機(jī)械手控制電路機(jī)電一體化畢業(yè)論文

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明標(biāo)題：機(jī)械手控制電路摘要本次設(shè)計(jì)的液壓傳動(dòng)機(jī)械手完成了機(jī)械手的設(shè)計(jì)，并繪制了必要的裝配圖、液壓系統(tǒng)圖、PLC控制系統(tǒng)原理圖。機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)由油缸、螺桿、導(dǎo)向缸等機(jī)械部件組成；在液壓傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中，機(jī)械手的手臂通過(guò)伸縮油缸進(jìn)行伸縮，手腕通過(guò)旋轉(zhuǎn)油缸旋轉(zhuǎn)，立柱通過(guò)齒條油缸旋轉(zhuǎn)，機(jī)械手的升降為升降油缸. ，立柱橫向移動(dòng)采用橫向移動(dòng)油缸；在PLC控制回路中，使用的PLC型號(hào)為FX 2 N。當(dāng)連續(xù)啟動(dòng)按下時(shí)，PLC按照規(guī)定的程序通過(guò)控制電磁閥的開關(guān)來(lái)控制機(jī)械手進(jìn)行相應(yīng)的操作。動(dòng)作循環(huán)，當(dāng)連續(xù)按下停止按鈕時(shí)，機(jī)械手在完成一個(gè)動(dòng)作循環(huán)后停止運(yùn)動(dòng)?！娟P(guān)鍵詞】機(jī)械手，液壓，控制回路，PLC 。目錄 T

2、OC o 1-2 h z u TOC o 1-4 h z u TOC o 1-4 h z u HYPERLINK l _Toc321318917 第 1 章 前言 PAGEREF _Toc321318917 h 12 HYPERLINK l _Toc321318918 1.1 工業(yè)機(jī)器人簡(jiǎn)介 PAGEREF _Toc321318918 h 12 HYPERLINK l _Toc321318919 1.2 世界機(jī)器人的發(fā)展 PAGEREF _Toc321318919 h 12 HYPERLINK l _Toc321318920 1.3 中國(guó)工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展 PAGEREF _Toc3213189

3、20 h 13 HYPERLINK l _Toc321318921 1.4 我要設(shè)計(jì)的機(jī)器人 PAGEREF _Toc321318921 h 14 HYPERLINK l _Toc321318922 1.4.1 臂力的測(cè)定 PAGEREF _Toc321318922 h 14 HYPERLINK l _Toc321318923 1.4.2 工作周長(zhǎng)的確定 PAGEREF _Toc321318923 h 14 HYPERLINK l _Toc321318924 1.4.3 確定移動(dòng)速度 PAGEREF _Toc321318924 h 14 HYPERLINK l _Toc321318925 1.

4、4.4 手臂配置 PAGEREF _Toc321318925 h 15 HYPERLINK l _Toc321318926 1.4.5 位置檢測(cè)裝置的選擇 PAGEREF _Toc321318926 h 15 HYPERLINK l _Toc321318927 1.4.6 驅(qū)動(dòng)和控制方式的選擇 PAGEREF _Toc321318927 h 15 HYPERLINK l _Toc321318928 第二章手部結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc321318928 h 16 HYPERLINK l _Toc321318929 2.1 概述 PAGEREF _Toc321318929 h 16 HYPE

5、RLINK l _Toc321318930 2.2 設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮的幾個(gè)問(wèn)題 PAGEREF _Toc321318930 h 16 HYPERLINK l _Toc321318931 2.3 驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算 PAGEREF _Toc321318931 h 16 HYPERLINK l _Toc321318932 2.4 兩樞轉(zhuǎn)爪定位誤差分析 PAGEREF _Toc321318932 h 18 HYPERLINK l _Toc321318933 第 3 章 手腕的結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc321318933 h 20 HYPERLINK l _Toc321318934 3.1 概述 PAGER

6、EF _Toc321318934 h 20 HYPERLINK l _Toc321318935 3.2 手腕結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc321318935 h 20 HYPERLINK l _Toc321318936 3.3 手腕驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算 PAGEREF _Toc321318936 h 21 HYPERLINK l _Toc321318937 第 4 章 機(jī)械臂的結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc321318937 h 24 HYPERLINK l _Toc321318938 4.1 概述 PAGEREF _Toc321318938 h 24 HYPERLINK l _Toc3213189

7、39 4.2 手臂直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu) PAGEREF _Toc321318939 h 24 HYPERLINK l _Toc321318940 4.2.1 手臂伸展運(yùn)動(dòng) PAGEREF _Toc321318940 h 24 HYPERLINK l _Toc321318941 4.2.2 指南 PAGEREF _Toc321318941 h 25 HYPERLINK l _Toc321318942 4.2.3 吊臂 PAGEREF _Toc321318942 h 26 HYPERLINK l _Toc321318943 4.3 手臂旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) PAGEREF _Toc321318943 h 26 HYP

8、ERLINK l _Toc321318944 4.4 手臂的橫向運(yùn)動(dòng) PAGEREF _Toc321318944 h 27 HYPERLINK l _Toc321318945 4.5 手臂運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算 PAGEREF _Toc321318945 h 27 HYPERLINK l _Toc321318946 4.5.1 手臂水平伸縮運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算 PAGEREF _Toc321318946 h 28 HYPERLINK l _Toc321318947 4.5.2 臂架垂直提升運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算 PAGEREF _Toc321318947 h 28 HYPERLINK l _Toc321318

9、948 4.5.3 擺臂運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算 PAGEREF _Toc321318948 h 28 HYPERLINK l _Toc321318949 第 5 章液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc321318949 h 30 HYPERLINK l _Toc321318950 5.1 液壓系統(tǒng)介紹 PAGEREF _Toc321318950 h 30 HYPERLINK l _Toc321318951 5.2 液壓系統(tǒng)的組成 PAGEREF _Toc321318951 h 30 HYPERLINK l _Toc321318952 5.3 機(jī)械手液壓系統(tǒng)控制回路 PAGEREF _Toc321

10、318952 h 30 HYPERLINK l _Toc321318953 5.3.1 壓力控制回路 PAGEREF _Toc321318953 h 30 HYPERLINK l _Toc321318954 5.3.2 速度控制環(huán) PAGEREF _Toc321318954 h 31 HYPERLINK l _Toc321318955 5.3.3 方向控制回路 PAGEREF _Toc321318955 h 32 HYPERLINK l _Toc321318956 5.4 機(jī)械手的液壓傳動(dòng)系統(tǒng) PAGEREF _Toc321318956 h 32 HYPERLINK l _Toc3213189

11、57 5.4.1 裝載機(jī)械手動(dòng)作順序 PAGEREF _Toc321318957 h 32 HYPERLINK l _Toc321318958 5.4.2 自動(dòng)上料機(jī)械手液壓系統(tǒng)原理介紹 PAGEREF _Toc321318958 h 33 HYPERLINK l _Toc321318959 5.5 機(jī)械手液壓系統(tǒng)的簡(jiǎn)單計(jì)算 PAGEREF _Toc321318959 h 35 HYPERLINK l _Toc321318960 5.5.1 雙作用單桿活塞氣缸 PAGEREF _Toc321318960 h 35 HYPERLINK l _Toc321318961 5.5.2 無(wú)桿活塞氣缸（又

12、稱齒條活塞氣缸） PAGEREF _Toc321318961 h 37 HYPERLINK l _Toc321318962 5.5.3 單葉片回轉(zhuǎn)缸 PAGEREF _Toc321318962 h 38 HYPERLINK l _Toc321318963 5.5.4 油泵的選擇 PAGEREF _Toc321318963 h 39 HYPERLINK l _Toc321318964 5.5.5 確定油泵電機(jī)功率 N PAGEREF _Toc321318964 h 40 HYPERLINK l _Toc321318965 第6章PLC控制回路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc321318965 h

