機械手臂設計
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機械手臂設計范文第1篇
關鍵詞 機械手 結構設計 控制系統
0引言
隨著科技的飛速發展，機械手在大規模勞動密集型生產中得到了重要應用，成為自動化生產線上不可或缺的一員。機械手提高了生產自動化程度，降低了勞動強度和用工成本，提高了生產效率和產品合格率，提高了生產自動化程度。機械手在生產中仍有許多機械結構和控制系統問題存在，不斷加大對機械手的研究，增強其智能性、適應性、準確性和穩定性，滿足日益提高的F代化生產要求。
1.1底座結構設計
底座是整個機械手臂的支撐部分，是執行腰部360度回轉的機構，也是安裝動力源、控制系統和驅動系統的部位。
1.2手臂結構設計
手臂是支撐和帶動手腕和手部的重要部件，分為有關節臂和無關節臂，本文所設計的機械手臂試驗裝置為無關節臂，并采用直流電機驅動，錐齒輪或內嚙合齒輪傳動。
1.3手腕結構設計
手腕是用于連接手臂和手部的部件，通過左右旋轉平移和俯仰轉動，可以調整機械手執行操作時的位置和姿態。
1.4手部結構設計
手部是直接于物體接觸的部件。根據手部與物體接觸形式的不同可分為夾持式和吸附式。夾持式通過模仿人手指的結構形式，可分為無關節、固定關節和自由關節三種類型。根據手指數量又可分為二指、三指、四指等，其中二指應用最多。根據傳力結構又可分為回轉型和平移型，回轉型結構簡單，方便制造，因此常使用此類型；平移型可夾持范圍大，但結構復雜，成本較高。本文采用二指回轉型夾持式結構，手部有兩個自由度，一個自由度用于夾持物體，一個自由度用于反轉手腕，通過直流電機驅動。
設計所得機械臂采用的回轉型機械手臂與人的手臂結構相似，前三個關節都是回轉關節，底座與手臂形成類似人手臂的肩關節，手臂中大臂和小臂形成肘關節，大臂可以做回轉運動，小臂可以做俯仰運動。此類機械臂工作范圍大、運動靈活迅速、適應性強、通用性好。
2機械手臂驅動設計
驅動系統通過傳動裝置為整個機械手臂提供動力，關節型機械手的驅動系統主要由驅動裝置和傳動裝置兩部分組成。常見的驅動型式有液壓傳動、氣動傳動和電氣傳動，液壓傳動具有作用力大、結構緊湊、作用平穩、動作靈敏等優點，但其易產生漏油污染、結構復雜、成本較高；氣動傳動動作迅速、結構簡單、無污染、維修方便，但由于空氣易被壓縮，工作不線性。工業機械手臂常使用液壓傳動和氣動傳動，但液壓傳動和氣動傳動結構復雜、成本較高，本文機械手臂作為實驗裝置，機械手臂不需要進行高強度、高負載的工作，故使用電氣傳動，具有運動速度快、可靠性好、運動精確、安裝維修簡單等優點，完全可以滿足實驗設備的需要。
3機械手臂控制系統設計
機械手臂控制系統控制著機械手臂按所發出指令要求運動。目前，工業機械手多采用程序控制系統和電氣定位系統進行控制。機械手臂實驗裝置的控制系統較為簡單，用單片機輸出六路PWM脈沖信號分別控制機械手臂的六個舵機，需要輸出一個20ms的脈沖來控制舵機，即可實現機械臂的六個自由度。對機械手臂的控制即對各電機的控制，計算機為控制系統的核心，分別由計算機、伺服控制卡、4套步進電機驅動單元和4套步進電機組成。
機械手臂控制系統設計主要時對驅動系統的設計、上位機控制界面的設計和上、下位機之間串口通信的設計等。
在對上位機控制界面設計時，主要包括五路舵機控制區、一路電機控制區和機械手運行示意圖等方面。五路舵機控制區采用滾輪條的形式，在右側的編輯框中實時顯示各舵機的轉動角度；一路電機控制區采用速度控制的形式，顯示電機的正轉、反轉和停止；用機械手運行示意圖實時顯示機械手的運行情況，當相應舵機或電機運行時，會在相應的舵機或電機位置上加亮以表示正處于運行狀態。
4結語
隨著生產中對機械手需求量的不斷增大，對機械手智能性、適應性、準確性和穩定性提出了越來越高的要求。我國對于機械手的研究和應用起步相對較晚，不能適應生產中對機械手提出的要求。對六自由度機械手臂實驗裝置的設計，實現對機械手的實時精確控制，解決存在各種問題，可以為控制算法和控制理論的測試、檢驗提供更佳的實驗平臺，更好地對機械手進行精確而又復雜的控制研究。
參考文獻
[1] 范小蘭，趙春鋒.基于PLC的機械手控制在MCGS中的實現[J].制造業自動化，2012（18）.
