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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
第八章 机械手Solidworks三维造型 25
8.1上手爪造型 26
8.2螺栓的绘制 30
毕业设计感想 35
参考资料 36
送料机械手设计及Solidworks运动仿真
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，运用Solidworks技术对上料机械手进行三维实体造型，并进行了运动仿真，使其能将基本的运动更具体的展现在人们面前。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，Solidworks 。
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学计划的最后一个极为重要的实践性教学环节，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、国家标准等手册、图册工具书进行设计计算，数据处理，编写技术文件等方面的工作能力。
四、 培养学生进行调查研究，面向实际，面向生产，向工人和技术人员学习的基本工作态度，工作作风和工作方法。
1.2本课题的内容和要求
（一、）原始数据及资料
（1、）原始数据：
a、 生产纲领：100000件（两班制生产）
b、 自由度（四个自由度）
臂转动180o
臂上下运动 500mm
臂伸长（收缩）500mm
手部转动 ±180o
（2、）设计要求：
a、上料机械手结构设计图、装配图、各主要零件图（一套）
b、液压原理图（一张）
c、机械手三维造型
d、动作模拟仿真
e、设计计算说明书（一份）
（3、）技术要求
主要参数的确定：
a、坐标形式：直角坐标系
b、臂的运动行程：伸缩运动500mm，回转运动180o。
c、运动速度：使生产率满足生产纲领的要求即可。
d、控制方式：起止设定位置。
e、定位精度：±0.5mm。
f、手指握力：392N
g、驱动方式：液压驱动。
（二、）料槽形式及分析动作要求
（ 1、）料槽形式
由于工件的形状属于小型回转体，此种形状的零件通常采用自重输送的输料槽,如图1.1所示，该装置结构简单，不需要其它动力源和特殊装置，所以本课题采用此种输料槽。
图1.1机械手安装简易图
（2、）动作要求分析如图1.2所示
动作一：送 料
动作二：预夹紧
动作三：手臂上升
动作四：手臂旋转
动作五：小臂伸长
动作六：手腕旋转
预夹紧
手臂上升
手臂旋转
小臂伸长
手腕旋转
手臂转回
图1.2 要求分析
第二章 抓取机构设计
工业机器人的4轴和6轴一个是U轴一个是T轴，都是动作幅度比较大，运动范围最大。
4轴焊接机器人的轴数比6轴机器人少两个轴，其部件的灵活性就会迟钝些。六轴焊接机器人最大特点是柔性启动化，柔性制造系统中的一个重要组成部分。工业机器人可随其工作环境变化以及加工件的变化进行再编程，适合于小批量多品种具有均衡高效率的柔性制造生产线的应用。
6轴机器人的第一个关节能像四轴机器人一样在水平面自由旋转，后两个关节能在垂直平面移动。此外，六轴机器人有一个“手臂”，两个“腕”关节，这让它具有人类的手臂和手腕类似的能力。它们可以执行许多由熟练工人才能完成的操作。六轴机器人结合机器人与人的特点。在六轴工业机器人的结构上有类似人的行走、腰转、大臂、小臂、手腕、手爪等部分，在控制上有电脑。其传感器提高了工业机器人对周围环境的自适应能力。
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引 言
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。随着工业现代化的进一步发展,自动化已经成为现代企业中的重要支柱,无人车间、无人生产流水线等等，已经随处可见。同时，现代生产中，存在着各种各样的生产环境，如高温、放射性、有毒气体、有害气体场合以及水下作业等，这些恶劣的生产环境不利于人工进行操作。
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。尤其在高温、高压、粉尘、噪声以及带有放射性和污染的场合，应用得更为广泛。在我国，近几年来也有较快的发展，并取得一定的效果，受到机械工业和铁路工业部门的重视。
