汽車工業(yè)用裝裝卸機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計【畢業(yè)論文+CAD圖紙全套】

買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 哈 爾 濱 理 工 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計 題 目： 汽車工業(yè)用裝裝卸機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計 院 、 系： 姓 名： 指導(dǎo)教師： 系 主 任： 年 月 日 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 汽車工業(yè)用裝裝卸機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計 摘 要 本設(shè)計 如今，隨著工業(yè)技術(shù)幾十年的發(fā)展，機(jī)械手在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用，它可以代替工人來進(jìn)行各種循環(huán)單調(diào)，危險，以及高疲勞強(qiáng)度的工作，從而提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量，降低了生產(chǎn)作業(yè)中的安全隱患。 機(jī) 械手主要由手部和運(yùn)動機(jī)構(gòu)組成。手部是用來抓 住 工件 或工具 的部件，根據(jù)被抓 住工件 的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式 。 機(jī)械手配件運(yùn)動機(jī)構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動、移動或復(fù)合運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。 本文介紹了過對曲軸搬運(yùn)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計，詳細(xì)討論了機(jī)械手的手抓、手臂、機(jī)身等主要部件的設(shè)計與選擇，并給出了所需要的參數(shù)和計算。 最后通過本次設(shè)計，將大學(xué)所學(xué)的知識進(jìn)行了鞏固和應(yīng)用，提高了動手和動腦的能力。 關(guān)鍵詞 機(jī)械手；液壓驅(qū)動；液壓缸； 文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 is in a of it so as to to of is of is to or to of is a of of or to of of of of we of of 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 目 錄 摘 要 . I . 1 章 緒論 . 1 械手的概念 . 1 械手的簡史 . 1 械手的組成 . 2 行機(jī)構(gòu) . 2 動機(jī)構(gòu) . 2 制機(jī)構(gòu) . 2 械手的生產(chǎn)應(yīng)用簡述 . 2 第 2 章 機(jī)械手的設(shè)計 . 4 械手的總體設(shè)計 . 4 械手的總體結(jié)構(gòu)類型 . 4 械手的總體設(shè)計 . 5 械手的手部設(shè)計 . 5 部概述 . 5 部的設(shè)計方案 . 6 械手的手臂設(shè)計 . 7 臂概述 . 7 臂的設(shè)計 . 8 械手的驅(qū)動系 統(tǒng)設(shè)計 . 9 動系統(tǒng)概述 . 9 動系統(tǒng)的選擇原則 . 9 器人液壓驅(qū)動系統(tǒng) . 10 動系統(tǒng)的設(shè)計方案 . 10 第 3 章 液壓系統(tǒng)設(shè)計與計算 . 11 定液壓系統(tǒng)基本方案 . 11 定液壓執(zhí)行元件運(yùn)動控制回路 . 12 壓源系統(tǒng)的設(shè)計 . 12 制液壓系統(tǒng)圖 . 12 定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù) . 13 擇液壓元件 . 17 壓系統(tǒng)性能的驗(yàn)算 . 18 第 4 章 機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計 . 19 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 械手控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 . 19 械手的作業(yè)流程 . 19 械手操作面板布置 . 20 制器的選型 . 20 制系統(tǒng)原理分析 . 21 部接線設(shè)計 . 22 結(jié)論 . 23 致謝 . 24 參考文獻(xiàn) . 25 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 1 第 1章 緒論 械手的概念 機(jī)械手是指用于再現(xiàn)人手功能的技術(shù)裝置。機(jī)械手是模仿著 人手的部分動作，按給定程序、軌跡和要求實(shí)現(xiàn)自動抓取、搬運(yùn)或操作的自動機(jī)械裝置。在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的機(jī)械手被稱為工業(yè)機(jī)械手。 工業(yè)機(jī)械手是近代自動控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項(xiàng)新技術(shù)，并已成為現(xiàn)代機(jī)械制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個重要組成部分，這種新技術(shù)發(fā)展很快，逐漸成為一門新興的學(xué)科 機(jī)械手工程。