湘潭大學(xué)09級機(jī)電一體化畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

1、湘潭大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書題 目：機(jī)械手控制電路學(xué)院：職業(yè)技術(shù)學(xué)院專業(yè)：機(jī)電一體化技術(shù)學(xué)號：20099202139姓 名：王能指導(dǎo)教師：張志純完成日期：2012年4月15日湘潭大學(xué)畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))任務(wù)書論文(設(shè)計(jì))題目：機(jī)械手控制電路學(xué)號:200 學(xué)生姓名:王 能 專 業(yè)： 機(jī)電一體化技術(shù)指導(dǎo)教師姓名(職稱)：張志純、副教授系主任：黃禎祥一、主要內(nèi)容與基本要求設(shè)計(jì)要求:(1) S在傳輸帶 A端部，安裝了光電幵關(guān) P，用以檢測物品的到來。 當(dāng)光電幵關(guān)檢測到物品時(shí)為 ON 狀態(tài)。(2) 機(jī)械手在原位時(shí)，按下起動(dòng)按鈕，系統(tǒng)起動(dòng)，傳送帶 A 運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)光電幵關(guān)檢測到物品后，傳送帶 A停。(3) 傳輸帶 A停

2、止后，機(jī)械手進(jìn)行一次循環(huán)動(dòng)作，把物品從傳送帶A上搬至U傳送帶 B(連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn))上。(4) 機(jī)械手返回原位后，自動(dòng)再起動(dòng)傳送帶A 運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)(5) 按下停止按鈕后，應(yīng)等到整個(gè)循環(huán)完成后，才能使機(jī)械手返回原位，停止工作。(6) 機(jī)械手的上升/下降和左移/右移的執(zhí)行結(jié)構(gòu)均采用雙線圈的二位電磁閥驅(qū)動(dòng)液壓裝置實(shí)現(xiàn)，每個(gè)線圈完成一個(gè)動(dòng)作。(7) 抓緊/放松由單線圈二位電磁閥驅(qū)動(dòng)液壓裝置完成，線圈通電時(shí)執(zhí)行抓緊動(dòng)作，線圈斷電時(shí)執(zhí)行放松動(dòng)作。(8) 機(jī)械手的上升、下降、左移、右移動(dòng)作均由極限幵關(guān)控制。(9) 抓緊動(dòng)作由壓力繼電器控制，當(dāng)抓緊時(shí)，壓力繼電器動(dòng)合觸點(diǎn)閉合。放松動(dòng)作為時(shí)間控制 (設(shè)為 4s)

3、(10) 撰寫設(shè)計(jì)說明書(論文)。二、重點(diǎn)研究的問題(1)機(jī)械手的控制電路的原理機(jī)械手控制的 PLC的程序的編程（3）機(jī)械手控制的液壓系統(tǒng)的選擇以與設(shè)計(jì)（4）機(jī)械手的CAD制圖，以與裝配圖三、進(jìn)度安排（指導(dǎo)教師填寫）序號各階段完成的內(nèi)容完成時(shí)間1查閱資料、調(diào)研3月5日到10日2開題報(bào)告、制訂設(shè)計(jì)方案3月11日到15日3實(shí)驗(yàn)（設(shè)計(jì)）、分析、調(diào)試等3月16日到26日4寫出初稿、修改，寫出第二稿3月27日到1日5寫出正式稿4月2日到10日四、應(yīng)收集的資料與主要參考文獻(xiàn)【1】鄧星鐘.機(jī)電傳動(dòng)控制Ml.華中科技大學(xué)出版社，2002【2】孫志禮、冷興聚、魏延剛等.機(jī)械設(shè)計(jì)Ml.東北大學(xué)出版社，2003【3

4、】徐灝.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊Ml第5卷.機(jī)械工業(yè)出版社，1992【4】吳宗澤.機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊Ml.機(jī)械工業(yè)出版社，2002【5】成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)圖冊Ml.化學(xué)工業(yè)出版社，2002【6】羅洪量.機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書Ml（第二版）.高等教育出版社，1986【7】JJ杰克（美）.機(jī)械與機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)原理M（第一版）.機(jī)械工業(yè)出版社，1985【8】 王玉新. 機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法學(xué) M（第一版）.天津大學(xué)出版社，1996【9】張建民.工業(yè)機(jī)器人BlMl.北京理工大學(xué)出版社，1992【10】馬香峰.機(jī)器人結(jié)構(gòu)學(xué)Bl Ml .機(jī)械工業(yè)出版社，1991【11】11l 俄llO.M.索羅門米夫.工業(yè)機(jī)器人圖冊Bl Ml.機(jī)

5、械工業(yè)出版社，1993【12】黃繼昌、徐巧魚、張海貴等.實(shí)用機(jī)械機(jī)構(gòu)冬冊Bl Ml. 人民郵電出版社，1996【13】天津大學(xué)丄業(yè)機(jī)械于設(shè)計(jì)基礎(chǔ)編與組.天津科學(xué)技不出版社1981【14】金茂菁.我國工業(yè)機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀 J.機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用，2001 ,01(4)【15】喬東凱 黃崇林.移動(dòng)式工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì)的動(dòng)力學(xué)分析J .2003，13(3)【16】張廣鵬 方英武 田忠強(qiáng).工業(yè)機(jī)器人整機(jī)結(jié)構(gòu)方案的動(dòng)態(tài)性能評價(jià)J.西安理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，20(1)【17】王田苗.工業(yè)機(jī)器人發(fā)展思考J.機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用，2004 年，(2)【18】李瑞峰.21世紀(jì)-中國工業(yè)機(jī)器人的快速發(fā)展時(shí)代J.中國科技成果

6、，2001，(18)【19】曲忠萍.國外工業(yè)機(jī)器人發(fā)展態(tài)勢分析J.機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用，2001，(02)【20】徐學(xué)林.互換行與測量技術(shù)基礎(chǔ)M.湖南大學(xué)出版社，2005【21】機(jī)械設(shè)計(jì)手冊聯(lián)合編寫組.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊M下冊.石油化學(xué)工業(yè)出版社，1978【22】趙松年、張奇鵬.機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì) M.機(jī)械工業(yè)出版社，1996【23】大連理工大學(xué)工程畫教研室.機(jī)械制圖M.高等教育出版社，2003湘潭大學(xué)畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))鑒定意見學(xué) 號：200學(xué)生姓名： 王能 專 業(yè)： 機(jī)電一體化畢業(yè)論文(設(shè)計(jì)說明書)54頁圖 06張論文(設(shè)計(jì))題目：機(jī)械手控制電路內(nèi)容提要：本次設(shè)計(jì)的液壓傳動(dòng)機(jī)械手根據(jù)規(guī)矩的動(dòng)作順序，

7、綜合運(yùn)用所學(xué)的基本理論，統(tǒng)圖，PLC控制圖，機(jī)械手的機(jī)械機(jī)構(gòu)采用油缸，螺桿導(dǎo)向管等機(jī)械件組成；在液壓傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中機(jī)械手的手臂伸縮采用伸縮油缸，手腕回轉(zhuǎn)采用回轉(zhuǎn)油缸，立 柱的傳動(dòng)采用齒條傳動(dòng)，機(jī)械手的升降采用升降油缸立柱的橫移采用橫向移動(dòng)油缸；在PLC控制回路中采用FX2N，當(dāng)按下連續(xù)啟動(dòng)后，PLC按制定的程序，通過控制電磁閥的幵關(guān)來控制機(jī)械手驚醒相應(yīng)的動(dòng)作循環(huán)，當(dāng)按下連續(xù)停止后機(jī)械手在完成一個(gè)循環(huán)動(dòng)作后停止。本設(shè)計(jì)擬幵發(fā)的上料機(jī)械手可在空間抓放物體，動(dòng)作靈活多樣，可 代替人工在咼溫和危險(xiǎn)的作業(yè)區(qū)下作業(yè)，可抓去重量較大的工件。指導(dǎo)教師評語指導(dǎo)教師姓名職稱（副教授）答辯委員會意見年月 日經(jīng)答辯委員會

