工业机械手设计基础

江南大学太湖学院

毕 业 设 计 (论 文) 说 明 书

毕业论文（设计）诚信声明

本人声明：所呈交的毕业论文（设计）是在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果，论文中引用他人的文献、数据、图表、资料均已作明确标注，论文中的结论和成果为本人独立完成，真实可靠，不包含他人成果及已获得 或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。

论文（设计）作者签名： 日期： 年 月 日

毕业论文（设计）版权使用授权书

本毕业论文（设计）作者同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文（设计）的复印件和电子版，允许论文（设计）被查阅和借阅。本人授权青岛农业大学可以将本毕业论文（设计）全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本毕业论文（设计）。本人离校后发表或使用该毕业论文（设计）或与该论文（设计）直接相关的学术论文或成果时，单位署名为 。 论文（设

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摘 要

本文对自动搬运机械手进行了总体机构设计，能够完成机械手整体的旋转，机械手手臂的升降和伸缩，根据机械手的技术参数分别设计了机械手的夹持式手部结构计算出了夹持 物料时手抓气缸缩需要的驱动力，设计了手臂伸缩、升降用的气缸的所需驱动力和机械手回转时电机的功率选择。设计出了机械手的气动系统，绘制了机械手气压系统工作原理图。利用PLC对机械手进行控制，选取了合适的PLC的型号，根据机械手的工作流程制定了可编程序控制器的控制方案，画出了机械手的工作时序图和梯形图，并编制了可编程序控制器的控制程序。

关键词：机身回转机构，机身升降机构，手臂伸缩机构，气动，可编程序控制器(PLC)

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ABSTRACT

This article conducted the overall institution design of mandrel handling robot, the robot is able to complete the robot overall rotation, the robotic arm can move and stretch, according to the manipulator specifications, I de

一、总体方案设计

1.1设计任务

基本要求:

设计一个多自由度机械手（至少要有三个自由度）将最大重量为40Kg的工件，由车间的一条流水线搬到别一条线上；

二条流水线的距离为：1000mm； 工作节拍为：70s；

工件：最大直径为160mm 的棒料；

1.2总体方案确定

1.2.1自由度

自由度是指机器人所具有的独立坐标轴运动的数目，但是一般不包括手部（末端操作器）的开合自由度。自由度表示了机器人灵活的尺度，在三维空间中描述一个物体的位置和姿态需要六个自由度。

机械手的自由度越多，越接近人手的动作机能，其通用性就越好，但是结构也越复杂，自由度的增加也意味着机械手整体重量的增加。轻型化与灵活性和抓取能力是一对矛盾，，此外还要考虑到由此带来的整体结构刚性的降低，在灵活性和轻量化之间必须做出选择。工业机器人基于对定位精度和重复定位精度以及结构刚性的考虑，往往体积庞大，负荷能力与其自重相比往往非常小。一般通用机械手有5～6个自由度即可满足使用要求（其中臂部有3个自由度，腕部和行走装置有2～3个自由度），专用机械手有1～2个自由度即可满足使用要求。在控制器的作用下，它执行将工件从一条流水线拿到另一条流水线这一动作。在满足前提条件上尽量使结构简单，所以

毕 业 论 文

机械手设计

系 别 专 业 班 级 姓 名 学 号

2016 ～ 2017 学年第 1 学期

摘 要

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。机械手的机械结构采用滚珠丝杆、滑杆、等机械器件组成；电气方面有交流电机、变频器、传感器、等电子器件组成。该装置涵盖了可编程控制技术，位置控制技术、检测技术等。本文介绍的机械手是由PLC输出三路脉冲，分别驱动横轴、竖轴变频器，控制机械手横轴和竖轴的精确定位，微动开关将位置信号传给PLC主机；位置信号由接近开关反馈给PLC主机，通过交流电机的正反转来控制机械手手爪的张合，从而实现机械手精确运动的功能。本课题拟开发的物料搬运机械手可在空间抓放物体，动作灵活多样，可代替人工在高温和危险的作业区进行作业，并可根据工件的变化及运动流程的要求

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毕业设计（论文）

题 目: 基于PLC机械手控制系统设计 专 业: 电气自动化 班 级: 10214 学 号: 12 姓 名: 学习 指导老师: 陈宇峰

成都工业学院 二〇一三年五月

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论 文 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，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。

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。

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

总体方案设计

根据课题设计任务书的要求，确定总体方案： 1. 抓重：10kg

2. 坐标形式：圆柱坐标 3. 自由度：3

4. 手臂运动参数： 运动名称 伸缩 升降 回转 符号 X Z α 行程范围 300mm 200mm 180° 速度 小于200mm/s 小于100mm/s 小于90（°）/s 手指夹持范围：棒料，半径40mm～60mm。 定为方式：机械挡块（行程开关）。 驱动方式：液压驱动。

控制方式：PLC（可编程序控制） 定位精度：±2mm。

机械手的工作原理图如图1-1所示

手部1采用夹钳式，具体为单支点回转型夹紧机构。动力采用单作用液压缸2驱动夹紧，反向则由弹簧复位而松开手指。

手臂的伸缩采用双作用液压缸３驱动，伸缩过程采用双导管导向，在导向的同时，亦起到了一定的支撑作用，大大减少活塞杆的受力。夹紧缸的压力油经其中一导管进入缸内，此结构能使油管布置更加紧凑。

手臂的回转采用摆动液压缸４驱动，此摆动缸设计成输出轴固定不动，而使缸体转动从而带动整个手臂回转运动。

双作用液压缸5驱动手臂做升降运动

图1-1 机械手工作原理图

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手部设计

手部（亦称抓取机构）是用来直接握持工件的部件，由于被握持工件的形状、尺寸大小、重量、材料性能、

现代设计方法大作业

目 录

摘要.............................................................................................................................................Ⅰ

Abstract......................................................................................................................................Ⅱ 第一章 绪论.............................................................................................................................1

1.1前言 ......................................................................................

盐城纺织职业技术学院

搬运机械手设计

目录

中文摘要 ............................................................................................................................................ 4 英文摘要 ............................................................................................................................................ 4 主要符号表 ........................................................................................................................................ 5 一 绪论 ............................................................