倉儲搬運(yùn)機(jī)械手主體設(shè)計(jì)說明書

54/592012屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題名稱倉儲搬運(yùn)機(jī)械手主體設(shè)計(jì)專業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動化專業(yè)方向機(jī)電一體化班級學(xué)號學(xué)生姓名指導(dǎo)教師教研室機(jī)械電子上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院倉儲搬運(yùn)機(jī)械手主體設(shè)計(jì)摘要：機(jī)械手是工業(yè)機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，是機(jī)器人的關(guān)鍵部位。它能部分的代替人工操作；能按照生產(chǎn)工藝的要求，遵循一定的程序，時(shí)間和位置來完成工件的傳送和裝卸；能制作必要的機(jī)具進(jìn)行焊接和裝配。倉儲搬運(yùn)機(jī)械手的出現(xiàn)，大大改善工人的勞動條件，顯著地提高勞動生產(chǎn)率，加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動化的步伐關(guān)鍵詞：機(jī)械手，液壓，自補(bǔ)償位移測量導(dǎo)向套StorageCarryingManipulatorMainBodyDesignAbstract：theindustrialrobotmanipulatoristheexecutivemechanism,isthekeypartoftherobot.Itcanbepartoftheoperationtoreplaceartificial;Accordingtotheproductionrequirements,followacertainprocedure,timeandlocationtocompletethetransferandloadingandunloading;Canmakethenecessarytoolstocarryoutweldingandassembly.Storagecarryingmanipulator,theemergenceofgreatlyimprovethelaborconditions,significantlyimprovelaborproductivityandtherealizationoftheindustrialproductionmechanizationandautomationpace.Keyword：Manipulator,Hydraulicpressure,Displacementmeasurement-orientedsetsofself-compensation目錄TOC\o"1-3"\h\u316871.前言 1284921.1機(jī)械手的概述和發(fā)展 1164981.2機(jī)械手綜述 159701.2.1機(jī)械手設(shè)計(jì)的目的 129241.2.2機(jī)械手運(yùn)用的場合 1322231.2.3機(jī)械手的組成 2203321.2.4機(jī)械手的主要性能參數(shù) 2247102.倉儲搬運(yùn)機(jī)械手主體設(shè)計(jì) 3232092.1機(jī)械手的工作要求設(shè)計(jì) 3265912.2機(jī)械手手爪計(jì)算 33982.2.1手爪抓取工件結(jié)構(gòu)尺寸限制 351162.2.2手爪長度的確定 451072.2.3手指夾緊力的計(jì)算 4115732.2.4鉗爪式手部結(jié)構(gòu) 664432.2.5齒條行程的確定 7257362.2.6機(jī)械手指尖部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 7290262.3執(zhí)行系統(tǒng)的選擇及具體計(jì)算、選型 8266072.3.1手部機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算及選擇 8120732.3.2手臂橫向機(jī)構(gòu)的選擇 1046852.3.2手臂縱向機(jī)構(gòu)的選擇 11210222.3.3液壓回路的設(shè)計(jì)及控制閥、輔助件、泵站的選擇 12235252.3執(zhí)行機(jī)構(gòu)及自補(bǔ)償位移測試導(dǎo)向套的安裝方式 1551352.3.1橫向油缸與底座的連接 1560152.3.2導(dǎo)向桿、導(dǎo)向套與橫臂的連接 16174282.3.3夾緊缸與橫臂的連接 16106522.3.4立臂與橫臂的連接 16182723.自補(bǔ)償位移測量導(dǎo)向套的設(shè)計(jì) 1747173.1自補(bǔ)償位移測量導(dǎo)向套概述 17219973.2自補(bǔ)償位移測量導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu)組成和特點(diǎn) 18103463.2.1自補(bǔ)償位移測量導(dǎo)向套的組成 18310163.2.2位移測試機(jī)構(gòu)組成 1842863.2.2位移測試機(jī)構(gòu)組件的功能 19177283.3自補(bǔ)償位移測量導(dǎo)向套的工作原理 20112273.4自補(bǔ)償位移測量導(dǎo)向套的顯著特點(diǎn) 21189004.實(shí)驗(yàn) 2281865.結(jié)論 30238146.謝辭 32144207.參考資料 3315430附錄 34

