12KG下料机械手设计【7张图/11300字】【优秀机械毕业设计论文】

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A3-升降缸体.dwg

A3-回转缸上缸盖.dwg

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A3-夹紧缸小径.dwg

A3-空心活塞.dwg

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关键词：: 12 十二 kg 机械手设计优秀优良机械毕业设计论文

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说明书一份,40页,11300字左右.

图纸共7张:
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目录
中文摘要 Ⅰ
英文摘要 …Ⅱ
第1章绪论 1
1.1 工业机械手的设计目的 1
1.2 工业机械手在生产中的作用 1
1.3 工业机械手的分类………………………………………………………………………….1
1.3.1 按规格分类……………………………………………………………………………..1
1.3.2 按功能分类……………………………………………………………………………..1
1.3.3 按用途分类……………………………………………………………………………..2
1.4 工业机械手的组成………………………………………………………………………….2
1.5 工业机械手的技术发展方向…………………………………………………………........2
1.6 工业机械手的设计内容………………………………………………………………….…3
第2章手部的设计……………………………………………………………………………4
2.1 手部的功能、分类…………………………………………………………………..………4
2.2 夹钳式手部设计的基本要求…………………………………………………….…………4
2.3 夹钳式手部的计算与分析……………………………………………………….…………4
2.3.1 夹紧液压缸的计算…………………………………………………………….……….4
2.3.2 液压缸直径D的确定……………………………………………………………..……6
第3章手臂的设计………………………………………………………………………..……8
3.1手臂作升降运动的液压缸驱动力计算............................................8
3.1.1 液压缸活塞的驱动力的计算……………………………………………………....……8
3.2 确定液压缸的结构尺寸…………………………………………………….…………… 10
3.2.1液压缸内径的计算………………………………………… ………… ………….……10
3.2.2液压缸壁厚计算....................................................11
3.3 缸盖螺钉的计算……………………………………………………………………..…… 12
第4章手臂回转液压缸的设计…………………………………………………….15
4.1 手臂回转时所需要的驱动力矩...................................15
4.2回转缸内径D的计算………………………………………………………………………18
4.3缸盖联接螺钉和动片联接螺钉计算………………………………………………………19
4.3.1缸盖联接螺钉计算...................................................19
4.3.2动片与输出轴联接螺钉计算.........................................19
4.4轴的校核………….…………………………………………………………………...……21
4.4.1许用弯曲应力的计算……………………………………………………...……………21
4.4.2花键剪应力的计算……………………………………………………………………...22
第5章液压驱动系统...........................................................23
5.1机械手驱动系统的选择..................................................23
5.1.1各类驱动系统的特点...............................................23
5.1.2工业机械手驱动系统的选择原则......................................23
5.2 液压驱动系统......................................................24
5.2.1程序控制机械手的液压系统........................................24
5.2.2 液压系统传动方案的确定……………………………………………………………..24
各液压缸的换向回路………………………………………………………………..24
调速方案……………………………………………………………………………..25
减速缓冲回路……………………………………………………………………….25
系统安全可靠性……………………………………………………………………..26
液压系统的合成和完善……………………………………………………………..26
5.3 计算和选择液压元件……………………………………………………………………...26
5.3.1 液压泵…………………………………………………………………………………..26
计算液压泵的工作压力………………………………………………………..……26
计算液压泵的流量……………………………………………………………..……26
选择液压缸的规格…………………………………………………………………..26
计算功率,选用电动机……………………………………………………………….27
5.3.2选择液压控制阀……………………………………………….………………………..27
5.3.3选择液压辅助元件……………………………………………………………………...27
5.3.4拟定液压系统…………………………………………………………………………...28
换向回路……………………………………………………………………………..28
调速方案……………………………………………………………………………..28
系统的安全可靠性………………………………………………………………….28
合成并完善液压系统…………………………………….…………………………30
第6章电气控制系统…………………………………….…………………………33
6.1 电气控制系统简介………………………………………………………………………..33
6.2 机械手的电气控制................................................34
6.2.1 步进控制工作流程……………………………………………………………………..34
6.2.2 I/O分配………………………...………………………………………………………..34
6.2.3梯形图及程序…………………………………………………………………………...35
第7章结论............................................................38
参考文献 39
致谢 40

摘要
机械手是工业机器人的重要组成部分，在很多情况下它就可以称为工业机器人。工业机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的现代制造业重要的自动化装备。机械手是模仿人的手部动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运和操作的自动装置。它特别是在高温、高压、多粉尘、易燃、易爆、放射性等恶劣环境中，以及笨重、单调、频繁的操作中代替人作业，因此获得日益广泛的应用。机械手一般由执行机构、驱动系统、控制系统及检测装置三大部分组成，智能机械手还具有感觉系统和智能系统。本篇是根据给定的主要技术指标及要求，分手部，手臂伸缩，手臂回转，驱动系统，电气系统介绍了12KG下料机械手设计过程。

