液壓機(jī)械手設(shè)計(jì)說明書范本

1、近年來，隨著電子技術(shù)特別是電子計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用， 機(jī)器人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù) 領(lǐng)域內(nèi)迅速發(fā)展起來的一門新興技術(shù)，它更加促進(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展，使得機(jī)械手能更好地實(shí)現(xiàn) 與機(jī)械化和自動(dòng)化的有機(jī)結(jié)合。機(jī)械手雖然目前還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復(fù)工 作和勞動(dòng)、不知疲勞、不怕危險(xiǎn)、抓舉重物的力量比人手大等特點(diǎn)，因此，機(jī)械手已受到許多 部門的重視，并越來越廣泛地得到了應(yīng)用。例如：在機(jī)床加工，裝配作業(yè)，勞動(dòng)條件差，單調(diào) 重復(fù)易于疲勞的工作環(huán)境以及在危險(xiǎn)場(chǎng)合下工作等。 隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人與機(jī)械手的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，其技術(shù)性能也在不斷 提高。在國(guó)內(nèi)，應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)際的工業(yè)機(jī)器人特別是示教再現(xiàn)性

2、機(jī)器人不斷增多，而且計(jì)算機(jī) 控制的也有所應(yīng)用。在國(guó)外應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)際的工業(yè)機(jī)器人多為示教再現(xiàn)型機(jī)器人，而且計(jì)算機(jī) 控制的工業(yè)機(jī)器人占有相當(dāng)比例。帶有 觸覺” 視覺”等感覺的 智能機(jī)器人”正處于研制開發(fā) 階段。帶有一定智能的工業(yè)機(jī)器人是工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展方向。b5E2RGbCAP 第1章液壓機(jī)械手總體方案設(shè)計(jì) 1.1機(jī)械手總體設(shè)計(jì)方案擬定 機(jī)械手是能夠模仿人手的部分動(dòng)作，按照給定的程序，軌跡和要求，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓取、 搬運(yùn)或操作動(dòng)作的自動(dòng)化機(jī)械裝置。在工業(yè)中應(yīng)用的機(jī)械手稱為“工業(yè)機(jī)械手”。能夠配 合主機(jī)完成輔助性的工作，隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械手能夠獨(dú)立地按照程序，自動(dòng)重復(fù) 操作。plEanqFDP

3、w 根據(jù)課題的要求，機(jī)械手需具備上料，翻轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)位等功能，并按照自動(dòng)線的統(tǒng)一生產(chǎn) 節(jié)拍和生產(chǎn)綱領(lǐng)完成以上動(dòng)作。設(shè)計(jì)可參考以下多種設(shè)計(jì)方案：DXDiTa9E3d 1.1.1采用直角坐標(biāo)式，自動(dòng)線呈直線布置，機(jī)械手在空中行走，按照順序完成上料、 翻轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)位等功能。這種方案結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，自由度少，易于配線，但需要架空行走， 油液站不能固定，使得設(shè)計(jì)復(fù)雜程度增加，運(yùn)動(dòng)質(zhì)量增大。RTCrpUDGiT 圖1.1.1直角坐標(biāo)式布局示意圖 1.1.2機(jī)身采用立柱式，機(jī)械手側(cè)面行走，按照順序完成上料、翻轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)位的功能，自 動(dòng)線仍成直線布置。這種方案可以集中設(shè)計(jì)液壓站，易于實(shí)現(xiàn)電氣，油路定點(diǎn)連 接，但是占地面積大，手臂

4、懸伸量較大。5PCzVD7HxA 圖1.1.2立柱式機(jī)械手布局示意圖 1.1.3機(jī)身采用機(jī)座式，自動(dòng)線圍繞機(jī)座布置，順序完成上料、翻轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)位等功能。這 種方案具有電液集中、占地面積小、可從地面抓取工件等優(yōu)點(diǎn)。jLBHrnAILg 圖1.1.3機(jī)座式機(jī)械手布局示意圖 1.2總體方案選定 抓取機(jī)構(gòu)采用夾鉗式。，送放機(jī)構(gòu)將被抓取的物體送放到目的地，由手臂、手腕、等 裝置組成。整個(gè)機(jī)構(gòu)選用空間球體坐標(biāo)系，有五個(gè)自由度。采用屈伸式布置。手腕作抓取 運(yùn)動(dòng)和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，手爪采用平面指型結(jié)構(gòu)，通過液壓缸通油，推動(dòng)活塞帶動(dòng)杠桿機(jī)構(gòu)合攏 將工件加緊。XHAQX74J0X 腕部用銷軸將機(jī)械手定位在手臂上，并用螺母將其

