1 绪论
1.1研究背景与意义
工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新技术，并已成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分，这种新技术发展很快，逐渐成为一门新兴的学科——机械手工程。机械手涉及到力学、机械学、电器液压技术、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。
工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动生产设备。工业机械手也是工业机器人的一个重要分支。他的特点是可以通过编程来完成各种预期的作业，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现在人的智能和适应性。机械手作业的准确性和环境中完成作业的能力，在国民经济领域有着广泛的发展空间[1-3]。
机械手的发展是由于它的积极作用正日益为人们所认识：其一、它能部分的代替人工操作；其二、它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；其三、它能操作必要的机具进行焊接和装配，从而大大的改善了工人的劳动条件，显著的提高了劳动生产率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。因而，受到很多国家的重视，投入大量的人力物力来研究和应用。尤其是在高温、高压、粉尘、噪音以及带有放射性和污染的场合，应用的更为广泛。在我国近几年也有较快的发展，并且取得一定的效果，受到机械工业的重视。
图1-1 生产线上的机械手
Fig.1-1 The manipulator on the production line
进入21世纪，随着我国人口老龄化的提前到来，近来在东南沿海还出现大量的缺工现象，迫切要求我们提高劳动生产率，提高我国工业自动化水平势在必行。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、放射性和其他有毒、污染环境条件下进行操作以保护人身安全，更显示其优越性，有着阔的发展前途。
1.2工业机械手的简史
用于再现人手的功能的技术装置称为机械手。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。
工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新技术，并已成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分，这种新技术发展很快，逐渐成为一门新兴的学科——机械手工程。机械手涉及到力学、机械学、电器液压技术、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。
工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动生产设备。工业机械手也是工业机器人的一个重要分支。他的特点是可以通过编程来完成各种预期的作业，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现在人的智能和适应性。机械手作业的准确性和环境中完成作业的能力，在国民经济领域有着广泛的发展空间。
机械手的发展是由于它的积极作用正日益为人们所认识：其一、它能部分的代替人工操作；其二、它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；其三、它能操作必要的机具进行焊接和装配，从而大大的改善了工人的劳动条件，显著的提高了劳动生产率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。因而，受到很多国家的重视，投入大量的人力物力来研究和应用。尤其是在高温、高压、粉尘、噪音以及带有放射性和污染的场合，应用的更为广泛。在我国近几年也有较快的发展，并且取得一定的效果，
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受到机械工业的重视。
现代工业机械手起源于20世纪50年代初，是基于示教再现和主从控制方式、能适应产品种类变更，具有多自由度动作功能的柔性自动化产品。
机械手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械手。他的结构是：机体上安装回转长臂，端部装有电磁铁的工件抓放机构，控制系统是示教型的。
1962年，美国机械铸造公司在上述方案的基础之上又试制成一台数控示教再现型机械手。商名为Unimate(即万能自动)。运动系统仿造坦克炮塔，臂回转、俯仰，用液压驱动；控制系统用磁鼓最存储装置。不少球坐标式通用机械手就是在这个基础上发展起来的。同年该公司和普鲁曼公司合并成立万能自动公司（Unimaton）,专门生产工业机械手。
图1-2 世界上第一台工业机械手
Fig.1-2 The world's first industrial robots
1962年美国机械铸造公司也试验成功一种叫Versatran机械手，原意是灵活搬运。该机械手的中央立柱可以回转，臂可以回转、升降、伸缩、采用液压驱动，控制系统也是示教再现型。虽然这两种机械手出现在六十年代初，但都是国外工业机械手发展的基础。
1978年美国Unimate公司和斯坦福大学、麻省理工学院联合研制一种Unimate-Vic-arm型工业机械手，装有小型电子计算机进行控制，用于装配作业，定位误差可小于±1毫米。
美国还十分注意提高机械手的可靠性，改进结构，降低成本。如Unimate
公司建立了8年机械手试验台，进行各种性能的试验。准备把故障前平均时间（注：故障前平均时间是指一台设备可靠性的一种量度。它给出在第一次故障前的平均运行时间），由400小时提高到1500小时，精度可提高到±0.1毫米。
图1-3 六自由度机械手
Fig.1-3 Six degrees of freedom manipulator
德国机器制造业是从1970年开始应用机械手，主要用于起重运输、焊接和设备的上下料等作业。德国KnKa公司还生产一种点焊机械手，采用关节式结构和程序控制。
瑞士RETAB公司生产一种涂漆机械手，采用示教方法编制程序。
瑞典安莎公司采用机械手清理铸铝齿轮箱毛刺等。
日本是工业机械手发展最快、应用最多的国家。自1969年从美国引进二种典型机械手后，大力研究机械手的研究。据报道，1979年从事机械手的研究工作的大专院校、研究单位多达50多个。1976年个大学和国家研究部门用在机械手的研究费用42%。1979年日本机械手的产值达443亿日元，产量为14535台。其中固定程序和可变程序约占一半，达222亿日元，是1978年的二倍。具有记忆功能的机械手产值约为67亿日元，比1978年增长50%。智能机械手约为17亿日元，为1978年的6倍。截止1979年，机械手累计产量达56900台。在数量上已占世界首位，约占70%，并以每年50%～60%的速度增长。使用机械手最多的是汽车工业，其次是电机、电器。预计到1990年将有55万机器人在工作。
1978年，日本山梨大学牧野洋发明SCARA，该机器人具有四个轴和四个运动自由度，(包括绕X,Y,Z方向的旋转自由度和沿Z轴的平移自由度)。该系列的操作手在其动作空间的四个方向具有有限刚度，而在剩下的其余两个方向上具有无限大刚度。
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如今SCARA机器人[4]还广泛应用于塑料工业、汽车工业、电子产品工业、药品工业和食品工业等领域。它的主要职能是搬取零件和装配工作。它的第一个轴和第二个轴具有转动特性，第三和第四个轴可以根据工作的需要的不同，制造成相应多种不同的形态，并且一个具有转动、另一个具有线性移动的特性。由于其具有特定的形状，决定了其工作范围类似于一个扇形区域。
图1-4 日本的SCARA机器人
Fig.1-4 Japan's SCARA robot
第二代机械手正在加紧研制。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，把感觉到的信息反馈，使机械手具有感觉机能。目前国外已经出现了触觉和视觉机械手。
第三代机械手（机械人）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(Flexible Manufacturing system)和柔性制造单元(Flexible Manufacturing Cell)中重要一环。
1.3国内外机械手研究现状与发展趋势
（1）工业机器人性能不断提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修），而单机价格不断下降，平均单机价格从91年的10.3万美元降至97年的6.5万美元。
