搬運(yùn)機(jī)械手的設(shè)計(jì)說明

..畢業(yè)設(shè)計(jì)〔論文〔說明書題目：搬運(yùn)機(jī)械手的設(shè)計(jì)__編號(hào)：XXXXX學(xué)院年月日摘要本課題設(shè)計(jì)的為通用圓柱坐標(biāo)系機(jī)械手。工業(yè)機(jī)械手是工業(yè)生產(chǎn)的必然產(chǎn)物,它是一種模仿人體上肢的部分功能,按照預(yù)定要求輸送工件或握持工具進(jìn)行操作的自動(dòng)化技術(shù)設(shè)備,對(duì)實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化,推動(dòng)工業(yè)生產(chǎn)的進(jìn)一步發(fā)展起著重要作用。因而具有強(qiáng)大的生命力受到人們的廣泛重視和歡迎。實(shí)踐證明,工業(yè)機(jī)械手可以代替人手的繁重勞動(dòng),顯著減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度,改善勞動(dòng)條件,提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和自動(dòng)化水平。工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)的笨重工件的搬運(yùn)和長(zhǎng)期頻繁、單調(diào)的操作,采用機(jī)械手是有效的。此外,它能在高溫、低溫、深水、宇宙、放射性和其他有毒、污染環(huán)境條件下進(jìn)行操作,更顯示其優(yōu)越性,有著廣闊的發(fā)展前途。通過對(duì)機(jī)械手進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和液壓傳動(dòng)原理設(shè)計(jì),它能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上料運(yùn)動(dòng),自動(dòng)搬運(yùn)棒料。機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)速度是按著滿足生產(chǎn)率的要求來(lái)設(shè)定。關(guān)鍵詞：搬運(yùn)機(jī)械手,手爪,手腕,手臂,液壓,PLCAbstractThistopicdesignforgeneralcylindricalcoordinatemanipulator.Industrialmachineryhandistheinevitableproductofindustrialproduction,itisacopyoftheupperpartofthehumanbodyfunctions,inaccordancewithapredeterminedtransferrequestortheworkpieceholdthetoolstooperatetheequipmentautomationtechnology,toachieveindustrialproductionautomation,thepromotionofindustrialproductionofthefurtherdevelopmentplaysanimportantrolein.Sotheyhavestrongvitalityofthepeoplebytheextensiveattentionandwelcome.Practicehasproved,theindustrialrobotcanreplacethestaffoftheheavylabor,significantlyreducedlaborintensityofworkers,improveworkingconditions,improvelaborproductivityandthelevelofautomation.Industrialproductionoftenappearsinthebulkyworkpiecehandlingandfrequentlong-term,monotonousoperation,amechanicalhandtobeeffective.Inaddition,itcanbeinhightemperature,lowtemperature,water,theuniverse,radioactiveandothertoxic,pollutionoftheenvironmentundertheconditionsofoperation,butalsoshowitssuperiority,therearebroaddevelopmentprospects.Throughthemechanicalhandforstructuredesignandthehydraulictransmissionprincipledesign,itcanrealizetheautomaticfeeding,automatichandlingbar.Themanipulatormotionspeedistomeettherequirementstosettheproductivity.Keywords:manipulator,gripper,wrist,arm,hydraulic,PLC目錄摘要1Abstract2第一章緒論41.1搬運(yùn)機(jī)械手的組成41.2設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容5第二章搬運(yùn)機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)72.1手部設(shè)計(jì)計(jì)算7對(duì)手部設(shè)計(jì)的要求7拉緊裝置原理8手部驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算82.2腕部回轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)計(jì)算112.2.1腕部的結(jié)構(gòu)形式11手腕驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算122.3手臂伸縮機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算142.4手臂升降機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)152.4.1尺寸設(shè)計(jì)16尺寸校核172.5手臂回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)18計(jì)算扭矩M119機(jī)構(gòu)工作參數(shù)總結(jié)：202.6液壓泵的初選擇20第三章搬運(yùn)機(jī)械手驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)233.1手部抓取缸233.2腕部擺動(dòng)液壓回路243.3手臂伸縮液壓缸回路253.5手臂回轉(zhuǎn)擺動(dòng)缸回路263.6總體系統(tǒng)圖26第四章搬運(yùn)機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)294.1機(jī)械手的模擬工作過程294.2機(jī)械手的操作原理314.3機(jī)械手傳送系統(tǒng)梯形圖31參考文獻(xiàn)34致謝35第一章緒論1.1搬運(yùn)機(jī)械手的組成搬運(yùn)機(jī)械手主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及位置檢測(cè)裝置等所組成圖1.1搬運(yùn)機(jī)械手的動(dòng)作順序和檢測(cè)元件、執(zhí)行元件的布置示意圖1.執(zhí)行機(jī)構(gòu)：包括手部、手腕、手臂和立柱等部件手部：是機(jī)械手與工件接觸的部件。由于與物體接觸的形式不同,可分為夾持式和吸附式手部。由于本課題的工件是圓柱狀棒料,所以采用夾持式。由手指和傳力機(jī)構(gòu)所構(gòu)成,手指與工件接觸而傳力機(jī)構(gòu)則通過手指夾緊力來(lái)完成夾放工件的任務(wù)。手腕：是聯(lián)接手部和手臂的部件,起調(diào)整或改變工件方位的作用。手臂：支承手腕和手部的部件,用以改變工件的空間位置。立柱：是支承手臂的部件。手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和升降運(yùn)動(dòng)均與立柱有密切的聯(lián)系。機(jī)械手的立柱通常為固定不動(dòng)的。機(jī)座：是機(jī)械手的基礎(chǔ)部分。機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的各部件和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)均安裝于機(jī)座上,故起支承和聯(lián)接的作用。2.驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是驅(qū)動(dòng)執(zhí)行運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)裝置。常用的有液壓傳動(dòng)、氣壓傳動(dòng)、電力傳動(dòng)和機(jī)械傳動(dòng)等四種形式。3.控制系統(tǒng)：控制系統(tǒng)是機(jī)械手的指揮系統(tǒng),它控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),讓執(zhí)行機(jī)構(gòu)按規(guī)定的要求進(jìn)行工作,并檢測(cè)其正確與否。