數(shù)控機(jī)床上下料機(jī)械手設(shè)計(jì)

1、1.1 選題背景由于工業(yè)自動(dòng)化的全面開(kāi)展和科學(xué)技術(shù)的不斷提升,對(duì)工作效率的提升迫在眉睫.單純的手工勞作以滿(mǎn)足不了工業(yè)自動(dòng)化的要求,因此,必須利用先進(jìn)設(shè)備生產(chǎn)自動(dòng)化機(jī)械以取代人的勞動(dòng),滿(mǎn)足工業(yè)自動(dòng)化的需求.其中機(jī)械手是其開(kāi)展過(guò)程中的重要產(chǎn)物之一,它不僅提升了勞動(dòng)生產(chǎn)的效率,還能代替人類(lèi)完成高強(qiáng)度、危險(xiǎn)、重復(fù)枯燥的工作,減輕人類(lèi)勞動(dòng)強(qiáng)度,可以說(shuō)是一舉兩得.在機(jī)械行業(yè)中,機(jī)械手越來(lái)越廣泛的得到應(yīng)用,它可用于零部件的組裝,加工工件的搬運(yùn)、裝卸,特別是在自動(dòng)化數(shù)控機(jī)床、組合機(jī)床上使用更為普遍.目前,機(jī)械手已開(kāi)展成為柔性制造系統(tǒng)FMS和柔性制造單元FMC中一個(gè)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(gè)柔

2、性加工系統(tǒng)或柔性制造單元,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).但目前我國(guó)的工業(yè)機(jī)械手技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國(guó)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(kāi)發(fā)直接影響到我國(guó)機(jī)械行業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)水平的提升,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)具有重要意義.1.2 設(shè)計(jì)目的目前,我國(guó)大多數(shù)工廠的生產(chǎn)線上數(shù)控機(jī)床裝卸工件仍由人工完成,其勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)效率低,而且具有一定的危險(xiǎn)性,已經(jīng)滿(mǎn)足不了生產(chǎn)自動(dòng)化的開(kāi)展趨勢(shì).為了提升工作效率,降低本錢(qián),并使生產(chǎn)線開(kāi)展成為柔性制造系統(tǒng),適應(yīng)現(xiàn)代機(jī)械行業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)的要求,針對(duì)具體生產(chǎn)工藝,結(jié)合機(jī)床的實(shí)際結(jié)構(gòu),

3、利用機(jī)械手技術(shù),設(shè)計(jì)用一臺(tái)上下料機(jī)械手代替人工工作,以提升勞動(dòng)生產(chǎn)率.本機(jī)械手主要與數(shù)控機(jī)床組合最終形成生產(chǎn)線,實(shí)現(xiàn)加工過(guò)程的自動(dòng)化和無(wú)人化.1.3 開(kāi)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)目前,國(guó)內(nèi)外各種機(jī)械手和機(jī)械手的研究成為科研的熱點(diǎn),其研究的現(xiàn)狀和大體趨勢(shì).機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化開(kāi)展.二.工業(yè)機(jī)械手限制系統(tǒng)向基于PC機(jī)的開(kāi)放型限制器方向開(kāi)展,便于標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化；器件集成度提升,結(jié)構(gòu)小巧,且采用模塊化結(jié)構(gòu)；大大提升了系統(tǒng)的可靠性、易操作性,而且維修方便.三.機(jī)械手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,還引進(jìn)了視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、接觸覺(jué)傳感器,使其向智能化方向開(kāi)展.4 .關(guān)節(jié)式、側(cè)噴式、頂噴

4、式、龍門(mén)式噴涂機(jī)械手產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、模塊化、系列化設(shè)計(jì)；柔性仿形噴涂機(jī)械手開(kāi)發(fā),柔性仿形復(fù)合機(jī)構(gòu)開(kāi)發(fā),仿形伺服軸軌跡規(guī)劃研究,限制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)；5 .焊接、搬運(yùn)、裝配、切割等作業(yè)的工業(yè)機(jī)械手產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、模塊化、系列化研究；以及離線示教編程和系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真.總的來(lái)說(shuō),大體是兩個(gè)方向：其一是機(jī)械手的智能化,多傳感器、多限制器,先進(jìn)的限制算法,復(fù)雜的機(jī)電限制系統(tǒng)；其二是與生產(chǎn)加工相聯(lián)系,性?xún)r(jià)比高,在滿(mǎn)足工作要求的根底上,追求系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)潔、可靠,大量采用工業(yè)限制器,市場(chǎng)化、模塊化的元件.第二章機(jī)械手各部件的設(shè)計(jì)2.1 機(jī)械手的總體設(shè)計(jì)2.1.1 機(jī)械手總體結(jié)構(gòu)的類(lèi)型工業(yè)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)形式主要

5、有四種：直角坐標(biāo)結(jié)構(gòu),圓柱坐標(biāo)結(jié)構(gòu),球坐標(biāo)結(jié)構(gòu)和關(guān)節(jié)型結(jié)構(gòu).各結(jié)構(gòu)形式及其相應(yīng)的特點(diǎn),分別介紹1 .直角坐標(biāo)機(jī)械手結(jié)構(gòu)特點(diǎn)直角坐標(biāo)機(jī)械手的空間運(yùn)動(dòng)是用三個(gè)相互垂直的直線運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的,如圖2-1.a.由于直線運(yùn)動(dòng)易于實(shí)現(xiàn)全閉環(huán)的位置限制,因此,其運(yùn)動(dòng)位置精度高,但此種類(lèi)型機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)空間相對(duì)較小,如要到達(dá)較大運(yùn)動(dòng)空間,那么要求機(jī)械手的尺寸足夠大.直角坐標(biāo)機(jī)械手的工作空間為一空間長(zhǎng)方體,主要用于裝配作業(yè)及搬運(yùn)作業(yè).直角坐標(biāo)機(jī)械手有懸臂式,龍門(mén)式,天車(chē)式三種結(jié)構(gòu).2 .圓柱坐標(biāo)機(jī)械手結(jié)構(gòu)特點(diǎn)圓柱坐標(biāo)機(jī)械手的空間運(yùn)動(dòng)是用一個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)及兩個(gè)直線運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的,如圖2-1.bo其工作空間是一個(gè)圓柱狀的空間.

6、這種機(jī)械手構(gòu)造比擬簡(jiǎn)單,精度相對(duì)較高,常用于搬運(yùn)作業(yè).3 .球坐標(biāo)機(jī)械手結(jié)構(gòu)特點(diǎn)球坐標(biāo)機(jī)械手的空間運(yùn)動(dòng)是由兩個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和一個(gè)直線運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的,如圖2-1.C.其工作空間是一個(gè)類(lèi)球形的空間.這種機(jī)械手結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、本錢(qián)較低,但精度不很高,主要應(yīng)用于搬運(yùn)作業(yè).4 .關(guān)節(jié)型機(jī)械手結(jié)構(gòu)特點(diǎn)關(guān)節(jié)型機(jī)械手的空間運(yùn)動(dòng)是由三個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的,如圖2-1.d.相對(duì)機(jī)械手本體尺寸,其工作空間比擬大,動(dòng)作靈活,結(jié)構(gòu)緊湊,占地面積小.此種機(jī)械手在工業(yè)中應(yīng)用十分廣泛,如焊接、噴漆、搬運(yùn)、裝配等作業(yè).關(guān)節(jié)型機(jī)械手又分為水平關(guān)節(jié)型和垂直關(guān)節(jié)型兩種.5 .1.2具體采用方案如圖2-2所示機(jī)械手模擬工作布局圖,根據(jù)實(shí)際操作的需要,

