機(jī)械手設(shè)計(jì)計(jì)算說明書

畢業(yè)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目設(shè)計(jì)題目棒料抓裝機(jī)械手的設(shè)計(jì)學(xué)生姓名學(xué)號專業(yè)班級指導(dǎo)教師院系名稱目錄TOC\o"1-2"\h\z\u中文摘要3英文摘要4第一章緒論51.1工業(yè)機(jī)械手51.1.1工業(yè)機(jī)械手概述51.1.2選題背景61.1.3設(shè)計(jì)目的61.2機(jī)械手的組成和分類7機(jī)械手的組成7機(jī)械手的分類101.3國內(nèi)外開展?fàn)顩r121.4課題的主要要求13第二章手部結(jié)構(gòu)142.1手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)14概述142.2手部計(jì)算162.2.1驅(qū)動力的計(jì)算16夾緊缸驅(qū)動力計(jì)算182.3兩支點(diǎn)回轉(zhuǎn)式鉗爪的定位誤差的分析18第三章腕部結(jié)構(gòu)193.1腕部的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)19概述193.1.2腕部的結(jié)構(gòu)形式203.2手腕驅(qū)動力矩的計(jì)算20第四章臂部的結(jié)構(gòu)224.1臂部設(shè)計(jì)的根本要求224.2手臂的典型機(jī)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)的選擇234.2.1手臂的典型運(yùn)動機(jī)構(gòu)234.2.2手臂運(yùn)動機(jī)構(gòu)的選擇234.3手臂直線運(yùn)動的驅(qū)動力計(jì)算234.3.1手臂摩擦力的分析與計(jì)算234.3.2手臂慣性力的計(jì)算254.3.3密封裝置的摩擦阻力254.4液壓缸工作壓力和結(jié)構(gòu)確實(shí)定26第五章機(jī)身的設(shè)計(jì)計(jì)算295.1機(jī)身的整體設(shè)計(jì)295.2機(jī)身回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算305.3機(jī)身升降機(jī)構(gòu)的計(jì)算335.3.1手臂偏重力矩的計(jì)算335.3.2升降不自鎖條件分析計(jì)算345.3.3手臂做升降運(yùn)動的液壓缸驅(qū)動力的計(jì)算345.3.4油缸結(jié)構(gòu)尺寸確實(shí)定35第六章液壓系統(tǒng)376.1液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)37液壓系統(tǒng)簡介37液壓系統(tǒng)的組成376.2機(jī)械手液壓系統(tǒng)的控制回路376.2.1壓力控制回路376.2.2速度控制回路38方向控制回路386.3機(jī)械手的液壓傳動系統(tǒng)39上料機(jī)械手的動作順序39自動上料機(jī)械手液壓系統(tǒng)原理介紹396.4機(jī)械手液壓系統(tǒng)的簡單計(jì)算416.4.1雙作用單桿活塞油缸42油泵的選擇456.4.3確定油泵電動機(jī)功率N46第七章PLC控制回路的設(shè)計(jì)477.1電磁鐵動作順序477.2根據(jù)機(jī)械手的動作順序表487.3PLC與現(xiàn)場器件的實(shí)際連接圖497.4梯形圖507.5指令程序52結(jié)論56致謝57參考文獻(xiàn)：58棒料抓裝機(jī)械手的設(shè)計(jì)摘要：當(dāng)今社會信息化、科技化時代到來，機(jī)器人技術(shù)是綜合了計(jì)算機(jī)、控制論、機(jī)構(gòu)學(xué)、信息和傳感技術(shù)、人工智能、仿生學(xué)等多學(xué)科而形成的高新技術(shù)，可以通過編程控制及檢測反響技術(shù)的成熟實(shí)現(xiàn)無人化操作，是當(dāng)代研究十分活潑，應(yīng)用日益廣泛的領(lǐng)域。機(jī)器人應(yīng)用情況，是一個國家工業(yè)自動化水平的重要標(biāo)志。機(jī)器人并不是在簡單意義上代替人工的勞動，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)的快速反響和分析判斷能力，又有機(jī)器可長時間持續(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)以及非產(chǎn)業(yè)界的重要生產(chǎn)和效勞性設(shè)各，也是先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的自動化設(shè)備.機(jī)械手是模仿著人手的局部動作，按給定程序、軌跡和要求實(shí)現(xiàn)自動抓取、搬運(yùn)或操作的自動機(jī)械裝置。機(jī)械手的開展可以減輕勞動強(qiáng)度、保證產(chǎn)品質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)平安生產(chǎn);尤其在高溫、高壓、低溫、低壓、粉塵、易爆、有毒氣體和放射性等惡劣的環(huán)境中，它代替人進(jìn)行正常的工作，意義更為重大。關(guān)鍵詞：減輕勞動強(qiáng)度、提高生產(chǎn)率、適應(yīng)惡劣環(huán)境、自動化、產(chǎn)品質(zhì)量高。THEDESIGNOFMANIPULATORFORTHECLAVATEMATERALGRABBEDTHEDEVICEAbstract:Withthedevelopmentofinformationandscience&technology,robottechnologyhasbeenacomprehensivesubjectwhichincludescomputing,controltheory,sensortechnology,AIT(artificialintelligencetechnology)andbionics.RobotcanbecontrolledbyPLCwithfeedbackswhichcanachieveunmannedoperation.Theresearchofrobottechnologyisactivewithwideapplications.Theappliedratioofrobottechnologyisthemostimportantsymbolofthelevelofindustrialautomationstately.Robotisnotjustareplacementofhumanlabor,butgreatmechanical&electronicdeviceandacompoundofhumanandmachine.Robothasthefastreactionandjudgetoenvironmentandcanworklongwithhighaccuracy.Tosomeextent,itistheevolutionproductoftraditionalmachineandhasbeentheindispensableautomaticmachineofadvancedmanufacturingfield.Mechanicalarmimitatessomeofhumanactionswithasetprogramandtracktoachieveautomaticgrab,operationortransportationofgoods.Themechanicalarmcouldrelievehumanlaborandimproveproductqualitywithsafety,especiallyinmal-conditionofhigh-temperature,high-pressure,lowtemperature,low-pressure,dustyorexplosive,theapplicationofrobotismoresignificant.KeyWords:relievehumanlabor,improveproductefficiency,adapttomal-conditions,automation,highquality緒論1.1工業(yè)機(jī)械手工業(yè)機(jī)械手概述工業(yè)機(jī)器人由操作機(jī)(機(jī)械本體)、控制器、伺服驅(qū)動系統(tǒng)和檢測傳感裝置構(gòu)成，是一種仿人操作，自動控制、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)器人技術(shù)是綜合了計(jì)算機(jī)、控制論、機(jī)構(gòu)學(xué)、信息和傳感技術(shù)、人工智能、仿生學(xué)等多學(xué)科而形成的高新技術(shù)，是當(dāng)代研究十分活潑，應(yīng)用日益廣泛的領(lǐng)域。機(jī)器人應(yīng)用情況，是一個國家工業(yè)自動化水平的重要標(biāo)志。機(jī)器人并不是在簡單意義上代替人工的勞動，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)的快速反響和分析判斷能力，又有機(jī)器可長時間持續(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)以及非產(chǎn)業(yè)界的重要生產(chǎn)和效勞性設(shè)各，也是先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的自動化設(shè)備.機(jī)械手是模仿著人手的局部動作，按給定程序、軌跡和要求實(shí)現(xiàn)自動抓取、搬運(yùn)或操作的自動機(jī)械裝置。在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的機(jī)械手被稱為“工業(yè)機(jī)械手”。