工業機械手液壓控制設計(一)

目　　錄
引言 1
第一章 概     述 3
1.1 機械手的簡史 4
1.1.2 應用簡況 5
1.1.3 發展趨勢 6
1.2 機械手的分類 7
1.3 機械手的組成和動力源的比較 7
1.3.1 自由度的旋轉 2、肩的前后動作 3、肘的上下動作 4、腕(手)的動作 8
1.3.2 驅動機構 8
1.3.3 控制系統 9
1.4 應用機械手的意義 9
1.4.1 以提高生產過程中的自動化程度 9
1.4.2 以改善勞動條件，避免人身事故 10
1.4.3 可以減輕人力，并便于有節奏的生產 10
第二章 機械手系統組成 11
2.1 系統組成 11
2.2 機械手的選定 11
2.2.1 動作分析 12
2.2.2 手部 12
2.2.3 手臂的前后伸縮部分 12
2.2.4 手臂的上下升降部分 12
2.2.5 腰轉部分 12
2.2.6 行走機構 13
第三章 機械手的液壓部分 14
3.1 液壓部分設計 14
3.1.1 液壓系統的工作原理 14
3.1.2 液壓傳動的工作特性 14
3.1.3 液壓系統的組成 14
3.1.4  液壓系統的優、缺點 15
3.2 液壓缸主要尺寸的確定 16
3.2.1 工作壓力的確定 16
3.2.2 壓缸內徑和活塞桿直徑d的確定 16
3.2.3 流量計算： 16
3.3 部件設計 17
3.3.1 液壓缸的結構設計 17
3.2.2 設置緩沖裝置 17
第四章 回轉裝置的總體組成及結構設計 18
4.1 回轉裝置的組成 18
4.1.1 執行件 18
4.1.2 傳遞件 18
4.1.3 驅動件 18
4.2 結構設計 19
4.2.1 選擇臂部回轉遠動驅動力矩幾電動機的選擇（見圖4.1） 19
4.2.2 控制系統 22
第五章 行走裝置的組成及結構設計 23
5.1 行走裝置的組成 23
5.1.1 執行件 23
5.1.2 驅動件 24
第六章 機械手的控制系統 25
6.1 控制系統的介紹 25
6.2 控制系統的工作原理 25
6.3 控制系統的程序 26
第七章 設計體會 29
第八章 參考文獻 30

 注： 附錄
 1.英文翻譯
 2.2張0號圖紙的設計 
 
畢 業 設 計 任 務 書
                                   200 7 年  1月 16日                                                                                                          
畢業設計題目 工業機械手液壓控制設計
指導老師 周廣宏 職稱 助教
專業名稱 數控技術 班級 數控50431
學生名稱 朱建明 學號 5010043141
設計要求 查閱技術資料，了解工業機械手技術
完成工業機械手的控制設計
完成課題的機械參數的計算及草圖
編寫控制系統的控制程序
翻譯相關英文資料
整理畢業設計資料，完成答辯
完成畢業課題的計劃安排 序號 內容 時間安排
 1 查閱技術資料，了解工業機械手技術 2月26日—3月02日
 2 完成工業機械手的控制設計 3月05日—3月16日
 3 完成課題的機械參數的計算及草圖 3月19日—3月23日
 4 完成課題的機械參數的計算及草圖 3月26日—3月30日
 5 編寫控制系統的控制程序 4月02日—4月06日
 6 翻譯相關英文資料 4月09日—4月13日
 7 整理畢業設計資料 4月16日—4月20日
 8 完成答辯 4月23日—4月27日
答辯提交資料 畢業設計論文
計劃答辯時間 2007年4月23日
                       無錫職業技術學院機電工程系
               2007 年  1 月 16  日

摘要
 本課題是圍繞機械手的液壓控制部分來進行設計的, 根據給定的規定動作順序，綜合運用所學的基本理論、基本知識和相關的機械設計專業知識，完成機械手的液壓設計，并繪制必要的零部件圖，其中包括機器裝置的原理方案構思和擬定；原理方案的實現、液壓方案的設計及關鍵技術的分析與實現、主要結構的設計簡圖；設計計算與說明、設計小結。
關鍵詞：工業機械手 結構 液壓 控制系統 

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

畢業設計調研報告
  隨著人類進入信息時代，以計算機為核心的信息技術迅速發展和廣泛應用，使傳統制造業發生了巨大變化。不論是傳統工業，還是高科技產業，都離不開各種各樣的機械裝備，機械工業所生產裝備的性能、質量和運用，對國家經濟的發展和技術的進步有很大的影響。機械工業的規模和技術水平是衡量國家經濟實力和科學技術水平的重要標志。因此，世界各國都把發展機械工業作為發展本國經濟的戰略重點之一。
 工業機械手是近代自動控制領域中出現的一項新技術,并且成為現代機械制造生產系統中的一個重要組成部分。相信在不久的將來，工業機械手將會在制造領域有更大的發展前景。

引言
 機械工業作為國家的基礎，國民經濟的基礎，具有舉足輕重的地位。不論是傳統工業，還是高科技產業，都離不開各種各樣的機械裝備，機械工業所生產裝備的性能、質量和運用，對國家經濟的發展和技術的進步有很大的影響。機械工業的規模和技術水平是衡量國家經濟實力和科學技術水平的重要標志。因此，世界各國都把發展機械工業作為發展本國經濟的戰略重點之一。
 作為一名機械相關專業的學生，在歷經三年的大專學習，較充分的掌握了基礎課和專業課的知識，并把自己所學的知識溶于畢業設計。
 畢業設計是三年來我對所學知識的一次總結，同時也是對自我價值的一次實現。并我把做好畢業設計當作大學三年來的最大挑戰，我會盡自己最大的努力做好。

