机械综合课程设计说明书设计题目：机器人液压手爪设计
专业：机械设计制造及其自动化
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2017年12月23日
目录
课程设计指导书 (1)
目录 (2)
摘要 (3)
第一章概述 (4)
1.1工业机器人和机械手概述 (4)
1.2 机器人的历史、现状 (5)
1.3 机器人发展趋势 (6)
第二章机械手结构设计 (6)
2.1设计时应考虑的几个问题 (6)
2.2 机械手指形状设计 (7)
2.3 机械手爪整体结构设计 (7)
第三章手爪受力计算及分析 (8)
3.1 手爪受力分析 (8)
3.2 动作原理说明 (8)
3.3 夹紧力与N与驱动力A的关系（传力比） (8)
3.4 运动的动作范围 (9)
第四章手爪的夹持误差分析 (10)
4.1 误差产生原因 (10)
4.2 误差计算 (11)
第五章其他零件的设计 (13)
5.1 楔块 (13)
5.2 材料及连接件选择 (15)
5.3液压设备的选择 (15)
5.4 手爪零件的设计和尺寸 (16)
5.5 零件的连接固定 (17)
设计心得与体会 (19)
参考文献 (20)
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、取件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。
本次课程设计旨在设计一个简易的机械手结构，使其能够在气缸作为动力的情况下实现对目标的夹持，运送以及放下等工作，并绘制出机械手各部件的详细零件图和装配图，在此基础上能进行三维仿真。在金工实习期间将该机械手进行制造加工，使实物能够顺利运作，
关键词：机械手；气缸；结构设计
第一章概述
1.1工业机器人和机械手概述
在现代工业中，生产过程的机械化、自动化已成为突出的主题。化工等连续性生产过程的自动化已基本得到解决。但在机械工业中，加工、装配等生产是不连续的。专用机床是大批量生产自动化的有效办法；程控机床、数控机床、加工中心等自动化机械是有效地解决多品种小批量生产自动化的重要办法。但除切削加工本身外，还有大量的装卸、搬运、装配等作业，有待于进一步实现机械化。机器人的出现并得到应用，为这些作业的机械化奠定了良好的基础。
“工业机器人”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。
简而言之，机器人就是用机器代替人手，把工件由某个地方移向指定的工作位置，或按照工作要求以操纵工件进行加工。
要机器人像人一样拿取东西，最简单的基本条件是要有一套类似于指、腕、臂、关节等部分组成的抓取和移动机构——执行机构；像肌肉那样使手臂运动的驱动－传动系统；像大脑那样指挥手动作的控制系统。这些系统的性能就决定了机器人的性能。一般而言，机器人通常就是由执行机构、驱动－传动系统和控制系统这三部分组成，如图1所示。
图1.1 机器人的一般组成
1.2 机器人的历史、现状
机器人首先是从美国开始研制的。1958年美国联合控制公司研制出第一台机器人。它的结构特点是机体上安装一回转长臂，端部装有电磁铁的工件抓放机构，控制系统是示教型的。
日本是工业机器人发展最快、应用最多的国家。自1969年从美国引进两种典型机器人后，大力从事机器人的研究。
目前工业机器人大部分还属于第一代，主要依靠人工进行控制；控制方式则为开环式，没有识别能力；改进的方向主要是降低成本和提高精度。
第二代机器人正在加紧研制。它设有微型电子计算机控制系统，具有视觉、触觉能力，甚至听、想的能力。研究安装各种传感器，把感觉到的信息进行反馈，使机器人具有感觉机能。
第三代机器人（机器人）则能独立地完成工作过程中的任务。它与电子计算机和电视设备保持联系，并逐步发展成为柔性制造系统FMS和柔性制造单元FMC中的重要一环。
随着工业机器人研究制造和应用领域不断扩大，国际性学术交流活动十分活跃，欧美各国和其他国家学术交流活动开展很多。国际工业机器人会议ISIR决定每年召开一次会议，讨论和研究机器人的发展及应用问题。
目前，工业机器人主要用于装卸、搬运、焊接、铸锻和热处理等方面，无论数量、品种和性能方面还不能满足工业生产发展的需要。使用工业机器人代替人工操作的，主要是在危险作业（广义的）、多粉尘、高温、噪声、工作空间狭小等不适于人工作业的环境。
在国外机械制造业中，工业机器人应用较多，发展较快。目前主要应用于机床、模锻压力机的上下料，以及点焊、喷漆等作业，它可按照事先制订的作业程序完成规定的操作，但还不具备传感反馈能力，不能应付外界的变化。如发生某些偏离时，就将引起零部件甚至机器人本身的损坏。
随着现代化科学技术的飞速发展和社会的进步，针对于上述各个领域的机器人系统的应用和研究对系统本身也提出越来越多的要求。制造业要求机器人系统具有更大的柔性和更强大的编程环境，适应不同的应用场合和多品种、小批量的生产过程。计算机集成制造（CIM）要求机器人系统能和车间中的其它自动化设备集成在一起。研究人员为了提高机器人系统的性能和智能水平，要求机器人系统具有开放结构和集成各种外部传感器的能力。然而，目前商品化的机器人系统多采用封闭结构的专用控制器，一般采用专用计算机作为上层主控计算机，使用专用机器人语言作为离线编程工具，采用专用微处理器，并将控制算法固化在EPROM中，这种专用系统很难（或不可能）集成外部硬件和软件。修改封闭系统的代价是非常昂贵的，如果不进行重新设计，多数情况下技术上是不可能的。解决这些问题的根本办法是研究和使用具有开放结构的机器人系统。
我国虽然开始研制工业机器人仅比日本晚5-6年，但是由于种种原因，工业机器人技术的发展比较慢。目前我国已开始有计划地从国外引进工业机器人技术，通过引进、
仿制、改造、创新，工业机器人将会获得快速的发展。
1.3 机器人发展趋势
随着现代化生产技术的提高，机器人设计生产能力进一步得到加强，尤其当机器人的生产与柔性化制造系统和柔性制造单元相结合，从而改变目前机械制造的人工操作状态，提高了生产效率。
就目前来看，总的来说现代工业机器人有以下几个发展趋势：
1.提高运动速度和运动精度，减少重量和占用空间，加速机器人功能部件的标准化和模块化，将机器人的各个机械模块、控制模块、检测模块组成结构不同的机器人；
2.开发各种新型结构用于不同类型的场合，如开发微动机构用以保证精度；开发多关节多自由度的手臂和手指；开发各类行走机器人，以适应不同的场合；
3.研制各类传感器及检测元器件，如，触觉、视觉、听觉、味觉、和测距传感器等，用传感器获得工作对象周围的外界环境信息、位置信息、状态信息以完成模式识别、状态检测。并采用专家系统进行问题求解、动作规划，同时，越来越多的系统采用微机进行控制。
第二章机械手结构设计
2.1设计时应考虑的几个问题
