开题报告
目录
摘要............................................................................................................................................................... ４Abstract ......................................................................................................................................................... ６引言............................................................................................................................................................... ７第一章机械手设计要求分析..................................................................................................................... ７
1.1 设计目的和要求........................................................................................................................... ７
1.2.机械手简介与分析....................................................................................................................... ７第二章液压系统设计............................................................................................................................... ８
2.1. 根据工作要求确定一个工作循环周期的运动过程 ................................................................. ８
2.2 据工作循环过程确定系统工况分析图，确保工作运动中的动作连续性 ................................ ９
2.3 拟订液压系统的工作原理图........................................................................................................ ９
2.4 根据整个系统的液压元件需求选择标准的液压元件 ............................................................ １０
2.5 液压缸尺寸的确定及安全强度的校核 .................................................................................. １０第三章. 集成块的设计............................................................................................................................ １２
3.1设计分析..................................................................................................................................... １２
3.2 根据具体的要求进行设计计算............................................................................................... １３
3.3 下面为集成块的设计步骤........................................................................................................ １５
3.4 液压集成块的加工工艺.......................................................................................................... １７第四章液压集成块CAD技术............................................................................................................... １８结束语....................................................................................................................................................... ２０致谢........................................................................................................................................................... ２１参考文献................................................................................................................................................... ２２
摘要
本文主要介绍了上下料用机械手的设计过程，它包括了对于整个系统的工作要求和情况的分析，通过系统的工作过程确定整个液压系统的结构设计。分析整个循环过程，确定系统工作原理图，根据系统参数要求选择标准的液压元件，完成液压系统的装配图。液压集成块作为现在液压系统的主要部件，当前液压集成块应用开发受到了国内外液压界的广泛重视，液压集成块的CAD的研究与开发已为液压工程设计提供了有力的支持，在对机械手液压系统集成块设计过程中，能够与实际的加工工艺相结合。并且对现在的液压集成块的CAD技术有很好的认识。
关键词：工业机械手，驱动，集成块，原理
Abstract
This text introduce upper and lower material spend design process of manipulator , it include to whole job requirements and analysis of situation of system mainly, confirm the whole structural design systematic in hydraulic pressure through the working course of the system. Analyse whole cyclical process , confirm systematic operation principle picture , require the hydraulic pressure component of the standard for selection according to systematic parameter, finish the installation diagram systematic in hydraulic pressure. Hydraulic pressure integrate piece as now main part , hydraulic pressure of system , hydraulic pressure at present integrate pieces of application and development receive domestic and international hydraulic pressure extensive attention of circle, hydraulic pressure integrate research and development of CAD of piece already offer effective support for engineering design of the hydraulic pressure, while design the system integration one of hydraulic pressure of the manipulator, can combine with real processing technology . And CAD integrating one to the present hydraulic pressure has very good understanding.
