仲恺工业机械手课程设计说明书

1、仲恺工业机械手设计任务书设计是学生完成本专业教学计划的最后一个极为重要的实践性教学环节，是使学生综合运用所学过的基本理论、基本知识与基本技能去解决专业范围内的工程技术问题而进行的一次基本训练。这对学生即将从事的相关技术工作和未来事业的开拓都具有一定意义。主要目的：一、培养学生综合分析和解决本专业的一般工程技术问题的独立工作能力，拓宽和深化学生的知识。 二、培养学生树立正确的设计思想，设计构思和创新思维，掌握工程设计的一般程序规范和方法。三、培养学生树立正确的设计思想和使用技术资料、国家标准等手册、图册工具书进行设计计算，数据处理，编写技术文件等方面的工作能力。四、培养学生进行调查研究，面向实际

2、，面向生产，向工人和技术人员学习的基本工作态度，工作作风和工作方法。目录1 械手设计任务书21.1 设计目的21.2 本课题的内容和要求31.3 工业机械手简图42 臂部液压缸设计42.1 臂部受力计算52.2 臂部油缸驱动力计算52.3 臂部活塞杆的稳定性校核62.4 臂部缸体的螺栓链接计算73 臂部液压传动与控制系统计设83.1 臂部伸缩油缸83.2 液压元件的计算和选择103.3 臂部液压原件及工作原理114 PLC控制系统设计134.1 机械手可编程顺序控制134.2 机械手PLC控制梯形图175 参 考 文 献196 总结191 械手设计任务书1.1 设计目的设计是学生完成本专业教学

3、计划的最后一个极为重要的实践性教学环节，是使学生综合运用所学过的基本理论、基本知识与基本技能去解决专业范围内的工程技术问题而进行的一次基本训练。这对学生即将从事的相关技术工作和未来事业的开拓都具有一定意义。主要目的：一、培养学生综合分析和解决本专业的一般工程技术问题的独立工作能力，拓宽和深化学生的知识。 二、培养学生树立正确的设计思想，设计构思和创新思维，掌握工程设计的一般程序规范和方法。三、培养学生树立正确的设计思想和使用技术资料、国家标准等手册、图册工具书进行设计计算，数据处理，编写技术文件等方面的工作能力。四、培养学生进行调查研究，面向实际，面向生产，向工人和技术人员学习的基本工作态度，

4、工作作风和工作方法。1.2 本课题的内容和要求原始数据及技术要求：表1 臂部运动参数运动名称符号行程范围速度伸缩X<200,<250,<300mm/s升降Z回转表2 腕部运动参数运动名称符号行程范围速度回转其它主要参数：抓重:150N自由度：4个手指夹持范围：棒料， 长度定位方式：电位器（或接近开关等）设定，点位控制定位精度： 控制方式：PLC控制 设计要求：a、数据一定要用圆柱坐标系；b、一个装配图和两个零件图；c、设计计算说明书（一份）1.3 工业机械手简图工业机械手的动作简图如下图：本任务设计的是机械手手臂伸缩部分，设计部分如下简图：2 臂部液压缸设计臂部是机械手的主要

5、执行部件。它的作用是支承腕部和手部，并带动它们作空间运动。臂部的运动的目的是把手部送到空间运动范围内的任意一点。如要改变手部的姿态则由腕部的自由度实现。因而机械手的臂部一般有三个自由度才能满足基本的要求：手臂的伸缩，左右回转和升降运动。臂部的各种运动通常采用驱动机构和各种传动机构来实现，从臂部的受力情况来看，它在工作中既直接承受腕部，手部和工件的静，动载荷，而且自身运动又较多，因而它的结构，工作范围，灵活性以及抓重大小和定位精度等都直接影响机械手的工作性能。2.1 臂部受力计算手臂的行程为400mm.速度为200mm/s,起动和制动的时间为0.2s水平伸缩直线运动油缸驱动力P的计算为了提高伸缩