機械手臂設計范文第2篇
目前我國正面臨著經濟結構調整與增長方式轉變的轉型期，這個轉型期，目標明確無誤，這就是實現現代化，實現中華民族的偉大復興；轉型的途徑早已昭告天下，這就是落實科學發展觀；轉型的方向，也早已溫暖人心，這就是構建社會主義和諧社會。水與電是國力強盛與民族復興的重要能源，屬于戰略性資源，關乎國家經濟命脈，并對下游產品產生直接影響。近年來，世界經濟飛速發展，大大加劇了能源的過度開發，過度需求與過度浪費。吉林市是個豐水城市，以庫容108億立方米的松花湖為水源，人均水資源占有率為全國平均值的1.8倍，并且水質好，屬于II～III類水體。但近年來受異常氣象和水源污染的影響，給水質凈化增加了一定的難度。吉林市的自來水廠建于1927年，至今已達84周年，跨越幾個歷史時期，飽經滄桑，管網及設備陳舊老化，加上資金短缺，仍然存在著耗能高、效率低、水資源流失嚴重的問題，要徹底轉變尚需一段時間，為實現中華民族的偉大復興，集團領導在經濟轉型中，堅持科學發展觀，充分發揮第一生產力的作用和技術潛質，廣辟節約創收蹊徑，成效可觀，現就生產、技術、企管等主要環節淺析如下。
二、廣辟節約創收途徑的做法與效果
（一）應用新技術改造落后產能，水質與產量顯著提高
吉林市水務集團第一供水廠是個已建廠84年的老水廠，設備陳舊老化，雖經多次改造，仍然產能低下，四個凈化系統每日只能生產6萬m3/d的水，水質尚不可能完全達標，但根據我國的國情及建設節約型社會的宗旨，目前有些老的凈化設備尚不能淘汰。為滿足居民高質用水的需要，經工程技術人員的考察調研和論證，在一水廠三個凈化系統中（新平流沉淀池、浮沉池、老平流深沉池）引進了哈爾濱市多項水處理技術有限公司19組并聯管混合器；420片絮凝網格板，可形成140萬個主微渦；同程同阻25mm加長型小間距斜板150m2，80mm間距側向流斜板66m2；30mm間距側向流斜板44m2。這些現代高端凈化工藝設備在以上三種池型中安裝運行后，出廠水濁度達1NTU以下，水質與產能卓見成效，供水量由6萬m3/d增加到8.5萬m3/d，僅用400多萬元的投資就換取了每天增產2.5萬m3/d優質成品水的成果，每年可為企業增收600多萬元。
（二）進口設備國產化，降低維護費用，確保安全供水
1998年我公司二水廠從法國得利滿公司引進的設計能力為12萬m3/d供水設備投產運行，一段時間后出現故障。
由于設備及部件價格昂貴，購置周期長，勢必嚴重影響安全供水。為解決這一問題，我們對部分設備進行了國產化，效果尚稱理想，主要方法有三：
1、取而代之法：2002年二水廠從W&T公司引進的V2020遠程真空加氯機玻璃轉子計量罩受損，如進口需1.6萬元，到貨修復約1個月時間。經調研，找到了合作廠家，研制出替代產品，價格為進口聽20%，僅十多天即解決問題。
2、消化吸收法：從某國ABB公司引進送水機組電動機4臺，因制造工藝缺欠，投產以來，先后有3臺主機主絕緣被擊穿，需進行大修。由于原電機采用了整浸技術，必須進行整線圈更換式大修。如利用國內現有絕緣材料，既要滿足絕緣等級（F級），還要滿足原功率要求，給大修帶來了大難題。面對挑戰，我公司工程技術人員與大修廠家一道，破解這一難題。進而絕緣提高一級（H級），防護不變（IP23），磁路參數不變。經運行測試，較為理想，如此破解了國外電機利用國內現階段絕緣材料進行大修的難題，又提高了電機的效率，為公司節省資金100多萬元。