機(jī)械手涉及到力學(xué)、機(jī)械學(xué)、電器液壓技術(shù)、自動控制技術(shù)、傳感器技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域，是一門跨學(xué)科綜合技術(shù)。 工業(yè)機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動生產(chǎn)設(shè)備。工業(yè)機(jī)械手也是工業(yè)機(jī)器人的一個重要分支。他的特點(diǎn)是可以通過編程來完成 各種預(yù)期的作業(yè)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)在人的智能和適應(yīng)性。機(jī)械手作業(yè)的準(zhǔn)確性和環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域有著廣泛的發(fā)展空間。 機(jī)械手的發(fā)展是由于它的積極作用正日益為人們所認(rèn)識：其一、它能部分的代替人工操作；其二、它能按照生產(chǎn)工藝的要求，遵循一定的程序、時間和位置來完成工件的傳送和裝卸；其三、它能操作必要的機(jī)具進(jìn)行焊接和裝配，從而大大的改善了工人的勞動條件，顯著的提高了勞動生產(chǎn)率，加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動化的步伐。因而，受到很多國家的重視，投入大量的人力物力來研究和應(yīng)用。 尤其是在高溫、高壓、粉塵、噪音以及帶有放射性和污染的場合，應(yīng)用的更為廣泛。在我國近幾年也有較快的發(fā)展，并且取得一定的效果，受到機(jī)械工業(yè)的。 機(jī)械手是一種能自動控制并可從新編程以變動的多功能機(jī)器，他有多個自由度，可以搬運(yùn)物體以完成在不同環(huán)境中的工作。 機(jī)械手的結(jié)構(gòu)形式開始比較簡單，專用性較強(qiáng)。 隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，制成了能夠獨(dú)立的按程序控制實(shí)現(xiàn)重復(fù)操作，適用范圍比較廣的“程序控制通用機(jī)械手”，簡稱通用機(jī)械手。由于通用機(jī)械手能很快的改變工作程序，適應(yīng)性較強(qiáng)，所以它在不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量生產(chǎn)中獲得廣泛的 引用。 械手的簡史 機(jī)械手首先是從美國開始研制的。 1958 年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺機(jī)械手。 1962 年，美國機(jī)械鑄造公司在上述方案的基礎(chǔ)之上又試制成一臺數(shù)控示教再現(xiàn)型機(jī)械手。商名為 萬能自動 )。同年該公司和普魯曼公司買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 2 合并成立萬能自動公司（ ,專門生產(chǎn)工業(yè)機(jī)械手。 1962 年美國機(jī)械鑄造公司也試驗(yàn)成功一種叫 械手，原意是靈活搬運(yùn)。 1978 年美國 司和斯坦福大學(xué)、麻省理工學(xué)院聯(lián)合研制一種工業(yè)機(jī)械手 ，裝有小型電子計算機(jī)進(jìn)行控制，用于裝配作業(yè)，定位誤差可小于 1 毫米。 第二代機(jī)械手正在加緊研制。它設(shè)有微型電子計算機(jī)控制系統(tǒng)，具有視覺、觸覺能力，甚至聽、想的能力。研究安裝各種傳感器，把感覺到的信息反饋，使機(jī)械手具有感覺機(jī)能。目前國外已經(jīng)出現(xiàn)了觸覺和視覺機(jī)械手。 第三代機(jī)械手（機(jī)械人）則能獨(dú)立地完成工作過程中的任務(wù)。它與電子計算機(jī)和電視設(shè)備保持聯(lián)系。 械手的組成 機(jī)械手由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動機(jī)構(gòu)和控制機(jī)構(gòu)三部分組成。 行機(jī)構(gòu) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括手部、手臂和軀干。手部裝在手臂前端，可以轉(zhuǎn)動、 開閉手指。機(jī)械手手部的構(gòu)造系統(tǒng)模仿人的手指，分為無關(guān)節(jié)、固定關(guān)節(jié)和自由關(guān)節(jié)三種。手指的數(shù)量又可以分為二指、三指、四指等，其中以二指用得最多。可根據(jù)夾持對象的形狀和大小配備多種形狀和尺寸的夾頭，以適應(yīng)操作的需要。手臂的作用是引導(dǎo)手指準(zhǔn)確地抓住工件，并運(yùn)送到所需要的位置上。為了使機(jī)械手能夠正確地工作，手臂的三個自由度都需要精確地定位?？傊?，機(jī)械手的運(yùn)動離不開直線移動和轉(zhuǎn)動二種，因此它采用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要是直線液壓缸、擺動液壓缸、電液脈沖馬達(dá)、伺服液壓馬達(dá)、交流伺服電動機(jī)、直流伺服電動機(jī)和步進(jìn)電動機(jī)等。軀干是安裝手 臂、動力源和各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)的機(jī)架。本設(shè)計采用二指的構(gòu)造，直線液壓缸。 動機(jī)構(gòu) 驅(qū)動機(jī)構(gòu)是工業(yè)機(jī)械手的重要組成部分。