关键词：机械手执行机构驱动系统控制系统电气系统

ABSTRACT

The manipulator is the industry robot important constituent, It may be called the industry robot in very many situations. The industry robot is the collection machinery, electronic, thecontrol, the computer, the sensor, the artificial intelligence and soon the multi-disciplinary advanced technology to a body modernmanufacturing industry important automation equipment. The manipulator imitates person's hand movement, according to assignsthe procedure, the path and the request realization automaticallycaptures, the transporting and the operation automatic device. It specially is in the high temperature, the high pressure, the multi-dust, flammable, explosive, radioactive and so on in the adversecircumstance, as well as is unwieldy, monotonously, in the frequentoperation replaces the person work, therefore obtains day by day thewidespread application. The manipulator generally by the implementing agency, the actuationsystem, the control system and the detector set three major part iscomposed, the intelligent manipulator also has the feeling system andthe intelligent system. This is according to the main technical specification and the requestwhich assigns, divides the hand, the arm expands and contracts, thearm rotation, the actuation system, the electrical system introducedthe 12KG yummy treats manipulator designs the process.

Keywords: Manipulator Implementing agency Actuation system Control system Electrical system

12KG下料机械手设计-装配图

12KG下料机械手设计-回转缸缸盖

12KG下料机械手设计-回转缸上缸盖

12KG下料机械手设计-夹紧缸小径

12KG下料机械手设计-空心活塞

12KG下料机械手设计-升降缸体

12KG下料机械手设计-轴

内容简介：: 四川理工学院毕业设计（论文） 1 第一章绪论业机械手的设计目的工业机械手设计是机械手机械制造 ,机械设计和机械电子工程 (机电一体化 )等专业的一个重要饿教学环节 ,是学完技术基础课及有关专业课的一次专业课内容的综合设计机械结构设计的能力 ,机电液一体化系统设计能力 ,掌握实现生产过程自动化的设计方法机构分析与综合 ,机械原理 ,机械设计 ,液压与气压技术 ,自动控制理论 ,测试技术 ,数控技术 ,微型计算机原理及应用 ,自动机械设计等 )中所获得的理论知识在实际中综合地加以运用 ,使这些知识得到巩固和发展 ,并使理论知识和生产密切地结合起来通过设计 ,培养学生独立的机械整体设计的能力 ,树立正确的设计思想 ,掌握机电一体化机械产品设计的基本方法和步骤 ,为自动机械设计打下良好的基础使学生能熟练地应用有关参考 ,计算图表 ,手册 ,图册 ,和规范 ;熟悉有关国家标准和部颁标准 ,以完成一个工程技术人员在机械整体设计方面所必须具备的基本技能训练 . 