机械手设计的论文

机械手设计的论文（共10篇）

1.机械手设计的论文 篇一

随着社会生产不断进步和人们生活节奏不断加快，人们对生产效率也不断提出新要求，由于微电子技术和计算软、硬件技术的迅猛发展和现代控制理论的不断完善，使机械手技术快速发展，其中气动机械手系统由于其介质来源简便以及不污染环境、组件价格低廉、维修方便和系统安全可靠等特点，已渗透到工业领域的各个部门，在工业发展中占有重要地位。本文讲述的气动机械手有气控机械手、XY轴丝杠组、转盘机构、旋转基座等机械部分组成。主要作用是完成机械部件的搬运工作，能放置在各种不同的生产线或物流流水线中，使零件搬运、货物运输更快捷、便利。

一 四轴联动简易机械手的结构及动作过程

机械手结构如下图1所示，有气控机械手(1)、XY轴丝杠组(2)、转盘机构(3)、旋转基座(4)等组成。

其运动控制方式为：(1)由伺服电机驱动可旋转角度为360°的气控机械手(有光电传感器确定起始0点)；(2)由步进电机驱动丝杠组件使机械手沿X、Y轴移动(有x、y轴限位开关)；(3)可回旋360°的转盘机构能带动机械手及丝杠组自由旋转(其电气拖动部分由直流电动机、光电编码器、接近开关等组成)；(4)旋转基座主要支撑以上3部分；(5)气控机械手的张合由气压控制(充气时机械手抓紧，放气时机械手松开)。

其工作过程为：当货物到达时，机械手系统开始动作；步进电机控制开始向下运动，同时另一路步进电机控制横轴开始向前运动；伺服电机驱动机械手旋转到达正好抓取货物的方位处，然后充气，机械手夹住货物。

步进电机驱动纵轴上升，另一个步进电机驱动横轴开始向前走；转盘直流电机转动使机械手整体运动，转到货物接收处；步进电机再次驱动纵轴下降，到达指定位置后，气阀放气，机械手松开货物；系统回位准备下一次动作。

二 控制器件选型

为达到精确控制的目的，根据市场情况，对各种关键器件选型如下：

1. 步进电机及其驱动器

机械手纵轴(Y轴)和横轴(X轴)选用的是北京四通电机技术有限公司的42BYG250C型两相混合式步进电机，步距角为0.9°/1.8°，电流1.5A。M1是横轴电机，带动机械手机构伸、缩；M2是纵轴电机，带动机械手机构上升、下降。所选用的步进电机驱动器是SH-20403型，该驱动器采用10～40V直流供电，H桥双极恒相电流驱动，最大3A的8种输出电流可选，最大64细分的7种细分模式可选，输入信号光电隔离，标准单脉冲接口，有脱机保持功能，半密闭式机壳可适应更恶劣的工况环境，提供节能的自动半电流方式。驱动器内部的开关电源设计，保证了驱动器可适应较宽的电压范围，用户可根据各自情况在10～40VDC之间选择。一般来说较高的额定电源电压有利于提高电机的高速力矩，但却会加大驱动器的损耗和温升。本驱动器最大输出电流值为3A/相(峰值)，通过驱动器面板上六位拨码开关的第5、6、7三位可组合出8种状态，对应8种输出电流，从0.9A到3A以配合不同的电机使用，

本驱动器可提供整步、改善半步、4细分、8细分、16细分、32细分和64细分7种运行模式，利用驱动器面板上六位拨码开关的第1、2、3三位可组合出不同的状态。

2. 伺服电机及其驱动器

机械手的旋转动作采用松下伺服电机A系列小惯量MSMA5AZA1G，其额定输出50W、100/200V共用，旋转编码器规格为增量式(脉冲数2500p/r、分辨率10000p/r、引出线11线）；有油封，无制动器，轴采用键槽连接。该电机采用松下公司独特算法，使速度频率响应提高2倍，达到500Hz ；定位超调整定时间缩短为以往松下伺服电机产品V系列的1/4。具有共振抑制功能、控制功能、全闭环控制功能，可弥补机械的刚性不足，从而实现高速定位，也可通过外接高精度的光栅尺，构成全闭环控制，进一步提高系统精度。具有常规自动增益调整和实时自动增益调整两种自动增益调整方式，还配有RS-485、RS-232C 通信口，使上位控制器可同时控制多达16个轴。伺服电机驱动器为A系列MSDA5A3A1A，适用于小惯量电动机。

3. 直流电机

可回旋360°的转盘机构有直流无刷电机带动，系统选用的是北京和时利公司生产的57BL1010H1无刷直流电机，其调速范围宽、低速力矩大、运行平稳、低噪音、效率高。无刷直流电机驱动器使用北京和时利公司生产的BL-0408驱动器，其采用24～48V直流供电，有起停及转向控制、过流、过压及堵转保护，且有故障报警输出、外部模拟量调速、制动快速停机等特点。

4. 旋转编码器

在可回旋360°的转盘机构上，安装有OMRON公司生产的E6A2增量型旋转编码器，编码器将信号传给PLC，实现转盘机构的精确定位。

5. PLC的选型

根据系统的设计要求，选用OMRON公司生产的CPM2A小型机。CPM2A在一个小巧的单元内综合有各种性能，包括同步脉冲控制、中断输入、脉冲输出、模拟量设定和时钟功能等。CPM2A的CPU单元又是一个独立单元，能处理广泛的机械控制应用问题，所以它是在设备内用作内装控制单元的理想产品。完整的通信功能保证了与个人计算机、其它OMRON PC和OMRON可编程终端的通信。这些通信能力使四轴联动简易机械手能方便的融合到工业控制系统中。

三 软件编程

1. 软件流程图

流程图是PLC程序设计的基础。只有设计出流程图，才可能顺利而便捷地编写出梯形图并写出语句表，最终完成程序的设计。所以写出流程图非常关键也是程序设计首先要做的任务。依据四轴联动简易机械手的控制要求，绘制流程图如图2所示。

2. 程序部分

由于论文篇幅有限，这里只列出了开始两段程序，供读者参阅，见图3。

四 结束语

四轴联动简易机械手的各个动作和状态都由PLC控制，不仅能满足机械手的手动、半自动、自动等操作方式所需的大量按扭、开关、位置检测点的要求，更可通过接口元器件与计算机组成PLC工业局域网，实现网络通信与网络控制。使四轴联动简易机械手能方便地嵌入到工业生产流水线中.

2.机械手设计的论文 篇二

机械原理、机械设计和机械设计基础三门课程是机械类、近机械类专业学生必修的技术基础课, 在教学计划中起着承前启后的作用, 是学生学习后续专业课程的基础。三门课程不仅具有较强的理论性, 同时具有较强的实践性和应用性, 在培养机械类、近机械类工程技术人才中, 具有增强学生机械理论基础, 培养学生实践能力和创新能力的重要作用。

我校机械原理及机械设计教研室承担全校机械原理、机械设计和机械设计基础三门课程的教学任务, 通过几十年的教学实践, 课程建设取得了较好的成绩, 三门课程先后在2003年、2004年和2008年被评为河南省精品课程, 机械原理、机械设计先后在2012年、2013年成为河南省精品资源共享课程。

为了进一步加强课程建设, 自2008年开始, 我们陆续编写出版了三门课程的教材和配套作业集, 现已出版《机械原理》《机械设计基础》《机械原理作业集》《机械设计基础作业集》和《机械设计作业集》5本教材。

1 教材编写指导思想

在教材编写过程中, 我们遵循的指导思想是, 以教学大纲为依据, 以培养学生的综合设计能力为主线, 紧扣学科前沿发展动态, 注重培养学生的工程实践能力和创新设计能力, 为培养应用型高级技术人才奠定良好基础。同时, 力求使教材体现我校办学特色, 结合普通高等院校的学生特点与需求, 遵循适用、够用的原则, 符合地方普通高等院校特点。

