多功能智能机械手剖析
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。
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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。
机械手分析报告
机械手分析报告1. 简介机械手是一种能够模拟人手动作的机器设备。
它由多个关节和执行器组成，并且能够通过程序控制完成各种精准的操作。
机械手在工业生产、医疗、科学研究等领域扮演着重要角色。
本报告将通过逐步思考的方式，分析机械手的结构、工作原理以及应用场景。
2. 结构机械手通常由以下几个主要部分组成：2.1 手指和关节机械手的手指模拟人手指的功能，能够实现抓取、放置、旋转等动作。
手指通常由若干个关节组成，每个关节都可以独立运动，从而实现更灵活的操作。
2.2 执行器和传动系统机械手的执行器负责带动关节的运动，传递力量和动作。
通常使用电动机、液压系统或气动系统作为执行器，并通过传动系统将动力传递到关节和手指。
2.3 控制系统机械手的控制系统负责接收指令，通过编程控制机械手的运动。
控制系统可以是硬件或软件，通常采用微处理器和传感器来实现对机械手的精确控制。
3. 工作原理机械手的工作原理可以分为以下几个步骤：3.1 感知环境机械手通过搭载传感器来感知周围环境，例如视觉传感器、力传感器、位置传感器等。
这些传感器能够提供给机械手所需的信息，例如目标物体的位置、形状、重量等。
3.2 规划路径根据感知到的环境信息，机械手需要规划出合适的运动路径。
路径规划算法能够根据目标物体的位置、机械手的起始位置和约束条件等，计算出一个最优的运动路径。
3.3 控制运动一旦路径规划完成，机械手的控制系统会根据规划的路径发出指令，控制执行器的工作。
执行器会根据指令驱动关节和手指的运动，从而实现机械手的操作。
3.4 反馈控制在机械手的运动过程中，控制系统会不断地接收传感器的反馈信息。
这些信息能够帮助机械手实时调整运动轨迹，以适应环境或目标物体的变化。
4. 应用场景机械手在许多领域都有广泛的应用，下面列举了几个常见的应用场景：4.1 工业生产机械手在工业自动化中扮演着重要角色。
它们能够代替人工完成繁重、危险或精细的工作，提高生产效率和质量。
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。
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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）：
简单描述机器人手部结构的基本形式
一、机器人手部结构的基本形式在机器人技术领域，机器人手部结构是非常重要的组成部分，它直接影响着机器人在不同场景下的灵活性和功能性。
简单来说，机器人手部结构的基本形式包括指关节、腕关节和手掌等部分。
这些部分共同构成了机器人手部的基本结构，可以让机器人实现不同程度的灵活和复杂动作。
1. 指关节指关节是机器人手部结构中非常重要的一部分，它主要由指骨和关节组成。
机器人手部通常会有多个指关节，每个指关节通常都具有弯曲和伸直的功能。
这种设计可以让机器人手部更好地模拟人类手部的动作，具有更高的灵活性和精准度。
指关节的设计可以让机器人实现握取、抓取、放置等动作，从而更好地适应不同的操作场景。
2. 腕关节腕关节是连接机器人手部和机器人手臂的重要部分。
它可以让机器人手部在三维空间内进行自由度的转动和灵活的运动。
腕关节的设计可以让机器人手部更好地适应复杂的操作环境，实现更广泛的操作范围和更多样化的动作。
腕关节的设计也直接影响着机器人手部的力学性能和稳定性，是机器人手部结构中不可或缺的一部分。
3. 手掌手掌是机器人手部结构中的末端部分，它直接和外界环境进行接触和交互。
机器人手掌通常会设计成有感知和反馈功能的结构，可以实现对外界物体的感知和控制。
手掌的设计可以让机器人实现更精细和复杂的动作，如抓取物体、搬运物品等。
手掌的设计也是机器人手部结构中非常注重的部分，可以直接影响着机器人手部的抓取力和稳定性。
二、机器人手部结构的发展趋势随着人工智能和机器人技术的不断发展，机器人手部结构也在不断创新和改进。
