毕业设计（论文）-液压驱动式自动上下料机械手设计

毕业设计说明书（论文）毕业论文题目：液压驱动式自动上下料机械手设计二级学院：机电工程学院学院专业：班级：学生姓名：学号：指导教师：职称：评阅教师：职称：2023年4月毕业设计说明书（论文）摘要液压驱动式自动上下料机械手是一种新型的自动化操作装置，它可模仿人的手部动作，根据作业要求，按照预先确定的程序、轨迹通过液压系统实现抓取和搬运操作完成一定的作业。本次设计的四自由度液压搬运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，它可在繁重、高温和多粉尘等劳动条件极差的作业中，部分代替人工操作，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

AbstractHydraulicdriveautomaticloadingandunloadingmanipulatorisanewtypeofautomaticoperationdevice,whichcanimitatehumanhandmovements,accordingtotheoperationrequirements,accordingtothepredeterminedprocedures,trajectorythroughthehydraulicsystemtoachievegraspingandhandlingoperationstocompletecertainoperations.Thefour-degree-of-freedomhydraulichandlingmanipulatordesignedthistimecomprehensivelyusesthebasictheory,basicknowledgeandrelatedmechanicaldesignexpertiselearnedaccordingtothespecifiedactionsequence,completesthedesignofthemanipulator,anddrawsthenecessaryassemblydrawingsandhydraulicsystemdiagrams.Themechanicalstructureofthemanipulatoriscomposedofmechanicaldevicessuchascylinders,screws,guidecylinders,etc.;Inthehydraulictransmissionmechanism,thearmtelescopiccylinderofthemanipulatoradoptstelescopiccylinder,thewristrotationadoptstherotarycylinder,therotationofthecolumnadoptsarackcylinder,theliftingofthemanipulatoradoptsaliftingcylinder,andthetraversalofthecolumnadoptsalateralmovingcylinder;Bycontrollingtheswitchofthesolenoidvalve,themanipulatoriscontrolledtocarryoutthecorrespondingactioncycle,andwhenthecontinuousstopbuttonispressed,themanipulatorstopsmovingaftercompletinganactioncycle.Thefeedingmanipulatorproposedinthisdesigncangraspobjectsinspace,flexibleanddiverseactions,itcanpartiallyreplacemanualoperationinheavywork,hightemperatureanddustyandotherextremelypoorworkingconditions,andcangraspheavyworkpieces.Itcanimproveworkingconditionsandavoidpersonalaccidents.Manpowercanbereducedandrhythmicproductionisfacilitated.Keywords:ManipulatorHydraulicControlloop

目录摘要 2Abstract 3第一章绪论 61.1研究背景及意义 61.2国内外研究现状 6第二章机械手设计方案的论证 72.1机械手的总体设计 72.1.1机械手总体结构的类型 72.2机械手腰座回转结构的设计 82.2.1机械手腰座回转结构的设计要求 82.2.2机械手腰部和基座的受力分析 82.2.3腰部回转运动驱动力矩的计算 92.3机械手手臂的结构设计 112.3.1机械手手臂的设计要求 112.3.2手臂部分设计的受力分析 112.3.3机械手手臂结构具体采用方案 142.4机械手腕部的结构设计 142.4.1机器人手腕结构的设计要求 142.4.2腕部回转缸所受载荷转矩的计算 152.4.3机械手腕部结构具体采用方案 162.5机械手末端执行器（手爪）的结构设计 172.5.1机械手末端执行器的设计要求 172.5.2机器人夹持器的运动和驱动方式 172.5.3机器人夹持器的典型结构 182.5.4手爪受力分析 182.5.5机械手末端执行器（手爪）结构具体采用方案 202.6机械手的机械传动机构的设计 202.6.1工业机器人传动机构设计应注意的问题 202.6.2工业机器人常用的传动机构形式 212.6.3机械手的机械传动机构具体采用方案 212.7机械手驱动系统的设计 222.6.1机器人各类驱动系统的特点 222.6.2机械手驱动系统具体采用方案 22第三章理论分析和设计计算 233.1机械手主要设计参数 233.2确定运动速度 233.3确定液压系统的主要参数 233.3.1计算液压缸的总机械载荷 233.3.2手爪执行液压缸工作压力计算 243.3.3无杆活塞油缸（亦称齿条活塞油缸） 253.3.4液压缸主要参数的确定 253.3.5液压缸强度的较核 263.4计算和选择液压元件 273.4.1液压泵的计算 273.4.2控制元件的选择 273.4.3油管及其他辅助装置的选择 273.5液压系统原理设计及草图 283.5.1液压原理图 283.5.2电磁铁动作顺序表 283.5.3各部分运动过程分析 30第四章三维建模 32结论 34致谢 35参考文献 36

