无锡职业技术学院继续教育学院毕业设计说明书 1 目目 录录 摘要 A Abstract 第 1 章 引言1 1.1 工业机械手的发展史1 1.2 工业机械手的用途2 1.3 工业机械手的发展趋势3 1.4 机械手的组成4 1.5 应有机械手的意义6 第 2 章 总体设计方案及系统组成7 2.1 液压机械手的组成及各部分关系概述7 2.2 液压力机械手的设计分析7 2.2.1 设计要求7 2.2.2 总体设计任务分析8 2.2.3 总体方案拟定8 2.2.4 自动搬运机械手的设计方案论证9 第 3 章 机身设计12 3.1 机身设计要点12 3.2 驱动力计算12 第 4 章 手手臂设计14 4.1 手臂设计要点14 4.1.1 应使手臂刚度大、重量 轻14 4.1.2 应使手臂运动速度 、惯性小15 4.1.3 手臂动作应灵活16 4.1.4 应使手臂传动准确、导向性 好16 4.1.5 位置精度要求高16 4.2 手臂机构的选择与设计17 4.2.1 手臂直线运动机构17 4.2.1.1 直线运动机构17 4.2.1.2 导向装置17 4.2.1.3 手臂驱动力计算19 4.2.1.4 手臂伸缩油伸缩油缸的设计计算19 4.2.2 手臂回转运动机构19 无锡职业技术学院继续教育学院毕业设计说明书 2 4.2.2.1 只含回转缸一种缸体的机身机构19 4.2.2.2 回转缸置于升降之下的机身结构19 4.2.2.3 臂部回转运动驱动力矩的计算19 4.2.3 手臂俯仰运动机构20 4.2.3.1 驱动力矩的计算20 4.2.3.2 俯仰摆动缸驱动力计算21 第 5 章 手腕设计22 5.1 手腕回转结构22 5.2 手腕驱动力矩的计算22 第 6 章 手部的设计计算 24 6.1 手指夹紧缸驱动力计算24 第 7 章 主要液压元件的设计计算 26 7.1 液压缸的计算26 7.2 油泵的选择论证26 7.2.1 油泵的工作压力计算27 7.2.2 油泵流量计算27 7.2.3 油泵电机功率计算27 第 8 章 液压缸的设计计算 29 8.1 液压缸内径的设计计算29 8.1.1 液压缸主要尺寸的计算29 8.1.2 液压缸筒壁厚的设计计算31 8.2 液压缸主要零件的结构材料及技术要求32 8.3 液压缸活塞缸的校核33 8.3.1 活塞缸的强度校核33 8.3.2 活塞缸的弯曲稳定性校核34 第 9 章 液压系统的设计36 9.1 液压系统设计36 9.2 拟定液压系统原理图36 9.2.1 基本回路的选择36 9.2.2 液压阀的选择37 9.3 机械手液压系统图及特点38 9.4 液压系统电磁铁动作表39 9.5 液压系统的特点41 第 10 章 控制系统的设计42 10.1 PLC 的工作原 理42 10.2 控制面板设计42 无锡职业技术学院继续教育学院毕业设计说明书 3 10.3 硬件选择43 10.3 公用程序编写42 10.4 手动程序和自动程序43 10.5 自动控制程序的输出电路44 小结47 参考文献48 致谢49 附录 50 无锡职业技术学院继续教育学院毕业设计说明书 4 摘摘 要要 本文将设计一台五自由度的曲轴搬运上线机械手，目的是为了提高曲轴加 工过程中的劳动生产率，实现机械加工的自动化。根据机械手的工作要求和结 构特点，进行了机械手的总体设计，确定了机械手的外形尺寸和工作空间，拟 定了机械手各关节的总体传动方案，采用可编程控制器( PLC) 对其液压驱动装 置进行顺序控制,实现了系统的自动化。该设计提高了加工的自动化程度，全部 机械设计采用了等强度、可靠性设计方法，初步达到了高效低成本生产加工的 目标。 关键词：关键词：机械手；曲轴； 顺序控制 ABSTRACT In this paper, the design of a crankshaft of the five degrees of freedom manipulator handling on-line in order to improve the process of the crankshaft labor productivity, to achieve the automation of machining. According to the work manipulator and structural characteristics of the requirements for the design of the mechanical hand, determine the size of the robot and work space, the development of a manipulator of the overall transmission of the joint program, the use of programmable logic controller (PLC) of its hydraulic-driven sequential control devices to achieve automation of the system. The design increased the degree of automation for processing all the mechanical design, such as intensity of use, reliability design method, the initial reach of a highly efficient production and processing of low-cost objectives. 无锡职业技术学院继续教育学院毕业设计说明书 5 Keywords: Manipulator; Crankshaft; sequence control 引引 言言 机械手（mechanical hand）也被称为自动手 （auto hand）。工业机 械手（简称机械手）是近代自动控制领域中出现的一项新技术，并已渐成为现 代机械制造系统中的一个重要组成部分。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。 机械手之所以迅速发展还因为它的积极作用日益为人们所认识：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作的传送和装卸；起三、它能操作必要的机具进行焊接和 装配。从而大大地改善工人的劳动条件，显著提高劳动生产率，加快实现工业 生产机械化和自动化的步伐。因而，受到各先进工业国家的重视，投入大量的 人力物力加以研究和应用 工业机械手是在自动线上搬运物料的一种自动化装置。其工作对象是将 物料从生产线上转运到下道工序或存放位置。 主要完成以下几个动作：下 降一旋转一抓取并夹持物料一旋转一上升一松开并放置物料。 1.11.1 工业机械手的发展史工业机械手的发展史 早在三国时代，诸葛亮发明的木牛流马即是古代中国人的智能结晶。随着 近代的工业革命，机器产业的不断发展成为近代工业的主要支柱。由于科学幻 想所系的“永动机” 、太空探险以及梦想解决人的机能所无法达致境界的求新意 念，推动科学家想研究创造出种种能够代替人的机械。上世纪六、七十年代的 自动化机器、无人操纵的飞行器等等，即是此产业发展链条上的一个大胆的尝 试与突破。 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：机体上安装一回转长臂，端部装有电磁铁的工件抓放 机构，控制系统是示教型的。 1962 年美国联合控制公司在上述方案上又试制出一台示教再现型机械手。 商 无锡职业技术学院继续教育学院毕业设计说明书 6 名为 Unimate(即万能自动)。同年美国机械制造公司也试验成功一种叫 Versatran 机械手，原意是灵活搬运。该机械手的中央立柱可以回转，臂可以 回转、升降、伸缩、采用液压驱动，控制系统也是示教再现型。 1978 年美国 Unimate（万能自动）公司和斯坦福大学、麻省理工学院联合 研制一种叫 Unimate-vic-arm 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，定位误差可小于1mm 毫米。 日本是工业机械手发展最快、应用最多的国家。自 1969 年从美国引进二种 典型机械手后，大力从事机械手的研究。据报道，1979 年从事机械