（2）机械结构向模块化、可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位一体化；由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机；国外已有模块化装配机器人产品问市。
（3）工业机器人控制系统向基于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，控制柜日见小巧，且采用模块化结构；大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。
（4）机器人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，装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器。
（5）虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制，如使遥控机器人操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操纵机器人。
（6）当代遥控机器人系统的发展特点不是追求全自治系统，而是致力于操作者与机器人的人机交互控制，即遥控加局部自主系统构成完整的监控遥控操作系统，使智能机器人走出实验室进入实用化阶段。
（7）机器人化机械开始兴起。从94年美国开发出“虚拟轴机床”以来，这种新型装置已成为国际研究的热点之一，纷纷探索开拓其实际应用的领域。
1.4我国工业机器人的发展
我国工业机器人起步于20世纪70年代初期，经过30多年的发展，大致经历了3个阶段：70年代的萌芽期，80年代的开发期和90年代的适用化期。
20世纪70年代是世界科技发展的一个里程碑：人类登上了月球，实现了金星、火星的软着陆。我国也发射了人造卫星。世界范围内工业机器人的应用掀起了一个高潮，尤其在日本发展更为迅猛，它补充了日益短缺的劳动力。在这种背景下，我国于1972年开始研制自己的工业机器人。
进入20世纪80年代后，随着改革开放的不断深入，在高技术浪潮的冲击下，我国机器人技术的开发与研究得到了政府的重视与支持。“七五”期间，国家投入资金，对工业机器人及其零部件进行攻关，完成了示教再现式工业机器人成套技术的开发，研制出了喷涂、电焊、弧焊和搬运机器人。1986年，国家高技术研究发展计划开始实施，经过几年的研究，取得了一大批科研成果，成功地研制出了一批特种机器人。
从20世纪90年代初期起，我国的国民经济进入实现两个根本转变时期，掀起了新一轮的经济体制改革和技术进步热潮。我国的工业机器人又在实践中迈进了一大步，先后研制出了点焊、弧焊、装配、喷漆、切割、搬运、包装、码垛等各种用途的工业机器人，并实施了一批机器人应用工程，形成了一批机器人产业化基地，为我国机器人产业的腾飞奠定了基础。但是在多传感器信息
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融合控制技术、遥控加局部自主系统遥控机器人、智能装配机器人、机器人化机械等的开发用方面则刚刚起步，与国外先进水平差距较大，需要在原有成绩的基础上，有重点地系统攻关，才能形成系统配套可供实用的技术和产品，以期在“十五”后期立于世界先进行列之中。
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2 物料搬运机械手总体设计
设计一台工业机器人是一项复杂而又艰巨的任务，由于本人实践经验的缺乏和认识上的不足，因此在设计上不可能面面俱到。本次设计仅仅只设计机器人的总体机械结构，而对于控制系统以及细节部分如机械手设计等等不作详细的探讨。
2.1机械手的功能要求
能够快速、平稳、准确的夹起物料并完成搬运工作时物料搬运机械手的最基本的功能要求，这要求具备一定的精度，具有一定的承载能力，同时还有一定的工作空间。当然灵活的自由度和完成一定动作的平稳性也是必不可少的。在对于物料搬运机械手进行设计是，必须要根据机械手所要进行的动作，选择合适的机械手的结构，确定工作时序。应明确机械手搬运物料的重量和要满足的精度。进而确定机械手运动控制的要求，并且还要兼顾通用性和专用性的同时，尽量选用已经定型的标准组件，以实现机械手的模块化[5-7]。
本设计所要设计的机械手主要用生产线上某袋装化工产品的搬运动作。搬运物料的结构尺寸为mm mm mm 300400400??，重量为20kg 。因此机械手的主要设计参数如下。
表2-1 机械手主要设计要求
Tab.2-1 The mainly design requirements of Manipulator
项目
参数 自由度 3 最大回转角度
240度 最小回转角度
90度 最大工作半径
960mm 最大载荷
30kg 额定载荷
20kg 手爪最大行程 410mm
2.2确定机器人类型
根据机器人的运动参数确定其运动形式，然后才能确定其结构。根据机器人坐标建立的形式可以分为以下几个类型。
(1)直角坐标型:主体结构的关节都是移动关节。
特点是：结构简单，刚度高。关节之间运动相互独立，没有耦合作用。占地面积大，导轨面防护比较困难。
(2)圆柱坐标型：圆柱坐标式机器人主体结构具有三个自由度：腰转、升降和伸缩。亦即具有一个旋转运动和两个直线运动。
特点：通用性较强；结构紧凑；机器人腰转时将手臂缩回，减少了转动惯量。受结构限制，手臂不能抵达底部，减少了工作范围。
(3)球面坐标式（极坐标）：机器人主体结构具有三个自由度，两个旋转运动和一个直线运动。特点：工作范围较大；占地面积小；控制系统复杂
(4)关节式机器人：关节式机器人的主体结构的三个自由度腰转关节、肩关节、肘关节全部是转动关节。
特点：动作灵活，工作空间大；关节运动部位密封性好；运动学复杂，不便于控制。
综合比较以上几种方案的不同优缺点及对设计要求的全面认识，本次设计采用圆柱坐标型结构。此结构有以下优点：通用性较强；结构紧凑；机器人腰转时将手臂缩回，减少了转动惯量。同时这类机械手也存在一些结构上的缺点，例如手臂不能抵达底部，这样就减少了工作范围。
2.3 工业机器人的组成及各部分关系
图2-1 工业机器人组成图
Fig.2-1 The composition of industrial robot
2.4机械手总体设计及传动形式说明
作为机械手的最终的执行机构，机械机构的布局和类型直接影响到机械手的驱动系统和传动方式，乃至影响整个机械手的工作性能。针对本论文中提到的物料搬运机械手，机械手在做物料搬运时，手臂具有上升、下降、伸出和收缩的功能。并且机械手的腰部应能够进行回转。为了满足功能要求，本论文的物料搬运机械手设计分为三个自由度。并且机械手的运动形式分为方向移动和工作执行两个部分。其中方向移动部分占两个自由度，包括了伸出和缩回激动机构和平面摆动机构。由于这两个自由度之间没有耦合，所以可以有效的简化机械手的运算和控制。工作执行部分只有一个自由度，包括了上升和下降两个运动形式。对于具体机械手的结构图见图2-2。
图2-2 机械手的总体图
Fig.2-2 Overall figure of the manipulator
2.4.1机械手的传动形式说明
由于本机器人主要实现了三个自由度的运动，所以其传动形式也相对比较简单，下面对其传动形式予以说明。
（1）腰部回转运动。由于本机械手要实现物料的搬运，要具有一定的精度。并且考虑到机械手的通用性，在其他场合下也能很快的进行工作转换，对于腰部的回转运动采用了步进电机提供动力源。因为步进电机的转速相对于我们要
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求的腰部回转运动的速度较快，而且还应该提供较大的力矩，因此此处应选择带有减速器的步进电机，减速器应为行星轮减速器。
（2）手臂部位的伸出和收缩。手臂部位的伸缩运动同样需要一定的精度，同时为了节省空间和减轻手臂的重量，此处也是选择了步进电机来作为动力源，同时运动的传递使用了丝杠与丝杠螺母的形式。
（3）手爪的上下运动。手爪的上下运动对于搬运机械手来说要求的精度相对较低，而且此处需要的上下运动的力比较大，大约300N，因此此处我们选择使用气缸来实现这个方向的运动。
（4）手爪的夹持运动。一般情况下，我们不会讲手爪的夹持运动当做机器人的自由度，但是在这里涉及到运动形式的介绍，因此在此处对于手爪的夹持运动一并进行说明。此处物体的重量比较大，为了提供足够的加持力，我们选用气缸来作为手爪的动力源，此处进行了手爪的结构设计。
2.4.2滚珠丝杠
滚珠丝杆是将回转运动转化为直线运动，或将直线运动转化为回转运动的理想的产品。滚珠丝杆由螺杆、螺母和滚珠组成。它的功能是将旋转运动转化成直线运动，这是滚珠螺丝的进一步延伸和发展，这项发展的重要意义就是将轴承从滚动动作变成滑动动作。由于具有很小的摩擦阻力，滚珠丝杠被广泛应用于各种工业设备和精密仪器。
