液压机械手的设计【五自由度】【7张图纸】【优秀】

液压机械手的设计【五自由度】

39页 18000字数+说明书+任务书+开题报告+7张CAD图纸【详情如下】

任务书.doc

底座.dwg

手臂.dwg

油路图.dwg

活塞杆.dwg

活塞缸.dwg

液压机械手的设计开题报告.doc

液压机械手的设计论文.doc

装配图.dwg

计划周记进度检查表.xls

零件平键.dwg

摘  要

　　　液压机械手是模仿人的手部动作，按照给定的程序、轨迹通过液压系统实现抓取和搬运操作的自动装置。

　　　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、。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；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。可以改善劳动条件，避免人身事故。可以减少人力，并便于有节奏的生产。

关键词： 机械手；液压；控制回路

目  录

摘  要III

AbstractIV

目  录V

1 绪论1

　　1.1 机械手的基本概念的研究内容和意义1

1.1.1 机械手的基本概念1

1.1.2 机械手的研究意义1

　　1.2 机械手的发展现状及应用1

1.2.1  世界机器人发展状况1

1.2.2 我国工业机器人的发展2

　　1.3  本课题达到的要求2

2 液压机械手主要结构的机械设计4

　　2.1 臂力的确定4

　　2.2 确定工作范围4

　　2.3 确定运动速度4

　　2.4 手臂的配置形式4

　　2.5 位置检测装置的选择5

　　2.6 驱动与控制方式的选择5

　　2.7 本章小结5

3 手部结构7

　　3.1 概述7

　　3.2 设计时应考虑的几个问题7

　　3.3 驱动力的计算8

　　3.4 两支点回转式钳爪的定位误差的分析9

　　3.5 本章小结9

4 腕部的结构11

　　4.1 概述11

　　4.2 腕部的结构形式11

　　4.3 手腕驱动力矩的计算11

　　4.4 本章小结13

5 臂部的结构14

　　5.1 臂部概述14

　　5.2 手臂直线运动机构14

5.2.1 手臂伸缩运动14

5.2.2 导向装置15

5.2.3 手臂的升降运动16

　　5.3 手臂回转运动17

　　5.4 手臂的横向移动17

　　5.5 臂部运动驱动力计算17

5.5.1 臂水平伸缩运动驱动力的计算17

5.5.2 臂垂直升降运动驱动力的计算18

5.5.3 臂部回转运动驱动力矩的计算18

6 液压系统的设计20

　　6.1 液压系统简介20

　　6.2 液压系统的组成20

　　6.3 机械手液压系统的控制回路20

6.3.1 压力控制回路20

6.3.2 速度控制回路21

6.3.3 方向控制回路21

　　6.4 机械手的液压传动系统21

6.4.1 上料机械手的动作顺序21

6.4.2 自动上料机械手液压系统原理介绍22

　　6.5 机械手液压系统的简单计算24

　　6.6 双作用单杆活塞油缸24

　　6.7 无杆活塞油缸（亦称齿条活塞油缸）27

6.7.3 单叶片回转油缸27

6.7.4 油泵的选择28

6.7.5 确定油泵电动机功率N29

7 结  论30

致       谢31

附  录33

1 绪论

1.1 机械手的基本概念的研究内容和意义

　　1.1.1 机械手的基本概念

　　　液压机械手，从本质上来说是属于工业机器人的范围的，机器人问题是最近几十年的热门研究课题。它包括了机械工程、计算机科学、电子工程和自动控制以及人工智能等多种学科，体现了机电一体化技术的最新成就，是当代科学技术发展最活跃的范围之一，也是我国科技界跟踪国际高技术发展的重要课题。

　　　“机械手”（Machanical Hand）：大部分是指附属于主机、程序固定的自动抓取、操作装置（我国一般称作机械手或专用机械手）。比如自动生产线、自动机的上下给料系统，加工中心自动化装置[1]。

　　1.1.2 机械手的研究意义

　　　1.可以提高生产过程的自动化程度。

　　　应用机械手有利于在自动生产线中实现材料的传送、工件的装卸、刀具的更换、以及机器的装配等的自动化程度，从而提高劳动生产率，降低生产成本。

　　　2.可以改善劳动条件，避免人身事故。

　　　3.可以减少人力，并便于有节奏的生产。

　　 4.用液压系统来控制机械手，比一般的机械控制具有更好的稳定性，并且控制的精确度更高。

　　　5.运用机械手可以实现连续的生产，而大大提高在生产线的工作的时间，从而能大幅提高劳动的生产率。

1.2 机械手的发展现状及应用

　　　机械手的迅速发展是因为它的积极作用正逐渐被人们所认可；第一，它能部分代替体力人工操作；第二，它可以按照生产工艺的要求，按照一定的程序，时间和位置来完成工作的传送和装卸；第三，它能操作必要的器具进行焊接和装配。从而改善人们的劳动条件，显著的提高劳动生产率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。因此，各先进工业国家都对此十分重视，投入大量的人力物力进行研究和应用。尤其在高温、高压、粉压、噪音以及带有放射性的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[2]。

　　1.2.1  世界机器人发展状况

　　　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。

　　　（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；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，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。

　　　（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，使智能机器人走出实验室进入实用化阶段。

　　　(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[3]。

　　1.2.2 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，搞好系统化、通用化、模化设计，积极推进使机器人产业链化。　2 液压机械手主要结构的机械设计

2.1 臂力的确定

　　　目前使用的机械手的臂力范围较大，我国目前机器人最小臂力为0.15N，最大为8000N。本课题设计的液压机械手的臂力为N臂 =1650（N），安全系数在1.5~3，本机械手采取安全系数2。 定位精度为± 1mm。

2.2 确定工作范围

　　　机械手的工作范围根据工艺要求和操作运动的轨迹来确定。一个操作运动的轨迹需要几个动作合成，在工作范围被确定的情况下，可将轨迹分解成几个单个的动作，由多个动作的行程来确定机械手的最大行程。确定本机械手的动作范围如下：

　　　手臂伸长量150mm

　　　手腕回转角度±115°

　　　手臂回转角度±115°

　　　手臂升降行程170mm

　　　手臂水平运动行程100mm

2.3 确定运动速度

　　　机械手各动作的最大行程确定之后，可按照生产需要来分配每个动作的工作时间，从而确定各动作的运动速度。液压机械手要完成整个工作过程，需完成夹紧工件、手臂升降、伸缩，平移等一系列的动作，这些动作都应该预订设定的时间内完成，具体时间的分配取决于很多因素，根据各种因素反复进行计算，对分配的方案进行比较，才能确定。

　　　机械手的总工作哦时间应小于或等于工作拍节，如果两个动作同时进行，要按时间长的计算，分配各动作时间应考虑以下要求：

　　　①  给定的运动时间应大于液压元件的执行时间；

　　　②  在满足工作拍节要求的条件下，应尽量选取较底的运动速度。机械手的运动速度与臂力、行程、驱动方式、缓冲方式、定位方式都有很大关系，应根据具体情况加以确定。

　　　③  在工作拍节短、动作多的情况下，常使几个动作同时进行。采取相应的措施来驱动系统，来保证运转动作的同步。

　　　液压抓取机械手的各运动速度如下：

　　　手腕回转速度            

　　　手臂伸缩速度            

　　　手臂回转速度            

　　　手臂升降速度            

　　　立柱水平运动速度        

　　　手指夹紧油缸的运动速度