工業(yè)機(jī)械手液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)外文資料翻譯 系 別 機(jī)電信息系 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班 級 B07020337 姓 名 王海濤 學(xué) 號 B07020337 外文出處 University Of Groningen 附 件 1. 原文； 2. 譯文 2011年3月 1 Industrial to Robot Arm Robot is a type of mechantronics equipment which synthesizes the last research achievement of engine and precision engine, micro-electronics and computer, automation control and drive, sensor and message dispose and artificial intelligence and so on. With the development of economic and the demand for automation control, robot technology is developed quickly and all types of the robots products are come into being. The practicality use of robot products not only solves the problems which are difficult to operate for human being, but also advances the industrial automation program. Modern industrial robots are true marvels of engineering. A robot the size of a person can easily carry a load over one hundred pounds and move it very quickly with a repeatability of +/-0.006 inches. Furthermore these robots can do that 24 hours a day for years on end with no failures whatsoever. Though they are reprogrammable, in many applications (particularly those in the auto industry) they are programmed once and then repeat that exact same task for years. At present, the research and development of robot involves several kinds of technology and the robot system configuration is so complex that the cost at large is high which to a certain extent limit the robot abroad use. To development economic practicality and high reliability robot system will be value to robot social application and economy development. With the rapid progress with the control economy and expanding of the modern cities, the let of sewage is increasing quickly: With the development of modern technology and the enhancement of consciousness about environment reserve, more and more people realized the importance and urgent of sewage disposal. Active bacteria method is an effective technique for sewage disposal，The lacunaris plastic is an effective basement for active bacteria adhesion for sewage disposal. The abundance requirement for lacunaris plastic makes it is a consequent for the plastic producing with automation and high productivity. Therefore, it is very necessary to design a manipulator that can automatically fulfill the plastic holding. With the analysis of the problems in the design of the plastic holding manipulator and synthesizing the robot research and development condition in recent years, a economic scheme is concluded on the basis of the analysis of mechanical configuration, transform system, drive device and control system and guided by the idea of the characteristic and complex of mechanical configuration, electronic, software and hardware. In this article, the mechanical configuration combines the character of direction coordinate and the arthrosis coordinate which can improve the stability and operation flexibility of the system. The main function of the transmission mechanism is to transmit power to implement department and complete the necessary movement. In this transmission structure, the screw transmission mechanism transmits the rotary motion into linear motion. Worm gear can give vary transmission ratio. Both of the transmission mechanisms have a characteristic of compact structure. The design of drive system often is limited by the environment condition and the factor of cost and technical lever. ''''The step motor can receive digital signal directly and has the ability to response outer environment immediately and has no accumulation error, which often is used in driving system. In this driving system, open-loop control system is composed of stepping motor, which can satisfy the demand not only for control precision but also for the target of economic and practicality. On this basis，the analysis of stepping motor in power calculating and style selecting is also given. The analysis of kinematics and dynamics for object holding manipulator is given in completing the design of mechanical structure and drive system. Kinematics analysis is the basis of path programming and track control. The positive and reverse analysis of manipulator gives the relationship between manipulator space and drive space in position and speed. The relationship between manipulator’s tip position and arthrosis angles is concluded by coordinate transform method. The geometry method is used in solving inverse kinematics problem and the result will provide theory evidence for control system. The f0unction of dynamics is to get the relationship between the movement and force and the target is to satisfy the demand of real time control. in this chamfer, Newton-Euripides method is used in analysis dynamic problem of the cleaning robot and the arthrosis force and torque