(数控加工)数控机床机械手上下料设计精编
数控机床上下料机械手的机械结构设计
161中国设备工程Engineer ing hina C P l ant中国设备工程 2017.08 （上）1 数控机床上下料机械手发展意义首先，上下料机械手是数控机床科学化、模块化和可重构化项目发展的前提条件，能够对数据进行有效的分析和进行综合处理。
其次，数控机床上下料机械手是一种现代化的操作手段，它主要是PC 机开放型控制器的运维方向，可以有效的提高机床整体的操作效率和水平。
同时，它具有较强的集成性，能够加强系统安全性能的管理和控制，从而达到最优效果。
另外，可以对数据进行整合，实现机床的网络化和标准化控制。
最后，数控机床上下料机械手设备中的传感器在整体设备中发挥着重要的作用，使得相对应的速度参数得到了不断的优化，而在焊接和装配方向能够实现集中处理和综合管理控制，更加提升了设备的仿真效果和动态运行的优化。
2 机械手的主要优势和运用数控机床上下料机械手具有很多优势，在机械运行中起到关键的作用。
机械手在实施过程中，具有较快的速度，工作效率高，具有很强的负载能力。
同时，在进行移位时，也具有很好的精准性，在很大程度上减低了故障发生率，其优势非常明显。
当前，机械手已经得到了广泛的应用，特别在DK050机床上的成功应用，大大提高了数控机床的工作效率，也是数控机床柔性输送方面的巨大创新。
随着制造业的快速发展，机械手将会得到不断的完善和发展，并更加广泛的应用到制造业中，在最短的时间内创造出最大的工作效率，有利于企业获得更多的经济效益。
3 上下机械手手爪架构的流程设计数控机床上下料机械手存在多种类型，在实际操作中，必须根据数控机床实际作业和装置情况进行严格选择，针对不同的操作要求，选择与之相适应的机械手。
最为常见的机械手包括三种，分别为测量式手抓，搬用式手抓和加工式手抓，这几种机械手存在很多差异，也有自己相应的用途。
在机械式手抓设计和使用中必须符合每种样式具体的使用要求，遵循相应的原则进行施工，在符合它运转和作用具体要求下进行合理的设计和开发，如图1。
车床上下料机械手的设计
摘要对工业机械手各部分机械结构和功能的论述和分析，设计了一种圆柱坐标形式机械手。
重点针对机械手的立柱、手臂、手爪等各部分机械结构以及机械手控制系统进行了详细的设计。
具体进行了机械手的总体设计，立柱结构的设计，机械手手臂结构的设计，末端执行器（手爪）的结构设计，机械手的机械传动机构的设计，机械手驱动系统的设计。
同时对液压系统和控制系统进行了理论分析和计算。
基于PLC对机械手的控制系统进行了深入细致的设计，通过对机械手作业的工艺过程和控制要求的分析，设计了控制系统的硬件电路，同时编制了机械手的控制程序，达到了设计的预期目标。
关键词：机械手,可编程控制器PLC,液压伺服定位,电液系统AbstractIntegratting the knowledge of the past four years of Machine, discuss and analysis the each part and function of manipulator; design a kind of cylinderical coordinate manipulator used to pack and unload work piece for CNC machine tools. In particular, made the detailed design about base, arm, and end effector and the control system etc. including Total design, waist’s construction design, the arm’s construction design, the wrist’s constr uction design, the end effector’s construction design, and the drive system of manipulator. At the same time, analysis and compute the hydraulic pressure system and control system. Deeply design the manipulator’s control system, which based on PLC. After a nalysis about the craft process and the requests of the manipulator, the hardware circuit and the control