6、杆的稳定性，采用圆柱面双导杆。导杆对称配置在油缸两侧的水平伸缩缸，起动时，导向装置处的摩擦阻力较大，由于导向杆对称配置，两导向杆的受力均衡，可按一个导向杆计算。根据受力平衡有： G参与运动的零部件的总重量（包括工件）400N当量摩擦系数0.18导向杆的摩擦阻力分别为a,b杆的摩擦阻力Ra，Rb 分别为导向套左右端的受力a 导向套的长度200mmL工件重心距离导向套的长度100mm水平移动油缸受力状态2.2 臂部油缸驱动力计算活塞杆，缸盖，缸壁，伸缩油管之间的摩擦阻力0.05P密封装置处的摩擦阻力0.05P油缸回油腔低压油造成的阻力，取为0.05P臂部起动或制动时活塞杆上受到的平均惯性力从静止加

7、速到工作速度的速度变化量起动的时间取为0.2s油缸驱动力444N油缸的尺寸：当油进入无杆腔有： （工作压力），取根据标准油缸外径(JB1068-67)取,所以壁厚为活塞杆的计算计算得臂的伸缩行程为,根据其它零部件的安装所需间隙，总长取活塞杆。2.3 臂部活塞杆的稳定性校核因为l>15d，所以活塞杆需要稳定性校核油缸安装属于两端固定，长度折算系数弹性模量 特定柔度值活塞杆横截面的惯性半径安全系数活塞杆的面积活塞杆的计算柔度属于大柔度杆其临界力,活塞杆稳定性符合要求2.4 臂部缸体的螺栓链接计算确定油缸缸筒与缸盖采用螺栓连接，此种方式能够使液压缸紧凑牢固。在这种链接中，每个螺栓在危险剖面上承

8、受的拉力为工作载荷Q和剩余预紧力之和，即：Q：工作载荷（N）P：缸盖受到的合成液压力，即驱动力（N）Z：螺栓数目：剩余预紧力，则螺栓 取螺栓公称直径为6 数目4 安全系数2 k=1.8所以，满足强度条件。3 臂部液压传动与控制系统计设3.1 臂部伸缩油缸缸内径，活塞杆直径，驱动力，运动速度，加速和制动的时间分别为：起动驱动力匀速驱动力减速驱动力 无杆腔进油时：图4 伸缩油缸工况图（伸出过程）有杆腔进油时：图5 伸缩油缸工况图（缩回过程）3.2 液压元件的计算和选择液压泵的计算和选择泵的工作压力油缸的最大工作油压=1.31MPa管道和各类阀的全部油压损失液压泵的流量油压系统采用单泵供油,故臂部回

9、转油缸供油泵泄漏折算系数4除臂部回转油缸处,其它几个部分中的最大流量选择液压泵的规格因为叶片泵有结构紧凑外形尺寸小,流量均匀,噪音小,寿命长,所以根据<<液压传动手册>>选YB1-40(YB1型低压单级中片泵).额定转速 额定排量额定压力电机选用取泵的总效率,则选电机:Y100L-4,N=2.2KW,n=1430r/min选择液压控制阀和辅助元件过滤器过滤精度在左右的线式过滤器油管与管接头：管接头联接螺纹 管子壁厚1mm (用于) 管子壁厚1mm (用于)油管以满足最大压力为要求选用价低,安装方便的尼龙管油箱容积：溢流阀和减压阀的压力调整：溢流阀减压阀 因为夹紧运动时的

10、压力为所以选取YJF3-10B调压范围为根据工况图Q-t选元件的额定流量,根据p=7L/min选择元件的额定压力3.3 臂部液压原件及工作原理表1械手所用液压元件表序号元件名称型号规格数量1线隙式过滤器2.5MPa,40L/min12电动机Y100L-4N=3.0KW,n=1430r/min13叶片泵2MPa,960r/min14 13溢流阀15，11二位二通电磁换向阀26压力表开关17压力表18,14单向顺序阀29,10节流阀212二位四通电磁换向阀1 液压工作原理图表2 液压系统动作循环及电磁铁动作顺序表电磁铁 序号动作循环1Y2Y3Y4Y5Y6Y7Y8Y9Y10Y11Y12Y13Y14Y