are given which provide the foundation for step motor selecting and structure dynamic optimal ting. Control system is the key and core part of the object holding manipulator system design which will direct effect the reliability and practicality of the robot system in the division of configuration and control function and also will effect or limit the development cost and cycle. With the demand of the PCL-839 card, the PC computer which has a. tight structure and is easy to be extended is used as the principal computer cell and takes the function of system initialization, data operation and dispose, step motor drive and error diagnose and so on. A t the same time, the configuration structure features, task principles and the position function with high precision of the control card PCL-839 are analyzed. Hardware is the matter foundation of the control. System and the software is the spirit of the control system. The target of the software is to combine all the parts in optimizing style and to improve the efficiency and reliability of the control system. The software design of the object holding manipulator control system is divided into several blocks such as system initialization block, data process block and error station detect and dispose model and so on. PCL-839 card can solve the communication between the main computer and the control cells and take the measure of reducing the influence of the outer signal to the control system. The start and stop frequency of the step motor is far lower than the maximum running frequency. In order to improve the efficiency of the step motor, the increase and decrease of the speed is must considered when the step motor running in high speed and start or stop with great acceleration. The increase and decrease of the motor’s speed can be controlled by the pulse freque ncy sent to the step motor drive with a rational method. This can be implemented either by hardware or by software. A step motor shift control method is proposed, which is simple to calculate, easy to realize and the theory means is straightforward. The motor'''' s acceleration can fit the torque-frequency curve properly with this method. And the amount of calculation load is less than the linear acceleration shift control method and the method which is based on the exponential rule to change speed. The method is tested by experiment. A t last, the research content and the achievement are sum up and the problems and shortages in main the content are also listed. The development and application of robot in the future is expected. The purpose of manipulator control is to maintain the dynamic response of a computer-based manipulator in accordance with some prespecified system performance and desired goals. In general, the dynamic performance of a manipulator directly depends on the efficiency of the control algorithms and the dynamic model of the manipulator. The control problem consists of obtaining dynamic models of the physical robot arm system and then specifying corresponding control laws or strategies to achieve the desired system response and performance.? Current industrial approaches to robot arm control treat each joint of the robot arm as a simple joint servomechanism. The servomechanism approach models the varying dynamics of a manipulator inadequately because it neglects the motion and configuration of the whole arm mechanism. These changes in the parameters of the controlled system sometimes are significant enough to render conventional feedback control strategies ineffective. The result is reduced servo response speed and damping, limiting the precision and speed of the end-effector and making it appropriate only for limited-precision tasks. Manipulators controlled in this manner move at slow speeds with unnecessary vibrations. Any significant performance gain in this and other areas of robot arm control require the consideration of more efficient dynamic models, sophisticated control approaches, and the use of dedicated computer architectures and parallel processing techniques. In the industrial production and other fields, people often endangered by such factors as high temperature, corrode, poisonous gas and so forth at work, which have increased labor intensity and even jeopardized the life sometimes. The corresponding problems are solved since the robot arm comes out. The robot arms can catch, put and carry objects, and its movements are flexible and diversified. It applies to medium and small-scale automated production in which production varieties can be switched. And it is widely used on soft automatic line. The robot arms are generally made by withstand high temperatures, resist corrosion of materials to adapt to the harsh environment. So they reduced the labor intensity of the workers significantly and raised work efficiency. The robot arm is an important