机械手毕业设计
篇一：机械手毕业设计
目录
摘要 .......................................................... 2
ABSTRACT ...................................................... 3
第一章 绪论 .................................................... 4
1.1机械手的概述 ......................................................................................................... 4
1.1.1机械手的简介 ......................................................
......................................... 41.1.2机械手的类型 ............................................................................................... 4
1.2 气动机械手的发展.................................................................................................. 6
第二章 机械手总体方案的设计 ..................................... 7
2.1机械手的工作过程及控制要求 ................................................................................. 7
2.1.1 机械手的基本结构 ....................................................................................... 7
2.1.2机械手的控制要求 ........................................................................................ 9
2.2 机械手的方案设计及其主要参数............................................................................10
2.2.1机械手的主要类型和自由度选择 ..................................................................10
2.2.2 机械手的驱动方案设计 ............................................................................... 11
2.2.3 机械手的控制方案设计 ............................................................................... 11
2.2.4 机械手的手部结构 ...................................................................................... 11
2.2.5机械手的主要参数 ....................................................................................... 11
第三章 PLC的介绍与选择 ........................................13
3.1 PLC的特点 ............................................................................................................13
3.2 PLC的选型 ............................................................................................................14
3.3机械手PLC控制的设计 ..........................................................................................15
3.3.1 根据工艺过程分析控制要求 ........................................................................15
3.3.2确定所需的用户输入/输出设备I/O点数......................................................17
3.4 PLC的选择 ..........................................................................................................19
3.4.1 分配PLC I/O点的编号（定义号）..............................................................20
3.5 PLC程序设计.......................................................................................................20
3.5.1 手动操作程序 .............................................................................................21
3.5.2自动操作程序 ..............................................................................................22
设计小结 ......................................................32
致 谢 ........................................................33
主要参考文献 ...................................................34
摘要
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和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而得到广泛应用。
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。
本设计中的机械手采用上下升降加平面转动式结构，机械手的动作由气动缸驱动，气动缸由相应的电磁阀来控制，电磁阀由PLC控制。驱动执行元件完成，能十分方便的嵌入到各类工业生产线中。机械手采用PLC控制，具有可靠性高、改变程序灵活等优点，无论是进行时间控制还是行程控制或混合控制，都可通过设定PLC程序来实现。可以根据机械手的动作顺序修改程序，使机械手的通用性更强。 关键词:机械手 电磁阀 PLC
ABSTRACT Manipulator hand and arm can imitate the certain movements function, according to fixed program to grab, transporting or operating tool for automatic operation of the device. It can replace the hard labor in order to realize people the mechanization of manufacturing and automation, can in harmful environment operation to protect the personal safety and so widely used.
The type of manipulator, according to drive mode can be divided into hydraulic, pneumatic, electric and mechanical manipulator; According to applicable range can be divided into robots for and general manipulator two; According to the trajectory control mode can be divided into position control and continuous track control robots.
The design of the manipulator and add plane rotation type and structure, the action of the manipulator by pneumatic cylinder driving, pneumatic cylinder of the
corresponding electromagnetic valve to control, electromagnetic valve controlled by PLC. Drive the implementation of the component finish, can very convenient embedded in all kinds of industrial production line. Manipulator used PLC control, and has high reliability, change program flexible, and other advantages, whether for time control or travel control or mixed control, can be set to realize through PLC program. According to the order of the manipulator action can modify the program, so that more of the manipulator strong generality.