一般常見的為電器與電子回路控制,計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)也不斷增多。搬運(yùn)機(jī)械手各系統(tǒng)相互之間的關(guān)系如方框圖1.2所示。圖1.2機(jī)械手組成方框圖1.2設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容設(shè)計(jì)通用圓柱坐標(biāo)系機(jī)械手及控制系統(tǒng)。設(shè)計(jì)中的機(jī)械手各動(dòng)作由液壓缸驅(qū)動(dòng),并有電磁閥控制,技術(shù)指標(biāo)如下：抓重：50N-200N自由度〔四個(gè)自由度動(dòng)作符號(hào)行程范圍速度伸縮X400mm小于250mm/s升降Z300mm小于70mm/s回轉(zhuǎn)φ0——120o小于90o/s手腕運(yùn)動(dòng)參數(shù)回轉(zhuǎn)φ行程范圍0——180o速度小于90o/s手指夾持范圍：棒料,直徑50——70mm,長(zhǎng)度450——1200mm定位精度：±3mm?？刂品绞剑篜LC第二章搬運(yùn)機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)2.1手部設(shè)計(jì)計(jì)算2.1.1對(duì)手部設(shè)計(jì)的要求1、有適當(dāng)?shù)膴A緊力手部在工作時(shí),應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膴A緊力,以保證夾持穩(wěn)定可靠,變形小,且不損壞棒料的已加工表面。對(duì)于剛性很差的棒料夾緊力大小應(yīng)該設(shè)計(jì)得可以調(diào)節(jié),對(duì)于本應(yīng)考慮采用自鎖安全裝置。2、有足夠的開閉范圍本機(jī)械手手部的手指有張開和閉合裝置。工作時(shí),一個(gè)手指開閉位置以最大變化量稱為開閉范圍。對(duì)于回轉(zhuǎn)型手部手指開閉范圍,可用開閉角和手指夾緊端長(zhǎng)度表示。手指開閉范圍的要求與許多因素有關(guān),如工件的形狀和尺寸,手指的形狀和尺寸,一般來(lái)說,工作環(huán)境許可,開閉范圍大一些較好,如圖2.1所示。圖2.1機(jī)械手開閉示例簡(jiǎn)圖3、力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,重量輕,體積小手部處于腕部的最前端,工作時(shí)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)多變,其結(jié)構(gòu),重量和體積直接影響整個(gè)機(jī)械手的結(jié)構(gòu),抓重,定位精度,運(yùn)動(dòng)速度等性能。因此,在設(shè)計(jì)手部時(shí),必須力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,重量輕,體積小。4、手指應(yīng)有一定的強(qiáng)度和剛度5、其它要求對(duì)于夾緊機(jī)械手,根據(jù)工件的形狀為圓形棒料,因此最常采用的是外卡式兩指鉗爪,夾緊方式用常閉史彈簧夾緊,松開時(shí),用單作用式液壓缸。此種結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單,制造方便。2.1.2拉緊裝置原理如圖2.3所示：油缸右腔停止進(jìn)油時(shí),彈簧力向右工件,油缸右腔進(jìn)油時(shí)松開工件。當(dāng)油缸的右腔停止進(jìn)油時(shí),彈簧收到向右的力,使與彈簧相連的手部受到向右的拉力,從而使手爪合攏。當(dāng)油腔的右腔進(jìn)油時(shí),彈簧受到向左的壓力,使與彈簧相連的手爪向外伸出,從而放松工件。左出油口右進(jìn)油口圖2.2缸示意簡(jiǎn)圖2.1.3手部驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算圖2.3手部受力分析1.手指2.銷軸3.拉桿4.指座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(duì)銷軸的反作用力為P1、P2,其力的方向垂直于滑槽中心線OO1和OO2并指向O點(diǎn),P1和P2的延長(zhǎng)線交O1O2于A及B,由于△O1OA和△O2OA均為直角三角形,故∠AOC=∠BOC=α。根據(jù)銷軸的力平衡條件,即∑Fx=0,P1=P2;∑Fy=0P=2P1cosαP1=P/2cosα銷軸對(duì)手指的作用力為p1′。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(duì)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∑m01<F>=0得P1′h=Nb因h=a/cosα所以P=2b<cosα>N/a式中a——手指的回轉(zhuǎn)支點(diǎn)到對(duì)稱中心線的距離〔毫米。