基于PLC驱动的三自由度机械手设计（全套CAD图纸+设计说明书+翻译）
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摘 要
当今，在机械、医药、军事等各个领域中，机械手的出现频率越来越高。机械手的应用，使工业生产能够飞速发展，不仅仅提高了生产效率，改进了生产质量，减少次品的出品率，而且机械手能够解放生产力，减少人力劳动的强度，更为重要的是机械手能够在恶劣条件下进行工作作业，完成人力不能完成的任务。机械手涵盖了机械手机、机械原理、控制原理、PLC、力学、材料学、传感器等众多方面的知识和内容，是一门综合性质很强的技术。
本次毕业设计中，根据潘存云教授的发明，用球齿轮代替铰链接，设计一种机械手结构，能够实现机械手在半球体内的360度任意位置自由定位和指向要求。球齿轮最大的优势在于球齿轮的360度可自由性定位，从而实现空间指向和任意位置的定位，该三自由度机械手有三个自由度，满足工件的打磨、钻孔以及部分搬运工作的动作要求。此次设计包括机械手的手部、手腕、手臂的结构和连接方式，驱动机构的选择，底座和机架的设计等方面，主要进行的是机械手整个结构的设计，并且分析球齿轮机构的传递方面的参数，机械手的控制参数等等。在控制系统方面，该三自由度机械手的控制系统采用具有三自由度运动控制功能的PLC，并且进行框架设计、连线设计、程序编写，设计了自动和手动的两套程序，便于机械手应用在机械加工生产线等场合。
关键词：机械手；球齿轮；三自由度；PLC
- 内容简介：
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F 25, 4, 2012 647at of a 00044, 7, 2011; 2, 2011; 7, 2012 is an of of on of on A 3is of to in is a R of in R on on by of in of of of to on of of a a of on of on is of in of of 988, to to in of 998, et , a 3of a 002, et , be in 003, et 5, a to of to in as of is an of in of is o. 50675016) 012 to of is . of of in A of on of et , of to of a a of U10of a of 1of as 2to of in is et 3, of on et 4, of of a in of a et 648 et of a 5an to of on of of a of of a R R to of 6in of 720is to on by of of on of 122. of 2 of he 3, 1, of a a is b p. in by r, of a is R is to to i(i = 1, 2, 3, 4) to j( j = 5, 6, 7, 8). 1 at R 2, of at a i(i =1, 2, 3 ). of R is by R is is 2. of It is on of on R to by of 3. of in a is of p b. 3 of of in s , of of be on of in of It a be as a to R 4 is a F 649of be of of 1is to 1, is 2is to by of 254. of 11in is 111223333( ;000),(00;000),(;00),=$(1) (0, 0) in of 1, 3in 11. 4 of he of 12to is 4445556 666(;00),( 0;000),(;00),=$(2) (0) in of 4, 6in 12. of R 23(0 0 1; 0 0 0),(010;000),(100;000)=$(3) a to be of 23(0 0 1; 0 0 0),(010;000),(1 0 0 ; 0 0 0),=$(4) gk(k = 1, 2, 3) of R be as a a R is by of on by is as of of is a 5be to 1 1 1 p 1 p1 p1 p1 p 1 1 1 p 1 p 1 p 1 p 1 p 1 p 1(; ),(100;000),(0 1 0; 0 0 0),(0 0 1; 0 0 0),(; ),lm - - =$(5) of 51in 1at of 51. of be as ro p1 p1 p1 p 1(0;0)xn zl yn -$ . 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(22) con 中国机械工程 学报 2012,第 25 卷 ,4 号 可在网上 询 一种新型基于反螺旋理论三自由度并联机器人奇异性分析 机械与电子控制工程 ， 北京交通大学， 中国 北京 100044） 收稿日期 ： 2011 年 5 月 27 日 ； 修订 ： 2011 年 12 月 22 日 ； 发布 ： 2012 年 2 月 17 日 摘要 ：奇异性分析是并联机器人开发和应用的重要问题。现有的大部分研究都集中在基于雅可比矩阵的并联机器人的奇异性的研究。一个具有对称结构的三自由度并联机器人是我们的研究对象。该新型并联机器人只采用旋转接头，由通过旋转接头连接到基地和平台的四个闭环子链组成。每条链中的闭合子链腿是球面自由度联动。特殊对称结构的球形 6 自由度联动输出的运动特性是基于螺杆的系统之间的相互关系进行的分析。应用在等效螺杆系统而言广义运动副的概念研究每个链腿平台上所施加的约束条件。考虑到并联机 器人的几何特征，分别对应不同的配置并联机器人的奇异标准是基于钉系统和线几何的依赖显示的。某些配置的一个自由度必须出现在现有的条件下确定的。本文提出了一种在几何确定约束平面内基于约束力的奇异性分析的新方法，并且所提出的方法是能够避免的复杂性在解决雅可比矩阵。 