第一章绪论1.1研究背景及意义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。他的结构是：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。它是近代自动控制领域中出现的一项新技术，并已成为现代机械制造企业生产系统中的一个重要组成部分。这种新技术发展很快，逐渐形成一门新兴的学科——机械工程。在自动化生产过程中使用的一种具有抓取和移动工件功能的自动化装置，它是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。近年来，随着电子技术特别是电子计算机的广泛应用，机器人的研制和生产已成为高技术领域内迅速发展起来的一门新兴技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。机械手能代替人类完成危险、重复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，提高劳动生产力。机械手越来越广泛的得到了应用，在机械行业中它可用于零部件组装，加工工件的搬运、装卸，特别是在自动化数控机床、组合机床上使用更普遍。目前，机械手已发展成为柔性制造系统FMS和柔性制造单元FMC中一个重要组成部分。把机床设备和机械手共同构成一个柔性加工系统或柔性制造单元，它适应于中、小批量生产，可以节省庞大的工件输送装置，结构紧凑，而且适应性很强。当工件变更时，柔性生产系统很容易改变，有利于企业不断更新适销对路的品种，提高产品质量，更好地适应市场竞争的需要。而目前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，应用规模和产业化水平低，机械手的研究和开发直接影响到我国自动化生产水平的提高，从经济上、技术上考虑都是十分必要的。因此，进行机械手的研究设计是非常有意义的。1.2国内外研究现状20世纪50年代，美国推出的世界上第一台工业机器人通过实验以来，用编程的方式控制机械人，便开始实现机器手控制运动方式的突破，新时代也自此也拉开了帷幕。二十世纪六十年代美国联合控制公司研制出了有固定回转长臂的机械手，为实现顺利抓放工件，结构上臂顶部安装上电磁块保证抓取工件顺利进行，但是它的控制系统采用了示教型使得机器人可重复操作。二十世纪八十年代，我们熟知的著名的斯坦福机械手，在斯坦福大学问世，该机械手首次实现了机械手和的完美结合，第一次实现了通过达到对机械手的控制。虽然斯坦福机械手已经研究出很多年，对未来的机械手的发展人有很高的参考价值，目前仍在对其进行进一步的研究。国外一些发达国家相继在七十年代以后对不同的机械手进行广泛研究和应用，按照不同类型机械手应用到不同的自动化设备当中。目前，在国内外各种机器人和机械手的研究成为科研的热点，其大体方向有两个：其一是机器人的智能化，多传感器、多控制器，先进的控制算法，复杂的机电控制系统；其二是与生产加工相联系，满足相对具体的任务的工业机器人，主要采用性价比高的模块，在满足工作要求的基础上，追求系统的经济、简洁、可靠，大量采用工业控制器，市场化、模块化的元件。

第二章机械手设计方案的论证2.1机械手的总体设计2.1.1机械手总体结构的类型工业机器人的结构形式主要有直角坐标结构，圆柱坐标结构，球坐标结构，关节型结构四种。如图2-1所示。各结构形式及其相应的特点，分别介绍如下。图2-1四种机器人坐标形式（1）直角坐标机器人结构直角坐标机器人的空间运动是用三个相互垂直的直线运动来实现的，如图2-1.a。由于直线运动易于实现全闭环的位置控制，所以，直角坐标机器人有可能达到很高的位置精度（μm级）。但是，这种直角坐标机器人的运动空间相对机器人的结构尺寸来讲，是比较小的。因此，为了实现一定的运动空间，直角坐标机器人的结构尺寸要比其他类型的机器人的结构尺寸大得多。直角坐标机器人的工作空间为一空间长方体。直角坐标机器人主要用于装配作业及搬运作业，直角坐标机器人有悬臂式，龙门式，天车式三种结构。（2）圆柱坐标机器人结构圆柱坐标机器人的空间运动是用一个回转运动及两个直线运动来实现的，如图2-1.b。这种机器人构造比较简单，精度还可以，常用于搬运作业。其工作空间是一个圆柱状的空间。（3）球坐标机器人结构球坐标机器人的空间运动是由两个回转运动和一个直线运动来实现的，如图2-1.c。这种机器人结构简单、成本较低，但精度不很高。主要应用于搬运作业。其工作空间是一个类球形的空间。（4）关节型机器人结构关节型机器人的空间运动是由三个回转运动实现的，如图2-1.d。关节型机器人动作灵活，结构紧凑，占地面积小。相对机器人本体尺寸，其工作空间比较大。此种机器人在工业中应用十分广泛，如焊接、喷漆、搬运、装配等作业，都广泛采用这种类型的机器人。2.1.2机械手总体结构具体采用方案具体到本设计，因为设计要求搬运的加工工件的质量达60KG，且长度达500MM，同时考虑到数控机床布局的具体形式及对机械手的具体要求，考虑在满足系统工艺要求的前提下，尽量简化结构，以减小成本、提高可靠度。该机械手在工作中需要4种运动,其中手臂的伸缩和立柱升降、横移为三个直线运动,另一个为手臂、手腕的回转运动,综合考虑，机械手自由度数目取为4，坐标形式选择圆柱坐标形式，即一个转动自由度、三个移动自由度，其特点是:结构比较简单,手臂运动范围大,且有较高的定位准确度。如图图2-2所示。