Keywords: manipulator electromagnetic valve PLC
第一章 绪论
1.1机械手的概述
1.1.1机械手的简介
机械手是模仿着人手的部分动作，按照给定程序、轨迹和要求能实现自动抓取、搬运的自动机械装置。在工业生产中应用的机械手叫做“工业机械手”。在实际生产中，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下，它代替人进行正常的工作，意义更为重大。随着生产的发展，功能和性能的不断改善和提高，在机械加工、冲压、锻、铸、焊接、热处理、电镀、喷漆、装配以及轻工业、交通运输业等领域得到了越来越广泛的应用。
国内外对机器人及机械手所作的定义不尽相同。国际标准化组织(ISO)对机器人的定义:“机器人是一种能自动定位、可控的可编程的多功能操作机。这类操作机具有几个轴，在可编程序操作下，能处理各种材料、零件、工具和专用装置，以执行各种任务。”
美国国家标准(NBS)对机器人的定义:“一种可编程，并在自动化控制下执行某种特定操作和移动作业任务的机械装置。”日本工业机器人协会对工业机器人的定义:“一种装备有记忆装置和最终执行装置，能够完成各种移动来代替人类劳动的通用机器。”它又分为以下两种情况来定义:(1)工业机器人:“一种能执行与人的上肢类似动作的多功能机器。”(2)智能机器人:“一种具有感觉和识别能力，并能够控制自身行为的机器。”
机械手可分为专用机械手和通用机械手两大类。专用机械手:它作为整机的附属部分，动作简单，工作对象单一，具有固定(有时可调)程序，使用大批量的自动生产。如自动生产线上的上料机械手，自动换刀机械手，装配焊接机械手等装置。通用机械手:它是一种具有独立的控制系统、程序可变、动作灵活多样的机械手。它适用于可变换生产品种的中小PLC的硬件结构主要分单元式和模块式两种。将PLC的主要部分(包括CPU、 I/O系统、电源等) 体积小，安装方便，全部安装在一个机箱内。
1.1.2机械手的类型
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
1-1.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一空间长方体，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一个回转运动及两个直线运动来实现的，如图1-1.b。其工作空间是一个圆柱状的空间。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两个回转运动和一个直线运动来实现的，如图1-1.c。其工作空间是一个类球形的空间。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1-1.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两种。
图1-1 四种机器人坐标形式
篇二：机械手毕业设计说明书
摘要
在当今大规模的制造业中，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，工业机械手作为自动化生产线上的重要成员，逐渐被企业认同并采用。工业机械手的技术水平和应用程度在一定程度上反映了一个国家的工业自动化水平。目前，工业机器人主要承担着焊接、喷涂、搬运以及堆垛等重要性并且劳动强度极大的工作，工作方式一般采取试教在线的方式。
本文将设计一台四自由度的工业机械手，用于给冲压设配运送物料。首先，本文将设计工业机器人的底座、手、手腕、臂部等结构。然后选择合适的传动方式，驱动方式，搭建工业机器人的结构平台。在此基础上，本文将设计该机械手的控制系统，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械手运行的安全性。最终实现目标包括：关节的伺服控制和制动问题实时的检测机械手的各关节的运动情况，机械手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：机械手；示教编程；伺服；制动
ABSTRACT
In today's large-scale manufacturing, the enterprise to improve production efficiency and ensure product quality, universal attention production process automation degree, manipulator as an important member of automatic production line, gradually by enterprise and the use of identity. Industrial robot technology level and application degree to a certain extent reflect a nation of industrial automation level. Currently, the manipulator main bear the welding, painting, handling and storage, and the intensity of labor great importance of the work, work way to try to teach the general way online. This paper will design a four degrees of freedom industrial robot, are used to transport materials with stamping set. First of all, this article will design the base of the industrial robot hand, wrist, arm, the structure, etc. And then choose the appropriate transmission mode, driving way, build the structure of manipulator platform. On this basis, this paper will design the system control system, including data collection card and the choice of servo amplifiers, feedback and feedback of components of the way choice, terminal board circuit design and control of the software design, focusing on the reliability of the control software and operation safety of manipulator. Finally realize the goals include: the joint servo control and braking problems in real time detection of each joint movement of the manipulator, the manipulator. Teaching program and on-line modification program, set the reference points and back to the point of reference.
Keywords: Manipulator; Demonstration program; Servo; brake.