13、41 HYPERLINK l _Toc321318966 6.1 電磁鐵動(dòng)作順序 PAGEREF _Toc321318966 h 41 HYPERLINK l _Toc321318967 6.2 根據(jù)機(jī)械手動(dòng)作順序表，選擇對(duì)應(yīng)電磁閥、開關(guān)等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的PLC部等效繼電器的地址號(hào)。對(duì)照表如下： PAGEREF _Toc321318967 h 41 HYPERLINK l _Toc321318968 6.3 PLC與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的實(shí)際連接圖 PAGEREF _Toc321318968 h 42 HYPERLINK l _Toc321318969 6.4 梯形圖 PAGEREF _Toc321318969

14、 h 43 HYPERLINK l _Toc321318970 第 7 章 結(jié)論 PAGEREF _Toc321318970 h 49 HYPERLINK l _Toc321318971 第 8 章參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc321318971 h 50 HYPERLINK l _Toc321318972 第 9 至 PAGEREF _Toc321318972 h 51章第一章 前言1.1 工業(yè)機(jī)器人簡(jiǎn)介幾千年前，人類就渴望創(chuàng)造出類似人的機(jī)器，以使人類擺脫繁重的勞動(dòng)。如古希臘神話阿魯戈的遠(yuǎn)征船中的青銅巨人塔洛斯，猶太傳說(shuō)中的泥土巨人等等。這些美麗的神話總是激勵(lì)著人們將美麗的神話變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。

15、兩千多年前，自動(dòng)木人偶和一些簡(jiǎn)單的機(jī)械人偶開始出現(xiàn)。近代，隨著機(jī)器人一詞的出現(xiàn)和世界上第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人的問(wèn)世，具有不同功能的機(jī)器人也相繼出現(xiàn)，活躍在不同的領(lǐng)域，從天空到地面，從工業(yè)到農(nóng)業(yè)，林業(yè)、畜牧業(yè)和漁業(yè)。 ，甚至走進(jìn)尋常百姓家。機(jī)器人種類之多，應(yīng)用之廣，影響之深，是我們始料未及的。工業(yè)機(jī)器人由機(jī)械手（機(jī)械體）、控制器、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和檢測(cè)傳感裝置組成。生產(chǎn)設(shè)備。特別適用于多品種、多批次的柔性生產(chǎn)。對(duì)穩(wěn)定、提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、改善勞動(dòng)條件和產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代具有非常重要的作用。機(jī)器人并不是簡(jiǎn)單意義上的替代人類勞動(dòng)，而是一種結(jié)合了人和機(jī)器能力的擬人化電子機(jī)械設(shè)備。從某種意義上說(shuō)，它也是機(jī)

16、器進(jìn)化過(guò)程的產(chǎn)物。它是工業(yè)界和非工業(yè)界重要的生產(chǎn)和服務(wù)設(shè)備，也是先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的。的自動(dòng)化設(shè)備。1.2 世界機(jī)器人的發(fā)展近年來(lái)國(guó)外機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展有幾個(gè)趨勢(shì)：（1）工業(yè)機(jī)器人性能不斷提升（高速、高精度、高可靠性、易操作維護(hù)），而單機(jī)價(jià)格持續(xù)下降。單機(jī)平均價(jià)格從 1991 年的 103,000 美元下降到 1997 年的 65,000 美元。(2)機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化、重構(gòu)方向發(fā)展。比如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機(jī)、減速機(jī)、檢測(cè)系統(tǒng)集成為三部分；關(guān)節(jié)模塊和連桿模塊重新組合構(gòu)成整個(gè)機(jī)器人；國(guó)外模塊化組裝機(jī)器人產(chǎn)品已經(jīng)上市。(3)工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)向基于PC的開放式控制器發(fā)展，便于標(biāo)準(zhǔn)化和網(wǎng)絡(luò)化；設(shè)備

17、集成度提高，控制柜越來(lái)越小，采用模塊化結(jié)構(gòu)；系統(tǒng)的可靠性大大提高，易于操作和維護(hù)。(4)傳感器在機(jī)器人中的作用越來(lái)越重要。除了傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器，裝配和焊接機(jī)器人還使用視覺(jué)、力覺(jué)等傳感器，而遙控機(jī)器人則使用視覺(jué)、聲音和力覺(jué)。 、觸摸等多傳感器融合技術(shù)，用于環(huán)境建模和決策控制；多傳感器融合配置技術(shù)已在產(chǎn)品化系統(tǒng)中得到成熟應(yīng)用。（5）虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在機(jī)器人中的作用已經(jīng)從模擬和排練發(fā)展到過(guò)程控制，例如使遙控機(jī)器人操作員感覺(jué)在遠(yuǎn)程工作環(huán)境中操作機(jī)器人。(6)當(dāng)代遙控機(jī)器人系統(tǒng)的發(fā)展特點(diǎn)不是追求完全自主的系統(tǒng)，而是操作者與機(jī)器人之間的人機(jī)交互控制，即遙控加部分自主系統(tǒng)構(gòu)成一個(gè)完整的系統(tǒng)。監(jiān)控

18、和遠(yuǎn)程控制操作系統(tǒng)，使智能機(jī)器人走出實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入實(shí)用階段。美國(guó)向火星發(fā)射的 Sojourner 機(jī)器人就是這種系統(tǒng)成功應(yīng)用的最著名例子。(7) 機(jī)器人機(jī)械開始興起。自1994年美國(guó)研制出“虛擬軸機(jī)床”以來(lái)，這種新型裝置成為國(guó)際研究的熱點(diǎn)之一，并對(duì)其實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行了探索和開發(fā)。1.3 中國(guó)工業(yè)機(jī)器人發(fā)展有人認(rèn)為應(yīng)用機(jī)器人只是為了節(jié)省勞動(dòng)力，而我國(guó)勞動(dòng)力資源豐富，發(fā)展機(jī)器人未必符合我國(guó)國(guó)情。這是一種誤解。在我國(guó)，社會(huì)主義制度的優(yōu)越性決定了機(jī)器人能夠充分發(fā)揮自己的優(yōu)勢(shì)。它不僅能為我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)帶來(lái)高生產(chǎn)力和巨大經(jīng)濟(jì)效益，而且為我國(guó)航天開發(fā)、海洋開發(fā)、核能利用等新興領(lǐng)域的發(fā)展做出突出貢獻(xiàn)。我國(guó)工業(yè)機(jī)器人

19、從1980年代“七五”科技攻關(guān)開始。在國(guó)家支持下，通過(guò)“七五”和“八五”科技攻關(guān)，基本掌握了機(jī)器人機(jī)械手的設(shè)計(jì)制造技術(shù)和控制系統(tǒng)。軟硬件設(shè)計(jì)技術(shù)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù)生產(chǎn)了機(jī)器人的部分關(guān)鍵部件，開發(fā)了涂裝、弧焊、點(diǎn)焊、裝配、搬運(yùn)等機(jī)器人，其中涂裝機(jī)器人130余臺(tái)。 20多家工廠。公司近30條自動(dòng)涂裝生產(chǎn)線（站）已大規(guī)模應(yīng)用，弧焊機(jī)器人已應(yīng)用于汽車制造商的焊接線。但總的來(lái)說(shuō)，我國(guó)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及其工程應(yīng)用水平與國(guó)外相比仍有一定差距，如：可靠性低于國(guó)外產(chǎn)品；機(jī)器人應(yīng)用工程起步較晚，應(yīng)用領(lǐng)域狹窄，產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與國(guó)外應(yīng)用規(guī)模相比，我國(guó)國(guó)內(nèi)安裝工業(yè)機(jī)器人約200臺(tái)，約占全球安裝基數(shù)的4/10,000。上

