自动取料机械手的设计
摘 要随着科学技术不断的发展，机器人已经广泛应用有工业生产中。随着工业机器人功能和智能化水平不断提升，其已经逐步取代人工操作。本文主要是对机械手机的机械部分设计以及控制系统进行了设计分析，包括机械手的结构设计、硬件设计及驱动设计和控制系统设计。通过对机械手各部位进行设计，总结出机械手的总体设计要求。然后对机械手的液压系统和逼近电机进行介绍，并对这些硬件进行选型。最后，根据机械手的功能对PLC，CUP进行了选型，然后进行PLC连线和程序的设计，最终设计获得完整的机械手。
目 录
引言
一 机械手的结构设计
（一） 机械手的结构概述
（二）机械手的各部分结构
1机身
2 手腕
3 臂部
4 手抓
（三） 本设计的总体要求
二 机械手的硬件设计及驱动
（一）液压传动
1 液压传动简介
2 液压传动的设计
（二） 步进电机的驱动
1步进电机驱动的原理
2 步进电机驱动的设计
三 机械手的控制系统设计
（一） 机械手的功能介绍
（二） 机械手的控制
1 CPU选型
2 PLC的I/O分配
3 物块的位置控制及程序流程图
（三） PLC的程序设计
结 论
参考文献
謝词20
引言
随着科学技术不断的发展，机器人已经广泛应用有工业生产中。工业机器人不仅可以仿人操作，而且自动完成各种作业的智能化设备。工业生产用的机器人主要包括机械本体、伺服驱动系统、检测传感装置以及控制器等结构。随着工业机器人功能和智能化水平不断提升，其已经逐步取代人工操作。不仅可以降低人工生产成本，而且可能提高产品质量的稳定性和生产效率，有效地促进我国企业转型升级，可见机械手的总要性。本文设计了一种机械手，首先由机械手的总体设计要求，对机械手的手腕、机身、臂部和手抓等部位进行设计，对机械手硬件及驱动电路进行了设计，最终是设计控制系统最终获得一款能够自动完成上 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
下料的机械手。
一 机械手的结构设计
（一） 机械手的结构概述
1 机械手组成
机械手的执行机构主要由立柱、手腕、手部、手臂、行走机构、机座等组成。机械手包括驱动系统、控制系统、位置检测装置、执行机构等。相互之间的关系如方框图11所示。
图11 机床上下料机械手组成结构框图
2 机械手的结构形式
结构形式主要有球坐标结构、直角坐标结构、圆柱坐标结构、关节型结构。
（1）角坐标机械手结构
由三个相互垂直的直线运动来实现其空间运动，如图11(a)。其运动空间较小，之所以它的设计尺寸要比其他机械手的设计尺寸要大得多，是因为要达到规定的运动空间。主要用在搬运与装配作业。
（2）圆柱坐标机械手结构
由两个直线运动与一个回转运动来实现其空间运动，如图11(b)。其有着简单构造、较高精度等优点，主要用在搬运作业。
（3）球坐标机械手结构
用一个直线运动与两个回转运动来实现其空间运动，如图11(c)。其有结构简单、较低成本的优势，却有着较低精度的劣势。主要用在搬运作业。
（4）关节型机械手结构
用三个回转运动实现其空间运动的，如图11(d)。其有着灵活的动作、紧凑的结构、占地面积小等优点，主要用在喷漆、焊接、装配、搬运等作业。有两种结构：垂直关节型、水平关节型。
(a) 直角坐标型 (b) 圆柱坐标型 (c) 球坐标型 (d) 关节型
图12 四种机械手坐标形式
（二） 机械手的各部分结构
1机身
机身，是球坐标机械手、圆柱坐标机械手、关节型机械手相结合的回转基座。腰座回转的驱动形式不是通过摆动液压缸或液压马达来实现，就是通过减速机构来实现，目前主流是用后者。之所以腰部的回转运动由电机驱动控制，是因为电机控制的精度很高，结构紧凑。机身具体结构如图13所示。
随着科学技术不断的发展，机器人已经广泛应用有工业生产中。工业机器人不仅可以仿人操作，而且自动完成各种作业的智能化设备。工业生产用的机器人主要包括机械本体、伺服驱动系统、检测传感装置以及控制器等结构。随着工业机器人功能和智能化水平不断提升，其已经逐步取代人工操作。不仅可以降低人工生产成本，而且可能提高产品质量的稳定性和生产效率，有效地促进我国企业转型升级。本文主要是对机械手机的机械部分设计以及控制系统进行了设计分析，因此本文主要完成了以下工作：（1）机械手的结构设计，主要是对机械手的机身、手腕、臂部和手抓等部位进行设计，根据这些部位的设计最终总结出机械手的总体设计要求。（2）机械手的硬件设计及驱动设计，主要是对机械手的液压系统和逼近电机进行介绍，并对这些硬件进行选型。（3）机械手的控制系统设计，此部分首先对机械手的功能进行介绍，然后根据机械手的功能对PLC，CUP进行了选型，然后进行PLC连线和程序的设计，最终设计获得完整的机械手。
