机械臂的设计方案半岛体育机械

　　半岛体育机械前言：想要写出一篇令人眼前一亮的文章吗？我们特意为您整理了5篇机械臂的设计方案范文，相信会为您的写作带来帮助，发现更多的写作思路和灵感。

　　本文在确认基于移动平台的机械臂结构设计指标的前提下，阐述了基于移动平台的机械臂构型选择，在此基础上研究从机械臂关节数目确定、机械臂关节结构选型以及机械臂驱动器选型等方面阐述了基于移动平台的机械臂结构设计方案。

　　（1）设计指标的确定。移动平台机械臂必须满足足够的工作和操作空间，并且控制自身的质量和载荷，从而使其满足对于轻型结构的要求。而移动平台的特点，同时也决定了机械臂的设计必须应该保证持续工作，能耗足够小。结合以上的设计需求，并考虑到具体的使用场合，本设计为其拟定的设计指标为：移动平台机械臂的自由度选择为5；其伸展长度为3m，对于具体的负重量，要求末端能够负荷超过0.5千克的质量，机械臂本身的质量控制在一千克之内。机械臂的功率要求低于15瓦。（2）机械臂结构选型。移动机械臂属于机电一体化设计，由于设计指标确定了机械臂的自由度选择为5，因此必须具备5个关节。各个关节均通过连杆机构相连接。本研究选择了转动关节型机械臂，分为腰部关节、肩部关节、肘部关节。以及辅助关节和腕关节。其结构选型的简图如下所示：

　　（3）关节数目确定。关节数目的选择需要考虑到具体使用场合的需要。具体的要求包括：能够做到对目标进行水平拾取，如图2所示：

　　由于使用场合的要求是多样化的，因此本设计为其添加一个辅助关节，置于肘部和腕部之间（如图1所示）。（4）关节结构选型。考虑到涡轮蜗杆传动原理的弱点是对载荷的限制，本文将关节结构设计为输入端与输出端轴线平行，从而达到了结构不复杂，传递路径最优的目标。本文所涉及的机械臂属于串联连杆类型，为了达到较大的减速比传动指标，传动模块使用谐波减速器，配置以齿轮系、同步带等辅助部件，实现多级齿轮的传动方式。（5）机械臂驱动器的设计。基于移动平台的机械臂驱动器对于机械臂的各种性能影响非常明显，直接关系到所涉及的成品所具备的性能指标和使用范围。机械臂驱动器在进行选型的阶段，最应该注重的便是合理评估在各类可能发生的使用场合中处于机械臂之上的每一个关节所承受的负载极值。本研究所涉及的机械臂对于负载的要求并不高。通过当前本领域的一些研究成果可知，如果机械臂对于负载没有太多要求，则可以将电动驱动器作为各个关节的驱动器。业界的研究文献表明，最常使用的电动驱动器包括如下几类：永磁直流，永磁同步流以及无刷直流。本研究选择无刷直流电机，理由是与以上的其他几种电机相比，其故障率小、维护工作量低、噪音少，可选速率范围大，散热方便。电机驱动模式以及电机选型确定之后，接下来便可以确定各个关节动作的具体传递模式：无刷电机—齿轮减速器—各个关节。对于齿轮传动装置采用三轴线双级斜齿圆柱齿轮减速器，并于齿轮减速器输出部分部署灵活的可调电位器，其作用是以反馈的模式控制关节输出角度。

　　本研究从整体上阐述了基于移动平台的机械臂结构分析与设计方案，移动机械臂的设计目前仍然有很大的发展空间，一方面需要深入研究机械臂的精准控制，另一方面还应结合具体的使用场合考虑移动平台的控制，这也是本研究下一步进行的方向。

　　前言：随着我国航天事业的发展，在建造空间站、维护设备、进行科学实验等过程中，空间机械臂都发挥出了重要的作用，在维护和组装空间站的工作当中，是一个十分关键的设备。基于太空当中的特殊环境，在机械臂的设计和应用中，机电一体化关节是其最为重要的构成部分，直接影响着空间机械臂的工作精度。