业机械手在生产中的作用 a 建造旋转体零件 b 实习单机自动化 c 锻，焊，热处理等热加工方面搬运的工件重量）分类 a 微型的搬运重量在 1下 b 小型的搬运重量在 10下 c 中型的搬运重量在 50下 d 大型的搬运重量在 500下 a 简易型工业机械手第一章绪论 2 有固定程序和可变程序两种。固定程序由凸轮转鼓或挡块转鼓控制，可变程序用插销板或转鼓控制来给定程序。 b 记忆再现型工业机械手这种工业机械手由人工通过示教装置领教一遍，由记忆元件把程序记录下来，以后机械手就自动按记忆的程序重法进行循环动作 c 计算机数字控制的工业机械手可通过更换穿孔带或其他记忆介质来改变工业机械手的动作程序，还可以进行多机控制。 d 智能工业机械手由电子计算机通过各种传感元件等进行控制，具有视觉，热觉，触觉，行走机构等 a 专用机械手附属于主机的，具有固定程序而无独立控制系统的机械装置。这种机械手工作对象不变，动作固定，结构简单，使用可靠，适用于成批，大量生产的生产自动线或专机作为自动上，下料用。 b 通用机械手具有独立控制系统，程序可变，动作灵活多样的机械手。通用机械手的工作范围大，定位精度高，通用性强，适用于工件经常变换的中，小批量自动化生产。工业机械手是由执行机构，驱动系统和控制系统所组成 a 执行机构执行机构由抓取部分 (手部 ),腕部 ,肩部和行走机构等运动部件组成 b 驱动机构有气动 ,液动 ,电动和机械式四种形式 c 控制系统有点动控制和连续控制两种方式也有采用可编程序控制器控制 ,微型计算机数字控制 ,采用凸轮 ,磁盘磁带 ,穿孔卡等记录程序并注意其加速度特性 . d 基体 (机身 ) 基体是整个机械手的基础四川理工学院毕业设计（论文） 3 国内外实际上使用的定位控制的机械手 ,没有视觉和触觉反馈世界各国正积极研制带有视觉和触觉的工业机械手 ,使它能对所抓取的工件进行分辨 ,选取所需要的工件 ,并正确地夹持工件 ,进而精确地在机器中定位 ,定向 . 为使机械手有眼睛去处理方位变化的工件和分辨形状不同的零件 ,它由视觉传感器输入三个视图方向的视觉信息 ,通过计算机进行图形分辨 ,判别是否是所要抓取的工件滑落下来 ,一般采用两种方法 :一是检测把握物体手臂的变形 ,以决定适当的握力 ;另一种是直接检测指部与物体的滑落位移 ,来修正握力 . 因此这种机械手就具有以下几个方面的性能 a 能准确地抓住方位变化的物体 b 能判断对象的重量 c 能自动闭开障碍物 d 抓空或抓力不足是能检测出来这种具有感知能力并能对感知的信息作出反应的工业机械手称为智能机械手 ,它是具有发展前途的 . 现在 ,工业机械手的使用范围只限于在简单复杂的操作方面节省人力 ,其效益是代替人从事繁重的工作和危险的工作 ,在恶劣环境下尤其明显业之类的费工的工业部门 ,机械手的应用情况决不能说是很好的但采用机械手只限于一小部分工序工业机械手的性能还不能满足这些部门的要求 ,适于机械手工作的范围很小采用机械手来节约人力从经济上看不一定总是合算的 ,然而 ,利用机械手或类似机械设备节省和实现生产合理化的要求 ,今后还会增长 . a 拟订整体方案 ,特别是传感 ,控制方式与机械本体的有机结合的设计方案 . b 根据给定的自由和技术参数选择合适的手部 ,腕部 ,肩部和机身的结构 . c 各部件的设计计算 d 工业机械手工作装配图的设计与绘图 e 液压系统图的设计与绘图 f 电气控制的绘制 g 编写设计计算说明书第二章手部的设计 4 第二章手部的设计类手部（亦称抓取机构）是用来直接把握工件的部件，由于被握持工件的形状，尺寸大小，重量，材料性能，表面状况等的不同，所以工业机械手的手部结构是多种多样的，大部分的手部结构是根据特定的工件要求而设计的。归纳起来，常用的手部，按其握持工件的原理，大致可分成夹持和吸附两大类。夹持类常见的主要有夹钳式，此外还有钩托式和弹簧式。夹持类手部按其手指夹持工件时的运动方式，可分为手指回转型和手指平移型两种。吸附类可分有气吸式和磁吸式。 a 应具有适当的夹紧力和驱动力手指握力（夹紧力）大小要适当，力量过大则动力消耗多，结构大，不经济，甚至回损坏工件；还考虑转送或操作过程中所产生的惯性和振动，以保证工件夹钳安全可靠。 b 手指应具有一定的开闭范围手指应具有足够的开闭角度或开闭距离，以便抓取或退出工件。 c 应保证工件在手指内的夹持精度应保证每个被夹持的工件在手指内部有准确的相对位置。 