭矩。

手腕具有一个单独的自由度，是为了确保机械手的灵活性以及较强的适应性能。

手腕的动作包括回转、摆动、上下运动等。

手部是用来抓取对象物体的结构。

手部不单单是手爪、手指的形式，也可以做成吸盘、真空盘、钳体等各种结构。

2.驱动系统。

机械手需要动力源对其进行驱动，动力源常见的有电动、气动、液压、机械等装置，是完成动作的基础保障之一。

3.控制系统。

约定机械手进行动作的根本，是机械手的大脑。

常见的控制系统有基于单片机、基于PLC、基于互联网等形式。

4.位置检测。

机械手在运动时要不断进行反馈位置，已确定是否达到所需要的要求及下一步动作，需要不断利用传感器或其他方法进行位置的检测确定。

二、机械手传动方案设计1.坐标形式选择。

目前机械手的主要坐标形式有四种：直角坐标、圆柱坐标、球坐标、关节坐标。

（1）直角坐标。

类似于直角坐标系，整个机械手的运动是在X、Y、Z 三个坐标空间运动。

直线运动能够通过一个坐标方向实现，而空间运动或者斜线运动则需要两个或者三个坐标方向同时或者配合才能够实现，所以直角坐标的机械手一般尺寸都相对大一点。

3个自由度机械手设计

本课题将设计一台三自由度的工业机器人，用于给冲压设备运送物料。

首先。

本课题将设计机器人的底座、大臂、小臂和机械手的结构，然后选择合适的传动方式、驱动方式、搭建机器人的结构平台。

061021_三自由机械手结构设计[5]

轻型平动搬运机械手的设计及运动仿真三自由度机械手的结构设计一、引言随着社会生产不断进步和人们生活节奏不断加快，人们对生产效率也不断提出新要求。

由于微电子技术和计算软、硬件技术的迅猛发展和现代控制理论的不断完善，使机械手技术快速发展，已渗透到工业领域的各个部门，在工业发展中占有重要地位。

现代工业自动化程度的提高，机械手的应用领域越来越广。

机械手能模拟人的手臂的部分动作，按预定的程序、轨迹及其它要求，实现抓取、搬运工件或操纵工具。

机械手可以代替很多重复性的体力劳动，从而减轻工人的劳动强度、提高生产效率。

本次设计的机械手由手爪、手臂、机身、机座等组成。

采用关节式坐标，电机驱动，实现三自由度的运动。

With the continuous progress of social production and people's accelerating pace of life, people also have made new productivity requirements. Because of microelectronics and computing software and hardware technology and the rapid development of modern control theory of continuous improvement, so that the rapid development of robot technology has penetrated into all sectors of industry, plays an important role in industrial development. Modern industrial automation degree of improvement robot applications more widely. Robot can simulate part of the action of the human arm, according to a predetermined program, track, and other requirements to achieve capture, porter pieces or manipulation tools. Robot can replace a lot of repetitive manual labor, thus reducing labor intensity and improve production efficiency.The design of the robot by the gripper arm, body, frame and other components. Using articulated coordinates, motor drive, to achieve three degrees of freedom movement.1.1机械手概述机械手也被称为自动手能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。

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。

3个自由度机械手设计

3个自由度机械手设计机械手的结构有很多种，其中，以机械手的自由度作为分类标准可以分为三类：二自由度机械手、三自由度机械手和四自由度机械手。

本文主要介绍三自由度机械手的设计。

1. 三自由度机械手简介三自由度机械手指的是机械手自由度为3，可以完成三个轴向运动的机械手。

人们通常使用三自由度机械手进行精确的三维组装任务，如电子产品的组装等。

三自由度机械手通常由两个平移轴和一个旋转轴组成。

其中，旋转轴是沿垂直于平面运动的。

机械手的三个自由度分别称为：Base、Shoulder和Elbow。

2. 三自由度机械手的设计设计三自由度机械手的第一步是确定机械手的尺寸和负载能力。

然后，需要选择机械手所需的驱动器类型，如直流电机或步进电机等。

接下来，需要确定每个自由度的运动范围，包括最大旋转角度和各轴的工作范围。

在确定机械手的基本参数后，接下来需要选择机械手的结构类型。

目前，常见的三自由度机械手结构包括球丝机械手、气动机械手和升降机械手等。

其中，球丝机械手具有高精度和高信度的特点，但它的制造成本较高；气动机械手主要用于一些要求速度较快的场合，但不太适合精度要求较高的组装任务；升降机械手适用于较小的工作空间。

