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（图纸+论文）五自由度液压机械手及PLC控制系统设计（全套完整）

种在机器人视觉力觉触觉声觉等基础技术的开发应用上开展了不少工作，有了定的发展基础。但是在多传感器信息融合控制技术遥控加局部自主系统遥控机器人智能装配机器人机器人化机械等的开发应用方面则刚刚起步，与国外先进水平差距较大，需要在原有成绩的基础上，有重点地系统攻关，才能形成系统配套可供实用的技术和产品，以期在“十五”后期立于世界先进行列之中。.我要设计的机械手臂力的确定目前使用的机械手的臂力范围较大，国内现有的机械手的臂力最小为.，最大为。本液压机械手的臂力为臂，安全系数般可在.，本机械手取安全系数。定位精度为。工作范围的确定机械手的工作范围根据工艺要求和操作运动的轨迹来确定。个操作运动的轨迹是几个动作的合成，在确定的工作范围时，可将轨迹分解成单个的动作，由单个动作的行程确定机械手的最大行程。本机械手的动作范围确定如下手腕回转角度手臂伸长量手臂回转角度手臂升降行程手臂水平运动行程确定运动速度机械手各动作的最大行程确定之后，可根据生产需要的工作拍节分配每个动作的时间，进而确定各动作的运动速度。升降运动。其导向作用靠立柱的平键实现。图中为位置检测装置。图手臂升降和回转机构图.手臂回转运动实现手臂回转运动的机构形式是多种多样的，常用的有回转缸齿轮传动机构链轮传动机构连杆机构等。本机械手采用齿条缸式臂回转机构，如图所示，回转运动由齿条活塞杆驱动齿轮，带动配油轴和缸体起转动，再通过缸体上的平键带动外套起转动实现手臂的回转。.手臂的横向移动如图所示为手臂的横向移动机构。手臂的横向移动是由活塞缸来驱动的，回转缸体与滑台用螺钉联结，活塞杆通过两块连接板用螺钉固定在滑座上。当活塞缸通压力油时，其缸体就带动滑台，沿着燕尾形滑座做横向往复运动。图手臂横向移动机构.臂部运动驱动力计算计算臂部运动驱动力包括力矩时，要把臂部所受的全部负荷考虑进去。机械手工作时，臂部所受的负荷主要有惯性力摩擦力和重力等。臂水平伸缩运动驱动力的计算手臂做水平伸缩运动时，首先要克服摩擦阻力，包括油缸与活塞之间的摩擦阻力及导向杆与支承滑套之间的摩擦阻力等，还要克服启动过程中的惯性力。其驱动力可按下式计算式中各支承处的摩擦阻力启动过程中的惯性力，其大小可按下式估算式中手臂伸缩部件的总重量重力加速度.启动过程中的平均加速度，而速度变化量。如果手臂从静止状态加速到工作速度时，则这个过程的速度变化量就等于手臂的工作速度启动过程中所用的时间，般为..。当时，臂垂直升降运动驱动力的计算手臂作垂直运动时，除克服摩擦阻力和惯性力之外，还要克服臂部运动部件的重力，故其驱动力可按下式计算式中各支承处的摩擦力启动时惯性力可按臂伸缩运动时的情况计算臂部运动部件的总重量上升时为正，下降时为负。当时臂部回转运动驱动力矩的计算臂部回转运动驱动力矩应根据启动时产生的惯性力矩与回转部件支承处的摩擦力矩来计算。由于启动过程般不是等加速度运动，故最大驱动力矩要比理论平均值大些，般取平均值的.倍。故驱动力矩可按下式计算.•式中各支承处的总摩擦力矩启动时惯为提高机器人的运动速度，要尽量减少臂部运动部分的重量，以减少偏重力矩和整个手臂对回转轴的转动惯量。运动要平稳定位精度要高由于臂部运动速度越高重量越大，惯性力引起的定位前的冲击也就越大，运动即不平稳，定位精度也不会高。故应尽量减少小臂部运动部分的重量，使结构紧凑重量轻，同时要采取定的缓冲措施。.手臂直线运动机构机械手手臂的伸缩升降及横向移动均属于直线运动，而实现手臂往复直线运动的机构形式比较多，常用的有活塞油气缸活塞缸和齿轮齿条机构丝杆螺母机构以及活塞缸和连杆机构。