8、討論，同意該畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）成績評定為評定等級答辯委員會主任：年 月日湘潭大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）評閱表學(xué)院職業(yè)技術(shù)學(xué)院 專業(yè)機(jī)電一體化技術(shù)學(xué)號_200姓名 王 能畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題目： 機(jī)械手控制電路評閱人姓名（職稱）評閱日期評價(jià)項(xiàng) 目評價(jià)內(nèi)容選題1. 是否符合培養(yǎng)目標(biāo)，體現(xiàn)學(xué)科、專業(yè)特點(diǎn)和教學(xué)計(jì)劃的基本要 求，達(dá)到綜合訓(xùn)練的目的；2. 難度、份量是否適當(dāng)。能力1. 是否有查閱文獻(xiàn)、綜合歸納資料的能力；2. 是否有綜合運(yùn)用知識的能力；3. 是否具備研究方案的設(shè)計(jì)能力、研究方法和手段的運(yùn)用能力；4. 是否具備 定的外文與計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力；5. 工科是否有經(jīng)濟(jì)分析能力。論文質(zhì)1.立論是否正確，論述是否

9、充分，結(jié)構(gòu)是否嚴(yán)謹(jǐn)合理；實(shí)驗(yàn)是否 正確，設(shè)計(jì)、計(jì)算、分析處理是否科學(xué)；技術(shù)用語是否準(zhǔn)確，符 號是否統(tǒng)，圖表是否完備、整潔、正確，引文是否規(guī)范；量2. 文字是否通順，有無觀點(diǎn)提煉，綜合概括能力如何；3. 有無理論價(jià)值或?qū)嶋H應(yīng)用價(jià)值，有無創(chuàng)新之處。工作量工作量是否飽滿,含論文篇幅、圖紙等是否達(dá)到規(guī)定要求。綜合 評 價(jià)評閱人姓名（職稱）：年 月日摘 要本次設(shè)計(jì)的液壓傳動(dòng)機(jī)械手根據(jù)規(guī)定的動(dòng)作順序，綜合運(yùn)用所學(xué)的基本理論、基本知識和相關(guān)的機(jī)械設(shè)計(jì)專業(yè)知識，完成對機(jī)械手的設(shè)計(jì)，并繪制必要裝配圖、液壓系統(tǒng)圖、PLC控制系統(tǒng)原理圖。機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)采用油缸、螺桿、導(dǎo)向筒等機(jī)械器件組成；在液壓傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中，機(jī)械

10、手的手臂伸縮采用伸縮油缸，手腕回轉(zhuǎn)采用回轉(zhuǎn)油缸，立柱的轉(zhuǎn)動(dòng)采用齒 條油缸，機(jī)械手的升降采用升降油缸，立柱的橫移采用橫向移動(dòng)油缸；在 PLC控制回路中，采用的PLC類型為FX2N，當(dāng)按下連續(xù)啟動(dòng)后，PLC按 指定的程序，通過控制電磁閥的幵關(guān)來控制機(jī)械手進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作循環(huán)， 當(dāng)按下連續(xù)停止按鈕后，機(jī)械手在完成一個(gè)動(dòng)作循環(huán)后停止運(yùn)動(dòng)。關(guān)鍵詞機(jī)械手、液壓、控制回路、PLCoThe design of the hydraulic manipulatorAbstract : The design of hydraulic drive manipulator movements under the prov

11、isions of the order use the basic theory, basic knowledge and related mechanical design expertise comprehensively to complete the designand drawing the necessary assembly,hydraulic system map PLC control system diagramManipulatormechanicalstructure using tanksscrew ,guide tubes and other mechanical

12、device component In the hydraulicdrive bodies manipulatorarm stretchingusingtelescopic tank rotating column of tanks used rack manipulator movements using tank movements the column takes the horizontal movement of tanks The PLC control circuit use the type of FX2N PLC When pressed for commencement P

13、LC in accordance with the prescribed procedures through the control of the solenoid valve to control the switch manipulator corresponding moves cycle ， after press the row stop button , the manipulator complete a cycle of action to stop after the hole campaign.Keywords ： Manipulator, Hydraulic, Cont

14、rol Loop, PLC.目錄第一章 前言 121.1 工業(yè)機(jī)器人簡介 121.2 世界機(jī)器人的發(fā)展 131.3 我國工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展 131.4 我要設(shè)計(jì)的機(jī)械手 141.4.1 臂力的確定 141.4.2 工作范圍的確定 151.4.3 確定運(yùn)動(dòng)速度 151.4.4 手臂的配置形式 151.4.5 位置檢測裝置的選擇 161.4.6 驅(qū)動(dòng)與控制方式的選擇 16第二章 手部結(jié)構(gòu) 162.1 概述 162.2 設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮的幾個(gè)問題 172.3 驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算 172.4 兩支點(diǎn)回轉(zhuǎn)式鉗爪的定位誤差的分析 19第三章 腕部的結(jié)構(gòu) 203.1 概述 203.2 腕部的結(jié)構(gòu)形式 203.3 手腕驅(qū)

15、動(dòng)力矩的計(jì)算 21第四章 臂部的結(jié)構(gòu) 234.1 概述 234.2 手臂直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu) 244.2.1 手臂伸縮運(yùn)動(dòng) 244.2.2 導(dǎo)向裝置 254.2.3 手臂的升降運(yùn)動(dòng) 264.3 手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 264.4 手臂的橫向移動(dòng) 264.5 臂部運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力計(jì)算 274.5.1 臂水平伸縮運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算 274.5.2 臂垂直升降運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算 284.5.3 臂部回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算 28第五章 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 295.1 液壓系統(tǒng)簡介 295.2 液壓系統(tǒng)的組成 295.3 機(jī)械手液壓系統(tǒng)的控制回路 295.3.1 壓力控制回路 305.3.2 速度控制回路 305.3.3 方向控制回路

16、 315.4 機(jī)械手的液壓傳動(dòng)系統(tǒng) 315.4.1 上料機(jī)械手的動(dòng)作順序 315.4.2 自動(dòng)上料機(jī)械手液壓系統(tǒng)原理介紹 325.5 機(jī)械手液壓系統(tǒng)的簡單計(jì)算 355.5.1 雙作用單桿活塞油缸 355.5.2 無桿活塞油缸 （亦稱齒條活塞油缸 ）375.5.3 單葉片回轉(zhuǎn)油缸 385.5.4 油泵的選擇 395.5.5 確定油泵電動(dòng)機(jī)功率 N 39第六章 PLC 控制回路的設(shè)計(jì) 406.1 電磁鐵動(dòng)作順序 406.2 根據(jù)機(jī)械手的動(dòng)作順序表，選定電磁閥、開關(guān)等現(xiàn)場器件相對 應(yīng)的 PLC 內(nèi)部等效繼電器的地址編號，其對照表如下： 426.3 PLC 與現(xiàn)場器件的實(shí)際連接圖 446.4 梯形圖

