从机械手臂投入商用起，已经有了几十年的应用和发展历史。将模块化的设计思路与理念引入机械手臂的设计中，能够充分发挥其灵活、可拆分、可组合的特点，并将其应用于更多的场合，包括服务机器人，工业生产制造领域、下面是小编为大家整理的2023年度机械臂设计论文【五篇】（全文）,供大家参考。
机械臂设计论文范文第1篇
【关键词】机器人；
手臂关节；
机械设计
1.引言
从机械手臂投入商用起，已经有了几十年的应用和发展历史。将模块化的设计思路与理念引入机械手臂的设计中，能够充分发挥其灵活、可拆分、可组合的特点，并将其应用于更多的场合，包括服务机器人，工业生产制造领域、医疗领域等等。本文结合机械臂设计的模块化理念，着重对其进行系统分析和设计，包括旋转关节、传动系统、减速系统进行实现，具有比较好的理论价值与实践意义。
2.机器人手臂关节机械设计
2.1手臂关节模块
手臂关节模块包含了许多零部件，主要有旋转电机、减速器和反馈单元等。在手臂关节的内部固定了控制单元和传动系统，以二级减速传动作为传动模式，即齿轮减速传动与谐波减速传动，这种传动模式可以支持手臂关节自由度之内的回转运动。下面具体阐述其设计方案：
(l)模块外壳方案
手臂关节的外壳能够为电机、制动器、滚动轴承提供必要的机械支撑，并起到必要的保护作用。在手臂关节运动的过程中，模块的外壳也承受了期间多产生的种种应力，因此模块的外壳必须满足一定的刚度。模块外壳的主要构成部分包括：底盖、电机、齿轮盖、主壳体、轴承、制动器等。其中，底盖位于结构的底端，其作用是为整个旋转模块的各个部件提供支撑与连接；
主壳体构成此部件单元的外壳，对单元当中的电机、制动器等子单元起到连接和支撑作用；
齿轮盖覆盖于模块的齿轮传动单元之上，起到保护和连接作用，而且能够支持谐波齿轮减速器的安装。为保证机械臂有足够的强度，模块外壳选取的制作材料为铝合金，并将壁体设计为圆桶状的抗压结构，为防止氧化与腐蚀，表面结果特殊处理。
(2)减速齿轮方案
减速齿轮方案的主要构成部分包括：电机连接齿轮、中心齿轮、中心轴以及制动连接齿轮等。其实现方式简述如下：通过小齿轮来连接直流电机的输出端，然后通过与小齿轮相咬合的中心齿轮互相连接；
同理，通过另一个小齿轮来连接断电制动器的输出端，然后通过与小齿轮相咬合的中心齿轮互相连接。在这种啮合模式下，当减速齿轮单元加电后，便由系统的电机来作为动力源输出，而当减速齿轮单元端电后，便由系统的制动器来作为阻力源输出。考虑到机械臂的关节在不同运动时，会使减速齿轮持续维持高速转动状态，因此必须有足量的剂。又因为该减速齿轮不是封闭结构，因此本文以滑脂来起到齿轮的作用。
(3)中轴传动方案
中轴的传动方案是整个机械臂设计中非常关键的一个组成部分。中轴传动的作用是，首先支持来自中心齿轮的动力，其次还要为波发射器高效传递动力。考虑到中轴会承接一定比例的来自轴向的受力和很大比例的径向应力，因此为支持中轴，引入了角接触轴承。中轴传动单元主要由旋转模块、断电制动器、卡簧、角接触轴承、中心齿轮、主轴、连接法兰以及波发射器组成。
因为中轴传动单元在设计上要求同轴度与圆柱度都在较高的水准，因此尤其应注重其材料选择和参数控制。本研究所设计的中轴用以45号钢才作为原料，并在成型后淬火，从而保证单元在表面具备一定的硬度。
在中轴传动方案中，最关键的是旋转模块的结构设计。旋转模块的设计思路是：将其转轴与中心轴线重合，并以电机驱动。在模块上部署有电磁编码器，用于周期性地检测角位移和角速度。将之与直流伺服电机相联。结合具体的应用环境与需求，直流伺服电机也可以加装起到减速增力作用的行星减速箱，共同起到动力输出的作用。而后通过小齿轮与中心齿轮的咬合，以正齿轮传动方式来实现系统的减速增力功能。
