电动机械手控制系统设计.pdfVIP

引言

在中国工业韧带发展中，很多高生产率高精度的机械加工设备从国外引进，比如数

控车床和铣床等，还有把几种机床的功能集中在一起的加工中心等。总之这类CNC机床

大大的提高了工作速度，产品的加工精度，降低了工作的劳动强度，所以大受欢迎。但

是这类设备引进费用也是相当的昂贵，所以国内很多企业的技术人员在原先的旧机床上

进行改进，来达到提高生产率和降低工人的劳动强度，实现工业自动化，这类改进同样

也大受欢迎。

机械手是一种模仿人体上肢运动的机器，它能按照预定要求输送工种或握持工具进

行操作的自动化技术设备，对实现工业生产自动化，推动工业生产的进一步发展起着重

要作用。因而具有强大的生命力，受到人们的广泛重视和欢迎。

工业机械手可以代替人手的繁重劳动，显著减轻工人的劳动强度，提高劳动生产率

和自动化水平。工业生产中经常出现的笨重工件的搬运和长期频繁，单调的操作，如果

没有机械手那么工人的劳动强度是很高的，有时候还要用行车员工件，生产速度大大延

缓，这种情况采用机械手是很有效的。此外，它能在高温、低温、深水、宇宙、反射性

和其他有毒、有污染环境条件上进行操作。更显其优越性，有着广阔的发展前途。

工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。工业机械手的是工

业机器人的一个重要分支。它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造

和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。机械手作业的准确

性和各种环境中完成作业的能力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景。机械手是在

机械化，自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。在现代生产过程中，机械手被广

泛的运用于自动生产线中，机械人的研制和生产已成为高技术邻域内，迅速发殿起来的

一门新兴的技术，它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化和自

动化的有机结合。机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳

动，不知疲劳，不怕危险，抓举重物的力量比人手力大的特点，因此，机械手已受到许

多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用在机械工业中，应用机械手的意义可以概括

如下：

（一）以提高生产过程中的自动化程度

应用机械手有利于实现材料的传送、工件的装卸、刀具的更换以及机器的装配等的

自动化的程度，从而可以提高劳动生产率和降低生产成本。

（二）以改善劳动条件，避免人身事故

在高温、高压、低温、低压、有灰尘、噪声、臭味、有放射性或有其他毒性污染以

及工作空间狭窄的场合中，用人手直接操作是有危险或根本不可能的，而应用机械手即

可部分或全部代替人安全的完成作业，使劳动条件得以改善。

在一些简单、重复，特别是较笨重的操作中，以机械手代替人进行工作，可以避免

由于操作疲劳或疏忽而造成的人身事故。

（三）可以减轻人力，并便于有节奏的生产。

综上所述，有效的应用机械手，是发展机械工业的必然趋势。

1任务要求与总体设计方案

1.1设计任务与要求

许多娱乐场合设有投币手动抓物机械手。仿照娱乐场合中的手动抓物机械手，设计

机械手的控制系统，能够配合机械手的机械结构实现手动抓物。

要求：在资料调查和分析的基础上，对系统进行的分析和设计；要求完成如下主要

功能：

（1）机械手的控制可以用单片机或PLC；

（2）通过按键，实现机械手的上升、下降、左移、右移、手爪张开、闭合；

（3）可采用上位机，远程控制机械手的上升、下降、左移、右移、手爪张开、闭合。

（4）采用电机驱动控制方式。

1.2总体设计方案

确定机械手的任务要求，根据任务要求初步拟定机械手的技术参数、运动形式、驱

动方案、控制系统方案等。本课题主要涉及到一下三部分内容：

第一，机械手的机械结构的设计；

第二，使机械手摆动的设计及驱动手臂运动的选择。

第三，控制系统的设计。

实施方案：

（1）机械手的机械结构设计

按照模块化的设计方法，将机械手分为底座、大臂、中臂、前臂和手爪四个部分，

共四个自由度（不包括爪开关自由度）。

（2）机械手摆动的设计

机械手根据手臂的动作形态，采用多关节型机械手结构紧凑，定位精度较高，控制灵活

范围广，占地面积小，因此本设计采用多关节型机械手。

（3）驱动手臂运动的选择

机械手采用电动机构驱动机械手结构简单、控制方便，驱动力较大大等特点。

（4）控制系统的设计

本毕设采用机械手控制系统使用VB6.0编程软件编制作上位机操作界面，人工手动

操作上位机输出控制信号通过RS232串口通信发送给ATmega64单片机，单