才商要機械手是一種機械裝置，他的工作原理是模仿人類的手進行一些固定工

作的機械裝置，它雖然跟人類的手臂不一樣，但是卻可以做出一些類似人手的簡

單動作，按照設(shè)計師事先設(shè)定的工作陳序，來重復(fù)的進行一些簡單的工作流程，

現(xiàn)在這種技術(shù)已經(jīng)被廣泛運用到好多的工廠里，工人都親切的叫他工業(yè)機械手。

本文在對機械手臂進行改進設(shè)計的時候，首先結(jié)合機械手的發(fā)展現(xiàn)狀進行了解的

基礎(chǔ)上，結(jié)合機械手常用的坐標形式，確認本文所采用的結(jié)構(gòu)形式，最終確定機

械手的改進設(shè)計方案，并對機械手的控制系統(tǒng)進行改進設(shè)計。

關(guān)鍵詞:工業(yè)機器人；機械手；控制系統(tǒng)

目錄

引言..............................................................................1

1.工業(yè)機械手概述.................................................................1

1.1工業(yè)機械手簡介...........................................................1

1.2工業(yè)機械手國內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀.................................................2

1.3工業(yè)機械手的發(fā)展趨勢.....................................................2

2.機械手的改進設(shè)計...............................................................3

2.1機械手的總體改進.........................................................3

2.1.1機械手的總體結(jié)構(gòu)類型...................................................3

2.1.2機械手的總體改進...................................................4

2.2機械手的手部改進設(shè)計.....................................................4

2.2.1手部概述............................................................4

2.2.2手部的改進方案......................................................5

23機械手的手臂改進設(shè)計......................................................6

2.3.1手臂概述............................................................6

2.3.2手臂的改進方案.....................................................6

2.4機械手的驅(qū)動系統(tǒng)改進......................................................G

2.4.1驅(qū)動系統(tǒng)概述........................................................6

L液壓驅(qū)動系統(tǒng)....................................................................7

2.氣動驅(qū)動系統(tǒng)..................................................................7

3.電動驅(qū)動系統(tǒng)..................................................................7

2.4.2驅(qū)動系統(tǒng)的選擇原則.................................................7

2.4.3機器人液壓驅(qū)動系統(tǒng).................................................7

2.4.4驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計方案.................................................8

3.機械手控制系統(tǒng)的改進..........................................................8

3.1機械手控制系統(tǒng)硬件改進...................................................8

3.2機械手操作面板布置.......................................................8

3.3控制器的選型.............................................................9

3.4控制系統(tǒng)原理分析.........................................................9

3.5PLC外部接線設(shè)計.........................................................10

4.總結(jié)與展望....................................................................10

參考文獻.........................................................................11

致謝............................................................錯誤！未定義書簽。

引言

機械手是機械類的一種，是一種模擬人類手的各種動作來進行各種工作的裝

備器材，即使不能跟真的人手一樣靈活，但還是能夠跟人手一樣做出一些比較簡

單的動作，依照機械工程師在之前就已經(jīng)設(shè)計好的程序，持續(xù)地進行?些比較容

易的工作，當前這種機械手已經(jīng)被越來越多的工廠引進，給工作人員的工作帶來

了很大的方便，都叫它機械手臂。

機械手臂研發(fā)開拓了現(xiàn)代工業(yè)全自動技術(shù)化一片新的天地，而且也開始慢慢

的代替了人力，也已經(jīng)開始成為工廠進入全自動機械化的一個標志。當今社會，

經(jīng)濟已經(jīng)開始飛速的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)也隨著經(jīng)濟的發(fā)展有了很大的突破，有些科

