机械手在工业设计上的实际应用Word文档下载推荐.docx
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图2-2
方案3:
齿轮齿条平行连杆平移夹持器
由于结构原因，手爪松开的距离不会很大，所以只适用于工件尺寸变化不大的范围，由于楔块的倾斜角不易太小，太小则夹持范围过小，太大则夹持力变小，故夹紧力不是很大。
但该种结构简单，适用于轻载场合
图2-3
方案4：
左右旋丝杠平移夹持器
图2-4
上图结构中采用了扇形齿轮和齿条机构，结构紧凑，体积小，安装方便，但制造难度大，成本高，经济性不好；
下图采用了平行四边形机构和连杆机构，制造容易，机构简单，但大大增加了整个夹持器的尺寸；
综合以上两种结构的优缺点，选择下图2-5所示方案
图2-5
2.3结构尺寸设计
2.3.1设计要求
（1）行程：
最大爪距120mm，最小为0mm
（2）构尺寸有机构图可以知道，两个爪块之间的距离主要取决于同机架项链的铰链之间的距离，V型块厚度为30mm，则铰链间距取200mm可满足要求，即机架宽度约为200mm。
结构尺寸设计如图2-6所示：
图2-6
2.3.2动力计算
抓取的圆柱体直径为80mm,高为150mm,45#钢。
工件质量
夹紧力：
（2.1）
使用系数K
:
1.2~2取K
=1.3
动载荷系数K
得
=1.9
安全系数K
K
=2
夹紧力
驱动缸输出力驱动力
=
=375N
2.3.3驱动缸选型
由上节知道液压缸输出力
375N，假定液压缸的工作压力P=1Mpa,液压缸内径D=
=23.5mm
取标准液压缸内径D=32mm
活塞杆直径d=0.5D=16mm
经Solidworks三维立体仿真，机械手从完全闭合到张开，液压缸的行程S
100mm
根据以上数据，选择轻型拉杆液压缸，型号为BFC32/16B,安装尺寸和方式如表2-1：
表2-1
第3章伸缩臂设计
3.1性能参数计算
液压伸缩缸完成水平动作，行程S=300mm,主要承受的载荷包括摩擦力，惯性力，启动平稳，停止无刚性冲击，定位精确。
伸缩臂驱动的质量包括自身活塞杆质量，机械手和驱动缸的质量，以及工件质量，各部分质量如下，
活塞杆
机械手
工件
，总质量m=18Kg,取摩擦系数u=0.2，加速度a=20m/
伸缩缸输出力
F=uG+ma=0.2
18
9.8+18
20=395.28N
液压缸内径D=
=22.51mm
取标准内径D=32mm，活塞杆直径d=0.5D=16mm
3.2液压缸选型
根据以上数据选择液压缸，为了减小整体结构尺寸，连接方式采用切向底座连接，液压缸基本尺寸数据和安装结构如下表3-1所示：
表3-1
第4章升降液压缸设计
4.1设计任务及要求
升降液压缸为整个升降平台提供动力和支撑，液压缸除了提供升降动力外，还应该满足启动迅速，运动平稳，定位精确，停止无刚性冲击等性能；
液压缸的主要载荷包括滑台和其上所装零部件质量，以及启动加速时的惯性力。
4.2性能参数计算
液压缸载荷质量m包括滑台，伸缩臂，机械手，工件，总质量为m=30Kg15Kg20Kg5.9Kg=70.9Kg,,液压缸推力为F=uG+ma=0.2
70.9
9.8+70.9
20=2112.3N
=51.4mm
取标准值D=63mm,活塞杆直径d=40mm.行程S=500mm
4.3液压缸选型
根据以上数据，选择液压缸，采用头部轴销连接方式，结构参数和安装尺寸如表4-1：
表4-1
第5章机架设计
5.1设计任务及要求
机架是整个及其的主要部分，起到对移动件的支撑，固定，和导向作用，所以机架应该具有足够的强度和刚度，以下主要根据载荷与受力情况设计机架及其上面的各部件的结构尺寸。
5.2回转支承选型
回转支承是转动部分和底座之间的可动连接，能承受一定的垂直力和倾覆力，由于及其所受的倾覆力不大，故主要根据液压升降缸的结构尺寸来选择，结构尺寸如图5-1：
图5-1
5.3底座设计
底座起到支撑和固定整个回转部分的作用，整个支撑所承受的载荷在200Kg以内，其结构主要根据回转支承安装设计，底座结构尺寸参看装配图。
5.4导向杆设计
导向杆的作用是对运动部件起到导向作用，导向杆应具有一定的刚度，在滑台承受倾覆力和横向力时的变形不超过许用值。
导杆在正常使用情况下横向载荷很小，可以忽略不计，主要载荷为倾覆力矩，受力情况如图5-2所示：
图5-2
倾覆力矩M=mgl=25Kg*9.8N/Kg*300mm=73500N
mm
导杆截面的弯曲应力
应小于许用值，
