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無錫太湖學院
畢業(yè)設計（論文）
題目： 機械手模型設計及制作
信機 系 機械工程及自動化 專業(yè)
學 號： 0923130
學生姓名： 陸 超
指導教師： 許文 （職稱：副教授 ）
（職稱： ）
2013年5月25日
I
無錫太湖學院本科畢業(yè)設計（論文）
誠 信 承 諾 書
本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設計（論文） 機械手模型設計 是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的成果，其內容除了在畢業(yè)設計（論文）中特別加以標注引用，表示致謝的內容外，本畢業(yè)設計（論文）不包含任何其他個人、集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。
班 級： 機械93
學 號： 0923130
作者姓名：
2013 年 5 月 25 日
無錫太湖學院
信 機 系 機械工程及自動化 專業(yè)
畢 業(yè) 設 計論 文 任 務 書
一、題目及專題：
1、題目 機械手模型設計及制作
2、專題 機械手模型設計
二、課題來源及選題依據(jù)
題目來源于教學產(chǎn)品制作。在工業(yè)上，機器人是用作運輸或操作從前屬于人工作業(yè)的一種設備，越來越多的日常事務也可以在機器人的協(xié)助下完成。教學用機械手模型，雖然不像工業(yè)機器人那么復雜，但仍包含很重要的技術成分，例如它能實現(xiàn)空間坐標系三根軸向上的運動。這一特征使通過多種方法控制其運動成為可能，機器人還有“夾鉗”這一非常典型的機構。
設計技術參數(shù)：
1．抓重：10千克
2．自由度數(shù)：4個自由度
3．座標型式：圓柱型座標
4．最大工作半徑：1000mm
5．手臂最大中心高：1380mm
6．手臂運動參數(shù)：伸縮行程400mm；伸縮速度50mm/s；升降行程200mm；升降速度50mm/s；回轉范圍00-2400；回轉速度900/s
7．手腕運動參數(shù)：回轉范圍 00-1800；回轉速度1800/s
8．定位精度：±0. 5mm
三、本設計（論文或其他）應達到的要求：
①收集相關設備資料，進行一種四自由度機械手模型的設計制作；
②它包括總體結構、機械傳動系統(tǒng)和伺服控制系統(tǒng)。該模型具有結構簡單、控制靈活、調整方便、性能穩(wěn)定等特點；
③完成機械手模型設計，繪制產(chǎn)品裝配圖，建議用A0標準圖幅；
④完成非標準零件設計圖紙。建議用A3標準圖幅；
⑤設計說明書一份；
⑥翻譯8000以上外文印刷字符或譯出4000漢字以上的有關技術資料或專業(yè)文獻。
四、接受任務學生：
機械93 班 姓名 陸 超
五、開始及完成日期：
自2012年11月12日 至2013年5月25日
六、設計（論文）指導（或顧問）：
指導教師 簽名
簽名
簽名
教研室主任
〔學科組組長研究所所長〕 簽名 系主任 簽名
2012年11月12日
摘要
科學發(fā)展觀為我國工程技術的發(fā)展開辟了廣闊道路，而機械手作為一種高科技自動化生產(chǎn)設備，已經(jīng)廣泛應用于國民經(jīng)濟的各個領域，這就對我們的教育培訓部門提出了新的要求。因此，為了適應社會發(fā)展的形勢，在現(xiàn)有技術基礎上設計一臺教學型機械手有著深遠的科教意義。
本課題設計的教學型搬運機械手，主要包括機械手的總體方案設計、機械手的機械結構設計以及驅動、控制系統(tǒng)設計等，實現(xiàn)了機械手手部的四自由度運動：手臂的升降、伸縮和手腕、手臂的回轉。設計中分析了教學型機械手的功能要求和現(xiàn)實意義，通過氣壓缸來實現(xiàn)手臂的升降和伸縮，采用回轉氣壓缸來實現(xiàn)手腕和手臂的回轉。設計的機械手結構簡單、便于操作，在單片機的控制下完成預期的動作，能給學生以直觀的印象，達到教學演示的目的。
關鍵詞: 機械手；氣動裝置；四自由度；控制系統(tǒng)
I
Abstract
Scientific concept of development of engineering technology has opened up a broad road, while the robot as a high-tech automated production equipment, has been widely used in various fields of national economy, which the education and training sector of our proposed new requirements. Therefore, in order to adapt to the situation of social development, based on existing technology to design a teaching type robot science has far-reaching significance.
The subject of design for teaching handling robots, mainly consists of robot's overall design, robot mechanical structure design, as well as drive, control system design, implementation of the manipulator hands of four degrees of freedom: the arm movements, stretching and wrist, arm, rotary. The design of the teaching function of mechanical hand requirements and practical significance, achieved by pneumatic cylinders push the arm movements and stretching,rotary pneumatic cylinders used to achieve arm and wrist rotation.Manipulator design simple, easy to operate, under the control of the MCU to complete the desired action, giving the students a visual impression, to achieve the purpose of teaching demonstration.
Keywords: Manipulator； Pneumatic device； Four Degrees of Freedom； The control system
目 錄
1 緒論 1
1.1 機械手概述 1
1.2 機械手的組成和分類 1
1.2.1 機械手的組成 1
1.2.2 機械手的分類 4
1.3 國內外發(fā)展狀況 5
1.4課題研究的主要內容 6
1.5教學用機械手的功能要求及現(xiàn)實意義 6
1.5.1 教學用機械手的功能要求 6
1.5.2 教學用機械手的現(xiàn)實意義 6
2 機械手的設計方案 7
2.1 機械手的座標型式與自由度 7
2.1.1 機械手的坐標型式 7
2.1.2 機械手的自由度 8
2.2 機械手的手部結構方案設計 8
2.3 機械手的主要參數(shù) 10
2.4 機械手的技術參數(shù)列表 11
3 機械手機械系統(tǒng)設計 12
3.1 手部結構設計 12
3.1.1 設計時考慮的幾個問題 12
3.1.2手爪夾持裝置的機構選型 12
3.1.3 手部夾緊氣缸的設計 13
3.2手腕結構設計 17
3.2.1 手腕的自由度 18
3.2.2 手腕的驅動力矩的計算 18
3.3手臂結構設計 22
3.3.1手臂伸縮與手腕回轉部分 22
3.3.2手臂升降和回轉部分 24
3.3.3手臂升降氣缸的設計 24
3.3.4手臂回轉缸體的設計 27
4 機械手氣壓系統(tǒng)的設計 29
4.1氣壓傳動系統(tǒng)工作原理圖 29
4.2氣動元件介紹 29
5 機械手控制系統(tǒng)設計 33
5.1 控制系統(tǒng)的結構分類 33
5.2 控制方式 33
5.3機械手的控制 34
6 結論與展望 36
致謝 37
參考文獻 38
1 緒論
1.1 機械手概述
機器人由操作機(機械本體)、控制器、伺服驅動系統(tǒng)和檢測傳感裝置構成，是一種仿人操作，自動控制、可重復編程、能在三維空間完成各種作業(yè)的機電一體化自動化生產(chǎn)設備。特別適合于多品種、變批量的柔性生產(chǎn)。它對穩(wěn)定、提高產(chǎn)品質量，提高生產(chǎn)效率，改善勞動條件和產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代起著十分重要的作用。
機器人技術是綜合了計算機、控制論、機構學、信息和傳感技術、人工智能、仿生學等多學科而形成的高新技術，是當代研究十分活躍，應用日益廣泛的領域。機器人應用情況，是一個國家工業(yè)自動化水平的重要標志。