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摘 要

机械手作为有效可靠的机电一体化产品广泛应用于各种生产行业的装配以及搬运等工作场合，因此对于它的研究和开发具有重要的意义。目前为止，国内外都已经对机械手进行了大量详尽的研究，也开发出了好几代机械手产品。然而还应当继续对机械手进行研究和创新，来发掘出它更大的潜力。机械手系统主要包括结构，电路，程序等部分，各部分需要紧密相连才能良好工作。

本文主要内容包括：首先对码垛机械手进行机械结构设计，其次进行结构的力学分析，最后进行机械手的控制程序设计。机械手的结构主要采用连杆机构。机械手的三维实体模型使用SolidWorks建立。初步的静力学分析使用ANSYS有限元分析软件进行。机械手由51单片机控制，控制程序由C语言编写。

关键词：机械手；结构设计；有限元分析；控制编程

Design and Analysis of Palletizing Manipulator

Abstract

Manipulator as an effective and reliable mechanotronic product is widely used in various situations ,for example, production assembly or handling ,so there is an important signification for its research .Until now , a lot of research has been done both here and abroad .And our human has created several generations of manipulator products .However ,we have to carry on these research in order to explore its greater potential .A manipulator system includes some main sections such as structure, circuit, program and so on .Only each parts linked closely could the manipulator do its duty well.

The main content of this article include :First ,design the mechanical structure for the manipulator .Second ,analyze the dynamics of the manipulator .Last ,design the program of the manipulator. The structure of the manipulator is mainly used by the connecting rod mechanism .The three-D solid model of the manipulator is established by the software Solidworks .the primary analysis of the statics is fulfilled by FEM software ANSYS .the manipulator is controlled by 51 MCU ,and its program is written in the form of C language.

Keywords：Manipulator；Structure design；Finite Element Analysis；Control Programming

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 引 言 1

1.1 机械手的研发意义 1

1.2 国外机械手的发展 1

1.2.1 研制阶段 1

1.2.2 生产定型阶段 1

1.2.3 推广应用阶段 1

1.2.4 产业化、实用化、商品化阶段 1

1.3 国内机械手的发展 2

第二章 码垛机械手的结构设计 3

2.1 结构设计及材料选用 3

2.2 建立机械手模型 5

第三章 码垛机械手的有限元分析 6

3.1 ANSYS有限元分析软件简介 6

3.2 对于参考模型的有限元分析 6

3.3 简化机械手模型 8

3.4 对于机械手模型的有限元分析 8

第四章 码垛机械手的控制 14

4.1 计算 14

4.2 程序编写 15

4.2.1参数及变量设置 15

4.2.2具体程序 16

第五章 总 结 19

致 谢 20

参考文献 21

第一章 引 言

1.1 机械手的研发意义

在机械化，自动化生产过程中发展起来的机械手，不仅是最早出现的工业机器人，也是最早出现的现代机器人。机械手能够模仿人类手部和臂膀的一些动作和功能，并且按程序抓取、搬运物体或操作工具。在现代工业生产过程中，机械手被广泛的运用在自动化流水生产线中。随着其他种类机械人的开发和生产，快速发展起来的一些新兴技术，反过来更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现其与自动化、机械化的有机结合。目前而言机械手虽然还不如人手那样灵活，但它具有很多人手不具备的特点，例如它抓取的力量极大，能够不断重复工作和劳动，不知疲劳，不怕危险，能在有毒有害环境下操作，因而广泛应用于机械制造、电子、轻工、冶金甚至原子能等部门。现如今机械手已受到许多部门的重视。

1.2 国外机械手的发展

工业机器人的发展情况，国外可分为四个阶段：

1.2.1 研制阶段

美国原子能委员会的阿尔贡研究所于1947年研制出遥控机械手，一年之后又开发了电气驱动的机械式主从机械手，解决了对放射性材料的远距离操作问题。1951年，美国麻省理工学院(MIT)成功开发了第一代数控机床，与机床相关的控制技术研究，为机器人的开发打下了基础。1954年，美国人乔治德沃尔最早提出了工业机器人的方案，设计并研制了第一台可编程序的电气工业机器人样机。

1.2.2 生产定型阶段

20世纪60年代初美国通用机器人公司（Unimation）定型生产了Unimate工业机器人。同时美国“机床与铸造公司”（AMF）设计制造了另一种可编程的工业机器人Versation。这两种型号的机器人以“示教再现”的方式成功的在汽车生产线上替代人工进行传送、焊接、喷漆等作业。机械手在工作中表现出来的经济性、可靠性、灵活性，使其它发达国家工业界为之倾倒。

1.2.3 推广应用阶段

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