生產(chǎn)中應(yīng)用機(jī)械手可以提高生產(chǎn)的自動化水平和勞動生產(chǎn)率:可以減輕勞動強(qiáng)度、保證產(chǎn)品質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)平安生產(chǎn);尤其在高溫、高壓、低溫、低壓、粉塵、易爆、有毒氣體和放射性等惡劣的環(huán)境中，它代替人進(jìn)行正常的工作，意義更為重大。因此，在機(jī)械加工、沖壓、鑄、鍛、焊接、熱處理、電鍍、噴漆、裝配以及輕工業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)等方面得到越來越廣泛的引用.機(jī)械手的結(jié)構(gòu)形式開始比擬簡單，專用性較強(qiáng)，僅為某臺機(jī)床的上下料裝置，是附屬于該機(jī)床的專用機(jī)械手。隨著工業(yè)技術(shù)的開展，制成了能夠獨(dú)立的按程序控制實(shí)現(xiàn)重復(fù)操作，適用范圍比擬廣的“程序控制通用機(jī)械手”，簡稱通用機(jī)械手。由于通用機(jī)械手能很快的改變工作程序，適應(yīng)性較強(qiáng)，所以它在不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量生產(chǎn)中獲得廣泛的引用。選題背景機(jī)械手是在自動化生產(chǎn)過程中使用的一種具有抓取和移開工件功能的自動化裝置，它是在機(jī)械化、自動化生產(chǎn)過程中開展起來的一種新型裝置。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)迅速開展起來的一門新興技術(shù)，它更加促進(jìn)了機(jī)械手的開展，使得機(jī)械手能更好地實(shí)現(xiàn)與機(jī)械化和自動化的有機(jī)結(jié)合。機(jī)械手能代替人類完成危險、重復(fù)枯燥的工作，減輕人類勞動強(qiáng)度，提高勞動生產(chǎn)力。機(jī)械手越來越廣泛的得到了應(yīng)用，在機(jī)械行業(yè)中它可用于零部件組裝，加工工件的搬運(yùn)、裝卸，特別是在自動化數(shù)控機(jī)床、組合機(jī)床上使用更普遍。目前，機(jī)械手已開展成為柔性制造系統(tǒng)FMS和柔性制造單元FMC中一個重要組成局部。把機(jī)床設(shè)備和機(jī)械手共同構(gòu)成一個柔性加工系統(tǒng)或柔性制造單元，它適應(yīng)于中、小批量生產(chǎn)，可以節(jié)省龐大的工件輸送裝置，結(jié)構(gòu)緊湊，而且適應(yīng)性很強(qiáng)。當(dāng)工件變更時，柔性生產(chǎn)系統(tǒng)很容易改變，有利于企業(yè)不斷更新適銷對路的品種，提高產(chǎn)品質(zhì)量，更好地適應(yīng)市場競爭的需要。而目前我國的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國外比還有一定的距離，應(yīng)用規(guī)模和產(chǎn)業(yè)化水平低，機(jī)械手的研究和開發(fā)直接影響到我國自動化生產(chǎn)水平的提高，從經(jīng)濟(jì)上、技術(shù)上考慮都是十分必要的。因此，進(jìn)行機(jī)械手的研究設(shè)計(jì)是非常有意義的。設(shè)計(jì)目的本設(shè)計(jì)通過對機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化專業(yè)夜大2.5年的所學(xué)知識進(jìn)行整合，完成一個通用形式的普通圓棒料搬運(yùn)的機(jī)械手的設(shè)計(jì)，能夠比擬好地表達(dá)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)生的理論研究水平，實(shí)踐動手能力以及專業(yè)精神和態(tài)度，具有較強(qiáng)的針對性和明確的實(shí)施目標(biāo)，能夠?qū)崿F(xiàn)理論和實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合。目前，在國內(nèi)很多工廠的生產(chǎn)中圓棒料的搬運(yùn)擺放仍由人工完成，勞動強(qiáng)度大、生產(chǎn)效率低。為了提高生產(chǎn)加工的工作效率,降低本錢,并使生產(chǎn)線開展成為柔性制造系統(tǒng),適應(yīng)現(xiàn)代自動化大生產(chǎn),針對具體生產(chǎn)工藝,利用機(jī)器人技術(shù)，設(shè)計(jì)用一臺裝卸機(jī)械手代替人工工作，以提高勞動生產(chǎn)率。隨著科學(xué)技術(shù)的開展，機(jī)械手也越來越多的地被應(yīng)用。在機(jī)械工業(yè)中，鑄、焊、鉚、沖、壓、熱處理、機(jī)械加工、裝配、檢驗(yàn)、噴漆、電鍍等工種都有應(yīng)用的實(shí)理。其他部門，如輕工業(yè)、建筑業(yè)、國防工業(yè)等工作中也均有所應(yīng)用。在機(jī)械工業(yè)中，應(yīng)用機(jī)械手的意義可以概括如下：一、以提高生產(chǎn)過程中的自動化程度應(yīng)用機(jī)械手有利于實(shí)現(xiàn)材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機(jī)器的裝配等的自動化的程度，從而可以提高勞動生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)本錢。二、以改善勞動條件，防止人身事故在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空間狹窄的場合中，用人手直接操作是有危險或根本不可能的，而應(yīng)用機(jī)械手即可局部或全部代替人平安的完成作業(yè)，使勞動條件得以改善。在一些簡單、重復(fù)，特別是較笨重的操作中，以機(jī)械手代替人進(jìn)行工作，可以防止由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。三、可以減輕人力，并便于有節(jié)奏的生產(chǎn)應(yīng)用機(jī)械手代替人進(jìn)行工作，這是直接減少人力的一個側(cè)面，同時由于應(yīng)用機(jī)械手可以連續(xù)的工作，這是減少人力的另一個側(cè)面。因此，在自動化機(jī)床的綜合加工自動線上，目前幾乎都沒有機(jī)械手，以減少人力和更準(zhǔn)確的控制生產(chǎn)的節(jié)拍，便于有節(jié)奏的進(jìn)行工作生產(chǎn)。綜上所述，有效的應(yīng)用機(jī)械手，是開展機(jī)械工業(yè)的必然趨勢。本機(jī)械手主要與多工位沖床組合最終形成生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)加工過程〔上料、加工、下料〕的自動化、無人化。目前，我國的制造業(yè)正在迅速開展，越來越多的資金流向制造業(yè)，越來越多的廠商參加到制造業(yè)。本設(shè)計(jì)能夠應(yīng)用到加工工廠車間，從而減輕工人勞動強(qiáng)度，節(jié)約加工輔助時間，提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)力。1.2機(jī)械手的組成和分類機(jī)械手的組成機(jī)械手主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及位置檢測裝置等所組成。各系統(tǒng)相互之間的關(guān)系如方框圖2-1所示。圖2-1機(jī)械手組成方框圖(一)執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的還增設(shè)行走機(jī)構(gòu)。1、手部即與物件接觸的部件。由于與物件接觸的形式不同，可分為夾持式和吸附式手在本課題中我們采用夾持式手部結(jié)構(gòu)。夾持式手部由手指(或手爪)和傳力機(jī)構(gòu)所構(gòu)成。手指是與物件直接接觸的構(gòu)件，常用的手指運(yùn)動形式有回轉(zhuǎn)型和平移型?；剞D(zhuǎn)型手指結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，故應(yīng)用較廣泛。平移型應(yīng)用較少，其原因是結(jié)構(gòu)比擬復(fù)雜，但平移型手指夾持圓形零件時，工件直徑變化不影響其軸心的位置，因此適宜夾持直徑變化范圍大的工件。手指結(jié)構(gòu)取決于被抓取物件的外表形狀、被抓部位(是外廓或是內(nèi)孔)和物件的重量及尺寸。常用的指形有平面的、V形面的和曲面的:手指有外夾式和內(nèi)撐式;指數(shù)有雙指式、多指式和雙手雙指式等。而傳力機(jī)構(gòu)那么通過手指產(chǎn)生夾緊力來完成夾放物件的任務(wù)。傳力機(jī)構(gòu)型式較多時常用的有:滑槽杠桿式、連桿杠桿式、斜面杠桿式、齒輪齒條式、絲杠螺母彈簧式和重力式等。圖1-1機(jī)械手手抓結(jié)構(gòu)2、手腕是連接手部和手臂的部件，并可用來調(diào)整被抓取物件的方位(即姿勢)3、手臂手臂是支承被抓物件、手部、手腕的重要部件。手臂的作用是帶動手指去抓取物件，并按預(yù)定要求將其搬運(yùn)到指定的位置.工業(yè)機(jī)械手的手臂通常由驅(qū)動手臂運(yùn)動的部件(如油缸、氣缸、齒輪齒條機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)、螺旋機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)等)與驅(qū)動源(如液壓、氣壓或電機(jī)等)相配合，以實(shí)現(xiàn)手臂的各種運(yùn)動。4、立柱立柱是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的一局部，手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動和升降(或俯仰)運(yùn)動均與立柱有密切的聯(lián)系。機(jī)械手的立I因工作需要，有時也可作橫向移動，即稱為可移式立柱。