液壓傳動(dòng)上料機(jī)械手設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn) 機(jī)電一體化專業(yè)

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1、 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)。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； 本設(shè)計(jì)擬開發(fā)的上料機(jī)械手可在空間抓放物體，動(dòng)作靈活多樣，可代替人工在高溫和危險(xiǎn)的作業(yè)區(qū)進(jìn)行作業(yè)，可抓取重量較大的工件。 關(guān)鍵詞 機(jī)械手、液壓、控制回路 目 錄 第1章 緒論……………………………

2、.......…………………………………………1 1.1 液壓上料機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析……………………………….…..……....…1 1.1.1臂力的確定………………………………………………….…..…..........1 1.1.2 工作范圍的確定…………………………………………….…....…......1 1.1.3確定運(yùn)動(dòng)速度………………………………………………...…....….....1　　 1.1.4手臂的配置形式……………………………………………...…............2 1.1.5位置檢測裝置的選擇.......................

3、................................................3 1.1.6 驅(qū)動(dòng)與控制方式的選擇………………………………………...,........3 1.2 液壓上料機(jī)械手的運(yùn)用………………………………………..................3 1.3 液壓上料機(jī)械手的特點(diǎn).…….………………....…………..…................4 1.4液壓上料機(jī)械手……...………........………………..…..........……....…...4 第2章 手部的結(jié)構(gòu)......………......………......………....

4、..………......………........5 2.1概述……………………………………………......………....…......…........5 2.2設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮的幾個(gè)問題……………………………......…….…...….......5　 2.3 驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算……………………………………………….….…...…....…6　 2.4 兩支點(diǎn)回轉(zhuǎn)式鉗爪的定位誤差的分析……………………..….……........8 第三章 腕 部 的 結(jié) 構(gòu).......……………………..….…...…..…..…....…......10　 3.1概述………………………………………

5、.…………………...….…….......10 3.2腕部的結(jié)構(gòu)形式…….……………….……………………...….......…......10 3.3手腕驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì).……………………………….…..…..................…...11 第4 章 臂部的結(jié)構(gòu)……………….…..…..................…....................................14 4.1 概述………………………………………………………...................….....14 4.2手臂直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)………………………….…………………

6、.........…..…..15 4.2.1手臂伸縮運(yùn)動(dòng)………………..……………………….…..…..............…..15　　 4.2.2 導(dǎo)向裝置……………..……………………………..………........……...16 4.2.3 手臂的升降運(yùn)動(dòng)………………...………..…………………......…..…...17　 4.3 手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)…………….......……………….…………….............……..18　 4.4 手臂的橫向移動(dòng)…………………………………...…………....…...….….18 4.5 臂部運(yùn)動(dòng)驅(qū)

7、動(dòng)力計(jì)算…………………………….......……....…......……..19 4.5.1 臂水平伸縮運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算……………....…..…......………....…..19　 　 4.5.2 臂垂直升降運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算……… .………..…............…...……..20　 　 4.5.3 臂部回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算……………...............…......…….…...21 第5 章 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)……………...............…....………...............................22 5.1液壓系

8、統(tǒng)簡介………..…………………….....…………….………........….22 5.2液壓系統(tǒng)的組成……………..…………......................………..…....….....22 5.3機(jī)械手液壓系統(tǒng)的控制回路……………....…..………..….…….….…......23 5.3.1 壓力控制回路……………………………..……....……..….............…...23 5.3.2 速度控制回路………………….……………….......…..……...............23 5.3.3 方向控制回路…..........

9、..............………........….....................….......24 5.4 上料機(jī)械手的動(dòng)作順序………………..…..………………...….…..........24　 5.5機(jī)械手液壓系統(tǒng)的簡單計(jì)算………………………….…..…...............…25　　 5.5.1 雙作用單桿活塞油缸…………………………….....…...................…25 5.5.2 無桿活塞油缸（亦稱齒條活塞油缸）……..………........…..….......29　　 5.5.3 單葉片回轉(zhuǎn)油缸 …………………

10、…………………...……...........….30 5.5.4 油泵的選擇………………………………...............…..….….....…….32　　 5.5.5 確定油泵電動(dòng)機(jī)功率N……………………...…….……...........….….32 第6章 機(jī)械手的控制…….…………...............................................................33 第7章 總結(jié)………………………………….......................................................35

11、 第8章 致謝………………………………………….........................…...….........36 參考文獻(xiàn)………………………………………..........…………...…….…....….......37 第一章 緒 論 1.1 液壓上料機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析 1.1.1 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，最大為8000N。本液壓機(jī)械手的臂力為N臂 =1650（N），安全系數(shù)K一般可在1.5~3，本機(jī)械手取安全系數(shù)K=2。定位精度為±1mm。 1.1.2 工作范圍的確定 機(jī)械

