（优秀毕业设计）步进电机三自由度直角型机械手毕业设计CAD图纸全套资料

所以联轴器转动惯量系统等效转动惯量验算矩频特性步进电机最大静转矩是指电机的定位转矩，从附件中查得步进电机的名义启动转矩与最大静转矩的关系为查的。

所以步进电机空载启动是指电机在没有外加工作负载下的启动。

步进电机所需空载启动力矩可按下式计算式中为空载启动力矩为空载启动时运动部件由静止升速到最大快进速度，折算到电机轴上的加速力矩.为空载时折算到电机轴上的摩擦力矩.有关的各项力矩值计算如下加速力矩式中为传动系统的等效转动惯量为电机的最大角加速度为与运动部件最大快进速度对应的电机最大转速为运动部件从静止启动加速到最大快进速度所需的时间为运动部件最大快进速度为初选步进电机的步距角为脉冲当量空载摩擦力矩式中为运动部件的总重量为导轨摩擦系数为传动系统总效率为滚珠丝杠的最大行程附加摩擦力矩式中为滚珠丝杠预紧力为最大轴向负载的为滚珠丝杠未预紧时的传动效率，现取所以，步进电机所需空载启动力矩初选电机型号应满足步进电机所需空载启动力矩小于步进电机名义启动转矩，即从上式可知电机初步满足要求。

启动矩频特性校核步进电机启动有升速启动和突跳启动。

升速启动是步进电机从静止状态开始逐渐升速，在零时刻，启动频率为零。

突跳启动很少使用。

在段时间内，按定的升速规律升速。

基于，步进，电机，机电，自由度，直角，机械手，设计，毕业设计，全套，图纸摘要在工业上，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。

其中工业机器人是相对较新的机械电子设备，它在现代化工业生产中正扮演着越来越重要的角色。

全自动化工业机械手有能模仿人手和手臂的些动作功能，用固定程序搬运，抓取物体或操作工具的自动操作装置，机械手主要由手部和运动机构组成。

按照搬运或者抓去的物件形状尺寸重量材料和作业环境等的要求的不同，手部有几种结构形式，吸附型，托持型和夹持型等。

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。

本设计选用三自由度直角坐标型工业机器人，其工作方向为四个直线方向，是通过滚珠丝杠来实现小臂与大臂的伸缩，升降。

而这些动作都是通过在步进电机的带动下进行。

在控制器的作用下，它将执行将工件从条流水线抓取并运送到另条流水线这简单的动作。

本篇论文主要对机械手的传动部分滚珠丝杠与步进电机进行了计算，计算内容主要包括工业机器人的传动机构的设计，以及其机械传动装置的选择。

另外对控制部分的描述主要有单片机的控制方案，接线原理图以及程序流程图等。

关键词三自由度，直角坐标，工业机器工业机器人的设计分析设计要求总体方案拟定工业机器人的主要技术参数.控制系统的设计分析工业机的机械系统设计.工业机器人的运动系统分析.工业机器人的执行机构设计末端执行机构设计气缸的确定手臂机构的计算设计基座的计算设计.工业机器人的机械传动装置的选择联轴器的选择滚珠丝杠的选择机械手的单片机控制系统设计.机械手单片机控制方案控制系统的控制原理及控制要求机械手的工作流程驱动器的选择.机械手单片机接线原理图的设计电源电路时钟电路复位电路接线原理图.机械手单片机程序流程图的设计.汇编语言的设计结论绪论.装配机械手的概述机械手是在机械化自动化生产过程中发展起来的种新型装置。

在工业生产线中，机械手具有很广泛的用途。

它是工作抓取和装配系统中的个重要组成部分。

它的基本作用是从指定位置抓取工件运送到另个指定的位置进行装配。

机械手臂代替了人工的繁杂劳动，并且操作精度高，提高了产品质量和生产效率。

近年来，随着电子技术特别是电子计算机的广泛应用，更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械手和自动化的有机结合。

在机械行业中它可以用于零部件组装，加工工件的搬运装卸，装配机械手以刚性高的手臂为主体，与人相比，可以有更快的运动速度，可以搬运更重的东西，而且定位精度相当高，它可以根据外部来的信号，自动进行各种操作。

它适应于中小批量生产，可以节省庞大的工件输送装置，结构紧凑，而且适应性很强。

当工件变更时，柔性生产系统很容易改变，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定的距离，应用规模和产业化水平低，机械手的研究和开发直接影响到我国自动化生产水平的提高，从经济上技术上考虑都是十分必要的。

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，实现加工过程上料加工下料的自动化无人化。

通过对机械电子工程机电体化方向专业大学本科的所学知识进行整合，完成个特定功能特殊要求的数控机床送料机械手设计，能够比较好地体现机械电子工程机电体化方向专业毕业生的理论研究水平，实践动手能力以及专业精神和态度，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。

.设计背景与应用意义机械手工程是近二十多年来迅速发展起来的综合学科。

它集中了机械工程电子工程计算机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，是当代科学技术发展最活跃的领域之。

