【正文】 manipulator as an important member of automatic production line, gradually by enterprise and the use of identity. Industrial robot technology level and application degree to a certain extent reflect a nation of industrial automation level. Currently, the manipulator main bear the welding, painting, handling and storage, and the intensity of labor great importance of the work, work way to try to teach the general way online. This article elaborates the structure design of the major parts of the Cartesian coordinate manipulator, such as hand, wrist, arm and the machine body. In which includes designing the ponents of the mechanical part. Such as ball screws, coupling, single axis actuator, mainly describing the use condition, type selection, basic requirement of design, analysis of the strong point, characteristic, calculate and proofread the basic parameter, analysis of security. Besides, it also includes designing of the control part. Such as the motor model, kind, brief 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 簡(jiǎn)易小型直角坐標(biāo)機(jī)械手設(shè)計(jì) 4 introduction, analysis of the control steps, pile control procedure partly, analysis of the motion characteristic, designate, calculate and proofread the basic parameter. The target which should be terminally realize including: achieving the open loop control of the step motor, achieving grabbing object in space arbitrarily position by the actuator of the arm. Realizing grabbing object by hand quickly, effectively. Possessing the good function of sense and limiting position, which makes the motion and stop quickly and precisely. Realizing the merits including small volume, light weight, low power dissipation, easy maintenance, beautiful appearance, sensitive action, smooth transmission, succinct procedure, operation in small error. Key words: manipulator, ball screws, single axis actuator, step motor, arm, hand, Cartesian coordinate 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 簡(jiǎn)易小型直角坐標(biāo)機(jī)械手設(shè)計(jì) 5 簡(jiǎn)易小型直角坐標(biāo)機(jī)械手設(shè)計(jì) 0 引言 機(jī)械手的簡(jiǎn)介 機(jī)械工業(yè)是國(guó)民的裝備部，是為國(guó)民經(jīng)濟(jì)提供裝備和為人民提供耐用消費(fèi)品的產(chǎn)業(yè)，不論是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，還是新興產(chǎn)業(yè)，都離不開各種各樣的機(jī)械設(shè)備。做到盡量體積小，重量輕，功耗低，維護(hù)方便，外形美觀，動(dòng)作靈敏 ，傳動(dòng)平穩(wěn)，程序簡(jiǎn)潔，運(yùn)行誤差小等優(yōu)點(diǎn)。還有控制部分的各電機(jī)的馬達(dá)型號(hào)，種類，簡(jiǎn)介，控制步驟分析，部分控制程序的編寫，運(yùn)行特性分析，基本參數(shù)的計(jì)算和校核。