倉儲搬運(yùn)機(jī)械手主體設(shè)計(jì)1.前言1.1機(jī)械手的概述和發(fā)展隨著機(jī)電一體化的技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域內(nèi)廣泛的應(yīng)用，機(jī)械設(shè)備的自動控制顯現(xiàn)得越來越重要。由于工作環(huán)境的需要，人們常常要在高溫，腐蝕及有毒氣等等危險(xiǎn)環(huán)境下工作，不僅增加了工作人員的勞動強(qiáng)度，而且可能危及人員的生命。因此工業(yè)機(jī)械手自然孕育而生了。機(jī)械手是工業(yè)機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，是機(jī)器人的關(guān)鍵部位。它能部分的代替人工操作；能按照生產(chǎn)工藝的要求，遵循一定的程序，時(shí)間和位置來完成工件的傳送和裝卸；能制作必要的機(jī)具進(jìn)行焊接和裝配。倉儲搬運(yùn)機(jī)械手的出現(xiàn)，大大改善工人的勞動條件，顯著地提高勞動生產(chǎn)率，加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動化的步伐1.2機(jī)械手綜述1.2.1機(jī)械手設(shè)計(jì)的目的現(xiàn)代制造企業(yè)，為提高生產(chǎn)率、降低成本，同時(shí)提高產(chǎn)品的質(zhì)量、保證生產(chǎn)過程的安全性，采用機(jī)器人（手）來完成一些精度要求高或具有一定危險(xiǎn)性的工作，以適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展。機(jī)器人（手）的應(yīng)用范圍越來越廣，種類也越來越多。（例：營救機(jī)器人，蔬果采載七自由度機(jī)械手，深海作業(yè)機(jī)械手、用于搬運(yùn)炸藥的氣動機(jī)械手。）1.2.2機(jī)械手運(yùn)用的場合機(jī)械手發(fā)展至今已經(jīng)可以替代許多人的工作，在一些人類無法工作的環(huán)境和工作條件機(jī)械手的作用與能力是非常巨大的。盡管現(xiàn)在許多機(jī)械手還不如人類手指那么靈活，但它們所具有的能不斷重復(fù)工作和勞動、不知疲勞、不怕危險(xiǎn)、抓舉重物的力量比人手大、工作的可靠性與穩(wěn)定性等特點(diǎn)是人類所無法相比的，因此，機(jī)械手已受到許多有關(guān)研究部門的重視，并得到越來越廣泛地得到了實(shí)際應(yīng)用，例如：1.機(jī)床加工工件的裝卸，特別是在自動化車床、組合機(jī)床上機(jī)械手使用相當(dāng)普遍。2.在裝配作業(yè)中有廣泛的應(yīng)用，在電子行業(yè)中考慮它，精密度高和可重復(fù)度高的特點(diǎn)，它可以用來裝配印制電路板，在機(jī)械行業(yè)中，使用它組裝零部件。3.在勞動環(huán)境條件差，單調(diào)、重復(fù)易于疲勞的工作環(huán)境下工作，以代替人的勞動（如：焊接機(jī)械手）。4.在需要高危場合情況下工作，如軍工品的裝卸、危險(xiǎn)品及有害物的搬運(yùn)等。5.在人類因自身生理結(jié)構(gòu)所無法到達(dá)的地方進(jìn)行工作，如宇宙及海洋深處等工作環(huán)境的開發(fā)研究工作。6.在軍事工程及生物醫(yī)學(xué)方面的研究和試驗(yàn)。7.航空、航天器上的應(yīng)用1.2.3機(jī)械手的組成通常機(jī)械手由以下幾部分組成：手部（或稱為抓取機(jī)構(gòu)）：包括手指、傳力機(jī)構(gòu)等，主要起抓取和放置及移動物件的作用。傳送機(jī)構(gòu)（或稱為臂部）：包括手腕、手臂等，主要是起改變機(jī)械手方向和位置的作用。驅(qū)動部分：是提供驅(qū)動前兩部分的動力，因此也稱為動力源，常用的有液壓、氣動、電力和機(jī)械式驅(qū)動四種形式?？刂撇糠郑菏菣C(jī)械手動作的指揮系統(tǒng)，由它來檢測、控制動作的順序（程序）、位置和時(shí)間（甚至速度與加速度）等。其他部分：如機(jī)體、行走機(jī)構(gòu)、行程等動作檢測裝置和及傳感裝置、安全報(bào)警裝置等：機(jī)體（也稱為機(jī)身）是用以支承和連接其他各零件、部件的基礎(chǔ)件。行走機(jī)構(gòu)是為了擴(kuò)大機(jī)械手的使用空間而設(shè)置的。它的本身又包括動力源、傳動、運(yùn)行機(jī)構(gòu)等。行程檢測裝置是檢測和控制機(jī)械手的各運(yùn)動行程（位置）的裝置傳感裝置其中裝有傳感器，使手指具有靈敏性和自控性，用以反映與指與物件之間是否有接觸、物件有無滑下或脫落、物件的方位是否正確、手指對物件的握緊力是否與物件的重量相適應(yīng)等。安全報(bào)警裝置是當(dāng)檢測到電壓、液壓、氣壓等發(fā)生異常變化和機(jī)械受到外界干擾超越了安全位置時(shí)，檢測、報(bào)警、顯示和緊急停機(jī)等安全措施的裝置。1.2.4機(jī)械手的主要性能參數(shù)1.操縱力（又稱臂力或負(fù)荷）即抓取和夾持工件的重量，操作力與機(jī)械手不僅與工件的重量有關(guān)還與工作時(shí)的運(yùn)行速度有關(guān)，在設(shè)計(jì)時(shí)往往要考慮在一定速度下的操縱力。