1.应具有足够的握力（即夹紧力）：在确定手指的握力时，除考虑工件重量外，还应考虑在传送或操作过程中所产生的惯性力和振动，以保证工件不致产生松动或脱落。
2.手指间应有一定的开闭角：两个手指张开与闭合的两个极限位置所夹的角度称为手指的开闭角。手指的开闭角保证工件能顺利进入或脱开。若夹持不同的工件，应按最大宽度的工件考虑。
3.应保证工件的准确定位：为使手指和被夹持工件保持准确的相对位置，必须根据被抓取工件的形状，选择相应的手指形状。例如圆柱形工件采用带‘V’形面的手指，以便自动定心；而长方形工件长多采用板式手爪。
4.应具有足够的强度和刚度：手指除受到被夹持工件的反作用力外，还受到机械手在运动过程中所产生的惯性力和振动的影响，要求具有足够的强度和刚度以防止折断或弯曲变形，但应尽量使结构简单紧凑，自重轻。
5.应考虑被抓取对象的要求：应根据抓取工件的形状、抓取部位和抓取数量的不同，来设计和确定手指的形状。
2.2 机械手指形状设计
设计中夹持的工件为长方体,所以手爪的形状设计成与工件相似的形状，运用夹板式的手指可以增加与工件的接触面积，同时受力过程中不易变形。为了增大摩擦力在手指的位置加上易拆装的硬橡胶，这样不仅可以增加摩擦力，更可以在夹持零件形状有所误差时，根据橡胶的弹性挤压力可以很好的解决因工件尺寸不一导致手指夹持时出现一定偏角的情况。
图2.1机械手爪部示意图
2.3 机械手爪整体结构设计
进过设计，决定将机械手爪设计为液压缸推动活动块前后运动，从而驱动其他零件进行相关运动，最终驱动手爪手指部分夹紧，其三维效果图如图所示：
图2.2机械手爪的结构示意图
第三章手爪受力计算及分析
3.1 手爪受力分析
根据设计的机械手的原理对其进行相应的受力分析，不仅可以提高系统的可靠性，还可以得出薄弱的环节从而进行进一步的优化。
图3.1机械手爪的受力示意图
3.2 动作原理说明
图3.2机械手爪的结合部位示意
如图所示，当驱动杆连同圆柱销一起往复运动时，圆柱销在滑槽内推拉手指杠杆从而可拨动两个手指各自绕其支点（手指上的矫销）作相对运动。
3.3 夹紧力与N与驱动力A的关系（传力比）
当手指处于夹紧工件的状态时，图2-2中滑槽杠杆的倾斜角α为滑槽曲线与回转支点连线的夹角，此时称为夹紧状态的倾斜角。由于左右两手指的对称性，在液压缸的驱动力A的作用下，每个滑槽杠杆受力相等。
在不计摩擦力的情况下有
α2cos A
P P 21== (3-1)
根据各力对回转支点O 的力矩平衡条件，同样在不计摩擦力的情况下可得到：
ααααcos cos 2A cos a P1b N ?=?=? (3-2) 其中αα
cos 为杠杆动力臂，即驱动力对滑槽的作用力至支点O 的垂直距离，b 为杠杆阻力臂，即夹紧力至支点O 的垂直距离。
于是传力比为：
βααcos bcos 2A N = (3-3)
由此可知当a/b 为定值时，α将决定这一机构的增力大小，α增大则N/A 值增大，但α的增大会将使驱动行程增大，同时手部结构也将增大。
本机构中a 为工件的宽度的一半为100mm, b 为杠杆阻力臂，设计的长度为200mm 因此得到：
31b a = (3-4)
3.4 运动的动作范围
滑槽杠杆可对称于两支点的连线上下摆动。假设处于极限行程时有：
max
max l cos αα=
(3-5) 其中lmax 为滑槽杆的最大长度。
为了避免滑槽杠杆与两回转支点发生干扰，一般应使 a 2lmax ≤ (3-6)
即5.0cos max ≥α60a max ≤
一般取α=30°-40°。这里取角α=30度。
根据手部结构的传动示意图，其驱动力为:
N )cos (a
b 2A 2??=
α (3-7) 根据手指夹持工件的方位，计算握力: 机械手实现夹持实心长方体外形工件，尺寸范围：300X200X200mm,
材料密度为7800千克每立方米
则kg 6.932.02.03.07800V p m =???=?=
故重力为N 9178.96.93g m G =?=?=
由受力分析可知
2
G u N =?(其中u 为摩擦系数) (3-8) 手指部位为了增加摩擦系数，且方便跟换，这里在夹持接触的地方用橡胶制作夹头 ，查《机械设计手册》可知橡胶的摩擦系数为：钢-硬橡胶 摩擦因数0.36，则产生的挤压力N=1274N
因为a/b=0.5
则驱动力为
N 2750N )cos (b 2A =??=
αα (3-9) 为了考虑工件在传送过程中产生的惯性力、振动以及传力机构效率的影响，其实际
的驱动力A 实际应按以下公式计算，即： η
AK1K2A =实际 (3-10) 式中 η：手部的机械效率，一般取0.85-0.95，这里取0.90
K1：安全系数，一般取1.2-2，这里取1.5
K2：工作情况系数，主要考虑惯性力的影响， K2可近似按照K2=1+a/g 估计，其中a 为被抓取工件运动时的最大加速度，g 为重力加速度。K2=1+1000/9810≈1.1
故得到：
A 实际=5040N
由此可知机械手爪对工件夹紧时液压缸所需的推力为5040N ，由此为设计依据可以进一步确定出液压缸的型号规格的参数，并进一步对液压系统进行设计。
第四章 手爪的夹持误差分析
4.1 误差产生原因
机械手能否准确夹持工件，把工件送到指定位置，不仅取决于机械手定位精度（由臂部和腕部等运动部件确定），而且也与手指的夹持误差大小有关。特别是在多品种的中、小批量生产中，为了适应工件尺寸在一定范围内变化，避免产生手指夹持的定位误差，需要注意选用合理的手部结构参数，见图9，从而使夹持误差控制在较小的范围内。在机械加工中，通常情况使手爪的夹持误差不超过1mm ±，手部的最终误差取决与手部
装置加工精度和控制系统补偿能力。
图4.1 夹持时的误差图
4.2 误差计算
设工件直径为80mm ，尺寸偏差5mm ±，则m a x 42.5R m m =，min 37.5R mm =，40ep R mm =。
本设计属于手爪夹持若把工件轴心位置C 到手爪两支点连线的垂直距离CD 以X 表示，根据几何关系有：
X =简化为后得到
X =该方程为双曲线方程，如图所示
图4.2 工件半径与夹持误差?关系曲线
由上图得，当工件半径为R0时，X 取最小值Xmin ，又从上式可以求出：
0sin cos AB R l θβ=(4-3)
通常取2120θ= ,min sin AB X l β=
若工件的半径Rmax 变化到Rmin 时，X 值的最大变化量，即为夹持误差，用?表示。 在设计中，希望按给定的Rmax 和Rmin 来确定手爪各部分尺寸，为了减少夹持误差，一方面可加长手指长度，但手指过长，使其结构增大；另一方面可选取合适的偏转角β，使夹持误差最小，这时的偏转角称为最佳偏转角。只有当工件的平均半径Rep 取为R0时，夹持误差最小。此时最佳偏转角的选择对于两支点回转型手爪（尤其当a 值较大时），偏转角β的大小不易按夹持误差最小的条件确定，主要考虑这样极易出现在抓取半径较小时，两手爪的BE 和B ’E ’边平行，抓不着工件。为避免上述情况，通常按手爪抓取工件的平均半径Rep ，以90BCD ∠=
