说明书-抓重25Kg关节坐标四自由度自动上下料液压机械手的设计.doc
抓重25Kg关节坐标四自由度自动上下料液压机械手的设计含8张CAD图
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抓重25Kg关节坐标四自由度自动上下料液压机械手的设计含8张CAD图,25,Kg,关节,坐标,自由度,自动,上下,液压,机械手,设计,CAD
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一、毕业设计题目自动上下料机械手的设计二、毕业设计提供的原始数据资料(1) 机械手抓重25Kg，自由度数为4,手抓张合：握紧/放松；(2) 工件的直径；(3) 手臂上仰60，手臂下俯90；手腕回转顺逆各180,手臂回转90(4) 底座移动2000mm；(5) 手腕部启动过程所转过的角度，等速转动角度；(6) 运动形式为关节坐标式；(7) 驱动方式为液压系统驱动；(8) 控制方式为点位式PLC控制；三、毕业设计应完成主要内容：1、毕业设计说明书： （1）机械手的概况及其发展前景展望（机械手的分类，应用，特点）；（2）自动上下料机械手的设计方案（机械手的动作分析，功能原理控制系统的分析）（3）机械手相关部件的计算与分析（手部、臂部、腕部、机身的计算分析）；（4）液压控制系统的设计（液压基本回路分析，液压元器件计算分析，选择液压元器件，绘制液压系统图）；（5）机械手控制系统的设计（PLC I/O分配，梯形图绘制，指令表绘制和电气控制原理图绘制）（6）结论（对整篇设计进行总结）；（7）中英文资料（关于机械手的）2、毕业设计图纸：（1）自动上下料机械手总装配图（A0）； （2）机械手腕部和手部结构图（A0）； （3）机械手手部结构图（A1）； （4）机械手手臂零件图（A2）； （5）液压控制系统原理图（A2）； （6）电气控制系统原理图（A2）；（7）PLC控制I/O分配图（A2）；四、毕业生应提交的毕业设计资料要求1、毕业设计说明书：(1) 毕业设计说明书必须打印并统一装订成册；(2) 毕业设计说明书应同时提交电子文档；(3) 电子文档的格式是：说明书必须是WordDOC和EXCELXls；图纸提交的电子文档资料必须是AUTOCADdwg的格式； （4）严格按照教务处的规范格式排版设计说明书；（5）封皮、评阅任务书应统一，中英文资料必须与设计相关；（6）设计说明书中的图和表格应标注清楚内容，并统一为表1-1，图1-1之样的格式，以此类推；（7）设计说明书中的相关图纸应清晰可见，参考文献必须是自己所参考过的书，参考文献必须达到20个以上；2、毕业设计图纸： （1）严格按照制图标准绘制相关图纸；（2）图纸中出现的符号标识应该是最新的标准（尤其是表面粗糙度符号）；（3）提交总图纸应尽量达到四张A0大小；（4）手绘图纸量应达到总图纸量的1/3左右；（5）所提交图纸必须裁边并折叠成A4纸张大小；五、设计进度安排（从第五周起）序号时间周次设计任务完成的内容及质量要求14月06日4月12日第5周调研、收集整理资料24月13日4月19日第6周根据调研资料，对机械手概况进行整理34月20日4月26日第7周确定机械手的设计方案44月27日5月3日第8周对机械手相关部件进行计算与分析55月04日5月10日第9周对机械手的液压控制系统进行设计分析65月11日5月17日第10周绘制机械手手部、臂部、腕部结构图75月18日5月24日第11周完善机械手机身结构图和其他相关零件图85月25日5月31日第12周绘制液压系统原理图及其电气控制图96月01日6月07日第13周打印和装订106月08日6月14日第14周教师评阅和开始答辩六、主要参考文献资料1、工具书：机械设计手册 机械技术手册 机械设计标准应用手册 液压气动系统设计手册工业机械手图册 工业机械手设计基础液压系统设计简明手册 液压工程手册简明机械设计手册 机电液设计手册2、参考资料：1 沈兴全.液压传动与控制.北京：国防工业出版社，2013.2 张利平，山峻.液压站设计与使用维护. 北京：化学工业出版社，2013.3 王启广，黄嘉兴. 液压传动与采掘机械.徐州：中国矿业大学出版社，2005.4 张忠远，王峰.液压节能技术.北京：清华大学出版社，2012.5 张应龙.液压识图.北京：化学工业出版社，2011.6 张利平.液压气压传动与控制.西安：西北工业大学出版社，2012；7 韩变枝.机械制图与识图.北京：机械工业出版社，2009.8 李松晶，王清岩.液压系统经典设计实例.北京：化学工业出版社，2012.9 王栋.煤矿设备电气控制与PLC应用技术.北京：机械工业出版社，2014. 10 吕明.机械制造技术.武汉：武汉理工大学出版社，2012.11 安琦，顾大强.机械设计.北京：科学出版社，2008.12 杨可桢,程光蕴，李仲生.机械设计基础.北京：高等教育出版社，2012.13 邓文英，郭晓鹏.金属工艺学.北京：高等教育出版社，2008.14 胡旭兰.生产线组合机床自动上下料机械手.机械制造，2005,43（491）：32-35.15 张金萍.基于自动上料机械手的液压传动系统设计.制造业自动化，2013,3（11）：153-156.16 马纲，王之栎.工业机器人常用手部典型结构分析.机器人技术与应用，2001.2.17 马香峰，机器人机构学.北京:机械工业出版社,1991.七、签字栏签 字 栏毕业生姓名李迎旭专业机械设计制造及其自动化班级13级专升本要求设计工作起止日期2015年4月6日2015年6月14日教师审核指导教师（签字）日期201 5年 月 日教研室主任审查（签字）日期201 5 年 月 日系主任批准（签字）日期201 5 年 月 日 自动上下料液压机械手的设计前 言工业机械手是近年来各领域高速发展的重要产物，广泛应用于工业生产中，研究设计机械手对于提高劳动生产率，保证加工精度，降低生产成本有着深远的意义。研究设计机械手有助于提高机构分析与综合的能力，机械结构设计的能力，机电液一体化系统设计的能力，同时也有助于掌握生产过程自动化的设计方法。为了适应经济社会的飞速发展和日趋激烈的竞争，较好的融入自动化领域，我们不仅要学宽厚扎实的基础知识，更要掌握广博精深的专业知识，并且要在不断地实践中实现理论知识的融会贯通，进而达到理论指导实践，实践升华理论的良性循环效果。此次毕业设计就是综合各学科后的一次实践检验。毕业设计对于毕业生而言是相当重要的，它不仅是对我们大学所学知识的归纳与应用，更是我们展望该领域、了解该领域，更好的融入工作岗位的重要一步，对我们的职业生涯有着举足轻重的作用。毕业设计是综合运用我们各方面知识的关键一步，通过设计我们可以进一步熟练相关软件的操作，培养我们综合分析问题的能力和快速获取知识的能力等，为我们毕业后在工作岗位中游刃有余奠定了坚实的基础。本次毕业设计是XX老师耐心指导的结晶，在设计的整个过程中，赵老师给予了重要的指导，为整个设计拨正了“航向”。在设计中，我参阅了大量的手册资料，拜读了不少业内人士的相关研究论文，可谓是一次空前的锻炼自我，提升自我的过程，但是由于时间和个人能力经验的欠缺，设计中难免会有不妥之处，恳请各位老师给予批评指正。目 录前 言i摘 要ivAbstractv第一章 机械手概况及其发展前景展望1第一节 工业机械手的分类2一、按规格（所搬运工件的重量）分类2二、按功能分类2三、按用途分类2第二节 工业机械手在工业生产中的应用3第三节 液压驱动自动上下料机械手的特点3第四节 机械手发展前景展望4第二章 自动上下料机械手的设计方案6第一节 机械手的组成6第二节 机械手方案设计7第三节 工作范围的确定9第四节 确定运动速度9第五节 手臂的配置形式10第三章 机械手各部件的计算与分析11第一节 机械手手部的计算分析11一、设计时应考虑的几个问题11二、滑槽杠杆式手部设计的基本要求12三、手部驱动力的计算与分析12第二节 腕部计算与分析18一、腕部设计的基本要求18二、腕部回转力矩的计算18三、选键并校核强度21第三节 臂部计算与分析22一、臂部设计的基本要求22二、手臂的设计计算24三、油缸端盖的连接方式及强度计算28四、大臂回转缸的设计29第四节 机身计算与分析32第四章 机械手液压系统的设计33第一节 机械手液压系统简介33第二节 液压系统的组成33第三节 机械手液压系统的控制系统33一、压力控制回路34二、速度控制回路34三、方向控制回路35第四节 机械手的液压传动系统35第五节 液压缸计算36一、活塞缸36二、摆动缸36三、估算流量37第六节 计算和选择液压元件37一、计算和选定液压泵及其驱动电机37二、选择液压控制阀的原则39三、选择液压辅助元件的要求40四、具体选择液压元件40第五章 液压缸的保养与维修43第一节 液压元件的安装43第二节 液压系统的一般使用与维护43第三节 一般技术安全事项44第六章 PLC控制回路的设计45第一节 可编程序控制器的选择及工作过程45一、可编程序控制器的选择45二、可编程序控制器的工作过程45第二节 可编程序控制器的使用步骤46第三节 机械手可编程序控制器控制方案47第四节 电磁铁动作顺序48第五节 PLC与现场器件的实际连接图49第六节 梯形图的绘制49第七节 指令程序51结 论52参考文献53外文资料54中文翻译59致 谢62摘 要液压机械手是一种具有抓取和转移工件的自动化设备，广泛的应用于工业领域。本设计中的机械手采用关节坐标形式，通过液压系统驱动，PLC系统控制来实现四个自由度。在设计中，我运用液压、机械和电气等方面的知识全面系统地完成了自动上下料机械手的设计，主要包括机械系统，液压系统和PLC控制系统。机械部分的设计主要是在结构分析后的机械力学计算，包括手部、臂部和机身，液压系统的设计包括系统参数的设计和元件选型；控制系统的设计包括绘制梯形图和电气元件选型。关键词：液压机械手；机械系统；液压系统；PLC控制系统AbstractHydraulic manipulator is a sort of automation device which has a function of grasp and transfer workpieces during the automated production.It is widely used industry field.The articulated manipulator is rely on the hydraulic sestem and PLC to achieve four freedom of motion,In this thesis,we use the knowledge of hydraulic, mechanism and electric control to comprehensively complete the design of hydraulic manipulator for automatic load and unload , including machine system,hydraulic and PLC control system.the mechanical part is designed on the basis of mechanics computation foundation after the structure analysis,including hang arm and fuselage.The hydraulic system design including the hydraulic computation and the selection of hydraulic components.The PLC control syetem design including ploting the ladder diagram,write instruction table and selecting the control components.Keywords: hydraulic manipulator；machine system; hydraulic system; PLC control syetem; v 第一章 机械手概况及其发展前景展望工业机械手是人类创造的一种机器,更是人类创造的一项伟大发明。