液压机械中机械手的手臂设计 5.16

继续教育学院

毕业设计（论文）

题目：液压传动技术在农业机械中的应用专业名称：机电一体化工程

学号：017115110017

学生姓名：朱行强

指导教师：

摘要

机械手的组成和分类，机械手的自由度和座标型式，气动技术的特点，PLC 控制的特点及国内外的发展状况。本文简要地介绍了工业机器人的概念，

本文对机械手进行了总体方案设计，确定了机械手的座标型式和自由度，确定了机械手的技术参数。同时，分别设计了机械手的夹持式手部结构以及吸附式手部结构;设计了机械手的手腕结构，计算出了手腕转动时所需的驱动力矩和回转气缸的驱动力矩;设计了机械手的手臂结构，设计了手臂伸缩、升降用液压缓冲器和手臂回转用液压缓冲器。

设计出了机械手的气动系统，绘制了机械手气压系统工作原理图。利用可编程序控制器对机械手进行控制，选取了合适的PLC型号，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，画出了机械手的工作时序图和梯形图，并编制了可编程序控制器的控制程序。

关键词：工业机器人，机械手，气动，可编程序控制器(PLC)

目录

第一章机械手设计任务书

1.1机械手的组成

1.2机械手的主要运动

1.3 课题的提出、任务、技术特性

第二章机械手臂部机构设计

2.1臂部设计的的基本要求

2.2臂部的结构选择

2.3手臂偏重力矩的计算

2.4升降导向立柱不自锁条件

2.5手臂升降液压缸驱动力的计算

2.6手臂升降液压缸参数计算

2.7手臂回转液压缸驱动力矩计算

2.8手臂回转液压缸主要参数

第三章联接板

第四章螺钉与液压缸壁厚的校核

4.1手臂液压缸螺钉的校核

4.2动片与输出轴之间的联接螺钉校核

4.3手臂升降液压缸筒的壁厚校核

第五章手臂液压系统原理设计及液压图

5.1液压泵的选择

5.2液压系统的原理图如下

参考文献

致谢

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第一章机械手设计任务书

工业机械手是能够模仿人手部的部分动作，按给定的程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置，在工业上生产中应用的工业机械手简称为“机械手”。在本设计的机械手主要是用来抓取工件，再把工件放到预定的位置，根据机械手的要求，该机械手可采用五自由度。主要是手臂的上下升降运动、回转运动、手腕的回转运动、左右伸缩运动、手部的夹紧和松开。这就是机械手的机械原理。

1．1机械手的组成

机械手主要由执行机构、驱动系统、控制系统、及位置检测装置等组成。如图所示。

图机械手组成及相互间关系

（1）．执行机构

执行机构包括手部、手腕、手臂等部件。

1）手部是与物体接触的部件，主要起抓取和放置物件的作用。

2）手腕是连接手部和手臂的部件，可以调整和改变工件方位。

3）手臂是支撑手腕和手部的部件，用以改变工件的空间位置（2）．驱动系统

机械手的驱动系统是驱动执行机构运动的动力装置，常用的有液压、气压、电力和机械式驱动四种形式

1）．液压传动机械手:

是以液压的压力来驱动执行机构运动的机械手。其主y要特点是:抓重可达几百公斤以上、传动平稳、结构紧凑、动作灵敏。但对密封装置要求严格，不然油的泄漏对机械手的工作性能有很大的影响，且不宜在高温、低温下工作。若机械手采用电液伺服驱动系统，可实现连续轨迹控制，使机械手的通用性扩大，但

是电液伺服阀的制造精度高，油液过滤要求严格，成本高。

2）．气压传动机械手

是以压缩空气的压力来驱动执行机构运动的机械手。其主要特点是:介质李源极为方便，输出力小，气动动作迅速，结构简单，成本低。但是，由于空气具有可压缩的特性，工作速度的稳定性较差，冲击大，而且气源压力较低，抓重一般在30公斤以下，在同样抓重条件下它比液压机械手的结构大，所以适用于高速、轻载、高温和粉尘大的环境中进行工作。

3)．机械传动机械手

即由机械传动机构(如凸轮、连杆、齿轮和齿条、间歇机构等)驱动的机械手。它是一种附属于工作主机的专用机械手，其动力是由工作机械传递的。它的主要特点是运动准确可靠，动作频率大，但结构较大，动作程序不可变。它常被用于工作主机的上、下料。

4)．电力传动机械手

即有特殊结构的感应电动机、直线电机或功率步进电机直接驱动执行机构运动的机械手，因为不需要中间的转换机构，故机械结构简单。其中直线电机机械手的运动速度快和行程长，维护和使用方便。此类机械手目前还不多，但有发展前途。

参考《工业机器人》表9-6和表9-7，按照设计要求，本机械手采用的驱动方式为液压驱动。其优点如下：液压技术比较成熟，具有动力大、力惯量比大、快速响应高、易于实现直接驱动等特点，适用于承载能力大、惯量大以及在防爆环境中工作的机械手。

（3）．控制系统

控制系统是机械手动作的指挥系统，用来控制动作的顺序、位置、时间、速度、加速度等。

（4）．位置检测装置

位置检测装置控制执行机构的运动位置，可随时将执行机构的实际位置反馈给控制系统，并与设定的位置进行比较，然后通过控制系统进行调整，使执行机构以一定的精度达到设定的位置，机械手常用的位置检测方式有三种：行程开关式、模拟式和数字式。

本机械手采用行程开关式和数字式。

1.2机械手的运动

机械手以及其手部夹持的工件在空间的位置，由臂部、腕部等组成部件以及整机的各自独立运动的合成来确定。如下图所示，机械手完成如下动作：

手部的运动：夹紧和松开。

手腕的运动：回转运动、左右伸缩运动。

手臂的运动：上下升降运动、回转运动。

机械手的每一个运动，都有一个相匹配的一个原动件，当各原动件按一定的规律运动时，机械手各运动部件随之作确定的运动，从而使机械手具有运动和位置的确定性，同时在手臂的升降缸和回转缸上安有位置检测器，保证运动精度。

1.3课题的提出、任务、技术特性

（1）课题的提出

随着工业自动化程度的提高，工业现场的很多易燃、易爆等高危及重体力劳动场合必将由机器人所代替。这一方面可以减轻工人的劳动，以大大提高劳动生产率。例如，目前在我国的许多中小型汽车生产以及轻工业生产中，往往冲压成型这一工序还需要人工上下料，既费时费力，又影响效率。为此，我们把上下料机械手作为我们研究的课题。

（2）本课题将要完成的主要任务

1)机械手为通用机械手，因此相对于专用机械手来说，它的适用面必须更广.

2)选取机械手的座标型式和自由度

3)设计出机械手的各执行机构，包括:手部、手腕、手臂等部件的设计。