program of the manipulator then is designed. In a word, the design of the manipulator has come to the anticipant object.Keyways: Manipulator, Programmable Logic Controller, Hydraulic servo control, Electrohydraulic system目录摘要 (1)Abstract (2)1 绪论 (1)1.1 选题背景 (1)1.2 设计目的 (1)1.3 国内外研究现状和趋势 (2)1.4 设计原则 (4)2 工业机械手的总体设计方案 (5)2.1 工业机械手传动方案设计 (5)2.2 工业机械手运动方案设计 (5)3 机械手结构设计 (9)3.1各执行部件（液压缸）的类型选择 (9)3.2 各执行部件之间的联接和固定方式设计 (9)3.3 手部的结构设计、计算及选型 (9)3.4 小手臂的结构设计、计算及选型 (13)3.5 大手臂的结构设计、计算及选型 (18)3.6 回转缸的结构设计、计算及选型 (20)4 液压系统设计 (25)4.1 液压系统的组成 (25)4.2 液压系统的特点 (26)4.3 拟定液压系统 (26)4.4 液压系统控制元件的选型 (27)4.5 液压控制原理及过程说明 (29)4.6 油缸泄露问题与密封装置 (30)4.7 管路布置 (31)5 PLC控制系统设计 (32)结论 (34)致谢 (35)参考文献 (36)1 绪论1.1 选题背景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，它是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。
机床上下料机械手控制系统的设计
第1章绪论1.1 选题背景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，它是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。
近年来，随着电子技术特别是电子计算机的广泛应用，机器人的研制和生产已成为高技术领域内迅速发展起来的一门新兴技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。
机械手能代替人类完成危险、重复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，提高劳动生产力。
机械手越来越广泛的得到了应用，在机械行业中它可用于零部件组装，加工工件的搬运、装卸，特别是在自动化数控机床、组合机床上使用更普遍。
目前，机械手已发展成为柔性制造系统FMS和柔性制造单元FMC 中一个重要组成部分。
把机床设备和机械手共同构成一个柔性加工系统或柔性制造单元，它适应于中、小批量生产，可以节省庞大的工件输送装置，结构紧凑，而且适应性很强。
当工件变更时，柔性生产系统很容易改变，有利于企业不断更新适销对路的品种，提高产品质量，更好地适应市场竞争的需要。
而目前我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，应用规模和产业化水平低，机械手的研究和开发直接影响到我国自动化生产水平的提高，从经济上、技术上考虑都是十分必要的。
因此，进行机械手的研究设计是非常有意义的。
1.2 设计目的本设计通过对机械设计制造及其自动化专业大学本科四年的所学知识进行整合，完成一个特定功能、特殊要求的数控机床上下料机械手的设计，能够比较好地体现机械设计制造及其自动化专业毕业生的理论研究水平，实践动手能力以及专业精神和态度，具有较强的针对性和明确的实施目标，能够实现理论和实践的有机结合。
目前，在国内很多工厂的生产线上数控机床装卸工件仍由人工完成，劳动强度大、生产效率低。
为了提高生产加工的工作效率,降低成本,并使生产线发展成为柔性制造系统,适应现代自动化大生产,针对具体生产工艺,利用机器人技术，设计用一台装卸机械手代替人工工作，以提高劳动生产率。
数控机床上下料机械手的机械结构设计
数控机床上下料机械手的机械结构设计【摘要】上下料机械手的设计是数控机床的关键，直接关系到机床的工作质量和工作效率。
所以，在设计数控机床上的上下料机械手时，必须要对其工作特性有一定的认识，并对其进行合理的机械结构设计，以保证其在实际加工过程中的使用。
合理地设计机械手的机械结构，不仅能提高结构的紧凑性，同时也能节省搬运设备。
因此，探索机械手的结构设计是非常有实际意义的。