　　在空间机械臂当中，主要包括在轨控制系统、移动基座系统、末端效应器系统、关节驱动控制系统、结构与机构系统、视觉系统、末端作业工具系统、地面控制台等部分。其中，末端效应器连接臂杆和关节等结构，机械臂的空间运动就能够通过关节的旋转来完成[1]。

　　在机械臂关节的实际应用中，需要对完成空间站的维修、建设、维护等工作，从而对空间站的运行状态加以确保。提高航天员的安全性和行动能力，降低航天员的出舱次数半岛体育机械。此外，还需要最大限度的将航天员的作业风险降低，同时确保作业环境的安全。在机械臂当中，关节是最为重要的结构，通过力闭环、位置和速度的控制，使机械臂能够实现多自由度的旋转运动。关节需要提供操作驱动和负载能力给机械臂，同时能够紧急制动机械臂，有效限制欲动角度，保护机械臂结构。同时需要提高机械臂控制和测量的精度。通过关节，能够交互中央控制系统和机械臂之间的信息。此外，如果关节发生失效会损坏，应当能够进行方便的在轨拆装。

　　机电一体化关机需要提供传动、驱动、制动、驱动控制、通信、位置速度信号采集、温度信号采集等功能，同时应当严格控制关节的体积和质量。因此，在设计过程中，在确保功能满足要求的基础上半岛体育机械，应当尽量进行轻量化、小型化的处理。此外，还应当具备良好的可靠性和环境适应能力。因此，在实际设计过程中，应当结合实际需求，首先确定整体的设计方案，包括冗余设计、中心孔走线、传感器和零部件选型等[2]。结合性能参数和功能要求，对性能指标加以分配，同时对零部件的接口和尺寸进行详细的核对。然后设计关节的电气控制硬件、内部结构，编写相应的控制软件，设定控制算法。在完成关节软硬件和结构的设计之后，还要进行相应的测试检验才能投入使用。

　　在机电一体化关节控制当中，主要包括位置控制、速度控制、力矩控制。在位置控制当中，中央控制器将位置命令发送给关节控制系统，通过位置三闭环结构、电流、速度控制，设置位置控制器、电流和速度，利用传感器获取末端位置、电机等效电流、关节转速等参数，从而对为控制环路提供闭环反馈。在速度控制当中，中央控制器将速度命令发送给关节控制系统，利用双闭环、速度、电流等结构，设置电流和速度控制器[3]。然后利用传感器收集和计算电机等效电流和关节转速，并对控制环路提供闭环反馈。在力矩控制中，中央控制器将力矩命令发送给关节控制系统，利用力矩双闭环和电流结构，来设置电流和力矩控制器。再利用传感器采集和计算电机等效电流和力矩参数，为控制环路提供闭环反馈。

　　在机电一体化关节当中，主要包含了谐波减速器、伺服电动机等结构。其中的扭转弹簧具有一定的刚度，它与减速器柔轮之间存在着等效的关系。在系统控制的过程中，外界干扰和摩擦等因素将会对其造成影响。因此，应当针对关节系统，进行力学模型的建立。通过这一模型来计算和设置后续矢量控制等参数。在这一过程中，会涉及到关节输出轴位置、电机轴位置、负载惯量、扭转弹簧刚度系数、减速比、非线性摩擦力矩、电机惯量、电机阻尼系数、驱动力矩等参数。

　　在关节控制系统中，主要包括位置环、电流环、速度环等部分。因此，在其运动控制的过程中，应当确保其在变负载、不同负载等情况下保持稳定状态。由于关节运动速度较低半岛体育机械，位置动态响应能力要求也不高，因此，在控制算法中，应当对关节柔性影响给予更高的重视。这样，就能够抑制控制振动，使振动次数和振幅降低。在抑制柔性关节扭转振动的过程中，与低速非线性摩擦补偿、高精度定位控制设计、级联动力特性等问题密切相关[4]。

　　在机械臂关节空间转动过程中，时变性惯量的出现，与机械臂的负载变化和位型变化有关。在运动控制算法中，主要涉及到PID控制加柔性补偿、计算力矩前馈、状态空间反馈等问题。在设置参数的过程中，PID技术能够发挥良好的作用，具有较高的灵活性，因而能够产生良好的控制性能。在当前很多相关产品中，都对线性PID增量控制算法进行了应用。如果没有对动态响应提出过高的要求，在控制位置、电流、转速闭环的时候，可以采用PI控制方式，利用动态模型来模拟摩擦模型，并在控制其中进行补偿。另外，由于谐波减速器需要达到一定的刚度，应当进行柔性扭转控制补偿，对变参数PI设计加以应用。如果负载面发生大范围变化，控制系统应当结合实际情况，分别设定多个控制参数，在线进行调整和切换，从而维持机械臂的稳定运行。

