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平衡臂机械手的设计之PLC逻辑顺序控制和液压系统设计【5张CAD图纸和说明书】

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A0-P泵站装配图.dwg

A1-P油路板.dwg

A2-P液压控制原理图.dwg

A3-电气控制原理图.dwg

A4-PLC接线图.dwg

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关键词：: 5张CAD图纸和说明书机械手的顺序控制平衡臂机械手的设计之PLC逻辑顺序控制和液压系统设计【平衡臂机械手的设计之张CAD图纸手的设计之平衡臂平衡臂机械手的设计之PLC逻辑顺序控制和液压系统

资源描述：

目录 …………………………………………………………………………… 1

Abstract……………………………………………………………………………………………………….1

摘要 1

第一章前言 4

1.1工业机器人 4

1.1.1工业机器人简介 4

1.1.2世界机器人的发展 4

1.1.3我国工业机器人的发展 5

1.2工业机械手 6

1.2.1简史 6

1.2.2应用简况 7

1.2.3国内外机械人发展趋势 7

1.3机械手的组成和分类 9

1.3.1机械手的组成 9

1.3.2机械手的分类 11

1.4本课题研究的主要内容及意义 11

1.4.1 课题七杆二自由度机械手设计内容及基本要求 11

1.4.2重点研究的问题： 11

1.4.3 本次设计的意义 11

第二章机械手机械结构的设计计算 12

2.1 机械手机构的分析与设计 - 12 -

2.1.1机械手的自由度 - 12 -

2.1.2坐标形式 - 13 -

2.1.3机械手的机构简图以及部件尺寸 - 13 -

2.1.4机械手总体方案的比较 15

第三章平衡臂机械手总体设计方案 15

3.1 机械手总体系统的设计 15

3.2液压机械手液压系统的工作原理 15

3.3液压系统的组成原理 16

3.4液压传动机械手的特点 16

3.5机械手的动作顺序 17

3.6平衡臂机械手总体布局方案的确定 18

第四章液压系统的设计 18

4.1 液压系统控制回路的比较选择 18

4.2 液压系统工作原理图 20

4.3 液压系统执行元件的比较选择 21

4.4液压系统动力装置的计算选择 22

4.4.1大臂上双作用活塞式油缸的流量计算及驱动泵的要求 22

4.4.2带动手部夹紧油缸的流量计算及驱动泵的要求 23

4.4.3水平伸缩油缸的流量计算及驱动泵的要求 24

4.2.4驱动泵和驱动电机的选择 26

4.5液压系统控制装置的计算选择 26

4.6液压系统辅助装置的计算选择 27

4.7集中配置液压装置 28

4.7.1液压泵站的集成配置 29

4.7.2液压控制装置的集成配置 29

第五章 PLC控制回路的设计 31

5.1电磁铁动作顺序 31

5.2电气控制原理图 32

5.3现场器件与PLC内部等效继电器对照表 35

5.4 PLC与现场器件的实际连接图 36

5.5梯形图 37

5.6指令程序 38

结束语………………………………………………………………………….42

参考文献……………………………………………………………………….43

附录一英文文献翻译 44

附录二英文文献原文 48

平衡臂机械手的设计之PLC逻辑顺序控制和液压系统设计

摘要：本次设计的液压传动机械手根据规定的动作顺序，综合运用所学的基本理论、基本知识和相关的机械设计专业知识，完成对机械手的设计，并绘制必要装配图、液压系统图、PLC控制系统原理图。机械手的机械结构采用油缸、螺杆、导向筒等机械器件组成；在液压传动机构中，机械手的手臂伸缩采用伸缩油缸，手腕回转采用回转油缸，立柱的转动采用齿条油缸，机械手的升降采用升降油缸，立柱的横移采用横向移动油缸；在PLC控制回路中，采用的PLC类型为FX2N，当按下连续启动后，PLC按指定的程序，通过控制电磁阀的开关来控制机械手进行相应的动作循环，当按下连续停止按钮后，机械手在完成一个动作循环后停止运动。

本设计拟开发的上料机械手可在空间抓放物体，动作灵活多样，可代替人工在高温和危险的作业区进行作业，可抓取重量较大的工件。

关键词：机械手、液压、控制回路、PLC

The design of the hydraulic manipulator

Abstract The design of hydraulic drive manipulator movements under the provisions of the order ， use the basic theory, basic knowledge and related mechanical design expertise comprehensively to complete the design，and drawing the necessary assembly, hydraulic system map, PLC control system diagram . Manipulator mechanical structure using tanks, screw ,guide tubes and other mechanical device component ；In the hydraulic drive bodies ，manipulator arm stretching using telescopic tank ，rotating column of tanks used rack ，manipulator movements using tank movements ，the column takes the horizontal movement of tanks ；The PLC control circuit use the type of FX2N PLC .When pressed for commencement ，PLC in accordance with the prescribed procedures ，through the control of the solenoid valve to control the switch manipulator corresponding moves cycle ，after press the row stop button , the manipulator complete a cycle of action to stop after the hole campaign.

The design of the proposed development of the information on the manipulator can grasp up in space objects ，flexible and varied movements ，can replace the artificial heat and dangerous operation conducted operations，and can grasp the larger workpieces .

Keywords Manipulator 、Hydraulic、Control Loop 、PLC

第一章前言

1.1 工业机器人

1.1．1工业机器人简介

几千年前人类就渴望制造一种像人一样的机器，以便将人类从繁重的劳动中解脱出来。如古希腊神话《阿鲁哥探险船》中的青铜巨人泰洛斯（Taloas)，犹太传说中的泥土巨人等等，这些美丽的神话时刻激励着人们一定要把美丽的神话变为现实，早在两千年前就开始出现了自动木人和一些简单的机械偶人。

到了近代，机器人一词的出现和世界上第一台工业机器人问世之后，不同功能的机器人也相继出现并且活跃在不同的领域，从天上到地下，从工业拓广到农业、林、牧、渔，甚至进入寻常百姓家。机器人的种类之多，应用之广，影响之深，是我们始料未及的。

工业机器人由操作机（机械本体）、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。特别适合于多品种、变批量的柔性生产。它对稳定、提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。

机器人并不是在简单意义上代替人工的劳动，而是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置，既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力，又有机器可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力，从某种意义上说它也是机器的进化过程产物，它是工业以及非产业界的重要生产和服务性设备，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备。

1.1.2世界机器人的发展

国外机器人领域发展近几年有如下几个趋势：

（1）. 工业机器人性能不断提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修），而单机价格不断下降，平均单机价格从91年的10．3万美元降至97年的6．5万美元。

（2）．机械结构向模块化、可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位一体化；由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机；国外已有模块化装配机器人产品问市。

（3）．工业机器人控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化；器件集成度提高，控制柜日见小巧，且采用模块化结构；大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。

（4）．机器人中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器，而遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制；多传感器融合配置技术在产品化系统中已有成熟应用。

（5）．虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制，如使遥控机器人操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操纵机器人。

（6）．当代遥控机器人系统的发展特点不是追求全自治系统，而是致力于操作者与机器人的人机交互控制，即遥控加局部自主系统构成完整的监控遥控操作系统，使智能机器人走出实验室进入实用化阶段。美国发射到火星上的“索杰纳”机器人就是这种系统成功应用的最著名实例。

