机械手臂设计
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机械手臂设计范文第1篇
关键词 机械手 结构设计 控制系统
0引言
随着科技的飞速发展，机械手在大规模劳动密集型生产中得到了重要应用，成为自动化生产线上不可或缺的一员。机械手提高了生产自动化程度，降低了劳动强度和用工成本，提高了生产效率和产品合格率，提高了生产自动化程度。机械手在生产中仍有许多机械结构和控制系统问题存在，不断加大对机械手的研究，增强其智能性、适应性、准确性和稳定性，满足日益提高的F代化生产要求。
1.1底座结构设计
底座是整个机械手臂的支撑部分，是执行腰部360度回转的机构，也是安装动力源、控制系统和驱动系统的部位。
1.2手臂结构设计
手臂是支撑和带动手腕和手部的重要部件，分为有关节臂和无关节臂，本文所设计的机械手臂试验装置为无关节臂，并采用直流电机驱动，锥齿轮或内啮合齿轮传动。
1.3手腕结构设计
手腕是用于连接手臂和手部的部件，通过左右旋转平移和俯仰转动，可以调整机械手执行操作时的位置和姿态。
1.4手部结构设计
手部是直接于物体接触的部件。根据手部与物体接触形式的不同可分为夹持式和吸附式。夹持式通过模仿人手指的结构形式，可分为无关节、固定关节和自由关节三种类型。根据手指数量又可分为二指、三指、四指等，其中二指应用最多。根据传力结构又可分为回转型和平移型，回转型结构简单，方便制造，因此常使用此类型；平移型可夹持范围大，但结构复杂，成本较高。本文采用二指回转型夹持式结构，手部有两个自由度，一个自由度用于夹持物体，一个自由度用于反转手腕，通过直流电机驱动。
设计所得机械臂采用的回转型机械手臂与人的手臂结构相似，前三个关节都是回转关节，底座与手臂形成类似人手臂的肩关节，手臂中大臂和小臂形成肘关节，大臂可以做回转运动，小臂可以做俯仰运动。此类机械臂工作范围大、运动灵活迅速、适应性强、通用性好。
2机械手臂驱动设计
驱动系统通过传动装置为整个机械手臂提供动力，关节型机械手的驱动系统主要由驱动装置和传动装置两部分组成。常见的驱动型式有液压传动、气动传动和电气传动，液压传动具有作用力大、结构紧凑、作用平稳、动作灵敏等优点，但其易产生漏油污染、结构复杂、成本较高；气动传动动作迅速、结构简单、无污染、维修方便，但由于空气易被压缩，工作不线性。工业机械手臂常使用液压传动和气动传动，但液压传动和气动传动结构复杂、成本较高，本文机械手臂作为实验装置，机械手臂不需要进行高强度、高负载的工作，故使用电气传动，具有运动速度快、可靠性好、运动精确、安装维修简单等优点，完全可以满足实验设备的需要。
3机械手臂控制系统设计
机械手臂控制系统控制着机械手臂按所发出指令要求运动。目前，工业机械手多采用程序控制系统和电气定位系统进行控制。机械手臂实验装置的控制系统较为简单，用单片机输出六路PWM脉冲信号分别控制机械手臂的六个舵机，需要输出一个20ms的脉冲来控制舵机，即可实现机械臂的六个自由度。对机械手臂的控制即对各电机的控制，计算机为控制系统的核心，分别由计算机、伺服控制卡、4套步进电机驱动单元和4套步进电机组成。
机械手臂控制系统设计主要时对驱动系统的设计、上位机控制界面的设计和上、下位机之间串口通信的设计等。
在对上位机控制界面设计时，主要包括五路舵机控制区、一路电机控制区和机械手运行示意图等方面。五路舵机控制区采用滚轮条的形式，在右侧的编辑框中实时显示各舵机的转动角度；一路电机控制区采用速度控制的形式，显示电机的正转、反转和停止；用机械手运行示意图实时显示机械手的运行情况，当相应舵机或电机运行时，会在相应的舵机或电机位置上加亮以表示正处于运行状态。
4结语
随着生产中对机械手需求量的不断增大，对机械手智能性、适应性、准确性和稳定性提出了越来越高的要求。我国对于机械手的研究和应用起步相对较晚，不能适应生产中对机械手提出的要求。对六自由度机械手臂实验装置的设计，实现对机械手的实时精确控制，解决存在各种问题，可以为控制算法和控制理论的测试、检验提供更佳的实验平台，更好地对机械手进行精确而又复杂的控制研究。
参考文献
[1] 范小兰，赵春锋.基于PLC的机械手控制在MCGS中的实现[J].制造业自动化，2012（18）.