3、自身保護法：進口設備有一些關鍵部件是對用戶限制的。PLC插件之一TSXAEM411，是調節恒液位過濾的關鍵部件，外方改動了其中部分部件，沒有專用的設備不能將其中的程序解讀，更不可能進行更改，這件部件，在保修期內就壞了近半，故價格很高，而且要到外方公司去購買。經分析我方技術人員對濾池系統的PLC加裝高精度穩壓電源來進行保護，運行幾年來沒有發生過損壞的事件。
（三）廣尋節能降耗途徑，建設節約型水務
吉林市水務集團是個耗電大戶，供排水裝機總容量19390KW，其中水廠14950KW，二次供水加壓泵3422KW，目前電費在制水成本中所占比例已由上個世紀末的21%上升到目前的34%，加大了供水企業的經營壓力。為保護民生，建設和諧水務，必須狠抓節能降耗工作，主要途徑如下：
1、應用變頻調速技術，提高水泵的效率
提高水泵的效率是水泵節電的關鍵，實際上就是提高水泵的有效功率。例如吉林市三水廠擴建后，在可預見的十年內，供水能力必然有較大的冗余量，故采用高壓變頻調速，以滿足未來十年供水量的頻繁變化與調節，確保供水時效性與經濟性這兩個指標有效統一，實現高效節能環保與穩定生產的可控制動態平衡。故對取水泵355KW/10KV 3臺機組選用帶手動一拖一旁路的變頻器進行閉環運行。變頻器有效的水泵閉環控制功能使水泵調節平滑可靠，轉速無波動，電網側功率因數提高到0.96以上，單臺機組節電率達32%，三水廠每年可節省電費100多萬元。
2、較大型的水泵盡量采用自灌式啟動
三水廠舊系統取水泵站建于1975年，由于設計原因，泵室內三臺水泵的安裝高度偏高，允許吸上真空高度只有2.45m，2.34m， 0.68m，而自流管線長達350m，減去自流管線的水頭損失，以上3個數值所剩無幾，致使水泵抽力差，易汽蝕，投產后泵站的吸水能力滿足不了每日10.8萬m3/d要求，最大取水量僅為9.5萬m3/d，為設計值的88%，為水泵額定值的79%。每m3水耗電量為0.124kw，比新建泵站自灌式取水機組每m3水耗電量高36%，節能降耗效果不好。鑒于上述情況，在2006年投產的新取水泵站中，安裝了三臺上海KSB水泵廠生產的RDL-600-670A水泵。該泵的特點是：結構合理，效率高，抗汽蝕能力強，運行可靠，效率η≥80%，（比原來提高3%—5%），水泵設計安裝標高比舊系統取水泵低4.86m，達到自灌啟動，單機平均出水流量經測試為4500m3/h，僅開一臺機組就能達到一期設計流量，節電36%。
3、在二次供水改造工程中實現了實時監控，有效地控制了能源的消耗。
吉林市原有加壓泵站935個，其中水務集團管理的有120個，占13%，其余87%即415個由產權單位自管，雖然泵站數量很多，但耗電量也很大，仍然解決不了群眾吃水難問 題，管網漏失率高達40%，用戶的水龍頭經常流出黃水來，高層樓房成了上甘嶺，群眾怨聲載道。二OO二年至二OO九年進行二次供水改造，將原來935座舊泵站改造成100座大中型區域加壓泵站，實時監視和控制。節電效應很好，改造前加壓泵電機總容量為15000kw，全年耗電量為9198萬kwh，改造后加壓泵電機總容量為4900kw，為改造前的33%；改造后全年總耗電量為2125萬kwh，比改造前節電77%，相當于每年節省電費5814萬元，群眾吃水難的問題基本得到解決。
4、大力降低供水管網漏損率，節約水資源
為降低長期居高不下的管網漏損率，集團采用3個外聘單位與內查兩個隊伍，齊頭并進。在各自承擔區域查找管網暗漏。而后，根據查出的漏失量按合同兌現所得報酬。自2007年5月至2008年末，用累積一年半的時間在全市160平方公里范圍內，幾支隊伍分片包干，用進口的高端儀器在1000公里的輸配水干線路徑上，晝夜兼程，采用路面聽音、閥栓聽音、閥栓漏水聲波探測、管道探測、GPRS衛星定位法共探測出地下暗漏298處，并及時修復。制止漏水量2102m3/h，相當于每年1840萬m3/年流量，全年可給集團公司創造價值1200多萬元。自開展該項工作以來，供水的產銷差率累計降低了8個百分點，為31.6%。
