液壓機(jī)械手臂設(shè)計完整說明書.doc

編 號 無錫太湖學(xué)院 畢 業(yè) 設(shè) 計 論 文 題目 液壓機(jī)械手的設(shè)計 信 機(jī) 系 機(jī) 械 工 程 及 自 動 化 專 業(yè) 學(xué) 號 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 職稱 副教授 2013 年 5 月 25 日 無錫太湖學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 論文 誠 信 承 諾 書 本人鄭重聲明 所呈交的畢業(yè)設(shè)計 論文 液壓機(jī)械手的設(shè)計 是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進(jìn)行研究所取得的成果 其內(nèi)容除了在畢業(yè) 設(shè)計 論文 中特別加以標(biāo)注引用 表示致謝的內(nèi)容外 本畢業(yè)設(shè)計 論文 不包含任何其他個人 集體已發(fā)表或撰寫的成果作品 班 級 學(xué) 號 作者姓名 2013 年 5 月 25 日 無 錫 太 湖 學(xué) 院 信 機(jī) 系 機(jī) 械 工 程 及 自 動 化 專 業(yè) 畢 業(yè) 設(shè) 計 論 文 任 務(wù) 書 一 題目及專題 1 題目 液壓機(jī)械手的設(shè)計 2 專題 二 課題來源及選題依據(jù) 本課題是設(shè)計基于液壓系統(tǒng)的機(jī)械手 液壓機(jī)械手是一種模仿人體上肢部分功能 按照預(yù)定要求輸送工件或者 握持工具進(jìn)行操作的自動化技術(shù)設(shè)備 它可以代替手的繁重勞動 改善勞動 條件 提高勞動生產(chǎn)率和自動化水平 有著廣闊的發(fā)展前途 本課題通過機(jī) 械手進(jìn)行液壓傳動原理設(shè)計 實現(xiàn)機(jī)械手代替人力進(jìn)行工作 機(jī)械工業(yè)是國 民的裝備部 是為國民競技提供裝備和為人民生活提供耐用消費(fèi)品的產(chǎn)業(yè) 機(jī)械工業(yè)的規(guī)模和技術(shù)水品是衡量國家經(jīng)濟(jì)實力和科學(xué)技術(shù)水平的重要標(biāo)志 三 本設(shè)計 論文或其他 應(yīng)達(dá)到的要求 1 收集相關(guān)資料 分析自己完成本課題還存在哪些方面的困難 2 選定自己適合的制圖軟件 對選定的工具進(jìn)行學(xué)習(xí)和具體實踐 3 對驅(qū)動油路進(jìn)行仔細(xì)的研究 了解液壓驅(qū)動原理 繪制油路圖 4 機(jī)械結(jié)構(gòu)的分析 根據(jù)要求設(shè)計出合理輕便的機(jī)械手 5 模擬調(diào)試后對整個液壓機(jī)械手進(jìn)行完善 四 接受任務(wù)學(xué)生 班 姓名 五 開始及完成日期 自 2012 年 11 月 12 日 至 2013 年 5 月 25 日 六 設(shè)計 論文 指導(dǎo) 或顧問 指導(dǎo)教師 簽名 簽名 簽名 教 研 室 主 任 學(xué)科組組長研究所所長 簽名 系主任 簽名 2012 年 11 月 12 日 摘 要 液壓機(jī)械手是模仿人的手部動作 按照給定的程序 軌跡通過液壓系統(tǒng)實現(xiàn)抓取和 搬運(yùn)操作的自動裝置 本次設(shè)計的液壓傳動機(jī)械手根據(jù)規(guī)定的動作順序 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)計專業(yè)知識 完成對機(jī)械手的設(shè)計 并繪制必要裝配圖 液壓系統(tǒng) 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油缸 通過控制電磁閥的開關(guān)來 控制機(jī)械手進(jìn)行相應(yīng)的動作循環(huán) 當(dāng)按下連續(xù)停止按鈕后 機(jī)械手在完成一個動作循環(huán) 后停止運(yùn)動 本設(shè)計擬開發(fā)的上料機(jī)械手可在空間抓放物體 動作靈活多樣 可代替人工在高溫 和危險的作業(yè)區(qū)進(jìn)行作業(yè) 可抓取重量較大的工件 可以改善勞動條件 避免人身事故 可以減少人力 并便于有節(jié)奏的生產(chǎn) 關(guān)鍵詞 機(jī)械手 液壓 控制回路 Abstract Hydraulic robot mimic is the hand movements which in accordance with a given program the path through the hydraulic system to achieve automatic device to capture and handling operations The design of hydraulic drive manipulator movements under the provisions of the order use the basic theory basic knowledge and related mechanical design expertise comprehensively to complete the design and drawing the necessary assembly hydraulic system map PLC control system diagram Manipulator mechanical structure using tanks screw guide tubes and other mechanical device component In the hydraulic drive bodies manipulator arm stretching using telescopic tank rotating