(7)．机器人化机械开始兴起。从94年美国开发出“虚拟轴机床”以来，这种新型装置已成为国际研究的热点之一，纷纷探索开拓其实际应用的领域。

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内容简介：: 目录 1Abstract.1摘要1第一章前言41.1工业机器人41.1.1工业机器人简介41.1.2世界机器人的发展41.1.3我国工业机器人的发展51.2工业机械手61.2.1简史61.2.2应用简况71.2.3国内外机械人发展趋势71.3机械手的组成和分类91.3.1机械手的组成91.3.2机械手的分类111.4本课题研究的主要内容及意义111.4.1 课题七杆二自由度机械手设计内容及基本要求111.4.2重点研究的问题：111.4.3 本次设计的意义11第二章机械手机械结构的设计计算122.1 机械手机构的分析与设计- 12 -2.1.1机械手的自由度- 12 -2.1.2坐标形式- 13 -2.1.3机械手的机构简图以及部件尺寸- 13 -2.1.4机械手总体方案的比较15第三章平衡臂机械手总体设计方案153.1 机械手总体系统的设计153.2液压机械手液压系统的工作原理153.3液压系统的组成原理163.4液压传动机械手的特点163.5机械手的动作顺序173.6平衡臂机械手总体布局方案的确定18第四章液压系统的设计184.1 液压系统控制回路的比较选择184.2 液压系统工作原理图204.3 液压系统执行元件的比较选择214.4液压系统动力装置的计算选择224.4.1大臂上双作用活塞式油缸的流量计算及驱动泵的要求224.4.2带动手部夹紧油缸的流量计算及驱动泵的要求234.4.3水平伸缩油缸的流量计算及驱动泵的要求244.2.4驱动泵和驱动电机的选择264.5液压系统控制装置的计算选择264.6液压系统辅助装置的计算选择274.7集中配置液压装置284.7.1液压泵站的集成配置294.7.2液压控制装置的集成配置29第五章 PLC控制回路的设计315.1电磁铁动作顺序315.2电气控制原理图325.3现场器件与PLC内部等效继电器对照表355.4 PLC与现场器件的实际连接图365.5梯形图375.6指令程序38结束语.42参考文献.43附录一英文文献翻译44附录二英文文献原文48平衡臂机械手的设计之PLC逻辑顺序控制和液压系统设计摘要：本次设计的液压传动机械手根据规定的动作顺序，综合运用所学的基本理论、基本知识和相关的机械设计专业知识，完成对机械手的设计，并绘制必要装配图、液压系统图、PLC控制系统原理图。机械手的机械结构采用油缸、螺杆、导向筒等机械器件组成；在液压传动机构中，机械手的手臂伸缩采用伸缩油缸，手腕回转采用回转油缸，立柱的转动采用齿条油缸，机械手的升降采用升降油缸，立柱的横移采用横向移动油缸；在PLC控制回路中，采用的PLC类型为FX2N，当按下连续启动后，PLC按指定的程序，通过控制电磁阀的开关来控制机械手进行相应的动作循环，当按下连续停止按钮后，机械手在完成一个动作循环后停止运动。本设计拟开发的上料机械手可在空间抓放物体，动作灵活多样，可代替人工在高温和危险的作业区进行作业，可抓取重量较大的工件。关键词：机械手、液压、控制回路、PLCThe design of the hydraulic manipulator Abstract The design of hydraulic drive manipulator movements under the provisions of the order ， use the basic theory, basic knowledge and related mechanical design expertise comprehensively to complete the design，and drawing the necessary assembly, hydraulic system map, PLC control system diagram . Manipulator mechanical structure using tanks, screw ,guide tubes and other mechanical device component ；In the hydraulic drive bodies ，manipulator arm stretching using telescopic tank ，rotating column of tanks used rack ，manipulator movements using tank movements ，the column takes the horizontal movement of tanks ；The PLC control circuit use the type of FX2N PLC .When pressed for commencement ，PLC in accordance with the prescribed procedures ，through the control of the solenoid valve to control the switch manipulator corresponding moves cycle ，after press the row stop button , the manipulator complete a cycle of action to stop after the hole campaign.The design of the proposed development of the information on the manipulator can grasp up in space objects ，flexible and varied movements ，can replace the artificial heat and dangerous operation conducted operations，and can grasp the larger workpieces .Keywords Manipulator 、Hydraulic、Control Loop 、PLC第一章前言1.1 工业机器人1.11工业机器人简介几千年前人类就渴望制造一种像人一样的机器，以便将人类从繁重的劳动中解脱出来。如古希腊神话阿鲁哥探险船中的青铜巨人泰洛斯（Taloas)，犹太传说中的泥土巨人等等，这些美丽的神话时刻激励着人们一定要把美丽的神话变为现实，早在两千年前就开始出现了自动木人和一些简单的机械偶人。到了近代，机器人一词的出现和世界上第一台工业机器人问世之后，不同功能的机器人也相继出现并且活跃在不同的领域，从天上到地下，从工业拓广到农业、林、牧、渔，甚至进入寻常百姓家。机器人的种类之多，应用之广，影响之深，是我们始料未及的。工业机器人由操作机（机械本体）、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。特别适合于多品种、变批量的柔性生产。它对稳定、提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。机器人并不是在简单意义上代替人工的劳动，而是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置，既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力，又有机器可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力，从某种意义上说它也是机器的进化过程产物，它是工业以及非产业界的重要生产和服务性设备，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备。 