綜上所述，可見吉林市水務集團有限公司在經濟結構調整與增長方式轉變的轉型期，堅持科學發展觀，面對困難和挑戰，牢固樹立“一粥一飯當思來這不易，一絲一縷恒念物力維艱”的觀念，堅持勤儉建國，厲行節約的精神，充分發揮第一生產力的作用，克難求進，集思廣益，匯聚民智，強化管理，全力實施應用新工藝改造落后產能、進口設備國產化、廣尋節能降耗途徑建設節能型水務的對策，取得了明顯的社會經濟效益，為供水企業高效、和諧、可持續發展作出一定的貢獻。
機械手臂設計范文第3篇
隨著工業生產自動化的快速發展，機械手因其高效和靈活的特點被廣泛的關注和應用。機械手是一種可以模仿人手和臂的某些動作功能，并按照設定的軌跡、要求和程序抓取、搬運工件或進行操作工具的自動化裝置，尤其適用于較大規模、自動化流程生產和一些復雜的生產環境中；例如高溫、粉塵、放射性強、噪音較大的生產環境。機械手的應用對于提高機械生產率，降低工人的勞動強度，保障一線工人的安全都具有重要的意義。目前機械手常用的三種驅動方式為：液壓驅動、氣壓驅動、電機驅動，其中液壓驅動以輸出轉矩大，動作靈敏，可實現無極調速，調速范圍較大的特點，多被用于運動速度較低并且扭矩要求較大的工作場合。
隨著注塑行業的發展，人們對于塑料制品的需求量越來越大，對于塑件的工藝和強度也提出了新要求。為了提高塑件的局部強度，嵌件在塑件加工中被廣泛使用。然而工廠在生產過程中手工安裝嵌件的居多，這中安裝方式效率低下，嚴重影響了注塑機的工作效率，降低了塑料制品的加工精度，自動上料機械手需求愈加強烈。
1 液壓機械手基本組成
本文設計了一款四自由度液壓機械手，通過液壓缸進行控制，可以實現手臂的升降運動、伸縮運動、旋轉運動，以及夾持部分的夾緊運動。其結構示意圖如圖 1 所示。
液壓機械手主要包括控制系統、傳動裝置、執行機構、傳感器裝置等。其中，機械手的核心部分是控制系統，它是用以控制整個系統具體的運動過程。液壓驅動是執行機構運行的傳動裝置。在機械手的組成中，最重要的是執行機構，而執行機構也同樣是機械手內部的主體部分，機械手的執行機構是其夾持部分，主要由拉簧、杠桿、手指、楔塊、杠桿支座、夾緊缸體等部分組成，其結構組成如圖 2所示。
2 液壓機械手運作原理
2.1 機械手運作原理
液壓機械手可實現在兩臺立式注塑機之間交替進行安裝嵌件的工作。機械手擁有四個自由度，分別為手臂的升降運動、手臂的旋轉運動、手臂的伸縮運動，以及夾持部分的夾緊運動。采用液壓驅動的控制方式，以圓柱坐標作為坐標形式，其動作原理如圖3所示。液壓機械手開始運行，首先手臂下降到嵌件上方預定位置A，張開機械手夾持裝置，機械手手臂下降到嵌件上方，夾持裝置夾緊嵌件，隨后機械手臂上升到起始位置，并順時針旋轉90°到注塑機1上方位置，手臂開始向前伸出到注塑機上方預定位置B，手臂下降到指定位置，夾持裝置松開，放置好嵌件后，手臂上升到起始高度，手臂縮回，順時針旋轉90°回到原點位置，注塑機1開始工作；其次手臂下降到嵌件上方預定位置A，張開機械手夾持裝置，機械手手臂下降到嵌件上方，夾持裝置夾緊嵌件，隨后機械手臂上升到起始位置，并逆時針旋轉90°到注塑機2上方位置，手臂開始向前伸出到注塑機上方預定位置C，手臂下降到指定位置，夾持裝置松開，放置好嵌件后，手臂上升到起始高度，手臂縮回，順時針旋轉90°回到原點位置，注塑機2開始工作，機械手第一個工作周期完成，待注塑機1完成運作，機械手開始下一周期的工作。