本文着重介绍了数控机床上下料机械手的机械结构设计，以期对有关技术人员提供一定的借鉴.【关键词】数控机床；上下料机械手；结构设计；1.数控机床上下料机械手的机械结构设计1.1手爪设计爪子是用来抓取工件，确保抓取的力量，根据工件的抓取部位和特点，可将其分为三指和两指，一种是用来抓取圆盘和轴的，另一种是用来抓取异形或盒状的。
在手爪的结构设计中，手爪是工作操作的主要设备，其类型有多种，如搬运手爪、加工手爪、测量手爪等。
机械手的设计必须以机械操作为基础，以满足机械操作的要求，使其体积小、质量轻、结构紧凑、通用性强，便于操作和维护。
按工艺要求，手爪的冲程设计也要注意同时兼顾毛坯与成品的抓取，同时还要考虑到是否要采用弹丸机构。
根据实际情况，工件是轴类零件，本次设计中使用了空气动力夹具，在手指部位涂上了聚氨酯，在保证工件表面质量的前提下，提高了摩擦系数。
V型指头还能实现对工件的自动定心，确保了上料过程中的精度一致性。
1.2手腕设计在机械臂的结构设计中，腕部充当了操作机的终端，将爪子与机械的手臂连接起来，从而实现了机械的工作空间。
因此，在设计腕部时，必须尽量使其结构部件更轻更紧凑，并与机械结构的工作需求相结合，使腕部结构的自由度得到合理的设计。
腕部连接两只爪，分别进行下料和上料，节约换料时间。
腕部设有减震装置，并设有硬限位，可有效防止因超限引起的机械损伤。
在分析上、下料操作时，应充分考虑到数控机床的加工方式，以保证系统的设计要求为前提，提高总体的安全性，减少机械臂的控制难度，简化机械结构，在不增加自由度的情况下，根据这三个自由度，就可以完成对机床的下料。
机器人给机床自动上下料设计
机器人给机床自动上下料设计随着工业化的不断发展，机器人在工业生产中扮演着越来越重要的角色。
机器人的自动化和智能化，使得它们在机床自动上下料方面具有巨大的优势。
下面将对机器人给机床自动上下料的设计进行详细的探讨。
首先，机器人给机床自动上下料的设计需要考虑以下几个方面：1.机器人的结构和配置。
机器人在机床自动上下料中扮演着重要的角色，因此它的结构和配置至关重要。
机器人需要有足够的力量和灵活的动作来完成上下料的任务。
同时，机器人的手臂和工具需要具备足够的精度和稳定性，以确保物料的准确放置和取出。
2.应用特定的机器人控制系统。
机器人控制系统是机器人实现自动上下料的核心部分。
它需要能够实时监测机器人的状态和位置，并准确控制机器人的动作。
同时，机器人控制系统还需要能够与机床的控制系统进行集成，以实现机器人和机床之间的协同工作。
3.安全性和可靠性设计。
机器人在机床自动上下料中需要与操作人员和其他设备进行紧密的协作。
因此，机器人的设计需要考虑到安全性和可靠性的因素。
例如，机器人需要具备可靠的碰撞检测和紧急停止功能，以避免与人员和设备发生碰撞。
同时，机器人还需要具备自动故障诊断和恢复功能，以保证其在故障情况下能够正常工作。
在机器人给机床自动上下料的设计中1.视觉识别技术。
机器人需要能够识别和定位待加工工件的位置和姿态。
视觉识别技术可以通过摄像头和图像处理算法来实现。
机器人可以通过处理图像数据，识别工件的位置和姿态，并将其与机床的坐标系进行转换，以准确放置和取出工件。
2.接触力控制技术。
机器人在上下料过程中需要以适当的力量进行接触。
接触力控制技术可以通过使用力传感器和反馈控制算法来实现。
机器人可以通过实时监测接触力，并调整自身的动作来确保与工件的接触力在合适的范围内。
3.数据通信和集成技术。
机器人需要与机床的控制系统进行数据通信和集成。
数据通信和集成技术可以通过使用标准的通信协议和接口来实现。
机器人可以与机床的控制系统进行数据交换，以实现机器人和机床之间的协同工作。
机床上下料机械手的毕业设计
机床上下料机械手的毕业设计毕业设计的主要目的是设计一个具有高效、安全、可靠的机床上下料机械手，能够满足工业生产中对于上下料操作的需求，提高生产效率和产品质量。
首先，设计要考虑机械手的结构和动力系统。
机械手的结构应该具有一定的刚性和稳定性，以保证在高速运动和负载条件下的运动精度和稳定性。
动力系统可以选择液压、气动或电动驱动方式，根据实际需求选择合适的驱动方式。
同时，也要考虑机械手的可重复定位精度和工作速度等指标的要求。
其次，设计要考虑机械手的控制系统。
控制系统一般由控制器、传感器和执行器等组成，可以选择PLC控制器或者控制卡进行控制。
传感器主要用于机械手的位置、力量和速度等参数的检测，以保证机械手的安全运行。
执行器则是实现机械手的运动控制和操作功能的关键部件。
另外，设计要考虑机械手的安全保护措施。
在机械手的设计中应该考虑到安全措施，如限位开关、急停开关和保护罩等，以确保操作人员的安全。
此外，设计要考虑机械手的编程和操作控制。