5、行走機(jī)構(gòu)當(dāng)工業(yè)機(jī)械手需要完成較遠(yuǎn)距離的操作，或擴(kuò)大使用范圍時，可在機(jī)座上安滾輪式行走機(jī)構(gòu)可分裝滾輪、軌道等行走機(jī)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)械手的整機(jī)運(yùn)動。滾輪式布為有軌的和無軌的兩種。驅(qū)動滾輪運(yùn)動那么應(yīng)另外增設(shè)機(jī)械傳動裝置。6、機(jī)座機(jī)座是機(jī)械手的根底局部，機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的各部件和驅(qū)動系統(tǒng)均安裝于機(jī)座上，故起支撐和連接的作用。(二)驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動系統(tǒng)是驅(qū)開工業(yè)機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動的動力裝置調(diào)節(jié)裝置和輔助裝置組成。常用的驅(qū)動系統(tǒng)有液壓傳動、氣壓傳動、機(jī)械傳動。控制系統(tǒng)是支配著工業(yè)機(jī)械手按規(guī)定的要求運(yùn)動的系統(tǒng)。目前工業(yè)機(jī)械手的控制系統(tǒng)一般由程序控制系統(tǒng)和電氣定位(或機(jī)械擋塊定位)系統(tǒng)組成?？刂葡到y(tǒng)有電氣控制和射流控制兩種，它支配著機(jī)械手按規(guī)定的程序運(yùn)動，并記憶人們給予機(jī)械手的指令信息(如動作順序、運(yùn)動軌跡、運(yùn)動速度及時間)，同時按其控制系統(tǒng)的信息對執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，必要時可對機(jī)械手的動作進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)動作有錯誤或發(fā)生故障時即發(fā)出報警信號。(二)控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)是支配著工業(yè)機(jī)械手按規(guī)定的要求運(yùn)動的系統(tǒng)。目前工業(yè)機(jī)械手的控制系統(tǒng)一般由程序控制系統(tǒng)和電氣定位(或機(jī)械擋塊定位)系統(tǒng)組成?？刂葡到y(tǒng)有電氣控制和射流控制兩種，它支配著機(jī)械手按規(guī)定的程序運(yùn)動，并記憶人們給予機(jī)械手的指令信息(如動作順序、運(yùn)動軌跡、運(yùn)動速度及時間)，同時按其控制系統(tǒng)的信息對執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，必要時可對機(jī)械手的動作進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)動作有錯誤或發(fā)生故障時即發(fā)出報警信號。(四)位置檢測裝置控制機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動位置，并隨時將執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際位置反響給控制系統(tǒng)，并與設(shè)定的位置進(jìn)行比擬，然后通過控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，從而使執(zhí)行機(jī)構(gòu)以一定的精度到達(dá)設(shè)定位置。1.2.2機(jī)械手的分類業(yè)機(jī)械手的種類很多，關(guān)于分類的問題，目前在國內(nèi)尚無統(tǒng)一的分類標(biāo)準(zhǔn)，在此暫按使用范圍、驅(qū)動方式和控制系統(tǒng)等進(jìn)行分類。(一)按用途分機(jī)械手可分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種:1、專用機(jī)械手它是附屬于主機(jī)的、具有固定程序而無獨(dú)立控制系統(tǒng)的機(jī)械裝置。專用機(jī)械手具有動作少、工作對象單一、結(jié)構(gòu)簡單、使用可靠和造價低等特點(diǎn)，適用于大批量的自動化生產(chǎn)的自動換刀機(jī)械手，如自動機(jī)床、自動線的上、下料機(jī)械手。2、通用機(jī)械手它是一種具有獨(dú)立控制系統(tǒng)的、程序可變的、動作靈活多樣的機(jī)械手。格性能范圍內(nèi)，其動作程序是可變的，通過調(diào)整可在不同場合使用，驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)是獨(dú)立的。通用機(jī)械手的工作范圍大、定位精度高、通用性強(qiáng)，適用于不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量自動化的生產(chǎn)。通用機(jī)械手按其控制定位的方式不同可分為簡易型和伺服型兩種:簡易型以“開一關(guān)”式控制定位，只能是點(diǎn)位控制:可以是點(diǎn)位的，也可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌控制，伺服型具有伺服系統(tǒng)定位控制系統(tǒng)，一般的伺服型通用機(jī)械手屬于數(shù)控類型。(二)按驅(qū)動方式分1、液壓傳動機(jī)械手是以液壓的壓力來驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動的機(jī)械手。其主要特點(diǎn)是:抓重可達(dá)幾百公斤以上、傳動平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)緊湊、動作靈敏。但對密封裝置要求嚴(yán)格，不然油的泄漏對機(jī)械手的工作性能有很大的影響，且不宜在高溫、低溫下工作。假設(shè)機(jī)械手采用電液伺服驅(qū)動系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡控制，使機(jī)械手的通用性擴(kuò)大，但是電液伺服閥的制造精度高，油液過濾要求嚴(yán)格，本錢高。2、氣壓傳動機(jī)械手是以壓縮空氣的壓力來驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動的機(jī)械手。其主要特點(diǎn)是:介質(zhì)李源極為方便，輸出力小，氣動動作迅速，結(jié)構(gòu)簡單，本錢低。但是，由于空氣具有可壓縮的特性，工作速度的穩(wěn)定性較差，沖擊大，而且氣源壓力較低，抓重一般在30公斤以下，在同樣抓重條件下它比液壓機(jī)械手的結(jié)構(gòu)大，所以適用于高速、輕載、高溫和粉塵大的環(huán)境中進(jìn)行工作。3、機(jī)械傳動機(jī)械手即由機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)(如凸輪、連桿、齒輪和齒條、間歇機(jī)構(gòu)等)驅(qū)動的機(jī)械手。它是一種附屬于工作主機(jī)的專用機(jī)械手，其動力是由工作機(jī)械傳遞的。它的主要特點(diǎn)是運(yùn)動準(zhǔn)確可靠，用于工作主機(jī)的上、下料。動作頻率大，但結(jié)構(gòu)較大，動作程序不可變。4、電力傳動機(jī)械手即有特殊結(jié)構(gòu)的感應(yīng)電動機(jī)、直線電機(jī)或功率步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動的械手，因?yàn)椴恍枰虚g的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，故機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單。其中直線電機(jī)機(jī)械手的運(yùn)動速度快和行程長，維護(hù)和使用方便。此類機(jī)械手目前還不多，但有開展前途。(三)按控制方式分1、點(diǎn)位控制它的運(yùn)動為空間點(diǎn)到點(diǎn)之間的移動，只能控制運(yùn)動過程中幾個點(diǎn)的位置，不能控制其運(yùn)動軌跡。假設(shè)欲控制的點(diǎn)數(shù)多，那么必然增加電氣控制系統(tǒng)的復(fù)雜性。目前使用的專用和通用工業(yè)機(jī)械手均屬于此類。2、連續(xù)軌跡控制它的運(yùn)動軌跡為空間的任意連續(xù)曲線，其特點(diǎn)是設(shè)定點(diǎn)為無限的，整個移動過程處于控制之下，可以實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)和準(zhǔn)確的運(yùn)動，并且使用范圍廣，但電氣控制系統(tǒng)復(fù)雜。這類工業(yè)機(jī)械手一般采用小型計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制。1.3國內(nèi)外開展?fàn)顩r國外機(jī)器人領(lǐng)域開展近幾年有如下幾個趨勢:(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)價格不斷下降，平均單機(jī)價格從91年的10.3萬美元降至97年的65萬美元。(2)機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化開展。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開展，便于標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化;器件集成度提高，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)器人那么采用視覺、聲覺、力覺、觸覺等多傳感器的融合技術(shù)來進(jìn)行環(huán)境建模及決策控制;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)演開展到用于過程控制，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)的開展特點(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。