Keyword: Industry manipulator ,Drive , Hydraulic manifold block , Elements
引言
工业机器人一般指用于机械制造业中代替人完成具有大批量、高质量要求的工作，如汽车制造、摩托车制造、舰船制造、某些家电产品（电视机、电冰箱、洗衣机）、化工等行业自动化生产线中的点焊、弧焊、喷漆、切割、电子装配及物流系统的搬运、包装、码垛等作业的机器人。
工业机器人由操作机（机械本体）、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。特别适合于多品种、变批量的柔性生产。它对稳定、提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。
机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。机器人应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标志。
机器人并不是在简单意义上代替人工的劳动，而是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置，既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力，又有机器可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力，从某种意义上说它也是机器的进化过程产物，它是工业以及非产业界的重要生产和服务性设备，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备。
第一章机械手设计要求分析
1.1 设计目的和要求
上下料用机械手能在不同高度与不连续的工作台之间实现机械零件的重复取放，代替人工劳动，减轻了人工劳动强度，提高了自动化水平和劳动生产率，保证了产品和工人的质量与安全。
1.2.机械手简介与分析
1.上下料用机械手采用圆柱坐标的结构形式，主要的组成部分有：升降机构，回转机构，手臂伸缩结构等，在这三中机构中采用液压驱动传动方式，能保证机械手的整体结构的紧凑性，运动平稳以及可以方便的实现无级调速。
2. 如图所示，机械手在工作过程中需三种运动，其中手臂的伸缩和立柱的升降为两种直线运动，而手臂的回转为圆周运动，所以采用圆柱坐标形式。其特点是，结构简单，手臂运动范围大，有较高的定位准确度。
图 1 机械手运动坐标形式
3. 机械手的工作范围
机械手在水平方向上的伸缩范围为至两个不同高度的工作台的距离，手臂伸缩总行程为500mm，手臂回转的运动范围为90度，立柱升降的垂直方向的距离为两工作台的高度差，总行程为200mm
第二章液压系统设计
2.1. 根据工作要求确定一个工作循环周期的运动过程
1.手臂位于初始位置（1）
2.手臂伸长至工作台（1）
3.手指抓取工件（延时20s，确保工件被抓住）
4.手臂缩回
5.立柱升高至所需高度，至工作台（2）
6.手臂回转角度α，至位置（2）
7.手臂伸长并释放工件（延时20s，确保工件被成功释放）
8.手臂缩回
9.手臂回转角度—α，至位置（1）
10.立柱下降高度至工作台（1）
图2 上下料机械手运动位置示意图
图3 上下料机械手工作行程范围示意图
工作行程范围：
角度0-240度；手作工作范围200mm；高度工作范围200mm
2.2据工作循环过程确定系统工况分析图，确保工作运动中的动作连续性
图4 机械手运动循环工况分析图
2.3拟订液压系统的工作原理图
2.3.1. 根据整个系统的工作完成步骤，选择合适的液压缸。伸缩运动和升降运动选择单杆活塞液压缸，回转运动选择摆动液压缸，保证整个系统能够达到稳定的运动效果。
2.3.2.液压回路的选择
确定液压执行元件以后，根据设备的共组特点和工作要求确定对主要性能起决定性影响的主要回路，机械手液压系统主要有针对伸缩运动，升降运动和回转运动的三个主要运动回路。
2.3.3.对以上的液压元件和液压回路进行综合
液压回路的综合就是把选择的液压回路放在一起，进行归并整理，增加必要的液压元件和辅助回路，确定完整的液压传动系统。同时注意：a.尽量简化系统机构，减少不必要的液压元件使用；b.保证整个液压系统运动动作的可靠，安全，没有元件与机构之间的相互干涉问题的存在；c.尽可能的去提高系统的工作效率，减少不必要的功耗的浪费；d.尽可能采用标准通用的液压元件。
综合以上的动作，原理以及元件，绘制液压系统原理图。下图为本机械手液压系统的工作原理图：
图 5 上下料机械手液压系统的工作原理图 （注：上图中的s1，s2，s3，s4，s5，s6，s7为行程控制开关）
2.4 根据整个系统的液压元件需求选择标准的液压元件
机械手液压系统的主要液压元件选择包括：油箱，滤油器，油泵，溢流阀，减压阀，单向阀，电磁换向阀，单向节流阀，以及相应的电器开关等
2.5 液压缸尺寸的确定及安全强度的校核
根据设计的参数要求，确定合理的液压缸尺寸
2.5.1.伸缩液压缸的设计计算
由于工件相对于整个系统较小，并且工件运动为水平运动垂直于重力方向和摩擦力方向，所以对于运动过程来说负载较小，故不进行负载分析。
伸缩液压选择单杆式活塞缸
工作行程为500mm
由于此工业机械手属于小型的工程机械，故选初始压力 P=10Mpa
试取 q=30L/min
V1=100mm/s （活塞伸出的速度）
V2=130mm/s （活塞缩回的速度）
则：A = q / V1 = 50 cm2
1D 80mm =
由于22212211
V A D D V A D -==进偏故2D =40mm 取标准CHSG01-01/De 速比1.337
1D =80mm 2D =40mm
2.5.2 工作腔面积2
111164
A D ππ== 2
22121124
A D D ππ=-= 2.5.3 活塞稳定性较核
活塞工作总行程S=500mm 活塞杆直行2D =40mm
e/d=500/400=12.5 10 需进行稳定性校核
由材料力学中有关公式，根据液压缸一端支承一端
链取末端数据2ψ=2 活塞杆选用普通碳钢，则：
材料强度实验值f=4.9?810Pa ，
1ψ
=85
104
k d γ=
==
因为5005012010k l ψγ=== 所以它的载荷2251()k k A F l αψγ=+ 当取安全系数为k n =4时
492356672k k
F N n = 所以满足稳定性要求 则对于伸缩而言 则取缸径1D =80mm
杆半径2D =40mm
求液压缸流量：
111600100502.4q AV mm π=?=进
221213490q AV ml π==?=退
2.摆动缸计算
回转角度090α=
液压缸和工作压力110P MPa = 则输出压力20P =
取q=30L/min
故取b=30mm 2R =70mm 1R = 50mm
1
41122() 3.610.R r R T b P P rd N m T =-=?≥? 故可驱动基于手臂的回转运动
3.升降机构设计计算
由于手臂伸缩机构与摆动机构等重量全载与升降机构，故算的
3000G F N ≤
选液压缸工作压力P=10MPa 工作负载L F =2500N
47300031010
F A P -===?
取1D =100mm 2D =50mm
取q=30L/min
3000/60 6.3/63/25q V cm s mm s A π
==== 取V=50mm/s 则耗时约为4s
第三章. 集成块的设计
3.1设计分析
在整个液压系统中，由于整个系统由若干个液压阀有机组合在一起的，各个液压阀之间的连接方式主要有：管式连接，板式连接，集成式连接。集成式连接又可以分为集成块式连接，叠加阀式连接，插装锥阀式连接。
由于管式连接结构分散，尤其对于复杂的液压系统，占据空间很大，管路交错，接头较多，装卸维修困难，并且在接头处容易造成油液的泄露与空气的渗入，有时会产生噪音和震动。
板式连接一般油管较多，而且易在两板之间形成间隙，出现漏油，串腔等问题。而集成块式连接是集成式连接中的一种，即借助于集成块把标准式的板式连接的液压元件连接起来，它是一种代替管路把元件连接起来的六面连接体，在连接体内根据各控制油路设计出需要的油路通道，液压阀装在集成块周围。集成块的上下面是块与块的结合面，在结合面上加工有相同位置的压力油孔P ，回油孔T ，泄露油孔L ，以及安装螺栓孔。集成块与装在周围的阀类元件之间组成一个集成块组，可以完成一定典型回路的功能。将所有的集成块组叠加在一起，就可以构成整个集成块式的液压传动接系统。