12、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)作范圍確定如下： 手腕回轉(zhuǎn)角度±115° 手臂伸長量150mm 手臂回轉(zhuǎn)角度±115° 手臂升降行程170mm 手臂水平運(yùn)動(dòng)行程100mm 1.1.3 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)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)

13、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)考慮以下要求： （1） 給定的運(yùn)動(dòng)時(shí)間應(yīng)大于液壓元件的執(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

14、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)速度如下： 手腕回轉(zhuǎn)速度 V腕回 = 40°/s 手臂伸縮速度 V臂伸 = 50 mm/s 手臂回轉(zhuǎn)速度 V臂回 = 40°/s 手臂升降速度 V臂升 = 50 mm/s 立柱水平運(yùn)動(dòng)速度 V柱移 = 50 mm/s 手指夾緊油缸的運(yùn)動(dòng)速度 V夾 = 50 mm/s 1.1.4 手臂的配置形式 機(jī)械手的手臂配置形式基本上反映了

15、它的總體布局。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。 1.1.5 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)用。在機(jī)械手中，用

16、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。 1.1.6 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。 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)。 本次設(shè)計(jì)采用液壓驅(qū)動(dòng)，機(jī)械控制。 1.2 液壓上料機(jī)械手的運(yùn)用 是近幾年在國內(nèi)剛剛出現(xiàn)的一個(gè)新興產(chǎn)業(yè).但在西方發(fā)達(dá)國家以及日本和韓國，早在二十年前，上料機(jī)械手就已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于各種類型的數(shù)控機(jī)床上。上料機(jī)器人與數(shù)控機(jī)床相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)工件的自動(dòng)抓取、上料、裝卡、加工等所有的工藝過程，

17、能夠極大的節(jié)約人工成本，提高生產(chǎn)效率。特別適用于大批量、小型零部件的加工，如汽車變速箱齒輪、軸承套（座）、剎車盤、金屬?zèng)_壓結(jié)構(gòu)件等。 　　　自動(dòng)生產(chǎn)線和自動(dòng)化程度高的加工設(shè)備已經(jīng)成為今后制造工廠的一個(gè)發(fā)展趨勢。單機(jī)自動(dòng)化、整線自動(dòng)化等自動(dòng)上下料裝置用于加工工件的自動(dòng)上料、工件翻轉(zhuǎn)、工件轉(zhuǎn)序等工作，能夠滿足“快速/大批量加工節(jié)拍”、“節(jié)省人力成本”、“提高生產(chǎn)效率”等要求，成為越來越多的工廠的理想選擇。 1.3 液壓上料機(jī)械手的特點(diǎn) （1） 可用于高溫金屬模板沖壓機(jī)床，來料溫度：900℃，出料溫度200℃； （2） 獨(dú)特的二倍行程手臂疊加機(jī)構(gòu)，倍速機(jī)構(gòu)，可以滿足小空間、大

18、行程的技術(shù)要求。 （3） 運(yùn)行速度快，保證來料的溫度不下降，滿足沖壓工藝要求。 （4） 性價(jià)比高。 1.4液壓上料機(jī)械手實(shí)現(xiàn)的功能 （1） 液壓上料機(jī)械手可以實(shí)現(xiàn)對圓盤類、長軸類、不規(guī)則形狀、金屬板類工件的自動(dòng)上料、工件翻轉(zhuǎn)、工件轉(zhuǎn)序等工作。 （2）液壓上料機(jī)械手采用獨(dú)立絎架設(shè)計(jì)，安裝、調(diào)試可以與機(jī)床分開進(jìn)行，機(jī)床部分只進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)機(jī)的制造即可，機(jī)械手可以完全獨(dú)立在機(jī)床之外運(yùn)行。 （3） 液壓上料機(jī)械手采用模塊化機(jī)械手和橫梁，可以對機(jī)床機(jī)型加裝。而不需要分開規(guī)格進(jìn)行多種類的制造； （4）獨(dú)立料倉設(shè)計(jì)，料倉獨(dú)立自動(dòng)控制； （5） 不依靠

19、機(jī)床的控制器進(jìn)行控制，機(jī)械手模塊采用獨(dú)立的控制模塊，機(jī)械手故障只需設(shè)定參數(shù)，不影響機(jī)床運(yùn)轉(zhuǎn) 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)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)形式比較多，如滑槽杠桿式、連桿杠桿式、斜楔