在选择机械手的结构类型后，需要设计机械手的关节和连接杆。

机械手的关节通常采用旋转关节和平移关节，连接杆和支撑结构需要考虑机械手的负载和刚度要求。

3. 三自由度机械手的应用三自由度机械手具有广泛的应用前景。

它们可以用于精密组装、准确定位和定点操作等任务。

下面主要从以下几个方面介绍三自由度机械手的应用。

3.1 电子产品组装三自由度机械手可以快速、准确地组装电子产品，如手机、平板电脑等。

机器操作准确，不会对电子产品产生损害。

3.2 制造业三自由度机械手可以帮助制造业生产高精度、高精度零件。

它们可以在离线或在线环境中自动操作，从而提高生产效率和生产效果。

3.3 工业制造三自由度机械手可以用于支持大规模制造。

在工业制造中，机械手可以执行多个任务，如点对点的移动、送货、装载等。

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关键词：机械手，输送工件，搬运，三自由度
ABSTRACT
Manipulator is a mechanical technology and electronic technology with the combination of high technology products. Using manipulator is to improve product quality and productivity, and realize the automatic production process, improve working conditions, and reduce labor intensity of a kind of effective method. It is an imitation of the upper part of the human body function, according to the predetermined requirement or parts transportation holding tools for operation of the automation technology and equipment. Robots can replace the hands of heavy labor, significantly reduce the labor intensity, improve working conditions, and improve labor productivity and production automation level. Industrial production often appears in the handling of the heavy and long-term, frequent, drab operation, USES the manipulator is effective; In addition, it can be in high temperature, low temperature, deep water, the universe, radioactive and other toxic, pollution environment conditions operation, more shows its superiority, with broad prospects.
Key Words:Manipulator, conveying work piece, handling, three degrees of freedom
目录
摘要- 1 -
ABSTRACT- 2 -
1绪论- 5 -
1.1机械手的历史- 5 -
1.2机械手的组成- 6 -
1.3机Байду номын сангаас手的分类- 7 -
2.5机械臂的运动方式- 12 -
2.6搬运机械手驱动与控制系统分析- 13 -
2.6.1驱动方式的选择- 13 -
本课题的主要内容是采用机械设计原理，进行三自由度搬运机械手的设计，熟悉三自由度机械手的运用场合和相关的设计步骤。机械手可以代替很多重复性的体力劳动，从而减轻工人的劳动强度，提高生产效率。结合三自由度设计的各方面的知识，在设计过程中学会怎样发现问题．解决问题.研究问题。并且在设计中融入自己的想法和构思，提高自己的创新能力。尽力使机械手使用方便，结构简单。
This topic is the main content of the mechanical design principle of the design of the three doff carrying manipulator, familiar with three degrees of freedom of the manipulator using occasions and related design steps. Robots can replace a lot of repeatability of physical labor, so as to reduce the labor intensity, improve production efficiency. Combined with three degrees of freedom all aspects of design knowledge, in the design process learn how to find out the problem to solve problems. And in the design idea and into their idea, improve their innovation ability. Try to make robots easy to use simple structure.
摘
机械手是一种机械技术与电子技术相结合的高技术产品。采用机械手是提高产品质量与劳动生产率，实现生产过程自动化，改善劳动条件，减轻劳动强度的一种有效手段。它是一种模仿人体上肢的部分功能，按照预定要求输送工件或握持工具进行操作的自动化技术装备。机械手可以代替人手的繁重劳动，显著减轻工人的劳动强度，改善劳动条件，提高劳动生产率和生产自动化水平。工业生产中经常出现的笨重工件的搬运和长期、频繁、单调的操作，采用机械手是有效的；此外，它能在高温、低温、深水、宇宙、放射性和其它有毒、污染环境条件下进行操作，更显示其优越性，有着广阔的发展前途。
第2章搬运机械手机构总体方案设计- 9 -
2.1搬运机械手设计要求- 9 -
2.2基本设计思路- 9 -
2.2.1系统分析- 9 -
2.2.2总体设计框图- 10 -
2.2.3搬运机械手的基本参数- 11 -
2.3搬运机械手结构设计- 12 -
2.3.1搬运机械手坐标形式的选择- 12 -
2.4机械手材料的选择- 12 -