emag机床机械手设计(附件)
按照ISO8373的定义，作为工业用的机器人，为完成各种复杂任务需要足够的关节数和自由度。作为工业自动化的代表，工业机器人不仅提高了一线工作者的劳动效率，而且最大程度的保障了工作场所的安全。本文主要在机械手结构、控制系统、主要技术参数、气缸设计以及PLC控制程序的设定上进行了论述。本设计的机械手结构为圆柱坐标式机械手，能够实现为棒料上下料的功能。通过气压缸驱动，机械手拥有三个自由度及手爪开合功能。其中三个自由度包括机身的回转，手臂的升降，手腕的回转。这个机械手的整体规模较小且目的专一，只适用于EMAG机床的上下料工作。关键词 机械手，三自由度，气压缸，圆柱坐标目 录
1 引言1
2 工业机械手1
2.1 工业机械手的概念及发展1
2.2 工业机械手的组成5
2.3 工业机器人的分类5
3 EMAG机械手的设计方案7
3.1 EMAG机床的介绍7
3.2 设计原则8
3.3 机械手的坐标型式与自由度8
3.4 机械手的手部结构方案设计9
3.5 机械手的手腕结构方案设计10
3.6 机械手的手臂结构方案设计10
3.7 机械手的驱动方案设计10
3.8 机械手的控制方案设计10
3.9 机械手的主要参数10
4 手部结构设计11
4.1 夹持式手部结构11
4.2 手指的形状和分类11
4.3 设计时考虑的几个问题12
4.4 手部夹紧气缸的设计12
5 手腕结构设计15
5.1 手腕的自由度15
5.2 手腕的驱动力矩的计算16
5.3 平衡装置18
6 手臂升降气缸的尺寸设计与校核18
6.1 尺寸设计18
6.2 尺寸校核19
7 手臂回转气缸的尺寸设计与校核19
7.1 尺寸设计19
7.2 尺寸校核19
8 机械手的PLC控制设计20
8.1可编程序控制器的选择及工作过程20
8.2 机械手可编
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
3 平衡装置18
6 手臂升降气缸的尺寸设计与校核18
6.1 尺寸设计18
6.2 尺寸校核19
7 手臂回转气缸的尺寸设计与校核19
7.1 尺寸设计19
7.2 尺寸校核19
8 机械手的PLC控制设计20
8.1可编程序控制器的选择及工作过程20
8.2 机械手可编程序控制器控制方案21
结论 22
致谢 23
参考文献24
1 引言
机器人可以分成具有固定底座的机器人机械手和具有移动底座的移动机器人两种类型。本次设计目标为具有底座的机器人机械手。
机器人机械手的机械结构由一系列刚性构件（连杆）通过链接（关节）联结起来，机械手的特征在于具有可移动性的臂（arm），提供灵活性的腕（wrist）和执行机器人所需完成任务的末端执行器（end-effector)。
对于机械手的基础结构来说，不管是多复杂的结构，最后归结到的机构只有两种。一个是串联运动，而另一个是开式运动链（open kinematic chain).