随着科学技术不断的发展，机器人已经广泛应用有工业生产中。工业机器人不仅可以仿人操作，而且自动完成各种作业的智能化设备。工业生产用的机器人主要包括机械本体、伺服驱动系统、检测传感装置以及控制器等结构。随着工业机器人功能和智能化水平不断提升，其已经逐步取代人工操作。不仅可以降低人工生产成本，而且可能提高产品质量的稳定性和生产效率，有效地促进我国企业转型升级。本文主要是对机械手机的机械部分设计以及控制系统进行了设计分析，因此本文主要完成了以下工作：（1）机械手的结构设计，主要是对机械手的机身、手腕、臂部和手抓等部位进行设计，根据这些部位的设计最终总结出机械手的总体设计要求。（2）机械手的硬件设计及驱动设计，主要是对机械手的液压系统和逼近电机进行介绍，并对这些硬件进行选型。（3）机械手的控制系统设计，此部分首先对机械手的功能进行介绍，然后根据机械手的功能对PLC，CUP进行了选型，然后进行PLC连线和程序的设计，最终设计获得完整的机械手。
随着科学技术不断的发展，机器人已经广泛应用有工业生产中。工业机器人不仅可以仿人操作，而且自动完成各种作业的智能化设备。工业生产用的机器人主要包括机械本体、伺服驱动系统、检测传感装置以及控制器等结构。随着工业机器人功能和智能化水平不断提升，其已经逐步取代人工操作。不仅可以降低人工生产成本，而且可能提高产品质量的稳定性和生产效率，有效地促进我国企业转型升级。本文主要是对机械手机的机械部分设计以及控制系统进行了设计分析，因此本文主要完成了以下工作：（1）机械手的结构设计，主要是对机械手的机身、手腕、臂部和手抓等部位进行设计，根据这些部位的设计最终总结出机械手的总体设计要求。（2）机械手的硬件设计及驱动设计，主要是对机械手的液压系统和逼近电机进行介绍，并对这些硬件进行选型。（3）机械手的控制系统设计，此部分首先对机械手的功能进行介绍，然后根据机械手的功能对PLC，CUP进行了选型，然后进行PLC连线和程序的设计，最终设计获得完整的机械手。
目 录
引言
一 机械手的结构设计
（一） 机械手的结构概述
（二）机械手的各部分结构
1机身
2 手腕
3 臂部
4 手抓
（三） 本设计的总体要求
二 机械手的硬件设计及驱动
（一）液压传动
1 液压传动简介
2 液压传动的设计
（二） 步进电机的驱动
1步进电机驱动的原理
2 步进电机驱动的设计
三 机械手的控制系统设计
（一） 机械手的功能介绍
（二） 机械手的控制
1 CPU选型
2 PLC的I/O分配
3 物块的位置控制及程序流程图
（三） PLC的程序设计
结 论
参考文献
謝词20
引言
随着科学技术不断的发展，机器人已经广泛应用有工业生产中。工业机器人不仅可以仿人操作，而且自动完成各种作业的智能化设备。工业生产用的机器人主要包括机械本体、伺服驱动系统、检测传感装置以及控制器等结构。随着工业机器人功能和智能化水平不断提升，其已经逐步取代人工操作。不仅可以降低人工生产成本，而且可能提高产品质量的稳定性和生产效率，有效地促进我国企业转型升级，可见机械手的总要性。本文设计了一种机械手，首先由机械手的总体设计要求，对机械手的手腕、机身、臂部和手抓等部位进行设计，对机械手硬件及驱动电路进行了设计，最终是设计控制系统最终获得一款能够自动完成上 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
下料的机械手。
一 机械手的结构设计
（一） 机械手的结构概述
1 机械手组成
机械手的执行机构主要由立柱、手腕、手部、手臂、行走机构、机座等组成。机械手包括驱动系统、控制系统、位置检测装置、执行机构等。相互之间的关系如方框图11所示。
图11 机床上下料机械手组成结构框图
2 机械手的结构形式
结构形式主要有球坐标结构、直角坐标结构、圆柱坐标结构、关节型结构。
（1）角坐标机械手结构