2.反應(yīng)速度：機(jī)械手在全行程下每一個(gè)工作階段的最大操作速度。3.行程：機(jī)械手運(yùn)動行程的范圍。4.定位精度：機(jī)械手工作位置設(shè)定及重復(fù)定位的精度。5.定位方法：對機(jī)械手的工作定位設(shè)定、控制的方式。6.自由度數(shù)目：指整機(jī)、手臂及手腕共有的運(yùn)動自由度數(shù)目，一般給出坐標(biāo)形式。7.傳動方式：動力源或傳動系統(tǒng)的選擇。有電、氣、液等多種動力源為機(jī)械手提供傳動方式。8.體積和重量：機(jī)械手的尺寸及極限重量。9.安全性：要考慮控制系統(tǒng)及傳感部分的故障及失效及工作的可靠性。10.動作程序控制方式及容量：工作狀態(tài)的設(shè)計(jì)、控制與運(yùn)行方式，以及拓展空間。11.其它：如壽命、安全性、可靠性、使用動力源、成本等2.倉儲搬運(yùn)機(jī)械手主體設(shè)計(jì)2.1機(jī)械手的工作要求設(shè)計(jì)機(jī)械手共有2個(gè)自由度：（1）縱向自由度用于手臂的升降（2）橫向自由度用于手臂的橫向收縮1.機(jī)械手最大工作行程——300mm2.機(jī)械手最大工作轉(zhuǎn)角——18003.最大工作載荷——300N4.機(jī)械手最大開度——50mm2.2機(jī)械手手爪計(jì)算2.2.1手爪抓取工件結(jié)構(gòu)尺寸限制假設(shè)此手抓主要抓舉工件材料為鋼。（g取10kg/m3）（2.1）（2.2）（2.3）夾取立方體的尺寸是50×50×15mm3夾取圓柱體的尺寸是50×20mm32.2.2手爪長度的確定手抓的最大開合角度取90°。見圖2.1圖2.1手爪開合示意圖當(dāng)設(shè)計(jì)齒輪半徑為30mm，設(shè)計(jì)齒條套的半徑為12mm，當(dāng)齒輪從0°~45°時(shí)，手抓的開度達(dá)到151mm，大于50mm，齒條套下插23.5mm滿足結(jié)構(gòu)要求。2.2.3手指夾緊力的計(jì)算機(jī)械手的手指在設(shè)計(jì)時(shí)，不但要保證有一定的開閉尺寸范圍，以滿足工件尺寸變化的要求，而且還要保證手指要有足夠的對工件的夾緊力，以達(dá)到在抓取和搬運(yùn)工作中的可靠性要求。手指對工件的夾緊力可按下式計(jì)算：（2.4）式中：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；可按1+0.1a進(jìn)行估算a為機(jī)械手在搬運(yùn)工件時(shí)的加速度（m/s2）；G—被抓取工件的重量（kg）K3—方位系數(shù)，可按表2.1表2.1方位系數(shù)零件形狀手指夾持工件狀態(tài)與方位系數(shù)K3方形零件圓形零件根據(jù)要求，安全系數(shù)K1取2加速度a不小于0.1m/s2，則K2=1+0.1×0.1=1.01被抓取工件重量為30kg摩擦系數(shù)f取0.1方位系數(shù)K3=52.2.4鉗爪式手部結(jié)構(gòu)手爪機(jī)構(gòu)采用齒輪齒條式，其結(jié)構(gòu)簡圖見圖6.2滑塊手腕滑塊手腕扇形齒輪彈簧手指工件圖2.2齒輪齒條式手部機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡圖其工作原理為：在滑柱1上裝有齒條，當(dāng)滑柱1上下移動時(shí)，齒條帶動扇形齒輪3來回?cái)[動，由于手指5和扇形齒輪固定在一起，所以在齒條及齒輪的帶動下，手指可以張開、合攏，完成對工件6的夾緊及松開動作。在兩手指間設(shè)有彈簧4，其作用主要是為了齒輪和齒條運(yùn)動時(shí)更加平穩(wěn)，且在手指的張、合時(shí)也不易發(fā)生抖動。這種機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)整方便、手指活動范圍大，應(yīng)用較為廣泛。根據(jù)任務(wù)要求，彈簧4不進(jìn)行安裝，通過指尖的壓力傳感器與觸覺傳感器來控制夾緊力的大小。驅(qū)動力計(jì)算公式為：（2.5）因?yàn)槭肿C(jī)構(gòu)較小，故齒輪半徑R取30mm。因?yàn)槭种笇ぜ膴A緊力為1781.64N，故每個(gè)手指上的受力F=1781.64/2=890.82N2.2.5齒條行程的確定每個(gè)手指需轉(zhuǎn)動90°，故可根據(jù)弧長公式來計(jì)算齒條的行程長度。（2.6）2.2.6機(jī)械手指尖部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)指尖部分與手指桿件部分采用球形連接，這樣手指指尖就能根據(jù)實(shí)際的抓取情況進(jìn)行轉(zhuǎn)動，最大轉(zhuǎn)角為60°。保證指尖上的力能垂直作用在墊片式傳感器作用面上。以此保證測試的精度及準(zhǔn)確性。