图2-2机械手工作布局图2.2机械手腰座回转结构的设计进行了机械手的总体设计后，就要针对机械手的腰部、手臂、手腕、末端执行器等各个部分进行详细设计。2.2.1机械手腰座回转结构的设计要求实现手臂回转运动的机构形式是多种多样的，常用的有回转缸、齿轮传动机构、链轮传动机构、连杆机构等。本机械手采用齿条缸式臂回转机构，如图7所示，回转运动由齿条活塞杆7驱动齿轮，带动配油轴和缸体一起转动，再通过缸体上的平键8带动外套一起转动实现手臂的回转。实现手臂回转运动的机构形式是多种多样的，常用的有回转缸、齿轮传动机构、链轮传动机构、连杆机构等。本机械手采用齿条缸式臂回转机构，如图2-3所示，回转运动由齿条活塞杆7驱动齿轮，带动配油轴和缸体一起转动，再通过缸体上的平键8带动外套一起转动实现手臂的回转。图2-3腰部回转机构2.2.2机械手腰部和基座的受力分析在机械设计中，旋转固定非常重要，它不仅能保证机械手在进给过程中具有一定的刚度和精度，而且能旋转到进给位置。本设计的机械臂使用液压缸在腰部上下移动机械臂，底座通常是机械臂的基础，用于维护和固定机械臂的其他器官以及与外部器官的连接，结构应根据机械臂的功能特点和具体需要而定。控制台和基础配置在一定程度上反映了机械手的总体布局。在这种机械化设计中，机身被设计为一个基座，这样机械师可以形成一个独立的个体和一个独立的综合体，这有利于机械化产品，也可以自由安装和移动，还可以设计为移动机构的机械手，以便于移动。在这项工作中，物料输送机械支架需要一定的刚度才能起到定位作用。因此，机械臂的底座采用固定形式。根据经济要求，机械臂底座采用嵌入式形式。肩部位于框架支架之间，即安装在腰部。这在旋转机械手中最常见。肩部可以在皮带上上下移动，以获得较大的提升冲程。对于一般机械手来说，升降过程由步进电机旋转，带有螺旋柱的升降液压缸提供臂的上下运动。手的旋转运动由电机执行。电机驱动齿轮到减速器轴上，然后本体旋转以满足机械手的自由度要求，从而满足按规定轨迹机械进给的过程。显然，根据材料处理功能，对于模块，机械手需要处理材料，以便旋转圆柱体可以连接到其基座上。2.2.3腰部回转运动驱动力矩的计算臂部回转运动驱动力矩应根据启动时产生的惯性力矩与回转部件支承处的摩擦力矩来计算。由于启动过程一般不是等加速度运动，故最大驱动力矩要比理论平均值大一些，一般取平均值的1.3倍。故驱动力矩Mq可按下式计算：式中Mm为各支承处的总摩擦力矩；Mg为启动时惯性力矩，一般按下式计算：式中J为手臂部件对其回转轴线的转动惯量（kg·m）；为回转手臂的工作角速度（rad/s）；△t——回转臂启动时间（s）。当Mm=84(N·m)，对于活塞、导向套筒和油缸等的转动惯量都要做详细计算，因为这些零件的重量较大或回转半径较大，对总的计算结果影响也较大，对于小零件则可作为质点计算其转动惯量，对其质心转动惯量忽略不计。对于形状复杂的零件，可划分为几个简单的零件分别进行计算，其中有的部分可当作质点计算。可以参考《工业机器人》表。由于机械手的臂和机械手的腰部通过水平臂连接在一起，在这个位置，伸缩液压缸只执行水平臂支撑板，因此支撑板上的固定部件可以上下移动。在这个过程中，液压缸的负载是垂直的，其上的负载是机械手、机械臂和材料质量。然而，为了使连接座上的螺钉获得较大的倾覆扭矩，需要在此测试螺钉的强度。图2-3显示了螺纹和杆的负载状态。机械手臂水平连接座受力示意如图2-3所示。图2-4机械手臂水平连接座受力示意图（1）腰部升降缸驱动计算在计算过程中，设计了升腰油缸来实现机械臂的上下运动。提升夹具时，最大负载为。因此，根据最大负载量，提升油缸只需计算无腔无手柄（提升臂）的工作状态，当油中有杆时，整个腰部液压缸将被加载。这里没有分析。升降缸所受的工作载荷包括升降台自身重力和机械手臂部分总重，总的合力方向沿升降液压杆的方向，因此有FmG总机械手腰部液压缸所受载荷总重量估算：总台辅缸s30529.8823.2（2）腰部升降液压缸的结构确定在腰部提升液压缸的设计中，液压缸的负载只能用于机械手抓取被加工零件并最大限度地提升液压缸，而提升缸提供的能量最大，其他负载条件相对较小。因此，根据机械设计手册液压缸额定油压P=2.5MPa。腰部升降液压缸示意如图2-4所示。2-5腰部升降液压缸示意图2.3机械手手臂的结构设计2.3.1机械手手臂的设计要求机器人手臂的作用，是在一定的载荷和一定的速度下，实现在机器人所要求的工作空间内的运动。在进行机器人手臂设计时，要遵循下述原则：（1）应尽可能使机器人手臂各关节轴相互平行；相互垂直的轴应尽可能相交于一点，这样可以使机器人运动学正逆运算简化，有利于机器人的控制。（2）机器人手臂的结构尺寸应满足机器人工作空间的要求。工作空间的形状和大小与机器人手臂的长度，手臂关节的转动范围有密切的关系。但机器人手臂末端工作空间并没有考虑机器人手腕的空间姿态要求，如果对机器人手腕的姿态提出具体的要求，则其手臂末端可实现的空间要小于上述没有考虑手腕姿态的工作空间。（3）为了提高机器人的运动速度与控制精度，应在保证机器人手臂有足够强度和刚度的条件下，尽可能在结构上、材料上设法减轻手臂的重量。力求选用高强度的轻质材料，通常选用高强度铝合金制造机器人手臂。（4）机器人的手臂相对其关节回转轴应尽可能在重量上平衡，这对减小电机负载和提高机器人手臂运动的响应速度是非常有利的。在设计机器人的手臂时，应尽可能利用在机器人上安装的机电元器件与装置的重量来减小机器人手臂的不平衡重量，必要时还要设计平衡机构来平衡手臂残余的不平衡重量。2.3.2手臂部分设计的受力分析机械臂作为机械手的主要执行部件，在整个运动过程中运动量最大。它的主要功能是刺激爪子在预先选择的路线上的机械运动，并将把手运送到空间中的任何点。其最大功能是支撑臂并引导臂进行空间旋转和伸缩运动，其结构和尺寸应满足机械手工作时的空间要求。手的伸缩运动由液压缸驱动。在总体设计中，伸展臂越小，臂越短，刚度越小。因此，在设计机械臂时，必须保证机械臂的刚度，并使用轻质材料，以节省材料能量，提高机械臂的运动灵活性，减少运动惯性，从而减少运动冲击。