column of tanks used rack manipulator movements using tank movements the column takes the horizontal movement of tanks 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 The design of the proposed development of the information on the manipulator can grasp up in space objects flexible and varied movements can replace the artificial heat and dangerous operation conducted operations and can grasp the larger work pieces Can improve working conditions avoid personal accident Can reduce manpower and to facilitate the there are paced the production of Keywords Manipulator Hydraulic Control Loop 目 錄 摘 要 III ABSTRACT IV 目 錄 V 1 緒論 1 1 1 機(jī)械手的基本概念的研究內(nèi)容和意義 1 1 1 1 機(jī)械手的基本概念 1 1 1 2 機(jī)械手的研究意義 1 1 2 機(jī)械手的發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用 1 1 2 1 世界機(jī)器人發(fā)展?fàn)顩r 1 1 2 2 我國工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展 2 1 3 本課題達(dá)到的要求 2 2 液壓機(jī)械手主要結(jié)構(gòu)的機(jī)械設(shè)計 4 2 1 臂力的確定 4 2 2 確定工作范圍 4 2 3 確定運(yùn)動速度 4 2 4 手臂的配置形式 4 2 5 位置檢測裝置的選擇 5 2 6 驅(qū)動與控制方式的選擇 5 2 7 本章小結(jié) 5 3 手部結(jié)構(gòu) 7 3 1 概述 7 3 2 設(shè)計時應(yīng)考慮的幾個問題 7 3 3 驅(qū)動力的計算 8 3 4 兩支點回轉(zhuǎn)式鉗爪的定位誤差的分析 9 3 5 本章小結(jié) 9 4 腕部的結(jié)構(gòu) 11 4 1 概述 11 4 2 腕部的結(jié)構(gòu)形式 11 4 3 手腕驅(qū)動力矩的計算 11 4 4 本章小結(jié) 13 5 臂部的結(jié)構(gòu) 14 5 1 臂部概述 14 5 2 手臂直線運(yùn)動機(jī)構(gòu) 14 5 2 1 手臂伸縮運(yùn)動 14 5 2 2 導(dǎo)向裝置 15 5 2 3 手臂的升降運(yùn)動 16 5 3 手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動 17 5 4 手臂的橫向移動 17 5 5 臂部運(yùn)動驅(qū)動力計算 17 5 5 1 臂水平伸縮運(yùn)動驅(qū)動力的計算 17 5 5 2 臂垂直升降運(yùn)動驅(qū)動力的計算 18 5 5 3 臂部回轉(zhuǎn)運(yùn)動驅(qū)動力矩的計算 18 6 液壓系統(tǒng)的設(shè)計 20 6 1 液壓系統(tǒng)簡介 20 6 2 液壓系統(tǒng)的組成 20 6 3 機(jī)械手液壓系統(tǒng)的控制回路 20 6 3 1 壓力控制回路 20 6 3 2 速度控制回路 21 6 3 3 方向控制回路 21 6 4 機(jī)械手的液壓傳動系統(tǒng) 21 6 4 1 上料機(jī)械手的動作順序 21 6 4 2 自動上料機(jī)械手液壓系統(tǒng)原理介紹 22 6 5 機(jī)械手液壓系統(tǒng)的簡單計算 24 6 6 雙作用單桿活塞油缸 24 6 7 無桿活塞油缸 亦稱齒條活塞油缸 27 6 7 3 單葉片回轉(zhuǎn)油缸 27 6 7 4 油泵的選擇 28 6 7 5 確定油泵電動機(jī)功率 N 29 7 結(jié) 論 30 致 謝 31 附 錄 33 1 緒論 1 1 機(jī)械手的基本概念的研究內(nèi)容和意義 1 1 1 機(jī)械手的基本概念 液壓機(jī)械手 從本質(zhì)上來說是屬于工業(yè)機(jī)器人的范圍的 機(jī)器人問題是最近幾十年 的熱門研究課題 它包括了機(jī)械工程 計算機(jī)科學(xué) 電子工程和自動控制以及人工智能 等多種學(xué)科 體現(xiàn)了機(jī)電一體化技術(shù)的最新成就 是當(dāng)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展最活躍的范圍之 一 也是我國科技界跟蹤國際高技術(shù)發(fā)展的重要課題 機(jī)械手 Machanical Hand 大部分是指附屬于主機(jī) 程序固定的自動抓取 操 作裝置 我國一般稱作機(jī)械手或?qū)Ｓ脵C(jī)械手 比如自動生產(chǎn)線 自動機(jī)的上下給料系統(tǒng) 加工中心自動化裝置 1 1 1 2 機(jī)械手的研究意義 1 可以提高生產(chǎn)過程的自動化程度 應(yīng)用機(jī)械手有利于在自動生產(chǎn)線中實現(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程度 從而提高勞動生產(chǎn)率 降低生產(chǎn)成本 2 可以改善勞動條件 避免人身事故 3 可以減少人力 并便于有節(jié)奏的生產(chǎn) 4 用液壓系統(tǒng)來控制機(jī)械手 