示意圖見圖2.3圖2.3指尖示意圖2.3執(zhí)行系統(tǒng)的選擇及具體計(jì)算、選型表2.2機(jī)械手傳動系統(tǒng)的方式、特點(diǎn)比較內(nèi)容機(jī)械聯(lián)動電力式液壓式氣壓式操縱力較大小到中等，一般為回轉(zhuǎn)力可獲得很大的回轉(zhuǎn)力或直線運(yùn)動的力操縱力大小視氣體壓力而定，可很大反應(yīng)速度可很高，決定于機(jī)構(gòu)較快快慢定位精度精度高，同步性好一般較差較好精確定位困難尺寸范圍寬范圍寬動力裝置占用空間大動力裝置占用空間大重量范圍寬范圍寬動力裝置較重動力裝置重安全性安全過載安全性差，在一些場合使用要采取防爆措施容易發(fā)熱，易造成火災(zāi)，但過載安全性好不會發(fā)熱，但要注意安全壓力，過載安全性最好可控性簡單、較好簡單、較好好，要做電—液變換差，要做電—?dú)廪D(zhuǎn)換內(nèi)容機(jī)械聯(lián)動電力式液壓式氣壓式壽命長而耐用取決于元件長較短效率較高高一般較高差成本低一般高較低使用性自由度少，大多用于專用機(jī)械手，維修方便可用于程序復(fù)雜、自由度多的機(jī)構(gòu)手，使用方便主要用于中小型專業(yè)機(jī)械手，重型機(jī)械手，維修方便主要用于中小型機(jī)械手，維修簡單，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)根據(jù)任務(wù)要求，經(jīng)比較，采用液壓系統(tǒng)。2.3.1手部機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算及選擇手部機(jī)構(gòu)采用齒輪齒條式，由液壓缸驅(qū)動（命名為夾緊缸），夾緊缸采用雙作用單桿油缸，額定壓力為5.7Mpa。當(dāng)無桿腔進(jìn)油時(shí)，機(jī)械手打開；當(dāng)有桿腔進(jìn)油時(shí)，機(jī)械手合攏。故此液壓缸主要受拉，受壓較小。根據(jù)表2.3初步確定活塞桿直徑d。表2.3活塞桿直徑的選取活塞桿受力情況工作壓力p/Mpa活塞桿直徑d受拉—d=（0.3～0.5）D受壓及拉p≤5d=（0.5～0.55）D受壓及拉5＜p≤7d=（0.6～0.7）D受壓及拉p＞7d=0.7D根據(jù)實(shí)際情況，選擇d=0.55D推力F2=P=6750.28N根據(jù)有桿腔進(jìn)油壓力公式（2.7）式中：F2—有桿腔進(jìn)油產(chǎn)生的推力D—油缸缸徑d—活塞桿直徑p1—進(jìn)油壓力可得，D=0.03213m≈32mmD取40mm考慮到在手爪夾緊力計(jì)算時(shí)，已經(jīng)選擇了最大的安全系數(shù)，查手冊，選取W70L-1FB4010-7H35為夾緊缸。外觀見圖2.4，性能指標(biāo)見表2.4。圖2.4W70L-1FB4010-7H35外觀圖表2.4W70L-1FB4010-7H35性能指標(biāo)額定壓力/MPa6.3允許最高工作速度/mm·s-1300最低工作壓力/MPa≤0.3最低工作速度/mm·s-18最高工作壓力/MPa10最高使用溫度/℃-10～80推力/kN5.067拉力/kN3.645工作行程/mm352.3.2手臂橫向機(jī)構(gòu)的選擇橫向伸縮動作是機(jī)械手設(shè)計(jì)的動作之一，其最大工作行程為300mm。在設(shè)計(jì)中，橫向機(jī)構(gòu)選用液壓缸驅(qū)動（命名為橫向運(yùn)動油缸）。并采用支架與縱向機(jī)構(gòu)進(jìn)行固定連接。在工作中，橫向運(yùn)動油缸受到的負(fù)載較小，只承受在重力作用下的彎矩作用?？紤]滿足設(shè)計(jì)及外觀的雙重要求，查手冊，選取W70L-1LA4010-7H300。外觀圖見圖2.5。性能指標(biāo)見表2.5。圖2.5W70L-1LA4010-7H300外觀圖表2.5W70L-1LA4010-7H300性能指標(biāo)額定壓力/MPa6.3允許最高工作速度/mm·s-1300最低工作壓力/MPa≤0.3最低工作速度/mm·s-18最高工作壓力/MPa10最高使用溫度/℃-10～80推力/kN7.938拉力/kN5.895工作行程/mm300因?yàn)槠湓跈M向運(yùn)動的行程較長，且承受在重力作用下的彎矩作用，可能對油缸的性能產(chǎn)生影響，故進(jìn)行活塞桿彎曲穩(wěn)定性驗(yàn)算。查手冊后，選用使用驗(yàn)算法進(jìn)行校驗(yàn)?；钊麠U彎曲計(jì)算長度為：（2.8）式中：K—液壓缸安裝及導(dǎo)向系數(shù)S—行程，mm如已知作用力F1和活塞桿直徑d，從圖2.6可得Lf1，Lf1為活塞桿彎曲臨界長度。如Lf＜Lf1，則活塞桿彎曲穩(wěn)定性良好。圖2.6活塞桿彎曲計(jì)算圖查表得，K=2S=300mm，F(xiàn)1≈300N查圖6.7，得Lf＜Lf1，穩(wěn)定性較好。但為保證運(yùn)行精度及安全，故在液壓缸支架兩側(cè)加導(dǎo)向桿導(dǎo)向。2.3.2手臂縱向機(jī)構(gòu)的選擇縱向機(jī)構(gòu)是整個(gè)機(jī)械手的支承部分與進(jìn)行垂直位移的部件，其最到工作行程為400mm。在設(shè)計(jì)中，縱向機(jī)采選用液壓缸驅(qū)動（命名為縱向運(yùn)動油缸）。并采用支架進(jìn)行固定連接。雖然油缸的負(fù)載為所有支承部件的重量以及由重物產(chǎn)生的附加載荷，其總值小于600N，但考慮到穩(wěn)定性因素，縱向運(yùn)動油缸的缸徑需適當(dāng)放大。查手冊選W70L-1LA8010-7H400。外觀圖見圖2.7。性能指標(biāo)見表2.6。圖2.7W70L-1LA8010-7H400外觀圖表2.6W70L-1LA8010-7H400性能指標(biāo)額定壓力/MPa6.3允許最高工作速度/mm·s-1300最低工作壓力/MPa≤0.3最低工作速度/mm·s-18最高工作壓力/MPa10最高使用溫度/℃-10～80推力/kN31.689拉力/kN23.697工作行程/mm400因?yàn)槠湓诳v向運(yùn)動的行程較長，可能產(chǎn)生傾覆力矩，故進(jìn)行活塞桿彎曲穩(wěn)定性驗(yàn)算。