关键词 ：并联机器人，奇异性，螺旋理论，格拉斯曼线几何 1 简介 并联机器人 在过去十年间 已被广泛研究，由于高刚度和精度，特别是由于并联机器人有限度的自由 空间 （自由度）。 1988 年， 提出了著名的三自由度并联机器人 用的 三角形 机器人。这导致在调查并联机器人腿部结构建造的有限自由度的利益受到限制。 1998 年， 2，提出了只采用旋转接头和每个连接腿包含平面四杆平行四边形 3 自由度并联机器人。在2002 年， 人 3，提出了可以安装在有限的自由度并联机构复合对和子链。 2003年， 4采用平行四边形来设计新的并联机械手。所有这些努力促进了并联机器人，而在这种机器人当中某些闭环子链被用作腿结构的一部分。 奇异性分析是并联机器人的发展与应用的一个重要问题，并在文学中已获得极大关注。早期的文献谈及 机器臂的不良配置是。许多学者研究了雅可比机械手的奇异矩阵。 强调了在闭环机制中遇到的构造奇异点的分歧。提出了基于雅可比机构矩阵性质的奇异性的一般分类。 8，使用的雅可比矩阵的性质研究平面 机械手的奇异点。 ，开发有限自由度并联机器人的雅可比分析的方法，并研究了雅可比矩阵，提供了有关这两个架构和约束奇异的信息。 0分析了特殊成型的判别矩阵，并发现了并联机器人的几何形状奇 异的构造。 1讨论限制自由度的并联机器人作为四肢奇异，平台奇异和驱动奇异的奇异案例。 2在雅可比矩阵复杂的情况下基于找到并联机器人的奇异构造，提出格拉斯曼直线几何。人 13，强调了并联机器人的奇异性问题，它是基于螺旋理论终端的约束。另外，人 14研究了三种过度驱动的三自由度 方海荣 等 ：基于自行车 架反 螺旋理论奇异性分析优化设计 平面并联机器人的奇异性，这种并联机构已经应用在制造业机床的发展上了。近日， 5提出了一种方法来研究接近于基于静态分析并联机器人奇异。虽然奇异性的研究吸 引很多的关注并且已经做了大量的研究，避免求解雅可比矩阵复杂性的典型的方法仍然很少。 本文提出了一种有四个相同链腿的新型空间三自由度并联机器人。每个链腿的由一个对称的球形 6 自由度联动和连接底座和平台 2 个 6 自由度联动转动关节组成。在等价螺旋系统 17面的广义运动副 16的概念被用来调查由链腿施加在平台上的约束力。考虑到机械手的几何特征，该机械手的奇异标准是基于约束的相关派生出来的 21 强调了现有的单数 约束 构造的条件。 2 新型三自由度并联机器人的结构 新型并联机器人 23，如图 1 所示 ，由一个平台，一个底座和四个相同的链腿 b 和平台 p。基准和平台是 在方形范围内的 ， 并且用字母 r 来表示 ，同时它用来描述 正方形的内切圆半径。四链腿标记为 个链腿包含一个闭环子链，这种闭环子链是具有对称结构的球形 6自由度的联动结构。闭环子链通过旋转接头连接到底座和平台。安装在基座的转动关节标记 =1， 2， 3， 4），并且附连到平台的接头被标记 j=5， 6， 7， 8） 。 图 1 新型的对称的 3联机器人 仔细观察图 2 中的球形 6 自由度联动关节。所有的转动关节的中心轴 轴相交于公共点的 = 1， 2， 3， 4）。两个相邻关节轴心之间的夹角被表示为 形 6 自由度连杆的几何形状的特征在于所述角度。由于 6 自由度联动对称结构， 角长度之间的关系被引入作为 图 2 对称闭环子链应示意草图 这里指出，连接在平台和基座上的转动关节是对称分布，并且分别在每个平台的转动关节的轴是共面的。由于球形 6 自由度联动机构通过这些对称分布转动关节被连接到基座和平台，每个公共点 轨迹是以在图3 中 点 中心的圆上。考虑到并行操纵器的结构和几何特性，这四个共同点 持在一个共同的平面 H 上，这个平面是平台 p 和基准 B 的对称平面。 图 3 并联机器人的对称平面 3 链腿和约束分析等效螺钉系统 对于在链腿中有闭环子链的并联机器人，如 器人 1和 纵器 2，这种机械手的约束分析，可以基于等效螺旋系统的广义运动副的概念进行分析。它意味着一个闭环子链可以被认为是一个广义的运动副，用来执行相同输出运动因为输出链路保持对应于一般结构独特的流动性。 在图 4 中球形 6 自由度联动结构是一个双肢输出 链接的并联机构运动特性，这种链 中国机械工程 学报 2012,第 25 卷 ,4 号 接可以用螺旋理论来揭示的输出链接。如图 4所示，考虑机构的结构特点，该局部坐标原点附连到公共点 x 轴是第二回转轴线 z 轴的重合，它是垂直于由形成的平面关节 5 的轴。因此，肢 一般配置的扭曲系统由下式给出 其中，（ （ 0， 0）和（ a3，别是肢体 向的转动关节的 2 和 图 4 链腿 螺旋分析 相对于相同的框架，肢腿 扭转系统由下式给出 其中，（ （ 0）和（ 别是在肢体 向转动关节 6 的方向向量。 因此，球形 6 自由度联动机构的约束系统是 这表明，该约束螺旋形成三元体系。运动螺旋相互的制约，并且可以很容易地计算出来。链路 可行运动螺旋是 其中 $k=1， 2， 3）表示的输出链路个旋转自由度。球形 6 自由度连杆可作为一个具有三个旋转自由度广义球形运动副。在这种条件下，球形 6 自由度连杆被替换为 3 自由度的广义运动副，这种运动副为了研究施加在链型腿平台上的约束而形成的。链腿被视为串行运动 链，由四个关节和五个常用的旋转接头组成。 等效串联运动链的扭转系统是一个 5 系统的结构，并且可以相对于待表达到本地帧和给定为 (5) 其中，（ （ 示的转动关节 1在局部坐标系 标（ （ 转动关节 1的中心。因此，连锁腿的约束系统可衍生为 这表明，每个链腿施加在平台上一个约束力，并且约束力位于由四个共同点 义的对称平面。约束螺旋 $别为 $ $共面。因为零节 距螺纹 $ 个运动螺旋倒数形成的曲折系统。 当的转动关节 上述约束力变得 在公式（ 6）中，链腿 束螺旋也是类似的。另外三个约束螺钉可以从链腿 成。因此，四条链腿应用了 4个约束力到平台上，和四个约束力分布在所述对称平面 H. 根据约束螺旋系统，并联机器人的平台有 3 个自由度，并且他们有两个旋转和一个平移运动。 4 并联机器人的奇异性 如前面提到的，该对称球面 6 自由度联动可由等效广义运动副与三个旋转自由度来代替。