學(xué)技術(shù)還逐漸演變成了比較獨立的一種科技，并擁有屬于自己的一片領(lǐng)域，比如

說最具有代表性的機械工程。機械手臂的研發(fā)所要涉及到的技術(shù)還是由很多，比

如工程力學(xué)、電氣工程學(xué)以及計算機學(xué)等一系列學(xué)科。由此可以看出，雖然說工

業(yè)全自動技術(shù)已經(jīng)成為了一門獨立的學(xué)科，可是整個研發(fā)與創(chuàng)造的過程中還是需

要很多學(xué)科的技術(shù)進行輔助的，可見這門學(xué)科是屬于綜合性比較強的一門學(xué)科。

機械手臂作為新興的科技，發(fā)展的時間并不長，差不多只有十多年的時間，

不過雖然發(fā)展的時間比較短，可是進步卻是很大的，經(jīng)過十多年的發(fā)展，己經(jīng)擁

有了最先進的技術(shù)能力，但是這項技術(shù)還是有很大的發(fā)展空間的，隨著科技的不

斷增強，機械手臂的技術(shù)也會有所提升，會變得更加靈活，更加智能。從大的方

面來看，機械手臂其實就是對機器人進行研發(fā)的一個開端，兩者之間最大的相同

點就是研發(fā)人員在機械手臂里和機器人體內(nèi)都要安裝芯片?，通過設(shè)定好的程序讓

芯片發(fā)出命令來控制機械手臂與機器人按照指令做出動作，雙方在構(gòu)造與能力中

還是都有各自的優(yōu)點的，比如說，機械手臂比機器人在日常的生產(chǎn)工作中會有更

高的效率，但是機港人卻比機械手臂更加的智能，從而可以看出，機械手臂是為

了滿足人類生產(chǎn)上的需要，而機器人是為了滿足人類希望機器能夠更加人性化的

需要，具有非常重要的現(xiàn)實意義。

1.工業(yè)機械手概述

1.1工業(yè)機械手簡介

工業(yè)機械手在多個領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，特別是在機床工業(yè)生產(chǎn)方面可以作

為附加的裝置。特別是自動化程度較高的機床，在生產(chǎn)線上需要傳遞零部件，比

如更換刀具等，這些都無法實施獨立的控制，但是在某些操作環(huán)節(jié)必須由人工來

進行，還有在原子能部門特別危險的物品，只能通過機械于進行操作，這樣才能

夠提升操作的安全性。

完整的工業(yè)機械手由以下四部分組成。1.執(zhí)行機構(gòu)：機械手完成具體動作的

執(zhí)行單元，一般由關(guān)節(jié)、桿件組成。其結(jié)構(gòu)設(shè)計依賴于機械手要實現(xiàn)的功能匆作。

2.驅(qū)動傳動裝置：由驅(qū)動器和傳動機構(gòu)組成，通常與執(zhí)行機構(gòu)連成一體。驅(qū)動器

通常有電機（伺服電機、變頻電機、步進電機）、液動或氣動裝置；傳動機構(gòu)通常

有滾珠絲杠、鏈、帶以及各種齒輪輪系。3.控制系統(tǒng)：由計算機以及控制器構(gòu)成

控制系統(tǒng)，其中會將信號對外輸出，在控制流程方面，設(shè)計人員會提前設(shè)置好輸

出信號，然后將信號傳遞到驅(qū)動傳動裝置轉(zhuǎn)變?yōu)閳?zhí)行機構(gòu)的具體動作。4.智能系

統(tǒng)：口前機械子系統(tǒng)中一個不夠完善但發(fā)展很快的子系統(tǒng)。它主要有兩種結(jié)構(gòu)組

成，分別是決策智能系統(tǒng)以及感知系統(tǒng)，為了實現(xiàn)更好的感知系統(tǒng)內(nèi)部由各類傳

感器實現(xiàn)，分析決策智能系統(tǒng)由各類分析算法實現(xiàn)。

1.2工業(yè)機械手國內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀

工業(yè)機械手在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域可以發(fā)揮出不可替代的作用和人手具有類似的

