简易机械手的结构设计

课题名称：学生姓名：专 业：成 绩：

徐州工程学院机电工程学院课程设计说明书

机电工程学院

说

明

书

简易机械手机械机构设计 沈柳根 学号： 20110611119 机械电子工程 班级： 11机电 指导教师签字： 2015年

1月

5日

《专业综合课程设计》

徐州工程学院机电工程学院课程设计说明书

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摘要

简易机械手是工业机械手的简化，功能相似，而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。工业机械手设计是机械制造、机械设计和机械电子工程等专业的一个重要教学环节，是学完技术基础课及有关专业课以后的一次专业课程内容得综合设计。通过设计提高学生的机械分析与综合能力、机械结构设计的能力、机电

本科毕业论文（设计、创作）

题目：气动机械手的结构设计

学生：兵练学号： 120108505

所在系院：机械工程学院专业：机械设计制造及其自动化入学时间： 2012 年 9 月导师：吴建美职称/学位：讲师/硕士

导师所在单位：三联学院

完成时间： 2016 年 5 月

三联学院教务处制

气动机械手的结构设计

摘要:机械手是模仿人的手的动作，根据给定的程序，跟踪和要求达到的自动装置的自动采集，处理和操作。本篇论文设计着重介绍气动机械手，并计算相关相关数据得出合理的结果。

气动机械手具有结构简单、重量轻、动作迅速、安全、节能、环保、可实现无级调速、可实现过载保护等优点,适用于汽车生产业、食品和药品包装行业、精密仪器制造业和军事工业等。为了增强机械手的通用性和互换性,使同一机械手由于应用不同的模块而具有不同的功能,本文采用模块化气动机械手,对基座、立柱、手臂、手部等模块进行结构设计,方便机械手的标准化生产和使用。它具有很多优秀的性能可以完全胜任现代工业生产要求。气动机械手的设计要求就是要求我们将人们从劳烦的生产中解放出来，这就需要将其设计具有能帮

气动机械手回转臂结构设计

第一章 概述

1.1 气动机械手概述

气动机械手由操作机(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，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。机器人应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标志。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各，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备.机械手是模仿着人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。在工业生产中应用的机械手被称为“工业机械手”。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

毕业设计说明书

目录

1 绪论

1

1.1 机械手概述................................................................................................................ 1 1.2 机械手的组成和分类................................................................................................ 2 1.2.1 机械手的组成 ........................................................................................................ 2 1.2.2 机械手的分类 ........................................................................................................ 4 1.3 国内外发展状况..................

2. 六自由度搬运机械手的结构设计

根据机械手的基本要求能快速、准确地拾起-放下搬运物件，这就要求它们具有高精度、快速反应、一定的承载能力、足够的工作空间和灵活的自由度及在任一位置都能自动定位等特征。设计原则是：充分分析作业对象（工件）的作业技术要求，拟定最合理的作业工序和工艺、并满足系统功能要求和环境条件；明确工件的形状和材料特性，定位精度要求，抓取、搬运时的受力特性、尺寸和质量参数等，从而进一步确定对该机械手结构和运行控制的要求；尽量选用定型的标准组件，简化设计制造过程，兼顾通用性和专用性，并能实现柔性转接和编程控制。本课题设计的是一种小型的多关节式六自由度机械手，能够满足相应的动作要求，并对一些小质量工件实现抓取、搬运等一些列动作。

2.1 六自由度搬运机械手的功能分析

该机械手系统共有6个自由度，分别为肩的回转与曲摆，大臂的曲摆，小臂的曲摆，手腕的曲摆与回转，以及手抓的回转。

该系统中基座固定，与基座相连的肩可以进行360度的回转；与肩相连接的大臂可以进行-90～+90度曲摆，与大臂相连接的小臂可以进行-90～+90度曲摆，大臂和小臂动作幅度较大，可以满足俯仰要求。手腕可以进行360度的旋转，手腕也可以完成-90～+90度的曲摆，末