17、45第七章 結(jié)束語 51第八章 參考文獻(xiàn) 52第九章 致 謝 53第一章 前 言1.1 工業(yè)機(jī)器人簡介幾千年前人類就渴望制造一種像人一樣的機(jī)器， 以便將人類從繁重的 勞動(dòng)中解脫出來。如古希臘神話阿魯哥探險(xiǎn)船中的青銅巨人泰洛斯 (Taloas) ，猶太傳說中的泥土巨人等等，這些美麗的神話時(shí)刻激勵(lì)著人們 一定要把美麗的神話變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)， 早在兩千年前就開始出現(xiàn)了自動(dòng)木人和一 些簡單的機(jī)械偶人。到了近代 ，機(jī)器人一詞的出現(xiàn)和世界上第一臺工業(yè)機(jī)器人問世之后， 不同功能的機(jī)器人也相繼出現(xiàn)并且活躍在不同的領(lǐng)域， 從天上到地下， 從 工業(yè)拓廣到 農(nóng)業(yè)、林、牧、漁，甚至進(jìn)入尋常百姓家。機(jī)器人的種類之 多，應(yīng)用之廣

18、，影響之深，是我們始料未與的。工業(yè)機(jī)器人由操作機(jī) (機(jī)械本體 )、控制器、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和檢測傳感 裝置構(gòu)成，是一種仿人操作、 自動(dòng)控制、可重復(fù)編程、 能在三維空間完成 各種作業(yè)的機(jī)電一體化自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。 特別適合于多品種、 變批量的柔 性生產(chǎn)。 它對穩(wěn)定、提高產(chǎn)品質(zhì)量， 提高生產(chǎn)效率，改善勞動(dòng)條件和產(chǎn)品 的快速更新?lián)Q代起著十分重要的作用。機(jī)器人并不是在簡單意義上代替人工的勞動(dòng)， 而是綜合了人的特長和 機(jī)器特長的一種擬人的電子機(jī)械裝置， 既有人對環(huán)境狀態(tài)的快速反應(yīng)和分 析判斷能力， 又有機(jī)器可長時(shí)間持續(xù) 工作、 精確度高、 抗惡劣環(huán)境的能 力，從某種意義上說它也是機(jī)器的進(jìn)化過程產(chǎn)物， 它是工業(yè)

19、以與非產(chǎn)業(yè)界 的重要生產(chǎn)和服務(wù)性設(shè)備，也是先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的自動(dòng)化設(shè) 備。1.2 世界機(jī)器人的發(fā)展近幾年國外機(jī)器人領(lǐng)域發(fā)展有幾個(gè)趨勢：(1) 工業(yè)機(jī)器人性能不斷提高 (高速度、高精度、高可靠性、便于操作和 維修)，而單機(jī)價(jià)格不斷下降，平均單機(jī)價(jià)格從 91年的 10.3 萬美元降至 97 年的 6.5 萬美元。(2) 機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展。例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機(jī)、減 速機(jī)、 檢測系統(tǒng)三位一體化； 由關(guān)節(jié)模塊、 連桿模塊用重組方式構(gòu)造機(jī)器 人整機(jī)；國外已有模塊化裝配機(jī)器人產(chǎn)品問市。(3) 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)向基于 PC 機(jī)的開放型控制器方向發(fā)展，便于標(biāo) 準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化；器件集成度

20、提高，控制柜日見小巧，且采用模塊化結(jié)構(gòu)； 大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。(4) 機(jī)器人中的傳感器作用日益重要，除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度 等傳感器外， 裝配、焊接機(jī)器人還應(yīng)用了視覺、 力覺等傳感器， 而遙控機(jī) 器人則采用視覺、 聲覺、力覺、觸覺等多傳感器的融合技術(shù)來進(jìn)行環(huán)境建 模與決策控制；多傳感器融合配置技術(shù)在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟應(yīng)用。(5) 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在機(jī)器人中的作用已從仿真、預(yù)演發(fā)展到用于過程控 制，如使遙控機(jī)器人操作者產(chǎn)生置身于遠(yuǎn)端作業(yè)環(huán)境中的感覺來操縱機(jī)器 人。(6) 當(dāng)代遙控機(jī)器人系統(tǒng)的發(fā)展特點(diǎn)不是追求全自治系統(tǒng)， 而是致力于操 作者與機(jī)器人的人機(jī)交互控制， 即

21、遙控加局部自主系統(tǒng)構(gòu)成完整的監(jiān)控遙 控操作系統(tǒng)， 使智能機(jī)器人走出實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入實(shí)用化階段。 美國發(fā)射到火星 上的“索杰納”機(jī)器人就是這種系統(tǒng)成功應(yīng)用的最著名實(shí)例。(7) 機(jī)器人化機(jī)械開始興起。從 94 年美國開發(fā)出“虛擬軸機(jī)床”以來， 這種新型裝置已成為國際研究的熱點(diǎn)之一， 紛紛探索開拓其實(shí)際應(yīng)用的領(lǐng) 域。1.3 我國工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展有人認(rèn)為，應(yīng)用機(jī)器人只是為了節(jié)省勞動(dòng)力， 而我國勞動(dòng)力資源豐富， 發(fā)展機(jī)器人不一定符合我國國情。 這是一種誤解。 在我國， 社會主義制度 的優(yōu)越性決定了機(jī)器人能夠充分發(fā)揮其長處。 它不僅能為我國的經(jīng)濟(jì)建設(shè) 帶來高度的生產(chǎn)力和巨大的經(jīng)濟(jì)效益， 而且將為我國的宇宙開發(fā)、

22、 海洋開 發(fā)、核能利用等新興領(lǐng)域的發(fā)展做出卓越的貢獻(xiàn)。我國的工業(yè)機(jī)器人從 80 年代“七五”科技攻關(guān)開始起步，在國家的 支持下， 通過“七五”、 “八五”科技攻關(guān)， 目前已基本掌握了機(jī)器人操 作機(jī)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)、 控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)技術(shù)、 運(yùn)動(dòng)學(xué)和軌跡規(guī)劃 技術(shù)，生產(chǎn)了部分機(jī)器人關(guān)鍵元器件，開發(fā)出噴漆、弧焊、點(diǎn)焊、裝配、 搬運(yùn)等機(jī)器人；其中有 130 多臺套噴漆機(jī)器人在二十余家企業(yè)的近 30 條自動(dòng)噴漆生產(chǎn)線 (站 )上獲得規(guī)模應(yīng)用， 弧焊機(jī)器人已應(yīng)用在汽車制造廠 的焊裝線上。 但總的來看， 我國的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)與其工程應(yīng)用的水平和 國外比還有一定的距離， 如：可靠性低于國外產(chǎn)品； 機(jī)器人

23、應(yīng)用工程起步 較晚，應(yīng)用領(lǐng)域窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與國外比有差距； 在應(yīng)用規(guī)模上， 我 國已安裝的國產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人約 200 臺，約占全球已安裝臺數(shù)的萬分之四。 以上原因主要是沒有形成機(jī)器人產(chǎn)業(yè)， 當(dāng)前我國的機(jī)器人生產(chǎn)都是應(yīng)用戶 的要求，“一客戶，一次重新設(shè)計(jì)”，品種規(guī)格多、批量小、零部件通用 化程度低、供貨周期長、成本也不低，而且質(zhì)量、可靠性不穩(wěn)定。因此迫 切需要解決產(chǎn)業(yè)化前期的關(guān)鍵技術(shù)，對產(chǎn)品進(jìn)行全面規(guī)劃，搞好系列化、 通用化、?；O(shè)計(jì)，積極推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。我國的智能機(jī)器人和特種機(jī)器人在“ 863 ”計(jì)劃的支持下，也取得了 不少成果。其中最為突出的是水下機(jī)器人， 6000 米水下無纜機(jī)器人的成

