设计简介
1.4.1 臂力确定
国内目前使用的机械手的臂力范围较大，现有的机械手的臂力最小为0.15N，最大为8000N。本机械手的臂力为N臂 =1650（N），安全系数k般可在1.5~3，本机械手取安全系数k=2。定位精度为±1mm。
1.4.2 工作范围确定
本机械手的工作范围需要根据工艺要求和操作运动的轨迹去确定。一个操作运动的轨迹是由几个动作的合成，在确定工作范围时，可将轨迹分解成若干个单个的动作，由单个动作的行程来确定机械手最大行程。此机械手动作范围确定如下：
手腕回转角度=±115°；
手臂伸长量=150mm；
手臂回转角度=±115°；
手臂升降行程=170mm；
手臂水平运动行程=100mm；
1.4.3 确定各运动速度
机械手的各动作的最大行程确定以后，可以根据生产需要分配每个动作的时间，进而来确定各动作运动速度。机械手要完成整个过程，需完成夹紧工件，手臂升降，伸缩，回转，平移等一系列动作，这些动作都应该在规定的时间内完成。具体时间分配取决于很多因素，根据对各种因素反复考虑，对分配的方案进行反复比较才能确定。
机械手的总动作的时间应小于或等于工作拍节，如果需要两个动作同时进行，要按时间长的去计算，分配各动作的时间应考虑以下要求：
① 给定运动的时间应大于电气或液压元件的执行时间；
② 伸缩运动，速度要大于回转运动速度，因为回转运动的惯性一般会大于伸缩运动的惯性。在满足于工作拍节要求的条件下，应该尽量去选取较底的运动速度。机械手运动的速度与臂力，行程，驱动方式，缓冲方式，定位方式之间都有很大关系，应根据具体情况具体分析。
③ 在工作拍节短的、动作多的情况下，常需要几个动作同时进行。因此驱动系统要采取相应措施，以此来保证动作同步。
机械手的各运动速度如下：
手腕的回转速度 v腕回 = 40°/s；
手臂的伸缩速度 v臂伸 = 50 mm/s；
手臂的回转速度 v臂回 = 40°/s；
手臂的升降速度 v臂升 = 50 mm/s；
立柱的水平运动速度 v柱移 = 50 mm/s；
手指夹紧油缸运动速度 v夹 = 50 mm/s；
1.4.4 手臂配置形式
机械手的手臂的配置形式基本上能反映它的总体布局。运动要求，操作环境。工作对象的不同，手臂的配置形式也大不相同。本机械手采用的是机座式。机座式得结构多被工业机器人采用，机座上可装上独立的控制设备，便于搬运和安放，机座底部也可以安装行走设备，用已扩大机械的活动范围，分为1.手臂配置在机座顶部,，2.手臂配置在机座立柱上两种形式，本机械手主要采用手臂配置在机座的立柱上的形式。手臂配置在机座立柱上的机械手大多为圆柱坐标型，它有升降、伸缩与回转运动，工作范围比较大。
1.4.5 位置的检测装置的选择
机械手常用位置检测方式主要有三种：1.行程开关式、2.模拟式,3.数字式。本机械手主要采用行程开关式。利用行程开去关检测位置，精度较低，一般需要与机械挡块联合应用。在机械手中，采用行程开关与机械挡块检测定位不但精度高而且简单实用可靠，故也是应用最多的。
1.4.6 驱动与控制方式选择
机械手的驱动与控制方式是根据它们的特点，结合生产工艺要求来选择的，需要要尽量去选择控制性能好、体积小、维修方便、成本底的方式。
控制系统也有许多不同的类型。除了一些专用机械手以外，大多数的机械手均需要进行专门控制系统的设计。
驱动的方式一般有四种：气压驱动、液压驱动、电气驱动和机械驱动。
参考《工业机器人》表9-6和表9-7，按照设计要求，本机械手采用的驱动方式为液压驱动，控制方式为固定程序的PLC控制。
目 录
1.2 世界机器人的发展--------------------------------------------------------（1）
1.3 我国工业机器人的发展----------------------------------------------------（1）
1.4 我要设计的机械手--------------------------------------------------------（1）
1.4.1 臂力的确定---------------------------------------------------------------------------------------（2）
1.4.2工作范围的确定----------------------------------------------------------------------------------（2）
1.4.3 确定运动速度--------------------------------------------------------（2）
1.4.4 手臂的配置形式------------------------------------------------------（3）
1.4.5 位置检测装置的选择--------------------------------------------------（3）
1.4.6 驱动与控制方式的选择------------------------------------------------（3）
2 手部结构------------------------------------------------------------------------------------------（3）
2.1概述-------------------------------------------------------------------------------------------------------（3）
2.2 设计时应考虑的几个问题----------------------------------------------------------------------------（3）
2.3 驱动力的计算 -----------------------------------------------------------------------------------------（4）
3 腕部的结构---------------------------------------------------------------------------------------（5）
3.1 概述------------------------------------------------------------------------------------------------------（5）
3.2 腕部的结构形式--------------------------------------------------------------------------------------（5）
3.3手腕驱动力矩的计算-----------------------------------------------------（6）
4 臂部的结构-------------------------------------------------------------------------------------（8）
