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
圆柱坐标型工业机械手设计
2006-12-04 21:11
圆柱坐标型工业机械手设计（完整一套设计，有说明书:论文，图纸）
001_装配图-A0_横向.dwg
002_装配等轴测图-A0_纵向.dwg
003_机械手传动原理图_A4_纵向.dwg
004_机构简图-A4_纵向.dwg
005_工作空间投影图_A3_纵向.dwg
006_手爪驱动气缸_A4_横向.dwg
007_活塞杆3连接块_A4_横向.dwg
008_底座_A3_纵向.dwg
The Principles HARMONIC DRIVE GEARING.doc
谐 波 传 动 原 理.doc
001_任务书.doc
002_成绩评定表.doc
003_1_毕业设计（论文）书_封面.doc
003_2_毕业设计（论文）书_目录.doc
003_3+4_毕业设计（论文）书.doc
目 录
<一>、摘要………………………………………………………….1
<二>、工业机械手总体设计……………………………………….2
一、运动设计及确定主要参数……………………………………………….2
二、驱动系统和位置检测装置的选择……………………………………….3
三、结构布置上的要求……………………………………………………….3
四、设计方法………………………………………………………………….3
<三>、工件的计算………………………………………………….4
<四>、工业机器人机构简图……………………………………….4
<五>、末端执行器的结构与设计………………………………….5
一、设计要求………………………………………………………………….5
二、弹性机械手的结构……………………………………………………….5
三、手指夹紧力的计算……………………………………………………….6
四、手指式手部结构和驱动力计算………………………………………….6
五、气缸的设计与计算……………………………………………………….7
<六>、小臂的结构与设计………………………………………….9
一、设计要求………………………………………………………………….9
二、小臂的结构……………………………………………………………….9
三、驱动力计算……………………………………………………………….9
四、气缸的设计与计算……………………………………………………….10
五、小臂抗弯刚度校核……………………………………………………….11
<七>、大臂的结构与设计………………………………………….11
一、设计要求………………………………………………………………….11
二、大臂的结构……………………………………………………………….11
三、驱动力计算……………………………………………………………….11
四、校核活塞杆的稳定性…………………………………………………….12
<八>、腰座的结构设计及计算…………………………………….13
一、设计时注意的问题……………………………………………………….13
二、腰座的结构结构………………………………………………………….13
三、轴承的选择及较核……………………………………………………….14
四、电机的计算及选择……………………………………………………….16
五、谐波减速器及其选用…………………………………………………….17
参考文献…………………………………………………………….19
[摘要]: 使用SolidWorks 2000设计出机械手的总体结构。在设计过程中使用SolidWorks中的质量特征工具，对零件的质量、密度、体积、重心、惯性主轴和惯性力矩进行辅助设计计算，可以大大减轻在设计过程中繁琐计算及校核步骤。
[关键词]:机械手、SolidWorks、简图、汽缸、步进电机、轴承
[Abstract]: Make use of the SolidWorks 2000 to design the collectivity machinery of manipulator. And use the quality-character-tools of the Solidworks to assistant design and calculate the part of the quality、density、volume、barycenter、inertia of principal axis and inertia moment. It can greatly ease the heavy calculate and the process of verify in the course of design.
[Key words]: manipulator、SolidWorks、sketch、cylinder、axletree
参考文献
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3. (日)藤森洋三·机构设计·机械工业出版社·1990.
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5. 成大光编·机械设计图册（5）·化学工业出版社·1999.
6. 何存兴编·液压传动与气压传动·华工科技大学出版社·2000.8.
7. 沈鸿·机械工程手册(10)·机械工业出版社·1987.10.
8. <机械设计师手册>>编写组编·机械设计师手册·机械工业出版社·1989.1.
9. 日本液压气动协会编·液压气动手册·机械工业出版社·1984.11
10. 东北工学院<<机械零件设计手册>>编写组编·机械零件设计手册·冶金工业出版社·1979.12
11. 周开勤编·机械零件手册·高等教育出版社·1998.3.