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)，目前己根本掌握了機(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)動學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù)，生產(chǎn)了局部機(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條自動噴漆生產(chǎn)線(站)上獲得規(guī)模應(yīng)用，弧焊機(jī)器人己應(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)及其工程應(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，我國己安裝的國產(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、本錢也不低，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、模塊化設(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”方案的支持下，也取得了不少成果。其中最為突出的是水下機(jī)器人，6000m水下無纜機(jī)器人的成果居世界領(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、聲覺等根底技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用上開展了不少工作，有了一定的開展根底。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)用方面那么剛剛起步，與國外先進(jìn)水平差距較大，需要在原有成績的根底上，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課題的主要要求設(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)械手各動作由液壓缸驅(qū)動，并有電磁閥控制，技術(shù)指標(biāo)如下：〔1、〕原始數(shù)據(jù)：抓重：200N自由度〔四個自由度〕動作符號行程范圍速度伸縮X500mm小于300mm/s升降Z330mm小于70mm/s回轉(zhuǎn)φ0——180o小于90o/s手腕運(yùn)動參數(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65——85mm，長度450——1200mm定位方式：電位器〔或接近開關(guān)等〕設(shè)定，點(diǎn)位控制驅(qū)動方式：液壓〔中、低壓系統(tǒng)〕定位精度：±3mm?？刂品绞剑篜LC1.5設(shè)計(jì)內(nèi)容及安排熟悉任務(wù)，查閱資料畫出機(jī)械手裝配圖畫出液壓控制原理圖根據(jù)控制要求，選擇PLC型號及輸入輸出元件畫出PLC控制的輸出輸入接線圖完成梯形圖和語句表的程序設(shè)計(jì)整理設(shè)計(jì)說明書，辯論要求：a、上述工作要求扎扎實(shí)實(shí)完成，絕不能打過場b、培養(yǎng)獨(dú)立思考的，獨(dú)立動手，獨(dú)立查閱資料，嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)、一絲不茍的精神c、培養(yǎng)獨(dú)立分析問題、解決問題的能力d、有關(guān)問題按照課程設(shè)計(jì)大綱要求進(jìn)行第二章手部結(jié)構(gòu)2.1手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1.1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)動將物體包住，因此，手部結(jié)構(gòu)及型式根據(jù)它的使用場合和被夾持工件的形狀，尺寸，重量，材質(zhì)以及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)形式比擬多，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，這里采用連桿杠桿式。2.1.=1\*GB3①應(yīng)具有足夠的握力〔即夾緊力〕在確定手指的握力時，除考慮工件重量外，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，以保證工件不致產(chǎn)生松動或脫落。=2\*GB3②手指間應(yīng)有一定的開閉角兩個手指張開與閉合的兩個極限位置所夾的角度稱為手指的開閉角。手指的開閉角保證工件能順利進(jìn)入或脫開。假設(shè)夾持不同直徑的工件，應(yīng)按最大直徑的工件考慮。=3\*GB3③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，以便自動定心。=4\*GB3④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)動過程中所產(chǎn)生的慣性力和振動的影響，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)構(gòu)簡單緊湊，自重輕。=5\*GB3⑤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)和確定手指的形狀。2.2手部計(jì)算2.2.1驅(qū)動力的計(jì)算1.手指2.連桿3.拉桿4.指座圖1連桿杠桿式手部受力分析如下圖為連桿式手部結(jié)構(gòu)。作用在拉桿上的驅(qū)動力3為P，兩連桿2對拉桿反作用力為P1、P2，其力的方向沿連桿兩鉸鏈中心的連線，指向O點(diǎn)并與水平方向成α角，由拉桿的力平衡條件可知，即∑Fx=0,P1=P2;∑Fy=0P=2P1cosαP1=P/2cosα連桿對手指的作用力為p1′，因連桿2為2力桿。手指握緊工件時所需的力稱為握力〔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∑m01(F)=0得P1′h=Nb因h=ccosα所以P=2btgαN/c式中b——手指的回轉(zhuǎn)支點(diǎn)到對稱中心線的距離〔毫米〕。c——手指的回轉(zhuǎn)支點(diǎn)到連桿鉸鏈連接點(diǎn)的距離〔毫米〕α——工件被夾緊時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)動力P一定時，握力N與α角成正切反比。α角小時可獲得較大的握力，α=0的時候使手指閉合到最小位置即為自鎖位置，這時去掉驅(qū)動力，工件也不會自行脫落。假設(shè)拉桿再往下移動，那么手指反而會松開，為防止這種情況的發(fā)生，需保持α大于零，一般取α=30°~40°。這里取角α=30度。這種手部結(jié)構(gòu)簡單，具有動作靈活等特點(diǎn)。查《工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)根底》中表2-1可知，V形手指夾緊圓棒料時，握力的計(jì)算公式N=0.5G，綜合前面驅(qū)動力的計(jì)算方法，可求出驅(qū)動力的大小。為了考慮工件在傳送過程中產(chǎn)生的慣性力、振動以及傳力機(jī)構(gòu)效率的影響，其實(shí)際的驅(qū)動力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——平安系數(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)動時的最大加速度，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)它的移動速度為500毫米/秒，移動加速度為1000毫米/秒，工件重量G為300牛頓，V型鉗口的夾角為120°,α=30°時，拉緊油缸的驅(qū)動力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=150〔N〕選取b=50c=30由連桿杠桿式結(jié)構(gòu)的驅(qū)動力計(jì)算公式P=2btgαN/c得P=P計(jì)算=2×50×tg〔30°〕×150／30≈288.68〔N〕P實(shí)際=P計(jì)算K1K2/η取η=0.85,K1=1.5,K2=1+1000/9810≈1.1那么P實(shí)際=288.68×1.5×1.1/0.85≈560.38(N)夾緊缸驅(qū)動力計(jì)算夾緊裝置是使手指夾緊工件的動力裝置，此外，選用液壓驅(qū)動，為單向作用缸，回程用彈簧驅(qū)動，手指夾緊工件時，缸的驅(qū)動力為P推=D2Pπ／4其中D——活塞直徑，選取直徑28mm的液壓缸P——驅(qū)動流體壓力，選取P=1MPa計(jì)算可得：P推=282×1×π／4=615.44〔N〕P推＞P實(shí)際故夾緊缸的選擇滿足題目要求2.3兩支點(diǎn)回轉(zhuǎn)式鉗爪的定位誤差的分析圖2帶浮動鉗口的鉗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,假設(shè)設(shè)鉗爪對稱中心O到工件中心O′的距離為x,那么x=當(dāng)工件直徑變化時,x的變化量即為定位誤差△,設(shè)工件半徑R由Rmax變化到Rmin時,其最大定位誤差為△=∣-∣其中l(wèi)=50mm,b=10mm,a=45mm,2=120°,Rmin=25mm,Rmax=35mm代入公式計(jì)算得最大定位誤差△=∣49.71—49.62∣=0.09＜0.8故符合要求.第三章腕部結(jié)構(gòu)3.1腕部的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1.1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)腕部時要注意以下幾點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊，重量盡量輕。