2.2 液壓系統的設計
機械手搬運物體是依靠液壓系統實現的，液壓系統是機械手運動的主要驅動方式，是機械手運動過程的核心控制部分。主要用來完成機械手的夾緊/松開、上/下伸縮、前/后運動以及旋轉運動。機械手運動過程的液壓系統主要由油泵、執行油缸、控制調節裝置、以及輔助裝置組成。此次設計中系統的主要參數如下表1、表2、表3所示。
2.3 液壓系統元件的選擇
（1）手部夾緊缸的分析計算
機械手臂設計范文第4篇
論文關鍵詞：PLC,三維機械手,步進控制
隨著自動化控制領域的不斷發展，智能機械手的不斷推新，機器人手臂的智能化程度不斷提升，連續多角度控制的機器人手臂的出現，給機械手的教學帶來了新的挑戰。原來的教學機械手均以兩維空間模擬仿真教學為主。自2007年全國電工電子技能大賽以來，三維空間的機械手的教學需求尤為突出。
一、三維機械手的硬件結構
圖1所示是該三維機械手的實物圖。整個三維機械手能完成八個自由度動作，手臂伸縮、手臂旋轉、手爪上下、手爪緊松。手爪提升氣缸采用雙向電控氣閥控制，氣缸伸出或縮回可任意定位。磁性傳感器用來檢測手爪提升氣缸處于伸出或縮回位置。手爪抓取物料由單向電控氣閥控制，當單向電控氣閥得電，手爪夾緊磁性傳感器有信號輸出，指示燈亮，單向電控氣閥斷電，手爪松開。旋轉氣缸用來控制機械手臂的正反轉，由雙向電控氣閥控制。接近傳感器用來判斷機械手臂正轉和反轉到位后，接近傳感器信號輸出。雙桿氣缸用來控制機械手臂伸出、縮回，由雙向電控氣閥控制。氣缸上裝有兩個磁性傳感器，檢測氣缸伸出或縮回位置。緩沖器對旋轉氣缸高速正轉和反轉到位時，起緩沖減速作用。
二、三維機械手的動作過程
圖2所示是該三維機械手的動作示意圖。當需將工件有右工作臺搬至左工作臺時，在按下啟動的時候，右工作臺傳感器判斷有無工作，若有機械手動作，若無，機械手停止。當機械手左旋并前伸到位準備下降時，為了確保安全，必須在左工作臺上無工件時才允許機械手下降。也就是說，若上一次搬運到左工作臺上的工件尚未搬走時，機械手應自動停止下降。
圖1 三維機械手實物圖 圖2三維機械手動作示意圖
三維機械手的工作過程為：（1）從原點開始前伸；（原點位置為機械手右旋到限位，手臂縮回，手爪上升到上限位，手爪放松）（2）到前限位后開始下降；（3）倒下限位后，機械手加緊工件，延時2s；（4）上升；（5）到上限位后，縮回；（6）到后限位后，左旋；（7）到左限位后，前伸；（8）到前限位后，下降；（9）到下限位后，機械手松開，延時2s；（10）上升；（11）到上限位后，縮回；（12）到后限位后，右旋，返回原點。
根據三維機械手的工作過程及要求，可以畫出機械手的動作流程圖，如圖3所示。
圖3 機械手動作流程圖 圖4機械手狀態轉移圖
三、PLC硬件的選擇和I/O點分配
PLC的種類非常多，根據三維機械手的控制要求，由于其輸入、輸出節點少，要求電氣控制部分體積較小，成本低，并能夠用計算機對PLC進行監控和管理，故選用日本三菱（MITSUBISHI）公司生產的多功能小型FX1N-40MR-001主機。該機型合計有輸入輸出點40個，其中24個輸入點和16個輸出點，采用繼電器方式有觸點輸出，能交流、直流負載兩用。內部主要有：輔助繼電器1280個，其殊功能輔助繼電器256個，斷電保持輔助繼電器1152個；狀態繼電器1000個；定時繼電器256個；計數繼電器256個；數據寄存器8256個。