5、鎖死，同時(shí)利用鉸鏈連接，一端與 液壓伸縮缸的活塞桿相連，通過活塞的直線運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)腕部使其能夠繞著回轉(zhuǎn)銷軸轉(zhuǎn)動(dòng)。 LDAYtRyKfE 回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過葉片式回轉(zhuǎn)油缸的運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn) 手臂相對(duì)于機(jī)身可作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，能有效地利用空間，并能繞過障礙物夾持和送放工件。 手臂采用液壓直動(dòng)缸驅(qū)動(dòng)，作俯仰運(yùn)動(dòng)，具有體積小、可集中控制、反向運(yùn)動(dòng)靈活等優(yōu)點(diǎn) Zzz6ZB2Ltk 回轉(zhuǎn)工作臺(tái)用齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，可以利用擋塊定位，且定位誤差在 0.51m m。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳遞扭矩大、傳動(dòng)效率高等特點(diǎn)。dvzfvkwMii 圖1.21液壓機(jī)械手 本設(shè)計(jì)的液壓機(jī)械手有五個(gè)自由度，包括機(jī)械手的抓取、回轉(zhuǎn)，手臂的拉伸、俯

6、仰和回 轉(zhuǎn)工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)五個(gè)動(dòng)作。其中將機(jī)械手抓取和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的液壓傳動(dòng)集成設(shè)計(jì)，既能使得設(shè)計(jì) 緊湊，又能使液壓油路集中控制。便于安裝及維護(hù)，而且編排和改變控制程序容易，使用方便。 rqyn14ZNXI 液壓機(jī)械手主要參數(shù)設(shè)計(jì): 液壓機(jī)械手的主要參數(shù)可分為基本參數(shù)、（用于說明機(jī)械手主要性能的參數(shù)）、規(guī)格參數(shù)（標(biāo) 牌上標(biāo)注的參數(shù)）、液壓參數(shù)（液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)）。EmxvxOtOco 基本參數(shù)： 1抓重 機(jī)械手的抓重是手臂所能抓取的物件的最大重量，而該液壓機(jī)械手是用于R175柴油機(jī)機(jī) 體生產(chǎn)自動(dòng)線上，主要的加工對(duì)象是柴油機(jī)機(jī)體，根據(jù)柴油機(jī)的外形參數(shù) 250X170X140mm而 柴油機(jī)機(jī)體選用的材料是

7、鑄鐵，密度為 0.01g/mm2sixE2yXPq5 柴油機(jī)機(jī)體的壁厚一般為1525mm所以，可算出機(jī)體本身的質(zhì)量為12Kg,機(jī)械手應(yīng)該有 一定的安全度，取安全系數(shù)為1.3，可得機(jī)械手的抓重為15K 6ewMyirQFL 2自由度 機(jī)械手的自由度標(biāo)志著機(jī)械手所具有的功能大小，自由度越大，機(jī)械手動(dòng)作越靈活，適應(yīng) 性也越強(qiáng)，但是自由度多也帶來了結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造精度高等問題，一般的專業(yè)機(jī)械手具有34 5 個(gè)自由度就能很好的完成專一的任務(wù)。根據(jù)自由度的計(jì)算公式 F = 6n- ipi，該設(shè)計(jì)中有機(jī) i 械手抓取動(dòng)作的V級(jí)移動(dòng)副，腕部和手臂以及工作臺(tái)的V級(jí)轉(zhuǎn)動(dòng)副，所以： 5 F =6n-ipj =6 5

8、-5 5=5 即機(jī)械手的自由度為 5。kavU42VRUs i 3運(yùn)動(dòng)速度 機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)速度是指機(jī)械手在全程范圍內(nèi)的平均速度，它反映機(jī)械手的使用頻率與生產(chǎn) 水平。機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)速度越高，則其使用效率越高，生產(chǎn)水平也就越高；但是速度越高機(jī)械手 在運(yùn)動(dòng)過程中啟動(dòng)和制動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的沖擊和震動(dòng)，對(duì)于機(jī)械手的定位精度影響較大。 在一 般情況下，機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)速度應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)節(jié)拍、生產(chǎn)過程的平穩(wěn)性要求和定位精度要求而定。 根據(jù)柴油機(jī)機(jī)體生產(chǎn)自動(dòng)線上的生產(chǎn)節(jié)拍30min/件,手臂工作的回轉(zhuǎn)半徑為1000mm，加工過 程所需時(shí)間為26min，因此，機(jī)械手抓取和送放的運(yùn)動(dòng)速度為0.1m/s。y6v3ALoS89 4