2 教材的主要特点

在内容取舍方面, 注意传授知识与培养能力并重;加强逻辑思维能力与形象思维能力的共同培养, 特别加强结构设计能力和计算机应用能力的培养。机械原理着重讲解有关基本概念、基本理论和基本方法, 以传统的机构结构分析、机构运动分析、机器动力学及常用机构的分析与设计为重点, 为提高学生的设计思维和设计创新能力、机构选型、分析与设计的综合能力, 适当增加了有关机构变异创新、组合创新和机械系统运动方案设计的内容;在机构分析与设计的方法上, 既保留了形象直观、易于理解且仍有实际应用价值的图解法, 也介绍了解析法。在机构运动分析的章节中, 不仅介绍了解析法数学模型的建立, 而且介绍了程序设计的方法, 并给出了相应的程序框图和子程序, 这样利于学生熟悉解析法计算、上机的全过程, 真正让学生掌握学过的程序设计知识, 也使学生充分感受到图解法和解析法各自的优势。机械设计内容则重点介绍各种通用机械零部件的设计原理、设计方法及机械设计的一般规律。为了提高学生的结构设计能力, 特别增加了结构设计章节。

在内容的阐述方面, 我们特别注重教学方法的选择。对于学生必须掌握的内容, 尽量讲解详细、分析透彻;而对于一些偏难、繁杂的数学推导, 则适当简化;对教学中学生难以掌握的难点、疑点, 由浅入深, 循序渐进, 重点论述, 使之符合学生认知规律。教材在各章首辅以内容提示, 在各章末增加学习要点, 对各章节的内容进行梳理、总结, 突出重点, 便于学生自学。教材中的图形简洁、形象、直观, 在机械设计教材中, 还增加了机械零件实物图形。为了使学生更好地理解教学内容, 增加了一些典型例题。在传统板书教学的基础上, 结合当前多媒体教学特点, 我们将教材与多媒体教学课件协调配合, 以提高学生听课效率。

作业是课程内容的重要补充, 用以巩固课堂知识。学生通过作业掌握课程基本内容, 学会举一反三, 从而更灵活地应用知识。为了达到这样的目的, 我们编写的作业集, 在题目的内容、覆盖知识点及难易程度等方面与教材一致, 重要的知识点都有对应的作业题, 而且有选择题、判断题、填空题、问答题、设计计算题和结构题等多种题型, 在难度上由浅入深、循序渐进, 题目的数量有一定余量, 可供不同要求、不同层次的学生选择使用。学生在完成作业集的作业后, 即可掌握机械原理、机械设计和机械设计基础解题的基本方法, 掌握课程的主要内容。作业集采用活页形式, 既方便学生作业, 也有利于教师批改, 并使作业规范化。

3 教材的使用情况

《机械原理》等5本教材自出版以来, 面向全国发行, 累计印数达到32 000册, 并在20余所高校中使用或参考, 受到师生广泛好评。师生普遍认为:教材重点突出, 叙述详细, 取材精炼, 深入浅出, 较好地满足了当前高等教育教学的实际需求。

4 体会

通过几年的努力, 机械原理、机械设计和机械设计基础三门课程的教材建设取得了一定的成绩, 教师通过编写教材提高了教学水平。

4.1 教材编写应考虑学生特点与基础

我校是地方普通高等院校, 学生的层次、水平与重点院校不同, 在编写教材的过程中, 要充分考虑学生的知识水平、接受能力, 对课程内容的叙述要更为详细, 过难、过繁的内容要适当简化。

4.2 教材编写应注重实用性

三门课程实践性强, 与生产实际联系紧密, 在教材编写中要注重理论联系实际, 树立工程观念, 如在教材的例题中, 有不同的设计方案, 对不合理的设计有不同的改进方案, 使学生真正理解设计不是千篇一律的, 强化学生的工程意识, 提高设计能力。

4.3 编写教材应遵循教学规律

要尊重学生的认知规律, 先易后难、循序渐进, 根据课程的内在联系, 使教材各部分之间前后呼应、紧密配合。教材的内容要主次分明、详略得当, 文字通俗易懂, 语言自然流畅, 便于组织教学。

5 结束语

3.浅析机械手的设计 篇三

[关键词]机械手；设计

机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动生产设备机械手也是工业机器人的一个重要分支。他的特点是可以通过编程来完成各种预期的作业，在构造与性能上兼有人与机器各自的优点，尤其体现在人的智能与适应性。机械手作业的准确性与环境中完成作业的能力，在国民经济领域有着广泛的发展空间。因此，进行机械手的研究设计具有重要意义。

一、设计的目的

目前，我国大多数工厂生产线上数控机床装卸工件仍然由人工完成，由于劳动强度大、生产效率低，而且具有一定的危险性，已经满足不了生产自动化的发展趋势。为了提高工作效率，降低成本，并使生产线发展成为柔性制造系统，适应现代机械行业自动化生产的要求，针对具体生产工艺，结合机床的实际结构，利用机械手技术，设计用一台上下料机械手代替人工工作，以提高劳动生产率。本机械手主要与数控机床组合最终形成生产线，实现加工过程的自动化与无人化。

目前，国内外各种机械手与机械手的研究成为科研的热点，其研究的现状与大体趋势如下：

1.机械结构向模块化、可重构化发展。

2.机械手控制系统向基于pc机开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化；器件集成度提高，结构小巧，且采用模块化结构；大大提高了系统的可靠性、易操作性，而且维修方便。

3.机械手中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，还引进了视觉、听觉、接触觉传感器，使其向智能化方向发展。

4.关节式、侧喷式、顶喷式、龙门式喷涂机械手产品标准化、通用化、模块化、系列化设计；柔性仿形喷涂机械手开发，柔性仿形复合机构开发，仿形伺服轴轨迹规划研究，控制系统开发；

5.焊接、搬运、装配、切割等作业的机械手产品的标准化、通用化、模块化、系列化研究；以及离线示教编程与系统动态仿真。

二、机械手其他零部件的设计

1.直角机械手结构

由于直线运动易于实现全闭环的位置控制，因此，其运动位置精度高，但此种类型机械手的运动空间相对较小，如要达到较大运动空间，则要求机械手的尺寸足够大。直角坐标机械手的工作空间为一空间长方体，主要用于装配作业及搬运作业。直角坐标机械手有悬臂式，龙门式，天车式三种结构。

2.球坐标机械手结构

球坐标机械手的空间运动是由两个回转运动与一个直线运动来实现的。其工作空间是一个类球形的空间。这种机械手结构简单、成本较低，但精度不很高，主要应用于搬运作业。

3.圆柱坐标机械手结构

圆柱坐标机械手的空间运动是用一个回转运动及两个直线运动来实现的。其工作空间是一个圆柱状的空间。这种机械手构造比较简单，精度相对较高，常用于搬运作业。

4.关节型机械手结构

关节型机械手空间运动是由三个回转运动实现的。相对机械手本体尺寸，其工作空间比较大，动作灵活，结构紧凑，占地面积小。此种机械手在工业中应用十分广泛，如焊接、喷漆、搬运、装配等作业。关节型机械手又分为水平关节型与垂直关节型两种。

三、机械手的总体设计方案

本课题是轻型平动搬运机械手的设计。本设计主要任务是完成机械手的结构方面设计，以及液压系统方面的简单设计。在本章中对机械手的坐标形式、自由度、驱动机构等进行了确定。因此，在机械手的执行机构、驱动机构是本次设计的主要任务。

1.机械手基本形式的选择常见的机械手根据手臂的动作形态，按坐标形式大致可以分为以下4种：直角坐标型机械手；圆柱坐标型机械手；球坐标（极坐标）型机械手；多关节型机机械手。其中圆柱坐标型机械手结构简单紧凑，定位精度较高，占地面积小，因此本设计采用圆柱坐标型。