根據圖3所示的三維機械手動作流程圖，確定電氣控制系統的I/O點分配，如表1所示。
根據圖3流程圖和表1的I/O分配表，可以編制出機械手的狀態轉移圖，如圖4所示。
四、控制程序的設計方法及編程運行
常用的PLC程序設計方法有經驗法和順序功能法。根據圖4狀態轉移圖，編制的步進梯形圖程序如圖5所示。
表1 三維機械手控制I/O分配表
輸入
輸出
名稱
輸入點
名稱
輸出點
停止
SB1
X0
手爪緊/松氣缸閥
YV1
Y1
啟動
SB2
X1
手臂氣缸伸出閥
YV2
Y2
物品檢測傳感器
SQ0
X2
手臂氣缸縮回閥
YV3
Y3
氣動手爪傳感器
SQ1
X3
提升氣缸下降閥
YV4
Y4
旋轉左限位接近傳感器
SQ2
X4
提升氣缸上升閥
YV5
Y5
旋轉右限位接近傳感器
SQ3
X5
旋轉氣缸左移閥
YV6
Y6
伸出臂前點限位傳感器
SQ4
X6
旋轉氣缸右移閥
YV7
Y7
縮回臂后點限位傳感器
SQ5
X7
提升氣缸上限位傳感器
SQ6
X10
提升氣缸下限位傳感器
SQ7
X11
圖5 步進控制梯形圖
圖5中，M8044是用作原點條件，判斷機械手是否在原點開始工作。
如果要實現斷電保護，在圖5的步進控制梯形圖中，將普通輔助/計時/狀態繼電器均換成斷電保護型。
上電后，直接初始狀態繼電器S0，在滿足原點條件繼電器M8044下，按下啟動按鈕SB2，X1得電，進入等待狀態繼電器S20；此時物品檢測傳感器SQ0檢測到上料端有料，X2得電，進入機械手臂伸出狀態S21；機械手伸出Y2得電，機械手前伸到前限位時，進入機械手下降狀態；機械手下降Y4得電，機械手下降到下限位時，進入機械手抓料延時狀態；機械手抓緊并延時，延時時間到，進入機械手上升狀態…………如此，每當該步動作到位，限位條件滿足時，狀態轉移進入下一工作步，進行動作。
需要停止時，按下停止按鈕SB1,X0得電，停止標志繼電器M0得電并自鎖，當機械手右旋到有限位時，如果停止標志有信號，則機械手回到初始狀態，如果停止標志沒有信號，則機械手進行下一周期的搬運工作。
五、結束語
本文以三維機械手為例介紹了日本三菱MITSUBISHI公司生產的FX1N系列微型可編程控制器在步進控制中的設計應用。闡述了三維機械手的動作原理，設計要求，程序設計方法等。本文介紹的程序在實際生產和各屆各級電工電子技能大賽中獲得成功的應用。
參考文獻
[1] FX1N series Programmable Controllers Hardware Manual，Mitsubishi electric corporation，1999
[2] MITSUBISHI ELECTRIC CORPORATION 三菱微型可編程控制器MELSEC-F FX1N使用手冊 2007.11.
[3] 亞龍YL-235A型光機電一體化實訓考核裝置實訓指導書.亞龍科技集團.2008.
機械手臂設計范文第5篇
一、機械手的系統工作原理
機械手的工作原理：機械手主要由執行機構、驅動系統、控制系統以及壓力檢測裝置等所組成。在程序控制的條件下，采用氣壓傳動與電機傳動的混合傳動方式，來實現執行機構的相應部位發生規定要求的，有順序，有運動軌跡，有一定速度和時間的動作。同時按其控制系統的信息對執行機構發出指令，必要時可對機械手的動作進行監視，當動作有錯誤或發生故障時即發出報警信號。壓力檢測裝置隨時將機械手反饋給控制系統，并與設定的位置進行比較，然后通過控制系統進行調整，從而使執行機構以一定的精度達到設定位置.