滚珠丝杠轴承为适应各种用途，提供了标准化种类繁多的产品。广泛应用与机床，滚珠的循环方式有循环导管式、循环器式、端盖式。
图2-3 滚珠丝杠图
Fig.2-3 The ball screw
预压方式有定位预压（双螺母方式、位预压方式）、定压预压。可根据用途选择适当类型。丝杆有高精度研磨加工的精密滚珠丝杠（精度分为从CO-C7的6个等级）和经高精度冷轧加工成型的冷轧滚珠丝杠轴承（精度分为从C7-C10
的3个等级）。另外，为应付用户急需交货的情况，还有已对轴端部进行了加工的成品，可自由对轴端部进行追加工的半成品及冷轧滚珠丝杠轴承。作为此轴承的周边零部件，在使用所必要的丝杠支撑单元、螺母支座、锁紧螺母等也已被标准化了，可供用户选择使用。
滚珠丝杠轴承以多年来所累积制品技术为基础，从材料、热外理、制造、检查至出货，都是以严谨的品保制度来加以管理，因此具有高信赖性。
2.4.3直线导轨
直线导轨可分为：滚轮直线导轨和滚珠直线导轨两种，前者速度快精度稍低，后者速度慢精度较高。
直线导轨又称线轨、滑轨、线性导轨、线性滑轨，用于直线往复运动场合，拥有比直线轴承更高的额定负载，同时可以承担一定的扭矩，可在高负载的情况下实现高精度的直线运动.
分为方形滚珠直线导轨，双轴芯滚轮直线导轨，单轴芯直线导轨。
在大陆称直线导轨，台湾一般称线性导轨，线性滑轨。
直线运动导轨的作用是用来支撑和引导运动部件，按给定的方向做往复直线运动。依摩擦性质而定，直线运动导轨可以分为滑动摩擦导轨、滚动摩擦导轨、弹性摩擦导轨、流体摩擦导轨等种类。直线轴承主要用在自动化机械上比较多,像德国进口的机床,折弯机,激光焊接机等等,当然直线轴承和直线轴是配套用的。像直线导轨主要是用在精度要求比较高的机械结构上,
滑块-使运动由曲线转变为直线。新的导轨系统使机床可获得快速进给速度，在主轴转速相同的情况下，快速进给是直线导轨的特点。直线导轨与平面导轨一样，有两个基本元件；一个作为导向的为固定元件，另一个是移动元件。由于直线导轨是标准部件，对机床制造厂来说．唯一要做的只是加工一个安装导轨的平面和调整导轨的平行度。
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图2-4 直线导轨
Fig.2-4 the linear guide-way
作为导向的导轨为淬硬钢，经精磨后置于安装平面上。与平面导轨比较，直线导轨横截面的几何形状，比平面导轨复杂，复杂的原因是因为导轨上需要加工出沟槽，以利于滑动元件的移动，沟槽的形状和数量，取决于机床要完成的功能。例如：一个既承受直线作用力，又承受颠覆力矩的导轨系统，与仅承受直线作用力的导轨相比．设计上有很大的不同。
2.4.4 步进电机与气缸
步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。
图2-5 步进电机
Fig.2-5 The stepping motor
步进电机的特点：
（1）一般步进电机的精度为步进角的3-5%，且不累积。
（2）步进电机外表允许的最高温度。步进电机温度过高首先会使电机的磁性材料退磁，从而导致力矩下降乃至于失步，因此电机外表允许的最高温度应取决于不同电机磁性材料的退磁点；一般来讲，磁性材料的退磁点都在摄氏130度以上，有的甚至高达摄氏200度以上，所以步进电机外表温度在摄氏80-90
度完全正常。
（3）步进电机的力矩会随转速的升高而下降。当步进电机转动时，电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势；频率越高，反向电动势越大。在它的作用下，电机随频率（或速度）的增大而相电流减小，从而导致力矩下降。
（4）步进电机低速时可以正常运转,但若高于一定速度就无法启动,并伴有啸叫声。
步进电动机以其显著的特点，在数字化制造时代发挥着重大的用途。伴随着不同的数字化技术的发展以及步进电机本身技术的提高，步进电机将会在更多的领域得到应用。
气缸，是引导活塞在其中进行直线往复运动的圆筒形金属机件。工质在发动机气缸中通过膨胀将热能转化为机械能；气体在压缩机气缸中接受活塞压缩而提高压力。涡轮机、旋转活塞式发动机等的壳体通常也称“气缸”。气缸有作往复直线运动的和作往复摆动的两类。作往复直线运动的气缸又可分为单作用、双作用、膜片式和冲击气缸4种。
根据工作所需力的大小来确定活塞杆上的推力和拉力。由此来选择气缸时应使气缸的输出力稍有余量。若缸径选小了，输出力不够，气缸不能正常工作；但缸径过大，不仅使设备笨重、成本高，同时耗气量增大，造成能源浪费。在夹具设计时，应尽量采用增力机构，以减少气缸的尺寸。
2.4.5行星齿轮减速器
行星齿轮减速机主要传动结构为：行星轮，太阳轮，内齿圈。
行星减速机因为结构原因，单级减速最小为3，最大一般不超过10，常见减速比为：3.4.5.6.8.10，减速机级数一般不超过3，但有部分大减速比定制减速机有4级减速。相对其他减速机，行星减速机具有高刚性、高精度(单级可做到1分以内)、高传动效率(单级在97%-98%)、高的扭矩/体积比、终身免维护等特点。因为这些特点，行星减速机多数是安装在步进电机和伺服电机上，用来降低转速，提升扭矩，匹配惯量[8]。
行星减速机额定输入转速最高可达到18000rpm(与减速机本身大小有关，减速机外形越大，额定输入转速越小)以上，工业级行星减速机输出扭矩一般不超过2000Nm，特制超大扭矩行星减速机可做到10000Nm以上。工作温度一般在-25℃到100℃左右，通过改变润滑脂可改变其工作温度。
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图2-6 行星齿轮减速器
Fig.2-6 The planetary reducer
2.5本章小结
本章主要对搬运机械手的主要结构形式和传动形式进行了介绍和说明，并且对于设计中可能要选择的一些标准间或者外购件进行了简要的说明和介绍，
主要是为后面的设计提供理论和技术的上支持，说明了整个设计的可行性。
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3 机械手末端执行器及第三臂设计
3.1机械手末端执行器设计方案
3.1.1末端执行器设计要求和设计参数
设计要求：
（1）要有足够的夹持力和所需的夹持精度；
（2）末端执行器要连接在手腕上，应尽可能使结构简单、紧凑、质量轻小，以减轻手臂的负荷。
设计参数：
（1）所需要夹紧的物料尺寸为mm mm mm 300400400??。放松动作时两个手爪间的最大距离为320mm~420mm 。抓持速度为10m/s ，夹持器从运输车上抓取待加工的坯料送到加工机械上及把加工好的工件送回到运输车上。
（2）工件重量20kg ，简化为mm mm mm 300400400??的长方体材料。
（3）夹紧动作平稳，起动和终止无刚性冲击，由运动分析及所需夹持力得到机构各部分尺寸。
3.1.2手爪结构的总体设计
末端执行器采用两个气缸来完成，总体结构如下图所示。
图3-1 末端执行器
Fig.3-1 The end effector
手爪采用来个气缸来完成抓取动作，
对于手爪采用了可以替换的模块化设计
方式以便于物料的形状发生变化时可以更换手爪。
3.1.3对于手爪气缸的选型计算
用于手爪开合的两个气缸对于力的要求不是很高，因此对于此部分我们只做简要的计算，并进行大体选型。
对于手爪闭合式所需要的力为200N，具体的行程应控制在30~50mm。因为气缸在市场中有现成的可以选择，因此我们只需要完成选型工作，购买合适的气缸即可。
图3-2 CQ2标准型气缸
Fig.3-2 CQ2 standard cylinders
本设计中手爪气缸选用SMC公司CQ2标准型气缸，该气缸的具体参数如下表所示。根据设计参数和CQ2薄型气缸选型手册选择气缸。
表3-1 气缸的主要选型参数
Tab.3-1 Main parameter selection of air cylinder
项目参数
公司SMC
系列CQ2系列
型号CQ2B100-50D
缸径100mm
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行程 50mm 最高使用压力 1MPa
根据气缸的以上参数，我们可以计算气缸的推拉力为:
N m Pa PS F 785))2/1000/100((14.310126=???==
而对于我们的设计要求最大载荷为200N 来说，最大785N 的夹持力足够使用了。其安全系数为：
925.3200/785'
===F F n 因此设计符合设计要求和安全准则。
3.1.4对于手爪直线导轨的选择
本处的直线导轨，实际为手爪的主要承重位置，因此在结构上我们采用了双导轨结构设计，同时导轨采用双滑块模式，导轨的材料选用的碳素钢。本设计中选购了Misumi 公司的SEL2B13-310型号的直线导轨，该类型导轨为通用的轻型导轨。
图3-3 直线导轨的布置
Fig.3-3 Linear guide arrangement