装配机械手是种可重复编程的多功能操作装置，可以通过改变动作程序，来完成各种工作，主要用于搬运材料，传递工件。

并且由于装配所具有的重要意义，装配领域将是未来机器人技术发展的焦点之。

其重要性在机器人应用中将跃居第位。

因此，各大型工厂都需要装配机器人来提高其工作效率，需要设计建议。

工业机器人的总体设计.工业机器人的组成及各部分关系概述图工业机器人的组成图它主要由机械系统执行系统驱动系统控制检测系统及智能系统组成。

执行系统执行系统是工业机器人完成抓取工件，实现各种运动所必需的机械部件，它包括手部腕部机身等。

手部又称手爪或抓取机构，它直接抓取工件或夹具。

腕部又称手腕，是连接手部和臂部的部件，其作用是调整或改变手部的工作方位。

臂部是支承腕部的部件，作用是承受工件的负荷，并把它传递到预定的位置。

机身是支承手臂的部件，其作用是带动臂部自转升降或俯仰运动。

驱动系统为执行系统各部件提供动力，并驱动其动力的装置。

常用的机械传动液压传动气压传动和电传动。

控制系统通过对驱动系统的控制，使执行系统按照规定的要求进行工作，当发生错误或故障时发出报警。

检测系统作用是通过各种检测装置检测执行机构的整体运动情况，根据需要给控制系统以反馈，与规定要求进行比较，以保证运动符合要求。

由图表示机械手控制各部分关系。

图各部分关系图.工业机器人的设计分析设计要求综合运用所学知识，搜集有关资料独立完成三自由度直角坐标型工业机器人操作机和驱动单元的设计工作。

机械手最大抓重工件尺寸直径约自由度数个自由度坐标型式直角坐标手指开合角度最大速度度每秒轴大臂上下移动距离为最大速度轴小臂上下移动距离为最大速度轴小臂伸缩距离为最大速度轴平移距离为最大速度机械手重复定位精度.总体方案拟定在装配机械手的诸多功能中，抓取和移动是最主要的功能。

这两项功能实现的技术基础是完善的机械结构设计和精确的控制驱动。

本次设计就是在这思维下展开的。

根据设计内容和需求确定装配机械手，利用步进电机控制平移运动利用四台步进电机驱动滚珠丝杠旋转，从而使与滚珠丝杠螺母副固连在起的手臂实现上下及其前后运动末端夹持器则采用连杆式夹持器，用小型气压缸驱动夹紧。

由图显示机械手外形轮廓。

图机械手外形图工业机器人主要技术性能参数工业机器人的技术参数是说明其规格和性能的具体指标。

主要技术参数有如下抓取重量抓取重量是用来表明机器人所能承受负载能力的参数，这是项主要参数。

这项参数般是指在正常速度下所抓取的物体的重量。

工件的极限尺寸抓取工件的极限尺寸是用来表明机器人抓取功能的重要参数，它表示手部所能抓取的最大的工件尺寸，是设计手部的基础。

坐标形式和自由度说明机器人机身手部基座等共有的自由度数及它们组成的坐标系特征。

运动行程范围指执行机构直线移动距离的范围，即各运动自由度的运动范围。

根据行程范围和坐标形式就可确定机器人的工作范围。

运动速度是反映机器人性能的重要参数。

通常所指的运动速度是机器人的最大运动速度。

它与定位精度，抓取的工件重量等参数有关，相互影响。

当今社会国内外机器人的最大直线移动速度为左右，回转速度的最大值为。

定位精度和重复定位精度定位精度和重复定位精度是衡量机器人工作质量的项重要指标。

编程方式和存储容量。

本课题设计中我采用的是三自由度直角坐标型机械手，其中机械手的小臂大臂基座与末端执行器分别通过步进电机气压缸与单片机控制。

机械手的有关技术参数见下表。

表三自由度直角坐标机器人机械手类型三自由度直角坐标型抓取重量自由度个个方向的移动机座伸缩运动，前后移动范围，步进电机驱动单片机控制大臂机构伸缩运动，升降范围，步进电机驱动单片机控制小臂机构伸缩运动，伸缩范围，步进电机驱动单片机控制末端执行器气压缸驱动单片机控制.控制系统的设计分析本课题采用单片机对机械手进行控制，初定系列，根据机械手的工作流程编制出单片机程序可能在实际设计过程中会有改动。

机械手的工作流程图如图所示。

图机械手工作流程图工业机的机械系统设计.工业机器人的运动系统分析机械手的运动，可从该机械手的自由度，工作空间和机械结构类型等三方面来讨论。

机械手的运动自由度所谓机械手的运动自由度是指确定个机械手操作位置时所需要的独立运动参数的数目，它是表示机械手动作灵活程度的参数。

本设计的机械手具有移动副种运动副，具有手臂伸降，平移，前后往复三自由度，如图所示。

图机械手机构简图机械手的工作空间工作空间是指机械手正常运行时，手部参考点能在空间活动的最大范围，是机械手的主要技术参数。

机械手的机械结构类型直角坐标型为本设计所采用方案，这种运动形式是通过伸缩平移和升降，共三个自由度组成的运动系统。

.装配机械手的执行机构设计末端执行机构设计装配机械手的末端执行机构设计是用来抓持工件或工具的部件。

手部抓持工件的准确迅速和稳定程度都将直接影响到工业装配机械手的工作性能，它是工业装配机械手的关键部件之。

.设计时要注意的问题末端执行机构应有足够的夹紧力，为使手指稳定的夹紧工件，除考虑工件在传送过程中的动载荷外，还应考虑工件夹持工件的重力。

末端执行机构应有定的开闭范围。

应注意手部接近工件的运动路线及其方位的影响，以及工件尺寸的大小。

应能保证末端执行机构内的工件能被准确定位。

结构尽量紧凑重量轻，以利于接下来的手