由三个相互垂直的直线运动来实现其空间运动，如图11(a)。其运动空间较小，之所以它的设计尺寸要比其他机械手的设计尺寸要大得多，是因为要达到规定的运动空间。主要用在搬运与装配作业。
（2）圆柱坐标机械手结构
由两个直线运动与一个回转运动来实现其空间运动，如图11(b)。其有着简单构造、较高精度等优点，主要用在搬运作业。
（3）球坐标机械手结构
用一个直线运动与两个回转运动来实现其空间运动，如图11(c)。其有结构简单、较低成本的优势，却有着较低精度的劣势。主要用在搬运作业。
（4）关节型机械手结构
用三个回转运动实现其空间运动的，如图11(d)。其有着灵活的动作、紧凑的结构、占地面积小等优点，主要用在喷漆、焊接、装配、搬运等作业。有两种结构：垂直关节型、水平关节型。
(a) 直角坐标型 (b) 圆柱坐标型 (c) 球坐标型 (d) 关节型
图12 四种机械手坐标形式
（二） 机械手的各部分结构
1机身
机身，是球坐标机械手、圆柱坐标机械手、关节型机械手相结合的回转基座。腰座回转的驱动形式不是通过摆动液压缸或液压马达来实现，就是通过减速机构来实现，目前主流是用后者。之所以腰部的回转运动由电机驱动控制，是因为电机控制的精度很高，结构紧凑。机身具体结构如图13所示。
随着科学技术不断的发展，机器人已经广泛应用有工业生产中。工业机器人不仅可以仿人操作，而且自动完成各种作业的智能化设备。工业生产用的机器人主要包括机械本体、伺服驱动系统、检测传感装置以及控制器等结构。随着工业机器人功能和智能化水平不断提升，其已经逐步取代人工操作。不仅可以降低人工生产成本，而且可能提高产品质量的稳定性和生产效率，有效地促进我国企业转型升级。本文主要是对机械手机的机械部分设计以及控制系统进行了设计分析，因此本文主要完成了以下工作：（1）机械手的结构设计，主要是对机械手的机身、手腕、臂部和手抓等部位进行设计，根据这些部位的设计最终总结出机械手的总体设计要求。（2）机械手的硬件设计及驱动设计，主要是对机械手的液压系统和逼近电机进行介绍，并对这些硬件进行选型。（3）机械手的控制系统设计，此部分首先对机械手的功能进行介绍，然后根据机械手的功能对PLC，CUP进行了选型，然后进行PLC连线和程序的设计，最终设计获得完整的机械手。
随着科学技术不断的发展，机器人已经广泛应用有工业生产中。工业机器人不仅可以仿人操作，而且自动完成各种作业的智能化设备。工业生产用的机器人主要包括机械本体、伺服驱动系统、检测传感装置以及控制器等结构。随着工业机器人功能和智能化水平不断提升，其已经逐步取代人工操作。不仅可以降低人工生产成本，而且可能提高产品质量的稳定性和生产效率，有效地促进我国企业转型升级。本文主要是对机械手机的机械部分设计以及控制系统进行了设计分析，因此本文主要完成了以下工作：（1）机械手的结构设计，主要是对机械手的机身、手腕、臂部和手抓等部位进行设计，根据这些部位的设计最终总结出机械手的总体设计要求。（2）机械手的硬件设计及驱动设计，主要是对机械手的液压系统和逼近电机进行介绍，并对这些硬件进行选型。（3）机械手的控制系统设计，此部分首先对机械手的功能进行介绍，然后根据机械手的功能对PLC，CUP进行了选型，然后进行PLC连线和程序的设计，最终设计获得完整的机械手。
随着科学技术不断的发展，机器人已经广泛应用有工业生产中。工业机器人不仅可以仿人操作，而且自动完成各种作业的智能化设备。工业生产用的机器人主要包括机械本体、伺服驱动系统、检测传感装置以及控制器等结构。随着工业机器人功能和智能化水平不断提升，其已经逐步取代人工操作。不仅可以降低人工生产成本，而且可能提高产品质量的稳定性和生产效率，有效地促进我国企业转型升级。本文主要是对机械手机的机械部分设计以及控制系统进行了设计分析，因此本文主要完成了以下工作：（1）机械手的结构设计，主要是对机械手的机身、手腕、臂部和手抓等部位进行设计，根据这些部位的设计最终总结出机械手的总体设计要求。（2）机械手的硬件设计及驱动设计，主要是对机械手的液压系统和逼近电机进行介绍，并对这些硬件进行选型。（3）机械手的控制系统设计，此部分首先对机械手的功能进行介绍，然后根据机械手的功能对PLC，CUP进行了选型，然后进行PLC连线和程序的设计，最终设计获得完整的机械手。
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