机械手的编程可以使用编程语言或者图形化编程工具进行，根据工厂的实际需求对机械手进行编程，实现自动化的上下料操作。
操作控制方面可以选择人机界面进行操作，使操作更加简便易行。
最后，需要对设计的机械手进行仿真和实验验证。
通过模拟仿真和实验验证，可以检验设计的机械手是否满足预期的要求，并进行相应的调整和改进。
综上所述，机床上下料机械手的毕业设计需要考虑到结构和动力系统、控制系统、安全保护措施、编程和操作控制等方面的考虑，同时还需要进行仿真和实验验证。
通过设计和实验验证，可以得到一个高效、安全、可靠的机床上下料机械手，提高生产效率和产品质量。
数控机床上下料机械手设计
学科门类：单位代码：毕业设计说明书（论文）数控机床上下料机械手设计学生姓名所学专业班级学号指导教师XXXXXXXXX系二○**年X X月任务书任务下达日期：20** 年 3 月13 日设计（论文）开始日期：20** 年 3 月13 日设计（论文）完成日期：20** 年 6 月20 日一、设计（论文）题目：数控机床上下料机械手设计二、专题题目：高速切削的数控加工工艺三、设计的目的和意义：通过对机械设计制造及其自动化专业机制方向大学本科四年的所学知识进行整合，完成一个特定功能、特殊要求的检测、控制仪器的制作，能够充分、完整地体现电子信息工程专业类毕业生的理论研究水平，实践动手能力以及专业精神和态度，具有较强的针对性和明确的实施目标，能够实现理论到实践的有机结合。
本设计能够广泛应用于家庭、车站、码头、医疗机构等需要对人体温度进行实时检测的场所，满足用户对体温实时测试的要求，并能够对体温进行实时显示和对体温异常现象进行报警。
目前，本设计的国内外研究及应用主要体现在2003年全国抗击“非典”期间，清华大学深圳研究所研制的“红外数字体温计”以及同时期出现的国内其他生产厂家制作的“数字遥感体温计”。
四、设计（论文）主要内容：（1）机械手的整体结构设计及其总装图、液压系统图和PLC接线图以及具体零件图的绘制（一张零号图，三张一号图，二张二号图，合计三张零号图）（2）具体设计过程及其合理性的文字说明。
五、设计目标：完成对机械手的总体结构设计，主要是设计合理的液压传动系统，以及PLC控制程序，能合理地控制机械手上下料。
六、进度计划：20**年3月13日至3月31日进行为期3周的生产实习；4月1日至4月20日完成对设计题目的资料收集与查询；4月21日至5月31日完成对设计图纸的绘制；6月1日至6月20日完成毕业设计说明书的编写；6月21日至6月24日最后的审稿及说明书和图纸的打印。
七、参考文献资料：1 付永领, 王岩, 裴忠才. 基于CAN总线液压喷漆机器人控制系统设计与实现. 机床与液压. 2003, (6): 90~922 丁又青, 朱新才. 一种新型型钢翻面机液压系统设计. 机床与液. 2003, (5):128~1293 刘剑雄, 韩建华. 物流自动化搬运机械手机电系统研究. 机床与液压. 2003, (1): 126~1284 徐轶, 杨征瑞, 朱敏华, 温齐全. PLC在电液比例与伺服控制系统中的应用. 机床与液压. 2003, (5): 143~1445 胡学林. 可编程控制器(基础篇). 北京: 电子工业出版社, 2003.6 胡学林. 可编程控制器(实训篇). 北京: 电子工业出版社, 2004.7 孙兵, 赵斌, 施永康. 基于PLC的机械手混合驱动控制. 液压与气动. 2005, (3): 37~398 孙兵, 赵斌, 施永康. 物料搬运机械手的研制. 机电一体化. 2005, (2): 43~459 王田苗, 丑武胜. 机电控制基础理论及应用. 北京: 清华大学出版社, 2003.10 李建勇. 机电一体化技术. 北京: 科学出版社, 2004.11 王孙安, 杜海峰, 任华. 机械电子工程. 北京: 科学出版社,2003.12 张启玲, 何玉安. PLC在气动控制称量包装装置中的应用. 液压与气动.2005, (1): 31~3313赵文. 数字控制技术在龙门刨床电控系统中的应用. 电气传动. 2005. 35 卷(3): 55~5714 沈兴全, 吴秀玲. 液压传动与控制. 北京: 国防工业出版社, 2005.15 王宪军, 赵存友. 液压传动. 哈尔滨: 哈尔滨工程大学出版社, 2002.16 徐灏等. 机械设计手册. 第5卷. 北京: 机械工业出版社, 2000.17陈铁鸣, 王连明, 王黎钦. 机械设计(修订版). 哈尔滨: 哈尔滨工业大学出版社, 2003.18 邓星钟. 机电传动控制(第三版). 武汉: 华中科技大学出版社, 2001.19 西门子自动化与驱动集团(SIEMENS AG). S7-200系统手册. 2002.20 蔡行健. 