随着人工成本的逐年上升及恶劣生产环境下的工作需要,为降低成本,提高工作效率,工业机器人的需求正在上升。在各类工业机器人中,大负载搬运机械手设计复杂,由于负载的加大,系统的变形会随之变大,系统的能耗也会随之增加,控制也越发困难。本文针对上述问题,以车轮搬运机械手为例研究了大负载工业机械手设计中的关键技术。文中阐述了根据用户要求制定的五自由度大负载工业机械手的机械结构和控制系统的设计方案,包括机械手的传动方式、机械结构、基于西门子S7-200PLC的控制系统的设计。传动方案在液压传动、气动传动、机械传动和电气传动几种方式中选定为基于成本较低的气动技术和伺服电机相结合的方式,并按经济精度要求,设计了以平衡阀为基础的气动方案;对各个关节的结构进行了详细的阐述,基于腕部回转无需任意角度停止的动作要求,设计了采用无步进驱动器的步进电机控制方式;基于大负载情况下,应尽可能降低功耗的原则,设计了通过链传动传递转矩,缩短腕部机构翻转力臂的机械结构;在机械结构设计中,应用ANSYS Workbench进行了机架零件的拓扑分析,强度分析和疲劳分析;对机械手的整体结构,进行了接触分析模拟其总变形,评估该变形在工作时产生的影响;基于西门子S7-200型PLC及对应的西门子Smart1000IE触摸屏,设计了机械手的控制程序和触摸屏控制界面;完成了机械手相关重要零部件的实体建模并装配,进行了干涉检查及机构运动仿真,确定本机械手方案在空间运动方面合乎要求。本文设计的大负载搬运机械手,结构紧凑,机械效率高,控制方便可靠,为大负载工业机械手的设计提供了借鉴。