電氣工程及其自動化專業(yè)液動機(jī)械手回轉(zhuǎn)臂結(jié)構(gòu)設(shè)計和實現(xiàn)

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1、液動機(jī)械手回轉(zhuǎn)臂結(jié)構(gòu)設(shè)計 液動機(jī)械手回轉(zhuǎn)臂結(jié)構(gòu)設(shè)計 摘要:目前，隨著機(jī)器人發(fā)展的深度和廣度以及機(jī)器人智能的提高，機(jī)器人已在許多領(lǐng)域得到應(yīng)用。在中國，機(jī)械手的市場份額主要由外國機(jī)器人公司占據(jù)。面對國際強(qiáng)勢企業(yè)，國內(nèi)機(jī)器人企業(yè)面臨著相當(dāng)大的競爭壓力，因此我們?nèi)孕枰粩嗵岣哐邪l(fā)水平。如今，中國正在從“制造強(qiáng)國”轉(zhuǎn)向“制造強(qiáng)國”。中國制造業(yè)面臨著與國際社會聯(lián)系和參與國際分工的巨大挑戰(zhàn)。中國工業(yè)自動化的改善迫在眉睫，政府必須增加機(jī)器人的資金投入。和政策支持，將會給機(jī)械手產(chǎn)業(yè)發(fā)展注入新的動力。本主題設(shè)計的液壓機(jī)械手基于綜合因素和用戶要求。該方案的設(shè)計主要采用軟件進(jìn)行三維結(jié)構(gòu)設(shè)計?；谡w設(shè)計，完成

2、液壓系統(tǒng)的設(shè)計，特別是液壓執(zhí)行器-液壓缸活塞驅(qū)動力的組成和計算，液壓缸壓力和流量的計算以及液壓缸的選擇;制定液壓系統(tǒng)和牽引液壓系統(tǒng)的基本方案數(shù)字;液壓元件-液壓泵，液壓閥，管道和油箱容量的計算和選擇;液壓系統(tǒng)性能檢查。機(jī)械手閥門控制系統(tǒng)控制仿真分析。由觸摸屏組合控制系統(tǒng)設(shè)計。設(shè)計了液壓機(jī)械手的手動和自動控制系統(tǒng)方案，并給出了系統(tǒng)的控制。流程圖;結(jié)合現(xiàn)場操作需要，設(shè)計了觸摸屏控制界面;最后，通過仿真軟件驗證了設(shè)計的可行性。 關(guān)鍵詞：液壓；機(jī)械臂；結(jié)構(gòu)設(shè)計 28 ABSTRACT:At present,with the development of the depth and bre

3、adth of the manipulator and the improvement of the intelligence level of the robot,the manipulator has been applied in many fields.In our country,the manipulator market share is mostly occupied by foreign manipulator enterprises.In the face of strong international players,domestic manipulator enterp

4、rises are facing considerable competitive pressure,so we still need to continuously improve the level of research and development.At present,China is moving from a"manufacturing power"to a"manufacturing power".Chinas manufacturing industry is facing the great challenge of joining the international s

5、tandards and participating in the international division of labor.It is extremely urgent to improve Chinas industrial automation.The government must increase its capital investment and investment in robots.Policy support will inject new impetus into the development of manipulator industry.The hydrau

6、lic manipulator designed in this topic is based on the synthesis of various factors and user requirements to complete the overallThe design of the scheme mainly uses software to design the three-dimensional structure.On the basis of the overall design scheme,Completed the design of the hydraulic sys

7、tem,including the composition and calculation of the hydraulic actuator-hydraulic cylinder piston driving force,Calculation of hydraulic cylinder pressure and flow and selection of hydraulic cylinder;Formulate the basic scheme of hydraulic system and draw the hydraulic system.Figure:Calculation and

8、selection of hydraulic components-hydraulic pump,hydraulic valve,pipeline and tank capacity;Hydraulic system performanceChecking computations.The control of manipulator control valve is simulated and analyzed.The control combined with touch screen is adopted The design of the system.The manual and

9、automatic control system of the hydraulic manipulator is designed,and the control of the system is given.Flowchart;According to the needs of field operation,a touch screen control interface is designed.Finally,simulation software is used to verify the designFeasibility. Key words:hydraulic pressure

10、;Mechanical arm;Structure design 目錄 一、緒論 4 1.1研究背景 4 1.2研究意義 4 1.3國內(nèi)外現(xiàn)狀 6 1.4機(jī)械手發(fā)展的優(yōu)勢 7 二、液壓機(jī)械臂結(jié)構(gòu)設(shè)計 9 2.1機(jī)械臂的組成 9 2.2設(shè)計方案的分析與確定 10 2.3回轉(zhuǎn)臂臂各主要構(gòu)件的設(shè)計 10 2.3.1功能要求 10 2.3.2結(jié)構(gòu)設(shè)計 11 2.4機(jī)座結(jié)構(gòu)設(shè)計 12 2.5整機(jī)實體模型裝配 13 2.6本章小結(jié) 15 三、仿真 16 3.1 ADAMS軟件的設(shè)計流程 16 3.2基于ADAMS的機(jī)械臂仿真研究 17 3.