为条件确定两支点回转型手爪的偏转角β，即下式： 11cos [(
)]
sin ep AB R a l βθ-=- (4-4) 其中2a=90mm ，lab=86mm,V 型钳的夹角2120θ= 代入得：
1801cos [(
45)]56.57sin 6086β-=-= (4-5)
得R0=41.02mm 则min 0max R R R <<，此时定位误差为1?和2?中的最大值。
1?=
2?=分别代入得：
10.0256mm ?=，20.1482mm ?=
所以，0.14821mm mm ?=<，夹持误差满足设计要求。
由以上各值可得：
55.9254X mm =
= (4-8)
取值为X=56mm 。
第五章 其他零件的设计
5.1 楔块
5.1.1 楔块相关参数
θ—斜楔角，θ＜30 时有增力作用；
'2φ—滚子与斜楔面间当量摩擦角，'22tan ()tan d D φφ=，2φ为滚子与转轴间的摩擦角，d 为转轴直径，D 为滚子外径，22tan f φ=，2f 为滚子与转轴间摩擦系数;
γ—支点O 至斜面垂线与杠杆的夹角；
l —杠杆驱动端杆长；
'l —杠杆夹紧端杆长；
η—杠杆传动机械效率
5.1.2 斜楔的传动效率
斜楔的传动效率η可由下式表示：
'2sin =sin()θ
ηθφ+'22tan tan d D φφ=
杠杆传动机械效率η取0.834，2tan φ取0.1，d D 取0.5，则可得θ=14.036 ,
'290φγ<< ，取整得θ=14 。
5.1.3 动作范围
分析阴影部分杠杆手指的动作范围，即'290φγ<< 。
图5.1 动作范围分析图
如果'2γφ=，则楔面对杠杆作用力沿杆身方向，夹紧力为零，且为不稳定状态，所
以γ必须大于'2φ。此外，当90γ= 时，杠杆与斜面平行，呈直线接触，且与回转支点在
结构上干涉，即为手指动作的理论极限位置。
5.1.4 斜楔驱动行程与手指开闭范围
当斜楔从松开位置向下移动至夹紧位置时，沿两斜面对称中心线方向的驱动行程为L ，此时对应的杠杆手指由r1位置转到r2位置，其驱动行程为：
1212cos cos (cos cos )sin sin l l l L γγγγθθ-==- (5-1)
杠杆手指夹紧端沿夹紧力方向的位移为：
'12[cos()cos()]s l γθγθ?=+-+ (5-2)
通常状态下，2γ在90θ- 左右范围内，1γ则由手指需要的开闭范围来确定。由给定
条件可知最大s ?为55-60mm,最小设定为30mm.即30(5060)s
29076γθ=-=
图5.2 楔块尺寸示意图
可知：楔块下边为60mm ，支点O 距中心线30mm ，且有'30()tg l l θ=+，解得：'120l l +=
5.1.5 参数确定
l 与'l 的确定：斜楔传动比i 可由下式表示：
''sin sin l l i L l θγ??== (5-3)
可知θ一定时，'l l 愈大，i 愈大，且杠杆手指的转角γ在90γ< 范围内增大时，传
动比减小，即斜楔等速前进，杠杆手指转速逐渐减小，则由'120l l +=分配距离为：
50l =，'70l =。
1γ确定:由前式得：
(6030)30s ?=-=
13070[cos(14)cos(7614)s γ?==+-+ ，150.623γ= ，取150γ= 。
L 确定：L 为沿斜面对称中心线方向的驱动行程
50(cos50cos 76)82.850sin14L =
-=
取83
L ，则楔块上边长为18.686，取19mm.
5.2 材料及连接件选择
V型指与夹持器连接选用圆柱销，d=6mm, 需使用2个。
杠杆手指中间与外壳连接选用圆柱销，d=6mm, 需使用2个。
手指连接选用圆柱销，d=4mm, 需使用2个。
以上材料均为钢，无淬火和表面处理销两端均打直径1.2mm的圆孔，用GB/T91 1.2X8的开口销连接。
楔块与活塞杆铰链联结。
5.3液压设备的选择
QCG薄型气缸QGD16-40刚好满足条件，所以选取这个气缸。
但在金工实习中为了简单重现，我们制作的只是一个模型，因此在制造中使用注射器代替；
图5.3 充当液压气缸的注射器
/119.1
GB T
/119.1
GB T
/119.1
GB T
5.4 手爪零件的设计和尺寸
为了在金工实习中制造出该机械手爪，对手爪各零件进行相应的简化，考虑到充当液压气缸的是形状较小的注射器，所以初步设计各个零件采用木质材料，加工方法使用线切割或是手工锯条切割，其零件的CAD图片和尺寸如下所示。
5.4.1 活动块
图5.4 活动块的尺寸
5.4.2 支持片
图5.5 支持块1的尺寸
支持块2：
图5.6 支持块2的尺寸
5.4.3 中心板
图5.7 中心板的尺寸
5.5 零件的连接固定
5.5.1 机械手零件
机械手零件的固定采用圆柱销固定，在固定的时候应该注意松紧得当，既能够使得零件稳固，不产生相对位移，同时也要保证零件能够在注射器提供的有限的液压力下完
成设计过程中规划的相关运动。
考虑到受力原因，可以采用定制的塑料螺钉或是圆柱销进行连接和固定，这里就不再赘述。
5.5.1 机械手和液压系统的连接固定
又于液压系统用注射器代替，故采用如图所示的塑料扎带固定
图5.8 塑料扎带
设计心得与体会
本次机械手的设计主要对于夹持器，横行，气压系统进行的设计思想和设计过程。内容主要包括：夹持器与横行总体方案的确定，采用了气压驱动系统，相应的涉及到气压缸的选择计算，总体结构设计、主要部件的受力分析和强度校核。由于时间有限，本设计中的PLC控制未设计。
题目的综合训练比较强，涉及知识面广，重点在于培养工程思想及意识，理论联系实际，提高初步设计能力。设计要求在保证其原有性能的前提下，尽可能地提高其特色即性能价格比。并且要求该机械手具有较小的体积，简单的结构和低廉的价格，和造型美观的外形，各调整环节的设计要方便人体接近方便工具的使用。其难点在于结合实际，进行结构设计. 在设计过程中，我综合运用了四年来所学到的专业知识，感觉到自己专业知识中某方面的欠缺，通过再次的复习，明显感觉到了知识的增长，我们从中学到了很多的知识，也体会到了毕业设计的综合性，结合辅导老师的指导与自己的专业知识和生产实践，才能较为完整地完成此次设计任务。
在本设计的整个过程中，得到了老师的亲切关怀和精心指导，使得得以顺利完成。老师敏锐的学术思想、严谨踏实的治学态度、渊博的学识、精益求精的工作作风、诲人不倦的育人精神，将永远铭记在学生心中，使学生终生受益。在此我向老师表示衷心的感谢和崇高的敬意。
再次感谢所有支持和帮助过我的领导、老师、同学们!
