三自由度机械手臂说明
基于步进电机的三自由度直角型机械手设计
摘 要在工业上，自动控制系统有着广泛的应用，如工业自动化机床控制、计算机系统、 机器人等。
其中工业机器人是相对较新的机械电子设备，它在现代化工业生产中正扮演 着越来越重要的角色。
全自动化工业机械手有能模仿人手和手臂的某些动作功能，用固定程序搬运，抓取 物体或操作工具的自动操作装置，机械手主要由手部和运动机构组成。
按照搬运或者抓 去的物件形状、尺寸、重量、材料和作业环境等的要求的不同，手部有几种结构形式， 吸附型，托持型和夹持型等。
运动机构的功能是使手部完成各种动作：移动、转动等运 动来实现规定的动作。
机构的伸缩、升降和旋转等运动方式，称为机械手的自由度。
本 设计选用三自由度直角坐标型工业机器人，其工作方向为四个直线方向，是通过滚珠丝 杠来实现小臂与大臂的伸缩，升降。
而这些动作都是通过在步进电机的带动下进行。
在 控制器的作用下， 它将执行将工件从一条流水线抓取并运送到另一条流水线这一简单的 动作。
本篇论文主要对机械手的传动部分滚珠丝杠与步进电机进行了计算， 计算内容主要 包括工业机器人的传动机构的设计，以及其机械传动装置的选择。
另外对控制部分的描 述主要有单片机的控制方案，接线原理图以及程序流程图等。
关键词：三自由度，直角坐标，工业机器人ABSTRACTIndustrially, automatic control systems have a wide range of applications, such as automation machine tool control, computer systems, robotics. The industrial robot is a relatively new machinery and electronic equipment in the modern industry, it is playing a more and moreimportant role.Fully automated industrial machinery hand can imitate hand and arm some action function, with fixed procedures handling, grasping an object or operation tool for automatic operation device, the manipulator is mainly composed of a hand and the movement mechanism. According to the transporting or catch to object shape, size, weight, materials and working environment of the different requirements, hand there are several structure forms, adsorption, supporting and clamping type. Motion mechanism is the function of the hand to complete a variety of actions: moving, rotating movement to achieve the required action. Body stretching, lifting and rotating movement, known as the degrees of freedom manipulator. The design of three degree of freedom industrial robot in Cartesian coordinate type, which is composed of four linear direction, through ball screw to realize small arm and the arm stretching, lifting. These movements are all based on the stepper motor driven by. Under the action of the controller, it will perform a workpiece from one production line to crawl and transported to another line of this simple action.This paper focuses on the manipulator drive portion of the ball screw and the stepping motor were calculated, calculate the content mainly includes industrial robot design of the transmission mechanism, and the mechanical transmission device selection. In addition to the control part of the description there are singlechip microcomputer control scheme, the wiring diagram and the program flow diagram.Key words ：three degrees of freedom,Cartesian coordinates , industrial robot目 录1 绪论 (1)1.1 装配机械手的概述.................................................................错误！未定义书签。
三个自由度工业机器人
工业机器人课程作业报告院（系）名称：机电工程学院作业题目：三自由度圆柱坐标工业机器人班级：姓名：学号：目录1.作业要求 (3)1.1作业目的 (3)1.2作业数据 (3)1.3运动功能图符号(本次作业圆柱坐标型) (3)2.总体设计 (4)2.1组成和关系 (4)2.2设计分析 (4)3.机械系统的设计 (5)3.1末端执行机构设计 (5)3.2手臂机构的设计 (6)3.3机座机构的设计 (7)4.附件 (8)4.1总装图 (8)1.作业要求1.1作业目的1：综合运用所学只是，搜集有关资料，独立完成三自由度圆柱坐标工业机器人操作机和驱动但愿的设计工作。
如驱动元、传动机构、腰身、手臂、手腕、手抓、关节、抓钳尺寸、开合力大小等，至少设计两种以上方案。
(注意：此处无需考虑传感器，控制部分和力学计算)1.2作业数据1：自动线上A、B两条输送带之间距离为1.5米，需设计工业机器人将一个零件从A带送到B带。
2：零件尺寸：内孔Φ100、壁厚10、高100。
3：零件材料：45钢1.3运动功能图符号(本次作业圆柱坐标型)表1-1 运动功能图符号(GB/T12643-90)2.总体设计2.1组成和关系工业机器人在GB/T12643-90定义为“是一种能自动控制、可重复编程、多功能、多自由度的操作机，能搬运材料、工件或操持工具，用以完成各种作业”由执行系统、驱动系统、控制检测系统及检测系统组成。
a)机械系统：是执行完成抓取工件，实现抓取动作的必需的机构。
内容保函如下：手部(末端执行器)：直接抓取工件或夹具机构。
臂部：支承腕部的机构，作用是承受工件的负荷，并把它传递到预定的位置。
腕部：连接手部和臂部的机构，作用为调整及改变手部的动作。
机座：是机器人的基础部件支承手臂的部件，并承受相应的载荷，作用是带动臂部转动、升降动作。
b)驱动系统：为执行系统提供动力。
常用传动方式有机械传动、液压传动、气压传动和电传动。
c)控制系统：控制驱动系统，使执行系统按照产品的要求以及抓取的工件要求进行相应的动作，当发生系统错误或执行故障时发出提示报警信号。
3自由度工程机器人
2.2.