component of industrial robots, and it can be called industrial robots on many occasions. Industrial robot is set machinery, electronics, control, computers, sensors, artificial intelligence and other advanced technologies in the integration of multidisciplinary important modern manufacturing equipment. Widely using industrial robots, not only can improve product quality and production, but also is of great significance for physical security protection, improvement of the environment for labor, reducing labor intensity, improvement of labor productivity, raw material consumption savings and lowering production costs. There are such mechanical components as ball footbridge, slides, an air control mechanical hand and so on in the design. A programmable controller, a programming device, stepping motors, stepping motors drives, direct current motors, sensor, switch power supply, an electromagnetism valve and control desk are used in electrical connection. The programmable controller output two lines pulses to stepping motors drives to drive the two stepping motors drives on beam and vertical axis; direct current motors drive the rotation of the base and the hand; sensors send signals of location to the mainframe, and the mainframe sends directive to control the extension and contraction, up and down, moves location; the mainframe send signals to control the opening and closing of the hand to carry objects. Related parameters can be changed according to request of the changes of the objects and movement flow at any time change the relevant parameters in the design, so it has great flexibility and operability. 5 工業(yè)機(jī)械手 機(jī)器人是典型的機(jī)電一體化裝置，它綜合運(yùn)用了機(jī)械與精密機(jī)械、微電子與計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制與驅(qū)動(dòng)、傳感器與信息處理以及人工智能等多學(xué)科的最新研究成果，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和各行各業(yè)對自動(dòng)化程度要求的提高，機(jī)器人技術(shù)得到了迅速發(fā)展，出現(xiàn)了各種各樣的機(jī)器人產(chǎn)品?，F(xiàn)代工業(yè)機(jī)器人是人類真正的奇跡工程。一個(gè)像人那么大的機(jī)器人可以輕松地抬起超過一百磅并可以在誤差+-0.006英寸誤差范圍內(nèi)重復(fù)的移動(dòng)。更重要的是這些機(jī)器人可以每天24小時(shí)永不停止地工作。在許多應(yīng)用中（特別是在自動(dòng)工業(yè)中）他們是通過編程控制的，但是他們一旦編程一次，他們可以重復(fù)地做同一工作許多年。機(jī)器人產(chǎn)品的實(shí)用化，既解決了許多單靠人力難以解決的實(shí)際問題，又促進(jìn)了工業(yè)自動(dòng)化的進(jìn)程。 目前，由于機(jī)器人的研制和開發(fā)涉及多方面的技術(shù)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，開發(fā)和研制的成本普遍較高，在某種程度上限制了該項(xiàng)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，因此，研制經(jīng)濟(jì)型、實(shí)用化、高可靠性機(jī)器人系統(tǒng)具有廣泛的社會(huì)現(xiàn)實(shí)意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。 由于我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)和城市化的快速發(fā)展，城市污水排放量增長很快，污水處理己經(jīng)擺在了人們的議事日程上來。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人類知識水平的提高，人們越來越認(rèn)識到污水處理的重要性和迫切性，科學(xué)家和研究人員發(fā)現(xiàn)塑料制品在水中是用于污水處理的很有效的污泥菌群的附著體。塑料制品的大量需求，使得塑料制品生產(chǎn)的自動(dòng)化和高效率要求成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然。 本文結(jié)合塑料一次擠出成型機(jī)和塑料抓取機(jī)械手的研制過程中出現(xiàn)的問題，綜述近兒年機(jī)器人技術(shù)研究和發(fā)展的狀況，在充分發(fā)揮機(jī)、電、軟、硬件各自特點(diǎn)和優(yōu)勢互補(bǔ)的基礎(chǔ)上，對物料抓取機(jī)械手整體機(jī)械結(jié)構(gòu)、傳動(dòng)系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)裝置和控制系統(tǒng)進(jìn)行了分析和設(shè)計(jì)，提出了一套經(jīng)濟(jì)型設(shè)計(jì)方案。采用直角坐標(biāo)和關(guān)節(jié)坐標(biāo)相結(jié)合的框架式機(jī)械結(jié)構(gòu)形式，這種方式能夠提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和操作靈活性。傳動(dòng)裝置的作用是將驅(qū)動(dòng)元件的動(dòng)力傳遞給機(jī)器人機(jī)械手相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)各種必要的運(yùn)動(dòng)，傳動(dòng)方式上采用結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)比大的蝸輪蝸桿傳動(dòng)和將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)的螺旋傳動(dòng)。機(jī)械手驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)往往受到作業(yè)環(huán)境條件的限制，同時(shí)也要考慮價(jià)格因素的影響以及能夠達(dá)到的技術(shù)水平。由于步進(jìn)電機(jī)能夠直接接收數(shù)字量，響應(yīng)速度快而且工作可靠并無累積誤差，常用作數(shù)字控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)力元件，因此，在驅(qū)動(dòng)裝置中采用由步進(jìn)電機(jī)構(gòu)成的開環(huán)控制方式，這種方式既能滿足控制精度的要求，又能達(dá)到經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用化目的，在此基礎(chǔ)上，對步進(jìn)電機(jī)的功率計(jì)一算及選型問題經(jīng)行了分析。 在完成機(jī)械結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，對物料抓取機(jī)械手運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了分析。運(yùn)動(dòng)學(xué)分析是路徑規(guī)劃和軌跡控制的基礎(chǔ)，對操作臂進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)正、逆問題的分析可以完成操作空間位置和速度向驅(qū)動(dòng)空間的映射，采用齊次坐標(biāo)變換法得到了操作臂末端位置和姿態(tài)隨關(guān)節(jié)夾角之間的變換關(guān)系，采用幾何法分析了操作臂的逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)方程求解問題，對控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。機(jī)器人動(dòng)力學(xué)是研究物體的運(yùn)動(dòng)和作用力之間的關(guān)系的科學(xué)，研究的目的是為了滿足是實(shí)時(shí)性控制的需要，本文采用牛頓-歐拉方法對物料抓取機(jī)械手動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了分析，計(jì)算出了關(guān)節(jié)力和關(guān)節(jié)力矩，為步進(jìn)電機(jī)的選型和動(dòng)力學(xué)分析與結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供理論依據(jù)。 