在所有的集成块组的下面应该有底板结构，底板上有压力油孔P ，回油孔T ，泄露油孔L 等，通过底板来实现集成块组与油泵和油箱的连接，在所有的集成块组上面还应该有顶盖结构，在顶盖上可以安装压力表开关，以便于测量系统中各连接点或者某一油路的压力情况，这种集成方式的优点是它的机构紧凑，占地面积小，易于装卸和维修，并且具有标准化和系列化产品。以选用组合，因而被广泛用于各种中高压液压系统和各种中低压液压系统中，但是对于它的设计，工作量比较大，加工工艺复杂，不能任意修改等缺点。
下面就简单的集成块举一个例子。包括三维造型的线形结构和实体结构。（如下图）
图6 集成块三维造型的线形结构
图7 集成块的三维实体造型
3.2根据具体的要求进行设计计算
上下料用的机械手液压系统的集成块设计系统见集成块装配图，它包括地板块，升降机构控制集成块，回转机构控制集成块，伸缩机构控制集成块以及顶盖等五个集成块组成。
下面针对整个系统中的伸缩缸液压控制回路集成块为例子，具体说明整个集成块的设计计算过程：
为了能满足整个循环的工作要求，则该回路共需四个液压元件，有相关手册查得它们的型号和规格，以及安装底板在安装这些元件时候应考虑的油孔的相对位置情况等
a．减压阀
型号：JF3-10B
通径：Φ10
连接底板标准：GB8100-AG-06-2-A
外型尺寸：84mm*61mm
安装螺栓孔和油孔的相对位置如下：
b．单向阀
型号：AJ-H10B
通径：Φ10
AJ型直角单向阀板式连接
外型尺寸：60mm*90mm
安装螺栓孔和油孔的相对位置如下：
c．三位四通电磁换向阀
弹簧对中型代号O
型号：34- H10B
通径：Φ10
规格：流量40 L/min
公称压力31.5 Mpa
换向频率60次/min
电压AC 220V 50Hz ±10%
DC 12V 24V ±10% 功耗AC 40W
DC 42W
安装螺栓孔和油孔的相对位置如下：d．单向节流阀
型号：L -H10
板式连接
通径：Φ10
外型尺寸：130mm*90mm
安装螺栓孔和油孔的相对位置如下：
3.3 下面为集成块的设计步骤
1．根据上面查得的标准，做液压元件样板，根据阀的油孔和外型尺寸确定液压集成块的外型尺寸，以及阀体在集成块某一面上所占的空间。
2．确定通道的孔径，集成块上的公用通道，即压力油孔P，回油孔T，泄露油孔L，以及四个安装孔，压力油孔由液压泵流量决定，本回路流量约为30 L/min
则取压力油孔的孔径为Φ12mm，回油孔和泄露油孔也取孔径为Φ12mm。
直接与液压元件连接的液压油孔由选定的液压元件规格确定，由于所选液压阀的通径都为Φ10mm，则统一取孔径为Φ12mm，方便加工。而孔与孔之间的连接孔（即工艺孔）也取Φ12，并且要求用螺塞在集成块表面堵死，不允许堵孔用的螺塞对其他的液压元件和结合面有干涉作用。
3．集成块上液压元件的布置，把做好的液压元件样板在集成块各个视图上进行布局，有的液压元件需要连接板，则样板以连接板为准。
在布局时应该避免电磁换向阀两端的电磁铁与其他部分或元件想干涉，液压元件的布置应以在集成块上加工的孔最少为最佳。如图5所示，孔道相通的液压元件应该尽可能布置在同一水平面上，或在直径d的范围内（如图5 a），
否则要钻中间油孔（如图5 b，c），不通油孔之间的最小壁厚h必须进行强度校核（如图5 d）。
液压元件在水平上的孔道若与公共油孔相通，则应尽可能地布置在同一垂直位置或在直径d的范围（如图5 a，b），否则要钻中间孔道（如图6 c），集成块前后与左右连接的孔道应相互垂直，不然也要钻中间孔道（如图6 d）。
设计专用集成块时，要注意其高度应该比装在其上的液压元件最大横向尺寸大，以避免上下集成块上的液压元件相互干涉，影响集成块组之间的紧固问题。
图8 液压元件在垂直面内的孔道关系
4．集成块上液压元件布置程序。电磁换向阀布置在集成块的前面和后面，先布置垂直位置，后布置水平位置，要避免电磁换向阀的固定螺孔与阀口通道、集成块固定螺孔相通。液压元件泄漏孔可考虑与回油孔合并。水平位置孔道可分为三层进行布置。根据水平孔道布置的需要，液压元件可以上下左右移动一段距离，具体可参见图6。溢流阀的先导阀部分可伸出集成块外，有的元件如单向阀，可以横向布置。
图9 液压元件在水平面内的孔道关系
由于集成块内部油道很多，而且连接方式比较复杂，这样就给内部孔道的设计和校核带来了一定的麻烦。在做整个集成块设计的过程中首先要了解整个液压回路所需要的液压元件，然后考虑合适的结构布局，在外观上，尽量避免在一个面上安装两个多个占地面积比较大的液压元件，这样会给集成块内部孔道的设计带来很多麻烦，还有要注意液压元件
外型上的干涉问题，有的液压元件基本参数的调节要靠手动来完成，也就是说在液压元件的外型空间以外有足够的空间，从而实现对它的调节。在内部孔道设计上，要注意如图8和图9中要注意的情况。就拿
来说，首先确定压力油孔P，回油孔T，泄露油孔L和连接螺栓孔的位置，然后选择液压回路需要的液压元件：减压阀，单向控制阀，三位四通电磁换向阀和节流阀等，首先放置减压阀的底面模板于集成块一面，在放置的过程中要注意使减压阀的进油孔道与压力油孔P连接方式要尽可能简单并且容易加工，然后考虑减压阀的出油孔道加工深度，综合考虑单向阀的孔道位置关系，在合适的减压阀外部空间以外放置单向阀的底板模型，确定单向阀的孔道位置，同时要考虑整个液压回路各个液压元件之间的孔道连接关系综合考虑孔道的设计。之后在集成块另一表面放置电磁换向阀，孔道设计同样要考虑加工简单，结构合理，外型布局合理等因素，然后在一面放置节流阀，设计过程同上。
然后综合考虑孔道以及外型关系，确定合理的液压集成块的合理尺寸，以及内部孔系结构。
3.4 液压集成块的加工工艺
随着液压系统向高压化，高精度化发展，系统的结构型式也向着集成化的方向发展，在这种趋势下尤其显示出液压集成块的优越性。
集成块加工质量的好坏直接影响到系统和设备的工作性能。集成块在设计时应合理布置油道，尽可能节省工艺孔。
集成块的选料：当工作压力<6.3Mpa时，集成块可以采用铸铁HT20-40，推荐相邻孔间距δ=5mm；工作压力>=6.3Mpa时，集成块可以采用45#或35#钢材锻件或厚板材，且相邻孔间距δ为6～7mm。
集成块的加工工艺过程为：
1）下料一般每边至少留2mm以上的加工余量；
2）铣六面每边留0.2～0.4mm磨量；
3）磨六面至图纸尺寸保证两对应面不平行度不大于0.03mm，两相邻面垂直度小于0.05mm；
4）钳划线并钻各孔，表面精确度Ra=12.5um。对孔径适宜需要者，可攻丝。钻孔遇有相交时应考虑油液流动方向，避免产生涡流和冲击性震动，如图7所示；
5）车对需要镗孔或车螺纹的各孔进行车（镗）加工；
6）钳去除毛刺铁屑，保证清理干净。目前针对不同形状的零件和不同的材质以及
部位已经有多种不同的去毛刺方法和设备，针对集成块主要有以下两种方法：a）.
震动式去毛刺，主要用于精加工前，热处理后进行去毛刺处理，除锈，除氧化皮
及锐边倒角处理；b）柔性毛刷去毛刺，针对集成块加工中各个油孔，台阶孔，
直角棱边出现的毛刺，在精加工后使用毛刷进行光整，加工效果好；
7）焊堵焊工艺孔并且打磨平整。可用螺塞堵孔，堵塞和工艺孔的过盈量在0.02～
0.04mm之间，堵塞和孔均留45度的焊接坡口，坡口深3mm，焊接牢固，不得有
裂缝，磨平焊渣，也可以用螺塞加密封垫圈旋紧堵住工艺孔，注意外型不要对其
他的元件干涉；
8）磨将各个表面磨至所要求的粗糙度要求；
9）清洗对于高精度的集成块，清洗要跟随每一道工序进行，这样才能保证整个元件的清洁度。
10）表面处理镀镉或镀锌
在装配前要进行粗洗和精洗。
1）粗洗主要清除附在零件表面的各种颗粒污染物，腐蚀物，油脂等，常用的方法有：a.洗涤液浸泡，刷洗，冲洗，可以除去灰尘残留颗粒物，油脂等；
b.碱性液浸泡，冲洗，可以除去灰尘，油脂，可溶性金属氧化物；
c.酸性液
浸泡，冲洗，可以除去氧化皮，锈蚀物，有机物和无机物质；d.溶剂浸泡，
刷洗，可以除去油脂，润滑液，有机物等；e.机械清洗，清除表面沾附的污
染物。
2）精洗由于集成块表面清洁度要求极高，所以要进行精洗，精洗的清洁度可以达到表面残留一个分子层的污染物，常用的精洗方法有两种：a）蒸汽浴洗
将被清洗零件放置在加热的溶剂蒸气中，蒸汽在零件表面冷凝从而将污染物
洗去；b）超声波清洗它是一种有效的清洗方法，将集成块浸泡在盛有清洁
溶剂的超声波槽中，利用超声波清除集成块表面的污染物。
装配和试验
加工完所有的零件后，在清洁的环境进行集成块系统的装配，以防止元器件的锈蚀或受环境的污染，装配后的集成块的进出油口用螺塞加组合密封垫圈进行密封。
装配后的产品需要进行压力试验和功能试验，耐压试验需要按国家标准进行，试压时间在10分钟左右，各个接头处不得有油液泄露，不允许有其他异常现象，功能实验根据不同功能要求进行。
第四章液压集成块CAD技术
利用CAD的三维实体造型功能，可以将液压集成块自动设计结果，即集成块外部元件布局和内部孔道布局的集成方案，在CAD图形库中自动生成集成块的三维结构图和装配图，在CAD的三维浏览工具的支持下，可以实现对集成块内部结构图和装配图的多方位，多角度的观察，进而对检验方案结果及优劣程度进行改造。其中，液压集成块三维装配图生成需要液压元件图形库的支持。
