【正文】 編號 本科生畢業(yè) 設計 液壓上下料機械手 Hydraulic Updown Material Manipulator 學 生 姓 名 于盛博 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 學 號 0851429 指 導 教 師 0851429 分 院 機電工程分院 2021年 6月 長 春理工大學光電信息學院畢業(yè)設計 I 摘 要 本次設計主要設計自動上下料機械手的機械系統(tǒng)。該系統(tǒng)要實現(xiàn)的是 4 自由度（ RPRR R— 回轉關節(jié) P— 直線運動關節(jié)）關節(jié)型機械手的運動，本設計選用液壓 驅動系統(tǒng)。液壓驅動應用廣泛，傳動平穩(wěn)，且易于控制。該系統(tǒng)的控制系統(tǒng)采用一般 PLC所具有的位移寄存器和位移指令來編程。 關鍵詞：機械手 4 自由度 關節(jié)型 液壓驅動 控制系統(tǒng) 長 春理工大學光電信息學院畢業(yè)設計 II Abstract This paper designs automatic loading and unloading manipulator39。s mechanical system. This system may realize 4 degreesof freedom (RPRR R rotation joint P translation joint) the joint manipulator design selects the hydraulic driving system. Thehydraulic driving application is transmission is control is easy . Control systemof this system uses the displacement register and the shift order which general PLC control system of this system can program by using the displacement register and displacement instruction of PLC. Keywords: Manipulator 4 degrees of freedom Joint Hydraulic Driving system Control system 長 春理工大學光電信息學院畢業(yè)設計 III 目 錄 摘要???????????????????????????????? Ⅰ Abstract?????????????????????????????? Ⅱ 第 1 章 緒論 ???????????????????????????? 1 工業(yè)機械手的概況??????????????????????? 1 工業(yè)機械手的分類?????????????????? ????? 3 工業(yè)機械手在生產中的應用??????????????????? 4 本章小結??????????????????????????? 4 第 2 章 自動上下料機械手的設計方案???????????????? 5 工業(yè)機械手的組成??????????????????????? 5 工業(yè)機械手的規(guī)格參數(shù) ???????????????????? 5 設計路線與方案???????????????????????? 6 設計步驟???? ???????????????????? 6 研究方法和措施????????????????????? 6 本章小結??????????????????????????? 6 第 3 章 機械手的計算與分析 ???????????????????? 6 手部計算與分析???????????????????????? 7 滑槽杠桿式手部設計的基本要求?????????????? 7 手部的計算和分析???????????????????? 7 腕部的計算和分析 ?????????????????????? 13 腕部設計的基本要求 ?????????????????? 13 腕部回轉力矩的計算 ?????????????????? 14 腕部擺動油缸的設計 ?????????????????? 16 選鍵并校核強度 ???????????????????? 18 臂部的計算和分析 ?????????????????????? 18 臂部設計的基本要求?????????????????? 18 手臂的設計計算???????????????????? 20 機身的計算和分析?????????????????????? 28 本章小結?????????????????????????? 28 第 4 章 液壓系統(tǒng)?????????????????????????? 28 液壓缸??????????????????????????? 28 計算和選擇液壓元件?????????????? ??????? 30 長 春理工大學光電信息學院畢業(yè)設計 IV 液壓泵的選取要求及其具體選取????????????? 30 選擇液壓控制閥的原則????????????????? 32 選擇液壓輔助元件的要求???????????????? 32 具體選擇液壓元件??????????????????? 33 本章小結?????????????????????????? ?? 34 第 5 章 液壓缸的保 養(yǎng)與維修???????????????????? 34 液壓元件的安裝??????????????????????? 34 液壓系統(tǒng)的一般使用與維護?????????????????? 35 一般技術安全事項?????????????????????? 35 第 6 章 機械手控制系統(tǒng)?????????????????????? 