控制部分是整個(gè)物料抓取機(jī)械手系統(tǒng)設(shè)計(jì)關(guān)鍵和核心，它在結(jié)構(gòu)和功能上的劃分和實(shí)現(xiàn)直接關(guān)系到機(jī)器人系統(tǒng)的可靠性、實(shí)用性，也影響和制約機(jī)械手系統(tǒng)的研制成本和開發(fā)周期。在控制主機(jī)的選用上，采用結(jié)構(gòu)緊湊、擴(kuò)展功能強(qiáng)和可靠性高的PC工業(yè)控制計(jì)算機(jī)作為主機(jī)，配以PCL-839卡主要承擔(dān)系統(tǒng)功能初始化、數(shù)據(jù)運(yùn)算與處理、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)以及故障診斷等功能;同時(shí)對PCL-839卡的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、功能原理和其高定位功能等給與了分析。硬件是整個(gè)控制系統(tǒng)以及極限位置功能賴以存在的物質(zhì)基礎(chǔ)，軟件則是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的神經(jīng)中樞，軟件設(shè)計(jì)的目的是以最優(yōu)的方式將各部分功能有機(jī)的結(jié)合起來，使系統(tǒng)具有較高的運(yùn)行效率和較強(qiáng)的可靠性。在物料抓取機(jī)械手軟件的設(shè)計(jì)上，采用的是模塊化結(jié)構(gòu)，分為系統(tǒng)初始化模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和故障狀態(tài)檢測與處理等幾部分。主控計(jì)算機(jī)和各控制單元之間全部由PCL-839卡聯(lián)系，并且由該卡實(shí)現(xiàn)抗干擾等問題，減少外部信號對系統(tǒng)的影響。 步進(jìn)電機(jī)的啟停頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其最高運(yùn)行頻率，為了提高工作效率，需要步進(jìn)電機(jī)高速運(yùn)行并快速啟停時(shí)，必須考慮它的升，降速控制問題。電機(jī)的升降速控制可以歸結(jié)為以某種合理的力一式控制發(fā)送到步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的脈沖頻率，這可由硬件實(shí)現(xiàn)，也可由軟件方法來實(shí)現(xiàn)。本文提出了一種算法簡單、易于實(shí)現(xiàn)、理論意義明確的步進(jìn)電機(jī)變速控制策略:定時(shí)器常量修改變速控制方案。該方法能使步進(jìn)電機(jī)加速度與其力矩——頻率曲線較好地?cái)M合，從而提高變速效率。而且它的計(jì)算量比線性加速度變速和基于指數(shù)規(guī)律加速度的變速控制小得多。通過實(shí)驗(yàn)證明了該方法的有效性。 最后，對論文主要研究內(nèi)容和取得的技術(shù)成果進(jìn)行了總結(jié)，提出了存在的問題和不足，同時(shí)對機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用進(jìn)行了展望。 研究機(jī)械手控制的目的是保持以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的機(jī)械手的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，以便與一些預(yù)先設(shè)定的系統(tǒng)性能和理想目標(biāo)保持一致。一般情況下，機(jī)械手的動(dòng)態(tài)性能直接依賴于控制算法的效率和機(jī)械手的動(dòng)態(tài)模型?？刂茊栴}包括獲得自然的機(jī)械手系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模型，然后指定相應(yīng)的控制規(guī)則或步驟以達(dá)到想要的系統(tǒng)響應(yīng)和性能。 目前的工業(yè)機(jī)械臂控制將每一個(gè)機(jī)械臂的聯(lián)合看做一個(gè)簡單的聯(lián)合伺服。伺服方法不能充分地模仿不同的動(dòng)力學(xué)機(jī)械手，因?yàn)樗雎粤藱C(jī)械手整體的運(yùn)動(dòng)和配置。這些控制系統(tǒng)的參數(shù)的變化有時(shí)是足夠重要，以至于使常規(guī)的反饋控制方法失效。其結(jié)果是減少了伺服響應(yīng)的速度和阻尼，限制了精度和最終效應(yīng)的速度，使系統(tǒng)僅適用于有限精度的工作。機(jī)械手以這種方式控制速度降低而沒有不必要的震動(dòng)。任何在這一領(lǐng)域和其它領(lǐng)域的機(jī)械臂性能增益要求更有效率的動(dòng)態(tài)模型、精密的控制方法、專門的計(jì)算機(jī)架構(gòu)和并行處理技術(shù)。 在工業(yè)生產(chǎn)和其他領(lǐng)域內(nèi)，由于工作的需要，人們經(jīng)常受到高溫、腐蝕及有毒氣體等因素的危害，增加了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，甚至于危及生命。自從機(jī)械手問世以來，相應(yīng)的各種難題迎刃而解。機(jī)械手可在空間抓、放、搬運(yùn)物體，動(dòng)作靈活多樣，適用于可變換生產(chǎn)品種的中、小批量自動(dòng)化生產(chǎn)，廣泛應(yīng)用于柔性自動(dòng)線。機(jī)械手一般由耐高溫，抗腐蝕的材料制成，以適應(yīng)現(xiàn)場惡劣的環(huán)境，大大降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率。機(jī)械手是工業(yè)機(jī)器人的重要組成部分，在很多情況下它就可以稱為工業(yè)機(jī)器人。工業(yè)機(jī)器人是集機(jī)械、電子、控制、計(jì)算機(jī)、傳感器、人工智能等多學(xué)科先進(jìn)技術(shù)于一體的現(xiàn)代制造業(yè)重要的自動(dòng)化裝備。廣泛采用工業(yè)機(jī)器人，不僅可以提高產(chǎn)品的質(zhì)量與產(chǎn)量，而且對保障人身安全，改善勞動(dòng)環(huán)境，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，節(jié)約原材料消耗以及降低生產(chǎn)成本，有著十分重要的意義。 本設(shè)計(jì)所用機(jī)械部件有滾珠絲杠、滑軌、氣控機(jī)械抓手等。電氣方面有可編程控制器（PLC）、編程器、步進(jìn)電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、直流電機(jī)、光電傳感器、開關(guān)電源、電磁閥、旋轉(zhuǎn)碼盤、操作臺(tái)等部件?？删幊炭刂破靼l(fā)出兩路脈沖到步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，分別驅(qū)動(dòng)橫軸、豎軸的步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)；直流電機(jī)拖動(dòng)底座和手爪的旋轉(zhuǎn)；接近開關(guān)、微動(dòng)開關(guān)、旋轉(zhuǎn)碼盤將位置信號反饋給主機(jī)，由主機(jī)發(fā)出指令來實(shí)現(xiàn)對手臂的伸縮、上下、轉(zhuǎn)動(dòng)位置的控制；主機(jī)發(fā)信號到氣動(dòng)電磁閥，以控制手爪的張合來抓放物體。本設(shè)計(jì)可根據(jù)工件的變化及運(yùn)動(dòng)流程的要求隨時(shí)更改相關(guān)參數(shù)，具有很大的靈活性和可操作性。 8 工業(yè)機(jī)械手液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 工業(yè)機(jī)械手液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 目錄 1、前言----------------------------------------------------------------------------2 2、確定對液壓系統(tǒng)的工作要求----------------------------------------------2 3、擬定液壓系統(tǒng)原理圖--------------------------------------------------------3 3.1液壓系統(tǒng)原理圖-----------------------------------------------------------------------------------3 3.2液壓系統(tǒng)電磁鐵動(dòng)作順序表--------------------------------------------------------------------4 3.3液壓系統(tǒng)工作原理--------------------------------------------------------------------------------4 3.4液壓系統(tǒng)特點(diǎn)分析--------------------------------------------------------------------------------7 3.5電氣系統(tǒng)原理圖-----------------------------------------------------------------------------------8 3.6電氣系統(tǒng)工作原理--------------------------------------------------------------------------------8 3.7電氣系統(tǒng)特點(diǎn)分析--------------------------------------------------------------------------------10 4、計(jì)算和選擇液壓元件-------------------------------------------------------11 4.1執(zhí)行元件——液壓缸、液壓馬達(dá)-------------------------------------------------------------11 4.2動(dòng)力元件——液壓泵----------------------------------------------------------------------------14 