7、該機(jī)械手在工作中需要3種運(yùn)動(dòng),其中手臂的伸縮和立柱升降為直線運(yùn)動(dòng),另一個(gè)為手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),因此其自由度數(shù)目為3,綜合考慮,應(yīng)選擇圓柱坐標(biāo)機(jī)械手結(jié)構(gòu),其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,工作范圍相對(duì)較大,且有較高的精度,滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求.2.2機(jī)械手手爪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.2.1 設(shè)計(jì)要求手爪是用來(lái)進(jìn)行操作及作業(yè)的裝置,其種類(lèi)很多,根據(jù)操作及作業(yè)方式的不同,分為搬運(yùn)用、加工用、測(cè)量用等.搬運(yùn)用手爪是指各種夾持裝置,用來(lái)抓取或吸附被搬運(yùn)的物體；加工用手爪是帶有噴槍、焊槍、砂輪、銃刀等加工工具的機(jī)械手附加裝置,用來(lái)進(jìn)行相應(yīng)的加工作業(yè)；測(cè)量用手爪是裝有測(cè)量頭或傳感器的附加裝置,用來(lái)進(jìn)行測(cè)量及檢驗(yàn)作業(yè).機(jī)械手手爪設(shè)計(jì)有如下要求1、機(jī)械手手

8、爪是根據(jù)機(jī)械手作業(yè)要求來(lái)設(shè)計(jì)的.既根據(jù)其應(yīng)用場(chǎng)合設(shè)計(jì)手爪,在滿(mǎn)足作業(yè)要求的前提下,機(jī)械手手爪還要求體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊.2、機(jī)械手手爪的萬(wàn)能性與專(zhuān)用性是矛盾的.萬(wàn)能手爪在結(jié)構(gòu)上很復(fù)雜,甚至很難實(shí)現(xiàn),從工業(yè)實(shí)際應(yīng)用出發(fā),應(yīng)著重開(kāi)發(fā)各種專(zhuān)用的、高效率的機(jī)械手手爪,加之以快速更換裝置,以實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的多種作業(yè)功能,而不主張用一個(gè)萬(wàn)能的手爪去完成多種作業(yè),以考慮設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)效益.3、機(jī)械手手爪的通用性.通用性是指有限的手爪,可適用于不同的機(jī)械手,這就要求末端執(zhí)行器要有標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)械接口如法蘭,使末端執(zhí)行器實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化.4、機(jī)械手手爪要便于安裝和維修,易于實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)限制.2.2.2 驅(qū)動(dòng)方式一般工業(yè)機(jī)械手手爪

9、,多為雙指手爪.按手指的運(yùn)動(dòng)方式,可分為回轉(zhuǎn)型和移動(dòng)型；按夾持方式來(lái)分,有外夾式和內(nèi)撐式兩種.機(jī)械手夾持器手爪的驅(qū)動(dòng)方式主要有三種1 .氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式這種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是用電磁閥來(lái)限制手爪的運(yùn)動(dòng)方向,用氣流調(diào)節(jié)閥來(lái)調(diào)節(jié)其運(yùn)動(dòng)速度.由于氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)價(jià)格較低,所以氣動(dòng)夾持器在工業(yè)中應(yīng)用較為普遍.另外,由于氣體的可壓縮性,使氣動(dòng)手爪的抓取運(yùn)動(dòng)具有一定的柔順性,這一點(diǎn)是抓取動(dòng)作十分需要的.2 .電動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式電動(dòng)驅(qū)動(dòng)手爪應(yīng)用也較為廣泛.這種手爪,一般采用直流伺服電機(jī)或步進(jìn)電機(jī),并需要減速器以獲得足夠大的驅(qū)動(dòng)力和力矩.電動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式可實(shí)現(xiàn)手爪的力與位置限制.但是,這種驅(qū)動(dòng)方式不能用于有防爆要求的條件下,由于電機(jī)有可

10、能產(chǎn)生火花和發(fā)熱.3 .液壓驅(qū)動(dòng)方式液壓驅(qū)動(dòng)方式是利用液壓系統(tǒng)進(jìn)行限制,傳動(dòng)剛度大,可實(shí)現(xiàn)連續(xù)位置限制.4 .2.3典型結(jié)構(gòu)機(jī)械手手爪的典型結(jié)構(gòu)有以下五種1 .楔塊杠桿式手爪利用楔塊與杠桿來(lái)實(shí)現(xiàn)手爪的松、開(kāi),來(lái)實(shí)現(xiàn)抓取工件.2 .滑槽式手爪當(dāng)活塞向前運(yùn)動(dòng)時(shí),滑槽通過(guò)銷(xiāo)子推動(dòng)手爪合并,產(chǎn)生夾緊動(dòng)作和夾緊力,當(dāng)活塞向后運(yùn)動(dòng)時(shí),手爪松開(kāi).這種手爪開(kāi)合行程較大,適應(yīng)抓取大小不同的物體.3 .連桿杠桿式手爪在活塞的推力下,連桿和杠桿使手爪產(chǎn)生夾緊放松運(yùn)動(dòng),由于杠桿的力放大作用,這種手爪有可能產(chǎn)生較大的夾緊力.通常與彈簧聯(lián)合使用.4 .齒輪齒條式手爪通過(guò)活塞推動(dòng)齒條,齒條帶動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn),產(chǎn)生手爪的夾緊與松開(kāi)

11、動(dòng)作.5 .平行杠桿式手爪采用平行四邊形機(jī)構(gòu),因此不需要導(dǎo)軌就可以保證手爪的兩手指保持平行運(yùn)動(dòng),且比帶有導(dǎo)軌的平行移動(dòng)手爪的摩擦力要小得多.6 .2.4具體設(shè)計(jì)方案結(jié)合具體的工作情況,本設(shè)計(jì)采用連桿杠桿式的手爪.驅(qū)動(dòng)活塞往復(fù)移動(dòng),通過(guò)活塞桿端部齒條,中間齒條及扇形齒條使手指張開(kāi)或閉合.手指的最小開(kāi)度由加工工件的直徑來(lái)調(diào)定.本設(shè)計(jì)根據(jù)工件的直徑為50mm來(lái)設(shè)計(jì).手爪的具體結(jié)構(gòu)形式如圖2-3所示：2.3 機(jī)械手手腕結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)機(jī)械手手腕是機(jī)械手操作機(jī)的最末端,與手爪相連接,它與機(jī)械手手臂配合,使手爪在空間運(yùn)動(dòng),完成所需要的作業(yè)動(dòng)作.2.3.1 手腕結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求1、由于手腕安裝在機(jī)械手末端,因此要求

