随着现代工业的不断发展以及“机器换人”工作的不断推进,机械手在国民经济各领域的应用越来越广泛。它可以在恶劣环境下取代人工完成重复的、单调的以及精确度要求高的工作,对减轻工人劳动强度,提高工作效率具有现实意义。本文在综述机械手国内外研究现状与发展趋势的基础上,以“物料搬运机械手研制”实际工程项目为背景,针对其功能与性能需求,对物料搬运机械手进行了机电一体化设计。论文主要完成的工作和成果如下:(1)分析了搬运机械手的工作过程与性能需求,设计了基于直角坐标形式的三自由度机械手整体结构,结合各自优点提出了采用电气与气压混合驱动的总体设计方案。(2)根据搬运机械手需要实现的功能,确定了机械手的部件组成以及各部件的结构形式,采用Pro/E完成了底座及X、Y、Z轴手臂等部件的机械设计;为满足高精度定位与简单实用的要求,提出了X轴采用电气驱动,Y和Z轴采用气压驱动的模式,构建了伺服电机、气缸等零部件的模型,计算了负载/电机惯量比、转速、转矩等电气参数,进行了电机与减速器的选配,并完成了气缸的选型设计。最后对所有零件进行组装,完成机械手的整机机械结构设计。(3)设计了搬运机械手的电气与气压驱动系统。为实现X轴的高精度定位,分析了永磁同步电机的数学模型,针对因外部转矩扰动变化引起的控制器跟踪性能下降问题,设计了基于模糊控制和扰动观测器的双闭环伺服控制系统,仿真结果显示,该算法具有良好的动态性能以及较强的鲁棒性。根据机械手的工作特性,设计了电气驱动原理图,为使整体结构简单实用,提出了Y轴和Z轴手臂的气压驱动方案,设计了气路原理图和真空回路图,并对手部驱动方式进行了讨论。(4)根据机械手的运行过程以及工业搬运过程中的流程顺序,完成了控制柜、I/O接口及软件模块设计,编写了监控画面,最终研制了一套基于PLC和触摸屏的三自由度物料搬运机械手控制系统。综上所述,本文设计的机械手具有结构简单、定位准确、功能实用等特点,有较高的实用价值。