在液压集成块设计应用开发中仍拘泥于产品的设计结果信息建模，而在孔道校验绘图软件中，集成块的设计信息转化为数学模型记录到相关描述文件，据此得到集成块的三维几何模型，并生成二维图纸作为设计结果，此外对设计过程建模并无涉足。现在关于集成块CAD的研究开发，不能停留于结果信息建模，而要面向整个设计过程的建模。为此，需要强调完善集成块的设计规范，特别是其设计过程规范，不断完善集成块设计规范和过程建模对液压集成块CAD研究开发的深入是当务之急。
就设计全过程来说，设计师的工作从液压控制系统原理方案分析开始，确定集成范围和目标要求，构思总体部署方案和确定全部元件规格及其安装位置，根据原理要求设计块体孔系，设计师在块体设计中要遵循设计规范与准则，获得集成块装配草图与零件设计草
图，孔道校验和技术文件编制。然而集成块CAD研究开发的目标在于促使设计师发挥创造性，即应用开发应定位于集成块设计的前端。根据过程改进要求获得设计过程规范是过程建模的前提。按照设计及开发能力以及过程改进的方法学框架，逐步建立行之有效的设计规范和设计模型。设计师利用软件高效完成工作的同时，能充分发挥创造潜力，完成工作的创造性部分，即为集成块CAD研究开发的最高目标。明确这一目标，液压集成块CAD 研究开发任务也就明确了。
液压集成块CAD应用软件将能自动生成与获得最优的布局不孔集成方案。实现了液压集成块布局孔集成方案的自动优化设计。利用该软件用户只需要输入液压原理图所提供的液压元件及其元件之间的连通关系，则计算机自动完成中间的处理过程，包括液压元件在集成块体上的布局定位，实时干涉校核下的孔道自动连通，连通方案的目标评价和布局方案的自动调整等步骤。最后形成集成块的布局布孔最优方案。在优化设计过程中，需要以下几项数据：1.元件的外型尺寸，用于装配时进行外型干涉校核 2.元件底版孔系数据，包括元件底版上各油孔，螺纹孔等的坐标位置和孔道大小，以及深度要求和安装精度要求等 3.元件本身属性，包括元件装配的优先面，优先角度等
液压集成块的CAD的研究与开发已为液压工程设计提供了有力的支持，但其发展潜力还没有充分发掘。由于液压集成块的高附价值，液压集成块CAD技术的应用开发不但能够满足个别企业液压集成块的专业急需，同时也有望走上商品化专业软件市场。对液压集成块CAD技术的研究开发提出全面的商品化，工程化要求并采取有效的方法学，技术和工具，将液压集成块CAD技术应用软件推向用户市场是液压集成块CAD领域的重要工作。
本科毕业设计(论文) 题目：多自由度机械手设计 系别：机电信息系 专业：机械设计制造及其自动化 班级： 学生： 学号： 指导教师： 2013年4月
本科毕业设计(论文) 题目：多自由度机械手设计 系别：机电信息系 专业：机械设计制造及其自动化 班级： 学生： 学号： 指导教师： 2013年4月
多自由度机械手设计 摘要 随着现代科学技术的发展，机器人技术越来越受到广泛关注，在工业生产日益现代化的今天，机器人的使用变得越来越普及。因此，对于机器人技术的研究也变得越来越迫切，尤其是工业机器人方面。本论文作者针对这一领域，设计了一款液压机械机械手，该机器人拥有五个自由度。首先，作者针对该机器人的设计要求，对结构设计选择了一个最优方案，对关键零件设计并进行校核。 本课题是一个机械、液压紧密的实用性项目，文中对机械手机械结构的设计、液压系统的设计。最后，总结了全文，指出了机械手的改进措施、应用前景和发展方向。 关键词：机械手；液压系统；五个自由度
Many degrees of freedom manipulator design Abstract With the development of modern science and technology, the robot technology has been paid more and more attention, in an increasingly modernized industrial production, the use of robots is becoming more and more popular. Therefore, the research of robot technology becomes more and more urgent, especially industrial robots. The author of this thesis in this field, design of a hydraulic mechanical manipulator, the robot has five degrees of freedom. First of all, the author according to the requirement of the design of this robot, an optimal scheme of the structure design of the selection, the design of key parts and checked. This topic is a mechanical, hydraulic close practical project, design of mechanical design, mechanical structure of the hydraulic system of the mobile phone in. Finally, summarized the full text, points out the improvement measures, manipulator application prospect and development direction. Keywords: manipulator; hydraulic system; five degrees of freedom
题目: 工业机械手设计 （液压驱动设计） 姓名: 学院: 工学院 专业: 机械设计制造及其自动化 班级: 机自12班 学号: 3041207 指导教师: 丁兰英职称: 讲师 200 5 年6月8 日 南京农业大学教务处制 目录 摘要 (1) 关键词 (1) Abstract (1) Key words (1)
引言 (2) 1.机械手设计要求分析 (3) 1.1 设计目的和要求 (3) 1.2机械手简介与分析 (3) 2. 液压系统设计 (3) 2.1确定工作循环周期 (4) 2.2工况分析 (4) 2.3拟订液压系统工作原理图 (4) 2.4选择标准的液压元件 (5) 2.5 液压缸尺寸的确定及安全强度的校核 (5) 3. 集成块设计 (7) 3.1设计分析 (7) 3.2设计计算 (8) 3.3设计步骤 (10) 3.4液压集成块加工工艺 (12) 4. 液压集成块 CAD技术 (13) 总结 (15) 致谢 (15) 参考文献 (16) 工业机械手液压系统设计 机械设计制造及其自动化专业李刚 指导老师丁兰英 摘要：本文主要介绍了上下料用机械手的设计过程，它包括了对于整个系统的工作要求和情况的分析，通过系统的工作过程确定整个液压系统的结构设计。分析整个循环过程，确定系统工作原理图，根据系统参数要求选择标准的液压元件，完成液压系统的装配图。液压集成块作为现在液压系统的主要部件，当前液压集成块应用开发受到了国内外液压界的广泛重视，液压集成块的CAD的研究与开发已为液压工程设计提供了有力的支持，在对机械手液压系统集成块设计过程中，能够与实际的加工工艺相结合。并且对现在的液压集成块的CAD技术有很好的认识。 关键词：工业机械手，驱动，集成块，原理 Design of The Industry Manipulator
开题报告
目录 摘要............................................................................................................................................................... ４Abstract ......................................................................................................................................................... ６引言............................................................................................................................................................... ７第一章机械手设计要求分析..................................................................................................................... ７ 1.1 设计目的和要求........................................................................................................................... ７ 1.2.