12、手腕設(shè)計(jì)應(yīng)盡量小巧輕盈,結(jié)構(gòu)緊湊.2、根據(jù)作業(yè)需要,設(shè)計(jì)機(jī)械手手腕的自由度.一般情況下,自由度數(shù)目愈多,腕部的靈活性愈高,對(duì)對(duì)作業(yè)的適應(yīng)水平也愈強(qiáng).但自由度的增加,必然使腕部結(jié)構(gòu)更復(fù)雜,限制更困難,本錢(qián)也會(huì)相應(yīng)增加.因此,手腕的自由度數(shù),應(yīng)根據(jù)實(shí)際作業(yè)要求來(lái)確定.3、為實(shí)現(xiàn)腕部的通用性,要求有標(biāo)準(zhǔn)的連接法蘭,以便于和不同的機(jī)械手手爪進(jìn)行連接.4、為保證工作時(shí)力的傳遞和運(yùn)動(dòng)的連貫,腕部結(jié)構(gòu)要有足夠的強(qiáng)度和剛度.5、要設(shè)有可靠的傳動(dòng)間隙調(diào)整機(jī)構(gòu),以減小空回間隙,提升傳動(dòng)精度.6、手腕各關(guān)節(jié)軸轉(zhuǎn)動(dòng)要有限位開(kāi)關(guān),并設(shè)置硬限位,以預(yù)防超限造成機(jī)械損壞.2.3.2 具體設(shè)計(jì)方案通過(guò)對(duì)數(shù)控機(jī)床上下料作業(yè)的具

13、體分析,考慮數(shù)控機(jī)床加工的具體形式及對(duì)機(jī)械手上下料作業(yè)時(shí)的具體要求,在滿(mǎn)足系統(tǒng)工藝要求的前提下提升平安和可靠性,為使機(jī)械手的結(jié)構(gòu)盡量簡(jiǎn)單,降低限制的難度,本設(shè)計(jì)手腕不增加自由度,實(shí)踐證實(shí)這是完全能滿(mǎn)足作業(yè)要求的,3個(gè)自由度來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)床的上下料完全足夠.具體的手腕手臂手爪聯(lián)結(jié)梁結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2-4.2.4 機(jī)械手手臂結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)2.4.1 手臂結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求機(jī)械手的手臂在工作時(shí),要承受一定的載荷,且其運(yùn)動(dòng)本身具有一定的速度,因此,機(jī)械手手臂的設(shè)計(jì)需要遵循以下設(shè)計(jì)要求1、工作空間的形狀和大小與機(jī)械手手臂的長(zhǎng)度,手臂關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)范圍有密切的關(guān)系,因此手臂尺寸設(shè)計(jì)應(yīng)合理,一般滿(mǎn)足其工作空間即可.2、為了提升機(jī)械手

14、的運(yùn)動(dòng)速度與限制精度,應(yīng)在保證機(jī)械手手臂有足夠強(qiáng)度和剛度的條件下,盡可能在結(jié)構(gòu)上、材料上設(shè)法減輕手臂的重量.3、應(yīng)盡可能使機(jī)械手手臂各關(guān)節(jié)軸相互平行；相互垂直的軸應(yīng)盡可能相交于一點(diǎn),這樣可以使機(jī)械手運(yùn)動(dòng)學(xué)正逆運(yùn)算簡(jiǎn)化,有利于機(jī)械手的限制.4、機(jī)械手各關(guān)節(jié)的軸承間隙要盡可能小,以減小機(jī)械間隙所造成的運(yùn)動(dòng)誤差.5、為提升機(jī)械手手臂運(yùn)動(dòng)的響應(yīng)速度、減小電機(jī)負(fù)載,機(jī)械手的手臂相對(duì)其關(guān)節(jié)回轉(zhuǎn)軸應(yīng)盡可能在重量上平衡.2.4.2 具體設(shè)計(jì)方案由于機(jī)械手手臂運(yùn)動(dòng)為直線運(yùn)動(dòng),且考慮到搬運(yùn)工件的重量較大質(zhì)量達(dá)30KG,以及機(jī)械手的動(dòng)態(tài)性能及運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性,平安性和較高的剛度要求,因此選擇液壓驅(qū)動(dòng)方式.通過(guò)液壓缸的直

15、接驅(qū)動(dòng),液壓缸既是驅(qū)動(dòng)元件,又是執(zhí)行運(yùn)動(dòng)件,因此不用再額外設(shè)計(jì)執(zhí)行件；而且液壓缸實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng),限制簡(jiǎn)單,易于實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)的限制.由于液壓系統(tǒng)能提供很大的驅(qū)動(dòng)力,因此驅(qū)動(dòng)力和結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度都較容易實(shí)現(xiàn),其關(guān)鍵在于機(jī)械手運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性和剛度的設(shè)計(jì).因此手臂液壓缸的設(shè)計(jì)原那么是液壓缸的直徑取得大一點(diǎn)在整體結(jié)構(gòu)允許的情況下,再進(jìn)行強(qiáng)度的較核.同時(shí),由于限制和具體工作的要求,機(jī)械手的手臂的結(jié)構(gòu)不能太大,假設(shè)僅僅通過(guò)增大液壓缸的直徑來(lái)增大剛度,是不能滿(mǎn)足系統(tǒng)剛度要求的.因此,在設(shè)計(jì)時(shí)另外增設(shè)了導(dǎo)桿機(jī)構(gòu),小臂增設(shè)了兩個(gè)導(dǎo)桿,與活塞桿一起構(gòu)成等邊三角形的截面形式,盡量增加其剛度；大臂增設(shè)了四個(gè)導(dǎo)桿,成正四邊形布置,為

16、減小質(zhì)量,各個(gè)導(dǎo)桿均采用空心結(jié)構(gòu).通過(guò)增設(shè)導(dǎo)桿,能顯著提升機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)剛度和穩(wěn)定性,比擬好的解決了結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定性的問(wèn)題.2.5 機(jī)械手腰座結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)2.5.1 腰座結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求機(jī)械手的腰座,就是機(jī)械手的回轉(zhuǎn)基座.它是機(jī)械手的第一個(gè)回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié),承受了機(jī)械手的全部重量.因此在設(shè)計(jì)機(jī)械手腰座結(jié)構(gòu)時(shí),有以下設(shè)計(jì)要求1、由于腰座要承受機(jī)械手全部的重量和載荷,因此,機(jī)械手腰座的結(jié)構(gòu)要有足夠大的強(qiáng)度和剛度,以保證其承載水平,且腰座是機(jī)械手的第一個(gè)回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié),它對(duì)機(jī)械手末端的運(yùn)動(dòng)精度影響最大,因此,在設(shè)計(jì)時(shí)要特別注意腰部軸系及傳動(dòng)鏈的精度與剛度.2、腰部結(jié)構(gòu)要便于安裝、調(diào)整.要有可靠的定位基準(zhǔn)面和調(diào)整機(jī)構(gòu).且腰座

17、要安裝在足夠大的基面,以保證機(jī)械手在工作時(shí)整體安裝的穩(wěn)定性.3、腰部的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)要有相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)裝置,它包括驅(qū)動(dòng)器及減速器.驅(qū)動(dòng)裝置一般都帶有速度與位置傳感器,以及制動(dòng)器.4、為了減輕機(jī)械手運(yùn)動(dòng)局部的慣量,提升限制精度,要求回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)局部由比重較小的鋁合金材料制成,而不運(yùn)動(dòng)的基座是用鑄鐵或鑄鋼材料制成.2.5.2 具體設(shè)計(jì)方案腰座回轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)形式主要有兩種,一是電機(jī)通過(guò)減速機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn),二是通過(guò)擺動(dòng)液壓缸或液壓馬達(dá)來(lái)實(shí)現(xiàn).考慮到腰座是機(jī)械手的第一個(gè)回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié),對(duì)機(jī)械手的最終精度影響大,故采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)腰部的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng).由于電動(dòng)方式限制的精度高,結(jié)構(gòu)緊湊,不用額外設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)及其輔助元件.由于電機(jī)都不能直

18、接驅(qū)動(dòng),并考慮到轉(zhuǎn)速以及扭矩的具體要求,故采用大傳動(dòng)比的齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行減速和扭矩的放大.由于齒輪傳動(dòng)存在著齒側(cè)間隙,影響傳動(dòng)精度,故僅采用一級(jí)齒輪傳動(dòng),采用大的傳動(dòng)比大于100,同時(shí)為了減小傳動(dòng)誤差,齒輪采用高強(qiáng)度、高硬度的材料,高精度加工制造.腰座具體結(jié)構(gòu)如圖2-5所示2.6 機(jī)械手的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)2.6.1 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問(wèn)題由于傳動(dòng)部件直接影響著機(jī)械手的精度、穩(wěn)定性和快速響應(yīng)水平,因此,在設(shè)計(jì)機(jī)械手的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)時(shí)要注意以下問(wèn)題1、機(jī)械手的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)要力求結(jié)構(gòu)緊湊,重量輕,體積小,以提升機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)速度及限制精度.并在傳動(dòng)鏈及運(yùn)動(dòng)副中采用間隙調(diào)整機(jī)構(gòu),以減小反向空回所造成的運(yùn)動(dòng)誤差.