机械手臂设计范文第2篇
目前我国正面临着经济结构调整与增长方式转变的转型期，这个转型期，目标明确无误，这就是实现现代化，实现中华民族的伟大复兴；转型的途径早已昭告天下，这就是落实科学发展观；转型的方向，也早已温暖人心，这就是构建社会主义和谐社会。水与电是国力强盛与民族复兴的重要能源，属于战略性资源，关乎国家经济命脉，并对下游产品产生直接影响。近年来，世界经济飞速发展，大大加剧了能源的过度开发，过度需求与过度浪费。吉林市是个丰水城市，以库容108亿立方米的松花湖为水源，人均水资源占有率为全国平均值的1.8倍，并且水质好，属于II～III类水体。但近年来受异常气象和水源污染的影响，给水质净化增加了一定的难度。吉林市的自来水厂建于1927年，至今已达84周年，跨越几个历史时期，饱经沧桑，管网及设备陈旧老化，加上资金短缺，仍然存在着耗能高、效率低、水资源流失严重的问题，要彻底转变尚需一段时间，为实现中华民族的伟大复兴，集团领导在经济转型中，坚持科学发展观，充分发挥第一生产力的作用和技术潜质，广辟节约创收蹊径，成效可观，现就生产、技术、企管等主要环节浅析如下。
二、广辟节约创收途径的做法与效果
（一）应用新技术改造落后产能，水质与产量显著提高
吉林市水务集团第一供水厂是个已建厂84年的老水厂，设备陈旧老化，虽经多次改造，仍然产能低下，四个净化系统每日只能生产6万m3/d的水，水质尚不可能完全达标，但根据我国的国情及建设节约型社会的宗旨，目前有些老的净化设备尚不能淘汰。为满足居民高质用水的需要，经工程技术人员的考察调研和论证，在一水厂三个净化系统中（新平流沉淀池、浮沉池、老平流深沉池）引进了哈尔滨市多项水处理技术有限公司19组并联管混合器；420片絮凝网格板，可形成140万个主微涡；同程同阻25mm加长型小间距斜板150m2，80mm间距侧向流斜板66m2；30mm间距侧向流斜板44m2。这些现代高端净化工艺设备在以上三种池型中安装运行后，出厂水浊度达1NTU以下，水质与产能卓见成效，供水量由6万m3/d增加到8.5万m3/d，仅用400多万元的投资就换取了每天增产2.5万m3/d优质成品水的成果，每年可为企业增收600多万元。
（二）进口设备国产化，降低维护费用，确保安全供水
1998年我公司二水厂从法国得利满公司引进的设计能力为12万m3/d供水设备投产运行，一段时间后出现故障。
由于设备及部件价格昂贵，购置周期长，势必严重影响安全供水。为解决这一问题，我们对部分设备进行了国产化，效果尚称理想，主要方法有三：
1、取而代之法：2002年二水厂从W&T公司引进的V2020远程真空加氯机玻璃转子计量罩受损，如进口需1.6万元，到货修复约1个月时间。经调研，找到了合作厂家，研制出替代产品，价格为进口听20%，仅十多天即解决问题。
2、消化吸收法：从某国ABB公司引进送水机组电动机4台，因制造工艺缺欠，投产以来，先后有3台主机主绝缘被击穿，需进行大修。由于原电机采用了整浸技术，必须进行整线圈更换式大修。如利用国内现有绝缘材料，既要满足绝缘等级（F级），还要满足原功率要求，给大修带来了大难题。面对挑战，我公司工程技术人员与大修厂家一道，破解这一难题。进而绝缘提高一级（H级），防护不变（IP23），磁路参数不变。经运行测试，较为理想，如此破解了国外电机利用国内现阶段绝缘材料进行大修的难题，又提高了电机的效率，为公司节省资金100多万元。