二、機械手的整體設計方案
為了使機械手的設計簡便，機械手的手部采用了夾持型的設計，它是連桿機構在氣缸的帶動下繞其回轉中心旋轉來帶動手指的開閉的，優點是動作靈敏，結構 設計簡單，適應性強，精度高，一定的承載能力等特點。
1. 機械手的手臂結構方案設計。按照抓取工件的要求，本機械手的手臂有三個自由度，即手臂的伸縮、左右回轉和降（或俯仰）運動。對于手臂的升降，我們在考慮到平穩性和安全性以及升降的準確性之后，決定利用絲杠進行傳動。同時考慮到手臂的轉動以及回轉體的特性，我們在立柱底下安裝一臺小型步進電機，步進電機來完成機械手的回轉運動，手臂的橫移通過氣缸來實現。
2. 機械手的驅動方案設計。我們選擇了電機驅動和氣壓傳動，目前步進電機的最小轉角完全能實現1.8°/s，的最小轉角。而且步進電機的成本不高，進一步增加了機械手的通用性。氣動系統的動作迅速，反應靈敏，阻力損失和泄漏較小，成本低廉因此也是比較合理的傳動方式。
3. 機械手的控制方案設計。考慮到機械手的通用性，同時使用點位控制，因此我們采用單片機對機械手進行控制。當機械手的動作流程改變時，只需改變程序即可實現，非常方便快捷。
4. 機械手的主要技術參數
一、機械手的最大抓重是其規格的主參數，由于是采用氣壓方式驅動，因此考慮抓取的物體不應該太重
二、基本參數運動速度是機械手主要的基本參數，影響機械手動作快慢的主要因素是手臂伸縮及回轉的速度
三、手部結構設計
1. 夾持式手部結構
1.1手指的形狀和設計
夾持式是最常見的一種，本文采用兩指式夾取。
1.2手部夾緊氣壓缸的設計
（1）手部驅動力計算。假設夾起質量最大為1KG的工件，在1s內水平勻速直線運動0.3m，設兩手指原始間隔40mm當手指間隔為20mm時觸碰工件并夾緊，夾持點距轉軸的力臂大約為800mm.
假設綜合摩擦系數為u=0.15，由G=mg得G=9.8N，又G=2uF可得F=32.67N （F為手指對工件的家夾持力）
則夾持距為：M=F?S=32.67x0.8=26.13N?m
（2）確定氣缸內徑。根據豎直臂的工作載荷以及初選的工作壓力，缸徑D可以利用下述的公式計算出，當活塞桿收縮克服載荷做功時：
其中：D為氣缸的內徑（m）；F1為作用于氣缸活塞上的推力（N）；P為初選的工作壓力（Pa）；n為總機械效率（當氣缸動態性能要求和工作頻率較高時，n=0.3一0.5.
（3）水平伸縮氣缸內徑的計算。對于氣缸伸縮運動，利用流體的知識，v=Q/s，Q為流體流量，S為底面積，暫定v=0.05m/s，s=2πr2=2×π0.012=6.28×10-4m2，
所以Q=VS=
氣缸收縮時所承受的外力F 20N，水平伸縮的行程為30mm，伸出或縮回的時間為0.5s.
取d/D=0.5，P=0.5Mpa， =0.4代入公式得
≈0.0239m=23.9mm
2. 電機絲桿螺母傳動
底座的圓周運動采用電機帶動齒輪傳動，機械手的上下運動為絲桿螺母傳動和氣缸伸縮運動。
經過查閱市面上的伺服電機減速器一體設備的輸出轉速為1200r/min，暫定機械手的上下運動的速度為0.05m/s左右，接下來我們計算絲桿螺距。
已知n=1200r/min即為20r/s，而v=0.05m/s。
又有，即，
四、傳感器的選取
壓力傳感器主要是利用壓電效應制造而成的，這樣的傳感器也稱為壓電傳感器，特點：小型輕便、響應快、在線性好、可靠性高。
我們選擇小尺寸微型稱重拉壓力傳感器傳感器的滿量程輸出電壓（MAX mv）=傳感器的拱橋電壓（5到15VDC的范圍內，）X傳感器的靈敏度（例如：1MV/V或者2MV/V）
傳感器所受到的力與傳感器的輸出電壓呈線性關系滿足：Ymv=a*Xf
產品參數：精度：0.1%F?S；工作溫度范圍：-20～+65℃；靈敏度：1～2 ±0.1mv/v
五、機械手的控制系統
對于機械手，我們采用單片機進行控制。單片機具有集成度高、功能強、速度快、體積小、功耗低、使用方便、價格低廉等特點在對價格和性能的考慮下，我們選擇了80C51系列的增強型單片機80C522單片機。
六、結論
1.采用電機和氣缸的混合傳動，動作迅速，反應靈敏，能實現過載保護，便于自動控制。工作環境適應性好，不會因環境變化影響傳動及控制性能。阻力損失和泄漏較小，不會污染環境。同時成本低廉。
2.機械手采用單片機進行控制，有很高的安全性和可靠性，同時也很方便去改動程序，是的機械手的通用性更強。
作者簡介：門柯平，西南交通大學機械工程學院。
向順，西南交通大學機械工程學院。