它能模仿人的手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。主要由执行机构、驱动机构和控制系统三大部分组成。它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门，为各行各业带来了相当可观的经济效果。机械手的研究、开发和设计是从二十世纪中叶开始的，而我国的工业机械手是从80年代“七五”科技攻关开始的,当时，在国家的大力支持下,通过“七五”,“八五”科技攻关,截止目前，我国已经基本掌握了机械手的设计制造技术,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，研究开发出了喷漆、孤焊、点焊、装配、搬运等专用机械手，其中有130多台喷漆机械手在二十余家企业的近30条自动喷漆生产线上获得规模应用，孤焊机器人也已经广泛应用于机械装配的各个生产线上。自动上下料机械手主要实现机床制造过程的完全自动化，并采用了集成加工技术，适用于生产线的上下料、工件翻转、工件转序等。在国内的机械加工，目前很多都是使用专机或人工进行机床上下料的方式，这在产品比较单一、产能不高的情况下是非常适合的，但是随着社会的进步和发展，科技的日益进步，产品更新换代加快， 使用专机或人工进行机床上下料就暴露出了很多的不足和弱点，一方面专机占地面积大结构复杂、维修不便，不利于自动化流水线的生产；另一方面，它的柔性不够，难以适应日益加快的变化，不利于产品结构的调整；其次，使用人工会造成劳动强度的增加，容易产生工伤事故，效率也比较低下，且使用人工上下料的产品质量的稳定性不够，不能满足大批量生产的需求。使用上下料机器人自动柔性搬运系统就可以解决以上问题, 该系统具有很高的效率和产品质量稳定性, 柔性较高且可靠性高, 结构简单更易于维护, 可以满足不同种类产品的生产, 对用户来说, 可以很快进行产品结构的调整和扩大产能, 并且可以大大降低产业工人的劳动强度。 第一节 工业机械手的分类为了满足人类生产生活的需要，人们设计研究了种类繁多的机械手，一般都从规格和性能两方面来分类。一、按规格（所搬运工件的重量）分类(一)微型机械手（搬运重量在1公斤以下）：（二）小型机械手（搬运重量在10公斤以下）：（三）中型机械手 (搬运重量在50公斤以下)：（四）大型机械手 (搬运重量在50公斤以上)。随着科学技术的发展，机械手的规格不断细化，通用性、专用性不断增强。现在的机械手最小的可以搬运0.5公斤，最大的可以搬运800公斤。二、按功能分类（一）简易型工业机械手这种机械手多为气动或液动，结构简单，改变程序比较容易。一般使用在程序较简单的点位控制场合，但作为一般单机服务的搬运作业已足够。所以，目前这种工业机械手数量最多。（二）记忆再现型工业机械手这种工业机械手由人工通过实验装置传动一遍，由磁带把程序记录下来，此机械手就自动按记忆的程序重复进行循环动作，多为电液伺服驱动，与前者比较有较多的自由度，能进行程序较复杂的作业，通用性较广。（三）计算机数字控制的工业机械手这种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，控制可以是可编程序控制或普通的微机计算机控制。（四）智能工业机械手（机器人）由电子计算机控制，通过各种传感元件等具有视觉、热感、触觉、行走机构等，是自动化领域的支柱产业之一。三、按用途分类（一）专用机械手专用机械手一般附属于主机，具有固定程序而无独立控制系统的机械装置，这种工业机械手工作对象不变，手动比较简单，结构简单，使用可靠，适用于大批量生产自动线或专机作为自动上、下料用。（二）通用机械手通用机械手具有独立控制系统，程序可变、动作灵敏、动作灵活多样。通用机械手的工作范围大，定位精度高，通用性强，使用于工件经常变换的中、小批量自动化生产。第二节 工业机械手在工业生产中的应用工业机械手在生产中的应用非常广泛，主要可以归纳为以下几方面：（一）制造旋转零件体自动线方面制造旋转零件体（轴类、盘类、环类零件）自动线，一般都采用机械手在机床之间传送工件。（二）在实现单机自动化方面1各类半自动车床，有自行夹紧、进刀、切削、退刀和松开的功能，但仍需人工上下料，装上机械手，可实现全自动化生产。2注塑机有加料、合模、成型、分模等自动工作循环，装上机械手自动取料，可实现全自动生产。3冲床有自动上下冲压循环，机械手上下料可实现冲压上产自动化。（三）铸、锻、焊、热处理等方面热处理基本都在高温高压下进行，利用机械手可以防止高温辐射对人体的危害。第三节 液压驱动自动上下料机械手的特点在生产实践中，机械手以其动作灵活，实用性强等特点满足了社会生产的诸多需要，给人类带来了很多方便。其主要特点：(一)对环境的适应性强，能代替人从事危险，有害的操作，在长时间对人体有害的场所，机械手不受影响。(二)机械手能持久、耐劳、可以把人从单调的繁重的劳动中解放出来，并能扩大和延伸人的功能。(三)动作准确，可保证稳定和提高产品的质量，同时可避免人为操作的错误。(四)通用性灵活性好，特别是通用机械手，能适应产品品种迅速变化的要求，满足柔性生产的需要。(五)采用机械手能明显的提高劳动生产率和降低成本。液压驱动机械手是机械手家族中的重要一员，液压机械手的主要特点是：（一）可用于高温金属模板冲压机床，来料温度：900，出料温度200； （二）独特的二倍行程手臂叠加机构，倍速机构，可以满足小空间、大行程的技术要求。 （三）运行速度快，保证来料的温度不下降，满足冲压工艺要求。 （四）性价比高。第四节 机械手发展前景展望随着科学技术的迅猛发展，机械手的应用将会越来越广泛，机械手的灵活性、通用性将会越来越强大，今后的机械手将会朝着以下几方面发展。一、重复高精度精度是指机械手达到指定点的精确程度，它与驱动器的分辨率以及反馈装置有关。重复精度是指如果动作重复次数多，机械手到达同样位置的精确程度。重复精度比精度更重要，如果一个机械手定位不够精确，通常会显示一个固定的误差，这个误差是可以预测的，因此可以通过编程予以校正。重复精度限定的是一个随机误差的范围，它通过一定次数地重复运行机械手来测定。随着微电子技术和现代控制技术的发展，机械手的重复精度将越来越高，它的应用领域也将更广阔，如核工业和军事工业等。二、模块化有的公司把带有系列导向驱动装置的机械手称为简单的传输技术，而把模块化拼装的机械手称为现代传输技术。模块化拼装的机械手比组合导向驱动装置更具灵活的安装体系。它集成电接口和带电缆及油管的导向系统装置，使机械手动作自如。模块化机械手使同一机械手可能应用不同的模块而具有不同的功能，扩大了机械手的应用范围，是机械手的一个重要的发展方向。三、节能化为了适应食品、医药、生物工程、电子、纺织、精密仪器等行业的无污染要求不加润滑脂的不供油润滑元件已经问世。随着材料技术的进步，新型材料的出现，构造特殊、用自润滑材料制造的无润滑元件，不仅节省润滑油、不污染环境，而且系统简单、摩擦性能稳定、成本低、寿命长。四、机电液一体化由“可编程控制器传感器液压元件”组成的典型的控制系统仍然是自动化技术的重要方面；发展与电子技术相结合的自适应控制液压元件，使液压技术从“开关控制”进入到高精度的“反馈控制”；节省配线的复合集成系统，不仅减少配线、配管和元件，而且拆装简单，大大提高了系统的可靠性。而今，电磁阀的线圈功率越来越小，而PLC的输出功率在增大，由PLC直接控制线圈变得越来越可能。第二章 自动上下料机械手的设计方案第一节 机械手的组成工业机械手是由执行机构，驱动机构和控制部分所组成。各部分关系如下图2-1所示：工件执行机构驱动机构控制机构位置检测装置 图2-1 工业机械手各部分关系图一、执行机构：执行机构包括抓取部分（手部）、腕部、臂部和行走机构等运动部件所组成。（一）手部：直接与工件接触的部分，一般是回转型或平移型。传动机构形式多样，常用的有：滑槽杠杆式、连杆杠杆式、弹簧式等。（二）腕部：是联接手部和手臂的部件，并可用来调整被抓取物体的方位。（三）臂部：手臂是支撑被抓物体，手部，腕部的重要部件。手臂的作用是带动手指去抓取物件，并按预定要求将其搬运到给定位置。该设计的手臂有四个自由度，采用关节式坐标（手臂回转、手腕回转、手臂仰俯和机身移动）关节坐标式具有较大的工作空间和操作灵活性，机械臂的结构性容易进行优化，便于提高机械手的动态操作性能。（四）行走机构：有的工业机械手带有行走机构。二、驱动机构有气动，液动，电动和机械式四种形式。三、控制系统一般选用电气PLC控制，有点位控制和连续控制两种方式。第二节 机械手方案设计一、黑箱结构：如图2-2所示：图2-2 设计方案二、机械手动作分析及运动分析，如图2-3所示，工件首先被机械手夹紧，然后再随之一起运动。其周期运动可以表现为：夹紧 、上仰、 底座移动、大臂回转、下俯、 放松工件、上仰、底座移动、大臂逆转、下俯。 图2-3 机械手运动图三、功能原理如图2-4所示：信息控制松开下俯工件夹紧移动回转分配转换能量支持和联接图2-4 机械手功能原理图四、传动系统如果机械手采用机械传动，则自由度少，难于实现特别复杂的运动。而对于自动上下料的机械手，其工件的运动需要多个自由度才能完成，故不宜采机用机械传动方案.如果机械手采取气压传动，由于气控信号比光、电信号慢得多，且由于空气的可压缩性，工作时容易产生抖动和爬行，造成执行机构运动速度和定位精度不可靠，效率也较低。电气传动必须有减速装w和将电机回转运动变成Ii线运动的装置，结构庞大，速度不易控制。气液联合控制和电液联合控制则使系统和结构上很复杂。综上所述.我们选择液压传动方式。控制系统本机械手是专用自动机械手，选择智能控制方式中的PLC程序控制方式，这样可以使机械手的结构更加紧凑和完美。五、执行系统分析本机械手的执行系统是手部机构.手部机构形式多样，但综合其总体构型，可分为:气吸式、电磁式和钳爪式3种。本设计选择钳爪式手部结构。六、坐标形式分析分析本机械手的运动形式及其组合情况，采用关节坐标形式。第三节 工作范围的确定 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是几个动作的合成，在确定工作范围时，可将轨迹分解成单个的动作，由单个动作的行程确定机械手的最大行程。