轉(zhuǎn)動靈活，密封性要好。注意解決好腕部也手部、臂部的連接，以及各個自由度的位置檢測、管線的布置以及潤滑、維修、調(diào)整等問題要適應(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)動時管路不扭轉(zhuǎn)和不外露，使外形整齊。3.1.2腕部的結(jié)構(gòu)形式本機(jī)械手采用回轉(zhuǎn)油缸驅(qū)動實(shí)現(xiàn)腕部回轉(zhuǎn)運(yùn)動，結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，但密封性差，回轉(zhuǎn)角度為180°.如以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，驅(qū)動動片連同夾緊油缸缸體和指座一同轉(zhuǎn)動，即為手腕的回轉(zhuǎn)運(yùn)動。3.2手腕驅(qū)動力矩的計(jì)算驅(qū)動手腕回轉(zhuǎn)時的驅(qū)動力矩必須克服手腕起動時所產(chǎn)生的慣性力矩必須克服手腕起動時所產(chǎn)生的慣性力矩，手腕的轉(zhuǎn)動軸與支承孔處的摩擦阻力矩，動片與缸徑、定片、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩以及由于轉(zhuǎn)動的重心與軸線不重合所產(chǎn)生的偏重力矩。手腕轉(zhuǎn)動時所需要的驅(qū)動力矩可按下式計(jì)算：M驅(qū)=M慣+M偏+M摩+M封〔N·m〕式中M驅(qū)——驅(qū)動手腕轉(zhuǎn)動的驅(qū)動力矩M慣——慣性力矩〔N·m〕M偏——參與轉(zhuǎn)動的零部件的重量〔包括工件、手部、手腕回轉(zhuǎn)缸體的動片〕對轉(zhuǎn)動軸線所產(chǎn)生的偏重力矩〔N·m〕M摩——手腕轉(zhuǎn)動軸與支承孔處的摩擦力矩〔N·m〕M封——腕部回轉(zhuǎn)缸的東片與定片、缸內(nèi)壁、端蓋、等處密封裝置的摩擦阻力距〔N·m〕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〔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)工件重心與手腕回轉(zhuǎn)中心線重合時，M偏為零當(dāng)e=0.020，G1=300N時M偏=6〔N·m〕=3\*GB2⑶腕部啟動時的慣性阻力矩M慣①當(dāng)知道手腕回轉(zhuǎn)角速度時，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/s〕T——手腕啟動過程中所用時間〔s〕，〔假定啟動過程中近為加速運(yùn)動〕J——手腕回轉(zhuǎn)部件對回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動慣量〔kg·m〕J工件——工件對手腕回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動慣量〔kg·m〕按計(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)知道啟動過程所轉(zhuǎn)過的角度時，也可以用下面的公式計(jì)算M慣：M慣=〔J+J工件〕〔N·m〕式中——啟動過程所轉(zhuǎn)過的角度〔rad〕;——手腕回轉(zhuǎn)角速度〔1/s〕。考慮到驅(qū)動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.m〕M=1.2*〔2.5+1.96+1.3〕=6.9〔N.m〕第四章臂部的結(jié)構(gòu)手臂部件是機(jī)械手的主要握持部件。它的作用是支撐腕部和手部〔包括工件或工具〕，并帶動它們作空間運(yùn)動。手臂運(yùn)動應(yīng)該包括3個運(yùn)動：伸縮、回轉(zhuǎn)和升降。本章表達(dá)手臂的伸縮運(yùn)動，手臂的回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動設(shè)置在機(jī)身處，將在下一章表達(dá)。臂部運(yùn)動的目的：把手部送到空間運(yùn)動范圍內(nèi)任意一點(diǎn)。如果改變手部的姿態(tài)〔方位〕，那么用腕部的自由度加以實(shí)現(xiàn)。因此，一般來說臂部應(yīng)該具備3個自由度才能滿足根本要求，既手臂伸縮、左右回轉(zhuǎn)、和升降運(yùn)動。手臂的各種運(yùn)動通常用驅(qū)動機(jī)構(gòu)和各種傳動機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，從臂部的受力情況分析，它在工作中即直接承受腕部、手部、和工件的靜、動載荷，而且自身運(yùn)動較多。因此，它的結(jié)構(gòu)、工作范圍、靈活性等直接影響到機(jī)械手的工作性能。4.1臂部設(shè)計(jì)的根本要求一、臂部應(yīng)承載能力大、剛度好、自重輕根據(jù)受力情況，合理選擇截面形狀和輪廓尺寸。提高支撐剛度和合理選擇支撐點(diǎn)的距離。合理布置作用力的位置和方向。注意簡化結(jié)構(gòu)。提高配合精度。二、臂部運(yùn)動速度要高，慣性要小機(jī)械手手部的運(yùn)動速度是機(jī)械手的主要參數(shù)之一，它反映機(jī)械手的生產(chǎn)水平。對于高速度運(yùn)動的機(jī)械手，其最大移動速度設(shè)計(jì)在,最大回轉(zhuǎn)角速度設(shè)計(jì)在內(nèi)，大局部平均移動速度為，平均回轉(zhuǎn)角速度在。在速度和回轉(zhuǎn)角速度一定的情況下，減小自身重量是減小慣性的最有效，最直接的方法，因此，機(jī)械手臂部要盡可能的輕。減少慣量具體有3個途徑：減少手臂運(yùn)動件的重量，采用鋁合金材料。減少臂部運(yùn)動件的輪廓尺寸。減少回轉(zhuǎn)半徑，再安排機(jī)械手動作順序時，先縮后回轉(zhuǎn)〔或先回轉(zhuǎn)后伸縮〕，盡可能在較小的前伸位置下進(jìn)行回轉(zhuǎn)動作。驅(qū)動系統(tǒng)中設(shè)有緩沖裝置。三、手臂動作應(yīng)該靈活為減少手臂運(yùn)動之間的摩擦阻力，盡可能用滾動摩擦代替滑動摩擦。對于懸臂式的機(jī)械手，其傳動件、導(dǎo)向件和定位件布置合理，使手臂運(yùn)動盡可能平衡，以減少對升降支撐軸線的偏心力矩，特別要防止發(fā)生機(jī)構(gòu)卡死〔自鎖現(xiàn)象〕。為此，必須計(jì)算使之滿足不自鎖的條件。4.2手臂的典型機(jī)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)的選擇手臂的典型運(yùn)動機(jī)構(gòu)常見的手臂伸縮機(jī)構(gòu)有以下幾種：雙導(dǎo)桿手臂伸縮機(jī)構(gòu)。手臂的典型運(yùn)動形式有：直線運(yùn)動，如手臂的伸縮，升降和橫向移動；回轉(zhuǎn)運(yùn)動，如手臂的左右擺動，上下擺動；符合運(yùn)動，如直線運(yùn)動和回轉(zhuǎn)運(yùn)動組合，兩直線運(yùn)動的雙層液壓缸空心結(jié)構(gòu)。雙活塞桿液壓崗結(jié)構(gòu)。活塞桿和齒輪齒條機(jī)構(gòu)。手臂運(yùn)動機(jī)構(gòu)的選擇通過以上，綜合考慮，本設(shè)計(jì)選擇雙導(dǎo)桿伸縮機(jī)構(gòu)，使用液壓驅(qū)動,液壓缸選取雙作用液壓缸。4.3手臂直線運(yùn)動的驅(qū)動力計(jì)算先進(jìn)行粗略的估算，或類比同類結(jié)構(gòu)，根據(jù)運(yùn)動參數(shù)初步確定有關(guān)機(jī)構(gòu)的主要尺寸，再進(jìn)行校核計(jì)算，修正設(shè)計(jì)。如此反復(fù)，繪出最終的結(jié)構(gòu)。做水平伸縮直線運(yùn)動的液壓缸的驅(qū)動力根據(jù)液壓缸運(yùn)動時所克服的摩擦、慣性、密封等幾個方面的阻力，來確定液壓缸所需要的驅(qū)動力。液壓缸活塞的驅(qū)動力的計(jì)算。摩擦阻力(N)。臂部運(yùn)動時，運(yùn)動件外表間的摩擦力，如導(dǎo)向裝置、活塞和缸壁等處的阻力。密封裝置處的摩擦阻力(N)。油缸回油腔低壓油造成的阻力(N)，一般背壓阻力較小，可取=0.05P。臂部起動或制動時活塞桿上受到的平均慣性力(N)。手臂摩擦力的分析與計(jì)算分析：摩擦力的計(jì)算不同的配置和不同的導(dǎo)向截面形狀，其摩擦阻力是不同的，要根據(jù)具體情況進(jìn)行估算。以下圖是機(jī)械手的手臂示意圖。圖4.1機(jī)械手臂部受力示意計(jì)算如下：不同的配置和不同的導(dǎo)向截面形狀，是不同的，要根據(jù)具體情況進(jìn)行估算，本案為圓柱面雙導(dǎo)向桿導(dǎo)向，導(dǎo)向桿對稱配置在油缸兩側(cè)的水平伸縮缸，起動時，導(dǎo)向裝置處的摩擦阻力較大，由于導(dǎo)向桿對稱配置，兩導(dǎo)向桿受力均衡，可按一個導(dǎo)向桿計(jì)算。得得式中參與運(yùn)動的零部件所受的總重力〔含工件〕〔N〕；L——手臂與運(yùn)動的零部件的總重量的重心到導(dǎo)向支撐的前端的距離〔m〕a——導(dǎo)向支撐的長度〔m〕;——當(dāng)量摩擦系數(shù)，其值與導(dǎo)向支撐的截面有關(guān)。對于圓柱面：——摩擦系數(shù)，對于靜摩擦且無潤滑時：鋼對青銅：取鋼對鑄鐵：取計(jì)算：導(dǎo)向桿的材料選擇鋼，導(dǎo)向支撐選擇鑄鐵估算：，L=0.5m,導(dǎo)向支撐a設(shè)計(jì)為0.08m將有關(guān)數(shù)據(jù)代入進(jìn)行計(jì)算手臂慣性力的計(jì)算本設(shè)計(jì)要求手臂平動是V=0.3m/s,在計(jì)算慣性力的時候,設(shè)置啟動時間，啟動速度V=V=0.3m/s,密封裝置的摩擦阻力不同的密封圈其摩擦阻力不同，在手臂設(shè)計(jì)中，采用O型密封，當(dāng)液壓缸工作壓力小于10Mpa，活塞桿直徑為油缸直徑的一半，活塞與活塞桿處都采用O形圈密封時，液壓缸處密封的總摩擦阻力可以近似為：(因手部軸線與臂部伸縮軸線垂直，手部油管不會經(jīng)過臂部，故油管密封不考慮)。