3.1.5手爪及其连接件设计
对于手爪的设计我们只是参考了对于物料搬运的手爪形状的基本结构，应为为了增强物料搬运机械手的通用性，我们将手爪利用法兰的形式与导轨连接，下午为手爪的效果图。
图3-4 手爪效果图
Fig.3-4 Gripper rendering
由于整个手爪结构的特殊性，我们特别设计了手爪、导轨以及气缸这三个
零件的连接件，效果图如图3-5。
图3-5 连接件效果图
Fig.3-5 Fitting effect
3.2机械手第三臂设计
第三臂要承受的负载力额定负载为20kg，最大负载为30kg。同时我们要求
在z轴方向上的最大位移为350mm。
最大负载N
F300
'
同样我们选择SMC的气缸，通过查阅SMC气缸的选型手册，我们暂选标
准型气缸MB系列，具体的参数见下表。
表3-2 气缸的主要选型参数
Tab.3-2 Main parameter selection of air cylinder
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项目
参数 公司 SMC 系列
MB 系列 型号
MDB100-350 缸径
100mm 行程
350mm 最高使用压力 1MPa
根据气缸的以上参数，我们可以计算气缸的推拉力为:
N m Pa PS F 785))2/1000/100((14.310126=???==
而对于我们的设计要求最大载荷为300N 来说，最大785N 的夹持力足够使用了。其安全系数为：
62.2300/785'
===F F n 因此此设计符合设计要求和安全准则。
第三臂的气缸外形图如下图所示。
图3-6 第三臂气缸及其底座
Fig.3-6 The third arm cylinder and its base
3.3 小结
本章主要完成了物料搬运机械手的末端执行器和第三臂上下移动的设计工作。对于用的气缸进行了选型，对主要的零件进行了设计。通过校核，所选择的气缸和设计均符合设计要求和安全准则。
码垛机器人说明书
前言 本说明书阐述了此四自由度码垛机器人使用方法。请仔细阅读并理解此说明书后使用机器人。打开包装请先对照装箱清单检查配件是否齐全，若有遗漏请尽快与我们联系。
目录 概述............................................... 错误!未定义书签。机器人的搬运及安装................................. 错误!未定义书签。 警告标示....................................... 错误!未定义书签。 机器人安装环境................................. 错误!未定义书签。 机器人运动范围及安全围栏安装................... 错误!未定义书签。 机器人的搬运方法............................... 错误!未定义书签。 基座安装尺寸................................... 错误!未定义书签。 机器人端持器的安装............................. 错误!未定义书签。 气路连接....................................... 错误!未定义书签。机器人控制柜的搬运与安装........................... 错误!未定义书签。 注意事项....................................... 错误!未定义书签。 机器人控制箱安装环境........................... 错误!未定义书签。 机器人控制箱的内部电气接线..................... 错误!未定义书签。 机器人控制箱的搬运............................. 错误!未定义书签。 机器人控制箱的外部连接......................... 错误!未定义书签。机器人系统与生产线的连接........................... 错误!未定义书签。机器人操作方法..................................... 错误!未定义书签。 机器人的开关机.................................. 错误!未定义书签。 操作界面的认识.................................. 错误!未定义书签。 操作界面的使用方法.............................. 错误!未定义书签。常见故障分析及处理................................. 错误!未定义书签。 机器人无法运行................................. 错误!未定义书签。 机器人未按既定规划运行......................... 错误!未定义书签。 机器人系统提示“系统正在运行”................. 错误!未定义书签。机器人保养与维护................................... 错误!未定义书签。 机械部件的养护.................................. 错误!未定义书签。 控制系统的维护.................................. 错误!未定义书签。
┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊ 搬运机器人结构设计与分析 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，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。 本课题主要对搬运机器人的机械部分展开讨论，对原有的机械结构提出了新的改进方法，并把现在的新技术应用到本课题中，从而使得搬运机器人更加适用于现在的工业工作环境。通过详细了解搬运机器人在工业上的应用现状，提出了具体的搬运机器人设计要求，并根据搬运机器人各部分的设计原则，进行了系统总体方案设计以及包括：机器人的手部、腕部、臂部、腰部在内的机械结构设计。此搬运机器人的驱动源来自液压系统，执行元件包括：柱塞式液压缸、摆动液压缸、伸缩式液压缸等。通过液压缸的运动来实现搬运机器人的各关节运动，进而实现搬运机器人的实际作业。 关键词：搬运机器人；液压系统；机械结构设计；操作
┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊ Abstract In the modern large-scale manufacturing industry,enterprises to improve productivity, and,guarantee product quality, as an important part of the automation production line, industrial robots are gradually approved and adopted by enterprises. Industrial robot technology standards and application level, to a certain extent, reflect a level of national industrial automation. Currently, Industrial robot mainly tasked with welding, spraying, handling and stacking, repetitive and intensity of significant work. The subject of the main part of the handling of their machinery discussions, and on the original mechanical structure proposed for the new improved method, which makes the handling robot is more applicable to the present industrial working environment.Through a detailed understanding of the robot in the industrial application,to propose specific handling robot design requirements,and according to the robot design principles of various parts,for the system as well as including:the robot's hand, wrist, arm, waist, the design of mechanical structures.The transfer robot driven by the source from the hydraulic system, and the implementation of components including:plunger hydraulic cylinders, hydraulic cylinders, swing, telescopic hydraulic cylinders, etc.Through the hydraulic cylinder movements to implement the joint transport robot motion,And realize the operational handling robot. Keywords：Transfer robot；Hydraulic System；Mechanical Design；Operating