20、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，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)有一定的開閉角 兩個(gè)手指張開與閉合的兩個(gè)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。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

21、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)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)和確定手指的形狀。 2.3 驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算 1.手指 2.銷軸 3.拉桿 4.指座 圖2-1 滑槽杠桿式手部受力分析 如圖所示為滑槽式手部結(jié)

22、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的延長線交O1O2于A及B，由圖受力分析得∠AOC=∠BOC=α。根據(jù)銷軸的力平衡條件，即 ∑Fx=0,P1=P2; ∑Fy=0,P2=P1cosα 即： P1=P/2cosα 銷軸對手指的作用力為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

23、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∑MO1(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角過大會導(dǎo)致拉桿（即活塞）的行程過大，以及手指滑槽尺寸長度增大，使之結(jié)構(gòu)加大，因此，一般取α=30°~40°。這里取角α=30度。

24、 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)。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1.2~2 K2——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

25、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*4

26、5/27(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=122.5*1.5*1.1/0.85=238(N) 2.4 兩支點(diǎn)回轉(zhuǎn)式鉗爪的定位誤差的分析 圖2-2 帶浮動(dòng)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,若設(shè)鉗爪對稱中心O到工件中心O′的距離為x,則 x= 當(dāng)工件直徑變化時(shí),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(shí),其最大定位誤差

27、為 =∣-∣ 其中了=45mm ,b=5mm ,a=27mm ,2β=120° ,Rmin=15mm ,Rmax=30mm 代入公式計(jì)算得 最大定位誤差△=∣44.2-44.7∣=0.5＜1 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)要注意以下幾點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)緊湊，重量盡量輕。 轉(zhuǎn)動(dòng)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(gè)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

28、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±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。夾緊缸體與指座固連成一體。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3-1 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

29、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.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——手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸與支承孔處的摩擦力矩 （N.m）

30、圖3-2 腕部回轉(zhuǎn)力矩計(jì)算圖 (1) 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=0.035m D2=0.054m N1=800N N2=200N G1=98N e=0.020時(shí) M摩 =0.1*（200*0.035+800*0.054）/2

31、 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 =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 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）

32、 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·m） J工件——工件對手腕回轉(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 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：

33、 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）。 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∽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) 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，

34、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)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、靈活性以及抓重大小（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)速度及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、油缸及導(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： (1)剛

35、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。所以常用鋼管作臂桿及導(dǎo)向桿，用工字鋼和槽鋼作支承板。 (2) 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。 (3)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。 (4) 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

36、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、升降及橫向移動(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)以及活塞缸和連桿機(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伸縮油缸的上端，當(dāng)雙作用油

37、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及手部7的夾緊油缸用的輸油管道）。由于手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?？捎糜谧ブ卮?、行程較長的場合。 圖4-1 雙導(dǎo)向桿手臂的伸縮結(jié)構(gòu) 4.2.2 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

38、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)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4-2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

39、的剛性。如圖4-2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，支承架的兩側(cè)安裝兩個(gè)滾動(dòng)軸承2，當(dāng)導(dǎo)向桿隨同伸縮缸的活塞桿一起移動(dòng)時(shí)，支承架上的滾動(dòng)軸承就在支承板3的支承面上滾動(dòng)。 4.2.3 手臂的升降運(yùn)動(dòng) 如圖4-3所示為手臂的升降運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。當(dāng)升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8實(shí)現(xiàn)。圖中4-3為位置檢測裝置。 圖4-3 手臂升降和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)圖 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

40、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)，回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)由齒條活塞桿驅(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帶動(dòng)外套一起轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)手臂的回轉(zhuǎn)。 4.4 手臂的橫向移動(dòng) 如圖4-4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4-4 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)

41、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。 4.5.1 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及導(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，其大小可按下式估算： Fg = a

42、 (N) 式中 W ——手臂伸縮部件的總重量 （N）； g ——重力加速度（9.8m/s）; a ——啟動(dòng)過程中的平均加速度（m/s）， 而 a = (m/s) △v ——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； △t ——啟動(dòng)過程中所用的時(shí)間，一般為0.01∽0.5s。 當(dāng)Fm=80N,W=1098（N），△V = 500mm/s

43、時(shí)， Pq = 80+* =80+112=192 (N) 4.5.2 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： 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=40

44、N，F(xiàn)g=100N，W =1098N時(shí) Pq=40+100+1098=1238（N） 4.5.3 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： Mq = 1.3(Mm + Mg ) (N·m) 式中 Mm——各支承處的總摩擦力矩； M