3、自身保护法：进口设备有一些关键部件是对用户限制的。PLC插件之一TSXAEM411，是调节恒液位过滤的关键部件，外方改动了其中部分部件，没有专用的设备不能将其中的程序解读，更不可能进行更改，这件部件，在保修期内就坏了近半，故价格很高，而且要到外方公司去购买。经分析我方技术人员对滤池系统的PLC加装高精度稳压电源来进行保护，运行几年来没有发生过损坏的事件。
（三）广寻节能降耗途径，建设节约型水务
吉林市水务集团是个耗电大户，供排水装机总容量19390KW，其中水厂14950KW，二次供水加压泵3422KW，目前电费在制水成本中所占比例已由上个世纪末的21%上升到目前的34%，加大了供水企业的经营压力。为保护民生，建设和谐水务，必须狠抓节能降耗工作，主要途径如下：
1、应用变频调速技术，提高水泵的效率
提高水泵的效率是水泵节电的关键，实际上就是提高水泵的有效功率。例如吉林市三水厂扩建后，在可预见的十年内，供水能力必然有较大的冗余量，故采用高压变频调速，以满足未来十年供水量的频繁变化与调节，确保供水时效性与经济性这两个指标有效统一，实现高效节能环保与稳定生产的可控制动态平衡。故对取水泵355KW/10KV 3台机组选用带手动一拖一旁路的变频器进行闭环运行。变频器有效的水泵闭环控制功能使水泵调节平滑可靠，转速无波动，电网侧功率因数提高到0.96以上，单台机组节电率达32%，三水厂每年可节省电费100多万元。
2、较大型的水泵尽量采用自灌式启动
三水厂旧系统取水泵站建于1975年，由于设计原因，泵室内三台水泵的安装高度偏高，允许吸上真空高度只有2.45m，2.34m， 0.68m，而自流管线长达350m，减去自流管线的水头损失，以上3个数值所剩无几，致使水泵抽力差，易汽蚀，投产后泵站的吸水能力满足不了每日10.8万m3/d要求，最大取水量仅为9.5万m3/d，为设计值的88%，为水泵额定值的79%。每m3水耗电量为0.124kw，比新建泵站自灌式取水机组每m3水耗电量高36%，节能降耗效果不好。鉴于上述情况，在2006年投产的新取水泵站中，安装了三台上海KSB水泵厂生产的RDL-600-670A水泵。该泵的特点是：结构合理，效率高，抗汽蚀能力强，运行可靠，效率η≥80%，（比原来提高3%—5%），水泵设计安装标高比旧系统取水泵低4.86m，达到自灌启动，单机平均出水流量经测试为4500m3/h，仅开一台机组就能达到一期设计流量，节电36%。
3、在二次供水改造工程中实现了实时监控，有效地控制了能源的消耗。
吉林市原有加压泵站935个，其中水务集团管理的有120个，占13%，其余87%即415个由产权单位自管，虽然泵站数量很多，但耗电量也很大，仍然解决不了群众吃水难问 题，管网漏失率高达40%，用户的水龙头经常流出黄水来，高层楼房成了上甘岭，群众怨声载道。二OO二年至二OO九年进行二次供水改造，将原来935座旧泵站改造成100座大中型区域加压泵站，实时监视和控制。节电效应很好，改造前加压泵电机总容量为15000kw，全年耗电量为9198万kwh，改造后加压泵电机总容量为4900kw，为改造前的33%；改造后全年总耗电量为2125万kwh，比改造前节电77%，相当于每年节省电费5814万元，群众吃水难的问题基本得到解决。
4、大力降低供水管网漏损率，节约水资源
为降低长期居高不下的管网漏损率，集团采用3个外聘单位与内查两个队伍，齐头并进。在各自承担区域查找管网暗漏。而后，根据查出的漏失量按合同兑现所得报酬。自2007年5月至2008年末，用累积一年半的时间在全市160平方公里范围内，几支队伍分片包干，用进口的高端仪器在1000公里的输配水干线路径上，昼夜兼程，采用路面听音、阀栓听音、阀栓漏水声波探测、管道探测、GPRS卫星定位法共探测出地下暗漏298处，并及时修复。制止漏水量2102m3/h，相当于每年1840万m3/年流量，全年可给集团公司创造价值1200多万元。自开展该项工作以来，供水的产销差率累计降低了8个百分点，为31.6%。