断电制动器的结构设计也是中轴传动方案中的关键，断电制动器有两方面的作用，首先在旋转模块进行位置搜索时能够起到保持作用，其次，在旋转模块因故失去电源之后也能发挥保护的功能。在中轴中，当旋转单元加电，并处于转动状态的时候，断电制动单元便会随着系统的小齿轮单元传递过来的中心齿轮作用而转动，而在断电制动器运动的时候，其输出轴的动力也来自小齿轮单元。在本文所涉及的机械臂中，电机与制动器全部布置于电机底座，并且将电机底也作为旋转单元外壳的一部分，其好处在于保护内部零部件。
2.2连接件模块
连接件的主要功能是在机械臂中连接旋转关节不同的单元，因此是机械臂的重要组合部分，对机械臂的组合与功能的发挥均有着不容忽视的作用。由于机械臂的各个模块单元是相对独立的关系，因此只要将不同的模块单元互相组合，起可以发挥机器人的机械臂基本功能。因此本文结合具体的需求，设计开发了数种类型不同的连接结构。
机器人的机械臂在实际操作中，连接件实现了不同部件单元之间的力矩传递，而其质量的大小也关系到机械臂整体重量和轻便程度，因此在实际设计中，一方面应保证改模块单元具有足够的机械强度，另一方面也应考虑到减轻其质量。本文在设计中，考虑到铝合金属于高强度低密度的材料，同时具有比较好的可塑性，因此以铝合金作为连接件的制作材料。
2.3模块手抓单元
考虑到机械臂必须部署在一个可以移动的平台上，来在现场抓取物体，因此模块手抓单元的末端执行器是其中最重要的组件。为了满足这个系统的模块化的设计，末端执行器必须具备一定的应用和扩展功能。假若模块手抓单元附加多指灵巧手，其实能够抓取更多类型的对象，本课题的研究只需模块手抓单元能够抓取简单对象，因此使用了图中的简单的夹钳手抓，其优点是结构简单、容易控制。
3.结束语
机器人的机械臂设计与开发属于机电一体化领域的高精尖课题。考虑到机械臂的结构具有比较高的复杂性，本文阐述的设计方案充分顾及了模块设计的标准化与产品的通用性，从而能够良好的满足模块之间的替代性特征需求，因而也能够保障机器人的机械臂在实际应用中能够满足用户的要求。
参考文献
[1]郭立新，赵明扬，张国忠.空间冗余度机器人最小关节力矩的轨迹规划.东北大学学报(自然科学版 ).2010:512-515
[2]马江.六自由度机械臂控制系统设计与运动学仿真.北京工业大学硕士学位论文,2009:3-10
机械臂设计论文范文第2篇
机械臂系统是用于教学的新型设备。该设备是北航自动控制系在“211”教学试验建设项目和北京市高效教育改革试点项目中，为自动化专业教学试验提供典型的控制系统模型而自制的设备。机械臂系统是基于对桥式吊车系统的改造，添加了一个下摆，并在两个转轴关节上又加入了控制电机，形成了具有三个自由度结构的工业机械手臂系统。本次毕设正是期望完成对机械臂系统的控制设计仿真和联机调试实际系统，对机械臂的控制方案中的一个方向——BP控制的研究。
论文中将介绍机械臂系统的组成结构、工作原理、数学建模、控制方案和控制软件的设计。文中将详尽介绍基于拉各朗日方程的系统数学建模，面向状态空间的控制方案和面向解耦通道的控制方案，在经典PD控制的基础上加入了现代的神经元网络控制，并比较了它们之间的差异和结合以后所取得的改善。
论文中讨论的神经网络BP控制和PD控制在MATLAB里仿真获得了成功，并同时讨论了两种方法，都分别得到了结果。PD控制在实际系统上进行了调试。
关键词：
机械臂，神经网络，BP控制
目录
第一章 绪论
一 论文的背景与来源 (4)
二 毕设论文的组织结构和取得的结果 (5)
第二章 机械臂系统的介绍
一 系统结构和工作原理 (6)
二 机械臂控制方法概述 (9)
第三章 机械臂的数学模型
一 系统的动力学模型 (12)
二 系统控制要达到的目标 (20)
第四章 机械臂系统的仿真
一 控制系统的仿真概述 (21)
二 机械臂的PD控制 (23)
三 机械臂的BP控制 (33)
第五章 机械臂系统的控制实验
一 VC的介绍 (56)
二 控制软件的功能 (57)
三 控制软件的功能及特点 (59)
四 实验结果分析 (60)
结束语
参考书目
：18000多字
有中、英文摘要
400元