参考文献
[1] 郭洪江主编.工业机器人技术[M].西安电子科技大学出版社，
[2] 朱世强,王宣银主编.机器人技术及其应用[M].浙江大学出版社
[3] 李允文主编.工业机械手设计[M].北京:机械工业出版社
[4] 王承义. 机械手及其应用[M].北京:机械工业出版社
[5] 成大先主编.机械设计手册.单行本.气压传动[M].北京:化学工业出版社
[6] 许炳辉主编.气动手册[M].上海:上海科学技术出版社
[7] 刘杰等编著.机电一体化技术基础与产品设计[M].北京:冶金工业出版社
目录 摘要 (1) 第一章机械手设计任务书 (1) 1.1毕业设计目的 (1) 1.2本课题的内容和要求 (2) 第二章抓取机构设计 (4) 2.1手部设计计算 (4) 2.2腕部设计计算 (7) 2.3臂伸缩机构设计 (8) 第三章液压系统原理设计及草图 (11) 3.1手部抓取缸 (11) 3.2腕部摆动液压回路 (12) 3.3小臂伸缩缸液压回路 (13) 3.4总体系统图 (14) 第四章机身机座的结构设计 (15)
4.1电机的选择 (16) 4.2减速器的选择 (17) 4.3螺柱的设计与校核 (17) 第五章机械手的定位与平稳性 (19) 5.1常用的定位方式 (19) 5.2影响平稳性和定位精度的因素 (19) 5.3机械手运动的缓冲装置 (20) 第六章机械手的控制 (21) 第七章机械手的组成与分类 (22) 7.1机械手组成 (22) 7.2机械手分类 (24) 毕业设计感想 (25) 参考资料 (26) 论文含全套图纸，需要图纸联系QQ：838899316，加时说明毕业设计，如 需要更多课题请联系。每份设计（含全套图纸），价格为16元，支持支付宝交易。
送料机械手设计 摘要 本课题是为普通车床配套而设计的上料机械手。工业机械手是工业生产的必然产物，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设备，对实现工业生产自动化，推动工业生产的进一步发展起着重要作用。因而具有强大的生命力受到人们的广泛重视和欢迎。实践证明，工业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、放射性和其他有毒、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。 本课题通过应用AutoCAD 技术对机械手进行结构设计和液压传动原理设计，它能实行自动上料运动；在安装工件时，将工件送入卡盘中的夹紧运动等。上料机械手的运动速度是按着满足生产率的要求来设定。 关键字机械手，AutoCAD。 第一章机械手设计任务书 1.1毕业设计目的 毕业设计是学生完成本专业教案计划的最后一个极为重要的实践性教案环节，是使学生综合运用所学过的基本理论、基本知识与基本技能去解决专业范围内的工程技术问题而进行的一次基本训练。这对学生即将从事的相关技术工作和未来事业的开拓都具有一定意义。 其主要目的： 一、培养学生综合分析和解决本专业的一般工程技术问题的独立工作能 力，拓宽和深化学生的知识。 二、培养学生树立正确的设计思想，设计构思和创新思维，掌握工程设计 的一般程序规范和方法。 三、培养学生树立正确的设计思想和使用技术资料、国家规范等手册、图
上下料机械手课程设计说明书
专业课程设计 任务书 一、目的与要求 《专业课程设计》是机械设计及自动化专业方向学生的重要实践性教育环节，也是该专业学生毕业设计前的最后一次课程设计。拟通过《专业课程设计》这一教学环节来着重提高学生的机构分析与综合的能力、机械结构功能设计能力、机械系统设计的能力和综合运用现代设计方法的能力，培养学生的创新与实践能力。在《专业课程设计》中，应始终注重学生能力的培养与提高。《专业课程设计》的题目为工业机械手设计，要求学生在教师的指导下，独立完成整个设计过程。学生通过《专业课程设计》，应该在下述几个方面得到锻炼： 1．综合运用已学过的“机械设计学”、“液压传动”、“机械系统设计”、“计算机辅助设计”等课程和其他已学过的有关先修课程的理论和实际知识，解决某一个具体设计问题，是所学知识得到进一步巩固、深化和发展。 2．通过比较完整地设计某一机电产品，培养正确的设计思想和分析问题、解决问题的能力，掌握机电产品设计的一般方法和步骤。 3．培养机械设计工作者必备的基本技能，及熟练
地应用有关参考资料，如设计图表、手册、图册、标 准和规范等。 4． 进一步培养学生的自学能力、创新能力和综合 素质。 二．主要内容 表1精锻机上料机械手主要技术参数 手臂运动形式 （ 圆柱坐标式 抓取重量 60kgf 自由度 4个 手 手臂运动行程和速度 水平伸缩 500mm 设定点2 升降 600mm 设定点2 左右旋转 200度 设定点3 手腕回转和速度180度 设定点2 手指夹持范围 四种规格 90-120 定位方式和定位精度 机械挡块 +-1mm 控制方式 点位程控，开关板预选 驱动方式 液压 kgf/cm2
机电工程学院 课程设计说明书（2014 /2015 学年第一学期） 课程名称：机电一体化课程设计题目：工业机械手设计 专业班级：11级机电七班 学生姓名：王岩 学号：110200719 指导教师：赵喜敬 设计周数：二周 设计成绩： 2014年12月30日
目录 第一章工业机械手综述 (1) 1.1工业机械手的发展概况 (1) 1.2工业机械手的应用 (1) 1.3工业机械手的组成及原理 (1) 第二章伸缩臂的设计方案 (3) 2.1 设计方案论证以及确定 (3) 2.1.1 设计参数及要求 (3) 2.1.2 设计方案的比较论证 (4) 2.2 机械手伸缩臂总体结构设计方案 (4) 2.3 执行装置的设计方案 (4) 2.3.1 滚珠丝杠的选择 (4) 2.3.2减速齿轮的有关计算 (10) 2.3.3电动机的选择 (15) 第三章 PLC控制系统设计 (17) 3.1 PLC的构成及工作原理 (17) 3.2 选择PLC (17) 3.3 PLC外部I/O分配图 (18) 3.4 软件设计 (19) 3.5 硬件设计 (27) 总结 (28) 参考文献 (29)
第一章工业机械手综述 1.1工业机械手的发展概况 工业机械手在先进制造技术领域中扮演着极其重要的角色，是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备，是一种能自动化定位控制并可重新编程序以变动的多功能机器，它有多个自由度，可用来搬运物体以完成在各个不同环境中工作。 工业机械手即工业机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的现代化制造业重要的自动化装备。机械手技术涉及到力学、机械学、电气液压技术、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域，是一门跨学科综合技术。 1.2工业机械手的应用 机械手是工业自动控制领域中经常遇到的一种控制对象。机械手可以完成许多工作，如搬物、装配、切割、喷染等等，应用非常广泛。 在现代工业中，生产过程中的自动化已成为突出的主题。各行各业的自动化水平越来越高，现代化加工车间，常配有机械手，以提高生产效率，完成工人难以完成的或者危险的工作。目前在我国机械手常用于完成的工作有：注塑工业中从模具中快速抓取制品并将制品传送到下一个生产工序；机械手加工行业中用于取料、送料；浇铸行业中用于提取高温熔液等等。 广泛采用工业机械手，不仅可提高产品的质量与产量，而且对保障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动强度，提高劳动生产率，节约原材料消耗以及降低生产成本，有着十分重要的意义。同计算机、网络技术一样，工业机械手的广泛应用正在日益改善着人类的生产和生活方式。 1.3工业机械手的组成及原理 工业机械手一般应由机械系统、驱动系统、控制系统、检测系统和人工智能系统等组成。机械系统是完成抓取工件实现所需运动的执行机构；驱动系统的作用是向执行机构提供动力，执行元件驱动源的不同，驱动系统的传动方式有液动式、气动式、电动式和机械式四种，采用液压机构驱动机械手,结构简单、尺寸紧凑、重量轻、控制方便；控制系统是工业机械手的指挥系统，它控制工业机器人按规定的程序运动；检测传感系统主要检测工业机械手执行系统的运动位置、状态，并反馈给控制系统进而及时比较调整。
气动机械手设计说明书
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目录 气动机械手及继电器控制系统设计 (4) 第一章绪论 (4) 1.1气动机械手概述 (4) 1.2机械手的组成和分类 (5) 1.2.1.......................................................... 机械手的组成 5 1.2.2.......................................................... 机械手的分类 5 1.3 课题的提出及主要任务 (7) 第2章继电器硬件系统设计 (8) 2.1系统分析 (8) 2.2方案确定 (9) 2.3元器件介绍 (9) 第三章软件系统设计 (14) 3.1控制方案的确定 (14) 3.2工作过程 (17) 第四章调试过程 (19) 第五章设计总结 (23) 第六章附图 (25) 6.1 三维零件图： (25) 6.2三维装配图： (26) 第七章参考文献 (28)