由于机械手在设计计算过程中的复杂性，为了简化计算，将机械手简化为悬臂梁，轨道上的牵引载荷如图2-5所示。在设计中，为了增强机械手的刚度，在移动杆的过程中使用了双导杆，导杆合理分布在伸缩油缸的两侧，并使用伸缩杆液压油缸进行移动。手臂导轨受力示意图如图2-3所示。图2-6 手臂导轨受力示意图(1)伸缩中摩擦计算导向杆擦机械臂的导轨杆设计对称配置，导轨盖用于安装定位。由于两侧导轨杆的受力相对均匀，因此可以在计算中对单个导轨杆进行载荷分析和计算。要确定A点的力矩：MA0即：GSL平衡计算得：GSFbFa其中：GS为夹取物料时物料及其他零部件所受的重力总量；摩擦系数参考机械设计手册表确定。表2-1不同运动状态下的摩擦系数运动状态启动低速高速μ0.15～0.20.1～0.120.05～0.08为了确保伸缩臂油缸平稳移动，在悬臂梁的情况下，必须确保足够的手部刚度。因此，必须选择高刚度和高刚度的导杆材料。此处，导杆材料应从钢中选择，导杆支架应为铸铁。计算中的长度L由伸缩臂油缸筒的最大冲程确定。机械手的伸缩行程长度为500mm，此处L=600mm。导向支架a采用200mm设计：0机械手臂部分总重量估算:手爪工件辅5609.8676.2NGS缸676.2159.8823.2N这里机械臂的液压缸系统仍然属于低压系统。水平启动时，机械臂抓住加工件，液压缸获得最大负载。此时，伸缩油缸提供的功率是最大的，这可以看出，在其他工作场所，负载差异很小。因此，根据机械设计手册4见第二章。表23，4-2，选择压力液压缸P=3.0MPa。缸筒内径D和活塞杆直径d的确定，双作用液压缸示意，如图3-5所示。2-7双作用液压缸示意图考虑到工件夹紧时机械手液压缸的负载大于无夹紧时液压缸的输出，这里只考虑夹紧过程，P2为进油口，P表2-2 液压缸往复速度比推荐值液压缸工作压力（MPa）1010～20>20往复速度比v1.331.46～22在这里，选取往复速度比V=1.33计算得活塞杆直径：d0.47D将数据代入得：D=42.2mmd=19.8mm对D圆整取D=43mm，根据设计手册液压传动部分表20-6-2，选内径为：D=50mm。计算活塞杆内径：d500.4723.5mm对d值圆整后取d=24,根据液压传动部分20-6-2，选取d=20mm。（2）缸筒长度L的确定气缸的长度由最大工作行程决定。该零件的最大工作路径是机械臂的伸缩行程。根据设计参数，膨胀路径为L=500mm，因为活塞行程大于400mm。根据系统优先级和编号R10GB/T321，因此，气缸的最大工作路径为：L=550mm。2.3.3机械手手臂结构具体采用方案机械手的垂直手臂（大臂）升降和水平手臂（小臂）的伸缩运动都为直线运动。直线运动的实现一般是气动传动，液压传动以及电动机驱动滚珠丝杠来实现。考虑到搬运工件的重量较大，考虑加工工件的质量达60KG，属中型重量，同时考虑到机械手的动态性能及运动的稳定性，安全性，对手臂的刚度有较高的要求。综合考虑，两手臂的驱动均选择液压驱动方式，通过液压缸的直接驱动，液压缸既是驱动元件，又是执行运动件，不用再设计另外的执行件了；而且液压缸实现直线运动，控制简单，易于实现计算机的控制。因为液压系统能提供很大的驱动力，因此在驱动力和结构的强度都是比较容易实现的，关键是机械手运动的稳定性和刚度的满足。因此手臂液压缸的设计原则是缸的直径取得大一点（在整体结构允许的情况下）。同时，因为控制和具体工作的要求，机械手的手臂的结构不能太大，若仅仅通过增大液压缸的缸径来增大刚度，是不能满足系统刚度要求的。因此，在设计时另外增设了导杆机构，小臂增设了两个导杆，与活塞杆一起构成等边三角形的截面形式，尽量增加其刚度；大臂增设了四个导杆，成四边形布置，为减小质量，各个导杆均采用空心结构。通过增设导杆，能显著提高机械手的运动刚度和稳定性，比较好的解决了结构、稳定性的问题。2.4机械手腕部的结构设计机器人的手臂运动（包括腰座的回转运动），给出了机器人末端执行器在其工作空间中的运动位置，而安装在机器人手臂末端的手腕，则给出了机器人末端执行器在其工作空间中的运动姿态。机器人手腕是机器人操作机的最末端，它与机器人手臂配合运动，实现安装在手腕上的末端执行器的空间运动轨迹与运动姿态，完成所需要的作业动作。2.4.1机器人手腕结构的设计要求（1）机器人手腕的自由度数，应根据作业需要来设计。机器人手腕自由度数目愈多，各关节的运动角度愈大，则机器人腕部的灵活性愈高，机器人对对作业的适应能力也愈强。但是，自由度的增加，也必然会使腕部结构更复杂，机器人的控制更困难，成本也会增加。因此，手腕的自由度数，应根据实际作业要求来确定。在满足作业要求的前提下，应使自由度数尽可能的少。一般的机器人手腕的自由度数为2至3个，有的需要更多的自由度，而有的机器人手腕不需要自由度，仅凭受臂和腰部的运动就能实现作业要求的任务。因此，要具体问题具体分析，考虑机器人的多种布局，运动方案，选择满足要求的最简单的方案。（2）机器人腕部安装在机器人手臂的末端，在设计机器人手腕时，应力求减少其重量和体积，结构力求紧凑。为了减轻机器人腕部的重量，腕部机构的驱动器采用分离传动。腕部驱动器一般安装在手臂上，而不采用直接驱动，并选用高强度的铝合金制造。（3）机器人手腕要与末端执行器相联，因此，要有标准的联接法兰，结构上要便于装卸末端执行器。（4）机器人的手腕机构要有足够的强度和刚度，以保证力与运动的传递。（5）要设有可靠的传动间隙调整机构，以减小空回间隙，提高传动精度。（6）手腕各关节轴转动要有限位开关，并设置硬限位，以防止超限造成机械损坏。2.4.2腕部回转缸所受载荷转矩的计算手腕的主要功能是连接把手和肩膀。手腕的运动主要用于改变夹具的方向，使其旋转和滚动。它工作更灵活，转动惯量相对较小，本文是为这种自由度的机械手腕设计的。这里主要使用带手腕传动的可移动旋转气缸。

手腕的旋转面积按设计要求为0～180°。此处设置了机械臂手腕180°旋转的要求，以便于材料运输，并使其能够正确准确地运送到现场。角速度设置为60°/s。（1）确定工作场所负荷的时间t机械手柄抓取加工零件后，机械腕力负载的工作扭矩取决于工件本身的重量以及重心到机械爪的距离。这里，移动刀具的工作部分和手动部分处于垂直位置，即工件重心和夹具之间的距离为S=0，这使得工作负载扭矩作用在机器手腕上。