综上所述，可见吉林市水务集团有限公司在经济结构调整与增长方式转变的转型期，坚持科学发展观，面对困难和挑战，牢固树立“一粥一饭当思来这不易，一丝一缕恒念物力维艰”的观念，坚持勤俭建国，厉行节约的精神，充分发挥第一生产力的作用，克难求进，集思广益，汇聚民智，强化管理，全力实施应用新工艺改造落后产能、进口设备国产化、广寻节能降耗途径建设节能型水务的对策，取得了明显的社会经济效益，为供水企业高效、和谐、可持续发展作出一定的贡献。
机械手臂设计范文第3篇
随着工业生产自动化的快速发展，机械手因其高效和灵活的特点被广泛的关注和应用。机械手是一种可以模仿人手和臂的某些动作功能，并按照设定的轨迹、要求和程序抓取、搬运工件或进行操作工具的自动化装置，尤其适用于较大规模、自动化流程生产和一些复杂的生产环境中；例如高温、粉尘、放射性强、噪音较大的生产环境。机械手的应用对于提高机械生产率，降低工人的劳动强度，保障一线工人的安全都具有重要的意义。目前机械手常用的三种驱动方式为：液压驱动、气压驱动、电机驱动，其中液压驱动以输出转矩大，动作灵敏，可实现无极调速，调速范围较大的特点，多被用于运动速度较低并且扭矩要求较大的工作场合。
随着注塑行业的发展，人们对于塑料制品的需求量越来越大，对于塑件的工艺和强度也提出了新要求。为了提高塑件的局部强度，嵌件在塑件加工中被广泛使用。然而工厂在生产过程中手工安装嵌件的居多，这中安装方式效率低下，严重影响了注塑机的工作效率，降低了塑料制品的加工精度，自动上料机械手需求愈加强烈。
1 液压机械手基本组成
本文设计了一款四自由度液压机械手，通过液压缸进行控制，可以实现手臂的升降运动、伸缩运动、旋转运动，以及夹持部分的夹紧运动。其结构示意图如图 1 所示。
液压机械手主要包括控制系统、传动装置、执行机构、传感器装置等。其中，机械手的核心部分是控制系统，它是用以控制整个系统具体的运动过程。液压驱动是执行机构运行的传动装置。在机械手的组成中，最重要的是执行机构，而执行机构也同样是机械手内部的主体部分，机械手的执行机构是其夹持部分，主要由拉簧、杠杆、手指、楔块、杠杆支座、夹紧缸体等部分组成，其结构组成如图 2所示。
2 液压机械手运作原理
2.1 机械手运作原理
液压机械手可实现在两台立式注塑机之间交替进行安装嵌件的工作。机械手拥有四个自由度，分别为手臂的升降运动、手臂的旋转运动、手臂的伸缩运动，以及夹持部分的夹紧运动。采用液压驱动的控制方式，以圆柱坐标作为坐标形式，其动作原理如图3所示。液压机械手开始运行，首先手臂下降到嵌件上方预定位置A，张开机械手夹持装置，机械手手臂下降到嵌件上方，夹持装置夹紧嵌件，随后机械手臂上升到起始位置，并顺时针旋转90°到注塑机1上方位置，手臂开始向前伸出到注塑机上方预定位置B，手臂下降到指定位置，夹持装置松开，放置好嵌件后，手臂上升到起始高度，手臂缩回，顺时针旋转90°回到原点位置，注塑机1开始工作；其次手臂下降到嵌件上方预定位置A，张开机械手夹持装置，机械手手臂下降到嵌件上方，夹持装置夹紧嵌件，随后机械手臂上升到起始位置，并逆时针旋转90°到注塑机2上方位置，手臂开始向前伸出到注塑机上方预定位置C，手臂下降到指定位置，夹持装置松开，放置好嵌件后，手臂上升到起始高度，手臂缩回，顺时针旋转90°回到原点位置，注塑机2开始工作，机械手第一个工作周期完成，待注塑机1完成运作，机械手开始下一周期的工作。