深入浅出西门子S7-200 PLC. 北京: 北京航空航天大学出版社,2003.22 张利平. 现代液压技术应用220例. 化学工业出版社, 2004.23 高西林. 锻床上料机械手. 轻工机械. 2001,(2):24 李春波, 王大明, 李哲, 王祖温. PLC控制的气动上下料机械手. 液压气动与密封, 1999. 12. (6): 21~2425 尹自荣, 熊晓红, 骆际焕, 王建坤. 数控上下料机械手的研究及应用. 锻压机械. 1994, (6): 3~526 张波, 李卫民, 尚锐. 多功能上下料用机械手液压系统. 2002，(8): 31~3227 侯沂, 刘涛. 装卸机械手设计研究. 机械. 2004, 第31卷(6): 53~5428 叶爱芹, 袁金强. PLC在机械手控制系统中的应用. 安徽技术师范学院学报. 2001, 15卷(4): 64～6529 王会香, 孙全颖. 自动涂胶机械手的PLC控制. 哈尔滨理工大学学报.2002，7卷(5): 16~1830 潘沛霖, 杨宏, 高波, 吴伟光. 四自由度折叠式机械手的结构设计与分析.哈尔滨工业大学学报. 1994, 26卷(4): 90~9531 刘新一. 多工位自动冲床机械手控制器设计. 广州大学学报（综合版）.2000, 第14卷(3): 19~2032吉爱国, 冯汝鹏, 郭伟, 张锦江. 计算机在机械手控制中的应用. 机械与电子. 1996, (6): 8~9指导教师：院（系）主管领导：年月日摘要通过对机械设计制造及其自动化专业大学本科四年的所学知识进行整合，对工业机械手各部分机械结构和功能的论述和分析，设计了一种圆柱坐标形式的数控机床上下料机械手。
上下料机械手毕业设计
上下料机械手毕业设计摘要：本文介绍了一种上下料机械手的设计方案。
该机械手主要由机械结构、运动控制系统和自动化控制系统三个部分组成。
机械结构采用钢材和铝合金制作，并通过特殊的设计实现了稳定可靠的运动。
运动控制系统采用伺服电机和编码器实现机械手的精准定位和运动控制。
自动化控制系统采用PLC和HMI实现工作流程的自动化控制和监控。
该设计方案具有结构简单、操作简便、稳定可靠等特点，适用于工业自动化领域的上下料操作。
1.引言上下料机械手是一种用于工业自动化上下料操作的装置，具有结构简单、操作便利、效率高等优点，广泛应用于各个领域。
然而，目前市场上的上下料机械手仍存在一些问题，比如结构不稳定、运动不精准等。
为了解决这些问题，本文提出了一种新的上下料机械手设计方案。
2.设计方案2.1机械结构该机械手的机械结构主要由钢材和铝合金制成，具有足够的强度和刚度。
并且，机械结构采用了特殊的设计，使得机械手在运动时具有稳定可靠的特性。
同时，机械手还配备了一些传感器，用于检测工件和夹具的位置和状态。
2.2运动控制系统该机械手的运动控制系统主要由伺服电机和编码器组成，用于实现机械手的精准定位和运动控制。
伺服电机通过控制电流来控制机械手的运动，编码器用于检测机械手的位置和速度。
2.3自动化控制系统该机械手的自动化控制系统主要由PLC和HMI组成，用于实现工作流程的自动化控制和监控。
PLC负责控制机械手的各个动作，如夹取、放置等，HMI用于操作和监控整个系统。
3.实验与结果为了验证该机械手的设计方案，我们进行了一系列实验。
实验结果表明，该机械手能够稳定可靠地完成上下料操作，并且具有较高的定位精度和运动控制精度。
同时，该机械手的自动化控制系统能够有效地提高工作效率。
4.结论本文设计了一种上下料机械手的新方案，该方案具有结构简单、操作简便、稳定可靠等特点，适用于工业自动化领域的上下料操作。
然而，该设计方案还有一些局限性，比如只适用于特定工件和夹具。
车床上下料机械手的设计(含全套CAD图纸)
Abstract..........................................................................................................................................................2
5 PLC 控制系统设计........................................................................................................................ 32
结 论..........................................................................................................................................................34