手臂伸缩运动这里实现直线往复运动是采用液压驱动的活塞油缸。由于活塞油缸的体积小重量轻，因而在机械手的手臂机构中应用比较多。如下图所示为双导向杆手臂的伸缩结构。手臂和手腕是通过连接板安装在升降油缸的上端，当双作用油缸的两腔分别通入压力油时，则推动活塞杆即手臂作往复直线运动。导向杆在导向套内移动，以防止手臂伸缩时的转动并兼做手腕回转缸及手部的夹紧油缸用的输油管道。由于手臂的伸缩油缸安装在两导向杆之间，由导向杆承受弯曲作用，活塞杆只受拉压作用，故受力简单，传动平稳，外形整齐美观，结构紧凑。可用于抓重大行程较长的场合。图双导向杆手臂的伸缩结构导向装置液压驱动的机械手手臂在进行伸缩或升降运动时，为了防止手臂绕轴线发生转动，以保证手指的正确方向，并使活塞杆不受较大的弯曲力矩的作用，以增加手臂的刚性，在设计手臂的结构时，必须采用适当的导向装置。它根据手臂的安装形式，具体的结构和抓取重量等因素加以确定，同时在结构设计和布局上应尽量减少运动部件的重量和减少手臂对回转中心的转动惯量。目前采用的导向装置有单导向杆双导向杆四导向杆和其他的导向装置，本机械手采用的是双导向杆导向机构。双导向杆配置在手臂伸缩油缸两侧，并兼做手部和手腕油路的管道。对于伸缩行程大的手臂，为了防止导向杆悬伸部分的弯曲变形，可在导向杆尾部增设辅助支承架，以提高导向杆的刚性。如图所示，对于伸缩行程大的手臂，为了防止导向杆悬伸部分的弯曲变形，可在导向杆尾部增设辅助支承架，以提高导向杆的刚性。如图所示，在导向杆的尾端用支承架将两个导向杆连接起来，支承架的两侧安装两个滚动轴承，当导向杆随同伸缩缸的活塞杆起移动时，支承架上的滚动轴承就在支承板的支承面上滚动。图双导向杆手臂结构手臂的升降运动如图所示为手臂的升降运动机构。当升降缸上下两腔通压力油时，活塞杠做上下运动，活塞缸体固定在旋转轴上。由活塞杆带动套筒做这里取角度。这种手部结构简单，具有动作灵活，手指开闭角大等特点。查工业机械手设计基础中表可知，形手指夹紧圆棒料时，握力的计算公式.，综合前面驱动力的计算方法，可求出驱动力的大小。为了考虑工件在传送过程中产生的惯性力振动以及传力机构效率的影响，其实际的驱动力实际应按以下公式计算，即实际η式中η手部的机械效率，般取安全系数，般取.工作情况系数，主要考虑惯性力的影响，可近似按下式估计其中为被抓取工件运动时的最大加速度，为重力加速度。本机械手的工件只做水平和垂直平移，当它的移动速度为毫米秒，移动加速度为毫米秒，工件重量为牛顿，型钳口的夹角为,时，拉紧油缸的驱动力和实际计算如下根据钳爪夹持工件的方位，由水平放置钳爪夹持水平放置的工件的当量夹紧力计算公式.把已知条件代入得当量夹紧力为由滑槽杠杆式结构的驱动力计算公式得计算.实际计算η取η.,.,.则实际.两支点回转式钳爪的定位误差的分析图带浮动钳口的钳爪钳口与钳爪的连接点为铰链联结,如图示几何关系,若设钳爪对称中心到工件中心的距离为,则当工件直径变化时,的变化量即为定位误差,设工件半径由变化到时,其最大定位误差为∣∣其中,代入公式计算得最大定位误差∣∣故符合要求.腕部的结构.概述腕部是连接手部与臂部的部件，起支承手部的作用。设计腕部时要注意以下几点结构紧凑，重量尽量轻。转动灵活，密封性要好。注意解决好腕部也手部臂部的连接，以及各个自由度的位置检测管线的布置以及润滑维修调整等问题要适应工作环境的需要。另外，通往手腕油缸的管道尽量从手臂内部通过，以便手腕转动时管路不扭转和不外露，使外形整齐。.腕部的结构形式本机械手采用回转油缸驱动实现腕部回转运动，结构紧凑体积小，但密封性差，回转角度为.如下图所示为腕部的结构，定片与后盖，回转缸体和前盖均用螺钉和销子进行连接和定位，动片与手部的夹紧油缸缸体用键连接。夹紧缸体也指座固连成体。