2.机械手的主要部件及运动坐标型式采用圆柱坐标型的基本方案选定后，根据设计任务，为了满足设计要求，本设计关于机械手具有4个自由度即腕部回转、手臂伸缩、手臂回转、手臂升降4个。

3.驱动机构的选择驱动机构是机械手的重要组成部分，机械手的性能价格比在很大程度上取决于驱动方案及其裝置。根据动力源的不同，机械手的驱动机构大致可分为液压、气动、电动与机械驱动等四类。采用液压机构驱动机械手，结构简单、尺寸紧凑、重量轻、控制方便，驱动力大等优点。因此，机械手的驱动方案选择液压驱动。

四、结语

由于工业自动化的全面发展与科学技术的不断提高，对工作效率的提高迫在眉睫。单纯的手工劳作以满足不了工业自动化的要求，因此，必须利用先进设备生产自动化机械以取代人的劳动，满足工业自动化的需求。其中机械手是其发展过程中的重要产物之一，它不仅提高了劳动生产的效率，还能代替人类完成高强度、危险、重复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，可以说是一举两得。应用规模与产业化水平低，机械手的研究与开发直接影响到我国机械行业自动化生产水平的提高，从经济上、技术上考虑都是十分必要的。

参考文献：

[1]付永领， 王岩， 裴忠才. 基于can总线液压喷漆机器人控制系统设计与实现. 机床与液压. 2003

[2]刘剑雄， 韩建华. 物流自动化搬运机械手机电系统研究. 机床与液压. 2003，

[3]徐轶， 杨征瑞， 朱敏华， 温齐全. plc在电液比例与伺服控制系统中的应用. 机床与液压. 2003

[4]徐灏等. 机械设计手册. 第5卷. 北京： 机械工业出版社， 2000

4.机械手设计的论文 篇四

初始化子程序: // 伺服电源接通后延时30s系统初始化 LD Q1.5 A Q1.6 LPS AN M0.1 TON T38, 300 LPP A T38 S M0.1, 1 // 首次上电或者回参考点状态时，状态位置位 LD M0.1 A I0.3 EU S Q2.1, 2 R M3.0, 5 R M4.0, 10 R Q2.2, 2 MOVB 0, VB20 MOVW 0, VW16 MOVW 0, VW18 MOVW 0, VW12 MOVW 0, VW14 R Q2.4, 1 S Q2.5, 1 Network 3 LD M0.1 MOVD 100000, VD500 MOVD 20000, VD504 MOVD 1000000, VD508 MOVD 50000, VD512

复位子程序: Network 1 LD I0.2 S M0.5, 1 // 伺服1复位 LD M0.5 = L60.0 LD I0.2 = L63.7 LD L60.0 CALL SBR5, L63.7, M4.3, VB68 // 伺服2复位 LD M0.5 = L60.0 LD M4.3 = L63.7 LD L60.0 CALL SBR16, L63.7, M4.4, VB69 // 机械手爪松开 LD M0.5 S Q2.5, 1 R Q2.4, 1 // 复位完成 LD I2.2 R M0.5, 1 R M4.3, 2 END_SUBROUTINE_BLOCK 报警子程序: // 伺服1报警 LD I1.6 O I2.0 O I2.6 AN Q1.7 = M0.2 // 伺服2报警 LD I2.1 O I2.3 O I2.7 AN Q1.7 = M0.3 // 伺服运动过程中松开工件报警 LD I0.6 O I0.7 O I1.0 O I1.1 A I0.4 A I1.3 = M0.4 // 报警灯显示 LD M0.2 O M0.3 O M0.4 = Q0.0 自动子程序: // 网络注释 LD I0.0 O M0.7 S M0.6, 1 // 伺服1复位 LD I0.3 = L60.0 LD M0.6 = L63.7 LD L60.0 CALL SBR5, L63.7, M4.5, VB70 // 伺服2复位 LD I0.3 = L60.0 LD M4.5 = L63.7 LD L60.0 CALL SBR16, L63.7, M4.6, VB71 //参数复位 LD I2.2 R M0.6, 1 R M4.5, 2 // 伺服1下降 LD I0.3 A I2.4 AN I2.0 = L60.0 LD I2.2 EU = L63.7 LD L60.0 CALL SBR3, L63.7, VD500, VD504, 1, I1.4, M4.7, VB70, VD76, VD80 // 下降指示灯 LD I2.2 O Q1.0 AN M4.7 = Q0.2 // 伺服1下降完成 LD I3.0 AN T39 = Q1.0 // 夹紧工件，等待2秒 LD Q1.0 S Q2.4, 1 R Q2.5, 1 AN T39 TON T39, 20 // 夹紧指示灯 LD I3.0 O Q0.5 AN Q2.5 = Q0.5 // 夹紧完成 LD T39 AN Q2.5 = Q1.3 // 伺服1上升 LD I0.3 AN I1.6 = L60.0 LD Q1.3 = L63.7 LD L60.0 CALL SBR5, L63.7, M5.0, VB71 // 上升指示灯 LD T39 ON Q0.1 AN M5.0 AN I3.0 = Q0.1 // 上升完成 LD I1.7 = Q0.7 // 伺服2前进 LD Q2.4 AN I2.3 = L60.0 LD Q0.7 = L63.7 LD L60.0 CALL SBR14, L63.7, VD508, VD512, 1, I1.4, M5.1, VB72, VD84, VD88 // 前进指示灯 LD Q0.7 ON Q0.3 AN M5.1 AN I3.1 = Q0.3 // 前进完成 LD I3.1 AN T40 = Q1.1 // 到达前进工位后伺服1下降 LD Q2.4 A I2.5 AN I2.1 = L60.0 LD Q1.1 = L63.7 LD L60.0 CALL SBR3, L63.7, VD500, VD504, 1, I1.4, M5.2, VB73, VD92, VD96 // 下降指示灯 LD I3.1 ON Q0.2 AN M5.2 = Q0.2 // 下降完成 LD I3.0 AN T40 = Q1.0 // 放下工件，等待2秒 LD Q1.0 S Q2.5, 1 R Q2.4, 1 R M4.7, 4 AN T40 TON T40, 20 // 松开指示灯 LD Q1.0 ON Q0.6 AN Q2.4 = Q0.6 // 松开完成 LD T40 = Q1.4 // 重复动作 LD Q1.4 = M0.7 半自动子程序: // 网络注释 LD I0.5 S M0.6, 1 // 伺服1复位 LD I0.3 = L60.0 LD M0.6 = L63.7 LD L60.0 CALL SBR5, L63.7, M4.5, VB70 // 伺服2复位 LD I0.3 = L60.0 LD M4.5 = L63.7 LD L60.0 CALL SBR16, L63.7, M4.6, VB71 //参数复位 LD I2.2 R M0.6, 1 R M4.5, 2

// 伺服1下降 LD I0.3 A I2.4 AN I2.0 = L60.0 LD I2.2 EU = L63.7 LD L60.0 CALL SBR3, L63.7, VD500, VD504, 1, I1.4, M4.7, VB70, VD76, VD80 // 下降指示灯 LD I2.2 O Q1.0 AN M4.7 = Q0.2 // 伺服1下降完成 LD I3.0 AN T39 = Q1.0

5.机械设计的六大原则 篇五

(1)以市场需求为导向的原则机械设计作为一种生产活动，与市场是紧密联系在一起的.从确定设计课题，使用要求，技术指标，设计与制造工期到拿出总体方案，进行可行性论证，综合效用分析(着眼于实际使用效果的综合分析)，盈亏分析直至具体设计，试制，鉴定，产品投放市场后的信息反馈等都是紧紧围绕市场需求来运作的.设计人员要时时刻刻想着如何设计才能使产品具有竞争力，能够占领市场，受到用户青睐，

