（优秀毕业全套设计）基于PLC逻辑顺序控制的平衡臂机械手液压系统设计（整套下载）

手臂手臂有无关节臂和有关节臂之分。

目前采用的手臂几乎都是无关节臂。

手臂的作用是引导手指准确得抓住工件，并运送到所需要的位置上。

为了使机械手能够正确的工作，手臂的三个自由读都需要精确的定位。

躯干躯干是安装手臂动力源和各种执行机构的支架。

二驱动系统驱动机构主要有四种液压驱动气体驱动电气驱动和机械驱动。

其中以液压气动用的最多，占以上电动机械驱动用的较少。

液压驱动主要是通过油缸阀油泵和油箱实现传动。

它的优点是压力高体积小，出力大，动作平缓，可无级变速，自锁方便，并能在中间位置停止。

缺点是需配备压力源，系统复杂，成本较高。

气动驱动所采用的元件为气压缸气马达气阀等。

它的优点是气源方便，维护简单，成本低。

缺点是出力小，体积大。

尤其空气的可压缩性大，很难实现中间位置的停止，只能用于点位控制，而且润滑性较差，气压系统容易生锈。

为了减少停机时产生的冲击，气压系统的装有速度控制机构或缓冲减震机构。

电器驱动都采用三相感应电机作为动力，用大减速比减速器来驱动执行机构直线运动则用电机带动丝杠螺母机构有的采用直线电动机。

电气驱动的优点是动力源简单维护使用方便。

般只用于动作固定的场合。

般用凸轮连杆机构实现规定的动作。

它的优点是动作确实可开，工作速度高，成本低缺点是不易于调整。

三控制系统机械手控制的要素，包括工作顺序到达位置动作时间运动速度和加减速度等。

机械手的控制分为点位控制和连续诡计控制两种。

控制系统可根据动作的要求，设计采用数字顺序控制。

它首先要编制程序加以存储，然后再根据规定的程序，控制机械手进行工作。

程序的存储方式分为分离存储和集中存储两种。

对于动作复杂的机械手机械人，采用示教再现型控制系统。

更复杂的机械手机械人则采用数字控制系统小型计算器或微处理机控制的系统。

机械手的分类按用途分类.专用机械手专用机械手是专为定设备服务的，简单使用，目前在生产中运用的比较广泛。

它般只能完成二种特定的作业。

如用来抓取和传送工件。

它的工作程序是固定的，也可根据需要编制程序控制，以获得多种工作程序，适应多种作业的需要。

.通用机械手通用机械手是在专用机械手的基础上发展起来的。

它能对不同物件完成多种动作，具有相当的通用性。

它是种能独立工作的自动话装置。

它的动作程序可以按照工作需要来改变，大概是采用顺序控制系统。

通用机械手又分简易型示教再现型和只能机械手草中式机械手等几种。

二按控制型式分类.点位控制型机械手点位控制型机械手的运动诡计是空间二个点之间的连接。

控制点书越多，性能越好。

它基本能满足于各种要求，结构简单。

绝大部分机械手是点位控制型。

.连续轨迹控制型机械手这种机械手的运动轨迹是空间的任意连续曲线，它能在三维空间中作极其复杂的动作。

工作性能完善，但控制部分比较复杂。

控制方式分为开关式和伺服式两种。

.本课题研究的主要内容及意义课题七杆二自由度机械手设计内容及基本要求设计个机械手，用于工厂机床边抓取圆棒料和饼类零件，实现从地面到机床卡盘和从机床卡盘到地面的运动。

最大活动半径最大活动高度回转活动范围最大抓取重量抓取规格棒料，盘类动力尽可能采用机械传动电磁力或气动。

必要时可以采用液压，但不宜使用高压液压设备。

工作量要求整套机械手图纸含外构件标准件汇总含电器图图使用说明书设计说明书英文翻译成汉文字重点研究的问题机械机构机电体化功能零部件机械手机械夹持运动传递和动力传送。