20、述原因主要是機(jī)器人產(chǎn)業(yè)尚未形成。目前我國(guó)機(jī)器人生產(chǎn)以用戶要求為主，“一個(gè)客戶，一次再設(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(zhǎng)，成本不低，而且質(zhì)量和可靠性不穩(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(duì)產(chǎn)品進(jìn)行綜合規(guī)劃，做好系列化、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(guó)的智能機(jī)器人和特種機(jī)器人在“863”計(jì)劃的支持下也取得了許多成果。其中，最突出的是水下機(jī)器人。6000米水下無(wú)纜機(jī)器人的成果處于世界領(lǐng)先水平。還開發(fā)了直接遙控機(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)型。在觸覺(jué)、觸覺(jué)、聲感知等基礎(chǔ)技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用方面開展了大量工作，奠定了一定的發(fā)展基礎(chǔ)。但多傳

21、感器信息融合控制技術(shù)、遠(yuǎn)程控制加本地自主系統(tǒng)遙控機(jī)器人、智能裝配機(jī)器人、機(jī)器人機(jī)械等的開發(fā)和應(yīng)用才剛剛起步，與國(guó)外先進(jìn)水平存在較大差距。只有著力系統(tǒng)攻關(guān)，才能形成實(shí)用的技術(shù)和產(chǎn)品體系，才能在“五五”1.4 我要設(shè)計(jì)的機(jī)械手1.4.1手臂力量的測(cè)定目前使用的機(jī)械手的臂力比較大。我國(guó)現(xiàn)有機(jī)械手的最小臂力為0.15N，最大為8000N。本液壓機(jī)械手的臂力為L(zhǎng) arm=1650(N) ，安全系數(shù)K一般可以為1.53，本機(jī)械手的安全系數(shù)為K=2。定位精度為 1mm。1.4.2工作周長(zhǎng)的確定機(jī)械手的工作周長(zhǎng)是根據(jù)工藝要求和操作運(yùn)動(dòng)的軌跡來(lái)確定的。一個(gè)操作運(yùn)動(dòng)的軌跡是幾個(gè)動(dòng)作的綜合。當(dāng)工作區(qū)域確定后，軌跡可

22、以分解為單個(gè)動(dòng)作，機(jī)械手的最大行程由單個(gè)動(dòng)作的行程決定。本機(jī)械手動(dòng)作范圍：手腕轉(zhuǎn)動(dòng)角度115；臂伸150mm；手臂旋轉(zhuǎn)角度115；臂舉行程170mm；手臂水平運(yùn)動(dòng)行程100mm。1.4.3確定移動(dòng)速度確定機(jī)械手各動(dòng)作的最大行程后，可根據(jù)生產(chǎn)所需的工作周期分配各動(dòng)作的時(shí)間，進(jìn)而確定各動(dòng)作的運(yùn)動(dòng)速度。要完成整個(gè)進(jìn)給過(guò)程，液壓進(jìn)給機(jī)械手需要完成夾持工件、手臂提升、伸縮、旋轉(zhuǎn)、平移等一系列動(dòng)作。這些動(dòng)作應(yīng)在工作周期規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成。具體的時(shí)間分配取決于很多因素，在反復(fù)考慮各種因素后，只能通過(guò)比較分配方案來(lái)確定。機(jī)械手的總動(dòng)作時(shí)間應(yīng)小于或等于工作周期。如果兩個(gè)動(dòng)作同時(shí)進(jìn)行，則應(yīng)按時(shí)間長(zhǎng)短計(jì)算。在為每項(xiàng)行

23、動(dòng)分配時(shí)間時(shí)應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：(1)給定的動(dòng)作時(shí)間應(yīng)大于電氣、液壓元件的執(zhí)行時(shí)間；(2)伸縮運(yùn)動(dòng)的速度大于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的速度，因?yàn)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的慣性一般大于伸縮運(yùn)動(dòng)的慣性。在滿足工作節(jié)奏要求的情況下，盡量選擇較低的運(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、定位方式有很大關(guān)系，應(yīng)根據(jù)具體情況確定。(3)當(dāng)工作周期短、動(dòng)作多時(shí)，往往同時(shí)進(jìn)行多個(gè)動(dòng)作。為此，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)采取相應(yīng)措施，保證動(dòng)作的同步。液壓上料機(jī)械手各運(yùn)動(dòng)速度：手腕轉(zhuǎn)動(dòng)速度（ V臂回位=40/s）；手臂伸展速度（ V手臂伸展= 50 mm/s）；臂旋轉(zhuǎn)速度（ V臂返回= 40/s）；臂提升速度（ V臂提升= 50 mm/s）；列水

24、平移動(dòng)速度（ V列移動(dòng)= 50 mm/s）；指夾氣缸移動(dòng)速度（ V夾= 50 mm/s）1.4.4手臂配置機(jī)械手的手臂配置基本上反映了它的總體布局。不同的運(yùn)動(dòng)要求、操作環(huán)境和工作對(duì)象有不同的手臂配置。機(jī)械手采用底座式。底座結(jié)構(gòu)多用于工業(yè)機(jī)器人。底座上可安裝獨(dú)立控制裝置，便于搬運(yùn)和放置。底座底部還可以安裝行走機(jī)構(gòu)，擴(kuò)大了它的活動(dòng)圈。它分為手臂并排列在底座上。頂部和臂架在機(jī)座立柱上。該機(jī)械手采用機(jī)械臂安裝在機(jī)座立柱上的形式。機(jī)械臂安裝在機(jī)座立柱上的機(jī)械手大多為圓柱坐標(biāo)型。1.4.5位置檢測(cè)裝置的選擇機(jī)械手常用的位置檢測(cè)方式有行程開關(guān)式、模擬式和數(shù)字式三種。本機(jī)械手采用行程開關(guān)式。使用行程開關(guān)檢測(cè)位

25、置精度較低，一般與機(jī)械限位器配合使用。在機(jī)械手中，利用行程開關(guān)和機(jī)械擋塊來(lái)檢測(cè)定位，不僅精度高，而且簡(jiǎn)單、實(shí)用、可靠，因此也是應(yīng)用最廣泛的。1.4.6驅(qū)動(dòng)和控制方法的選擇機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)和控制方式是根據(jù)其特點(diǎn)和生產(chǎn)過(guò)程的要求來(lái)選擇的。需要選擇控制性能好、體積小、維護(hù)方便、成本低的模式。還有不同類型的控制系統(tǒng)。除了一些特殊的機(jī)械手外，大多數(shù)機(jī)械手都需要特殊的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。一般有四種驅(qū)動(dòng)方式：氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)、液壓驅(qū)動(dòng)、電氣驅(qū)動(dòng)和機(jī)械驅(qū)動(dòng)。參見工業(yè)機(jī)器人表9-6和表9-7，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，該機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方式為液壓驅(qū)動(dòng)，控制方式為PLC控制，程序固定。第二章手部結(jié)構(gòu)2.1 概述手是機(jī)械手直接用來(lái)抓取和握住工件或握

26、住專用工具進(jìn)行操作的零件。具有模仿人手的功能，安裝在機(jī)械臂前端。機(jī)械手的結(jié)構(gòu)不像人的手，手指的形狀也不像人的手指。它沒(méi)有手掌，只有自己的動(dòng)作包裹著物體。因此，手的結(jié)構(gòu)和類型是根據(jù)其使用場(chǎng)合和所夾持的工件而定的。根據(jù)被抓部位的形狀、大小、重量、材質(zhì)等設(shè)計(jì)各種類型的手部結(jié)構(gòu)。一般可分為顎式、吸氣式、電磁式等多種。顎式手結(jié)構(gòu)由手指和傳力機(jī)構(gòu)組成。傳力機(jī)構(gòu)的種類很多，如滑槽杠桿式、連桿杠桿式、楔形杠桿式、齒輪齒條式、彈簧杠桿式等。此處使用斜槽杠桿式。2.2 設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮的幾個(gè)問(wèn)題(1)應(yīng)有足夠的抓地力（即夾持力）在確定手指的握力時(shí)，除了工件的重量外，還應(yīng)考慮傳動(dòng)或操作過(guò)程中產(chǎn)生的慣性力和振動(dòng)，以確保工