根據(jù)動力源的不同 , 工業(yè)機(jī)械手的驅(qū)動機(jī)構(gòu)大致可分為液壓、氣動、電動和機(jī)械驅(qū)動等四類。采用液壓機(jī)構(gòu)驅(qū)動機(jī)械手 ,結(jié)構(gòu)簡單、尺寸緊湊、重量輕、控制方便。 制機(jī)構(gòu) 在機(jī)械手的控制上，有點(diǎn)動控制和連續(xù)控制兩種方式。大多數(shù)用插銷板進(jìn)行點(diǎn)位控制，也有采用可編程序控制器控制、微型計算機(jī)控制，采用凸輪、磁盤磁帶、穿孔卡等記錄程序。主要控制的是坐標(biāo)位置，并注意其加速度特性。 械手 的生產(chǎn)應(yīng)用簡述 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 3 機(jī)械手是工業(yè)自動控制領(lǐng)域中經(jīng)常遇到的一種控制對象。機(jī)械手可以完成許多工作，如搬運(yùn)、裝配、切割、噴染等等，應(yīng)用非常廣泛。 在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程中的自動化已成為突出的主題。各行各業(yè)的自動化水平越來越高，現(xiàn)代化加工車間，常配有機(jī)械手，以提高生產(chǎn)效率，完成工人難以完成的或者危險的工作。可在機(jī)械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)很大程度上不是連續(xù)的。工業(yè)機(jī)械手是為實(shí)現(xiàn)這些工序而產(chǎn)生的。目前機(jī)械手常用于工業(yè)中快速抓取工件并將工件轉(zhuǎn)移到下一個生產(chǎn)工序。本文以能夠?qū)崿F(xiàn)這類工作的搬運(yùn)機(jī)械手為設(shè)計對象。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 4 第 2章 機(jī)械手的設(shè)計 械手的總體設(shè)計 械手的總體結(jié)構(gòu)類型 工業(yè)機(jī)械手有很多種分類方法，目前還沒有統(tǒng)一的分類標(biāo)準(zhǔn)，比如可以按機(jī)械手的結(jié)構(gòu)坐標(biāo)系提點(diǎn)分類，或者按機(jī)械手的驅(qū)動方式分類，也可以按機(jī)械手的用途分類。在這里我們按工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)坐標(biāo)系特點(diǎn)來進(jìn)行分類。 工業(yè)機(jī)械手按結(jié)構(gòu)坐標(biāo)系特點(diǎn)可以分為直角坐標(biāo)型，圓柱坐標(biāo)型，球坐標(biāo)型，關(guān)節(jié)型四種。如圖 示。 圖 業(yè)機(jī)械手按結(jié)構(gòu)坐標(biāo)分類 1 直角坐標(biāo)型 直角坐標(biāo)型也稱為笛卡爾坐標(biāo)型或臺架型。這種 機(jī)器人有三個線性關(guān)節(jié)組成，這三個關(guān)節(jié)用來確定末端操作器的位置，通常還帶有附加的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)用來確定末端操作器的姿態(tài)。這種機(jī)器人在 X,Y,Z 軸上的運(yùn)動式獨(dú)立的，運(yùn)動方程可獨(dú)立處理，且方程是線性的，因此進(jìn)行計算機(jī)操作控制簡單；他可以兩端支撐，對于給定的結(jié)構(gòu)長度，剛性最大；他的進(jìn)度和位置分辨率不隨工作場合而變化，容易達(dá)到高精度。 2 圓柱坐標(biāo)型 圓柱坐標(biāo)機(jī)器人有兩個滑動關(guān)節(jié)有兩個滑動關(guān)節(jié)和一個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)來確定部件的位置，在附加一個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)來確定部件的姿態(tài)。這種機(jī)器人可以繞中心軸旋轉(zhuǎn)一個角，工作范圍可以擴(kuò)大且計算簡單；直 線部分可以采用液壓驅(qū)動，可以輸出較大的動力。 3 球坐標(biāo)型 球坐標(biāo)機(jī)器人采用球坐標(biāo)系，它用一個滑動關(guān)節(jié)和兩個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)來確定部件的位置，再用一個附加的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)確定部件的姿態(tài)。這種機(jī)器人可以繞買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 5 中心軸旋轉(zhuǎn)，在中心支架附近的工作范圍很大，兩個轉(zhuǎn)動驅(qū)動裝置容易密封，覆蓋工作空間較大。 4 關(guān)節(jié)型 關(guān)節(jié)型機(jī)器人的關(guān)節(jié)全部可以旋轉(zhuǎn)，類似于人的手臂，他是工業(yè)機(jī)器人中最常見的結(jié)構(gòu)，工作范圍較復(fù)雜。 械手的總體設(shè)計 圖 械手工作布局圖 在本設(shè)計中， 因?yàn)樵O(shè)計要求搬運(yùn)的工件的質(zhì)量要求為 20搬運(yùn)直線距離為 1000慮在滿足系統(tǒng)工藝要求的前提下，盡量簡化結(jié)構(gòu)，以減小成本、提高可靠度。該機(jī)械手在工作中只需要做直線運(yùn)動 ,其中手臂的升降和梁的平移為兩個直線運(yùn)動 ,機(jī)械手自由度數(shù)目取為 2，坐標(biāo)形式選擇直角坐標(biāo)形式，即 X 軸 Y 軸兩個移動自由度，其特點(diǎn)是 :結(jié)構(gòu)比較簡單 ,且有較高的定位準(zhǔn)確度。