小负载液压搬运机械手系统设计(附件)【字数：9988】
摘 要伴随着科技日新月异的进步，搬运机械手成为了一种代替人类进行重复性体力劳动的机械装置。从而减轻工人的劳动强度，提高生产效率，又能降低生产风险。可见搬运机械手的设计和普及是极其必要的。本次论文主要完成机械本体，液压系统，控制系统三大系统设计。采用圆柱坐标结构形式，实现转动、升降、伸缩动作。根据各部分承受的载荷计算出执行机构的数据，之后进行强度校核和稳定性校核。完成了液压系统的压力控制回路、速度控制回路、方向控制回路的设计。控制系统有自动、单周期、单步、手动四种工作模式，采用西门子PLC实时控制满足系统控制要求，并完成控制程序的编写。
Key words: manipulator; hydraulic pressure; PLC; handling 目 录
第一章 绪论 1
1.1 选题背景 1
1.2 本设计的主要内容 1
第二章 机械手总体设计方案的确定 2
2.1 机械手的结构形式设计 2
2.2 腰座结构的设计方案 2
2.3 手臂的结构设计方案 2
2.4 手爪的设计方案 3
2.5 液压系统的设计方案 3
2.6 控制系统的总体设计 4
第三章 理论分析和设计计算 5
3.1 手爪结构的设计 5
3.1.1 机械手手爪的设计 5
3.1.2 手爪驱动力的计算 5
3.1.3 手爪液压缸参数确定及校核 7
3.1.4 手爪加持范围计算 8
3.2 臂部的设计 8
3.2.1 手臂摩擦力的分析与计算 8
3.2.2 手臂惯性力的计算 10
3.2.3 手臂液压缸参数确定及校核 10
3.3 机身升降机构的计算 13
3.3.1 偏重力矩的计算 13
3.3.2 升降液压缸驱动力的计算 14
3.3.3 升降液压缸参数确定及校核 14
3.4 液压缸主要参数的确定 17
3.5 机身回转机构的设计计算 17
3.6 液压传动系统的组成 20
3.6.1 执 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
行元件 20
3.6.2 压力控制回路 20
3.6.3 速度控制回路 20
3.6.4 方向控制回路 20
3.6.5 液压源系统的设计 20
3.6.6 绘制液压系统图 20
3.7 计算和选择液压元件 21
第四章 搬运机械手控制系统的设计 23
4.1 机械手工艺过程分析和控制方案的确定 23
4.1.1 明确工艺要求 23
4.1.2 确定工艺流程 23
4.2 控制器种类的选择 25
4.3 确定I/O点数 26
4.4 PLC的选型 27
4.5 PLC控制面板的拟定和传感器的选择 28
4.5.1 控制面板的拟定 28
4.5.2 传感器选择 28
4.6 控制接线设计 29
4.7 PLC程序编写 29
4.7.1 总体程序设计思路 30
4.7.2 启动、手动模式程序的编写 30
4.7.3 复位程序的编写 30
4.7.4 自动控制程序的编写 30
4.7.5 控制程序 32
结束语 47
致谢 48
参考文献 49
第一章 绪论
1.1 选题背景
现代生产中，伴随着科技的日新月异进步，一些笨重繁琐的重复性工作完全可以由机械手代替完成。高效，又能降低生产风险。搬运机械手作为一种可代替人类进行重复工作的机械装置，帮助人们码垛、注塑、焊接。在当今工业生产中被大量使用。
1.2 本设计的主要内容
根据设计参数要求，分别设计出搬运机械手的机械本体，液压系统、检测系统、控制系统，并最终形成设计说明书和设计图纸。
系统主要技术参数要求如下：
抓重：15kg
最大工作半径：1500mm
手臂最大中心高度：1000mm
手臂运动参数：伸缩行程：700mm
伸缩速度：0.30m/s
升降行程：400mm
升降速度：0.20m/s
回转范围：0°～ 200°
回转速度：70°/s
手指握力：400N
第二章 机械手总体设计方案的确定
小负载液压搬运机械手系统由机械系统、液压系统、控制系统三大系统所构成，总体方案设计分成以下六个部分分别阐述。
/
图21 各部分关系图
2.1 机械手的结构形式设计
图22为搬运机械手主要的四种结构形式。本次设计的机械手动作要求简单，三个自由度即可满足搬运需求，机械手爪重15KG，采用圆柱坐标结构形式就可满足设计要求。
/
图22 机器人结构形式
2.2 腰座结构的设计方案
整个运动机身的重量集中在了能够进行旋转的腰部。为满足工作角度范围的设计要求，腰部的转动不需要很高的定位精度，利用单叶片式摆动液压马达可满足腰部的转动要求。如图23，为承受回转产生的径向载荷和重力引起的轴向载荷，采用一对圆锥滚子轴承对称放置作为腰部的回转支撑。
2.3 手臂的结构设计方案
