工业机械手液压控制设计(一)

目　　录
引言 1
第一章 概     述 3
1.1 机械手的简史 4
1.1.2 应用简况 5
1.1.3 发展趋势 6
1.2 机械手的分类 7
1.3 机械手的组成和动力源的比较 7
1.3.1 自由度的旋转 2、肩的前后动作 3、肘的上下动作 4、腕(手)的动作 8
1.3.2 驱动机构 8
1.3.3 控制系统 9
1.4 应用机械手的意义 9
1.4.1 以提高生产过程中的自动化程度 9
1.4.2 以改善劳动条件，避免人身事故 10
1.4.3 可以减轻人力，并便于有节奏的生产 10
第二章 机械手系统组成 11
2.1 系统组成 11
2.2 机械手的选定 11
2.2.1 动作分析 12
2.2.2 手部 12
2.2.3 手臂的前后伸缩部分 12
2.2.4 手臂的上下升降部分 12
2.2.5 腰转部分 12
2.2.6 行走机构 13
第三章 机械手的液压部分 14
3.1 液压部分设计 14
3.1.1 液压系统的工作原理 14
3.1.2 液压传动的工作特性 14
3.1.3 液压系统的组成 14
3.1.4  液压系统的优、缺点 15
3.2 液压缸主要尺寸的确定 16
3.2.1 工作压力的确定 16
3.2.2 压缸内径和活塞杆直径d的确定 16
3.2.3 流量计算： 16
3.3 部件设计 17
3.3.1 液压缸的结构设计 17
3.2.2 设置缓冲装置 17
第四章 回转装置的总体组成及结构设计 18
4.1 回转装置的组成 18
4.1.1 执行件 18
4.1.2 传递件 18
4.1.3 驱动件 18
4.2 结构设计 19
4.2.1 选择臂部回转远动驱动力矩几电动机的选择（见图4.1） 19
4.2.2 控制系统 22
第五章 行走装置的组成及结构设计 23
5.1 行走装置的组成 23
5.1.1 执行件 23
5.1.2 驱动件 24
第六章 机械手的控制系统 25
6.1 控制系统的介绍 25
6.2 控制系统的工作原理 25
6.3 控制系统的程序 26
第七章 设计体会 29
第八章 参考文献 30

 注： 附录
 1.英文翻译
 2.2张0号图纸的设计 
 
毕 业 设 计 任 务 书
                                   200 7 年  1月 16日                                                                                                          
毕业设计题目 工业机械手液压控制设计
指导老师 周广宏 职称 助教
专业名称 数控技术 班级 数控50431
学生名称 朱建明 学号 5010043141
设计要求 查阅技术资料，了解工业机械手技术
完成工业机械手的控制设计
完成课题的机械参数的计算及草图
编写控制系统的控制程序
翻译相关英文资料
整理毕业设计资料，完成答辩
完成毕业课题的计划安排 序号 内容 时间安排
 1 查阅技术资料，了解工业机械手技术 2月26日—3月02日
 2 完成工业机械手的控制设计 3月05日—3月16日
 3 完成课题的机械参数的计算及草图 3月19日—3月23日
 4 完成课题的机械参数的计算及草图 3月26日—3月30日
 5 编写控制系统的控制程序 4月02日—4月06日
 6 翻译相关英文资料 4月09日—4月13日
 7 整理毕业设计资料 4月16日—4月20日
 8 完成答辩 4月23日—4月27日
答辩提交资料 毕业设计论文
计划答辩时间 2007年4月23日
                       无锡职业技术学院机电工程系
               2007 年  1 月 16  日

摘要
 本课题是围绕机械手的液压控制部分来进行设计的, 根据给定的规定动作顺序，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，完成机械手的液压设计，并绘制必要的零部件图，其中包括机器装置的原理方案构思和拟定；原理方案的实现、液压方案的设计及关键技术的分析与实现、主要结构的设计简图；设计计算与说明、设计小结。
关键词：工业机械手 结构 液压 控制系统 

Abstract
 This topic is around machine hand of the liquid press to carry on design of, according to give settle of provision action in proper order, comprehensive the basic theories, basic knowledge learn by usage and related machine design profession knowledge, completion machine hand of the liquid press design, and draw necessity of zero parts diagram, include machine equip among them of the principle project conceive outline with draw-up;The realization of the principle project, the liquid press a project of design and key technique of analysis and realization, main structure of design sketch plan;Design calculation and elucidation, design sub-footing.
 Key word: Industry machine hand  Structure  The liquid press  Control system

毕业设计调研报告
  随着人类进入信息时代，以计算机为核心的信息技术迅速发展和广泛应用，使传统制造业发生了巨大变化。不论是传统工业，还是高科技产业，都离不开各种各样的机械装备，机械工业所生产装备的性能、质量和运用，对国家经济的发展和技术的进步有很大的影响。机械工业的规模和技术水平是衡量国家经济实力和科学技术水平的重要标志。因此，世界各国都把发展机械工业作为发展本国经济的战略重点之一。
 工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新技术,并且成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分。相信在不久的将来，工业机械手将会在制造领域有更大的发展前景。