經(jīng)過以上分析計(jì)算最后計(jì)算出液壓缸的驅(qū)動力：4.4液壓缸工作壓力和結(jié)構(gòu)確實(shí)定經(jīng)過上面的計(jì)算，確定了液壓缸的驅(qū)動力P=1117.2N，根據(jù)表3.2選擇液壓缸的工作壓力P=1MPa確定液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸：液壓缸內(nèi)徑的計(jì)算，如圖5.2所示圖4.2雙作用液壓缸示意圖當(dāng)油進(jìn)入無桿腔，當(dāng)油進(jìn)入有桿腔中，液壓缸的有效面積：故有〔無桿腔〕〔有桿腔〕式中P活塞的驅(qū)動力(N)P1油缸的工作壓力(MPa)d活塞桿直徑(mm),本案初設(shè)d=D/3D油缸內(nèi)徑(mm)η油缸機(jī)械效率，在工程機(jī)械中用耐油橡膠可取η=0.96據(jù)上述計(jì)算，P=1076.4NP1=1MPa，按有桿腔進(jìn)行計(jì)算，其結(jié)果必然滿足無桿腔的力學(xué)要求。將有關(guān)數(shù)據(jù)代入：根據(jù)表3-2油缸內(nèi)徑系列〔GB/T2348-93〕，選擇標(biāo)準(zhǔn)液壓缸內(nèi)徑，D=50mm.活塞桿直徑d=50/3=16.67mm，圓整為d=18mm。液壓缸外徑的設(shè)計(jì)本案液壓缸考慮鑄造結(jié)構(gòu)，考慮到鑄造的最小壁厚要求，故最小不小于3mm，而驅(qū)動壓力又較低，故厚度不超過10mm。按中等壁厚進(jìn)行計(jì)算(16>D/δ>3.2)：式中強(qiáng)度系數(shù)(當(dāng)為無縫鋼管時取值為1，本案為鑄造式，取值0.7)C計(jì)入管壁公差及侵蝕的附加厚度油缸材料的許用應(yīng)力(MPa)；，其中為油缸材料的抗拉強(qiáng)度，n為平安系數(shù)，一般n=3～5一般常用缸體材料的許用應(yīng)力為：鍛鋼=110～120MPa鑄鋼=60MPa無縫管=100～110MPa代入數(shù)據(jù)：圓整為3mm，即缸體外徑56mm?；钊麠U的計(jì)算校核①強(qiáng)度校核活塞桿的尺寸要滿足活塞〔或液壓缸〕運(yùn)動的要求和強(qiáng)度要求。對于桿長L大于直徑d的15倍以上，按拉、壓強(qiáng)度計(jì)算：設(shè)計(jì)中活塞桿取材料為碳剛，故，活塞直徑d=18mm,L=1000mm,現(xiàn)在進(jìn)行校核。結(jié)論：活塞桿的強(qiáng)度足夠。②穩(wěn)定性校核本案L>15d，應(yīng)進(jìn)行穩(wěn)定性校核。穩(wěn)定性條件可表示為;式中臨界力(N)平安系數(shù)，一般取2～4本案中，，故按大柔度桿計(jì)算式中活塞桿計(jì)算柔度活塞桿長度(mm)，本案取值1000mm活塞桿橫截面的慣性半徑，取值為d/4F活塞桿截面積E彈性模量(MPa)E=210000長度折算系數(shù)，本案取值0.5特定柔度值，本案取105將值代入：故穩(wěn)定性符合要求。第五章機(jī)身的設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)身是直接支撐和驅(qū)動手臂的部件。一般實(shí)現(xiàn)手臂的回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動，這些運(yùn)動的傳動機(jī)構(gòu)都安在機(jī)身上，或者直接構(gòu)成機(jī)身的軀干與底座相連。因此，臂部的運(yùn)動越多，機(jī)身的機(jī)構(gòu)和受力情況就越復(fù)雜。機(jī)身是可以固定的，也可以是行走的，既可以沿地面或架空軌道運(yùn)動。5.1機(jī)身的整體設(shè)計(jì)按照設(shè)計(jì)要求，機(jī)械手要實(shí)現(xiàn)手臂2100的回轉(zhuǎn)運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動機(jī)構(gòu)一般設(shè)計(jì)在機(jī)身處。為了設(shè)計(jì)出合理的運(yùn)動機(jī)構(gòu)，就要綜合考慮，分析。機(jī)身承載著手臂，做回轉(zhuǎn)，升降運(yùn)動，是機(jī)械手的重要組成局部。常用的機(jī)身結(jié)構(gòu)有以下幾種：回轉(zhuǎn)缸置于升降之下的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)是能承受較大偏重力矩。其缺點(diǎn)是回轉(zhuǎn)運(yùn)動傳動路線長，花鍵軸的變形對回轉(zhuǎn)精度的影響較大?；剞D(zhuǎn)缸置于升降之上的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)采用單缸活塞桿，內(nèi)部導(dǎo)向，結(jié)構(gòu)緊湊。但回轉(zhuǎn)缸與臂部一起升降，運(yùn)動部件較大?；钊缀妄X條齒輪機(jī)構(gòu)。手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動是通過齒條齒輪機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)：齒條的往復(fù)運(yùn)動帶動與手臂連接的齒輪作往復(fù)回轉(zhuǎn)，從而使手臂左右擺動。分析：經(jīng)過綜合考慮，本設(shè)計(jì)選用回轉(zhuǎn)缸置于升降缸之上的結(jié)構(gòu)。本設(shè)計(jì)機(jī)身包括兩個運(yùn)動，機(jī)身的回轉(zhuǎn)和升降。如圖6.1所示，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)置于升降缸之上的機(jī)身結(jié)構(gòu)。手臂部件與回轉(zhuǎn)缸的上端蓋連接，回轉(zhuǎn)缸的動片與缸體連接，由缸體帶動手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動。回轉(zhuǎn)缸的轉(zhuǎn)軸與升降缸的活塞桿是一體的。活塞桿采用空心，內(nèi)裝一花鍵套與花鍵軸配合，活塞升降由花鍵軸導(dǎo)向。花鍵軸與與升降缸的下端蓋用鍵來固定，下短蓋與連接地面的的底座固定。這樣就固定了花鍵軸，也就通過花鍵軸固定了活塞桿。這種結(jié)構(gòu)是導(dǎo)向桿在內(nèi)部，結(jié)構(gòu)緊湊。具體結(jié)構(gòu)見以下圖。驅(qū)動機(jī)構(gòu)是液壓驅(qū)動，回轉(zhuǎn)缸通過兩個油孔，一個進(jìn)油孔，一個排油孔，分別通向回轉(zhuǎn)葉片的兩側(cè)來實(shí)現(xiàn)葉片回轉(zhuǎn)?；剞D(zhuǎn)角度一般靠機(jī)械擋塊來決定，對于本設(shè)計(jì)就是考慮兩個葉片之間可以轉(zhuǎn)動的角度，為滿足設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)中動片和靜片之間可以回轉(zhuǎn)2100。圖5.1回轉(zhuǎn)缸置于升降缸之上的機(jī)身結(jié)構(gòu)示意圖5.2機(jī)身回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算〔1〕回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動力矩的計(jì)算手臂回轉(zhuǎn)缸的回轉(zhuǎn)驅(qū)動力矩，應(yīng)該與手臂運(yùn)動時所產(chǎn)生的慣性力矩及各密封裝置處的摩擦阻力矩相平衡。慣性力矩的計(jì)算式中——回轉(zhuǎn)缸動片角速度變化量〔〕，在起動過程中=；t——起動過程的時間(s);——手臂回轉(zhuǎn)部件〔包括工件〕對回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動慣量〔〕。由于參與回轉(zhuǎn)的零件形狀、尺寸和重量各不相同，所以計(jì)算比擬復(fù)雜，為了簡化計(jì)算，可將形狀復(fù)雜的形體簡化成幾個簡單形體，分別計(jì)算，然后將各值相加，即是復(fù)雜零件對回轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動慣量。本案中手臂回轉(zhuǎn)零件的重心與回轉(zhuǎn)軸不重合，其零件對轉(zhuǎn)動軸的轉(zhuǎn)動慣量為式中——回轉(zhuǎn)零件對過重心軸線的轉(zhuǎn)動慣量，由于回轉(zhuǎn)零件的不同，計(jì)算公式不同，針對本案，回轉(zhuǎn)部件可以等效為一個長l=0.8m，半徑R=0.04m的圓柱體，重量為40kg的圓柱體?；剞D(zhuǎn)件的重心到回轉(zhuǎn)軸線的距離。針對本案，估計(jì)=0.7m回轉(zhuǎn)件的重量，針對本案，估計(jì)G=80kg。起動角速度=1.57，起動時間設(shè)計(jì)為0.1s。密封處的摩擦阻力矩可以粗略估算下=0.03，由于回油背差一般非常的小，故在這里忽略不計(jì)。經(jīng)過以上的計(jì)算=223.9回轉(zhuǎn)缸尺寸的初步確定設(shè)計(jì)回轉(zhuǎn)缸的靜片和動片寬b=60mm，選擇液壓缸的工作壓強(qiáng)為1Mpa。d為輸出軸與動片連接處的直徑，設(shè)d=50mm,根據(jù)，那么回轉(zhuǎn)缸的內(nèi)徑通過以下計(jì)算：既設(shè)計(jì)液壓缸的內(nèi)徑為128.7mm,根據(jù)表3-3選擇液壓缸的根本外徑尺寸160mm。那么回轉(zhuǎn)軸徑d=160/2.5=64mm動片寬b=D=160mm液壓缸蓋螺釘?shù)挠?jì)算根據(jù)表4-1所示，因?yàn)榛剞D(zhuǎn)缸的工作壓力為1Mpa,所以螺釘間距t小于150mm,根據(jù)初步估算，選取螺釘中心線D=200mm,，,所以缸蓋螺釘?shù)臄?shù)目為〔一個面6個，兩個面是12個〕。危險截面所以，工作載荷：剩余預(yù)緊力：螺釘在危險剖面上承受的拉力：螺釘材料選擇Q235，那么〔〕螺釘?shù)闹睆铰葆數(shù)闹睆竭x擇d=10mm.