比一般的機(jī)械控制具有更好的穩(wěn)定性 并且控制的精確 度更高 5 運(yùn)用機(jī)械手可以實現(xiàn)連續(xù)的生產(chǎn) 而大大提高在生產(chǎn)線的工作的時間 從而能大幅 提高勞動的生產(chǎn)率 1 2 機(jī)械手的發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用 機(jī)械手的迅速發(fā)展是因為它的積極作用正逐漸被人們所認(rèn)可 第一 它能部分代替 體力人工操作 第二 它可以按照生產(chǎn)工藝的要求 按照一定的程序 時間和位置來完 成工作的傳送和裝卸 第三 它能操作必要的器具進(jìn)行焊接和裝配 從而改善人們的勞 動條件 顯著的提高勞動生產(chǎn)率 加快實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動化的步伐 因此 各 先進(jìn)工業(yè)國家都對此十分重視 投入大量的人力物力進(jìn)行研究和應(yīng)用 尤其在高溫 高 壓 粉壓 噪音以及帶有放射性的污染的場合應(yīng)用得更為廣泛 在我國 近幾年來也有 較快的發(fā)展 并取得一定的效果 受到機(jī)械工業(yè)和鐵路工業(yè)部門的重視 2 1 2 1 世界機(jī)器人發(fā)展?fàn)顩r 國外機(jī)器人領(lǐng)域發(fā)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 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 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 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 6 當(dāng)代遙控機(jī)器人系統(tǒng)的發(fā)展特點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 使智能機(jī)器人走出實驗室進(jìn)入實用化階段 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之一 紛紛探索開拓其實際應(yīng)用的領(lǐng)域 3 1 2 2 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)省勞動力 而我國勞動力資源豐富 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) 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)計制造技術(shù) 控制系 統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計技術(shù) 運(yùn)動學(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)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 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 搞好系統(tǒng)化 通用化 模化設(shè)計 積極 推進(jìn)使機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈化 我國的智能機(jī)器人和特種機(jī)器人在 863 計劃的支持下 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 有重點地系統(tǒng)攻關(guān) 才能形成系統(tǒng)配套可供實用的技術(shù)和產(chǎn)品 以期在 十五 后期立于世界先進(jìn)行列之中 4 1 3 本課題達(dá)到的要求 本次設(shè)計的液壓傳動機(jī)械手根據(jù)規(guī)定的動作順序 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)計專業(yè)知識 完成對機(jī)械手的設(shè)計 并繪制必要裝配圖 液壓系統(tǒng) 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)動采用齒條油缸 機(jī)械手的升降采用升降油缸 立柱的橫采用橫向移動油缸機(jī)械手在完成一個動作循環(huán)后 停止運(yùn)動 本論文內(nèi)容包括以下幾個方面 a 對所設(shè)計的液壓機(jī)械手機(jī)械部分進(jìn)行闡述 并說明其原理 b 分析實現(xiàn)其功能應(yīng)有的動作 c 對 PLC 選型 給出系統(tǒng)的硬件連接圖 d 繪制電路原理圖 接線圖畫出設(shè)計流程圖 2 液壓機(jī)械手主要結(jié)構(gòu)的機(jī)械設(shè)計 2 1 臂力的確定 目前使用的機(jī)械手的臂力范圍較大 我國目前機(jī)器人最小臂力為 0 15N 最大為 8000N 本課題設(shè)計的液壓機(jī)械手的臂力為 N 臂 1650 N 安全系數(shù)在 1 5 3 本機(jī)械 手采取安全系數(shù) 2 定位精度為 1mm 2 2 確定工作范圍 機(jī)械手的工作范圍根據(jù)工藝要求和操作運(yùn)動的軌跡來確定 一個操作運(yùn)動的軌跡需 要幾個動作合成 在工作范圍被確定的情況下 可將軌跡分解成幾個單個的動作 由多 個動作的行程來確定機(jī)械手的最大行程 確定本機(jī)械手的動作范圍如下 手臂伸長量 150mm 手腕回轉(zhuǎn)角度 115 手臂回轉(zhuǎn)角度 115 手臂升降行程 170mm 手臂水平運(yùn)動行程 100mm 2 3 確定運(yùn)動速度 機(jī)械手各動作的最大行程確定之后 可按照生產(chǎn)需要來分配每個動作的工作時間 從而確定各動作的運(yùn)動速度 