45、g——啟動(dòng)時(shí)慣性力矩，一般按下式計(jì)算： Mg = J (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）; ——回轉(zhuǎn)手臂的工作角速度（rad/s）; △t——回轉(zhuǎn)臂啟動(dòng)時(shí)間（s） 當(dāng)Mm=84(N·m)，Mg=8=32(N·m) Mq = 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

46、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。 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)過管道及一些控制調(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，以及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

47、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）。

48、 （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 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)以及同步運(yùn)動(dòng)等。 5.3.1 壓力控制回路 壓力控制回路是通過控制液壓系統(tǒng)的壓力，以滿足執(zhí)行元件對力和力矩要求的回路。包括調(diào)壓、卸荷、減壓、平衡鎖緊等基本回路。本設(shè)計(jì)采用二位二通電磁閥控制溢流閥

49、遙控口卸荷回路和單向順序閥做平衡閥實(shí)現(xiàn)任意位置鎖緊的回路 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。 5.3.2 速度控制回路 液壓機(jī)械手各種運(yùn)動(dòng)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(dòng)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

50、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(jià)格便宜。其缺點(diǎn)是：有壓力和流量損耗，在低速負(fù)荷傳動(dòng)時(shí)效率低，發(fā)熱大。 采用節(jié)流閥進(jìn)行節(jié)流調(diào)速時(shí)，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(dòng)調(diào)整和穩(wěn)定所通過的流量，使油缸的運(yùn)動(dòng)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。 5.3.3 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(dòng)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

51、通電磁閥和電液動(dòng)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(dòng)和正反向轉(zhuǎn)動(dòng)。 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(dòng)性能好，換向時(shí)間短，接線簡單，價(jià)廉，但是如吸不上時(shí)容易燒壞，可靠性差，換向時(shí)有沖擊，允許換向頻率底，壽命較短。 5.4 上料機(jī)械手的動(dòng)作順序 動(dòng)作順序：待料（即起始位置。手指閉合，待夾料立放） → 插定位銷 → 手臂前伸

52、→ 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 → 手臂中停 （此時(shí)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(shí)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(gè)循環(huán)結(jié)束）卸荷。 上述動(dòng)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(dòng)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(dòng)作是在每一步動(dòng)作完成后，使

53、行程開關(guān)的觸點(diǎn)閉合或依據(jù)每一步動(dòng)作的預(yù)設(shè)停留時(shí)間，使時(shí)間繼電器動(dòng)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(dòng)作（見電磁鐵動(dòng)作程序表）實(shí)現(xiàn)液壓系統(tǒng)的自動(dòng)控制。 5.5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(dòng)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(dòng)機(jī)的功率。確定各個(gè)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(dòng)）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(dòng)）及無桿活塞油缸（亦稱齒條活塞油缸）。

54、 5.5.1 雙作用單桿活塞油缸 圖5-2 雙作用單桿活塞桿油缸計(jì)算簡圖 ⑴ 流量、驅(qū)動(dòng)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(dòng)時(shí)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=1.02 cm/s ,對于手臂升降油缸：Q1=0.83 cm/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(dòng)力為： P1 = Dp1 對于手

55、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(dòng)時(shí)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=0.96 cm/s ,對于手臂升降油缸：Q1=0.72 cm/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(dòng)力為： P2 = （D-d）p1 對于手臂伸縮油缸：p1=172N， 對于手指

56、夾緊油缸：p1=108N ，對于手臂升降油缸：p1=305N ⑵ 計(jì)算作用在活塞上的總機(jī)械載荷 機(jī)械手手臂移動(dòng)時(shí)，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)為裝置處的摩擦阻力 P封為密封裝置處的摩擦阻力 P慣為性阻力 P回為回背壓阻力 P = 83+125+66+80+208=562(N) ⑶ 確定油缸的結(jié)構(gòu)尺寸 ① 油缸內(nèi)徑的計(jì)算 油缸工作時(shí)，作用在活塞上的合成液壓力即驅(qū)動(dòng)力

57、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 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

58、 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 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(shí)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=16mm

59、 5.5.2 無桿活塞油缸（亦稱齒條活塞油缸） 圖5-3 齒條活塞缸計(jì)算簡圖 ⑴流量、驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算 Q = 當(dāng)D=103mm,d=40mm,=0.95 rad/s時(shí) Q = 952N ⑵ 作用在活塞上的總機(jī)械載荷P P = P工 + P封 + P慣 + P回 其中P工為工作阻力 P封為密封裝置處的摩擦阻力 P慣為慣性阻力 P回為背壓阻力 P = 66+108+