d 要求结构紧凑，重量轻，效率高在保证本身刚度，强度的前提下，尽量可能使结构结构紧凑，重量轻，以利于减轻手臂的负载。 e 应考虑通用性和特殊要求一般情况下，手部多是专用的，为了扩大它的使用范围，提高它的通用化程度，以适应夹持不同尺寸和形状的工件需要，通常采取手指可调整的办法。计算四川理工学院毕业设计（论文） 5 手指加在工件上的夹紧力，是设计手部的主要依据。必须对其大小，方向和作用点进行分析，计算。一般来说，夹紧力必须克服工件重力所产生的静载荷以及工件运动状态变化所产生的载荷（惯性力或惯性力矩）。以使工件保证可靠的夹紧状态。手指加在工件上的夹紧力可按下式计算 : 21(2式中：安全系数 ,通常取 2 工作情况系数，主要考虑惯性力的影响性力的影响 . 近似按下式估算 12(2其中： a 运载工件时重力方向的最大上升加速度 g 重力加速度 a 可按下式估算 2式中 : 运载工件时重力方向的最大上升速度系统达到最高速度的时间；根据设计参考选取计中取 3 方位系数，根据手指与工件形状以及手指与工件位置不同进行选定设计中选取 G：被抓取工件所受重力 G= 第二章手部的设计 6 图 2夹钳式手抓形状图假设， 12= 1 那么夹紧力驱动力 0c o s 2 算 = 02 30c o s 2 = 考虑手爪的机械效率取么 4 算实际N 径的确定表 2压缸压力与载荷关系载荷 0 工作压力根据载荷选取工作压力 P=10 川理工学院毕业设计（论文） 7 取 d=据 24 实际所以 4实际 = =m = 2压缸内径尺寸系列 8 10 12 16 20 25 32 40 50 63 80 90 100 110 125 140 160 180 200 220 根据表 2取内径 D=63 以活塞杆直径为 d=2 三章手臂的设计 8 第三章手臂的设计手臂的设计通常是先进行粗略的估算 ,或类比同类结构 ,根据运动参数初步确定有关机构的主要尺寸 ,在进行校核计算 ,修正设计 ,如此反复数次 ,绘出最终的结构 . 动的液压缸驱动力计算根据液压缸运动时所需要克服的摩擦、回油背压及惯性等几个方面的阻力，来确定液压缸所需的驱动力。惯回密摩(3式中摩擦阻力。密封装置处的摩擦阻力。液压缸回油腔低压油液所造成的阻力。启动或者制动时，活塞杆所受的平均惯性。 G 零部件及工件所受的总重力。 a) 算 f (31 8 07 8 G N 其中 f 取么根据式 (3求出 b) 封封 (3活塞与活塞杆处都采用“ O”形密封圈，液压缸密封处的总摩擦力为：四川理工学院毕业设计（论文） 9 封封(33封(3式中 F 驱动力 P 工作压力（ d 伸缩油管的直径 (m) l 密封的有效长度（ m）为了保证“ O”形密封圈装入密封沟槽，并与配合件接触后起到严格的密封，在加工密封沟槽时考虑密封圈的预压缩量 (3K=d 0 2 (3设计时取 K=步拟订 =d=5那么根据式 (3求出 120 又根据式 (3出 l=出以上 2个结果后，可根据式 (3出 3封 =pa c) 总惯(3式中参与运动的零部件所受的总重力（包括工件重量） g 重力加速度，取 v 由静止加速到常速的变化量 t 起动过程时间。一般取 0.5 s，对轻载低速运动部件取较小值，对重载取较大值初步设计时取 v =0.1 m/s t 取三章手臂的设计 10 那么总惯= 1 9 0 N d) 一般背压阻力较小，可按算。 e) 驱动力的确定根据以上分析，结合式 (3知：惯回密摩 =定液压缸的结构尺寸如图 3 3作用液压缸示意图当油进入无杆腔时：四川理工学院毕业设计（论文） 11 4 21 F 当油进入有杆腔时： 4222 F 液压缸的有效面积：故有： 1 （无杆腔） (314 （有杆腔） (3式中 F 驱动力（ N）液压缸的工作压力（ d 活塞杆的直径（ m） D 液压缸的直径（ m）液压缸的机械效率。初步设计中取机械效率为入已求得的 F 值可得 D=m 根据表（ 2选取液压缸直径 D=100液压缸壁厚计算 a 中等壁厚：即 16D 式中 P 液压缸内工作压力强度系数（当为无缝钢管时）计入管壁公差及侵蚀的附加厚度，一般圆整到标准壁厚值第三章手臂的设计 12 液压缸内径（ m） b 薄壁：即D 16 时 213c 厚壁：即当D 1 (3式中 = b 材料抗拉强度 n 安全系数， n= 一般常用缸体材料的许用应力锻纲 =110120铁 =60缝钢管 =100110过以上分析选厚壁，缸体材料无缝钢管 =100110此根据式 (3计算出壁厚为 m 缸盖的受力为保证联接的紧密性 ,必须规定螺钉的间距 