液壓機(jī)械手要完成整個工作過程 需完成夾緊工件 手臂 升降 伸縮 平移等一系列的動作 這些動作都應(yīng)該預(yù)訂設(shè)定的時間內(nèi)完成 具體時間 的分配取決于很多因素 根據(jù)各種因素反復(fù)進(jìn)行計算 對分配的方案進(jìn)行比較 才能確 定 機(jī)械手的總工作哦時間應(yīng)小于或等于工作拍節(jié) 如果兩個動作同時進(jìn)行 要按時間 長的計算 分配各動作時間應(yīng)考慮以下要求 給定的運(yùn)動時間應(yīng)大于液壓元件的執(zhí)行時間 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)動速度 機(jī)械手的運(yùn)動速 度與臂力 行程 驅(qū)動方式 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 在工作拍節(jié)短 動作多的情況下 常使幾個動作同時進(jìn)行 采取相應(yīng)的措施來 驅(qū)動系統(tǒng) 來保證運(yùn)轉(zhuǎn)動作的同步 液壓抓取機(jī)械手的各運(yùn)動速度如下 手腕回轉(zhuǎn)速度 s40 腕 回V 手臂伸縮速度 5m臂 伸v 手臂回轉(zhuǎn)速度 臂 回 手臂升降速度 s臂 伸 立柱水平運(yùn)動速度 0 住 移 手指夾緊油缸的運(yùn)動速度 5夾v 2 4 手臂的配置形式 機(jī)械手的手臂配置形式?jīng)Q定了它的總體布局 運(yùn)動要求 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)械手采用固定底座式 工業(yè)機(jī)器人大多采用基座 式機(jī)械手 機(jī)座上可以裝上獨立的控制裝置 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 工作范圍較大 5 2 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 所以一般與機(jī)械擋塊聯(lián)合應(yīng)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用可靠 故應(yīng)用也是最多的 2 6 驅(qū)動與控制方式的選擇 機(jī)械手的驅(qū)動與控制方式是根據(jù)它們的特點結(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 控制系統(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 驅(qū)動方式一般有四種 氣壓驅(qū)動 液壓驅(qū)動 電氣驅(qū)動和機(jī)械驅(qū)動 6 參考 工業(yè)機(jī)器人 表 9 6 和表 9 7 按照設(shè)計要求 本機(jī)械手采用的驅(qū)動方式為液 壓驅(qū)動 控制方式為固定程序的 PLC 控制 總裝配圖如下 圖 2 1 總裝圖 2 7 本章小結(jié) 本章主要確定了機(jī)械手的臂力范圍 工作范圍 運(yùn)動速度和手臂的配置形式 確定 本機(jī)械手的檢測裝置和驅(qū)動控制方式 是系統(tǒng)可以正常運(yùn)行 3 手部結(jié)構(gòu) 3 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 3 2 設(shè)計時應(yīng)考慮的幾個問題 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 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 若夾持不同直徑的工件 應(yīng)按最大直徑的工件考慮 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 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 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)計和確定手指的形狀 3 3 驅(qū)動力的計算 1 手指 2 銷軸 3 拉桿 4 指座 圖 3 1 杠桿式手部受力分析 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 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 P1 和 P2 的延長線交 O1O2 于 A 及 B 由于 O1OA 和 O2OA 均為直角三角形 故 AOC BOC 根據(jù)銷軸的力平衡條件 即 0 Fx21p 0Fy cos 3 1 銷軸對手指的作用力為 p1 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 得0 1 FmNbhp 因為 cos a 所以 abp cos22 3 2 式中 a 手指的回轉(zhuǎn)支點到對稱中心線的距離 毫米 工件被夾緊時手指的滑槽方向與兩回轉(zhuǎn)支點連線間的夾角 由上式可知 當(dāng)驅(qū)動力 P 一定時 角增大則握力 N 也隨之增加 但 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 30 40 這里取角 30 度 這種手部結(jié)構(gòu)簡單 具有動作靈活 手指開閉角大等特點 查 工業(yè)機(jī)械手設(shè)計基 礎(chǔ) 7 中表 2 1 可知 V 形手指夾緊圓棒料時 握力的計算公式 N 0 5G 綜合前面驅(qū)動 力的計算方法 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 其實際的驅(qū)動力 P 實際應(yīng)按以下公式計算 即 pk21 實 際 3 3 式中 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 