27、件不會(huì)松動(dòng)或脫落。(2)手指間應(yīng)有一定的開合角度兩個(gè)手指開合的兩個(gè)極端位置之間的夾角稱為手指開合角。手指的開合角度確保工件能夠順利進(jìn)入或脫離。如果夾持不同直徑的工件，應(yīng)考慮直徑最大的工件。(3)應(yīng)保證工件的準(zhǔn)確定位為了保持手指與被夾持工件的準(zhǔn)確相對(duì)位置，必須根據(jù)要抓取的工件形狀選擇相應(yīng)的手指形狀。例如，圓柱形工件使用帶有“V”形面的手指進(jìn)行自定心。(4)應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度手指除了受到夾持工件的反作用力外，還受到機(jī)械手在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的慣性力和振動(dòng)的影響。要求有足夠的強(qiáng)度和剛度以防止斷裂或彎曲變形，但結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能簡(jiǎn)單緊湊。 ， 輕的。(5) 應(yīng)考慮被抓取物的要求手指的形狀應(yīng)根據(jù)被抓取工件的形狀

28、、抓取位置和抓取次數(shù)來(lái)設(shè)計(jì)確定。1.手指 2.銷軸 3.拉桿 4.手指座圖 1 溜槽杠桿式手的受力分析2.3 驅(qū)動(dòng)力計(jì)算圖示為溜槽式手結(jié)構(gòu)。在拉桿3的作用下，銷軸2向上的拉力為P ，通過(guò)銷軸中心O點(diǎn)，兩指1的滑槽對(duì)銷軸的反作用力為P 1 , P 2 , 力的方向垂直于溜槽的中心。線OO 1和OO 2指向O點(diǎn)。P 1和P 2的延長(zhǎng)線在A和B處與O 1 O 2相交。由于O 1 O A和O 2 O A都是直角三角形， AOC = BOC = 。根據(jù)銷的受力平衡情況，即 F x=0, P 1 = P 2 ; F y=0P =2 P 1 cos P 1 = P /2cos 銷釘在手指上的力為p 1 。手

29、指夾持工件所需的力稱為夾持力（即夾持力）。假想夾持力作用在手指與工件接觸面的對(duì)稱面上，兩個(gè)力大小相等方向相反，用N表示。根據(jù)手指的力矩平衡條件，即m01 ( F )=0，我們可以得到P 1 h = N b因?yàn)閔 = a /cos 所以P =2 b (cos ) N/a其中a是手指樞軸點(diǎn)到對(duì)稱中心線的距離 (mm)。工件夾緊時(shí)手指滑槽方向與兩支點(diǎn)連線的夾角。由上式可知，在驅(qū)動(dòng)力P不變的情況下，增加角會(huì)增加抓地力N ，但如果角過(guò)大，拉桿（即活塞）的行程會(huì)太大，手指滑槽的長(zhǎng)度會(huì)增加。因此，要增加結(jié)構(gòu)，一般取 =3040。這里取角度 = 30 度。手部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)作靈活，手指開合角度大?？垂I(yè)機(jī)器人設(shè)

30、計(jì)基礎(chǔ)中的表 2-1 可以看出，當(dāng)V形手指夾住圓棒時(shí)，夾持力的計(jì)算公式為N = 0.5G，驅(qū)動(dòng)力可由下式計(jì)算結(jié)合前面驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算方法。為考慮工件在傳遞過(guò)程中產(chǎn)生的慣性力、振動(dòng)和傳力機(jī)構(gòu)效率的影響，實(shí)際驅(qū)動(dòng)力P實(shí)數(shù) = PK 1 K 2 / _式中為手的機(jī)械效率，一般取0.850.95；K 1 安全系數(shù)，一般取1.22K 2 工況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響， K 2可近似為下式， K 2 =1+ a/g ，其中a為被抓取工件移動(dòng)時(shí)的最大加速度， g是重力加速度。該機(jī)械手工件只做水平和垂直平移，當(dāng)其移動(dòng)速度為500 mm/s，移動(dòng)加速度為1000 mm/s ，工件重量G為98 N，V型鉗口夾角為1

31、20， =30時(shí)，張緊油缸的驅(qū)動(dòng)力P和P實(shí)際計(jì)算：根據(jù)夾爪夾持工件的方位，相當(dāng)于水平放置的夾爪夾持水平放置的工件：米=0.5G將已知條件代入等效夾緊力為M =49(N)溜槽杠桿結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)力計(jì)算公式P =2 b (cos ) N/a ，我們得到P = P計(jì)算= 2*45/27(cos30) *49=122.5(N)Pactual = Pcalculated K 1 K 2 / _ _取 =0.85， K 1 =1.5， K 2 =1+1000/98101.1那么P實(shí)際上=122.5*1.5*1.1/0.85=238(N)2.4 兩支點(diǎn)旋轉(zhuǎn)鉗口定位誤差分析圖 2 帶有浮動(dòng)鉗口的鉗口卡爪與卡爪之間的

32、連接點(diǎn)E為鉸鏈連接，如幾何關(guān)系所示，若卡爪對(duì)稱中心O到工件中心O的距離為x ，則x =當(dāng)工件直徑發(fā)生變化時(shí)，x的變化即為定位誤差。當(dāng)工件半徑R從R max變?yōu)镽 min時(shí)，最大定位誤差為= - 其中l(wèi) = 45mm, b =5mm , a =27mm ,2 =120, R min = 15mm, R max =30mm代入公式計(jì)算最大定位誤差 =44.2-44.7 = 0.50.8所以符合要求。第三章手腕的結(jié)構(gòu)3.1 概述手腕是連接手和手臂的部分，起支撐手的作用。在設(shè)計(jì)手腕時(shí)，請(qǐng)記住以下幾點(diǎn)：(1)結(jié)構(gòu)緊湊，重量盡可能輕。(2)轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，密封性能更好。(3)注意解決手腕與手、臂的連接，以便檢測(cè)

33、各自由度的位置，并布置管路解決潤(rùn)滑、維護(hù)和調(diào)整等問(wèn)題。(4)適應(yīng)工作環(huán)境的需要。另外，通向手腕氣缸的管路應(yīng)盡量穿過(guò)手臂，使手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)管路不會(huì)扭曲和外露，使外觀整潔。3.2 手腕的結(jié)構(gòu)該機(jī)械手由旋轉(zhuǎn)油缸驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)手腕的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，但密封性差，旋轉(zhuǎn)角度為115。下圖顯示了手腕的結(jié)構(gòu)。定子與后蓋、轉(zhuǎn)筒與前蓋均用螺釘和銷釘連接定位，動(dòng)片與手夾筒用鍵連接。夾緊缸也固定連接在底座上。當(dāng)旋轉(zhuǎn)油缸的兩個(gè)腔體分別供入壓力油時(shí)，驅(qū)動(dòng)件與夾緊油缸的缸體和手指座一起旋轉(zhuǎn)，即為手腕的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。圖3 機(jī)械手腕部結(jié)構(gòu)3.3 手腕驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算驅(qū)動(dòng)手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的驅(qū)動(dòng)力矩必須克服手腕啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的慣性力矩、手腕轉(zhuǎn)軸