本机械手的动作范围确定如下： 手腕回转顺逆各180手臂回转角度90手臂上仰60手臂下俯90底座移动2000mm第四节 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、手臂仰俯、底座移动、手臂手腕回转等一系列的动作，这些动作都应该在工作节拍规定的时间内完成，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：一、给定的运动时间应大于液压元件的执行时间；二、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。三、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 手臂上仰速度 手臂下俯速度 底座水平运动速度 手指夹紧油缸的运动速度 第五节 手臂的配置形式机械手的手臂配置形式基本上反映了它的总体布局。运动要求、操作环境、工作对象的不同，手臂的配置形式也不尽相同。本机械手采用机座式。机座式结构多为工业机器人所采用，机座上可以装上独立的控制装置，便于搬运与安放，机座底部也可以安装行走机构，已扩大其活动范围，它分为手臂配置在机座顶部与手臂配置在机座立柱上两种形式，本机械手采用手臂配置在机座顶部的形式。手臂配置在机座顶部的机械手多为关节坐标型，它有仰俯与回转运动，工作范围较大。图2-5 关节式机械手运动简图第三章 机械手各部件的计算与分析第一节 机械手手部的计算分析手部是机械手直接用于抓取和握紧工件或夹持专用工具进行操作的部件，它具有模仿人手的功能，并安装于机械手手臂的前端。机械手结构型式不象人手，它的手指形状也不象人的手指、，它没有手掌，只有自身的运动将物体包住，因此，手部结构及型式根据它的使用场合和被夹持工件的形状，尺寸，重量，材质以及被抓取部位等的不同而设计各种类型的手部结构，它一般可分为钳爪式，气吸式，电磁式和其他型式。钳爪式手部结构由手指和传力机构组成。其传力机构形式比较多，如滑槽杠杆式、连杆杠杆式、斜楔杠杆式、齿轮齿条式、弹簧杠杆式等，这里采用滑槽杠杆式。一、设计时应考虑的几个问题（一）应具有足够的握力（即夹紧力） 在确定手指的握力时，除考虑工件重量外，还应考虑在传送或操作过程中所产生的惯性力和振动，以保证工件不致产生松动或脱落。（二）手指间应有一定的开闭角 两个手指张开与闭合的两个极限位置所夹的角度称为手指的开闭角。手指的开闭角保证工件能顺利进入或脱开。若夹持不同直径的工件，应按最大直径的工件考虑。（三）应保证工件的准确定位 为使手指和被夹持工件保持准确的相对位置，必须根据被抓取工件的形状，选择相应的手指形状。例如圆柱形工件采用带V形面的手指，以便自动定心。（四）应具有足够的强度和刚度 手指除受到被夹持工件的反作用力外，还受到机械手在运动过程中所产生的惯性力和振动的影响，要求具有足够的强度和刚度以防止折断或弯曲变形，但应尽量使结构简单紧凑，自重轻。（五）应考虑被抓取对象的要求 应根据抓取工件的形状、抓取部位和抓取数量的不同，来设计和确定手指的形状。二、滑槽杠杆式手部设计的基本要求(一)应具有适当的夹紧力和驱动力。(二)手指应具有一定的开闭范围。(三)应保证工件在手指内的夹持精度。(四)要求结构紧凑，重量轻，效率高。(五)应考虑通用性和特殊要求。三、手部驱动力的计算与分析（一）手部受力分析图3-1 滑槽杠杆式手部受力分析图（二）手指尺寸初步设定由拉杆的力平衡条件，取点O为研究对象： 得 由得 又由工件的平均半径：初取V型手指的夹角：。，滑杆总长。(三)夹紧力计算由于工件的直径不影响其轴心的位置即定位误差为零，手指水平位置夹取水平位置放置的工件。由工业机械手设计基础表2-1查得:又因为当取最小值时，则增力比较大，手指走到最小行程时则有，过大会导致拉杆行程过大，这里取。又因为 这里取安全系数，工作情况系数；传动机构的机械效率 手指夹紧时：夹紧缸活塞移动范围L130mm，其动作时间t=1.5s（由机械手的动作节拍时间得之），所以夹紧活塞移动得平均速度为：（四）夹紧力N与驱动力P的关系：由于结构左右对称，在驱动力的作用下，每一滑槽杠杆受力相等图3-2 夹紧力与驱动力的关系图在不计摩擦力的情况下，为夹紧状态的倾斜角50，夹紧工件半径为50mm为例38.9kg 根据各力对回转支点的力矩平衡条件，同样在不计摩擦力的情况下，c为杠杆动力臂，即驱动销对滑槽杠杆作用力对支点的垂直距离。又因为a=50mmC=则 Nb=当夹紧半径为25mm的工件时，则Nb=(五)动作特性和传动特点定位到最大行程时，则取又因为，滑槽杠杆手指最大开闭角为 滑槽倾斜角的变化范围可以为可见机构传动比将在下列范围内变化，所以开始所初步取的a，b与均符合要求。（六）确定夹紧油缸外径D驱动杆行程与手指开闭范围关系分别为手指夹紧工件范围值时，滑槽相对于两支点连接的倾斜角。机构效率，考虑到机构效率，传力比N/P的公式应力 0.9又因为G=250N,夹紧力F=500N,-工作负载即为重物重力250N。导轨摩擦阻力负载，对于平导轨垂直于导轨的工作负载，0。-导轨摩擦系数，取静摩擦系数为0.2，动摩擦系数为0.1。，一般取0.010.5s，时间内速度变化量启动：稳态：工作压力P的确定，工作压力根据负载大小及机器的类型来初步确定。参阅机械设计手册表37.5按载荷选择工作压力为1。（七）计算液压缸内径D和活塞杆直径d，由负载可知最大负载F为275N。根据液压系统设计手册表22可取为0.5，为0.95，d/D为0.7。又因为 式中：D液压缸内径 P液压缸工作压力 液压缸工作效率，根据液压系统设计手册表2-4，将液压缸内径圆整为标准系列直径D=25mm,活塞杆直径按d/D0.7及表2-5活塞直径系列取d=18mm。按工作要求夹紧力为一个夹紧缸提供，考虑到夹紧力的稳定性。夹紧缸的工作压力应大于复位弹簧的弹力。又因为进油缸在有杆腔，则其有效工作面积 液压缸壁厚和外径计算式中：-最大工作压力的1.5倍，1.5。 -高强度铸铁，60液压缸工作行程的确定，并参照表26中的系列尺寸选取标准值S=100mm。（八）缸盖厚度的确定一般液压缸为平底缸盖，其有效厚度t按强度要求计算。 现取t=20mm；活塞的宽度B一般取=(0.61.0),Z这里取0.6=15mm；夹紧缸弹簧的确定；弹簧工作载荷F=50N；最大轴直径；最小筒直径弹簧刚度查机械设计手册表30.28圆柱螺旋压缩弹簧的尺寸及参数得材料直径d=2.5mm,弹簧中径D=25mm,节距P=10.4mm .单圈弹簧工作极限载荷下变形量为7.075mm，单圈弹簧刚度。 曲度系数1.14，G弹簧材料的剪切弹性模量，钢材G=Z=110mm,则活塞缸总长。第二节 腕部计算与分析一、腕部设计的基本要求手腕部件置于手部和臂部之间，它的作用主要是在臂部运动的基础上进一步改变或调整手部在空间的方位，以扩大机械手的动作范围，适应性更强。手腕具有独立的自由度，此设计手腕有绕X轴转动和沿X轴左右摆动两个自由度。手腕回转运动机构为回转油缸，摆动也采用回转油缸。他的结构紧凑，灵活，自由度符合设计要求，它要求严格密封才能保证稳定的输出转矩。(一)腕部处于臂部的前端，它连同手部的动静载荷均由臂部承受。腕部的结构、重量和动力载荷直接影响着臂部的结构、重量和运动性能。因此在腕部设计时，必须力求结构紧凑，重量轻。（二）腕部作为机械手的执行机构，又承担联接和支承作用，除了保证力和运动的要求以及具有足够的强度和刚度外还应综合考虑合理布局腕部和手部的连接、腕部自由度的检测和位置检测、管线布置以及润滑、维修调整等问题。（三）腕部设计应充分估计环境对腕部的不良影响（如热膨胀，压力油的粘度和燃点，有关材料及电控电测元件的耐热性等问题）。二、腕部回转力矩的计算腕部回转时，需要克服手腕启动时所产生的惯性力矩，手腕转动轴与支撑孔处的摩擦阻力矩，转动的重心轴线不重合所产生的偏重力矩（）腕部回转支承处的摩擦力矩 从图3-3可知：式中：轴承处支反力 （N）-轴承的摩擦系数，对于滚动轴承0.010.02，滑动轴承：0.1；为简化计算取图3-3 腕部回转支承处的受力图-工件重量，-手部重量，手腕转动件重量（二）克服由于重心偏置所引起的力矩式中：e工件重心到手腕回转轴线的垂直距离（m）当工件重心与手腕回转中心线重合时，（三）克服启动惯性，所需的力矩启动过程近似等加速运动，根据手腕回转的角加速度及启动所用的角速度： 式中：工件对手腕回转轴线的转动惯量()J手腕回转部分对手腕回转轴线的转动惯量（）手腕回转过程的角加速 启动过程所转过的角度（度）手腕回转所需要的驱动力矩应当等于上述三项之和。 因为手腕回转部分的转动惯量不是很大，手腕起动过程所产生的转动力矩也不大，为了简化计算，可以将计算，适当放大，而省略掉，这时1.设手指驱动油缸及回转油缸转动件为一个等效圆柱体，L=50cm，直径D=10cm，则m=27.5kg。2.摩擦阻力矩0.13.设起动过程所转过的角度 ,等速转动角速度计算：求查型钢表有： 代入相关数据得：256（Nm）0;0.1;0.1+265（Nm）确定转轴的最小尺寸，抗扭剖面模量，查得，取转轴直径d=40mm。（四）回转油缸所产生的驱动力矩计算回转油缸所产生的驱动力矩必须大于总的阻力矩，机械手的手腕回转运动所采用的单叶片回转油缸，定片1与缸体2固连，动片3与转轴5固连，当a,b口分别进出油时，动片带动转轴回转达到手腕回转目的。图3-4 回转缸简图1-定片 2-缸体 3-动片 4-密封圈 5-转轴回转油缸所产生的驱动力矩：M=式中：手腕回转总的阻力矩（Nm）回转油缸的工作压力 缸体内径半径（cm）输出轴半径（cm）动片宽度注：可按外形要求或安装空间大小，先设定b,R,r中两个：=1.52.5,取=2，=3又因为d=40mm，则D=80mm，b=60mm回转油缸工作压力： 由于系统工作压力远远大于此压力，因此回转油缸的工作压力足以克服摩擦力。三、选键并校核强度转轴直径,由GB1095-79选键为bh=128转轴直径,由GB1095-79选键为bh=2010键校核如下公式=2T/kld，K接触面的高度取接方式：静连接，轻微冲击，查得=100经验算，算选键满足要求。第三节 臂部计算与分析一、臂部设计的基本要求手臂部件是机械手的主要执行部件。它的作用是支承腕部和手部（包括工作），并带动它们作空间转动。臂部运动的目的：把手部送到空间范围内的任意一点。因此，臂部具有两个自由度才能满足基本要求：即手臂，左右回转和俯仰运动。手臂的各种运动由油缸驱动和各种传动机构来实现，从背部的受力情况分析，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，故受力复杂。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。机身是固定的，它直接承受和传动手臂的部件，实现臂部的回转等运动。臂部要实现所要求的运动，需满足下列各项基本要求：（一）机械手臂式机身的承载机械手臂式机身的承载能力，取决于其刚度，结构上采用水平悬伸梁形式。显然，伸缩臂杆的悬伸长度愈大，则刚度逾差，而且其刚度随支臂杆的伸缩不断变化，对于机械手的运动性能，位置精度和负荷能力等影响很大。为可提高刚度，尽量缩短臂杆的悬伸长度，还应注意：1.根据受力情况，合理选择截面形状和轮廓尺寸臂部和机身既受弯曲（而且不仅是一个方向的弯曲）也受扭转，应选用抗弯和抗扭刚度较高的截面形状。所以机械手常用工字钢或槽钢作为支撑板，这样既提高了手臂的刚度，又大大减轻了手臂的自重，而且空心的内部还可以布置驱动装置，传动机构以及管道，有利于结构的紧凑，外形整齐。