19、2、盡量減少系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)部件的靜摩擦力,而正摩擦力為盡可能小的正斜率,以消除爬行現(xiàn)象,增加系統(tǒng)壽命.3、盡量縮短傳動(dòng)鏈,提升傳動(dòng)與支承剛度.4、選用最正確傳動(dòng)比,以到達(dá)提升系統(tǒng)分辨率、減少等效到執(zhí)行元件輸出軸上的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,盡可能提升加速水平.5、適當(dāng)?shù)淖枘岜?阻尼比越大,零件產(chǎn)生振動(dòng)時(shí)最大振幅越小,衰減越快.但大的阻尼會(huì)使系統(tǒng)誤差增大,精度降低.故應(yīng)采取適宜的阻尼比.2.6.2 常用的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)形式常用的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要有螺旋傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)、同步帶傳動(dòng)等.1 .螺旋傳動(dòng)它主要是用來(lái)將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變換為直線運(yùn)動(dòng)或?qū)⒅本€運(yùn)動(dòng)變換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng).有傳遞能量為主的,如螺旋壓力機(jī)、千斤頂?shù)?；有以傳遞運(yùn)動(dòng)為

20、主的,如機(jī)床工作臺(tái)的進(jìn)給絲杠.2 .齒輪傳動(dòng)在機(jī)械手中常用的齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)有圓柱齒輪,圓錐齒輪,諧波齒輪,擺線針輪及蝸輪蝸桿傳動(dòng)等.齒輪傳動(dòng)部件是轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向的變換器,用于伺服系統(tǒng)的齒輪減速器是一個(gè)力矩變換器.齒輪傳動(dòng)時(shí),齒輪傳動(dòng)形式及其傳動(dòng)比必須是最正確匹配,應(yīng)滿(mǎn)足驅(qū)動(dòng)部件與負(fù)載之間的位移及轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速的匹配要求,其輸入電動(dòng)機(jī)為高轉(zhuǎn)速,低轉(zhuǎn)矩,而輸出那么為低轉(zhuǎn)速,高轉(zhuǎn)矩,且系統(tǒng)要有足夠的剛度.同時(shí),為保證在同一驅(qū)動(dòng)功率時(shí),其加速度響應(yīng)最大,還要求其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量盡量小.為使系統(tǒng)穩(wěn)定,不產(chǎn)生傳動(dòng)死區(qū),要盡量采用齒側(cè)間隙小,精度高的齒輪,并采用調(diào)整齒側(cè)間隙的方法來(lái)消除或減小嚙合間隙,從而提升傳動(dòng)精度和

21、系統(tǒng)的穩(wěn)定性,降低本錢(qián).3 .鏈傳動(dòng)在機(jī)械手中鏈傳動(dòng)多用于腕傳動(dòng)上,為了減輕機(jī)械手末端的重量,一般都將腕關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝在小臂后端或大臂關(guān)節(jié)處.由于電機(jī)距離被傳動(dòng)的腕關(guān)節(jié)較遠(yuǎn),故采用精密套筒滾子鏈來(lái)傳動(dòng).4 .同步帶傳動(dòng)同步帶傳動(dòng)是綜合了普通帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)優(yōu)點(diǎn)的一種新型傳動(dòng).為保證帶和帶輪作無(wú)滑動(dòng)的同步傳動(dòng),在帶的工作面及帶輪外周上均制有采用承載后無(wú)彈性變形的高強(qiáng)力材料制成嚙合齒,通過(guò)齒間嚙合進(jìn)行傳動(dòng).其特點(diǎn)是傳動(dòng)比準(zhǔn)確、傳動(dòng)效率高可達(dá)98%、節(jié)能效果好；能吸振、噪聲低、不需要潤(rùn)滑；傳動(dòng)平穩(wěn),能高速傳動(dòng)可達(dá)40m/s、傳動(dòng)比可達(dá)10,結(jié)構(gòu)緊湊、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn),故在機(jī)械手中使用很多.5 .6.3

22、具體設(shè)計(jì)方案由于選用了液壓缸作為機(jī)械手的手臂,它既是關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu),又是動(dòng)力單元,因此不需要中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu),既簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu),又提升了精度.而其腰座的回轉(zhuǎn)采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng),而電動(dòng)機(jī)不能作為直接驅(qū)動(dòng)元件,因此為取得較大的轉(zhuǎn)矩,經(jīng)分析比擬,選擇圓柱齒輪傳動(dòng).為了保證比擬高的精度,盡量減小因齒輪傳動(dòng)造成的誤差；同時(shí)大大增大扭矩,以較大的降低電機(jī)轉(zhuǎn)速,使機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn),動(dòng)態(tài)性能好.這里只采用一級(jí)齒輪傳動(dòng),采用大的傳動(dòng)比大于100,齒輪采用高強(qiáng)度、高硬度的材料,高精度加工制造.2.7 機(jī)械手驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.7.1 常用驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及其特點(diǎn)工業(yè)常用驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),按動(dòng)力源分為液壓、氣動(dòng)和電動(dòng)三大類(lèi).根據(jù)需要也可將這三種根本

23、類(lèi)型組合成復(fù)合式的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng).這三類(lèi)根本驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的主要特點(diǎn)如下.1 .液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有動(dòng)力大、力或力矩與慣量比大、快速響應(yīng)高、易于實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動(dòng)、精度高等特點(diǎn).適合于在承載水平大,慣量大以及在防火防爆的環(huán)境中工作的機(jī)械手.2 .氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有速度快,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,維修方便、價(jià)格低等特點(diǎn).適用于中、小負(fù)荷的機(jī)械手中采用.但是因難于實(shí)現(xiàn)伺服限制,多用于程序限制的機(jī)械手中.3 .電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有使用方便,噪聲較低,限制靈活等特點(diǎn).這類(lèi)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)不需要能量轉(zhuǎn)換,但大多數(shù)電機(jī)后面需安裝精密的傳動(dòng)機(jī)構(gòu).2.7.2 具體設(shè)計(jì)方案在分析了具體工作要求后,綜合考慮各個(gè)因素,機(jī)械手腰部的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)需要一定的定位限制精度