2 工业机械手的总体设计方案...................................................................................................... 5
2.1 工业机械手传动方案设计............................................................................................................ 5 2.2 工业机械手运动方案设计............................................................................................................ 5
数控机床上下料机械手设计机电一体化毕业论文
数控机床上下料机械⼿设计机电⼀体化毕业论⽂摘要通过对机械设计、制造及其⾃动化专业课程的学习，总结⼤学四年所学的知识，对⼯业机械⼿各部分机械结构和功能的论述和分析，以及实际操作中的应⽤情况，设计了⼀种圆柱坐标形式的数控机床上下料机械⼿。
重点针对机械⼿的⼿⽖、⼿腕、⼿臂、腰座等各部分机械结构以及机械⼿控制系统（传动系统、驱动系统）进⾏了详细的设计。
同时对其控制系统和液压系统进⾏了理论分析和设计计算。
基于PLC对机械⼿的控制系统进⾏了深⼊细致的设计，通过对机械⼿作业的⼯艺过程和控制要求的分析，设计了控制系统的硬件电路，同时编制了机械⼿的控制程序。
设计达到了预期⽬标。
关键词：机械⼿；PLC；液压伺服定位；电液系统AbstractThrough mechanical design, manufacturing and automation professional course of study, four-year summary of what you have learned, on industrial robot mechanical parts of the structure and function of discussion and analysis, as well as the actual operation of the application, designed a cylindrical form of CNC machine tool Manipulator. Focused on robotic hand, wrist, arm, waist, and other parts of the mechanical structure, and the robot control system (transmission system, driving system) with a detailed design. At the same time on the control system and hydraulic system for the calculation of theoretical analysis anddesign. The PLC-based control system of the manipulator for intensive design, by manipulators of process and control requirements analysis, design of control systems hardware circuit, be compiled in a robotic control program. The design reached the intended target.Key words: Robotics; PLC; hydraulic servo positioning; electro-hydraulic system第⼀章绪论1.1选题背景由于⼯业⾃动化的全⾯发展和科学技术的不断提⾼，对⼯作效率的提⾼迫在眉睫。
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（数控加工）数控机床机械手上下料设计 数控机床上下料机械手设计摘要:通过对机械设计、制造及其自动化专业课程的学