目前，工業(yè)機(jī)器人主要承擔(dān)著焊接、噴涂、搬運(yùn)以及堆垛等重要性并且勞動(dòng)強(qiáng)度極大的工作，工作方式一般采取試教在線的方式。上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 簡(jiǎn)易小型直角坐標(biāo)機(jī)械手設(shè)計(jì) 1 摘 要 在當(dāng)今大規(guī)模的制造業(yè)中，企業(yè)為提高生產(chǎn)效率，保障產(chǎn)品質(zhì)量，普遍重視生產(chǎn)過程的自動(dòng)化程度，工業(yè)機(jī)械手作為自動(dòng)化生產(chǎn)線上的重要成員，逐漸被企業(yè)認(rèn)同并采用。工業(yè)機(jī)械手的技術(shù)水平和應(yīng)用程度在一定程度上反映了一個(gè)國(guó)家的工業(yè)自動(dòng)化水平。 本文通過分析現(xiàn)代機(jī)械手的作用，發(fā)展簡(jiǎn)史，組成（包括執(zhí)行機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，控制系統(tǒng)），全面詳盡地討論了直角坐標(biāo)機(jī)械手的手部，腕部，手臂以及機(jī)身等主要部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ，其中包括機(jī)械部分的零部件，比如滾珠絲杠，聯(lián)軸器，單軸驅(qū)動(dòng)器的使用條件，種類選型，設(shè)計(jì)基本要求，優(yōu)點(diǎn)特點(diǎn)分析，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，基本參數(shù)的選定，計(jì)算與校核，以及安全性的分析。 最終實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)包括：實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的開環(huán)控制，通過手臂的執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)空間任意位置的抓取，實(shí)現(xiàn)手部快速，有效的抓取物體，有良好的傳感和限位功能使每個(gè)自由度上的運(yùn)停快速，準(zhǔn)確。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 簡(jiǎn)易小型直角坐標(biāo)機(jī)械手設(shè)計(jì) 2 關(guān)鍵詞： 機(jī)械手，滾珠絲杠，單軸驅(qū)動(dòng)器，步進(jìn)電機(jī)，手臂，手部，直角坐標(biāo) 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 簡(jiǎn)易小型直角坐標(biāo)機(jī)械手設(shè)計(jì) 3 The design of the Cartesian coordinate manipulator ABSTRACT In today39。機(jī)械工業(yè)所提供裝備的性能、質(zhì)量和成本，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門技術(shù)進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)效益有很大的和直接的影響。因此，世界各國(guó)都把發(fā)展機(jī)械工業(yè)作為發(fā)展本國(guó)經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略重點(diǎn)之一。 機(jī)械手是在機(jī)械化，自動(dòng)化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置，在現(xiàn)代化生產(chǎn)過程中，機(jī)械手被廣泛的運(yùn)用于自動(dòng)化生產(chǎn)線中，機(jī)器人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)，迅速發(fā)展起來的一門新興技術(shù)，它更加促進(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展，使得機(jī)械手能更好地實(shí)現(xiàn)與機(jī)械化和自動(dòng)化的有機(jī)結(jié)合。 機(jī)器人并不是在簡(jiǎn)單意義上代替人工的勞動(dòng)，而是綜合了人的特長(zhǎng)和機(jī)器特長(zhǎng)的一種擬人的電子機(jī)械裝置，既有人對(duì)環(huán)境狀態(tài)的快速反應(yīng)和分析判斷能力，又有機(jī)器可長(zhǎng)時(shí)間持續(xù) 工作、精確度高、抗惡劣環(huán)境的能力，從某種意義上說它也是機(jī)器的進(jìn)化過程產(chǎn)物，它是工業(yè)以及非產(chǎn)業(yè)界的重要生產(chǎn)和服務(wù)性設(shè)備，也是先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的自動(dòng)化設(shè)備。 機(jī)械手是一種能自動(dòng)化定位控制并可重新編程序以變動(dòng)的多功能機(jī)器，它有多個(gè)自由度，可用來搬運(yùn)物體以完成在各個(gè)不同環(huán)境中工作。 