　　在当前的航空领域当中，空间机械臂是一种非常重要的设备，在空间站的各项工作任务中，空间机械臂都发挥着不可替代的巨大作用。在实际应用中，若要实现空间机械臂稳定、高效的运行，就离不开关节的辅助。对于空间机械臂来说，其性能会受到机电一体化关节的直接影响。因此，应当对其进行详细的设计和控制分析，从而使其能够更加良好的发挥作用。

　　[1]胡素梅. 空间机械臂机电一体化关节的设计与控制[J]. 电子制作，2014，01：54.

　　[2]罗俊. 浅谈机电一体化关节在空间机械臂中的设计和控制[J]. 山东工业技术，2014，13：156.

　　随着自动化技术的发展，工业机械手的应用场合不断扩展，在装配、喷涂、焊接等各种危险和单调的重复劳动中发挥重要角色。这里基于SolidWorks和ANSYS完成了一款五自由度关节式机械手设计及分析。

　　机械手的驱动形式主要有液压驱动、电驱动、气动等。液压驱动主要用于承载大、要求快速反应场所；气动具有价格低、适用负载小、结构简单等特点，但其难以实现伺服控制；电驱动由于拥有噪声低、控制方便、精度高等特点而被广泛运用[1]。本设计中采用伺服电机作为驱动源，通过齿轮、同步带（轮）等进行传动。腕关节上设计有装配手爪用法兰，可以通过更换手爪来实现不同的作业任务。

　　五自由度机械手为基本的关节式结构，图1为其结构简图，共拥有5个旋转自由度，分别为：机身旋转关节J1（肩关节）、大臂旋转关节J2（肩关节）、小臂旋转关节J3（肘关节）和手腕仰俯运动关节J4、手腕旋转运动关节J5（腕关节）[2-4]。其中的2个肩关节协同1个肘关节完成定位操作，2个腕关节进行定向。两个肩关节分别实现俯仰和绕竖直线方向旋转，两个肩关节的旋转轴线正交，肘关节转动轴线平行于实现俯仰的肩关节J2]。这种构型拥有动作灵敏准确、占用空间小，作业过程不发生干涉等优点，是通用机械手的常见选型。

　　计算机辅助设计（CAD）在生产中的应用日益广泛。SolidWorks作为常用的三维CAD软件之一，可实现CAD/CAE/CAM的集成和数据信息共享，将设计、分析、加工于一体，可以提供三维建模、有限元分析、运动仿真、工程图纸等众多功能[5]。

　　材料的选用决定着产品的使用质量，同时也影响着产品的设计理念和结构方式。本文设计的机械手，根据其具体的工作条件，主要考虑以下几点因素：（1）强度、硬度高，以保证在弯矩较大时候仍可以有很高的定位能力；（2）重量轻，机械手由于要求运动快速稳定，所以尽量减少惯性是必须考虑的因素之一；（3）弹性模量大、阻尼大，减少变形且同时吸收多余能量。

　　综上所述，机身选用合金钢16MnV，手臂采用铸铝ZAlSi7MgA。ZAlSi7MgA具有良好的铸造性能，弹性E不大，且密度小，E/e比可与钢相比。

　　机身连接着机械手，作为机械手的载体可实现机械手的升降和旋转等动作。通常机械手的机身都与底座连为一体，且机身可具有三个以内的自由度。作为整个系统的支撑部件，要具有较高刚性和良好的系统稳定性，以便于实现精准的运动定位。如果机身如果可以提供竖直方向的自由度，即升降运动，则需设计能够承受住比较大的弯矩力精确的导向装置。因为导向装置在升降的过程中要承受机械手大臂、小臂以及负载的载荷。