特點，但是能夠?qū)崿F(xiàn)自動操作，通過提前設(shè)置相應(yīng)的程序，可以搬運物品或者抓

取物品，通過這種操作來代替人的作用。工業(yè)機械手大多數(shù)情況下可以應(yīng)用于繁

重的體力勞動環(huán)節(jié)，并且大量重復(fù)或者單調(diào)，這些如果利用人工將會產(chǎn)生不好的

效果，但是應(yīng)用了工業(yè)機械手可以極大的解放人的勞動力實現(xiàn)自動化的生產(chǎn)，比

如在有害環(huán)境下替代了人工操作的麻煩，同時還能夠優(yōu)化勞動條件，提升了工作

人員的安全水平，在機械制造、冶金、輕工業(yè)和原子能等領(lǐng)域都有運用。

美國在1940年開發(fā)出了原子能實驗技術(shù)，但是為了防止安全事故，美國使

在處理放射性材料時，通過機械手來搬運，這也開創(chuàng)了機械手的應(yīng)用。經(jīng)過后期

的優(yōu)化，機械手已經(jīng)可以實現(xiàn)多種操作，最終走出了實驗室。在工業(yè)生產(chǎn)部門也

得到了廣泛的使用，比如在高溫環(huán)境下午可以代替人工進行工作，存在嚴重污染

的區(qū)域工作人員無法靠近，所以通過機械手可以裝卸材料。在機床輔助生產(chǎn)環(huán)節(jié)

也能夠?qū)崿F(xiàn)自動化的生產(chǎn)，讓零部件可以自主的展開操作，上下料環(huán)節(jié)，或者安

放刀具等固定的流程，都可以通過機械手來實現(xiàn)。

隨著工業(yè)裝配線自動化程度的不斷提高，且趨向柔性化發(fā)展方向。自動化機

械被越來越廣泛的被應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，但是機械手同樣面臨較高的成本。這

是由于成本較高，所以也會被工業(yè)生產(chǎn)所重視，在生產(chǎn)環(huán)節(jié)機械手的品質(zhì)決定了

生產(chǎn)的效率和質(zhì)量。機械手已經(jīng)替代了較多的傳統(tǒng)裝備，通過模仿人手來完成相

關(guān)的動作，并且能夠?qū)崿F(xiàn)自動化的操作對物體進行搬運或者抓取以往階段繁重的

體力勞動，可以通過機械手進行替代，促進了機械化的生產(chǎn)，在某些特殊狀況下

還能代替人工進行操作，提高了操作的安全性，現(xiàn)已成為實現(xiàn)工業(yè)自動化的一種

重要手段，并成為機械加工人員所需掌握的生產(chǎn)工具，所以受到機械制造、冶金、

電子、包裝、塑料、輕工和原子能等眾多行業(yè)人士的關(guān)注。

1.3工業(yè)機械手的發(fā)展趨勢

21世紀，機器人技術(shù)也獲得了空前的發(fā)展，各國都在加大力度進行機器人

共性技術(shù)的研究，并朝著智能化和多樣化方向發(fā)展。1、在工業(yè)領(lǐng)域開始大量使

用工業(yè)機器人，能夠有效的提升工作的效率，并且機器人快速工作還能確保生產(chǎn)

的精準性，并且價格方面也在逐漸凸顯出優(yōu)勢。

2.生產(chǎn)設(shè)備出現(xiàn)了模塊化的趨勢，能夠?qū)崿F(xiàn)多樣化的組合。3.在工業(yè)機器人

控制發(fā)展領(lǐng)域開始逐漸實現(xiàn)智能化的應(yīng)用，通過計算機技術(shù)對■控制器展開了研究,

最終實現(xiàn)了標準化的操作。在當前的工業(yè)機器人研究領(lǐng)域，工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備日益變

得更加高效，要求控制會變得更加容易操作，所以大多數(shù)情況下會優(yōu)先考慮模塊

化設(shè)計，同時在可靠性方面和維修性方面也具備良好的優(yōu)勢。4.傳感器接口在機

器人應(yīng)用當中地位變得更加明顯。這也是機器人智能化的重要趨勢，通過傳感器

技術(shù)的升級帶動機器人智能化程度的增長。特別是現(xiàn)階段圍繞著傳感器的融合計

算方式也有相應(yīng)的研究，最終形成了多傳感器融合算法。5.在機器人應(yīng)用領(lǐng)域虛

2

擬顯示技術(shù)同樣有了較快的發(fā)展，并且在程序控制當中也發(fā)揮了重要的作用，通

過遙控操作模式操作者遠離機器人，同樣可以實現(xiàn)精準的操縱。6.機器人的技術(shù)

