摘要：随着社会不断进步及科学不断发展，工业生产也在变革，智能化及自动化的生产方式成为工业国家的主要生产方式。 

机械手，也叫自动手，能模仿人手和臂一些动作，按固定程序进行抓、搬及操作工具。由手部、运动机构及控制系统这三部分组成。手部用来抓持工件，结构形式因被抓持物件的尺寸、形状、材料、重量及要求变化，有吸附型、夹持型、托持型等。手部和运动机构能通过各种转动、移动或复合运动完成需要动作，被抓工件的位置可以改变。自由度为运动机构伸缩、升降、旋转等运动方式。专用机械手一般有2-3个自由度。通过对每个自由度的电机控制以完成指定动作为控制系统。接收传感器反馈到的信息从而形成闭环控制。一般通过单片机进行编程。

由于电子计算机的广泛应用，机器人已成为一种新兴技术，促进了机械手的发展，使其更好地实现机械自动化。随着工厂自动化装备的发展，机器人在各领域的应用日益广泛。此次设计的小型机械手有4个自由度，2个回转，1个上下移动，1个夹持旋转180°。

本设计首先对机械手进行结构运动分析，包括其移动、旋转关节的设计，传动部分的设计，底座、同步带轮的设计等，计算并校核主要部件的刚度、强度，最后用PLC进行控制。

关键词：机械臂；自由度；步进电机；同步带；PLC

目录

摘要

ABSTRACT

第一章  工业机器人手臂升降机构总体方案设计-1

1.1总体方案分析-1

1.1.1设计任务-1

1.1.2方案选择-1

1.2总体结构分析-1

1.2.1结构特点分析-1

1.2.2工作原理分析-2

第二章  工业机器人手臂升降机构总体结构设计-3

2.1机械手手部设计-3

2.1.1设计时要注意的问题-3

2.1.2手指夹紧力的计算-3

2.1.3气缸的设计-3

2.2移动关节的设计-4

2.2.1驱动方式的比较-4

2.2.2气缸的设计-4

2.3小臂的设计-5

2.3.1设计时注意的问题-5

2.3.2小臂结构的设计-5

2.3.3轴的设计计算-6

2.3.4轴承的选择-7

2.3.5轴承摩擦力矩的计算-7

2.3.6伺服系统的选择-8

2.3.7传动结构设计-8

2.4大臂的设计-12

2.4.1结构的设计-12

2.4.2轴的设计计算-12

2.4.3轴承的选择-13

2.4.4轴承摩擦力矩的计算-14

2.5立柱的设计-14

2.5.1设计时注意的问题-14

第三章  直线导轨的选择-16

3.1直线导轨特点-16

3.2直线导轨主要参数-16

3.3直线导轨的寿命-17

第四章  工业机器人手臂升降机构控制系统设计-18

4.1PLC控制系统的设计步骤-18

4.2PLC类型的选择及I/O点的确定-18

4.2.1PLC类型的选择-18

4.2.2I/O点的确定-18

4.3PLC程序的编程-19

4.3.1编写PLC程序-19

4.3.2制作N-S流程图-19

4.3.3编写PLC程序时需要注意的问题-20

结束语-21

致谢-22

参考文献-23