<
[
]
D>
=13.7mm
取D=20mm
滑台之间采用直线轴承连接方式，由导杆直径选择直线轴承，型号和结构尺寸如图5-3：
图5-3
第6章液压元件选用
6.1液压泵的选择
液压的流量根据系统所需流量最大的液压缸确定，升降液压缸缸径最大，所需流量也最大，故根据升降缸的流量确定液压泵的流量。
流量Q=
=18.69L/min
压力P>
1MPa,选用CB-B20型齿轮泵，性能参数和安装尺寸如表6-1：
表6-1
6.2液压控制元件的选择
6.2.1压力控制阀
采用SBT03-32型先导式溢流阀，性能参数如表6-2：
表6-2
6.2.2换向阀
系统所需的主要液压控制元件为换向阀，溢流阀，实现液压缸的换向动作和系统压力控制，根据液压泵的流量和压力，换向阀均采用具有锁紧保持中位机能的三位四通电磁换向阀，型号为WE10EB型。
如图6-1：
图6-1
第7章液压/电器控制系统的设计
7.1液压控制回路
液压控制系统的作用主要是控制机械系统各机构的动作顺序，并满足速度要求。
本系统要求动作平稳，速度不随负载的变化而差生大的改变，故液压控制系统调速回路均采用回油节流调速。
液压控制回路如图7-1：
图7-1
7.2电气控制系统
电气控制系统的功能是控制系统的启动和停止，并控制底座回转电机的正反转：
图7-2
第8章PLC控制系统设计
8.1PLC介绍
可编程逻辑控制器（PLC）又称可编程控制器。
它是在工业环境中使用的数字操作的电子系统。
它使用可编程存储器存储用户设计的程序指令，这些指令用来实现逻辑运算、顺序操作、定时、计数及算术运算和通过数字或模拟输入/输出来控制各种机电一体化，程序可变、抗干扰能力强、可靠性高、功能强、体积小、耗电低，特别是易于、价格便宜等特点，现已经广泛的应用在生活和生产的各个领域。
8.1状态逻辑表
限位开关状态
继电器状态和动作
工位状态
1夹紧
通
Y002（YA5）上升
2上升
+
Y005（YA4）回缩
3回缩
通+
Y004（YA6）下降
4下降
Y006（YA7）转动
5转动
Y007（YA5）上升
6上升
Y005（YA3）伸出
7伸出
Y003（YA6）下降
8下降
Y006（YA1）松开
9松开
Y001（YA5）上升
10上升
Y005（YA4）缩回
11缩回
Y004（YA8）转动
12转动
YO10（YA3）伸出
13伸出
14下降
Y002（YA2）夹紧
原位循环
表8-1
机械手每次完成一个动作，所以适合使用步进顺控指令的编程方式，根据以上工步顺序，和继电器通断循序，设计机械手系统顺控指令编程结构梯形图。
8.2PLC型号选择
输入点需要21个，输出点需要10个，选用三菱型号为FX1N-40MR-001XPLC的控制器，输入点为24个，输出继电器为16个，可以满足应用要求。
各控制按钮，内部继电器地址，及其功能如表8-2：
现场器件
内部继电器地址
说明
输
入
SB1
按
钮
X001
液压泵电机启动
SB2
X002
液压泵电机停止
SB3
X003
PC启动
SB4
X004
PC停止
SB5
X005
上升
SB6
X006
下降
SB7
X007
伸出
SB8
X010
缩回
SB9
X012
正转
SB10
X013
反转
SB11
X014
夹紧
SB12
X015
松开
SA1
X016
手动
SA2
X017
自动
S1
限
位
开
关
X020
S2
X021
S3
X022
S4
X023
S5
X025
S6
X026
KP
X027
夹紧/放松
出
KM1
线
圈
Y001
底座正转
KM2
Y002
底座反转
KM3
Y003
油泵运转
YA1
电
磁
阀
Y004
夹持器松开
YA2
Y005
夹持器夹紧
YA3
Y006/YA3
YA4
Y007/YA4
YA5
Y010/YA5
YA6
Y011/YA6
YA7
Y012/
卸荷
表8-2
8.3控制梯形图
8.3.1启动程序梯形图
图8-1
LDX001
ORY003
ANDIX002
OUTY003
LDX003
ANDIX004
ANDY003
OUTM501
LDX016
ORM001
ANDX017
OUTM001
LDX017
ORM002
ANDIX016
OUTM002
8.3.2点动程序梯形图及代码
图8-2
LDX007
ANDIX021
OUTY006
LDX014
ANDIY027
OUTY005
LDX005
ANDIX023
OUTY010
LDX012