24、,因此采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn).由于手臂采用液壓缸,故用液壓驅(qū)動(dòng).隨著機(jī)床加工的工件的不同,手臂伸出長(zhǎng)度不同,要求手臂具有伺服定位水平,故采用電液伺服液壓缸進(jìn)行即手爪驅(qū)動(dòng).而手爪的張開(kāi)和夾緊通過(guò)液壓柱塞缸活塞與中間齒輪和扇形齒輪配合來(lái)實(shí)現(xiàn),在柱塞缸推力作用下通過(guò)活塞桿端部齒條、中間齒輪及扇形齒輪使手指張開(kāi)和閉合.2.8 機(jī)械手手臂的平衡機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)直角坐標(biāo)型、圓柱坐標(biāo)型和球坐標(biāo)型機(jī)械手可以通過(guò)合理布局,優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu),使得手臂本身可能到達(dá)平衡.關(guān)節(jié)機(jī)械手手臂一般都需要平衡裝置,以減小驅(qū)動(dòng)器的負(fù)荷,同時(shí)縮短啟動(dòng)時(shí)間.2.8.1 平衡機(jī)構(gòu)的形式1 .配重平衡機(jī)構(gòu)這種平衡裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,平衡效果好,易于調(diào)整,工

25、作可靠,但增加了機(jī)械手手臂的慣量與關(guān)節(jié)軸的載荷.一般在機(jī)械手手臂的不平衡力矩比擬小的情況下采用這種平衡機(jī)構(gòu).2 .彈簧平衡機(jī)構(gòu)彈簧平衡機(jī)構(gòu),機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低、工作可靠、平衡效果好、易維修,因此應(yīng)用廣泛.3 .活塞推桿平衡機(jī)構(gòu)活塞式平衡系統(tǒng)分為兩種,一是液壓平衡系統(tǒng),二是氣動(dòng)平衡系統(tǒng).其中液壓平衡系統(tǒng)平衡力大,體積小,有一定的阻尼作用；而氣動(dòng)平衡系統(tǒng),具有很好的阻尼作用,但體積比擬大.活塞式平衡需要配備有專(zhuān)門(mén)的液壓或氣動(dòng)裝置,系統(tǒng)復(fù)雜,因此造價(jià)高,設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試都增加了難度,但是平衡效果好.用于配重平衡、彈簧平衡滿(mǎn)足不了工作要求的場(chǎng)合.4 .8.2具體設(shè)計(jì)方案由于本機(jī)械手采用圓柱坐標(biāo)型的結(jié)構(gòu),

26、而且在手臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及整個(gè)機(jī)械手的設(shè)計(jì)和布局中都重點(diǎn)考慮了機(jī)械手手臂的平衡問(wèn)題,通過(guò)合理布局,優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu),使得手臂本身盡可能到達(dá)平衡.假設(shè)實(shí)際工作中平衡結(jié)果不滿(mǎn)足,那么設(shè)置彈簧平衡機(jī)構(gòu)進(jìn)行平衡.第3章理論分析和設(shè)計(jì)計(jì)算3.1 電機(jī)選型有關(guān)參數(shù)計(jì)算3.1.1 有關(guān)參數(shù)的計(jì)算1 .假設(shè)傳動(dòng)負(fù)載作直線運(yùn)動(dòng)通過(guò)滾珠絲杠那么有具體到本設(shè)計(jì),由于步進(jìn)電機(jī)是驅(qū)動(dòng)腰部的回轉(zhuǎn),傳遞運(yùn)動(dòng)形式屬于第二種.下面進(jìn)行具體的計(jì)算.由于腰部回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)只存在摩擦力矩,在回轉(zhuǎn)圓周方向上不存在其他的轉(zhuǎn)3.1.2 電機(jī)型號(hào)的選擇根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果,并綜合考慮各方面因素,決定選擇北京和利時(shí)電機(jī)技術(shù)原北京四通電機(jī)公司的步進(jìn)電機(jī),具體型

27、號(hào)為110BYG550B-SAKRMA-0301或110BYG550B-SAKRMT-0301或110BYG550B-BAKRMT-0301,該步進(jìn)電機(jī)高轉(zhuǎn)矩,低振動(dòng),綜合性能很好,各項(xiàng)參數(shù)如表3-2.其中110BYG550B-SAKRMA-0301型步進(jìn)電機(jī)矩頻特性曲線和相關(guān)技術(shù)參數(shù).如圖3-3所示1/120理論上,雖驅(qū)動(dòng)方式為升頻升壓,步距角為0.36.同時(shí)由于腰部齒輪傳動(dòng)比為1:120,步進(jìn)電機(jī)經(jīng)過(guò)減速后傳遞到回轉(zhuǎn)軸,回轉(zhuǎn)軸實(shí)際的步距角將為電機(jī)實(shí)際步距角的然實(shí)際上存在著間隙和齒輪傳動(dòng)非線性誤差,實(shí)際回轉(zhuǎn)軸的最小步距角也仍然是很小的,故其精度相當(dāng)高,完全滿(mǎn)足機(jī)械手的定位精度要求.3.2 液

28、壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算3.2.1 確定液壓系統(tǒng)根本方案液壓執(zhí)行元件大體分為液壓缸和液壓馬達(dá),液壓缸實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng),液壓馬達(dá)實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng).二者的特點(diǎn)及適用場(chǎng)合見(jiàn)表3-1由于機(jī)械手設(shè)計(jì)為圓柱坐標(biāo)形式,且具有3個(gè)自由度,一個(gè)為腰座的轉(zhuǎn)動(dòng),兩個(gè)為手臂的移動(dòng)自由度.同時(shí)考慮機(jī)械手的工作環(huán)境和載荷對(duì)其布局和定位精度的要求,以及計(jì)算機(jī)的控制的因素,腰部的回轉(zhuǎn)用電機(jī)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn),機(jī)械手的水平手臂和垂直手臂都采用單活塞桿液壓缸,來(lái)實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動(dòng).3.2.2 擬定液壓執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)限制回路液壓執(zhí)行元件確定后,其運(yùn)動(dòng)速度和運(yùn)動(dòng)方向的限制是液壓回路的核心問(wèn)題.速度限制通過(guò)改變液壓執(zhí)行元件輸入或輸出的流量或者利用密封空間的容積變

29、化來(lái)實(shí)現(xiàn).相應(yīng)的調(diào)速方式有節(jié)流調(diào)速、容積調(diào)速以及二者結(jié)合的容積節(jié)流調(diào)速；方向限制是用換向閥或是邏輯限制單元來(lái)實(shí)現(xiàn).對(duì)于一般中小流量的液壓系統(tǒng),通過(guò)換向閥的有機(jī)組合來(lái)實(shí)現(xiàn)所要求的動(dòng)作.對(duì)高壓大流量的系統(tǒng),多采用插裝閥與先導(dǎo)限制閥的邏輯組合來(lái)實(shí)現(xiàn).本設(shè)計(jì)的速度的限制主要采用節(jié)流調(diào)速,利用用比擬簡(jiǎn)單的節(jié)流閥來(lái)實(shí)現(xiàn),而方向限制采用電磁換向閥來(lái)實(shí)現(xiàn).3.2.3 液壓源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)的工作介質(zhì)完全由液壓源來(lái)提供,液壓源的核心是液壓泵.節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)一般用定量泵供油,在無(wú)其他輔助油源的情況下,液壓泵的供油量要大于系統(tǒng)的需油量,多余的油經(jīng)溢流閥流回油箱,溢流閥同時(shí)起到限制并穩(wěn)定油源壓力的作用.容積調(diào)速系統(tǒng)多

