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文章发布时间 : 2025/10/31 5:19:28星期五

虚拟三自由度气动教学机械手的实验研究

一、绪论 ................................................................................................................................. - 4 -

1.1机械手概述和发展前景及方向 .............................................................................. - 4 -

1.1.1概述： ........................................................................................................... - 4 - 1.1.2发展前景及方向： ....................................................................................... - 5 - 1.2气动技术概述及其发展 .......................................................................................... - 6 -

1.2.1概述 ............................................................................................................... - 6 - 1.2.2发展现状和发展趋势 ................................................................................... - 6 - 1.3气动机械手的应用及发展 ...................................................................................... - 7 - 二、机械手的技术指标和结构组成 ..................................................................................... - 9 -

2.1 本机械手的技术指标 ............................................................................................. - 9 - 机械手设计的主要技术指标 .................................................................................... - 9 - 主要参数 .................................................................................................................. - 10 - 2.2 机械手的总体结构及各部件 ............................................................................... - 10 -

2 .2 .1 机械手底座平台 ...................................................................................... - 11 - 2.2.2立柱 ............................................................................................................. - 11 - 2.2.3 横移气缸 .................................................................................................... - 12 - 2.2.4 垂直升降气缸 ............................................................................................ - 13 - 2.2.5 夹紧气缸 .................................................................................................... - 13 - 2.2.6 机械手手爪 ................................................................................................ - 15 - 2.2.7步进电机 ..................................................................................................... - 15 - 2.3机械手的驱动 ........................................................................................................ - 16 - 2.4机械手的控制 ........................................................................................................ - 16 -

机械手元件及价格 .............................................................................................. - 17 -

三、三自由度机械手的Solidworks造型 .......................................................................... - 19 -

3.1 手指造型 ............................................................................................................... - 20 -

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3.1.1手指的结构分析 ......................................................................................... - 20 - 3.1.2 创建手指 .................................................................................................... - 21 -

草图绘制 ................................................................................................................ - 21 - 拉伸基体特征 ........................................................................................................ - 21 -

3.2手指罩板造型 ........................................................................................................ - 23 -

3.2.1 手指罩板造型结构分析 ............................................................................ - 23 - 3.2.2 手指罩板造型 ............................................................................................ - 25 -

草图绘制 ................................................................................................................ - 25 - 拉伸基体特征 ........................................................................................................ - 25 - 拉伸切除 ................................................................................................................ - 26 -

3.3装配体制作 ............................................................................................................ - 28 - 四、电路部分 ....................................................................................................................... - 31 -

4.1主电路 .................................................................................................................... - 31 -

4.1.1主电路图： ................................................................................................. - 31 - 4.1.2主控电路PCB图： ................................................................................... - 32 - 4.1.3主控制系统的功能介绍及使用方法： ..................................................... - 32 - 4.2手持盒 .................................................................................................................... - 34 -

4.2.1手持盒电路图： ......................................................................................... - 34 - 4.2.2手持盒PCB图： ....................................................................................... - 34 - 4.2.3三自由度气动机械手手持盒介绍 ............................................................. - 35 - 4.2.4手持盒主要功能 ......................................................................................... - 35 - 4.2.5手持盒的硬件构成 ..................................................................................... - 35 -

手持盒硬件功能介绍 ............................................................................................ - 36 - 手持盒的使用方法： ............................................................................................ - 41 -

4.3步进电机 ................................................................................................................ - 42 -

4.3.1步进电机驱动器电路图： ......................................................................... - 42 - 4.3.2步进电机驱动器PCB图： ....................................................................... - 42 - 4.3.3步进电机控制： ......................................................................................... - 43 -

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五、气动部分 ....................................................................................................................... - 44 -

5.1电磁阀 .................................................................................................................... - 44 -

5.1.1电磁阀工作原理： ..................................................................................... - 44 - 5.1.2阀的功能 ..................................................................................................... - 46 - 5.1.3常见故障处理 ............................................................................................. - 46 - 5.2气缸 ........................................................................................................................ - 47 -

5.2.1气动执行元件和控制元件 ......................................................................... - 47 - 5.2.2气缸的典型结构和工作原理 ..................................................................... - 47 - 5.2.3机械手所用气缸型号及特点 ..................................................................... - 49 - 5.2.4所选气缸的性能及特点： ......................................................................... - 51 - 5.2.5电磁阀与气缸间的配合 ............................................................................. - 51 - 5.2.6本机械手采用气动技术方面的考虑 ......................................................... - 54 -

六、基于VB 的气动机械手动画仿真实验及编程 .......................................................... - 56 -

6.1基于VB 的气动机械手动画仿真实验 ............................................................... - 56 - 6.2编程部分 ................................................................................................................ - 59 -

6.2.1上位机VB程序 ......................................................................................... - 59 - 6.2.2下位机C语言程序 .................................................................................... - 69 -

参考文献 .......................................................................................................................... - 83 - 小结 .................................................................................................................................. - 84 -

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绪论

机械103班冯春鹏（学号：2010071199）

1.1机械手概述和发展前景及方向

1.1.1概述：

机械手是一种模拟人手操作的自动机械。它可按固定程序抓取、搬运物件或操持工具完成某些特定操作。应用机械手可以代替人从事单调、重复或繁重的体力劳动，实现生产的机械化和自动化，代替人在有害环境下的手工操作，改善劳动条件，保证人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。

20世纪40年代后期，美国在原子能实验中，首先采用机械手搬运放射性材料，人在安全间操纵机械手进行各种操作和实验。50年代以后，机械手逐步推广到工业生产部门，用于在高温、污染严重的地方取放工件和装卸材料，也作为机床的辅助装置在自动机床、自动生产线和加工中心中应用，完成上下料或从刀库中取放刀具并按固定程序更换刀具等操作。

机械手主要由手部和运动机构组成。手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有 6个自由度。自由度是机械手设计的关键参数。自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用机械手有2～3个自由度。

机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。

机械手通常用作机床或其他机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，一般没有独立的控制装置。有些操作装置需要由人直接操纵，如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为机械手。

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