未来，机器人手部结构的发展趋势主要包括以下几个方面：1. 柔性化设计未来的机器人手部结构将更加注重柔性化设计，使得机器人手部可以更好地适应不同形状、大小和硬度的物体。
柔性化设计可以让机器人手部具有更好的适应性和灵活性，从而实现更多样化的操作和任务。
2. 多功能化应用未来的机器人手部结构将更加注重多功能化应用，使得机器人手部可以实现更多样化和复杂化的功能。
智能物料机器人-机械手的结构外观设计
北京理工大学珠海学院2020届本科生毕业设计智能物料机器人-机械手的结构外观设计摘要在工业迅速发展的时代，为达到提高生产效率、节约成本的目的，企业会购入一些自动化产品，这些自动化产品主要为了代替传统的人力去做一些重复性高、危险性高、劳动力大的工作，这其中被广泛运用的是物料搬运机器人，尤其是在汽车行业发达、物流发达的这个时代，但即便是如此，国内的物料机器人发展还是相对落后的，尤其是在搬运物料方面上，广泛运用国外的进口的物料机器人。
本次设计主要采用电动与气动结合的设计思路，采用51单片机进行控制，通过结合原始数据对智能物料机器人进行结构设计以及电机与电子元件、气缸与气动元件的计算与选型，再通过运动学分析、力学分析、强度校核分析设计的可行性，运用solidworks 软件对智能物料机器人进行三维建模。
本文详细阐述了本人设计的智能物料机器人的机械手结构外观设计全部过程，其中包括X、Y轴的平面定位、Z轴的上下移动取料、气动机械手夹取装置。
全文详细的描述了X、Y、Z轴主要部件的选型与设计，包括步进电机选型、辅助部件选型、滑轨选型、气爪选型、气动元件选型等等。
最终通过对电机及气爪的控制，实现对物料的定点夹取与运输。
北京理工大学珠海学院2020届本科生毕业设计关键词：单片机、三维建模、步进电机、气爪Design of structure and appearance of intelligent material robot -manipulatorAbstractIn the industrial era of rapid development, in order to reach the goal of improving production efficiency, cost savings, companies will purchase some automation products, these automation products are mainly to replace traditional manpower to do some highly repetitive, high risk, labor work, which is widely used as material handling robot, especially in this era of automobile industry and developed logistics, but even so, the development of domestic material robots is still relatively backward, especially in the handling of materials. Imported material robots from abroad.This design mainly adopts the combination of electric and pneumatic design ideas, using 51 single chip microcomputer to control, through a combination of the original data for intelligent materials robot structure design, and electrical and electronic components, cylinders and pneumatic components, and then through kinematics The feasibility of analysis, mechanical analysis, and strength check analysis design, using solidworks software to carry out three-dimensional modeling of