30、用變量泵供油,用平安閥來(lái)限定系統(tǒng)的最高壓力.油液的凈化裝置是液壓源中不可缺的元件.一般泵的入口要裝粗濾油器,進(jìn)入系統(tǒng)的油液根據(jù)要求,通過(guò)精濾油器再次過(guò)濾.為預(yù)防系統(tǒng)中雜質(zhì)流回油箱,可在回油路上設(shè)置磁過(guò)濾器.根據(jù)液壓設(shè)備所處的環(huán)境及對(duì)溫升的要求,還要考慮加熱、冷卻等舉措.本設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)采用定量泵供油,由溢流閥V1來(lái)調(diào)定系統(tǒng)壓力.為了保證液壓油的潔凈,預(yù)防液壓油帶入污染物,故在油泵的入口安裝粗過(guò)濾器,而在油泵的出口安裝精過(guò)濾器對(duì)循環(huán)的液壓油進(jìn)行凈化.3.2.4 繪制液壓系統(tǒng)圖本機(jī)械手的液壓系統(tǒng)圖如圖3-2所示詳見(jiàn)圖紙第四頁(yè),它擁有垂直手臂的上升、下降,水平手臂的前伸、后縮,以及執(zhí)行手爪的夾緊、張

31、開(kāi)三個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu).其中,泵由三相交流異步電動(dòng)機(jī)M拖動(dòng)；系統(tǒng)壓力由溢流閥V1調(diào)定；1DT的得失電決定了動(dòng)力源的投入與摘除.考慮到手爪的工作要求輕緩抓取、迅速松開(kāi),系統(tǒng)采用了節(jié)流效果不等的兩個(gè)單向節(jié)流閥.當(dāng)5DT得電時(shí),工作液體經(jīng)由節(jié)流閥V5進(jìn)入柱塞缸,實(shí)現(xiàn)手爪的輕緩抓緊；當(dāng)6DT失電時(shí),工作液體進(jìn)入柱塞缸中,實(shí)現(xiàn)手爪迅速松開(kāi).另外,由于機(jī)械手垂直升降缸在工作時(shí)其下降方向與負(fù)荷重力作用方向一致,下降時(shí)有使運(yùn)動(dòng)速度加快的趨勢(shì),為使運(yùn)動(dòng)過(guò)程的平穩(wěn),同時(shí)盡量減小沖擊、振動(dòng),保證系統(tǒng)的平安性,采用V2構(gòu)成的平衡回路相升降油缸下腔提供一定的排油背壓,以平衡重力負(fù)載.3.2.5 確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)液壓系統(tǒng)的

32、主要參數(shù)是壓力和流量,他們是設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng),選擇液壓元件的主要依據(jù).壓力決定于外載荷,流量取決于液壓執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)速度和結(jié)構(gòu)尺寸.1.計(jì)算液壓缸的總機(jī)械載荷3 .液壓缸主要參數(shù)確實(shí)定考慮到機(jī)械手的特點(diǎn),系統(tǒng)的剛度及其穩(wěn)定性是很重要的.因此,先從剛度角度進(jìn)行液壓缸缸徑的選擇,以盡量?jī)?yōu)先保證機(jī)械手的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性和平安性.至于液壓缸的工作壓力和缸的工作速度,放在液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段,通過(guò)外部的液壓回路、采用適宜的調(diào)速回路和元件來(lái)實(shí)現(xiàn).經(jīng)過(guò)仔細(xì)分析,綜合考慮各方面的因素,初步確定各液壓缸的根本參數(shù)如下；由于伸縮缸的作用主要是實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng),在其軸向上并不承受顯性的工作載荷由于手爪夾持工件,受力方向?yàn)榇怪?/p>

33、方向,軸向主要是克服摩擦力矩,其所受的載荷主要是徑向載荷,載荷性質(zhì)為彎矩,使其產(chǎn)生彎曲變形.而且由于機(jī)械手要求具有一定的柔性,水平液壓缸活塞桿要求具有比擬大的工作行程.同時(shí)具有比擬大的彎矩和比擬長(zhǎng)的行程,這對(duì)液壓缸的穩(wěn)定性和剛度有較高的要求.因此,在水平伸縮缸的設(shè)計(jì)上,一是增大其抗彎水平,二是通過(guò)合理的結(jié)構(gòu)布局設(shè)計(jì),使其具有盡量大的剛度.為了到達(dá)這個(gè)目的,設(shè)計(jì)中采用了兩個(gè)導(dǎo)向桿,以滿(mǎn)足長(zhǎng)行程活塞桿的穩(wěn)定性和導(dǎo)向問(wèn)題.另一方面,為增大結(jié)構(gòu)的剛度和穩(wěn)定性,將兩個(gè)導(dǎo)向桿與活塞桿布局成等邊三角形的截面形式,以增大抗彎截面模量,也大大增加了液壓缸的工作剛度.由于垂直液壓缸所承受的載荷方式既有一定的軸向載

34、荷,又存在著比擬大的傾覆力矩(由加工工件的重力引起的).作為液壓執(zhí)行元件,滿(mǎn)足此處的驅(qū)動(dòng)力要求是輕而易舉的,要解決的關(guān)鍵問(wèn)題仍然是它的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能否有足夠的剛度來(lái)抗傾覆.這里同樣采用了導(dǎo)向桿機(jī)構(gòu),圍繞垂直升降缸設(shè)置四根導(dǎo)桿,較好的解決了這一問(wèn)題.4 .液壓缸強(qiáng)度的較核(1)活塞桿直徑的較核3.2.6計(jì)算和選擇液壓元件1 .限制元件的選擇根據(jù)系統(tǒng)最高工作壓力和通過(guò)該閥的最大流量,在標(biāo)準(zhǔn)元件的產(chǎn)品樣本中選取各限制元件.2 .液壓泵的計(jì)算第4章機(jī)械手限制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)4.1 硬件設(shè)計(jì)4.1.1 操作面板布置操作面板布置如圖4-2所示機(jī)械手的操作方式分為手動(dòng)操作和自動(dòng)操作兩種.1 .手動(dòng)操作：就是用按鈕作機(jī)

35、械手的每一步運(yùn)動(dòng)進(jìn)行單獨(dú)的限制.中選擇升/降按鈕時(shí),按下啟動(dòng)按鈕,機(jī)械手上升；按下停止按鈕時(shí),機(jī)械手上升.中選擇正轉(zhuǎn)/逆轉(zhuǎn)按鈕時(shí),按下啟動(dòng)按鈕,機(jī)械手順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),而按下停止按鈕時(shí),機(jī)械手逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng).同理,中選擇夾緊/放松按鈕時(shí),按下啟動(dòng)按鈕,機(jī)械手爪夾緊,而按下停止按鈕時(shí),手爪松開(kāi).2 .自動(dòng)操作：機(jī)械手從原點(diǎn)開(kāi)始,按下啟動(dòng)按鈕,機(jī)械手的動(dòng)作將自動(dòng)的、連續(xù)的周期性循環(huán).在工作中假設(shè)按下停止按鈕,機(jī)械手將繼續(xù)完成一個(gè)周期動(dòng)作后,回到原點(diǎn)位置.3 .1.2工藝過(guò)程與限制要求機(jī)械手的動(dòng)作有腰座的旋轉(zhuǎn),垂直手臂的升降,水平手臂的伸縮及手爪的夾緊與松開(kāi).手臂垂直升降和水平伸縮由液壓實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)；手爪的夾緊與