t，然后决定螺钉的数目紧力之和式中 42 四川理工学院毕业设计（论文） 13 F 驱动力（ N） Z 螺钉数目 P 工作压力（预紧力危险剖面直径 (m) 螺钉的强度条件为 1210 (3式中计算载荷（ N） ; 抗拉许用应力 ( n=.5 螺纹内径螺钉材料屈服极限（见表 3 表 3常用螺钉材料的屈服极限钢号 10 35 45 40Cr s （ 210 220 240 320 360 650900 9000 根据以上分析取 k= n=钉数目 Z=8 选择刚的材料为 40 以 = 三章手臂的设计 14 42 =2512 N =2512=3768 N 所以根据式（ 3 m 四川理工学院毕业设计（论文） 15 第四章手臂回转液压缸的设计臂回转时所需要的驱动力矩采用回转液压缸实现手臂回转运动时，其受力情况可简化成图 4 4臂运动时的受力简图驱动手臂回转的力矩该与手臂起动时所产生的惯性力矩封相平衡。（ 4 式中密封装置处的摩擦力矩（ N M）封封封（ 4 封第四章手臂回转液压缸的设计 16 (22 1 封 2 00惯（ 4 式中回转缸动片的角速度变化量（，在起动过程中 = t 起动过程的时间手臂回转部件（包括工件）对回转轴线的转动惯量若手臂回转零件的重心与回转轴的距离为，则 20 （ 4 式中回转零件对重心轴线的转动惯量回转缸回油腔的背压反力矩 )(2 22 回回（ 4 初定 b=5 R=4 r=2.5 =以 2=(2 22 回回 =37.5 封 =1.8 (22 1 封 =封封封 =件转动惯量：根据圆柱体的转动惯量计算公式： RJ (4四川理工学院毕业设计（论文） 17 平行轴定理： (4已知： m=8R=d=入上式（ 4式（ 4可得： RJ 21 = m =N m 夹紧缸的转动惯量：根据空心圆柱转动惯量计算公式： (4已知： m=10R=r=d=入式 (4 （ 4可得： 22 = m = m 由以上分析可得手臂包括工件对回转轴线的转动惯量紧缸工件 0 = m 根据式 (4 00惯第四章手臂回转液压缸的设计 18 取 w =t =得根据式（ 4 封惯驱 = m 的计算如图 4示回转液压缸的进油腔压力油液，作用在动片上的合成液压力矩即驱动力矩 M驱图 4转液压缸计算图 Rr 2 2驱（ 4 根据驱驱 822 驱驱（ 4 四川理工学院毕业设计（论文） 19 式中 D 回转缸内径（ m）作用在动片的外载荷力矩 (N m) P 回转缸工作压力（ d 输出轴与共片联接处的直径（ m）初步设计时按取 b 动片宽度（ m）为减少动片与输出轴的联接螺钉所受的载荷及动片的悬伸长度，选择选片宽度（及液压缸宽度）时，可选用 22 回转液压缸内径（ m）根据以上分析以及式（ 4得 8 驱 =10 =据表 2取内径 D=180 缸盖与回转液压缸的缸体用螺钉联接时，其螺钉的强度计算方法与伸缩液压缸缸盖螺钉强度计算方法相同。根据讲述的方法可算出缸盖连接螺钉 d 动片与输出轴联接螺钉计算动片与输出轴用螺钉联接，其结构简图如图 4联接螺钉一般为偶数，对称地安装，并用两个销钉定位。联接螺钉的作用是：使动片与输出轴的配合面紧第四章手臂回转液压缸的设计 20 密接触不留间隙，当油腔通高压油时，动片受油压作用，产生一个合成液压力矩，克服输出轴上所受的外载荷力矩。图 4片与输出轴连接方式及动片受力图根据动片所受力矩的平衡条件，有： 28 22 摩于是得 f 24 （ 4 式中每个螺钉的预紧力 b 动片的宽度 P 回转液压缸的工作压力 D 动片外径 d 动片与输出轴配合处直径 Z 螺钉数目 f 被联接件配合面间的摩擦系数，刚对刚取 f =钉的强度条件为 4 （ 4 四川理工学院毕业设计（论文） 21 式中 d 螺钉的底径计算载荷，螺钉材料的许用应力，见表 3 取材料 235 =240 计中取螺钉数目 Z=4，工作压力 P=合以上章节所计算出的结果，根据式（ 4（ 4得螺钉的底径 00427.0d 由弯矩产生的弯曲应力1b应有以下关系式：1，由材料力学可得到： 11 （ 4中 M 回转缸扭转时的当量弯矩（ W 花键轴截面抗扭系数，查机械设计得 332 （渐开线花键轴）；又 22 驱（ 4中根据该换转缸性质而定的应力校正系数，取11 60 0 . 2 7 2 7 2 2 0 ；回转时产生的扭矩；则有 2 T0 此第四章手臂回转液压缸的设计 22 22 驱 = 22 3 6 33 . 1 4 0 . 0 1 8 0 . 5 7 1 0 ( )3 2 3 2W d m M P a 61 10 故设计满足要求！