本课题拟开发物料搬运机械手，采用日本三菱公司的FX2N系列PLC，对实验室现有的TVT—99D机械手模型进行开发。该装置机械部分有滚珠丝杠、滑轨、汽缸、气控机械抓手等；电气方面由步进电机、驱动模块、传感器、开关电源、电磁阀、旋转码盘、操作台等部件组成。我们利用可编程技术，结合相应的硬件装置，控制机械手完成各种动作。
本课题是有我和徐立同同学合作共同完成,在整个设计过程中徐立同同学主要负责硬件方面如接线、画各个电气设备的电路接线图等；而我则是主要负责软件部分,在实际的设计调试过程中我主要负责PLC的接线编程、调试等工作。当然了硬件和软件是不分家的，谁也离不开谁，因此，在整个设计过程中各种方案的敲定与实施均是由我们俩个在指导老师的帮助下共同研究、推敲、讨论试验调试中确定的。为了能够实现机械手可在空间抓放物体，动作灵活多样，适用于可变换生产品种的中小批量自动化生产，广泛应用于柔性自动线。再加上本课题开发的机械手采用的日本三菱公司的FX2N系列PLC控制，是一种按预先设定的程序进行工件的搬运的自动化装置，可部分代替人工在高温和危险的作业区进行单调持久的作业，并要实现根据工件的简单的变化要求随时更改相关控制参数。为达到这些要求，我们设计的控制方案尽量在我们力所能及的范围内选择最佳的方案。如在本设计中遇到的对直流电机的控制问题中，在控制直流电机正反转的问题上通过老师的指导我们想到了两种控制方案：一种是在原设备的基础上加上四个继电器实现其控制功能；另一种则是根据三菱公司的FX2N系列PLC的输出端的内部电路的特点，可以在不增加其他设备的情况下实现控制要求。我在最大限度的满足工艺流程和控制要求的同时，还要考虑要有很高的性价比，因此我们选择了后一种方案。也许后一种方案有其弊端，但目前还没有发现。望大家多多指教。
当然了，由于我们水平的限制和时间的仓促，在很多地方的控制方案还不是很理想，同时还遗留有很多的问题，需要进一步的研究中才能解决，望各位老师和广大同学批评和指教。 机械手的毕业设计说明书一．前言1．1设计的意义与作用机械手是在机械化，自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。在现代生产过程中，机械手被广泛的运用于自动生产线中，机械人的研制和生产已成为高技术邻域内，迅速发殿起来的一门新兴的技术，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。机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动，不知疲劳，不怕危险，抓举重物的力量比人手力大的特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用。 在工业生产过程中，尤其在自动流水线上，零件的加工和搬运都可能用到机械手。本课题就为解决海门恒豪制针有限公司在缝纫机针的生产过程中，抛光这一工艺工作。缝纫机针且夹紧不方便，要使用一个专用夹具用于抛光工作，为了解决以上传统的缺点，设计了该液压式摆动机械手。1.2机械手的工作原理 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臂的上下能够摆动，手臂的回转运动，手腕的回转运动及手部的夹持运动，本次设计的机械手主要用于缝纫机针的抛光工作，可用几台液压摆动机械手与抛光机相配合，进行协调实现抛光工作的自动化生产线，机械手的手指夹持缝纫机针，在即旋转又往复移动的抛光机上进行上下摆动，根据抛光工艺过程，自动线上有4台机械手，各机械手间互传递着缝纫机针，调换缝纫机针的大小头，并进行粗精抛光操作。1．3抛光自动生产线的组成及工作原理抛光自动生产线的平面布置图如下：1．4．自动生产线的工作方式及组成： 全线由震动式顺针机，上料工作台，4台机械手，4台抛光机和装针斗组成。4只抛光轮分别由电动机带动旋转，由另外的电动机经传动装置（如曲柄滑块机构）带动4只抛光轮一同作左右往复运动，每台机械手分别由自身的电子程序控制器控制，根据抛光工艺要求所编制的程序，依次进行程序转换，控制机械手液压系统的电磁换向阀，从而使机械手按程序进行各种动作。 4台机械手动作相同，全自动线动作过程如下：机械手1在上料位置工人将待抛光的针70-80支，经震动式顺针机整齐后送到待夹料位置，发信号启动，机械手1的手指将针夹牢，手臂顺时针回转90°到抛光位置（此时抛光机已经旋转并左右移动），手臂上下摆动一次，手腕回转180°手臂再上下摆动一次（手臂两次下摆动作时间不同，根据需要可自行调整），手臂顺时针再回转90°（即到180°位置），机械手1和机械手2同到换夹针位置，机械手2先将缝纫机针夹牢后再发信号，机械手1的手指才松开，并开始复原，即手臂逆时针回转180°，同时手腕反向回转180°，到达上料位置，等待下个工作循环，机械手2，机械手3，机械手4的动作程序与机械手1相同。