正在考虑在如图 1 所示的并联机器人 方海荣 等 ：基于自行车 架反 螺旋理论奇异性分析优化设计 的等效运动 学模型被如图 5 所示的运动模型说明，这里的链腿由等效串联运动链取代。固定全局坐标系 原点到该底座上基座的中心。 z 轴垂直于基座和 向。对于每一个链条腿，坐标框架 i。该 z 轴平行于定坐标轴 z 轴和西轴分别沿 图 5 机械手的等效运动学模型 根据此新型并联机器人的几何特征，链路长度对于所有等效的运动链是相同的，其中每条链腿 图 5 所示。 i 从 坐标系腿中， 6 自由度联动共同点 齐次坐标可以表示为 其中， 一个为 标 i 从 1 至 4 个识别链型腿的数目。 点 全局坐标系中的位置由下式给出 其中 因为 z 轴线平行于固定的 z 轴，角度确定 i 和 i，即 i=0 和 i=0。共同点 9）派生出来并且简化为 考虑到对称平面由四个公共点形成的，它可通过任意三个点的 设 2 和 称平面 H 可在全局坐标系中表示出来并且给定为 当三个角度 1， 2， 3 是不 相等的，在对称平面中的三个约束与底座是交叉的。它意味着，对称平面与基座相交并且对称平面与 面的交点可以被描述为 根据图 5中所示的机械手的几何特征中，线 结合方程（ 12）和（ 13），交叉点 坐标可以得到： 因此，在全局坐标系中链腿约束 标，由下式给出： 中国机械工程 学报 2012,第 25 卷 ,4 号 同样， 标的约束 $ $下式给出 对于链腿 公共点 由公共点 定。它意味着该角度 4 可由角 1， 2和 3 表示。因为零间距的四个 螺旋约束是共面的，所述约束系统的变化可以通过调查代表性公共点 $约束的依赖性来导出。 三个螺旋约束的等级可以计算，如 其中 R（ ） 这表明，当三个约束同时与底座相交时，三个约束是独立的。 根据螺旋系统的依赖性，这种的条件下，所述由四链型腿施加平台上系统约束不变质。 结构 上 ，当三个独立的角度 1,2,3是不相等的时候，没有奇异性。 当对称平面 H 和基座相交，但对应于两个不相邻的链腿两个约束是平行于基座的时候，对 称平面 H 与平面 交点是平行于图任 x 轴或 y 轴，如图 6 所示。假定该约束$于四个链腿的对称分，所以通过共同点 3线平行于基座。在这种条件下，该角度的关系 1和 3 为 在这种结构中，约束 $ 图 6 两个约束平行于底座的结构 从公式（ 15），（ 17），（ 19）和（ 20），三个螺旋约束 $ $级别可以得到，也就是 R（ S） = 3。它意味着这种结构，三个约束是独立的，并且没有奇异性。 当四个约束反力是平行于基座，同时对称平面 H 平行于底座和平台，在全局的四个约束成表达变为： 方海荣 等 ：基于自行车 架反 螺旋理论奇异性分析优化设计 在这种条件下，公式（ 21）在四个螺旋约束形成的 3 因此，当角度 1， 2， 3和 4相等时，平台的约束奇异性出现变化，并移动到在等式（ 22）中特殊配置发生了变化。 从几何图形中 ，当 i=0，或者 i=，每条链腿球形 6 自由度联动接头是共面的。在这种情况下，链腿的奇异性也会出现。 当 i= r 四个共同点成为重合，如图 7 所示。考虑反余弦的领域，只当 r ， 奇异性存在。 图 7 并联机器人奇异点 5 结论 （ 1）新型的 3 自由度并联机器人有两个旋转自由度和一个平移自由度呈现。强调了并联机器人的几何特征，并提出了对称面。 （ 2）研究链腿的约束是基于广义运动副的等效螺旋系统而言的概念的基础上进行的。 （ 3）机械手的奇异点的分析，是根据施加的平台和约束螺钉的依赖性进行分析的，并且只有在四条链腿的四个共同点变得一致，约束奇异点才会出现。 （ 4）研究了链腿的单数结构。 参考文献 中国机械工程 学报 2012,第 25 卷 ,4 号 可在网上 询 一种新型基于反螺旋理论三自由度并联机器人奇异性分析 机械与电子控制工程 ， 北京交通大学， 中国 北京 100044） 收稿 日期 ： 2011 年 5 月 27 日 ； 修订 ： 2011 年 12 月 22 日 ； 发布 ： 2012 年 2 月 17 日 摘要 ：奇异性分析是并联机器人开发和应用的重要问题。现有的大部分研究都集中在基于雅可比矩阵的并联机器人的奇异性的研究。一个具有对称结构的三自由度并联机器人是我们的研究对象。该新型并联机器人只采用旋转接头，由通过旋转接头连接到基地和平台的四个闭环子链组成。每条链中的闭合子链腿是球面自由度联动。特殊对称结构的球形 6 自由度联动输出的运动特性是基于螺杆的系统之间的相互关系进行的分析。应用在等效螺杆系统而言广义运动副的概念研究每个链腿平台上所施加的约束条件。考虑到并联机器人的几何特征，分别对应不同的配置并联机器人的奇异 标准是基于钉系统和线几何的依赖显示的。某些配置的一个自由度必须出现在现有的条件下确定的。本文提出了一种在几何确定约束平面内基于约束力的奇异性分析的新方法，并且所提出的方法是能够避免的复杂性在解决雅可比矩阵。 关键词 ：并联机器人，奇异性，螺旋理论，格拉斯曼线几何 1 简介 并联机器人 在过去十年间 已被广泛研究， 由于高刚度和精度，特别是由于并联机器人有限度的自由 空间 （自由度）。 1988 年， 提出了著名的三自由度并联机器人 角形 机器人 。这导致在调查并联机器人腿部结构建造的有限自由度的利益受到限制。 1998 年， 2，提出了只采用旋转接头和每个连接腿包含平面四杆平行四边形 3 自由度并联机器人。在2002 年， 人 3，提出了可以安装在有限的自由度并联机构复合对和子链。 2003年， 4采用平行四边形来设计新的并联机械手。所有这些努力促进了并联机器人，而在这种机器人当中某些闭环子链被用作腿结构的一部分。 奇异性分析是并联机器人的发展与应用的一个重要问题，并在文学中已获得极大关注。早期的文献谈及机器臂的不良配置是。许多学者研究了雅可比机 械手的奇异矩阵。 强调了在闭环机制中遇到的构造奇异点的分歧。提出了基于雅可比机构矩阵性质的奇异性的一般分类。 8，使用的雅可比矩阵的性质研究平面 机械手的奇异点。 ，开发有限自由度并联机器人的雅可比分析的方法，并研究了雅可比矩阵，提供了有关这两个架构和约束奇异的信息。 0分析了特殊成型的判别矩阵，并发现了并联机器人的几何形状奇异的构造。 1讨论限制自由度的并联机器人作为四肢奇异，平台奇异和驱动奇异的奇异案例。 