11、3機(jī)構(gòu)優(yōu)化模型 22 總結(jié) 22 展望 23 致謝 23 參考文獻(xiàn) 24 一、緒論 1.1研究背景 隨著中國工業(yè)生產(chǎn)的快速發(fā)展，自動化程度得到了迅速提高，并且處理，轉(zhuǎn)向，和加工，組裝等的自動化，例如提升槍，噴槍，扳手等，已變得越來越流行。他們的關(guān)注。機(jī)器人是模仿人手的動作的一部分，并根據(jù)給定的程序，軌跡和要求自動抓取。用于處理或處理的自動機(jī)械裝置。工業(yè)生產(chǎn)中使用的機(jī)器人被稱為“工業(yè)機(jī)器人”。生產(chǎn)機(jī)器人的應(yīng)用可以提高生產(chǎn)的自動化水平和勞動生產(chǎn)率;它可以降低勞動強(qiáng)度，確保生產(chǎn)。品質(zhì)，安全生產(chǎn);特別是在高溫，高壓，低溫，低壓，灰塵，爆炸性

12、，有毒氣體和放射性等惡劣的環(huán)境中,它代替人進(jìn)行正常的工作,意義更為重大。因此,在機(jī)械加工作，沖壓，鑄造，銀，玻璃，熱處理，電鍍，涂裝，裝配以及輕工業(yè)、交通運輸業(yè)等方 面得到越來越廣泛的應(yīng)用。 1.2研究意義 近些年,具有各種功能量的機(jī)械臂逐漸進(jìn)入人們的生活，機(jī)械臂是工業(yè)生產(chǎn)到機(jī)械化和自動化的產(chǎn)物。工業(yè)生產(chǎn)中的機(jī)械臂代替工人進(jìn)行生產(chǎn)活動有許多優(yōu)點：（1）一些在危險環(huán)境中工作和健康風(fēng)險可以相似人類智慧的機(jī)械臂已經(jīng)完成。 （2） 機(jī)械臂可以完成各種沉重單調(diào)的工作。解決目前國內(nèi)勞動力短缺面臨。一般來說，產(chǎn)品質(zhì)量的檢測是手動完成的，但這種方式穩(wěn)定性差，調(diào)性差等缺點，可用于產(chǎn)品的質(zhì)量檢驗，也減少了

13、工廠的使用。員工人數(shù)將提升公司的競爭力。 （3） 多年來，人們一直致力于提高生產(chǎn)力，而機(jī)械臂則一直在努力的應(yīng)用無疑是一種非常有效的途徑。在我國有些地區(qū)生產(chǎn)率低下,并且勞動力的費用也隨著天數(shù)的增加，機(jī)械臂的引入無疑將為生產(chǎn)注入新鮮血液并創(chuàng)造更多經(jīng)濟(jì)效益。 （4）在一些行業(yè)中，生產(chǎn)集中度高，工人的勞動強(qiáng)度大，機(jī)械臂的出現(xiàn)就解決了這個問題。車載機(jī)械臂也屬于工業(yè)機(jī)器人類，它也在人們的工業(yè)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生活中發(fā)揮越來越重要的作用。國際機(jī)器人聯(lián)合會IFR日發(fā)布報告稱,2016年全球工業(yè)機(jī)器人銷量繼續(xù)保持快速增長。2016年，全球工業(yè)機(jī)器人銷量約為29萬臺，同比增長14％，其中包括中國。工業(yè)機(jī)器人銷量為9

14、萬臺，同比增長31％。從數(shù)據(jù)上看，它已超過德國，德國，韓國和日本等國家，占全球銷量的三分之一,中國目前也一躍成為世界上最大的工業(yè)機(jī)器人 消費國。圖1-1 2000至2015年全球工業(yè)機(jī)器人銷售情況。 圖1-1 機(jī)械臂通常由各種關(guān)節(jié)連桿，底座和末端的機(jī)械抓握機(jī)構(gòu)組成，可用于完成特定的操作除了操作工作之外，液壓驅(qū)動的機(jī)械臂通常具有操作簡單和低操作成本的優(yōu)點，并且比其他類型的機(jī)械臂更安全和更有效。鑒于以上優(yōu)點,通常將將液壓驅(qū)動機(jī)械這些武器用于大型貨物裝卸，土木工程和森林開發(fā)。通過與傳統(tǒng)的電機(jī)驅(qū)動相比,液壓驅(qū)動在相同尺寸的前提下,無疑可以提供更大的動力，這是其他類型的駕駛方法無法比擬的。液壓