　　根据机械手的实际工作需要，机身只提供一个转动轴为竖直方向的转动自由度，具体结构如图2所示。机身的水平方向转动，由交流伺服电机作为动力源。机身在水平方向由转动轴带动旋转过程中，机身转动轴的上下两端分别与底座外壳上下部采用轴承连接，且机身转动轴在运动过程中轴向和径向将同时受力，所以轴承均采用角接触球轴承实现良好的径向和轴向载荷承载能力。图2为Solidworks中机身的结构。

　　机械手由大臂、小臂、腕部组成，手臂连接于机身并支撑起腕部，提供给末端机构的准确定位。机械手末端轨迹复杂且运动速度高，应考虑系统刚度、稳定性、惯性等因素。可采用合理的截面以减少同样刚度下的手臂质量，同时自重减轻也有利于提高机械手的定位准确性。

　　机械手大臂通过两端连接轴分别与机身和小臂连接。大臂内部布置了自身的驱动电机，同时为减少整个手臂运动过程的阻力矩和转动惯量，将机械手小臂的驱动电机也紧凑的安装在大臂内部，图3为Solidworks中大臂结构图。

　　大臂和小臂的驱动电机安装在大臂中部并与减速器连接，减速器通过固定板安装在大臂内。减速器的输出轴通过齿形带将驱动力传递至大臂两端的转动轴，转动轴用深沟球轴承安装于大臂两侧，并通过平键将轴分别与机身和小臂连接。采用此种驱动传递方式可实现各个关节的同级运动控制，易于平稳和精确的末端轨迹控制。

　　使用的同步传送带由于工作过程有较大的张紧力，在使用中会发生塑性伸长进而有可能会产生松弛和打滑等现象，因此在传送带的设计过程中添加了一个可以调整位置的张紧装置，用以确保带轮有固定的张紧力。如图4所示，张紧轮通过弹簧有一个向上的固定压紧力，可以在带松弛时会自动施压来保证张紧。

　　机械手的小臂一端通过轴承连接安装于大臂末端，另一端联接手腕。小臂的驱动电机安装在大臂的内部，而为了结构的紧凑性及减小机械手转动惯量，小臂内部用于安装手腕驱动电机。在传动形式上腕部与小臂、大臂不同，小臂内手腕驱动电机通过齿轮传动传递至腕部安装轴。采用齿轮传动可以提高传动效率和稳定性，减少机械手整体的运动误差。图5为小臂和手腕的结构图。

　　零件的实体造型，就是在计算机中通过基本元素完成几何模型的确切表达。这样可以使技术人员直接在计算机上进行三维的设计，免去了二维图纸来表达三维信息的各种受限因素，且可减少此过程可能产生的错误，机械手模型如图6。

　　Photoworks作为SolidWorks的自带插件，可以提供各种材质以及背景添加，能够达到很好的渲染效果，不需要进行昂贵的加工才能看到样件的效果。使用交互式三维模型渲染，可提快速的提供纹理和景观效果的渲染预览。Photoworks模块为减少侧影“齿距”，采用的自适应防图形失真技术大大提高了图片的质量。机械手最终的渲染效果如图7。

　　软件模拟分析是计算机和现代工程方法的完美结合，有限单元分析是计算机辅助工程CAE技术中一种重要的方法。ANSYS是一种通用的有限元分析软件，融合了多种性能分析于一体，被广泛应诉于各个行业。ANSYS可以实现多场和多场耦合分析；具有一体化的前后处理以及求解数据库；可以进行非线性分析以及优化的计算方法；多种网格划分技术等良好性能[6]。

　　机械手作过程中，轨迹复杂且运动速度快。为了保证机械手的安全性和稳定性，进行有限元力学分析是十分必要的，这里以其中关键部件机械手大臂为例。

　　ANSYS软件内部提供了实体模型建立和有限元模型直接生成两种建模方法，但其建模方法与目前的主流三维造型软件相比，效率低很多。因此采用PRO/E、UG、SolidWorks等三维软件进行设计后，再导入ANSYS进行相关分析和处理[7]。

　　先将机械手大臂的SolidWorks三维模型保存为Parasolid文件，通过“文件”、“导入”、“PARA”等菜单就可以完成在ANSYS中实体模型的导入，结果如图8所示。