機(jī)械手工作布局圖如圖 示。 械手的手部設(shè)計 部概述 工業(yè)機(jī)器人的手部稱為末端操作器，是機(jī)器人直接用于抓取、握緊、吸附專用工具進(jìn)行操作的部件，他能夠模仿人手的動作，是最重要的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，安裝于機(jī)器人手臂的前端。工業(yè)機(jī)器人發(fā)展到現(xiàn)在，應(yīng)用范圍越來越廣泛，被操作的工件的形狀、尺寸、重量、材料以及表面狀態(tài)各不相同，所以工業(yè)買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 6 機(jī)器人末端操作器是多種多樣的，大部分末端操作器的結(jié)構(gòu)是根據(jù)特定的工件專門加工的，常用的有以下幾種： 1， 夾鉗式取料手。 2， 吸附式取料手。 3， 專用操作器及轉(zhuǎn)換器。 4， 仿生多指靈巧手。 部的設(shè)計方案 由于本設(shè)計所搬運(yùn)的是發(fā)動機(jī)曲軸，所以選用夾鉗式取料手。 夾鉗式取料手是工業(yè)機(jī)器人最常用的一種末端操作器形式，在裝配流水線上用的較為廣泛。它一般由手指（手抓）、驅(qū)動機(jī)構(gòu)、連接與支撐元件組成，工作機(jī)理類似于常用的手鉗。 指的設(shè)計方案 手指是夾鉗式取料手直接與工件接觸的部件。手部松開和夾緊工件是通過手指的張開與閉合實(shí)現(xiàn)的。機(jī)器人的手部一般有兩個手指，個別有三個或多個手指，它們的結(jié)構(gòu)形式通常取決于被夾持工件的形狀和特性。指端的形狀有 V 型指，平面指、尖指等。 由于本設(shè)計被夾持的工件形狀為圓柱體，所以選用 V 型指，其特點(diǎn)是加持平穩(wěn)可靠，加持誤差小。如圖 示。 動機(jī)構(gòu)設(shè)計 傳動機(jī)構(gòu)是向手指傳遞運(yùn)動和動力，以實(shí)現(xiàn)加緊和松開動作的機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)根據(jù)手指開合的動作特點(diǎn)，分為回轉(zhuǎn)型和移動型。 本設(shè)計采用回轉(zhuǎn)型傳動結(jié)構(gòu)，如圖 示。驅(qū)動桿與連桿由銷連接，當(dāng)驅(qū)動桿做直線往復(fù)運(yùn)動時，則通過兩岸推動兩桿手指各繞其支點(diǎn)做回轉(zhuǎn)運(yùn)動，從而使手指松開或閉合。該機(jī)構(gòu)的活動環(huán)節(jié)較多，所以定位精度會差一些。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 7 圖 械手手指 圖 械手傳動結(jié)構(gòu) 械手的手臂設(shè)計 臂概述 手臂是機(jī)器人執(zhí)行機(jī)構(gòu)中重要的部件，它的作用是將被抓取的工件運(yùn)送到指定的位置上，因而一般機(jī)器人手臂有三個自由度，即手臂的伸縮、左右買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 8 回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)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(shí)現(xiàn)的，所以，它不僅僅承受被抓工件的重量，而且承受末端執(zhí)行器和手臂自身的重量。手臂的結(jié)構(gòu)、工作范圍、靈活性以及抓重大小和定位精度都直接影響機(jī)器人的工作性能。在進(jìn)行機(jī)器人手臂設(shè)計時，要遵循下述原則； ；相互垂直的軸應(yīng)盡可能相交于一點(diǎn)，這樣可以使機(jī)器人運(yùn)動學(xué)正逆運(yùn)算簡化，有利于機(jī)器人的控制。 作空間的形狀和大小與機(jī)器人手臂的長度，手臂關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動范圍有密切的關(guān)系。但機(jī)器人手臂末端工作空間并沒有考慮機(jī)器人手腕的空間姿態(tài)要求，如果對機(jī)器人手腕的姿態(tài)提出具體的要求，則其手臂末端可實(shí)現(xiàn)的空間要小于上述沒有考慮手腕姿態(tài)的工作空間。 在保證機(jī)器人手臂有足夠強(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。力求選 用高強(qiáng)度的輕質(zhì)材料，通常選用高強(qiáng)度鋁合金制造機(jī)器人手臂。目前，在國外，也在研究用碳纖維復(fù)合材料制造機(jī)器人手臂。碳纖維復(fù)合材料抗拉強(qiáng)度高，抗振性好，比重?。ㄆ浔戎叵喈?dāng)于鋼的 1/4，相當(dāng)于鋁合金的 2/3），但是，其價格昂貴，且在性能穩(wěn)定性及制造復(fù)雜形狀工件的工藝上尚存在問題，故還未能在生產(chǎn)實(shí)際中推廣應(yīng)用。目前比較有效的辦法是用有限元法進(jìn)行機(jī)器人手臂結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計。在保證所需強(qiáng)度與剛度的情況下，減輕機(jī)器人手臂的重量。 減小機(jī)械間隙所造成的運(yùn)動誤差。因此，各關(guān)節(jié)都應(yīng)有工作可靠 、便于調(diào)整的軸承間隙調(diào)整機(jī)構(gòu)。 對減小電機(jī)負(fù)載和提高機(jī)器人手臂運(yùn)動的響應(yīng)速度是非常有利的。在設(shè)計機(jī)器人的手臂時，應(yīng)盡可能利用在機(jī)器人上安裝的機(jī)電元器件與裝置的重量來減小機(jī)器人手臂的不平衡重量，必要時還要設(shè)計平衡機(jī)構(gòu)來平衡手臂殘余的不平衡重量。 及驅(qū)動裝置，傳動機(jī)構(gòu)及其它元件的安裝。 