目录
摘要..................................................................................................................... I ABSTRACT .................................................................................................. II 1 绪论 ............................................................................................................. 1
1.1 工业机械手的分类 ............................................................................... 2
1.2 工业机械手的组成 ............................................................................... 3
1.3 工业机械手在生产中的作用 ............................................................... 6
1.4 工业机械手设计的目的 ....................................................................... 8
1.5 工业机械手设计的内容 ....................................................................... 9
1.6 工业机械手的技术发展方向 ............................................................... 9 2 机械手总体设计方案 ........................................................................... 12
2.1 原始数据（主要参数） ..................................................................... 12
2.2 工作要求 ............................................................................................. 12
2.3 系统组成 ............................................................................................. 13
2.4 总体技术方案 ..................................................................................... 13 3 机械手的手部设计计算 ...................................................................... 15
3.1 手部结构设计 ..................................................................................... 15
3.2 夹钳式手部设计的基本要求 ............................................................. 16
3.3 夹钳式手部的计算与分析 ................................................................. 17
3.4 楔块等尺寸的确定 ............................................................................. 29
3.5 材料及连接件选择 ............................................................................. 33 4 机械手的腕部设计计算 ...................................................................... 34
4.1 腕部设计的基本要求 ......................................................................... 34
4.2 腕部结构的选取 ................................................................................. 36
4.3 腕部结构的计算 ................................................................................. 37 总结................................................................................................................... 50 参考文献 ......................................................................................................... 51 致谢................................................................................................................... 53 附录 外文文献 ........................................................................................... 54
1 绪论
机械工业是国民的装备部，是为国民经济提供装备和为人民提供耐用消费品的产业，不论是传统产业，还是新兴产业，都离不开各种各样的机械设备。机械工业所提供装备的性能、质量和成本，对国民经济各部门技术进步和经济效益有很大的和直接的影响。机械工业的规模和技术水平是衡量国家经济实力和科学技术水平的重要指标。因此，世界各国都把发展机械工业作为发展本国经济战略重点之一。
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，工业机械手的工业机器人的一个重要分支，它的特点是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。
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，在现代化生产过程中，机械手被广泛的运用于自动化生产线中，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。机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复和劳动，不知疲劳，不惧危险，抓举重物的力量比人手大的特点，因此机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛的得到了应用。
机器人并不是在简单意义上代替人工的劳动，而是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置，既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力，又有机器可长时间持续 工作、精确度高、抗恶劣环境的能力，从某种意义上说它也是机器的进化过程产物，它是工业以及非产业界的重要生产和服务性设备，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备。
篇三：机械手毕业设计论文
华厦学院?
毕业设计（论文）
?
题 目 气动装配机械手机构设计
姓 名林增辉陈新 张可
学 号 130352359 130352139 130352320
专业班级机电一体化一班
指导教师卢月红
系 别信息与机电工程系
完成日期 2015年11月21日
机械手是近几十年发展起来一种高科技自动化生产设备，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，随着工业机械化和自动化的发展以及气动技术自身的一些优点，气动机械手已经广泛应用在生产自动化的各个行业。机械手主要由手部、运动机构和控制系统三大部分组成。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。
本文就气动机械手的应用现状和发展前景作了简单概述。扩展我们的知识面和专业面，可以加强对自己的思维训练和能力培养，还可以填补空白，提高生产效率，很大的现实意义。
关键词：气动机械手；研究方向；发展趋势
第一章 绪 论 ............................................................ 1
1.1 机械手国内外发展现状 .................................................. 1
1.2 气动机械手的应用现状 .................................................. 2
1.3 气动技术有以下优点 .................................................... 3
1.4 气动机械手研究的目的、意义 ............................................ 4
1.5 发展前景及方向 ........................................................ 4
1.6 设计时要解决的几个问题 ................................................ 6