天津大学 毕业设计 中文题目：物料搬运机器人手部系统的设计 英文题目：Material handling system design robot Hand department 学生姓名 系别机电 专业班级 2 指导教 成绩评定 2010年6月
目录 1 引言 (1) 1.1 机器人概述 (1) 1.2 机器人的研究历史及现状 (1) 1.3 机器人的发展趋势 (2) 2 手部的设计与计算 (3) 2.1 手部的设计 (3) 2.2 驱动方式 (3) 2.3 手部夹紧力的计算 (5) 2.4 弹簧的计算[6] (5) 2.5 手部电机选择原则【7】........................... 错误！未定义书签。 2.5.1 一般执行电机的选择原则...................... 错误！未定义书签。 2.5.2 电机的选用.................................. 错误！未定义书签。 2.6 手部电机参数计算.............................. 错误！未定义书签。 2.7 电机转速与夹紧力速度几何关系的确定............ 错误！未定义书签。 3 手臂的设计与计算............................... 错误！未定义书签。 3.1 手臂结构设计.................................. 错误！未定义书签。 3.2 手部质量计算.................................. 错误！未定义书签。 3.2.1 爪子的质量计算.............................. 错误！未定义书签。 3.2.2 手部外壳质量计算............................ 错误！未定义书签。 3.2.3 手部主轴的质量计算.......................... 错误！未定义书签。 3.2.4 其它部件的质量估算.......................... 错误！未定义书签。 3.3 手臂计算及电机选择............................ 错误！未定义书签。 4 结论.......................................... 错误！未定义书签。【参考文献】................................... 错误！未定义书签。致谢............................................ 错误！未定义书签。附录1：英文文献 .................................. 错误！未定义书签。附录2：英文文献翻译 .............................. 错误！未定义书签。
作品名称：识别搬运机器人 指导老师：吴爱梅、刘永平 作者：谢春伟、杜存忠、董航、高军林机器人综合了机械学、电子学、计算机科学、自动控制工程、人工智能、仿生学等多个学科的最新研究成果，代表了机电一体化的最高成就，是当今世界科学技术发展最活跃的领域之一。 一、作品组成 1.BASIC Stamp 微控制器 BASIC Stamp微控制器是以PBASIC为编程语言，通过解释器对PBASIC应用程序进行解释执行的微型计算机，具有 8路或 16路 I/O 通道，每个 I/O 通道接脚可以直接连接发光二极管、蜂鸣器、颜色识别传感器等各种传感器。通过增加一些额外元器件，可以实现不同的功能。 BASIC Stamp由一个5伏特电压调节器、晶振器、Serial EEPROM、及一个PBASIC 解释器组成。
2.伺服马达伺服马达有三根不同色线，分别为：黑、红、白，其中红色的为电源线； 黑色为地线；白色的为控制信号线，通过对这信号线输入脉冲序列来控制电机的运动， 可以控制电机的运动速度，运动方向。 3.传感器 TCS230 颜色传感器属于图像传感器，图像传感器可分为互补金属氧化物半导体 （CMOS）图像传感器和电荷耦合器件（CCD）图像传感器两类。CMOS型和 CCD 型固态图像传感器在光检测方面都利用了硅的光电效应原理，采用感光元件作为影像捕获的基本手 段，感光元件的核心都是一个感光二极管（photodiode），该二极管在接受光线照射之 后能够产生输出电流，而电流的强度 则与光照的强度对应。每个感光元件对应图像传感器中的一个像点，由于感光元件只能 感应光的强度，无法捕获色彩信息，因此必须在感光元件上方覆盖彩色滤光片。 TCS230颜色传感器是由一个颜色检测器组成，包括一个TAOS TCS230 RGB 的传感器 芯片，白色的发光二极管，瞄准镜，板卡上的插槽和连接线。 TCS230 颜色传感器通过插 槽或直接相连来与其他 BASIC Stamp模块接口，在其固定的范围内对可见光颜色进行检 测。 4■机械手 主要有手爪支架，手爪臂，及手爪组成，用来模拟人手用来抓取已识别的物体，然后进行搬运指定区域。 二、创新来源 该作品启示于生活当中港口码头对不同颜色的集装箱搬运。从而联想到机器 人根据不同颜色自动分拣的目的，以提高搬运工作效率。 三、实现功能 机器人从指定区域启动后，到达设定目的地用机械手对不同色块进行分捡和搬运。 机器人在得到指令后启动，不需再次接触机器人，由机器人自主运行完成任务，每次任务机器人连续运行。 四、调试说明 1.将机器人放置于启动区的中心位置，此位置相对比较重要（此位置关系到整体的运动结果）。保证机器人在第一次行走后能到达正五边行的中间位置。 2.调整传感器的位置，与水平面夹角约为 75度。（可根据实际的情况调整） 3.若机器人经测试未能达到指定位置，可进行参数的调整。
全套设计通过答辩优秀CAD图纸QQ 36396305 XX学院 毕业设计说明书(论文) 作者: 学号： 学院(系): 专业: 题目: 重载搬运机器人本体结构设计【六自由 度机械手】 2015 年5月
全套设计通过答辩优秀CAD图纸QQ 36396305 毕业设计说明书（论文）中文摘要 机械手是一种典型的机电一体化产品，搬运机械手是机械手研究领域的热点。研究搬运机械手需要结合机械、电子、信息论、人工智能、生物学以及计算机等诸多学科知识，同时其自身的发展也促进了这些学科的发展。 本文对一种使用在搬运机械手的结构进行设计，并完成总装配图和零件图的绘制。要求对机械手模型进行力学分析，估算各关节所需转矩和功率，完成电机和减速器的选型。其次从电机和减速器的连接和固定出发，设计关节结构，并对机构中的重要连接件进行强度校核。 关键词：结构设计，机器臂，关节型机械手，结构分析
毕业设计说明书（论文）外文摘要
目录 1 绪论 (1) 1.1 引言 (2) 1.2 搬运机械手研究概况 (3) 1.2.1 国外研究现状 (3) 1.2.2 国内研究现状 (4) 1.4 搬运机械手的总体结构 (5) 1.5 主要内容 (5) 2 总体方案设计 (6) 2.1 机械手工程概述 (6) 2.2 工业机械手总体设计方案论述 (7) 2.3 机械手机械传动原理 (8) 2.4 机械手总体方案设计 (8) 2.5 本章小结 (10) 3 机械手大臂结构设计 (1) 3.1 大臂部结构设计的基本要求 (1) 3.2 大臂部结构设计 (2) 3.3 大臂电机及减速器选型 (2) 3.4 减速器参数的计算 (3) 3.5承载能力的计算 (7) 3.5.1 柔轮齿面的接触强度的计算 (7) 3.5.2 柔轮疲劳强度的计算 (7) 3.6 轴的计算校核 (8) 3.7 大臂的平衡设计 (11) 3.7.1 弹簧的受力分析 (11) 3.7.2 弹簧的设计计算 (14) 4机械手小臂结构设计 (18) 4.1 腕部设计 (18) 4.2 小臂部结构设计 (31)