發(fā)展已經(jīng)逐漸轉(zhuǎn)向萎縮化，小型機潛人也成為了發(fā)展趨勢，比如納米機器人，美

國在世界范圍內(nèi)最早研發(fā)出了納米小型機器人。7.隨著操作系統(tǒng)的升級，遙控機

器人也成為了新的選擇，不需要通過全自動化的控制，通過遙控就能夠完成這些

人的操作，通過局部的自主系統(tǒng)帶動機器人的運行，所以智能機器人可以應(yīng)用到

實際生產(chǎn)環(huán)節(jié)。8.機器人的強大功能可以代替人工在工業(yè)生產(chǎn)當中發(fā)揮應(yīng)有的價

值，機器人化機器成為了未來研究的重點，通過相應(yīng)的研究可以讓機器人實現(xiàn)

24小時的自動化值班，并且在多個場合能夠適應(yīng)大型散料運輸?shù)取?/p>

2.機械手的改進設(shè)計

2.1機械手的總體改進

2.1.1機械手的總體結(jié)構(gòu)類型

對機械手分類的方式一般有很多種，當前還沒有一個固定的分類準則，例如

既能按照機械手構(gòu)造的坐標特點進行分類，又能按照機械手的驅(qū)動方式進行分類,

還能按照機械手的使用方式進行分類，一般情況下，人們都會按照機械手構(gòu)造的

坐標特點進行分類。

如圖1.1,機械手按照構(gòu)造的坐標特點一次被分為了直角坐標型，圓柱坐標

型，球坐標型以及關(guān)節(jié)型。

u

。，直角坐標型6圓柱坐標型U球坐標型過關(guān)節(jié)型

圖1.1工業(yè)機械手按結(jié)構(gòu)坐標分類

1直角坐標型

直角坐標型一般也被叫作笛卡爾坐標性以及臺架型。這種類型的機械手一般

都是有三個線性關(guān)節(jié)的，是用來確認末端操作器的所在，一般情況下有的機械手

還會增加一個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，這個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)也是用來確認末端操作器的所在的。這種

類型的機械手可以獨立的在X,Y,Z軸上進行運動，運動的程序也是可以單獨進行

的，而且程序還是線性的，所以這種類型讓計算機能夠非常容易的操作，這種機

械手在兩邊都可以進行支撐，而旦其工作的進度和定位分辨率可以不因為工作場

所的變動而產(chǎn)生改變。

2圓柱坐標型

3

圓柱坐標機械手是由兩個活動的關(guān)節(jié)以及一個轉(zhuǎn)動的關(guān)節(jié)來確認零件的定

位，通常情況下還會添加一個轉(zhuǎn)動的關(guān)節(jié)來確認零件的定位。這種類型的機修手

能夠圍繞一個中心軸來轉(zhuǎn)動一個角，工作的內(nèi)容可以無限的延伸而且計算起來也

會比較容易，直線的部分還可以使用液壓進行驅(qū)動，整個驅(qū)動可以輸出比較大的

動力。

3球坐標型

球坐標型機械手使用的是球坐標系，這種類型的機械手是由一個活動的關(guān)節(jié)

以及兩個轉(zhuǎn)動的關(guān)節(jié)來確認零件的定位，通常情況下還會添加一個轉(zhuǎn)動的關(guān)節(jié)來

確認零件的定位.這種機械手能夠圍繞中心的軸進行轉(zhuǎn)動，在中心支架周圍擴大

工作的范圍，兩個旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動的設(shè)備比較容易密封，波及的范圍也比較廣。