(2)创造性原则创造是人类的本领.人类如果不发挥自己的创造性，生产就不能发展，科技就不会进步，也就没有人类的今天.设计只有作为一种创造性活动才具有强大的生命力.因循守旧，不敢创新，只能永远落在别人后面.特别是在当今世界科技飞速发展的情况下，在机械设计中惯窃创造性原则尤为重要。

(3)标准化，系列化，通用化原则标准化，系列化，通用化简称为”三化”.”三化”是我国现行的一项很重要的技术政策，在机械设计中要认真惯窃执行.标准化是指将产品(特别是零部件)的质量，规格，性能，结构等方面的技术指标加以统一规定并作为标准来执行.我国的标准已经形成一个庞大的体系，主要有国家标准，行业标准等.为了与国际接轨，我国的某些标准正在迅速向国际标准靠拢.常见的标准代号有GB，JB，ISO等等，他们分别代表中华人民共和国国家标准，机械工业标准，国际标准化组织标准.系列化是指对同一产品，在同一基本结构或基本条件下规定出若干不同的尺寸系列.通用化是指在不同种类的产品或不同规格的同类产品中尽量采用同一结构和尺寸的零部件.惯窃”三化”的好处主要是:减轻了设计工作量，有利于提高设计质量并缩短生产周期;减少了刀具和量具的规格，便于设计与制造，从而降低其成本;便于组织标准件的规模化，专门化，易于保证产品质量，节约材料，降低成本;提高互换性，便于维修;便于国家的宏观管理与调控以及内，外贸易;便于评价产品质量，解决经济纠纷，

(4)整体优化原则设计要惯窃”系统化”和优化的思想.性能最好的机器其内部零件不一定是最好的;性能最好的机器也不一定是效益最好的机器;只要是有利于整体优化，机械部件也可以考虑用电子或其他元器件替代.总之，设计人员要将设计方案放在大系统中去考虑，寻求最优，要从经济，技术，社会效益等各方面去分析，计算，权衡利弊，尽量使设计效果达到最佳。

(5)联系实际原则所有的设计都不要脱离实际.设计人员特别要考虑当前的原材料供应情况，企业的生产条件，用户的使用条件和要求等。

6.plc机械手课程设计 篇六

目录 引言.................................................................5 2 设计目的及主要内容...................................................6 2.1设计目的.......................................................4 2.2.主要内容.......................................................4 3 气动机械手的操作要求及功能...........................................4

3.1.操作要求.......................................................4 3.2操作功能.......................................................5 4 PLC及机械手的选择和论证.............................................6 4.1 PLC............................................................6 4.1.1 PLC简介...................................................6 4.1.2 PLC的结构及基本配置.......................................6 4.1.3 PLC的选择及论证..........................................7 4.2机械手.........................................................7 4.2.1机械手简介.................................................7 4.2.2机械手的选择...............................................8 5 硬件电路设计及描述...................................................8 5.1操作方式.......................................................8 5.2 PLC的I/O分配接线.............................................9 6 软件电路设计及描述..................................................10 6.1机械手的操作系统程序..........................................10 6.2回原位程序....................................................10 6.3手动单步操作程序..............................................11 6.4自动操作程序..................................................12 6.5机械臂传送系统梯形图..........................................12 6.6指令语句表....................................................13 7 心得体会...........................................................15 参考文献.............................................................16

课程设计说明书

1引 言

在现代工业中，生产过程的机械化，自动化已成为突出的主题。化工等连续性生产过程的自动化已基本得到解决。但在机械工业中，加工、装配等生产是不连续的。专用机床是大批量生产自动化的有效的办法；控制机床、数控机床、加工中心等自动化机械是有效地解决多品种小批量生产自动化的重要办法。但除切削加工本身外，还有大量的装卸、搬运、装配等作业，有待于进一步实现机械化。据资料介绍，美国生产的全部工业零件中，有75%是小批量生产，金属加工生产批量中有四分之三有50件以下，零件真正在机床上加工的时间仅占零件生产时间的5%。从这里看出，装卸、搬运等工序机械化的迫切性，工业机械手就是为实现这些工序的自动化而生产的。并且在工业生产和其他领域内，由于工作的需要，人们经常受到高温、腐蚀及有毒气体等因素的危害，增加了工人的劳动强度，甚至于危及生命。自从机械手问世以来，相应的各种难题迎刃而解。机械手可在空间抓、放、搬运物体，动作灵活多样，适用于可变换生产品种的中、小批量自动化生产，广泛应用于柔性自动线。机械手一般由耐高温，抗腐蚀的材料制成，以适应现场恶劣的环境，大大降低了工人的劳动强度，提高了工作效率。

可编程控制器是继电器控制和计算机控制出上开发的产品，逐渐发展成以微器处理为核心把自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业自动控制装置。

机械手采用plc控制，具有可靠性高，改变程序灵活等优点。无论进行时间控制还是控制或混合控制，都可以通过设置plc的程序实现。可以根据机械手的动作顺序改变程序，是机械手通用性更好。

采用气压传动，动作迅速，反应灵敏，能实现过载保护，便于自动控制。工作环境适应性好。阻力损失和泄露减少。不会污染环境，造价低。

在彩电、冰箱等家用电器产品的装配生产线上，在半导体芯片、印刷电路等各种电子产品的装配流水线上，不仅可以看到各种大小不

一、形状不同的气缸、气爪，还可以看到许多灵巧的真空吸盘将一般气爪很难抓起的显像管、纸箱等物品轻轻地吸住，运送到指定目标位置气动机械手被广泛应用于汽车制造业、半导体及家电行业、化肥和化工，食品和药品的包装、精密仪器和军事工业等。

课程设计说明书 设计目的及主要内容

2.1设计目的

1、培养plc设计能力；

2、扩展知识结构；

3、培养综合运用能力；

4、是课堂教学的有益补充。通过本次课程设计，进一步加强自己对机械手和PLC的认识，以及它们在生活中广泛应用。

2.2主要内容

1.正确选用机械手和PLC类 2.绘制I/O分配 3.设计梯形图 4.指令语句 5.模拟调试 气动机械手的操作要求及功能

3.1操作要求

气动机械手的动作示意图如图1所示，气动机械手的功能是将工件从A处移送到B处。控制要求为：

1、气动机械手的升降和左右移行分别由不同的双线圈电磁阀来实现，电磁阀线圈失电时能保持原来的状态，必须驱动反向的线圈才能反向运动；

2、上升、下降的电磁阀线圈分别为Q0.0、Q0.2；右行、左行的电磁阀线圈为Q0.3、Q0.4；

3、机械手的夹钳由单线圈电磁阀Q0.1来实现，线圈通电时夹紧工件，线圈断电时松开工件；

4、机械手的夹钳的松开、夹紧通过延1S实现；

5、机械手的下降、上升、右行、左行的限位由行程开关I1.0、I0.5、I1.1、I0.6来实现；

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3.2操作功能

机械手的操作面板如图2所示。机械手能实现手动、回原位、单步、单周期和连续等五种工作方式。

1、手动工作方式时，用各按钮的点动实现相应的动作；

2、连续工作方式时，机械手在原位，只要按下启动安钮，机械手就会连续循环工作，直到按下停止安钮；

3、单步工作方式时，每按下一次启动安钮，机械手向前执行一步；

4、单周期工作方式时，每按下一次启动安钮，机械手只运行一个周期；

5、传送工件时，机械手必须升到最高点才能左右移动，以防止机械手在较低位置运行时碰到其他工件；

6、出现紧急情况，按下紧急停车按钮时，机械手停止所有的操作。

课程设计说明书 PLC及机械手的选择和论证

4.1 PLC 4.1.1 PLC简介

可编程控制器（简称PLC）：是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。

PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。可以预料：在工业控制领域中，PLC控制技术的应用必将形成世界潮流。