本次设计的机械手动作简单，抓重15KG，为满足其强度、刚度的要求，采用四根空心导杆作为大臂升降的引导装置，液压缸推动臂部，沿着导杆运动。小臂伸缩动作采用液压推动液压缸沿着顶端两根空心导杆动作。两根导杆与液压缸组成具有稳定性的三角形框架结构。
Key words: manipulator; hydraulic pressure; PLC; handling 目 录
第一章 绪论 1
1.1 选题背景 1
1.2 本设计的主要内容 1
第二章 机械手总体设计方案的确定 2
2.1 机械手的结构形式设计 2
2.2 腰座结构的设计方案 2
2.3 手臂的结构设计方案 2
2.4 手爪的设计方案 3
2.5 液压系统的设计方案 3
2.6 控制系统的总体设计 4
第三章 理论分析和设计计算 5
3.1 手爪结构的设计 5
3.1.1 机械手手爪的设计 5
3.1.2 手爪驱动力的计算 5
3.1.3 手爪液压缸参数确定及校核 7
3.1.4 手爪加持范围计算 8
3.2 臂部的设计 8
3.2.1 手臂摩擦力的分析与计算 8
3.2.2 手臂惯性力的计算 10
3.2.3 手臂液压缸参数确定及校核 10
3.3 机身升降机构的计算 13
3.3.1 偏重力矩的计算 13
3.3.2 升降液压缸驱动力的计算 14
3.3.3 升降液压缸参数确定及校核 14
3.4 液压缸主要参数的确定 17
3.5 机身回转机构的设计计算 17
3.6 液压传动系统的组成 20
3.6.1 执 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
行元件 20
3.6.2 压力控制回路 20
3.6.3 速度控制回路 20
3.6.4 方向控制回路 20
3.6.5 液压源系统的设计 20
3.6.6 绘制液压系统图 20
3.7 计算和选择液压元件 21
第四章 搬运机械手控制系统的设计 23
4.1 机械手工艺过程分析和控制方案的确定 23
4.1.1 明确工艺要求 23
4.1.2 确定工艺流程 23
4.2 控制器种类的选择 25
4.3 确定I/O点数 26
4.4 PLC的选型 27
4.5 PLC控制面板的拟定和传感器的选择 28
4.5.1 控制面板的拟定 28
4.5.2 传感器选择 28
4.6 控制接线设计 29
4.7 PLC程序编写 29
4.7.1 总体程序设计思路 30
4.7.2 启动、手动模式程序的编写 30
4.7.3 复位程序的编写 30
4.7.4 自动控制程序的编写 30
4.7.5 控制程序 32
结束语 47
致谢 48
参考文献 49
第一章 绪论
1.1 选题背景
现代生产中，伴随着科技的日新月异进步，一些笨重繁琐的重复性工作完全可以由机械手代替完成。高效，又能降低生产风险。搬运机械手作为一种可代替人类进行重复工作的机械装置，帮助人们码垛、注塑、焊接。在当今工业生产中被大量使用。
1.2 本设计的主要内容
根据设计参数要求，分别设计出搬运机械手的机械本体，液压系统、检测系统、控制系统，并最终形成设计说明书和设计图纸。
系统主要技术参数要求如下：
抓重：15kg
最大工作半径：1500mm
手臂最大中心高度：1000mm
手臂运动参数：伸缩行程：700mm
伸缩速度：0.30m/s
升降行程：400mm
升降速度：0.20m/s
回转范围：0°～ 200°
回转速度：70°/s
手指握力：400N
第二章 机械手总体设计方案的确定
小负载液压搬运机械手系统由机械系统、液压系统、控制系统三大系统所构成，总体方案设计分成以下六个部分分别阐述。
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图21 各部分关系图
2.1 机械手的结构形式设计
图22为搬运机械手主要的四种结构形式。本次设计的机械手动作要求简单，三个自由度即可满足搬运需求，机械手爪重15KG，采用圆柱坐标结构形式就可满足设计要求。
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图22 机器人结构形式
2.2 腰座结构的设计方案
整个运动机身的重量集中在了能够进行旋转的腰部。为满足工作角度范围的设计要求，腰部的转动不需要很高的定位精度，利用单叶片式摆动液压马达可满足腰部的转动要求。如图23，为承受回转产生的径向载荷和重力引起的轴向载荷，采用一对圆锥滚子轴承对称放置作为腰部的回转支撑。
2.3 手臂的结构设计方案
本次设计的机械手动作简单，抓重15KG，为满足其强度、刚度的要求，采用四根空心导杆作为大臂升降的引导装置，液压缸推动臂部，沿着导杆运动。小臂伸缩动作采用液压推动液压缸沿着顶端两根空心导杆动作。两根导杆与液压缸组成具有稳定性的三角形框架结构。
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