查手冊后，選用使用驗(yàn)算法進(jìn)行校驗(yàn)。查表得，K=4S=400mm，F(xiàn)1≈600N查圖2.6，得Lf＜Lf1，穩(wěn)定性好。但為保證運(yùn)行精度及安全，故在液壓缸支架兩側(cè)加導(dǎo)向桿導(dǎo)向。2.3.3液壓回路的設(shè)計(jì)及控制閥、輔助件、泵站的選擇a.根據(jù)設(shè)計(jì)要求，液壓回路圖見圖2.8圖2.8液壓回路圖運(yùn)動要求：液壓缸或液壓馬達(dá)通過換向閥控制，且不能同時(shí)作用，它們的速度根據(jù)任務(wù)要求又調(diào)速閥或節(jié)流閥進(jìn)行控制。其系統(tǒng)壓力及卸荷由比例溢流閥根據(jù)其輸入電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)。b.液壓控制閥、輔助件、泵站的選擇根據(jù)液壓執(zhí)行元件的流量要求及任務(wù)要求，液壓控制閥、輔助件、泵站見表2.7。表2.7液壓控制閥、輔助件、泵站序號名稱型號數(shù)量外觀圖管接頭及外觀圖1微型液壓泵站JXS-0212先導(dǎo)式比例溢流閥BYM-E10B13單向閥S10A1014電磁換向閥34EF3O-E10B25電磁換向閥34EF3Y-E10B16節(jié)流截止閥DVP61-1017調(diào)速閥2FRM10-21/2518液控單向閥SV10PB13029蓄能器SBO210-2E1110拉桿式液壓缸W70L-1FB4010-7H351見圖2.512JB/T6381.3-199213拉桿式液壓缸W70L-1LA4010-7H3001見圖2.712JB/T6381.3-199214拉桿式液壓缸W70L-1LA8010-7H4001見圖2.820JB/T6381.3-1992表2.7中1.微型泵站JXS-02由直流電機(jī)、油箱和集成塊組成。直流電機(jī)選用483系列齒輪減速電機(jī)表2.8483系列齒輪減速電機(jī)的技術(shù)參數(shù)型號規(guī)格額定功率（kW）額定轉(zhuǎn)矩（N·m）額定電壓（V）額定轉(zhuǎn)速（r/min)4830.4125.69020油箱：根據(jù)最大流量（縱臂的最大工作流量）估算得到需要0.6L/s?？紤]的最大油液的發(fā)熱和以后機(jī)構(gòu)改進(jìn)，把小車的驅(qū)動由電驅(qū)動改進(jìn)到液壓驅(qū)動。油箱適當(dāng)?shù)姆糯螅?0L油箱。集成塊：在基座上留出集成塊的位置，并把液壓原理圖和閥的型號發(fā)給上海強(qiáng)田流體技術(shù)有限公司，由該公司代為加工集成塊。c.液壓系統(tǒng)的控制方法液壓系統(tǒng)共有2種控制方法，一種為通過計(jì)算機(jī)程序?qū)ζ溥M(jìn)行控制，用于正式使用階段；另一種為手動控制各開關(guān)，令電磁閥得電或失電，用于調(diào)試系統(tǒng)時(shí)使用。2種控制方法通過開關(guān)進(jìn)行切換。2.3執(zhí)行機(jī)構(gòu)及自補(bǔ)償位移測試導(dǎo)向套的安裝方式橫臂安裝結(jié)構(gòu)如圖2.9所示圖2.9橫臂安裝結(jié)構(gòu)圖1—橫臂安裝螺釘2—導(dǎo)向桿3—自補(bǔ)償位移測量導(dǎo)向套4—橫臂液壓缸5—橫向安裝底板6—縱向安裝連接塊7—管接頭8—連接端塊9—夾緊缸安裝板10—端板導(dǎo)向套安裝螺釘11—固定螺釘2.3.1橫向油缸與底座的連接橫向油缸通過4個(gè)橫臂安裝螺釘1固定在橫向底板安裝底板上，活塞桿頭部的螺紋旋進(jìn)連接端塊8。同時(shí)當(dāng)橫向油缸工作時(shí)，通過推動端塊，達(dá)到橫向推動夾緊缸和手爪的目的。2.3.2導(dǎo)向桿、導(dǎo)向套與橫臂的連接用兩個(gè)螺釘，把導(dǎo)向套與底板固定。導(dǎo)向桿穿過導(dǎo)向套，端部用螺釘與連接端塊相連。在工作時(shí)，導(dǎo)向桿隨著活塞桿橫向移動，而導(dǎo)向套則是固定在底板上，這樣形成了相對位移，通過自補(bǔ)償位移測量導(dǎo)向套測量位移。2.3.3夾緊缸與橫臂的連接夾緊缸通過油缸后法蘭的螺紋孔用螺栓和夾緊缸安裝塊，夾緊缸安裝塊又通過固定螺釘11安裝到連接端塊8上。夾緊缸、手爪和夾取的工件的重量依次通過安裝板、連接端塊、導(dǎo)向桿，傳遞到立臂。2.3.4立臂與橫臂的連接在底板上開兩個(gè)光孔，通過縱向安裝連接塊，用螺釘與立臂的導(dǎo)向桿相連。起到縱向固定作用，當(dāng)縱向工作是通過活塞桿推動縱向安裝連接塊，達(dá)到推動橫臂縱向移動的目的。3.自補(bǔ)償位移測量導(dǎo)向套的設(shè)計(jì)3.1自補(bǔ)償位移測量導(dǎo)向套概述在機(jī)械結(jié)構(gòu)中常見的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)是由導(dǎo)向桿與導(dǎo)向套組成，其作用僅僅是用于導(dǎo)向桿運(yùn)動導(dǎo)向與承受相應(yīng)的非工作附加載荷。如在液壓油缸的輔助導(dǎo)向機(jī)構(gòu)中，其作用僅僅是用于導(dǎo)向桿運(yùn)動導(dǎo)向與承受活塞桿的非工作附加載荷。油缸活塞桿的位移還往往需要另外的位移傳感器來進(jìn)行測試。而自補(bǔ)償位移測試導(dǎo)向套是一種帶有位移傳感器的導(dǎo)向套，利用導(dǎo)向套的特殊結(jié)構(gòu)可以很好地將導(dǎo)向、附加載荷支撐與位移測試結(jié)合在一起，減少了位移測試的附加連接機(jī)構(gòu)。