α——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),α角增大則握力N也隨之增加,但α角過大會(huì)導(dǎo)致拉桿〔即活塞的行程過大,以及手指滑槽尺寸長(zhǎng)度增大,使之結(jié)構(gòu)加大,因此,一般取α=30°~40°。這里取角α=30度。這種手部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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)以及傳力機(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=PK1K2/η式中η——手部的機(jī)械效率,一般取0.85~0.95；K1——安全系數(shù),一般取1.2~2K2——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)它的移動(dòng)速度為500毫米/秒,移動(dòng)加速度為1000毫米/秒,工件重量G為98牛頓,V型鉗口的夾角為120°,α=30°時(shí),拉緊油缸的驅(qū)動(dòng)力P和P實(shí)際計(jì)算如下：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)量夾緊力計(jì)算公式N=0.5G把已知條件代入得當(dāng)量夾緊力為N=49〔N由滑槽杠桿式結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)力計(jì)算公式P=2b<cosα>N/a得P=P計(jì)算=2×45/27<cos30°>×49=122.5<N>P實(shí)際=P計(jì)算K1K2/η取η=0.85,K1=1.5,K2=1+1000/9810≈1.1則P實(shí)際=122.51×.5×1.1/0.85=238<N>2.2腕部回轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)計(jì)算腕部是聯(lián)結(jié)手部和臂部的部件,腕部運(yùn)動(dòng)主要用來(lái)改變被夾物體的方位,它動(dòng)作靈活,轉(zhuǎn)動(dòng)慣性小。本課題腕部具有回轉(zhuǎn)這一個(gè)自由度,可采用具有一個(gè)活動(dòng)度的回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu)。要求：回轉(zhuǎn)0——180o,即±90o角速度W小于90o/s以最大負(fù)荷計(jì)算腕部的結(jié)構(gòu)形式本搬運(yùn)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±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),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2.4機(jī)械手的腕部結(jié)構(gòu)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及由于轉(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)——驅(qū)動(dòng)手腕轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力矩M慣——慣性力矩〔N.mM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(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線所產(chǎn)生的偏重力矩〔N.mM摩——手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸與支承孔處的摩擦力矩〔N.m圖2.5腕部回轉(zhuǎn)力矩計(jì)算圖=1\*GB2⑴摩擦阻力矩M摩M摩=〔N1D1+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；N1、N2——軸承支承反力〔N；D1、D2——軸承直徑〔m由設(shè)計(jì)知D1=0.035mD2=0.054mN1=800NN2=200NG1=98Ne=0.020時(shí)M摩=0.1×〔200×0.035+800×0.054/2得M摩=2.50〔N.m=2\*GB2⑵工件重心偏置力矩引起的偏置力矩M偏M偏=G1e〔N.m式中G1——工件重量〔Ne——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\*GB2⑶腕部啟動(dòng)時(shí)的