2在雅可比矩阵复杂的情况下基于找到并联机器人的奇异构造，提出格拉斯曼直线几何。人 13，强调了并联机器人的奇异性问题，它是基于螺旋理论终端的约束。另外，人 14研究了三种过度驱动的三自由度 方海荣 等 ：基于 自行车 架 反螺旋理论奇异性分析优化设计 平面并联机器人的奇异性，这种并联机构已经应用在制造业机床的发展上了。近日， 5提出了一种方法来研究接近于基于静态分析并联机器人奇异。虽然奇异性的研究吸引很多的关注并且已经做了大量 的研究，避免求解雅可比矩阵复杂性的典型的方法仍然很少。 本文提出了一种有四个相同链腿的新型空间三自由度并联机器人。每个链腿的由一个对称的球形 6 自由度联动和连接底座和平台 2 个 6 自由度联动转动关节组成。在等价螺旋系统 17面的广义运动副 16的概念被用来调查由链腿施加在平台上的约束力。考虑到机械手的几何特征，该机械手的奇异标准是基于约束的相关派生出来的 21 强调了现有的单数 约束 构造的条件。 2 新型三自由度并联机器人的结构 新型并联机器人 23，如图 1 所示 ，由一个平台，一个底座和 四个相同的链腿 b 和平台 p。基准和平台是 在方形范围内的 ， 并且用字母 r 来表示 ， 同时 它 用来 描述 正方形的内切圆半径 。四链腿标记为 个链腿包含一个闭环子链，这种闭环子链是具有对称结构的球形 6自由度的联动结构。闭环子链通过旋转接头连接到底座和平台。安装在基座的转动关节标记 =1， 2， 3， 4），并且附连到平台的接头被标记 j=5， 6， 7， 8） 。 图 1 新型的对称的 3联机器人 仔细观察图 2 中的球形 6 自由度联动关节。所有的转动关节的中心轴轴相交于公共点的 = 1， 2， 3， 4）。两个相邻关节轴心之间的夹角被表示为 形 6 自由度连杆的几何形状的特征在于所述角度。由于 6 自由度联动对称结构， 角长度之间的关系被引入作为 图 2 对称闭环子链应示意草图 这里指出，连接在平台和基座上的转动关节是对称分布，并且分别在每个平台的转动关节的轴是共面的。由于球形 6 自由度联动机构通过这些对称分布转动关节被连接到基座和平台，每个公共点 点 中心的圆上 。考虑到并行操纵器的结构和几何特性，这四个共同点 持在一个共同的平面 H 上，这个平面是平台 p 和基准 B 的对称平面。 图 3 并联机器人的对称平面 3 链腿和约束分析等效螺钉系统 对于在链腿中有闭环子链的并联机器人，如 器人 1和 纵器 2，这种机械手的约束分析，可以基于等效螺旋系统的广义运动副的概念进行分析。它意味着一个闭环子链可以被认为是一个广义的运动副，用来执行相同输出运动因为输出链路保持对应于一般结构独特的流动性。 在图 4 中球形 6 自由度联动结构是一个双肢输出链 接的并联机构运动特性，这种链 中国机械工程 学报 2012,第 25 卷 ,4 号 接可以用螺旋理论来揭示的输出链接。如图 4所示，考虑机构的结构特点，该局部坐标原点附连到公共点 x 轴是第二回转轴线 z 轴的重合，它是垂直于由形成的平面关节 5的轴。因此，肢 其中，（ （ 0， 0）和（ a3，别是肢体 向 的转动关节的 2和 图 4 链腿 螺旋分析 相对于相同的框架，肢腿 其中，（ （ 0）和（ 别是在肢体 向转动关节 6的方向向量。 因此，球形 6 自由度联动机构的约束系统是 这表明，该约束螺旋形成三元体系。运动螺旋相互的制约，并且可以很容易地计算出来。链路 其中 $k=1， 2， 3）表示的输出链路形 6 自由度连杆可作为一个具有三个旋转自由度广义球形运动副。在这种条件下，球形 6 自由度连杆被替换为 3 自由度的广义运动副，这种运动副为了研究施加在链型腿平台上的约束而形成的。链腿被视为串 行运动链，由四个关节和五个常用的旋转接头组成。 等效串联运动链的扭转系统是一个 5 系统的结构，并且可以相对于待表达到本地帧和给定为 (5) 其中，（ （ 示的转动关节 1在局部坐标系 标（ （ 转动关节 1的中心。因此，连锁腿的约束系统可衍生为 这表明，每个链腿施加在平台上一个约束力，并且约束力位于由四个共同点 束螺旋 $别为 $ $共面。因为零节距螺 纹 $ 个运动螺旋倒数形成的曲折系统。 当的转动关节 5的轴线是平行的，在上述约束力变得 在公式（ 6）中，链腿 外三个约束螺钉可以从链腿 成。因此，四条链腿应用了 4个约束力到平台上，和四个约束力分布在所述对称平面 H. 根据约束螺旋系统，并联机器人的平台有 3 个自由度，并且他们有两个旋转和一个平移运动。 4 并联机器人的奇异性 如前面提到的，该对称球面 6 自由度联动可由等效广义运动副与三个旋转自由度来代替。正在考虑在如图 1 所示的并联机器人 方海荣 等 ：基于 自行车 架 反螺旋理论奇异性分析优化设计 的等效 运动学模型被如图 5 所示的运动模型说明， 这里的链腿由等效串联运动链取代。固定全局坐标系 原点到该底座上基座的中心。 z 轴垂直于基座和 于每一个链条腿，坐标框架 i。该 z 轴平行于定坐标轴 z 轴和西轴分别沿 图 5 机械手的等效运动学模型 根据此新型并联机器人的几何特征，链路长度对于所有等效的运动链是相同的，其中每条链腿 图 5 所示。 坐标系腿中， 6 自由度联动共同点 齐次坐标可以表示为 其中， 一个为 标 i 从 1 至 4 个识别链型腿的数目。 点 其中 因为 z 轴线平行于固定的 z 轴，角度确定 i，即 i=0 和 i=0。共同点 9）派生出来并且简化为 考虑到对称平面由四个公共点形成的，它可通过任意三个点的 设 2和 称平面 H 可在全局坐标系中表示出来并且给定为 当三个角度 1， 2， 3 是不相等的，在对称平面中的三个约束与底座是交叉的。它意味着，对称平面与基座相交并且对称平面与 面的交点可以被描述为 根据图 5中所示的机械手的几何特征中，线 结合方程（ 12）和（ 13），交叉点 因此，在全局坐标系中链腿约束 标，由下式给出： 中国机械工程 学报 2012,第 25 卷 ,4 号 同样， 标的约束 $ $下式给出 对于链腿 公共点 定。它意味着该角度 4 可由角 1， 2和 3表示。