臂的設(shè)計 機(jī)械手的垂直手臂（小臂）升降和水平手臂（大臂）的伸縮運(yùn)動都為直線運(yùn)動。 直線運(yùn)動的實(shí)現(xiàn)一般是氣動傳動，液壓傳動以及電動機(jī)驅(qū)動滾珠絲杠來實(shí)現(xiàn)?？紤]到搬運(yùn)工件的重量較大，考慮加工工件的質(zhì)量達(dá) 20中型重量，同時考慮到機(jī)械手的動態(tài)性能及運(yùn)動的穩(wěn)定性，安全性，對手臂的剛度有較高的要求。綜合考慮，兩手臂的驅(qū)動均選擇液壓驅(qū)動方式，通過液壓缸的直接驅(qū)動，液壓缸既是驅(qū)動元件，又是執(zhí)行運(yùn)動件，不用再設(shè)計另外的執(zhí)行件了；而且液壓缸實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動，控制簡單，易于實(shí)現(xiàn)計算機(jī)的控制。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 9 因?yàn)橐簤合到y(tǒng)能提供很大的驅(qū)動力，因此在驅(qū)動力和結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度都是比較容易實(shí)現(xiàn)的，關(guān)鍵是機(jī)械手運(yùn)動的穩(wěn)定性和剛度的滿足。因 此手臂液壓缸的設(shè)計原則是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，因?yàn)榭刂坪途唧w工作的要求，機(jī)械手的手臂的結(jié)構(gòu)不能太大，若僅僅通過增大液壓缸的缸徑來增大剛度，是不能滿足系統(tǒng)剛度要求的。因此，在設(shè)計時另外增設(shè)了導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，小臂增設(shè)了兩個導(dǎo)桿，盡量增加其剛度。通過增設(shè)導(dǎo)桿，能顯著提高機(jī)械手的運(yùn)動剛度和穩(wěn)定性，比較好的解決了結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定性的問題。 械手的驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計 動系統(tǒng)概述 工業(yè)機(jī)器人的驅(qū)動系統(tǒng)，按動力源可以分為液壓、氣動和電動三大類。根據(jù)需要也可以將這三種基 本類型組合成一個復(fù)合式的驅(qū)動系統(tǒng)。這三類基本驅(qū)動系統(tǒng)的主要特點(diǎn)如下。 由于液壓技術(shù)是一種比較成熟的技術(shù)，它具有動力大、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)動等特點(diǎn)。適合于在承載能力大，慣量大以及在防火防爆的環(huán)境中工作的機(jī)器人。但是，液壓系統(tǒng)需要進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換（電能轉(zhuǎn)換成液壓能），速度控制多數(shù)情況下采用節(jié)流調(diào)速，效率比電動驅(qū)動系統(tǒng)低，液壓系統(tǒng)的液體泄露會對環(huán)境產(chǎn)生污染，工作噪音也較高。 具有速度快，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，維修方便、價格低等特點(diǎn)。適用于中、小負(fù)荷的機(jī)器人中 采用。但是因難于實(shí)現(xiàn)伺服控制，多用于程序控制的機(jī)器人中，如在上、下料和沖壓機(jī)器人中應(yīng)用較多。 由于低慣量、大轉(zhuǎn)矩的交、直流伺服電機(jī)及其配套的伺服驅(qū)動器（交流變頻器、直流脈沖寬度調(diào)制器）的廣泛采用，這類驅(qū)動系統(tǒng)在機(jī)器人中被大量采用。這類驅(qū)動系統(tǒng)不需要能量轉(zhuǎn)換，使用方便，噪聲較低，控制靈活。大多數(shù)電機(jī)后面需安裝精密的傳動機(jī)構(gòu)。直流有刷電機(jī)不能直接用于要求防爆的工作環(huán)境中，成本上也較其他兩種驅(qū)動系統(tǒng)高。但因?yàn)檫@類驅(qū)動系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)比較突出，因此在機(jī)器人中被廣泛的使用。 動系統(tǒng)的選擇原則 設(shè)計機(jī)器人時，驅(qū)動系統(tǒng)的選擇，要根據(jù)機(jī)器人的用途、作業(yè)要求、機(jī)器人的性能規(guī)范、控制功能、維護(hù)的復(fù)雜程度、運(yùn)行的功耗、性價比以及現(xiàn)有的條件等綜合因素加以考慮。在注意各類驅(qū)動系統(tǒng)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，綜合上買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 10 述各因素，充分論證其合理性、可行性、經(jīng)濟(jì)性及可靠性后進(jìn)行最終的選擇。一般情況下： 括上下料）使用的有限點(diǎn)位控制的程序控制機(jī)器人，重負(fù)荷的選擇液壓驅(qū)動系統(tǒng)，中等負(fù)荷的可選電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)，輕負(fù)荷的可選氣動驅(qū)動系統(tǒng)。沖壓機(jī)器人多采用氣動驅(qū)動系統(tǒng)。 求具有 點(diǎn)位和軌跡控制功能，需采用伺服驅(qū)動系統(tǒng)。只有采用液壓或電動伺服系統(tǒng)才能滿足要求。點(diǎn)焊、弧焊機(jī)器人多采用電動驅(qū)動系統(tǒng)。