引言
 机械工业作为国家的基础，国民经济的基础，具有举足轻重的地位。不论是传统工业，还是高科技产业，都离不开各种各样的机械装备，机械工业所生产装备的性能、质量和运用，对国家经济的发展和技术的进步有很大的影响。机械工业的规模和技术水平是衡量国家经济实力和科学技术水平的重要标志。因此，世界各国都把发展机械工业作为发展本国经济的战略重点之一。
 作为一名机械相关专业的学生，在历经三年的大专学习，较充分的掌握了基础课和专业课的知识，并把自己所学的知识溶于毕业设计。
 毕业设计是三年来我对所学知识的一次总结，同时也是对自我价值的一次实现。并我把做好毕业设计当作大学三年来的最大挑战，我会尽自己最大的努力做好。

机械手的设计要求:
1.原始数据
负载重量：10kg
重复定位精度：±1mm
自由度：3（Z的移动，R轴的平动，θ轴的转动）
        |           |             |
    大臂的升降       大臂的伸缩          腰轴
各轴最大运动速度：
     Z轴上下：200mm/s
     θ轴回转：30°/s
     R轴伸缩：200mm/s
各轴最大运动范围：
     Z轴上下：550mm
     θ轴回转：90°
     R轴伸缩：400mm
2.工作要求：
机械手的工艺流程：
 机械手原位→机械手前伸→机械手上升→机械手抓取并夹紧→机械手后退→机械手前进（小车）→小车停止→机械手左转90°→机械手前伸→机械手松开→机械手后退（小车）→机械手下降→机械手右转90°→小车后退→退至原位
原理图如下：
 

第一章 概     述
 工业机械手（以下简称机械手）是近代自动控制领域中出现的一项新技术,并且成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分。机械手是一种能模拟人的手臂的部分动作，按预定的程序轨迹及其它要求，实现抓取、搬运工作或操纵工具的自动化装置。而可编程逻辑控制器(PLC)由于其具有的高可靠性、编程方便、易于使用和修改、易于扩展和维护、环境要求低、体积小巧、安装测试方便等性能在工业控制中有着广泛的应用。这种新技术发展很快逐渐形成一门新兴的学科——机械手工程。工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。工业机械手的是工业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。机械手作业的准确性和各种环境中完成作业的能力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景。
 
 
 图1.1 机械手实物照片
 
 
 图1.2  机械手结构图
 注：1—机身；2—大臂电机；3—光电编码器；4—大臂；5—小臂电机
 6—同步带；7—光电编码器；8—小臂；9—手腕升降电机；
 10—手抓电机；11—手抓。
 机械手技术涉及到力学、机械学、电气液压技术、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域，是一门跨学科综合技术。
 机械手是一种能自动化定位控制并可重新编程序以变动的多功能机器，它有多个自由度，可用来搬运物体以完成在各个不同环境中工作。
 机械手的迅速发展是由于它的积极作用正日益为人民所认识：其一、它能部分的代替人工操作；其二、它能按照生产工艺的要求，遵循一定的程序、时间和位置来完成工件的传送和装卸；其三、它能操作必要的机具进行焊接和装配，从而大大的改善了工人的劳动条件，显著的提高了劳动生产率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。因而，受到各先进国家的重视，投入大量的人力物力加以研究和应用。尤其在高温、高压、粉尘、噪音以及放射性和污染的场合，应用的更为广泛。在我国，近几年来也有较快的发展，并取得一定的效果，受到机械工业部门的重视。
1.1 机械手的简史
1.1.1 机械手的历史
 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。它的结构是：机体上安装一个回转长臂，顶部装有电磁块的工件抓放机构，控制系统是示教形的。
 1962年美国机械制造公司也制造出一种叫Vewrsatran机械手。该机械手的中央立柱可以回转、升降采用液压驱动控制系统也是示教再现型。虽然这两种机械手出现在六十年代初，但都是国外工业机械手发展的基础。
 1978年美国Unimate公司和斯坦福大学，麻省理工学院联合研制一种Unimate-Vicarm型工业机械手，装有小型电子计算机进行控制，用于装配作业，定位误差小于±1毫米。联邦德国机械制造业是从1970年开始应用机械手，主要用于起重运输、焊接和设备的上下料等作业。
 联邦德国KnKa公司还生产一种点焊机械手，采用关节式结构和程序控制。
 日本是工业机械手发展最快、应用最多的国家。自1969年从美国引进两种机械手后大力从事机械手的研究。
 前苏联自六十年代开始发展应用机械手，至1977年底，其中一半是国产，一半是进口。
 目前，工业机械手大部分还属于第一代，主要依靠工人进行控制；改进的方向主要是降低成本和提高精度。
 第二代机械手正在加紧研制。它设有微型电子计算控制系统，具有视觉、触觉能力，甚至听、想的能力。研究安装各种传感器，把感觉到的信息反馈，是机械手具有感觉机能。
 第三代机械手则能独立完成工作中过程中的任务。它与电子计算机和电视设备保持联系，并逐步发展成为柔性制造系统FMS和柔性制造单元FMC中的重要一环。
1.1.2 应用简况

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