4關(guān)節(jié)型

關(guān)節(jié)型機械手全部的關(guān)節(jié)都能轉(zhuǎn)動，跟人類的手臂很像，這種機械手也是工

業(yè)機器人中比較多見的一種機械手，工作的內(nèi)容也比較繁瑣。

2.1.2機械手的總體改進

X軸往返

丫U

末端執(zhí)行器

圖1.2機械手工作布局圖

在該設(shè)計中，按照設(shè)計的具體要求，如圖2.2所示，機械手需要搬動的部件

重量設(shè)定的為10KG,而且搬動的直接距離應(yīng)該為500MM,因此要在讓該機械手設(shè)

計達到要求的前提下，再把機械手的構(gòu)造設(shè)計的更加簡單一點，便于縮減成本。

通過設(shè)計可以得知，設(shè)計的機械手在運行的時候只用進行直線的運動，因此手臂

的上升和下降以及梁的平行都是兩個直線的運動，這時機械手的自由度可以設(shè)定

為3,坐標為直角坐標，就是X軸Y軸兩個移動自由度，這種設(shè)計的最大的優(yōu)勢

就是：構(gòu)造簡單大方，而且還有很強的精準性。

2.2機械手的手部改進設(shè)計

2.2.1手部概述

工業(yè)機械手臂的手乂叫作木端操作器，是機械手圖用來對物品進行抓住、握

4

住等一些簡單的操作的一個零件，末端操作器可以模擬人手進行工作，是非常關(guān)

鍵的一個環(huán)節(jié)，主要也被組裝在機械手臂的前面。隨著科技的不斷發(fā)展，工業(yè)機

械手臂的用途也越來越廣，因為工作時的零部件不管是從大小、重量還是從外型

都是不一樣的，因此工業(yè)機械手臂的手必須也要有許多不同的種類，很多工業(yè)機

械手臂的手的構(gòu)造都是需要特別定做的，一般比較常見的有這幾種：

1.夾鉗式取料手2.吸附式取料手3.專用操作器及轉(zhuǎn)換器4.仿生多指靈巧手。

2.2.2手部的改進方案

在該設(shè)計中，需要搬起的東西是曲軸，曲軸是相對于比較小的零部件，因此

在搬運曲軸的時候要使用使用夾鉗式取料手。

夾鉗式取料手是工業(yè)機械手中最比較常見的一種末端操作器，一般都使用在

對部件進行組裝的流水線上，夾鉗式取料手主要是由手抓、驅(qū)動、連接和元件構(gòu)