备注:此文版权归本站所有；
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机械臂设计论文范文第3篇
关键词：机械臂；
相对可操作度图；
逆运动学
中图分类号：TP241文献标志码：A文章编号：1672-1098（2016）01-0056-06
Abstract：Aiming at the flexibility of manipulators in working space， a method of constructing global relative manipulability map was proposed. In this method， the working space of the manipulator was processed by grid， and the discrete positions were obtained；
then the rectangular coordinate system was set up on the discrete positions， and the discrete positions of the manipulator were accomplished by rotating the coordinate axis；
the position and pose of each discrete position were calculated by inverse kinematics， and the maximum relative operational degree of the position was calculated；
finally， the visual method was used to draw the relative operational degree distribution map of the manipulator in the working space to reveal the flexibility distribution of the manipulator in its working space. The method provides a theoretical basis for the design of the manipulator， and lays the foundation for the task operation planning of the manipulator.
Key words：manipulator， relative manipulability map， inverse kinematics
机械臂是模仿人体手臂而设计的一种自动化操作装置，其运动灵活性反映了对任务操作的转换能力，灵活性指标对于机械臂的设计、评价与运动规划有非常重要的作用，机械臂运动灵活性是机器人运动学研究的一个重要内容。
可操作度、条件数和最小奇异值是比较经典的三个灵活性指标[1]，其中可操作度应用较为广泛，其物理意义可以解释为机械臂各运动方向上能力的综合度量。Yoshikawa将雅可比矩阵与其转置矩阵乘积的行列式的之值定义为机械臂的可操作性指标，并提出了可操作度椭球的概念对机械臂的灵活性进行描述[2]；
姚建初等利用方向可操作度对冗余度机械臂进行运动规划，提高了机械臂的运动能力[3]；
Hammond等利用加权各向同性指标，对机械臂进行优化设计，并提出了力矩加权各向同性指标，同时考虑了运动灵活性与关节力矩[4]；
谢碧云等提出基于条件约束的方向可操作度指标，通过优化侧重点的改变，最大限度地保留了方向可操作度[5]；
赵京等采用相对可操作度指标对构型不同的机械臂灵活性分析，筛选出最佳串联仿人机械臂构型[6]。以上对于机械臂灵活性的研究大多针对机械臂工作空间任意点的运动能力进行评价，而对机械臂整个工作空间的灵活性分布情况未进行研究。