11、臂部伸缩伸出+伸出缓冲+缩回+缩回缓冲+4 PLC控制系统设计控制系统是机械手的重要组成部分。在某种意义上讲，控制系统起着与人脑相似的作用。机械手的手部、腕部、臂部等的动作以及相关机械的协调动作都是通过控制系统来实现的。主要控制内容有动作的顺序，动作的位置与路径、动作的时间。机械手的控制方法，总的来说有机械控制，气动控制，液压系统的液压控制和电气控制。控制系统有开环系统和闭环系统两种结构。闭环系统一般也叫反馈控制系统，是一种不断把定值与控制量进行比较，使其偏差为零的控制系统。而开环系统，即使有局部小的闭环系统存在，但主要的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

12、单元的特性变化的能力比较强，而开环系统较弱。但由于各种影响因素的存在，闭环控制的精度和定位时间等控制性能也有一定的限度。因此不应局限于开环或闭环的系统，而吸收两者之长，以提高机械手的性能。4.1 机械手可编程顺序控制不论自动电气控制装置复杂程度如何，对于生产线及各种功能的机械手来说，一般都要求电气控制系统按照预先规定的动作顺序依次进行顺序控制。可编程控制方式是指机械手的动作程序采用软，硬的手段，加以改变或重新编排，以适应不同作业循环的需要。特别对于通用工业机械手尤为重要。如甲作业要求机械手的动作顺序为1-2-3-4；乙作业要求1-4-3-2；丙作业要求1-3-2-4.为此，可采用各种不同顺序控

13、制器直接给定或改变程序。可编程控制器控制器又称可编程逻辑控制器PLC,是微机技术与继电器常规控制技术相结合的产物，是在顺序控制器和微机控制器的基础上发展起来的新型控制器，是一种以微处理为核心用数字控制的专用计算机。根据机械手的控制方法采用液压控制制和电气控制相结合的方法来操纵机械手。通过电气控制液压系统中的液压元件从而来控制机械手各个部位的运动。电气控制通过可编程序控制器，用编程语言来使控制器发出指令，进而控制运动。常见的编程表达方式有：继电器梯形图，逻辑功能图，功能流程图，逻辑代数表达式，指令语句。由于继电器梯形图比较形象，直观，易于接受，所以本电气控制采用此方法编程。图7 现场器件和PLC

14、的实际连按图表3 现场器件与PLC的内部等效继电器地址对照现场器件内部等效继电器地址号说明现场器件内部等效继电器地址号说明输入SB1400启动按钮输出HL430原位指示灯SB2401停止按钮1YA431原位卸荷SQ1401臂伸缩原位2YA432伸缩缓冲SQ2403臂缩缓冲3YA433伸升缓冲SQ3404臂伸缓冲4YA434臂正反转缓冲SQ4405臂伸缩限位5YA435腕正反转缓冲SQ5406臂升降原位6YA436臂部伸出SQ6407臂降缓冲7YA437臂部缩回SQ7410臂升缓冲8YA530臂部升SQ8411臂升降限位9YA531臂部降SQ9412臂回转原位10YA532臂部正转SQ10413

15、臂反转缓冲11YA533臂部反转SQ11500臂正转缓冲12YA534腕部正转SQ12501臂回转限位13YA535腕部反转SQ13502腕回转原位14YA536夹紧SQ14503腕反转缓冲SQ15504腕正转缓冲SQ16505腕回转限位SB3510复位按钮4.2 机械手PLC控制梯形图5 参 考 文 献1 重庆市科技局，第一机械工业机械部第三设计院.工业机械手M，重庆市科技局，第一机械工业机械部第三设计院出版，1977.2 上海市第一机电工业局科技组情报站.工业机械手资料选编 M,上海：第一机械工业部情报所，1974.3 机械工程手册编辑委员会.机械工程手册:试用本.第53篇,工厂运输M,北京：机械工业出版社, 1979.4 上海市电动工具研究所.国外工业机械手及其应用M，上海科学技术情报研究所，1978. 5 沈阳市机床工业公司七·二一大学.工业机械手M,北京：辽宁人民出版社，1979.6 徐灏.机械设计手册M,北京：机械工业出版社, 2003.7 李允文.工业机械手设计M ,北京：机械工业出版社，1996.8 天津大学工业机械手设计基础编写组.工业机械手设计基础M，天津科学技术出版社，1980.6 总结通过这次课程设计，使我更加深入地了解了机械设