【双臂式搬运机械手结构设计（毕业设计论文）】随着工业自动化水平的不断提高，机械手在制造业中的应用越来越广泛。本论文以“双臂式搬运机械手结构设计”为题，围绕双臂机械手的结构设计进行深入研究。通过对机械手的功能需求分析、运动学建模、驱动系统选择以及结构优化等方面的探讨，提出了一种适用于搬运作业的双臂机械手设计方案。该设计具有结构紧凑、操作灵活、定位精度高和适应性强等优点，能够满足现代工业对高效、精准搬运的需求。

关键词： 双臂机械手；结构设计；搬运系统；自动化；机械臂

一、引言

近年来，随着智能制造和自动化技术的快速发展，工业机器人在生产线上的应用日益增多。其中，机械手作为实现自动化搬运、装配和加工的重要设备，其性能直接影响到整个生产系统的效率与质量。传统的单臂机械手在某些复杂工况下存在局限性，难以满足多任务协同作业的需求。因此，双臂机械手因其更高的灵活性和更强的任务执行能力，逐渐成为研究的热点。

本毕业设计旨在设计一款适用于搬运作业的双臂式机械手，通过合理的结构布局与控制系统设计，提高其在实际生产中的适用性和稳定性。

二、机械手功能需求分析

在设计双臂式搬运机械手之前，首先需要明确其使用场景和功能需求。根据实际应用背景，该机械手主要用于工厂车间内的物料搬运、分拣和装配作业。其主要功能包括：

- 实现物体的抓取与释放；

- 完成空间中多个点之间的移动；

- 保证较高的定位精度与重复定位精度；

- 具备一定的负载能力；

- 结构简单、易于维护。

基于以上需求，确定了机械手的整体设计方案，包括关节类型、自由度配置、驱动方式等关键参数。

三、机械手结构设计

1. 总体结构布局

本设计采用双臂并联结构，两臂分别由独立的驱动系统控制，可实现同步或异步运动。整体结构由底座、旋转关节、肩部关节、肘部关节、腕部关节及末端执行器组成。各关节之间通过连杆连接，形成一个完整的运动链。

2. 关节设计

- 旋转关节：用于实现机械手的水平旋转，采用伺服电机驱动，具备较高的转速与扭矩。

- 肩部关节：实现机械手的上下摆动，采用齿轮传动结构，保证运动平稳。

- 肘部关节：控制机械臂的伸缩，采用液压或电动缸驱动，确保足够的承载力。

- 腕部关节：实现末端执行器的多角度调整，采用精密减速器，提升操作精度。

3. 末端执行器设计

末端执行器采用夹爪式结构，可根据不同物体形状进行适配。夹爪内部安装有压力传感器，用于检测抓取力度，防止损坏物品。

4. 材料与制造工艺

机械手主体采用铝合金材料，既减轻了整体重量，又提高了结构强度。关键部件如轴承、齿轮等选用高强度不锈钢材质，确保长期稳定运行。

四、控制系统设计

为了实现双臂机械手的精确控制，设计了基于PLC的控制系统。该系统主要包括以下几个部分：

- 主控单元：采用可编程逻辑控制器（PLC），负责协调双臂的运动；

- 驱动模块：每个关节配备独立的伺服驱动器，实现精准控制；

- 传感器系统：包含位置传感器、力传感器等，用于实时反馈机械手状态；

- 人机交互界面：通过触摸屏或远程控制终端，实现操作人员对机械手的指令输入与状态监控。

五、仿真与验证

为验证设计的可行性，使用SolidWorks和MATLAB/Simulink对机械手进行了三维建模与运动仿真。通过仿真结果分析，确认了机械手在不同工况下的运动轨迹、负载能力和动态响应情况，进一步优化了结构参数和控制算法。

六、结论

本毕业设计完成了双臂式搬运机械手的结构设计，涵盖了机械结构、控制系统和运动仿真等多个方面。通过合理的设计方案，实现了机械手在搬运作业中的高效、稳定运行。该设计具有良好的实用价值，为今后在工业自动化领域中的应用提供了参考依据。

参考文献：

[1] 张伟. 工业机械手结构与控制[M]. 北京: 机械工业出版社, 2018.

[2] 李强. 双臂机械手运动学建模与仿真[J]. 机械设计与制造, 2020(5): 12-15.

[3] 王磊. 基于PLC的机械手控制系统设计[J]. 自动化技术与应用, 2019(7): 34-37.

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