4.3控制元件——方向閥、壓力閥、流量閥----------------------------------------------------16 4.4輔助元件——管道、管接頭、濾油器、油箱----------------------------------------------17 4.5工作介質(zhì)——液壓油----------------------------------------------------------------------------18 5、液壓系統(tǒng)性能的驗(yàn)算-------------------------------------------------------19 5.1系統(tǒng)的壓力損失驗(yàn)算---------------------------------------------------------------------------19 5.2系統(tǒng)的溫升驗(yàn)算---------------------------------------------------------------------------------19 5.3系統(tǒng)的其它驗(yàn)算---------------------------------------------------------------------------------19 6、結(jié)束語-------------------------------------------------------------------------19 7、致謝---------------------------------------------------------------------------19 8、參考文獻(xiàn)----------------------------------------------------------------------20 工業(yè)機(jī)械手液壓系統(tǒng)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。它特別是在高溫、高壓、多粉塵、易燃、易爆、放射性等惡劣環(huán)境中，以及 笨重、單調(diào)、頻繁的操作中代替人作業(yè)，因此獲得日益廣泛的應(yīng)用。機(jī)械手一般由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)及檢測裝置三大部分組成，智能機(jī)械手還具有感覺系統(tǒng)和智能系統(tǒng)。本 篇介紹的工業(yè)機(jī)械手屬圓柱坐標(biāo)式、全液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)械手。本篇根據(jù)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般程序， 分四步詳細(xì)地介紹了工業(yè)機(jī)械手液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程，其中第3步擬定液壓系統(tǒng)原理圖是重 點(diǎn)。 [關(guān)鍵詞] 機(jī)械手 液壓 電氣 1、前言 工業(yè)機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)是說明機(jī)械手規(guī)格與性能的具體指標(biāo)，一般有以下幾個(gè)方面： ⑴握取重量。握取重量標(biāo)明了機(jī)械手的負(fù)載能力。這項(xiàng)參數(shù)與機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)，通常指正常運(yùn)行速度所握取的工件重量。 ⑵運(yùn)動(dòng)速度。運(yùn)動(dòng)速度是反映機(jī)械手性能的一項(xiàng)重要技術(shù)參數(shù)。它與機(jī)械手握取重量、定位、精度等參數(shù)都有密切關(guān)系，同時(shí)也直接影響機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)周期。 ⑶自由度。確定工業(yè)機(jī)械手的手部在運(yùn)動(dòng)空間的位置和姿態(tài)的、獨(dú)立的變化參數(shù)就是工業(yè)機(jī)械手的自由度。自由度越多，其動(dòng)作越靈活，適應(yīng)性越強(qiáng)，但結(jié)構(gòu)也相應(yīng)越復(fù)雜。一般具有4～6個(gè)自由度即滿足使用要求。 ⑷定位精度。定位精度即重復(fù)定位精度，是衡量機(jī)械手工作質(zhì)量的又一項(xiàng)重要指標(biāo)。定位精度的高低取決于位置控制方式以及運(yùn)動(dòng)部位本身的制造精度和剛度，與握取重量、運(yùn)動(dòng)速度等也有密切關(guān)系。 2、確定對液壓系統(tǒng)的工作要求 根據(jù)工況要求，執(zhí)行機(jī)構(gòu)要具有手臂升降、手臂伸縮、手臂回轉(zhuǎn)和手腕回轉(zhuǎn)四個(gè)自由度。執(zhí)行機(jī)構(gòu)相應(yīng)由手臂升降機(jī)構(gòu)、手臂伸縮機(jī)構(gòu)、手臂回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、手腕回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、手指夾緊機(jī)構(gòu)和回轉(zhuǎn)定位機(jī)構(gòu)等組成，每一部分均由液壓缸驅(qū)動(dòng)與控制它完成的動(dòng)作循環(huán)為：插定位銷→手臂前伸→手指張開→手指夾緊抓料→手臂上升→手臂縮回→手腕回轉(zhuǎn)→拔定位銷→手臂回轉(zhuǎn)→插定位銷→手臂前伸→手臂中?！种杆砷_→手指閉合→手臂縮回→手臂下降→手腕回轉(zhuǎn)復(fù)位→拔定位銷→手臂回轉(zhuǎn)復(fù)位→待料，泵卸載。 3、擬定液壓系統(tǒng)原理圖 3.1液壓系統(tǒng)原理圖 工業(yè)機(jī)械手液壓系統(tǒng)圖 3.2液壓系統(tǒng)電磁鐵動(dòng)作順序表 動(dòng)作順序 1Y 2Y 3Y 4Y 5Y 6Y 7Y 8Y 9Y 10Y 11Y 12Y K26 插定位銷 + + + 手臂前伸 + + + 手指張開 + + + + 手指抓料 + + + 手臂上升 + + + 手臂縮回 + + + 手腕回轉(zhuǎn) + + + + 拔定位銷 + 手臂回轉(zhuǎn) + + 插定位銷 + + + 手臂前伸 + + + 手臂中停 + + 手指張開 + + + + 手指閉合 + + + 手臂縮回 + + + 手臂下降 + + + 手腕反轉(zhuǎn) + + + + 拔定位銷 + 手臂反轉(zhuǎn) + + 待料卸載 + + 3.3液壓系統(tǒng)工作原理 1、插定位銷（1、12） 按下油泵起動(dòng)按鈕后，雙聯(lián)葉片泵1、2同時(shí)供油，電磁鐵1Y、2Y帶電，油液經(jīng)溢流閥3和4至油箱，機(jī)械手處于待料卸荷狀態(tài)。 當(dāng)棒料到達(dá)待上料位置，啟動(dòng)程序動(dòng)作。電磁鐵1Y帶電，2Y不帶電，使泵1繼續(xù)卸荷，而泵2停止卸荷，同時(shí)12Y通電。 進(jìn)油路：泵2→閥6→減壓閥8→閥9→閥25（右）→定位缸左腔。 此時(shí)，插定位銷以保證初始位置準(zhǔn)確。定位缸沒有回油路，它是依靠彈簧復(fù)位的。 2、手臂前伸（5、12） 插定位銷后，此支路系統(tǒng)油壓升高，使繼電器K26發(fā)訊，接通電磁鐵5Y，泵1和泵2經(jīng)相應(yīng)的單向閥匯流到電液換向閥14左位，進(jìn)入手臂伸縮缸油腔。 進(jìn)油路：泵1→單向閥5→閥14（左）→手臂伸縮缸右腔 泵2→閥6→閥7→↑ 回油路：手臂伸縮缸左腔→單向調(diào)速閥15→閥14（左）→油箱 3、手指張開（1、9、12） 手臂前伸至適當(dāng)位置，行程開關(guān)發(fā)訊，電磁鐵1Y、9Y帶電，泵1卸載，泵2供油，經(jīng)單向閥6電磁閥20左位，進(jìn)入手指夾緊缸右腔。回油路從左腔通過液控單向閥21及閥20左位進(jìn)入油箱。 進(jìn)油路：泵2→閥6→電磁閥20（左）→手指夾緊缸右腔 回油路：手指夾緊缸左腔→閥21→電磁閥20（左）→油箱 4、手指抓料（1、12） 手指張開后，時(shí)間繼電器延時(shí)。待棒料由送料機(jī)構(gòu)送到手指區(qū)域時(shí)，繼電起器發(fā)訊使9Y斷電，泵2的壓力油通過閥20的右位進(jìn)入缸的左腔，使手指夾緊棒料。 進(jìn)油路：泵2→閥6→閥20（右）→閥21→手指夾緊缸左腔 回油路：手指夾緊缸右腔→閥20（右）→油箱 5、手臂上升（3、12） 當(dāng)手指抓料后，手臂上升。此時(shí)，泵1和泵2同時(shí)供油到升降缸。主油路為： 進(jìn)油路：泵1→單向閥5→閥10（左）→閥11→閥12→手臂升降缸下腔 泵2→閥6→閥7→↑ 回油路：手臂升降缸上腔→閥13→閥10（左）→油箱 6、手臂縮回（6、12） 手臂上升至預(yù)定位置，碰行程開關(guān)，3Y斷電，電液換向閥10復(fù)位，6Y帶電。泵1和泵2一起供油至電液換向閥14右端，壓力油通過單向調(diào)速閥15進(jìn)入伸縮缸左腔，而右腔油液經(jīng)閥14右端回油箱。 進(jìn)油路：泵1→閥5→閥14（右）→閥15→手臂伸縮缸左腔 泵2→閥6→閥7→↑ 回油路：手臂伸縮缸右腔→閥14（右）→油箱 7、手腕回轉(zhuǎn)（1、10、12） 當(dāng)手臂上的碰塊碰到行程開關(guān)時(shí)，6Y斷電，閥14復(fù)位，1Y、10Y通電。此時(shí)，泵2單獨(dú)供油至閥22左端，通過閥24進(jìn)入手腕回轉(zhuǎn)油缸，使手腕回轉(zhuǎn)。 進(jìn)油路：泵2→閥6→閥22（左）→閥24→手腕回轉(zhuǎn)缸 回油路：手腕回轉(zhuǎn)缸→閥23→閥22（左）→油箱 8、拔定位銷（1） 當(dāng)手腕上的碰塊碰到行程開關(guān)時(shí)，10Y、12Y斷電，閥22、25復(fù)位，定位缸油液經(jīng)閥25左端回油箱，彈簧作用拔定位銷。 回油路：定位缸左腔→閥25（左）→油箱 定位缸沒有進(jìn)油路，它是在彈簧作用下前進(jìn)的。 9、手臂回轉(zhuǎn)（1、7） 定位缸支路無油壓后，壓力繼電器K26發(fā)訊，接通7Y。泵2的壓力油進(jìn)入閥6經(jīng)換向閥16左端通過單向調(diào)速閥18最后進(jìn)入手臂回轉(zhuǎn)缸，使手臂回轉(zhuǎn)。 