缝纫机针就在各机械手间依次传递，调换针的大小头，进行粗抛和精抛操作。当机械手4抛光程序完成后，其手臂转到下料位置时手指松开，将抛光好的针卸到装针2．1液压摆动机械手的工作参数 抓针数量：一次夹持缝纫机针70-80只 座标型式：球坐标 自由度数：3个 手臂回转范围：0°-180° 手臂回转速度：90°／S 手臂的俯仰范围：0°-180° 驱动方式：液压驱动 控制方式：采用电子程序控制 定位方式：手臂回转的两端位置用死挡铁定位 手臂俯仰两端点：用活塞与端盖相碰定位2．2液压摆动机械手的工作原理简图：结论 液压摆动机械手能将工件从一个工位，传到下一个工位的工作，它从外部结构上把自动线中的各台自动机床联系成一个整体。有一定的握力和工作速度，有准确的定位精度，将零件可靠地装上夹具，能准确可靠的完成预定工作。参考文献
机械手主要由手部和运动机构组成。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、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度 。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。自由度是机 械手设计的关 键参数。自由 度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用机械手有2～3个自由度。
机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。
机械手通常用作机床或其他机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，一般没有独立的控制装置。有些操作装置需要由人直接操纵，如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为机械手。
四轴和六轴机械手的区别四轴机械手和六轴关节式机械手。其中，四轴机械手是特别为高速取放作业而设计的，而六轴机械手则提供了更高的生产运动灵活性。四轴机械手小型装配机械手中，“四轴机械手”是指“选择性装配关节机器臂”，即四轴机械手的手臂部分可以在一个几何平面内自由移动。
机械手的前两个关节可以在水平面上左右自由旋转。第三个关节由一个称为羽毛的金属杆和夹持器组成。该金属杆可以在垂直平面内向上和向下移动或围绕其垂直轴旋转，但不能倾斜。这种独特的设计使四轴机械手具有很强的刚性，从而使它们能够胜任高速和高重复性的工作。
在包装应用中，四轴机械手擅长高速取放和其他材料处理任务。六轴机械手六轴机械手比四轴机械手多两个关节，因此有更多的“行动自由度”。六轴机械手的第一个关节能像四轴机械手一样在水平面自由旋转，后两个关节能在垂直平面移动。此外，六轴机械手有一个“手臂”，两个“腕”关节，这让它具有人类的手臂和手腕类似的能力。
六轴机械手更多的关节意味着他们可以拿起水平面上任意朝向的部件，以特殊的角度放入包装产品里。他们还可以执行许多由熟练工人才能完成的操作。
西门子PLC在机械手控制中的应用论文编号:ZD296 论文字数:11309,页数:23内容摘要 可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数和算术操作等面向用户的指令，并通过数字式或模拟式的输入/输出，控制各种类型的机械或生产过程。使用PLC控制比使用接触器继电器控制更加简单、稳定、易维修，并可保证系统运行的经济性和智能化。
本课题以西门子PLC为核心，针对洗涤房2台机械手工程，设计了机械手自动控制系统。首先根据系统要求，对PLC进行了选型，确定了PLC系统的输入输出，画出了输入输出接线方式，同时对系统的软件进行了设计。
本系统为机械手设计提供了一个切实可行的方案，该方案具有性能可靠、生产效率高的特点。系统的构建思想和方法对于其它自动化系统也有一定的借鉴意义。
关键词：机械手；可编程控制器PLC；顺序控制目 录内容摘要 I
1 引 言 1
1.1 机械手原理 1
1.2 工业机械手各部分功能 2
1.3 机械手在国内外发展状况 4
1.4 本文研究的主要内容 5