2.高支承刚度和选择支承间的距离臂部和机身的变形量不仅与本身刚度有关，而且同支撑的刚度和支撑件间距离有很大关系，要提高刚度，除从支座的结构形状，底板的刚度以及支座与底版的连接刚度等方面考虑外，特别注意提高配合面间的接触刚度。3.合理布置作用力的位置和方向在结构设计时，应结合具体受力情况，设法使各作用力的变形相互抵消。1.设计臂部时，元件越多，间隙越大，刚性就越低，因此应尽可能使结构简单，要全面分析各尺寸链，在要求高的部位合理，确定调整补偿环节，以及减少重要不见的间隙，从而提高刚度。2.水平放置的手臂，要增加导向杆的刚度，同时提高其配合精度和相对位置精度，使导向杆承受部分或者大部分自重。3.提高活塞和刚体内径配合精度，以提高手臂俯仰的刚度。（二）臂部运动速度要高，惯性要小机械手臂的运动速度是机械手主要参数之一，它反映机械手的生产水平，一般时根据生产节拍的要求来决定。在一般情况，手臂回转俯仰均要求均速运动，（V和w为常数），但在手臂的启动和终止瞬间，运动是变化的，为了减少冲击，要求启动时间的加速度和终止前的加速度不能太大，否则引起冲击和振动。对于告诉运动的机械手，其最大移动速度设计在10001500mm/s，最大回转角速度设计在内，在大部分行程距离上平均移动速度为1000mm/s内，平均回转角速度为内。为减少转动惯量的措施：1.减少手臂运动件的重量，采用铝合金等轻质高强度材料。 2.减少手臂运动件的尺寸轮廓。3.减少回转半径，在安排机械手动作顺序时，先缩后回转（或先回转后伸），尽可能在前伸位置下进行回转动作，并且驱动系统中设有缓冲装置。（三）手臂动作应灵活为减少手臂运动件之间的摩擦阻力，尽可能用滑动摩擦代替滑动摩擦。对于悬臂式的机械手，其传动件，导向件和定位件布置应合理，使手臂运动过程尽可能平衡，以减少对升降支撑轴线的偏心力矩，特别要防止发生“卡死”的现象（自锁现象）。为此，必须计算使之满足不自锁的条件。1.计算零件重量，可分解为规则的体形进行计算。2.计算零件重心位置，求出重心至回转轴线的距离。3.求重心位置并计算偏重力臂 4.计算偏重力矩 （四）位置精度要高一般说来，直角和圆柱坐标式机械手位置精度教高；关节式机械手的位置最难控制，精度差；在手册上加设定位装置和自检测机构，能较好的控制位置精度，检测装置最好装在最后的运动环节以减少或消除传动，啮合件的间隙。除此之外，要求机械手同用性要好，能适合做种作业的要求；工艺性要好，便于加工和安装；用于热加工的机械手，还要考虑隔热，冷却；用于作业区粉尘大的机械手，还要设置防尘装置等。二、手臂的设计计算通常先进行粗略的估算，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。为了便于进行液压机械手的设计计算，分别俯仰缸回转油缸的设计叙述如下：（一）小臂设计设小臂L=40cm,D=60cm则m=则手臂总重，L=100mm=0.79kg俯仰缸的设计计算图3.6 仰俯缸的设计尺寸图设，当手臂处在仰角为的位置时，驱动力P通过连杆机构产生的驱动力矩为因为，又因为=，=，而P=式中：P油缸的工作压力（）D油缸内径（cm）活塞缸与缸径，活塞杆与端差的密封装置处的摩擦阻力（kg）通油箱，=010590.3kg取=10600kg106000.8=60356.601kgcm当手臂处在俯角为的位置时，驱动力P通过连杆机构产生的驱动力因为：所以则当手臂处在水平位置即为驱动力矩时因为由于手臂与支柱连轴有振动轴承，摩擦力矩较小=0所以验证油缸是否满足要求，满足上仰条件，出于时 =1134kgf选取=0.7，所以 D=0.053m整理得到D=63mm，则d=45mm。液压缸壁和外径计算 高强度铸铁，=60液压缸为平底缸差，其厚度t按强度要求计算无孔时 取t=3mm液压缸工作行程的确定由则S=16mm则由表2-6中的系列尺寸查得（液压系统设计手册）S=25cm则活塞杆L=30cm活塞杆的稳定性校核，活塞杆由45钢制成。杆长300mm，d=45mm最大压力P=1134N设稳定安全系数为，由式 活塞杆两端可简化为铰支座，故，活塞杆横截面为圆形i=故为，因为，故不能用欧拉公式计算使用直线公式，查资料得，优化碳钢的由公式可得可见活塞杆是小柔度变压杆，由直线公式求出而P=1134N，活塞杆的工作安全系数为n=所以满足要求。三、油缸端盖的连接方式及强度计算为保证连接的紧密性，必须规定螺钉的间距，进而决定螺钉的数目。缸的一端为缸体与缸盖铸造成一体，另一端缸体与缸盖采用螺钉连接。(一)缸盖螺钉的计算为保证连接的紧密性，必须规定螺钉的间距，进而决定螺钉的数目在这种连接中，每个螺钉在危险剖面上承受的拉力为工作载荷Q和预进力之和。式中：P驱动力NP工作压力N/Z螺钉数目，取8预紧力N=K，K=1.5-1.8螺钉的强度条件为：式中：=1.3计算载荷（N）表3-1 螺钉间距与压力p的关系工作压力（）螺钉间距（mm）515150152512025501005010080()抗拉许用应力，螺纹内径（cm）表3-2 常用螺钉材料的流动极限 钢号10A2A3354540cr210022002400320036006500-9000(二)缸体螺纹计算 式中， D油缸内径考虑螺纹拉应力和扭应力合成作用系数取=1.3四、大臂回转缸的设计驱动手臂回转的力矩 式中：D输出轴与缸差密封处的直径（cm）L密封的有效长度（cm）“O”形密封圈的截面直径（cm）“O”形圈在装配时压缩率，对于回转运动，k=0.03-0.35摩擦系数P回转轴缸的工作压力（kg/）选取=0.5，b=10cm,p=80kg/,设=6mm若，则取，取，则，D=14cm选用O型橡胶密封圈S58型，=4.7mm则 动片侧面与缸盖密封处的摩擦阻力距式中：回转缸动片的角速度变化量，在启动过程中（弧度/秒）启动过程时间手臂回转部件，对回转轴的轻功惯量（）若手臂回转零件的重心与回转轴的距离为则式中：回转零件对重心轴线的转动惯量 =649.2（）设角速度，启动时间般取=0.2P=16（）由内径公式 基本满足要求，则D=16cm，d=8cm。又由五、缸盖连接螺钉和动片连接螺钉计算螺钉的强度条件为或（取=8mm）式中：螺钉的内径（cm）计算载荷（kgf）螺钉材料作用拉应力第四节 机身计算与分析机身是直接支撑和传动手臂的部件。一般实现臂部的升降，回转或俯仰等运动的驱动装置或传动件都安装在机身上，或者直接构成机体的躯干与底座相连。因此，臂部的运动愈多，机身的结构和受力情况就愈复杂。机身既可以是固定的，也可以是行走的，即可以沿地面或架空轨道运动。此次设计机身为地面轨道运动式。它的驱动系统是步进电机其型号为Y132S8，功率2.2KW，转速710r/min，在电动机后接了一个圆锥圆柱齿轮减速器其输出速度为1.2m/s。在后安装一个制动箱。其主要参数是由外部计算机调整和控制，在很大程度上是由运动学和轨迹运动而去编制小车的运行程序。第四章 机械手液压系统的设计第一节 机械手液压系统简介 液压系统设计是指组成一个新的能量传递系统，从而完成一项专门的任务，有传动系统和控制系统之分，其设计与主机的设计密切联系，不仅要满足主机的拖动、循环要求，还必须符合结构组成简单、体积小、质量轻、工作安全可靠、使用维护方便、经济性好等公认的设计原则。在实际的设计中我们应兼顾效能和安全，确定最优的设计方案。自动上下料机械手的液压系统是机械手各项动作循环的驱动源，她的传动是以压力油液作为工作介质，电动机带动油泵输出压力油，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，从而使手臂作俯仰、回转等运动。第二节 液压系统的组成 液压传动系统主要由以下几个部分组成：一、动力元件。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。二、执行元件。把液压能转换为机械能带动工作机构做功的装置。它可以是做直线运动的液压缸，也可以是做回转运动的液压马达。本设计中手臂回转的执行元件是回转液压缸，手指加紧对 执行元件是夹紧液压缸。三、控制元件。对液压系统中油液压力、流量、运动方向进行控制的装置，主要是指各种阀体等，如单向阀、溢流阀、节流阀、调速阀、减压阀、顺序阀等，这些阀相互配合，各起一定作用，使机械手的手臂、手腕、手指等能够完成所要求的运动。第三节 机械手液压系统的控制系统 自动上下料机械手的控制系统，根据工况和机械手自由度等因素，设计可繁可简，繁简回路大同小异，都是由一些基本控制回路组成，如压力控制回路，速度控制回路，方向控制回路等，这些基本控制回路具有工作压力的调整、油泵的卸荷、运动的换向、工作速度的调节以及同步运动等功能。一、压力控制回路 （一）调压回路 在采用定量泵的液压系统中，为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，并将多余的油液溢流回油箱。 （二）卸荷回路 在机械手各油缸不工作时，液压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，避免因液压泵频繁启、停影响液压泵的寿命使油泵在低负荷下工作，所以采用卸荷回路。本机械手采用二位二通电磁阀控制先导式溢流阀遥控口卸荷回路。 （三）减压回路 为了是机械手的液压系统局部压力降低或稳定，在要求减压的支路前串联一个减压阀，以获得比系统压力更低的压力。 （四）平衡与锁紧回路 在机械手液压系统中，为防止垂直机构因自重而任意下降，可采用平衡回路支撑平衡回路运动部件的自动。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。本机械手采用单向顺序阀做平衡阀实现任意位置锁紧的回路。 （五）油泵出口处接单向阀 在油泵出口处接单向阀。其作用有二：第一是保护油泵。液压系统工作时，油泵向系统供应高压油液，以驱动油缸运动而做功。当一旦电机停止转动，油泵不再向外供油，系统中原有的高压油液具有一定能量，将迫使油泵反方向转动，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时间的联系，从而起到保护油缸的作用。第二是防止空气混入系统。在停机时，单向阀把系统能够和油泵隔断，防止系统的油液通过油泵流回油箱，避免空气混入，以保证启动时的平稳性。二、速度控制回路液压机械手各种运动速度的控制，主要是改变进入油缸的流量Q。其控制方法有两类：一类是采用定量泵，即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；另一类是采用变量泵，改变油泵的供油量。本机械手采用定量油泵节流调速回路。节流调速回路是通过改变回路中的流量控制元件（节流阀或调速阀）的通流截面积的大小来控制流入或流出执行元件的流量，以调节其运动速度。有串联节流调速和并联节流调速两种回路，串联节流回路又包括进油节流和回油节流两种。根据各油泵的运动速度要求，可分别采用LI型单向节流阀、LCI型单向节流阀或QI型单向调速阀等进行调节。节流调速阀的优点是：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，在低速负荷传动时效率低，发热大。采用节流阀进行节流调速时，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。