12. 沈利华·机械设计手册(软件版)·机械工业部设计研究院
13. 吴振彪编·机电综合设计指导·湛江海洋大学·2002.3
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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
手臂是机械手执行机构中的重要部件，它的作用是将被抓取物送到给定位置的方位上，因而一般的机械手臂有三个自由度，即手臂的伸缩、左右回转和升降（或俯仰）运动。手臂的左右回转和升降运动是通过立柱来完成的，手臂的各种运动通常由驱动机构（如油缸或气缸）和各种传动机构来实现，手臂的结构、工作范围、灵活性以及臂力和定位精度等都直接影响机械手的工作性能，所以必须根据机械手的抓取重量、运动形式、自由度数、运动速度以及定位精度的要求来设计手臂的结构型式。
按手臂的结构型式区分有单臂、双臂及悬挂式。
按手臂的运动员形式区分：有直线运动的，回转运动的，上下摆动的，复合运动的。不同的结构型式和运动形式的手臂其结构和和所用零部件有所不同，具体内容太多，没时间，在这里不可能详解。请谅解！
一、机械手臂的作用和组成
1、作用
手臂一般有3个运动：
伸缩、旋转和升降。实现旋转、升降运动是由横臂和产柱去完成。手臂的基本作用是将手爪移动到所需位置和承受爪抓取工件的最大重量，以及手臂本身的重量等。
2、组成
手臂由以下几部分组成：
（1）运动元件。如油缸、气缸、齿条、凸轮等是驱动手臂运动的部件。
（2）导向装置。是保证手臂的正确方面及承受由于工件的重量所产生的弯曲和扭转的力矩。
（3）手臂。起着连接和承受外力的作用。手臂上的零部件，如油缸、导向杆、控制件等都安装在手臂上。
此外，根据机械手运动和工作的要求，如管路、冷却装置、行程定位装置和自动检测装置等，一般也都装在手臂上。所以手臂的结构、工作范围、承载能力和动作精度都直接影响机械手的工作性能。
二、设计机械手臂的要求
1、手臂应承载能力大、刚性好、自重轻
手臂的刚性直接影响到手臂抓取工件时动作的平稳性、运动的速度和定位精度。如刚性差则会引起手臂在垂直平面内的弯曲变形和水平面内侧向扭转变形，手臂就要产生振动，或动作时工件卡死无法工作。为此，手臂一般都采用刚性较好的导向杆来加大手臂的刚度，各支承、连接件的刚性也要有一定的要求，以保证能承受所需要的驱动力。
2、手臂的运动速度要适当，惯性要小
机械手的运动速度一般是根据产品的生产节拍要求来决定的，但不宜盲目追求高速度。
手臂由静止状态达到正常的运动速度为启动，由常速减到停止不动为制动，速度的变化过程为速度特性曲线。
手臂自重轻，其启动和停止的平稳性就好。
3、手臂动作要灵活
手臂的结构要紧凑小巧，才能做手臂运动轻快、灵活。在运动臂上加装滚动轴承或采用滚珠导轨也能使手臂运动轻快、平稳。此外，对了悬臂式的机械手，还要考虑零件在手臂上布置，就是要计算手臂移动零件时的重量对回转、升降、支撑中心的偏重力矩。偏重力矩对手臂运动很不利，偏重力矩过大，会引起手臂的振动，在升降时还会发生一种沉头现象，还会影响运动的灵活性，严重时手臂与立柱会卡死。所以在设计手臂时要尽量使手臂重心通过回转中心，或离回转中心要尽量接近，以减少偏力矩。对于双臂同时操作的机械手，则应使两臂的布置尽量对称于中心，以达到平衡。
4、位置精度高
机械手要获得较高的位置精度，除采用先进的控制方法外，在结构上还注意以下几个问题：
（1）机械手的刚度、偏重力矩、惯性力及缓冲效果都直接影响手臂的位置精
度。
（2）加设定位装置和行程检测机构。
（3）合理选择机械手的坐标形式。直角坐标式机械手的位置精度较高，其结构和运动都比较简单、误差也小。而回转运动产生的误差是放大时的尺寸误差，当转角位置一定时，手臂伸出越长，其误差越大；关节式机械手因其结构复杂，手端的定位由各部关节相互转角来确定，其误差是积累误差，因而精度较差，其位置精度也更难保证。
5、通用性强，能适应多种作业；工艺性好，便于维修调整
以上这几项要求，有时往往相互矛盾，刚性好、载重大，结构往往粗大、导向杆也多，增加手臂自重；转动惯量增加，冲击力就大，位置精度就低。因此，在设计手臂时，须根据机械手抓取重量、自由度数、工作范围、运动速度及机械手的整体布局和工作条件等各种因素综合考虑，以达到动作准确、可靠、灵活、结构紧凑、刚度大、自重小，从而保证一定的位置精度和适应快速动作。此外，对于热加工的机械手，还要考虑热辐射，手臂要较长，以远离热源，并须装有冷却装置。对于粉尘作业的机械手还要添装防尘设施。
三、手臂的结构
手臂的伸缩和升降运动一般采用直线油（气）缸驱动，或由电机通过丝杆、螺母来实现。
手臂的回转运动在转角小于360°的情况下，通常采用摆动油（气）缸；转角大于360°的情况下，采用直线油缸通赤齿条、齿轮或链条、链轮来实现。
（1）手臂直线运动。
（2）手臂的摆动。
（3）手臂的俯仰运动。