成的，工作的原理跟鉗子類似。

1.手指的改進方案

手指就是夾鉗式取料手和工作零件進行接觸的一個部位。手的放開與緊握都

是利用手指的打開和關(guān)閉來完成的。工業(yè)機械手臂的手指通常有兩個手指，特殊

的工業(yè)機械手臂的手指一般會有三個或者更多的手指，這些手指的外形一般都由

被夾的物品的外形來決定的。

在該設(shè)計中，被夾的物品是圓柱形狀的，因比一般會使用V形的，V形手指

的優(yōu)勢就在于夾物品時更加的穩(wěn)固，不會輕易滑落，外形如圖1.3。

2.傳動機構(gòu)設(shè)計

傳動機構(gòu)的原理是把運動以及動力傳送給手指，讓手指通過指令的傳遞來實

現(xiàn)抓緊以及放松的一種機構(gòu)。這種機構(gòu)依照手指抓緊以及放松的特點又被分為回

轉(zhuǎn)型手指以及移動型手指。

該設(shè)計使用的就是回轉(zhuǎn)型的傳動結(jié)構(gòu)，從圖1.3中可以看出，整個外形是由

一個插銷把驅(qū)動杠桿和連桿相連，驅(qū)動杠桿在做直線來回工作的時候，是根據(jù)推

進兩個杠桿的手指，讓這兩個手指分別圍繞著某一個支點進行來回旋轉(zhuǎn)的工作，

在旋轉(zhuǎn)的時候，會帶動手指進行放松與抓緊的動作。因為傳動機構(gòu)中涉及的部件

比較多，因此定位的準確性不太高。

圖1.3機械手手指

5

2.3機械手的手臂改進設(shè)計

2.3.1手臂概述

手臂就是工業(yè)機械手臂執(zhí)行過程中最關(guān)鍵的一個部位，手臂的功能就是把抓

起來的部件送到特定的區(qū)域，通常情況下，工業(yè)機械手臂有三個自由的動作，分

別是手臂的伸長和縮短、左旋轉(zhuǎn)和右旋轉(zhuǎn)以及上升和下降。工業(yè)機械手臂所有的

工作動作一般都是由驅(qū)動機構(gòu)以及不同種類的傳動機構(gòu)來完成的，因此，工業(yè)機

械手臂除了要承擔(dān)被抓取零部件的重量還要承擔(dān)末端執(zhí)行器以及手臂自己的重

量。手臂的組成、運動的區(qū)域、靈敏性和抓取物品的重量都能關(guān)系到工業(yè)機械手

臂的能力。

23.2手臂的改進方案

工業(yè)機械手臂垂直手臂的上升和下降以及水平手臂的延伸和收縮都是一種

直線運動的工作。直線運動的原理就是利用了氣動傳動、液壓傳動和電機傳動這

三種傳動讓滾珠絲杠進行運動。在設(shè)計中要顧慮到搬運物品的大小以及重量，在

前文中提到過該設(shè)計中機械手需要搬動的部件重量設(shè)定的為10KG,已經(jīng)算比較

中間的重量了，這個時候就要顧慮到工業(yè)機械手臂的承受能力了，與此同時還要

顧及到手臂的安全性能以及手臂的質(zhì)量。根據(jù)多方面的考慮，

兩個手臂的驅(qū)動都使用的是液壓驅(qū)動，通過液壓缸直接進行驅(qū)動，液壓打不

僅僅是驅(qū)動的元件還是執(zhí)行的運動件，初次之外就不再設(shè)計多余的執(zhí)行件了，由

液壓缸來進行直線的運動，操作起來也比較簡單，這種方式更容易讓計算機進行

操控。

液壓系統(tǒng)具有很強的驅(qū)動作用，所以驅(qū)動作用以及構(gòu)造的力度都非常容易成

為現(xiàn)實，重要的環(huán)節(jié)就是工業(yè)機械手臂在工作時的穩(wěn)固性以及質(zhì)量的好壞。從中

可以得知工業(yè)機械手臂在設(shè)計的時候要保證液壓缸的宜徑要大一些，其次再對質(zhì)

量進行審核。

與此同時，按照管控與相關(guān)工作的需求，工業(yè)機械手臂的構(gòu)造也不能過大，

要是只利用加大液壓缸的直徑來讓強度增強，是不可能達到強度的需求的。所以，

在對其進行設(shè)計的時候還要根據(jù)需求再添加一些導(dǎo)桿的機構(gòu)，機械手的垂直手臂

還添加了兩個導(dǎo)桿，這兩個導(dǎo)桿的功能就是要加大強度，利用增加的兩個導(dǎo)桿，

可以有效的提升工業(yè)機械手臂的穩(wěn)固性。

2.4機械手的驅(qū)動系統(tǒng)改進

2.4.1驅(qū)動系統(tǒng)概述

工業(yè)機械手臂的驅(qū)動依照動力可以歸納為三個種類，分別是液壓、氣動以及

電力。按照相關(guān)條件的需求也可以講液壓、氣動以及電動這三個種類融合成一個

驅(qū)動。這三個種類的驅(qū)動的特征有：

6

1.液壓驅(qū)動系統(tǒng)

隨著科學(xué)技術(shù)的進步，液壓技術(shù)已經(jīng)有了很好的發(fā)展，具有很多優(yōu)勢，比如

強勁的動力、力量和慣量之間的比例大、靈敏性高以及可以進行直接的驅(qū)動等一

些特征。這些特征有利于承載能力巨大以及慣量巨大的環(huán)境中運行的工業(yè)機械手

臂?？墒牵簤候?qū)動系統(tǒng)在工作的時候還需要把電能換成液壓能，在對速度進行

調(diào)節(jié)的時候還要使用節(jié)流的方式來降低速度，這樣以來工作的能力就比電動的驅(qū)