1.6.1 具有足够的握力(夹紧力) ............................................ 6
1.6.2 手指间应具有一定的开闭角 .......................................... 6
1.6.3 保证工件准确定位 .................................................. 6
1.6.4 具有足够的强度和刚度 .............................................. 6
1.6.5 考虑被抓取对象的要求 .............................................. 7
1.7 气动机械手的设计要求 .................................................. 7
1.8 机械手的系统工作原理及组成 ............................................ 7
1.8.1 机械手的系统工作原理框图 .......................................... 7
1.8.2 执行机构 .......................................................... 8
1.8.3 驱动系统 .......................................................... 9
1.8.4 控制系统 .......................................................... 9
1.8.5 位置检测装置 ...................................................... 9
第二章 机械手的整体设计方案 ............................................... 10
2.1 机械手的坐标型式与自由度 ............................................. 11
2.2 机械手的手部结构方案设计 ............................................. 12
2.3 机械手的手腕结构方案设计 ............................................. 12
2.4 机械手的手臂结构方案设计 ............................................. 12
第三章 手部结构设计以及气缸设计、校核 ..................................... 13
3.1 手部夹紧气缸的设计 ................................................... 13
3.2 确定气缸直径 ......................................................... 14
3.3 气缸作用力的计算及校核 ............................................... 14
3.4 缸筒壁厚的设计 ....................................................... 15
3.5 气缸的基本组成部分及工作原理 ........................................ 16
3.6 计算手部与工件总重量 ................................................. 16
第四章 手臂伸缩气缸的尺寸设计与验算 ....................................... 17
4.1 手臂部惯性力的计算 ................................................... 17
4.2 手臂部摩擦力的计算 ................................................... 17
4.3 手臂部驱动力 ......................................................... 18
4.4 确定气缸直径 ......................................................... 19
4.5 手臂伸缩气缸的结构和工作原理 ........................................ 19
4.6 气缸作用力的验算（应取有杆腔的活塞面积进行计算） .................... 20
4.7 导杆弯曲应力验算 ..................................................... 20
第五章 配重的选取.......................................................... 21
5.1 各部件重量计算 ....................................................... 21
5.2 计算偏重力臂ρ ...................................................... 22
5.3 偏重力矩M缩偏、M伸偏 ................................................... 23
5.4 配重的计算 ........................................................... 23
第六章 摆动气缸的计算 ..................................................... 24
6.1 手臂伸出状态时，偏重力矩ρ .......................................... 24
6.2手臂的转动惯量J ...................................................... 24
6.3 手臂摆动回转力矩的计算 ............................................... 24
第七章 升降部分的计算 ..................................................... 26
7.1 升降气缸的选择 ....................................................... 26
7.2 升降导杆的重量 ....................................................... 26
7.3 升降导杆的校核 ....................................................... 27
第八章 机械手气动控制系统的设计 ........................................... 28
8.1 机械手的控制要求 ..................................................... 28
8.2 气压驱动系统设计 ..................................................... 28
结 论 ...................................................................... 30
参考文献 ................................................................... 31
附录 ....................................................................... 32
致 谢 ..................................................................... 33
第一章 绪 论
1.1 机械手国内外发展现状
工业机械手最早应用在汽车制造工业，常用于焊接、喷漆、上下料和搬运。工业机械手延伸和扩大了人的 手足和大脑功能，它可替代人从事危险、有害、有毒、低温和高温等恶劣环境中工作：代替人完成繁重、单调重复劳动，提高劳动生产率，保证产品质量。目前主要应用与制造业中，特别是电器制造、汽车制造、塑料加工、通用机械制造及金属加工等工业。工业机械手与数控加工中心，自动搬运小车与自动检测系统可组成柔性制造系统和计算机集成制造系统，实现生产自动化。随着生产的发展，功能和性能的不断改善和提高，机械手的应用领域日益扩大。
工业机械手是在第二次世界大战期间发展起来的，始于40年代的美国橡树岭国家实验室的搬运核原料的遥控机械操作手研究，它是一种主从型的控制系统。1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手。它的结构是：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；1962年，美国联合控制公司在上述方案的基础上，又试制成一台数控示教再现型机械手。运动系统仿造坦克炮塔，臂可以回转、俯仰、伸缩，用液压驱动；控制系统用磁鼓做储存装置。不少球面坐标式机械手就是在这个基础上发展起来的；同年该公司和普曼公司合并成为万能制动公司，专门生产工业机械手。1962年美国机械铸造公司也实验成功一种叫Versatran机械手，原意是灵活搬运，可做点位和轨迹控制：该机械手的中央立柱可以回转、升降、伸缩，采用液压驱动，控制系统也是示教再现型。虽然这2种机械手出现在六十年代初，但都是国外机械手发展的基础。从60年代后期起，喷漆、弧焊工业机器人相继在生产中开始应用。1978年美国Unimate公司和斯坦福大学、麻省理工学院联合研制出一种Unimation—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。联邦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：联邦德国Kuka公司还生产一种点焊机械手，采用关节式结构和程序控制；日本是工业机器人发展最快，应用国家最多的国家，自1969年从美国引进两种典型机械手后，开始大力从事机械手的研究，目前以成为世界上工业机械手应用最多的国家之一。前苏联自六十年代开始发展应用机械手，主要用