　　网格划分分为自由网格划分、映射划分、拖拉和扫掠网格划分等。根据此次分析实际需要，采用自动网格划分来自动生成四面体网格。对于重要部分（比如大臂、小臂）的两端受力部位还要再使用网格细化，进一步完善网格划分，以得到更好的分析结果。在网格划分过程中使用了Smart Size，智能网格划分尺寸选择5，具体效果如图10所示。

　　大臂与小臂平行且都在水平位置。此时小臂以及末端重量都加载在大臂末端用于安装轴承的内孔面上。另外，大臂本身的自重力，视为均匀分布。通过Main Menu>

　　Solution>

　　Define Loads>

　　Apply>

　　Structural>

　　Inertia>

　　Gravity加载。大臂左端通过转支架固定。转矩加载大小根据电机选型时计算得出的数值进行加载，并且大臂左端承受转矩通过齿形带和带轮传递至大臂中部的驱动电机。得到的变形和应力分布如图11。

　　从图11（a）可见大臂在载荷作用下出现了一定变形，最大变形量很小，在运动过程中可以通过闭环控制进行实时的姿态调整，减少因弯曲变形而导致的定位不准因素。也可作为指导进一步进行优化设计，在大臂内侧增加加强筋来减少变形，以达到更好的定位效果。

　　从图11（b）中可得，机械手大臂在弯矩最大状态时，大臂应力最大处位于安装大臂驱动电机的安装孔处，最大约为103 MPa，远小于选用材料ZAlSi7MgA的许用应力（180～250 MPa），指导大臂非主要受力位置厚度等尺寸可适当缩小，整体用料精简。

　　通过Solisworks设计完成五自由度机械手，并将其模型导入ANSYS内进行有限元分析，确保载荷最大状态时机械手工作的安全性，以验证机械手整体设计的正确性，并及时发现不足之处予以优化，同时也为后续控制系统设计打下基础。

　　[1] 高微，杨中平，赵荣飞.机械手机构优化设计[J].机械设计与制造，2006（1）： 13-15.

　　[2] 张晨，徐勋倩，陈静.悬臂钢管混凝土构件在横向冲击荷载下承载性能有限元分析[J].南通大学学报（自然科学版），2012（3）：38-42.

　　[3] 张兴国，徐海黎.FANUC M-6iB型工业机器人结构及运动学分析[J].南通大学学报（自然科学版），2009（1）：9-12.

　　[4] 吕卫国，孟金玲，居志兰.基于Pro/Mechanica温度载荷下活塞的有限元分析[J].南通大学学报（自然科学版），2008（3）：67-70.

　　[6] 张红信.有限元基础理论与ANSYS应用[M].北京：机械工业出版社，2010.

　　[8] 徐稀文，平雪良，陈鲁刚，等，弧焊机器人大臂有限元静态分析与优化设计[J].工具技术，2011（8）.

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　　[11] 俞，王文远.仿真机器人发展及其技术探索[J].数字技术与应用，2010（11）.

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　　[13] 李正义.机器人与环境间力/位置控制技术研究与应用[D].华中科技大学，2011.

　　[14] 唐志国.机械臂操作柔性负载系统分布参数建模与控制方法研究[D].吉林大学，2011.

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　　[16] 周巍.煤矿井下搜救探测机器人的路径规划及轨迹跟踪控制研究[D].太原理工大学，2011.

　　摘要：针对螺旋形部件焊缝的特点和焊接需求，设计了一套基于S7?300 PLC的不规则空间曲线自动焊接系统。介绍了整个控制系统的系统组成、工作原理及软件算法；在机械臂摆动控制上采用FM354伺服电机定位模块实现高精度定位，在机械臂高度和机械臂长度控制上采用基于PLC?300的闭环比例?积分控制。所设计焊接自动控制系统既保证了控制精度又降低了设计成本。基于设计系统进行焊接试验，试验结果表明：焊接定位精度较高，焊缝平整光滑，试验结果证实了该系统的焊接可行性及可靠性。

　　近年来，随着科技的全面进步，机械臂的设计也得到了突飞猛进的发展[1?2]。新一代焊接设备也均采用较为先进的视觉呈现方法对焊缝进行自动检测和自动跟踪[3?4]，同时采用了更先进的控制算法控制焊接过程以达到较高的精度；然而焊接过程中软硬件设计极其复杂，设备成本较高，很难满足中小型企业的需求[5?6]，因此有必要研究分析自动焊接机降低成本、同时控制较高精度的空间曲线自动焊接。

