2022年7月1日机械手伤人

西安工业大学学士学位论文 轻型

摘要

随着工业自动化发展的需要，机械手在工业应用中越来越重要。文章主要叙述了机械手的设计计算过程 。

首先，本文介绍机械手的作用，机械手的组成和分类，说明了自由度和机械手整体座标的形式。同时，本文给出了这台机械手的主要性能规格参量。

文章中介绍了搬运机械手的设计理论与方法。全面详尽的讨论了搬运机械手的手部、腕部、手臂以及机身等主要部件的结构设计。 最后使用软件对机械手的手部实现运动仿真。 关键词：机械手；运动仿真；液压传动；液压缸；

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西安工业大学学士学位论文 The light stable motion transports manipulator's design and the movement simulation

Abstract

The applying of

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

机械手的设计

本文简要地介绍了工业机器人的概念，机械手的组成和分类，机械手的自由度和座标型式，气动技术的特点，PLC控制的特点及国内外的发展状况。

本文对机械手进行了总体方案设计，确定了机械手的座标型式和自由度，确定了机械手的技术参数。同时，分别设计了机械手的夹持式手部结构以及吸附式手部结构;设计了机械手的手腕结构，计算出了手腕转动时所需的驱动力矩和回转气缸的驱动力矩;设计了机械手的手臂结构，设计了手臂伸缩、升降用液压缓冲器和手臂回转用液压缓冲器。

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。利用可编 程序控制器对机械手进行控制，选取了合适的PLC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：工业机器人，机械手，气动，可编程序控制器(PLC)

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第一章 绪 论

1.1机械手概述

工业 机 器 人由操作机(机械本体)、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作，自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。特别适合于多品种、变批量的柔性生产。它对稳定、提高产品质量，提高生产效率，改善劳动

河北工程大学毕业论文

第1章 绪论 1.1工业机械手简介

机械手是模仿人的手部动作，按照给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运和操作的自动装置，它是机械化、自动化的重要手段。因此，获得了日益广泛的应用，特别在高温、高压、危险、易燃、易爆、放射性等恶劣环境，以及笨重、单调、频繁的操作中，它代替了人的工作，具有重要的意义。在机械加工中，冲压、铸、锻、焊、热处理、电镀、喷漆、装配以及轻工业、交通运输、国防工业等各方面，也已愈来愈引起人们的重视。

机械手一般由执行机构、驱动机构、控制机构以及位置检测装置等组成，驱动系统可采用液压传动、气动传动、电气传动和机械传动等形式，而多数采用电液机联合传动。

该机械手是将圆柱形零件从传送带上夹装到专用机床上，待加工完毕后再夹装回传送带的专用机械手(见示意图)。机械手总体设计分为夹持器、伸缩臂、升降臂和底座四大部件设计及二个系统：PC电控系统与液压控制系统设计。夹持器安装于伸缩臂上，伸缩臂安

装在升降臂上，升降臂安装在底座上。连接方式均为法兰盘螺栓连接。

1.2机械手的组成和工作程序

机械手的动作要求分为14步。从原位开始——伸出——下降——夹紧——上升——回缩——下降——正转——上升——下降——松开——上升——缩回

机械手的设计

本文简要地介绍了工业机器人的概念，机械手的组成和分类，机械手的自由度和座标型式，气动技术的特点，PLC控制的特点及国内外的发展状况。

本文对机械手进行了总体方案设计，确定了机械手的座标型式和自由度，确定了机械手的技术参数。同时，分别设计了机械手的夹持式手部结构以及吸附式手部结构;设计了机械手的手腕结构，计算出了手腕转动时所需的驱动力矩和回转气缸的驱动力矩;设计了机械手的手臂结构，设计了手臂伸缩、升降用液压缓冲器和手臂回转用液压缓冲器。

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。利用可编 程序控制器对机械手进行控制，选取了合适的PLC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：工业机器人，机械手，气动，可编程序控制器(PLC)

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第一章 绪 论

1.1机械手概述

工业 机 器 人由操作机(机械本体)、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作，自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。特别适合于多品种、变批量的柔性生产。它对稳定、提高产品质量，提高生产效率，改善劳动

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

机械手是工业自动控制领域中经常遇到的一种控制对象 。图1 是机械手搬运物品示意图。

图1 机械手搬物示意图

图中机械手的任务是将传送带A上的物品搬运到传送带B。为使机械手动作准确，在机械手的极限位置安装了限位开关SQ1、SQ2、SQ3、SQ4、SQ5，对机械手分别进行抓紧、左转、右转、上升、下降动作的限位，并发出动作到位的输入信号。传送带A上装有光电开关SP，用于检测传送带A上物品是否到位。机械手的起、停由图中的起动按钮SB1、停止按钮SB2控制。

传送带A、B由电动机拖动。机械手的上、下、左、右、抓紧、放松等动作由液压驱动，并分别由六个电磁阀来控制。 2 机械手的动作流程

传送带B处于连续运行状态，故不需要用PLC控制。 机械手及传送带A顺序动作的要求是：

1) 按下起动按钮SB1时，机械手系统工作。首先原点复位(即上限位开关及左限位开在为ON) 2)当A传送带光电开关SP检测到物体, A传送带停止,同时机械手下降电磁阀通电，手臂下降.

3) 至下降限位开关动作；则抓紧电磁阀通电，机械手抓紧，至抓紧限位开关动作；动作延时1秒.

4) 延时时间到,手臂上升，至上升限位开关再次动作； 5) 右转电磁阀通电，手臂右转，至右转限位开关动作； 6)

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

学 号1409211010

毕 业 论 文（设计）

课 题 基于PLC与MCGS对机械手的控制

学生姓名 胡 涛

院 部

电气工程系

专业班级 14自动化专升本

指导教师 王开全

二 ○ 一 六 年 六 月

摘 要

伴随着机电一体化在各个行业的应用，机器设备的自动化程度显得越来越重要，由于工作的需要，人们经常受到温度高低不定、环境恶劣及有毒气体等情况的威胁和伤害，高强度下的工作压力，以致于危机到生命。因此迫切的需要机械手这一。

所谓的机械手就是代替生产线上的一些强度大，精准度高的人工操作的环节；机械手可以按照人为设定的程序来完成时间，地点，效率等设计；机械手可以完成一些环境恶劣的焊接，起重等人工的高难度操作，可以大大的提高生产的效率减少成本，从而加快了工业化程度，加快了自动化在生产中的运用。

本文通过西门子牌的PLC来控制机械手进行讲解机械手的控制过程，PLC是可编程控制器（Progra

毕业设计（论文）

学生姓名：学 号：所在系部：专业班级：指导老师：日 期：

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圆柱坐标机械手

0915011603 机械工程系 09机制六班 （讲师） 二〇一三年五月

Design of manipulator under cylindrical coordinate

By Liqianjin May 2013

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学位论文原创性声明

本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名： 年 月 日

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