34、與支撐孔、動(dòng)板與缸徑、固定板、端蓋上的密封裝置等的摩擦阻力力矩是由于重心與旋轉(zhuǎn)軸的不對(duì)中而產(chǎn)生的偏心力矩。手腕轉(zhuǎn)動(dòng)所需的驅(qū)動(dòng)力矩可按下式計(jì)算：M驅(qū)動(dòng)= M慣性+ M部分+ M摩擦(Nm)式中， M drive驅(qū)動(dòng)手腕轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力矩M慣量- 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 (Nm)M偏置旋轉(zhuǎn)軸上旋轉(zhuǎn)部件（包括工件、手、手腕旋轉(zhuǎn)氣缸的運(yùn)動(dòng)件）的重量產(chǎn)生的偏重力矩（Nm）M摩擦力手腕旋轉(zhuǎn)軸與支撐孔之間的摩擦力矩（Nm）圖4 手腕轉(zhuǎn)動(dòng)力矩計(jì)算圖(1) 摩擦阻力扭矩M摩擦M摩爾= ( N 1 D 1 + N 2 D 2 ) (Nm)其中f是軸承的摩擦系數(shù)，滾動(dòng)軸承f = 0.02，滑動(dòng)軸承f = 0.1；N 1 、 N 2

35、軸承支座反作用力（N）；D 1 , D 2 軸承直徑（m）從設(shè)計(jì)上看， D 1 = 0.035mD 2 = 0.054mN 1 = 800N N 2 =200N G 1 =98N e =0.020MMo =0.1*(200*0.035+800*0.054)/ 2獲得M = 2.50 (Nm)(2)工件重心偏矩引起的偏矩MM偏壓=G1 e (Nm)式中G 1工件重量（N）e偏心距（即工件重心到碗的轉(zhuǎn)動(dòng)中心線的垂直距離），當(dāng)工件重心與手腕轉(zhuǎn)動(dòng)中心線重合時(shí)， M偏差為零當(dāng)e = 0.020 時(shí)， G 1 = 98NM部分= 1.96 (N m)M手腕啟動(dòng)時(shí)的慣性已知手腕旋轉(zhuǎn)角速度時(shí)， M慣量可由下式

36、計(jì)算M慣量=(J+J工件) (Nm)式中手腕旋轉(zhuǎn)角速度（1/s）T 腕部啟動(dòng)過(guò)程所用時(shí)間（s），（假設(shè)啟動(dòng)過(guò)程為近加速運(yùn)動(dòng)）J手腕轉(zhuǎn)動(dòng)部分對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kgm ）J Workpiece工件對(duì)手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kgm ）計(jì)算可知， J =2.5， J工件=6.25， = 0.3m/m ， t =2所以M = 1.3 (Nm) = 2 * GB3 當(dāng)知道啟動(dòng)過(guò)程轉(zhuǎn)過(guò)的角度后，還可以用下面的公式計(jì)算M慣量：M慣量=（ J + J工件） （Nm）式中啟動(dòng)過(guò)程轉(zhuǎn)動(dòng)的角度（rad）；手腕旋轉(zhuǎn)角速度（1/s）?？紤]到驅(qū)動(dòng)缸密封的摩擦損失等因素， M一般設(shè)置得較大，比較理想M =1.11.2 ( M

37、慣性+ M偏+ M摩擦) (Nm)M = 1.2*(2.5+1.96+1.3) =6.9 (Nm)第四章手臂的結(jié)構(gòu)4.1 概述手臂是機(jī)械手的主要執(zhí)行部分。它的作用是支撐手和手腕，并將被抓取的工件傳送到給定的位置和方位。因此，一般機(jī)械手的手臂具有三個(gè)自由度，即手臂的伸展和收縮。左右旋轉(zhuǎn)和提升運(yùn)動(dòng)。手臂的旋轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動(dòng)是通過(guò)立柱實(shí)現(xiàn)的。 ;立柱的橫向運(yùn)動(dòng)是手臂的橫向運(yùn)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(lái)實(shí)現(xiàn)。因此，它不僅要承受被抓取工件的重量，還要承受手、手腕、手臂本身的重量。機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)、工作周長(zhǎng)、柔韌性、抓取重量（即臂力）和定位精度直接影響機(jī)械手的工作性能，因此必須根據(jù)抓取重量、運(yùn)

38、動(dòng)形式、自由度、運(yùn)動(dòng)速度和機(jī)械手的定位精度。設(shè)計(jì)手臂結(jié)構(gòu)的要求。同時(shí)設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮手臂的受力、氣缸和導(dǎo)向裝置的布置、外部管路與手腕的連接形式等因素。因此，在設(shè)計(jì)手臂時(shí)，一般要注意以下要求： = 1 * GB3 剛度要大，防止手臂在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中變形過(guò)大，手臂截面形狀的選擇要合理。弧形截面的抗彎剛度一般大于圓形截面；空心管的彎曲和扭轉(zhuǎn)剛度遠(yuǎn)大于實(shí)心軸。因此，鋼管常用作臂桿和導(dǎo)桿，工字鋼和槽鋼用作支撐板。 = 2 * GB3 較好的導(dǎo)向是防止臂在直線運(yùn)動(dòng)時(shí)沿運(yùn)動(dòng)軸線發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，或設(shè)置導(dǎo)向裝置，或設(shè)計(jì)成方形或花鍵形式的臂桿。 = 3 * GB3 偏心力矩要小。所謂偏心力矩是指臂的重量對(duì)其支撐轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生的

39、靜力矩。為了提高機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)速度，應(yīng)盡可能減輕手臂運(yùn)動(dòng)部分的重量，以減少部分重力力矩和整個(gè)手臂對(duì)旋轉(zhuǎn)軸的慣性矩。 = 4 * GB3 運(yùn)動(dòng)要平穩(wěn)，定位精度要高。手臂運(yùn)動(dòng)速度越高，重量越重，慣性力對(duì)定位前的沖擊越大，運(yùn)動(dòng)不穩(wěn)定，定位精度也不高。因此，應(yīng)盡可能減輕前臂運(yùn)動(dòng)部分的重量，使結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕，同時(shí)應(yīng)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)械臂的伸縮、升降和橫向運(yùn)動(dòng)都是直線運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)有很多?；钊缀瓦B桿。4.2.1手臂伸展運(yùn)動(dòng)在這里，直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)是通過(guò)使用液壓驅(qū)動(dòng)的活塞缸來(lái)實(shí)現(xiàn)的。由于活塞氣缸體積小、重量輕，廣泛應(yīng)用于機(jī)械手的臂機(jī)構(gòu)。下圖為雙導(dǎo)桿臂的伸縮結(jié)構(gòu)。

40、手臂和手腕通過(guò)連接板安裝在提升油缸的上端。當(dāng)雙作用油缸1的兩個(gè)腔室分別供給壓力油時(shí)，活塞桿2（即臂）被推動(dòng)作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。導(dǎo)桿3在導(dǎo)套4上運(yùn)動(dòng)，以防止手臂伸縮時(shí)手臂的轉(zhuǎn)動(dòng)（同時(shí)也作為手腕轉(zhuǎn)動(dòng)油缸6和手7夾緊油缸的油路）。由于臂的伸縮油缸安裝在兩根導(dǎo)桿之間，導(dǎo)桿受彎，活塞桿只受拉和壓縮，所以受力簡(jiǎn)單，傳動(dòng)平穩(wěn)，外觀美觀。整齊美觀，結(jié)構(gòu)緊湊?？捎糜谧サ亓Υ蟆⑿谐涕L(zhǎng)的場(chǎng)合。圖5 雙導(dǎo)桿臂伸縮結(jié)構(gòu)4.2.2導(dǎo)向裝置液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂在進(jìn)行伸縮（或升降）運(yùn)動(dòng)時(shí)，為了防止機(jī)械臂繞軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，保證手指方向正確，防止活塞桿受到大彎矩的影響為了增加手臂的剛度，在設(shè)計(jì)手臂的結(jié)構(gòu)時(shí)必須使用適當(dāng)?shù)膶?dǎo)軌。根據(jù)手臂的安裝形式、