9、行程范圍 機(jī)械手臂運(yùn)動(dòng)的行程范圍與機(jī)械手的抓重、坐標(biāo)形式、驅(qū)動(dòng)方式、運(yùn)動(dòng)精度等多方面因素 有關(guān)，對(duì)于通用型和多功能機(jī)械手，行程范圍和回轉(zhuǎn)范圍應(yīng)盡可能大些，使其適應(yīng)性能大幅度 地增強(qiáng)。機(jī)械手的手臂伸縮應(yīng)與行程范圍及工作半徑相適應(yīng)，以保證機(jī)械手的剛度，定位精度。 機(jī)械手的行程為機(jī)械手的最大工作區(qū)間，即球體的面域。M2ub6vSTnP 5位置精度 位置精度是衡量機(jī)械手工作質(zhì)量的一項(xiàng)重要指標(biāo)，它包括位置設(shè)定精度和重復(fù)定位精度。 我們所說的位置精度是指重復(fù)定位精度。OYujCfmUCw 位置精度的高低取決于位置的控制方式及機(jī)械書運(yùn)動(dòng)部件本身的精度和剛度，此外，它還 與機(jī)械手的抓重及運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)。目前工業(yè)

10、機(jī)械手大多數(shù)都采用點(diǎn)位控制，這種控制只要求運(yùn) 動(dòng)起點(diǎn)和終點(diǎn)的位置精度，而不管起點(diǎn)到終點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)過程。因此，可以采用行程開關(guān)和電位計(jì) 定電控元件，進(jìn)行位置精度的控制。eUts8ZQVRd 液壓參數(shù)： 1油壓設(shè)計(jì)校核液壓系統(tǒng)參數(shù)是根據(jù)執(zhí)行元件和泵的類型進(jìn)行設(shè)計(jì)，根據(jù)擬定的液壓系統(tǒng) 圖，計(jì)算出各個(gè)液壓控制閥及輔件的壓力與流量的系統(tǒng)參數(shù)，而液壓系統(tǒng)參數(shù)的計(jì)算必須逐一 將各工作階段形成的參數(shù)計(jì)算出后，經(jīng)過分析比對(duì)，加權(quán)折扣后才能確定系統(tǒng)參數(shù)。選取系統(tǒng) 的工作壓力為1.6MPa，液壓泵的工作壓力和流量，考慮到進(jìn)油路的壓力損失取 7厶Pi=0.3X 106Pa,油液的泄漏系數(shù)取2p=1.1，抓取動(dòng)作和回轉(zhuǎn)動(dòng)作

11、所需的工作壓力為p=1.1MPa,選用的 流量為 4.5L/minsQsAEjkW5T p, = p 二 p, =1.2 0.3 =1.5MPa qP = Pq =1.1 4.5 =4.95L/min 符合設(shè)計(jì)的要求。 因此 擬定的液壓系統(tǒng)方案中，油壓參數(shù)定位 1.6MPa。 第 2 章 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 2.1 抓取機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 抓取機(jī)構(gòu)的工作原理 工業(yè)機(jī)械手的抓取機(jī)構(gòu)又稱手部，是用來直接抓取工件或握持工件的部件 緊緊的包 本設(shè)計(jì)采用的是夾鉗式機(jī)械手，通過液壓缸內(nèi)活塞的直線運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)杠桿機(jī)構(gòu)和手爪， 絡(luò)，用包絡(luò)力和摩擦力對(duì)工件施加完全約束，使得工件相對(duì)于手爪固定，完成抓取任務(wù) GMslasNXkA

12、 2.1.1夾持力的計(jì)算 當(dāng)機(jī)械手水平夾持工件時(shí) 根據(jù)手指受力分析，可得： H 、Mi（F）=ONb 二 R2（b） 6 H Mo2（F） =0Nb 二 Rib R2（b） 6 聯(lián)立可解得： N =( 3L H N夾緊工件所需的力；G工件的重力；L， H尺寸 根據(jù)任務(wù)書的要求，代入 G =15Kg ,并取L =50mm , H =80mm 3 x 501 可得：N =()150 = 356.25 N 80 2 因工件在傳輸?shù)倪^程中會(huì)產(chǎn)生慣性力，震動(dòng)等影響，故實(shí)際力 K1K2 機(jī)械效率，=0.850.95取=0.9 Ki 安全系數(shù)，Ki=1.22 取 Ki=1.5 K2工作情況系數(shù)，K2 =1 a/g K1K21.5O.5 N 實(shí) _N 1 2 =356.25: 890 N 0.9 2.1.2液壓缸驅(qū)動(dòng)力的設(shè)計(jì)計(jì)算 圖2.12 液壓缸驅(qū)動(dòng)手爪受力圖 P = 2Rsin : Rh =IcdRI 因?yàn)?h = BC COS二 BC CO8S0= 二)二 bcI C(O S -： R = N實(shí) co S 所以 P =2Rsin : 2l sin ： cos : l cos(-) 由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可得=10,：=5O,= 1 20 = 130mm, lBC =36mm。 8