重負(fù)荷的任意點(diǎn)位控制的點(diǎn)焊及搬運(yùn)機(jī)器人選用液壓驅(qū)動系統(tǒng)。 器人液壓驅(qū)動系統(tǒng) 液壓系統(tǒng)自 1962 年在世界上第一臺機(jī)器人中應(yīng)用到現(xiàn)在，已在工業(yè)機(jī)器人中獲得了廣泛的應(yīng)用。目前，雖然在中等負(fù)荷以下的工業(yè)機(jī)器人中大量采用電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)，但是在簡易經(jīng)濟(jì)型、重型的工業(yè)機(jī)器人和噴涂機(jī)器人中采用液壓系統(tǒng)的還仍然占有很大的比例。 液壓系統(tǒng)在機(jī)器人中所起的作用是通過電 號進(jìn)行功率放大，對液壓動力機(jī)構(gòu)進(jìn)行方向、位置、和速度的控制，進(jìn)而控制機(jī)器人手臂按給定的運(yùn)動規(guī)律動作。液壓動力機(jī)構(gòu)多數(shù)情況下采用直線液壓缸或擺動馬達(dá)，連續(xù)回轉(zhuǎn)的液壓馬達(dá)用得很少。在工業(yè)機(jī)器人中，中、小功率的液壓驅(qū)動系統(tǒng)用節(jié)流調(diào)速的為多，大功率的用容積調(diào)速系統(tǒng)。節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)，動態(tài)特性好，但是效率低。容積調(diào)速系統(tǒng)，動態(tài)特性不如前者，但效率高。 動系統(tǒng)的設(shè)計方案 具體到本設(shè)計，在分析了具體工作要求后，綜合考慮各個因素。機(jī)械手的手臂驅(qū)動系統(tǒng)全部采用液壓缸；而手爪通過液壓柱塞缸活塞與中間驅(qū)動桿配 合來實(shí)現(xiàn)控制，即手爪在柱塞缸推力作用下推動驅(qū)動桿，通過端部銷連接到手指進(jìn)行松開和夾緊。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 11 第 3章 液壓系統(tǒng)設(shè)計與計算 定液壓系統(tǒng)基本方案 液壓執(zhí)行元件大體分為液壓缸和液壓馬達(dá)，前者實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動，后者實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動。二者的特點(diǎn)及適用場合見表 3 表 3壓缸與液壓馬達(dá)的特點(diǎn)與適用場合 名 稱 特 點(diǎn) 適 用 場 合 雙活塞桿液壓缸 雙向?qū)ΨQ 雙向工作的往復(fù)場合 單活塞桿液壓缸 有效工作面積大、 雙向不對稱 往返不對稱的直線運(yùn)動，差動連接可實(shí)現(xiàn)快進(jìn) 柱塞缸 結(jié)構(gòu)簡單 單 向工作，靠重力或其它外力返回 擺動缸 單葉片式小于 360 雙葉片式小于 180 小于 360 的擺動； 小于 180 的擺動 齒輪馬達(dá) 結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜 高轉(zhuǎn)速、低轉(zhuǎn)矩的回轉(zhuǎn)運(yùn)動 葉片馬達(dá) 體積小、轉(zhuǎn)動慣量小 高速低轉(zhuǎn)矩、動作靈敏的回轉(zhuǎn)運(yùn)動 擺線齒輪馬達(dá) 體積小、輸出轉(zhuǎn)局大 低速、小功率大轉(zhuǎn)矩的回轉(zhuǎn)運(yùn)動 軸向柱塞馬達(dá) 運(yùn)動平穩(wěn)、轉(zhuǎn)矩大、轉(zhuǎn)速范圍寬 大轉(zhuǎn)矩的回轉(zhuǎn)運(yùn)動 徑向柱塞馬達(dá) 轉(zhuǎn)速低，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，輸出轉(zhuǎn)矩大 低速大轉(zhuǎn)矩回轉(zhuǎn)運(yùn)動 本設(shè)計因?yàn)闄C(jī)械手的形式為直角坐標(biāo)形式，具有兩個自由度，均為移動自由度。同 時考慮機(jī)械手的工作載荷和工作現(xiàn)場環(huán)境對機(jī)械手布局以及定位精度的具體要求，以及計算機(jī)的控制的因素，手臂運(yùn)動均為直線運(yùn)動。因此，機(jī)械手的手臂都采用單活塞桿液壓缸，來實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 12 定液壓執(zhí)行元件運(yùn)動控制回路 液壓執(zhí)行元件確定后，其運(yùn)動方向和運(yùn)動速度的控制是液壓回路的核心問題。 方向控制是用換向閥或是邏輯控制單元來實(shí)現(xiàn)。對于一般中小流量的液壓系統(tǒng)，通過換向閥的有機(jī)組合來實(shí)現(xiàn)所要求的動作。對高壓大流量的系統(tǒng)，多采用插裝閥與先導(dǎo)控制閥的邏輯組合來實(shí)現(xiàn)。 速度控制通過改變液壓執(zhí)行元件輸入或輸出的流 量或者利用密封空間的容積變化來實(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。 本設(shè)計的方向控制采用電磁換向閥來實(shí)現(xiàn)，而速度的控制主要采用節(jié)流調(diào)速，主要方式是采用比較簡單的節(jié)流閥來實(shí)現(xiàn)。 壓源系統(tǒng)的設(shè)計 液壓系統(tǒng)的工作介質(zhì)完全由液壓源來提供，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，溢流閥同時起到控制并穩(wěn)定油源壓力的作用。容積調(diào)速系統(tǒng)多用變量泵供油，用安全閥來限定系統(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，通過精濾油器再次過濾。