工程机器人自主作业控制统是整个工程机器人自主作业系统的核心。通过数据通信系统，它与图像处理系统控制机取得联系，并接收由图像处理系统控制机送来的目标物体空间坐标，将物体坐标由摄象机空间坐标系转换为工程机器人坐标系，再进行运动学反解，计算出各关节角。通过电液比例换向阀控制器，它控制液比例换向阀的开口大小及阀芯移动方向来控制液压缸的伸缩快慢，从而控制工程机器人的作业。同时读取位移、压力传感器的传感器信号，经处理后作为反馈量同目标量进行比较运算，再将算的阀控信号送往电液比例换向阀控制器，如此反复运算直到整个运算结束，这就是工程机器人自主作业过程。
3自由度
3自由度串联关节型机械手结构简图如图1-2所示。
机械各个关节的自由度是由液压缸来改变的，从机构学的角度看，它们都是一个曲柄滑块机构。液由四组直线液压缸来控制串联关节型机械手的四个自由度（包括手部自由度）。整个液压系统由液压站、油路、电控比例换向阀、比例换向阀控制器和液压缸等组成，如图1–3所示。
工程机器人自主作业控制系统要做控制系统的算法研究，及控制系统的软硬件设计。其中工程机器人自主作业控制系统的算法研究我们将在第四章做详细介绍，控制系统的软硬件设计将在第五章做介绍。
机械手臂部的设计及有关计算
机械手臂部的设计及有关计算手臂部件是机械手的主要握持部件。
它的作用是支撑腕部和手部（包括工件或工具），并带动它们作空间运动。
手臂运动应该包括3个运动：伸缩、回转和升降。
本章叙述手臂的伸缩运动，手臂的回转和升降运动设置在机身处，将在下一章叙述。
臂部运动的目的：把手部送到空间运动范围内任意一点。
如果改变手部的姿态（方位），则用腕部的自由度加以实现。
因此，一般来说臂部应该具备3个自由度才能满足基本要求，既手臂伸缩、左右回转、和升降运动。
手臂的各种运动通常用驱动机构和各种传动机构来实现，从臂部的受力情况分析，它在工作中即直接承受腕部、手部、和工件的静、动载荷，而且自身运动较多。
因此，它的结构、工作范围、灵活性等直接影响到机械手的工作性能。
1.1 臂部设计的基本要求一、臂部应承载能力大、刚度好、自重轻（1）根据受力情况，合理选择截面形状和轮廓尺寸。
（2）提高支撑刚度和合理选择支撑点的距离。
（3）合理布置作用力的位置和方向。
（4）注意简化结构。
（5）提高配合精度。
二、臂部运动速度要高，惯性要小机械手手部的运动速度是机械手的主要参数之一，它反映机械手的生产水平。
对于高速度运动的机械手，其最大移动速度设计在10001500mm s,最大回转角速度设计在0180s内，大部分平均移动速度为1000mm s，平均回转角速度在090s。
在速度和回转角速度一定的情况下，减小自身重量是减小惯性的最有效，最直接的办法，因此，机械手臂部要尽可能的轻。
减少惯量具体有3个途径：（1）减少手臂运动件的重量，采用铝合金材料。
（2）减少臂部运动件的轮廓尺寸。
（3）减少回转半径 ，再安排机械手动作顺序时，先缩后回转（或先回转后伸缩），尽可能在较小的前伸位置下进行回转动作。
（4）驱动系统中设有缓冲装置。
三、手臂动作应该灵活为减少手臂运动之间的摩擦阻力，尽可能用滚动摩擦代替滑动摩擦。
对于悬臂式的机械手，其传动件、导向件和定位件布置合理，使手臂运动尽可能平衡，以减少对升降支撑轴线的偏心力矩，特别要防止发生机构卡死（自锁现象）。
三自由度圆柱坐标工业机器人详解
三自由度圆柱坐标型工业机器人设计学院：机电工程学院班级：姓名：学号：1.末端执行机构设计采用内撑连杆杠杆式夹持器，用小型液压缸驱动夹紧，它的结构形式如图。
内撑连杆杠杆式夹持器采用四连杆机构传递撑紧力，即当液压缸1工作时，推动推杆2向下运动，使两钳爪3向外撑开，从而带动弹性爪4夹紧工件。
该种夹持器多用于内孔薄壁零件的夹持。
2.弹性爪的结构设计:这种结构是在手爪外侧用螺钉固定弹性片两端。
当弹性手工作时，由于夹紧过程具有弹性，就可避免易损零件被抓伤、变形和破损。
3.手臂机构的设计本设计中手臂由滚珠丝杠驱动实现上下运动，结构简单，装拆方便，还设计有两根导柱导向，以防止手臂在滚珠丝杠上转动，确保手臂随机座一起转动。
它的结构如下图。
选用轴向脚架型液压缸，活塞杆末端为外螺纹结构，手臂与末端执行器连同活塞杆一起转动。
4.腰部和基座设计1——支座，2——步进电机，3——谐波齿轮，4——转动机座5——支承槽钢梁，6——滚珠丝杠，7——导向柱，8——锥环无键联轴器通过安装在支座上的步进电机和谐波齿轮直接驱动转动壳体转动，从而实现机器人的旋转运动；通过安装在顶部的步进电机和联轴器带动滚珠丝杠转动实现手臂的上下移动。