本文针对国内外研究的上述不足之处，以机械臂可操作度为基础，建立全局相对可操作度指标，通过对机械臂的位姿离散的方法，结合机械臂逆运动学，基于Matlab平台绘制机械臂全局相对可操作度图，进而从宏观角度出发对机械臂的整个工作空间的灵活性加以分析。本文以Puma560机械臂为示例，研究机械臂工作空间相对可操作度图的构建过程。
1运动学与可操作度
11运动学分析
Puma560是机械臂研究中的典型，由6个旋转关节组成，本体如图1所示。利用D-H法对机械臂建模已成为机械臂运动学研究的标准方法，图2为采用该方法建立的Puma560机械臂坐标系，表1为其DH参数。对于其正逆运动学的求解…[7]，在此不再赘述。借助于机器人工具箱，可以完成Puma560的正运动学解算，并可以得到8组逆运动学封闭逆解。
|det[J（q）]|；
机械臂处于奇异形位时，w=0。很容易地可以看到：机械臂除了位于奇异形位时，可操作度指标总是大于零的。此度量指标可以用来衡量机械臂距离奇异形位的远近程度，可以用来衡量机械臂的灵活性。在评价机械臂灵活性过程中，总是希望得到统一量纲指标，为此定义机械臂工作空间的全局相对可操作度指标来对机械臂的可操作性度量指标进行归一化处理[6]，如式（2）所示。
μi=wiwmaxi=1， 2，…，n （2）
式中：wi为机械臂工作空间点pi处的可操作度值，wmax为机械臂工作空间中的可操作度的最大值，μi为上述两者间的比值，称为全局相对可操作度值。当μi=0时，表示该点处于奇异形位；
当μi=1时表明该点操作度达到最大值，灵活性最好，显然μi的取值范围是[0，1]。对于Puma560机械臂，在已知各关节角度情况下，采用机器人工具箱可以完成可操作度的计算，本文采用蒙特卡罗方法，完成对Puma560机械臂工作空间的最大可操作度值wmax的求取，再通过式（2）可以得到该形位下机械臂的相对可操作度。
2相对可操作度图构建
21工作空间离散
以两倍的机械臂长度lws为边长，建立一立方体，显然此立方体将机械臂工作空间包含于其中；
对该立方体进行网格化处理，将每条边分成长度为lc的nc份，如式（3）所示，如此便把大立方体分成了n3c个小立方体，其边长lclws，工作空间离散化网格划分如图3所示。
机械臂工作空间中任一点都可以划分到各小立方体中，通过式（4）可以计算出所属的小立方体，其中（tx，ty，tz）为机械臂工作空间中的任意点；
反之，通过式（5）可以计算出任一小立方体的中心坐标位于机械臂基坐标系下的坐标。采用此种离散方法，机械臂工作空间中的任意位置都可以进行定向分析，每个小立方体22姿态离散
为了将机械臂工作空间任意位置上的姿态进行离散，首先将上述离散空间中的小立方体用与其各面都相切的球体代替，可见当小立方体的边长趋于无穷小时，该球体与小立方体完全一致。采用螺旋点均布算法[8]，在球体表面均匀分布np个小球体，如图5所示，每个小球体的坐标以球坐标的形式给出，如式（6）～（9）所示。
θk=arccos hk，hk=-1+2（k-1）N-1，
1≤k≤N （6）
k=（k-1+36N11-h2k ）（mod 2π），
2≤k≤N-1，1=N=0（7）
xk=lc2・sin θk・cos k
yk=lc2・sin θk・sin k
zk=lc2・cos θk （8）
pi=[xkykzk]T （9）
假设大球体和均布的小球体球心都固接有坐标系，大球体坐标系各轴方向与基坐标系一致，小球体坐标系的z轴为由大球体球心与小球体球心的连线，并且指向为大球体球心到小球体球心，通过式（10）与（11）可以得到小球体坐标系到大球体坐标系的变换矩阵，均布小球体的坐标系z轴如图6所示。
至此，可以把Fi，0看作为机械臂的工具坐标系位于大球体下的位姿，而Ri，0就是机械臂的某一姿态。