2.2 液压系统的设计
机械手搬运物体是依靠液压系统实现的，液压系统是机械手运动的主要驱动方式，是机械手运动过程的核心控制部分。主要用来完成机械手的夹紧/松开、上/下伸缩、前/后运动以及旋转运动。机械手运动过程的液压系统主要由油泵、执行油缸、控制调节装置、以及辅助装置组成。此次设计中系统的主要参数如下表1、表2、表3所示。
2.3 液压系统元件的选择
（1）手部夹紧缸的分析计算
机械手臂设计范文第4篇
论文关键词：PLC,三维机械手,步进控制
随着自动化控制领域的不断发展，智能机械手的不断推新，机器人手臂的智能化程度不断提升，连续多角度控制的机器人手臂的出现，给机械手的教学带来了新的挑战。原来的教学机械手均以两维空间模拟仿真教学为主。自2007年全国电工电子技能大赛以来，三维空间的机械手的教学需求尤为突出。
一、三维机械手的硬件结构
图1所示是该三维机械手的实物图。整个三维机械手能完成八个自由度动作，手臂伸缩、手臂旋转、手爪上下、手爪紧松。手爪提升气缸采用双向电控气阀控制，气缸伸出或缩回可任意定位。磁性传感器用来检测手爪提升气缸处于伸出或缩回位置。手爪抓取物料由单向电控气阀控制，当单向电控气阀得电，手爪夹紧磁性传感器有信号输出，指示灯亮，单向电控气阀断电，手爪松开。旋转气缸用来控制机械手臂的正反转，由双向电控气阀控制。接近传感器用来判断机械手臂正转和反转到位后，接近传感器信号输出。双杆气缸用来控制机械手臂伸出、缩回，由双向电控气阀控制。气缸上装有两个磁性传感器，检测气缸伸出或缩回位置。缓冲器对旋转气缸高速正转和反转到位时，起缓冲减速作用。
二、三维机械手的动作过程
图2所示是该三维机械手的动作示意图。当需将工件有右工作台搬至左工作台时，在按下启动的时候，右工作台传感器判断有无工作，若有机械手动作，若无，机械手停止。当机械手左旋并前伸到位准备下降时，为了确保安全，必须在左工作台上无工件时才允许机械手下降。也就是说，若上一次搬运到左工作台上的工件尚未搬走时，机械手应自动停止下降。
图1 三维机械手实物图 图2三维机械手动作示意图
三维机械手的工作过程为：（1）从原点开始前伸；（原点位置为机械手右旋到限位，手臂缩回，手爪上升到上限位，手爪放松）（2）到前限位后开始下降；（3）倒下限位后，机械手加紧工件，延时2s；（4）上升；（5）到上限位后，缩回；（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，机械手松开，延时2s；（10）上升；（11）到上限位后，缩回；（12）到后限位后，右旋，返回原点。
根据三维机械手的工作过程及要求，可以画出机械手的动作流程图，如图3所示。
图3 机械手动作流程图 图4机械手状态转移图
三、PLC硬件的选择和I/O点分配
PLC的种类非常多，根据三维机械手的控制要求，由于其输入、输出节点少，要求电气控制部分体积较小，成本低，并能够用计算机对PLC进行监控和管理，故选用日本三菱（MITSUBISHI）公司生产的多功能小型FX1N-40MR-001主机。该机型合计有输入输出点40个，其中24个输入点和16个输出点，采用继电器方式有触点输出，能交流、直流负载两用。内部主要有：辅助继电器1280个，其殊功能辅助继电器256个，断电保持辅助继电器1152个；状态继电器1000个；定时继电器256个；计数继电器256个；数据寄存器8256个。