圖3.1帶有位移傳感器導(dǎo)向機(jī)構(gòu)1—導(dǎo)向桿2—導(dǎo)向套底座3—導(dǎo)向套上蓋4—編碼器5、6、7—導(dǎo)向輪組件8、9—編碼器與導(dǎo)向套上蓋聯(lián)結(jié)螺栓組件10—位移測試機(jī)構(gòu)11、12—導(dǎo)向套上蓋與導(dǎo)向套聯(lián)結(jié)螺栓組件圖3.2位移測試機(jī)構(gòu)1—電子編碼器聯(lián)結(jié)套2—鎖緊螺母3—軸套4—軸承5—壓縮彈簧6—錐形平鍵7—測試輪主軸8—軸套9—軸承10—膨脹管11—橡膠箍12—編碼器3.2自補(bǔ)償位移測量導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu)組成和特點(diǎn)3.2.1自補(bǔ)償位移測量導(dǎo)向套的組成導(dǎo)向套由導(dǎo)向套上蓋與導(dǎo)向套底座組成。支撐、安裝導(dǎo)向輪與位移測試機(jī)構(gòu)。對導(dǎo)向桿實(shí)施導(dǎo)向作用并承受相應(yīng)的非工作附加載荷。見圖3.1。導(dǎo)向輪由導(dǎo)向輪及其上下支撐套組成。共4組。用于支撐導(dǎo)向桿，與導(dǎo)向桿形成滾動摩擦，降低摩擦系數(shù)減少運(yùn)動阻力。見圖3.1。位移測試機(jī)構(gòu)將導(dǎo)向桿的直線位移轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角，通過編碼器或類似傳感元?dú)饧?shí)現(xiàn)位移測試。即測試輪的周長等于對應(yīng)的直線位移。（3.1）L—直線位移n—旋轉(zhuǎn)圈數(shù)D—測試輪直徑3.2.2位移測試機(jī)構(gòu)組成1—編碼器聯(lián)結(jié)套2—鎖緊螺母3—軸套4—軸承5—壓縮彈簧6—錐形鍵7—測試輪主軸8—軸套9—軸承10—膨脹管11—橡膠套12—編碼器。見圖3.2。3.2.2位移測試機(jī)構(gòu)組件的功能1—編碼器聯(lián)結(jié)套：用于聯(lián)結(jié)測試輪主軸與編碼器，標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品。用與將主軸的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換為導(dǎo)向桿的直線位移。見圖3.2和圖3.3。圖3.3編碼器聯(lián)結(jié)套2—鎖緊螺母：雙螺母結(jié)構(gòu)，用于鎖緊、固定在測試輪主軸上的軸承、軸套、膨脹管、推力彈簧等零件，并給推力彈簧一定的預(yù)壓力。見圖3.2。3、8軸套—主要用于軸承定位用。見圖3.2和圖3.4。圖3.4測試輪主軸定位軸套4、9—軸承：支撐測試輪主軸的旋轉(zhuǎn)。見圖3.2。5—壓縮彈簧：利用其彈性力推動膨脹管。安裝初始時(shí)彈簧處于預(yù)緊狀態(tài)。6—錐形平鍵：測試輪主軸與膨脹管的轉(zhuǎn)動傳遞。見圖3.2和圖3.5圖3.5錐形平鍵7—測試輪主軸：與測試輪同步旋轉(zhuǎn)并帶動編碼器完成位移測試。見圖3.2和圖3.6圖3.6測試輪主軸10—膨脹管：圓形管件，內(nèi)圓為圓錐孔，在軸向切有斜楔槽。與橡膠套組成測試輪。圖3.2和圖3.7圖3.7膨脹管11—橡膠套：橡膠套：與膨脹管組成測試輪。利用橡膠與金屬良好的摩擦關(guān)系將導(dǎo)向桿的直線位移轉(zhuǎn)換為主軸的旋轉(zhuǎn)。12—編碼器：將導(dǎo)向桿的直線位移轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角的傳感元?dú)饧?.3自補(bǔ)償位移測量導(dǎo)向套的工作原理將導(dǎo)向桿引入導(dǎo)向套后調(diào)整導(dǎo)向輪及測試輪與導(dǎo)向桿之間的間隙，并保證其運(yùn)動自由無跳動。在工作時(shí)導(dǎo)向桿在導(dǎo)向套內(nèi)往復(fù)運(yùn)動。由于測試輪在橡膠套、膨脹管與預(yù)緊彈簧力的作用下始終與導(dǎo)向桿貼緊，實(shí)現(xiàn)無相對滑動的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。在測試輪通過錐形鍵的帶動下主軸跟隨其一起旋轉(zhuǎn)，由于光電編碼器與主軸連接在一起，利用光電編碼器的工作原理完成將直線運(yùn)動轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的測試過程。其轉(zhuǎn)換關(guān)系為：（公式3.1）L—直線位移n—旋轉(zhuǎn)圈數(shù)D—測試輪直徑橡膠套與膨脹管組成測試輪，利用橡膠與金屬良好的摩擦關(guān)系將導(dǎo)向桿的直線位移轉(zhuǎn)換為主軸的旋轉(zhuǎn)。橡膠套套箍在膨脹管外側(cè)，利用其固有的彈性特性以及受到導(dǎo)向桿的壓力，膨脹管受到一定的徑向膨脹約束力并與壓縮彈簧的推力形成自膨脹效果。即導(dǎo)向桿緊壓橡膠套，膨脹管組成的測試輪，在導(dǎo)向桿的壓力作用下沿具有同樣圓錐面的測試輪主軸向直徑小的一處滑動并擠壓壓縮彈簧，此時(shí)由橡膠套與膨脹管組成測試輪直徑變小。當(dāng)橡膠套磨損厚度變小后，導(dǎo)向桿對橡膠套的壓力減少，此時(shí)在壓縮彈簧的作用下膨脹管沿具有同樣圓錐面的測試輪主軸向直徑大的一處滑動，此時(shí)由橡膠套與膨脹管組成測試輪直徑變大，并使橡膠套與導(dǎo)向桿的壓力增大，直至導(dǎo)向桿對測試輪的壓力與壓縮彈簧的力平衡。