機(jī)械手的設(shè)計(jì)

TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"摘要 1\o"CurrentDocument"功能設(shè)計(jì) 1\o"CurrentDocument"設(shè)計(jì)原理 2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3.1腕部結(jié)構(gòu)3.1.1手腕驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算3.2手臂回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)3.2.1手臂回轉(zhuǎn)力矩計(jì)算零部件設(shè)計(jì)4.1兩支點(diǎn)回轉(zhuǎn)式鉗爪的定位誤差的分析 24.2單片回轉(zhuǎn)油缸4.3油泵4.4油泵電動(dòng)機(jī)三維模型展示 結(jié)論 機(jī)械手液壓回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)摘要機(jī)械手是模仿人的手部動(dòng)作，按給定程序、軌跡和要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓取、搬運(yùn)和操作的自動(dòng)裝置。機(jī)械手一般有執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)及檢測裝置三大不封閉組成。本篇只詳細(xì)介紹執(zhí)行機(jī)構(gòu)中的回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。1功能設(shè)計(jì)手腕的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)功能手腕回轉(zhuǎn)利用回轉(zhuǎn)油缸通過兩腔通入壓力油驅(qū)動(dòng)動(dòng)片連同夾緊油缸缸體和底座移動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)手腕的回轉(zhuǎn)功能，回轉(zhuǎn)角度為1150。手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)功能采用齒條缸式臂回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)?；剞D(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)。液壓回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)傳動(dòng)部分主要有以下幾個(gè)部分組成：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，用著壓力油驅(qū)動(dòng)整個(gè)液壓系統(tǒng)工作。液動(dòng)機(jī)壓力油驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)部件對(duì)外工作不分。手臂做直線運(yùn)動(dòng)，液動(dòng)機(jī)就是手臂伸縮油缸。這里探究的是回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的液動(dòng)機(jī)，一般叫作油馬達(dá)，回轉(zhuǎn)叫小于3600的液動(dòng)機(jī)，一般叫作回轉(zhuǎn)油缸（或稱擺動(dòng)油缸）?？刂普{(diào)節(jié)裝置各種閥類，如單向閥、溢流閥、節(jié)流閥、減壓閥、順序閥等，各起一定作用，是機(jī)械手的手臂、手腕、能夠完成所要求的運(yùn)動(dòng)。自動(dòng)上料機(jī)械手的動(dòng)作順序是：待料（即起始位置。手指閉合，待夾料立放）一插定位銷一手臂前伸一手指著張開一手指夾料一手臂上升一手臂縮回一立柱橫移一手腕回轉(zhuǎn)1150-拔定位銷一手臂回轉(zhuǎn)1150-插定位銷一手臂前伸一手臂中停（此時(shí)立式精鍛機(jī)的卡頭下降，卡頭夾緊，大泵卸荷）一手指松開（此時(shí)精鍛機(jī)的卡頭夾住料上升）一手指閉合一手臂縮回一手臂下降一手腕反轉(zhuǎn)（手腕復(fù)位）一拔定位銷一手臂反轉(zhuǎn)（上料機(jī)械手復(fù)位）一立柱回移（回到起始位置）一待料（一個(gè)尋環(huán)結(jié)束）卸荷。這里，主要研究執(zhí)行機(jī)構(gòu)機(jī)械手的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。上述動(dòng)作由電控系統(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，是步進(jìn)器順序“跳步”控制電磁閥的電磁鐵線圈通斷電，是電磁鐵按程序動(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。然后通過各種閥類控制調(diào)節(jié)使機(jī)械手完成回轉(zhuǎn)動(dòng)作。