24、果居世界領(lǐng)先水平， 還開發(fā)出直接遙控機(jī)器人、 雙臂協(xié)調(diào)控制機(jī)器人、 爬 壁機(jī)器人、管道機(jī)器人等機(jī)種；在機(jī)器人視覺、力覺、觸覺、聲覺等基礎(chǔ) 技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用上開展了不少工作， 有了一定的發(fā)展基礎(chǔ)。 但是在多傳感 器信息融合控制技術(shù)、 遙控加局部自主系統(tǒng)遙控機(jī)器人、 智能裝配機(jī)器人、 機(jī)器人化機(jī)械等的開發(fā)應(yīng)用方面則剛剛起步，與國外先進(jìn)水平差距較大， 需要在原有成績的基礎(chǔ)上， 有重點(diǎn)地系統(tǒng)攻關(guān)， 才能形成系統(tǒng)配套可供實(shí) 用的技術(shù)和產(chǎn)品，以期在“十五”后期立于世界先進(jìn)行列之中。1.4 我要設(shè)計(jì)的機(jī)械手1.4.1 臂力的確定目前使用的機(jī)械手的臂力范圍較大， 國內(nèi)現(xiàn)有的機(jī)械手的臂力最小為 0.15N ，最大

25、為 8000N 。本液壓機(jī)械手的臂力為 L 臂 =1650(N) ，安全系數(shù) K 一般可在 1.53 ，本機(jī)械手取安全系數(shù) K=2 。定位精度為±1mm。1.4.2 工作范圍的確定 機(jī)械手的工作范圍根據(jù)工藝要求和操作運(yùn)動(dòng)的軌跡來確定。 一個(gè)操作 運(yùn)動(dòng)的軌跡是幾個(gè)動(dòng)作的合成， 在確定的工作范圍時(shí)， 可將軌跡分解成單 個(gè)的動(dòng)作， 由單個(gè)動(dòng)作的行程確定機(jī)械手的最大行程。 本機(jī)械手的動(dòng)作范 圍：手腕回轉(zhuǎn)角度土115 °手臂伸5長量m ;手臂回轉(zhuǎn)角度土115 ;手臂升降行程 170mm ；手臂水平運(yùn)動(dòng)行程 100mm 。1.4.3 確定運(yùn)動(dòng)速度機(jī)械手各動(dòng)作的最大行程確定之后， 可根據(jù)

26、生產(chǎn)需要的工作拍節(jié)分配 每個(gè)動(dòng)作的時(shí)間， 進(jìn)而確定各動(dòng)作的運(yùn)動(dòng)速度。 液壓上料機(jī)械手要完成整 個(gè)上料過程，需完成夾緊工件、手臂升降、伸縮、回轉(zhuǎn)，平移等一系列的 動(dòng)作，這些動(dòng)作都應(yīng)該在工作拍節(jié)規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成， 具體時(shí)間的分配取 決于很多因素， 根據(jù)各種因素反復(fù)考慮， 對分配的方案進(jìn)行比較， 才能確 定。機(jī)械手的總動(dòng)作時(shí)間應(yīng)小于或等于工作拍節(jié)，如果兩個(gè)動(dòng)作同時(shí)進(jìn) 行，要按時(shí)間長的計(jì)算，分配各動(dòng)作時(shí)間應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：（ 1 ）給定的運(yùn)動(dòng)時(shí)間應(yīng)大于電氣、液壓元件的執(zhí)行時(shí)間;（2）伸縮運(yùn)動(dòng)的速度要大于回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的速度， 因?yàn)榛剞D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的慣性一 般大于伸縮運(yùn)動(dòng)的慣性。 在滿足工作拍節(jié)要求的條件下， 應(yīng)盡量選

27、取較底 的運(yùn)動(dòng)速度。機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)速度與臂力、行程、驅(qū)動(dòng)方式、緩沖方式、定 位方式都有很大關(guān)系，應(yīng)根據(jù)具體情況加以確定。（3）在工作拍節(jié)短、動(dòng)作多的情況下，常使幾個(gè)動(dòng)作同時(shí)進(jìn)行。為 此驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)要采取相應(yīng)的措施，以保證動(dòng)作的同步。液壓上料機(jī)械手的各運(yùn)動(dòng)速度：手腕回轉(zhuǎn)速度 （V 腕回 = 40 ° ）/;s 手 臂伸縮速度（V臂伸二50 mm/s）;手臂回轉(zhuǎn)速度（V臂回二40 ° ）s手臂升降 速度（V臂升二50 mm/s）;立柱水平運(yùn)動(dòng)速度（V柱移二50 mm/s）;手指夾緊 油缸的運(yùn)動(dòng)速度（V夾二50 mm/s）1.4.4 手臂的配置形式機(jī)械手的手臂配置形式基本上反映了它的總

28、體布局。 運(yùn)動(dòng)要求、操作 環(huán)境、工作對象的不同， 手臂的配置形式也不盡相同。 本機(jī)械手采用機(jī)座 式。機(jī)座式結(jié)構(gòu)多為工業(yè)機(jī)器人所采用， 機(jī)座上可以裝上獨(dú)立的控制裝置， 便于搬運(yùn)與安放， 機(jī)座底部也可以安裝行走機(jī)構(gòu)， 已擴(kuò)大其活動(dòng)范圍， 它 分為手臂配置在機(jī)座頂部與手臂配置在機(jī)座立柱上兩種形式， 本機(jī)械手采 用手臂配置在機(jī)座立柱上的形式。 手臂配置在機(jī)座立柱上的機(jī)械手多為圓 柱坐標(biāo)型，它有升降、伸縮與回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，工作范圍較大。1.4.5 位置檢測裝置的選擇 機(jī)械手常用的位置檢測方式有三種：行程開關(guān)式、模擬式和數(shù)字式。本機(jī)械手采用行程開關(guān)式。 利用行程開關(guān)檢測位置， 精度低， 故一般與機(jī) 械擋塊聯(lián)合應(yīng)

29、用。 在機(jī)械手中， 用行程開關(guān)與機(jī)械擋塊檢測定位既精度高 又簡單實(shí)用可靠，故應(yīng)用也是最多的。1.4.6 驅(qū)動(dòng)與控制方式的選擇機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)與控制方式是根據(jù)它們的特點(diǎn)結(jié)合生產(chǎn)工藝的要求來 選擇的，要盡量選擇控制性能好、體積小、維修方便、成本底的方式?？刂葡到y(tǒng)也有不同的類型。 除一些專用機(jī)械手外， 大多數(shù)機(jī)械手均需 進(jìn)行專門的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。驅(qū)動(dòng)方式一般有四種：氣壓驅(qū)動(dòng)、液壓驅(qū)動(dòng)、電氣驅(qū)動(dòng)和機(jī)械驅(qū)動(dòng)。 參考工業(yè)機(jī)器人表 9-6 和表 9-7 ，按照設(shè)計(jì)要求，本機(jī)械手采用 的驅(qū)動(dòng)方式為液壓驅(qū)動(dòng)，控制方式為固定程序的 PLC 控制。第二章 手部結(jié)構(gòu)2.1 概述手部是機(jī)械手直接用于抓取和握緊工件或夾持專用