1.1.2世界机器人的发展国外机器人领域发展近几年有如下几个趋势：（1）. 工业机器人性能不断提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修），而单机价格不断下降，平均单机价格从91年的103万美元降至97年的65万美元。（2）机械结构向模块化、可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位一体化；由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机；国外已有模块化装配机器人产品问市。（3）工业机器人控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化；器件集成度提高，控制柜日见小巧，且采用模块化结构；大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。（4）机器人中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器，而遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制；多传感器融合配置技术在产品化系统中已有成熟应用。（5）虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制，如使遥控机器人操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操纵机器人。（6）当代遥控机器人系统的发展特点不是追求全自治系统，而是致力于操作者与机器人的人机交互控制，即遥控加局部自主系统构成完整的监控遥控操作系统，使智能机器人走出实验室进入实用化阶段。美国发射到火星上的“索杰纳”机器人就是这种系统成功应用的最著名实例。(7)机器人化机械开始兴起。从94年美国开发出“虚拟轴机床”以来，这种新型装置已成为国际研究的热点之一，纷纷探索开拓其实际应用的领域。1.1.3 我国工业机器人的发展有人认为，应用机器人只是为了节省劳动力，而我国劳动力资源丰富，发展机器人不一定符合我国国情。这是一种误解。在我国，社会主义制度的优越性决定了机器人能够充分发挥其长处。它不仅能为我国的经济建设带来高度的生产力和巨大的经济效益，而且将为我国的宇宙开发、海洋开发、核能利用等新兴领域的发展做出卓越的贡献。我国的工业机器人从80年代“七五”科技攻关开始起步，在国家的支持下，通过“七五”、“八五”科技攻关，目前已基本掌握了机器人操作机的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术，生产了部分机器人关键元器件，开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人；其中有130多台套喷漆机器人在二十余家企业的近30条自动喷漆生产线（站）上获得规模应用，弧焊机器人已应用在汽车制造厂的焊装线上。但总的来看，我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，如：可靠性低于国外产品；机器人应用工程起步较晚，应用领域窄，生产线系统技术与国外比有差距；在应用规模上，我国已安装的国产工业机器人约200台，约占全球已安装台数的万分之四。以上原因主要是没有形成机器人产业，当前我国的机器人生产都是应用户的要求，“一客户，一次重新设计”，品种规格多、批量小、零部件通用化程度低、供货周期长、成本也不低，而且质量、可靠性不稳定。因此迫切需要解决产业化前期的关键技术，对产品进行全面规划，搞好系列化、通用化、模化设计，积极推进产业化进程。我国的智能机器人和特种机器人在“863”计划的支持下，也取得了不少成果。其中最为突出的是水下机器人，6000米水下无缆机器人的成果居世界领先水平，还开发出直接遥控机器人、双臂协调控制机器人、爬壁机器人、管道机器人等机种；在机器人视觉、力觉、触觉、声觉等基础技术的开发应用上开展了不少工作，有了一定的发展基础。但是在多传感器信息融合控制技术、遥控加局部自主系统遥控机器人、智能装配机器人、机器人化机械等的开发应用方面则刚刚起步，与国外先进水平差距较大，需要在原有成绩的基础上，有重点地系统攻关，才能形成系统配套可供实用的技术和产品，以期在“十五”后期立于世界先进行列之中。1.2工业机械手工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新技术，并已经成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分。这种新技术发展很快，逐渐成为一门新兴的学科机械手工程。机械手的迅速发展是由于它的积极作用正日益为人们认识：其一，它能部分地代替人工操作；其二，它能操作必要的机具进行焊接和装配。从而大大得改善人工的劳动条件，显著得提高劳动生产效率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。因而，受到各先进工业国家的重视，投入大量的人力物力加以研究和应用。尤其在高温，高压，粉尘，噪音以及带有放射性和污染的场合，应用得更为广泛。在我国，近几年来也有较快的发展，并取得一定的效果，受到机械工业和铁路工业部门的重视。机械手一般分为三类。第一类是不需要人工操作的通用机械手。它是一种独立的不附属于某一主机的装置。它可以根据任务的需要编制程序，以完成各项规定操作。它的特点是具备普通机械的物理性能外，还具备通用机械，记忆智能的三元机械。第二类是需要人工操作的，称为操作机。它起源于原子，军事工业，先是通过操作机来完成特顶的作业，后来发展到用无线电寻好操作机械手来进行月球的探测等。工业中采用的锻造操作机也属于这一范畴。第三类是专用机械手，主要负数于自动机床或自动线上，用以解决机床上下料和工件传送。这种机械手在国外称为Mechanical Hand，它是为主机服务的，有主机驱动；除少数外，工作程序一般是固定的，因此是专用的。1.2.1简史机械手首先是从美国开始研制的。1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手。她的结构是：机体上安装一回转长臂，端部装有电磁铁的工件抓放机构，控制系统是示教型的。1962年，美国联合控制公司在上述方案的基础上又试制一台数控示教再现型机械手。商名为Unimate（即万能自动）。同年，美国机械铸造公司也实验成功一种叫Versatrap机械手，原意是灵活搬运。1978年美国Unimate公司和斯坦福大学，麻省理工大学联合研制一种叫Unnimation-Viearm型工业机械手，装有小型电子计算机进行控制，用于装配作业。到目前为止，日本是工业机械手发展最快，应用最多的国家。但是，目前的机械手大部分还属于第一代，主要依靠人工进行控制；控制方式为开环式，没有识别能力；改进的方向主要是减低成本和提高精度。第二代机械手设有微型电子计算机控制系统，具有视觉，触觉能力，甚至听、想的能力。研究安装各种传感器，把感觉到的信息反馈，使机械手具有感觉机能。第三代机械手（机器人）则能独立地完成工作过程中的任务。它与电子计算机和电视设备保持联系。并逐步发展成为柔性制造系统FMS（Flexible Manufacturing System）和柔性制造单元FMC(Flexible Manufacturing Cell)中重要的一环。