关节型搬运机器人设计 摘要 随着现代工业机器人技术的发展，工业机器人的使用迅速增长。本文通过对国内外工业机器人的分析，并结合搬运所需要的条件，设计出了工厂自动化生产和生产线使用的搬运机器人。 本文着重对搬运机器人的总体设计方案、机构及控制系统从理论上进行了详细的分析和设计。在搬运机器人总体设计中，采用了应用最为广泛的平面关节型；在机构设计中，主要设计了搬运机器人末端执行器、手腕、手臂和腰的机械结构；在末端执行器设计上采用了一种具有接近觉、接触觉及滑动觉的初级智能机械手；在控制系统的设计中，采用可编程控制器（PLC）进行控制，并对控制系统的硬件原理做了分析，对PLC 的程序也进行了编译；在驱动系统设计中，采用了气动和电机两种驱动方式，主要动作采用电机驱动。 关键词：搬运机器人，三感觉机械手，可编程序控制器 Design of the joint transporting robot Abstract Under the development of the modern industrial robot’s technology , the use of industrial robot increases rapidly. Through analyzing the domestic and foreign industrial robots, combing the conditions of the transportation, the transporting robot for the factory automation produce and the production line is designed in this article. The emphasis on this article is to analyze and design the transporting robot in theory. The analytical objects include the total scheme, the mechanism design, and the control system design. In the total scheme design, the most wildly applied plane joint type is chosen. In the mechanism, the transporting robot’s end-effector, the wrist, the arm and the waist are mainly designed. A kind of the approaching sense, the contact sense and the skidding sense primary intelligence manipulator is adopted in the end-effector; In the control system, the programmable controller (PLC) is used, the principle of hardware is analyzed and the programs in PLC are compiled. In the actuating system, two driving types are used which include the pneumatic operation and the motor. The main movement is driven by the motor. Key words: Transporting robot, three feelings manipulators, programmable controller （PLC）
作品名称：识别搬运机器人指导老师：吴爱梅、刘永平 作者：谢春伟、杜存忠、董航、高军林
机器人综合了机械学、电子学、计算机科学、自动控制工程、人工智能、仿生学等多个学科的最新研究成果，代表了机电一体化的最高成就，是当今世界科学技术发展最活跃的领域之一。 一、作品组成 1.BASIC Stamp微控制器 BASIC Stamp微控制器是以PBASIC为编程语言，通过解释器对PBASIC应用程序进行解释执行的微型计算机，具有8路或16路I/O通道，每个I/O通道接脚可以直接连接发光二极管、蜂鸣器、颜色识别传感器等各种传感器。通过增加一些额外元器件，可以实现不同的功能。 BASIC Stamp由一个5伏特电压调节器、晶振器、Serial EEPROM、及一个PBASIC 解释器组成。 2.伺服马达 伺服马达有三根不同色线，分别为：黑、红、白，其中红色的为电源线；黑色为地线；白色的为控制信号线，通过对这信号线输入脉冲序列来控制电机的运动，可以控制电机的运动速度，运动方向。 3.传感器 TCS230颜色传感器属于图像传感器，图像传感器可分为互补金属氧化物半导体（CMOS）图像传感器和电荷耦合器件（CCD）图像传感器两类。CMOS型和CCD型固态图像传感器在光检测方面都利用了硅的光电效应原理，采用感光元件作为影像捕获的基本手段，感光元件的核心都是一个感光二极管（photodiode），该二极管在接受光线照射之后能够产生输出电流，而电流的强度则与光照的强度对应。每个感光元件对应图像传感器中的一个像点，由于感光元件只能感应光的强度，无法捕获色彩信息，因此必须在感光元件上方覆盖彩色滤光片。 TCS230颜色传感器是由一个颜色检测器组成，包括一个TAOS TCS230 RGB 的传感器芯片，白色的发光二极管，瞄准镜，板卡上的插槽和连接线。TCS230颜色传感器通过插槽或直接相连来与其他BASIC Stamp模块接口，在其固定的范围内对可见光颜色进行检测。
搬运机器人 设计 班级: 学号:
搬运机器人能够模仿人手部的部分动作，按照设定的程序、轨迹和要求，代替人工在高温和危险的作业区进行单调持久的作业，实现一些人工不可能完成的工作，这不仅可以使人手避免出 现可能的危险情况，保障生产安全，还能促进工作线的流水化，提高了工作效率，降低了劳动强度，改善了劳动环境，已经成为现代制造业中不可或缺的一种自动化装置。 本机器人用于生产线上工件的自动搬运，下图为机器人动作 示意图，机械手按下述顺序周而复始地工作： 图九朋机械手工也吓意图 根据对机器人的工艺过程及控制要求分析，机械手的动作过程如图所示： 原点__彳下降——彳夹紧——彳上升——彳慢遇I__彳快进I 慢退k—上升k——放松k——下降k—FiSa 快退——慢堪
亠、搬运机械手总体结构设计 （1）该机器人采用圆柱坐标型，具有三个自由度，即手臂的 伸长、缩短，手臂的上升、下降和整体旋转。 （2）该机器人采用液压驱动，其具有体积小、质量轻、结构紧凑、传动平稳、操作简单、安全、经济、易于实现过载保护且液压元件能够自行润滑等一系列优点。 （3）在控制方式选择上，由于其功能只是在两个传送带之间搬移工件，运动简单，控制要求不高，因此采用点位控制方式。 （4）此搬运机器人是在两个工作台之间搬运工件，其动作比较简单，选用电位器进行定位。 （5）此机器人应用于自动生产线上，因此，它应该能够按照控制程序自动运行,即具有自动运行模式。 二、搬运机械手机械结构设计 1、机身设计 因为圆柱坐标式机器人把回转与升降两个自由度归属于机身，所以设计回转与升降机身，选用旋转液压缸与升降液压缸单独驱动的回转型机身，如图1所示，升降液压缸在上，旋转液压缸在下。 2、臂部设计 采用双导向杆的臂部伸缩结构。缸体直接固定在升降立柱上，活塞杆与两根导向杆连接一起组成伸缩臂，由于活塞杆与导 向杆全部藏在缸体内，油管也从活塞杆内部通过，其特点是结构 紧凑，外观整洁。结构如图2所示
毕业设计论文 四自由度搬运物料工业机器人的设计 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再现的方式。 本文将设计一台四自由度的工业机器人，用于给冲压设备运送物料。首先，本文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；在此基础上，本文将设计该机器人的控制系统，包括数据采集卡和伺服放大器的选择、反馈方式和反馈元件的选择、端子板电路的设计以及控制软件的设计，重点加强控制软件的可靠性和机器人运行过程的安全性，最终实现的目标包括：关节的伺服控制和制动问题、实时监测机器人的各个关节的运动情况、机器人的示教编程和在线修改程序、设置参考点和回参考点。 关键词：机器人示教编程伺服制动