建造旋轉(zhuǎn)體零件（軸類、盤類、環(huán)類）自動(dòng)線 一般都采用機(jī)械手在機(jī)床之間傳送工件。 加工箱體類零件的組合機(jī)床自動(dòng)線，一般采用隨行夾具傳送工件，也有采用機(jī)械手的，如上海動(dòng)力機(jī)廠的氣缸蓋加工自動(dòng)線轉(zhuǎn)位機(jī)械手。目前，機(jī)械手在這方面應(yīng)用最多，如上海柴油機(jī)廠的曲拐自動(dòng)車床和座圈自動(dòng)車床機(jī)械手，大連第二機(jī)床廠的自動(dòng)循環(huán)液壓仿形車床機(jī)械手，沈陽(yáng)第三機(jī)床廠的 Y38 滾齒機(jī)械手，青海第二機(jī)床廠的滾齒花鍵機(jī)床機(jī)械手等。 （ 2） 注塑機(jī)有加料、合模、成型、分模等自動(dòng)工作循環(huán)，裝上機(jī)械手自動(dòng)裝卸工件，可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)生產(chǎn)。目前機(jī)械手在沖床上應(yīng)用有兩個(gè)方面：一是 160t以上的沖床用機(jī)械手的較多。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 簡(jiǎn)易小型直角坐標(biāo)機(jī)械手設(shè)計(jì) 8 鑄、鍛、焊、熱處理等加工方面 在模鍛方面，國(guó)內(nèi)大批量生產(chǎn)的 3t、 5t、 10t 模鍛錘，其所配的轉(zhuǎn)底爐，用兩只機(jī)械手成一定夾角布置在爐前，實(shí)現(xiàn)進(jìn)出料自動(dòng)化。 總的來說，工業(yè)機(jī)械手滿足了社會(huì)生產(chǎn)的需要，其特點(diǎn)是： 對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng)，能代替人從事危險(xiǎn)、有害的操作，在長(zhǎng)時(shí)間工作對(duì)人體有害的場(chǎng)所，機(jī)械手不受影響，只要跟據(jù)工作環(huán)境進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，選擇適當(dāng)?shù)牟牧虾徒Y(jié)構(gòu)， 機(jī)械手就可以在異常的高溫或低溫、異常壓力和有害氣體、粉塵、放射線作用下，以及沖壓、滅火等危險(xiǎn)環(huán)境中勝任工作。 （ 2） 由于機(jī)械手的動(dòng)作準(zhǔn)確，因?yàn)榭梢苑€(wěn)定和提高產(chǎn)品的質(zhì)量，同時(shí)又可以避免人為的操作錯(cuò)誤。人在連續(xù)工作幾小時(shí)后，總會(huì)感到疲勞或厭倦，而機(jī)械手只要注意維護(hù)、檢修， 即能勝任長(zhǎng)時(shí)間的單調(diào)重復(fù)勞動(dòng)。這是因?yàn)闄C(jī)械手動(dòng)作程序和運(yùn)動(dòng)位置（或軌跡）能夠十分靈活快速地予以改變，上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 簡(jiǎn)易小型直角坐標(biāo)機(jī)械手設(shè)計(jì) 9 而其眾多的自由度，又提供了迅速改變作業(yè)內(nèi)容的可能，在中、小批量的自動(dòng)化生產(chǎn)中，最能發(fā)揮其作用。 機(jī)械手的分類 工業(yè)機(jī)械手的種類很多，關(guān)于分類的問題，目前在國(guó)內(nèi)尚無統(tǒng)一的分類標(biāo)準(zhǔn)，在此暫按使用范圍、驅(qū)動(dòng)方式和控制系統(tǒng)等進(jìn)行分類。專用機(jī)械手具有動(dòng)作少、工作對(duì)象單一、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用可靠和造價(jià)低等特點(diǎn)，適用于大批量的自動(dòng)化生產(chǎn)的自動(dòng)換刀機(jī)械手，如自動(dòng)機(jī)床、自動(dòng)線的上、下料機(jī)械手和加工中心。在性能范圍內(nèi)，其動(dòng)作程序是可變的，通過調(diào)整可在不同場(chǎng)合使用，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)是獨(dú)立的。通用機(jī)械手按其控制定位的方式不同可分為簡(jiǎn)易型和伺服型兩種 :簡(jiǎn)易型以“開一關(guān)”式控制定位，只能是點(diǎn)位控制，伺服型可以是點(diǎn)位的，也可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)控制，伺服型具有伺服系統(tǒng)定位控制系統(tǒng)，一般的伺服型通用機(jī)械手屬于數(shù)控類型。其主要特點(diǎn)是 :抓重可達(dá)幾百公斤以上、傳動(dòng)平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)緊湊、動(dòng)作靈敏。 若機(jī)械手采用電液伺服驅(qū) 動(dòng)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡控制，使機(jī)械手的通用性擴(kuò)大，但是電液伺服閥的制造精度高，油液過濾要求嚴(yán)格，成本高。