（2）轴摩擦力矩t直径的测定此处，轴直径上的摩擦力矩仅与摩擦系数、摩擦环半径和轴直径上的载荷有关。一般情况下，根据下表2-3选择摩擦系数。表2-3 不同工况下的摩擦系数工况启动低速高速摩擦系数0.15～0.200.1～0.120.05～0.08G——旋转部件施加于轴承上的载荷。这里：G爪工辅（5+6+20）9.8=833NG爪——机械手手爪的重量，估算为5Kg；G辅——其他辅助元件的总重；G工件——所抓取工件的重量；R——轴承支撑处的旋转半径（m）；——摩擦系数；（3）惯性力矩Tg的确定当机械手手腕旋转（加速或减速）时，会产生惯性冲击，惯性冲击受惯性矩的影响。这里的计算只能是粗略的。Tg（J腕J工件）α（J腕J工件）∆式中：α——旋转的角加速度（rad/s2）；J腕——腕部的转动惯量（Kgm2）；J工件——工件的转动惯量（Kgm2）；w——减速或加速时角速度变化值（rad/s）；t——启动或制动时间（s）；零件J的惯性矩根据绕水平圆柱体中心线旋转的圆柱体的惯性矩计算，即：J工件(l在设计中，为了便于后续计算，假设：爪、爪驱动、手腕旋转气缸和辅助零件，相当于直径为170mm、高度为300mm的气缸规则；围绕一些质量m=25kg；机加工零件的直径约为150mm，长度为400mm，重量为60kg。以恒定速度（t=0.3s）启动或停止机器：w=20180π=0.349（4）最大载荷转矩的确定考虑到液压马达运动过程中的功率损失，此处应考虑液压马达的机械效率ηw，其总效率范围（0.9-0.99）为ηw=0.92;由于启动过程中的加速、均匀状态和负载扭矩加载过程中的减速，分析结果表明，在启动过程中的加速模式下，腕部负载扭矩最大，因此此处仅计算启动过程中的加速状态，即：T综TgT径T载2.263.305.56Nm有效状态最终载荷转矩为:T=T综ηw=5.560.922.4.3机械手腕部结构具体采用方案通过对数控机床上下料作业的具体分析，考虑数控机床加工的具体形式及对机械手上下料作业时的具体要求，在满足系统工艺要求的前提下提高安全和可靠性，为使机械手的结构尽量简单，降低控制的难度，本设计采用回转油缸驱动实现手腕回转运动，回转角度为±90度，手腕增加1自由度，实践证明这是完全能满足作业要求的，4个自由度来实现机床的上下料完全足够。2.5机械手末端执行器（手爪）的结构设计2.5.1机械手末端执行器的设计要求机器人末端执行器是安装在机器人手腕上用来进行某种操作或作业的附加装置。机器人末端执行器的种类很多，以适应机器人的不同作业及操作要求。末端执行器可分为搬运用、加工用和测量用等。搬运用末端执行器是指各种夹持装置，用来抓取或吸附被搬运的物体。加工用末端执行器是带有喷枪、焊枪、砂轮、铣刀等加工工具的机器人附加装置，用来进行相应的加工作业。测量用末端执行器是装有测量头或传感器的附加装置，用来进行测量及检验作业。在设计机器人末端执行器时，应注意以下问题；（1）机器人末端执行器是根据机器人作业要求来设计的。一个新的末端执行器的出现，就可以增加一种机器人新的应用场所。因此，根据作业的需要和人们的想象力而创造的新的机器人末端执行器，将不断的扩大机器人的应用领域。（2）机器人末端执行器的重量、被抓取物体的重量及操作力的总和机器人容许的负荷力。因此，要求机器人末端执行器体积小、重量轻、结构紧凑。（3）机器人末端执行器的万能性与专用性是矛盾的。万能末端执行器在结构上很复杂，甚至很难实现，例如，仿人的万能机器人灵巧手，至今尚未实用化。目前，能用于生产的还是那些结构简单、万能性不强的机器人末端执行器。从工业实际应用出发，应着重开发各种专用的、高效率的机器人末端执行器，加之以末端执行器的快速更换装置，以实现机器人多种作业功能，而不主张用一个万能的末端执行器去完成多种作业。因为这种万能的执行器的结构复杂且造价昂贵。（4）通用性和万能性是两个概念，万能性是指一机多能，而通用性是指有限的末端执行器，可适用于不同的机器人，这就要求末端执行器要有标准的机械接口（如法兰），使末端执行器实现标准化和积木化。（5）机器人末端执行器要便于安装和维修，易于实现计算机控制。用计算机控制最方便的是电气式执行机构。因此，工业机器人执行机构的主流是电气式，其次是液压式和气压式（在驱动接口中需要增加电-液或电-气变换环节）。2.5.2机器人夹持器的运动和驱动方式机器人夹持器及机器人手爪。一般工业机器人手爪，多为双指手爪。按夹持方式来分，有外夹式和内撑式两种。机器人夹持器（手爪）的驱动方式主要有三种：（1）气动驱动方式。这种驱动系统是用电磁阀来控制手爪的运动方向，用气流调节阀来调节其运动速度。由于气动驱动系统价格较低，所以气动夹持器在工业中应用较为普遍。另外，由于气体的可压缩性，使气动手爪的抓取运动具有一定的柔顺性，这一点是抓取动作十分需要的。（2）电动驱动方式。电动驱动手爪应用也较为广泛。这种手爪，一般采用直流伺服电机或步进电机，并需要减速器以获得足够大的驱动力和力矩。电动驱动方式可实现手爪的力与位置控制。但是，这种驱动方式不能用于有防爆要求的条件下，因为电机有可能产生火花和发热。（3）液压驱动方式。液压驱动系统传动刚度大，可实现连续位置控制。2.5.3机器人夹持器的典型结构（1）连杆杠杆式手爪这种手爪在活塞的推力下，连杆和杠杆使手爪产生夹紧（放松）运动，由于杠杆的力放大作用，这种手爪有可能产生较大的夹紧力。通常与弹簧联合使用。（2）齿轮齿条式手爪这种手爪通过活塞推动齿条，齿条带动齿轮旋转，产生手爪的夹紧与松开动作。2.5.4手爪受力分析该设计要求手动机械抓取的材料重量为60kg。因此，考虑到机械抓取凸轮（吸附和夹紧）的优缺点，最好使用夹具，它不仅可以抓取较重的工作，而且还具有一定的承载能力，可以抓取轴、盘和零件的等级，通常超过两个手指。在确定脚的抓地力时，考虑加工产品的重量，以及转移或操作过程中的惯性和振动，以确保产品不会松弛或撕裂。工件的最大开闭角应根据工件的开闭角来考虑。为了保持爪和夹紧部件的准确相对位置，必须根据夹紧产品的表面形状，即尺寸或内孔，以及产品的重量和尺寸，选择相应的手指结构。通常，手指的表面是平的、平的、平的，带有外部夹子和内部支架。手指的数量有双指、多指和双指。