为了进行姿态离散，将小球体上的坐标系绕其z轴每隔Δ°0旋转一次进行离散，共分成m0份，如式（12）所示，旋转矩阵如式（13）所示，则当小球体上的坐标系旋转过α°k后，其位于大球体下的坐标如式（14）所示。至此，可以将小球体上的任一坐标系位于基坐标系下的坐标通过式（15）和（16）得到，从而完成了机械臂工作空间的任意位姿的离散。
m0=360Δ0（12）
Fz（αk）=Rz（αk）0
0T1αk=k・Δ0k≤m0 （13）
Fi，αk=Fi，0・Fz（αk）=F（Rot（i，k），pi） （14）
TBaseSphere （g）=F（I，w（g））=Iw（g）
0T1 （15）
FBaseTCP=TBaseSphere （g）・Fi，αk=F（I，w（g））・Fi，0・Fz（αk） （16）
23可操作度图构建
通过以上步骤可以实现机械臂工作空间的任意位置和姿态，然而机械臂各关节由于机械结构的限制并非所有的姿态都能到达，Puma560机械臂各关节角度旋转范围如表1所示。因此，在完成机械臂工作空间的位姿离散后，要将每一个位姿进行逆运动学验证，已验证该位姿是否存在逆解。若逆解存在则计算该构形下的相对可操作度，否则按顺序选取下一组位姿值进行计算，重复上述步骤，直至机械臂工作空间所有位姿选尽，程序流程如图7所示。
24Puma560相对可操作度图及分析
按照图7所述机械臂工作空间相对可操作度图构建流程，以Matlab为平台，结合机器人工具箱，进行Puma560机械臂的全局相对可操作度图构建。当Puma560关节取（0，0，-π2，0，0，0）时，机械臂伸直，为所能到达的最长距离，所以大正方体的边长取此时度的2倍为17272 mm，小正方体边长取35 mm，大球体上小球的数量取11，姿态按绕z轴每隔80°取。
为Puma560的全局相对可操作度图，从图中可以看出该机械臂的最大可达空间为一球面，而由于关节机械结构的限制，该球体并不完整，主要表现在从外到内在机械臂第一关节为极限位置时有一个断裂带，并且该球体为中空的。理论上分析，可操作度图球体表面应全为红色即相对可操作度为0，即机械臂处于奇异，而由于位置离散时小正方体的边长取值相对较大，因此球体边缘部分点可操作度较小，但并非为零。为了便于观察机械臂相对可操作度的分布情况，对上述全局相对可操作度图的球体进行剖视，如图9所示。通过图9可以看出，Puma560工作空间的全局相对可操作度大体成带状分布，且大部分空间的相对可操作值达08～10。位于可操作度图球体边缘的点操作度较小，当向球体中心移动时，相对可操作度值变大，然后再变小。图8Puma560工作空间相对可操作度图
3结论
本文从机械臂的工作空间出发，以相对可操作度为基础，通过将机械臂工作空间位置离散与姿态散的方法，完成对机械臂整个工作空间的位姿离散，对位姿离散的方法进行了详细论述，而后以逆运动学为基准，对离散的位姿进行筛选，对于满足逆运动学的位姿进行计算全局可操作度，采用三维直观图对机械臂工作空间的相对可操作度分布情况进行描述，通过图谱可以直观地看出机械臂工作空间内其相对可操作度的分布情况。
参考文献：
[1]熊有伦， 唐立辛， 丁汉，等.机器人技术基础[M].武汉：
华中科技大学出版社， 2013：5-200.
[2]YOSHIKAWA T. Manipulability of robotic mechanisms[J]. International Journal of Robotics Research， 1985， 4（2）：3-9.
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[5]谢碧云， 赵京. 基于条件数约束的方向可操作度[J]. 机械工程学报， 2010， 46（23）：8-15.
[6]赵京， 宋春雨， 杜滨. 基于人体工程学的仿人机械臂构型[J]. 机械工程学报， 2013， 49（11）：16-21.