慣性阻力矩M慣①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〔N·m式中——手腕回轉(zhuǎn)角速度〔1/sT——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(duì)回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量〔kg·mJ工件——工件對(duì)手腕回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量〔kg·m按已知計(jì)算得J=2.5,J工件=6.25,=0.3m/m,t=2故M慣=1.3〔N·m=2\*GB3②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：M慣=〔J+J工件〔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?？紤]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=1.1~1.2〔M慣+M偏+M摩〔N.mM=1.2〔2.5+1.96+1.3=6.9〔N.m2.3手臂伸縮機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算手臂是機(jī)械手的主要執(zhí)行部件。它的作用是支撐腕部和手部,并帶動(dòng)它們?cè)诳臻g運(yùn)動(dòng)。臂部運(yùn)動(dòng)的目的,一般是把手部送達(dá)空間運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)的任意點(diǎn)上,從臂部的受力情況看,它在工作中即直接承受著腕部、手部和工件的動(dòng)、靜載荷,而且自身運(yùn)動(dòng)又較多,故受力較復(fù)雜。機(jī)械手的精度最終集中在反映在手部的位置精度上。所以在選擇合適的導(dǎo)向裝置和定位方式就顯得尤其重要了。手臂的伸縮速度為小于250m/s行程L=400mm1.手臂右腔工作壓力,公式得：P=〔F+F摩/S式中：F——取工件重和手臂活動(dòng)部件總重,估算F=30+25=55kg,F摩=1800N。所以代入公式得：F=2350N由課本《液壓與氣壓傳動(dòng)》表9-2表得：負(fù)載小于5KN時(shí),工作壓力小于0.8MPa,取P=0.6MPaS=〔F+F摩/P=〔55×10+1800/0.6=3917mm2由S=πR2得R==35.3mm則D=70.6mm由課本《液壓與氣壓傳動(dòng)》查表4-2得直徑為80mm2.手臂右腔流量,公式得：Qmax=sv=250×π×402=1256000.65mm3/s=1256ml/s2.4手臂升降機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)手臂執(zhí)行機(jī)械手動(dòng)作,實(shí)現(xiàn)機(jī)械手功能,通過升降機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械手整體的上升與下降,聯(lián)接手爪可以實(shí)現(xiàn)貨物的上升與下降。由于手臂重量較大,因此,升降需要導(dǎo)向和支撐部件來(lái)實(shí)現(xiàn)功能。手臂的升降速度小于70mm/s,行程為300mm,符號(hào)為Z手臂回轉(zhuǎn)氣缸的尺寸設(shè)計(jì)與校核手臂升降機(jī)構(gòu)如圖2.6圖2.6手臂升降機(jī)構(gòu)工作原理：當(dāng)液壓油從下端油口輸入時(shí),升降液壓缸將做上升運(yùn)動(dòng),液壓油從上端油口回油；當(dāng)液壓油從上端油口進(jìn)油時(shí),液壓缸做下降運(yùn)動(dòng),液壓油從下端油口回油2.4.1尺寸設(shè)計(jì)氣缸長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為,氣缸內(nèi)徑為,半徑R=105mm,軸徑半徑,氣缸運(yùn)行角速度=,加速度時(shí)間0.5s,壓強(qiáng),則力矩：2.4.2尺寸校核測(cè)定參與手臂轉(zhuǎn)動(dòng)的部件的質(zhì)量,分析部件的質(zhì)量分布情況,質(zhì)量密度等效分布在一個(gè)半徑的圓盤上,那么轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：〔考慮軸承,油封之間的摩擦力,設(shè)定摩擦系數(shù),總驅(qū)動(dòng)力矩設(shè)計(jì)尺寸滿足使用要求。2.5手臂回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)本課題手臂具有回轉(zhuǎn)這一個(gè)自由度,可采用具有一個(gè)活動(dòng)度的回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動(dòng)的手臂結(jié)構(gòu)。