球坐标式四自由度机械手设计选读.doc

摘 要 机械手与机械人是二十世纪五十年代以后,伴随着电子技术特别是电子计算机的广泛应用,而迅速发展起来的一门新兴技术。它综合应用了机械、电子、自动控制等先进技术以及物理，生物等学科的基础知识实现机械化与自动化的有机结合。它不仅在工业生产上，而且对宇宙开发，海洋开发，军事工程和生物医学等方面都起着推动的作用，因而日益受到世界许多国家政府，学术团队和科学技术人员的重视，毫无疑问，这门技术将具有广阔的发展前景。 在生产现代化领域里，材料的搬运，机床的上下料，整机的装配等是个薄弱环节。在机械工业部门，这些工序的费用占全部加工费用三分之二以上，而且绝大多数的事故发生在这些工序，自动上下料装置和工业机械手就是为实现这些工序的自动化而采用的。 通用机械手在工业生产中的应用只有二十来年的历史，这种装置在国外得到相当重视，到七十年代，其品种和数量都有很大的发展，并且研制了具有各种感觉器官的机器人。 关键词：机械手 液压缸PLC自由度 控制阀 目 次 摘 要 2 1 绪论 1 2 设计参数 7 2.1设计题目 7 球坐标式四自由度机械手设计 7 2.2 初始参数与设计要求 7 3设计方案的拟定 8 3.1初步分析 8 3.2 执行机构 8 3.2.1手部 8 3.2.2腕部 8 3.2.3臂部及机身 9 3.3 驱动机构 9 3.4控制机构 10 4 机械手手部的设计计算 10 4.1设计计算 10 4.2机械手手抓夹持精度的分析计算 13 5 腕部的设计计算 14 5.1 腕部设计的基本要求 14 5.2 腕部的结构以及选择 15 5.2.1典型的腕部结构 15 5.2.2 腕部结构和驱动机构的选择 15 5.3腕部的设计计算 15 5.3.1 腕部设计考虑的参数 15 5.3.2 腕部的驱动力矩计算 15 6腕部与臂部连接处的回转液压缸的设计计算 17 6.1驱动力矩的计算 18 6.1.1惯性力矩的计算 18 6.1.2摩擦阻力矩的计算 18 6.1.3偏重力矩的计算 18 6.2回转液压缸的确定 18 7 臂部的设计计算 19 7.1 臂部设计的基本要求 19 7.2 手臂的典型机构以及结构的选择 20 7.2.1典型的臂部运动结构 20 7.2.2手臂运动机构的选择 21 7.3 手臂直线运动的驱动力计算 21 7.3.1手臂摩擦力的分析与计算 21 7.3.2手臂惯性力的计算 23 7.3.3密封装置的摩擦阻力 23 7.4 确定液压缸工作压力和结构 23 7.4.1确定液压缸的结构尺寸 23 7.5液压缸盖螺钉的计算 26 8臂部俯仰缸的设计计算 27 8.1驱动力矩的计算 29 8.2俯仰摆动油缸驱动力的计算 29 8.3俯仰摆动油缸的设计计算 30 8.4液压缸盖螺钉的计算 30 9 机身的设计计算 32 9.1 机身的整体设计 32 9.2 机身回转机构的设计计算 33 9.2.1 回转缸驱动力矩的计算 33 9.3回转缸尺寸的初步确定 34 10　机械手液压系统工作原理 34 10.1 能量转化简图 34 10.2 液压系统的组成 35 10.3 液压传动系统机械手的特点 35 10.4 油缸泄漏问题与密封装置 36 10.4.1 活塞式油缸的泄漏与密封 36 10.4.2 回转油缸的泄漏与密封 36 10.5 液压系统传动方案的确定 37 10.5.1 各液压缸的换向回路 37 10.5.2 调速方案 37 10.5.3 减速缓冲回路 38 10.5.4 系统安全可靠性 38 10.5.5 机械手的动作分析 38 11机械手的PLC控制系统设计 40 11.1 用于控制机械手的PLC简介 41 11.1.1 PLC简介 41 11.1.2 机械手PLC的选用 41 11.2　工业用机械手的动作顺序的PLC编程 42 12 设计感想 46 13 参考文献 48  1 绪论 (1)　机械手的概述 工业机械手（以下简称机械手）是近代自动控制领域中出现的一项新技术，作为多学科融合的边沿学科，它是当今高技术发展最快的领域之一，并已成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分。 所谓工业机械手就是一种能按给定的程序或要求自动完成物件（如材料、工件、零件或工具等）传送或操作作业的机械装置，它能部分地代替人的手工劳动。较高级型式的机械手，还能模拟人的手臂动作，完成较复杂的作业。 由于机械手科学的发展十分迅速，世界上对机械手还没有一个明晰，统一的定义。 国际标准化组织（ISO）对机械手做了如下定义：机械手是一种可以反复编程和多功能的用来搬运材料、零件、工具的操作机或是为了执行不同任务而具有可改变和可编程的动作的专门系统（A reprogrammable