2 系统硬件控制电路设计 6
2.1 搬运机械手控制及要求 6
2.2 可编程控制器的选型 7
2.3 控制系统I/O端口分配 11
2.4 电动机电气线路 13
3 系统软件设计 15
3.1 软件方案 15
3.2 系统主程序设计 16
4 结论 20
参考文献 21 以上回答来自:
小型装配冲压机械手中，“四轴冲压机械手”是指“选择性装配关节机器臂”，即四轴冲压机械手的手臂部分可以在一个几何平面内自由移动。
冲压机械手的前两个关节可以在水平面上左右自由旋转。第三个关节由一个称为羽毛 (quill)的金属杆和夹持器组成。该金属杆可以在垂直平面内向上和向下移动或围绕其垂直轴旋转，但不能倾斜。
这种独特的设计使四轴冲压机械手具有很强的刚性，从而使它们能够胜任高速和高重复性的工作。在包装应用中，四轴机械手擅长高速取放和其他材料处理任务。
4轴冲压机械手的特点：
1、冲压、液压自动化生产专用机器人????????2、四轴机构，灵活运动，适合多种工况??????3、伺服驱动，性能稳定，提高运行精度??????4、配套客户现有机床，实现自动冲压????????5、操作简便，界面友好，方便员工学习
四轴机器?百科，四轴机器?是?业机器?的?种，主要是采?四轴设计，外形紧凑、体积?、重量轻、?于氩弧焊接，码垛，搬运，冲压等领域，能完成稳定的搬运、焊接。康道昊威的四轴冲压机器?能够在狭?的空间内灵活的进?冲压作业，安装调试简单?便。
?.四轴机器?关节
四轴冲压机器机械每个关节的运动均由台伺服电机和台精度谐波减速机共同实现，每个直线轴均由伺服电机和精密丝杠共同实现;同时配以先进的电器控制柜和教盒，其性能优越、价格低廉、操作简便。能够随意连接油压机、齿轮冲床、动冲床、攻机、铆钉机等，论冲床吨位、机台低、都可连接，实现设备由组合、多度实现各种复杂冲压动作、翻转、打废料、侧挂或斜放、堆料等，并适应连续模、单机多模的艺要求等。预存100组产品艺信息、便转产。识别双料和冲床两次或多次冲压，保护业机器、冲床和模具的安全并能实现远程通讯。
四轴冲压机械?的前两个关节可以在?平?上左右?由旋转。第三个关节由?个称为??(quill)的?属杆和夹持器组成。该?属杆可以在垂直平?内向上和向下移动或围绕其垂直轴旋转，但不能倾斜。这种设计使四轴冲压机器?具有很强的刚性，从?使它们能够胜任?速和?重复性的?作。在包装应?中，四轴?业机器?擅长?速取放和其他材料处理义务。
?.四轴机器?产品特点
1、冲压、液压?动化?产机器?
2、四轴机构，灵活运动，适合多种?况
3、伺服驱动，性能稳定，提?运?精度
4、配套客户现有机床，实现?动冲压
5、操作简便，界?友好，?便员?学习
三.四轴机器?作?
四轴冲压机械可以将多套模具安装在统台冲床上产主动化产，削减冲床投资，四轴冲压机械削减了延续冲压的模具投资与速冲床的投资，以通俗的设备与模具实现主动化延续产，适合产品拉伸产，如压锅、杯、滤清器等产品，变换机种时仅须简单调试即可。
四轴机器?机械?整机采?了4套伺服电机驱动，可实现定点定位，运?稳定;不同于其他?家机械?臂采?模组，康道昊威采?两条导轨组成机械?臂，使?臂?程双?程?臂，设备整体很扎实，不易因材料太重?变形;四轴机器?整机将强电和弱电分开处理，不会受?扰;不同于其他?家的电线和?线凌乱，裸露在外，承恩机器?电线采?全封闭式的?线和排线，设备外部看不见电线，延长设备寿命，外观优美。
四轴机械手和六轴关节式机械手。其中，四轴机械手是特别为高速取放作业而设计的，而六轴机械手则提供了更高的生产运动灵活性。
四轴机械手
小型装配机械手中，“四轴机械手”是指“选择性装配关节机器臂”，即四轴机械手的手臂部分可以在一个几何平面内自由移动。
机械手的前两个关节可以在水平面上左右自由旋转。第三个关节由一个称为羽毛（quill）的金属杆和夹持器组成。该金属杆可以在垂直平面内向上和向下移动或围绕其垂直轴旋转，但不能倾斜。
这种独特的设计使四轴机械手具有很强的刚性，从而使它们能够胜任高速和高重复性的工作。在包装应用中，四轴机械手擅长高速取放和其他材料处理任务。
六轴机械手
六轴机械手比四轴机械手多两个关节，因此有更多的“行动自由度”。
六轴机械手的第一个关节能像四轴机械手一样在水平面自由旋转，后两个关节能在垂直平面移动。此外，六轴机械手有一个“手臂”，两个“腕”关节，这让它具有人类的手臂和手腕类似的能力。
六轴机械手更多的关节意味着他们可以拿起水平面上任意朝向的部件，以特殊的角度放入包装产品里。他们还可以执行许多由熟练工人才能完成的操作。