36、放松,通過(guò)柱塞缸與齒輪來(lái)實(shí)現(xiàn)；腰座旋轉(zhuǎn)通過(guò)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與齒輪來(lái)實(shí)現(xiàn).其中,液壓缸由相應(yīng)的電磁閥限制,升降分別由雙線圈的兩位電磁閥限制,當(dāng)下降電磁閥通電時(shí),機(jī)械手下降；斷電時(shí),機(jī)械手下降停止；當(dāng)上升電磁閥通電時(shí),機(jī)械手上升；斷電時(shí),機(jī)械手上升停止.而水平方向的伸縮主要由電液伺服閥、伺服驅(qū)動(dòng)器、感應(yīng)式位移傳感器構(gòu)成的回路進(jìn)行調(diào)節(jié)限制.實(shí)現(xiàn)執(zhí)行手爪夾緊與放松的柱塞缸,由單線圈的電磁閥夾緊電磁閥來(lái)限制,當(dāng)線圈不通電時(shí),柱塞缸不工作,當(dāng)線圈通電時(shí),柱塞缸工作沖程,手爪張開(kāi),柱塞缸工作回程,手爪閉合.當(dāng)機(jī)械手旋轉(zhuǎn)到機(jī)床上方,并準(zhǔn)備下降進(jìn)行上下料工作時(shí),為了保證平安,必須在機(jī)床停止工作并發(fā)出上下料命令時(shí),才允

37、許機(jī)械手下降進(jìn)行作業(yè).同時(shí),從工件料架上抓取工件時(shí),也要先判斷料架上有無(wú)工件可取.機(jī)械手工作流程如圖4-1所示從原點(diǎn)開(kāi)始,按下啟動(dòng)鍵,且有上下料命令,那么水平液壓缸開(kāi)始前伸并進(jìn)行伺服定位,前伸到位后,停止前伸；一下降電磁閥通電,同時(shí)手爪柱塞缸電磁閥也通電,機(jī)械手下降,同時(shí)張開(kāi)手爪,下降到位后碰到下限行程開(kāi)關(guān),下降電磁閥斷電,下降停止,同時(shí)手爪夾緊,抓住工件；一上升電磁閥通電,機(jī)械手開(kāi)始上升,上升到位后,碰到上限位開(kāi)關(guān),上升電磁閥斷電,上升停止；一PLC開(kāi)始輸出高速脈沖,驅(qū)動(dòng)機(jī)械手逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),當(dāng)轉(zhuǎn)過(guò)90度到位后,PLC停止輸出脈沖,機(jī)械手停止轉(zhuǎn)動(dòng)；一接著下降電磁閥通電,機(jī)械手下降,下降到位后,碰

38、到下限行程開(kāi)關(guān),下降電磁閥斷電,下降停止,機(jī)械手到達(dá)卡盤(pán)中央高度；機(jī)械手開(kāi)始水平定位后縮,將工件裝入機(jī)床卡盤(pán)；一當(dāng)工件裝入到位后,卡盤(pán)收緊；一機(jī)械手松開(kāi)手爪,準(zhǔn)備離開(kāi)；一接著上升電磁閥通電,機(jī)械手開(kāi)始上升,上升到位后,碰到上限位開(kāi)關(guān),上升電磁閥斷電,上升停止；一PLC啟動(dòng)高速脈沖驅(qū)動(dòng)機(jī)械手作順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),當(dāng)轉(zhuǎn)過(guò)90度到位后,PLC停止輸出脈沖,機(jī)械手停止轉(zhuǎn)動(dòng),機(jī)械手回到原點(diǎn)待命；機(jī)床進(jìn)行加工.當(dāng)數(shù)控機(jī)床加工完一個(gè)工件時(shí),發(fā)送下料命令給機(jī)械手,機(jī)械手接到命令后,PLC馬上輸出脈沖驅(qū)動(dòng)機(jī)械手逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),當(dāng)轉(zhuǎn)過(guò)90度到位后,PLC停止輸出脈沖,機(jī)械手停止轉(zhuǎn)動(dòng)；一下降電磁閥通電,同時(shí)手爪柱塞缸電磁閥也通

39、電,機(jī)械手下降且張開(kāi)手爪,下降到位后碰到下限行程開(kāi)關(guān),下降電磁閥斷電,下降停止且手爪夾緊,夾緊已加工好的工件；一機(jī)床卡盤(pán)松開(kāi)；一機(jī)械手開(kāi)始前伸,將工件從機(jī)床上取出,準(zhǔn)備運(yùn)走；一上升電磁閥通電,機(jī)械手開(kāi)始上升,上升到位后,碰到上限位開(kāi)關(guān),上升電磁閥斷電,上升停止；一PLC輸出高速脈沖,驅(qū)動(dòng)機(jī)械手順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),當(dāng)轉(zhuǎn)過(guò)90度到位后,PLC停止輸出脈沖,機(jī)械手停止轉(zhuǎn)動(dòng)；一下降電磁閥通電,機(jī)械手下降,下降到位后碰到下限行程開(kāi)關(guān),下降電磁閥斷電,下降停止；一接著手爪柱塞缸電磁閥通電,手爪張開(kāi),放下工件準(zhǔn)備離開(kāi)；一接著上升電磁閥通電,機(jī)械手開(kāi)始上升,上升到位后,碰到上限位開(kāi)關(guān),上升電磁閥斷電,上升停止同時(shí)手爪

40、也閉合復(fù)原；一接著機(jī)械手水平手臂開(kāi)始后縮,準(zhǔn)備回原點(diǎn),當(dāng)后縮到位時(shí),后縮停止,機(jī)械手回到原點(diǎn),一個(gè)上下料過(guò)程結(jié)束；一機(jī)械手在原點(diǎn)等待命令,準(zhǔn)備下一個(gè)工作循環(huán).機(jī)械手的每次循環(huán)都從原點(diǎn)位置開(kāi)始動(dòng)作.3 .液壓缸主要參數(shù)確實(shí)定考慮到機(jī)械手的特點(diǎn),系統(tǒng)的剛度及其穩(wěn)定性是很重要的.因此,先從剛度角度進(jìn)行液壓缸缸徑的選擇,以盡量?jī)?yōu)先保證機(jī)械手的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性和平安性.至于液壓缸的工作壓力和缸的工作速度,放在液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段,通過(guò)外部的液壓回路、采用適宜的調(diào)速回路和元件來(lái)實(shí)現(xiàn).經(jīng)過(guò)仔細(xì)分析,綜合考慮各方面的因素,初步確定各液壓缸的根本參數(shù)如下；由于伸縮缸的作用主要是實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng),在其軸向上并不承受顯性

41、的工作載荷由于手爪夾持工件,受力方向?yàn)榇怪狈较?軸向主要是克服摩擦力矩,其所受的載荷主要是徑向載荷,載荷性質(zhì)為彎矩,使其產(chǎn)生彎曲變形.而且由于機(jī)械手要求具有一定的柔性,水平液壓缸活塞桿要求具有比擬大的工作行程.同時(shí)具有比擬大的彎矩和比擬長(zhǎng)的行程,這對(duì)液壓缸的穩(wěn)定性和剛度有較高的要求.因此,在水平伸縮缸的設(shè)計(jì)上,一是增大其抗彎水平,二是通過(guò)合理的結(jié)構(gòu)布局設(shè)計(jì),使其具有盡量大的剛度.為了到達(dá)這個(gè)目的,設(shè)計(jì)中采用了兩個(gè)導(dǎo)向桿,以滿(mǎn)足長(zhǎng)行程活塞桿的穩(wěn)定性和導(dǎo)向問(wèn)題.另一方面,為增大結(jié)構(gòu)的剛度和穩(wěn)定性,將兩個(gè)導(dǎo)向桿與活塞桿布局成等邊三角形的截面形式,以增大抗彎截面模量,也大大增加了液壓缸的工作剛度.由于