当回转油缸的两腔分别通入压力油时，驱动动片连同夹紧油缸缸体和指座同转动，即为手腕的回转运动。图机械手的腕部结构.手腕驱动力矩的计算驱动手腕回转时的驱动力矩必须克服手腕起动时所产生的惯性力矩必须克服手腕起动时所产生的惯性力矩，手腕的转动轴与支承孔处的摩擦阻力矩，动片与缸径定片端盖等处密封装置的摩擦阻力矩以及由于转动的重心与轴线不重合所产生的偏重力矩。手腕转动时所需要的驱动力矩可按下式计算驱惯偏摩.式中驱自由度,液压,机械手控制系统,设计,毕业设计,全套,图纸工业机器人简介几千年前人类就渴望制造种像人样的机器，以便将人类从繁重的劳动中解脱出来。如古希腊神话阿鲁哥探险船中的青铜巨人泰洛斯，犹太传说中的泥土巨人等等，这些美丽的神话时刻激励着人们定要把美丽的神话变为现实，早在两千年前就开始出现了自动木人和些简单的机械偶人。到了近代，机器人词的出现和世界上第台工业机器人问世之后，不同功能的机器人也相继出现并且活跃在不同的领域，从天上到地下，从工业拓广到农业林牧渔，甚至进入寻常百姓家。机器人的种类之多，应用之广，影响之深，是我们始料未及的。工业机器人由操作机机械本体控制器伺服驱动系统和检测传感装置构成，是种仿人操作自动控制可重复编程能在三维空间完成各种作业的机电体化自动化生产设备。特别适合于多品种变批量的柔性生产。它对稳定提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。机器人并不是在简单意义上代替人工的劳动，而是综合了人的特长和机器特长的种拟人的电子机械装置，既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力，又有机器可长时间持续工作精确度高抗恶劣环境的能力，从种意义上说它也是机器的进化过程产物，它是工业以及非产业界的重要生产和服务性设备，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备。.世界机器人的发展国外机器人领域发展近几年有如下几个趋势.工业机器人性能不断提高高速度高精度高可靠性便于操作和维修，而单机价格不断下降，平均单机价格从年的．万美元降至年的．万美元。．机械结构向模块化可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机减速机检测系统三位体化由关节模块连杆模块用重组方式构造机器人整机国外已有模块化装配机器人产品问市。．工业机器人控制系统向基于机的开放型控制器方向发展，便于标准化网络化器件集成度提高，控制柜日见小巧，且采用模块化结构大大提高了系统的可靠性易操作性和可维修性。．机器人中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置速度加速度等传感器外，装配焊接机器人还应用了视觉力觉等传感器，而遥控机器人则采用视觉声觉力觉触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制多传感器融合配置技术在产品化系统中已有成熟应用。．虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真预演发展到用于过程控制，如使遥控机器人操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操纵机器人。．当代遥控机器人系统的发展特点不是追求全自治系统，而是致力于操作者与机器人的人机交互控制，即遥控加局部自主系统构成完整的监控遥控操作系统，使智能机器人走出实验室进入实用化阶段。美国发射到火星上的“索杰纳”机器人就是这种系统成功应用的最著名实例。．机器人化机械开始兴起。从年美国开发出“虚拟轴机