采用双导柱导向，防止手臂在滚珠丝杠上转动，确保手臂随机座一起转动。
支撑梁采用槽钢，以减轻重量和节省材料，它的结构如上图。
5.驱动方式的选择由上表知步进电机应用于驱动工业机器人有着许多无可替代的优点，如控制性能好，可精确定位，体积较小可用于程序复杂和运动轨迹要求严格的小型通用机械手等，所以本设计采用它来实现机器人的旋转和上下移动。
选电机为BF反应式步进电机，型号为：90BF001。
由上表知,液压驱动方式反应灵敏,可实现连续轨迹控制,液体压力高，可获得较大的输出力,因此机器人的伸缩运动采用液压驱动方式来实现,从而使机器人容易找准工件。
它的型号为Y-HG1-C50/28×100LJ1HL1Q，它的主要技术参数如下表6.工业机器人的计算机控制系统概述工业机器人具有多个自由度，每个自由度一般包括一个伺服机构，它们必须协调起来，组成一个多变量控制系统。
51单片机控制的简单机械手
南京工程学院先进制造技术工程中心电测实验室三自由度气动爪式机械手说明书目录1.三自由度气动机械手简介 (1)2.安装说明 (3)3.操作说明 (6)A.机械手初始状态调整 (6)B.各部件常规检测和使用 (7)C.主控制系统的功能介绍及使用方法 (8)4.气缸使用简介........................................................................ (88)5.电磁阀使用简介.................................................................... (99)6.操作注意事项........................................................................ (99) (99)7.使用常见故障排除................................................................8.机械手的保养...................................................................... (1010)A.机械手的日常维护 (10)B.机械手的防尘 (10)11.参考C程序 (11)1.三自由度气动机械手简介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，其中气动机械手系统由于其介质来源简便以及不污染环境、组件价格低廉、维修方便和系统安全可靠等特点，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。
本气动机械手有气控机械手、单片机控制器或是PLC控制、旋转基座等机械部分、气动元件以及气泵组成。
主要作用是完成机械部件的搬运工作，能放置在各种不同的生产线或物流流水线中，使零件搬运、货物运输更快捷、便利。
三自由度机械手臂说明
2.2.2机械臂……………………………………………………………6
2.3机械手的设计……………………………………………………………6
2.4驱动方式…………………………………………………………………8
2.5传动方式…………………………………………………………………9
“工业机器人”（Industrial Robot）：多数是指程序可变（编）的独立的自动抓取、搬运工件、操作工具的装置（国内称作工业机器人或通用机器人）。
机器人是一种具有人体上肢的部分功能，工作程序固定的自动化装置。机器人具有结构简单、成本低廉、维修容易的优势，但功能较少，适应性较差。目前我国常把具有上述特点的机器人称为专用机器人，而把工业机械人称为通用机器人。
第1章绪论…………………………………………………………………………5
1.1机器人概述………………………………………………………………5
第2章机器人实验平台介绍及机械手的设计……………………………………6
2.1自由度及关节……………………………………………………………6
2.2基座及连杆………………………………………………………………6
SHANDONGＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ ＯＦ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
课程设计说明书
三自由度机械手臂设计