進(jìn)油路：泵2→閥6→換向閥16（左）→單向調(diào)速閥18→手臂回轉(zhuǎn)缸 回油路：手臂回轉(zhuǎn)缸→單向調(diào)速閥17→換向閥16（左）→行程節(jié)流閥19→油箱 10、插定位銷（1、12） 當(dāng)手臂回轉(zhuǎn)碰到行程開關(guān)時(shí)，7Y斷電，12Y重又通電，插定位銷同1。 11、手臂前伸（5、12） 此時(shí)的動(dòng)作順序同7。 12、手臂中停（12） 當(dāng)手臂前伸碰到行程開關(guān)后，5Y斷電，伸縮缸停止動(dòng)作，確保手臂將棒料送到準(zhǔn)確位置處，“手臂中?！钡戎鳈C(jī)夾頭夾緊棒料，夾頭夾緊棒料后，時(shí)間繼電器發(fā)訊。 13、手指張開（1、9、12） 接到繼電器信號后，1Y、9Y通電，手指張開同3。并啟動(dòng)時(shí)間繼電器延時(shí)，主機(jī)夾頭移走棒料后，繼電器發(fā)訊。 14、手指閉合（1、12） 接繼電器信號，9Y斷電，手指閉合同4。 15、手臂縮回（6、12） 當(dāng)手指閉喝后，1Y斷電，使泵1和泵2一起供油，同時(shí)6Y通電，其動(dòng)作順序同6。 16、手臂下降（4、12） 手臂縮回碰到行程開關(guān)，6Y斷電，4Y通電。此時(shí)，電液換向閥10右端動(dòng)作，壓力油經(jīng)閥10和單向調(diào)速閥13進(jìn)入升降缸上腔。 進(jìn)油路：泵1→單向閥5→閥10（右）→閥13→手臂升降缸上腔 泵2→閥6→閥7→↑ 回油路：手臂升降缸下腔→閥12→閥11→閥10（右）→油箱 17、手腕反轉(zhuǎn)（1、11、12） 當(dāng)升降導(dǎo)套上的碰鐵碰到行程開關(guān)時(shí)，4Y斷電，1Y、11Y通電。泵2供油至閥22右端，壓力油通過單向調(diào)速閥23進(jìn)入手腕回轉(zhuǎn)缸的另一腔，并使手腕反轉(zhuǎn)。 進(jìn)油路：泵2→閥6→閥22（右）→單向調(diào)速閥23→手腕回轉(zhuǎn)缸 回油路：手腕回轉(zhuǎn)缸→單向調(diào)速閥24→閥22（右）→油箱 18、拔定位銷（1） 手腕反轉(zhuǎn)碰到行程開關(guān)后，11Y、12Y斷電。動(dòng)作順序同8。 19、手臂反轉(zhuǎn)（1、8） 拔定位銷，壓力繼電器發(fā)信號，8Y接通。換向閥16右端動(dòng)作，壓力油進(jìn)入手臂回轉(zhuǎn)缸的另一腔，手臂反轉(zhuǎn)，機(jī)械手復(fù)位。 進(jìn)油路：泵2→閥6→換向閥16（右）→單向調(diào)速閥17→手臂回轉(zhuǎn)缸 回油路：手臂回轉(zhuǎn)缸→單向調(diào)速閥18→換向閥16（右）→行程節(jié)流閥19→油箱 20、待料卸載（1、2） 手臂反轉(zhuǎn)到位后，啟動(dòng)行程開關(guān)，8Y斷電，2Y接通。此時(shí)，兩油泵同時(shí)卸荷。機(jī)械手動(dòng)作循環(huán)結(jié)束，等待下一個(gè)循環(huán)。 機(jī)械手的動(dòng)作也可由微機(jī)程序控制，與相關(guān)主機(jī)聯(lián)為一體，其動(dòng)作順序相同。 3.4液壓系統(tǒng)特點(diǎn)分析： ⑴系統(tǒng)采用雙聯(lián)泵供油，手臂升降及伸縮時(shí)由兩個(gè)泵同時(shí)供油；手臂回轉(zhuǎn)、手腕回轉(zhuǎn)、手指松緊及定位缸工作時(shí)，只有小流量泵2供油，大流量泵1自動(dòng)卸載。由于定位缸和控制油路所需壓力較低，在定位缸支路上串聯(lián)有減壓閥8，使之獲得穩(wěn)定的壓力。 ⑵手臂的伸縮和升降采用單桿雙作用液壓缸驅(qū)動(dòng)，手臂的升降和伸縮速度分別由單向調(diào)速閥15、13、11實(shí)現(xiàn)回油節(jié)流調(diào)速；手臂及手腕的回轉(zhuǎn)由擺動(dòng)液壓缸驅(qū)動(dòng)，其正反向運(yùn)動(dòng)亦采用單向閥17和18，23和24回油節(jié)流調(diào)速。 ⑶執(zhí)行機(jī)構(gòu)的定位和緩沖是機(jī)械手工作平穩(wěn)可靠的關(guān)鍵。從提高生產(chǎn)率來說，希望機(jī)械手正常工作速度越快越好，但工作速度越快，起動(dòng)和停止時(shí)的慣性就越大，振動(dòng)和沖擊就越大，這不僅會(huì)影響到機(jī)械手的定位精度，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)損傷機(jī)件。因此機(jī)械手的定位精度和運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性的要求，一般在定位前要采取緩沖措施。 該機(jī)械手手臂伸出、手腕回轉(zhuǎn)由死擋鐵定位保證精度，端點(diǎn)到達(dá)前發(fā)信號切斷油路，滑動(dòng)緩沖；手臂縮回和手臂上升由行程開關(guān)適時(shí)發(fā)信號，提前切斷油路，滑行緩沖并定位。此外，手臂伸縮缸和升降缸采用了電液換向閥換向，調(diào)節(jié)換向時(shí)間，亦增加緩沖效果。由于手臂的回轉(zhuǎn)部分質(zhì)量較大，轉(zhuǎn)速較高，運(yùn)動(dòng)慣性矩較大，系統(tǒng)手臂回轉(zhuǎn)缸除采用單向調(diào)速閥回油節(jié)流調(diào)速外，還在回油路上安裝行程節(jié)流閥19進(jìn)行減速緩沖，最后由定位缸插定位銷定位，滿足定位精度要求。 ⑷為使手指夾緊缸夾緊工件后不受系統(tǒng)壓力波動(dòng)的影響，保證牢固地夾緊工件，采用了液控單向閥21的鎖緊回路。 ⑸手臂升降缸為立式液壓缸，為支承平衡運(yùn)動(dòng)部件的自重，采用了單向順序閥12的平衡回路。 3.5電氣系統(tǒng)原理圖 各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作均由電控系統(tǒng)發(fā)信號控制相應(yīng)的電磁換向閥，按程序依次步進(jìn)動(dòng)作。 工業(yè)機(jī)械手電氣系統(tǒng)圖 3.6電氣系統(tǒng)工作原理 1、 插定位銷（1、12） 放下閘刀開關(guān)QG，按下起動(dòng)按鈕SB2，中間繼電器12K得電，其常開觸點(diǎn)閉合，使電磁鐵1Y、2Y同時(shí)得電，兩泵同時(shí)卸載，機(jī)械手處于待料卸載狀態(tài)。同時(shí)繼電器KM得電，其常開觸點(diǎn)閉合，電機(jī)M運(yùn)轉(zhuǎn)，運(yùn)輸棒料。 當(dāng)棒料到達(dá)待上料位置時(shí)，撞上行程開關(guān)12ST, 12ST閉合，使中間繼電器12K斷電，電磁鐵2Y斷電，小泵停止卸載，大泵仍卸載，同時(shí)使中間繼電器11K得電，其常開觸點(diǎn)自鎖，使另外的常開觸點(diǎn)閉合，電磁鐵12Y得電，實(shí)現(xiàn)插定位銷。 2、 手臂前伸（5、12） 當(dāng)定位缸的油壓達(dá)到一定值時(shí)，壓力繼電器KP發(fā)訊，使行程開關(guān)6ST閉合，中間繼電器5K得電，其常開觸點(diǎn)閉合，電磁鐵5Y得電，實(shí)現(xiàn)手臂前伸。 3、 手指張開（1、9、12） 經(jīng)一定時(shí)間，手臂伸縮缸上的碰塊碰到行程開關(guān)4ST,4ST閉合，中間繼電器4K得電，其常開觸點(diǎn)閉合，電磁鐵9Y得電，實(shí)現(xiàn)手指張開。 4、 手指抓料（1、12） 經(jīng)一定時(shí)間，手指夾緊缸上的碰塊碰到行程開關(guān)5ST,5ST閉合，中間繼電器4K斷電，其常開觸點(diǎn)斷開，電磁鐵9Y斷電，實(shí)現(xiàn)手指抓料。 5、 手臂上升（3、12） 經(jīng)一定時(shí)間，手指夾緊缸上的碰塊碰到行程開關(guān)2ST,2ST閉合，中間繼電器2K得電，其常開觸點(diǎn)閉合，電磁鐵3Y得電，實(shí)現(xiàn)手臂上升。 6、 手臂縮回（6、12） 經(jīng)一定時(shí)間，手臂升降缸上的碰塊碰到行程開關(guān)7ST,7ST閉合，中間繼電器6K得電，其常開觸點(diǎn)閉合，電磁鐵6Y斷電，實(shí)現(xiàn)手臂縮回。 7、 手腕回轉(zhuǎn)（1、10、12） 經(jīng)一定時(shí)間，手臂伸縮缸上的碰塊碰到行程開關(guān)8ST,8ST閉合，中間繼電器7K得電，其常開觸點(diǎn)閉合，電磁鐵10Y得電，實(shí)現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)。 8、 拔定位銷（1） 經(jīng)一定時(shí)間，手腕回轉(zhuǎn)缸上的碰塊碰到行程開關(guān)11ST,11ST閉合，中間繼電器10K得電，其常閉觸點(diǎn)斷開，電磁鐵12Y斷電，同時(shí)8ST斷開后，中間繼電器7K斷電，其常開觸點(diǎn)斷開，電磁鐵10Y斷電，實(shí)現(xiàn)拔定位銷。 9、 手臂回轉(zhuǎn)（1、7） 經(jīng)一定時(shí)間，定位缸支路上無油壓后，壓力繼電器KP發(fā)訊，使行程開關(guān)10ST閉合，中間繼電器9K得電，其常開觸點(diǎn)閉合，電磁鐵7Y得電，實(shí)現(xiàn)手臂回轉(zhuǎn)。 10、 插定位銷（1、12） 其過程同1。 11、 手臂前伸（5、12） 其過程同7。 12、 手臂中停（12） 經(jīng)一定時(shí)間，手臂伸縮缸上的碰塊碰到使行程開關(guān)6ST，中間繼電器5K斷電，其常開觸點(diǎn)斷開，電磁鐵5Y斷電，實(shí)現(xiàn)手臂中停。 13、 手指張開（1、9、12） 其過程同3。 14、 手指閉合（1、12） 其過程同4。 15、 手臂縮回（6、12） 其過程同6。 16、 手臂下降（4、12） 經(jīng)一定時(shí)間，手臂伸縮缸上的碰塊碰到使行程開關(guān)3ST，3ST閉合，中間繼電器8K得電，其常開觸點(diǎn)閉合，電磁鐵4Y得電，實(shí)現(xiàn)手臂下降。 17、 手腕反轉(zhuǎn)（1、11、12） 經(jīng)一定時(shí)間，手臂升降缸上的碰塊碰到行程開關(guān)9ST,9ST閉合，中間繼電器8K得電，其常開觸點(diǎn)閉合，電磁鐵11Y得電；同時(shí)，中間繼電器3K斷電，其常閉觸點(diǎn)閉合，電磁鐵1Y得電，實(shí)現(xiàn)手臂反轉(zhuǎn)。 18、 拔定位銷（1） 其過程同8。 19、 手臂反轉(zhuǎn)（1、8） 拔定位銷銷后，壓力繼電器KP發(fā)訊，行程開關(guān)11ST閉合，中間繼電器10K得電，其常開觸點(diǎn)閉合，電磁鐵8Y得電，實(shí)現(xiàn)手臂反轉(zhuǎn)。 20、 待料卸載（1、2） 經(jīng)一定時(shí)間，手臂回轉(zhuǎn)缸上的碰塊碰斷行程開關(guān)11ST,中間繼電器10K斷電，其常開觸點(diǎn)斷開，常閉觸點(diǎn)閉合，電磁鐵8Y斷電，電磁鐵2Y得電，兩泵同時(shí)卸荷，實(shí)現(xiàn)待料卸載。 