這兩種狀態(tài)的變化過程中測試輪與導(dǎo)向桿接觸處的直徑始終不變，從而保證測試精度及使用壽命的長期性。3.4自補(bǔ)償位移測量導(dǎo)向套的顯著特點(diǎn)1.由膨脹管與橡膠套組成的測試輪。利用橡膠與金屬良好的摩擦關(guān)系及膨脹管的特性將導(dǎo)向桿的直線位移轉(zhuǎn)換為主軸的旋轉(zhuǎn)角位移?？朔宿D(zhuǎn)換過程中的打滑現(xiàn)象從而提高了測試精度。2.由于膨脹管內(nèi)部為圓錐體以及其錐形體槽的結(jié)構(gòu)特性，在彈簧力和主軸圓錐面的作用下，膨脹管的膨脹部位產(chǎn)生徑向膨脹，可以有效地補(bǔ)償因橡膠套磨損等造成的測試輪直徑變化。并有消除間隙與防松的作用。從而提高了測試精度。3.兩套位移測試機(jī)構(gòu)的并用，利用各自的測試輪分別進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和調(diào)理，再進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。設(shè)定一個(gè)許用范圍，即兩者測試值之間的絕對值之差不大于3‰。如在此范圍內(nèi)可以兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)平均，從而減小了機(jī)械系統(tǒng)和電子系統(tǒng)對于數(shù)據(jù)的干擾，使測量值更接近真值；如在此范圍之外，停止使用并對測試系統(tǒng)進(jìn)行檢查，從而實(shí)現(xiàn)互檢，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題。4.采用錐形平鍵和在膨脹套上開錐形槽。當(dāng)橡膠套發(fā)生磨損后，膨脹管沿測試輪主軸軸線方向移動，錐形的鍵和錐形的開槽使是平鍵的兩個(gè)工作表面始終和錐形槽貼合，從而在正反轉(zhuǎn)切換的時(shí)候錐形平鍵、膨脹套、測試輪主軸始終緊貼在一起，消除傳動間隙，提高測量精度。5.使用方便，導(dǎo)向套的特殊結(jié)構(gòu)可以很好地將導(dǎo)向、附加載荷支撐與位移測試結(jié)合在一起，減少了位移測試的附加連接機(jī)構(gòu)。4.實(shí)驗(yàn)本課題設(shè)計(jì)的是倉儲搬運(yùn)機(jī)械手行走機(jī)構(gòu)與測控系統(tǒng)，圖1.1是倉儲搬運(yùn)機(jī)械手的動作線路圖，要求它將貨物從A點(diǎn)搬運(yùn)到B點(diǎn)，并自動回到A點(diǎn)，并開始下一個(gè)循環(huán)。如圖所示，A點(diǎn)為裝貨點(diǎn)，B點(diǎn)為卸貨點(diǎn)。倉儲搬運(yùn)機(jī)械手在A點(diǎn)自動抓取貨物后貨物后，開始向前運(yùn)動，當(dāng)行走機(jī)構(gòu)右側(cè)的磁感應(yīng)傳感器感應(yīng)到磁鐵塊，行走機(jī)構(gòu)開始導(dǎo)向，使運(yùn)動系統(tǒng)順時(shí)針轉(zhuǎn)向90度，當(dāng)其運(yùn)動B點(diǎn)，行走機(jī)構(gòu)兩個(gè)磁性傳感器均檢測到磁鐵塊，行走機(jī)構(gòu)停止3S，放下貨物，3s后，行走機(jī)構(gòu)重新開始運(yùn)動，當(dāng)其返回到A點(diǎn)時(shí)，檢測到2個(gè)磁鐵塊而立刻停止，測控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)開始清零，重新開始下一個(gè)循環(huán)。圖4.1搬運(yùn)機(jī)械手運(yùn)動軌跡流程圖輸入信號列表停止縱向位移A1縱向位移A2橫向位移B1橫向位移B2電磁傳感信號1電磁傳感信號2腕力傳感器滑移傳感器轉(zhuǎn)向0度轉(zhuǎn)向45度開始工作I124.0I124.1I124.2I124.3I124.4I124.5I124.6I124.7I125.1I125.2I125.3I125.0輸出信號列表機(jī)械手縱向伸出機(jī)械手縱向縮回機(jī)械手橫向伸出機(jī)械手橫向縮回機(jī)械手抓起貨物機(jī)械手放下貨物導(dǎo)向輪順時(shí)針轉(zhuǎn)向?qū)蜉喣鏁r(shí)針轉(zhuǎn)向驅(qū)動輪運(yùn)動Q124.0Q124.1Q124.2Q124.3Q124.4Q124.5Q124.6Q124.7Q125.0程序調(diào)試由于學(xué)校沒有提供機(jī)械手，故本課題只有采用實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的設(shè)備進(jìn)行模擬,以下是本實(shí)驗(yàn)的器材的型號表。器材清單器材名稱液壓缸行程開關(guān)三位四通閥導(dǎo)線油管實(shí)驗(yàn)臺型號費(fèi)斯通TN152857費(fèi)斯通DSES-H-L-SIBU183322費(fèi)斯通TN375465費(fèi)斯通導(dǎo)線費(fèi)斯通油管費(fèi)斯通實(shí)驗(yàn)臺數(shù)量595若干若干1臺為完整的表達(dá)整個(gè)過程的動作，本次實(shí)驗(yàn)中我們采用了5個(gè)液壓缸、9個(gè)行程開關(guān)和5個(gè)三位四通換向閥。