4.1.2 PLC的结构及基本配置

一般讲，PLC分为箱体式和模块式两种。但它们的组成是相同的，对箱体式PLC，有一块CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，当然按CPU性能分成若干型号，并按I/O点数又有若干规格。对模块式PLC，有CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架。无任哪种结构类型的PLC，都属于总线式开

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放型结构，其I/O能力可按用户需要进行扩展与组合。

CPU：PLC中的CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每台PLC至少有一个CPU。与通用计算机一样，主要由运算器、控制器、存储器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，还有外围芯片、总线接口及有关电路。它确定了进行控制的规模、工作速度、内存容量等。内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。

存储器：可编程序控制器的存储器分为系统程序存储器和用户程序存储器。I/O模块：PLC的对外功能，主要是通过各种I/O接口模块与外界联系的。电源模块：有些PLC中的电源，是与CPU模块合二为一的，有些是分开的，其主要用途是为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。电源以其输入类型有：交流电源，加的为交流220VAC或110VAC，直流电源，加的为直流电压，常用的为24V。

PLC 的外部设备：外部设备是PLC系统不可分割的一部分，它有四大类 1.编程设备2.监控设备3.存储设备.4.输入输出设备.4.2 机械手

4.2.1机械手简介

mechanical hand 也被称为自动手，auto hand能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。

机械手简述:机械手的形式是多种多样的，有的较为简单，有的较为复杂，但基本的组成形式是相同的，一般由执行机构、传动系统、控制系统和辅助装置组成。

1．执行机构

机械手的执行机构，由手、手腕、手臂、支柱组成。手是抓取机构，用来夹紧和松开工件，与人的手指相仿，能完成人手的类似动作。手腕是连接手指与手臂的元件，可以进行上下、左右和回转动作。支柱用来支撑手臂，也可以根据需要做成移动。

2．传动系统

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执行机构的动作要由传动系统来实现。常用机械手传动系统分机械传动、液压传动、气压传动和电力传动等几种形式。

3.控制系统

机械手控制系统的主要作用是控制机械手按一定的程序、方向、位置、速度进行动作，简单的机械手一般不设置专用的控制系统，只采用行程开关、继电器、控制阀及电路便可实现动传动系统的控制，使执行机构按要求进行动作．动作复杂的机械手则要采用可编程控制器、微型计算机进行控制。

4.2.2机械手选择

由于机械手是在搬运中的应用，所以采用传送带加旋转的机械手类型。此机械手易于操作，性能可靠。并且根据要求，我们设计的是气动机械式。硬件电路设计及描述

5.1 操作方式

设备的操作方式一般可分为手动和自动两大类，手动操作方式主要用于设备的调整，自动操作方式用于设备的自动运行。

手动操作方式------手动操作：用单个按钮接通或断开各自对应的负载。

自动操作方式------单步运行：每按一次启动按钮，设备前进一个工步。------单周期运行：在原点位置时，按下启动按钮设备自动运行一个周期后停止原位；途中按下停止按钮，设备停止运行；再按下启动按钮时，设备从断点处继续运行，直到原位停止。

-------连续运行：在原点位置按下启动按钮，设备按既定工序连续反复运行。中途按下停止按钮，设备运行到原位停止。

5.2 PLC的I/O分配接线

I/O分配及接线图I 软件电路设计及描述

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6.1 主程序设计

主程序是整个程序的开始，系统读取的时候一定从主程序开始，至于之后需执行哪个子程序，都在主程序中体现。SM0.0的常开触点一直闭合，链接公用程序，公用程序是无条件执行的；在手动控制方式中，I2.0为ON时，其常开触点闭合，执行“手动”子程序；在回原点控制方式中，I2.1为ON时，其常开触点闭合，执行“回原点”子程序；在单步、单周期和连续控制方式中，I2.2、I2.3、I2.4并联，其中任何一个为ON时，执行“自动”子程序。主程序梯形图为：

图2-1 主程序梯形图

6.2 公用程序设计

公用程序用于处理各种工作方式都要执行的任务，以及不同的工作方式之间相互切换的处理。左限位开关I0.4、上限位开关I0.2的常开触点和表示机械手松开的Q0.1的常闭触点串联接通时，“原点条件”M0.5变为ON，机械手处于原点状态，在开始执行用户程序、系统处于手动或自动回原点状态时，初始步对应的M0.0将被置位，为进入单步、单周期和连续工作方式作好准备。若M0.5为OFF状态，M0.0被复位，初始步为不活动步，按下启动按钮也不能进入步M2.0，系统不能在单步、单周期和连续工作方式下工作。

当系统处于手动工作方式和回原点方式时，必须将单步、单周期以及连续工作方式程序中，除初始步以外的各步对应的存储器位（M2.0~M2.7）复位，否则当系统从自动工作方式切换到手动工作方式，然后又返回自动工作方式时，可能会出现同时有两个活动部的异常情况，引起错误的动作。如果不是回原点方式，I2.1的常闭触点闭合，代表回原点中的各步

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M1.0~M1.5复位。在非连续方式，I2.4的常闭触点闭合，表示连续工作状态的标志M0.7复位。公用程序梯形图为：

图2-2 公用程序梯形图

6.3 手动程序设计

在手动程序中，为了保证系统安全运行，设置了上升与下降之间、左行与右行之间的互锁，防止功能相反的两个输出同时为ON；限位开关I1.2的常开触点闭合使得输出Q0.1置位得电，表示工件已夹紧；当左限位开关或右限位开关的常开触点闭合同时限位开关I0.7常开触点闭合时，输出Q0.1复位失电，表示工件已松开；I0.1~I0.4的常闭触点，限制机械手移动的范围；上限位开关I0.2的常开触点与控制左右行的Q0.4和Q0.3的线圈串联，机械手升到最高位置才能左右移动，以防止机械手在较低位置运行时与别的物体碰撞；只允许机械手在最左边或最右边时上升、下降和松开工件。

手动程序梯形图为：

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图2-3 手动程序梯形图

6．4 自动程序设计

自动程序（包括单步、单周期和连续）采用起保停电路控制。单周期、连续和单步工作方式主要用“连续”标志M0.7和“转换允许”标志M0.6来区分，M0.0表示初始步，M2.0~M2.7分别表示下降、夹紧、上升、右行、下降，松开、上升、左行标志。当系统处于单步工作状态时，I2.2常闭触点断开，只有在每按下一次启动按钮I2.6，M0.6才能得电一个扫描周期，程序执行一步，以此来实现单步执行，此时转换不允许。当系统处于连续工作状态时，M0.6始终得电，按下启动按钮I2.6后同时未按停止按钮I2.7之前，“连续”标志M0.7始终得电，系统首先通过M0.0、M0.5、I2.6使M2.0得电，进而开始程序执行，由于M0.7始终得电，其常闭触点断开，使得程序执行完一个周期后不在进入初始步M0.0，而是直接进入M2.0，开始了下一个周期的执行，以此来实现连续执行。当系统处于单周期工作状态时，M0.7不得电，M0.6得电，按下启动按钮I2.6后系统也是首先通过M0.0、M0.5、I2.6使M2.0得电，进而开始程序执行，由于M0.7不得电，其常闭触点闭合，当程序执行完一个周期后，返回初始步M0.0，此时程序再要执行必须重新按下启动按钮I2.6，以此来实现单周期执行。自动程序梯形图见附录1。

6.5 自动回原点程序设计

自动回原点程序用起保停电路设计。在此工作方式下，I2.1为ON，按下启动按钮I2.6后，机械手可能处于三种情况下，应分别处理。

Q0.1为0状态，即机械手处于松开状态，应直接返回原点应进入上升步M1.4或左行

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步M1.5；若Q0.1为1状态同时机械手在最右边此时说明应执行下降步M1.2,；若Q0.1为1状态同时机械手不在最右边，应将工件先送到B点，再返回原点，进入步M1.0。