30、工具進(jìn)行操作的 部件，它具有模仿人手的功能， 并安裝于機(jī)械手手臂的前端。 機(jī)械手結(jié)構(gòu) 型式不象人手，它的手指形狀也不象人的手指、 ，它沒有手掌，只有自身 的運(yùn)動(dòng)將物體包住， 因此，手部結(jié)構(gòu)與型式根據(jù)它的使用場合和被夾持工 件的形狀， 尺寸， 重量，材質(zhì)以與被抓取部位等的不同而設(shè)計(jì)各種類型的 手部結(jié)構(gòu)，它一般可分為鉗爪式， 氣吸式， 電磁式和其他型式。 鉗爪式手 部結(jié)構(gòu)由手指和傳力機(jī)構(gòu)組成。其傳力機(jī)構(gòu)形式比較多，如滑槽杠桿式、 連桿杠桿式、斜楔杠桿式、齒輪齒條式、彈簧杠桿式等，這里采用滑 槽杠桿式。2.2設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮的幾個(gè)問題（1）應(yīng)具有足夠的握力（即夾緊力）在確定手指的握力時(shí)，除考慮工件重量外

31、，還應(yīng)考慮在傳送或操作過 程中所產(chǎn)生的慣性力和振動(dòng)，以保證工件不致產(chǎn)生松動(dòng)或脫落。（2）手指間應(yīng)有一定的幵閉角兩個(gè)手指張幵與閉合的兩個(gè)極限位置所夾的角度稱為手指的幵閉角。手指的幵閉角保證工件能順利進(jìn)入或脫幵。若夾持不同直徑的工件，應(yīng)按最大直徑的工件考慮。（3）應(yīng)保證工件的準(zhǔn)確定位為使手指和被夾持工件保持準(zhǔn)確的相對位置，必須根據(jù)被抓取工件的形狀，選擇相應(yīng)的手指形狀。例如圓柱形工件采用帶V'形面的手指,以便自動(dòng)定心。（4）應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度手指除受到被夾持工件的反作用力外，還受到機(jī)械手在運(yùn)動(dòng)過程中所 產(chǎn)生的慣性力和振動(dòng)的影響，要求具有足夠的強(qiáng)度和剛度以防止折斷或彎 曲變形，但應(yīng)盡量使結(jié)

32、構(gòu)簡單緊湊，自重輕。（5）應(yīng)考慮被抓取對象的要求應(yīng)根據(jù)抓取工件的形狀、抓取部位和抓取數(shù)量的不同，來設(shè)計(jì)和確定1.手指2.銷軸3.拉桿4.指座圖1滑槽杠桿式手部受力分析2.3驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算如圖所示為滑槽式手部結(jié)構(gòu)。在拉桿3作用下銷軸2向上的拉力為P， 并通過銷軸中心 O點(diǎn)，兩手指1的滑槽對銷軸的反作用力為 Pi、P2，其 力的方向垂直于滑槽中心線 001和002并指向0點(diǎn)，P1和P2的延長線 交O1O2于A與B,由于AOi Oa和02Oa均為直角三角形，故 ZAOC二ZBOC= a。根據(jù)銷軸的力平衡條件，即EFx=O, Pi= P2； Ey=OP=2 P1cos aP1 = P/2cos a銷軸對

33、手指的作用力為P。手指握緊工件時(shí)所需的力稱為握力（即夾緊力 ），假想握力作用在過手指與工件接觸面的對稱平面內(nèi)，并設(shè)兩力的大 小相等，方向相反，以 N表示。由手指的力矩平衡條件，即刀F）=0 m01（得Pi h二 Nb因h = a/cos a所以P=2 b（cosa）2N/a式中a手指的回轉(zhuǎn)支點(diǎn)到對稱中心線的距離（毫米）。a工件被夾緊時(shí)手指的滑槽方向與兩回轉(zhuǎn)支點(diǎn)連線間的夾角。由上式可知，當(dāng)驅(qū)動(dòng)力 P 一定時(shí)，a角增大則握力N也隨之增加，但 a 角過大會導(dǎo)致拉桿 （即活塞 ）的行程過大，以與手指滑槽尺寸長度增大，使 之結(jié)構(gòu)加大，因此，一般取a=30 ° 40 °。這里取角c=3

34、0度。這種手部結(jié)構(gòu)簡單，具有動(dòng)作靈活，手指開閉角大等特點(diǎn)。查工 業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)基礎(chǔ)中表 2-1 可知， V 形手指夾緊圓棒料時(shí)，握力的計(jì) 算公式N=0.5G，綜合前面驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算方法，可求出驅(qū)動(dòng)力的大小。為了考慮工件在傳送過程中產(chǎn)生的慣性力、振動(dòng)以與傳力機(jī)構(gòu)效率的影響， 其實(shí)際的驅(qū)動(dòng)力P實(shí)際應(yīng)按以下公式計(jì)算，即：P 實(shí)際二 PKi K2/ n式中n手部的機(jī)械效率，一般取0.850.95 ;Ki安全系數(shù)，一般取 1.22K2工作情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響，K2可近似按下式 估計(jì)，K2=1+ a/g，其中a為被抓取工件運(yùn)動(dòng)時(shí)的最大加速度， g為重力 加速度。本機(jī)械手的工件只做水平和垂直平移， 當(dāng)

35、它的移動(dòng)速度為 500 毫米/ 秒，移動(dòng)加速度為1000毫米/秒2，工件重量G為98牛頓，V型鉗口的 夾角為120 ° a=30。時(shí)，拉緊油缸的驅(qū)動(dòng)力P和P實(shí)際計(jì)算：根據(jù)鉗爪夾持工件的方位， 由水平放置鉗爪夾持水平放置的工件的當(dāng) 量：M=0.5G把已知條件代入得當(dāng)量夾緊力為M =49(N)由滑槽杠桿式結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)力計(jì)算公式2P=2 b(cos a N/a 得2P= P 計(jì)算=2*45/27(cos30*49=122.5(N)P實(shí)際二P計(jì)算Ki K2/ n取 n=0.85,Ki=1.5,K2=1+1000/98101.1則 P 實(shí)際2.4兩支點(diǎn)回轉(zhuǎn)式鉗爪的定位誤差的分析圖2帶浮動(dòng)鉗口的鉗

36、爪鉗口與鉗爪的連接點(diǎn)E為鉸鏈聯(lián)結(jié)，如圖示幾何關(guān)系，若設(shè)鉗爪對稱中心 O到工件中心O 的距離為x,則x= . l2 (R/sin b a)2當(dāng)工件直徑變化時(shí),X的變化量即為定位誤差厶，設(shè)工件由半徑nax變化到Rmin時(shí)，其最大定位誤差為 = I - . l2 (Rmax/sinb a)2 . l2 (Rmin/sinb a)2 I其中l(wèi)=45mm,b=5mm,a=27mm ,2=120 ° ,Rmin =15mm , Rmax =30mm代入公式計(jì)算得最大定位誤差 = I V 0.8故符合要求第三章 腕部的結(jié)構(gòu)3.1概述腕部是連接手部與臂部的部件，起支承手部的作用。設(shè)計(jì)腕部時(shí)要 注意以