强电电控弱电电控弱电反馈控制。

本次设计的意义本次设计的对象是湖南省湘潭江麓机械有限公司所设计制造的七杆机械手，主要是对此机械手进行实体改造。

我们这次设计主要是针对此机械手，而且还要对机械手的整体布局及工作原理和过程做些介绍。

在外型上，我们要解决的问题主要是我们设计出来的实体要和实物相同或相近。

在大的方面，个机械手可以分为大臂小臂和手爪手腕等部分。

而手腕部分是我们所重点要求的，对其中的每个零件部件及组合体的尺寸和形体都有严格的要求，因为江麓的机械手是有人力动作部分的，而且没有手腕，取而代之的是个吊钩，为了将其改造成为可自动抓取的机械手，每个零件的配合都要很考究。

而油路的布置也要合理。

整体要整齐美观。

机构实用且经济。

第二章平衡臂机械手机械结构的设计计算.机械手机构的分析与设计机械手的自由度机械手要像人的手样完成各种动作是比较困难的。

因为人的手指手长手腕手臂由十九个关节所组成，并具有个自由度，而生产实践中机械手不需要这么多自由度。

下面按机械手所具有的主运动和辅助运动来分析其自由度。

手臂和立柱的运动成为主运动，因为它们能改变抓取工件在空间的位置。

手腕和手指的运动成为辅助运动，因为手腕的运动只能改变被抓取工件的方位，而手指的夹放运动不能改变工件的位置和方位，故它不计为自由度数，其他运动都算作自由度数。

这次参考了江麓机械厂的机械手，在确定了被抓取工件所在的空间位置，及将工件搬运到规定的位置时所需要的运动。

得知我们改造的机械手包括了大臂的回转和升降两个运动，而将要设计的手腕的自由度仅仅是为了配合手臂完成工件的预定装卸方位要求加以增设的，故只算成两个自由度。

图由图可知，此机械手在平面内有回转运动，且在方向和方向有直线运动，故做出它的运动轨迹图，由于存在了安全工作区域，故选了度旋转范围，如下图二自由度数多少是衡量机械手技术水平的指标之，自由数越多，可以完成的动作越复杂，通用性越强，应用范围也越广，但是响应的带来了技术难度大，控制系统和机械结构复杂，机械手本身的体积和重量增加，成本高和维修困难。

自由度少，通用性越差，但是技术上容易达到，结构简单，使用和维修方便。

所以在此次设计中，二自由度已经足够，没有必要盲目的加入自由度。

坐标形式如图所示的机械手，其手臂的运动由两个直线运动和个回转所组成，即沿轴的伸缩，沿轴的升降和绕轴的回转。

这种坐标型式的机械手成为圆柱坐标式机械手。

它与指教坐标式相比较，占地面积大而活动范围大，结构较为简单，并能达到较高的定位精度，因此得到广泛的应用。

机械手的机构简图以及部件尺寸图三在江麓机械厂的实地测绘，要进行改造的机械手机构简图如上图所示。

为个七杆二自由度机械手。

其各部件的尺寸如下杆件杆件二杆件三杆件四杆件五此机械手的尺寸恰能满足回转半径和提升工件高度的要求，所以在这次设计过程中不做改动。

由图计算其他尺寸图中虚线所示位置就是当机械手将工件举到最高时候的位置，实线所示的位置就是机械手在地面高度抓取工件的位置。

设计手臂在这两个位置时，杆件与水平所成的角度都为。

则长度等于，长度也为，长度等于，产度等于，长度等于，所以确定等于。

即为大臂升降油缸的行程取。

其工作高度即离地面高度为，其支撑点离地面的高度，其点的高度为。

第三章平衡臂机械手总体设计方案．机械手总体系统的设计综合考虑了几种驱动方式的优缺点，由于要求的抓取重量较大公斤，生产节拍较长，为了得到较大的输出力和握力，还要求传动平稳，所以我们决定采用液压驱动的方式。

.液压机械手液压系统的工作原理此机械手的液压传动是以有压力的油液作为传递动力的工作介质。

电动机带动油泵输出压力油，是将电动机供给的机械能转换成油液的压力能。

压力油经过管道及些控制调节装置等进入油缸，推动活塞杆运动，从而使手臂作伸缩升降等运动，将油液的压力能又转化成机械能。

手臂在运动时所能克服的摩擦阻力大小，以及夹持式手部夹紧工件时所需保持的握力大小，均与油液的压力和活塞的有效工作面积有关。

手臂做各种运动的速度决定于流入密封油缸中的油掖的容积的多少。

这种借助于酝酿动着的压力油的容积变化来传递动力的液压传动称为容积式液压传动，机械手的液压传动系统都是属于容积式液压传动。

本次设计的液压机械手，相当于台专用液压自动机械，由执行机构，液压系统电气控制三大部分组成。

液压传动系统概括如下图四.液压系统的组成原理由上图可知，液压系统由以下几个主要部分组成.油泵它供给液压系统压力油，将电动机输出的机械能转换为油液的压力能，用这压力油驱动整个液压系统工作。