intelligent material robots.This article elaborated on the design process of the manipulator structure design of the intelligent material robot I designed, including the plane positioning of the X and Y axes, the北京理工大学珠海学院2020届本科生毕业设计up and down movement of the Z axis, and the pneumatic manipulator gripping device. The full text describes in detail the selection and design of the main components of the X, Y, and Z axes, including the selection of stepper motors, the selection of auxiliary components, the selection of slide rails, the selection of air grippers, and the selection of pneumatic components. Finally, through the control of the motor and the air jaw, the material can be pinched and transported.KEY WORDS:Single Chip; 3 D modeling; stepper motor；gas claw目录1.绪论 (3)1.1选题背景 (3)1.2机械手的发展历史与趋势 (3)1.3研究现状 (4)1.4研究目标 (4)1.5课题的主要研究方向 (5)2.机械手的电动设计与气动设计 (5)2.1研究思路 (5)2.2气动部分的工作原理 (7)2.3机械手气动部分的系统设计 (7)2.4机械手电动部分的工作原理 (8)2.5机械手电动部分的系统设计 (8)2.6可行性分析 (8)2.7设计中用到的原始数据 (9)3. Z轴气缸与气爪的整体设计 (9)3.1气动技术的特点 (9)3.2气爪装置的设计 (10)3.2.1气爪的工作原理 (10)3.2.2气爪夹持力和夹持距的计算 (10)3.2.3确定气爪型号 (10)3.3气缸总设计 (11)3.3.1气缸输出力的有关计算 (11)3.3.2气缸耗气量相关计算 (13)3.3.3自由空气消耗量计算 (13)3.4气动元件的选择 (13)3.4.1电磁阀选型 (13)3.4.2消声器选型 (14)3.4.3节流阀选型 (15)4. 滚珠丝杠及滑块选型计算 (15)4.1 滚珠丝杠选型 (15)4.1.1滚珠丝杠导程计算 (15)4.1.2滚珠丝杠副的载荷及转速计算 (16)4.1.3滚珠丝杠扭矩计算 (16)4.1.4选定滚珠丝杠规格代号 (17)4.2 Y轴滑块选型 (17)4.2.1滑块选型计算 (17)4.2.2滑块选型确定 (18)5.步进电机的选型与计算 (19)5.1步进电机简介 (19)5.2加在电机上的转动惯量 (19)5.3加在电机上的总力矩 (19)5.4确定步进电机的型号 (20)5.5确定步进电机的控制器型号 (21)6.机械手三维建模 (23)6.1机械手整体三维结构图 (23)6.2 X轴移动机构外观设计 (25)6.3 Y轴移动机构外观设计 (26)6.4 Z轴移动机构外观设计 (28)7.部分外发加工零件编程与工程图 (30)7.1Y轴载板铣板编程 (30)7.2Y轴载板钻孔编程 (31)7.2.1加工Y轴载板孔CAD图层设置 (31)7.2.2载板与X轴固定板程序编程 (32)8.机械手装配 (33)8.1组装 (33)8.2部装 (34)8.2.1 X轴的组装 (34)8.2.2 Y轴的组装 (35)8.2.3 Z轴的组装 (35)8.3总装 (36)9.总结 (38)参考文献 (39)谢辞 (40)附录 (41)附录1 步进电机与电机驱动器实物图 (41)附录2 加强块工程图 (41)附录3 气缸安装板工程图 (42)附录4 立柱工程图 (42)附录5 KK安装板工程图 (43)附录6 机械手X轴实物图 (43)附录7 Z轴实物图 (44)附录8 物料运输装置实物图 (45)附录9 控制装置实物图 (46)1.绪论1.1选题背景近年来人口老龄化越来越严重，这意味着劳动力的减少，尤其是在以劳动力为竞争优势的中国，劳动力的减少意味着企业制造生产率的降低。