2. 六自由度搬运机械手的结构设计

根据机械手的基本要求能快速、准确地拾起-放下搬运物件，这就要求它们具有高精度、快速反应、一定的承载能力、足够的工作空间和灵活的自由度及在任一位置都能自动定位等特征。设计原则是：充分分析作业对象（工件）的作业技术要求，拟定最合理的作业工序和工艺、并满足系统功能要求和环境条件；明确工件的形状和材料特性，定位精度要求，抓取、搬运时的受力特性、尺寸和质量参数等，从而进一步确定对该机械手结构和运行控制的要求；尽量选用定型的标准组件，简化设计制造过程，兼顾通用性和专用性，并能实现柔性转接和编程控制。本课题设计的是一种小型的多关节式六自由度机械手，能够满足相应的动作要求，并对一些小质量工件实现抓取、搬运等一些列动作。

2.1 六自由度搬运机械手的功能分析

该机械手系统共有6个自由度，分别为肩的回转与曲摆，大臂的曲摆，小臂的曲摆，手腕的曲摆与回转，以及手抓的回转。

该系统中基座固定，与基座相连的肩可以进行360度的回转；与肩相连接的大臂可以进行-90～+90度曲摆，与大臂相连接的小臂可以进行-90～+90度曲摆，大臂和小臂动作幅度较大，可以满足俯仰要求。手腕可以进行360度的旋转，手腕也可以完成-90～+90度的曲摆，末

目 录

1 前 言................................................................................................................................ 1

1.1 设计题目的背景及目的........................................................................................ 1 1.2 概述........................................................................................................................ 1 1.3. 机械手发展简史..................................................................................................... 2 1.5 机械手应用概况.....................

兰州工业学院毕业设计（论文）

兰州工业学院

毕业设计（论文）

任务书

机电工程 学院 机电一体化技术 专业 设 计 题 目 搬运机械手设计及PLC控制

学 生 姓 名 班 级 起 止 日 期 指 导 教 师 李宝栋

年 月 日

1

兰州工业学院毕业设计（论文）

1.毕业设计的原始数据：

[1] 论文所用相关资料从校图书馆书籍或网上下载获得； [2] 数据资料由教师根据生产实践提供。

2.毕业设计(论文)的内容和要求(包括技术要求、图表要求以及工作要求等)：

设计一搬运机械手，满足下列技术要求，绘制各主要零件图和装配图，并采用S7-200 PLC进行控制。 [1] 末端载荷：5KG [2] 自由度数：4 [3] 坐标形式：圆柱坐标 [4] 最大工作半径：1500

兰州工业学院毕业设计（论文）

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毕业设计（论文）

任务书

机电工程 学院 机电一体化技术 专业 设 计 题 目 搬运机械手设计及PLC控制

学 生 姓 名 班 级 起 止 日 期 指 导 教 师 李宝栋

年 月 日

1

兰州工业学院毕业设计（论文）

1.毕业设计的原始数据：

[1] 论文所用相关资料从校图书馆书籍或网上下载获得； [2] 数据资料由教师根据生产实践提供。

2.毕业设计(论文)的内容和要求(包括技术要求、图表要求以及工作要求等)：

设计一搬运机械手，满足下列技术要求，绘制各主要零件图和装配图，并采用S7-200 PLC进行控制。 [1] 末端载荷：5KG [2] 自由度数：4 [3] 坐标形式：圆柱坐标 [4] 最大工作半径：1500

7075硬铝！工业机器人铝合金铸件 机械手的设计要求

机械手总体结构的类型

工业机器人的结构形式主要有直角坐标结构， 圆柱坐标结构， 球坐标结构， 关节

型结构四种。各结构形式及其相应的特点，分别介绍如下。 1.

直角坐标机器人结构

直角坐标机器人的空间运动是用三个相互垂直的直线运动来实现的 .

由于直

线运动易于实现全闭环的位置控制， 所以，

直角坐标机器人有可能达到很高的位 置精度（ μ m 级）。但是，这种直角坐标机器人的运动空间相对机器人的结构尺

寸来讲，是比较小的。因此，为了实现一定的运动空间，直角坐标机器人的结构 尺寸要比其他类型的机器人的结构尺寸大得多。

直角坐标机器人的工作空间为一空间长方体。 直角坐标机器人主要用于装配

作业及搬运作业，直角坐标机器人有悬臂式，龙门式，天车式三种结构。 2.

圆柱坐标机器人结构

圆柱坐标机器人的空间运动是用一个回转运动及两个直线运动来实现的。 这种机器人构造比较简单， 精度还可以， 常用于搬运作业。 其工作空间是一个圆

柱状的空间。 3.

球坐标机器人结构

球坐标机器人的空间运动是由两个回转