XX大学毕业设计(论文)单片机控制三自由度圆柱坐标机械手设计专业：班级：姓名：学号：指导教师：年月摘要近代的工业机械手是由目标机械本体、控制器系统、传感装置系统、控制系统和伺服动力器系统组成，是一种模仿人的操作、自动化控制、可多次编程、能在立体空间完成各式各样作业的Mechatronics设备。
工业机械手对于提高和确保产品质量，提升生产的效率，改善工人的工作条件和快速更新产品起着非常重要的作用。
工业机械手技术结合了多们学科的知识。
包含机构学、计算机、控制论、信息和传感技术、人工智能、仿生学等。
它是当代十分活跃，应用非常广泛的领域。
机械手具有很多人类所不具有的能力，包括快速分析环境能力；抗干扰能力强，能长时间工作和工作精度高。
可以说机械手是工业进步的产物，它也发挥了在当今工业的至关重要的作用。
如今，机械手工业已成为世界各国备受关注的产业。
随着机械手技术的快速发展，工业机械手的应用范围正在不断扩大，提出了新要求，为提高机械手教学教育的水平，我们研制出一套以实验教学为目的的机械手演示系统。
本文阐述了机械手的发展历史，国内外的应用状况，及其巨大的优越性，提出了具体的机械手设计要求和进行了总体方案设计和各自由度的具体结构设计、计算。
关键词：机械手；工业；传动；强度AbstractFrom the industrial robot manipulator (Mechanical), controller, servo drive system and sensing device, a humanoid operation, automatic control, can repeat programming,three-dimensional space can be completed in the various operations of the electromechanical integration automatic production agency. It to stabilize, improve the product quality, improve production efficiency, plays a very important role in improving the rapid working conditions and product. Industrial robot technology is a high-tech integrated computer, control theory, mechanism, information and sensor technology, artificial intelligence, bionics multidisciplinary and form, is the contemporary research is very active, more and more widely applied in the field.The robot is on the environment of rapid response and the analysis judgment ability, and the machine can work continuously for long time, high precision, resistance to harsh environment capacity, in the sense that it is the product of the evolution of the machine, it is an important production and industrial and non-industrial sector, service equipment, automation equipment is indispensable the field of advanced manufacturing technology. Today, the robotics industry has become the world the concern of the industry.With the rapid development of robot technology, the application field of industrial robot is constantly expanding, puts forward new requirements, in order to improve the robot teaching level, we developed a set of experimental teaching for the purpose of demonstration of the robot system.This assay describes the development process of the robot, the application status at home and abroad, robot based on the specific design requirements, the overall design of the degree of freedom, the concrete structure design and calculation;Key Words: robot; industrial; transmission; strength目录摘要....................................................................................................................................... I I Abstract (III)目录 (IV)第1章绪论 (2)1.1 机械手概念 (6)1.2 课题研究的背景和意义 (6)1.3 国内机械手的研究 (6)1.4机械手的应用 (7)第2章总体方案机构设计 (8)2.1设计概念 (8)2.2设计原理 (8)第3章X向结构及传动设计 (9)3.1 X向滚珠丝杆副的选择 (10)3.1.1导程确定 (10)3.1.2确定丝杆的等效转速 (10)3.1.3估计工作台质量及负重 (10)3.1.4确定丝杆的等效负载 (10)3.1.5确定丝杆所受的最大动载荷 (11)3.1.6精度的选择 (12)3.1.7选择滚珠丝杆型号 (12)3.2校核 (12)3.2.1 临界压缩负荷验证 (13)3.2.2临界转速验证 (14)3.2.3丝杆拉压振动与扭转振动的固有频率 (14)3.3电机的选择 (15)3.3.1电机轴的转动惯量 (15)3.3.2电机扭矩计算 (16)第4章Y向结构设计 (17)4.1 滚珠丝杠计算、选择 (17)4.2 步进电机惯性负载的计算 (20)4.3步进电机的选用 (21)第5章手指的相关设计与计算 (23)5.1 手指的相关设计与计算 (23)5.2 机械手手抓夹持精度的分析计算 (26)5.3 手爪扇形齿轮与齿条强度校核 (27)5.4 机身与基座 (28)第6章单片机电气控制系统设计 (34)6.1 微机数控系统的设计 (34)6.1.1 硬件电路设计 (34)6.1.2 软件电路设计 (36)6.2 8031单片机及其扩展 (36)6.2.1 8031单片机的简介 (36)6.2.2 8031单片机的系统扩展 (37)6.2.3 存储器扩展 (39)6.2.4 I/O口的扩展 (41)6.2.5 步进电机驱动电路 (42)6.2.6 脉冲分配器（环行分配器） (43)6.2.7 光电隔离电路 (43)6.2.8 功率放大器 (43)6.2.9 其他辅助电路 (44)总结 (46)参考文献 (47)致谢 (48)第1章绪论1.1 机械手概念机械手（Robot）是自动执行工作的机器装置。
它是高级整合控制论、机械电子、计算机、材料和仿生学的产物。
在工业、医学、农业、建筑业甚至军事等领域中均有重要用途。
机械手是近50年才迅速发展起来的一种有代表性的、机械和电子控制系统组成的、自动化程度高的生产工具。
在生产制造业中，机械手技术得到广泛的应用。
它自动化程度高，对改善劳动条件，确保产品质量和提升工作效率，起到非常重要的作用。
可以说他是现代工业的一种技术革命。
1.2 课题研究的背景和意义由于现代科技的发展，无论是在工业生产中还是人类日常生活，机械手技术都得到广泛的应用。
研究智能类人机械手是近年科学家一致致力于的方向。
类人机械手是以人类模型的，它能仿照人类各种动作和具有人类的外部特征。
未来机械手管家将不是梦。
按机械手结构的不同，机械手又可以分很多种。
轮式移动机械手、履带机械手、机器手、步行机械手等等。
值得一提的是步行机械手，他是近年来类人机器研究的重要成果。
它的移动方式跟大多数动物一样甚至可以跟人类一下。
这是一种很复杂的自动化程度很高的运动。
相对于传统的轮式和履带机械手，他对环境的适应性更强。
能在很小的空间作业，在不平的道路上如履平地，上下楼梯等等。
将来不久，这项技术会得到非常广泛应用。
在机械手研究、制作中，运用电脑对设计出来的机械手进行仿真是一项非常重要的过程。
机械手仿真包含零件建模，零件装配，最后进行运动仿真。
通过仿真，设计员可以很直观的观察到各个机构的运动状况，知道有没有出现干涉；可以清楚知道各个部件的受力情况，得出各种模拟数据。
这种方法大大节约了研制时间和成本。
1.3 国内机械手的研究机械手在日本应用的历史非常悠久。
在七十年代时机械手首先得到应用，然后经过十年的发展，在八十年代的时候机械手已经得到普及。
相应的他们工业年产值也得到了快速提高。
1980年达到一千亿日元，到1990年提高到六千亿日元。
在2004年时已达到了一万八千五百亿日元。
可见机械手在提高生产效益方面的重要性。
在国际方面，各个国家已经意识到机械手的重要性。
所以机械手的订单急速上升。
在2003年的订单量相对于2002年增长了百分之10。
此后机械手的需求量仍然不断上升。
从2001年到2006年全球订单增长多达90000多台。
平均年增长为7%。
国际机械手的发展方向:机械手涉及到非常多学科的知识和领域。
包括：计算机、电子、控制、人工智能、传感器、通讯与网络、控制、机械等等。