因为零间距的四个螺旋约束是共面的 ，所述约束系统的变化可以通过调查代表性公共点 3的 $ 三个螺旋约束的等级可以计算，如 其中 R（ ） 这表明，当三个约束同时与底座相交时，三个约束是独立的。 根据螺旋系统的依赖性，这种的条件下，所述由四链型腿施加平台上系统约束不变质。 结构 上 ，当三个独立的角度 1,2,3是不相等的时候，没有奇异性。 当对称平面 H 和基座相交，但对应于两个不相邻的 链腿两个约束是平行于基座的时候，对称平面 H 与平面 交点是平行于图任 x 轴或 y 轴，如图 6 所示。假定该约束$于四个链腿的对称分，所以通过共同点 3线平行于基座。在这种条件下，该角度的关系 1和 3为 在这种结构中，约束 $ 图 6 两个约束平行于底座的结构 从公式（ 15），（ 17），（ 19）和（ 20），三个螺旋约束 $ $级别可以得到，也就是 R（ S） = 3。它意味着 这种结构，三个约束是独立的，并且没有奇异性。 当四个约束反力是平行于基座，同时对称平面 H 平行于底座和平台，在全局的四个约束成表达变为： 方海荣 等 ：基于 自行车 架 反螺旋理论奇异性分析优化设计 在这种条件下，公式（ 21）在四个螺旋约束形成的 3 因此，当角度 1， 2， 3和 4相等时，平台的约束奇异性出现变化，并移动到在等式（ 22）中特殊配置发生了变化。 从几何图形中 ，当 i=0，或者 i=，每条链腿球形 6 自由度联动接头是共面的。在这种情况下，链腿的奇异性也会出现。 当 i= r 四个共同点成为重合，如图 7 所示。考虑反余弦的领域，只当 r 奇异性存在。 图 7 并联机器人奇异点 5 结论 （ 1） 新型的 3 自由度并联机器人有两个旋转自由度和一个平移自由度呈现。强调了并联机器人的几何特征，并提出了对称面。 （ 2）研究链腿的约束是基于广义运动副的等效螺旋系统而言的概念的基础上进行的。 （ 3）机械手的奇异点的分析，是根据施加的平台和约束螺钉的依赖性进行分析的，并且只有在四条链腿的四个共同点变得一致，约束奇异点才会出现。 （ 4）研究了链腿的单数结构。 参考文献 本科毕业论文（设计）任务书 论文（设计） 题目 基于 院（系、中心） 工程学院 专 业 机械设计制造 及其自动化 年 级 2011级 选题来源 科研 课题 纵向课题（ ） 选题类型 理论研究（ ） 横向课题（ ） 教师自拟课题（） 应用基础研究（ ） 学生自拟课题（ ） 技术或工程开发（） 论文（设计）的基本构思和基本任务： 基本构思： 本课题的主要 设计一种 三自由度机械手，该机械手有三个自由度，满足工件的搬运和调向的动作要求，控制系统采用具有三轴运 动控制功能的 以应用在机械加工生产线等场合 。 根据被加工工件的动作要求，选择适用于各个关节的伺服电机，末端执行器的作用是抓紧工件，拟选用合适的夹紧机构，根据产品的形状和大小设计合适的机械手。选择合适的电气控制元件，设计机械手的电气控制系统。根据所选择的伺服电机和机械手各个关节的运动要求，选择合适的支撑结构满足机械手动作的要求。 基本任务： （ 1）根据课题要求，查阅三自由度机械手相关的中外文资料或专利。 （ 2）确定三自由度机械手设计 的总体 结构设计方案， 选择合适的 （ 3）计算各个运动机 构的行程，选择合适的伺服电机，确定并对各个自由度的支撑方案。 （ 4）根据被加工工件的尺寸，设计合适的夹紧机构。 （ 5）设计各机械部件的结构和尺寸，利用三维设计软件绘制装置的三维设计图。 （ 6）设计 写 （ 7）绘制二维总体装配图，并对各个零件进行详细设计，绘制零件的二维设计图。 （ 8）撰写毕业说明书。 目前的基础（包括资料收集情况、前期工作情况等） 理论方面：目前已搜集和整理了关于三自由度机械手的相关资料和参考书，查阅了三自由度机械手的 国 内 外 现状与 发展趋势 的相关资料，基本上 明确了 三自由度机械手设计的 工作原理和基本结构。 通过对前期所搜集的资料进行学习，明确了三自由度机械手设计 的设计任务和设计思路 。 软件方面：掌握了三维设计软件和二维工程图设计的基本功能，学习 了 制和编程的相关知识。 论文（设计）进度安排 2015年 3月 8日 3月 31日：查阅关于三自由度机械手的 国 内 外 现状与 发展趋势的相关资料，了解三自由度机械手的应用。熟悉三自由度机械手的工作原理。学习相关三 维设计软件的使用，进一步熟悉 指令，翻译相关外文文献。参加毕业实习，了解 实习单位与毕业设计题目相关的应用。 确定 三自由度机械手设计的总体设计方案，撰写开题报告，完成开题。 2015年 4月 1日 4月 10日：进一步明确 三自由度机械手机械部分的总体设计方案 。根据 三自由度机械手设计 的设计要求，选择合适的 伺服电机等元件。完成三自由度机械手 的总体结构设计，确定关键零件的结构和尺寸。 2015年 4月 11 日 4月 30日：绘制 三自由度机械手 整体 机构 的三维装配图和零件图。明确各零件的技术要求，绘制零件的二维 工程图。设计 制系统，根据三自由度机械手的控制功能，编制 2015年 5月 1日 5月 15日：进一步完善总体设计，完成二维工程图的设计，完善各零件的具体技术要求，开始撰写毕业论文。 2015年 5月 15日 5月 31日：完善毕业论文，准备毕业答辩资料。 论文起止时间：自 2015年 3月 8日起 2016年 5月 31日止 学生（签名）： 指导教师（签名）： 院（系、中心）负责人（签名）： 本 科 毕 业 设 计 基于 动的三自由度机械手设计 I 摘 要 当今，在机械、医药、军事等各个领域中，机械手的出现频率越来越高 。机械手的应用，使工业生产能够飞速发展，不仅仅提高了生产效率，改进了生产质量，减少次品的出品率，而且机械手能够解放生产力，减少人力劳动的强度，更为重要的是机械手能够在恶劣条件下进行工作作业，完成人力不能完成的任务。机械手涵盖了机械手机、机械原理、控制原理、 学、材料学、传感器等众多方面的知识和内容 ，是一门综合性质很强的技术 。 本次毕业设计中，根据潘存云教授的发明，用球齿轮代替铰链接，设计 一种机械手结构，能够实现机械手在半球体内的 360 度任意 位置自由定位 和指向要求 。球齿轮最大的优势在于球齿轮的 360 度 可自由性定位，从而实现空间指向 和任意位置的定位，该三自由度机械手有三个自由度，满足工件的打磨、钻孔以及部分搬运工作 的动作要求 。 