4.1 概述----------------------------------------------------------------------------------------------------（8）
4.2手臂直线运动机构-----------------------------------------------------------------------------------（8）
4.2.1手臂伸缩运动------------------------------------------------------------------------------------（8）
4.2.2 手臂的升降运动-------------------------------------------------------------------------------（9）
4.3 手臂回转运动----------------------------------------------------------------------------------------（9）
4.4 手臂的横向移动-------------------------------------------------------------------------------------（10）
4.5 臂部运动驱动力计算------------------------------------------------------------------------------（10）
4.5.1 臂水平伸缩运动驱动力的计算------------------------------------------------------------（10）
4.5.2 臂垂直升降运动驱动力的计算------------------------------------------------------------（11）
4.5.3 臂部回转运动驱动力矩的计算---------------------------------------（11）
5 液压系统的设计-----------------------------------------------------------------------------（11）
5.1液压系统简介---------------------------------------------------------------------------------------（11）
5.2液压系统的组成------------------------------------------------------------------------------------（12）
5.3机械手液压系统的控制回路---------------------------------------------（12）
5.3.1 压力控制回路-------------------------------------------------------------------------------（12）
5.3.2 速度控制回路-------------------------------------------------------------------------------（12）
5.3.3 方向控制回路-----------------------------------------------------------------------------------（13）
5.4 机械手的液压传动系统----------------------------------------------------------------------------（13）
5.4.1 上料机械手的动作顺序----------------------------------------------------------------------（13）
5.4.2 自动上料机械手液压系统原理介绍-------------------------------------------------------（13）
5.5机械手液压系统的简单计算-----------------------------------------------（15）
5.5.1 双作用单杆活塞油缸------------------------------------------------（16）
5.5.2 无杆活塞油缸（亦称齿条活塞油缸）----------------------------------（17）
5.5.3 单叶片回转油缸 ---------------------------------------------------（18）
5.5.4 油泵的选择--------------------------------------------------------（19）
5.5.5 确定油泵电动机功率N ----------------------------------------------（19）
6 PLC控制回路的设计-----------------------------------------------------------------------（19）
6.1 现场器件与PLC内部等效继电器地址编号的对照表---------------------------------------（19）
6.2 PLC与现场器件的实际连接图------------------------------------------------------------------（20）
6.3 梯形图-------------------------------------------------------------------------------------------------（21）
6.4 指令程序-----------------------------------------------------------------------------------------------（22）
7 结束语 -----------------------------------------------------------------------------------------------------（26）
8致 谢 ------------------------------------------------------------------------------------------（27）
9参考文献--------------------------------------------------------------------------------------------------（28）