The Design of an Industrial Robot with Four DOFs for Carrying Material for a Punch Abstract:In the modern large-scale manufacturing industry, enterprises pay more attention on the automation degree of the production process in order to enhance the production efficiency, and guarantee the product quality. As an important part of the automation production line, industrial robots are gradually approved and adopted by enterprises. The technique level and the application degree of industrial robots reflect the national level of the industrial automation to some extent, currently, industrial robots mainly undertake the jobs of welding, spraying, transporting and stowing etc. , which are usually done repeatedly and take high work strength, and most of these robots work in playback way. In this paper I will design an industrial robot with four DOFs, which is used to carry material for a punch. First I will design the structure of the base, the big arm, the small arm and the end manipulator of the robot, then choose proper drive method and transmission method, building the mechanical structure of the robot. On this foundation, I will design the control system of the robot, including choosing DAQ card, servocontrol, feedback method and designing electric circuit of the terminal card and control software. Great attention will be paid on the reliability of the control software and the robot safety during running. The aims to realize finally include: servocontrol and brake of the joint, monitoring the movement of each joint in realtime, playback programming and modifying the program online, setting reference point and returning to reference point. Key words:Robot；Playback；Servocontrol；Brake
4-DOF搬运机器人的结构设计
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，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。 本文研究了国内外机械手发展的现状，通过学习机械手的工作原理，熟悉了搬运机器人的运动机理。在此基础上，确定了四自由度搬运机器人的基本系统结构，对搬运机器人的结构进行了简单的强度计算，完成了搬运机器人机械方面的设计（包括传动部分、执行部分、驱动部分）和简单的三维实体造型工作。本设计为四自由度圆柱坐标型工业机器人，其工作方向为两个直线方向、一个旋转方向和一个气爪运动。机器人的机械结构主要包括由三个电磁阀控制的气缸来实现机器人的上升下降运动及夹紧工件的动作，一个步进电机控制机器人的正反转。 在控制器的作用下，搬运机器人执行将工件从一条流水线拿到另一条流水线这一简单的动作。设计的搬运机器人运用于自动化生产线，实现自动化生产，减轻产业工人大量的重复性劳动，同时又可以提高劳动生产率，本文是对整个设计工作较全面的介绍和总结。 关键词：搬运机器人，强度计算，结构设计 指导老师签名： Structure designing of 4-DOF handling robot Student name: Class: Supervisor:
Abstract：In the modern large-scale manufacturing industry,enterprises to improve productivity, and,guarantee product quality, as an important part of the automation production line, industrial robots are gradually approved and adopted by enterprises. Industrial robot technology standards and application level, to a certain extent, reflect a level of national industrial automation. Currently, Industrial robot mainly tasked with welding, spraying, handling and stacking, repetitive and intensity of significant work. This paper studies the current situation of the development of mechanical hand, by studying the working principle of the robot, familiar with handling robot locomotion mechanism .On this basis, identified 4-DOF of handling robot 's basic system architecture , simple strength calculation was made on handling robot structure ,finish handling robot mechanical design ( including transmission part, operative, driving part ) and simple 3D solid modeling work.This scheme introduced a cylindrical robot for four degree of freedom. It is composed of two linear axes ，one rotary axis and a pneumatic claw movement.The manipulator mechanical structure includes three solenoid valves controlled by air cylinder to achieve the increased decline in sports and workpiece clamping action,a stepper motor control manipulator positive inversion. Controller only allows these devices move from one assembly line to other assembly line in space, perform relatively simple taskes. Designed of the handling robot used in automatic production line, realizing the automatic production, reduce industrial workers much repetitive work, also can improve labor productivity.This paper is more comprehensive introduction and summing-up for the for the whole design work. Keywords：Transfer robot, Strength calculation,Structure design Signature of Supervisor:
