摘 要对工业机械手各部分机械结构和功能的论述和分析，设计了一种圆柱坐标形式机械 手。
重点针对机械手的立柱、手臂、手爪等各部分机械结构以及机械手控制系统进行了 详细的设计。
具体进行了机械手的总体设计，立柱结构的设计，机械手手臂结构的设计， 末端执行器（手爪）的结构设计，机械手的机械传动机构的设计，机械手驱动系统的设 计。
同时对液压系统和控制系统进行了理论分析和计算。
基于PLC对机械手的控制系统 进行了深入细致的设计，通过对机械手作业的工艺过程和控制要求的分析，设计了控制 系统的硬件电路，同时编制了机械手的控制程序，达到了设计的预期目标。
关键词：机械手,可编程控制器PLC,液压伺服定位,电液系统AbstractIntegratting the knowledge of the past four years of Machine, discuss and analysis the each part and function of manipulator; design a kind of cylinderical coordinate manipulator used to pack and unload work piece for CNC machine tools. In particular, made the detailed design about base, arm, and end effector and the control system etc. including Total design, waist’s construction design, the arm’s construction design, the wrist’s construction design, the end effector’s construction design, and the drive system of manipulator. At the same time, analysis and compute the hydraulic pressure system and control system. Deeply design the manipulator’s control system, which based on PLC. After analysis about the craft process and the requests of the manipulator, the hardware circuit and the control program of the manipulator then is designed. In a word, the design of the manipulator has come to the anticipant object.Keyways: Manipulator, Programmable Logic Controller, Hydraulic servo control, Electrohydraulic system目 录摘 要 (1)Abstract (2)1 绪论 (1)1.1 选题背景 (1)1.2 设计目的 (1)1.3 国内外研究现状和趋势 (2)1.4 设计原则 (4)2 工业机械手的总体设计方案 (5)2.1 工业机械手传动方案设计 (5)2.2 工业机械手运动方案设计 (5)3 机械手结构设计 (9)3.1各执行部件（液压缸）的类型选择 (9)3.2 各执行部件之间的联接和固定方式设计 (9)3.3 手部的结构设计、计算及选型 (9)3.4 小手臂的结构设计、计算及选型 (13)3.5 大手臂的结构设计、计算及选型 (18)3.6 回转缸的结构设计、计算及选型 (20)4 液压系统设计 (25)4.1 液压系统的组成 (25)4.2 液压系统的特点 (26)4.3 拟定液压系统 (26)4.4 液压系统控制元件的选型 (27)4.5 液压控制原理及过程说明 (29)4.6 油缸泄露问题与密封装置 (30)4.7 管路布置 (31)5 PLC 控制系统设计 (32)结 论 (34)致 谢 (35)参考文献 (36)1 绪论1.1 选题背景机械手是在自动化生产过程中使用的一种具有抓取和移动工件功能的自动化装置， 它是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。
近年来，随着电子技术特 别是电子计算机的广泛应用，机器人的研制和生产已成为高技术领域内迅速发展起来的 一门新兴技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动 化的有机结合。
机械手能代替人类完成危险、重复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，提 高劳动生产力。
机械手越来越广泛的得到了应用，在机械行业中它可用于零部件组装 ， 加工工件的搬运、装卸，特别是在自动化数控机床、组合机床上使用更普遍。
目前， 机械手已发展成为柔性制造系统FMS和柔性制造单元FMC中一个重要组成 部分。
把机床设备和机械手共同构成一个柔性加工系统或柔性制造单元，它适应于中、 小批量生产，可以节省庞大的工件输送装置，结构紧凑，而且适应性很强。
