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直角坐标系机械手.ppt
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Y轴大臂支撑架.dwg
Y轴小臂支撑架.dwg
Z轴导向杆.dwg
机械手固定座.dwg
机械手装配总图.dwg
电动连接架.dwg
摘 要
在工业上，自动控制系统有着广泛的应用，如工业自动化机床控制、计算机系统、机器人等。
工业机械手能模仿人手臂和手的某些动作，能搬运，抓取物体或操作工具，机械手主要是由手部和运动机构所组成。按照物件尺寸、形状、材料、重量和作业环境等要求不同，手部有几种结构形式，托持型，吸附型和夹持型等。运动机构的功能是使手部完成各种动作：移动、转动等运动来实现规定的动作。机构的伸缩、升降和旋转等运动方式，称为机械手的自由度。本设计选用直角坐标型机械手，有三个自由度，是通过滚珠丝杠来实现小臂与大臂的伸缩，升降。这些动作主要是通过步进电机的带动，通过控制器的控制，将工件从一个坐标抓取并运送到另一坐标完成预定动作。
本论文主要对机械手的传动部分中的滚珠丝杠与步进电机进行了计算，计算内容主要包括机械手的传动机构的设计，以及其机械传动装置的选择。对于控制部分的设计主要包括单片机的控制的方案，接线的原理图以及程序流程图等。
关键词：三自由度； 直角坐标； 机械手； 滚珠丝杠； 进步电机
ABSTRACT
Industrially, automatic control systems have a wide range of applications, such as automation machine tool control, computer systems, robotics. The industrial robot is a relatively new machinery and electronic equipment in the modern industry, it is playing a more and moreimportant role.
Fully automated industrial machinery hand can imitate hand and arm some action function, with fixed procedures handling, grasping an object or operation tool for automatic operation device, the manipulator is mainly composed of a hand and the movement mechanism. According to the transporting or catch to object shape, size, weight, materials and working environment of the different requirements, hand there are several structure forms, adsorption, supporting and clamping type. Motion mechanism is the function of the hand to complete a variety of actions: moving, rotating movement to achieve the required action. Body stretching, lifting and rotating movement, known as the degrees of freedom manipulator. The design of three degree of freedom industrial robot in Cartesian coordinate type, which is composed of four linear direction, through ball screw to realize small arm and the arm stretching, lifting. These movements are all based on the stepper motor driven by. Under the action of the controller, it will perform a workpiece from one production line to crawl and transported to another line of this simple action.
This paper focuses on the manipulator drive portion of the ball screw and the stepping motor were calculated, calculate the content mainly includes industrial robot design of the transmission mechanism, and the mechanical transmission device selection. In addition to the control part of the description there are single-chip microcomputer control scheme, the wiring diagram and the program flow diagram.
Key words ：three degrees of freedom, Cartesian coordinates , industrial robot
目 录
1绪论1
1.1机械手的概述1
1.2 设计背景与应用意义1
2 直角坐标机械手的总体设计2
2.1 直角坐标机械手的组成及各部分关系概述2
2.2 直角坐标机械手的设计分析3
2.2.1 设计要求3
2.2.2 总体方案拟定3
2.2.3 直角坐标系机械手主要技术性能参数4
2.3 控制系统的设计分析4
3 直角坐标系机械手的机械系统设计5
3.1 直角坐标系机械手的运动系统分析6
3.2机械手的执行机构设计6
3.2.1 末端执行机构设计6
3.2.2气缸的确定8
3.2.3 手臂机构的设计11
3.2.4 轴承的选取15
3.3 直角坐标机械手的机械传动装置的选择16
3.3.1联轴器的选择16
3.3.2 滚珠丝杠的选择16
4 机械手的单片机控制系统设计17
4.1 机械手单片机控制方案17
4.1.1 控制系统的工作原理及控制要求17
4.1.2 机械手的工作流程18
4.1.3 驱动器的选择20
4.2 机械手单片机接线原理图的设计21
4.2.1 电源电路21
4.2.2 复位电路22
4.2.3 接线原理电路22
4.3 机械手单片机程序流程图的设计23
5结论33
致 谢34
参考文献35
1 绪论
1.1机械手的概述
机械手是在自动化、机械化生产过程中发展起来的新型装置。在工业生产中，机械手具有十分广泛的用途。它是装配系统中的一个重要组成部分。它的基本作用就是从一个指定位置抓取一件工件运送到另一个指定位置。机械手臂取代了人工劳动，操作精度高，提高了产品质量和生产效率。在机械行业中它可以用于零部件的组装，加工工件的装卸、搬运。装配机械手以刚性高的手臂为主体，它可以根据由外部发来的信号，自动进行各种各样的操作，与人相比，具有快速运动，可以搬运更重的东西，定位精度高等优势。它适应于中、小批量的生产，可以节省庞大的工件输送装置，结构紧凑，并且适应性很强。当工件变更时，柔性生产系统就很容易改变，有利于企业不断更新适销对路的品种，提高产品质量，更好地适应市场竞争的需要。而目前我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，应用规模和产业化水平较低，机械手的研究和开发将直接影响到我国自动化生产水平的提高，从许多方面考虑都是非常有必要的。因此，进行机械手的研究设计是非常有意义的。
本课题主要应用于生产加工生产线，实现加工过程（上料、下料）的自动化、无人化。通过机械设计制造及其自动化（机电一体化方向）专业的学习，对大学四年所学知识进行整合，完成一个特定功能、特殊要求的机械手设计，能够让我身为一个机制专业毕业生的理论研究水平的到一个比较全面的体现，更能增强我的实践动手能力以及让我具备专业的精神和态度，具有较强的针对性和明确的实施目标，能够实现理论和实践的有机结合。
1.2 设计背景与应用意义
机械手工程是近三十多年来迅速发展起来的综合学科。它将机械工程、 电子工程、自动控制工程以及人工智能等多种学科的最新研究成果糅合在一起，是当代科学技术发展最活跃的领域之一。机械手是一种可重复编程的多功能操作装置，可以通过改变动作程序，来完成不同工作， 主要用于搬运材料，传递工件。而且基于机械手所具备的一系列优点,在大型装配领域中具有十分明显的优势。因此其重要性在机器人应用中将跃居第一位。
因此，在许多大型工业生产中都需要机械手来提高其工作效率，需要设计建议。
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