机械臂设计论文范文第4篇
[关键词]PLC；
涂料机械手；
系统设计
中图分类号：TP241 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）44-0114-02
0 引言
应用机械手代替人手进行工作，直接减少了很多的劳动力，同时由于机械手可以连续地工作，从某种角度上讲也是对人力资源的一种节省。因此，在综合加工自动生产线上，机械手变得随处可见。而本文设计的涂料机械手也使得生产自动化程度大大提高，而且也降低了工厂的成本，并且促进了生产线的柔性化或和集成化，更有利于提高产品的质量、数量和市场竞争力。
1 涂料机械手总体设计
1.1 涂料机械手的结构和工作原理
涂料机械手属于六个自由度和一个旋转的机械手。可以完成机械手转臂旋转、机械手主臂升降、机械手夹紧及松开工件和机械手转臂在卸料安装新料棒处停转6个自由度的运动。
该机械手属于气动机械手，其主要由固定支撑作用的主轴、主臂、横臂、转臂和夹紧器五部分组成。
具体工作原理是：从初始位置开始旋转
（1）A接近Y（定位）A执行涂料工艺动作；
（2）B接近Z（并定位）B执行淋沙工艺动作；
（3）C接近X（并定位）C执行装卸动作（完成一个动作的循环）。
1.2 涂料机械手工艺流程
本机械手有三个工位，分别为人工工位、涂料工位、淋砂工位。
人工工位是拆卸已完成的工件，安装新料棒，然后按下运行按钮。
涂料工艺动作：初始时，主臂上位，转臂在高位，一切到位后，转臂开始向低位转，主臂向下位运行，同时夹紧器旋转，20秒后，主臂到达下位。然后主臂向上运行，同时转臂向高位运行，20秒后，主臂到达上位。随后主臂向下，转臂向低，此时加紧器反向旋转，13秒后，主臂到达下位。然后主臂向上运行，同时转臂向高位运行，7秒后，此时，主臂、转臂到中间工位，旋转电机停止。完成一个循环。工艺流程图如图2所示。
2 涂料机械手硬件设计
在设计硬件电路时，主要用到的元器件是接近开关、电磁阀、减压阀、气缸。
本次设计采用的是三位五通带中位功能电磁阀。型号为4V330C-10。电压电流为AC220V，5.5A。每个臂2个，共用6个。三位电磁阀的阀芯有三个工作位置，平时不通电，处于微启状态，阀门关阀。阀门还带有手动装置，使得长期关阀时也不需耗电。其采用特殊工业加工，摩擦阻力小，启动气压低，使用寿命长，无需加油，附设手动装置，利于安装调试。三位电磁阀可视为一种结构更为紧凑的双联电磁阀，它很方便地实现三位调节，得到了很多应用。
本设计使用的是三线制直流型接近开关，每个臂6个，共12个。其型号为LJ12A3-4-Z/BX，NPN常开，工作电压为6-36V（DC），动作距离为4（2）mm，最大输出电流为300mA。其通电时所产生的电压降为0.3V左右，主要是输出晶体管导通时的晶体管本身所产生的电压降三线制“开关”静态消耗电流1-2mA。其中接近开关的引线长度在200米以内，以免电压压降过大。
3 涂料机械手软件设计
涂料机械手软件设计方案如下：
方案一：采用以转换为中心的编程方式。这种编程方式与转换实现的基本规则之间有着严格的对应关系，用它编制复杂的顺序功能图的梯形图时，会有很大帮助。
方案二：使用起保停电路的编程方式。使用一些辅助继电器，虽具有易阅读和易差错修改的特点，但它存在着自保护触点，编写的程序复杂且较长。
方案三：采用STL指令的编程方式。STL指令（步进梯形指令）是专门用于步进控制的指令。使用该指令可以使编制顺序控制程序更加方、清晰、直观，而且易于调试和维护，且代码较短。
故本次设计采用的就是STL指令的编程方法，即步进顺控。状态转移图如图3所示：
4 结论