搬运机器人结构设计与分析 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，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。 本课题主要对搬运机器人的机械部分展开讨论，对原有的机械结构提出了新的改进方法，并把现在的新技术应用到本课题中，从而使得搬运机器人更加适用于现在的工业工作环境。通过详细了解搬运机器人在工业上的应用现状，提出了具体的搬运机器人设计要求，并根据搬运机器人各部分的设计原则，进行了系统总体方案设计以及包括：机器人的手部、腕部、臂部、腰部在的机械结构设计。此搬运机器人的驱动源来自液压系统，执行元件包括：柱塞式液压缸、摆动液压缸、伸缩式液压缸等。通过液压缸的运动来实现搬运机器人的各关节运动，进而实现搬运机器人的实际作业。 关键词：搬运机器人；液压系统；机械结构设计；操作
Abstract In the modern large-scale manufacturing industry,enterprises to improve productivity, and,guarantee product quality, as an important part of the automation production line, industrial robots are gradually approved and adopted by enterprises. Industrial robot technology standards and application level, to a certain extent, reflect a level of national industrial automation. Currently, Industrial robot mainly tasked with welding, spraying, handling and stacking, repetitive and intensity of significant work. The subject of the main part of the handling of their machinery discussions, and on the original mechanical structure proposed for the new improved method, which makes the handling robot is more applicable to the present industrial working environment.Through a detailed understanding of the robot in the industrial application,to propose specific handling robot design requirements,and according to the robot design principles of various parts, for the system as well as including:the robot's hand, wrist, arm, waist, the design of mechanical structures.The transfer robot driven by the source from the hydraulic system, and the implementation of components including:plunger hydraulic cylinders, hydraulic cylinders, swing, telescopic hydraulic cylinders, etc.Through the hydraulic cylinder movements to implement the joint transport robot motion,And realize the operational handling robot. Keywords：Transfer robot；Hydraulic System；Mechanical Design；Operating
第五章搬运机器人及其操作应用 5.1 搬运机器人的分类及特点 5.2 搬运机器人的系统组成 5.3 搬运机器人的作业示教 5.3.1 冷加工搬运机器人 5.3.2 热加工搬运机器人 学习目标导入案例课堂认知扩展与提高本章小结思考练习 5.4 搬运机器人的周边设备 5.4.1 周边设备 5.4.1 周边设备 课前回顾 如何使用在线示教方式进行工业机器人任务编程？ 如何进行工业机器人离线作业示教再现？ 学习目标 认知目标 了解搬运机器人的分类及特点 掌握搬运机器人的系统组成及其功能 熟悉搬运机器人作业示教的基本流程 熟悉搬运机器人的周边设备与布局 能力目标 能够识别搬运机器人工作站基本构成 能够进行搬运机器人的简单作业示教 导入案例 机器人助力机床上下料，国产高效智能压铸装备研制成功 智能压铸岛是以压铸机为核心设备构成的一组智能化生产单元，以无人化生产管理方式自动完成从原材料到合格铸件成品间的工艺生产流程，实现压铸生产的程序化、数字化和远程控制。高效智能压铸岛以压铸机为核心，配备 3-10 个机器人和多部 AGV 小车，集成多个控制系统、伺服系统、检测系统于一体，包括铝液智能熔化系统、伺服定量浇注系统、炉料回收系统、智能熔体含气量检测系统、真空压铸系统自动模温机、自动三维伺服喷涂机械手、耐高温抗腐蚀的装件
取件机器人、镶嵌自动快速加热和均温装置、自动型芯冷却系统、自动余料去除及飞边清理装置、大型精密压铸模具、输送带、冷却装置、在线智能检测系统、激光打标机、智能转运小车、压铸生产信息化管理系统、嵌入式专用控制器、压铸专家系统等设备和系统。 课堂认知 5.1 搬运机器人的分类及特点 搬运机器人具有通用性强、工作稳定的优点，且操作简便、功能丰富，逐渐向第三代智能机器人发展，其主要优点有。 动作稳定和提高搬运准确性。 提高生产效率，解放繁重体力劳动，实现“无人”或“少人”生产。 改善工人劳作条件，摆脱有毒、有害环境。 柔性高、适应性强，可实现多形状、不规则物料搬运。 定位准确，保证批量一致性。 降低制造成本，提高生产效益。 从结构形式上看，搬运机器人可分为龙门式搬运机器人、悬臂式搬运机器人、侧壁式搬运机器人、摆臂式搬运机器人和关节式搬运机器人。 龙门式搬运机器人 其坐标系主要由 X 轴、 Y 轴和 Z 轴组成。其多采用模块化结构，可依据负载位置、大小等选择对应直线运动单元及组合结构形式，可实现实现大物料、重吨位
搬运码垛机器人毕业设 计 Company number：【WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998】
目录1
1绪论 研究背景及意义 随着现代社会科技水平日新月异的变化，机器人技术已经渗透到人类生活中的方方面面，演着不可替代的角色。机器人是多个学科技术综合而成的产物，其应用程度已经逐渐宽广起来研究机器人已经成为了当今时代的趋势。机器人的应用状况已经可以作为权衡一个国家现化程度高低的重要因素。从机器人工作的环境来对机器人进行分类，大体上能划分成两种，就是工业机器人与特种机器人。工业机器人是一种具有良好性能的自动化机械装置，是典型的含有很高科技含量的机电一体化产品。它在提高产品质量、增加经济效益、提高生产率方面起着重要作用。同时工业机器人的发展情况也是日新月异的，所以研发工业机器人是一件刻不容缓的事情。 码垛是随着物流产业的不断壮大而发展起来的一项高新技术，其思想是把物品按照一定规律码放在托盘上，从而能够使物品的存放、搬运、转移等活动变成单元化操作，从而大大提高物流运输的效率。在物料质量不大、尺寸不大、码垛速度要求不高的情况下，码垛工作都是通过人工来实现的。后来为了减轻工人在码垛时的工作强度，产生了托盘操作机、工业机械手等一些比较简单的机械设施。但是随着人们对码垛速度要求的不断提高，传统的人工码垛方式越来越难以达到人们的要求，这种情况下码垛机器人应运而生。 作为工业机器人典型的一种，码垛机器人技术近几年有着非常快速的发展，这样的发展速度和当今世界制造业的小批量、多种类的发展模式是十分吻合的。码垛机器人有着工作能力强、运行速度快、体积比较小、抓取种类多、应用范围广等特点，从而在市场上备受青睐，正因为这些优点，才使得码垛机器人被普遍应用于制造业、码垛、装配、焊接等诸多操作中。 近年来，袋装物品的需求和产量都十分巨大，进而对袋装物品进行运输的需求也在急剧增长。在我国有大量的袋装物品需要进行码垛、卸垛和运输。目前，对袋装物品的火车运输来讲，火车站台卸车、站台码垛、运输装车、运输卸车、库房码垛等工