41、具體結(jié)構(gòu)和抓握重量等因素確定。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)部件的重量和臂到轉(zhuǎn)動(dòng)中心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。目前使用的導(dǎo)向裝置有單導(dǎo)向桿、雙導(dǎo)向桿、四導(dǎo)向桿等導(dǎo)向裝置。機(jī)械手采用雙導(dǎo)桿導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。雙導(dǎo)桿安裝在手臂伸縮油缸的兩側(cè)，同時(shí)作為手部和腕部油路的管道。對(duì)于伸縮行程較大的臂，為防止導(dǎo)桿懸伸部分彎曲變形，可在導(dǎo)桿尾部加裝輔助支撐架，提高導(dǎo)桿剛度。如圖5所示，對(duì)于伸縮行程較大的臂，為防止導(dǎo)桿懸伸部分彎曲變形，可在導(dǎo)桿尾部加裝輔助支撐架，以提高臂架剛度。導(dǎo)桿。如圖4.3.2所示，兩根導(dǎo)桿通過(guò)導(dǎo)桿1后端的支撐架4連接，支撐架兩側(cè)安裝有兩個(gè)滾動(dòng)軸承2。當(dāng)導(dǎo)桿隨伸縮缸的活塞桿移動(dòng)時(shí)，支撐架上的軸承板滾動(dòng)軸

42、承在軸承板3的軸承面上滾動(dòng)。圖6 雙導(dǎo)桿臂結(jié)構(gòu)4.2.3舉臂如圖 6 所示，顯示了手臂的提升運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。當(dāng)舉升油缸上下腔通壓力油時(shí)，活塞桿4上下運(yùn)動(dòng)，活塞油缸2固定在轉(zhuǎn)軸上。套筒3由活塞桿帶動(dòng)上下運(yùn)動(dòng)。其導(dǎo)向功能由立柱的平鍵9實(shí)現(xiàn)。圖中的6是位置檢測(cè)裝置。4.3 手臂旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)臂旋轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu)有多種形式，常用的有回轉(zhuǎn)氣缸、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。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(dòng)由齒條和活塞桿8帶動(dòng)齒輪帶動(dòng)配油軸和油缸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，然后通過(guò)筒體上的平鍵9帶動(dòng)外殼一起。旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)了手臂的旋轉(zhuǎn)。圖7 手臂升降轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖4.4 手臂的橫向運(yùn)動(dòng)圖8顯示了手臂的橫向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。臂

43、的橫向運(yùn)動(dòng)由活塞缸5帶動(dòng)，回轉(zhuǎn)缸與滑臺(tái)1用螺釘連接，活塞桿4通過(guò)兩個(gè)連接板3用螺釘固定在滑座2上。當(dāng)活塞油缸5與壓力油相連，其缸體帶動(dòng)滑臺(tái)1沿燕尾形滑座2橫向往復(fù)運(yùn)動(dòng)。圖 8 手臂橫向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)4.5 手臂運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算在計(jì)算手臂運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力（包括扭矩）時(shí)，應(yīng)考慮手臂上的滿負(fù)荷。機(jī)械手工作時(shí)，手臂上的載荷主要包括慣性力、摩擦力和重力。4.5.1手臂水平伸縮運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力計(jì)算臂做水平伸縮運(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和導(dǎo)桿與支撐滑套之間的摩擦阻力等，還要克服慣性力。在啟動(dòng)過(guò)程中。其驅(qū)動(dòng)力 Pq 可計(jì)算如下：P q = F m + F g (N)式中Fm各支撐處的摩擦阻力；

44、F g啟動(dòng)時(shí)的慣性力，其大小可由下式估算：F g = a (N)式中W為臂伸縮部件的總重量（N）；g重力加速度（ 9.8m/s ）；a 啟動(dòng)時(shí)的平均加速度（m/s ），和a = (m/s ) v 速度變化。如果手臂從靜止?fàn)顟B(tài)加速到工作速度V，這個(gè)過(guò)程的速度變化等于手臂的工作速度； t啟動(dòng)過(guò)程所用的時(shí)間，一般為0.010.5s。當(dāng)F m=80N，W=1098(N)， V = 500mm/s，P q = 80+ * = 80+112=192 (N)4.5.2手臂垂直提升運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力計(jì)算手臂垂直運(yùn)動(dòng)時(shí)，除了要克服摩擦阻力F m 和慣性力F g 外，還需要克服手臂運(yùn)動(dòng)部件的重力，因此其驅(qū)動(dòng)力P q 可

45、計(jì)算如下：P q = F m + F g W (N)式中， F m各支座處的摩擦力（N）；F g啟動(dòng)時(shí)的慣性力（N），可根據(jù)臂伸縮時(shí)的情況計(jì)算；W手臂運(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)F m=40N， F g=100N， W =1098N= 40+100+1098=1238(N)4.5.3手臂旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力矩應(yīng)根據(jù)啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的慣性力矩和回轉(zhuǎn)部分支撐處的摩擦力矩計(jì)算。由于啟動(dòng)過(guò)程一般不是恒加速運(yùn)動(dòng)，因此最大驅(qū)動(dòng)扭矩大于理論平均值，一般為平均值的1.3倍。因此，驅(qū)動(dòng)扭矩 Mq 可以計(jì)算如下：M q = 1.3( M m + M g ) (N m)式中， M

46、 m各支座處的總摩擦力矩；M g啟動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，一般按下式計(jì)算：米克= J (牛米)其中J是臂組件對(duì)其旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 (kg m )；旋轉(zhuǎn)臂的工作角速度（rad/s）； t擺臂啟動(dòng)時(shí)間（s）當(dāng)M m=84(N m)時(shí)， M g=8 =32(N m)M q = 1.3*116=150.8(Nm)活塞、導(dǎo)套和油缸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量要詳細(xì)計(jì)算，因?yàn)檫@些零件重量大或回轉(zhuǎn)半徑大，對(duì)整體計(jì)算結(jié)果影響很大。對(duì)于小零件，可以將其作為質(zhì)點(diǎn)來(lái)計(jì)算其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，忽略其質(zhì)心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。對(duì)于形狀復(fù)雜的零件，可以分成幾個(gè)簡(jiǎn)單的零件進(jìn)行計(jì)算，其中一部分可以計(jì)算為質(zhì)點(diǎn)。參見“工業(yè)機(jī)器人”表4-1。第五章液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)5.1 液壓系統(tǒng)

47、介紹機(jī)械手的液壓傳動(dòng)是利用壓力油作為工作介質(zhì)來(lái)傳遞動(dòng)力的。電機(jī)驅(qū)動(dòng)油泵輸出壓力油，將電機(jī)提供的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為油的壓力能。壓力油通過(guò)管路及一些控制、調(diào)節(jié)裝置等進(jìn)入油缸，推動(dòng)活塞桿運(yùn)動(dòng)，使手臂運(yùn)動(dòng)，如拉伸、提升等，油可以轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)時(shí)能克服的摩擦阻力的大小，夾持工件時(shí)夾持手需要保持的夾持力的大小，都與油壓和活塞的有效工作面積有關(guān)。手臂進(jìn)行各種運(yùn)動(dòng)的速度取決于流入密封氣缸的油量。這種依靠運(yùn)動(dòng)壓力油的體積變化來(lái)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)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)主要由以下幾部分組成：(1) 油泵它供應(yīng)液壓系統(tǒng)壓力油，將電機(jī)輸出的機(jī)械