60、208=382（N） ⑶ 油缸內(nèi)徑的計(jì)算 根據(jù)作用在齒條活塞上的合成液壓力即驅(qū)動(dòng)力與總機(jī)械載荷的平衡條件，求得 D = （厘米） D = 45mm 5.5.3 單葉片回轉(zhuǎn)油缸 在液壓機(jī)械手上實(shí)現(xiàn)手腕、手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)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5-4回轉(zhuǎn)油缸計(jì)算簡圖 ⑴ 流量、驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算 當(dāng)壓力油輸入回轉(zhuǎn)油缸，使動(dòng)片以角速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，需要輸入回轉(zhuǎn)油缸的流量Q為

61、： Q = 當(dāng)D=100mm,d=35mm,b=35mm, =0.95 rad/s時(shí) Q=0.02m/s 回轉(zhuǎn)油缸的進(jìn)油腔壓力油液，作用在動(dòng)片上的合成液壓力矩即驅(qū)動(dòng)力矩M： M = 得 M = 0.8 (N·m) ⑵ 作用在動(dòng)片（即輸出軸）上的外載荷力矩 M M = M工 +M封 + M慣 + M回 其中 M工為工作阻力矩 M封為密封裝置處的摩擦阻力矩

62、M慣為參與回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的零部件，在啟動(dòng)時(shí)的慣性力矩 M回為回轉(zhuǎn)油缸回油腔的背反力矩 M = 2.3+0.85+1.22+1.08=5.45 (N·m) ⑶ 回轉(zhuǎn)油缸內(nèi)徑的計(jì)算 回轉(zhuǎn)油缸的動(dòng)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 = D = 30mm（厘米) 5.5.4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

63、流量Q泵來確定。 ⑴ 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）各部分壓力損失之和，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 ⑵ 確定油泵的 Q泵 油泵的流量，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)個(gè)回路按設(shè)計(jì)的要求，在工作時(shí)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 = K Q最大 其中：K一般取1.10—1.25 Q泵=53升

64、/分 5.5.5 確定油泵電動(dòng)機(jī)功率N 油泵的電動(dòng)功率為 N = （千瓦） 式中 p——油泵的最大工作壓力 Q——所選油泵的額定流量 ——油泵總效率 N=7.5（千瓦） 第六章 機(jī)械手的控制 控制系統(tǒng)是機(jī)械手的重要組成部分。在某種意義上講，控制系統(tǒng)起著與人腦相似的作用。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)作都是通過控制系統(tǒng)來實(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。 機(jī)械手要用來代

65、替人完成某些操作，通常需要具有圖6.1所示的機(jī)能。 實(shí)現(xiàn)上述各種機(jī)能的控制方式有多種多樣。機(jī)械手的程序控制方式可分為兩大類，即固定程序控制方式和可變程序控制方式。 本課題所用的是固定程序控制類別的機(jī)械式控制。 常用凸輪和杠桿機(jī)構(gòu)來控制機(jī)械手的動(dòng)作順序、時(shí)間和速度。一般常與驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)并用，因此結(jié)構(gòu)簡單，維修方便，壽命較長，工作比較可靠。適用于控制程序步數(shù)少的專用機(jī)械手。 裝卸工件

66、 狀別識別 環(huán)境識別 操作機(jī)能 檢測、識別機(jī)能 示教機(jī)能 動(dòng)作順序控制機(jī)能 運(yùn)動(dòng)控制機(jī)能 圖6-1機(jī)械手的控制功能 第七章 總結(jié) 本課題在研究了工業(yè)機(jī)器人結(jié)構(gòu)和工作原理的問題，分析了液壓驅(qū)動(dòng)和機(jī)械控制的基礎(chǔ)上，提出了利用容積式液壓傳動(dòng)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為壓力能，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人手部、腕部、臂部的運(yùn)動(dòng)，利用凸輪和杠桿機(jī)構(gòu)控制各部件動(dòng)作的速度和位置。其中詳細(xì)分析了各關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)參數(shù)的選用，通過解決了對圓盤類、長軸類、不規(guī)則形狀、金屬板類工件的自動(dòng)上料、工件翻轉(zhuǎn)、工件轉(zhuǎn)序等問題，達(dá)到了理論結(jié)合實(shí)際、學(xué)以致用的目的。并從中增強(qiáng)了刻苦鉆研的精神，磨礪了耐性，做事情更加的認(rèn)真細(xì)心，考慮更加全面。懂得了團(tuán)隊(duì)合作的重要性，為以后進(jìn)入社會打下了良好的基礎(chǔ)。