在贵金属首饰加工市场上,我国与欧美等其他国家手工定制的加工方式不一样,依然依靠机械批量化生产。根据深圳会展中心贵金属首饰加工设备展,以及深圳某珠宝加工企业的实地考察,贵金属首饰加工设备都不具备自动上下料环节。传统人工上下料操作,一方面使得工人直接与贵金属粉尘接触,引起呼吸道感染和其他法律纠纷;另一方面也制约了贵金属首饰加工行业自动化的发展。针对上述情况,本论文设计了一种针对贵金属首饰加工行业的自动上下料机械手。上下料机械手研制的主要工作分为机械结构系统设计,控制系统设计以及控制算法的应用与拓展。其中机械结构的设计重点在于机械手末端夹持器的设计,设计中采用偏置曲柄滑块配合平行四边形摇杆方案,运用Adams仿真技术优化结构尺寸,保证夹取范围与夹取的平稳性。控制系统设计着重点在驱动电机的控制,与系统软硬件的实现。在驱动元件选择上,回避了伺服电机、谐波减速器等体积大、价格昂贵机械手部件,转而使用步进电机,降低成本的同时也使得整机体积控制在400 mm×400 mm×280 mm范围内,使得整机内嵌在目标机床成为可能。关于步进电机失步不稳定情况,方案中进行了步进电机开环加减速以及配合容栅传感器实现的全闭环控制,使得机械手的夹取平面定位精度可达0.03 mm,整机上下料抓取精度达到0.5 mm。上层软件的制作可实时显示机械手坐标位置、装夹次数,并实时进行限位调节控制。智能算法的仿真应用,以推导步进电机的数学模型为基础,结合项目中具体工况参数,编写了增量PID控制算法,实现较好的控制效果。针对步进电机控制非线性特性,构建了基于MATLAB/Simulink仿真工具的模糊自整定算法模型,为后续控制系统升级做了理论铺垫。最后,论文中设计的自动上下料机械手,能够平稳、高精度实现戒指毛坯的夹取、定位、旋转动作。后续实验中,配合数控机床的加工流程,对机械手的运行轨迹进行规划,成功实现自动上下料功能。