1.2.2应用简况就国内机械工业，铁路部门应用机械手的简况，介绍如下：热加工方面的应用热加工是高温、危险的笨重体力劳动，很久以来就要求实现自动化。为了实现高效率和工作安全，尤其对于大件、少量、低速和人力所不能胜任的作业就更加需要采用机械手操作冷加工方面冷加工方面机械手主要采用于柴油机配件以及轴类、盘类和箱体类等零件单机加工时的上下料和刀具安装等。进而在程序控制、数字控制等机床上应用，成为设备的一个组成部分。更在加工生产线、自动线上应用，成为机床、设备上下工序联结和重要手段。拆修装方面拆修装是铁路工业系统繁重体力劳动较多的部门之一，促进了机械手的发展。目前国内铁路工厂、机务段等部门，已采用机械手拆装三通阀、钩舌、分解制动缸、装卸轴箱、组装轮对、清除石棉等，减轻了劳动强度，提高了拆修装的效率。采用机械手进行装配更是目前研制的重点，国外已研究采用摄象机和里的传感装置和微型计算机联系在一起，能确定零件的方位，达到镶装的目的。1.2.3国内外机械人发展趋势在普及第一代工业机器人的基础上，第二代工业机器人已经推广，成为主流安装机型，第三代智能机器人也占有一定比重(占日本1998年安装台数的10%，销售额的36% )。机械结构以关节型为主流，80年代发明的适用于装配作业的平面关节型机器人约占总量的1/3。应3K和汽车、建筑、桥梁等行业的需求，超大型机器人应运而生。CAD , CAM等技术己普遍用于设计、仿真和制造中。控制技术大多采用32位CPU，控制轴数多达27轴，NC技术、离线编程技术大量采用。协调控制技术日趋成熟，实现了多手与变位机、多机器人的协调控制。采用基于PC的开放结构的控制系统已成为一股潮流。驱动技术 80年代发展起来的AC伺服驱动已成为主流驱动技术应用于工业机器人中。新一代的伺服电机与基于微处理器的智能伺服控制器相结合已由FANUC等公司开发并用于工业机器人中;在远程控制中已采用了分布式智能驱动新技术。应用智能化的传感器装有视觉传感器的机器人数量呈上升趋势，不少机器人装有两种以上传感器，有些机器人留了多种机器人接口。通用机器人编程语言在ABB公司的20多个型号产品中，采用了通用模块化语言RAPID。最近美国机器人空间技术公司开发了Robot Script V.10通用语言，运行于该公司的通用机器人控制器URC的Win NT/95环境下。该语言易学易用，可用于各种开发环境，与大多数WINDOWS软件产品兼容。网络通讯方式大部分机器人采用了Ether网络通讯方式，占总量的41.3%，其他采用RS-232, RA-422, RS-485等通讯接口。高速、高精度、多功能化目前，最快的装配机器人最大合成速度为16. 5m/s，有一种大直角坐标搬运机器人，其最大合成速度竟达80m/ s;而另一种并联结构的NC机器人，其位置重复精度达limo 90年代末的机器人一般都具有两、三种功能，向多功能化方向发展。集成化与系统化当今机器人技术的另一特点是机器人的应用从单机、单元向系统发展。百台以上的机器人群与微机及周边设备和操作人员形成一个大群体。跨国大集团的垄断和全球化的生产将世界众多厂家的产品联接在一起，实现了标准化、开放化、网络化的“虚拟制造”，为工业机器人系统化的发展推波助澜。随着计算机技术的不断向智能化方向发展，机器人应用领域的不断扩展和深化以及机器人在FMS, CIMS系统中的群体应用，工业机器人也在不断向智能化方向发展，以适应“敏捷制造”(Agile Manufacturing)，满足多样化、个性化的需求，并适应多变的非结构环境作业，向非制造领域进军。我国的工业机器人从80年代“七五”科技攻关开始起步，在国家的支持下，通过“七五”、“八五”科技攻关，目前己基本掌握了机器人操作机的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术，生产了部分机器人关键元器件，开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人:其中有130多台套喷漆机器人在二十余家企业的近30条自动喷漆生产线(站)上获得规模应用，弧焊机器人己应用在汽车制造厂的焊装线上。但总的来看，我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，如:可靠性低于国外产品:机器人应用工程起步较晚，应用领域窄，生产线系统技术与国外比有差距:在应用规模上，我国己安装的国产工业机器人约200台，约占全球己安装台数的万分之四。以上原因主要是没有形成机器人产业，当前我国的机器人生产都是应用户的要求，“一位客户，一次重新设计”，品种规格多、批量小、零部件通用化程度低、供货周期长、成本也不低，而目质量、可靠性不稳定。因此迫切需要解决产业化前期的关键技术，对产品进行全面规划，搞好系列化、通用化、模化设计，积极推进产业化进程。我国的智能机器人和特种机器人在“86“计划的支持下，也取得了不少成果。其中最为突出的是水下机器人技术居世界领先水平，还开发出直接遥控机器人、双臂协调控制机器人、爬壁机器人、管道机器人等机种:在机器人视觉、力觉、触觉、声觉等基础技术的开发应用上开展了不少工作，有了一定的发展基础。但是在多传感器信息融合控制技术、遥控加局部自主系统遥控机器人、智能装配机器人、机器人化机械等的开发应用方面则刚刚起步，与国外先进水平差距较大，需要在原有成绩的基础上，有重点地系统攻关，才能形成系统配套可供实用的技术和产品，以期在“十五”后期立于世界先进行列之中。国内主要是逐步扩大应用范围，重点发展铸锻，热处理方面的机械手，以减轻劳动强度，改善作业条件。在应用专用机械手的同时，相应地发展通用机械手，有条件的还要研制示教型机械手、计算机控制机械手和组合式机械手等。将机械手各运动构件，如伸缩、摆动、升降、俯仰等机构，以及适于不同类型的夹紧机构，设计成典型的通用机构，以便根据不同的作业要求，选用不同的典型部件，即可组成各种不同用途的机械手。既便于设计制造，又便于改换工作，扩大了应用的范围。同时要提高速度，减少冲击，正确定位，以更好地发挥机械手的作用。更为主要的是将机械手和柔性制造系统和柔性制造单元相结合，从而根本改变目前机械制造系统的人工操作状态。1.3机械手的组成和分类1.3.1机械手的组成机械手主要由执行机构、驱动机构和控制系统三大部分组成。一、执行机构（1）手部手部安装在手臂的前端，手臂的内孔装有传动轴，可把动作传给手腕，以转动、伸屈手腕、开闭手指。机械手手部的构造系模仿人的手指，分为无关节、固定关节和自由关节三种。手指的数量又分为二指、三指、四指等，其中以二指用的最多。（2）手臂手臂有无关节臂和有关节臂之分。目前采用的手臂几乎都是无关节臂。手臂的作用是引导手指准确得抓住工件，并运送到所需要的位置上。为了使机械手能够正确的工作，手臂的三个自由读都需要精确的定位。（3）躯干躯干是安装手臂、动力源和各种执行机构的支架。二、驱动系统驱动机构主要有四种：液压驱动、气体驱动、电气驱动和机械驱动。其中以液压、气动用的最多，占90%以上；电动、机械驱动用的较少。液压驱动主要是通过油缸、阀、油泵和油箱实现传动。它的优点是压力高、体积小，出力大，动作平缓，可无级变速，自锁方便，并能在中间位置停止。缺点是需配备压力源，系统复杂，成本较高。气动驱动所采用的元件为气压缸、气马达、气阀等。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。尤其空气的可压缩性大，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。为了减少停机时产生的冲击，气压系统的装有速度控制机构或缓冲减震机构。电器驱动都采用三相感应电机作为动力，用大减速比减速器来驱动执行机构；直线运动则用电机带动丝杠螺母机构；有的采用直线电动机。