3.7電氣系統(tǒng)特點(diǎn)分析： ⑴控制方式為點(diǎn)位程序控制。程序設(shè)計(jì)采用開關(guān)預(yù)選方式，機(jī)械手的自動(dòng)循環(huán)采用步進(jìn)繼電器控制。步進(jìn)動(dòng)作是由每一個(gè)動(dòng)作完成后，使行程開關(guān)ST的觸點(diǎn)閉合而發(fā)出信號或依據(jù)每一步的動(dòng)作預(yù)設(shè)停留時(shí)間。 ⑵發(fā)信指令完成由相應(yīng)的中間繼電器K來實(shí)現(xiàn)，受發(fā)指令的完成方式為機(jī)械手相應(yīng)動(dòng)作結(jié)束的同時(shí)使步進(jìn)繼電器再動(dòng)作，復(fù)位指令完成是給相應(yīng)的中間繼電器通電，使機(jī)械手回到工作準(zhǔn)備狀態(tài)。 ⑶機(jī)械手除能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)循環(huán)外，還設(shè)有調(diào)整電路，可通過手動(dòng)按鈕SB進(jìn)行單個(gè)動(dòng)作調(diào)試。 ⑷液壓泵的供油與卸載和每步動(dòng)作之間的對應(yīng)關(guān)系由控制電器保證：只有在2K、3K、4K、5K、6K、7K、8K、9K、10K等九個(gè)中間繼電器全部不通電（所有液壓缸不動(dòng)作）時(shí)，中間繼電器12K才通電，使電磁鐵1Y、2Y得電，大、小泵同時(shí)卸載；中間繼電器中任意一個(gè)通電（即任一液壓缸動(dòng)作），12K則斷電，小泵停止卸載；中間繼電器2K、3K、5K、6K中任意一個(gè)通電（即手臂升降，手臂伸縮），大泵則停止卸載。 ⑸手臂定位與手臂回轉(zhuǎn)由繼電器互鎖。在插定位銷后，定位缸壓力上升，壓力繼電器K升壓發(fā)令，一方面由常開觸點(diǎn)接通手臂升降、手臂伸縮、手指松夾、手腕回轉(zhuǎn)等部分的自動(dòng)循環(huán)電氣線路；另一方面由常閉觸點(diǎn)斷開手臂回轉(zhuǎn)的電氣線路。同時(shí)在定位缸用電磁鐵12Y的線圈兩邊串聯(lián)有中間繼電器9K和10K（手臂回轉(zhuǎn)）的常閉觸頭和11K（定位插銷）的常開觸頭，這些互鎖措施保證了任何情況下手臂回轉(zhuǎn)只在拔定位銷之后進(jìn)行。 ⑹因機(jī)械手工作環(huán)境存在金屬粉塵，在電磁鐵Y的線圈兩邊各串聯(lián)了一個(gè)中間繼電器的常開觸頭，用以保證繼電器斷電之后常開觸頭可靠脫開，液壓缸即時(shí)停止工作。 4、計(jì)算和選擇液壓元件 液壓元件包括執(zhí)行元件、動(dòng)力元件、控制元件、輔助元件、工作介質(zhì)。 4.1執(zhí)行元件——液壓缸、液壓馬達(dá) 工業(yè)機(jī)械手受力示意圖 4.1.1手指夾緊缸 ∵∑Y=0 ∴2—G=0 又=N ∴N===5000N ∵∑M(o)=0 ∴N×a—F×a=0 ∴F=2 N=2×5000=10000N 又===1.33 ∴F=13300N ∵D= = =41.15mm 根據(jù)液壓行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，圓整為40mm.,查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》P選HSG型液壓缸。 4.1.2手腕回轉(zhuǎn)缸 當(dāng)手指夾著工件，手腕旋轉(zhuǎn)時(shí)，液壓缸需克服的摩檫力矩最大。 M=f×r==0.1×1500×0.1=15NM 查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》選CM-C10C型液壓馬達(dá)。 4.1.3手臂伸縮缸 F=f==0.1×2000=200N ∴D= = =8.4mm 根據(jù)液壓行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，圓整為10mm.,查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》P選HSG型液壓缸。 4.1.4手臂升降缸 D= = =35.7mm 根據(jù)液壓行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，圓整為40mm.,查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》P選HSG型液壓缸。 4.1.5手臂回轉(zhuǎn)缸 當(dāng)手指夾著工件，手臂旋轉(zhuǎn)時(shí)，液壓缸需克服的摩檫力矩最大。 M=f×r==0.1×4500×0.05=22.5NM 查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》選CM-C18C型液壓馬達(dá)。 4.1.6定位缸 f==0.1×5000=500N D= = = =12.6mm 根據(jù)液壓行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，圓整為20mm.,查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》P選HSG型液壓缸。 液壓缸計(jì)算結(jié)果： 型號 速度比 活塞缸內(nèi)徑(mm) 活塞桿直徑(mm) 活塞桿工進(jìn)速度(m/min) 實(shí)際壓力(MPa) 流量(L/min) 手指夾緊缸 HSG 1.33 40 20 3 10 3.76 手臂伸縮缸 HSG 1.33 10 5 12 4 0.94 手臂升降缸 HSG 1.33 40 20 36 4 45.2 定位缸 HSG 1.33 20 10 3 4 0.94 液壓馬達(dá)計(jì)算結(jié)果： 型號 額定轉(zhuǎn)速(r/min) 額定轉(zhuǎn)矩(NM) 額定壓力(MPa) 排量(mL/r) 流量(L/min) 手腕回轉(zhuǎn)缸 CM-C10C 1800 17.4 10 10.9 19.6 手臂回轉(zhuǎn)缸 CM-C18C 1800 29 10 18.2 32.8 4.1.7液壓缸的其它技術(shù)要求： ⑴缸筒與端蓋的連接形式 由于機(jī)械手要求外形尺寸小，重量輕，故采用螺紋式連接 ⑵缸筒、端蓋和導(dǎo)向套的基本要求 缸筒內(nèi)孔一般采用鏜削、鉸孔、滾壓或磨等精密加工工藝制造，要求表面粗糙度在0.1～0.4,使活塞及其密封件、支承件能順利滑動(dòng)，從而保證密封效果，減少磨損；缸筒要承受很大的液壓力，因此，應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度。 端蓋裝在缸筒兩端，形成封閉油腔，同樣承受很大的液壓力，因此，端蓋及其連接件都應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度。 導(dǎo)向套對活塞桿起導(dǎo)向和支承作用，一般采用摩檫系數(shù)小、耐磨性好的聚四氟乙烯制作。 ⑶活塞和活塞桿的連接形式 由于機(jī)械手工作時(shí)振動(dòng)較大，要求連接強(qiáng)度高且具有減振能力，故選擇半環(huán)式連接 ⑷活塞組件的密封 在活塞的外圓表面一般開幾道寬0.3～0.5mm的環(huán)形溝槽，稱平衡槽，其作用如下：使活塞具有自位性能，由于活塞的幾何形狀和同軸度誤差，工作壓力油在密封間隙中的不對稱分布形成一個(gè)徑向不平衡力，稱為液壓卡緊力，它使摩檫力增大，開平衡槽后，使得徑向油壓力趨于平衡，使活塞能夠自動(dòng)對中，減小摩檫力；由于同心環(huán)縫的泄漏要比偏心環(huán)縫小得多，活塞的對中減小了油液的泄漏量，提高了密封性能；自潤滑作用，油液儲(chǔ)存在平衡槽內(nèi)，使活塞能自動(dòng)潤滑。 同時(shí)還采用Y型密封。Y形密封的截面為Y形，屬唇型密圈，主要用于往復(fù)運(yùn)動(dòng)的密封。Y形圈的密封作用取決于它的唇邊對耦合面的緊密接觸程度。在壓力油作用下，唇邊對耦合面產(chǎn)生較大的接觸壓力，從而達(dá)到密封的目的。當(dāng)液壓力升高時(shí)，唇邊與耦合面貼得更緊，接觸壓力更高，密封性能更好。 ⑸緩沖裝置 當(dāng)液壓缸拖動(dòng)負(fù)載的質(zhì)量較大、速度較高時(shí)，一般應(yīng)在液壓缸中設(shè)緩沖裝置，必要時(shí)還需在液壓缸傳動(dòng)系統(tǒng)中設(shè)緩沖回路，以免在行程終端發(fā)生過大的機(jī)械碰撞，導(dǎo)致液壓缸損壞。緩沖的原理是當(dāng)活塞或缸筒接近行程終端時(shí)，在排油腔內(nèi)增大回油阻力，從而降低液壓缸的運(yùn)動(dòng)速度，避免活塞與缸蓋相撞。 4.2動(dòng)力元件——液壓泵 液壓泵是標(biāo)準(zhǔn)件，其選擇依據(jù)是額定壓力和流量。 4.2.1小泵 當(dāng)手臂回轉(zhuǎn)、手腕回轉(zhuǎn)、手指松緊及定位缸工作時(shí)，只有小流量泵供油。 手臂回轉(zhuǎn)時(shí)，液壓馬達(dá)的額定壓力為10MPa，流量為=nV=1800×18.2=32.8L/min 手腕回轉(zhuǎn)時(shí)，液壓馬達(dá)的額定壓力為10 MPa,流量為=nV=1800×10.9=19.6L/min 手指松緊時(shí)，液壓缸的工作壓力為10 MPa，流量為= A=×=××3×=3.76L/min 定位缸工作時(shí), 液壓缸的工作壓力為4 MPa，流量為= A=×=×0.02×3×=0.94L/min 實(shí)際流量：=×=1.1×32.8=36.08L/min 實(shí)際壓力：=×=1.1×10=11 MPa 查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》選CB-30型液壓泵。 工作時(shí)液壓泵所需的最大功率為： ===8.27KW 查《機(jī)械零件手冊》選Y160M型電機(jī)。 4.2.2大泵 當(dāng)手臂伸縮、手臂升降時(shí)，大、小泵同時(shí)供油。 手臂升降時(shí)，液壓缸工作壓力為4 MPa，流量為= A=×=××36×=45.2L/min。 手臂伸縮時(shí)，液壓缸工作壓力為4 MPa，流量為= A=×=××12×=0.94L/min 實(shí)際流量：=×=1.1×45.2=49.72L/min 實(shí)際壓力：=×=1.1×4=4.4 MPa 查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》選CB-50型液壓泵。 工作時(shí)液壓泵所需的最大功率為： ===11.39KW 查《機(jī)械零件手冊》選Y160L型電機(jī)。 