传动机构通过手指执行夹紧任务。其传动结构具有更广泛的性能，如杠杆触发槽、杠杆楔块、齿轮齿条、杠杆弹簧等。考虑到抓取精度和可靠性，机械手驱动采用液压驱动齿轮。手部示意图如图2-7所示。1棒料、2爪片、3轴、4活塞、5齿轮、6螺钉图2-8手部示意图工作过程：活塞4的运动带动活塞杆在直线齿条上上下移动，使齿轮5可以前后转动，从而带动爪形离合器移动。在此过程中，爪的啮合角为60°C，这要求活塞往复平行运动有一个固定的距离。机械手的规格主要取决于所持零件的空间尺寸和待运输材料的重量。据推测，该材料的最大直径为32厘米，质量为60公斤。手部受力分析如图3-2所示。图2-9手部受力分析得G=588N。在用脚抓取材料的过程中，齿轮O2上齿轮齿条的张力旋转齿轮O1并驱动脚的运动（张力）。在整个运动过程中，扭矩是相等的，即：F推r2FNL1M根据设计，这里取齿轮2的半径r1r250mm，受力分析得：FNG式中：=30°；由此得FN=588N；计算：FNK1K2K3G式中：K1——取1.2～2.0；K2——工作状态系数；K2式中：机械手在搬运过程中竖直（重力）方向的最大上升加速度，其值按Vmaxg——重力系数取g9.8m/s2；

vmax——运送工件最大上升速度取67mm/s；vmax——以67mm/S的最大提升速度交付产品；

t——当系统达到最大速度时，选择0.03～0.5.在这里取0.3；在本机械手中，选取：9.8K11.5，K210.067/0.31.023K30.59.8已知条件代入公式得：机械手夹紧力：1.51.0230.5609.8451.13N手爪的驱动力：2.5.5机械手末端执行器（手爪）结构具体采用方案结合具体的工作情况，本设计采用齿轮齿条式的手爪。驱动活塞往复移动，通过活塞杆端部齿条，中间齿条及扇形齿条使手指张开或闭合。手指的最小开度由加工工件的直径来调定。本设计按照工件的直径为160mm来设计。手爪的具体结构形式如图2-3所示。图2-10机械手末端执行手爪结构图2.6机械手的机械传动机构的设计2.6.1工业机器人传动机构设计应注意的问题机器人是由多级联杆和关节组成的多自由度的空间运动机构。除直接驱动型机器人以外，机器人各联杆及各关节的运动都是由驱动器经过各种机械传动机构进行驱动的。机器人所采用的传动机构与一般机械的传动机构相类似。常用的机械传动机构主要有螺旋传动、齿轮传动、同步带传动等。由于传动部件直接影响着机器人的精度、稳定性和快速响应能力，因此，应设计和选择满足传动间隙小，精度高，低摩擦、体积小、重量轻、运动平稳、响应速度快、传递转矩大、谐振频率高以及与伺服电动机等其它环节的动态性能相匹配等要求的传动部件。在设计机器人的传动机构时要注意以下问题：（1）为了提高机器人的运动速度及控制精度，要求机器人各运动部件的重量要轻，惯量要小。因此，机器人的传动机构要力求结构紧凑，重量轻，体积小。（2）系统传动部件的静摩擦力应尽可能小，动摩擦力应是尽可能小的正斜率，若为负斜率则易产生爬行，精度降低，寿命减小。因此，要采用低摩擦阻力的传动部件和导向支承部件，如滚珠丝杠副、滚动导向支承等。（3）选用最佳传动比，以达到提高系统分辨率、减少等效到执行元件输出轴上的等效转动惯量，尽可能提高加速能力。2.6.2工业机器人常用的传动机构形式（1）齿轮传动机构在机器人中常用的齿轮传动机构有圆柱齿轮、圆锥齿轮、蜗轮蜗杆传动等。机器人系统中齿轮传动设计的一些问题：1）齿轮传动形式及其传动比的最佳匹配选择。齿轮传动部件是转矩、转速和转向的变换器。齿轮传动比应满足驱动部件与负载之间的位移及转矩、转速的匹配要求，其输入电动机为高转速，低转矩，而输出则为低转速，高转矩。故齿轮传动系统要有足够的刚度，还要求其转动惯量尽量小，以便在获得同一加速度时所需的转矩小，即在同一驱动功率时，其加速度响应最大。齿轮的啮合间隙会造成传动死区（失动量），若该死区是闭环系统中，则可能造成系统不稳定，常使系统产生低频振荡，因此要尽量采用齿侧间隙小，精度高的齿轮；为尽量降低制造成本，要采用调整齿侧间隙的方法来消除或减小啮合间隙，从而提高传动精度和系统的稳定性。2）各级传动比的最佳分配原则。当计算出传动比后，为使减速系统结构紧凑，满足动态性能和提高传动精度的要求，要对各级传动比进行合理的分配，原则如下：a．输出轴转角误差最小原则。为了提高齿轮传动系统的运动精度，各级传动比应按“先小后大”的原则分配，以便降低齿轮的加工误差、安装误差及回转误差对输出转角精度的影响。b．等效转动惯量最小原则。利用该原则设计的齿轮系统要使换算到电动机轴上的等效转动惯量最小，各级传动比也是按照“先小后大”的次序分配，以使其结构紧凑。（2）丝杠螺母副传动它主要是用来将旋转运动变换为直线运动或将直线运动变换为旋转运动。螺旋传动有传递能量为主的，如螺旋压力机、千斤顶等；有以传递运动为主的，如机床工作台的进给丝杠。丝杠螺母传动分为普通丝杠（滑动摩擦）和滚珠丝杠（滚动摩擦），前者结构简单、加工方便、制造成本低，具有自锁能力；但是摩擦阻力矩大、传动效率低（30%~40%）。后者虽然结构复杂、制造成本高，但是其最大的优点是摩擦阻力矩小、传动效率高（92%~98%），其运动平稳性好，灵活度高。而且同步性好，使用可靠、润滑简单、寿命长，因此滚珠丝杠在机器人中应用很多。2.6.3机械手的机械传动机构具体采用方案具体到本设计，因为选用了液压缸作为机械手的水平手臂和垂直手臂，由于液压缸实现直接驱动，它既是关节机构，又是动力元件。故不需要中间传动机构，这既简化了结构，同时又提高了精度。而机械手腰部的回转运动采用液压摆动驱动，必须采用传动机构来减速和增大扭矩。经分析比较，选择圆柱齿轮传动，为了保证比较高的精度，尽量减小因齿轮传动造成的误差；以使机械手的运动平稳，动态性能好。这里只采用一级齿轮传动，采用大的传动比（大于10），齿轮采用高强度、高硬度的材料，高精度加工制造。2.7机械手驱动系统的设计2.6.1机器人各类驱动系统的特点工业机器人的驱动系统，按动力源分为液压、气动和电动三大类。根据需要也可这三种基本类型组合成复合式的驱动系统。这三类基本驱动系统的主要特点如下。