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 98 牛頓 V 型鉗口的夾角為 120 30 時 拉緊油缸的驅(qū) 動力 P 和 P 實際計算如下 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)量夾緊力計算 公式 GN5 0 3 4 把已知條件代入得當(dāng)量夾緊力為 49N 由滑槽杠桿式結(jié)構(gòu)的驅(qū)動力計算公式 得 abp cos22 3 5 P P 計算 5 1249 30 cos7 452N P 實際 P 計算 1K 取 85 0 1k 98 02 則 實 際 N3 5 p 3 4 兩支點回轉(zhuǎn)式鉗爪的定位誤差的分析 鉗口與鉗爪的連接點 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 22 sin XabRl 3 6 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 22 sinmax abRl 2 sinm abl 3 7 其中 l 45mm b 5mm a 27mm 120 m15in R30ax 代入公式計算得最大定位誤差 44 2 44 7 0 5 0 8 所以是符合要求 3 5 本章小結(jié) 本章闡述了液壓機(jī)械手手部在設(shè)計時需要注意的問題 計算出驅(qū)動力 分析了回轉(zhuǎn) 式抓手的定位誤差 4 腕部的結(jié)構(gòu) 4 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)計腕部時要注意以下幾點 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 8 4 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 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 圖 4 1 手的腕部結(jié)構(gòu) 4 3 手腕驅(qū)動力矩的計算 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)動力矩可按下式計算 摩偏慣驅(qū) N mM 4 1 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 圖 4 2 腕部回轉(zhuǎn)力矩計算圖 摩擦阻力矩 M 摩 摩 mN2D1f 4 2 式中 f 軸承的摩擦系數(shù) 滾動軸承取 f 0 02 滑動軸承取 f 0 1 N1 N2 軸承支承反力 N D1 D2 軸承直徑 m 由設(shè)計知 時D035 1 m04 2801 20NG981 02 e 54 3M 摩 4 3 得 摩 N 工件重心偏置力矩引起的偏置力矩 M 偏 偏 G1e 4 4 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 G 98N 時 偏 mN1 96M 腕部啟動時的慣性阻力矩 M 慣 當(dāng)知道手腕回轉(zhuǎn)角速度 時 可用下式計算 M 慣 工 件 慣 tj 4 5 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 2 J 工件 工件對手腕回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動慣量 kg m 按已知計算得 J 2 5 J 工件 6 25 0 3m m t 2 2 故 M 慣 1 3 N m 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算 M 慣 工 件 慣 N2j 4 6 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 摩偏慣 mN 2 1 4 7 6 93 251 M 4 4 本章小結(jié) 本章描述了腕部結(jié)構(gòu)和手腕驅(qū)動力矩的計算 5 臂部的結(jié)構(gòu) 5 1 臂部概述 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)械手的手臂有三個自由度 即手臂的伸縮 左右回轉(zhuǎn) 和升降運(yùn)動 手臂的回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動是通過立柱來實現(xiàn)的 立柱的橫向移動即為手臂的 橫向移動 手臂的各種運(yùn)動通常由驅(qū)動機(jī)構(gòu)和各種傳動機(jī)構(gòu)來實現(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)動形式 自由度數(shù) 運(yùn)動速度及其定位精度的要求來設(shè) 計手臂的結(jié)構(gòu)型式 同時 設(shè)計時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)計臂部時一般要注意下述要求 剛度要大 為防止臂部在運(yùn)動過程中產(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 導(dǎo)向性要好 為防止手臂在直線移動中 沿運(yùn)動軸線發(fā)生相對運(yùn)動 或設(shè)置導(dǎo) 向裝置 或設(shè)計方形 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)動速度 要盡量減少臂部運(yùn)動部分的重量 以減少偏重力矩和整 個手臂對回轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動慣量 運(yùn)動要平穩(wěn) 定位精度要高 由于臂部運(yùn)動速度越高 