机械手简介与分析....................................................................................................................... ７第二章液压系统设计............................................................................................................................... ８ 2.1. 根据工作要求确定一个工作循环周期的运动过程 ................................................................. ８ 2.2 据工作循环过程确定系统工况分析图，确保工作运动中的动作连续性 ................................ ９ 2.3 拟订液压系统的工作原理图........................................................................................................ ９ 2.4 根据整个系统的液压元件需求选择标准的液压元件 ............................................................ １０ 2.5 液压缸尺寸的确定及安全强度的校核 .................................................................................. １０第三章. 集成块的设计............................................................................................................................ １２ 3.1设计分析..................................................................................................................................... １２ 3.2 根据具体的要求进行设计计算............................................................................................... １３ 3.3 下面为集成块的设计步骤........................................................................................................ １５ 3.4 液压集成块的加工工艺.......................................................................................................... １７第四章液压集成块CAD技术............................................................................................................... １８结束语....................................................................................................................................................... ２０致谢........................................................................................................................................................... ２１参考文献................................................................................................................................................... ２２
摘要 本次设计的多功能机械手为液压通用机械手，主要由手爪、手腕、手臂、机身、机座等组成，具备上料、翻转和转位等多种功能，并按自动线的统一生产节拍和生产纲领完成以上动作。本机械手机身采用机座式，自动线围绕机座布置，其坐标形式为圆柱坐标式，具有立柱旋转、手臂伸缩、腕部转动和腕部摆动等4个自由度；驱动方式为液压驱动，利用油缸、齿轮、齿条实现直线运动；利用油缸与齿轮、齿条或链条实现回转运动。液压驱动的优点是压力高、体积小，出力大，动作平缓，并能在中间位置停止。本次设计的机械手能对不同物体完成多种动作。 关键词：机械手；圆柱坐标；液压驱动
Abstract The design of multi-manipulator hydraulic manipulator general, mainly by the gripper, wrist, arm, body, base etc., with the material, flip, and a variety of functions such as translocation, in accordance with the unified autom ated production line beat and production program have done so. This machine adopts the base-type mobile phone, automatic wire around the base layout, its coordinates in the form of cylindrical coordinate type, with column rotation, arm stretching, wrist rotation and wrist swing and so four degrees of freedom; drive mode for the hydraulic drive, use fuel tank, gear, rack to achieve linear motion，use of tanks and gear, rack or chain to achieve rotary motion. Hydraulic drive has the advantage of high pressure, small size, contribute to a large, gentle movement and can stop in the middle. The design of the robot can complete a variety of different objects in action. Keywords: mechanical hand; cylindrical coordinate; fluid power drive
（机械制造行业）液压机 械手
机械手的组成 机械手主要由执行机构、驱动系统、控制系统以及位置检测装置等所组成。各系统相互之间的关系如方框图2-1所示。 机械手的组成方框图 (一)执行机构 包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的还增设行走机构。 1、手部 即与物件接触的部件。由于与物件接触的形式不同，可分为夹持式和吸附式手部。 夹持式手部由手指(或手爪)和传力机构所构成。手指是与物件直接接触的构件，常用的手指运动形式有回转型和平移型。回转型手指结构简单，制造容易，故应用较广泛。平移型应用较少，其原因是结构比较复杂，但平移型手指夹持圆形零件时，工件直径变化不影响其轴心的位置，因此适宜夹持直径变化范围大的工件。 手指结构取决于被抓取物件的表面形状、被抓部位(是外廓或是内孔)和物件的重量及尺寸。常用的指形有平面的、V形面的和曲面的:手指有外夹式和内撑式;指数有双指式、多指式和双手双指式等。 而传力机构则通过手指产生夹紧力来完成夹放物件的任务。传力机构型式较多，常用的有:滑槽杠杆式、连杆杠杆式、斜面杠杆式、齿轮齿条式、丝杠螺母弹簧式和重力式等。 吸附式手部主要由吸盘等构成，它是靠吸附力(如吸盘内形成负压或产生电磁力)吸附物件，相应的吸附式手部有负压吸盘和电磁盘两类。