為防止系統(tǒng)中雜質(zhì)流回油箱，可在回油路上設(shè)置磁過濾器。根據(jù)液壓設(shè)備所處的環(huán)境及對溫升的要求，還要考慮加熱、冷卻等措施。 本設(shè)計的液壓系統(tǒng)采用定量泵供油，由溢流閥 確定系統(tǒng)壓力。為了保證液壓油的潔凈，避免液壓油帶入污染物，故在油泵的入口安裝粗過濾器，而在油泵的出口安裝精過濾器對循環(huán)的液壓油進(jìn)行凈化。 制液壓系統(tǒng)圖 本機(jī)械手的液壓系統(tǒng)圖如圖 示， 它擁有垂直手臂的上升、下降，水平伸 縮缸 /的前伸、后縮，以及執(zhí)行手爪的夾緊、張開三個執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 其中，液壓泵是由三相交流異步電動機(jī) M 拖動；系統(tǒng)壓力由溢流閥 1得失電決定了動力源的投入與摘除。 考慮到手爪的工作要求輕緩抓取、迅速松開，系統(tǒng)采用了節(jié)流效果不等的兩個單向節(jié)流閥。當(dāng) 5電時，工作液體經(jīng)由節(jié)流閥 入柱塞缸，實(shí)現(xiàn)手爪的輕緩抓緊；當(dāng) 6電時，工作液體進(jìn)入柱塞缸中，實(shí)現(xiàn)手爪的迅速松開。 另外，由于機(jī)械手垂直升降液壓缸在工作時其下降方向與負(fù)荷重力作用買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 13 方向一致，下降時有使運(yùn)動速度加快的趨勢，為使運(yùn)動過程的平穩(wěn)，同 時盡量減小沖擊、振動，保證系統(tǒng)的安全性，采用 成的平衡回路向升降油缸下腔提供一定的排油背壓，以平衡重力負(fù)載。 執(zhí)行手爪柱塞缸垂直升降缸水平伸縮缸感應(yīng)式位移傳感器電液伺服閥圖 械手的液壓系統(tǒng)原理圖 定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù) 液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)是壓力和流量，他們是設(shè)計液壓系統(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)動速度和結(jié)構(gòu)尺寸。 根據(jù)機(jī)構(gòu)的工作情況液壓缸所受的總機(jī)械載荷為 （ 3 式中 ， 為水平方向無外載荷，故為 0； 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 14 （ 1）（ 3 式中， G 為 100 g 2/81.9 v t 般為 取 各值帶入上式，得：（ 2）1（ 3 式中，該液壓缸工作壓力 16 相關(guān)手冊取 =0.2 1A 啟動時： 動時： 83N （ 3）機(jī)械手水平方向上有兩個導(dǎo)桿，內(nèi)導(dǎo)桿和外導(dǎo)套之間的摩擦力為 （ 3 式中， G 為 100 f f= 帶入數(shù)據(jù)計算得： 8N 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 15 （ 4）回油背壓形成的阻力按下式計算 2（ 3 式中，般為 .5 =0.3 慮兩邊差動比為 2； 將各值帶入上式有， 24分 析液壓缸各工作階段受力情況，作用在活塞上的總機(jī)械載荷為 088 。 手爪要能抓起工件必須滿足： 21 （ 3 式中， N 1k 常取 ； 2k ，主要考慮慣性力的影響可按 12 估算， a 為機(jī)械手在搬運(yùn)工件過程的加速度 2/ 2/8.9 ， g 為重力加速度； 3表選取 13 k； G 20 帶入數(shù)據(jù)，計算得： 0 ； 計算驅(qū)動力計算公式為： 1（ 3 式中， 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 16 1k 處選 4k 處選 其他同上。帶入數(shù)據(jù)，計算得： 20 而液壓缸的工作驅(qū)動力是由缸內(nèi)油壓提供的，故有 （ 3 式中， P A 經(jīng)計算 ，所需的油壓約為： 針對本設(shè)計是一個機(jī)械手的特點(diǎn)考慮，機(jī)械手系統(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，以盡量優(yōu)先保證機(jī)械手的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動的穩(wěn)定性、安全性。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)計階段，通過外部的液壓回路、采用合適的調(diào)速回路和元件來實(shí)現(xiàn)。經(jīng)過仔細(xì)分析，綜合考慮各方面的因素，初步確定各液壓缸的基本參數(shù)如下； 表 3手爪執(zhí)行液壓缸參數(shù) 內(nèi)徑 壁厚 直徑 行程 工作壓力 20 5 20 11 36 注：手爪液壓缸工作壓力由系統(tǒng)壓力閥調(diào)定。 表 3平伸縮液壓缸參數(shù) 缸內(nèi)徑 壁厚 桿直徑 行程 工作壓力 60 10 20 1100 1 因?yàn)樯炜s缸的作用主要是實(shí)現(xiàn)伸縮直線運(yùn)動這個運(yùn)動形式，在軸向上并不承受顯性的工作載荷（因?yàn)槭肿A持的工件，受力方向?yàn)榇怪狈较颍?，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。而且因?yàn)闄C(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較大的工作行程。同時具有比較大的彎矩和比較長的行程，這對液壓缸的穩(wěn)定性和剛度問題有較高的要求。