力的计算又由于花键轴在径向受到抗扭矩的作用且作用在花键最小截面上产生最大剪应力，即 m a x 42( ) ( )32t d D d D d N （ 4 式中 N 螺钉数目； B 螺钉宽度；则有： 10100 1 324 8) W t 所以 M P 0 6m a x 故设计合理！四川理工学院毕业设计（论文） 23 第五章液压驱动系统工业机械手的驱动系统 ,按动力源分为液压 ,气动和电动三大类 a 液压驱动系统由于液压技术是一种比较成熟的技术 ,它具有动力大 ,力(或力矩 )惯量比大 ,快速响应高 ,易于实现直接驱动等特点 ,适用于承载能力大 ,惯性大以及在防爆环境中工作的机械手。具有速度快 ,系统结构简单 ,维修方便 ,价格低等特点 ,适用于中 ,小负载的系统中，但难于实现伺服控制 ,多用于程序控制的机械手中。如在上 ,下料和冲压机械手中应用较多。 c 电动驱动系统由于低惯量 ,大转矩的交 ,直流伺服电机及配套的伺服驱动器 (交流变频器 ,支流脉冲调制器 )的广泛采用 ,这类驱动系统在机械手中被大量选用。设计机械手时 ,选择哪一类驱动系统 ,要根据机械手的用途 ,作业要求 ,机械手的性能 ,规范 ,控制功能 ,维护的复杂程度 ,运行的功耗 ,性能与价格比以及现有的条件等综合因素加以考虑。在注意各类驱动系统特点的基础上 ,综合上述各因数 ,充分论证其合理性 ,可行性 ,经济性及可靠性后进行最终的选择。一般情况下机械手驱动系统的选择大致按如下原则 : a 物料搬运 (包括上，下料）用有限点位控制的程序控制机械手，重负载的可选用液压驱动系统，中等负载的可选用电动驱动系统，中等负载的选用电动驱动系统，轻负载的可选用气动驱动系统。冲压机械手用气动系统。 b 用于点焊和弧焊及喷涂作业的机械手，要求具有任意电位和轨迹控制功能，需采用伺服驱动系统。只有采用液压或电动驱动系统才能满足要求。第五章液压驱动系统 24 压驱动系统液压系统自 60 年代初到现在，已在机械手中获得广泛应用目前，虽在中等负载以下的机械手中有采用电机驱动系统，但在简易经济型，重型的工业机械手和喷涂作业的机械手中采用液压系统的任然占有较大比例。液压系统在机械手中所起的作用是通过电液转换元件把控制信号进行功率放大，对液压动力机构进行方向，位置和速度的控制，进而控制机械的手臂按给定的运动规律动作。液压动力机构多数情况下采用直线液压缸或摆动液压缸用于实现手臂的伸缩升降以及手腕，手臂的回转。这类机械手属非伺服控制机械手，在只有简单搬运作业功能的机械手中，常常采用简易的逻辑控制装置或编程控制，对机械手实现有限位的控制这类机械手的液压系统设计与其它液压机械设计所考虑的问题大致相同，只有在以下方面须加以重视。 a 液压缸设计：在确保密封性的前提下，尽量选用橡胶与氟化塑料组合的密封件，以减少摩擦阻力，提高液压缸的寿命 b 定位点的缓冲与制动：因机械手手臂的运动惯量较大，在定位点前要加缓冲与制动机构或缩紧装置 c 对惯性较大的运动轴和接近机械手末端的腕部运动轴的液压缸两侧，最好加设安全保护装置，防止因碰撞过载损坏机械结构为便于机械手的自动控制，如采用可编程序控制器或微机进行控制，系统的压力和流量都不高，因此一般都选用电磁换向阀回路，以获得较好的自动化程度和经济效益 . 液压机械手一般采用单泵或双泵供油，手臂伸缩，手臂俯仰和手臂旋转等机构采用并联供油，这样可有效降低系统的供油压力，此时为了保证多缸运动的系四川理工学院毕业设计（论文） 25 统互不干扰，实现同步或非同步运动，换向阀需采用中位 “ O”型换向阀。整个液压系统只用单泵或双泵工作，各液压缸所需的流量相差较大，各液压缸都用液压泵的全流量工作是无法满足设计要求的。尽管有的液压缸是单一速度工作，但也需要进行节流调速，用以保证液压缸运行的平稳运行。各缸可选择进油路或回油路节流调速，因为系统为中底系统，一般适宜选用节流阀调速。机械手的手臂伸缩和手臂俯仰或升降缸采用两个单向节流阀来实现，若只用一节流阀调速时，则进油达到最大允许速度来调节。当无杆腔进油时，其速度就少于最大允许速度，但仍然符合设计需求。在一般情况下，机械手的各个部位是分别动作的，手腕回转缸和手臂回转缸（或升降）所需的流量较为接近，手腕回转缸和手臂回转缸及夹紧缸所需流量较为接近，且它们两组缸所需的流量相差较大，这样不但可以选择单泵供油系统，也可选择双泵供油系统。单泵供油系统要以所有液压缸中需流量最大的来选择泵的流量。优点是系统较为简单，所需的元件较少，经济性好，缺点是当所需流量较少的液压缸（如手腕回转缸，夹紧缸等）动作时，系统的溢流损失较大，能源利用率低双泵供油系统 ,它在需要大流量动作的缸运动时 ,双泵同时为其供油 ,在需小流量动作液压缸运动时 ,则用小流量泵供油 ,而大流量泵低压卸荷。