气动机械手及继电器控制系统设计 第一章绪论 １.1 气动机械手概述 气动机械手由操作机（机械本体）、控制器、驱动系统和检测传感装置构成, 是一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化设备。特别适合于多品种、变批量的柔性生产。它对稳定、提高产品质量，提高生产效率, 改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。机械手是模仿着人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。在工业生产中应用的机械手被称为“工业机械手”。生产中应用机械手可以提高生产的自动化水平和劳动生产率: 可以减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全生产; 尤其在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣的环境中, 它代替人进行正常的工作, 意义更为重大。因此, 在机械加工、冲压、铸、锻、焊接、热处理、电镀、喷漆、装配以及轻工业、交通运输业等方面得到越来越广泛的引用. 机械手的结构形式开始比较简单，专用性较强，仅为某台机床
河南机电高等专科学校《机器人应用技术》课程作品 设计说明书 作品名称：多功能机械手 专业：机电一体化技术 班级：机电124班 扣号： 姓名：流星 2014 年 10 月 1 日
目录 一课题概述 (2) 1、选题背景 (2) 2、发展现状和趋势 (3) 3、研究调研 (4) 二机械手组成及工作过程 (6) 1、整体结构分析 (6) 2、所需器材 (6) 3、底座部分 (8) 4、躯干部分 (9) 5、上臂部分 (10) 6、手爪部分 (11) 7、机械手系统的总调试 (12) 三软件部分 (13) 1、机械手软件编制流程图 (13) 2、机械手运行控制程序图 (14) 四设计体会 (15) 一课题概述 1、选题背景 随着我国经济的高速发展，各种电子产品和各种创新机械结构的出现，工业机器人的作用在装配制造业产业中的地位更加重要了。另一方面随着人们生活水平的提高传统制造产业劳动力生产成本进一
步提高，这也使企业意识到用高速准确的机械自动化生产代替传统人工操作的重要性。其中机械手是其发展过程中的重要产物之一，它不仅提高了劳动生产的效率，还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，可以说是一举两得。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，可以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。 在这样一个大的背景下结合自己的专业机电一体化，我们选择多功能机械手来作为我们的设计题目。结合专业特点使用德国慧鱼机器人教学模型作为我们实现这一课题的元件。利用慧鱼模型的各种机械结构组装出机械手的机械部分，用pc编程实现对机械手的自动控制，利用限位开关来保护电机和控制机械手位置的准停。 这个课题可以充分的体现机电一体化的由程序自动控制机械结构的运动，对自己以前的所学的课程也是一种巩固。另一方面这个机械手可以实现一定的搬运功能具有很强的实用性能。 2、发展现状和趋势
第一章引言 1.1 工业机械手概述 工业机器人由操作机(机械本体)、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作，自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。特别适合于多品种、变批量的柔性生产。它对稳定、提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。机器人应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标志。生产中应用机械手可以提高生产的自动化水平，可以减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全生产;尤其在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣的环境中，它代替人进行正常的工作，意义更为重大。因此，在机械加工、冲压、铸、锻、焊接、热处理、电镀、喷漆、装配以及轻工业、交通运输业等方面得到越来越广泛的引用。机械手的结构形式开始比较简单，专用性较强，仅为某台机床的上下料装置，是附属于该机床的专用机械手。随着工业技术的发展，制成了能够独立的按程序控制实现重复操作，适用范围比较广的“程序控制通用机械手”，简称通用机械手。由于通用机械手能很快的改变工作程序，适应性较强，所以它在不断变换生产品种的中小批量生产中获得广泛的引用。 液压传动机械手是以压缩液体的压力来驱动执行机构运动的机械手。其主要特点是:介质李源极为方便，输出力小，液压动作迅速，结构简单，成本低。但是，由于空气具有可压缩的特性，工作速度的稳定性较差，冲击大，而且气源压力较低，抓重一般在30公斤以下，在同样抓重条件下它比液压机械手的结构大，所以适用于高速、轻载、高温和粉尘大的环境中进行工作。 液压技术有以下优点: （1）体积小、重量轻，因此惯性力较小，当突然过载或停车时，不会发生大的冲击； （2）能在给定范围内平稳的自动调节牵引速度，并可实现无极调速； （3）换向容易，在不改变电机旋转方向的情况下，可以较方便地实现工作机构旋转和直线往复运动的转换； （4）液压泵和液压马达之间用油管连接，在空间布置上彼此不受严格限制； （5）由于采用油液为工作介质，元件相对运动表面间能自行润滑，磨损小，使用寿命长；（6）操纵控制简便，自动化程度高； （7）容易实现过载保护。
（2）水平面内转30度，手臂自转90度，前进50mm。
机械手的夹持器还有夹紧和放松动作； 机械手工作频率：20/min； 升降 0.3kw，摆动 0.1kw，伸缩 0.1kw，夹持 0.2kw。2执行机构的选择与比较 §2-1 转角机构（实现平面转角0 30功能） 方案一 实现平面转角0 30的过程：电机带动不完全 齿轮运动，不完全齿轮带动全齿轮运动，与全 齿轮固结的四杆机构，使滚子在预先设计好形 状的槽内运动，左右运动的极限位置恰好是30 度。 机构评价： 优点：因为槽的形状固定，所以能保证在一个 行程内，机构的平面转角就是30度。 不完全齿轮的使用，为机械手在抓放物 体时留下了工作时间。 缺点：由于四杆机构的运动被槽限制住，最短杆 无法做周转运动，导致机构的回程要求齿 轮的翻转，必须在前面加入变速箱改变速 度方向。 方案二 实现平面转角0 30的过程：皮带轮传动给蜗 轮蜗杆从而使不完全齿轮，有间歇地带动完全齿 轮转动，齿轮通过杆拉动齿条，由齿轮来回往复 地带动固接杆转动0 30 机构评价： 优点：同样具有结构简单，传力较小运 动灵活，造价低准确地实现转角0 30的 要求，可以控制间歇实现循环功能。 缺点：磨损较严重，效率较低，齿轮尺 寸过大加工难。 方案三 30的过程：使用槽 实现平面转角0 轮实现平面转角30度，只要计算好槽轮 的槽数，就能在主动圆盘转360度时， 使从动轮转30度。机构评价： 优点：结构简单，外形尺寸小，机械效
率高，并能平稳的间歇地进行转位。 缺点：传动存在柔性冲击，且是单向的间歇运动，同样要求变速箱改变运动方向。 方案的选择与比较： 只有第二个方案能较好的实现对传动系统的功能要求在平面转动上能准确地控制在30度，制造简单方便。 §2-2 上升机构（实现上升100功能要求） 方案一 实现上升的过程：皮带轮传动，使蜗杆带动蜗轮，蜗轮和齿条配合。通过控 制蜗杆的半径，使转动一周后，使齿条上升100. 机构评价： 优点：蜗杆的轮齿是连续的螺旋尺，故传动平 稳，啮合冲击小。 缺点:啮合齿轮间的相对滑动速度较大，摩擦 磨损较大，传动效率较低，易出现发热 现象，常用耐磨材料制作，成本高。 方案二 实现上升的过程：皮带轮传动给蜗轮蜗杆 从而使凸轮转动，凸轮通过顶杆推动滑块滑 动，从而使工作杆上升100mm。 机构评价： 优点：结构简单，传力较小，凸轮不用太大就 可以达到所需要的高度。 缺点：效率过低，滑块容易磨损且一旦磨断严重影响上升高度，寿命不高。
《机械系统设计》 搬运机械手控制系统设计 姓名： 学号： 学科专业：机械设计制造及其自动化
摘要 由于工作的需要，人们经常受到高温、腐蚀及有毒气体等因素的危害，增加了工人的劳动强度，甚至于危机生命。因此机械手就在这样诞生了,机械手是工业机器人系统中传统的任务执行机构，是机器人的关键部件之一。其中的工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新技术，它的发展是由于其积极作用正日益为人们所认识：它能部分地代替人工操作；能按照生产工艺的要求，遵循一定的程序、时间和位置来完成工件的传送和装卸；能显著地提高劳动生产率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。 关键词：可编程控制器PLC; 机械手; 伺服马达