习，对工业机械手各部分机械结构和功能的论述和分析，以及实际操作中的应用情况，设计了壹种圆柱坐标形式的数控机床上下料机械手。重点针对机械手的手爪、手腕、手臂、腰座等各部分机械结构以及机械手控制系统（传动系统、驱动系统）进行了详细的设计。同时对其控制系统和液压系统进行了理论分析和设计计算。基于PLC对机械手的控制系统进行了深入细致的设计，通过对机械手作业的工艺过程和控制要求的分析，设计了控制系统的硬件电路，同时编制了机械手的控制程序。设计达到了预期目标。
关键词：机械手；PLC；液压伺服定位；电液系统
目录 第1章前言.............................................................1 1.1选题背景.1 1.2设计目的.1 1.3发展现状和趋势.1 第2章机械手各部件的设计.3 2.1机械手的总体设计.3 2.1.1机械手总体结构的类型.3 2.1.2具体设计方案.4 2.2机械手手爪结构的设计.4 2.2.1设计要求.4 2.2.2驱动方式.5 2.2.3典型结构.5 2.2.4具体设计方案.6 2.3机械手手腕结构的设计.7 2.3.1手腕结构的设计要求.7 2.3.2具体设计方案.7 2.4机械手手臂构的设计.8 2.4.1手臂结构的设计要求.8 2.4.2具体设计方案.8 2.5机械手腰座结构的设计.9 2.5.1腰座结构的设计要求.9 2.5.2具体设计方案.9 2.6机械手的机械传动机构的设计.10 2.6.1传动机构设计应注意的问题.10 2.6.2常用的传动机构形式.10 2.6.3具体设计方案.11 2.7机械手驱动系统的设计.12 2.7.1常用驱动系统及其特点.12 2.7.2具体设计方案.12 2.8机械手手臂的平衡机构设计.12 2.8.1平衡机构的形式.12 2.8.2具体设计方案.13 第3章理论分析和设计计算.14 3.1电机选型有关参数计算.14 3.1.1有关参数的计算.14 3.1.2电机型号的选择.16 3.2液压传动系统设计计算.18 3.2.1确定液压系统基本方案.18 3.2.2拟定液压执行元件运动控制回路.19 3.2.3液压源系统的设计.19 3.2.4绘制液压系统图.20 3.2.5确定液压系统的主要参数.21 3.2.6计算和选择液压元件.26 第4章机械手控制系统的设计.28 4.1系统硬件设计.28 4.1.1操作面板布置.28 4.1.2工艺过程和控制要求.28 4.1.3作业流程.29 4.1.4控制器的选型.30 4.1.5控制系统原理分析.31 4.1.6PLC外部接线设计.31 4.1.7I/O地址分配.32 4.2系统软件设计.33 4.2.1控制主程序流程图.33 4.2.2控制程序设计.34 结论.51 致谢................................................................52 参考文献..........................................................53 第壹章前言 1.1选题背景 由于工业自动化的全面发展和科学技术的不断提高，对工作效率的提高迫在眉睫。单纯的手工劳作以满足不了工业自动化的要求，因此，必须利用先进设备生产自动化机械以取代人的劳动，满足工业自动化的需求。其中机械手是其发展过程中的重要产物之壹，它不仅提高了劳动生产的效率，仍能代替人类完成高强度、危险、重复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，能够说是壹举俩得。在机械行业中，机械手越来越广泛的得到应用，它可用于零部件的组装，加工工件的搬运、装卸，特别是在自动化数控机床、组合机床上使用更为普遍。目前，机械手已发展成为柔性制造系统FMS和柔性制造单元FMC中壹个重要组成部分。把机床设备和机械手共同构成壹个柔性加工系统或柔性制造单元，能够节省庞大的工件输送装置，结构紧凑，而且适应性很强。但目前我国的工业机械手技术及其工程应用的水平和国外比仍有壹定的距离，应用规模和产业化水平低，机械手的研究和开发直接影响到我国机械行业自动化生产水平的提高，从经济上、技术上考虑都是十分必要的。因此，进行机械手的研究设计具有重要意义。
1.2设计目的 目前，我国大多数工厂的生产线上数控机床装卸工件仍由人工完成，其劳动强度大、生产效率低，而且具有壹定的危险性，已经满足不了生产自动化的发展趋势。为了提高工作效率,降低成本,且使生产线发展成为柔性制造系统,适应现代机械行业自动化生产的要求,针对具体生产工艺,结合机床的实际结构，利用机械手技术，设计用壹台上下料机械手代替人工工作，以提高劳动生产率。本机械手主要和数控机床组合最终形成生产线，实现加工过程的自动化和无人化。
1.3发展现状和趋势 目前，国内外各种机械手和机械手的研究成为科研的热点，其研究的现状和大体趋势如下：
