仿生机械手的设计方案

湖南工业大学本科毕业设计

（2009届）

本科毕业设计资料

湖南工业大学本科毕业设计

摘 要

柔性制造系统是今后工业发展的一个趋势，送料机械手是生产流通中一个必不可少的环节，随着现代工业的发展，以往人工送料的方式已不能满足快速，准确的自动化生产需要，为了把人从繁重的送料工作中解脱出来，送料机械手的研制显得的尤为重要。本论文详细介绍了柔性制造系统送料机械手的工作原理、结构特点及其设计。对送料机械手的总体设计过程及计算方法作了具体的描述和分析。该机械手的组成分为三个部分：机械系统、驱动系统、控制系统。机械系统为机械手的手部、手臂旋转、底座的回转和进给机构。文中通过对以上各机械部分的设计、计算和校核，实现了机械手4个自由度、运动轨迹、行程等各方面的要求。设计选用了机械驱动方式，分别对机械系统和机械传动方式进行计算和设计。对于控制系统，进行了简明的介绍，选择了PLC控制。通过上述三部分的设计，设计出了一种小型柔性制造系统送料机械手，达到此次设计的目的。

关键词：送料，机械手，控制系统，柔性制造系统

II

湖南工业大学本科毕业设计

ABSTRACT

FMS is a trend of industry development in future. Feeding man

毕业设计方案

题 目 立柱式助力机械手设计 学 院 机械工程学院 专 业 机械工程及自动化 班 级 机自 0902 学 生 学 号 指导教师

二〇一三 年 三 月 二十五 日

毕业设计方案

学院 机械工程学院 专业 机械工程及自动化 学生 学号 设计题目 立柱式助力机械手设计 一、选题背景与意义

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

毕业设计方案

题 目 重物搬运机械手的结构设计 学 院 机械工程学院

专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 机自0917班 学 生 廉开发 学 号 20090421170 指导教师 苏东宁

二〇一 三 四月 十日

毕业设计方案

学院 机械工程学院 专业 机械设计制造及其自动化 学生 廉开发 学号 20090421170

设计题目 重物搬运机械手的结构设计 一、选题背景与意义

1.国外研究现状

1962年，美国机械铸造公司在试制成一台数控试教再现型机械手。商名为Unimate。运动系统仿造坦克炮塔，臂回转、俯仰，用液压驱动；控制系统用磁鼓最存储装置。不少球坐标式通用机械手就是在这个基础上发展起来的。同年该公司和普鲁曼公司合并成立万能自动公司，专门生产工业机械手。

1962年美国

搬运机械手PLC控制系统设计 摘 要

随着工业自动化的普及和发展，控制器的需求量逐年增大，搬运机械手的应用也逐渐普及，主要在汽车，电子，机械加工、食品、医药等领域的生产流水线或货物装卸调运, 可以更好地节约能源和提高运输设备或产品的效率，以降低其他搬运方式的限制和不足，满足现代经济发展的要求。

本机械手的机械结构主要包括由两个电磁阀控制的液压钢来实现机械手的上升下降运动及夹紧工件的动作，两个转速不同的电动机分别通过两线圈控制电动机的正反转，从而实现小车的快进、慢进、快退、慢退的运动运动；其动作转换靠设置在各个不同部位的行程开关(SQ1---SQ9>产生的通断信号传输到PLC控制器，通过PLC内部程序输出不同的信号，从而驱动外部线圈来控制电动机或电磁阀产生不同的动作，可实现机械手的精确定位；其动作过程包括：下降、夹紧、上升、慢进、快进、慢进、延时、下降、放松、上升、慢退、快退、慢退；其操作方式包括：回原位、手动、单步、单周期、连续；来满足生产中的各种操作要求。

关键词：搬运机械手，可编程控制器

With the popularity of industrial automation and development, the demand fo

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 ............................................................

送料机械手的设计

摘要

本课题是为普通车床配套设计的上料机械手。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。

本课题对机械手进行了结构设计和液压传动原理的设计，确定了机械手的机械系统，液压驱动系统，控制系统三个组成部分的设计方案。介绍了机械手的组成和分类，确定了机械手的主要参数及设计方案；对抓取机构的各零部件的参数进行计算，对液压元件进行选择，确定电机规格及机构的参数；对机身机座的电动机和减速器进行选择，并对螺栓设计和校核，确定其当量应力，剪切强度，弯曲强度；确定了机械手的定位方式为机械挡块定位；对影响机械手定位和稳定性的因素进行了相关分析。

关键词： 机械手；抓取机构；液压缸

I

目录

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

第1章 绪论 ............................

控制要求

1、机械手传送工件系统示意图，如图1.1所示。

图1.1 机械手传送示意及操作面板图

机械手的全部动作由汽缸驱动，而汽缸又由相应的电磁阀控制。其中，上升/下降和左移/右移分别由双向线圈两位电磁阀控制。例如当下降电磁阀通电时机械手下降；当下降电磁阀断电时，机械手下降停止。只有当上升电磁阀通电时，机械手才上升；当上升电磁阀断电时，机械手上升停止。同样，左移/右移分别由左移电磁阀和右移电磁阀控制。机械手的放松/夹紧由一个单线圈两位置的电磁阀控制。当该线圈通电时，机械手夹紧；当该线圈断电时，机械手放松。

当机械手右移到位并准备下降时为确保安全，必须在右工作台无工件时才允许机械手下降。也就是说，若上一次搬运到右工作台上的工件尚未搬走时，机械手应自动停止下降，用光电开关X017进行工件检测。

机械手的动作过程如图1.1所示。从原点开始，按下启动按钮，下降电磁阀

通电，机械手下降。下降到底时，碰到下限位开关，下降电磁阀断电，下降停止；同时接通夹紧电磁阀，机械手夹紧。夹紧后，上升电磁阀通电，机械手上升。上升到顶时，碰到上限位开关，上升电磁阀断电，上升停止；同时接通右移电磁阀，机械手右移。右移到位时，碰到右限位开关，右移电磁阀断电，右移停止。若此时右

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。 1.4.2课题的主要任务

本课题将要完成的主要任务如下:

(1)机械手为通用机械手，因此相对于专用机械手来说，它的适用面更广. (2)选取机械手的座标型式和自由度

(3)设计出机械手的各执行机构，包括:手部、手腕、手臂等部件的设计。为了使通用性更强，手部设计成可更换结构，既可以用夹持式手指来抓取棒料工件，又可以用气流负压式吸盘来吸取板料工件。

(4)气压传动系统的设计

本课题将设计出机械手的气压传动系统，包括气动元器件的选取，气动回路的设计，并绘出气动原理图。

(6)机械手的控制系统的设计

本机械手拟采用可编程序控制器(PLC)对机械手进行控制，本课题将要选取PLC型号，根据机械手的工作流程编制出PLC程序，并画出梯形图。

第二章机械手的设计方案

对气动机械手的基本要求是能快速、准确地拾一放和搬运物件，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 在任意位置都能自动定位等特性。设计气动机械手的原则是:充分分析作业对象 (工件)的

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)

1

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