其中5個(gè)5個(gè)液壓缸分別代表機(jī)械手的縱向運(yùn)動、機(jī)械手的橫向運(yùn)動、機(jī)械手抓放貨物、導(dǎo)向輪轉(zhuǎn)向和驅(qū)動輪，每個(gè)液壓缸都配有1個(gè)三位四通換向閥和2個(gè)行程開關(guān)，由于驅(qū)動輪只有一個(gè)方向的運(yùn)動，故只配備一個(gè)行程開關(guān)。圖4.2和4.3按照事先繪制的邏輯圖接線圖4.4和圖4.5檢查線路搭建是否有誤在本次實(shí)驗(yàn)調(diào)試過程中，每一個(gè)單獨(dú)的動作都能非常順利的得到。比如右端磁性傳感器檢檢測到電磁鐵，而左端磁性傳感器沒有檢檢測到電磁鐵，代表導(dǎo)向輪的液壓缸回立刻伸出。由于輸入信號和輸出信號過多，而PLC的輸入端和輸出端只有8個(gè)（0~7），無法一次性完成所有動作，加之實(shí)驗(yàn)室資源緊張，大三的學(xué)弟們接下來幾天都需要使用該實(shí)驗(yàn)室。經(jīng)石老師同意，實(shí)驗(yàn)調(diào)試過程到此結(jié)束。5.結(jié)論現(xiàn)今社會對機(jī)械手的要求越來越高。人們希望看到的機(jī)械手是不需要人工控制可以獨(dú)立運(yùn)做的。而一個(gè)可以獨(dú)立運(yùn)做的機(jī)械手就意味著它需要有感知系統(tǒng)。在工業(yè)中，搬運(yùn)機(jī)械手是最常見的機(jī)械手之一。其主要的感知系統(tǒng)為位移定位系統(tǒng)。而本次畢業(yè)設(shè)計(jì)主要部分便是對液壓機(jī)械手的位移定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，但由于想做一個(gè)屬于自己的畢業(yè)設(shè)計(jì)，所以機(jī)械手的機(jī)械部分及傳動部分我也進(jìn)行了一定的初步設(shè)計(jì)。在動力傳動與控制方面，根據(jù)要求及比較電機(jī)、氣壓、液壓的優(yōu)、缺點(diǎn)，我選用了液壓系統(tǒng)。并隊(duì)對執(zhí)行元件、控制元件、各機(jī)構(gòu)的安裝和聯(lián)接方式作了詳細(xì)設(shè)計(jì)和選型。也因此對液壓的各項(xiàng)外購件有了更深入的了解，并知道了一些從未聽聞的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，受益非淺。在機(jī)械結(jié)構(gòu)中運(yùn)用了自補(bǔ)償位移測量導(dǎo)向套改變了傳統(tǒng)的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，傳統(tǒng)的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)是由導(dǎo)向桿與導(dǎo)向套組成，其作用僅僅是用于導(dǎo)向桿運(yùn)動導(dǎo)向與承受相應(yīng)的非工作附加載荷。油缸活塞桿的位移還往往需要另外的位移傳感器來進(jìn)行測試。而自補(bǔ)償位移測試導(dǎo)向套是一種帶有位移傳感器的導(dǎo)向套，利用導(dǎo)向套的特殊結(jié)構(gòu)可以很好地將導(dǎo)向、附加載荷支撐與位移測試結(jié)合在一起，減少了位移測試的附加連接機(jī)構(gòu)。如圖5.1為自補(bǔ)償位移測量導(dǎo)向套圖5.1自補(bǔ)償位移測試導(dǎo)向套總得來說，這次設(shè)計(jì)還是比較成功的。并且通過此次設(shè)計(jì)，我四年來的所學(xué)（如機(jī)械原理、機(jī)械工程測試技術(shù)、液壓傳動及控制等）都再次被我再次拾起。對我來說這次設(shè)計(jì)是非常辛苦的，但我卻非常感謝它，因?yàn)樵?jīng)取得過高分的課程知識我正在逐步遺忘，但通過畢業(yè)設(shè)計(jì)，我又將它們重新學(xué)習(xí)了一遍，進(jìn)行了鞏固。并且真正了解了機(jī)電一體化設(shè)計(jì)的含義。圖5.2為最終畢業(yè)設(shè)計(jì)的成果倉儲搬運(yùn)機(jī)械手主體結(jié)構(gòu)圖5.2倉儲搬運(yùn)機(jī)械手主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)唯一比較可惜的是，我的設(shè)計(jì)自補(bǔ)償位移測量導(dǎo)向還停留在理論上，我非常希望能把它制造出來。同時(shí)做為一個(gè)可以說是我第一個(gè)真正的完整設(shè)計(jì)，在將來我也會去不斷的完善它。因?yàn)槲艺J(rèn)為一個(gè)工程師最大的成就就是自己的設(shè)計(jì)作品為他人帶來便利。而我的目標(biāo)正是成為一個(gè)成功的工程師。6.謝辭近三個(gè)月時(shí)間的畢業(yè)課題設(shè)計(jì)是我大學(xué)生活中忙碌而又充實(shí)一段時(shí)光。這里有治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)而又親切的老師，有互相幫助的同學(xué)，更有積極、向上、融洽的學(xué)習(xí)生活氛圍。短短的時(shí)間里，我學(xué)到了很多的東西。不僅學(xué)到就更多的理論知識，擴(kuò)展了知識面，提高了自己的實(shí)際操作能力；而且學(xué)會了如何去學(xué)習(xí)新的知識，學(xué)會了面對困難和挑戰(zhàn)，學(xué)會了團(tuán)結(jié)合作，互助互利。借此論文之際