　　本文在空间直角坐标系建模，基于西门子S7?300着重考虑焊接过程中焊接接头空间轨迹求解和定位精度，设计了不规则空间曲线自动焊接设备的焊接方案。机械臂轨迹上采用常用定时插补算法，驱动单元上采用伺服电机实现高精度闭环控制。通过焊接系统设计分析然后进行焊接试验，以期为自动焊接发展提供可靠的理论指导。

　　该系统通过串行口RS 232把S7?300 PLC与示教盒相连接，以接收示教信息；同时示教数据被存储到存储器中，完成焊接示教动作。操作员通过直观的上位机画面观察焊接工作状况，设置焊接机械臂的切向运动速度和轴向送丝速度，修正示教数据并显示故障原因等信息。

　　采用S7?300 PLC实现下位机数据的采集、计算、存储、故障诊断、输出等功能。其中采用CPU 314C?2 DP作为焊接机控制系统处理器，该处理器集成的特殊功能有：最大频率60 kHz的4通道高速计数器，可测频率最大60 kHz的4通道频率测量，最高输出频率2.5 kHz的4通道脉冲宽度调制输出及1路位置控制和PID闭环控制[7]。外围电路包括FM354 伺服电机定位模块及其附属电路，主要完成相关执行器的闭环输出控制，焊接系统简化框图如图1所示。

　　本系统软件设计采用结构化和模块化设计，主要有初始化、示教程序、轨迹插补计算、相关数据的采集与输出等子程序，每一部分通过许多功能模块构成。

　　初始化主要用于完成显示器初始化、串行接口初始化、定时器初始化、反馈计数器初始化、FM354模块初始化以及存储器数据清零等。

　　操作员利用示教盒通过示教程序对机械臂进行编程，使机械臂完成预期的焊接动作，并按顺序存储示教的空间坐标数据。系统软件流程图如图2所示。

　　该算法采用定时中断方式，每隔时间间隔T 后中断一次，进行一次插补，同时计算一次逆向运动学，输出一次给定值。为保证焊接过程的平稳（焊接接头不抖动），将时间间隔T 设置较小，同时由于机械臂机械特性限制了时间间隔T 的上限值25 ms（40 Hz），显然T 越小越好，然而计算量的大小又限制了它的下限值，即CPU要在T时间里完成一次插补运算、一次直线和圆弧的逆向运动学计算以及两次闭环比例?积分运算。CPU的浮点运算时间是15 μs，总运算时间约为8 ms。这就产生了T 的下限值。定时器分辨力为10 ms，CPU还要执行输入输出、故障诊断等任务，这里设置T 值为15 ms。

　　系统采用FM354伺服电机定位模块控制伺服电机的转矩。通常伺服控制器有三种控制方式，分别为脉冲控制方式、电压控制方式和转矩控制方式。FM354只能使用电压控制方式，所以在焊枪的角度上采用基于电压控制的伺服电机。考虑到摆动电机是基于模拟量控制，在以S7?300 PLC 为控制核心的基础上，引入FM354 伺服电机定位模块来精确控制摆动电机的角速度，采用这种独立定位模块减轻了主控制器CPU 的运算量，降低了PLC扫描的周期，从而在整体上改善了控制精度。系统原理图如图3所示。

　　为了在保持精度的同时简化硬件复杂度，在焊枪高度和长度上采用基于PLC?300的闭环控制系统。通过编码器精确测量电机的转速，并与给定转速进行PI运算，用PWM 脉冲控制伺服电机的转速。系统原理图如图4所示。

　　为了验证系统的可行性及可靠性，对设计的PLC控制空间曲线焊接系统进行试验，通过对空间T型接头进行激光焊接来检验焊接接头定位精度及机械臂定时插补算法是否能够满足要求。