選擇M10的內(nèi)六角螺釘。經(jīng)過以上的計(jì)算，需要螺釘來連接，最終確定的液壓缸的截面尺寸如圖5.2所示，內(nèi)徑為160mm，外徑為180mm，輸出軸徑為64mm，圖5.2回轉(zhuǎn)缸的截面圖動片和輸出軸間的連接螺釘動片和輸出軸之間的連接結(jié)構(gòu)如圖6.2。連接螺釘一般為偶數(shù)，對稱安裝，并用兩個定位銷定位。連接螺釘?shù)淖饔茫菏箘悠洼敵鲚S之間的配合緊密。于是得式中——每個螺釘預(yù)緊力；D——動片的外徑；f——被連接件配合面間的摩擦系數(shù)，剛對銅取f=0.15螺釘?shù)膹?qiáng)度條件為或帶入有關(guān)數(shù)據(jù)，得螺釘材料選擇Q235，那么〔〕螺釘?shù)闹睆铰葆數(shù)闹睆竭x擇d=8mm.選擇M8的內(nèi)六角螺釘。5.3機(jī)身升降機(jī)構(gòu)的計(jì)算手臂偏重力矩的計(jì)算零件重量、、、等?，F(xiàn)在對機(jī)械手手臂做粗略估算：總共=30Kg+++=105Kg(2)計(jì)算零件的重心位置，求出重心到回轉(zhuǎn)軸線的距離。=1000mm=1000mm=300mm(6.6)所以，回轉(zhuǎn)半徑767mm(3)計(jì)算偏重力矩5.3.2升降不自鎖條件分析計(jì)算參考圖5.1，手臂在的作用下有向下的趨勢，而立柱導(dǎo)套有防止這種趨勢。由力的平衡條件有，所謂的不自鎖條件就是升降立柱能在導(dǎo)套內(nèi)自由下滑，即：即：取摩擦系數(shù)那么：當(dāng)=767mm時，0.32=245.44mm因此在設(shè)計(jì)中必須考慮到立柱導(dǎo)套必須大于245.44mm手臂做升降運(yùn)動的液壓缸驅(qū)動力的計(jì)算式中摩擦阻力，參考圖5.1取f=0.16G——零件及工件所受的總重。〔1〕的計(jì)算設(shè)定速度為V=0.07m/s;起動或制動的時間差t=0.02s;近似估算為140Kg;將數(shù)據(jù)帶入上面公式有：〔2〕的計(jì)算〔3〕液壓缸在這里選擇O型密封，所以密封摩擦力可以通過近似估算最后通過以上計(jì)算當(dāng)液壓缸向上驅(qū)動時，P=(490+1372+140×9.8)/0.97=3334N當(dāng)液壓缸向下驅(qū)動時，F(xiàn)=(490+1372-140×9.8)/0.97=505N5.3.4油缸結(jié)構(gòu)尺寸確實(shí)定參考圖5.2當(dāng)油進(jìn)入無桿腔，當(dāng)油進(jìn)入有桿腔中，液壓缸的有效面積：故有〔無桿腔〕〔有桿腔〕式中P活塞的驅(qū)動力(N)P1油缸的工作壓力(MPa)d活塞桿直徑(mm),本案初設(shè)d=D/3D油缸內(nèi)徑(mm)η油缸機(jī)械效率，在工程機(jī)械中用耐油橡膠可取η=0.96據(jù)上述計(jì)算，P=3334NP1=1MPa，按有桿腔進(jìn)行計(jì)算，其結(jié)果必然滿足無桿腔的力學(xué)要求。將有關(guān)數(shù)據(jù)代入：根據(jù)表3-2油缸內(nèi)徑系列〔GB/T2348-93〕，選擇標(biāo)準(zhǔn)液壓缸內(nèi)徑，D=100mm.活塞桿直徑d=50/3=33.33mm，圓整為d=40mm。液壓缸外徑的設(shè)計(jì)本案液壓缸考慮鑄造結(jié)構(gòu)，考慮到鑄造的最小壁厚要求，故最小不小于3mm，而驅(qū)動壓力又較低，故厚度不超過10mm。按中等壁厚進(jìn)行計(jì)算(16>D/δ>3.2)：式中強(qiáng)度系數(shù)(當(dāng)為無縫鋼管時取值為1，本案為鑄造式，取值0.7)C計(jì)入管壁公差及侵蝕的附加厚度油缸材料的許用應(yīng)力(MPa)；，其中為油缸材料的抗拉強(qiáng)度，n為平安系數(shù)，一般n=3～5一般常用缸體材料的許用應(yīng)力為：鍛鋼=110～120MPa鑄鋼=60MPa無縫管=100～110MPa代入數(shù)據(jù)：圓整為5mm，即缸體外徑110mm。第六章液壓系統(tǒng)6.1液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)6.1.1機(jī)械手的液壓傳動是以有壓力的油液作為傳遞動力的工作介質(zhì)。電動機(jī)帶動油泵輸出壓力油，是將電動機(jī)供給的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成油液的壓力能。壓力油經(jīng)過管道及一些控制調(diào)節(jié)裝置等進(jìn)入油缸，推動活塞桿運(yùn)動，從而使手臂作伸縮、升降等運(yùn)動，將油液的壓力能又轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。手臂在運(yùn)動時所能克服的摩擦阻力大小，以及夾持式手部夾緊工件時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)動著的壓力油的容積變化來傳遞動力的液壓傳動稱為容積式液壓傳動，機(jī)械手的液壓傳動系統(tǒng)都屬于容積式液壓傳動。6.1.2液壓傳動系統(tǒng)主要由以下幾個局部組成：=1\*GB3①油泵它供給液壓系統(tǒng)壓力油，將電動機(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)動整個液壓系統(tǒng)工作。=2\*GB3②液動機(jī)壓力油驅(qū)動運(yùn)動部件對外工作局部。手臂做直線運(yùn)動，液動機(jī)就是手臂伸縮油缸。也有回轉(zhuǎn)運(yùn)動的液動機(jī)一般叫作油馬達(dá)，回轉(zhuǎn)角小于360°的液動機(jī)，一般叫作回轉(zhuǎn)油缸〔或稱擺動油缸〕。=3\*GB3③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。6.2機(jī)械手液壓系統(tǒng)的控制回路機(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根本控制回路組成。這些根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)動的換向、工作速度的調(diào)節(jié)以及同步運(yùn)動等。6.2.1=1\*GB3①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\*GB3②卸荷回路在機(jī)械手各油缸不工作時，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口卸荷回路。=3\*GB3③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)一個減壓閥，以獲得比系統(tǒng)壓力更低的壓力。=4\*GB3④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\*GB3⑤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，油泵向系統(tǒng)供給高壓油液，以驅(qū)動油缸運(yùn)動而做功。當(dāng)一旦電機(jī)停止轉(zhuǎn)動，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，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間的聯(lián)系，從而起到保護(hù)油缸的作用。第二是防止空氣混入系統(tǒng)。在停機(jī)時，單向閥把系統(tǒng)能夠和油泵隔斷，防止系統(tǒng)的油液通過油泵流回油箱，防止空氣混入，以保證啟動時的平穩(wěn)性。6.2.2速度控制回路液壓機(jī)械手各種運(yùn)動速度的控制，主要是改變進(jìn)入油缸的流量Q。其控制方法有兩類：一類是采用定量泵，即利用調(diào)節(jié)節(jié)流閥的通流截面來改變進(jìn)入油缸或油馬達(dá)的流量；另一類是采用變量泵，改變油泵的供油量。本機(jī)械手采用定量油泵節(jié)流調(diào)速回路。根據(jù)各油泵的運(yùn)動速度要求，可分別采用LI型單向節(jié)流閥、LCI型單向節(jié)流閥或QI型單向調(diào)速閥等進(jìn)行調(diào)節(jié)。節(jié)流調(diào)速閥的優(yōu)點(diǎn)是：簡單可靠、調(diào)速范圍較大、價格廉價。其缺點(diǎn)是：有壓力和流量損耗，在低速負(fù)荷傳動時效率低，發(fā)熱大。采用節(jié)流閥進(jìn)行節(jié)流調(diào)速時，負(fù)荷的變化會引起油缸速度的變化，使速度穩(wěn)定性差。其原因是負(fù)荷變化會引起油缸速度的變化，使速度穩(wěn)定性差。其原因是負(fù)荷變化會引起節(jié)流閥進(jìn)出油口的壓差變化，因而使通過節(jié)流閥的流量以至油缸的速度變化。調(diào)速閥能夠隨負(fù)荷的變化而自動調(diào)整和穩(wěn)定所通過的流量，使油缸的運(yùn)動速度不受負(fù)荷變化的影響，對速度的平穩(wěn)性要求高的場合，宜用調(diào)速閥實(shí)現(xiàn)節(jié)流調(diào)速。6.2.3方向控制回路在機(jī)械手液壓系統(tǒng)中，為控制各油缸、馬達(dá)的運(yùn)動方向和接通或關(guān)閉油路，通常采用二位二通、二位三通、二位四通電磁閥和電液動滑閥，由電控系統(tǒng)發(fā)出電信號，控制電磁鐵操縱閥芯換向，使油缸及油馬達(dá)的油路換向，實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動和正反向轉(zhuǎn)動。目前在液壓系統(tǒng)中使用的電磁閥，按其電源的不同，可分為交流電磁閥〔D型〕和直流電磁閥〔E型〕兩種。交流電磁閥的使用電壓一般為220V〔也有380V或36V〕，直流電磁閥的使用電壓一般為24V〔或110V〕。這里采用交流電磁閥。交流電磁閥起動性能好，換向時間短，接線簡單，價廉，但是如吸不上時容易燒壞，可靠性差，換向時有沖擊，允許換向頻率底，壽命較短。6.3機(jī)械手的液壓傳動系統(tǒng)液壓系統(tǒng)圖的繪制是設(shè)計(jì)液壓機(jī)械手的主要內(nèi)容之一。