根据图3所示的三维机械手动作流程图，确定电气控制系统的I/O点分配，如表1所示。
根据图3流程图和表1的I/O分配表，可以编制出机械手的状态转移图，如图4所示。
四、控制程序的设计方法及编程运行
常用的PLC程序设计方法有经验法和顺序功能法。根据图4状态转移图，编制的步进梯形图程序如图5所示。
表1 三维机械手控制I/O分配表
输入
输出
名称
输入点
名称
输出点
停止
SB1
X0
手爪紧/松气缸阀
YV1
Y1
启动
SB2
X1
手臂气缸伸出阀
YV2
Y2
物品检测传感器
SQ0
X2
手臂气缸缩回阀
YV3
Y3
气动手爪传感器
SQ1
X3
提升气缸下降阀
YV4
Y4
旋转左限位接近传感器
SQ2
X4
提升气缸上升阀
YV5
Y5
旋转右限位接近传感器
SQ3
X5
旋转气缸左移阀
YV6
Y6
伸出臂前点限位传感器
SQ4
X6
旋转气缸右移阀
YV7
Y7
缩回臂后点限位传感器
SQ5
X7
提升气缸上限位传感器
SQ6
X10
提升气缸下限位传感器
SQ7
X11
图5 步进控制梯形图
图5中，M8044是用作原点条件，判断机械手是否在原点开始工作。
如果要实现断电保护，在图5的步进控制梯形图中，将普通辅助/计时/状态继电器均换成断电保护型。
上电后，直接初始状态继电器S0，在满足原点条件继电器M8044下，按下启动按钮SB2，X1得电，进入等待状态继电器S20；此时物品检测传感器SQ0检测到上料端有料，X2得电，进入机械手臂伸出状态S21；机械手伸出Y2得电，机械手前伸到前限位时，进入机械手下降状态；机械手下降Y4得电，机械手下降到下限位时，进入机械手抓料延时状态；机械手抓紧并延时，延时时间到，进入机械手上升状态…………如此，每当该步动作到位，限位条件满足时，状态转移进入下一工作步，进行动作。
需要停止时，按下停止按钮SB1,X0得电，停止标志继电器M0得电并自锁，当机械手右旋到有限位时，如果停止标志有信号，则机械手回到初始状态，如果停止标志没有信号，则机械手进行下一周期的搬运工作。
五、结束语
本文以三维机械手为例介绍了日本三菱MITSUBISHI公司生产的FX1N系列微型可编程控制器在步进控制中的设计应用。阐述了三维机械手的动作原理，设计要求，程序设计方法等。本文介绍的程序在实际生产和各届各级电工电子技能大赛中获得成功的应用。
参考文献
[1] FX1N series Programmable Controllers Hardware Manual，Mitsubishi electric corporation，1999
[2] MITSUBISHI ELECTRIC CORPORATION 三菱微型可编程控制器MELSEC-F FX1N使用手册 2007.11.
[3] 亚龙YL-235A型光机电一体化实训考核装置实训指导书.亚龙科技集团.2008.
机械手臂设计范文第5篇
一、机械手的系统工作原理
机械手的工作原理：机械手主要由执行机构、驱动系统、控制系统以及压力检测装置等所组成。在程序控制的条件下，采用气压传动与电机传动的混合传动方式，来实现执行机构的相应部位发生规定要求的，有顺序，有运动轨迹，有一定速度和时间的动作。同时按其控制系统的信息对执行机构发出指令，必要时可对机械手的动作进行监视，当动作有错误或发生故障时即发出报警信号。压力检测装置随时将机械手反馈给控制系统，并与设定的位置进行比较，然后通过控制系统进行调整，从而使执行机构以一定的精度达到设定位置.