其主要特點(diǎn)是 :介質(zhì)李源極為方便，輸出力小，氣動(dòng)動(dòng)作迅速，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。 （ 3） 機(jī)械傳動(dòng)機(jī)械手 即由機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu) (如凸輪、連桿、齒輪和齒條、 間歇機(jī)構(gòu)等 )驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手。它的主要特點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確可靠，用于工作主機(jī)的上、下料。 （ 4）電力傳動(dòng)機(jī)械手 即有特殊結(jié)構(gòu)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、直線電機(jī)或功率步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 簡(jiǎn)易小型直角坐標(biāo)機(jī)械手設(shè)計(jì) 11 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的械手，因?yàn)椴恍枰虚g的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，故機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。此類機(jī)械手目前還不多，但有發(fā)展前途。手臂的作用是帶動(dòng)手指去抓取物體，并按預(yù)定要求將其搬運(yùn)到給定的位置。 直角坐標(biāo)占空間大，工作范圍小，慣性小，所以一般不多用，只有在自由度數(shù)較少時(shí)用之。 球坐標(biāo)式和多關(guān)節(jié)式占用空間小，工作范圍較大，慣性小，所需動(dòng)力小，能抓取底面物體，多關(guān)節(jié)還可以繞障礙物選擇途徑，但多關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，所以也不多用。其功用 是利用自身的活動(dòng)度確定被末端執(zhí)行器夾持物體的空間姿態(tài)，也可以說是確定末端行器的姿態(tài)。 機(jī)械手手部： 手部它具有人手某種單一動(dòng)作的功能。手指是直接與物件接觸的機(jī)構(gòu)。 機(jī)械手的設(shè)計(jì)目的 工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)是機(jī)械制造、機(jī)械設(shè)計(jì)和機(jī)械電子工程（機(jī)電一體化）等專業(yè)的一個(gè)重要的教學(xué)環(huán)節(jié)，是學(xué)完技術(shù)基礎(chǔ)課程及有關(guān)專業(yè)課以后的一次專業(yè)課程的綜合設(shè)計(jì)。通過這一教學(xué)環(huán)節(jié)要求可以達(dá)上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 簡(jiǎn)易小型直角坐標(biāo)機(jī)械手設(shè)計(jì) 13 到： （ 1）通過設(shè)計(jì)，把有關(guān)課程（機(jī)構(gòu)分析與綜合、機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、液壓與氣動(dòng)技術(shù)、自動(dòng)控制理論、測(cè)試技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用、自動(dòng)機(jī)械設(shè)計(jì)等）中所獲得的理論知識(shí)在實(shí) 際中綜合地加以應(yīng)用，使這些知識(shí)得到鞏固和發(fā)展，并使理論知識(shí)和生產(chǎn)密切的結(jié)合起來。 （ 2）工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)是機(jī)械設(shè)計(jì)及制造專業(yè)和機(jī)械電子工程專業(yè)的學(xué)生一次比較完整的機(jī)電一體化整機(jī)設(shè)計(jì)。 本文研究范圍 本文 研究了國(guó)內(nèi)外機(jī)械手發(fā)展的現(xiàn)狀，通過學(xué)習(xí)機(jī)械手的工作原理 ，熟悉了單軸機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)機(jī)理。 機(jī)械手的 簡(jiǎn) 史 現(xiàn)代工業(yè)機(jī)械手起源于 20 世紀(jì) 50 年代初，是基于示教再現(xiàn)和主從控制方式、能適應(yīng)產(chǎn)品種類變更，具有多自由度動(dòng)作功能的柔性自動(dòng)化 產(chǎn)品 。 1958 年美國(guó)聯(lián)合控制公司研上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 簡(jiǎn)易小型直角坐標(biāo)機(jī)械手設(shè)計(jì) 14 制出第一臺(tái)機(jī)械手。 1962 年，美國(guó)機(jī)械鑄造公司 在上述