内容提要机械手因其较高灵活性和通用性，在生活、制造等各个领域中都扮演着极其重要的角色。

它可以搬运货物，分拣物品，并能够在在有害环境下操作以保护人身安全，代替人的繁重劳动，因此被广泛应用于机械制造、轻工以及需求物品搬运等各种场所。

本文在纵观了近年来机械手发展状况的基础上，结合机械手方面的设计，对应用于直升机模拟搜救的机械手技术进行了系统的分析，并就其结构的合理性以及应用的可实施性提出了合理化方案。

采用整体化的设计思想，充分考虑了软、硬件各自的特点并进行互补优化。

对直升机模拟搜救机械手的整体结构、执行结构、驱动系统和控制系统进行了分析和设计。

在其驱动系统中采用液压驱动，控制系统中选择PLC的控制单元来完成系统功能的初始化、机械手的移动、故障报警等功能。

通过以上部分的工作，得出了经济型、实用型、高可靠型直升机模拟搜救机械手的设计方案。

关键词机械手；控制；编程The Helicopter Rescue Robot Simulation Design and Application060606219 Pengfei Qiao Faculty adviser Bingxin Hou engineerAbstractBecause of its high flexible manipulators and universality, in life, in various fields such as plays a very important role. It can carry goods, articles, and can be sorted in harmful environment to protect personal safety operation, instead of heavy labor, therefore, are widely used in machinery manufacturing, light industry and the demand for handling items.Based on the review of the development in recent years manipulator based on the design of manipulator, in search of the manipulator used helicopters simulation technology systematically analyzed, and its structure rationality and application of constructability put forward rationalization plan. Adopts integrative design ideas, full consideration of the characteristics of the software and hardware and complementary optimization. The helicopter rescue manipulator to simulate the overall structure, structure, driving system and control system analysis and design. In its drive system used in the hydraulic control system, PLC control unit to choose the system function, the mobile manipulator initialization, fault alarm functions.Through the above work, economical and practical, high reliability model of the manipulator rescue helicopter simulation design scheme.KeywordsManipulator, Control, Programming,目录第一章前言 01.1 研究的目的及意义 01.2 机械手在国内外现状和发展趋势 01.3 主要研究的内容 (1)1.4 解决的关键问题 (2)第二章夹持装置 (2)2.1夹持装置设计的基本要求 (2)2.2夹持装置设计. (3)2.2.1夹紧力计算 (3)2.2.2驱动力计算 (4)2.3手爪的夹持误差及分析 (4)2.4楔块等尺寸的确定 (6)2.4.1斜楔的传动效率 (7)2.4.3l与'l的确定 (8)2.4.4确定 (8)12.4.5L确定 (8)第三章腕部 (9)3.1腕部设计的基本要求 (9)3.2具有一个自由度的回转缸驱动的典型腕部结构 (10)3.3腕部结构计算 (11)3.3.1腕部回转力矩的计算 (11)3.3.2回转液压缸所驱动力矩计算 (11)3.3.3回转缸内径D计算 (12)3.3.4液压缸盖螺钉的计算 (13)3.3.5腕部轴承选择 (14)第四章伸缩臂设计 (15)4.1伸缩臂设计基本要求 (15)4.2方案设计 (17)4.3.伸缩臂液压缸参数计算 (18)4.3.1工作负载R (18)4.3.2液压缸缸筒内径D的确定 (18)4.3.3活塞杆设计参数及校核 (19)4.3.4缸筒设计参数及校核 (19)4.4导向杆机构设计 (20)4.4.1导向机构的作用 (20)4.4.2导向机构的外形尺寸及材料 (20)第五章驱动系统 (21)第六章 PLC控制系统 (21)致谢 (21)参考文献 (22)直升机模拟搜救机械手设计与应用第一章前言1.1 研究的目的及意义近年来各种灾难在世界范围内频频发生，面对无法抗拒的自然力，灾后救援工作无疑成为减少伤害的最为有效措施。

而面对灾后瘫痪的交通运输条件，直升机空中搜救成为了更有效的措施，尤其是在近两年国内的地震救灾中，因地震导致地面路况严重损坏，在抢救的黄金时间段内，只有通过空中投降救援，才能争取到更多的时间，从而挽救更多灾区人民的宝贵生命，这也自然对空中救援技术提出了更高的要求，而机械手作为实施救援的最为有效和关键机构，更是成为了救援成功与否的决定性因素。