前言 工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。工业机械手的是工业机器人的一个重要分支。机械手技术涉及到力学、机械学、电气液压技术、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域，是一门跨学科综合技术。它的特点是可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。机械手作业的准确性和各种环境中完成作业的能力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景。用机械手可以代替人从事单调﹑重复或繁重的体力劳动﹐实现生產的机械化和自动化﹐代替人在有害环境下的手工操作﹐改善劳动条件﹐保证人身安全。20世纪40年代后期﹐美国在原子能实验中﹐首先采用机械手搬运放射性材料﹐人在安全室操纵机械手进行各种操作和实验。50年代以后﹐机械手逐步推广到工业生產部门﹐用于在高温﹑污染严重的地方取放工件和装卸材料﹐也作为机床的辅助装置在自动机床﹑自动生产线和加工中心中应用﹐完成上下料或从刀库中取放刀具并按固定程序更换刀具等操作。机械手主要由手部机构和运动机构组成。手部机构随使用场合和操作对象而不同﹐常见的有夹持﹑托持和吸附等类型。运动机构一般由液压﹑气动﹑电气装置驱动。机械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。它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化保护人身安全，因而广泛应用机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。 1.系统流程图 机械手整个搬运过程要求都能自动控制。下图是机械手控制系统的逻辑流程图。系统启动之前，机械手处于原始位置，条件是机械手在高位﹑左位。
机电工程学院 《专业综合课程设计》 说明书 课题名称：简易机械手机械机构设计 学生姓名：沈柳根学号：20110611119 专业：机械电子工程班级：11机电 成绩：指导教师签字： 2015年1月5日
摘要 简易机械手是工业机械手的简化，功能相似，而工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新的技术，是现代控制理论与工业生产自动化实践相结合的产物，并以成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分。工业机械手是提高生产过程自动化、改善劳动条件、提高产品质量和生产效率的有效手段之一。工业机械手设计是机械制造、机械设计和机械电子工程等专业的一个重要教学环节，是学完技术基础课及有关专业课以后的一次专业课程内容得综合设计。通过设计提高学生的机械分析与综合能力、机械结构设计的能力、机电液一体化系统设计的能力，掌握实现生产过程自动化的设计方法。 通过对于气动机械手的设计，展现了各个相关学科知识在这里的整合，有利于理解专业知识。 关键词：简易机械手；结构设计；气动
目录 摘要....................................................... 错误！未定义书签。 1 设计任务介绍及意义 (1) 1.1设计任务意义： (1) 1.2设计任务要求介绍： (1) 2 总体方案设计 (3) 2.1 结构分析 (3) 2.3 设计简介 (3) 3 机械传动结构设计 (5) 3.1传动结构总体设计 (5) 3.2手指气缸的设计 (6) 3.3纵向气缸的设计 (12) 3.4横向气缸的设计 (13) 4最终图纸 (15) 4.1装配图 (15) 5 总结 (16) 参考文献 (17)
成都航空职业技术学院 汽车工程系 设计说明书 设计题目: 汽车模拟装配线两关节机械手臂 组员姓名：赵治帅张良李杉李廷堃郑宁波 专业班级：机电一体化 10939 指导教师：申爱民 20011 年10 月30日
摘要 本文对模拟汽车装配线的工作原理和运动控制做了阐述，对如何防止故障时撞车和故障报警做出了系统说明，并深入研究了导轨的滑撬式传动和脱钩式等其他传动的优缺点；认真研究了步进电机伺服电机的原理，然后给出了具体的实现方法。现代汽车总装工艺自动化程度越来越高。汽车制造总装机械化生产包括整车装配线、车身输送线、储备线、升降机等。主要分为一次内饰装配线（车身打号、天窗、线束、ABS、顶棚、地毯、气囊帘、车门支撑板、车门玻璃、密封条、仪表盘、水箱等）、底盘线（油管、油箱、隔热板、动力总成、后悬、排气管、挡泥板、轮胎等）、二次内饰线（风窗玻璃、座椅、仪表板后端、电瓶、空滤器、备胎、后备箱备附件、雨刷、介质加注、车门调整、线路管路插接等）、整车完整性检查、整车测试线、路试跑到、调整雨淋线等。 但由于受资源和能力限制，我们的模拟生产线只取其中的一次内饰、底盘、二次内饰，加上上线和下线工位，一共是五个工位且都采用一个工位表示。主要目的是将说学过的机电一体化只是都用到，并实现部分功能。达到训练、学以致用，能力提高的目的。 关键词:汽车装配工艺结构原理
目录 摘要................................................................................................................................. 目录 ............................................................................................................................. 序言................................................................................................................................... 1总体结构方案说明： ....................................................................................................... 1.1 ........................................................................................................................... 1.1.1..................................................................................................................... 1.1. 2..................................................................................................................... 1.2 .............................................................................................................................. 1.3 ........................................................................................................................... 1.3.1..................................................................................................................... 1.3. 2..................................................................................................................... 1.3.3..................................................................................................................... 1.3.4..................................................................................................................... 2．系统主要功能及技术指标、原理图................................................................................