42、垂直液壓缸所承受的載荷方式既有一定的軸向載荷,又存在著比擬大的傾覆力矩由加工工件的重力引起的.作為液壓執(zhí)行元件,滿(mǎn)足此處的驅(qū)動(dòng)力要求是輕而易舉的,要解決的關(guān)鍵問(wèn)題仍然是它的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能否有足夠的剛度來(lái)抗傾覆.這里同樣采用了導(dǎo)向桿機(jī)構(gòu),圍繞垂直升降缸設(shè)置四根導(dǎo)桿,較好的解決了這一問(wèn)題.4 .液壓缸強(qiáng)度的較核(1)活塞桿直徑的較核3.2.6計(jì)算和選擇液壓元件1 .限制元件的選擇根據(jù)系統(tǒng)最高工作壓力和通過(guò)該閥的最大流量,在標(biāo)準(zhǔn)元件的產(chǎn)品樣本中選取各限制元件.2 .液壓泵的計(jì)算第4章機(jī)械手限制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)4.1 硬件設(shè)計(jì)4.1.1 操作面板布置操作面板布置如圖4-2所示機(jī)械手的操作方式分為手動(dòng)操作和自動(dòng)操

43、作兩種.1.1.1 作：就是用按鈕作機(jī)械手的每一步運(yùn)動(dòng)進(jìn)行單獨(dú)的限制.中選擇升/降按鈕時(shí),按下啟動(dòng)按鈕,機(jī)械手上升；按下停止按鈕時(shí),機(jī)械手上升.中選擇正轉(zhuǎn)/逆轉(zhuǎn)按鈕時(shí),按下啟動(dòng)按鈕,機(jī)械手順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),而按下停止按鈕時(shí),機(jī)械手逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng).同理,中選擇夾緊/放松按鈕時(shí),按下啟動(dòng)按鈕,機(jī)械手爪夾緊,而按下停止按鈕時(shí),手爪松開(kāi).1.1.2 作：機(jī)械手從原點(diǎn)開(kāi)始,按下啟動(dòng)按鈕,機(jī)械手的動(dòng)作將自動(dòng)的、連續(xù)的周期性循環(huán).在工作中假設(shè)按下停止按鈕,機(jī)械手將繼續(xù)完成一個(gè)周期動(dòng)作后,回到原點(diǎn)位置.1.1.3 工藝過(guò)程與限制要求機(jī)械手的動(dòng)作有腰座的旋轉(zhuǎn),垂直手臂的升降,水平手臂的伸縮及手爪的夾緊與松開(kāi).手臂垂直升降

44、和水平伸縮由液壓實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)；手爪的夾緊與放松,通過(guò)柱塞缸與齒輪來(lái)實(shí)現(xiàn)；腰座旋轉(zhuǎn)通過(guò)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與齒輪來(lái)實(shí)現(xiàn).其中,液壓缸由相應(yīng)的電磁閥限制,升降分別由雙線圈的兩位電磁閥限制,當(dāng)下降電磁閥通電時(shí),機(jī)械手下降；斷電時(shí),機(jī)械手下降停止；當(dāng)上升電磁閥通電時(shí),機(jī)械手上升；斷電時(shí),機(jī)械手上升停止.而水平方向的伸縮主要由電液伺服閥、伺服驅(qū)動(dòng)器、感應(yīng)式位移傳感器構(gòu)成的回路進(jìn)行調(diào)節(jié)限制.實(shí)現(xiàn)執(zhí)行手爪夾緊與放松的柱塞缸,由單線圈的電磁閥夾緊電磁閥來(lái)限制,當(dāng)線圈不通電時(shí),柱塞缸不工作,當(dāng)線圈通電時(shí),柱塞缸工作沖程,手爪張開(kāi),柱塞缸工作回程,手爪閉合.當(dāng)機(jī)械手旋轉(zhuǎn)到機(jī)床上方,并準(zhǔn)備下降進(jìn)行上下料工作時(shí),為了保證平安,必須

45、在機(jī)床停止工作并發(fā)出上下料命令時(shí),才允許機(jī)械手下降進(jìn)行作業(yè).同時(shí),從工件料架上抓取工件時(shí),也要先判斷料架上有無(wú)工件可取.1.1.4 作業(yè)流程機(jī)械手工作流程如圖4-1所示前伸從原點(diǎn)開(kāi)始,按下啟動(dòng)鍵,且有上下料命令,那么水平液壓缸開(kāi)始前伸并進(jìn)行伺服定位,到位后,停止前伸；一下降電磁閥通電,同時(shí)手爪柱塞缸電磁閥也通電,機(jī)械手下降,同時(shí)張開(kāi)手爪,下降到位后碰到下限行程開(kāi)關(guān),下降電磁閥斷電,下降停止,同時(shí)手爪夾緊,抓住工件；一上升電磁閥通電,機(jī)械手開(kāi)始上升,上升到位后,碰到上限位開(kāi)關(guān),上升電磁閥斷電,上升停止；一PLC開(kāi)始輸出高速脈沖,驅(qū)動(dòng)機(jī)械手逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),當(dāng)轉(zhuǎn)過(guò)90度到位后,PLC停止輸出脈沖,機(jī)械手

46、停止轉(zhuǎn)動(dòng)；一接著下降電磁閥通電,機(jī)械手下降,下降到位后,碰到下限行程開(kāi)關(guān),下降電磁閥斷電,下降停止,機(jī)械手到達(dá)卡盤(pán)中央高度；機(jī)械手開(kāi)始水平定位后縮,將工件裝入機(jī)床卡盤(pán)；一當(dāng)工件裝入到位后,卡盤(pán)收緊；一機(jī)械手松開(kāi)手爪,準(zhǔn)備離開(kāi)；一接著上升電磁閥通電,機(jī)械手開(kāi)始上升,上升到位后,碰到上限位開(kāi)關(guān),上升電磁閥斷電,上升停止；一PLC啟動(dòng)高速脈沖驅(qū)動(dòng)機(jī)械手作順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),當(dāng)轉(zhuǎn)過(guò)90度到位后,PLC停止輸出脈沖,機(jī)械手停止轉(zhuǎn)動(dòng),機(jī)械手回到原點(diǎn)待命；機(jī)床進(jìn)行加工.當(dāng)數(shù)控機(jī)床加工完一個(gè)工件時(shí),發(fā)送下料命令給機(jī)械手,機(jī)械手接到命令后,PLC馬上輸出脈沖驅(qū)動(dòng)機(jī)械手逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),當(dāng)轉(zhuǎn)過(guò)90度到位后,PLC停止輸出脈沖,機(jī)械手停止轉(zhuǎn)動(dòng)；一下降電磁閥通電,同時(shí)手爪柱塞缸電磁閥也通電,機(jī)械手下降且張開(kāi)手爪,下降到位后碰到下限行程開(kāi)關(guān),下降電磁閥斷電,下降停止且手爪夾緊,夾緊已加工好的工件；一機(jī)床卡盤(pán)松開(kāi)；一機(jī)械手開(kāi)始前伸,將工件從機(jī)床上取出,準(zhǔn)備運(yùn)走；一