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) 動部分的重量 使結(jié)構(gòu)緊湊 重量輕 同時要采取一定的緩沖措施 9 5 2 手臂直線運(yùn)動機(jī)構(gòu) 機(jī)械手手臂的伸縮 升降及橫向移動均屬于直線運(yùn)動 而實現(xiàn)手臂往復(fù)直線運(yùn)動的 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) 10 5 2 1 手臂伸縮運(yùn)動 這里實現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動是采用液壓驅(qū)動的活塞油缸 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 則推動活塞桿 2 即手臂 作往復(fù)直線運(yùn)動 導(dǎo)向桿 3 在導(dǎo)向套 4 內(nèi)移動 以防止 手臂伸縮時的轉(zhuǎn)動 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 1 雙導(dǎo)向桿手臂的伸縮結(jié)構(gòu) 5 2 2 導(dǎo)向裝置 液壓驅(qū)動的機(jī)械手手臂在進(jìn)行伸縮 或升降 運(yùn)動時 為了防止手臂繞軸線發(fā)生轉(zhuǎn) 動 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)計手臂的結(jié)構(gòu)時 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 同時在結(jié)構(gòu)設(shè)計和布局上應(yīng)盡量減少運(yùn)動部件的重量 和減少手臂對回轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動慣量 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 1 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 5 2 所示 在導(dǎo)向桿 1 的尾端用 支承架 4 將兩個導(dǎo)向桿連接起來 支承架的兩側(cè)安裝兩個滾動軸承 2 當(dāng)導(dǎo)向桿隨同伸縮 缸的活塞桿一起移動時 支承架上的滾動軸承就在支承板 3 的支承面上滾動 1 導(dǎo)向桿 2 滾動軸承 3 支承板 4 支承架 圖 5 2 雙導(dǎo)向桿手臂結(jié)構(gòu) 5 2 3 手臂的升降運(yùn)動 如圖 5 3 手臂的升降運(yùn)動機(jī)構(gòu) 當(dāng)升降缸上下兩腔通壓力油時 活塞杠 4 做上下運(yùn)動 活塞缸體 2 固定在旋轉(zhuǎn)軸上 由活塞桿帶動套筒 3 做升降運(yùn)動 其導(dǎo)向作用靠立柱的平 鍵 8 實現(xiàn) 圖中 6 為位置檢測裝置 圖 5 3 升降和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)圖 5 3 手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動 實現(xiàn)手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動的機(jī)構(gòu)形式是多種多樣的 常用的有回轉(zhuǎn)缸 齒輪傳動機(jī)構(gòu) 鏈 輪傳動機(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 由齒條活塞桿 7 驅(qū)動齒輪 帶動配油軸和缸體一起轉(zhuǎn)動 再通過缸體上的平鍵 8 帶動外 套一起轉(zhuǎn)動實現(xiàn)手臂的回轉(zhuǎn) 5 4 手臂的橫向移動 如圖 5 4 手臂的橫向移動機(jī)構(gòu) 手臂的橫向移動是由活塞缸 5 來驅(qū)動的 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 其缸體就帶動滑臺 1 沿著燕尾形滑座 2 做橫向往復(fù)運(yùn)動 圖 5 4 臂橫向移動機(jī)構(gòu) 5 5 臂部運(yùn)動驅(qū)動力計算 計算臂部運(yùn)動驅(qū)動力 包括力矩 時 要把臂部所受的全部負(fù)荷考慮進(jìn)去 機(jī)械手 工作時 臂部所受的負(fù)荷主要有慣性力 摩擦力和重力等 11 5 5 1 臂水平伸縮運(yùn)動驅(qū)動力的計算 手臂做水平伸縮運(yùn)動時 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 還要克服啟動過程中的慣性力 其驅(qū)動力 Pq 可按 下式計算 NFmg pq 5 1 式中 Fm 各支承處的摩擦阻力 Fg 啟動過程中的慣性力 其大小可按下式估算 NagWF 5 2 式中 W 手臂伸縮部件的總重量 N g 重力加速度 9 8m s 2 a 啟動過程中的平均加速度 m s 2 而 2smtva 5 3 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 則這個過程的速度 變化量就等于手臂的工作速度 t 啟動過程中所用的時間 一般為 0 01 0 5s 當(dāng) Fm 80N W 1098 N V 500mm s 時 192805 9180NPq 5 5 2 臂垂直升降運(yùn)動驅(qū)動力的計算 手臂作垂直運(yùn)動時 除克服摩擦阻力 Fm 和慣性力 Fg 之外 還要克服臂部運(yùn)動部件 的重力 故其驅(qū)動力 Pq 可按下式計算 NWFmpgq 5 4 式中 Fm 各支承處的摩擦力 N Fg 啟動時慣性力 N 可按臂伸縮運(yùn)動時的情況計算 W 臂部運(yùn)動部件的總重量 N 上升時為正 下降時為負(fù) 當(dāng) Fm 40N Fg 100N