南京大学 毕业设计(论文)开题报告 学生姓名：学号： 专业：机械工程及自动化 设计(论文)题目：机械手设计 指导教师: 2010年4月 4日
开题报告填写要求 1．开题报告(含“文献综述”)作为毕业设计(论文)答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计(论文)工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效； 2．开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式(可从教务处网页上下载)打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见； 3．“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写(或打印)在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于15篇科技论文的信息量，一般一本参考书最多相当于三篇科技论文的信息量(不包括辞典、手册)； 4．有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T 7408—94《数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法》规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2010年3月15日”或“2010-03-15”。
毕业设计(论文)开题报告 1．结合毕业设计(论文)课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2000字左右的文献综述： 文献综述 摘要本文主要介绍了机械手的应用范围、机械手的组成及每个组成部分的作用、工作原理、国内外的发展趋势、发展前景和方向，机械手的应用、机械行业中使用机械手的意义，重点阐述了机械人的各个组成部分的发展趋势和应用场合。 关键词机械手发展趋势意义 1 序言 随着时代的不断进步，经济飞速发展，生活水平的逐年提高，人们的环保意识，自我安全意识也在不断加强，同时也使人们对各种产品的要求更高了，机械人显然更符合现在人们的需求。机械手轻巧、制造成本低、工作效率高、噪声较小、低温起动性较好、使用和维护方便，已在机械、化工、医药、纺织、微电子、食品、运输等领域得到了越来越广泛的运用[1]。在当今的中国社会，经济发展方式正由粗放密集型转向节约内向型，原来的生产方式必须进行较大的变革。这就要求在最短的时间内，创造出最高的加工效率，而且还要保证较高的生产质量。机械加工中的机床﹑机械手就必须符合这种条件下的生产加工。 2 机械手概况 机械手是在机械化、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。 机械手主要由手部、运动机构和控制系统三大部分组成。手部是用来抓持工件(或工具)的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动(摆动)、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋
课程设计说明书 2015 年 6 月9 日
目录 摘要 (2) 第1章概述 (3) 1.1设计目的 (3) 1.2课题的内容和要求 (4) 1.3进度安排 (4) 1.4设计进度安排 (4) 1.5基本要求 (5) 第2章课程设计的总体方案 (6) 2.1总体方案的确定 (6) 2.2 机械结构的设计 (6) 2.3 软件设计 (6) 第3章机械部分设计 (7) 3.1 元器件选型 (7) 3.2 机械结构构件及说明 (7) 3.3 工作台外形尺寸及重量初步估算 (8) 3.4 滚珠选择 (8) 3.5滑块导轨的选择与校核 (8) 3.6 弯曲应力σm的计算 (9) 3.7选择联轴器的考虑因素 (10) 3.8 轴承的选用与校核 (11) 第4章控制系统的设计 (14) 4.1 控制系统硬件电路的设计 (14) 4.2控制系统软件编程设计 (16) 参考资料 (18) 附录一：cad图纸 (19) 附录二：proe图 (20) 附录三：程序 (22)
摘要 机械手技术涉及到电子、机械学、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域，是一门跨学科综合技术。随着工业自动化发展的需要，机械手在工业应用中越来越重要。文章主要叙述了机械手的设计过程，文章中介绍了机械手的设计理论与方法。 本课题以52单片机为核心设计，通过AutoCAD，proe技术对机械手进行结构设计，实现所需要的功能。 关键词：机械手、52单片机、AutoCAD、Proe
第1章概述 机械化、自动化已成在现代工业中突出的主题。化工等连续性生产过程的自动化已基本得到解决。但在机械工业中，加工、装配等生产是不连续的，机器人的出现并得到应用，为这些作业的机械化奠定了良好的基础。 机械手，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（国内称作工业机械手或通用机械手）。 机械手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。机械手具有结构简单、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械手称为专用机械手，而把工业机械手称为通用机械手。 简而言之，机械手就是用机器代替人手，把工件由某个地方移向指定的工作位置，或按照工作要求以操纵工件进行加工。 机械手一般分为三类。第一类是不需要人工操作的通用机械手，也即本文所研究的对象。它是一种独立的、不附属于某一主机的装置，可以根据任务的需要编制程序，以完成各项规定操作。它是除具备普通机械的物理性能之外，还具备通用机械、记忆智能的三元机械。第二类是需要人工操作的，称为操作机。工业中采用的锻造操作机也属于这一范畴。第三类是专业机械手，主要附属于自动机床或自动生产线上，用以解决机床上下料和工件传送。这种机械手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。 机械手按照结构形式的不同又可分为多种类型，其中关节型机械手以其结构紧凑，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，成为机械手中使用最多的一种结构形式。 要机械手像人一样拿取东西，最简单的基本条件是要有一套类似于指、腕、臂、关节等部分组成的抓取和移动机构——执行机构；像肌肉那样使手臂运动的驱动－传动系统；像大脑那样指挥手动作的控制系统。这些系统的性能就决定了机械手的性能。一般而言，机械手通常就是由执行机构、驱动－传动系统和控制系统这三部分组成 1.1设计目的 《单片机原理及接口技术课程设计》是机械电子工程专业的学生在完成《单片机原理及接口技术》等专业课程的学习之后，进行综合性设计训练的实践性教学环节。目的是在老师的指导下，使学生通过课程设计，对所学课程理论知识进行一次系统的回顾检查、复习和提
第一章引言 1.1 液压机械手概述 液压传动机械手是以压缩液体的压力来驱动执行机构运动的机械手。其主要特点是:介质源极为方便，输出力小，液压动作迅速，结构简单，成本低。但是，由于空气具有可压缩的特性，工作速度的稳定性较差，冲击大，而且气源压力较低，抓重一般在30公斤以下，在同样抓重条件下它比液压机械手的结构大，所以适用于高速、轻载、高温和粉尘大的环境中进行工作。 液压技术有以下优点: （1）体积小、重量轻，因此惯性力较小，当突然过载或停车时，不会发生大的冲击； （2）能在给定范围内平稳的自动调节牵引速度，并可实现无极调速； （3）换向容易，在不改变电机旋转方向的情况下，可以较方便地实现工作机构旋转和直线往复运动的转换； （4）液压泵和液压马达之间用油管连接，在空间布置上彼此不受严格限制； （5）由于采用油液为工作介质，元件相对运动表面间能自行润滑，磨损小，使用寿命长；（6）操纵控制简便，自动化程度高； （7）容易实现过载保护。 1.2 液压机械手的设计要求 1.2.2 课题的设计要求 本课题将要完成的主要任务如下: (1)机械手为通用机械手，因此相对于专用机械手来说，它的适用面相对较广。 (2)选取机械手的座标型式和自由度。 (3)设计出机械手的各执行机构，包括:手部、手腕、手臂等部件的设计。为了使通用性更强，手部设计成可更换结构，不仅可以应用于夹持式手指来抓取棒料工件，在工业需要的时候还可以用气流负压式吸盘来吸取板料工件。 (4)液压传动系统的设计 本课题将设计出机械手的液压传动系统，包括液压元器件的选取，液压回路的设计，并绘出液压原理图。 (5)机械手的控制系统的设计 本机械手拟采用可编程序控制器(PLC)对机械手进行控制，本课题将要选取PLC型号，根