调速阀能够随负荷的变化而自动调整和稳定所通过的流量，使油缸的运动速度不受负荷变化的影响，对速度的平稳性要求高的场合，宜用调速阀实现节流调速。三、方向控制回路 方向控回路是用来控制液压系统油路中液流的通、断或流向，从而改变执行原件的运动方向和工作状态。在机械手液压系统中，为控制各油缸、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，使油缸及油马达的油路换向，实现直线往复运动和正反向转动。 目前在液压系统中使用的电磁阀，按其电源的不同，可分为交流电磁阀（D型）和直流电磁阀（E型）两种。交流电磁阀的使用电压一般为220V（也有380V或36V），直流电磁阀的使用电压一般为24V（或110V）。这里采用交流电磁阀。交流电磁阀起动性能好，换向时间短，接线简单，价廉，但是如吸不上时容易烧坏，可靠性差，换向时有冲击，允许换向频率底，寿命较短。第四节 机械手的液压传动系统 液压系统图从油路原理上具体体现了各项设计要求，是整个液压系统设计中的重要一环。液压系统图是各种液压元件为满足机械手动作要求的有机联系图。在拟定过程中，要分析对比制定出各种合适的液压回路方案，然后将这些回路组合成成完整的液压系统。液压系统的拟定通常采用经验法。绘制液压系统图的一般顺序是：先确定油缸和油泵，再布置中间的控制调节回路和相应元件，以及其他辅助装置，从而组成整个液压系统，并用液压系统图形符号，画出液压原理图。第五节 液压缸计算根据前面设计好的各种液压缸的参数。一、活塞缸已知参数（包括设计出的参数）：表示第几个缸的参数 无杆腔进油 有杆腔进油二、摆动缸已知参数：注意已知参数中在前面设计中不够明确时，则要进行分析。已知参数（包括已设计好的参数）(一)单作用弹簧复位的夹紧缸；=25mm，=18mm F= =8.67cm/s注意：为尚未夹持工件的时间。(二)手腕回转缸。=80mm，=40mm，=60mm (三)手臂回转缸 =160mm =80mm =120mm 注意：忽略角加速度和角减速度的影响(四)手臂仰俯活塞缸：=63mm，=45mm V=5cm/s三、估算流量(一)夹紧缸：。(二)手腕回转缸：(三)手臂回转缸：(四)手臂仰俯活塞缸：第六节 计算和选择液压元件一、计算和选定液压泵及其驱动电机（一）计算液压泵的工作压力泵的工作压力是所有液压缸中工作压力最大者与管道压力损失之和。即：管道和各类阀的全部压力损失之和，对于进油路采用调速阀的系统，可估算为：0.51.5，这里取1。（二）计算液压泵的流量式中：泄露折算系数，一般，=1.11.5最大工作流量；（三）选择液压泵的规格参照设计手册或产品样本，选取其额定压力比高25%60%，其流量与上述计算一致的液压泵。（四）计算功率，选用电动机按工况图，找出所有杠N-t图中最高功率点的对应的（计算值）和泵额定流量的乘积，然后除以泵的总效率 （五）代入参数具体计算。确定液压泵的流量压力和选择泵的规格，泵的工作压力的确定。考虑到正常工作中进油路有一定的压力损失，所以，泵的工作压力为：式中：液压泵的最高工作压力；执行元件的最高工作压力；进油管路中的压力损失，初算时，简单系统可取0.20.5，=1，=4.5+1=5.5上述计算所得的是系统的静态压力，考虑到系统在各种工况的过渡，阶段出现的动态压力往往超过静态压力。另外考虑到，一定的压力储备量并确保泵的寿命，因此选泵的额定压力应满足泵流量的确定。液压泵的最大流量应为：，式中：液压泵的最大流量同时工作的各执行元件所需流量之和的最大值。系统泄漏系数，一般取=1.1-1.3，现取=1.2；选择液压泵的规格。根据以上算得和，再查阅有关手册，现选用YB-80BI双联叶片泵。该泵的基本参数为：每转排量：10194mL/r；泵的额定压力=10.5；电动机转速；容积效率；总效率。与液压泵匹配的电动机的选定。首先分别计算出不同工况时的功率，取它们之间的最大值作为选取电动机规格的依据。由于在速度较小时，泵输出的流量减小，泵的效率急剧下降，一般当流量在0.21L/min范围内时，可取=0.030.14。同时，应注意到，为了使所选择的电动机在经过泵的流量特性曲线最大功率点时，不致停车，需进行验算，即 泵的工作压力：P=245.25式中：余量系数，取K=1.05泵出油量油头主管损失油头泵的功率传动效率直接传递为1综合以上分析选取电机型号为：Y100LI-4其中：二、选择液压控制阀的原则按控制阀的额定流量大于系统最高工作压力和通过该阀的最大流量原则三、选择液压辅助元件的要求(一)滤油器按泵的最大流量选取流量略大些的滤油器，滤油精度在为网式或线段式滤油器即可。(二)油管和管接头的通径与阀一致来选取。四、具体选择液压元件（一）换向回路的选择定位缸换向选用二位三通电磁换向阀，手指夹紧缸换向选用二位四通电磁换向阀，手腕回转缸，手臂回转缸换向选择三位四通电磁换向阀，选中位机能为O型，以便定位准确。手臂仰俯缸换向选择三位四通电液动换向阀，选择中位机能为O型。（二）调速方案的选择由于本系统是功率较小，故选简单的回油路节流阀调速，有利于提高执行元件的运动平稳性和散热。(三)系统的安全可靠性的选择为了使手指夹紧缸夹紧工件后不受系统压力波动的影响，保证牢固的夹紧工件，采用了夜空单向阀的锁紧回路。手臂的仰俯缸为立式液压缸，为支撑平衡手臂运动部件的自重，采用了单向顺序阀的平衡回路。（四）液压元件的选择单向压力补偿调速阀： QI-130B单向阀：I-25减压阀：I-10单向顺序阀：XI-160B二位三通电磁阀：23D-10B；三位四通电磁换向阀：34D-25B三位四通电液换向阀：34DY-63B线隙式滤油器：XU-B37-75；XU-B37-50压力表：Y-60确定管道尺寸时本系统主油路流量q=160L/min，压油管的允许流速为v=4m/s，则内径d=4.6=4.6=29mm夹紧油路d=11mm手腕回转油路d=18mm手腕回转油路d=26mm手腕仰俯油路d=28mm（五）液压油箱的设计液压油箱的作用是储存液压油，分离液压油中的杂质和空气，同时起到分散的作用。邮箱的总容量包括油液容量和空气容量。油液容量是指油箱中油液最多时，液面在液位计的上刻线时的油液体积。一般应在最高液面以上留出等于油液容量的10%15%的空气容量，以便形成油液的自由表面，容纳热膨胀和泡沫，促进空气分离，容纳停机和检修时靠自重流回邮箱的的油液。油箱容量的大小与液压系统工作循环中的油液温升，运行中的液位变动，调试与维修时向管路及执行元件注油等因素有关。油箱的容量按照液压泵的额定流量估算确定。1.液压油箱有效容积的确定液压油箱在不同的工作条件下，影响散热的条件很多，通常按压力范围来考虑。液压油箱的有效容量可概略地确定为：在中低压系统中（），可取。式中：液压油箱有效容量；液压泵额定流量； 则：应当注意：设备停止运转后，设备中的那部分会因重力作用而流回液压油箱。为了防止液压油从油箱中溢出，油箱中液压油位不能太高，一般不应超过液压油箱高度的80%.2.液压油箱的外形尺寸油箱的三个边的尺寸比例通常可按具体使用情况在1：1：11：2：3之间分配，并使液面高度为油箱的80%。为提高冷却效率，在安装位置不受限制时，可将液压油箱的容量予以增大。根据油箱有效容量，查表选取邮箱型号为：BEX630。（六）油路的选择查阅设计手册，选择油路公称通径、外径和壁厚参数第三节 液压系统分析本设计机械手的液压系统原理图纸。系统的油泵为双联叶片泵，泵的额定压力为：10.5（手臂仰俯动作由两个泵同时供油，手臂及手腕回转，手指松紧和定位杆只有小流量泵供油，大流量泵自动卸荷，提高了功效又利于节能）。液压泵的压力分别由电磁溢流阀3和4调定。减压阀8用于设定定位缸与控制油路所需的较低压力（1.51.8），压力、和可通过压力表29及其开关30观测和显示。单向阀5和6分别用于保护液压泵1和2。手臂仰俯液压缸23采用带缓冲的单杠液压缸，运动方向由三位四通电液动换向阀10来控制。液压缸23立置，由单向顺序阀12平衡，以防自重下滑，单向调速阀11和13液压缸23的双向回油节流调速。手臂回转液压马达24和手腕回转液压马达26由三位四通电磁换向阀14和21控制，而单向调速阀15,16,19和20用于双向回油节流调速，行程节流阀22用于马达24的减速缓冲。手指夹紧缸25为杠固定，由二位四通电磁换向阀18控制其运动方向，液控单向阀17用于手指夹紧工件后的锁紧，以保证牢固夹紧工件而不受系统压力波动的影响。定位液压缸27为单作用液压缸，其运动方向由二位三通电磁换向阀31控制。压力继电器31用于定位后发信。单向阀7用于隔离大流量液压泵1和执行元件24,25,26,和27回路联系。为达到机械手的定位精度和平稳性要求，一般在定位前要采取缓冲措施，该机械手手腕回转由死挡铁定位保证精度。端点到达前发信号切断油路，滑行缓冲。手臂的俯仰采用电液换向阀，增加缓冲效果。由于手臂回转部分质量较大，转速较高，运动惯性矩较大，系统的手臂回转马达还采用了行程节流阀进行减速缓冲。第五章 液压缸的保养与维修第一节 液压元件的安装1.安装前元件应以煤油进行清洗，并要进行压力和密封性实验，合格后可安装。2.泵及其传动要求较高的同心度。3.油泵的入口，出口和旋转方向一般在泵上均有标明，不得接反。4.安装各种阀时，应注意进油口与回油口的方向。5.为了避免空气渗入阀内，连接处应保持密封良好。6.用法兰安装的阀件，螺钉不能拧的过紧，因为有时拧的过紧反而密封不良。第二节 液压系统的一般使用与维护1.油箱中的液压油应经常保持正常油面。2.液压油应经常保持清洁。3.油温应适当，油箱的油温一定不能超过4.回路里的空气应完全清除掉。回路里进入空气后，因为气体的体积和压力成反比，可以随着负荷的变动，油缸的运动也要受到影响。为了防止回油管回油时带入空气，回油管必须插入油面以下。吸入管和泵轴的密封部分等各个低于大气压的地方应注意不要漏入空气。5.在初次起动油泵时，应向泵里灌满油，检查转动方向是否正确，入口与出口是否接反。6.在油泵起动和停止时，应使溢流阀御荷。7.溢流阀的调节压力不得超过液压系统的最高压力。8.应尽量保持电磁阀的电压稳定，否则可能会导致线圈的过热。9.易损的零件，如密封圈等，应经常有备品，以便及时更换。第三节 一般技术安全事项液压系统的使用维护中，必须注意技术安全否则会引起伤亡事故。用扳手去拧紧或调整的零件，避免放在当扳手松滑时容易把手弄伤的地方。所有连接螺钉必须拧紧。法兰上所有螺钉都必须装上。一切连锁或锁紧装置校准。检查用的压力计等仪表，必须放于便于观察的地方。当系统发生故障时，禁止在工作的条件下进行检查和调整。当打开放气阀时，眼睛不要对着喷射的方向。第六章 PLC控制回路的设计考虑到机械手的通用性，同时使用点位控制，因此我们采用可编程序控制器(PLC)对机械手进行控制.当机械手的动作流程改变时，只需改变PLC程序即可实现，非常方便快捷。第一节 可编程序控制器的选择及工作过程一、可编程序控制器的选择目前，国际上生产可编程序控制器的厂家很多，如日本三菱公司的F系列PC,德国西门子公司的SIMATIC N5系列PC、日本OMRON(立石)公司的C型、P型PC等。考虑到本机械手的输入输出点不多，工作流程较简单，同时考虑到制造成本，因此在本次设计中选择了三菱公司的FXIS系列可编程序控制器。二、可编程序控制器的工作过程可编程序控制器是通过执行用户程序来完成各种不同控制任务的。