W 1098N 時 1238094NPq 5 5 3 臂部回轉(zhuǎn)運(yùn)動驅(qū)動力矩的計算 臂部回轉(zhuǎn)運(yùn)動驅(qū)動力矩應(yīng)根據(jù)啟動時產(chǎn)生的慣性力矩與回轉(zhuǎn)部件支承處的摩擦力矩 來計算 由于啟動過程一般不是等加速度運(yùn)動 故最大驅(qū)動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)動力矩 Mq 可按下式計算 3 1mNMgq 5 5 式中 Mm 各支承處的總摩擦力矩 Mg 啟動時慣性力矩 一般按下式計算 tjg 5 6 式中 J 手臂部件對其回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動慣量 kg m 2 回轉(zhuǎn)手臂的工作角速度 rad s t 回轉(zhuǎn)臂啟動時間 s 當(dāng) Mm 84 N m 32 08mNMg 8 1506 q 5 7 對于活塞 導(dǎo)向套筒和油缸等的轉(zhuǎn)動慣量都要做詳細(xì)計算 因為這些零件的重量較 大或回轉(zhuǎn)半徑較大 對總的計算結(jié)果影響也較大 對于小零件則可作為質(zhì)點計算其轉(zhuǎn)動 慣量 對其質(zhì)心轉(zhuǎn)動慣量忽略不計 對于形狀復(fù)雜的零件 可劃分為幾個簡單的零件分 別進(jìn)行計算 其中有的部分可當(dāng)作質(zhì)點計算 可以參考 工業(yè)機(jī)器人 12 表 4 1 6 液壓系統(tǒng)的設(shè)計 6 1 液壓系統(tǒng)簡介 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 12 6 2 液壓系統(tǒng)的組成 液壓傳動系統(tǒng)主要由以下幾個部分組成 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 液動機(jī) 壓力油驅(qū)動運(yùn)動部件對外工作部分 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 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 14 6 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)動的換向 工作速度的調(diào)節(jié)以及同步運(yùn)動等 6 3 1 壓力控制回路 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 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 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 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 順序閥做平衡閥實現(xiàn)任意位置鎖緊的回路 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)供應(yīng)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 避免空氣混入 以保證啟動時的平穩(wěn)性 13 6 3 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 15 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)點是 簡單可靠 調(diào)速范圍較大 價格便宜 其缺點是 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)速閥實現(xiàn)節(jié)流調(diào)速 6 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 13 6 4 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 14 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 4 1 上料機(jī)械手的動作順序 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 手臂中停 此時立式精鍛機(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 實現(xiàn)液壓系統(tǒng)的自動控制 6 4 2 自動上料機(jī)械手液壓系統(tǒng)原理介紹 圖 6 1 械手液壓系統(tǒng)圖 液壓系統(tǒng)原理如圖 6 1 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5 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5 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5 或稱電液換向閥 34DY 63B 來實現(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為例 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 則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 的熱料使光電繼電器發(fā)出電信號 或經(jīng)過 人工啟動 經(jīng)過步進(jìn)選線器跳步 使機(jī)械手開始按程序動作 此時卸荷停止 二位二通 電磁閥 5 和 10 的電磁鐵斷電 電磁鐵 8DT 通電 壓力油進(jìn)到定位油缸的無桿腔進(jìn)行定 位動作 定位后此支油路系統(tǒng)壓力升高 