智能控制系统中的机器人手臂设计与优化
智能控制系统中的机器人手臂设计与优化随着技术的不断进步，智能控制系统已经逐渐成为了现实生活中不可或缺的一部分。
在工业生产、家庭生活等各个领域，智能控制系统都发挥着越来越重要的作用。
而在这一领域中，机器人手臂的设计与优化更是不可或缺的一环。
本文将围绕智能控制系统中的机器人手臂设计与优化展开讨论。
一、机器人手臂的基础结构机器人手臂是智能控制系统中最重要的组成部分之一，其基础结构分为五个部分：底座、腰部、臂部、手腕和手爪。
底座是机器人手臂的支撑物，能够使手臂在任何角度上旋转。
腰部是手臂的第一个关节，可以左右旋转。
臂部是手臂的主要部分，能够上下左右移动。
手腕是手臂上的第二个关节，可以左右旋转。
手爪是机器人手臂的终端执行器，其作用类似于人类的手掌，能够夹住物体。
二、机器人手臂的驱动方式机器人手臂的驱动方式分为两种：传统的液压式驱动和现代的电力式驱动。
液压式驱动系统可以提供巨大的力量和速度，但其功率消耗大，安全性较低。
而电力式驱动系统则可以提供更为精确的控制，并且功率消耗更少，安全性更高。
目前，在机器人手臂的驱动方式上，电力式驱动已经成为了主流。
三、机器人手臂的控制方式机器人手臂的控制方式通常有两种：手动控制和自动控制。
手动控制是通过操纵杆或按钮给手臂发送指令，使其完成特定的动作，但这种方式很难完成精确控制。
而自动控制则是通过程序设计，将机器人手臂的动作控制在微小的误差范围内，完美地完成各种任务。
自动控制的核心是运用传感器技术，获取环境信息，从而准确控制机器人的动作。
四、机器人手臂的应用机器人手臂广泛应用于各个领域，例如工业制造领域、医疗服务领域、危险环境探测领域等等。
在汽车制造领域，机器人手臂可以完成车身焊接、装配、涂漆等各种任务；在医疗服务领域，机器人手臂可以进行手术、采血、提供康复治疗等；在危险环境探测领域，则可以用机器人手臂代替人类完成探险任务。
五、机器人手臂的优化机器人手臂的优化是指通过不断地改进其结构和控制系统，提高机器人手臂的运行效率和灵活性。
四自由度机器人手臂工作空间分析
四⾃由度机器⼈⼿臂⼯作空间分析四⾃由度机器⼈⼿臂设计---⼯作空间分析050696135 张东红指导⽼师：刘铁军讲师第1章绪论1．1 机器⼈的概念我们⼀直试图为⾃⼰的研究对象下⼀个明确的定义----就象其他所有的技术领域⼀样----始终未能如愿。
关于机器⼈的概念，真有点像盲⼈摸象，仁者见仁，智者见智。
在此，摘录⼀下有代表性的关于机器⼈的定义：⽜津字典：Automation with human appearance or functioning like human科幻作家阿西莫夫（Asimov）提出的机器⼈三原则：第⼀，机器⼈不能伤害⼈类，也不能眼见⼈类受到伤害⽽袖⼿旁观；第⼆，机器⼈必须绝对服从⼈类，除⾮⼈类的命令与第⼀条相违背；第三，机器⼈必须保护⾃⾝不受伤害，除⾮这与上述两条违背；⽇本著名学者加藤⼀郎提出的机器⼈三要件：1．具有脑、⼿、脚等要素的个体；2．具有⾮接触传感器（眼、⽿等）和接触传感器；3．具有⽤于平衡和定位的传感器；世界标准化组织（ISO）机器⼈是⼀种能够通过编程和⾃动控制来执⾏诸如作业或移动等任务的机器。
细细分析以上定义，可以看出，针对同⼀对象+所做的定义，其内涵有很⼤的区别，有的注重其功能，有的则偏重与结构。
这也就难怪对同⼀国家关于机器⼈数量的统计，不同资料的数据会很⼤差别。
虽然现在还没有⼀个严格⽽准确的普遍被接受的机器⼈定义，但我们还是希望能对机器⼈做某些本质性的把握。
⾸先，机器⼈是机器⽽不是⼈，它是⼈类制造的替代⼈类从事某种作业的⼯具，它只能是⼈的某些功能的延伸。
在某些⽅⾯，机器⼈可具有超越⼈类的能⼒，但从本质上说机器⼈永远不可能全⾯超越⼈类。
其次，机器⼈在结构上具有⼀定的仿⽣性。
很多⼯业机器⼈模仿⼈的⼿臂或躯体结构，以求动作灵活。
海洋机器⼈则在⼀定程度上模仿了鱼类结构，以期待得到最⼩的⽔流阻⼒。
第三，现代机器⼈是⼀种机电⼀体化的⾃动装置，其典型特征之⼀是机器⼈受微机控制，具有（重复）编程的功能。
高智能仿生手原理
高智能仿生手原理