机械手的运动能力有关节保证。两个相邻连杆的连接可以通过移动关节（prismatic joint，又称棱柱关节）或转动关节（revolute joint,又称旋转关节）实现。在一个开式运动链中，机械结构中的每个自由度代表着此处有一个移动关节或者是转动关节。移动关节可以实现两个连杆之间的相对平移，而转动关节可以实现两个关节之间的相对转动。由于转动关节相对移动关节更为简捷和可靠，通常作为首选。
在机械手上必须合理地沿机械结构配置自由度，以保证系统能够有足够的自由度来完成指定的任务。通常在三维（3D)空间里一项任意定位和定向的任务中需要6个自由度，其中3个自由度用于对目标点的定位，另外3个自由度用于实现在参考坐标系中对目标点的定向。如果系统可用的自由度超过任务中变量的个数，则从运动学角度而言，机械手是冗余（redundant)的。
工作空间（workspace)是机械手末端执行器在工作环境中能够到达的区域。其形状和容积取决于机械手的结构以及机械关节的限制。
2 工业机器人
2.1 工业机器人的概念及发展
按照ISO8373的定义，作为工业用的机器人，为完成各种复杂任务需要足够的关节数以便实现多自由度功能。它本身不仅拥有控制能力，还拥有动力。这样才能自动完成各种动作，使各种功能一一实现。按照内部程序来进行工作是现今操作工业机器人的主流。不过也有部分工业机器人能够实时按照人们的指示来工作。现今的工业机器人的操作者不只是人和程序，还可以是现在大火的人工智能，依靠人工智能，工业机器人能够像受人指挥一样完成工作。在工业领域，为特定行业或者工作而发展起来的机器人已经越来越专门化了。这也使得这些机器人渐渐发展成独立类型的机器人了。像专门用于打扫的清洁机器人。用于焊接的焊接机器人。人力和机器人比快速高效，持久准确，是永远无法超过的，血肉之躯怎么可能不会感到疲倦呢？而这正是工业所需要的。如图2-1所示为ABB机器人实物图。
图2-1 ABB机器人实物图
机械手一说是机器人的末端执行器，一说就是工业机器人。在国内，说到机械手其实就是在说机器人。机器人，机械手都只是说法不同，其实指的都是相同的。随着中国人力资本的大幅上升，使用人力去做简单繁重工作只能使工厂亏本。因此，使用机器人在未来的工厂里会成为一道固定的风景线。因为它可以替代一些劳动繁重价值却低下的工作，而这些工作是工业中十分常见的。在使用机械手后，生产活动就会向自动化发展，以完全自动化为目标。工业对机器人的强烈需求直接推动了机器人的发展。应用范围扩展到各个领域，不止工业，还有医疗应用、残疾人和水下太空等。不谈其他领域，光是工业机器人迅猛发展就催生出来了一门特定学科——工业机器人学。这门学科涵盖了有关工业机器人的设计、控制和应用。目前国际工业机器人产品技术已经成熟，国内技术差距明显，但在国家扶持下奋起直追，前途明朗。工业机器人特征明显——通过可替换的末端执行器实现多功能、先进的传感器使其拥有优秀的适应性、从控制反馈技术得到精确的定位、可编程性更是使执行的可重复性多样化。
2.1.1 机器人工业史
机器人工业历史发展大致如表2-1所示
表2-1 机器人工业史
1922
科幻小说里第一次出现了机器人（Rabota）这一单词
1946
George Devol开发出磁控制器。这是一种工作人员引导机器人手动进行任务的装置。在宾夕法尼亚大学，Mauchley和Eckrt完成了ENIAC计算机
1952
第一台数控机床在麻省理工学院诞生
1954
George Devol开发出第一台
1 引言1
2 工业机械手1
2.1 工业机械手的概念及发展1
2.2 工业机械手的组成5
2.3 工业机器人的分类5
3 EMAG机械手的设计方案7
3.1 EMAG机床的介绍7
3.2 设计原则8
3.3 机械手的坐标型式与自由度8
3.4 机械手的手部结构方案设计9
3.5 机械手的手腕结构方案设计10
3.6 机械手的手臂结构方案设计10
3.7 机械手的驱动方案设计10
3.8 机械手的控制方案设计10
3.9 机械手的主要参数10
4 手部结构设计11
4.1 夹持式手部结构11
4.2 手指的形状和分类11
4.3 设计时考虑的几个问题12
4.4 手部夹紧气缸的设计12
5 手腕结构设计15
5.1 手腕的自由度15
5.2 手腕的驱动力矩的计算16
5.3 平衡装置18
6 手臂升降气缸的尺寸设计与校核18
6.1 尺寸设计18
6.2 尺寸校核19
7 手臂回转气缸的尺寸设计与校核19
7.1 尺寸设计19
7.2 尺寸校核19
8 机械手的PLC控制设计20
8.1可编程序控制器的选择及工作过程20
8.2 机械手可编
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3 平衡装置18
6 手臂升降气缸的尺寸设计与校核18
6.1 尺寸设计18
6.2 尺寸校核19
7 手臂回转气缸的尺寸设计与校核19
7.1 尺寸设计19
7.2 尺寸校核19
8 机械手的PLC控制设计20
8.1可编程序控制器的选择及工作过程20
8.2 机械手可编程序控制器控制方案21
结论 22
致谢 23
参考文献24
1 引言
机器人可以分成具有固定底座的机器人机械手和具有移动底座的移动机器人两种类型。本次设计目标为具有底座的机器人机械手。
机器人机械手的机械结构由一系列刚性构件（连杆）通过链接（关节）联结起来，机械手的特征在于具有可移动性的臂（arm），提供灵活性的腕（wrist）和执行机器人所需完成任务的末端执行器（end-effector)。
对于机械手的基础结构来说，不管是多复杂的结构，最后归结到的机构只有两种。一个是串联运动，而另一个是开式运动链（open kinematic chain).