37、下幾點(diǎn)：(1) 結(jié)構(gòu)緊湊，重量盡量輕。(2) 轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，密封性要好。(3) 注意解決好腕部也手部、臂部的連接，以與各個(gè)自由度的位置 檢測、管線的布置以與潤滑、維修、調(diào)整等問題(4) 要適應(yīng)工作環(huán)境的需要。另外，通往手腕油缸的管道盡量從手臂內(nèi)部通過，以便手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)管路不扭轉(zhuǎn)和不外露，使外形整齊。3.2腕部的結(jié)構(gòu)形式本機(jī)械手采用回轉(zhuǎn)油缸驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)腕部回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，結(jié)構(gòu)緊湊、體積小,但密封性差，回轉(zhuǎn)角度為土115 ° .如下圖所示為腕部的結(jié)構(gòu)， 定片與后蓋，回轉(zhuǎn)缸體和前蓋均用螺釘和 銷子進(jìn)行連接和定位，動(dòng)片與手部的夾緊油缸缸體用鍵連接。夾緊缸體也 指座固連成一體。當(dāng)回轉(zhuǎn)油缸的兩腔分別通入壓力油時(shí)

38、，驅(qū)動(dòng)動(dòng)片連同夾 緊油缸缸體和指座一同轉(zhuǎn)動(dòng)，即為手腕的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。圖3機(jī)械手的腕部結(jié)構(gòu)3.3手腕驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算驅(qū)動(dòng)手腕回轉(zhuǎn)時(shí)的驅(qū)動(dòng)力矩必須克服手腕起動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的慣性力矩 必須克服手腕起動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的慣性力矩，手腕的轉(zhuǎn)動(dòng)軸與支承孔處的摩擦 阻力矩，動(dòng)片與缸徑、定片、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩以與由于轉(zhuǎn) 動(dòng)的重心與軸線不重合所產(chǎn)生的偏重力矩。手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所需要的驅(qū)動(dòng)力矩可按下式計(jì)算：M驅(qū)=M慣+ M偏+ M摩(N.m)式中M驅(qū)一一驅(qū)動(dòng)手腕轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力矩M慣一一慣性力矩(N.m)M偏參與轉(zhuǎn)動(dòng)的零部件的重量 (包括工件、手部、手腕回轉(zhuǎn)缸體的動(dòng)片)對轉(zhuǎn)動(dòng)軸線所產(chǎn)生的偏重力矩(N.m)M摩一一手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸與支承

39、孔處的摩擦力矩(N.m)圖4 腕部回轉(zhuǎn)力矩計(jì)算圖(1) 摩擦阻力矩M摩M 摩=f (N 1D1 + N2D2)(N.m)式中f軸承的摩擦系數(shù)，滾動(dòng)軸承取f=0.02，滑動(dòng)軸承取f=0.1 ；Ni、N2 軸承支承反力(N)；Di、D2軸承直徑(m)由 設(shè)計(jì)知 Di=0.035m D2=0.054m Ni=800NN2=200NGi=98Ne=0.020 時(shí)M 摩=0.1*(200*0.035+800*0.054)/2得 M 摩=2.50(N.m)(2) 工件重心偏置力矩引起的偏置力矩M偏M 偏二G1 e (N.m)式中G1工件重量(N)e偏心距(即工件重心到碗回轉(zhuǎn)中心線的垂直距離)，當(dāng)工件重心

40、與手腕回轉(zhuǎn)中心線重合時(shí)，M偏為零當(dāng) e=0.020，G1=98N 時(shí)M 偏=1.96 ( N m)(3) 腕部啟動(dòng)時(shí)的慣性阻力矩 M慣 當(dāng)知道手腕回轉(zhuǎn)角速度時(shí)，可用下式計(jì)算 M慣M 慣=(J+J 工件)7 (N m)式中手腕回轉(zhuǎn)角速度(1/s)T手腕啟動(dòng)過程中所用時(shí)間(s)，(假定啟動(dòng)過程中近為加速運(yùn)動(dòng))J手腕回轉(zhuǎn)部件對回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(kg m2)J工件一一工件對手腕回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(kg m2)按已知計(jì)算得 J=2.5，J 工件=6.25，=0.3m/ m 2 ,t=2故 M 慣二 1.3( N m) 當(dāng)知道啟動(dòng)過程所轉(zhuǎn)過的角度時(shí)，也可以用下面的公式計(jì)算M慣：2M 慣=(J+ J 工件

41、)- (N m)式中啟動(dòng)過程所轉(zhuǎn)過的角度(rad);手腕回轉(zhuǎn)角速度(1/s) 0考慮到驅(qū)動(dòng)缸密封摩擦損失等因素，一般將 M 取大一些，可取M =1.1 s 1.2M 慣 + M 偏 + M 摩）（N.m）M = 1.2*（2.5+1.96+1.3） =6.9 （N.m）第四章 臂部的結(jié)構(gòu)4.1 概述臂部是機(jī)械手的主要執(zhí)行部件， 其作用是支承手部和腕部， 并將被抓 取的工件傳送到給定位置和方位上，因而一般機(jī)械手的手臂有三個(gè)自由 度，即手臂的伸縮、 左右回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動(dòng)。 手臂的回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動(dòng)是通過 立柱來實(shí)現(xiàn)的。 ；立柱的橫向移動(dòng)即為手臂的橫向移動(dòng)。手臂的各種運(yùn)動(dòng) 通常由驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來實(shí)

42、現(xiàn)， 因此，它不僅僅承受被抓取工件 的重量，而且承受手部、手腕、和手臂自身的重量。手臂的結(jié)構(gòu)、工作范 圍、靈活性以與抓重大小 （即臂力 ）和定位精度等都直接影響機(jī)械手的工作 性能，所以必須根據(jù)機(jī)械手的抓取重量、運(yùn)動(dòng)形式、自由度數(shù)、 運(yùn)動(dòng)速度 與其定位精度的要求來設(shè)計(jì)手臂的結(jié)構(gòu)型式。 同時(shí)，設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮到手 臂的受力情況、 油缸與導(dǎo)向裝置的布置、 內(nèi)部管路與手腕的連接形式等因 素。因此設(shè)計(jì)臂部時(shí)一般要注意下述要求：剛度要大 為防止臂部在運(yùn)動(dòng)過程中產(chǎn)生過大的變形， 手臂的截 面形狀的選擇要合理。 弓字形截面彎曲剛度一般比圓截面大； 空心管的彎 曲剛度和扭曲剛度都比實(shí)心軸大得多。 所以常用鋼管作臂

43、桿與導(dǎo)向桿， 用 工字鋼和槽鋼作支承板。導(dǎo)向性要好 為防止手臂在直線移動(dòng)中， 沿運(yùn)動(dòng)軸線發(fā)生相對運(yùn) 動(dòng)，或設(shè)置導(dǎo)向裝置，或設(shè)計(jì)方形、花鍵等形式的臂桿。 偏重力矩要小 所謂偏重力矩就是指臂部的重量對其支承回轉(zhuǎn) 軸所產(chǎn)生的靜力矩。 為提高機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)速度， 要盡量減少臂部運(yùn)動(dòng)部分 的重量，以減少偏重力矩和整個(gè)手臂對回轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。 運(yùn)動(dòng)要平穩(wěn)、定位精度要高由于臂部運(yùn)動(dòng)速度越高、重量越大，慣性力引起的定位前的沖擊也就越大， 運(yùn)動(dòng)即不平穩(wěn)， 定位精度也不 會高。故應(yīng)盡量減少小臂部運(yùn)動(dòng)部分的重量， 使結(jié)構(gòu)緊湊、 重量輕， 同時(shí) 要采取一定的緩沖措施。4.2 手臂直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)機(jī)械手手臂的伸縮、 升降與橫

