机械手设计说明书-毕业设计

Equation Chapter 1 Section 1(1.1)本科毕业设计说明书题目抓件液压机械手设计姓名Design of hydraulic manipulator forgrasping谢百松学号20051103006专业机械设计制造及其自动化指导教师肖新棉职称副教授中国·武汉二○○九年五月分类号密级华中农业大学本科毕业设计说明书抓件液压机械手设计Design of hydraulic manipulator for grasping学生姓名：谢百松学生学号：20051103006学生专业：机械设计制造及其自动化指导教师：肖新棉副教授华中农业大学工程技术学院二○○九年五月目录摘要 (1)关键词 (1)Abstract (1)Key words (1)前言 (2)1.总体方案设计 (2)2.手部设计 (3)2.1 确定手部结构 (4)2.2 手部受力分析 (4)2.3 手部夹紧力的计算 (5)2.4 手抓夹持误差分析与计算 (6)2.5 手部夹紧缸的设计计算 (6)2.5.1 夹紧缸主要尺寸的计算 (6)2.5.2 缸体结构及验算 (7)2.5.3 缸筒两端部的计算 (8)2.5.4 缸筒加工工艺要求 (10)2.5.5 活塞与活塞杆的设计计算 (10)3.臂部设计 (12)3.1 臂部设计基本要求 (12)3.2 臂部结构的确定 (12)3.3 臂部设计计算 (12)3.3.1 水平伸缩缸的设计计算 (12)3.3.2 升降缸的设计计算 (14)3.3.3 手臂回转液压缸的设计计算 (15)4.液压系统设计 (16)4.1 系统参数的计算 (16)4.1.1 确定系统工作压力 (16)4.1.2 各个液压缸流量的计算 (16)4.2设计液压系统图 (17)4.3 选择液压元件 (19)4.3.1泵和电机的选择 (19)4.3.2 选择液压控制阀和辅助元件 (19)4.4根据动作要求编制电磁铁动作顺序表 (20)5.控制系统设计 (21)5.1 确定输入、输出点数，画出接口端子分配图 (21)5.2 画出梯形图 (21)5.3 按梯形图编写指令语句 (23)6. 总结 (24)参考文献 (25)致谢 (26)抓件液压机械手设计摘要机械手是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。

目前液压机械手被广泛应用于工业领域中。

使用机械手，可以实现生产加工的自动化，把人从繁重的体力劳动中解放出来。

使用机械手可稳定和提高产品的质量，提高劳动生产率，降低生产成本。

本次设计要求我们综合运用液压、机械、电控方面的知识，完成液压机械手的设计，包括机械部分、液压系统和PLC控制部分。

机械部分是在力学计算的基础上经过结构分析进行设计，包括手部﹑手臂和机身。

通常机械手的手部要求结构紧凑，重量轻，通用性好，夹持精度高。

臂部则要求刚度好，重量轻，运动速度高，惯性小，动作灵活，位置精度高。

液压系统的设计包括液压系统的计算和液压元件的选用；PLC控制部分包括控制梯形图的绘制及选择控制元件。

关键词液压机械手；液压系统；设计；PLCAbstractManipulator is a sort of automation device which has the function of grasp and transfer workpieces during the automated production. Today hydraulic manipulator is widely used in industry field. It can make the produce process automated and liberate the people from heavy physical labor. It can promote the quality of production and decrease the cost of production. In this design, we should use the knowledge of hydraulic, mechanism and electric control comprehensively to complete the design of hydraulic manipulator, 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 hand, arm and fuselage. Generally the manipu lator’s hand should have four merits: compact structure, light weight, good universal property and high catch precision. Well, the arm should have merits that are good rigidity, light weight, high movement velocity, small inertia and flexible motion. The hydraulic system design including the hydraulic system computation and the selection of hydraulic components; The PLC control system design including plotting the ladder diagram and selecting the control component.Key wordsHydraulic manipulator; hydraulic system; design; PLC前言机械手是在机械化，自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。

它是机器人的一个重要分支。

它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性（王承义，1995）。

在现代生产过程中，机械手被广泛的运用于自动生产线中，机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动，不知疲劳，不怕危险，抓举重物的力量比人手力大的特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用（王希敏，1992）。