采用循环扫描的工作方式。具体的工作过程可分为四个阶段。第一阶段是初始化处理。可编程序控制器的输入端子不是直接与主机相连，CPU对输入输出状态的询问是针对输入输出状态暂存器而言的。输入输出状态暂存器也称为I/0状态表.该表是一个专门存放输入输出状态信息的存储区。其中存放输入状态信息的存储器叫输入状态暂存器;存放输出状态信息的存储器叫输出状态暂存器。开机时，CPU首先使I/0状态表清零，然后进行自诊断。当确认其硬件工作正常后，进入下一阶段。第二阶段是处理输入信号阶段。在处理输入信号阶段，CPU对输入状态进行扫描，将获得的各个输入端子的状态信息送到I/0状态表中存放。在同一扫描周期内，各个输入点的状态在I/0状态表中一直保持不变，不会受到各个输入端子信号变化的影响，因此不能造成运算结果混乱，保证了本周期内用户程序的正确执行。第三阶段是程序处理阶段。当输入状态信息全部进入I/0状态表后，CPU工作进入到第三个阶段。在这个阶段中，可编程序控制器对用户程序进行依次扫描，并根据各I/0状态和有关指令进行运算和处理，最后将结果写入I/0状态表的输出状态暂存器中。第四阶段是输出处理阶段。 CPU对用户程序已扫描处理完毕，并将运算结果写入到I/0状态表状态暂存器中。此时将输入信号从输出状态暂存器中取出，送到输出锁存电路，驱动输出继电器线圈，控制被控设备进行各种相应的动作。然后，CPU又返回执行下一个循环的扫描周期。第二节 可编程序控制器的使用步骤在可编程序控制器与被控对象(机器、设备或生产过程)构成一个自动控制系统时，通常以七个步骤进行:(一)系统设计即确定被控对象的工作原理，控制要求，动作及动作顺序。(二)I/0分配即确定哪些信号是送到可编程序控制器的，并分配给相应的输入端口;哪些信号是由可编程序控制器送到被控对象的，并分配相应的输出端口。此外，对用到的可编程序控制器内部的计数器、定时器等也要进行分配。可编程序控制器是通过编号来识别信号的。(三)画梯形图它与继电器控制逻辑的梯形图概念相同，表达了系统中全部动作的相互关系。如果使用图形编程器(LCD或CRT)，则画出梯形图相当于编制出了程序，可将梯形图直接送入可编程序控制器。对简易编程器，则往往要经过下一步的助记符程序转换过程。(四)助记符机器程序相当于微机的助记符程序，是面向机器的(即不同厂家的可编程序控制器，助记符指令形式不同)，用简易编程器时，应将梯形图转化成助记符程序，才能将其输入到可编程序控制器中。(五)编制程序即检查程序中每条语法错误，若有则修改。这项工作在编程器上进行。(六)调试程序即检查程序是否能正确完成逻辑要求，不合要求，可以在编程器上修改。程序设计(包括画梯形图、助记符程序、编辑、甚至调试)也可在别的工具上进行。如IBM-PC机，只要这个机器配有相应的软件。(七)保存程序调试通过的程序，可以保存在磁盘上备用。第三节 机械手可编程序控制器控制方案本机械手采用PLC控制，在设计中对比了电气控制和PLC控制。电气控制部分叙述如下：自动上下料机械手采用液压电气联合控制。液压负责各部位动作的力和速度；电气负责控制各部位动作的顺序。控制系统的工作原理及控制要求（原理图见手绘图纸，电气控制系统原理图）（一）控制方式为点位程序控制。程序设计采用开关预选方式，机械手的自动循环采用步进继电器控制。步进动作是由每一个动作完成后，使行程开关触点闭合而发出信号。（二）发信指令完成由相应的中间继电器来实现，受发指令的完成方式为机械手相应动作结束的同时使步进继电器再动作，复位指令的完成时给相应的中间继电器通电，使机械手回到工作准备状态。(三) 机械手除能实现自动循环外，还设有调整电路，可通过手动按钮SB来进行单个动作调试。（四）液压泵的供油与卸载和每步动作之间的对应关系由控制电器保证。只有在2K、3K、4K、5K、6K、7K、8K全部不通电（所有液压缸全部不动作）时中间继电器10K才通电，使得电磁铁1YA,2YA通电，大小泵同时卸载；上诉几个钟任意一个通电，（即任意一个液压缸动作）10K则断电，小泵停止卸载；中间继电器3K和5K中任意一个通电，大泵则停止卸载。(五)手臂定位和手臂回转由继电器互锁，在定位插销后定位缸压力上升，压力继电器升压发令，一方面由常开触点接通手臂升降，手指松紧和手腕回转等部分的自动循环电路，另一方面由常闭触点断开手臂回转的电气线路。同时，在定位缸用电磁铁10YA的线圈两边串联有中间继电器5K和6K的常闭触头和9K的常开触头。这些互锁保证了任何情况下手臂回转都在拔定位销之后进行。（六）因机械手的工作环境存在金属粉尘，在电磁铁的线圈两边各串联了一个中间继电器的常开触头，用以保证继电器断开后常开触头可靠脱开，液压缸及时停止动作。(七)在满足工作要求的前提下，设计尽量轻的零部件。比如将某些铸钢件改用铝合金制造，或将一些实心的零件做成空心的，以此来减轻总质量。综合分析对比分析后，我确定选用PLC控制。第四节 电磁铁动作顺序根据液压系统原理图，结合机械手的动作顺序，制出了电磁铁的动作顺序表，如下表6-1所示。表6-1 电磁铁的动作顺序表序号动作 电磁铁 1YA2YA3YA4YA5YA6YA7YA8YA9YA10YA1手指夹紧+2手臂上仰+3手臂回转+4手臂下俯+5手腕回转+6手臂上仰+7底座移动8手臂下俯+9手指松开10待料卸荷+注：+表示电磁铁线圈通电第五节 PLC与现场器件的实际连接图根据工作原理画出PLC与现场器件的实际连接图，如下图6-1所示。图6-1 PLC I/O分配图第六节 梯形图的绘制根据以上叙述，结合梯形图的绘制方法，绘制满足机械手工艺流程的梯形图如下图6-2所示：图6-2 自动上下料机械手梯形图第七节 指令程序 根据自动上下料机械手梯形图编写指令程序如下所示：630 LD X0001 ANI X0012 ANI T13 OUT Y0024 OUT T1K15AND T16 ANI T27 OUT Y0008 OUT T2K0.59 AND T210 ANI T311 OUT Y00112 OUT T3K113 AND T314 ANI T415 OUT Y00316 OUT T4K117 AND T518 ANI T619 OUT Y00220 OUT T6K1.521 AND T622 ANI T725 OUT Y00526 OUT T7K127 AND T728 ANI T829 OUT Y00130 OUT T8K331 AND T832 ANI T933 OUT Y00334 OUT T9K137 AND T938 ANI T1039 OUT Y00640 OUT T10K1.541 AND X00342 ANI T1143 OUT Y00744 OUT Y00845 OUT T11K3结 论机械手是根据人的手部形状，按照给定的程序自动抓取物体的自动装置，它能够代替笨重、单调的作业以减轻人类的负担。自动上下料机械手是生产实践中的重要设备，本设计根据原始资料要求制定出了可行的设计方案，分析了机械手各部件，研究了液压驱动系统和电气控制系统，其液压负责各部分的力和速度，电气负责动作顺序，二者完美结合，使机械手广泛应用于生产实践。经过两个多月的认真设计，我圆满的完成了此次毕业设计。通过本次的设计，我收获颇丰，锻炼甚佳,各方面专业知识得到了综合的应用，原有理论知识得到了有力的升华；原有课本知识得到了实践的检验；设计过程中还接触了许多前沿的知识，为今后更好地走好自动化道路奠定了基础。通过本次的设计，我认识了机械手的手部、臂部、腕部和机身，对各部分的设计要点进行了归纳分析，同时还了解了驱动系统和控制系统，让我意识到机电液三者的巧妙融合必将能够碰撞出耀眼的火花，合理的机械结构，准确地控制系统，平稳的驱动系统是整个机电液一体化技术的核心，我将以此为新的契机，努力描绘机电液一体化技术的更加美好的明天。通过本次的设计，我熟练了word排版能力，CAD绘图能力和其他相关软件的使用能力，可谓是一次空前的大提升与大检验，设计的过程中培养了严谨的工作作风和求实的工作态度，为实现设计师的梦想做了铺垫。参考文献1 沈兴全.液压传动与控制.北京：国防工业出版社，2013.2 张利平，山峻.液压站设计与使用维护. 北京：化学工业出版社，2013.3 王启广，黄嘉兴. 液压传动与采掘机械.徐州：中国矿业大学出版社，2005.4 张忠远，王峰.液压节能技术.北京：清华大学出版社，2012.5 张应龙.液压识图.北京：化学工业出版社，2011.6 张利平.液压气压传动与控制.西安：西北工业大学出版社，2012；7 韩变枝.机械制图与识图.北京：机械工业出版社，2009.8 李松晶，王清岩.液压系统经典设计实例.北京：化学工业出版社，2012.9 王栋.煤矿设备电气控制与PLC应用技术.北京：机械工业出版社，2014. 10 吕明.机械制造技术.武汉：武汉理工大学出版社，2012.11 安琦，顾大强.机械设计.北京：科学出版社，2008.12 杨可桢,程光蕴，李仲生.机械设计基础.北京：高等教育出版社，2012.13 邓文英，郭晓鹏.金属工艺学.北京：高等教育出版社，2008.14 胡旭兰.生产线组合机床自动上下料机械手.机械制造，2005,43（491）：32-35.15 张金萍.基于自动上料机械手的液压传动系统设计.制造业自动化，2013,3（11）：153-156.16 马纲，王之栎.工业机器人常用手部典型结构分析.机器人技术与应用，2001.2.17 马香峰，机器人机构学. 北京:机械工业出版社,1991.18 李允文.工业机械手设计.北京:机械工业出版社,1992.19 马香峰.工业机器人的操作机设计.北京：冶金工业出版社，1999.20 马永辉，徐宝富，刘绍华.工程机械液压系统设计计算.北京：机械工业出版社.1985.21 王丽芬.机电设备维修与安装.北京：机械工业出版社，2011.