.液动机压力油驱动运动部分对外工作的部分。

如做回转运动的液压马达，做回转角度为度的回转油缸，控制手臂伸缩的伸缩油缸。

.控制调节装置如单向阀溢流阀换向阀节流阀调速阀减压阀顺序阀等。

各起定的作用，使机械手的手臂手腕手指等能够完成所需要的运动。

．辅助装置如油箱滤油器蓄能器管路和管接头以及压力表等。

.液压传动机械手的特点机械手采用液压传动比较采用气压传动有如下特点.能得到较大的输出力或力矩般要得到公斤厘米的油液压力是比较方便的，而通常工厂的压缩空气均为公斤厘米。

因此，在活塞面积相同的条件下，液压机械手可比气动机械手负荷大得多。

目前，液压机械好艘搬运重量即抓重已达公斤，而气动机械手般搬运重量小于公斤。

.液压传动滞后现象小，反应较灵敏，传动平稳与空气相比，油液的压缩性极小，所以传动的滞后现象小，传动平稳。

气压传动虽易于得到较高速度如米秒以上，但空气粘性比油低传动中冲击较大，不利于精确定位。

.输出力和运动速度控制较容易输出力和运动速度在定的油缸结构尺寸下，主要决定于油液的压力和流量，通过调节相应的压力和流量控制阀，能比较方便地控制输出功率。

．可达到较高的定位精度目前般液压机械手，在速度低于毫米秒抓重较轻时，采用适宜的缓冲措施和定位方式，定位精度可达到.毫米。

若采用电液伺服系统控制，不仅定位精度高，而且可连续任意定位，适用于高速重负荷的通用机械手。

但是，液压传动也有其缺点系统的泄漏难以避免，影响工作效率和系统的工作性能。

工作要求越高，对密封装置和配合件制造精度的要求就越高。

油液的黏度对温度的变化很敏感，当温度升高时，油的黏度即显著降低，油液黏度的变化直接影响液压系统的性能和泄漏量。

另外在高温田间下工作时，必须注意油液着火等危险。

.机械手的动作顺序我们设计的机械手是个上下料的机械手，它的工作流程简图如下图五上述动作均由电控系统发信号控制相应的电磁换向阀，按程序依次步进动作而实现的。

该电控系统的步进控制环节采用步进选线器，其步进动作是在每步动作完成后，使行程开关的触点闭合或依据每步动作的预设停留时间，使时间继电器动作而发信，使步进器顺序“跳步”控制电磁阀的电磁铁线圈断通电，使电磁铁按程序动作实现液压系统的自动控制。

.平衡臂机械手总体布局方案的确定图八上图所看到的方案是本人了解了各种资料和参考了机械实物所设计的初步方案。

平衡臂机械手工作时要个稳定的基础且不需移动，所以该地基设计为嵌入水泥地里，这样的平衡性和稳定性好。

本次设计我们没将伸缩油缸和回转油缸放置在同个立柱中，因为如果这样放置，个是装配时十分不方便，二个是在机械手夹持工件进行回转时，回转中心将更加远离回转油缸的中心，那样对支撑轴的扭矩将增大，且对立柱的弯曲应力更大，机械手的寿命将缩短。

所以，我们设计的是将伸缩油缸和液压站用支撑板固定在远离工件的立柱的另侧，这样，当机械手回转时，回转中心将比较靠近回转油缸的回转中心，这样，即减少了支撑轴的弯曲应力，又可以使的机械手在装配和设置油管路线时更加方便。

横向扩展下，本人联想到深圳沙田海港的集装箱的起吊手臂，它在空间运行的时候，保证了集装箱的水平放置，那样手臂的设计将更加复杂。