要求：回轉(zhuǎn)0——210o角速度W小于90o/s以最大負(fù)荷計(jì)算：當(dāng)工件裝夾在手爪上,伸縮手臂處于最大長(zhǎng)度時(shí),采用估算法,總重為100Kg,伸縮液壓缸伸出總長(zhǎng)度L=800mm。圖2.7手臂回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)回轉(zhuǎn)液壓缸的工作原理：改回轉(zhuǎn)液壓缸為,軸不轉(zhuǎn)動(dòng),缸桶轉(zhuǎn)動(dòng)。軸當(dāng)液壓油從B側(cè)進(jìn)入時(shí),回轉(zhuǎn)液壓缸缸桶逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)液壓油從A側(cè)進(jìn)入時(shí),回轉(zhuǎn)液壓缸缸桶順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)本課題手臂具有回轉(zhuǎn)這一個(gè)自由度,可采用具有一個(gè)活動(dòng)度的回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動(dòng)的手臂結(jié)構(gòu)。要求：回轉(zhuǎn)0——210o角速度W小于90o/s以最大負(fù)荷計(jì)算：當(dāng)工件裝夾在手爪上,伸縮手臂處于最大長(zhǎng)度時(shí),采用估算法,總重為100Kg,伸縮液壓缸伸出總長(zhǎng)度L=800mm。2.5.1計(jì)算扭矩M1設(shè)重力集中于離手指中心250mm處,假設(shè)所夾的重物的重力為F,即扭矩M2為：M2=F×S=1000×0.25=250〔N·M由于有油缸配件、擺動(dòng)缸的摩擦力矩的存在,暫且在計(jì)算力矩的基礎(chǔ)上乘以系數(shù)φ=1.2則M總=φM2=250×1.2=300〔N·M由公式T=P×b〔ΦA(chǔ)12-Φmm2×106/8其中：b—葉片密度,這里取b=3cm；ΦA(chǔ)1—擺動(dòng)缸內(nèi)徑,這里取ΦA(chǔ)1=15cm；Φmm—轉(zhuǎn)軸直徑,這里取Φmm=6cm。所以代入公式P=8T/b〔ΦA(chǔ)12-Φmm2×106=8×300/0.03×〔0.152-0.062×106=4.23Mpa由W=8Q/〔ΦA(chǔ)12-Φmm2b所以Q=W〔ΦA(chǔ)12-Φmm2b/8=〔π/4〔0.152-0.062×0.03/8=0.56×10-4m3/s=56ml/s2.5.2機(jī)構(gòu)工作參數(shù)總結(jié)：手部抓緊直徑70mm行程50mm工作壓力4.18MPa流量251.2ml/s速度50mm/s腕部回轉(zhuǎn)內(nèi)徑120mm轉(zhuǎn)軸直徑50mm行程0——180o〔±90o工作壓力2.71MPa流量35ml/s速度小于90o/s小臂伸縮內(nèi)徑80mm行程400mm工作壓力0.6MPa流量1256ml/s速度小于250m/s手臂升降內(nèi)徑100mm行程300mm工作壓力0.6MPa速度小于70mm/s流量549.5ml手臂回轉(zhuǎn)內(nèi)徑150mm轉(zhuǎn)軸直徑60mm行程0——210o工作壓力4.23MPa流量56ml/s速度小于90o/s2.6液壓泵的初選擇1.根據(jù)小節(jié)2.5.2中計(jì)算所得參數(shù)可知所需液壓最高壓力P=4.23Mpa所需液壓最大流量Q=1256ml/s選取CB-D型液壓泵〔齒輪泵此泵工作壓力為10Mpa,轉(zhuǎn)速為1800r/min,工作流量Q在32—70ml/r之間,即900mm/s——2100mm/s,可以滿足需要。2.驗(yàn)算腕部擺動(dòng)缸：T=Pb〔ΦA(chǔ)12-Φmm2ηm×106/8W=8θηv/〔ΦA(chǔ)12-Φmm2b式中：ηm—機(jī)械效率?。?.85～0.9ηv—容積效率?。?.7～0.95所以代入公式得：T=2.71×0.03×〔0.122-0.052×0.85×106/8=102.8〔N·MT<M=121〔N·M代入公式得：Wmax=〔8×35×10-6×0.85/〔0.122-0.052×0.03=0.667rad/sW<π/2≈1.57rad/s因此,取腕部回轉(zhuǎn)油缸工作壓力P=3Mpa流量Q=40ml/s3.