機械手的設計

TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"摘要 1\o"CurrentDocument"功能設計 1\o"CurrentDocument"設計原理 2結(jié)構(gòu)設計 3.1腕部結(jié)構(gòu)3.1.1手腕驅(qū)動力矩計算3.2手臂回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)3.2.1手臂回轉(zhuǎn)力矩計算零部件設計4.1兩支點回轉(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油泵電動機三維模型展示 結(jié)論 機械手液壓回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)傳動結(jié)構(gòu)設計摘要機械手是模仿人的手部動作，按給定程序、軌跡和要求實現(xiàn)自動抓取、搬運和操作的自動裝置。機械手一般有執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)及檢測裝置三大不封閉組成。本篇只詳細介紹執(zhí)行機構(gòu)中的回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)運動部分的結(jié)構(gòu)設計。1功能設計手腕的回轉(zhuǎn)運動功能手腕回轉(zhuǎn)利用回轉(zhuǎn)油缸通過兩腔通入壓力油驅(qū)動動片連同夾緊油缸缸體和底座移動轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)手腕的回轉(zhuǎn)功能，回轉(zhuǎn)角度為1150。手臂的回轉(zhuǎn)運動功能采用齒條缸式臂回轉(zhuǎn)機構(gòu)?；剞D(zhuǎn)運動由齒條活塞桿驅(qū)動齒輪，帶動配油軸和缸體一起轉(zhuǎn)動，再通過缸體上的平鍵帶動外套一起轉(zhuǎn)動實現(xiàn)手臂的回轉(zhuǎn)。液壓回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)傳動部分主要有以下幾個部分組成：油泵它供給液壓系統(tǒng)壓力油，將電動機輸出的機械能轉(zhuǎn)換為油液的壓力能，用著壓力油驅(qū)動整個液壓系統(tǒng)工作。液動機壓力油驅(qū)動運動部件對外工作不分。手臂做直線運動，液動機就是手臂伸縮油缸。這里探究的是回轉(zhuǎn)運動的液動機，一般叫作油馬達，回轉(zhuǎn)叫小于3600的液動機，一般叫作回轉(zhuǎn)油缸（或稱擺動油缸）。控制調(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，是機械手的手臂、手腕、能夠完成所要求的運動。自動上料機械手的動作順序是：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（此時立式精鍛機的卡頭下降，卡頭夾緊，大泵卸荷）一手指松開（此時精鍛機的卡頭夾住料上升）一手指閉合一手臂縮回一手臂下降一手腕反轉(zhuǎn)（手腕復位）一拔定位銷一手臂反轉(zhuǎn)（上料機械手復位）一立柱回移（回到起始位置）一待料（一個尋環(huán)結(jié)束）卸荷。這里，主要研究執(zhí)行機構(gòu)機械手的回轉(zhuǎn)運動。上述動作由電控系統(tǒng)發(fā)信控制相應的電磁換向閥，按程序依次步進動作而實現(xiàn)的。該電控系統(tǒng)的步進控制環(huán)節(jié)采用步進選線器，其步進動作是在每一步動作完成后，使行程開關(guān)的觸點閉合或依據(jù)每一步動作的預設停留時間，使時間繼電器動作而發(fā)信，是步進器順序“跳步”控制電磁閥的電磁鐵線圈通斷電，是電磁鐵按程序動作（見電磁鐵動作程序表）實現(xiàn)液壓系統(tǒng)的自動控制。然后通過各種閥類控制調(diào)節(jié)使機械手完成回轉(zhuǎn)動作。2設計原理自動上料機械手液壓系統(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機械手液壓系統(tǒng)圖機械手的回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)運動原理的實現(xiàn)過程：當電動機啟動，帶動雙聯(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，如果機械手還未啟動，則油液通過二位二通電磁閥5和10（電磁鐵11DT和12DT通電）進行卸荷。當熱棒料到達上料的位置后，由于1150攝氏度的熱料使光電繼電器發(fā)出電信號（或經(jīng)過人工啟動），經(jīng)過步進選線器跳步，使機械手開始按程序動作。經(jīng)過手臂前伸、手指著張開，手指夾料，手臂上升，手臂縮回、立柱橫移一系列動作后，開始做回轉(zhuǎn)運動即當橫向移動機構(gòu)上的碰鐵，碰到行程開關(guān)，使13DT斷電，并發(fā)出電信號經(jīng)步進選線器跳步使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復位成“O”型滑閥機能狀態(tài)，同時亦使8DT斷電，定位油缸復位（拔銷）；壓力繼電器復位，發(fā)出電信號。經(jīng)步進選線器跳步，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）的單向閥進入手臂回轉(zhuǎn)油缸一腔使手臂回轉(zhuǎn)115o，當手臂的回轉(zhuǎn)碰鐵碰行程開關(guān)使9DT斷電，換向閥28復位成“O”型滑閥機能狀態(tài)：并發(fā)出電信號。步進選線器跳步，使8DT通電，定位油缸17動作，插定位銷，壓力繼電器40發(fā)出電信號經(jīng)步進選線器跳步，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、手臂下降一系列動作。