高智能仿生手是一种基于生物学原理和机械工程学的智能机械手。
它模拟了人类手部的结构和运动，可以完成复杂的动作任务，并且拥有高精度和高灵活性。
该机器手的原理主要包括以下几个方面： 1. 结构设计：仿生手的结构类似于人类手，由手腕、掌部和五
个手指组成。
每个手指由多个关节构成，可以自由移动。
手指末端配备了感应器和执行器，可以感知外界环境并做出相应反应。
2. 动作控制：仿生手的动作控制采用了类似于神经网络的方法，通过传感器采集外界环境信息，再通过控制器对手指进行精准的控制。
控制器可以对手指的位置、速度和力度进行精确控制，从而实现复杂的动作任务。
3. 感应技术：仿生手配备了多种感应器，包括压力感应器、光
电传感器、温度感应器等，可以感知外部环境和物体的性质、形状等信息，并做出相应的反应。
4. 材料选择：仿生手的制作材料选择了高强度、高韧性的材料，如碳纤维、钛合金等，从而保证了机械手的高强度和高耐用性。
总之，高智能仿生手是一种结合了生物学和机械工程学的智能机械手，具有高精度、高灵活性和高适应性，是未来机器人技术发展的重要方向。
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❖ 现代社会向着自动化和智能化发展 ❖ 工业机器人逐渐取代人力劳动 ❖ 将网络和机器人相结合实现多功能远程操控和交流 ❖ 预留大量开发空间，随着时代和需求的增长它可以在原来的基础
上增加额外功能，节约了大量投资成本 ❖ 结构简单实用，造价成本低，功能强大，应用范围广 ❖ 本车载机械手既能投入到工厂工作也能作为机电一体化教学的教
环境信息采集系统
多功能网络摄像头的处理控制电路
2020/11/7
总控制面板
2020/11/7
总结
通过老师精心的指导和队员的不懈努力， 此机械手目前实现了，无线远程操控（抓 取及搬运物品、分割和处理等），环境信 息数据采集及反馈（移动监测、信息采集 等）
由于时间、资金、条件等方面的限制，和 自身能力的不足，目前做出来的产品，比 较粗糙，没能达到预期的效果。但在这次 的制作过程中，学校和老师提供了一个非 常好的应用和实践的机会，也让我们学会 了很多课本以外的东西。也意识到自身还 有很多的不足之处。所以还得不断的充实 自己，不断的完善这个产品，也希望专家 评委及老师们能够提出宝贵的意见和建议
无线发射器及命令代码显示屏
单片机控制器: 处理主控电脑串口发 送下来的命令转化对 应指令编号的值
液晶显示屏： 显示串口命令转化 为指令编号的值
2020/11/7
远程天线： 可以把无线信号 向外发射
电脑远程控制显示画面
串口连接
2020/11/7
小车运作区
红外控制及超声测距系统
超声波传感器： 测量前方的距离
2020/11/7
红外接收器：接收红 外信号
无线接收器：接收无 线信号
环境信息检测系统
人体红外传感器：检测附近的是否存在人。 密封型温度传感器： 可以检测环境中的温度； 也可以检测水温。
2020/11/7
金属物传感 器：检测附 近是否存在 金属物。
多功能网络摄像头： 自动检测环境光强配置摄 像； 局域网络无线通讯； 远程实时对话； 网络摄像和拍照； 所以有网络设备（包括手 机）都能实时调用。
具甚至还可以作为军用设备取代人类完成一些危险的任务
特色功能及应用
• 网络移动侦测； • 网络移动监控； • 移动视频对话； • 机电一体化教具； • 辐射，缺氧，化学烟雾，等恶劣环境
探测环境系数和救人等活动； • 排爆，移除危险物品；
多功能智能机械手
主要由四大部 分组成
1、动力系统 2、无线远程控制 ‘ 系统 3、信息采集系统 4、总控制系统
总装车体
平衡手（模 三爪机械手 拟吊塔）
（稳定灵活）
多功 能网 络摄 像头
摄像头控制中 心及电源来配 置手的平衡
起重臂： 模拟起 重机
2020/11/7
主控制电路： 处理各传感器 的数据；控制 各电机的运动；
起重转盘： 平衡车体， 重心后移，
主车体：两驱后轮驱动，前轮蜗轮蜗 杆转向，速度快，转向灵活。
动力系统
继电器：充当所有电机电源控制阀
2020/11/7 蜗旋蜗杆转向机构：前轮转向作用
驱动电机： 提供小车行走动力
机械臂底座动力系统
起重转盘：为机械手提供x 轴和y轴方向的作用
2020/11/7
三爪机械手
舵机：为爪提 供源动力
2020/11/7
三爪机构：源动力驱动小转盘，小转 盘再带动三个爪片收张活动
2020/11/7