返回原点后，原点条件满足，公用程序中的原点条件标志M0.5为ON，此时I2.1为ON，M0.0在公用程序中置位，为进入自动工作方式作好准备。因此可以认为自动程序中的初始步M0.0是步M1.5的后续步。自动回原点程序见附录2。心得体会

可编程控制器课程设计是课程当中一个重要环节，通过了2周的课程设计使我对plc设计过程有进一步了解，对plc产品的有关的控制知识有了深刻的认识。

因为理论知识学的不牢固，在设计遇到了不少问题，通过理论与实际的结合，进一步提高观察、分析和解决问题的实际工作能力，以便培养成为能够主动适应社会主义现代化建设需要的高素质的复合型人才。运用学习成果，把理论运用于实际，使理论得以提升，形成创新思想。通过此次设计过程，巩固了专业基础知识，培养了我综合应用可编程控制器设计课程及其他课程的理论知识和应用生产实际知识解决工程实际问题的能力，在设计的过程中还培养出了我们的团队精神，为今后的学习和工作过程打下基础。

参考文献

《可编程控制器原理与应用》 主编：周惠文 电子工业出版社 北京，2007.8 《可编程控制器原理与应用》 主编：涂明武 北京航空航天出版社 北京，2008.8 《PLC操作实训（三菱）》 主编：孙德胜 李伟 机械工业出版社 北京，2007.9 《PLC应用技术》 主编：冯新强 北京邮电大学出版社 北京，2009.4

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附录1 自动程序梯形图：

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附录2 自动回原点程序梯形图：

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7.气动机械手的结构设计 篇七

1 机械手结构设计

为了使该机械手在实际应用中有着更强的通用性, 这里将该机械手设计为可更换式手部结构, 以期在实际应用中能够按照实际需要更换结构。

1.1 小臂升降设计

小臂升降模块的作用是将模拟刀具从刀架槽中插入或提出。对其的设计需要考虑气缸内径、气缸的耗气量以及小臂升降气缸计算三个重点部分。

1.1.1 气缸内径的确定

由初始工作压力以及工作载荷的相对关系, 可以根据式 (1) 将缸径D计算出来。

其中, D为气缸的内径, F代表活塞推力, P代表初始压力, 通常情况下P= (0.46-1) MPa, η=0.29-0.51, 取值与速度呈相反的趋势。对于气缸的动态性能则没有特殊严格苛刻的要求。

1.1.2 气缸耗气量

气缸的耗气量与气缸的行程S、直径D、换向阀到气缸管道的容积和缸的动作时间有关。一般情况下, 忽略气缸管道自身的容积, 那么气缸在单位时间内用掉的空压可以根据式 (2) 得出。

其中, Q代表每秒钟消耗的压缩空气量, Q1、Q2分别代表气缸有、无进气时消耗的压缩空气量, D与d分别代表缸的内径以及活塞杆直径, M则代表气缸的行程。

1.1.3 小臂升降气缸计算

按照换刀机械手在实际生产中的最基本要求, 气缸吸住载荷时要求的力F≤15N, 所走的路程为30s, 剩余的时间为0.3s。其主要尺寸的确定如下。

缸径D的计算:取d/D为0.5, 取P为0.5MPa, η=0.3来进行计算, 可以得到D=16.6mm。

按照文献报道, 取SMC标准缸径为20mm, 取活塞杆的直径为d=8mm, 行程S取30mm, 如图1所示。

1.2 手腕结构的设计

实现机械手手臂手腕运动的机构形式是多种多样的。本文机械手的一切气动元件全部购买SMC标准气动件。

气缸的理论输出力矩为:

其中, M代表气缸所受到实际的力矩, η代表负载率, 且η≤0.3。

如果工作压力处于0.5MPa, 则输出的扭矩会达到0.53N·m, 可以得出允许动能大约在0.40J左右。除此以外, 摆动角度可以达到90°, 可调角度也能够精确到在±5°, 摆速也能够控制在0.2~1.0s/90°, 使用气压可以从0.1MPa一直到0.99MPa。

2 结束语

本文对气动机械手进行研究, 对小臂升降以及手腕进行详细设计, 给出了各个参数的定量计算, 为下一步的机械手自动化控制提供了有力的机械基础。

参考文献

[1]刘明保, 吕春红, 张春梅.机械手的组成机构及其技术指标的确定[J].河南高等专科学校学报, 2004, (1) :18-20.

[2]李超.气动通用上下料机械手的研究与开发[D].西安:陕西科技大学, 2003.

8.机械设计与机械制造的技术分析 篇八

关键词：机械设计；机械制造；技术特点

随着科学技术的深入发展，人类生活水平的提升，传统机械制造行业的产品无论是质量还是效率都难以满足人们日益丰富的要求，数控技术的引入，有效的转变了传统机械制造行业，使之向智能化、多样化、精确化、集成化的方向发展，机械制造行业的竞争愈发激烈，数控技术对于制造行业而言，显著提升了其自身的生存能力和竞争能力，并且此类技术与机械制造的结合已经成为发展趋势。

1.机械设计的问题分析

想要确保机器策划有效精准，就一定要在开始策划程序中综合考虑机器生产技术的需求，机器策划的整体程序牵扯到许多方面的实质，在机器策划的探索以及解析程序中，每个时段都有自身的关键职责以及关注事情，为保证策划能够有很好的成果，就一定在全部程序中了解体系、合理、适宜的策划方式，按照零件的生产程序，要注重下面两点：第一，策划要符合策划技术本质。探索策划过程主要进行工件的策划，是全部机器生产技术的根本环节，对之后的全部环节都有着重大的影响，所以在这一环节中，策划工件时一定要根据制造技术新要求科学的安排策划图纸，并且也要尽可能多的和车间操纵工人的交流，积极的去了解详细加工制作程序，细心听取现场技术工以及操纵工人对策划的提议，同时按照他们的提议实时对策划案开展修整。第二，装置调节指挥策划。机器设施的装置调节是全部机器生产技术的最后环节，这一环节对策划案的实际成果是不是能够达到期望的目标有着关键的影响，在这个过程一定要严格根据措施标准开展装置与调节，按照详细状况实时处置现场存在的各种措施问题，这些详细的装置程序以及实质针对之前的机器策划有着实际引导作用，这一环节的经历针对策划工作者来讲，能够协助他们经过装置以及调节作业获取策划的根据，进而提升他们的策划水准。对这些设施开展装置、调节、试运行等环节，之后对真实的运行结果对商品品质开展评论，进而确定是不是符合机器设施的运用标准。

2.机械制造技术的特点分析

做好基础自动化的工作仍是我国制造企业一项十分紧迫而艰巨的任务。但加工中心无论是数量还是利用率都很低。可编程控制器的使用并不普及，工业机器人的应用还很有限。因此，我们要立足于我国的实际情况，在看到国际上制造业发展趋势的同时扎扎实实地做好基础工作。先进制造技术特别强调计算机技术、信息技术、传感技术、自动化技术、新材料技术和现代系统管理技术在产品设计、制造和生产组织管理、销售及售后服务等方面的应用。它要不断吸收各种高新技术成果与传统制造技术相结合，使制造技术成为能驾驭生产过程的物质流、能量流和信息流的系统工程。先进制造技术应用的目标是为了提高企业竞争和促进国家经济和综合实力的增长。因此，它并不限于制造过程本身，它涉及产品从市场调研、产品开发及工艺设计、生产准备、加工制造、售后服务等产品寿命周期的所有内容，并将它们结合成一个有机的整体。以便提高制造业的综合经济效益和社会效益。市场竞争的核心是如何提高生产率。随着市场全球化的进一步发展，制造业要赢得市场竞争的主要矛盾已经从提高劳动生产率转变为以时间为核心的时间、成本和质量的三要素的矛盾。先进制造技术把这三个矛盾有机结合起来，使三者达到了统一。随着全球市场的形成，发达国家通过金融、经济、科技手段争夺市场，倾销产品，输出资本，使得市场竞争变得越来越激烈，为适应这种激烈的市场竞争，一个国家的先进制造技术应具有世界先进水平，应能支持该国制造业在全球市场的竞争力。