国内目前使用的机械手的臂力范围较大，现有的机械手的臂力最小为0.15N，最大为8000N。本机械手的臂力为N臂 =1650（N），安全系数k般可在1.5~3，本机械手取安全系数k=2。定位精度为±1mm。
1.4.2 工作范围确定
本机械手的工作范围需要根据工艺要求和操作运动的轨迹去确定。一个操作运动的轨迹是由几个动作的合成，在确定工作范围时，可将轨迹分解成若干个单个的动作，由单个动作的行程来确定机械手最大行程。此机械手动作范围确定如下：
手腕回转角度=±115°；
手臂伸长量=150mm；
手臂回转角度=±115°；
手臂升降行程=170mm；
手臂水平运动行程=100mm；
1.4.3 确定各运动速度
机械手的各动作的最大行程确定以后，可以根据生产需要分配每个动作的时间，进而来确定各动作运动速度。机械手要完成整个过程，需完成夹紧工件，手臂升降，伸缩，回转，平移等一系列动作，这些动作都应该在规定的时间内完成。具体时间分配取决于很多因素，根据对各种因素反复考虑，对分配的方案进行反复比较才能确定。
机械手的总动作的时间应小于或等于工作拍节，如果需要两个动作同时进行，要按时间长的去计算，分配各动作的时间应考虑以下要求：
① 给定运动的时间应大于电气或液压元件的执行时间；
② 伸缩运动，速度要大于回转运动速度，因为回转运动的惯性一般会大于伸缩运动的惯性。在满足于工作拍节要求的条件下，应该尽量去选取较底的运动速度。机械手运动的速度与臂力，行程，驱动方式，缓冲方式，定位方式之间都有很大关系，应根据具体情况具体分析。
③ 在工作拍节短的、动作多的情况下，常需要几个动作同时进行。因此驱动系统要采取相应措施，以此来保证动作同步。
机械手的各运动速度如下：
手腕的回转速度 v腕回 = 40°/s；
手臂的伸缩速度 v臂伸 = 50 mm/s；
手臂的回转速度 v臂回 = 40°/s；
手臂的升降速度 v臂升 = 50 mm/s；
立柱的水平运动速度 v柱移 = 50 mm/s；
手指夹紧油缸运动速度 v夹 = 50 mm/s；
1.4.4 手臂配置形式
机械手的手臂的配置形式基本上能反映它的总体布局。运动要求，操作环境。工作对象的不同，手臂的配置形式也大不相同。本机械手采用的是机座式。机座式得结构多被工业机器人采用，机座上可装上独立的控制设备，便于搬运和安放，机座底部也可以安装行走设备，用已扩大机械的活动范围，分为1.手臂配置在机座顶部,，2.手臂配置在机座立柱上两种形式，本机械手主要采用手臂配置在机座的立柱上的形式。手臂配置在机座立柱上的机械手大多为圆柱坐标型，它有升降、伸缩与回转运动，工作范围比较大。
1.4.5 位置的检测装置的选择
机械手常用位置检测方式主要有三种：1.行程开关式、2.模拟式,3.数字式。本机械手主要采用行程开关式。利用行程开去关检测位置，精度较低，一般需要与机械挡块联合应用。在机械手中，采用行程开关与机械挡块检测定位不但精度高而且简单实用可靠，故也是应用最多的。
1.4.6 驱动与控制方式选择
机械手的驱动与控制方式是根据它们的特点，结合生产工艺要求来选择的，需要要尽量去选择控制性能好、体积小、维修方便、成本底的方式。
控制系统也有许多不同的类型。除了一些专用机械手以外，大多数的机械手均需要进行专门控制系统的设计。
驱动的方式一般有四种：气压驱动、液压驱动、电气驱动和机械驱动。
参考《工业机器人》表9-6和表9-7，按照设计要求，本机械手采用的驱动方式为液压驱动，控制方式为固定程序的PLC控制。
目 录
1 机械手的介绍
1.1 工业机器人简介----------------------------------------------------------（1）1.2 世界机器人的发展--------------------------------------------------------（1）
1.3 我国工业机器人的发展----------------------------------------------------（1）
1.4 我要设计的机械手--------------------------------------------------------（1）
1.4.1 臂力的确定---------------------------------------------------------------------------------------（2）
1.4.2工作范围的确定----------------------------------------------------------------------------------（2）
1.4.3 确定运动速度--------------------------------------------------------（2）
1.4.4 手臂的配置形式------------------------------------------------------（3）
1.4.5 位置检测装置的选择--------------------------------------------------（3）
1.4.6 驱动与控制方式的选择------------------------------------------------（3）
2 手部结构------------------------------------------------------------------------------------------（3）
2.1概述-------------------------------------------------------------------------------------------------------（3）
2.2 设计时应考虑的几个问题----------------------------------------------------------------------------（3）
2.3 驱动力的计算 -----------------------------------------------------------------------------------------（4）
3 腕部的结构---------------------------------------------------------------------------------------（5）
3.1 概述------------------------------------------------------------------------------------------------------（5）
3.2 腕部的结构形式--------------------------------------------------------------------------------------（5）
3.3手腕驱动力矩的计算-----------------------------------------------------（6）
4 臂部的结构-------------------------------------------------------------------------------------（8）