驗(yàn)算手臂回轉(zhuǎn)擺動(dòng)缸：T=Pb〔ΦA(chǔ)12-Φmm2ηm×106/8W=8θηv/〔ΦA(chǔ)12-Φmm2b式中：ηm—機(jī)械效率?。?.85～0.9ηv—容積效率?。?.7～0.95所以代入公式得：T=4.23×0.03×〔0.152-0.062×0.85×106/8=254.8〔N·MT<M總=300〔N·M代入公式得：Wmax=〔8×56×10-6×0.85/〔0.152-0.062×0.03=0.672rad/sW<π/2≈1.57rad/s因此,取腕部回轉(zhuǎn)油缸工作壓力P=5Mpa流量Q=60ml/s圓整其他缸的數(shù)值：手部抓取缸工作壓力PⅠ=4.5Mpa流量QⅠ=300ml/s小臂伸縮缸工作壓力PⅠ=0.6Mpa流量QⅠ=1300ml/s手臂升降缸工作壓力PⅠ=0.6Mpa流量QⅠ=600ml/s4.確定電機(jī)規(guī)格：通過對(duì)液壓泵的型號(hào)的確定,液壓泵選取CB-D型液壓泵,額定壓力P=10Mpa,工作流量在32～70ml/r之間。選取1500ml/s〔90L/min為額定流量的泵因此：傳動(dòng)功率功率=壓力×流量/〔60×效率N=P×Q/η式中：η=0.8〔經(jīng)驗(yàn)值所以代入公式得：N=10×90/〔60×0.8=18.75KW選取380V交流異步電動(dòng)機(jī)的額定功率20KW,轉(zhuǎn)速為2940r/min。第三章搬運(yùn)機(jī)械手驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)經(jīng)過比較分析以及工業(yè)上的應(yīng)用,驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用液壓驅(qū)動(dòng)裝置3.1手部抓取缸圖3.1鉗式手爪缸液壓原理圖泵的供油壓力P取10Mpa,流量Q取系統(tǒng)所需最大流量即Q=1300ml/s。因此,需裝調(diào)速閥,流量定為300ml/s,工作壓力P=5Mpa。采用：YF-B10B溢流閥2FRM5-20/102調(diào)速閥23E1-10B二位三通閥3.2腕部擺動(dòng)液壓回路圖3.2腕部擺動(dòng)液壓回路工作壓力P=3Mpa流量Q=40ml/s采用：2FRM5-20/102調(diào)速閥34E1-10B三位四通換向閥YF-B10B溢流閥3.3手臂伸縮液壓缸回路圖3.3手臂伸縮液壓缸回路工作壓力P=0.6Mpa流量Q=1300ml/s采用：YF-B10B溢流閥2FRM5-20/102調(diào)速閥23E1-10B三位四通閥圖3.3手臂伸縮液壓缸回路3.4手臂升降液壓缸回路圖3.4手臂升降液壓缸回路工作壓力P=0.6Mpa流量Q=600ml/s采用：YF-B10B溢流閥2FRM5-20/102調(diào)速閥23E1-10B三位四通閥3.5手臂回轉(zhuǎn)擺動(dòng)缸回路圖3.5手臂回轉(zhuǎn)擺動(dòng)缸回路工作壓力P=4.23MPa流量Q=56ml/s采用：2FRM5-20/102調(diào)速閥34E1-10B三位四通換向閥YF-B10B溢流閥3.6總體系統(tǒng)圖圖3.6總體系統(tǒng)圖工作過程小臂伸長(zhǎng)→手部抓緊→腕部回轉(zhuǎn)→小臂回轉(zhuǎn)→小臂收縮→手部放松電磁鐵動(dòng)作順序如表3.1表3.1電磁鐵動(dòng)作順序表元件動(dòng)作YA1YA2YA3YA4YA5YA6YA7YA8小臂伸長(zhǎng)－+－+-+-+手部抓緊+－+-+-+-腕部回轉(zhuǎn)+－+-+小臂收縮++-+-手部放松－++-+第四章搬運(yùn)機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)是機(jī)械手的重要組成部分。根據(jù)本課題的要求采用PLC控制方式,機(jī)械手的手部、腕部、臂部等的動(dòng)作以及相關(guān)機(jī)械的協(xié)調(diào)動(dòng)作都是通過PLC的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)的。主要控制內(nèi)容有動(dòng)作的順序,動(dòng)作的位置與路徑、動(dòng)作的時(shí)間。4.1機(jī)械手的模擬工作過程圖4.1機(jī)械手的工作過程由于控制點(diǎn)數(shù)比較少,因此我們選擇使用小型PLC來(lái)控制,通過對(duì)經(jīng)濟(jì)效益的比較,我們采用三菱PLC,采用FX2N-40MR1輸入輸出點(diǎn)數(shù)的分配表4.1輸入和輸出點(diǎn)的分配名稱代號(hào)輸入名稱代號(hào)輸入名稱代號(hào)輸出啟動(dòng)SB1X000夾緊SB5X010電磁閥下降YV1Y000下限行程SQ1X001放松SB6X011電磁閥夾緊YV2Y001上限行程SQ2X002單步上升SB7X012電磁閥上升YV3Y002右限行程SQ3X003單步下降SB8X013電磁閥右行YV4Y003左限行程SQ4X004單步左移SB9X014電磁閥左行YV5Y004停止SB2X005單步右移SB10X015原點(diǎn)指示ELY005手動(dòng)操作SB3X006回原點(diǎn)SB11X016連續(xù)操作SB4X007工件檢測(cè)SQ5X0172.輸入和輸出點(diǎn)原理接線圖輸入和輸出