48、能轉(zhuǎn)化為油的壓力能，并利用這種壓力油驅(qū)動(dòng)整個(gè)液壓系統(tǒng)工作。(2) 液壓馬達(dá)壓力油驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)部件的外部工作部件。手臂做直線運(yùn)動(dòng)，液壓馬達(dá)為手臂伸縮油缸。具有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的液壓馬達(dá)一般稱為油馬達(dá)，旋轉(zhuǎn)角度小于360的液壓馬達(dá)一般稱為回轉(zhuǎn)油缸（或擺動(dòng)油缸）。(3控制調(diào)節(jié)裝置各種閥門，如單向閥、溢流閥、節(jié)流閥、調(diào)速閥）、減壓閥、順序閥等，各自發(fā)揮一定的作用，使手臂、手腕、手指等機(jī)械手可以完成規(guī)定的運(yùn)動(dòng)。5.3 機(jī)械手液壓系統(tǒng)控制回路機(jī)械手的液壓系統(tǒng)，取決于機(jī)械手的自由度，液壓系統(tǒng)可復(fù)雜可簡(jiǎn)單，但總是由一些基本的控制電路組成。這些基本控制回路具有各種功能，如調(diào)節(jié)工作壓力、卸油泵、換向運(yùn)動(dòng)、調(diào)節(jié)工作速度以同步運(yùn)

49、動(dòng)等。5.3.1壓力控制回路(1)調(diào)壓回路在使用定量泵的液壓系統(tǒng)中，為了控制系統(tǒng)的最大工作壓力，一般在油泵出口附近設(shè)置一個(gè)溢流閥，用于調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力，將多余的油溢流回油泵。油箱。(2)卸載電路在機(jī)械手油缸不工作且油泵電機(jī)不停止工作時(shí)，為了減少油泵的功率損耗，節(jié)省電能，減少系統(tǒng)發(fā)熱，使油泵在低溫下工作。加載時(shí)，采用卸載電路。該機(jī)械手采用二位二通電磁閥來(lái)控制溢流閥遠(yuǎn)程口卸荷回路。(3)減壓回路為了降低或穩(wěn)定機(jī)械手液壓系統(tǒng)的局部壓力，在需要減壓的支路之前串聯(lián)一個(gè)減壓閥，以獲得低于系統(tǒng)壓力的壓力。(4)平衡與鎖定電路在機(jī)械液壓系統(tǒng)中，為防止立式機(jī)構(gòu)因自重而任意下落，可采用平衡回路來(lái)平衡立式機(jī)構(gòu)的自重。為

50、了使機(jī)械臂在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中停在任意位置，防止因外力產(chǎn)生位移，可采用鎖定回路，即關(guān)閉氣缸的回油回路，使活塞停止運(yùn)動(dòng)并鎖定。機(jī)械手采用單向順序閥作為平衡閥，實(shí)現(xiàn)任意位置鎖定的回路。(5)油泵出口連接止回閥在油泵出口處連接一個(gè)止回閥。它有兩個(gè)作用：一是保護(hù)油泵。液壓系統(tǒng)工作時(shí)，油泵向系統(tǒng)供給高壓油，帶動(dòng)油缸運(yùn)動(dòng)作功。當(dāng)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，油泵不再向外界供油，系統(tǒng)中原有的高壓油具有一定的能量，會(huì)迫使油泵反方向轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生噪音加速油泵磨損。在油泵出油口加裝單向閥后，切斷系統(tǒng)內(nèi)高壓油與油泵時(shí)間的連接，保護(hù)油缸。二是防止空氣混入系統(tǒng)。停機(jī)時(shí)，單向閥可將系統(tǒng)與油泵隔離，防止系統(tǒng)內(nèi)的油通過(guò)油泵倒流回油箱，避免空氣混入，保

51、證啟動(dòng)的穩(wěn)定性。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)入氣缸的流量Q?？刂品绞接袃煞N：一種是使用定量泵，即通過(guò)調(diào)節(jié)節(jié)流閥的流量截面來(lái)改變進(jìn)入油缸或油馬達(dá)的流量；另一種是用變量泵改變油泵的供油量。該機(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)速閥進(jìn)行調(diào)節(jié)。節(jié)流調(diào)速閥的優(yōu)點(diǎn)是：簡(jiǎn)單可靠，調(diào)速范圍大，價(jià)格低廉。缺點(diǎn)是：低速負(fù)載行駛時(shí)壓力和流量損失，效率低，發(fā)熱量大。節(jié)流閥用于節(jié)流和調(diào)速時(shí)，負(fù)載的變化會(huì)引起氣缸轉(zhuǎn)速的變化，導(dǎo)致轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性差。原因是負(fù)載變化會(huì)引起氣缸速度的變化，導(dǎo)致速度穩(wěn)定性差。原因是負(fù)載的變化

52、會(huì)引起節(jié)流閥進(jìn)出口壓力差的變化，因此通過(guò)節(jié)流閥的流量和氣缸的速度都會(huì)發(fā)生變化。調(diào)速閥可以通過(guò)負(fù)載的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)和穩(wěn)定流量，使油缸的運(yùn)動(dòng)速度不受負(fù)載變化的影響。需要穩(wěn)定性。 .5.3.3方向控制回路在機(jī)械手的液壓系統(tǒng)中，為了控制各個(gè)油缸和電機(jī)的運(yùn)動(dòng)方向，開啟或關(guān)閉油路，兩位二通，兩位三通，兩位四通通常使用電磁閥和電液滑閥。控制系統(tǒng)發(fā)出電信號(hào)，控制電磁鐵控制閥芯方向，使油缸和油馬達(dá)的油路換向，實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)和正反轉(zhuǎn)。目前液壓系統(tǒng)中使用的電磁閥按其動(dòng)力源可分為交流電磁閥（D型）和直流電磁閥（E型）。交流電磁閥的工作電壓一般為220V（也有380V或36V），直流電磁閥的工作電壓一般為24V（或11

53、0V）。此處使用交流電磁閥。交流電磁閥啟動(dòng)性能好，換向時(shí)間短，接線簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，但如果不能吸收，則容易燒壞，可靠性差，換向時(shí)有震動(dòng)，內(nèi)容換向頻率低，短暫的生命。5.4 機(jī)械手液壓傳動(dòng)系統(tǒng)液壓系統(tǒng)圖的繪制是液壓機(jī)械手設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容之一。液壓系統(tǒng)圖是各種液壓元件的有機(jī)連接圖，以滿足機(jī)械手的動(dòng)作要求。它通常由一些典型的壓力控制、流量控制、方向控制回路以及一些特殊回路組成。繪制液壓系統(tǒng)圖的一般順序是：首先確定油缸和油泵，然后布置中間控制調(diào)節(jié)回路及相應(yīng)的元件，與其他輔助裝置組成整個(gè)液壓系統(tǒng)，并使用液壓系統(tǒng)圖形符號(hào)畫出液壓原理圖。5.4.1送料機(jī)械手的動(dòng)作順序液壓傳動(dòng)送料機(jī)械手主要是從一個(gè)地方取工件，然

54、后橫移一定距離將工件送到立式精鍛機(jī)進(jìn)行加工。其動(dòng)作順序?yàn)椋捍希雌鹗嘉恢谩Ｊ种搁]合，待夾料放料）插入定位銷手臂前進(jìn)手指張開手指夾緊手臂上升手臂縮回立柱橫動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)手腕115拔出定位銷轉(zhuǎn)動(dòng)手臂115插入定位銷向前伸出手臂中間停止手臂（此時(shí)垂直精度的卡盤鍛壓機(jī)下降卡盤夾緊，大泵卸荷）手指松開（此時(shí)精鍛機(jī)卡盤隨材料上升）手指合攏縮臂下臂反轉(zhuǎn)手腕（復(fù)位手腕）拔出定位銷反轉(zhuǎn)手臂（復(fù)位送料機(jī)械手）立柱后退（返回起始位置）等待卸料（一個(gè)循環(huán)結(jié)束）。以上動(dòng)作都是通過(guò)電控系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)控制相應(yīng)的電磁換向閥，并按程序一步一步來(lái)實(shí)現(xiàn)的。電控系統(tǒng)的步進(jìn)控制環(huán)節(jié)采用步進(jìn)線選擇器。步進(jìn)動(dòng)作是在每次步進(jìn)動(dòng)作完成后閉合行程開關(guān)的