机械手控制系统采用PLC进行控制，大大提高了该系统的自动化程度，减少了大量的交流接触器和硬件接线，且提高了控制系统的可靠性。同时，使用PLC进行控制，可方便更改生产流程，增强控制功能。可以根据工件变化的需要及工艺流程的要求随时更改相关参数，实现控制系统的不同工作需求，也为教学和科研提供了比较理想的平台。
参考文献
机械臂设计论文范文第5篇
[关键词]搬运机械手 仿真设计 制作探讨
中图分类号：TP241.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）05-0368-01
引言
机械手主要是代替人的手和胳膊去完成一些动作，根据固定工序进行抓取和搬运物品的一种机械电子装置。可以帮助人们有效生产，降低劳动强度。机械手在生产中运用越来越广。
1、U壳搬运机械手的结构设计
1.1 滑座部件结构设计
U壳搬运手设备也是自动化设备，它的主要作用就是将冰箱U壳搬运到传送带上[1]。它的滑座部分支撑着设备的水平移动。衡器缸和z轴承载着设备的主要重量，但是它们之间的固定需要依靠滑座部件的中间部分，同时滑座中间部分的右侧还可以控制水平交流伺服电机和行星齿轮减速器，减速器和齿条的连接需要借助齿轮来实现。滑座在水平移动的最大距离为1.5米，并且滚珠丝不易于加工，以及它在市场上的价格比较高，所以选择齿轮齿条来减速。
1.2 z轴结构设计
Z轴结构是用于竖直移动。Z轴结构的最左端是交流伺服电机，电机是维持设备的安全，因为它具有过载能力且带有抱闸系统，一旦发生故障时，抱闸系统就可以对电机进行抱死[2]。与z轴相连的是片联轴器，它是有金属制作而成的，拥有减震和无需和维护等特点。Z轴系部件的左边有2个角接触球轴承，角接触球轴承可以对竖直的载荷进行抵消。Z轴结构中间是丝杠螺母传动装置，特点就是损伤小和效率高。Z轴系部件的设计原理是一端固定一端移动，轴的移动方向是经过严格控制的，它是由固定制成装置完成的。轴的伸缩变化时随着温度变化的，游动轴控制着温度。Z轴两边运用直线的导轨，帮助z轴做竖直运动。Z轴上有两个行程开关和光电开关，它的主要功能就是确定对竖直方向限位和竖直零位。1.3开1.3合横梁结构设计
Z轴和手爪的连接需要依靠开合横梁装置，开合装置依靠六组螺栓就可以实现和z轴的连接，并且它前后有依次有开合气缸，气缸上安装了传感器的端锁，这样气缸的位置就是由传感器进行控制的，端锁是固定气缸，避免气缸在停止运行时还会继续运动。装置的大臂和小臂在直线导轨上的水平运动需要气缸的引领。
1.4 夹爪结构设计
夹爪结构包括大臂和小臂以及手爪挡板。大臂上端连接开合横梁装置，并且连接处需要加强加固处理，这样就可以保证装置安全性能。大臂下段与小臂相连，它们之间的连接需要连接轴来实现的，小臂的转动是需要连接臂和连接轴之间相互配合才能完成的。小臂上端是挡板装置，它的主要作用是当小臂停止转动，减少小臂和大臂阻尼撞击，达到减缓振动的作用。内支撑气缸和直线轴带动手爪挡板装置是用来帮助小臂进行夹持活动。开合气缸带动大、小臂对冰箱u壳进行夹持；
小臂上的气缸保证u壳在夹持时，形状是完好的，所以它们的夹持都是由外而内进行的。
2、搬运机械手的仿真设计
2.1 小臂结构的仿真设计
为了满足生产需要通常将小臂的旋转过程时间控制在两秒以内，气缸的启动回路控制着进出口节流回路，所以通过控制调节节流阀的横截面积就能够对活塞运动速度进行控制，让小臂在两秒之内完成九十度的旋转，因为节流阀会影响活塞运动速度[3]。同时，小臂在旋转过程中，气缸力矩会大于或者等于重力矩，并且气缸力臂是在逐渐变小，重力力矩又不断变大，这就导致小臂的加速度数值越来越小。同时旋转时间越长缓冲力越小，并且负载厚度和负载质量也越大。在这里选取旋转时间为1.2秒时，计算出负载厚度压迫保持在0.66米 ，负载质量要控制在50千克，这时候的缓冲力就是10429牛顿，所以，通常设置小臂运动时间在1.2秒和2秒之间，负载厚度（U壳厚度）保持在0.49米和0.66米之间，这就要求负载质量（冰箱质量）控制在0和50千克之间。这就可以分析出小臂的应力是够满足生产需求。