电气驱动的优点是动力源简单；维护、使用方便。一般只用于动作固定的场合。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开，工作速度高，成本低；缺点是不易于调整。三、控制系统机械手控制的要素，包括工作顺序、到达位置、动作时间、运动速度和加减速度等。机械手的控制分为点位控制和连续诡计控制两种。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，然后再根据规定的程序，控制机械手进行工作。程序的存储方式分为分离存储和集中存储两种。对于动作复杂的机械手（机械人），采用示教再现型控制系统。更复杂的机械手（机械人）则采用数字控制系统、小型计算器或微处理机控制的系统。1.3.2机械手的分类一、按用途分类1. 专用机械手专用机械手是专为一定设备服务的，简单、使用，目前在生产中运用的比较广泛。它一般只能完成一、二种特定的作业。如用来抓取和传送工件。它的工作程序是固定的，也可根据需要编制程序控制，以获得多种工作程序，适应多种作业的需要。2. 通用机械手通用机械手是在专用机械手的基础上发展起来的。它能对不同物件完成多种动作，具有相当的通用性。它是一种能独立工作的自动话装置。它的动作程序可以按照工作需要来改变，大概是采用顺序控制系统。通用机械手又分简易型、示教再现型和只能机械手、草中式机械手等几种。二、按控制型式分类 1.点位控制型机械手点位控制型机械手的运动诡计是空间二个点之间的连接。控制点书越多，性能越好。它基本能满足于各种要求，结构简单。绝大部分机械手是点位控制型。2.连续轨迹控制型机械手这种机械手的运动轨迹是空间的任意连续曲线，它能在三维空间中作极其复杂的动作。工作性能完善，但控制部分比较复杂。控制方式分为开关式和伺服式两种。1.4本课题研究的主要内容及意义1.4.1 课题七杆二自由度机械手设计内容及基本要求设计一个机械手，用于工厂机床边抓取圆棒料和饼类零件，实现从地面到机床卡盘和从机床卡盘到地面的运动。最大活动半径 2m 最大活动高度 2m 回转活动范围 0360 最大抓取重量 40kg 抓取规格棒料120mm，盘类300mm动力：尽可能采用机械传动、电磁力或气动。必要时可以采用液压，但不宜使用高压液压设备。工作量要求：1整套机械手图纸（含外构件、标准件汇总）（含电器图、PLC图） 2使用说明书 3设计说明书 4英文翻译成汉文（5000字）1.4.2重点研究的问题：机械、机构、机电一体化功能零部件；机械手、机械夹持、运动传递和动力传送。强电电控、弱电电控、弱电反馈、PLC控制。1.4.3本次设计的意义本次设计的对象是湖南省湘潭江麓机械有限公司所设计制造的七杆机械手，主要是对此机械手进行实体改造。我们这次设计主要是针对此机械手，而且还要对机械手的整体布局及工作原理和过程做一些介绍。在外型上，我们要解决的问题主要是我们设计出来的实体要和实物相同或相近。在大的方面，一个机械手可以分为大臂、小臂和手爪手腕等部分。而手腕部分是我们所重点要求的，对其中的每一个零件、部件及组合体的尺寸和形体都有严格的要求，因为江麓的机械手是有人力动作部分的，而且没有手腕，取而代之的是一个吊钩，为了将其改造成为可自动抓取的机械手，每个零件的配合都要很考究。而油路的布置也要合理。整体要整齐美观。机构实用且经济。- 49 -第二章平衡臂机械手机械结构的设计计算2.1机械手机构的分析与设计2.1.1机械手的自由度机械手要像人的手一样完成各种动作是比较困难的。因为人的手指、手长、手腕、手臂由十九个关节所组成，并具有27个自由度，而生产实践中机械手不需要这么多自由度。下面按机械手所具有的主运动和辅助运动来分析其自由度。手臂和立柱的运动成为主运动，因为它们能改变抓取工件在空间的位置。手腕和手指的运动成为辅助运动，因为手腕的运动只能改变被抓取工件的方位，而手指的夹放运动不能改变工件的位置和方位，故它不计为自由度数，其他运动都算作自由度数。这次参考了江麓机械厂的机械手，在确定了被抓取工件所在的空间位置，及将工件搬运到规定的位置时所需要的运动。得知我们改造的机械手包括了大臂的回转和升降两个运动，而将要设计的手腕的自由度仅仅是为了配合手臂完成工件的预定装卸方位要求加以增设的，故只算成两个自由度。图一由图可知，此机械手在XY平面内有回转运动，且在Z方向和X方向有直线运动，故做出它的运动轨迹图，由于存在了安全工作区域，故选了300度旋转范围，如下：图二自由度数多少是衡量机械手技术水平的指标之一，自由数越多，可以完成的动作越复杂，通用性越强，应用范围也越广，但是响应的带来了技术难度大，控制系统和机械结构复杂，机械手本身的体积和重量增加，成本高和维修困难。自由度少，通用性越差，但是技术上容易达到，结构简单，使用和维修方便。所以在此次设计中，二自由度已经足够，没有必要盲目的加入自由度。2.1.2坐标形式如一图所示的机械手，其手臂的运动由两个直线运动和一个回转所组成，即沿X轴的伸缩，沿Z轴的升降和绕Z轴的回转。这种坐标型式的机械手成为圆柱坐标式机械手。它与指教坐标式相比较，占地面积大而活动范围大，结构较为简单，并能达到较高的定位精度，因此得到广泛的应用。2.1.3机械手的机构简图以及部件尺寸图三在江麓机械厂的实地测绘，要进行改造的机械手机构简图如上图所示。为一个七杆二自由度机械手。其各部件的尺寸如下：杆件一250mm杆件二1250mm杆件三250mm杆件四1250mm杆件五1250mm 此机械手的尺寸恰能满足回转半径1m3m和提升工件高度2m的要求，所以在这次设计过程中不做改动。由图一计算其他尺寸：图中虚线所示位置就是当机械手将工件举到最高时候的位置，实线所示的位置就是机械手在地面高度抓取工件的位置。设计手臂在这两个位置时，杆件与水平所成的角度都为30。则Ae长度等于250=125mm，bf长度也为125mm，bC长度等于BC=250=125mm，cc产度等于bc-bC=250-125=125mm，Bb长度等于BC=250=216mm，所以确定Aa等于Ae+bf+Bb=125+125+216=466mm。即为大臂升降油缸的行程取l=500mm。其工作高度即离地面高度为H=2458mm，其支撑点b离地面的高度H2=1708mm，其B点的高度为H3=1925mm。第三章平衡臂机械手总体设计方案31机械手总体系统的设计综合考虑了几种驱动方式的优缺点，由于要求的抓取重量较大（40公斤），生产节拍较长，为了得到较大的输出力和握力，还要求传动平稳，所以我们决定采用液压驱动的方式。3.2液压机械手液压系统的工作原理此机械手的液压传动是以有压力的油液作为传递动力的工作介质。电动机带动油泵输出压力油，是将电动机供给的机械能转换成油液的压力能。压力油经过管道及一些控制调节装置等进入油缸，推动活塞杆运动，从而使手臂作伸缩、升降等运动，将油液的压力能又转化成机械能。手臂在运动时所能克服的摩擦阻力大小，以及夹持式手部夹紧工件时所需保持的握力大小，均与油液的压力和活塞的有效工作面积有关。手臂做各种运动的速度决定于流入密封油缸中的油掖的容积的多少。这种借助于酝酿动着的压力油的容积变化来传递动力的液压传动称为容积式液压传动，机械手的液压传动系统都是属于容积式液压传动。本次设计的液压机械手，相当于一台专用液压自动机械，由执行机构，液压系统、电气控制三大部分组成。液压传动系统概括如下：图四3.3液压系统的组成原理由上图可知，液压系统由以下几个主要部分组成：1.油泵它供给液压系统压力油，将电动机输出的机械能转换为油液的压力能，用这压力油驱动整个液压系统工作。2. 液动机压力油驱动运动部分对外工作的部分。如：做回转运动的液压马达，做回转角度为360度的回转油缸，控制手臂伸缩的伸缩油缸。 3.控制调节装置如单向阀、溢流阀、换向阀、节流阀、调速阀、减压阀、顺序阀等。