（1）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）与惯量比大、快速响应高、易于实现直接驱动等特点。适合于在承载能力大，惯量大以及在防火防爆的环境中工作的机器人。但是，液压系统需要进行能量转换（电能转换成液压能），速度控制多数情况下采用节流调速，效率比电动驱动系统低，液压系统的液体泄露会对环境产生污染，工作噪音也较高。（2）气动驱动系统具有速度快，系统结构简单，维修方便、价格低等特点。适用于中、小负荷的机器人中采用。但是因难于实现伺服控制，多用于程序控制的机器人中，如在上、下料和冲压机器人中应用较多。（3）电动驱动系统由于低惯量、大转矩的交、直流伺服电机及其配套的伺服驱动器（交流变频器、直流脉冲宽度调制器）的广泛采用，这类驱动系统在机器人中被大量采用。这类驱动系统不需要能量转换，使用方便，噪声较低，控制灵活。大多数电机后面需安装精密的传动机构。直流有刷电机不能直接用于要求防爆的工作环境中，成本上也较其他两种驱动系统高。但因为这类驱动系统优点比较突出，因此在机器人中被广泛的使用。2.6.2机械手驱动系统具体采用方案具体到本设计，在分析了具体工作要求后，综合考虑各个因素。机械手腰部的旋转运动需要一定的定位控制精度采用摆动缸驱动来实现即可；因为采用液压执行缸来做水平手臂和垂直手臂，故大小臂均采用液压驱动；同时考虑随着机床加工的工件的不同，水平手臂伸出长度是不同的。因此，要求水平手臂具有伺服定位能力，故采用电液伺服液压缸进行驱动。而手爪的张开和夹紧通过液压柱塞缸活塞与中间齿轮和扇形齿轮配合来实现，即手爪在柱塞缸推力作用下通过活塞杆端部齿条、中间齿轮及扇形齿轮使手指张开和闭合。

第三章理论分析和设计计算3.1机械手主要设计参数根据手臂的动作要求，采用圆柱坐标型机械手；机械手的自由度数为四个，分别实现大臂的升降和回转运动，小臂的伸缩运动，手腕的回转运动；机械手手部结构采用两支点回转型；机械手驱动方式采用液压驱动，点位程序控制方式。抓重:60公斤；最大工作半径:1.7米；手臂最大中心高:2.3米；手臂运动参数:手臂伸缩范围:0～0.5米；伸缩速度:伸出0.15米/秒，缩回0.2米/秒；手臂升降范围:0～0.6毫米，升降速度:上升0.1米/秒，下降0.15米/秒；手臂回转范围:0°～200°(实际使用为95°)，回转速度:63°/秒；手腕运动参数：手腕回转范围:0°～180°,回转速度：60°/秒。3.2确定运动速度机械手各动作的最大行程确定之后，可根据生产需要的工作拍节分配每个动作的时间，进而确定各动作的运动速度。液压上料机械手要完成整个上料过程，需完成夹紧工件、手爪升降、伸缩、回转、平移等一系列的动作，这些动作都应该在工作拍节规定的时间内完成，具体时间的分配取决于很多因素。根据各种因素反复考虑，对分配的方案进行比较，才能确定。机械手的总动作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电气、液压元件的执行时间。（2）伸缩运动的速度要大于回转运动的速度，因为回转运动的惯性一般大于伸缩运动的惯性。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。为此驱动系统要采取相应的措施以保证动作的同步。液压上料机械手的各运动速度如下：手腕回转速度（腕回）=60°/秒手臂伸缩速度（臂伸）=伸出0.15米/秒，缩回0.2米/秒手臂回转速度（臂回）=63°/秒手爪升降速度（爪升）=上升0.1米/秒，下降0.15米/秒3.3确定液压系统的主要参数液压系统的主要参数是压力和流量，他们是设计液压系统，选择液压元件的主要依据。压力决定于外载荷，流量取决于液压执行元件的运动速度和结构尺寸。3.3.1计算液压缸的总机械载荷根据机构的工作情况液压缸所受的总机械载荷为式中，为外加的载荷，因为水平方无外载荷，故为0；为活塞上所受的惯性力；为密封阻力；为导向装置的摩擦阻力；为回油被压形成的阻力；（1）的计算式中，为液压缸所要移动的总重量，取为40KG；为重力加速度，；为速度变化量；启动或制动时间，一般为0.01~0.5，取0.2s。将各值带入上式，得：=1.02。（2）的计算式中，克服液压缸密封件摩擦阻力所需空载压力，如该液压缸工作压力<16，查相关手册取=0.2；为进油工作腔有效面积；启动时565N；运动时：283N。（3）的计算机械手水平方向上有两个导杆，内导杆和外导套之间的摩擦力为式中，为机械手和所操作工件的总重量，取为40KG；为摩擦系数，取f=0.1；带入数据计算得：=98。（4）的计算回油背压形成的阻力按下式计算式中，为回油背压，一般为0.3~0.5，取=0.3；为有杆腔活塞面积，考虑两边差动比为2。将各值带入上式有。分析液压缸各工作阶段受力情况，作用在活塞上的总机械载荷为3.3.2手爪执行液压缸工作压力计算手爪要能抓起工件必须满足：式中，为所需夹持力；为安全系数，通常取1.2~2；为动载系数，主要考虑惯性力的影响可按如下公式估算：k2为机械手在搬运工件过程的加速度，，为重力加速度；为方位系数，查表选取；为被抓持工件的重量60；带入数据，计算得：理论驱动力的计算：式中，为柱塞缸所需理论驱动力；为夹紧力至回转支点的垂直距离；为扇形齿轮分度圆半径；为手指夹紧力；齿轮传动机构的效率，此处选为0.92；其他同上。带入数据，计算得，计算驱动力计算公式为：式中，为计算驱动力；安全系数，此处选1.2；工作条件系数，此处选1.1；其他同上。带入数据，计算得：而液压缸的工作驱动力是由缸内油压提供的，故有式中，为柱塞缸工作油压；为柱塞截面积；经计算，所需的油压约为：。3.3.3无杆活塞油缸（亦称齿条活塞油缸）图3-1齿条活塞缸计算简图（1）流量、驱动力的计算当D=103mm,d=40mm,=0.95rad/s时,Q=952N。（2）作用在活塞上的总机械载荷P其中P工为工作阻力；P封为密封装置处的摩擦阻力；P惯为惯性阻力；P回为背压阻力。P=66+108+208=382（N）（3）油缸内径的计算根据作用在齿条活塞上的合成液压力即驱动力与总机械载荷的平衡条件，求得3.3.4液压缸主要参数的确定针对本设计是一个机械手的特点考虑，机械手系统的刚度及其稳定性是很重要的。