对于轻小片状零件、光滑薄板材料等，通常用负压吸盘吸料。造成负压的方式有气流负压式和真空泵式。 对于导磁性的环类和带孔的盘类零件，以及有网孔状的板料等，通常用电磁吸盘吸料。电磁吸盘的吸力由直流电磁铁和交流电磁铁产生。 用负压吸盘和电磁吸盘吸料，其吸盘的形状、数量、吸附力大小，根据被吸附的物件形状、尺寸和重量大小而定。 此外，根据特殊需要，手部还有勺式(如浇铸机械手的浇包部分)、托式(如冷齿轮机床上下料机械手的手部)等型式. 2、手腕 是连接手部和手臂的部件，并可用来调整被抓取物件的方位(即姿势)。 3、手臂 手臂是支承被抓物件、手部、手腕的重要部件。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指定的位置. 工业机械手的手臂通常由驱动手臂运动的部件(如油缸、气缸、齿轮齿条机构、连杆机构、螺旋机构和凸轮机构等)与驱动源(如液压、气压或电机等)相配合，以实现手臂的各种运动。 手臂可能实现的运动如下: 手臂在进行伸缩或升降运动时，为了防止绕其轴线的转动，都需要有导向装置，以保证手指按正确方向运动。此外，导向装置还能承担手臂所受的弯曲力矩和扭转力矩以及手臂回转运动时在启动、制动瞬间产生的惯性力矩，使运动部件受力状态简单。 导向装置结构形式，常用的有:单圆柱、双圆柱、四圆柱和V形槽、燕尾槽
第5章机械手手部的设计计算 5.1 手部设计基本要求 （1）应具有适当的夹紧力和驱动力。应当考虑到在一定的夹紧力下，不同的传动机构所需的驱动力大小是不同的。 （2）手指应具有一定的张开范围，手指应该具有足够的开闭角度（手指从张开到闭合绕支点所转过的角度）?γ，以便于抓取工件。 （3）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，尽可能使结构紧凑、重量轻，以利于减轻手臂的负载。 （4）应保证手抓的夹持精度。 5.2 典型的手部结构 （1）回转型包括滑槽杠杆式和连杆杠杆式两种。 （2）移动型移动型即两手指相对支座作往复运动。 （3）平面平移型。 5.3机械手手抓的设计计算 5.3.1选择手抓的类型及夹紧装置 60，本设计平动搬运机械手的设计，考虑到所要达到的原始参数：手抓张合角γ?=0 夹取重量为0.5Kg。常用的工业机械手手部,按握持工件的原理,分为夹持和吸附两大类。吸附式常用于抓取工件表面平整、面积较大的板状物体,不适合用于本方案。本设计机械手采用夹持式手指,夹持式机械手按运动形式可分为回转型和平移型。平移型手指的张开闭合靠手指的平行移动,这种手指结构简单, 适于夹持平板方料, 且工件径向尺寸的变化不影响其轴心的位置, 其理论夹持误差零。若采用典型的平移型手指, 驱动力需加在手指移动方向上,这样会使结构变得复杂且体积庞大。显然是不合适的，因此不选择这种类型。 通过综合考虑，本设计选择二指回转型手抓，采用滑槽杠杆这种结构方式。夹紧装置选择常开式夹紧装置。
5.3.2 手抓的力学分析 下面对其基本结构进行力学分析：滑槽杠杆 图3.1（a ）为常见的滑槽杠杆式手部结构。 (a) (b) 图5.1 滑槽杠杆式手部结构、受力分析 1——手指 2——销轴 3——杠杆 在杠杆3的作用下，销轴[GB/T882-2000]2向上的拉力为F ，并通过销轴中心O 点，两手指1的滑槽对销轴的反作用力为F 1和F 2，其力的方向垂直于滑槽的中心线1oo 和2oo 并指向o 点，交1F 和2F 的延长线于A 及B 。 由x F ∑=0 得 12F F = y F ∑=0 得 12cos F F α = '11F F =- 由1o ∑()F =0 得b F h F N ?=?'1 cos a h α= N F a b F ?=α2cos 2 （3.1）
课程设计说明书 课程名称：机床电气控制技术 设计题目：机械手液压系统设计 专业：机械设计制造及其自动化班级：0804学生姓名: 覃潇潇学号: 0812110427 指导教师:吴吉平 湖南工业大学科技学院教务部制 2011年6月19日
目录 第一章前言 (4) 第二章确定对液压系统的工作要求 (5) 第三章拟定液压系统原理图 (6) 3.1液压系统原理图 (6) 3.2液压系统电磁铁动作顺序表 (7) 3.3液压系统工作原理 (8) 3.4液压系统特点分析 (11) 3.5电气系统原理图 (12) 3.6电气系统工作原理 (13) 3.7电气系统特点分析 (17) 第四章系统性能的验算 (18) 4.1系统的压力损失验算 (18) 4.2系统的温升验算 (18) 4.3系统的其它验算 (18) 第五章心得体会 (19) 第六章参考文献 (20)
[摘要] 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。本篇介绍的工业机械手属圆柱坐标式、全液压驱动机械手。本篇根据液压系统设计的一般程序，分四步详细地介绍了工业机械手液压系统设计过程，其中第3步拟定液压系统原理图是重点。 [关键词] 机械手液压电气
第一章前言 工业机械手的技术参数是说明机械手规格与性能的具体指标，一般有以下几个方面： ⑴握取重量。握取重量标明了机械手的负载能力。这项参数与机械手的运动速度有关，通常指正常运行速度所握取的工件重量。 ⑵运动速度。运动速度是反映机械手性能的一项重要技术参数。它与机械手握取重量、定位、精度等参数都有密切关系，同时也直接影响机械手的运动周期。 ⑶自由度。确定工业机械手的手部在运动空间的位置和姿态的、独立的变化参数就是工业机械手的自由度。自由度越多，其动作越灵活，适应性越强，但结构也相应越复杂。一般具有4～6个自由度即满足使用要求。 ⑷定位精度。定位精度即重复定位精度，是衡量机械手工作质量的又一项重要指标。定位精度的高低取决于位置控制方式以及运动部位本身的制造精度和刚度，与握取重量、运动速度等也有密切关系。
**学校 学士学位论文液压机械手臂设计 姓名： 学号： 指导教师： 学院： 专业： 完成日期：
**学校 学士学位论文液压机械手臂设计 姓名： 学号： 指导教师： 学院： 专业： 完成日期：年月日
摘要 机械手手臂的作用是连接机械手手腕、带动带动机械手手指去抓取物件，并按程序要求将其搬运到空间指定的位置，机械手手臂广泛的应用在工业制造中，对提高工作效率和自动化水平具有重要意义。本文介绍了机械手手臂的功能、机械手手臂的组成、结构及其分类，其驱动方式、控制方式及其国内外发展状况。并对机械手手臂进行了总体方案设计，确定了机械手手臂自由度及其坐标形式，确定了机械手手臂的重要技术参数等。同时，计算出机械手手臂升降液压缸驱动力和手臂回转液压缸驱动力矩并且确定液压缸的重要参数。 设计出了机械手手臂的液动系统，绘制了机械手手臂液动系统工作原理图。利用可编程序控制器对机械手手臂进行控制，根据机械手的工作流程制定了可编程序控制器的控制方案，画出了机械手手臂梯形图，并编制了可编程序控制器的控制程序。 关键词：机械手手臂液压驱动 PLC控制
Abstract In this paper, the mechanical hand the overall scheme design, the manipulator to determine the coordinates of the types and degrees of freedom, determine the technical parameters of the manipulator. At the same time, respectively, the design of the manipulator clamping type hand structure and adsorption type structure of hand; designed the structure of robot wrist, the wrist to calculate the rotation of the driving torque required and a rotary cylinder driving torque; the design of the manipulator arm structure, design of the telescopic arm, a lifting hydraulic buffer and the arm rotary hydraulic buffer. The manipulator uses PLC to control.The paper institutes two controls chemes of PLC acordine to the work flow of the manipulator.The paper draws out the work time sequence chart and the trapezia chart.What’s more,the paper work out the control program of the PLC. Keywords: mechanical hand, liquid pressure drive，PLC