2設(shè)計(jì)原理自動(dòng)上料機(jī)械手液壓系統(tǒng)原理圖下圖所示:5.4.2 『HI成T渣土系統(tǒng)蛆理命州圍9機(jī)械手液壓系統(tǒng)圖機(jī)械手的回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)原理的實(shí)現(xiàn)過程：當(dāng)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，帶動(dòng)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(dòng)，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攝氏度的熱料使光電繼電器發(fā)出電信號(hào)（或經(jīng)過人工啟動(dòng)），經(jīng)過步進(jìn)選線器跳步，使機(jī)械手開始按程序動(dòng)作。經(jīng)過手臂前伸、手指著張開，手指夾料，手臂上升，手臂縮回、立柱橫移一系列動(dòng)作后，開始做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)即當(dāng)橫向移動(dòng)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(hào)經(jīng)步進(jìn)選線器跳步使6DT通電，則換向閥右邊接通油路，壓力油通過單向調(diào)速速19的單向閥進(jìn)入手腕回轉(zhuǎn)油缸一腔，使手腕回轉(zhuǎn)115o，手腕上的碰鐵碰到行程開關(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(shí)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(hào)。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)115o，當(dāng)手臂的回轉(zhuǎn)碰鐵碰行程開關(guān)使9DT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(hào)。步進(jìn)選線器跳步，使8DT通電，定位油缸17動(dòng)作，插定位銷，壓力繼電器40發(fā)出電信號(hào)經(jīng)步進(jìn)選線器跳步，使電磁IDT通電，開始做手臂前伸、手臂中停、手指松開、手指閉合、手臂縮回、手臂下降一系列動(dòng)作。當(dāng)升降導(dǎo)套上的碰鐵碰行程開關(guān)時(shí)，2DT斷電，并發(fā)出電信號(hào)和跳步，使7DT通電，換向閥18的左邊通道接通油路，壓力油QI（20）單向閥進(jìn)入手腕回轉(zhuǎn)油缸的另一腔，使手腕反轉(zhuǎn)115o；手腕上的碰鐵碰行程開關(guān)，使7DT斷電并發(fā)出電信號(hào)、跳步，使8DT點(diǎn)斷電（拔定位銷），壓力繼電器復(fù)位發(fā)出電信號(hào)、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)1150（機(jī)械手復(fù)位），當(dāng)手臂的回轉(zhuǎn)碰鐵碰行程開關(guān)時(shí)，10DT斷電，并發(fā)出信號(hào)、跳步，使14DT通電，立柱移位（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(gè)油泵同時(shí)卸荷），機(jī)械手的動(dòng)作循環(huán)結(jié)束。3結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1腕部結(jié)構(gòu)腕部是連接手部與臂部的部件，起支撐手部的作用。設(shè)計(jì)腕部時(shí)要注意一下幾點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，密封性要好。注意解決好腕部與手部、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。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1150。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體用鍵聯(lián)接。夾緊缸體與底座固定連成一體。當(dāng)回轉(zhuǎn)缸體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底座移動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)，即為手腕的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。腕部結(jié)構(gòu)圖如下：3.1.1手腕驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算M驅(qū)二M+M封+M慣+M,其中M工為工作阻力矩