各起一定的作用，使机械手的手臂、手腕、手指等能够完成所需要的运动。 4 辅助装置如油箱、滤油器、蓄能器、管路和管接头以及压力表等。3.4液压传动机械手的特点机械手采用液压传动比较采用气压传动有如下特点： 1. 能得到较大的输出力或力矩一般要得到2070公斤/厘米的油液压力是比较方便的，而通常工厂的压缩空气均为46公斤/厘米。因此，在活塞面积相同的条件下，液压机械手可比气动机械手负荷大得多。目前，液压机械好艘搬运重量（即抓重）已达800公斤，而气动机械手一般搬运重量小于30公斤。2. 液压传动滞后现象小，反应较灵敏，传动平稳与空气相比，油液的压缩性极小，所以传动的滞后现象小，传动平稳。气压传动虽易于得到较高速度（如1米/秒以上），但空气粘性比油低、传动中冲击较大，不利于精确定位。3.输出力和运动速度控制较容易输出力和运动速度在一定的油缸结构尺寸下，主要决定于油液的压力和流量，通过调节相应的压力和流量控制阀，能比较方便地控制输出功率。4 可达到较高的定位精度目前一般液压机械手，在速度低于400毫米/秒、抓重较轻时，采用适宜的缓冲措施和定位方式，定位精度可达到10.02毫米。若采用电液伺服系统控制，不仅定位精度高，而且可连续任意定位，适用于高速、重负荷的通用机械手。但是，液压传动也有其缺点：（1）系统的泄漏难以避免，影响工作效率和系统的工作性能。工作要求越高，对密封装置和配合件制造精度的要求就越高。（2）油液的黏度对温度的变化很敏感，当温度升高时，油的黏度即显著降低，油液黏度的变化直接影响液压系统的性能和泄漏量。另外在高温田间下工作时，必须注意油液着火等危险。3.5机械手的动作顺序我们设计的机械手是一个上下料的机械手，它的工作流程简图如下：图五上述动作均由电控系统发信号控制相应的电磁换向阀，按程序依次步进动作而实现的。该电控系统的步进控制环节采用步进选线器，其步进动作是在每一步动作完成后，使行程开关的触点闭合或依据每一步动作的预设停留时间，使时间继电器动作而发信，使步进器顺序“跳步”控制电磁阀的电磁铁线圈断通电，使电磁铁按程序动作实现液压系统的自动控制。3.6平衡臂机械手总体布局方案的确定图八上图所看到的方案是本人了解了各种资料和参考了机械实物所设计的初步方案。平衡臂机械手工作时要一个稳定的基础且不需移动，所以该地基设计为嵌入水泥地里，这样的平衡性和稳定性好。本次设计我们没将伸缩油缸和回转油缸放置在同一个立柱中，因为如果这样放置，一个是装配时十分不方便，二个是在机械手夹持工件进行回转时，回转中心将更加远离回转油缸的中心，那样对支撑轴的扭矩将增大，且对立柱的弯曲应力更大，机械手的寿命将缩短。所以，我们设计的是将伸缩油缸和液压站用支撑板固定在远离工件的立柱的另侧，这样，当机械手回转时，回转中心将比较靠近回转油缸的回转中心，这样，即减少了支撑轴的弯曲应力，又可以使的机械手在装配和设置油管路线时更加方便。横向扩展一下，本人联想到深圳沙田海港的集装箱的起吊手臂，它在空间运行的时候，保证了集装箱的水平放置，那样手臂的设计将更加复杂。本人设计的机械手，在空间的运动位置是不定的，则在横向伸缩的导杆中加入一个伸缩油缸，用来精确控制工件被夹取后在空间中的运动位置。第四章液压系统的设计4.1液压系统回路的比较选择（1）压力控制回路 1.调压回路为了控制系统的最大工作压力，一般都在油泵的出口附近设置溢流阀，用它来调节系统压力（即油泵的工作压力），并将多余的油液流回油箱。因它还能在液压系统过载时被打开，使油液排回油箱，以保证系统的安全，其回路如图所示： 2.卸荷回路在机械手各油缸不工作的时候，油泵电机又不停止工作的情况下，为减少油泵的功率损耗，节省动力，降低系统的发热，使油泵在低负荷下工作，可采用卸荷回路。本系统是不需要保压的卸荷回路，所以都采用二位四通电磁阀M型中位机能的卸荷回路。当油缸停止运动时，二位四通电磁阀PT相连，使油泵输出油液经二位四通阀流回油箱，油泵卸荷。 3.顺序控制回路机械手为了保证动作的先后顺序，除了用电器控制系统（如采用行程控制和时间控制）实现顺序控制外，也可由液压系统的顺序控制回路来实现。在本系统设计中，机械手的动作全部由电气来控制。故在此不做赘述。 4.平衡与锁紧回路在机械手液压系统中，为了防止垂直机构因为自重和工件的重量而任意下降，可采用平衡回路将垂直机构的辎重给以平衡。为了使机械手手臂在移动过程中停止在任意位置上，并防止因外力作用而发生位移，可采用锁紧回路，即将油缸的回油路关闭，使活塞停止运动并锁紧。如图所示： 1. 油缸 2.换向阀 3.单向顺序阀采用了单向顺序阀做平衡阀实现任意位置锁紧的回路。当手指夹紧油缸1带动重物停在上升位置时，换向阀2的电磁铁线圈全部断电时，由于顺序阀3的调整压力大于手指参与运动的部件的自重G所产生的背压，油缸1的下腔油液被封死，因而手臂不会因自重而下降，并锁紧在任意位置上。（2）速度控制回路液压机械手隔阂总运动速度的控制，主要是改变进入油缸或油马达的流量Q。我设计的是采用定量泵，所以利用调节节流阀的通流截面来改变进入油缸或油马达的流量。采用节流调速的优点是：简单可靠，调速范围较大，价格便宜。其缺点是：有压力和流量损耗，在低速低负荷传动时效率低，发热大。而且采用节流阀进行节流调速了，负荷的变化会引起油缸速度的变化，使速度稳定性差。其原因是负荷变化会引起节流阀进出油口的压差变化，因而使通过节流阀的流量以至油缸的速度变化。（3）同步控制回路这个机械手，要求以同样的速度或同样的位置进行动作，即实现同步动作。但实际上，由于每个油缸所受的负荷不同，漏损和摩擦力不一样，以及油缸内径的加工误差，都会造成油缸速度或位置的不同步。为了使油缸尽可能近于同步，除了提高油缸尺寸的精度外，还可采用并联调速同步回路。当要求两油缸做同步运动时，两个调速阀的通过流量要调整得相当。这种同步方法十分简单，但是它的同步精度受到油温变化、调速阀的精度、系统中的泄漏等影响。.（4）方向控制回路在机械手液压系统中，为了控制各油缸、油马达的运动方向和接通或关闭油路，通常采用二位二通、二位三通、二位四通电磁阀和电液动滑阀，由电控系统发出电信号，控制电磁铁操纵阀芯换向，使油缸及液压马达的油路换向，实现直线往复运动和正反向转动。直流电磁铁换向冲击小，寿命长，允许换向频率高，不会因过载而烧坏，工作可靠，但是启动动力小，换向时间长，需要整流设备，费用大。交流电磁铁起动性能好，换向时间短，接线简单，价格低廉，但是如吸不上时容易烧坏，可靠性差，换向时有冲击，允许换向频率低，寿命较短。此外，电磁阀由于受到电磁吸力较小的限制，它的流量一般是在63升/分以下。（5）油泵出口处接单向阀其作用有二：第一是保护油泵。油泵向系统提供高压油液，以驱动油缸运动而做功。当一旦电动机停止转动，油泵不再向外供油，系统中原有的高压油液具有一定的能量，将迫使油泵往反方向转动，结果产生噪音，加速油泵的磨损。在油泵出油口处加设单向阀后，隔断系统中高压油液和油泵之间的联系，从而起到保护油泵的作用。第二是防止空气混入系统。在停机时，单向阀把系统和油泵隔离，防止系统的油液通过油泵流回油箱，避免空气混入，以保证启动的平稳性。42液压系统工作原理图列动作顺序表如下：电磁铁动作1YA2YA3YA4YA5YA6YA7YA8YA9YA10YA手指夹紧+手腕逆时回转+大臂上升+大臂逆时回转+大臂下降+水平臂伸出+手腕顺时回转+手指松开+水平臂缩回+大臂顺时回转+4.3液压执行元件的比较选择（1）大臂回转油缸由于大臂摆度要求在300度左右，综合考虑选择单叶片式摆动液压缸，查设计手册选择YM1.43-304，其最大摆角可达到304度，外形尺寸为416X340X167.5,重量为46m/Kg。优点：结构简单紧凑，轴向尺寸小，重量轻，安装方便，便于整机布局，机械效率高。缺点：密封比较困难，加工复杂，俩端盖受压面积大，刚度难以保证，不平衡径向力较大。