学院：农业工程与食品科学学院
专业：农业机械化及其自动化
学生姓名：赵国0911034036
学生姓名：李继飞0911034030
学生姓名：程小岩0912034039
指导教师：程卫东
2013年1月
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，工业机器人作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、喷涂、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Байду номын сангаас现的方式。
机械手的手腕结构与手臂结构设(CAD图)教学内容
机械手的手腕结构与手臂结构设(C A D图)题目1、机械手的手腕结构与手臂结构设（CAD图）机械手的手腕结构方案设计考虑机械手的通用性，同时由于被抓取工件是水平放置，因此手腕必须设有回转运动才可满足工作的要求。
因此，手腕设计成回转结构，实现手腕回转运动的机构为回转气缸。
机械手的手臂结构方案设计按照抓取工件的要求，本机械手的手臂有三个自由度，即手臂的伸缩、左右回转和升降(或俯仰)运动。
手臂的回转和升降运动是通过立柱来实现的，立柱的横向移动即为手臂的横移。
机械手的主要参数1、主参数机械手的最大抓重是其规格的主参数，目前机械手最大抓重以10公斤左右的为数最多。
故该机械手主参数定为10公斤，高速动作时抓重减半。
使用吸盘式手部时可吸附5公斤的重物。
2、基本参数运动速度是机械手主要的基本参数。
操作节拍对机械手速度提出了要求，设计速度过低限制了它的使用范围。
而影响机械手动作快慢的主要因素是手臂伸缩及回转的速度。
该机械手最大移动速度设计为1.2m/s，最大回转速度设计为1200°/s，平均移动速度为lm/s，平均回转速度为900°/s。
机械手动作时有启动、停止过程的加、减速度存在，用速度一行程曲线来说明速度特性较为全面，因为平均速度与行程有关，故用平均速度表示速度的快慢更为符合速度特性。
除了运动速度以外，手臂设计的基本参数还有伸缩行程和工作半径。
大部分机械手设计成相当于人工坐着或站着且略有走动操作的空间。
过大的伸缩行程和工作半径，必然带来偏重力矩增大而刚性降低。
在这种情况下宜采用自动传送装置为好。
根据统计和比较，该机械手手臂的伸缩行程定为600mm,最大工作半径约为1500mm，手臂安装前后可调200mm。
手臂回转行程范围定为2400(应大于180否则需安装多只手臂)，又由于该机械手设计成手臂安装范围可调，从而扩大了它的使用范围。
手臂升降行程定为150mm。
定位精度也是基本参数之一。
该机械手的定位精度为土0.5～±lmm机械手的技术参数列表一、用途:用于 100 吨以上冲床上下料。
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矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。
如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。
㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。
(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。
如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。
对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。
二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。
2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。
㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。
2、矿产品价格稳定性及变化趋势。
三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。
2、矿区矿产资源概况。
3、该设计与矿区总体开发的关系。
㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。
2、矿床开采技术条件及水文地质条件。