此次设计包括机械手的手部、手腕、手臂的结构和连接方式，驱动机构的选择，底座和机架的设计等方面， 主要进行的是机械手整个结构的设计， 并且分析球齿轮机构的传递方面的参数，机械手的控制参数等等。 在控制系统方面， 该三自由度机械手的控制系统采用具有三自由度运动控制功能的并且进行框架设计、连线设计、程序编写，设计了自动和手动的两套程序，便于机械手 应用在机械加工生产线等场合。 关键词： 机械手 ； 球齿轮 ； 三自由度 ； a of in of s of of of of is to of as is a of to of a a to to in 60 of is a to 60on of of to is to of to of LC of of of of 录 摘 要 . I . 绪论 . 1 2 机械手研究的背景以及 介绍 . 4 械手的发展历史 . 4 械手发展的意义和应用 . 5 械手的分类 . 5 械手的未来发展 . 6 件在设计中的使用 . 8 发展简介 . 8 概念和特点 . 9 章小结 . 11 3 机械手的整体方案的确定 . 13 械手的组成 . 13 械手结构的详细介绍 . 15 械手的功能和原理 . 17 齿轮的形成原理 . 19 齿轮的特点和安装 . 19 齿轮传动的啮合特点 . 20 齿轮正确啮合的条件 . 21 齿轮连续传动的条件 . 22 齿轮的变位修正 . 22 齿轮有关的方程 . 22 章小结 . 23 4 机械手关键尺寸设计 . 24 械手设计参数的设定 . 24 械手的技术参数列表 . 24 轮的设计 . 24 齿轮连接结构设计 . 29 械手手腕部分球齿轮角度的计算 . 32 动模块的设计与计算 . 33 机转角的计算 . 35 章小结 . 36 5 机械手 制的搭建 . 37 制系统设计的基本步骤 . 37 制系统的工作原理 . 37 驱动方案 . 38 案框架设计 . 38 器件的选择 . 39 章小结 . 43 6 基于 部件校核 . 44 论 . 44 部件受力分析 . 44 轮分析 . 44 间齿轮分析 . 48 间齿轮分析 . 51 章小结 . 53 7 基于 械手运动学仿真 . 54 真工具简介 . 54 维模型软件仿真 . 54 章小结 . 55 8 结 论 . 56 参考文献 . 57 致谢 . 58 V 第一章 绪论 1 1 绪论 本课题设计任务是 设计一个 基于 动的三自由度机械手。此次设计的机械手有三个方向的自由度，满足工件的搬运和调向的动作要求。该三自由度机械手的控制系统采用具有三自由度运动控制功能的 以应用在机械加工生产线等场合。 本课题来源于教师自拟课题，选题的类型是应用于工程或技术开发。随着社会与科技的进步，许多高端的科技产物不断浮出水 面，机械手就是体现现代社会发展与科学技术相结合的最为显著的成果 。在某些特定的生产场合，人工操作存在很大的危险性，放射性强、易燃易爆、重工机械、装配生产线、组装生产线、热能加工车间等的场所均存在对人类生命的威胁和伤害， 假如机械手在这些场合进行工作，可以很好避免很多不必要的伤害 。 机械手设计首先要求设计人员有较全面的科技项目能力，掌握了解最新的科技动态发展，应用最先进的科技，创新创造思维，利用最新科技和 技术工艺研究最新的机械手，才能使科技获得发展，公司利润增高。在技术上 一般会提到如下 三方面着手：一、跟踪与创新科技最新技术成果，使创新思维处于创造创新的最前端，以获得最新技术；二、不断自我创新创造设计，将的技术不断更新发展，以应用到社会实践中去，与社会、时代接轨，降低人工作业量，提高人身安全保证；三、 增进 合作发展，不断创新， 从而提高 生产 技术 。 现阶段，机械手的结构大多是以铰链接、正交连接为主，传统的工业机械手、工业焊接机械手、物料抓取机械手等各种各样的机械手都是以齿轮齿条为传动条件，以铰链接和滑动连接为主要的 连接方式，而在机械手腕中则是以铰链接为主的连接方式。因而在连接方式上加以改进和设计是很值得研究的。在本次毕业设计中，采用球齿轮结构以代替铰链接进行改进和研究，探究一种最新的机械手的连接和传动方式。球齿轮结构可以实现空间 180 度旋转和位置指定，能够很好适应机械手的功能。 机械手的控制性能方面，现在的控制系统与传统的控制系统也存在很大的差别，在传统机械中，针对一些简单的、稳定的系统，通常采用一些机械控制、继电器控制的方案。在这些系统中，机械的运动轨迹一般比较简单，机械手运动相对比较灵活，物体一般进行重复的、无难 度的动作。但在这些系统中，机械控制相对臃肿，接线复杂，耐用毕业设计 2 性不强，可靠性低，很容易出现故障，因而需要经常维护。在现代的社会生活中很难有立足之地。 在现代化的大机械生产中， 到了很重要的作用。 智能化的控制系统，它 是传统电气控制和计算机良好结合的产物。相比于传统继电器， 适应性强，使用方便，小巧轻便，用简单的程序控制就可以解决传统控制中臃肿的接线。 程简单，适合普通人群学习、编程，而且程序不会受到来自高寒、风雨的影响，能够稳定运行。 已经市场中形成一定的规模，因而其标准化、模块化 相对成熟，易于更新和安装，调试相对简单，易于维护。 本文设计的机械手在传动、连接结构上进行了改变和设计，使机械手在传动中拥有更好的弯曲和柔性，空间范围内可以进行更为广阔的旋转和指向，在此基础上，运用为控制系统，能够更加灵活多变地 让机械手完成各种指定动作 。 机械手就像人一样， 当于大脑的控制中枢 ，给机械手指令，使机械手通过电机可以实现在湿度、电磁干扰以及其他复杂情况下的稳定工作，机械手能够进行灵活的、 “有思维 ”的工作。 此次设计主要包括对触摸屏、 进电机的选型和计算。侧重点在于设计控制系统 的框架以及在 制下的步进电机的转动角度和滚珠丝杠之间的角度关系和步进电机的脉冲当量与空间角度之间的关系，并以此为依据为 供详细的数据分析。而在触摸屏、步进电机上要设计之间的连接方式和其工作原理。 本次设计的重点还是在于机械结构方面的设计，而 制原理、步进电机的选择以及对于触摸屏的选择则是作为次要的部分。 