3.机械设计及制造中的对策分析

3.1 科学地选择材料

机械的设计和加工过程中，选择材料是极为重要的一步，如果可以科学地选择加工材料，既可以有效地减少生产成本，提升机械产品的质量，还能满足材料的性能的需求。在选择材料的时候，要对材料的、工艺和使用性能进行综合考虑，结合加工和生产方式以及生产工艺等因素，在各种可选材料中选择具有最高性价比的材料。这样，一方面有效地降低了成本，提高产品的质量和市场竞争力，同时也遵循了标准化的生产方式。科学的机械设计和加工工艺规程不仅能够使机械零件的表面质量得到有效的保障，提高其各方面的性能，同时还可以降低加工成本。这就要求加工者尽量减少因过长的加工时间而导致对零件的负面影响，同时还要尽量实现零件的一次性加工和处理。

3.2选择合适的切削参数

机械设计和加工的过程中，切削也是其中一个十分重要的因素，比如说切削的深度和速度对加工产品的表面质量有着直接的影响，因而在对零件进行切削的过程中要根据材料机器特性选择科学合理的切削速度和深度。适当的切削参数可以有效减少加工过程中所产生的积屑瘤，同时科学地使用切削液可以有效地降低切削时的温度以及力度。同时，在加工金属材料以使之变成所需要的产品的过程中，需要利用润滑剂对加工对象进行有效的冷却。在切削、冲压以及研磨、轧制过程中使用润滑剂，能够有效提高刀具地使用寿命，提高加工零件的精密度和零件表面的光洁效果，并及时清除金属碎屑，有效驱散多余热量，对于提高加工、生产效率，降低成本等各个方面都有着积极作用。

4.结束语

对于机械设计加工产业来说，机械设计和加工过程中依旧存在着很多制约产品质量和企业可持续发展的问题，对此，这些企业应该采取有效的对策来解决这些问题，以提高产品质量和企业竞争力，比如文中所提到的科学选材、制定科学的工序、科学运用金属润滑剂等，真正实现机械设计和加工水平的提高。

参考文献：

[1]张健.机械设计加工中的常见问题分析[J].科技创业家.2013

9.机械设计的毕业论文 篇九

一、创新设计理念

概述和机械大赛的作用创新设计是指充分发挥设计者的创造力，利用人类已有的科研成果进行创新构思，设计出具有新颖性、创造性、科学性以及实用成果性的一种实践活动。在机械设计能力中如果将创新理念与其相互结合，将会把艺术、社会、技术、文化等融在设计之中，从而创造出实用性的新产品。为了培养大学生的创新意识、实践能力和合作精神，强化学生综合能力的培养和基础知识，在开始，全国大学生机械大赛就开始举办，在各大高校中，机械创新受到广大教师领导的重视。教育部部长早就指出创新是发展的根本，没有创新就没有发展;设计决定着产品的功能、寿命;机械决定着一个国家工业的发展程度[1]。学生通过参加大赛一方面提高学生的创新设计能力，一方面增强学生的创新意识，让学生将理论转化为实际经验。为国家培养创新型人才，使创新的理念成为学术界的潮流，将比赛中创新的理念和理论知识用到生活中，激发大学生创新潜能，提高大学生的实际动手能力。

二、大学生创新设计的不足

1.高校的师资力量不足

教育的改革是在教师，学生创新能力的培养也是在教师，因此，教师教学水平的高低会直接影响到学生的创新能力。培养学生的创新意识，需要教师不能单调古板，反而要有着强大的创新激情，严谨的学习态度和雄厚的学术功底。但是即使有这样的教学资源，学生的创新意识仍然不足，一方面是由于指导学生进行机械设计仍然有一定的难度，另一方面就是我们的创新教学仍处于开始阶段，没有什么经验可以借鉴。机械创新设计大赛的实践能力很强，学生要在短时间里拿出作品是有一定的难度，而且青年教师的经验缺乏，没有专业的专家指导很难实现机械设计的创新。

2.学生的知识储备不够，创新意识也十分薄弱

在中国传统的教育制度所培养的学生只会考试、死读书。不会临机应变，独立自主的学习;在这样的教学之下，学生学习的主动性和积极性不高而其思考能力也十分有限，严重地限制了创新型人才发展，试问这样如何让学生有自己的创新理念?尤其是我国大学的应试化教育更是阻碍学生发展，使学生在大学学习期间学到知识有限，思想十分僵硬。在机械设计大赛的参与中，大部分为高中生，并没有系统地学习专业课，基础课也只是刚刚学完，学生也不能灵活地将所学到的知识运用到实践中去。因此，在学生参加机械设计大赛的时候，虽然积极性很高，但随着机械的加工制作，学生并不能靠自己的能力来解决困难，这时候学生就会出现厌恶的`情绪，放弃参加比赛的机会。而且，高中生的责任感并不是很强，真正参加到最后比赛中的学生少之又少。

三、创新设计理念对机械设计的重要性

在机械设计中，如果单纯地依靠课本上原先的设计材料，无法将机械制造的理论和实践发挥到最大用处，因此，在机械设计中创新理念是机械设计的核心，一个设计产品，如果仅依靠模仿其他人，是无法实现其原本的价值，只有将自己的创新理念与自己的机械设计相互融合，创造出属于自己的产品，才能在一定程度上反映自己是一名合格的创新型人才，由此可见，创新理念在机械设计中是十分重要的[2]。相对而言，创新的机械设计产品也在一定程度上帮助自己促进全脑的开发，因为人是通过感觉系统来感知外界信息的，如果在设计的过程中有不同的信息由大脑中不同的通道进入人体的反射神经中，那么大量的信息就会刺激脑细胞生长，使人脑得到良好的塑造;另外我们所接收的信息分为直接信息和间接信息，直接信息是我们通过自己的大脑根据实际经验总结出来的对大自然的认知，而间接信息就属于外界告知或者他人总结出来写在书本上的，例如我们课本的学习和老师的授课都属于间接信息。在大脑接收间接信息和直接信息的过程中，大脑会将这两种信息有机结合，帮助促进大脑的发展。就像我们在进行机械设计的过程中，利用书本的知识和自己对知识的理解来对产品进行创新一样。总而言之，通过参加机械设计大赛，通过自己动手制作加工产品的过程，会在一定程度上培养大学生自主创新的能力。

四、如何培养大学生创新能力

1.积极参加创新活动

积极参加全国或者高校组织的创新设计活动，培养自己的创新理念。或者在各大高校内由学生自己组织创新活动，让学生自己去大胆地尝试、创新，让学生自己在活动中积极发散思维，激发学生的创新能力，培养学生的创新人格。至于没有机会参加机械大赛的同学可以到比赛座位观看比赛，一方面增长自己的机械设计见识;另一方面可以吸取参赛队员的经验和创新设计。通过总结来增强自己的创新能力。

2.建立合理制度

学校领导要重视创新活动的组织，让学校中更多的学生一起参与机械设计的活动中来，并且为活动提供良好的比赛氛围，建立合理的奖励机制。这样有助于调动学生创新的积极性。例如，在机械设计大赛中的一些学生获奖之后给予一定的奖励或者加分。建立类似的激励政策有利于鼓励学生创新，另一方面也为培养创新型人才作出了一定的贡献[3]。