44、向移動(dòng)均屬于直線運(yùn)動(dòng)， 而實(shí)現(xiàn)手臂往 復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)形式比較多，常用的有活塞油 （氣 ）缸、活塞缸和齒輪齒 條機(jī)構(gòu)、絲桿螺母機(jī)構(gòu)以與活塞缸和連桿機(jī)構(gòu)。4.2.1 手臂伸縮運(yùn)動(dòng)這里實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)是采用液壓驅(qū)動(dòng)的活塞油缸。 由于活塞油缸的 體積小、 重量輕， 因而在機(jī)械手的手臂機(jī)構(gòu)中應(yīng)用比較多。 如下圖所示為 雙導(dǎo)向桿手臂的伸縮結(jié)構(gòu)。 手臂和手腕是通過連接板安裝在升降油缸的上 端，當(dāng)雙作用油缸 1 的兩腔分別通入壓力油時(shí)，則推動(dòng)活塞桿2（ 即手臂 ）作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。導(dǎo)向桿 3 在導(dǎo)向套 4 內(nèi)移動(dòng)，以防止手臂伸縮時(shí)的轉(zhuǎn) 動(dòng) （并兼做手腕回轉(zhuǎn)缸 6 與手部 7 的夾緊油缸用的輸油管道 ）。由于手

45、臂的 伸縮油缸安裝在兩導(dǎo)向桿之間， 由導(dǎo)向桿承受彎曲作用， 活塞桿只受拉壓 作用，故受力簡單，傳動(dòng)平穩(wěn)，外形整齊美觀， 結(jié)構(gòu)緊湊。可用于抓重大、 行程較長的場合。圖5雙導(dǎo)向桿手臂的伸縮結(jié)構(gòu)承架的兩側(cè)安裝兩 承2，當(dāng)導(dǎo)向桿隨同 活塞桿一起移動(dòng)時(shí)， 的滾動(dòng)軸承就在支 支承面上滾動(dòng)。個(gè)滾動(dòng)軸伸縮缸的支承架上承板3的422 導(dǎo)向裝置液壓驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手手臂在進(jìn)行伸縮 （或升降）運(yùn)動(dòng)時(shí)，為了防止手臂繞 軸線發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，以保證手指的正確方向，并使活塞桿不受較大的彎曲力矩 的作用，以增加手臂的剛性，在設(shè)計(jì)手臂的結(jié)構(gòu)時(shí)，必須采用適當(dāng)?shù)膶?dǎo)向 裝置。它根據(jù)手臂的安裝形式，具體的結(jié)構(gòu)和抓取重量等因素加以確定， 同時(shí)在結(jié)構(gòu)

46、設(shè)計(jì)和布局上應(yīng)盡量減少運(yùn)動(dòng)部件的重量和減少手臂對回轉(zhuǎn) 中心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。目前采用的導(dǎo)向裝置有單導(dǎo)向桿、雙導(dǎo)向桿、四導(dǎo)向桿 和其他的導(dǎo)向裝置，本機(jī)械手采用的是雙導(dǎo)向桿導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。雙導(dǎo)向桿配置在手臂伸縮油缸兩側(cè)，并兼做手部和手腕油路的管 道。對于伸縮行程大的手臂，為了防止導(dǎo)向桿懸伸部分的彎曲變形，可在導(dǎo)向桿尾部增設(shè)輔助支承架，以提高導(dǎo)向桿的剛性。如圖5所示，對于伸縮行程大的手臂，為了防止導(dǎo)向桿懸伸部分 的彎曲變形，可在導(dǎo)向桿尾部增設(shè)輔助支承架，以提高導(dǎo)向桿的剛性。如 圖所示，在導(dǎo)向桿1的尾端用支承架4將兩個(gè)導(dǎo)向桿連接起來，支圖6 雙導(dǎo)向桿手臂結(jié)構(gòu)423手臂的升降運(yùn)動(dòng)如圖6所示為手臂的升降運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。當(dāng)升

47、降缸上下兩腔通壓力油時(shí)， 活塞杠4做上下運(yùn)動(dòng)，活塞缸體2固定在旋轉(zhuǎn)軸上。由活塞桿帶動(dòng)套筒3 做升降運(yùn)動(dòng)。其導(dǎo)向作用靠立柱的平鍵 9實(shí)現(xiàn)。圖中6為位置檢測裝置。4.3手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)形式是多種多樣的，常用的有回轉(zhuǎn)缸、齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、鏈輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)等。本機(jī)械手采用齒條缸式臂回轉(zhuǎn)機(jī) 構(gòu)，如圖7所示，回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)由齒條活塞桿 8驅(qū)動(dòng)齒輪，帶動(dòng)配油軸和缸 體一起轉(zhuǎn)動(dòng)，再通過缸體上的平鍵 9帶動(dòng)外套一起轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)手臂的回轉(zhuǎn)。1.4* fl fl-/觀顯 軌 tf*圖7手臂升降和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)圖4.4手臂的橫向移動(dòng)如圖8所示為手臂的橫向移動(dòng)機(jī)構(gòu)。手臂的橫向移動(dòng)是由活塞缸5 來驅(qū)動(dòng)的，回轉(zhuǎn)缸體與滑

48、臺 1用螺釘聯(lián)結(jié)，活塞桿 4通過兩塊連接板3 用螺釘固定在滑座2上。當(dāng)活塞缸5通壓力油時(shí)，其缸體就帶動(dòng)滑臺 1， 沿著燕尾形滑座2做橫向往復(fù)運(yùn)動(dòng)。圖8手臂橫向移動(dòng)機(jī)構(gòu)4.5臂部運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力計(jì)算計(jì)算臂部運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力（包括力矩）時(shí)，要把臂部所受的全部負(fù)荷考慮進(jìn) 去。機(jī)械手工作時(shí)，臂部所受的負(fù)荷主要有慣性力、摩擦力和重力等。臂水平伸縮運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算手臂做水平伸縮運(yùn)動(dòng)時(shí)，首先要克服摩擦阻力，包括油缸與活塞之間 的摩擦阻力與導(dǎo)向桿與支承滑套之間的摩擦阻力等， 還要克服啟動(dòng)過程中 的慣性力。其驅(qū)動(dòng)力 Pq可按下式計(jì)算：Pq = Fm + Fg （N）式中Fm各支承處的摩擦阻力；Fg啟動(dòng)過程中的慣性力，其大小

49、可按下式估算：(N)式中 W手臂伸縮部件的總重量（N）；g 重力加速度（9.8m/s2）;a 啟動(dòng)過程中的平均加速度（m/s 2），而a = V （m/s 2）/ 速度變化量。如果手臂從靜止?fàn)顟B(tài)加速到工作速度V時(shí)，則這個(gè)過程的速度變化量就等于手臂的工作速度；啟動(dòng)過程中所用的時(shí)間，一般為 0.01 s 0.5s當(dāng) Fm=80N,W=1098(N), AV= 500mm/s 時(shí)，10980 5Pq = 80+ 叱 * 05 =80+112=192 (N)9.80.5臂垂直升降運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算手臂作垂直運(yùn)動(dòng)時(shí)，除克服摩擦阻力Fm和慣性力Fg之外，還要克服臂部運(yùn)動(dòng)部件的重力，故其驅(qū)動(dòng)力Pq可按下式計(jì)算