液壓系統(tǒng)圖是各種液壓元件為滿足機(jī)械手動作要求的有機(jī)聯(lián)系圖。它通常由一些典型的壓力控制、流量控制、方向控制回路加上一些專用回路所組成。繪制液壓系統(tǒng)圖的一般順序是：先確定油缸和油泵，再布置中間的控制調(diào)節(jié)回路和相應(yīng)元件，以及其他輔助裝置，從而組成整個液壓系統(tǒng)，并用液壓系統(tǒng)圖形符號，畫出液壓原理圖。6.3.1本液壓傳動上料機(jī)械手主要是從一個地方拿到工件后，橫移一定的距離后把工件給立式精鍛機(jī)進(jìn)行加工。它的動作順序是：待料〔即起始位置。手指閉合，待夾料立放〕→插定位銷→手臂前伸→手指張開→手指夾料→手臂上升→手臂縮回→立柱橫移→手腕回轉(zhuǎn)115°→拔定位銷→手臂回轉(zhuǎn)115°→插定位銷→手臂前伸→手臂中?！泊藭r立式精鍛機(jī)的卡頭下降→卡頭夾料，大泵卸荷〕→手指松開〔此時精鍛機(jī)的卡頭夾著料上升〕→手指閉合→手臂縮回→手臂下降→手腕反轉(zhuǎn)〔手腕復(fù)位〕→拔定位銷→手臂反轉(zhuǎn)〔上料機(jī)械手復(fù)位〕→立柱回移〔回到起始位置〕→待料〔一個循環(huán)結(jié)束〕卸荷。上述動作均由電控系統(tǒng)發(fā)信控制相應(yīng)的電磁換向閥，按程序依次步進(jìn)動作而實(shí)現(xiàn)的。該電控系統(tǒng)的步進(jìn)控制環(huán)節(jié)采用步進(jìn)選線器，其步進(jìn)動作是在每一步動作完成后，使行程開關(guān)的觸點(diǎn)閉合或依據(jù)每一步動作的預(yù)設(shè)停留時間，使時間繼電器動作而發(fā)信，使步進(jìn)器順序“跳步”控制電磁閥的電磁鐵線圈通斷電，使電磁鐵按程序動作〔見電磁鐵動作程序表〕實(shí)現(xiàn)液壓系統(tǒng)的自動控制。6.3.圖9機(jī)械手液壓系統(tǒng)圖液壓系統(tǒng)原理如圖8所示。該系統(tǒng)選用功率N=7.5千瓦的電動機(jī)，帶動雙聯(lián)葉片泵YB-35/18，其公稱壓力為60*10帕，流量為35升/分+18升/分=53升/分，系統(tǒng)壓力調(diào)節(jié)為30*10帕，油箱容積選為250升。手臂的升降油缸及伸縮油缸工作時兩個油泵同時供油；手臂及手腕的回轉(zhuǎn)和手指夾緊用的拉緊油缸以及手臂回轉(zhuǎn)的定位油缸工作時只有小油泵供油，大泵自動卸荷。手臂伸縮、手臂升降、手臂回轉(zhuǎn)、手臂橫向移動和手腕回轉(zhuǎn)油路采用單向調(diào)速閥〔QI-63B、QI-25B、QI-10B〕回程節(jié)流，因而速度可調(diào)，工作平穩(wěn)。手臂升降油缸支路設(shè)置有單向順序閥〔XI-63B〕，可以調(diào)整順序閥的彈簧力使之在活塞、活塞桿及其所支承的手臂等自重所引起的油液壓力作用下仍保持?jǐn)嗦?。工作時油泵輸出的壓力油進(jìn)入升降油缸上腔，作用在順序閥的壓力增加使之接通，活塞便向下運(yùn)動。當(dāng)活塞要上升時，壓力油液經(jīng)單向閥進(jìn)入升降油缸下腔而不會被順序閥所阻，這樣采用單向順序閥克服手臂等自重，以防下滑，性能穩(wěn)定可靠。手指夾緊油缸支路裝有液控單向閥〔IY-25B〕，使手指夾緊工件時不受系統(tǒng)壓力波動的影響，保證保證手指夾持工件牢靠。當(dāng)反向進(jìn)油時，油箱通過控制油路將單向閥芯頂開，使回油路接通，油液流回油箱。在手臂回轉(zhuǎn)后的定位所用的定位油缸支路要比系統(tǒng)壓力低，為此在定位油缸支路前串有減壓閥〔J-10〕，使定位油缸獲得適應(yīng)壓力為15—18*10帕，同時還給電液動滑閥〔或稱電液換向閥，34DY-63B〕來實(shí)現(xiàn)，空載卸荷不致使油溫升高。系統(tǒng)的壓力由溢流閥來調(diào)節(jié)。此系統(tǒng)四個主壓力油路的壓力測量，是通過轉(zhuǎn)換壓力表開關(guān)〔K-3B〕的位置來實(shí)現(xiàn)的，被測量的四個主油路的壓力值，分別從壓力表〔Y-60〕上表示出來。下面以上料機(jī)械手的一個典型動作程序?yàn)槔?，結(jié)合圖8來說明其動作循環(huán)。當(dāng)電動機(jī)啟動，帶動雙聯(lián)葉片泵3和8回轉(zhuǎn)，油液從油箱1中通過網(wǎng)式濾油器2和7，經(jīng)過葉片泵被送到工作油路中去，如果機(jī)械手還未啟動，那么油液通過二位二通電磁閥5和10〔電磁鐵11DT和12DT通電〕進(jìn)行卸荷。當(dāng)熱棒料到達(dá)上料的位置后，由于1150℃6.4機(jī)械手液壓系統(tǒng)的簡單計(jì)算計(jì)算的主要內(nèi)容是，根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)所要求的輸出力和運(yùn)動速度，確定油缸的結(jié)構(gòu)尺寸和所需流量、確定液壓系統(tǒng)所需的油壓與總的流量，以選擇油泵的規(guī)格和選擇油泵電動機(jī)的功率。確定各個控制閥的通流量和壓力以及輔助裝置的某些參數(shù)等。在本機(jī)械手中，用到的油缸有活塞式油缸〔往復(fù)直線運(yùn)動〕和回轉(zhuǎn)式油缸〔可以使輸出軸得到小于360°的往復(fù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動〕及無桿活塞油缸〔亦稱齒條活塞油缸〕。6.4.1雙作用單桿活塞油缸圖10雙作用單桿活塞桿油缸計(jì)算簡圖=1\*GB3①流量、驅(qū)動力的計(jì)算當(dāng)壓力油輸入無桿腔，使活塞以速度V1運(yùn)動時所需輸入油缸的流量Q1為Q1=DV1對于手臂伸縮油缸：Q1=0.98cm/s，對于手指夾緊油缸：Q1=1.02cm/s,對于手臂升降油缸：Q1=0.83cm/s油缸的無桿腔內(nèi)壓力油液作用在活塞上的合成液壓力P1即油缸的驅(qū)動力為：P1=Dp1對于手臂伸縮油缸：p1=196N，對于手指夾緊油缸：p1=126N，對于手臂升降油缸：p1=320N當(dāng)壓力油輸入有桿腔，使活塞以速度V2運(yùn)動時所需輸入油缸的流量Q2為：Q2=〔D-d〕V2對于手臂伸縮油缸：Q1=0.87cm/s，對于手指夾緊油缸：Q1=0.96cm/s,對于手臂升降油缸：Q1=0.72cm/s油缸的有桿腔內(nèi)壓力油液作用在活塞上的合成液壓力P2即油缸的驅(qū)動力為：P2=〔D-d〕p1對于手臂伸縮油缸：p1=172N，對于手指夾緊油缸：p1=108N，對于手臂升降油缸：p1=305N=2\*GB3②計(jì)算作用在活塞上的總機(jī)械載荷機(jī)械手手臂移動時，作用在機(jī)械手活塞上的總機(jī)械載荷P為P=P工+P導(dǎo)+P封+P慣+P回其中P工為工作阻力P導(dǎo)導(dǎo)向裝置處的摩擦阻力P封密封裝置處的摩擦阻力P慣慣性阻力P回背壓阻力P=83+125+66+80+208=562(N)=3\*GB3③確定油缸的結(jié)構(gòu)尺寸=1\*GB4㈠油缸內(nèi)徑的計(jì)算油缸工作時，作用在活塞上的合成液壓力即驅(qū)動力與活塞桿上所受的總機(jī)械載荷平衡，即P=P1〔無桿腔〕=P2〔有桿腔〕油缸〔即活塞〕的直徑可由下式計(jì)算D==1.13厘米〔無桿腔〕對于手臂伸縮油缸：D=50mm，對于手指夾緊油缸：D=30mm，對于手臂升降油缸：D=80mm，對于立柱橫移油缸：D=40mm或D=厘米〔有桿腔〕=2\*GB4㈡油缸壁厚的計(jì)算：依據(jù)材料力學(xué)薄壁筒公式，油缸的壁厚可用下式計(jì)算：=厘米P計(jì)為計(jì)算壓力油缸材料的許用應(yīng)力。對于手臂伸縮油缸：=6mm，對于手指夾緊油缸：=17mm，對于手臂升降油缸：=16mm,對于立柱橫移油缸:=17mm=3\*GB4㈢活塞桿的計(jì)算可按強(qiáng)度條件決定活塞直徑d?；钊麠U工作時主要承受拉力或壓力，因此活塞桿的強(qiáng)度計(jì)算可近似的視為直桿拉、壓強(qiáng)度計(jì)算問題，即=≦即d≧厘米對于手臂伸縮油缸：d=30mm，對于手指夾緊油缸：d=15mm，對于手臂升降油缸：d=50mm,對于立柱橫移油缸:d=16mm6.4.在液壓機(jī)械手上實(shí)現(xiàn)手腕、手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動的另一種常用機(jī)構(gòu)是單葉片回轉(zhuǎn)油缸，簡稱回轉(zhuǎn)油缸，其計(jì)算簡圖如下：圖12回轉(zhuǎn)油缸計(jì)算簡圖=1\*GB3①流量、驅(qū)動力矩的計(jì)算當(dāng)壓力油輸入回轉(zhuǎn)油缸，使動片以角速度運(yùn)動時，需要輸入回轉(zhuǎn)油缸的流量Q為：Q=當(dāng)D=100mm,d=35mm,b=35mm,=0.95rad/s時Q=0.02m/s回轉(zhuǎn)油缸的進(jìn)油腔壓力油液，作用在動片上的合成液壓力矩即驅(qū)動力矩M：M=得M=0.8(N·m)=2\*GB3②作用在動片〔即輸出軸〕上的外載荷力矩MM=M工+M封+M慣+M回其中M工為工作阻力矩M封密封裝置處的摩擦阻力矩M慣參與回轉(zhuǎn)運(yùn)動的零部件，在啟動時的慣性力矩M回回轉(zhuǎn)油缸回油腔的背反力矩M=2.3+0.85+1.22+1.08=5.45(N·m)=3\*GB3③回轉(zhuǎn)油缸內(nèi)徑的計(jì)算回轉(zhuǎn)油缸的動片上受的合成液壓力矩與其上作用的外載荷力矩相平衡，可得：D=〔厘米〕D=30mm6.4.2油泵的選擇一般的機(jī)械手的液壓系統(tǒng)，大多采用定量油泵，油泵的選擇主要是根據(jù)系統(tǒng)所需要的油泵工作壓力p泵和最大流量Q泵來確定。=1\*GB2⑴確定油泵的工作壓力p泵p泵≧p+△p式中p——油缸的最大工作油壓△p——壓力油路〔進(jìn)油路〕各局部壓力損失之和，其中包括各種元件的局部損失和管道的沿程損失。p泵=60*10帕=2\*GB2⑵確定油泵的Q泵油泵的流量，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)個回路按設(shè)計(jì)的要求，在工作時實(shí)際所需的最大流量Q最大，并考慮系統(tǒng)的總泄漏來確定Q泵=KQ最大其中K一般取1.10—1.25Q泵=53升/分6.4.3確