3.重视学生的个性发展，系统教学

由于对创新的了解不强，但对本专业的知识比较了解，因此，学校对初次参加机械大赛的学生开设了许多与创新相关的选修专业课，甚至允许学生跨专业、跨系来学习各种课程，便于学生进行综合性极强的学科训练。另外还为提高学生的创造性思维，开设了许多的心理学、思维科学、通识教育等科目。还将各种提高自身创新能力的方法在课堂上一一展现出来，例如，探索规律的现代科学创造法、重视分析的思维创新法、扩展思路的发散思维法、强化动因的群体机制创新创造法。不仅仅学生需要创新理念，学校、教师也需要学习。转变教学观念，教授学生正确的学生观。要把学生当做有丰富个性、创造潜能的主体，而不是看做一个被学校管理的对象和灌输知识的机器。通过制定适当的教学目标，经常参加机械创新设计类的赛事，将学生的个性和创新能力充分发挥出来。

4.建立专业场地学校

一方面要支持学生进行创新设计，另一方面要积极拨款，主动建立创新基地，购买创新需要的活动设备和仪器，同时还有有相关的管理人员对这些场地和设施进行监督管理，防止学生因使用错误而导致受伤，或者学生的故意破坏等意外事故。保证这些基地和设备在合适的时间开放，使学生充分利用空闲时间，有针对性地培养自己的创新意识。提高学生参与机械设计活动的自觉性、积极性、主动性。

五、结语

由上文可知，我国在创新人才培养上面还存在着许多欠缺，要想提高大学生的机械设计能力就需要我国在创新设计理念培养上面继续改进，培养大学生的创新意识、实践能力和合作精神，积极参加全国举办的大学生机械创新大赛，在比赛中获得灵感，在比赛中寻找自己的不足，大学生要重视创新理念的自身培养，学生之间相互交流，相互合作。积极阅读课外书籍，培养自己的创新意识才有助于增强自己的机械设计能力。

参考文献：

[1]何凤宇,等.提高工科大学生综合素质培养的思考——以沈阳农业大学机械创新设计大赛为例[J].内蒙古农业大学学报:社会科学版,,10(8).

[2]张燕,等.机械创新设计能力培养的探讨[J].海南大学学报:自然科学版,,9(25).

10.送料(物料搬运)机械手设计论文 篇十

在当今大规模制造业中，企业为提高生产效率，保障产品质量，普遍重视生产过程的自动化程度，工业机器人作为自动化生产线上的重要成员，逐渐被企业所认同并采用。工业机器人的技术水平和应用程度在一定程度上反映了一个国家工业自动化的水平，目前，工业机器人主要承担着焊接、喷涂、搬运以及堆垛等重复性并且劳动强度极大的工作，工作方式一般采取示教再现的方式。

本文将设计一台四自由度的工业机器人，用于给冲压设备运送物料。首先，本文将设计机器人的底座、大臂、小臂和机械手的结构，然后选择合适的传动方式、驱动方式，搭建机器人的结构平台；在此基础上，本文将设计该机器人的控制系统，包括数据采集卡和伺服放大器的选择、反馈方式和反馈元件的选择、端子板电路的设计以及控制软件的设计，重点加强控制软件的可靠性和机器人运行过程的安全性，最终实现的目标包括：关节的伺服控制和制动问题、实时监测机器人的各个关节的运动情况、机器人的示教编程和在线修改程序、设置参考点和回参考点。

关键词：机器人，示教编程，伺服，制动

ABSTRACT

In the modern large-scale manufacturing industry, enterprises pay more attention on the automation degree of the production process in order to enhance the production efficiency, and guarantee the product quality.As an important part of the automation production line, industrial robots are gradually approved and adopted by enterprises.The technique level and the application degree of industrial robots reflect the national level of the industrial automation to some extent, currently, industrial robots mainly undertake the jops of welding, spraying, transporting and stowing etc., which are usually done repeatedly and take high work strength, and most of these robots work in playback way.In this paper I will design an industrial robot with four DOFs, which is used to carry material for a punch.First I will design the structure of the base, the big arm, the small arm and the end manipulator of the robot, then choose proper drive method and transmission method, building the mechanical structure of the robot.On this foundation, I will design the control system of the robot, including choosing DAQ card, servo control, feedback method and designing electric circuit of the terminal card and control software.Great attention will be paid on the reliability of the control software and the robot safety during running.The aims to realize finally include: servocontrol and brake of the joint, monitoring the movement of each joint in realtime, playback programming and modifying the program online, setting reference point and returning to reference point.KEY WORDS: robot, playback, servocontrol, brake

目 录

第1章 绪论…………………………………………………………………… 3 1.1 机器人概述…………………………………………………………… 4 1.2 机器人的历史、现状………………………………………………… 4 1.3 机器人的发展趋势…………………………………………………… 4 第2章 机器人实验平台介绍及机械手的设计……………3 2.1自由度及关节…………………………………………………………… 4 2.2 基座及连杆…………………………………………………………… 4 2.2.1 基座……………………………………………………………… 7 2.2.2 大臂……………………………………………………………… 7 2.2.3 小臂……………………………………………………………… 7 2.3 机械手的设计……………………………………………………………4 2.4 驱动方式…………………………………………………………………4 2.5 传动方式…………………………………………………………………4 2.6 制动器……………………………………………………………………4 第3章 控制系统硬件……………………………………………………………4 3.1 控制系统模式的选择……………………………………………………4 3.2 控制系统的搭建……………………………………………………… 4 3.2.1 工控机……………………………………………………………4 3.2.2 数据采集卡………………………………………………………4 3.2.3 伺服放大器………………………………………………………4 3.2.4 端子板…………………………………………………………… 4 3.2.5电位器及其标定………………………………………………… 4 3.2.6电源……………………………………………………………… 4 第4章 控制系统软件………………………………………………………… 4 4.1预期的功能…………………………………………………………… 4 4.2 实现方法………………………………………………………………4 4.2.1实时显示各个关节角及运动范围控制 ………………………4 4.2.2直流电机的伺服控制………………………………………………4 4.2.3电机的自锁…………………………………………………………4 4.2.4示教编程及在线修改程序…………………………………………4 4.2.5设置参考点及回参考点……………………………………………4 第5章 总结……………………………………………………………………… 4 5.1 所完成的工作………………………………………………………… 4 5.2 设计经验……………………………………………………………… 4 5.3 误差分析……………………………………………………………… 4 5.4 可以继续探索的方向………………………………………………… 4 致 谢……………………………………………………………………………… 4 参考文献………………………………………………………………………… 4

第5章 总结

5.1 所完成的工作

5.2 设计经验

5.3 误差分析

5.4 可以继续探索的方向

致 谢

本次毕业设计，是于德弘老师考虑到学生日后的研究方向而特意为我安排的。通过这次训练，提高了自己的动手能力、设计能力和编程水平，为学生日后顺利进入机器人这一深邃的科研领域作下了铺垫。本次毕业设计，学生收获颇多，这与于老师的悉心指导是分不开的。于老师身体状况欠佳，且公务繁忙，但是还是经常抽时间来视察学生毕业设计进度，就毕业设计过程中遇到的问题给予耐心指导，敦敦教诲，身体力行，实在令学生钦佩感动不已！特此，学生郑重向于老师表示感谢！

另外，学生还要感谢何玉成师兄和任小刚师兄，他们在学生毕业设计的过程中给出了许多有益的建议，特此表示感谢！

参考文献

[1] Craig, John J.Introduction to robotics.北京 机械工业出版社，2006 [2] Basilio Bona and Aldo Curatella.Identification of IndustrialRobot Parameters for Advanced Model-Based Controllers Design Proceedings of the 2005 IEEE International Conference on Robotics and Automation.Barcelona, Spain, April 2005 [3] 索罗门采夫.工业机器人图册.北京 机械工业出版社，1993 [4] 周伯英.工业机器人设计.北京 机械工业出版社，1995