在该机械手的设计中引用液压驱动以及PLC控制等成熟的驱动和控制技术，更是提供了该类机械手的通用性，经济型，可控性。

本设计主要完成机械手的硬件部分设计。

1.2 机械手在国内外现状和发展趋势机械手最早应用在汽车制造工业，常用于焊接、喷漆、上下料和搬运。

机械手延伸和扩大了人的手足和大脑功能，它可替代人从事危险、有害、有毒、低温和高热等恶劣环境中的工作；代替人完成繁重、单调重复劳动，提高劳动生产率，保证产品质量。

目前主要应用于制造业中，特别是电器制造、汽车制造、塑料加工、通用机械制造及金属加工等工业。

工业机械手与数控加工中心，自动搬运小车与自动检测系统可组成柔性制造系统(FMS)和计算机集成制造系统，实现生产自动化。

随着生产的发展，功能和性能的不断改善和提高，机械手的应用领域日益扩大。

目前，国际上的机械手公司主要分为日系和欧系。

日系中主要有安川、oTC、松下、FANLUC、不二越、川崎等公司的产品。

欧系中主要有德国的KUKA、CLOOS、瑞典的ABB、意大利的C0毗U及奥地利的工GM公司。

我国机械手起步于20世纪70年代初期，经过30多年发展，大致经历了3个阶段：70年代萌芽期，80年代的开发期和90年代的应用化期。

在我国，机械手市场份额大部分被国外机械手企业占据着。

在国际强手面前，国内的机械手企业面临着相当大的竞争压力。

如今我国正从一个“制造大国”向“制造强国”迈进，中国制造业面临着与国际接轨、参与国际分工的巨大挑战，对我国工业自动化的提高迫在眉睫，政府务必会加大对机器人的资金投入和政策支持，将会给机械手产业发展注入新的动力。

随着机械手发展的深度和广度以及机器人智能水平的提高，机械手已在众多领域得到了应用。

从传统的汽车制造领域向非制造领域延伸。

如采矿机器人、建筑业机器人以及水电系统用于维护维修的机器人等。

在国防军事、医疗卫生、食品加工、生活服务等领域机械手的应用也越来越多。

在未来几年，传感技术，激光技术，工程网络技术将会被广泛应用在机械手工作领域，这些技术会使机械手的应用更为高效，高质，运行成本低。

据猜测，今后机器人将在医疗、保健、生物技术和产业、教育、救灾、海洋开发、机器维修、交通运输和农业水产等领域得到应用。

1.3 主要研究的内容随着机械手技术的飞速发展和机械手应用领域的不断深化，不仅要求其控制可靠性强、使用灵活性高和操作灵活性好，还要其成本低、可开发经济性强。

本论文主要研究物料分拣机械手以下几个方面的内容：(1)直升机模拟搜救械手执行系统的分析与选择执行系统是由传动部件与机械构件组成，是机械手赖以实现各种运动的实体。

主要包括机身、手臂、末端执行器3部分组成，其中每一部分都可以具有若干的自由度。

执行系统的设计主要是对机械手的手部、腕部，以及手臂进行设计。

(2)直升机模拟搜救机械手驱动系统的分析与选择驱动系统是向执行系统各部分提供动力的装置。

通过对液压、气压、电气三种驱动方式的比较，本设计选择液压驱动的方式。

内容是液压元件的选择及其工作原理。

(3)直升机模拟搜救机械手控制系统的设计控制系统是机械手的指挥系统，它控制驱动系统，让执行系统按规定的要求和时序进行工作。

本机械手采用可编程控制器（PLC）对机械手进行控制。

1.4 解决的关键问题1 解决机械手机械结构的设计问题，要求机械手结构简单、经济、具有一定的代表性。

2 执行部件的运动精度的问题。

3 机械手的控制系统，解决工件和控制系统的协调问题。

4 元件的匹配规则和知识的获取及其表达形式。

第二章夹持装置2.1夹持装置设计的基本要求（1）应具有适当的夹紧力和驱动力；（2）手指应具有一定的开闭范围；（3）应保证工件在手指内的夹持精度；（4）要求结构紧凑，重量轻，效率高；（5）应考虑通用性和特殊要求。

设计参数及要求（1）采用手指式夹持器，执行动作为抓紧—放松；（2）所要抓紧的工件直径为80mm 放松时的两抓的最大距离为110-120mm/s , 1s 抓紧,夹持速度20mm/s ；（3）工件的材质为5kg ，材质为45#钢；（4）夹持器有足够的夹持力；（5）夹持器靠法兰联接在手臂上。

由液压缸提供动力。

2.2夹持装置设计.2.2.1夹紧力计算手指加在工件上的夹紧力是设计手部的主要依据，必须对其大小、方向、作用点进行分析、计算。