双泵供油系统避免了溢流损失过大 ,而且可以用双联泵代替双泵 ,其优缺点与单泵供油系统相反。通用工业机械手要求可变行程 ,它是由微机控制 ,可在行程中任意点定位 ,故应在液压系统中采用缓冲装置 ,形成缓冲回路。当液压缸运动快到希望点时 ,由位置检测检测装置 (电位器 )发讯号给微机 ,然后微机控制电磁铁通电切断二位二通阀的通路 ,液压缸的回路改经节流阀回油箱 ,增大了回油路的阻力 ,使液压缸速度减慢 ,防止冲击达到缓冲目的 ,这种回路也适用于摆动缸。也可以在油路中设置单向行程节化程度和通用性方面不如上述方案。第五章液压驱动系统 26 手臂俯仰缸（或手臂升降缸）在系统失压情况下会自由下落或超速下行，所以应在回路中增加平衡回路，方法可用单向顺序阀做平衡阀。手臂伸缩缸有俯仰状态时，亦应同样考虑。夹紧缸在夹紧工件时，为防止失电等意外情况，应加锁紧保压回路。为防止夹紧缸压力受系统压力波动的影响或过高，导致夹紧力过大损坏工件，或过低无法夹紧工件，造成意外的安全事故，需在油路上增加减压阀保证夹紧缸的压力恒定不变。在上述主要液压回路选好后，在配上其他功用的辅助油路（如卸荷，测压等油路），就可以进行合并，完善为整体的液压系统，并编制液压系统动作循环及电磁铁动作顺序表。泵的工作压力是所有液压缸中工作压力最大者与泵至该液压缸的全部压力损失之和即： 5 式中管道和各阀的全部压力损失之和 5( 5 8 ) 1 0 P a 式中所有液压缸中所需流量最大的流量 K 泄漏折算系数，一般 K 格四川理工学院毕业设计（论文） 27 参考设计手册或产品样本，选取其额定压力比 0%60%，其流量与上述计算一致的液压泵。选用电动机按工况图找出所有缸最高功率点的 S（计算值）和泵的额定流量的乘积，然后除以泵的总效率 p (5根据以上分析：工作压力 M x ，估算 M P a x 流量： 42 = =机械设计手册选 n=1450 r/ 0 额取泵的总效率为，则：额额=据此数值选电动机，额定功率为按控制阀的额定压力和额定流量大于系统最高工作压力和通过该阀的最大流量的原则来选用系统的各类液压阀。 a 滤油器按泵的最大流量选取流量大些的滤油器 b 油管和管接头油管和管接头的通径按与阀一致来选取 c 油箱体积油箱容量与系统的流量有关，其容量的大小可从散热角度来设第五章液压驱动系统 28 计计算出系统发热量与散热量，在考虑冷却散热后，从热平衡角度计算出油箱容箱。一般式中液压泵的额定流量 V 油箱的有效容积与系统压力有关的经验数字 35 向回路夹紧缸换向选用二位二通电磁阀，其它缸全部选用电磁阀便于微机控制，选中位为 O 型使定位准确如图 5 5 本系统功率较小，故选简单的进油路节流阀调速同样理由选用单泵供油，力求获得较好的经济性。如图 5川理工学院毕业设计（论文） 29 图 5油节流调速方案统的安全可靠性为防止伸缩缸在俯仰一定角度后自由下滑，都采用单向顺序阀来平衡，如图5 5压防滑保护回路为保证夹紧缸夹持工作的可靠性选用液控单向阀保压和锁紧，如图 5五章液压驱动系统 30 图 5紧缸保压回路成并完善液压系统合成后的液压系统图如图 5力继电器在夹紧工件后发讯，让微机控制其他缸开始动作。二位二通电磁换向阀用于系统卸荷。图 5械手液压系统原理图四川理工学院毕业设计（论文） 31 根据动作要求编制液压动作循环及电磁铁动作顺序表，如表 5示。表 5压系统动作循环及电磁铁动作顺序表动作循环电磁铁 1 臂伸缩伸出伸出缓冲缩回缩回缓冲 + + + + + + 手臂回转正转正转缓冲反转反转缓冲 + + + + + + 夹紧夹紧松开 + 原位卸荷 + 该系统的元件型号如表 5 5件型号及规格序号元件名称型号规格数量 1 滤油器 250N 321L/ 2 电动机 =n=1430r/ 3 单泵 25L/ 4 溢流阀 12 5 电磁换向阀 22 12 6 单向阀 12 7 压力表 8 压力表开关 9 节流阀 12 10 电磁换向阀 22 12 11 电磁换向阀 34 12 12 单向顺序阀 12 第五章液压驱动系统 32 13 电磁换向阀 22 12 14 电磁换向阀 34 12 15 减压阀 16 电磁换向阀 23 12 17 液控单向阀 12 18 压力继电器四川理工学院毕业设计（论文） 33 第六章电气控制系统气控制系统简介工业机械手的电气控制系统相当于人的大脑，它指挥机械手的动作，并协调机械手与生产系统之间的关系。机械手的工作顺序，应达到的位置，如手臂上下移动，伸缩，回转及摆动，手腕上下，左右摆动和回转，手指的开闭动作，以及各个动作的时间，速度等，都是在控制系统的指挥下，通过每一运动部件沿各坐标轴的动作按照预先整定好的程序来实现的。