目录 摘要 (1) 第一章机械手设计任务书 (1) 1.1设计目的 (1) 1.2本课题的内容和要求 (2) 第二章抓取机构设计 (3) 2.1手部设计计算 (3) 2.2腕部设计计算 (5) 2.3臂伸缩机构设计 (7) 第三章液压系统原理设计及草图 (12) 3.1手部抓取缸 (12) 3.2腕部摆动液压回路 (13) 3.3小臂伸缩缸液压回路 (13) 3.4总体系统图 (14) 第四章机身机座的结构设计.................................................... 错误！未定义书签。 4.1电机的选择................................................................................... 错误！未定义书签。 4.2减速器的选择 ............................................................................... 错误！未定义书签。 4.3螺柱的设计与校核........................................................................ 错误！未定义书签。第五章机械手的定位与平稳性................................................ 错误！未定义书签。 5.1常用的定位方式 ........................................................................... 错误！未定义书签。 5.2影响平稳性和定位精度的因素..................................................... 错误！未定义书签。 5.3机械手运动的缓冲装置 ................................................................ 错误！未定义书签。第六章机械手的控制 (16) 第七章机械手的组成与分类 (18) 7.1机械手组成 (18) 7.2机械手分类................................................................................... 错误！未定义书签。参考资料 (25)
液压传动机械手的设计 机械设计制造及其自动化指导老师： 摘要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、PLC控制系统原理图。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；在PLC控制回路中，采用的PLC类型为FX2N，当按下连续启动后，PLC按指定的程序，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。 关键词机械手、液压、控制回路、PLC
The design of the hydraulic manipulator Machine Design & Manufacture and Automation Instructor : Abstract The design of hydraulic drive manipulator movements under the provisions of the order ，use the basic theory, basic knowledge and related mechanical design expertise comprehensively to complete the design，and drawing the necessary assembly, hydraulic system map, PLC control system diagram . Manipulator mechanical structure using tanks, screw ,guide tubes and other mechanical device component ；In the hydraulic drive bodies ，manipulator arm stretching using telescopic tank ，rotating column of tanks used rack ，manipulator movements using tank movements ，the column takes the horizontal movement of tanks ；The PLC control circuit use the type of FX2N PLC .When pressed for commencement ，PLC in accordance with the prescribed procedures ，through the control of the solenoid valve to control the switch manipulator corresponding moves cycle ，after press the row stop button , the manipulator complete a cycle of action to stop after the hole campaign. The design of the proposed development of the information on the manipulator can grasp up in space objects ，flexible and varied movements ，can replace the artificial heat and dangerous operation conducted operations，and can grasp the larger workpieces . Keywords Manipulator 、Hydraulic、Control Loop 、PLC
机械手的组成 机械手主要由执行机构、驱动系统、控制系统以及位置检测装置等所组成。各系统相互之间的关系如方框图2-1所示。 机械手的组成方框图 (一)执行机构 包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的还增设行走机构。 1、手部 即与物件接触的部件。由于与物件接触的形式不同，可分为夹持式和吸附式手部。 夹持式手部由手指(或手爪)和传力机构所构成。手指是与物件直接接触的构件，常用的手指运动形式有回转型和平移型。回转型手指结构简单，制造容易，故应用较广泛。平移型应用较少，其原因是结构比较复杂，但平移型手指夹持圆形零件时，工件直径变化不影响其轴心的位置，因此适宜夹持直径变化范围大的工件。 手指结构取决于被抓取物件的表面形状、被抓部位(是外廓或是内孔)和物件的重量及尺寸。常用的指形有平面的、V形面的和曲面的:手指有外夹式和内撑式;指数有双指式、多指式和双手双指式等。 而传力机构则通过手指产生夹紧力来完成夹放物件的任务。传力机构型式较多，常用的有:滑槽杠杆式、连杆杠杆式、斜面杠杆式、齿轮齿条式、丝杠螺母弹簧式和重力式等。 吸附式手部主要由吸盘等构成，它是靠吸附力(如吸盘内形成负压或产生电磁力)吸附物件，相应的吸附式手部有负压吸盘和电磁盘两类。
对于轻小片状零件、光滑薄板材料等，通常用负压吸盘吸料。造成负压的方式有气流负压式和真空泵式。 对于导磁性的环类和带孔的盘类零件，以及有网孔状的板料等，通常用电磁吸盘吸料。电磁吸盘的吸力由直流电磁铁和交流电磁铁产生。 用负压吸盘和电磁吸盘吸料，其吸盘的形状、数量、吸附力大小，根据被吸附的物件形状、尺寸和重量大小而定。 此外，根据特殊需要，手部还有勺式(如浇铸机械手的浇包部分)、托式(如冷齿轮机床上下料机械手的手部)等型式. 2、手腕 是连接手部和手臂的部件，并可用来调整被抓取物件的方位(即姿势)。3、手臂 手臂是支承被抓物件、手部、手腕的重要部件。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指定的位置. 工业机械手的手臂通常由驱动手臂运动的部件(如油缸、气缸、齿轮齿条机构、连杆机构、螺旋机构和凸轮机构等)与驱动源(如液压、气压或电机等)相配合，以实现手臂的各种运动。 手臂可能实现的运动如下: 手臂在进行伸缩或升降运动时，为了防止绕其轴线的转动，都需要有导向装置，以保证手指按正确方向运动。此外，导向装置还能承担手臂所受的弯曲力矩和扭转力矩以及手臂回转运动时在启动、制动瞬间产生的惯性力矩，使运动部件受力状态简单。 导向装置结构形式，常用的有:单圆柱、双圆柱、四圆柱和V形槽、燕尾槽等导向型式。