机械手设计说明书 篇一：机械手设计说明书 指导老师： 设计合作成员： 一、设计项目名称 机械手臂手指机构2 二、设计目的 本设计拟搬运宽度尺寸90～110mm、质量为5kg以内的六菱柱形钢质工件，手指机构带水平转盘。手指的动力驱动方式为液压传动。液压传动的机械手是以压缩液体的压力来驱动执行机构运动的机械手。 三、设计要求 (1)机械手为专用机械手，适用于夹六菱柱形钢质工件。 (2)选取机械手的座标型式和自由度。 (3)主要设计出机械手的手部机构。 (4)液压传动系统液压缸的选用 四、设计方案 4.1 机械手基本形式的选择 机械手的典型结构一般可分为：回转型（包括滑槽杠杆式和连杆杠杆式两种）、移动型（移动型即两手指相对支座作往复运动）和平面平移型。本设计采用二指回转型手抓。 4.2 机械手的主要部件及运动 本机械手的部件有齿轮、齿条、连杆和液压缸等。主要
的运动有直动液压缸驱动齿条的平动、齿轮和齿条的啮合运动、连杆的转动和手抓的平行移动。 4.3 驱动方式的选择 本机械手的驱动方案采用液压机构驱动机械手,结构简单、尺寸紧凑、重量轻、控制方便。 4.4 机械手的技术参数列表 用途：卸码垛机械手臂抓重：5kg 抓取的物体的几何形状：宽度为90～110mm六菱柱形钢质工件机械手自重：小于等于10kg 4.5 机械工作原理 机械手的夹工件的工作原理框图如图1所示。 图1. 机械手夹工件的工作原理框图 该机械手采用了液压驱动方式来实现其工作的要求，工作要求就是机械手能适应六菱柱形钢质工件不同面的夹持，故带有水平转盘手臂的回转运动。 传动机构采用齿条与齿轮啮合。本机械通过液压驱动传递动力推动齿条平动，齿条与齿轮啮合将液压缸传来的水平运动转化为齿轮连杆的回转运动。而齿条与齿轮啮合驱动四连杆转动，四连杆机构使夹板水平移动，完成对工件的夹紧松开。机械手的整体结构图如图2、图3所示。手爪部分特点如下表述： 1. 机械手手部由手爪（即夹板）和传力机构所构成。
无锡科技职业学院 毕业设计（论文）任务书 设计题目基于PLC的机械手控制系统设计 学生姓名 二级学院中德机电学院 专业机电一体化技术 班级 起止日期2013.10-2014.4 指导教师王莉莉 发任务书日期2013年10月20日1.毕业设计(论文)的内容和要求(含技术要求、图表要求等)：
完成一个能实现抓取搬运功能的直角型运动机械手的控制系统的设计。控制方式采用PLC控制，传动方式可选择气动或机械传动。 1、掌握机械手系统设计方法。 2、掌握S7-200系列PLC的构成、内部元器件、基本指令、功能指令。 3、掌握PLC控制系统设计的内容和步骤，会根据实际进行PLC的选择。 4、保证机械手系统使用方便，具有一定实用意义。 5、会熟练使用AUTOCAD绘制电气原理图。 6、会熟练使用S7-200系列PLC的编程软件。 7、符合控制逻辑，程序设计合理。 2.毕业设计(论文)应完成的技术文件： 1、给出硬件控制原理图 2、给出全部的PLC程序（梯形图和指令表） 3、给出PLC的输入输出地址分配 4、给出传动原理图 4、8000汉字的毕业设计说明书 5、5000个英文单词的专业文献翻译 3.主要参考文献： [1]朱世强，王宣银.机器人技术及其应用[M].杭州:浙江大学出 版社,2001. [2]胡海清.液压与液压传动控制技术基本常识高等教育出版社 [3]漆汉宏.PLC电气控制技术机械工业出版社
4.毕业设计(论文)进度安排： 周次工作内容备注 第一周查阅相关文献资料，了解与本课题 相关的研究概况 第二周对课题进行系统的分析，确定主要技术 指标及实现的功能 第三周讨论课题设计过程中可能会碰到的问题，及相应的解决办法 第四周撰写开题报告 第五周整理积累的资料，有选择性的进行消化 并形成书面材料 第六周熟悉被控对象，制定控制方案第七周确定I/O设备，选择合适的PLC 第八周根据生产设备现场需要，合理分配PLC 的I/O地址 第九周讨论PLC在本课题中的具体实现第十周绘制硬件控制原理图 第十一周编制合理的PLC程序 第十二周编制合理的PLC程序 第十三周完成专业英文文献的翻译 第十四周完成专业英文文献的翻译 第十五周全面整理毕业设计材料 第十六周材料评阅送审，毕业资格审查 教研室审查意见： 室主任 年月日院（系）审查意见： 院（系）负责人 年月日
专业课程设计 任务书 一、目的与要求 《专业课程设计》是机械设计及自动化专业方向学生的重要实践性教育环节，也是该专业学生毕业设计前的最后一次课程设计。拟通过《专业课程设计》这一教学环节来着重提高学生的机构分析与综合的能力、机械结构功能设计能力、机械系统设计的能力和综合运用现代设计方法的能力，培养学生的创新与实践能力。在《专业课程设计》中，应始终注重学生能力的培养与提高。《专业课程设计》的题目为工业机械手设计，要求学生在教师的指导下，独立完成整个设计过程。学生通过《专业课程设计》，应该在下述几个方面得到锻炼：1．综合运用已学过的“机械设计学”、“液压传动”、“机械系统设计”、“计算机辅助设计”等课程和其他已学过的有关先修课程的理论和实际知识，解决某一个具体设计问题，是所学知识得到进一步巩固、深化和发展。 2．通过比较完整地设计某一机电产品，培养正确的设计思想和分析问题、解决问题的能力，掌握机电产品设计的一般方法和步骤。 3．培养机械设计工作者必备的基本技能，及熟练地应用有关参考资料，如设计图表、手册、图册、标准和规范等。 4．进一步培养学生的自学能力、创新能力和综合素质。 二．主要内容 （1）根据以上相关设计参数及要求，完成精锻机上料机械手方案设计、结构设计及控制系统设 （2）撰写专业课程设计报告一份，不少于10000字。
1．机械手总装图1张（0号图纸）、部件图若干张（0号图纸）； 2．全部非标零件图（图纸类型是零件类型及复杂程度而定）； 3．液压原理图和电器控制原理图各一张； 4．撰写专业课程设计报告一份，不少于10000字。 五、考核方式 专业课程设计的成绩评定采用四级评分制，即优秀、良好、通过和不通过。成绩的评定主要考虑学生的独立工作能力、设计质量、答辩情况和平时表现等几个方面，特别要注意学生独立进行工程技术工作的能力和创新精神，全面衡量学生的真实质量。 学生姓名：安蕾刘国威刘欣磊彭澎孙赫俊 指导教师：杨晓红、花广如、杨化动 2011年12月30日
工业机械手设计 一、毕业设计题目概述 机械手是模仿人的手部动作，按照给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运和操作的自动装置，它是机械化、自动化的重要手段。因此，获得了日益广泛的应用，特别在高温、高压、危险、易燃、易爆、放射性等恶劣环境，以及笨重、单调、频繁的操作中，它代替了人的工作，具有重要的意义。在机械加工中，冲压、铸、锻、焊、热处理、电镀、喷漆、装配以及轻工业、交通运输、国防工业等各方面，也已愈来愈引起人们的重视。 机械手一般由执行机构、驱动机构、控制机构以及位置检测装置等组成，驱动系统可采用液压传动、气动传动、电气传动和机械传动等形式，而多数采用电液机联合传动。 该机械手是将圆柱形零件从传送带上夹装到专用机床上，待加工完毕后再夹装回传送带的专用机械手(图1)。机械手总体设计分为夹持器、伸缩臂、升降臂和底座四大部件设计及二个系统：PC电控系统与液压控制系统设计。夹持器安装于伸缩臂上，伸缩臂安装在升降臂上，升降臂安装在底座上。连接方式均为法兰盘螺栓连接。 机械手工作过程如图2所示。 图2 机械手工作流程图 码垛机械手结构如图3所示。工作程序为：液压缸2伸出→四边形机构3下降→夹持器4夹紧工件5→液压缸2缩回→四边形机构3上升→底座1回转→（到达位置后）液压缸2伸出→四边形机构3下降→夹持器4放开工件5→液压缸2缩回→四边形机构3上升→底座1回转至原位。然后进行下一循环。 改变夹持器形状，可夹持不同工件或物体。 二、设计参数 （说明：工业机械手改换末端执行器和工作方式，可完成不同工件或物体的操作，基本结构、设计内容和控制程序大体相同。本设计题目共分四种：工件工序转换机械手；箱体类物体移位机械手；工件翻转机械手；装箱机械手。） 本设计工业机械手由四个部分组成：底座回转部分、机身升降部分、伸缩臂伸缩部分和末端执行器夹持部分。 主机总体参数：圆柱形零件的尺寸为直径80毫米，高为150毫米，机械手回转角度为90度，升降高度为500mm，伸缩长度为300mm。 三、设计方案及要求 （一）底座回转部分设计方案及要求 1、转动角度90度，单向运动时间2秒；定位准确，要有定位措施。 2、采用回转支承机构，齿圈固定，液压马达行星齿轮传动或电机驱动。 3、与大臂和地基采用法兰联接。 （二）机身升降部分设计方案和要求 1、升降臂起升高度：0—500mm，任意可调； 2、单向升降运动时间：0—3s； 3、可采用电机驱滚珠丝杠传动或液压传动齿轮倍程升降机构，共两种方案。 4、升降臂定位可靠、精确。 5、升降臂与旋转底座、伸缩臂为法兰连接； 6、结构设计时考虑伸缩臂工作时的整机平衡； （三）伸缩臂设计方案和要求 1、伸缩长度：300mm，伸缩臂固定在升降台上，随升降台做上下运动和旋转运动；伸缩臂