55、觸點(diǎn)或使時(shí)間繼電器按預(yù)先設(shè)定的每次步進(jìn)動(dòng)作的停留時(shí)間動(dòng)作。并發(fā)信使步進(jìn)器依次“跳”，控制電磁閥的電磁線圈通斷，使電磁鐵按程序動(dòng)作（見電磁鐵動(dòng)作程序表），實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的液壓系統(tǒng)。5.4.2自動(dòng)上料機(jī)械手液壓系統(tǒng)原理介紹圖9 機(jī)械手液壓系統(tǒng)示意圖液壓系統(tǒng)原理如圖8所示。系統(tǒng)采用功率N=7.5kW的電機(jī)驅(qū)動(dòng)雙葉片泵YB-35/18。其公稱壓力為60*10 Pa，流量為35升/min+ 18升/min= 53升/min，系統(tǒng)壓力調(diào)整為30* 10Pa，油箱容積選擇為250升單向調(diào)速閥（QI-63B、QI-25B、QI-10B）用于手臂伸縮、手臂提升、手臂旋轉(zhuǎn)、手臂橫向運(yùn)動(dòng)和手腕旋轉(zhuǎn)油路的回油節(jié)流，因此

56、速度可調(diào)并且工作穩(wěn)定。臂舉油缸支路設(shè)有單向順序閥（XI-63B），可調(diào)節(jié)順序閥的彈簧力，在活塞自重產(chǎn)生的油壓作用下保持回路暢通、活塞桿和它支撐的臂。工作時(shí)，油泵輸出的壓力油進(jìn)入舉升油缸上腔，作用在順序閥上的壓力增大使其接通，活塞向下運(yùn)動(dòng)。當(dāng)活塞即將上升時(shí)，壓力油通過(guò)單向閥進(jìn)入舉升油缸下腔，不會(huì)被順序閥堵塞。這樣采用單向順序閥克服了臂的自重，防止打滑，性能穩(wěn)定可靠。手指夾緊油缸的支路裝有液控止回閥（IY-25B），使手指夾緊工件不受系統(tǒng)壓力波動(dòng)的影響，保證手指夾緊工件牢固。反方向供油時(shí)，油箱通過(guò)控制油路推動(dòng)止回閥芯，使回油路連通，油流回油箱。手臂轉(zhuǎn)動(dòng)后用于定位的定位氣缸支路低于系統(tǒng)壓力。為此，在

57、定位油缸支路前串聯(lián)一個(gè)減壓閥（J-10），使定位油缸能獲得15-18*10 Pa的自適應(yīng)壓力，也可對(duì)電液滑閥（或電液換向閥，34DY-63B）實(shí)現(xiàn)，空載卸載不會(huì)引起油溫升高。系統(tǒng)的壓力由安全閥調(diào)節(jié)。本系統(tǒng)四個(gè)主壓力油路的壓力測(cè)量是通過(guò)改變壓力表開關(guān)（K-3B）的位置來(lái)實(shí)現(xiàn)的。如上所示。下面以一個(gè)典型的送料機(jī)械手動(dòng)作程序?yàn)槔?，結(jié)合圖10對(duì)其動(dòng)作周期進(jìn)行說(shuō)明。 8.電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)雙葉片泵3、8旋轉(zhuǎn)，油從油箱1經(jīng)過(guò)網(wǎng)式濾油器2、7，通過(guò)葉片泵送入工作油路。如果機(jī)械手未啟動(dòng)，則通過(guò)2/2通電磁閥5和10進(jìn)行卸油（電磁鐵11DT和12DT通電）。當(dāng)熱棒料到達(dá)送料位置時(shí)，由于熱料，1150光電繼電器會(huì)

58、發(fā)出電信號(hào)（或手動(dòng)啟動(dòng)），機(jī)械手通過(guò)步進(jìn)絲選擇器后開始按程序動(dòng)作。此時(shí)卸荷停止（二位二通電磁閥5、10電磁鐵斷電），電磁鐵8DT通電，壓力油進(jìn)入定位油缸無(wú)桿腔進(jìn)行定位。定位后，該支路油路系統(tǒng)壓力上升，壓力繼電器40發(fā)出電信號(hào)，電磁鐵1DT通過(guò)步進(jìn)選擇器得電，電液換向閥25由“ O”型滑動(dòng)函數(shù)狀態(tài)到通道。 ，壓力油泵從3、8經(jīng)單向閥6、14、13，經(jīng)電液換向閥25右通道進(jìn)入臂伸縮油缸右腔，使活塞桿帶動(dòng)導(dǎo)桿向前移動(dòng)（因?yàn)榛钊资枪潭ǖ模?，手臂伸展到合適的位置，安裝在手臂上的觸鐵觸摸行程開關(guān)發(fā)出電信號(hào)，經(jīng)過(guò)步進(jìn)線選擇器和時(shí)間繼電器延時(shí)后，電磁鐵3DT通電，手指張開；手臂靠慣性滑動(dòng)，手指移動(dòng)。到要加載

59、的中心位置。延時(shí)結(jié)束，3DT斷電，手指夾料；同時(shí)發(fā)信跳動(dòng)使電磁鐵4DT得電，壓力油從工作油路39經(jīng)電液換向閥33右通道流出，單向速度調(diào)節(jié).閥34的單向閥和單向順序閥35的單向閥進(jìn)入臂舉油缸的下腔，將臂向上推。當(dāng)手臂上升到預(yù)定位置時(shí)，輕觸行程開關(guān)，電磁鐵4DT斷電，電液換向閥33復(fù)位為“O”型滑閥功能狀態(tài)，并發(fā)出電信號(hào)通過(guò)步進(jìn)選擇器使電磁鐵2DT通電，電液換向閥25左側(cè)連接油路，壓力油通過(guò)電液換向閥25左通道，通過(guò)單向調(diào)速閥26的單向閥進(jìn)入臂伸縮油缸的左腔使臂縮回。 .同時(shí)，發(fā)信和跳步使電磁鐵13DT通電，壓力油通過(guò)電液換向閥41的左腔推動(dòng)臂橫向運(yùn)動(dòng)。當(dāng)橫移機(jī)構(gòu)上的觸鐵碰到行程開關(guān)時(shí)，13DT斷

60、電，通過(guò)步進(jìn)選擇器發(fā)出電信號(hào)給6DT通電，此時(shí)換向閥18右側(cè)接油路，壓力油通過(guò)單向調(diào)速閥19的單向閥進(jìn)入手腕轉(zhuǎn)動(dòng)油缸的空腔，使手腕轉(zhuǎn)動(dòng)115，手腕上的烙鐵接觸行程開關(guān)使6DT斷電，換向閥18復(fù)位為“O”型滑閥功能狀態(tài)，同時(shí)8DT也斷電，定位油缸復(fù)位（拔銷）；壓力繼電器復(fù)位并致一個(gè)電信號(hào)。經(jīng)過(guò)步進(jìn)選擇器后，電磁鐵9DT得電，換向閥28右通道接通油路，壓力油經(jīng)QI(31)單向閥進(jìn)入臂回轉(zhuǎn)缸，使手臂旋轉(zhuǎn) 115。當(dāng)臂的轉(zhuǎn)動(dòng)接觸到烙鐵和行程開關(guān)時(shí)， 9DT斷電，換向閥28復(fù)位為“O”型滑閥功能狀態(tài)；并致電信號(hào)。步進(jìn)線選擇器跳動(dòng)使8DT得電，定位油缸17動(dòng)作，插入定位銷，壓力繼電器40發(fā)出電信號(hào)。電磁鐵