第5章机械手手部的设计计算 5、1 手部设计基本要求 (1) 应具有适当的夹紧力与驱动力。应当考虑到在一定的夹紧力下,不同的传动机构所需的驱动力大小就是不同的。 (2) 手指应具有一定的张开范围,手指应该具有足够的开闭角度(手指从张开到闭合绕支点所转过的角度)?γ,以便于抓取工件。 (3) 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,尽可能使结构紧凑、重量轻,以利于减轻手臂的负载。 (4) 应保证手抓的夹持精度。 5、2 典型的手部结构 (1) 回转型包括滑槽杠杆式与连杆杠杆式两种。 (2) 移动型移动型即两手指相对支座作往复运动。 (3)平面平移型。 5、3机械手手抓的设计计算 5、3、1选择手抓的类型及夹紧装置 60,夹本设计平动搬运机械手的设计,考虑到所要达到的原始参数:手抓张合角γ?=0 取重量为0、5Kg。常用的工业机械手手部,按握持工件的原理,分为夹持与吸附两大类。吸附式常用于抓取工件表面平整、面积较大的板状物体,不适合用于本方案。本设计机械手采用夹持式手指,夹持式机械手按运动形式可分为回转型与平移型。平移型手指的张开闭合靠手指的平行移动,这种手指结构简单, 适于夹持平板方料, 且工件径向尺寸的变化不影响其轴心的位置, 其理论夹持误差零。若采用典型的平移型手指, 驱动力需加在手指移动方向上,这样会使结构变得复杂且体积庞大。显然就是不合适的,因此不选择这种类型。 通过综合考虑,本设计选择二指回转型手抓,采用滑槽杠杆这种结构方式。夹紧装置选择常开式夹紧装置。
5、3、2 手抓的力学分析 下面对其基本结构进行力学分析:滑槽杠杆 图3、1(a)为常见的滑槽杠杆式手部结构。 (a) (b) 图5、1 滑槽杠杆式手部结构、受力分析 1——手指 2——销轴 3——杠杆 在杠杆3的作用下,销轴[GB/T882-2000]2向上的拉力为F,并通过销轴中心O 点,两手指1的滑槽对销轴的反作用力为F 1与F 2,其力的方向垂直于滑槽的中心线1oo 与2oo 并指向o 点,交1F 与2F 的延长线于A 及B 。 由x F ∑=0 得 12F F = y F ∑=0 得 12cos F F α = '11F F =- 由1o ∑()F =0 得b F h F N ?=?'1 Q cos a h α= N F a b F ?=α2cos 2 (3、1)
电控课程设计 湖南工业大学 资料袋 机械工程学院（系、部）2013 ~ 2014 学年第 1 学期 课程名称机床与电气控制技术指导教师吴吉平职称教授 学生姓名袁聪专业班级机工1105班学号11405700620 题目机械手液压系统控制系统设计 成绩起止日期2014 年 6 月 6 日～2014 年 6 月17 日 目录清单 序号材料名称资料数量备注 1 课程设计任务书 1 2 课程设计说明书 1 3 课程设计图纸 2 2 张 湖南工业大学
课程设计任务书 2013—2014学年第一学期 机械工程学院（系、部）机械工程及其自动化专业机工1105 班课程名称：机床与电气控制技术 设计题目：机械手液压系统控制系统设计 完成期限：自2014 年 6 月 6 日至2014 年 6 月17日共11天 内容及任务一、设计的主要技术参数 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。驱动系统多数采用电液（气）机联合传动。 JS01工业机械手属于圆柱坐标式、全液压驱动机械手，具有手臂升降、伸缩、回转和手腕回转四个自由度。执行机构相应由手部、手腕、手臂伸缩机构、手臂升降机构、手臂回转机构和回转定位装置等组成，每一部分均由液压缸驱动与控制。它完成的动作循环为：插定位销→手臂前伸→手指张开→手指夹紧抓料→手臂上升→手臂缩回→手腕回转180o→拔定位销→手臂回转95o →插定位销→手臂前伸→手臂中停（此时主机的夹头下降夹料）→手指松开（此时主机夹头夹着料上升）→手指闭合→手臂缩回→手臂下降→手腕回转复位→拔定位销→手臂回转复位→待料，泵卸载。 二、设计任务 完成系统的继电器控制原理图、PLC原理图及设计说明书一份,2张图纸. 三、设计工作量 电气图2~3张，说明书不少于8000字 进度安排起止日期工作内容 6.6 讲解设计目的、要求、方法，任务分工 6.7 根据指导书和任务书要求确定控制系统的输入输出点数、类型，确定输入、 输出设备及元器件种类、数量，初步选定PLC型号 6.10 根据指导书和任务书绘制控制系统工作流程图，确定每个动作实现和解除 必须的条件 6.12 绘制继电器控制原理图、电路计算、元器件选择列表 编制控制系统的PLC控制程序 6.16 编写设计说明书 主要参考资料[1] 银金光刘扬. <<机械设计>>. 清华大学出版社北京交通大学出版社2012 [2] 郁建平.<<机电控制技术>>.北京：可学出版社，2006 [3] 赵大兴编<<工程制图>>高等教育出版社，2004年 指导教师（签字）：年月日系（教研室）主任（签字）：年月日
目录 第一章概述 (4) 1.1机械手的概念和分类 (4) 1.2设计要求 (5) 第二章JS01工业机械手液压系统工作原理及特点 (6) 2.1液压系统的特点 (6) 2.2液压系统的工作原理 (6) 2.3液压系统图及电磁铁动作顺序表 (10) 第三章继电器—接触器控制线路设计 (12) 3.1控制线路的设计遵循的原则及方法 (13) 3.2继电器—接触器控制线路 (15) 3.3低压电器的选择 (19) 第四章可编程控制器PLC控制系统的设计 (23) 4.1可编程控制器的简介及应用 (23) 4.2可编程控制器的特点 (24) 4.3可编程控制器控制系统设计的基本原则 (25) 感言 (29) 参考文献 (30) 第一章概述 1.1机械手的概念和分类
机械手，英文名mechanical hand，是指能模仿人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。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。 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。驱动系统多数采用电液(气)机联合传动。 机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。 机械手通常用作机床或其他机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，一般没有独立的控制装置。有些操作装置需要由人直接操纵，如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为机械手。 1.2设计要求 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。驱动系统多数采用电液（气）机联合传动。 JS01工业机械手属于圆柱坐标式、全液压驱动机械手，具有手臂升降、伸缩、回转和手腕回转四个自由度。执行机构相应由手部、手腕、手臂伸缩机构、手臂升降机构、手臂回转机构和回转定位装置等组成，每一部分均由液压缸驱动与控制。它完成的动作循环为：插定位销→手臂前伸→手指张开→手指夹紧抓料→手臂上升→手臂缩回→手腕回转180o→拔定位销→手臂回转95 o →插定位销→手臂前伸→手臂中停（此时主机的夹头下降夹料）→手指松开（此时主机夹头夹着料上升）→手指闭合→手臂缩回→手臂下降→手腕回转复位→拔定位销→手臂回转复位→待料，泵卸载。 第二章JS01工业机械手液压系统工作原理及特点 2.1 液压系统的特点 该液压系统的特点归纳如下： 1）系统采用了双联泵供油，额定压力为6.3MPa，手臂升降及伸缩时由两个
液压机械手设计毕业设计 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：日期： 指导教师签名：日期： 使用授权说明 本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名：日期：
一、引言 1.1机械 液压通用机械手，就其本质上来说，属于工业机器人的范畴，机器人学是近几十年来迅速发展起来的一门综合学科。它集中了机械工程、电子工程、计算机科学、自动控制以及人工智能等多种学科的最新研究成果，体现了光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领域之一，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）：多数指附属于主机、程序固定的自动抓取、操作装臵（国内一般称作机械手或专用机械手）。如自动线、自动机的上下料，加工中心的自动换到的自动化装臵。 1.2机械手特点、结构与研究意义 1.2.1机器人的特点 机器人的主要特点体现在它的通用性和适应性等方面。 1.通用性 机器人的通用性指具有执行不同功能和完成多样简单任务的实际能力；通用性也意味着，机器人是可变的几何结构。或者说在机械结构上允许机器人执行不同的任务或以不同的方式完成同一工作。 2.适应性 机器人的适应性是指具有对环境的自适应能力，及机器人能够自主执行实现经规划的中间任务，而不管执行过程中所发生的没有预计到的环境变化。 1.2.2机器人的系统结构 一个机器人系统一般由四个相互作用的部分组成，即机械手、环境、任务和控制器。 工业机器人的本体机械系统即为通常的机械手装臵，他由肩、臂、腕、机身或行走机构组成，组合为一个相互依赖的运动机构。 环境即指机器人所处的周围状态，环境不仅由机和条件决定，而且有环境和它所包含的每个事物的全部自然特性决定。 机器人体系结构中的任务一般定义为环境的两种状态（初始状态和目标状态）间的差别，必须用适当的程序语言来描述，并能为计算机所理解。 机器人控制器一般为控制计算机，接收来自传感器的信号，对其进行数据处理，并按照预存信息，即机器人的状态及环境情况等，生成控制信号来驱动机器人的各个关节运动。