當升降導套上的碰鐵碰行程開關(guān)時，2DT斷電，并發(fā)出電信號和跳步，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、跳步，使8DT點斷電（拔定位銷），壓力繼電器復位發(fā)出電信號、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）的單向閥進入手臂回轉(zhuǎn)油缸的另一腔，使手臂反轉(zhuǎn)1150（機械手復位），當手臂的回轉(zhuǎn)碰鐵碰行程開關(guān)時，10DT斷電，并發(fā)出信號、跳步，使14DT通電，立柱移位（回到原位，機械手回到原來位置）；步進選線器跳步，使11DT和12DT通電（兩個油泵同時卸荷），機械手的動作循環(huán)結(jié)束。3結(jié)構(gòu)設計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。設計腕部時要注意一下幾點：結(jié)構(gòu)緊湊轉(zhuǎn)動靈活，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。要適應工作環(huán)境。本機械手采用回轉(zhuǎn)油缸驅(qū)動實現(xiàn)腕部回轉(zhuǎn)運動，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行連接和定位，動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。當回轉(zhuǎn)缸體的兩腔分別通入壓力油時，驅(qū)動動片連同夾緊油缸缸體和底座移動轉(zhuǎn)動，即為手腕的回轉(zhuǎn)運動。腕部結(jié)構(gòu)圖如下：3.1.1手腕驅(qū)動力矩計算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)運動的零部件，在啟動時的慣性力矩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)實現(xiàn)手臂回轉(zhuǎn)運動的機構(gòu)形式是多樣的，常用的有回轉(zhuǎn)缸、齒輪轉(zhuǎn)動機構(gòu)、鏈輪傳動機構(gòu)、連桿機構(gòu)等。本機械手采用齒條缸式臂回轉(zhuǎn)機構(gòu)。回轉(zhuǎn)運動由齒條活塞桿驅(qū)動齒輪，帶動配油軸和缸體一起轉(zhuǎn)動，再通過缸體上的平鍵帶動外套一起轉(zhuǎn)動實現(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)運動驅(qū)動力矩的計算臂部回轉(zhuǎn)運動驅(qū)動力矩應該根據(jù)啟動時產(chǎn)生的慣性力矩與回轉(zhuǎn)部件支撐處的摩擦力矩來計算。由于啟動過程一般不是等加速度運動，故最大驅(qū)動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)動力矩Mq可按下式計算：Mq=1.3（Mm+Mg）（N.m）式中 Mq----各支撐處的總摩擦力矩；Mg 啟動時慣性力矩，一般按下式計算：Mg=J—（N.m）△t式中J——手臂部件對回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動慣量（kg.m2）；式中——回轉(zhuǎn)手臂的工作角速度（rad0.At——回轉(zhuǎn)臂啟動時間(s)當Mm=84(N.m),Mg=8堅=32(N.m)0.2Mq=1.3x116=150.8(N.m)4零部件設計傳動結(jié)構(gòu)選用功率N=7.5千瓦的電動機，帶動雙聯(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兩個油泵同時供油：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只有小油泵供油大油泵自動卸荷。手臂回轉(zhuǎn)和手腕回轉(zhuǎn)油路采用單項調(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壓力為10-18X105Pa，同時也給電液動滑閥(或稱電液換向閥，34DY-63B)來實現(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)。4.1兩支點回轉(zhuǎn)式鉗爪的定位誤差的分析■匚鉗口與鉗爪的連接點E為鉸鏈聯(lián)接，如圖示幾何關(guān)系，若設鉗爪對稱中心O到工件中心O'的距離為X，貝UX\；l2-(R/sina+b—a)2當工件直徑變化時，X的變化量即為定位誤差A，設工件半徑R由R變化到R時，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)油缸在液壓機械手上實現(xiàn)手臂、手腕回轉(zhuǎn)運動的常用機構(gòu)是單葉片回轉(zhuǎn)油缸，簡稱回轉(zhuǎn)油缸。單葉片回轉(zhuǎn)油缸設計如下圖所示：囹12回轉(zhuǎn)汕ffilttS簡圖在液壓機械手上實現(xiàn)手臂、手腕回轉(zhuǎn)運動的常用機構(gòu)是單葉片回轉(zhuǎn)油缸，簡稱回轉(zhuǎn)油缸。①流量、驅(qū)動力矩的計算當壓力油輸入回轉(zhuǎn)油缸，使動片以角速度S運動時，需要輸入回轉(zhuǎn)油缸的流量Q為：q=3b(D2-Q)a400當D=100mm，d=35mm,b=35mm,s=0.95rad/s時Q=0.02m3/s回轉(zhuǎn)油缸的進油腔壓力油液，作用在動片上的合成液壓力矩即驅(qū)動力矩M：M=pb(D2-d2)8得M=0.8(N.m)②回轉(zhuǎn)油缸內(nèi)徑的計算回轉(zhuǎn)油缸的動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油泵電動機確定油泵電動機功率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