机械手在工业生产中应用极为广泛，这主要是因为它具有下列优点：对环境的适应性强，能代替人从事危险有害的工作；持久耐劳，动作准确，可稳定和提高产品生产质量，避免人为操作错误；通用性好，动作灵活，能较好地适应产品品种的变化；可提高劳动生产率，降低生产成本（张军，2004）。

机械手按用途分为专业机械手和通用机械手。

通用机械手具有独立控制系统，程序可变，动作灵活可以改变。

其工作范围大，定位精度高，通用性强，适用于工件经常变化的中、小批量自动化生产（李允文，1994）。

工业机械手是由执行机构、驱动系统和控制系统组成的。

执行机构由抓取部分、腕部、臂部等部件组成（李允文，1994）。

对于执行运动较简单的机械手，可省去腕部的设计。

驱动机械又有气动、液动、电动、机械式四种形式，气动和液动驱动方式较为常用。

气动式速度快，结构简单，成本低，有较高的重复定位精度，但臂力一般在50牛顿以下。

而液动式臂力大，可用电液伺服结构，能实现连续控制，使机械手的用途和通用性更广（张雅琴，2004）。

液压抓件机械手设计是一次比较完整的机电一体化整机设计。

通过设计可以提高学生的机构分析与综合分析的能力、机械结构设计的能力、机电一体化系统设计能力，掌握实现生产过程自动化的设计方法。

懂得如何将学过的知识应用到设计中去。

在机械手各部分的设计中，主要考虑了以下几个方面：机械结构上，让各部分的机构尽可能紧凑，自重和转动惯量尽可能小，同时臂部和机身还要求有足够的强度和刚度。

除此之外，对臂部还要求运动速度高、惯性小、动作灵活，为之精度高。

液压部分的设计主要是确定好系统的工作压力和流量。

这次设计使得我们对以往所学知识得到了巩固和加深，熟悉了有关国家标准。

初步掌握了机械手产品的设计一般步骤。

培养了自身独立工作的能力。

1.总体方案设计根据课题设计任务书的要求，确定总体方案：1.抓重：10kg2.坐标形式：圆柱坐标3.自由度：3定为方式：机械挡块（行程开关）。

驱动方式：液压驱动。

控制方式：PLC（可编程序控制）定位精度：±2mm。

机械手的工作原理图如图1-1所示手部1采用夹钳式，具体为单支点回转型夹紧机构。

动力采用单作用液压缸2驱动夹紧，反向则由弹簧复位而松开手指。

手臂的伸缩采用双作用液压缸３驱动，伸缩过程采用双导管导向，在导向的同时，亦起到了一定的支撑作用，大大减少活塞杆的受力。

夹紧缸的压力油经其中一导管进入缸内，此结构能使油管布置更加紧凑。

手臂的回转采用摆动液压缸４驱动，此摆动缸设计成输出轴固定不动，而使缸体转动从而带动整个手臂回转运动。

双作用液压缸5驱动手臂做升降运动图1-1 机械手工作原理图2.手部设计手部（亦称抓取机构）是用来直接握持工件的部件，由于被握持工件的形状、尺寸大小、重量、材料性能、表面处理等的不同，则机械手的手部机构是多种多样的，大部分的手部结构是根据特定的工件要求而设计的（林建龙，王小北，2003）。

常用的手部，按其握持工件的原理，大致可分成夹持式和吸附式两大类。

本设计采用常用的夹钳式手部结构，它是最常见的夹持式结构。

夹钳式手部是由手指、传动机构和驱动装置三部分组成的，它对抓取各种形状的工件具有较大的适应性，可以抓取轴、盘和套类零件（殷际英，何广平，2003）。

一般情况下多采用两个手指，少数采用三指或多指。

本设计中的工件是棒料，所以选择较简单的两指结构。

夹钳式手部设计的基本要求：1、应具有适当的夹紧力和驱动力手指握力（夹紧力）大小要合适，力量过大则动力消耗多，结构庞大，不经济，甚至会损坏工件；力量过小则夹持不住或产生松动、脱落。

在确定握力时，除考虑工件总量外，还应考虑传送或操作过程中所产生的惯性力和振动，亦保证工件夹持安全可靠（杨永清等，2008）。

对于手部的驱动装置来说，应有足够的驱动力。

应当指出，由于机构传动力比不同，在一定的夹持力条件下，不同的传动机构所需驱动力的大小是不同的。