对小臂结构的仿真设计不仅表现在对冲击力的校核，同时还要对小臂变形与强度进行校核。小臂的强度校核主要是运用相应的模型和ansys静力分析理论来完成的。并运用相应的数学计算可以得出，小臂不易发生变形，无论使用环境有多恶劣，它都可以正常工作。
2.2 连接臂结构的仿真设计
连接臂的结构设计也需要ansys进行分析，ansys分析程序包括：设计变量初始化，这就要求在进行分析前处理器应该根据设计变量的初始值进行输入；
定义问题，前处理器的主要任务就制定出最优化的有限元模型；
执行初始结构状态结构分析，应力和应变；
力以及变形量就是来源于状态结构分析；
获得计算结果，它的主要工作就是收集和存储目标函数和约束条件值；
进行仿真设计分析，它的任务就是对相关文件以及变量和设计方法进行分析；
结果输出，根据分析的数据绘制出相应的变化图表。根据相应的理论和运用ansys 系统分析，可以得出在对小臂进行设计时u，它的半径是九毫米，厚度保持在十三毫米之间。
2.3 支撑架结构的仿真设计
支撑架的仿真设计主要是通过对支撑架结构的瞬间动力学进行分析，得出它的振动幅度和的速度。在对支撑架结构进行仿真设计时，首先是通过运用软件ansys对支撑架建立相应的模型，并设计支撑架的参数。根据ansys软件分析的数据我们可以发现当u壳材料是Q235时，它的弹性木梁是210000mpa，泊松比为0.3，密度是7850千克每立方米。这就可以对支撑架进行瞬态动力学分析，并确定支撑架在不同冲击力喜爱振动幅度的变化以及支撑架的其他特点。
3、u壳搬运机械手的控制软件设计
3.1 机械手初始化
机械手初始化包括水平和竖直都归零，同时，所有的气缸恢复初始化。电机归零的方法可以通过对电机2坐标轴安装零位信号，并且在进行归零处理中选择先高速后低速的方式进行归零处理，归零处理一共要进过三次不同方向的瑰丽处理，才能达到让电机彻底的归零[4]。在首次归零处理时，就可以将正向高速归零；
接着启动第二次归零程序，让反向的低速也归零，使用puls设置脉冲量，sped决定着是否执行操作；
最后一次归零处理时让它向正向低速归零，sped是启动归零处理程序，ini则是让归零处理程序停止，这时候电机就彻底的归零 。同时，归零过程中脉冲值是在触摸屏中显示的，数值通过脉冲传送到寄存器中，寄存器就将数值显示在触摸屏中。它们之间相互配合才使得电机归零顺利完成。
3.2 触摸屏控制
搬运机械手的触摸屏控制是在气缸复位和机械手自动循环完成之后进行的，对触摸屏控制主要包括u型伴型号输入界面和主菜单界面以及手动运行和分布运行以及自动运行和坚实画面和系统设置[5]。其中，手动运行包括对伺服电机手动运行和气缸与吸盘手动运行，分布运行时针对自动循环单步运行，自动运行的主要包括：示教点参数设置1和示教点参数设置2以及自动运行调整界面，监视画面是对伺服电机坐标以及气缸与吸盘和系统故障报警实施监控，系统设置是对司机电机速度以及触摸屏系统的参数进行设置。
U壳搬运机械手的设计运用先进的科学技术，并应用了ansys等系统软件来帮助u型搬运机械手的设计，对支撑架和连接臂以及小臂的仿真设计中分析它们相应的参数。冰箱u型搬运机械手的仿真设计和制作，让冰箱u壳的搬运实现自动化，为企业生产经营提供便利。
参考文献