50、：Pq = Fm + Fg ±W (N)式中Fm 各支承處的摩擦力(N);Fg 啟動(dòng)時(shí)慣性力(N)可按臂伸縮運(yùn)動(dòng)時(shí)的情況計(jì) 算；W臂部運(yùn)動(dòng)部件的總重量 (N);±上升時(shí)為正，下降時(shí)為負(fù)。當(dāng) Fm=40N ，F(xiàn)g=100N ，W =1098N 時(shí)Pq=40+100+1098=1238(N)臂部回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算臂部回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力矩應(yīng)根據(jù)啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的慣性力矩與回轉(zhuǎn)部件支 承處的摩擦力矩來計(jì)算。由于啟動(dòng)過程一般不是等加速度運(yùn)動(dòng)，故最大驅(qū) 動(dòng)力矩要比理論平均值大一些，一般取平均值的1.3倍。故驅(qū)動(dòng)力矩Mq可按下式計(jì)算：M q = 1.3( M m + M g ) (N m)式中

51、 Mm 各支承處的總摩擦力矩；Mg啟動(dòng)時(shí)慣性力矩，一般按下式計(jì)算：M g = (N m)式中 J手臂部件對其回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(kg m 2);回轉(zhuǎn)手臂的工作角速度(rad/s);回轉(zhuǎn)臂啟動(dòng)時(shí)間(s)0 8當(dāng) Mm=84(N m)，g=8 02 =32(N m)0.2Mq = 1.3*116=150.8(N m)對于活塞、導(dǎo)向套筒和油缸等的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量都要做詳細(xì)計(jì)算，因?yàn)檫@些零件的重量較大或回轉(zhuǎn)半徑較大， 對總的計(jì)算結(jié)果影響也較大， 對于 小零件則可作為質(zhì)點(diǎn)計(jì)算其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量， 對其質(zhì)心轉(zhuǎn)動(dòng)慣量忽略不計(jì)。 對于 形狀復(fù)雜的零件，可劃分為幾個(gè)簡單的零件分別進(jìn)行計(jì)算， 其中有的部分可當(dāng)作質(zhì)點(diǎn)計(jì)算?？梢詤⒖?/p>

52、工業(yè)機(jī)器人表 4-1第五章 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)5.1 液壓系統(tǒng)簡介 機(jī)械手的液壓傳動(dòng)是以有壓力的油液作為傳遞動(dòng)力的工作介質(zhì)。 電動(dòng) 機(jī)帶動(dòng)油泵輸出壓力油，是將電動(dòng)機(jī)供給的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成油液的壓力能。 壓力油經(jīng)過管道與一些控制調(diào)節(jié)裝置等進(jìn)入油缸， 推動(dòng)活塞桿運(yùn)動(dòng)， 從而 使手臂作伸縮、 升降等運(yùn)動(dòng)， 將油液的壓力能又轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。 手臂在運(yùn) 動(dòng)時(shí)所能克服的摩擦阻力大小， 以與夾持式手部夾緊工件時(shí)所需保持的握 力大小， 均與油液的壓力和活塞的有效工作面積有關(guān)。 手臂做各種運(yùn)動(dòng)的 速度決定于流入密封油缸中油液容積的多少。 這種借助于運(yùn)動(dòng)著的壓力油 的容積變化來傳遞動(dòng)力的液壓傳動(dòng)稱為容積式液壓傳動(dòng)， 機(jī)械手

53、的液壓傳 動(dòng)系統(tǒng)都屬于容積式液壓傳動(dòng)。5.2 液壓系統(tǒng)的組成液壓傳動(dòng)系統(tǒng)主要由以下幾個(gè)部分組成：(1) 油泵 它供給液壓系統(tǒng)壓力油，將電動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為油液的壓力 能，用這壓力油驅(qū)動(dòng)整個(gè)液壓系統(tǒng)工作。(2) 液動(dòng)機(jī)壓力油驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)部件對外工作部分。 手臂做直線運(yùn)動(dòng)， 液動(dòng)機(jī)就是手臂伸 縮油缸。也有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的液動(dòng)機(jī)一般叫作油馬達(dá)，回轉(zhuǎn)角小于 360 °的液 動(dòng)機(jī)，一般叫作回轉(zhuǎn)油缸 (或稱擺動(dòng)油缸 )。(3 控制調(diào)節(jié)裝置 各種閥類，如單向閥、溢流閥、節(jié)流閥、調(diào)速閥)、減壓閥、順序閥等，各起一定作用，使機(jī)械手的手臂、手腕、 手指等能夠完成所要求的運(yùn) 動(dòng)。5.3 機(jī)械手液壓系統(tǒng)的控制回路

54、 機(jī)械手的液壓系統(tǒng)，根據(jù)機(jī)械手自由度的多少，液壓系統(tǒng)可繁可簡，但是總不外乎由一些基本控制回路組成。這些基本控制回路具有各種功 能，如工作壓力的調(diào)整、 油泵的卸荷、 運(yùn)動(dòng)的換向、工作速度的調(diào)節(jié)以與 同步運(yùn)動(dòng)等。5.3.1 壓力控制回路(1) 調(diào)壓回路 在采用定量泵的液壓系統(tǒng)中，為控制系統(tǒng)的最大工作壓力，一般都在 油泵的出口附近設(shè)置溢流閥， 用它來調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力， 并將多余的油液溢流 回油箱。(2 ) 卸荷回路在機(jī)械手各油缸不工作時(shí)， 油泵電機(jī)又不停止工作的情況下， 為減少 油泵的功率損耗，節(jié)省動(dòng)力，降低系統(tǒng)的發(fā)熱，使油泵在低負(fù)荷下工作， 所以采用卸荷回路。 此機(jī)械手采用二位二通電磁閥控制溢流閥遙控

55、口卸荷 回路。(3) 減壓回路為了是機(jī)械手的液壓系統(tǒng)局部壓力降低或穩(wěn)定， 在要求減壓的支路前 串聯(lián)一個(gè)減壓閥，以獲得比系統(tǒng)壓力更低的壓力。(4) 平衡與鎖緊回路在機(jī)械液壓系統(tǒng)中， 為防止垂直機(jī)構(gòu)因自重而任意下降， 可采用平衡 回路將垂直機(jī)構(gòu)的自重給以平衡。 為了使機(jī)械手手臂在移動(dòng)過程中停止在 任意位置上， 并防止因外力作用而發(fā)生位移， 可采用鎖緊回路， 即將油缸 的回油路關(guān)閉， 使活塞停止運(yùn)動(dòng)并鎖緊。 本機(jī)械手采用單向順序閥做平衡 閥實(shí)現(xiàn)任意位置鎖緊的回路。(5) 油泵出口處接單向閥在油泵出口處接單向閥。 其作用有二： 第一是保護(hù)油泵。 液壓系統(tǒng)工 作時(shí)， 油泵向系統(tǒng)供應(yīng)高壓油液， 以驅(qū)動(dòng)油缸運(yùn)動(dòng)而做功。 當(dāng)一旦電機(jī)停 止轉(zhuǎn)動(dòng)， 油泵不再向外供油， 系統(tǒng)中原有的高壓油液具有一定能量， 將迫 使油泵反方向轉(zhuǎn)動(dòng)， 結(jié)果產(chǎn)生噪音， 加速油泵的磨損。 在油泵出油口處加 設(shè)單向閥后， 隔斷系統(tǒng)中高壓油液和油泵時(shí)間的聯(lián)系， 從而起到保護(hù)油缸 的作