M封密封裝置處的摩擦阻力矩M慣參與回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的零部件，在啟動(dòng)時(shí)的慣性力矩M回回轉(zhuǎn)油缸回油腔的背反力矩M驅(qū)=2.3+0.85+1.22+1.08=5.45（N.m）3.2手臂回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)形式是多樣的，常用的有回轉(zhuǎn)缸、齒輪轉(zhuǎn)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)?；剞D(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)。齒條活塞缸式回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)簡圖：■VI11■VI11國采活塞R廣捉簡的3.2.1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)該根據(jù)啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的慣性力矩與回轉(zhuǎn)部件支撐處的摩擦力矩來計(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 Mq----各支撐處的總摩擦力矩；Mg 啟動(dòng)時(shí)慣性力矩，一般按下式計(jì)算：Mg=J—（N.m）△t式中J——手臂部件對(duì)回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kg.m2）；式中——回轉(zhuǎn)手臂的工作角速度（rad0.At——回轉(zhuǎn)臂啟動(dòng)時(shí)間(s)當(dāng)Mm=84(N.m),Mg=8堅(jiān)=32(N.m)0.2Mq=1.3x116=150.8(N.m)4零部件設(shè)計(jì)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)選用功率N=7.5千瓦的電動(dòng)機(jī)，帶動(dòng)雙聯(lián)葉片泵YB-35/18，其公稱壓力為60X105Pa,流量為53升/分，系統(tǒng)壓力調(diào)節(jié)為30X105Pa,油箱容積選為250升，手臂的升降油缸及伸縮油缸工作時(shí)兩個(gè)油泵同時(shí)供油：手臂及手腕的回轉(zhuǎn)和手指夾緊用的拉緊油缸及手臂回的定位油缸工作時(shí)只有小油泵供油大油泵自動(dòng)卸荷。手臂回轉(zhuǎn)和手腕回轉(zhuǎn)油路采用單項(xiàng)調(diào)速閥(QI-63B，QI-35B，QI-10B)回程節(jié)流，因而速度可調(diào)，工作平穩(wěn)。在手臂回轉(zhuǎn)后的定位作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10-18X105Pa，同時(shí)也給電液動(dòng)滑閥(或稱電液換向閥，34DY-63B)來實(shí)現(xiàn)，空載卸荷不致使油溫升高，系統(tǒng)的壓力由溢流閥來調(diào)節(jié)。4.1兩支點(diǎn)回轉(zhuǎn)式鉗爪的定位誤差的分析■匚鉗口與鉗爪的連接點(diǎn)E為鉸鏈聯(lián)接，如圖示幾何關(guān)系，若設(shè)鉗爪對(duì)稱中心O到工件中心O'的距離為X，貝UX\；l2-(R/sina+b—a)2當(dāng)工件直徑變化時(shí)，X的變化量即為定位誤差A(yù)，設(shè)工件半徑R由R變化到R時(shí)，其最大定位誤差為A=1省2—(R /sina+b—a)2-Jl2—(R/sina+b—a)2I其中l(wèi)=45mm,b=5mm,a=27mm,2a=1200,R.=15mm,R =30mm代入公式計(jì)算得最大定位誤差△=|44.2-44.7|=0.5<0.8故符合要求.4.2單片回轉(zhuǎn)油缸在液壓機(jī)械手上實(shí)現(xiàn)手臂、手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的常用機(jī)構(gòu)是單葉片回轉(zhuǎn)油缸，簡稱回轉(zhuǎn)油缸。單葉片回轉(zhuǎn)油缸設(shè)計(jì)如下圖所示：囹12回轉(zhuǎn)汕ffilttS簡圖在液壓機(jī)械手上實(shí)現(xiàn)手臂、手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的常用機(jī)構(gòu)是單葉片回轉(zhuǎn)油缸，簡稱回轉(zhuǎn)油缸。①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S運(yùn)動(dòng)時(shí)，需要輸入回轉(zhuǎn)油缸的流量Q為：q=3b(D2-Q)a400當(dāng)D=100mm，d=35mm,b=35mm,s=0.95rad/s時(shí)Q=0.02m3/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=pb(D2-d2)8得M=0.8(N.m)②回轉(zhuǎn)油缸內(nèi)徑的計(jì)算回轉(zhuǎn)油缸的動(dòng)片上受的合成壓力矩與其上作用的外載荷力矩相平衡，可得：D=《W+d2 (厘米)D=30mm4.3油泵一般的機(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)所需的油泵工作壓力P泵和最大流量Q泵來確定。⑴確定油泵的工作壓力P泵P泵=P+Z%式中 P――油缸的最大工作油壓zA 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=60X105Pa⑵確定油泵的Q泵大，并考慮系統(tǒng)的總泄漏來確定Q=KQ其中K一般取1.10-1.25Q泵=53升/分4.4油泵電動(dòng)機(jī)確定油泵電動(dòng)機(jī)功率NN=星_ （千瓦）式中 P――油泵的最大工作壓力Q 所選油泵的額定流