壹．机械结构向模块化、可重构化发展。 二．工业机械手控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化；器件集成度提高，结构小巧，且采用模块化结构；大大提高了系统的可靠性、易操作性，而且维修方便。 三．机械手中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，仍引进了视觉、听觉、接触觉传感器，使其向智能化方向发展。
四．关节式、侧喷式、顶喷式、龙门式喷涂机械手产品标准化、通用化、模块化、系列化设计；柔性仿形喷涂机械手开发，柔性仿形复合机构开发，仿形伺服轴轨迹规划研究，控制系统开发；
五．焊接、搬运、装配、切割等作业的工业机械手产品的标准化、通用化、模块化、系列化研究；以及离线示教编程和系统动态仿真。
总的来说，大体是俩个方向：其壹是机械手的智能化，多传感器、多控制器，先进的控制算法，复杂的机电控制系统；其二是和生产加工相联系，性价比高，在满足工作要求的基础上，追求系统的经济、简洁、可靠，大量采用工业控制器，市场化、模块化的元件。
第二章机械手各部件的设计 2.1机械手的总体设计 2.1.1机械手总体结构的类型 工业机械手的结构形式主要有四种：直角坐标结构，圆柱坐标结构，球坐标结构和关节型结构。各结构形式及其相应的特点，分别介绍如下：
1.直角坐标机械手结构特点 直角坐标机械手的空间运动是用三个相互垂直的直线运动来实现的，如图2-1.a。由于直线运动易于实现全闭环的位置控制，因此，其运动位置精度高，但此种类型机械手的运动空间相对较小，如要达到较大运动空间，则要求机械手的尺寸足够大。直角坐标机械手的工作空间为壹空间长方体，主要用于装配作业及搬运作业。直角坐标机械手有悬臂式，龙门式，天车式三种结构。
2.圆柱坐标机械手结构特点 圆柱坐标机械手的空间运动是用壹个回转运动及俩个直线运动来实现的，如图2-1.b。其工作空间是壹个圆柱状的空间。这种机械手构造比较简单，精度相对较高，常用于搬运作业。
3.球坐标机械手结构特点 球坐标机械手的空间运动是由俩个回转运动和壹个直线运动来实现的，如图2-1.c。其工作空间是壹个类球形的空间。这种机械手结构简单、成本较低，但精度不很高，主要应用于搬运作业。
4.关节型机械手结构特点 关节型机械手的空间运动是由三个回转运动实现的，如图2-1.d。相对机械手本体尺寸，其工作空间比较大，动作灵活，结构紧凑，占地面积小。此种机械手在工业中应用十分广泛，如焊接、喷漆、搬运、装配等作业。关节型机械手又分为水平关节型和垂直关节型俩种。 2.1.2具体采用方案 如图2-2所示机械手模拟工作布局图，根据实际操作的需要，该机械手在工作中需要3种运动,其中手臂的伸缩和立柱升降为直线运动,另壹个为手臂的回转运动,因此其自由度数目为3，综合考虑，应选择圆柱坐标机械手结构，其结构简单，工作范围相对较大，且有较高的精度，满足设计要求。
2.2机械手手爪结构设计 2.2.1设计要求 手爪是用来进行操作及作业的装置，其种类很多，根据操作及作业方式的不同，分为搬运用、加工用、测量用等。搬运用手爪是指各种夹持装置，用来抓取或吸附被搬运的物体；加工用手爪是带有喷枪、焊枪、砂轮、铣刀等加工工具的机械手附加装置，用来进行相应的加工作业；测量用手爪是装有测量头或传感器的附加装置，用来进行测量及检验作业。
机械手手爪设计有如下要求： １、机械手手爪是根据机械手作业要求来设计的。既根据其应用场合设计手爪，在满足作业要求的前提下，机械手手爪仍要求体积小、重量轻、结构紧凑。
２、机械手手爪的万能性和专用性是矛盾的。万能手爪在结构上很复杂，甚至很难实现，从工业实际应用出发，应着重开发各种专用的、高效率的机械手手爪，加之以快速更换装置，以实现机械手的多种作业功能，而不主张用壹个万能的手爪去完成多种作业，以考虑设计的经济效益。
３、机械手手爪的通用性。通用性是指有限的手爪，可适用于不同的机械手，这就要求末端执行器要有标准的机械接口（如法兰），使末端执行器实现标准化。
４、机械手手爪要便于安装和维修，易于实现计算机控制。 2.2.2驱动方式 壹般工业机械手手爪，多为双指手爪。按手指的运动方式，可分为回转型和移动型；按夹持方式来分，有外夹式和内撑式俩种。
机械手夹持器（手爪）的驱动方式主要有三种： 1.气动驱动方式 这种驱动系统是用电磁阀来控制手爪的运动方向，用气流调节阀来调节其运动速度。由于气动驱动系统价格较低，所以气动夹持器在工业中应用较为普遍。另外，由于气体的可压缩性，使气动手爪的抓取运动具有壹定的柔顺性，这壹点是抓取动作十分需要的。
2.电动驱动方式 电动驱动手爪应用也较为广泛。这种手爪，壹般采用直流伺服电机或步进电机，且需要减速器以获得足够大的驱动力和力矩。电动驱动方式可实现手爪的力和位