机械手的运动能力有关节保证。两个相邻连杆的连接可以通过移动关节（prismatic joint，又称棱柱关节）或转动关节（revolute joint,又称旋转关节）实现。在一个开式运动链中，机械结构中的每个自由度代表着此处有一个移动关节或者是转动关节。移动关节可以实现两个连杆之间的相对平移，而转动关节可以实现两个关节之间的相对转动。由于转动关节相对移动关节更为简捷和可靠，通常作为首选。
在机械手上必须合理地沿机械结构配置自由度，以保证系统能够有足够的自由度来完成指定的任务。通常在三维（3D)空间里一项任意定位和定向的任务中需要6个自由度，其中3个自由度用于对目标点的定位，另外3个自由度用于实现在参考坐标系中对目标点的定向。如果系统可用的自由度超过任务中变量的个数，则从运动学角度而言，机械手是冗余（redundant)的。
工作空间（workspace)是机械手末端执行器在工作环境中能够到达的区域。其形状和容积取决于机械手的结构以及机械关节的限制。
2 工业机器人
2.1 工业机器人的概念及发展
按照ISO8373的定义，作为工业用的机器人，为完成各种复杂任务需要足够的关节数以便实现多自由度功能。它本身不仅拥有控制能力，还拥有动力。这样才能自动完成各种动作，使各种功能一一实现。按照内部程序来进行工作是现今操作工业机器人的主流。不过也有部分工业机器人能够实时按照人们的指示来工作。现今的工业机器人的操作者不只是人和程序，还可以是现在大火的人工智能，依靠人工智能，工业机器人能够像受人指挥一样完成工作。在工业领域，为特定行业或者工作而发展起来的机器人已经越来越专门化了。这也使得这些机器人渐渐发展成独立类型的机器人了。像专门用于打扫的清洁机器人。用于焊接的焊接机器人。人力和机器人比快速高效，持久准确，是永远无法超过的，血肉之躯怎么可能不会感到疲倦呢？而这正是工业所需要的。如图2-1所示为ABB机器人实物图。
图2-1 ABB机器人实物图
机械手一说是机器人的末端执行器，一说就是工业机器人。在国内，说到机械手其实就是在说机器人。机器人，机械手都只是说法不同，其实指的都是相同的。随着中国人力资本的大幅上升，使用人力去做简单繁重工作只能使工厂亏本。因此，使用机器人在未来的工厂里会成为一道固定的风景线。因为它可以替代一些劳动繁重价值却低下的工作，而这些工作是工业中十分常见的。在使用机械手后，生产活动就会向自动化发展，以完全自动化为目标。工业对机器人的强烈需求直接推动了机器人的发展。应用范围扩展到各个领域，不止工业，还有医疗应用、残疾人和水下太空等。不谈其他领域，光是工业机器人迅猛发展就催生出来了一门特定学科——工业机器人学。这门学科涵盖了有关工业机器人的设计、控制和应用。目前国际工业机器人产品技术已经成熟，国内技术差距明显，但在国家扶持下奋起直追，前途明朗。工业机器人特征明显——通过可替换的末端执行器实现多功能、先进的传感器使其拥有优秀的适应性、从控制反馈技术得到精确的定位、可编程性更是使执行的可重复性多样化。
2.1.1 机器人工业史
机器人工业历史发展大致如表2-1所示
表2-1 机器人工业史
1922
科幻小说里第一次出现了机器人（Rabota）这一单词
1946
George Devol开发出磁控制器。这是一种工作人员引导机器人手动进行任务的装置。在宾夕法尼亚大学，Mauchley和Eckrt完成了ENIAC计算机
1952
第一台数控机床在麻省理工学院诞生
1954
George Devol开发出第一台
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