35 結論???????????????????????????????? 37 參考文獻?????????????????????????????? 38 致謝 ???????????????????????????????? 39 長 春理工大學光電信息學院畢業(yè)設計 1 第 1 章 緒 論 工業(yè)機械手概況 工業(yè)機械手是人類創(chuàng)造的一種機器 ,更是人類創(chuàng)造的一項偉大奇跡 ,其研究、開發(fā)和設計是從二十世紀中葉開始的 .我國的工業(yè)機械手是從 80年代 七五 科技攻關開始起步 ,在國家的支持下 ,通過 七五 ,八五 科技攻關 ,目前已經基本掌握了機械手操作機的設計制造技術 ,控制系統(tǒng)硬件和軟件設計技術 ,運動學和軌跡規(guī)劃技術 ,生 產了部分機器人關鍵元器件，開發(fā)出噴漆，孤焊，點焊，裝 配，搬運等機器人，其中有 130多臺噴漆機器人在二十余家企業(yè)的近 30條自動噴漆生產線（站）上獲得規(guī)模應用，孤焊機器人已經應用在汽車制造廠的焊裝線上。但總的看來，我國的工業(yè)機械手技術及其工程應用的水平和國外比還有一定距離。如：可靠性低于國外產品，機械手應用工程起步較晚，應用領域窄，生產線系統(tǒng)技術與國外比有差距。影響我國機械手發(fā)展的關鍵平臺因素就是其軟件，硬件和機械結構。目前工業(yè)機械手仍大量應用在制造業(yè)，其中汽車工業(yè)占第一位（占 %），電器制造業(yè)第二位（占 %），化工第三位（占%）。發(fā)達國家汽 車行業(yè)機械手應用占總保有量百分比為 %～ 53%，年產每萬輛汽車所擁有的機械手數(shù)為（包括整車和零部件）：日本 ，德國 ，法國 臺，英國 ，美國 ，意大利 。 世界工業(yè)機械手的數(shù)目雖然每年在遞增，但市場是波浪式向前發(fā)展的。在新世紀的曙光下人們追求更舒適的工作條件，惡劣危險的勞動環(huán)境都需要用機器人代替人工。隨著機器人應用的深化和滲透，工業(yè)機械手在汽車行業(yè)中還在不斷開辟著新用途。機械手的發(fā)展也已經由最初的液壓，氣壓控制開始向人工智能化轉變，并且隨著電子技術的發(fā)展和 科技的不斷進步，這項技術將日益完善。 上料機械手與卸料機械手相比，其中上料機械手中的移動式搬運上料機械手適用于各種棒料，工件的自動搬運及上下料工作。例如鋁型材擠壓成型鋁棒料的搬運及高溫材料的自動上料作業(yè)，最大抓取棒料直徑達 180mm，最大抓握重量可達 30公斤，最大行走距離為 1200mm。根據作業(yè)要求及載荷情況，機械手各關節(jié)運動速度可調。移動式搬運上料機械手主要由手爪，小臂，大臂，手臂回轉機構，小車行走機構，液壓泵站電器控制系統(tǒng)組成，同時具有高溫棒料啟動疏料裝置及用于安全防護用的光電保護系統(tǒng)。整個機械手及 液壓系統(tǒng)均集中設置在行走小車上，結構緊湊。電氣控制系統(tǒng)采用OMRON可編程控制器，各種作業(yè)的實現(xiàn)可以通過編程實現(xiàn)。 國內外實際使用的多是定位控制的機械手，沒有“視覺”和“觸覺”反饋。目 前，世界各國正積極研制帶有“視覺”和“觸覺”的工業(yè)機械手，使它能夠對所抓取的工 長 春理工大學光電信息學院畢業(yè)設計 2 件進行分辨，能選取所需要的工件，并正確的夾持工件，進而精確地在機器上定位、定向。 為使機械手有“眼睛”去處理方位變化的工件和分辨形狀不同的零部件，它由視覺傳感器輸入三個視圖方向的視覺信息，通過計算機進行圖形分辨，判別是否是所要抓取的工件。 為防止握力 過大引起物件損壞或握力過小引起物件滑落下來，一般采用兩種方法：一是檢測把握物體手臂的變形，以決定適當?shù)奈樟?；另一種是直接檢測指部與物件的滑動位移，來修正握力。 因此，這種機械手就具有以下幾個方面的性能： (1）能準確地抓住方位變化的物體； (2）能判斷對象的重量； (3)能自動避開障礙物； (4)抓空或抓力不足時能檢測出來。 這種具有感知能力并對感知的信息做出反映的工業(yè)機械手稱之為“智能機械手”，它是有發(fā)展前途的。 現(xiàn)在，工業(yè)機械手的使用范圍只限于在簡單重復的操作方面節(jié)省人力，其效用是代替從事繁重的 工作，危險的工作，單調重復的工作，惡劣環(huán)境下的工作方面尤其明顯。至于像汽車工業(yè)和電子工業(yè)之類的費工的工業(yè)部分，機械手的應用情況決不能說是好的。雖然這些工業(yè)部門工時不足的問題尖銳，但采用機械手只限于一小部分工序，其原因是，工業(yè)機械手的性能還不能滿足這些部門的要求，適于機械手工作的范圍很狹小，這是主要原因。經濟性問題當然也很重要，采用機械手來節(jié)約人力從經濟上看，不一定總是合算的。然而，利用機械手或類似機械設備節(jié)省人力和實現(xiàn)生產合理化的要求，今后還會持續(xù)增長，只要技術方面和價格方面存在的問題得到解決，機械手的應用 必將會飛躍發(fā)展。 上料機械手和卸料機械手相對，其中上料機械手中的移動式搬運上料機械手適用于各種棒料，工件的自動搬運及上下料工作。例如鋁型材擠壓成型機鋁棒料的搬運及高溫棒料的自動上料作業(yè)，最大抓取棒料直徑可達 180mm，最大抓握重量可達 30公斤，最大行走距離為 1200mm。根據作用要求和載荷情況，機械手各關節(jié)運動速度可調。移動式搬運上料機械手主要由手爪，小臂，大臂，手臂回轉機構，小車行走機構，液壓泵站電器控制系統(tǒng)組成，同時具有高溫棒料啟動疏料裝置及用于安全防護用的光電保護系統(tǒng)。整個機械手及液壓系統(tǒng)均集中設 置在行走小車上，結構緊湊。電氣控制系統(tǒng)采用 OMRON可編程控制器，各種作業(yè)的實現(xiàn)可以通過編程實現(xiàn)。 隨著機電一體化技術和計算機技術的應用，其研究和開發(fā)水平獲得了迅猛的發(fā)展并涉及到人類社會生產及生活的各個領域，特別是工業(yè)機械手在生產加工中的廣 泛應用。轎車半軸加工上料機械手設計在綜合多種機械手的設計原理和設計思想，根據轎車半軸加工的特點提出的，有一定的理