一般机械设备的控制系统，多着眼于自身运动的控制，而机械手的控制系统更注意本部与操作对象的关系。因此，对于机械手的控制系统来说，无论多么高级的系统，如果不能按置，都是毫无意义的。控制系统的结构一般分为开环系统和闭环系统两种闭环控制系统也叫反馈控制系统，是一种不断把给定值和各控制量进行比较，使其偏差为零的控制系统。而开环控制系统，即使有局部的小的闭环存在，但主要控制量是不用反馈控制的。对比两者，通常闭环系统的抵抗外部干扰和系统中主要单元的特性变化和能力强，而开环系统较弱。机械手的闭环系统控制受各种因素的影响，如外部负荷力，活动部分的内部摩擦，伺服阀的漂移，滞后，比较仪，伺服放大器的漂移，随动系统的粘滞性摩擦，反向电动势的影响等导致闭环控制系统产生静态误差。因而闭环控制的精度和定位时间等控制性能也有一定限度，要超过闭环控制系统的控制性能的界限必须采用由最佳控制理论所规定的控制结构，其中有时采用开环控制。因此要提高机械手的性能，应不局限于开环或闭环的系统而吸收两者之长。运动控制方式有点位控制和连续控制两种。点位控制方式就是由点到点的控制方式，只对机械手运动部件（手腕、臂）所应到达空间点的定位进行控制，而对两个定位点之间的运动轨迹则不加控制。这种方式可达到较高的重复定位精度。点位控制又分为两点控制和多点控制两种。如果机械手抓取和放置工件的位置都是准确而固定的，如上下料专用机械手，可由挡块，行程开关等来定位，采用起点的终点的“两点控制方式” 。通用工业机械手则要求多点定位，而且要经常更换设定位置，这时一般装有位置检测器作为运动位置的反馈，即采用“多点式控制” 。两点的点位控制可用普通的继电器控制线路实现，多点式的点位控制则常常采用继电器顺序控制器，可编程序控制器和微机控制系统等。第六章电气控制系统 34 械手的电气控制机械手电气控制系统，除了有多工步特点之外，还要求有连续控制和手动控制等操作方式。本次设计采用步进控制的方式来实现对机械手工作过程的控制。进控制工作流程如图 6 6进控制工作流程图 I/如图 6 图 6进控制接口端子分配图四川理工学院毕业设计（论文） 35 步进工步 10 步（启动， 1 8，返回原点）分别对应使用10个单元的移位寄存器。，启动主令信号； 1 ，下降主令信号，到位； 2 ，夹紧主令信号，到位 S 为 1； 3 ，上升主令信号，到位； 4 ，右行主令信号，到位； 5 ，下降主令信号，到位； 6 ，放松主令信号，延时 2S（）； 7 ，上升主令信号，到位； 8 ，左行主令信号，到位； 9 ，原点主令信号，到位。程序第六章电气控制系统 36 程序如下： R D 川理工学院毕业设计（论文） 37 D K 2 R S D D K 3 D D 七章结论 38 第七章结论在现代生产中，机械手被广泛的应用于各个行业。本文是对下料机械手的设计，要完成设计需要了解下料机械手的总体结构，运动过程，需对手爪夹紧，手臂伸缩，手臂回转等动作进行分析、计算，最终确定其尺寸。除此以外还需要说明下料机械手的液压驱动原理和电气控制原理。这些都包括了 4 年来所学的知识。在设计初期，遇到了很多的困难，比如对下料机械手的结构不熟悉，运动过程不了解，也由于对以前所学知识的部分遗忘，因此不知道从哪里开始设计，后来通过查阅参考文献和老师、同学的帮助，逐步熟悉了下料机械手的原理，对其结构，运动过程有了新的认识，因此能够基本完成本次设计。但是由于自己的能力有限，还存在很多不完善的地方需要改进。同时通过这次设计，也使我发现自身的知识理论体系还需要大大的提高，对已学的知识遗忘较多，在今后的学习工作中我将会更好的完善自己的知识，作一名合格的设计人员。四川理工学院毕业设计（论文） 39 参考文献 1 杜来林北京：北京大学出版社， 1996. 2 徐灏卷械工业出版社， 1992. 3 吴宗泽 ,罗胜国二版）等教育出版社 ,1999. 4 李允文北京：机械工业出版社 ,1996. 5 陆详生中国铁道出版社， 1985. 6 张建民北京：北京理工大学出版社， 1988. 7 邱宣怀四版）高等教育出版社 ,1997. 8 章宏甲 ,黄谊北京 :机械工业出版社 ,2000. 9 陈远龄重庆 :重庆大学出版社 ,1995. 10 朱龙根第 2版 )机械工业出版社 ,2005. 40 致谢本次设计是在王汉胜导师的悉心指导下完成的。在近三个月的毕业设计生活中，王老师都给了我耐心的指

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