機械手的設計要求:
1.原始數據
負載重量：10kg
重復定位精度：±1mm
自由度：3（Z的移動，R軸的平動，θ軸的轉動）
        |           |             |
    大臂的升降       大臂的伸縮          腰軸
各軸最大運動速度：
     Z軸上下：200mm/s
     θ軸回轉：30°/s
     R軸伸縮：200mm/s
各軸最大運動范圍：
     Z軸上下：550mm
     θ軸回轉：90°
     R軸伸縮：400mm
2.工作要求：
機械手的工藝流程：
 機械手原位→機械手前伸→機械手上升→機械手抓取并夾緊→機械手后退→機械手前進（小車）→小車停止→機械手左轉90°→機械手前伸→機械手松開→機械手后退（小車）→機械手下降→機械手右轉90°→小車后退→退至原位
原理圖如下：
 

第一章 概     述
 工業機械手（以下簡稱機械手）是近代自動控制領域中出現的一項新技術,并且成為現代機械制造生產系統中的一個重要組成部分。機械手是一種能模擬人的手臂的部分動作，按預定的程序軌跡及其它要求，實現抓取、搬運工作或操縱工具的自動化裝置。而可編程邏輯控制器(PLC)由于其具有的高可靠性、編程方便、易于使用和修改、易于擴展和維護、環境要求低、體積小巧、安裝測試方便等性能在工業控制中有著廣泛的應用。這種新技術發展很快逐漸形成一門新興的學科——機械手工程。工業機械手是近幾十年發展起來的一種高科技自動化生產設備。工業機械手的是工業機器人的一個重要分支。它的特點是可通過編程來完成各種預期的作業任務，在構造和性能上兼有人和機器各自的優點，尤其體現了人的智能和適應性。機械手作業的準確性和各種環境中完成作業的能力，在國民經濟各領域有著廣闊的發展前景。
 
 
 圖1.1 機械手實物照片
 
 
 圖1.2  機械手結構圖
 注：1—機身；2—大臂電機；3—光電編碼器；4—大臂；5—小臂電機
 6—同步帶；7—光電編碼器；8—小臂；9—手腕升降電機；
 10—手抓電機；11—手抓。
 機械手技術涉及到力學、機械學、電氣液壓技術、自動控制技術、傳感器技術和計算機技術等科學領域，是一門跨學科綜合技術。
 機械手是一種能自動化定位控制并可重新編程序以變動的多功能機器，它有多個自由度，可用來搬運物體以完成在各個不同環境中工作。
 機械手的迅速發展是由于它的積極作用正日益為人民所認識：其一、它能部分的代替人工操作；其二、它能按照生產工藝的要求，遵循一定的程序、時間和位置來完成工件的傳送和裝卸；其三、它能操作必要的機具進行焊接和裝配，從而大大的改善了工人的勞動條件，顯著的提高了勞動生產率，加快實現工業生產機械化和自動化的步伐。因而，受到各先進國家的重視，投入大量的人力物力加以研究和應用。尤其在高溫、高壓、粉塵、噪音以及放射性和污染的場合，應用的更為廣泛。在我國，近幾年來也有較快的發展，并取得一定的效果，受到機械工業部門的重視。
1.1 機械手的簡史
1.1.1 機械手的歷史
 機械手首先是從美國開始研制的。1958年美國聯合控制公司研制出第一臺機械手。它的結構是：機體上安裝一個回轉長臂，頂部裝有電磁塊的工件抓放機構，控制系統是示教形的。
 1962年美國機械制造公司也制造出一種叫Vewrsatran機械手。該機械手的中央立柱可以回轉、升降采用液壓驅動控制系統也是示教再現型。雖然這兩種機械手出現在六十年代初，但都是國外工業機械手發展的基礎。
 1978年美國Unimate公司和斯坦福大學，麻省理工學院聯合研制一種Unimate-Vicarm型工業機械手，裝有小型電子計算機進行控制，用于裝配作業，定位誤差小于±1毫米。聯邦德國機械制造業是從1970年開始應用機械手，主要用于起重運輸、焊接和設備的上下料等作業。
 聯邦德國KnKa公司還生產一種點焊機械手，采用關節式結構和程序控制。
 日本是工業機械手發展最快、應用最多的國家。自1969年從美國引進兩種機械手后大力從事機械手的研究。
 前蘇聯自六十年代開始發展應用機械手，至1977年底，其中一半是國產，一半是進口。
 目前，工業機械手大部分還屬于第一代，主要依靠工人進行控制；改進的方向主要是降低成本和提高精度。
 第二代機械手正在加緊研制。它設有微型電子計算控制系統，具有視覺、觸覺能力，甚至聽、想的能力。研究安裝各種傳感器，把感覺到的信息反饋，是機械手具有感覺機能。
 第三代機械手則能獨立完成工作中過程中的任務。它與電子計算機和電視設備保持聯系，并逐步發展成為柔性制造系統FMS和柔性制造單元FMC中的重要一環。
1.1.2 應用簡況

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