外文资料The robot arm/p-18846502.htmlRobot is a type of mechantronics equipment which synthesizes the last research achievement of engine and precision engine, micro-electronics and computer, automation control and drive, sensor and message dispose and artificial intelligence and so on. With the development of economic and the demand for automation control, robot technology isdeveloped quickly and all types of the robots products are come into being. The practicality use of robot products not only solves the problems which are difficult to operate for human being, but also advances the industrial automation program. Modern industrial robots are true marvels of engineering. A robot the size of a person can easily carry a load over one hundred pounds and move it very quickly with a repeatability of +/-0.006 inches. Furthermore these robots can do that 24 hours a day for years on end with no failures whatsoever. Though they are reprogrammable, in many applications (particularly those in the auto industry) they are programmed once and then repeat that exact same task for years. At present, the research and development of robot involves several kinds of technology and the robot system configuration is so complex that the cost at large is high which to a certain extent limit the robot abroad use. To development economic practicality and high reliability robot system will be value to robot social application and economy development. With the rapid progress with the control economy and expanding of the modern cities, the let of sewage is increasing quickly: With the development of modern technology and the enhancement of consciousness about environment reserve, more and more people realized the importance and urgent of sewage disposal. Active bacteria method is an effective technique for sewage disposal，The lacunaris plastic is an effective basement for active bacteria adhesion for sewage disposal. The abundance requirement for lacunaris plastic makes it is a consequent for the plastic producing with automation and high productivity. Therefore, it is very necessary to design a manipulator that can automatically fulfill the plastic holding. With the analysis of the problems in the design of the plastic holding manipulator and synthesizing the robot research and development condition in recent years, a economic scheme is concluded on the basis of the analysis of mechanical configuration, transform system, drive device and control system and guided by the idea of the characteristic and complex of mechanical configuration, electronic, software and hardware. In this article, the mechanical configuration combines the character of direction coordinate and the arthrosis coordinate which can improve the stability and operation flexibility of the system. The main function of the transmission mechanism is to transmit power to implement department and complete the necessary movement. In this transmission structure, the screw transmission mechanism transmits the rotary motion into linear motion. Worm gear can give vary transmission ratio. Both of the transmission mechanisms have a characteristic of compact structure. The design of drive system often is limited by the environment condition and the factor of cost and technical lever. The step motor can receive digital signal directly and has the ability to response outer environment immediately and has no accumulation error, which often is used in driving system. In this driving system, open-loop control system is composed of stepping motor, which can satisfy the demand not only for control precision but also for the target of economic and practicality. On this basis，the analysis of stepping motor in power calculating and style selecting is also given. The analysis of kinematics and dynamics for object holding manipulator is given in completing the design of mechanical structure and drive system. Kinematics analysis is the basis of path programming and track control. The positive and reverse analysis of manipulator gives the relationship between manipulator space and drive space in position and speed. The relationship between manipulators tip position and arthrosis angles is concluded by coordinate transform method. The geometry method is used in solving inverse kinematics problem and the result will provide theory evidence for control system. The f0unction of dynamics is to get the relationship between the movement and force and the target is to satisfy the demand of real time control. in this chamfer, Newton-Euripides method is used in analysis dynamic problem of the cleaning robot and the arthrosis force and torque are given which provide the foundation for step motor selecting and structure dynamic optimal ting. Control system is the key and core part of the object holding manipulator system design which will direct effect the reliability and practicality of the robot system in the division of configuration and control function and also will effect or limit the development cost and cycle. With the demand of the PCL-839 card, the PC computer which has a. tight structure and is easy to be extended is used as the principal computer cell and takes the function of system initialization, data operation and dispose, step motor drive and error diagnose and so on. At the same time, the configuration structure features, task principles and the position function with high precision of the control card PCL-839 are analyzed. Hardware is the