4.1 概述----------------------------------------------------------------------------------------------------（8）
4.2手臂直线运动机构-----------------------------------------------------------------------------------（8）
4.2.1手臂伸缩运动------------------------------------------------------------------------------------（8）
4.2.2 手臂的升降运动-------------------------------------------------------------------------------（9）
4.3 手臂回转运动----------------------------------------------------------------------------------------（9）
4.4 手臂的横向移动-------------------------------------------------------------------------------------（10）
4.5 臂部运动驱动力计算------------------------------------------------------------------------------（10）
4.5.1 臂水平伸缩运动驱动力的计算------------------------------------------------------------（10）
4.5.2 臂垂直升降运动驱动力的计算------------------------------------------------------------（11）
4.5.3 臂部回转运动驱动力矩的计算---------------------------------------（11）
5 液压系统的设计-----------------------------------------------------------------------------（11）
5.1液压系统简介---------------------------------------------------------------------------------------（11）
5.2液压系统的组成------------------------------------------------------------------------------------（12）
5.3机械手液压系统的控制回路---------------------------------------------（12）
5.3.1 压力控制回路-------------------------------------------------------------------------------（12）
5.3.2 速度控制回路-------------------------------------------------------------------------------（12）
5.3.3 方向控制回路-----------------------------------------------------------------------------------（13）
5.4 机械手的液压传动系统----------------------------------------------------------------------------（13）
5.4.1 上料机械手的动作顺序----------------------------------------------------------------------（13）
5.4.2 自动上料机械手液压系统原理介绍-------------------------------------------------------（13）
5.5机械手液压系统的简单计算-----------------------------------------------（15）
5.5.1 双作用单杆活塞油缸------------------------------------------------（16）
5.5.2 无杆活塞油缸（亦称齿条活塞油缸）----------------------------------（17）
5.5.3 单叶片回转油缸 ---------------------------------------------------（18）
5.5.4 油泵的选择--------------------------------------------------------（19）
5.5.5 确定油泵电动机功率N ----------------------------------------------（19）
6 PLC控制回路的设计-----------------------------------------------------------------------（19）
6.1 现场器件与PLC内部等效继电器地址编号的对照表---------------------------------------（19）
6.2 PLC与现场器件的实际连接图------------------------------------------------------------------（20）
6.3 梯形图-------------------------------------------------------------------------------------------------（21）
6.4 指令程序-----------------------------------------------------------------------------------------------（22）
7 结束语 -----------------------------------------------------------------------------------------------------（26）
8致 谢 ------------------------------------------------------------------------------------------（27）
9参考文献--------------------------------------------------------------------------------------------------（28）