（2）大臂伸缩油缸由前面计算选择双作用单活塞杆活塞式液压缸，额定压力是25Mpa，活塞杆外径是60mm，缸筒内径为80mm，行程是500 mm。（3）水平伸缩油缸选择双作用单活塞杆活塞式液压缸，额定压力是20Mpa，活塞杆外径是14mm，缸筒内径为20 mm，行程是125 mm。（4）手腕回转油缸根据回转转矩选择单叶片式摆动液压缸 YM3.7-180。（5）手指伸缩油缸根据前面的计算选择双作用单活塞杆液压缸，额定压力是20Mpa，活塞杆外径是14mm，缸筒内径为20 mm.。4.4液压系统动力装置的计算选择4.4.1大臂上双作用单活塞杆式油缸的流量计算及驱动泵的要求（一）油缸的流量的计算因为活塞两端的有效工作面积不相等，所以两边的流量和速度、驱动力之间的关系式不一样。当压力油输入有杆腔时，使活塞以速度运动时，所需输入油缸的流量Q为： Q=式中d活塞杆直径（厘米）；Q输入有杆腔的流量（升/分）；活塞的移动速度（米/分）。=3米/分算的Q=10.23升/分（二）驱动油缸的油泵的压力和流量要求1确定油泵的工作压力Pp+ 公斤/厘米式中 P油缸的最大工作压力（公斤/厘米）压力油路（即进油路）各部分压力损失之和，其中包括各种元件的局部损失和管道的沿程损失，即 = （公斤/厘米）一般液压机械手的管路都不很长，压力损失主要是通过各元件的局部压力损失。各种元件的局部损失，列表如下：阀的名称局部压力损失，公斤/厘米单向阀11.5行程阀1.52换向阀23节流阀2.53调速阀35背压阀23因此，油泵的工作压力P可简单估算如下： P=（p+）1.1 公斤/厘米 =23.6公斤/厘米2确定油泵的流量QQ=KQ 升/分式中 Q是在系统中同时工作的各个并联油缸以最大速度运动时所需要的总流量，（升/分）；K考虑系统油液泄漏的系数，一般取K=1.101.25算的：Q=12.3 升/分4.4.2带动手部夹紧油缸的流量计算及驱动泵的要求（一）夹紧工件时所需的流量手指夹紧工件时，夹紧缸活塞移动L=75毫米，其运动时间t=1.5S（由机械手的动作也派时间得之），所以夹紧活塞移动的平均速度为： =5厘米/秒夹紧缸在1.5秒时间内夹紧工件时，所需的每分钟流量Q为： Q=3.9升/分（二）带动夹紧油缸的油泵的压力和流量要求 P（p+）(1.051.15)因夹紧缸油路有单向阀，其局部压力损失取为1.5公斤/厘米，所以p为： P=（58.5+1.5）=63公斤/厘米因为Q=KQ 取泄漏系数K=1.15所以Q=3.91.15=4.5升/分4.4.3水平伸缩油缸的流量计算及驱动泵的要求（一）油缸的流量的计算因为活塞两端的有效工作面积不相等，所以两边的流量和速度、驱动力之间的关系式不一样。当压力油液进入无杆腔的时候，活塞以速度运动，此时所需输入油缸的流量Q为： Q=3.9升/分当压力油液进入有杆腔的时候，活塞以速度运动，此时所需输入油缸的流量Q为：Q=式中d活塞杆直径（厘米）；Q输入有杆腔的流量（升/分）；活塞的移动速度（米/分）。=6.5米/分算的Q=1.7升/分（二）驱动油缸的油泵的压力和流量要求1确定油泵的工作压力Pp+ 公斤/厘米式中 P油缸的最大工作压力（公斤/厘米）压力油路（即进油路）各部分压力损失之和，其中包括各种元件的局部损失和管道的沿程损失，即 = （公斤/厘米）一般液压机械手的管路都不很长，压力损失主要是通过各元件的局部压力损失。各种元件的局部损失，列表如下：阀的名称局部压力损失，公斤/厘米单向阀11.5行程阀1.52换向阀23节流阀2.53调速阀35背压阀23因此，油泵的工作压力P可简单估算如下： P=（p+）1.1 公斤/厘米 =23.6公斤/厘米2确定油泵的流量QQ=KQ 升/分K考虑系统油液泄漏的系数，一般取K=1.101.25算的：Q=5.4升/分4.4.4驱动泵和驱动电机的选择（一）选择液压泵由于各部分缸体对驱动泵的流量以及工作压力各不相同，流量总和为24.2升/分采用变量泵，查手册选择YBX16，此叶片泵的基本技术参数为：排量调节范围为016（mL/r）额定压力为6.3Mpa最高压力为7Mpa压力调节范围为2.07Mpa额定转速1450 r/min转速范围为6001800r/min。重量为10公斤。（二）确定油泵的功率 N= kW式中 p为油泵的最大工作压力（公斤/厘米）Q是所选油泵的额定流量（升/分）为油泵的总效率可取=0.88算得N=2.4kW（三）选择驱动电机根据驱动油泵的功率N=2.4kW选择电机：电动机型号为Y100L24，此电动机的基本技术参数为额定功率为3kW,转速为1420r/min。4.5液压系统控制装置的计算选择根据所绘制的液压原理图，计算分析通过各液压阀的最高压力和最大流量，选择各液压阀的型号规格，列表如下：序号元件名称通过流量（L/min）型号规格4单向阀24DF-B10K0.26二位四通电磁换向阀23424DO-B10H-TZ7节流阀20LDF-B10C8单向阀2DF-B10K0.210液控单向阀10.2DFY-B10H0.214节流阀20LDF-B10C15单向阀1.8DF-B10K0.216液控单向阀10.23DFY-B10H0.220单向阀20DF-B10K0.217节流阀4.5LDF-B10C27节流阀15.7LDF-B10C22背压阀0.47DF-B10K0.223节流阀10.23LDF-B10C24单向阀2DF-B10K0.226液控单向阀2DFY-B10H0.229二位四通电磁换向阀18.624DO-B10H-TZ28二位四通电磁换向阀19.224DO-B10H-TZ18二位四通电磁换向阀1924DO-B10H-TZ12二位四通电磁换向阀19.624DO-B10H-TZ11溢流阀4.8 YF-B10C4.6液压系统辅助装置的计算选择（一）选择液压油根据工况选择野液压油的品种，由于本设计的机械手多是室内固定，且温度并不是很高，考虑工作压力，选择HM型油液。根据所用的油泵以及工作温度，选择使用的黏度，查手册，选用46号。所以本设计中采用的油液为HM46号液压油，（二）选择油管以及连接方式由于各类元件多采用内径为10，所以在选择管道的时候，应该采用10的油管。考虑部件之间的相对运动，选用橡胶软管，由于该液压系统为中压系统，所以采用钢丝编织液压胶管，查手册，选用钢丝编织液压胶管，内径10mm ,选用型号。（GB/T3683-1992）对于小直径油管，一般采用管接头连接，安装拆卸方便，抗振动，密封性好。目前用于软管连接的主要是软管接头。查手册选用软管接头10-2500。（三）油箱的选择及相关计算按使用情况确定油箱的容积V=qV-油箱的有效容积（m3）-经验系数，该系统取4q-液压泵的流量（m3/min）从而计算得V=0.096 m3由于该油箱采用自然冷却，故油面水平只能达到油箱高度的80%，考虑到散热情况，所以最终选择油箱为：公称容量100升，外形尺寸为460，360，633，393，430，近似油液深度350，固定孔直径14，最小壁厚3.（四）过滤器的选用1油箱呼吸孔应安装空气过滤器，进入油箱的空气都必须经过过滤，要保证油箱是完全密闭的，所有交换空气都只经过一个通气口，该通气口上必须安装空气过滤器。2新油并不清洁，所以进入系统的油液在加到系统之前都应该经过一个高效过滤器进行过滤，在本设计中，将过滤器安装在泵的进油口处。根据伊顿-威格士推荐的各类元件清洁度等级选择过滤器，本设计中所才用的清洁度为18/16/14，根据手册中所推荐的过滤精度，采用10毫米。4.7集中配置液压装置集中配置型液压装置通常是将系统的执行装置安装在主机上，而将液压泵及其驱动电机、辅助元件等独立安装在主机之外，即集中设置液压站。按照操作执行元件的液压控制装置的安装位置及液压站的功能，可以把液压站分为动力型和复合型液压站俩钟结构类型。