matter foundation of the control. System and the software is the spirit of the control system. The target of the software is to combine all the parts in optimizing style and to improve the efficiency and reliability of the control system. The software design of the object holding manipulator control system is divided into several blocks such as system initialization block, data process block and error station detect and dispose model and so on. PCL-839 card can solve the communication between the main computer and the control cells and take the measure of reducing the influence of the outer signal to the control system. The start and stop frequency of the step motor is far lower than the maximum running frequency. In order to improve the efficiency of the step motor, the increase and decrease of the speed is must considered when the step motor running in high speed and start or stop with great acceleration. The increase and decrease of the motors speed can be controlled by the pulse freque ncy sent to the step motor drive with a rational method. This can be implemented either by hardware or by software. A step motor shift control method is proposed, which is simple to calculate, easy to realize and the theory means is straightforward. The motor s acceleration can fit the torque-frequency curve properly with this method. And the amount of calculation load is less than the linear acceleration shift control method and the method which is based on the exponential rule to change speed. The method is tested by experiment. A t last, the research content and the achievement are sum up and the problems and shortages in main the content are also listed. The development and application of robot in the future is expected.The purpose of manipulator control is to maintain the dynamic response of a computer-based manipulator in accordance with some prespecified system performance and desired goals. In general, the dynamic performance of a manipulator directly depends on the efficiency of the control algorithms and the dynamic model of the manipulator. The control problem consists of obtaining dynamic models of the physical robot arm system and then specifying corresponding control laws or strategies to achieve the desired system response and performance.Current industrial approaches to robot arm control treat each joint of the robot arm as a simple joint servomechanism. The servomechanism approach models the varying dynamics of a manipulator inadequately because it neglects the motion and configuration of the whole arm mechanism. These changes in the parameters of the controlled system sometimes are significant enough to render conventional feedback control strategies ineffective. The result is reduced servo response speed and damping, limiting the precision and speed of the end effector and making it appropriate only for limited-precision tasks. Manipulators controlled in this manner move at slow speeds with unnecessary vibrations. Any significant performance gain in this and other areas of robot arm control require the consideration of more efficient dynamic models, sophisticated control approaches, and the use of dedicated computer architectures and parallel processing techniques. In the industrial production and other fields, people often endangered by such factors as high temperature, corrode, poisonous gas and so forth at work, which have increased labor intensity and even jeopardized the life sometimes. The corresponding problems are solved since the robot arm comes out. The robot arms can catch, put and carry objects, and its movements are flexible and diversified. It applies to medium and small-scale automated production in which production varieties can be switched. And it is widely used on soft automatic line. The robot arms are generally made by withstand high temperatures, resist corrosion of materials to adapt to the harsh environment. So they reduced the labor intensity of the workers significantly and raised work efficiency. The robot arm is an important component of industrial robots, and it can be called industrial robots on many occasions. Industrial robot is set machinery, electronics, control, computers, sensors, artificial intelligence and other advanced technologies in the integration of multidisciplinary important modern manufacturing equipment. Widely using industrial robots, not only can improve product quality and production, but also is of great significance for physical security protection, improvement of the environment for labor, reducing labor intensity, improvement of labor productivity, raw material consumption savings and lowering production costs. There are such mechanical components as ball footbridge, slides, an air control mechanica
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