机械手在现代的生活中使用的频率越来越高，而作为高科技的产物，机械手对于当今社会甚至是未来社会的发展的重要性，是不言而喻的： （ 1） 机械手能够完成一些精确、精密的工作 ，为了提高效率，在很多生产线都使用通用机械手，完成一些简单的工作，解放人力。 （ 2） 机械手是在特定程序或者继电器的作用下进行工作，能够往复工作、重复工作，并且速率和频率都是保持恒定。避免了人力劳动因为时间过长而产生的疲劳感和工作性的滞后，保证了效率和节奏。 （ 3） 改善劳动条件，有利于人性化考虑。 第一章 绪论 3 作为人类，其生活和生存条件是有一定要求的。在一些恶劣的环境中，假如出现高温、毒气、噪音等的不良因素 会从触觉、嗅觉、听觉等方面影响人力的正常工作，甚至是给人造成身体上的伤害。机械手的构成一般是金属，而金属对于恶劣的外界条件可以有效防止伤害。机械手作业可以保证人身安全，保护人类。 因 而 机 械 手 在 未 来 的 应 用 是 大 势 所 趋 。毕业设计 4 2 机械手研究的背景以及 介绍 械手的发展历史 机械手一般为三类：一是通用型机械手， 机械手是通过自身配有控制程序，本身是一个独立的小个体，它可以脱离主体进行单独工作，并且过程中可以自主完成，不依靠人力操作。 二是人工操作机械手。 最早使用此类机械手的是军工行业，主要是采用人力控制关键的程序。为了人身安全，后来逐渐发展到一定距离的远程控制。 三 是专用机械手，用于工件的装卸和材料搬运和卸载， 一般配合自动生产线共同使用， 是实现现代化和自动化的一个重要环节。它 工作程序是固定的，并且 由主机驱动服务，在特定场合实现专一的功能，一半是专用的。 机械手第一次出现在世界上是在美 国。在二十世纪初美国人，就对机械手研究产生了浓厚的兴趣，并于 1958 年产生了第一个机械手。 此机械手结构简单：由主机、长臂、电磁机械爪组成，在一定条件下进行物件的抓取。经过几年的发展，美国的另外一家公司研发了一台基于数控的机械手，主要用于示教功能再现。该机械手的结构是区别于之前的机械手的形状的，主要采用的是坦克炮塔结构进行模拟设计，液压驱动来作为机械手的驱动关节，在现代的很多机械手、机械臂的结构中仍然能够看到此类结构。 日本紧随美国之后，在工业上应用机械手最早也是应用机械手最多，机械化 、生产线化发展飞速的国家。 1969 年 ，日本 从美国引进 机械手，并在此之后 ，开始 致力于研发不同功能和结构的 机械手，并 应用到 各种场合和工厂 ，不断促进工业的发展 。 前苏联在美日的竞争年代也不甘落后，于 60 年代后期开始研发并使用机械手，直到八十年代前苏联机械手已经很大程度上实现了国产化，并有低于 50%的机械手来自与进口，实现了很大的突破。 中国则是在 70 年代 才开始慢慢接触并发展机械手。当时，机械手大部分还是 以 引用 先进技术，结合应用为主，代替部分人力劳动； 80 年代 ， 中国 开始重视机械化、自动化的发展与设计，并不断地进行机 械手的设计、研究 ，中国的机械化水平迅速发展 。 90年代中国属于应用期，如柯马（上海）汽车设备有限公司等开发适用于用户要求的机械手以满足市场要求。进入 21 世纪 ，国内使用的机械手进口所占比例依然较大，处于自主研发和制造的机械手也是不占少数， 2012 年各占 50%左右，约 15000 台上下 。 机械第二章 机械手研究的背景以及 介绍 5 手 解放了劳动力，给与了人工充足的休息时间 ，提高了生产效率，加强了人类的发展进程， 机械手的使用和研发俨然成为社会发展的焦点。 械手发展的意义和应用 在目前广泛应用的工业和研发领域中，工业机器人技术越来越受到重视，生产领域的机器人又称为 “工业机械手 ”，是工业机器人的一个分支。 机械手的出现，保证了生产过程中的产品质量、生产效率，减轻了人类的强度和枯燥性，为人类争取了更多的空余时间。 机械手的出现，是为了满足大时代背景下的工业化生产的的需要。在一定的条件下，为了获取更高的利润和效益，不断进行研究设计。另外一个方面机械手的不断发展， 也加快 了机械发展的 步伐，在领域内不断出现新的成果，在生产工艺、制造技术等方面不断成熟，加快了机械手的发展。 它 的出现在很大程度上促进 了社会的现代化的发展，人类文明的不断进步也与机械手的发展有很大的关联 。机械手的发展带动了成本控制、市场营销、控制系统、控制方式、传感器设置、加工设备等各方面的因素的综合发展。当然机械手的出现更为重要的方向是机械手带给了人类生产方式的变革，从原始的人力、畜力劳动到纯粹的机械化生产，能够进行简单、重复的、枯燥的大批量的生产制造，为大工业化和生产的批量化提供了必要的条件。 在未来机械手的智能化、灵敏程度将是 机械手性能重要的衡量标准 。同时机械手代替完成人类的特定工作的性能将是十分重要的，未来机械手的发展将是对于解放人类，解放生产力，满足大数据时代的生产要求的重要因素。 械手的分类 根据驱动方式 ， 机械手 有 液压传动机械手、气压传动机械手、机械传动机械手和电力传动机械手 四种分类 ： （ 1） 液压传动机械手 机械手的驱动部件主要是以液压缸和液压泵等具有液压压力的机构 。 液压系统的特点也是十分显著的，它受 重比较大，在运行过程中，相对平稳，结构上小巧精密，同时具有液体缓冲的特点。液压对于外界条件感知度比较高，但是液压系统存在液体，因而毕业设计 6 对于系统密封性要求比较严格，否则对工作系统的影响巨大。液体在高温下流动性会过大，在温度过低的情况下，流动性会受到影响，因此系统对温度的要求也是很严格。在系统控制中，一般采用电液伺服系统进行控制和驱动，避免了液体存在的可压缩行对于精度的影响，而避免误差，实现精确的连续控制，这种系统弥补了液压的不足，是液压系统能够广泛地应用。 （ 2） 气压传动机械手 此机械手的工作介质就是来源丰富的空气。空气在 地球 各个角落中都可以接触到。因而其来源是广阔的，气压崩或者气压装置通过压缩空气，使产生挤压，就会存在推力，从而灵敏驱动机械手。 在同样抓重条件下， 气压驱动的结构装置相对于其 它 的装置结构略显臃肿。 在气动装置中，空气作为主要的额工作介质，其压缩性能较差，在一些场合和误操作的情况下容易产生偏差。因而其工作环境也是要求在空气相对稳定的情 况下进行 。 （ 3） 机械传动机械手 一方面，它以传统机械的驱动装置为主，主要包括齿轮、凸轮、棘轮等结构来驱动机械手进行动作，而它本身没有动力源，需要外加动力装置。 