三自由度搬运机械手的设计

摘  要

机械手是一种机械技术与电子技术相结合的高技术产品。采用机械手是提高产品质量与劳动生产率，实现生产过程自动化，改善劳动条件，减轻劳动强度的一种有效手段。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装备。机械手可以代替人手的繁重劳动，显著减轻工人的劳动强度，改善劳动条件，提高劳动生产率和生产自动化水平。工业生产中经常出现的笨重工件的搬运和长期、频繁、单调的操作，采用机械手是有效的；此外，它能在高温、低温、深水、宇宙、放射性和其它有毒、污染环境条件下进行操作，更显示其优越性，有着广阔的发展前途。

本课题的主要内容是采用机械设计原理，进行三自由度搬运机械手的设计，熟悉三自由度机械手的运用场合和相关的设计步骤。机械手可以代替很多重复性的体力劳动，从而减轻工人的劳动强度，提高生产效率。结合三自由度设计的各方面的知识，在设计过程中学会怎样发现问题．解决问题.研究问题。并且在设计中融入自己的想法和构思，提高自己的创新能力。尽力使机械手使用方便，结构简单。

关键词：机械手，输送工件，搬运，三自由度

ABSTRACT

Manipulator is a mechanical technology....

Key Words: Manipulator, conveying work piece, handling, three degrees of freedom

目  录

摘  要 - 1 -

ABSTRACT - 2 -

1 绪论 - 5 -

1.1机械手的历史 - 5 -

1.2 机械手的组成 - 6 -

1.3 机械手的分类 - 7 -

第2章 搬运机械手机构总体方案设计 - 9 -

2.1 搬运机械手设计要求 - 9 -

2.2 基本设计思路 - 9 -

2.2.1 系统分析 - 9 -

2.2.2 总体设计框图 - 10 -

2.2.3 搬运机械手的基本参数 - 11 -

2.3 搬运机械手结构设计 - 12 -

2.3.1 搬运机械手坐标形式的选择 - 12 -

2.4 机械手材料的选择 - 12 -

2.5机械臂的运动方式 - 12 -

2.6 搬运机械手驱动与控制系统分析 - 13 -

2.6.1 驱动方式的选择 - 13 -

2.6.2 控制系统的选择 - 14 -

3 搬运机械手机械结构设计与计算 - 14 -

3.1 搬运机械手手爪设计 - 14 -

3.2 搬运机械手手臂设计 - 14 -

3.2.1 伸缩机械臂的设计 - 14 -

3.2.2 升降机械臂的设计 - 15 -

3.2.3 旋转机械臂的设计 - 17 -

3.3 手部设计计算 - 17 -

3.4 腕部设计计算 - 21 -

3.5 液压驱动系统设计 - 22 -

3.6机身结构的设计 - 24 -

3.6.1 电机的选择 - 24 -

3.6.2 螺柱的设计与校核 - 25 -

3.6.3 机座的机械结构示意图 - 26 -

4 搬运机械手控制系统的设计 - 28 -

4.1 PLC简介 - 28 -

4.2 PLC工作原理 - 28 -

4.3 PLC机型的选择 - 28 -

4.3.1 PLC机型的选择 - 29 -

4.3.2 所选PLC的参数 - 29 -

4.4 PLC控制面板的拟定 - 30 -

4.5 机械手工艺过程和控制方案的确定 - 31 -

4.5.1 明确工艺要求 - 31 -

4.5.2 确定工艺流程 - 31 -

4.5.3 传感器选择 - 33 -

4.5.4 确定I/O点数 - 33 -

4.6 PLC程序编写 - 34 -

4.6.1 总体程序设计思路 - 34 -

4.6.2手动程序的编写 - 35 -

4.6.3 复位程序的编写 - 36 -

4.6.4 自动控制程序的编写 - 38 -

5 结论 - 41 -

参考文献 - 42 -

致  谢 - 43 -