本文将设计一台四自由度的机械手，主要的功用就是自动换刀。首先，本文将设计机器人的底座、大臂、小臂和机械手的结构，然后选择合适的传动方式、驱动方式，搭建机器人的结构平台；在此基础上，本文将设计该机器人的控制系统，包括数据采集卡和伺服放大器的选择、反馈方式和反馈元件的选择、端子板电路的设计以及控制软件的设计，重点加强控制软件的可靠性和机器人运行过程的安全性，最终实现的目标包括：关节的伺服控制和制动问题、实时监测机器人的各个关节的运动情况、机器人的示教编程和在线修改程序、设置参考点和回参考点。 设计的目的就是要把我们所学的比较分散的知识综合起来，并进行灵活运用。现在的发展趋势是机电一体化，因此，我们的设计是要我们将“机”、“电”、“液”三者合并起来。“机”即是指机械，机械手的动作过程可以分五部分，即机械手的上升下降、机械手的前伸后缩、机械手的加紧放松、机械手的左转右转、小车的前进后退。这五部分中我们靠机械完成机械手的上升下降动作，即本课题所做的机械手采用电动机带动丝杠螺母机构来实现手臂的上升、下降方面。 技术要求： 结构型式：组合式──直角坐标加旋转; 自由度数： 4; 负载重量： 10 kg (单爪) 末端操作器：双手爪 工作空间：纵向11m;横向0.6m;升降1m;旋转180; 运行速度：五档可调; 最大运行速度：纵向33.6 m/mi
n;横向16 m/mi
n; 升降8m/mi
n;旋转16 rpm; 重复定位精度： ±0.6 mm; 记忆刀位数：不小于170把,可扩展; 总重量： ≯600 kg. 任务要求：（1）论证确定总体方案；（2）设计水平移动系统、垂直升降系统和末端操作器的驱动及传动系统；（3）设计水平移动系统、垂直升降系统和末端操作器的结构；（4）编写设计说明书。 (1)开题报告(含文献综述) ：3,000汉字以上; (2)外文资料翻译： 3,000汉字以上;(3)总体装配图： 1张; (4)部件装配图：3张; (5)主要零件图：若干张; (6)设计说明书,字数不少于30,000字,并附有200~300汉字的中文摘要及相应的英文摘要。 1单导向杆式单导向杆一般配置在驱动油（气）缸体的一侧或活塞杆内。放在活塞杆内时，虽然结构紧凑，但是工艺性比较差。单导向杆导向装置结构简单、重量轻、摩擦力小，但是承载能力较低，刚性差，而且导向杆内走管通道少。一般用于较小型的机器人。 单导向杆一般采用实心圆杆、方杆、空心圆杆、花键轴等。方杆比圆杆刚性好，但加工比较困难。 2双导向杆式双到向杆一般对称配置在驱动油（气）缸两侧。这种形式受力情况好、刚性大，可承受重载，导向杆内部走管道多，便于油路配置。但转动惯量增加，不利于回转定位。双导向杆一般采用圆杆，以便内部通走管。 3导轨式导轨式的形式较多，其共同特点是刚性好，工作平稳、导向性能好，但结构比较复杂。适用于负载较重、速度较低的机器人或专用机械手。 4滚珠花键式焊接结构的轴套前端固接一个循环滚珠套，套内装有若干钢珠，并设有保持架。滚珠花键轴的圆弧性花键槽与其中一部分钢珠配合，轴套的转动通过循环滚珠套及钢珠传给花键轴，花键轴在随手臂移动时便带动钢珠滚动并自行循环，实现滚动摩擦代替普通花键轴的滑动摩擦。这种结构摩擦阻力小，定向精度高，移动速度快，但是结构比较复杂，制造成本高。