壓力繼電器 40 發(fā)出電信號 經(jīng)過步進(jìn)選線器跳 步使電磁鐵 1DT 通電 電液換向閥 25 從 O 型滑滑機(jī)能狀態(tài)變成通路 壓力油泵從 3 和 8 經(jīng)單向閥 6 14 和 13 經(jīng)過電液換向閥 25 右邊通道進(jìn)入手臂伸縮油缸的右腔 使活塞 桿帶動導(dǎo)向桿作前伸運(yùn)動 因活塞缸固定 手臂前伸到適當(dāng)位置 裝在手臂上的碰鐵碰 行程開關(guān)發(fā)出電信號 經(jīng)步進(jìn)選線器和時間繼電器延時 是電磁鐵 3DT 通電 手指張開 手臂靠慣性滑行 手指移到待上料的中心位置 在延時結(jié)束時 3DT 斷電 手指夾緊料 并同時發(fā)信 跳步 使電磁鐵 4DT 通電 壓力油從工作油路 39 經(jīng)電液換向閥 33 右邊通 道 單向調(diào)速閥 34 的單向閥及單向順序閥 35 的單向閥進(jìn)入手臂升降油缸的下腔 推動 手臂上升 在手臂上升到預(yù)定位置 碰行程開關(guān) 使電磁鐵 4DT 斷電 電液換向閥 33 復(fù) 位成 O 型滑閥機(jī)能狀態(tài) 發(fā)出電信號經(jīng)步進(jìn)選線器跳步 使電磁鐵 2DT 通電 電液換向 閥 25 左邊接通油路 壓力油通過電液換向閥 25 左邊通道 經(jīng)過單向調(diào)速閥 26 的單向閥 進(jìn)入受臂伸縮油缸左腔使受臂縮回 同時發(fā)信 跳步 使電磁鐵 13DT 通電 壓力油通過 電液換向閥 41 的左腔 推動手臂橫向移動 當(dāng)橫向移動機(jī)構(gòu)上的碰鐵碰到行程開關(guān) 使 13DT 斷電 并發(fā)出電信號經(jīng)步進(jìn)選線器跳步使 6DT 通電 則換向閥 18 右邊接通油路 壓力油通過單向調(diào)速閥 19 的單向閥進(jìn)入手腕回轉(zhuǎn)油缸一腔 使手腕回轉(zhuǎn) 115 手腕上的 碰鐵碰行程開關(guān)使 6DT 斷電 換向閥 18 復(fù)位成 O 型滑閥機(jī)能狀態(tài) 同時亦使 8DT 斷電 定位油缸復(fù)位 拔銷 壓力繼電器復(fù)位 發(fā)出電信號 經(jīng)步進(jìn)選線器跳步 使電磁鐵 9DT 通電 換向閥 28 右邊通道接通油路 壓力油經(jīng) QI 31 的單向閥進(jìn)入手臂回轉(zhuǎn)油缸 一腔使手臂回轉(zhuǎn) 115 當(dāng)手臂的回轉(zhuǎn)碰鐵碰行程開關(guān)使 9 DT 斷電 換向閥 28 復(fù)位成 O 型滑閥機(jī)能狀態(tài) 并發(fā)出電信號 步進(jìn)選線器跳步 使 8DT 通電 定位油缸 17 動作 插定位銷 壓力繼電器 40 發(fā)出電信號經(jīng)發(fā)出電信號 經(jīng)步進(jìn)選線器跳步 使電磁鐵 1DT 通電 手臂前伸 當(dāng)手臂將棒料送到立式精鍛機(jī)的夾頭軸線前的適當(dāng)距離 手臂的碰鐵 碰行程開關(guān) 1DT 斷電 手臂靠滑行和定位螺釘使手臂將棒料送到夾頭軸線處 并發(fā)出 電信號 跳步使 12DT 通電 大泵卸荷 手臂處于 中停 位置 同時發(fā)出電信號使立式精 鍛機(jī)啟動 夾頭下降 行程開關(guān)發(fā)信 通過時間繼電器使夾頭閉合將棒料夾牢 精鍛機(jī) 電控系統(tǒng)發(fā)信 給機(jī)械手電控系統(tǒng) 經(jīng)過選線器跳步 時間繼電器延時使 3DT 通電 機(jī) 械手手指松開 同時 精鍛機(jī)的電控系統(tǒng)發(fā)信使夾頭提升 延時到 3DT 斷電 手指閉合 并發(fā)出電信號 步選器跳步 2DT 通電 手臂縮回 當(dāng)手筆碰鐵碰到行程開關(guān)時 2DT 斷電 手臂縮回停 并發(fā)出電信號和跳步 使 5DT 通電 電液換向閥 33 的左邊通道接 通油路 壓力油經(jīng) QI 36 的單向閥進(jìn)到升降缸的上腔 使手臂下降 當(dāng)升降導(dǎo)套上的 碰鐵碰行程開關(guān)時 5DT 斷電 手臂下降停 并發(fā)出電信號和跳步 使 7DT 通電 換向 罰 18 的左邊通道接通油路 壓力油 QI 20 的單向閥進(jìn)入手腕回轉(zhuǎn)油缸的另一腔 使手 腕反轉(zhuǎn) 115 手腕上的碰鐵碰行程開關(guān) 使 7DT 斷電并發(fā)出電信號 跳步 使 8DT 斷電 拔定位銷 壓力繼電器復(fù)位發(fā)出電信號 跳步 使 10DT 通電 換向閥 28 左邊通道接 通油路 壓力油經(jīng) QI 29 的單向閥進(jìn)入手臂回轉(zhuǎn)油缸的另一腔 使手臂反轉(zhuǎn) 115 機(jī) 械手復(fù)位 當(dāng)手臂上的回轉(zhuǎn)碰鐵碰行程開關(guān)時 10DT 斷電 并發(fā)出信號 跳步 使 14DT 通電 立柱回移 回到原位 機(jī)械手回到原來位置 步進(jìn)選線器跳步 使 11DT 和 12DT 通電 兩個油泵同時卸荷 機(jī)械手的動作循環(huán)結(jié)束 15 6 5 機(jī)械手液壓系統(tǒng)的簡單計算 計算的主要內(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 6 雙作用單桿活塞油缸 作用單桿活塞桿油缸計算簡圖 6 2 如下 圖 6 2 作用單桿活塞桿油缸計算簡圖 流量 驅(qū)動力的計算 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 1402VDQ 6 1 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3 3 升降油缸 Q1 0 83 cm s 3 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 plDP241 6 2 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)