执行元件及其操纵阀等散装在主机各适当位置上的动力型液压站，形态较为简单，它主要由液压泵及其驱动电机，邮箱及其附件、少量必要的控制阀组成，因此经常称做液压泵站。其主要功能是为液压执行元件提供一定压力和流量的油液，而系统的控制任务主要由散装在主机各处的控制阀来担当。4.7.1液压泵站的集成配置液压泵组采用内置置式动力源卧式安装，电动机立式安装，液压泵置于邮箱里，电机安装在邮箱支架上。这样安装占地面积小，结构紧凑，噪声低并且便于收集漏油。泵组和电机的安装方式：4.7.2液压控制装置的集成配置液压控制装置采用无管集成，由于选择的都是版式连接的控制阀，所以采用板式集成，他的优点是油路直接做在辅助件上，省去了大量的管件，结构紧凑，组装方便，外形整齐美观，安装灵活，直接安装在泵站上或者阀架上，油路通道短，压力损失小。油路块的设计1. 油路块的各平面的铣削和磨削余量不小于2mm，油路块上安装阀的平面表面粗糙度不大于0.8.2. 孔道相交处要去毛刺。3. 为了保证工作时在油压作用下不被击穿，互不相通的孔道间的最小壁厚不小于5mm。本设计油路块的材料选择为HT200,厚度大于30mm，最大边长小于400 mm.由于本设计所需要集成的阀较多，以及管道交叉比较多，所以采用整体式油路板。并且采用三块板子，进出油用油管连接。孔道直径为10mm。（与阀的相对应）油路板的安装采用L形支架安装方式。各油路板的装配图：油路板1：油路板2：油路板3：第五章 PLC控制回路的设计5.1电磁铁动作顺序电磁铁动作1YA2YA3YA4YA5YA6YA7YA8YA9YA10YA手指夹紧+手腕逆时回转+大臂上升+大臂逆时回转+大臂下降+水平臂伸出+手腕顺时回转+手指松开+水平臂缩回+大臂顺时回转+5.2电气控制原理图5.3 现场器件与PLC内部等效继电器对照表根据机械手的动作顺序表，选定电磁阀、开关等现场器件相对应的PLC内部等效继电器的地址编号，其对照表如下：现场器件与PLC内部等效继电器对照表现场器件内部继电器地址说明输入1SB2SB1ST2ST3ST4ST5ST6ST7ST8STX000X001X002X003X004X005X006X007X010X011启动按扭停止按扭手腕回转限位开关手腕反转限位开关手臂回转限位开关手臂反转限位开关手臂上升限位开关手臂下降限位开关手臂前伸限位开关手臂缩回限位开关输出6 YA9 YA8 YA3 YA5 YA6 YA7 YA8 YA10 YA2 YAHLY000Y001Y002Y003Y004Y005Y006Y007Y010Y011Y016手臂前伸电磁阀手臂缩回电磁阀手指张开电磁阀手臂上升电磁阀手臂下降电磁阀手腕回转电磁阀手腕反转电磁阀定位油缸电磁阀手臂回转电磁阀手臂反转电磁阀工作指示灯5.4 PLC与现场器件的实际连接图5.5 梯形图满足机械手工艺流程的梯形图如下图所示：梯形图 5.5指令程序根据梯形图编写的指令程序如下：0 LD X0011 OR M02 OUT M03 OUT Y0164 LD X0015 OR M16 ANI M27 ANI M38 OUT M19 LD X00210 OR M211 ANI M112 OUT M813 LD M114 OR T715 AND M016 ANI M217 OUT M318 LD M319 OR Y00720 ANI M421 ANI M522 OUT T0 K225 OUT Y00726 LD T027 OR Y00128 ANI X01129 OUT Y00130 LD X01131 OR Y00232 ANI T133 OUT Y00234 OUT T1 K237 NOP38 NOP39 NOP40 NOP41 NOP42 LD T143 OR Y00344 AIN X007 45 OUT Y00346 LD X00747 OR Y00148 ANI X01249 OUT Y00150 LD X01251 OR Y01452 ANI X01353 OUT Y01454 LD X01355 OR Y00556 ANI X00357 OUT Y00558 LD X00359 MPS60 ANI T261 OUT T2 K264 MPP65 ANI X00566 OUT M467 LD T268 OR Y01069 ANI X00570 OUT Y01071 LD X00572 ANI T373 OUT T376 LD T377 OR Y00078 ANI X01179 OUT Y00080 LD X01181 OUT T484 ANI T485 OUT Y01286 LD T487 OUT T590 ANI T591 OUT Y00292 LD T593 OR Y00194 ANI X01295 OUT Y00196 LD X01297 OR Y00498 ANI X01099 OUT Y004100 LD X010101 OR Y006102 ANI X004103 OUT Y006104 LD X004105 MPS106 ANI T7107 OUT M5108 MPP109 OUT T6 K2112 LD T6113 OR Y011114 ANI X006115 OUT Y011116 LD X006117 OR Y015118 ANI X014119 OUT Y015120 LD X014121 OUT Y011122 OUT Y012123 OUT T7 K5结束语此次我做的毕业设计是工业机械手的设计，通过3个多月努力，设计终于完成。这次设计给了我们一个很好的机会，使我们了解了设计工作的基本流程和设计的方法以及理念。在此次的毕业设计中，我遇到了许多以前从未遇到过的问题，但过通过指导教师的指导和我的努力，这些问题都得到了较好的解决。虽然我们设计的只是个简单的上料机械手，但需要完成伸缩、升降、回转、横移等功能，对应分别要对这些机构进行设计和计算，以及对油路及其部件的选择、控制回路和电气控制的设计。通过这些机设计，使理论知识与实际相结合，巩固和深化了所学过的专业理论知识。在设计的过程中我不断探索、不断学习和修改。自学了许多相关学科的内容，求教了多位专业老师，上网和在图书馆查阅大量相关资料。由于时间问题，对于本次机械手的设计还存在许多问题，许多地方都还有待改进和提高，希望各位专家评审多多指教。参考文献1 机械设计手册编委会.机械设计手册.第二卷.北京:机械工业出版社,2004 2 毛谦德,李振清主编.袖珍机械设计师手册.北京:机械工业出版社,2000 3 孙恒,陈作模主编.机械原理.第六版.北京:高等教育出版社,2001 4 纪名刚主编.机械设计.北京:高等教育出版社,2003 5 成大先主编.机械设计手册单行本.气压传动.北京:化学工业工业出版社,2004 6 钟肇新,范建东.可编程逻辑控制器原理及应用.华南理工大学出版社,2005 7 张海根.机电传动控制.北京:高等教育出版社,2001 8 吴圣庄主编.金属切削机床.北京:机械工业出版社,1980 9 王绍俊主编.机械制造工艺设计手册.哈尔滨工业大学出版社,1984 10 戴曙主编.金属切削机床设计.北京:机械工业出版社,1980 附录一英文翻译15.14.1长度测量工具您可以判断这个工具长度在三种不同的方法：如果工具直径大于直径的测量范围的TT120/TT130 ，那么你测量的工具旋转。如果工具直径小于直径的测量范围的TT120/TT130或如果您是确定演习的长度或半径形式，那么你测量的工具平稳。所有齿轮测量使用软钥匙。实际测量与主轴固定。齿轮的最大长度是储存在该工具就座。测量启动：测量工具旋转。为了确定最长削减工具定为中点的测量关键系统和旋转测量面积走过。您计划中的设置工具表下的工具设置;半径（ R6 = ）。测量启动

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