当工件变更 时，柔性生产系统很容易改变，有利于企业不断更新适销对路的品种，提高产品质量， 更好地适应市场竞争的需要。
而目前我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外 比还有一定的距离，应用规模和产业化水平低，机械手的研究和开发直接影响到我国自 动化生产水平的提高，从经济上、技术上考虑都是十分必要的。
因此，进行机械手的研 究设计是非常有意义的。
1.2 设计目的本设计通过对本科四年的所学知识进行整合，完成一个特定功能、特殊要求的数控 机床上下料机械手的设计，能够比较好地体现机械设计制造及其自动化专业毕业生的理 论研究水平， 实践动手能力以及专业精神和态度， 具有较强的针对性和明确的实施目标， 能够实现理论和实践的有机结合。
目前，在国内很多工厂的生产线上数控机床装卸工件仍由人工完成，劳动强度大、 生产效率低。
为了提高生产加工的工作效率,降低成本,并使生产线发展成为柔性制造系 统,适应现代自动化大生产,针对具体生产工艺,利用机器人技术，设计用一台装卸机械手 代替人工工作，以提高劳动生产率。
本机械手主要与数控车床（数控铣床，加工中心等）组合最终形成生产线，实现加 工过程（上料、加工、下料）的自动化、无人化。
目前，我国的制造业正在迅速发展， 越来越多的资金流向制造业，越来越多的厂商加入到制造业。
本设计能够应用到加工工 厂车间，满足数控机床以及加工中心的加工过程安装、卸载加工工件的要求，从而减轻 工人劳动强度，节约加工辅助时间，提高生产效率和生产力。
1.3 国内外研究现状和趋势（一）工业机器人研究1954 年，美国戴沃尔最早提出了工业机器人的概念，并申请了专利。
1958 年， 被誉为“工业机器人之父”的 Joseph F.Engel Berger 创建了世界上第一个机器人公 司-----Unimation（Universal Automation）公司，并参与设计了第一台 Unimate 机 器人。
1984 年，ISO（国际标准化组织）采纳了美国机器人协会（RIA）的建议， 给机器人下了定义，即“机器人是一种可反复编程和多功能的用来搬运材料、零 件、工具的操作工具，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 and multifunctional manipulator,devised for the transport of materials, parts, tools or specialized systems, with varied and programmed movements, with the aim of carring out varied tasks)美国是机器人的诞生地，早在 1961 年，美 国的 ConsolidedControlCorp和 AMF公司联合研制了第一台实用的示教再现机器人。
经过 40 多年的发展，美国的机器人技术在国际上仍一直处于领先地位。
其技术全 面、先进，适应性也很强。
我国工业机器人起步于 70 年代初期，经过 20 多年的发展，大致经历了 3 个 阶段：70 年代的萌芽期，80 年代的开发期和 90 年代的适用化期。
我国于 1972 年 开始研制自己的工业机器人，在起点上相对于美国已经晚了 10 年，由于生产技术 上存在的差距，导致我国在工业机器人技术的发展方面落后于美国、日本等发达 国家。
进入 80 年代后，机器人技术的开发与研究得到了政府的重视与支持。
1986 年国家高技术研究发展计划（863 计划）开始实施，智能机器人主题跟踪世界机器 人技术的前沿，经过几年的研究，取得了一大批科研成果，成功地研制出了一批 特种机器人。
从 90 年代初期起，我国的工业机器人又在实践中迈进一大步，先后 研制出了点焊、弧焊、装配、喷漆、切割、搬运、包装码垛等各种用途的工业机 器人，并实施了一批机器人应用工程，形成了一批机器人产业化基地。
（二）工业机器人的发展与运用20 世纪 50 年代末，美国在机械手和操作机的基础上，采用伺服机构和自动控 制等技术，研制出有通用性的独立的工业用自动操作装置，并将其称为工业机器 人；60 年代初，美国研制成功两种工业机器人，并很快地在工业生产中得到应用； 1969年， 美国通用汽车公司用21台工业机器人组成了焊接轿车车身的自动生产线。
此后，各工业发达国家都很重视研制和应用工业机器人。
由于工业机器人具有一 定的通用性和适应性，能适应多品种中、小批量的生产，70 年代起，常与数字控 制机床结合在一起，成为柔性制造单元或柔性制造系统的组成部分。
20 世纪末，国际机器人联合会拥有一个有关世界机器人专家和机器人商人的 信息网络，利用这一网络国际机器人联合会得出了一个季度发展趋势报告，指出 了哪些地区在机器人和自动化贸易方面有增长的趋势。
在欧洲、美国等经济发达 国家，机器人产量在逐年增长，但主要不是在汽车工业，而是在其他工业领域。
工业机器人应用领域由制造业扩展到非制造业，同时在原制造业也不断深入渗透， 开辟了不少新用途。
原应用领域的扩展深化，如用多台弧焊机器人焊汽车、机械 大部件、车身及大薄板，电机壳的多层焊，窄空间线圈盒的焊接；电子基板喷涂 等，而新开辟的应用领域由木材家具、农林牧业、建筑、桥梁、医药卫生、办公 家用、教育科研及一些极限领域等非制造业。