因此，先从刚度角度进行液压缸缸径的选择，以尽量优先保证机械手的结构和运动的稳定性、安全性。至于液压缸的工作压力和缸的工作速度，放在液压系统设计阶段，通过外部的液压回路、采用合适的调速回路和元件来实现。经过仔细分析，综合考虑各方面的因素，初步确定各液压缸的基本参数如下:表3-1手爪执行柱塞缸参数缸内径壁厚杆直行程工作压力70518803~6注：手爪柱塞缸工作压力由系统压力阀调定。表3-2水平伸缩液压缸参数缸内径壁厚杆直径行程工作压力6010254001因为伸缩缸的作用主要是实现伸缩直线运动这个运动形式，在其轴向上并不承受显性的工作载荷（因为手爪夹持工件，受力方向为垂直方向），轴向主要是克服摩擦力矩，其所受的载荷主要是径向载荷，载荷性质为弯矩，使其产生弯曲变形。而且因为机械手要求具有一定的柔性，水平液压缸活塞杆要求具有比较大的工作行程。同时具有比较大的弯矩和比较长的行程，这对液压缸的稳定性和刚度问题有较高的要求。因此，在水平伸缩缸的设计上，一是增大其抗弯能力，二是通过合理的结构布局设计，使其具有尽量大的刚度。为了达到这个目的，设计中采用了两个导向杆，以满足长行程活塞杆的稳定性和导向问题。另一方面，为增大结构的刚度和稳定性，将两个导向杆与活塞杆布局成等边三角形的截面形式，以增大抗弯截面模量，也大大增加了液压缸的工作刚度。表3-3垂直液压缸参数缸内径壁厚杆直径行程工作压力6010301701因为垂直液压缸所承受的载荷方式既有一定的轴向载荷，又存在着比较大的倾覆力矩（由加工工件的重力引起的）。作为液压执行元件，满足此处的驱动力要求是轻而易举的，要解决的关键问题仍然是它的结构设计能否有足够的刚度来抗倾覆。这里同样采用了导向杆机构，围绕垂直升降缸设置四根导杆，较好的解决了这一问题。3.3.5液压缸强度的较核（1）缸筒壁厚的较核当D/时，液压缸壁厚的较核公式如下：为缸筒试验压力，当缸的额定压力时，取为；为缸筒材料的许用应力，，为材料抗拉强度，经查相关资料取为650，为安全系数，此处取；带入数据计算，上式成立。因此液压缸壁厚强度满足要求。（2）活塞杆直径的较核活塞杆直径的较核公式为式中，为活塞杆上作用力；为活塞杆材料的许用应力，此处；带入数据，进行计算较核得上式成立，因此活塞杆的强度能满足工作要求。3.4计算和选择液压元件3.4.1液压泵的计算（1）确定液压泵的实际工作压力式中，为计算工作压力，前以定为；对于进油路采用调速阀的系统，可估为（0.5~1.5），这里取为1。因此，可以确定液压泵的实际工作压力为（2）确定液压泵的流量其中，为泄露因数，取1.1；为机械手工作时最大流量。经计算得：=3.140带入上式得：（3）确定液压泵电机的功率式中，为最大运动速度下所需的流量，同前，取为3.140；液压泵实际工作压力，5；为液压泵总效率，取为0.8。带入数据计算得：=。3.4.2控制元件的选择根据系统最高工作压力和通过该阀的最大流量，在标准元件的产品样本中选取各控制元件。这部分在考虑具体的作业时根据详细的要求再结合具体情况进行详细，这里暂从略。3.4.3油管及其他辅助装置的选择（1）查阅设计手册，选择油管公称通径、外径、壁厚参数液压泵出口流量以3.14L/min计，选取；液压泵吸油管稍微粗些，选择；其余都选为；（2）确定油箱的容量一般取泵流量的3~5倍，这里取为5倍，有效容积为3.5液压系统原理设计及草图小型自动送料液压机械手一般是自动化流水生产线中被广泛应用的物料搬运机械装置，特别是是流水作业线中最重要的的运送单元。由其工作介质是油还是水（乳化液）的分类，液压机一般可分为油压机和水压机这两种，本文设计的机械手是以油为单一介质的液压送料机械手。此液压机械手要求液压系统完成的主要动作是（工件平放）：臂部水平伸出500mm→手部竖直下降500mm→腕部分顺时针旋转90°→手爪抓紧圆形棒料→臂部竖直上升500mm→臂部水平收缩500mm→臂绕柱体逆向转动（逆时针）90°→手部竖直下降500mm→腕部逆时针旋转90°→臂部竖直上升500mm→臂部沿顺时针方向转动90°整个运动过程要完成所有动作必须由4个液压缸协调动作才能完成整个周期运动，其中包括一个回转液压缸和3个活塞式液压缸（伸缩式）。3.5.1液压原理图上述机械手的工作过程及所用液压缸等传动方式确定之后，参照其他通用机械手的液压系统，液压机械手液压系统原理如图3-2所示,其作业程序及电磁阀3-2机械手液压系统原理图3.5.2电磁铁动作顺序表动作顺序如表3-4所示。表3-4电磁铁动作顺序表阀门动作1DT2DT3DT4DT5DT6DT7DT8DT9DT液压泵启动++伸出++下降--++腕部反转++抓取++上升-++收缩++臂部正转+下降--++腕部正转+-+爪部放松+--+上升-++臂部反转3.5.3各部分运动过程分析(1)机械手的启动按下启动按钮，PLC指令控制电磁铁1DT通电吸合，液压泵经单向阀5，流经精过滤器，为各缸的通油运动做准备。(2)机械手臂的伸出PLC指令控制第一个电磁铁1DT通电吸合。泵3供油经单向阀5，流经图4.1所示第一个三位四通电液伺服阀左位，然后流经机械手臂水平伸缩缸的无杆腔，经节V4中的16调速阀回流，从而推动机械手手臂做伸出运动。(3)机械手臂部下降泵3供油经单向阀5，流经三位四通电磁阀19右位，然后流经V3中的20调速阀，直接流向大臂垂直升降液压缸的上腔，再经由单向阀5和节流阀9组成的调速阀V2回流，从而推动机械手做下降运动。(4)手腕反转PLC指令控制电液伺服阀中电磁铁9DT通电吸合。泵3供油经单向阀5，流经三位四通电液伺服阀右位，然后流入经节流阀16和单向阀5构成的调速阀，直接流向手腕回转液压缸，从而推动机械手的手腕做反转（顺时针）90°的运动。(5)夹紧工件在整机启动的情况下，泵3供油流经单向阀5，然后PLC控制程序指令控制电磁铁6DT通电吸合，此时，该处的二位四通电磁阀处于左位，液压油经节流阀13和单向阀5构成的调速阀与并联的单向阀5之后，直接流进机械手执行手爪柱塞液压缸的无杆腔，从而带动带有齿条的活塞下移，于是手部的手爪结构夹紧工件。回流流经调速阀14，以确保机械手