ANDIX026
OUTY001
LDX015
ANDX027
OUTY004
LDX010
ANDIX020
OUTY007
LDX013
ANDIX025
OUTY002
LDX006
ANDIX022
OUTY011
8.3.3自动程序梯形图及代码
1LDM071
2SETS600
3STLS600
4OUTY006
5ORX021
6SETS601
7STLS601
8OUTY011
9ORX022
10SETS602
11STLS602
12OUTY005
13ORXO27
14SETS603
15STLS603
23OUTY010
24ORX023
25SETS604
26STLS604
27OUTY007
28ORX020
29SETS605
30STLS605
31OUTY011
32ORX022
33SETS606
34STLS606
35OUTY001
36ORX026
37SETS607
16STLS607
17OUTY010
18ORX023
19SETS610
20STLS610
21OUTY006
22ORX021
38SETS611
39STLS611
40OUTY011
41ORX022
42SETS612
43STLS612
44OUTY004
45ORX027
46SETS613
47STLS613
48OUTY010
49ORX023
50SETS614
51STLS614
52OUTY007
53ORX020
54SETS615
55STLS615
56OUTY002
57ORX025
58SETS600
8.4PLC接线图
第9章总结
毕业设计是大学最后一次理论与实践相结合的学习，经过三个多月的辛苦工作，当初的设想终于变成实物放在自己的面前，这是一个由设想到实际的诞生过程。
本次设计是工业机械手。
工业机械手作为自动化生产线的执行机构，对自动化水平的提高有很大影响，它的好坏直接影响自动化发展程度定高低。
设计的第一阶段主要是熟悉课题的内容，调研，查资料，确定工业机械手的设计方案；
第二阶段，我们对对零部件结构方案进行了分析。
主要确定了液压缸的选定等；
第三阶初步确定了，液压缸，夹持器的主要参数；
第四阶段进入了夹持器的设计与计算阶段。
主要对夹持器的楔块、手爪、弹簧强度计算与校核和确定夹持器的结构元件；
第五阶段进行了用CAD和手工绘图。
通过这几个阶段的实际操作，对设计过程和设计思路有了更本质的认识，为自己以后走向工作岗位进行独立的动手操作打下了坚实的基础。
在设计过程中，得到周殿春老师的悉心指导，使得本次设计在结构和细节上尽量符合现代的设计理念和设计习惯，在整体上更科学，更实用。
在这里向辛勤培育我们的老师们和给我们极大帮助的同学表示衷心的感谢和崇高的敬意！
致谢
本学位论文是在周殿春老师的悉心指导下完成的。
周殿春老师严谨的治学态度、高深的学术造诣、高度负责的育人品格使作者在完成本学位论文中受益匪浅。
老师深厚的理论基础和丰富的实践经验，认真负责的工作态度，值此毕业论文完成之际，谨向周老师致以衷心的感谢。
在日常生活和学习中，机电学院的各位老师，以及全体同学给予我的大力支持和帮助，在此我向他们以及多年来为我的成长付出辛勤劳动的老师和同学们表示衷心的感谢。
感谢所有给予支持、关心、帮助和鼓励的各位老师以及同学和朋友们，感谢所有参考文献的作者，感谢河北工程大学给我的良好学习环境。
参考文献
1、《电气控制与PLC原理及应用》周亚军主编.西安电子科技大学出版社.2008年
2、《液压传动与控制》张平格主编．冶金工业出版社，2004．8
3、《机械设计手册》徐灏主编．第2版．机械工业出版社，2000．6
4、《材料力学Ⅰ》刘鸿文主编．第4版．高等教育出版社，2004．1
5、《机械设计基础》杨可桢、程光蕴主编．第4版．高等教育出版社，1999．6
6、《机电一体化设计基础》郑堤、唐可洪主编机械工业出版社，1997．
7、《液压传动》丁树模主编机械工业出版社，2003
8、《机械设计》第八版濮良贵纪名刚主编北京高等教育出版社2006.5
9、《互换性与测量技术》何志刚主编中国农业出版社
10、《机械设计手册（软件版）》机械工业出版社
11、《先进制造技术》扬州大学王隆太主编，机械工业出版社2003.9
12、《机械设计》第八版濮良贵纪名刚主编西北工业大学机械原理及机械零件教研室2006.5
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