　　基于西门子S7?300型PLC进行焊接试验，焊接过程中焊接速度设为3 500 mm/min，焊接功率为10 000 W。考虑到焊接收尾效应，在设计焊接轨迹引出段的焊接工艺参数时，降低焊接速率和焊接功率，直至焊接结束。焊接试验结果如图6所示。观察图6焊接结果可以明显看出，该系统很好地完成了空间不规则曲线激光自动焊接，同时焊缝平整光滑，该系统的可行性及可靠性达到了预期结果。

　　采用激光干涉仪检测焊接过程中机械臂z 轴精度，验证焊接定位精度及定时插补算法等是否能够满足要求，检测结果如图7所示。图7为焊接过程中z 轴精度，从图中可以看出定时插补算法的加入使得z 轴的定位精度达到了0.009 mm，重复精度约为0.005 mm，该组数据表明，所设计系统能够对焊接机械臂各个轴进行高精度的定位控制，插补算法设计完全满足激光焊接定位精度的要求。

　　经过调查研究发现，我国目前数控机床上下机械手的研究和发展较为突出，它的动态特征也相对明显。一是，模块化与可重构化成为了动态发展的基础；二是，PC机的开放型控制器变为了上下料机械手体系发展的主要方向，网络化和标准化态势异常突出。器件的集成度不断强化，设计出的架构也更加灵巧，系统安全性和可靠性更为有效；三是，机械手中的传感器发挥了巨大的优势，位置传感器和速度传感器得到了进一步应用，视觉、触觉传感器的加入使用，更是将上下料机械手推向了更为先进的方向；最后，以焊接和装配为代表的机械产品也走向了模块化方向，其仿真效果和动态特征异常突出。

　　数控机床上下机械手的样式多样，类型丰富，在操作过程中对作业和装置的要求严格，根据不同的操作需求，机械手的选择也不尽相同。最常见的机械手是测量式手爪、搬用式手爪以及加工式手爪，它们的差异明显，作用不同。机械式手爪设计流程必须符合要求，遵循具体原则实施施工，根据其运转和作用的内容进行相关设计和开发。为了避免它与万能手爪方式存在矛盾，还要将工业应用作为设计的基础，将重点放在机械手设计过程中，实现和健全它的工作职能，考虑设计流程的经济效益。另外，机械手爪架构还必须具备通用特征，能够使用有限数量的手爪适应不同要求的机械手，在末端执行器开展工作的时候，还应该配置一个标准的机械接口，保证执行过程的标准化特征。所谓搬用式手爪，即为多种类型的夹持装置，其主要用于对物体的搬用和抓取；加工式手爪，即为附有焊枪、铣刀等工具的机械手附加设备，其主要用于对作业的加工。在对上下料机械手进行设计的过程中，一定要首先分辨用途，然后在结合实际设计流程，突出其使用效率。

　　数控机床上下料机械手设计流程完善规范后，还要确保其实际运行的科学性。由于机械手手臂基本上都为直线式，它的刚度又较大，在运动过程中势必会对稳定性和安全性具有更高的要求。因此，在实际运转过程中，一定要选用液压驱动的方式，根据液压缸表现出的直接性驱动特征，突出它的执行作用，降低控制难度，并使用计算机实施管理控制。在此基础上，机械手手臂在具体运转过程中还具有自身的控制要求，结构设计不用过多关注长度，仅仅依赖加大液压缸的直径来提高其刚度，那么势必无法满足系统需要，设计问题也会暴露。针对这样的现象，在具体设计过程中，要添加导杆机构在设计之中，在小臂上安装导杆两个，并使它们与活塞杆组成一个三角形，通过三角形的稳定性提高小臂的刚度性能。在大臂上则安置四个导杆，构成一个四边形，并且保证每个导杆都为空心样式，进而最大限度的降低大臂重量，做好机械手设计流程的应用，发挥其技术能力。

　　数控机床上下料机械手的作用和优势明显，它的作用突出，具备较好的特征。另外，机械手的实施方案具有速度快、工作效率高等优势，它的负载能力强，移位的精准性好，故障出现的频率势必会大大减小，其优势作用相当明显。例如，机械手在DK050机床上的成功应用就是一个显著的案例，也是数控机床柔性输送方面的一个巨大的创新内容。在未来的发展过程中，它势必会得到更加完善的运用，机械手的开发和使用也将得到前所未有的发挥，为广大使用者提供更加便捷的服务，减少施工时间，扩大经济效益。