本文将设计一台四自由度机械手，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，进而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管理系统，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、端子板电路的设计和控制软件的设计，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。

  有挡块（或活塞与端盖）定位。手架升降运动采用无触电行程开关进行位置检测，

  用转换不一样的尺寸的出油口增加背压减速缓冲；手架升降运动采用无触点行程开关发信，切断油路缓速缓冲。

  手部安装在手臂的前端。手臂的内孔装有转动轴，可把动作传给手腕，以转动、伸屈手腕，开闭手指。

  机械手手部的机构系模仿人的手指，分为无关节，固定关节和自由关节三种。手指的数量又可大致分为二指、三指和四指等，其中以二指用的最多。能够准确的通过夹持对象的形状和大小配备多种形状和尺寸的夹头，以适应操作需要。

  手臂的作用是引导手指准确的抓住工件，并运送到所需要的位置上。为了使机械手能够正确的工作，手臂的三个自由度都需要精确的定位。

  本课题所做的机械手在手臂的上升、下降、前伸、后退、左转、右转三个方向的定位均采用行程开关控制，以保证定位的精度。

  总括机械手的运动离不开直线移动和转动二种，因此，它采用的执行机构主要是直线油缸、摆动油缸、电液脉冲马达、伺服油马达、直流伺服马达和步进马达等。

  驱动机构主要有四种：液压驱动、气压驱动、电气驱动和机械驱动。其中以液压气动用的最多，占90上，电动、机械驱动用的较少。

  液压驱动主要是通过油缸、阀、油泵和油箱等实现传动。它利用油缸、马达加上齿轮、齿条实现直线运动；利用摆动油缸、马达与减速器、油缸与齿条、齿轮或链条、链轮等实现回转运动。液压驱动的优点是压力高、体积孝出力大、运动平缓，可无级变速，自锁方便，并能在中间位置停止。缺点是需要配备压力源，系统复杂成本较高。

  气压驱动所采用的元件为气压缸、气压马达、气阀等。一般都会采用4-6个大气压，个别的达到8-10个大气压。它的优点是气源方便，维护简单，成本低。缺点是出力小，体积大。由于空气的可压缩性大，很难实现中间位置的停止，只能用于点位控制，而且润滑性较差，气压系统容易生锈。

  电气驱动采用的不多。现在都用三相感应电动机作为动力，用大减速比减速器来驱动执行机构；直线运动则用电动机带动丝杠螺母机构；有的采用直线电动机。通用机械手则考虑用步进电机、直流或交流的伺服电机变速箱等。

  电气驱动的优点是动力源简单，维护，使用起来更便捷。驱动机构和控制管理系统可以采用统一形式的动力，出力比较大；缺点是控制响应速度比较慢。

  机械驱动只用于固定的场合。一般用凸轮连杆机构实现规定的动作。它的优点是动作确实可靠，速度高，成本低；缺点是不易调整。

  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。采用手臂的左转、右转、手臂的夹紧、放松方面。

  控制系统可根据动作的要求，设计采用数字顺序控制。它首先要编制程序加以存储，然后再根据相关规定的程序，控制机械手进行工作。

  应用机械手有利于实现材料的传送、工件的装卸、刀具的更换以及机器的装配等的自动化的程度，从而能够提高劳动生产率和降低生产成本。

  在高温、高压、低温、低压、有灰尘、噪声、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空间狭窄的场合中，用人手直接操作是有危险或根本不可能的，而应用机械手即可部分或全部代替人安全的完成作业，使劳动条件得以改善。

  在一些简单、重复，特别是较笨重的操作中，以机械手代替人进行工作，能够尽可能的防止由于操作疲劳或疏忽而造成的人身事故。

  应用机械手代替人进行工作，这是直接减少人力的一个侧面，同时由于应用机械手可以连续的工作，这是减少人力的另一个侧面。因此，在自动化机床的综合加工自动线上，目前几乎都没有机械手，以减少人力和更准确的控制生产的节拍，便于有节奏的进行工作生产。

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