動低很多，而且液壓驅(qū)動系統(tǒng)如果出現(xiàn)了液體泄漏的現(xiàn)象，會對環(huán)境造成很大的

污染。

氣動驅(qū)動系泊運行的速度是很快的，這個系統(tǒng)的構(gòu)造也比較簡潔大方，修理

的時候也會很便捷，定價也不高，該系統(tǒng)可以用在中型和小型負荷的工業(yè)機械手

臂上。不足的地方就是因為不容易實行伺服操控，因此只能用在程序操控的工業(yè)

機械手臂上。

3.電動驅(qū)動系統(tǒng)

因為慣量不高等一些優(yōu)點，使得電動驅(qū)動系統(tǒng)被很多工業(yè)機械手臂使用，而

且電動驅(qū)動系統(tǒng)的優(yōu)點還有很多，比如：在使用電動驅(qū)動系統(tǒng)的時候不用對能量

進行轉(zhuǎn)換，在使用的時候會感到非常的便捷，還沒有很大分貝的噪音，操控起來

也非常的靈敏。很多的電機在組裝的時候都需要組裝一個傳動機構(gòu)，結(jié)合這一系

列的優(yōu)點就讓電動驅(qū)動系統(tǒng)被原來越多的電動驅(qū)動系統(tǒng)使用。

2.4.2驅(qū)動系統(tǒng)的選擇原則

在對工業(yè)機械手臂進行設(shè)計的時候，如要想要安裝驅(qū)動系統(tǒng)，就要按照工業(yè)

機械手臂的使用范圍、工作需求、工業(yè)機械手臂的真實能力、維修的困難度和性

價比這一些條件進行綜合的思考。對各種驅(qū)動系統(tǒng)的優(yōu)點以及缺點進行匯總，再

選擇出最適合工業(yè)機械手臂的一種驅(qū)動系統(tǒng)，選擇的標準大致有：1.對物品進行

搬運的時候一般使用的就是點位操控，需要搬運非常重的物品的時候，工業(yè)機械

手臂就會選擇使用液壓驅(qū)動系統(tǒng)，搬運不太重的物品的時候，工業(yè)機械手臂就會

選擇使用電動驅(qū)動系統(tǒng)，搬運比較輕的物品的時候，就可以選擇使用氣動驅(qū)動系

統(tǒng)。2.一些工業(yè)機械手臂是用在電焊以及一些噴涂上的，這就需要使用點位以及

軌跡操控的能力，這種情況下就要使用伺服驅(qū)動。電焊和噴涂的一些工業(yè)機械手

臂只能使用液壓或者電動系統(tǒng)。搬運物品比較重的情況下，這些工業(yè)機械手臂就

要使用液壓驅(qū)動系統(tǒng)。

2.4.3機器人液壓驅(qū)動系統(tǒng)