二、机械手的整体设计方案
为了使机械手的设计简便，机械手的手部采用了夹持型的设计，它是连杆机构在气缸的带动下绕其回转中心旋转来带动手指的开闭的，优点是动作灵敏，结构 设计简单，适应性强，精度高，一定的承载能力等特点。
1. 机械手的手臂结构方案设计。按照抓取工件的要求，本机械手的手臂有三个自由度，即手臂的伸缩、左右回转和降（或俯仰）运动。对于手臂的升降，我们在考虑到平稳性和安全性以及升降的准确性之后，决定利用丝杠进行传动。同时考虑到手臂的转动以及回转体的特性，我们在立柱底下安装一台小型步进电机，步进电机来完成机械手的回转运动，手臂的横移通过气缸来实现。
2. 机械手的驱动方案设计。我们选择了电机驱动和气压传动，目前步进电机的最小转角完全能实现1.8°/s，的最小转角。而且步进电机的成本不高，进一步增加了机械手的通用性。气动系统的动作迅速，反应灵敏，阻力损失和泄漏较小，成本低廉因此也是比较合理的传动方式。
3. 机械手的控制方案设计。考虑到机械手的通用性，同时使用点位控制，因此我们采用单片机对机械手进行控制。当机械手的动作流程改变时，只需改变程序即可实现，非常方便快捷。
4. 机械手的主要技术参数
一、机械手的最大抓重是其规格的主参数，由于是采用气压方式驱动，因此考虑抓取的物体不应该太重
二、基本参数运动速度是机械手主要的基本参数，影响机械手动作快慢的主要因素是手臂伸缩及回转的速度
三、手部结构设计
1. 夹持式手部结构
1.1手指的形状和设计
夹持式是最常见的一种，本文采用两指式夹取。
1.2手部夹紧气压缸的设计
（1）手部驱动力计算。假设夹起质量最大为1KG的工件，在1s内水平匀速直线运动0.3m，设两手指原始间隔40mm当手指间隔为20mm时触碰工件并夹紧，夹持点距转轴的力臂大约为800mm.
假设综合摩擦系数为u=0.15，由G=mg得G=9.8N，又G=2uF可得F=32.67N （F为手指对工件的家夹持力）
则夹持距为：M=F・S=32.67x0.8=26.13N・m
（2）确定气缸内径。根据竖直臂的工作载荷以及初选的工作压力，缸径D可以利用下述的公式计算出，当活塞杆收缩克服载荷做功时：
其中：D为气缸的内径（m）；F1为作用于气缸活塞上的推力（N）；P为初选的工作压力（Pa）；n为总机械效率（当气缸动态性能要求和工作频率较高时，n=0.3一0.5.
（3）水平伸缩气缸内径的计算。对于气缸伸缩运动，利用流体的知识，v=Q/s，Q为流体流量，S为底面积，暂定v=0.05m/s，s=2πr2=2×π0.012=6.28×10-4m2，
所以Q=VS=
气缸收缩时所承受的外力F 20N，水平伸缩的行程为30mm，伸出或缩回的时间为0.5s.
取d/D=0.5，P=0.5Mpa， =0.4代入公式得
≈0.0239m=23.9mm
2. 电机丝杆螺母传动
底座的圆周运动采用电机带动齿轮传动，机械手的上下运动为丝杆螺母传动和气缸伸缩运动。
经过查阅市面上的伺服电机减速器一体设备的输出转速为1200r/min，暂定机械手的上下运动的速度为0.05m/s左右，接下来我们计算丝杆螺距。
已知n=1200r/min即为20r/s，而v=0.05m/s。
又有，即，
四、传感器的选取
压力传感器主要是利用压电效应制造而成的，这样的传感器也称为压电传感器，特点：小型轻便、响应快、在线性好、可靠性高。
我们选择小尺寸微型称重拉压力传感器传感器的满量程输出电压（MAX mv）=传感器的拱桥电压（5到15VDC的范围内，）X传感器的灵敏度（例如：1MV/V或者2MV/V）
传感器所受到的力与传感器的输出电压呈线性关系满足：Ymv=a*Xf
产品参数：精度：0.1%F・S；工作温度范围：-20～+65℃；灵敏度：1～2 ±0.1mv/v
五、机械手的控制系统
对于机械手，我们采用单片机进行控制。单片机具有集成度高、功能强、速度快、体积小、功耗低、使用方便、价格低廉等特点在对价格和性能的考虑下，我们选择了80C51系列的增强型单片机80C522单片机。
六、结论
1.采用电机和气缸的混合传动，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，不会因环境变化影响传动及控制性能。阻力损失和泄漏较小，不会污染环境。同时成本低廉。
2.机械手采用单片机进行控制，有很高的安全性和可靠性，同时也很方便去改动程序，是的机械手的通用性更强。
作者简介：门柯平，西南交通大学机械工程学院。
向顺，西南交通大学机械工程学院。