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 17 表 3垂直液壓缸 參數(shù) 缸內(nèi)徑 壁厚 桿直徑 行程 工作壓力 60 10 25 100 1 因?yàn)榇怪币簤焊姿惺艿妮d荷方式既有一定的軸向載荷，又存在著比較大的傾覆力矩（由加工工件的重力引起的）。作為液壓執(zhí)行元件，滿足此處的驅(qū)動力要求是輕而易舉的，要解決的關(guān)鍵問題仍然是它的結(jié)構(gòu)設(shè)計能否有足夠的剛度來抗傾覆。這里同樣采用了導(dǎo)向桿機(jī)構(gòu)，圍繞垂直升降液壓缸設(shè)置兩根導(dǎo)桿，較好的解決了這一問題。 （ 1）缸筒壁厚的較核 當(dāng) D/ 10 時，液壓缸壁厚的較核公式如下： )(2 （ 3 式中， D 驗(yàn)壓力，當(dāng)液壓缸的額定壓力 6時，取為ny ， b 為材料抗拉強(qiáng)度，經(jīng)查相關(guān)資料取為 650 n 為安全系數(shù)，此處取 5n ； 帶入數(shù)據(jù)計算，上式成立。因此液壓缸壁厚強(qiáng)度滿足要求。 （ 2）活塞桿直徑的較核 活塞桿直徑的較核公式為 4 （ 3 式中， F 處 b ； 帶入數(shù)據(jù)，進(jìn)行計算需要上式成立，因此活塞桿的強(qiáng)度能滿足工作要求。 擇液壓元件 通過計算和分析，最后決定選擇： 向地腳型液壓缸 。如圖 示。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 18 圖 B 軸向地腳型液壓缸 根據(jù)系統(tǒng)最高工作壓力和通過該閥的最大流量，在標(biāo)準(zhǔn)元件的產(chǎn)品樣本中選取各控制元件。這 部分在考慮具體的作業(yè)時根據(jù)詳細(xì)的要求再結(jié)合具體情況進(jìn)行詳細(xì)，這里暫從略。 （ 1） 查閱設(shè)計手冊，選擇油管公稱通徑、外徑、壁厚參數(shù) 液壓泵出口流量以 ，選取 6 ；液壓泵吸油管稍微粗些，選擇 8 ；其余都選為 5 ； （ 2）確定油箱的容量 一般取泵流量的 35 倍，這里取為 5 倍，有效容積為 p （ 3 壓系統(tǒng)性能的驗(yàn)算 繪制液壓系統(tǒng)圖后，進(jìn)行壓力損失驗(yàn)算。因?yàn)樵撘簤合到y(tǒng)比較簡單，該項(xiàng)驗(yàn)算從略。本系統(tǒng)采用液壓回路簡單，效率比較高，功率小，發(fā)熱少，油箱容量取得較大，因此，不再進(jìn)行溫升驗(yàn)算。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 19 第 4章 機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計 械手控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 機(jī)械手的動作有水平手臂的伸縮，垂直手臂的升降，以及執(zhí)行手爪的加緊與松開。其中，垂直升降和水平伸縮有液壓實(shí)現(xiàn)驅(qū)動。而液壓缸又由相應(yīng)的電磁閥控制。其中，升降分別由雙線圈的兩位電磁閥控制，例如，當(dāng)下降電磁閥通電時， 機(jī)械手下降；當(dāng)下降電磁閥斷電時，機(jī)械手下降停止。只有當(dāng)上升電磁閥通電時，機(jī)械手才上升；而當(dāng)上升電磁閥斷電時，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)動器、感應(yīng)式位移傳感器構(gòu)成的回路進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。 而執(zhí)行手爪的加緊與放松，通過柱塞缸與齒輪來實(shí)現(xiàn)。柱塞液壓缸由單線圈的電磁閥（夾緊電磁閥）來控制，當(dāng)線圈不通電時，柱塞液壓缸不工作，當(dāng)線圈通電時，柱塞液壓缸工作沖程，手爪閉合，柱塞液壓缸工作回程，手爪張開。 械手的作業(yè)流程 機(jī)械手的作業(yè)動作流程如圖 4示： 原點(diǎn)水平前伸豎直下降夾緊豎直上升水平前伸豎直下降松開豎直上升水平后縮圖 4動機(jī)曲軸搬運(yùn)機(jī)械手工作流程圖 從原點(diǎn)開始，按下啟動鍵，水平液壓缸開始前伸并進(jìn)行伺服定位，前伸到位后，停止前伸； 下降電磁閥通電，同時手爪柱塞缸電磁閥也通電，機(jī)械手下降，同時張開手爪，下降到位后碰到下限行程開關(guān)，下降電磁閥斷電，下降停止，同時手爪夾緊，抓住工件； 上升電磁閥通電，買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 20 機(jī)械手開始上升，上升到位后，碰到上限位開關(guān)，上升電磁閥斷電，上升停止； 水平液壓缸開始前伸并進(jìn)行伺服定位，前伸到位后，停止前伸； 接著下降電磁閥通電，機(jī)械手下降 ，下降到位后，碰到下限行程開關(guān)，下降電磁閥斷電，下降停止； 機(jī)械手松開手爪，準(zhǔn)備離開； 接著上升電磁閥通電，機(jī)械手開始上升，上升到位后，碰到上限位開關(guān)，上升電磁閥斷電，上升停止； 機(jī)械手開始水平定位后縮； 機(jī)械手回到原點(diǎn)待命。 機(jī)械手的每次循環(huán)都從原點(diǎn)位置開始動作。 械手操作面板布置 操作面板布置如圖 4示。 機(jī)械手的操作方式分為手動操作和自動操作兩種工作方式可以選擇。 就是用按鈕作機(jī)械手的每一步運(yùn)動進(jìn)行單獨(dú)的控制。例如，當(dāng)按上 /下按鈕時，機(jī)械手上 升或下降，按一下，動一下，長時間按住，機(jī)械手就會連續(xù)移動；前 /后按鈕同理；當(dāng)按緊 /松按鈕時，按下按緊按鈕鈕，手爪夾緊，而按下松按鈕時，手爪松開。 圖 4作面板示意圖 機(jī)械手從原點(diǎn)開始，按下啟動按鈕，機(jī)械手的動作將自動的、 連續(xù)的周期性循環(huán)，直到程序結(jié)束。在工作中若按下急停按鈕，則機(jī)械手無論運(yùn)行到什么地方，都會