液壓驅(qū)動系統(tǒng)在上世紀60年代初全球第一臺工業(yè)機械手臂起就已經(jīng)開始使

用了，越來越多的工業(yè)機械手臂開始使用液壓系統(tǒng)。當前，搬運物品重量屬于中

等的工業(yè)機械手臂都在使用電動驅(qū)動系統(tǒng)，可是從便捷性以及性價比的角度考慮,

還是搬運物品非常重以及噴涂性的工業(yè)機械手臂都在使用液壓系統(tǒng)的比較多。

液壓系統(tǒng)在工業(yè)機械手臂的使用原理是利用電動轉(zhuǎn)換為液壓的一種元件把

轉(zhuǎn)換訊息的功率擴大，操控起液壓動力系統(tǒng)中的各項功能，然后再對工業(yè)機械手

臂的動作進行操控。液壓系統(tǒng)通常都是使用的液壓缸或者馬達，持續(xù)啊旋轉(zhuǎn)的液

壓馬達確實不怎么經(jīng)常使用。在工業(yè)機械手臂的使用中，普通功率的液壓驅(qū)動都

是用節(jié)流的方式來調(diào)節(jié)速度的，而大功率的液壓驅(qū)動使用的則是使用容積調(diào)節(jié)速

度。

2.4.4驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計方案

根據(jù)該設(shè)計的內(nèi)容，對設(shè)計的理念以及設(shè)計工作的具體實現(xiàn)方式進行過多方

面的考慮以后可以得出。工業(yè)機械手臂的手臂要使用液壓缸，手抓的部位要使用

液壓柱塞和中間的驅(qū)動桿合作，通過合作可以讓手指實現(xiàn)放開與緊握。

3.機械手控制系統(tǒng)的改進

3.1機械手控制系統(tǒng)硬件改進

機械手臂在工作的時候有很多的動作，比如大臂在工作中可以自由的進行延

伸與收縮，小臂在工作中可以自由的進行上升與下降，手爪在工作中可以自由的

進行松開與緊握。大臂與小臂的工作都使用的液壓驅(qū)動，液壓缸也受電磁閥的操

控，小臂在升降的時候是被雙線圈的兩種電磁閥來操控的，比如說，當下降電磁

閥被通上電了以后，這時候手爪就開始下降了；當下降的電磁閥不通電的時候，

手抓就會暫停動作。同樣的道理，往上升的電磁閥被通上電了以后，手抓就開始

上升，當上升的電磁閥不通電的時候，手爪就會暫停上升。大臂的延伸與收縮主

要就是由電液伺服閥等一系列機構(gòu)進行掌控。

手抓的握緊和松開，都是利用的柱塞缸以及齒輪。柱塞缸一般就是由單層線

圈的電磁閥來進行操控的，線圈在沒有電的情況下，柱塞缸就不會啟動，線招有

電的情況下，柱塞缸才會開始工作。

3.2機械手操作面板布置

根據(jù)圖3.2可以看出，機械手臂的操作一般有手動與自動兩種方式。

手動操作：根據(jù)圖3.2所示，如果想要手臂進行上升或者下降的動作，就要

按一下相應(yīng)的只是開關(guān),這個時候手臂就會根據(jù)指令上升或者下降，同樣的道理,

根據(jù)控制面板想讓機械手臂做出什么樣的動作，就按哪一個開關(guān)。

8

圖3.2操作面板示意圖

自動操作：找到原點，然后按一下開關(guān)鍵，這個時候機械手臂的動作都是已

經(jīng)設(shè)定好了，會自動進行操作。

3.3控制器的選型

工業(yè)機械手臂的系統(tǒng)對硬件的要求都非常嚴格，因為會牽扯到系統(tǒng)質(zhì)量的好

壞，對與控制器的選擇也要格外的細心，要選擇性價比最高的一款一一PLC,當

前我國使用最多的還是德國西門子公司生產(chǎn)的S7-200型PLCo

圖3.3SIEMENSSIMATICS7-200PLC

3.4控制系統(tǒng)原理分析

工業(yè)機械手臂在工作的時候，各種步驟與功能都會有比較嚴格的要求，因此

在對工業(yè)機械手臂進行操控的時候，小臂和手爪使用液壓驅(qū)動系統(tǒng)以外，大臂的

操作也需要閉環(huán)伺服進行操控。

為了讓PLC的I/O點數(shù)變得更少，就要把伺服的放大器中傳感系統(tǒng)傳送到輸

送的一端，把自己設(shè)定好的各種信號通過對比再變成控制的信號發(fā)到PID進行調(diào)

節(jié)，這時驅(qū)動電液伺服閥會確定液壓缸的位置。然后PLC會把上位機的輸入信號

轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷旱男盘?，再把電壓的信號傳送如伺服的放大器中，這時伺服的放大器

就進行閉環(huán)對比，從而就形成了模擬的一個控制系統(tǒng)。由圖4-4可以看出，這種

方式大大減輕了工作的壓力。

圖3.4水平手臂伺服定位控制原理圖

9

3.5PLC外部接線設(shè)計

為了讓小臂的液壓缸能夠達到伺服確定位置的需求，德國西門子