泵的計(jì)算結(jié)果： 型號 排量(mL/r) 額定壓力(MPa) 轉(zhuǎn)速(r/min) 流量(L/min) 小泵 CB-32 32.5 10 1450 47.1 大泵 CB-50 48.7 10 1450 70.6 電機(jī)的計(jì)算結(jié)果： 型號 功率(KW) 轉(zhuǎn)速(r/min) 小電機(jī) Y160M 11 1500 大電機(jī) Y160L 15 1500 4.3控制元件——方向閥、壓力閥、流量閥 控制元件是標(biāo)準(zhǔn)件，其選擇依據(jù)是系統(tǒng)的最高工作壓力和通過該閥的最大流量 4.3.1方向控制閥 電液換向閥：按P=11,q=70.6選DSHG-03-3c型電液換向閥2個(gè)（3位4通O型機(jī)能） 電磁換向閥：按P=11,q=47.1選DSG-01-3c型電磁換向閥4個(gè)（其中3位4通O型機(jī)能2個(gè)，2位3通2個(gè)） 單向閥：按P=11,q=47.1選S型單向閥4個(gè) 液控單向閥：按P=11,q=47.1選SV10型液控單向閥1個(gè) 4.3.2壓力控制閥 壓力繼電器：按P=11,q=47.1選HED1K型壓力繼電器1個(gè)； 減壓閥：按P=11,q=47.1選DR10DP型直動(dòng)式減壓閥1個(gè)； 卸荷溢流閥：按P=11,q=47.1，P=11,q=70.6選DA型先導(dǎo)式卸荷溢流閥各1個(gè)； 單向順序閥：按P=11,q=70.6選HGM-03-20型單向順序閥1個(gè)。 4.3.3流量控制閥 單向調(diào)速閥：按P=11,q=47.1選QA-H20型單向調(diào)速閥4個(gè)，按P=11,q=70.6選QA-H20型單向調(diào)速閥3個(gè)； 行程節(jié)流閥：按P=11,q=47.1選ZGM-10型行程節(jié)流閥1個(gè)。 控制元件計(jì)算結(jié)果： 名稱 工作壓力() 流量(L/min) 型號 數(shù)量 方向控制閥 電液換向閥 11 70.6 DSHG-03-3c 2 電磁換向閥 11 47.1 DSG-01-3c 4 液控單向閥 11 47.1 SV10 1 單向閥 11 47.1 S 4 壓力控制閥 壓力繼電器 11 47.1 HED1K 1 減壓閥 11 47.1 DR10DP 1 卸荷溢流閥 11 70.6 DA 2 單向順序閥 11 70.6 HGM-03-20 1 流量控制閥 單向調(diào)速閥 11 47.1 QA-H20 7 行程節(jié)流閥 11 47.1 ZGM-10 1 4.4輔助元件——管道、管接頭、濾油器、油箱 4.4.1管道 由于本系統(tǒng)壓力一般，擬采用軟管。 ⑴與手臂回轉(zhuǎn)缸、手指夾緊缸、手腕回轉(zhuǎn)缸、定位缸相連的軟管 A=,得d= d——軟管內(nèi)徑，m V——管內(nèi)流速， Q——管內(nèi)流量， 將V=2，Q=47.1=7.85×代入上式得d=0.0091m=9.1mm 根據(jù)液壓行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，圓整為d=10mm 查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》選,選Ⅰ型軟管 ⑵與手臂升降缸、手臂伸縮缸相連的軟管 A=,得d= d——軟管內(nèi)徑，m V——管內(nèi)流速， Q——管內(nèi)流量， 將V=2，Q=117.7=19.6×代入上式得d=0.0144m=14.4mm 根據(jù)液壓行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，圓整為d=15mm 查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》選,選Ⅰ型軟管 4.4.2管接頭 由于本系統(tǒng)最高工作壓力為11MPa，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》選扣壓式膠管接頭 4.4.3濾油器 由于本系統(tǒng)適用于高溫作業(yè)，油液溫度會(huì)很高，故選擇燒結(jié)式濾芯 4.4.4油箱 油箱的容量一般取泵流量的3～5倍，本系統(tǒng)取4倍。 V=4=4×（70.6+47.1）=470.8L 根據(jù)液壓行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，圓整為V=500L 4.5工作介質(zhì)——液壓油 液壓系統(tǒng)對工作介質(zhì)的要求： 有適當(dāng)?shù)恼扯群土己玫恼硿靥匦裕? 氧化安定性好和剪切安定性好； 抗乳化性、抗泡沫性好； 能防火、防爆； 有良好的潤滑性和防腐蝕性，不腐蝕金屬和密封件； 對人體無害，成本低。 綜合以上要求，選L-HL液壓油（普通液壓油） 5、液壓系統(tǒng)性能的驗(yàn)算 5.1系統(tǒng)的壓力損失驗(yàn)算 液壓元件的規(guī)格和管道尺寸確定之后，便應(yīng)估算回路中的壓力損失，以便確定系統(tǒng)的供油壓力。而系統(tǒng)的壓力損失的驗(yàn)算工作，往往要求先畫出液壓系統(tǒng)和元件的裝配草圖后，才能進(jìn)行。由于該液壓系統(tǒng)較簡單，該項(xiàng)計(jì)算從略。 5.2系統(tǒng)的溫升驗(yàn)算 在液壓傳動(dòng)中，壓力損失和溢流、泄漏的能量損失，絕大部分變?yōu)闊崮埽率瓜到y(tǒng)的油溫升高。為了保證系統(tǒng)正常工作，油溫升高的允許植不應(yīng)超過規(guī)定范圍。因而驗(yàn)算發(fā)熱和散熱量。由于系統(tǒng)的功率小，效率高，發(fā)熱少，所取油箱容量又較大，故不必進(jìn)行溫升的驗(yàn)算。 5.3系統(tǒng)的其它驗(yàn)算 對精度要求較高的系統(tǒng)，還需要進(jìn)行液壓沖擊，換向性能等方面的驗(yàn)算。由于本系統(tǒng)精度要求一般，故不必進(jìn)行此方面的驗(yàn)算。 6、結(jié)束語 經(jīng)生產(chǎn)實(shí)踐檢驗(yàn)，本機(jī)械手液壓系統(tǒng)能滿足生產(chǎn)要求。其電氣控制部分如改進(jìn)為微機(jī)控制，將大幅度提高生產(chǎn)效率，并為實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化創(chuàng)造條件，這將是我今后努力的方向！ 7、致謝 衷心感謝四年來機(jī)械工程系全體老師的辛勤培養(yǎng)和同學(xué)的支持幫助！ 特別感謝梁棟老師對畢業(yè)設(shè)計(jì)的悉心指導(dǎo)！ 還要感謝電氣工程系袁琦老師的大力支持！ The design of hydraulic system of the industry manipulator Shi zhongqiu Counselor: Liang dong Associate professor (South China University of Tropic Agriculture technical College Danzhou Hainan 571737) [summary] Manipulator imitate hand movement of people, according to give procedure , orbit , demand realize pick , carry and automatics that operate automatically definitely. It especially in such abominable environments as high temperature , high pressure , much dust , flammable , explosive , radioactivity ,etc., cumbersome , dull, frequent operation replace people's homework, so find extensive day by day application. Manipulator generally by executive body, urge system , control system and measure device 3 major part make up, the puma manipulator still feels the system and intelligence system . Page this industry manipulator of introduction belong to round cylindrical coordinates type, all-hydraulic to urge the manipulator. Page this according to hydraulic pressure general procedure that system design , divide into four introduce industry manipulator hydraulic pressure systematic design process in detail, 4th among them calculate and choose hydraulic pressure component focal point. [key words] Manipulator Hydraulic Electric 參考文獻(xiàn) 1陳奎生.液壓與氣壓傳動(dòng).武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2000 2許福玲，陳光明.液壓與氣壓傳動(dòng).北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2000 3陳大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊（第四版，第4卷）.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002 4李仁.電器控制.北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2000 5屈圭.液壓與氣壓傳動(dòng).北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2002 6張建民.機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì).北京：高等教育出版社，2001 7周開勤.機(jī)械零件手冊（第五版）.北京：高等教育出版社，2001 8李曉文，姜繼海主編.英漢液壓氣動(dòng)科技詞匯.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2001 第 20 頁 共 20 頁