另一方面 动作 过程中，频率大，结构复杂，但结构较大，动作程序一旦设计，修改不容易，属于传统的传动方式的一种。 此类机械手的优势就在于它的精度高，运行相对稳定。 （ 4） 电力传动机械手 电力传动的机械手主要的传递的动力是依据电机来进行的，它直接与步进电机、功率步进电机相连接而组合形成的，不需要中间的转换、传动装置，结构紧凑、运动精密、速度控制准确，长距离运动的精度高，在使用和维护上方便 。此 机械手在发展上相对于其 它 机械手，略有落后，发展前景潜力无限 。 械手的未来发展 随着 机械手 的 发展，越来越追求小型和智能 ，其应用领域 不会仅仅停留在 传统机械领域，而 将会 向着生物技术、电子信息、生命科学及航空航天等高信息、智能化、微型化的高端行业发展。 第二章 机械手研究的背景以及 介绍 7 智能手机和 户端的不断发展和进步，推进了智能化信息科学的发展，在此基础上，机械手与智能化的结合也是顺应科技发展的潮流。将智能设备和感官传感器结合，使机械手 在一定条件下 反馈外界环境的变化， 并对控制主机进行反馈 。 能够检测出系统数据的变化，并且随时做出相应的修改和更新 ，重点研究的是视觉和触觉功能上的创新，目前国外已经取得一定成绩。 机械手随着科技和社会的不断发展，其定位和未 来的发展方向也是不断变化的，在早期以实现控制为主，而现在机械手的智能化以及可适应程度更为重要，其具体的发展方向可概括一下几点： （ 1）随 着信息化与网络化的现代社会中，大数据时代的到来，机械手对于移动端、个人 器件体积小，集成度提高， 编程性优良、体积小、智能化充分、易于携带和移动，操作界面的人性化、安全可靠性等方面都有很高的要求。 （ 2） 在结构方面，进行标准化形成高集成度的模块，配有专业的电机、传感器、检测器等配件，逐渐像模块标准化发展。 （ 3） 计算速度、安全可靠性、操作人机化等方面的性能要求提高，易于维修和更换以及标准化的配件 。 （ 4） 力觉和视觉等 智能 传感 系统和控制系统的采用 ，运用 各种 传感器的融合 技术 ，模拟 动物进行感知， 来进行环境条件感知、智能建模及决策输出等功能 ；几种 传感器 一起 使用技术 ， 在 工程技术领域已经有成功的使用案例 。 （ 5） 虚拟现实技术在机械手中的应用也是将来机械以及工业机械的发展的重要的方向。 虚拟现实技术就像人类的大脑，对于机械手的各种动作在电脑中进行不断模拟计算和仿真分析，进而编程现实中的控制，甚至运用在远程控制。 （ 6） 来源于军工的人为控制的机械手，在未来将发展成为远程操控的机械手，即通过远程操控和近地的控制和反馈系统共同组成机械手的控制和动作，使远程的智能化成为可能。 机械手不但在技术上促进了 机械行业、控制行业以及其他辅助行业的发展，带动了社会的进步，而且 在管理方式上也带来了巨大的变化，是管理体系不断更新，从而改变毕业设计 8 了企业的综合实力 ， 在同行同业中的竞争力不断提升， 同时也促进 世界工业的整体 的发展。 机械手在一定程度上推动了人类的进步、变革了生产模式。 件在设计中的使用 件结构模块众多，功能强大 ,聚集了三维建模、运动仿真、有限元分析、流体仿真等系列功能和作用。 比于其他的设计软件更加注重人性化设计，在 操作界面模拟 作界面进行设计，界面清晰易懂，使基于微软系统的用户可以很好地适应 使用。 有三维建模、运动仿真、 程制图等模块，能够很好地协助开发者进行尺寸的确定，运动方案的确定以及运动方案原理的可行性分析，它能够对物体的质量、重心等性能进行分析 。 界面设计方面简单易懂，操作方便，对于初学者和研究者来说都十分便捷，而与此同时，功能上的强大对于产品设计来说尤为重要 。 管是设计大型设备还是小型装备，都能够很好适应要求。它的三维设计主要以草图拉伸作为模型建造的主要方式 。 它能够顺利完成大型的、复杂的工作，并且在较短的时间内，提高了设计者的效率，也能够确保产品质量。 在目前市场上所使用的三维建模软件中， 设计操作简单而方便易懂的软件之一， 它 在设计过程中也便于设计者及时地进行尺寸的修改和更正， 避免发生重大事故 。 于产品的开发十分有利。 发展简介 现在，实际的应用中 为控制器，应用已经十分普遍 。在机械制造、印刷等众多领域中均有使用和应用 ，而在机械生产中 应用更为广泛 。与传统的继电器和其它编程器相比较，它能够很大程度地简化接线，不但方便了安装，而且可靠性得到了很好的保护，维修量可以得到很好的控制，大大提高了工效，减少了维护的复性。 工业生产中 以根据不同工艺的技术要求和流程进行 编程，不但加快了生产的周期，而且保证了生产的之恋，能够很好地适应现在告诉发展的社会， 复杂工艺的生产中显得越来越重要 。 第二章 机械手研究的背景以及 介绍 9 概念和特点 （ 1） 统的整体框架 据组成的框架不同，也有不同的分类：一般 整体式和模块式两种 。而整体式和模块式的 分别有自己优势和不足。 在价格上整体模块相对于模块式便宜，但是功能性和灵活性方面，模块化更优秀。 而模块式的 通性更好在一定的条件下能够进行重复适应，并且适应性比较好，能够运用于更多的场合。 组成通常也是大同小异的，普通的 般包括输入 单元、 出单元 等模块，并且这些模块通过串行线进行连接形成一个完整的系统，并在程序的控制下完成特定的功能 。 要是通过编写程序完成通信、控制以及软件和硬件之间的联系，其程序编写简便，容易上手，并能够完成生产上的自动控制的要求。 （ 2） 硬件结构 要由 储器、 I/O、电源、 编程器 、驱动器 等几组成 ， 件结构如 图 2示。 图 2统组成 1)中央控制处理单元 (它是整个 作的大脑，主要的控制程序就是通过 行控制。 般采用通用单片机或者微处理器进行工作， 用户程序、系统程序以及扫描过程中存在的数据都是存储在 中。 毕业设计 10 2)存储器 系统存储器和用户存储器是组成存储器的两个主要区域，一个是用来存放系统管理程序，另外一个则是用来存放使用过程中的程序。 3)输入接口电路 它是根据 使用的标准点评，对输入信号量进行转换
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