15、驅(qū)動系統(tǒng)可用于實際工作中的工作。 提供更強(qiáng)大的驅(qū)動力和驅(qū)動扭矩。液壓驅(qū)動器的內(nèi)部是使用液壓油作為傳動動力，使得整個動力的傳遞更為平穩(wěn),液壓傳動在傳遞動力的同時,還可以同時吸收由于由液壓馬達(dá)等機(jī)械裝置產(chǎn)生的振動使動力傳遞更加穩(wěn)定，減少了機(jī)器的振動。并且與電機(jī)器驅(qū)動相比，液壓驅(qū)動器沒有機(jī)械減速器，因此簡化了機(jī)器。減少了機(jī)械的零部件數(shù)目,降低了機(jī)械故障率。液壓驅(qū)動用作傳動模式，并且在傳動機(jī)構(gòu)之間將出現(xiàn)較小的馬達(dá)。摩擦力提高其傳動效率。鑒于市場對車載液壓機(jī)械手的需求量很大，這值得中國科學(xué)研究。人員進(jìn)行深入研究。 1.3國內(nèi)外現(xiàn)狀 機(jī)械臂的研究工作始于20世紀(jì)中葉，關(guān)于1954年世界上第一臺工業(yè)機(jī)

16、械。這只手臂出生在美國。雖然它只是當(dāng)時成功開發(fā)的實驗原型，但原型包含了現(xiàn)代工業(yè)機(jī)械臂的主要特征。隨著現(xiàn)代科技的高速發(fā)展,世界上已經(jīng)有越來越多。 該國已加入機(jī)械臂的研究和開發(fā)，在機(jī)械臂的開發(fā)和制造方面取得了越來越多的重大成就。機(jī)械臂的的發(fā)展也早已進(jìn)入了高速發(fā)展的時期。根據(jù)國際權(quán)威機(jī)構(gòu)的研究，外國機(jī)械臂可分為工業(yè)機(jī)器人，太空機(jī)器人和服務(wù)。這三種機(jī)械臂。工業(yè)機(jī)器人是一種高度集成的產(chǎn)品，可以自己完成大量工作。它有一個反饋調(diào)整系統(tǒng);空間機(jī)械手是為特定工作而生產(chǎn)的，它分為程序控制和非程序控制。服務(wù)型機(jī)械臂可以被描述為解決勞動力資源短缺的產(chǎn)品。這個國家最初開始研究和開發(fā)機(jī)械臂，將機(jī)械臂從最早的軍事火災(zāi)逃生

17、中移除，然后建造它來用于建筑醫(yī)療,后來又?jǐn)U展到太空探索等方面。近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，包括計算機(jī)技術(shù)在內(nèi)開發(fā)，計算機(jī)虛擬仿真技術(shù)得到迅速發(fā)展，大大縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期，大大降低了產(chǎn)品研發(fā)成本。日本生產(chǎn)的機(jī)械臂正在引領(lǐng)世界，其生產(chǎn)機(jī)械臂也在世界機(jī)械臂市場。它受到所有國家的青睞。近幾十年來，通過對機(jī)械臂發(fā)展的調(diào)查研究，日本機(jī)械臂擁有最多的技術(shù)。它被介紹給美國的Unimation公司。在接下來的幾十年里，在日本政府的推動和支持下，液壓機(jī)械臂的開發(fā)和生產(chǎn)規(guī)模越來越大。目前，日本許多世界知名公司都在從事機(jī)械臂的研發(fā)。中國的機(jī)械臂研發(fā)工作起步很晚。在20世紀(jì)60年代，中國的機(jī)械臂產(chǎn)業(yè)才剛剛開始。它經(jīng)

18、歷了幾十年的發(fā)展。研究主要涉及機(jī)械臂，機(jī)械臂的動力學(xué)分析和研究。 研究空間運動算法，機(jī)器人編程語言研究，機(jī)器人臂上各種專用傳感器的研發(fā)，以及多傳感器控制系統(tǒng)的研究與開發(fā),并將最新研究成果應(yīng)用于實際的設(shè)計 工作中。目前，中國有60多家從事機(jī)械武器生產(chǎn)的企業(yè)，從事機(jī)械臂研發(fā)的企業(yè)和機(jī)構(gòu)數(shù)量已達(dá)到300家。在機(jī)械臂的實際應(yīng)用方面，中國有很多弧機(jī)。臂生產(chǎn)線，機(jī)器裝配專用生產(chǎn)線，噴涂生產(chǎn)線，焊接生產(chǎn)線。目前，國內(nèi)機(jī)械臂技術(shù)最初具有較大的工程設(shè)計和制造能力。在中國的機(jī)械臂行業(yè)，生產(chǎn)的產(chǎn)品通常具有較長的研發(fā)周期,設(shè)計成本也較國外更高,且設(shè)計手段也更為落此后，國內(nèi)產(chǎn)品似乎容易老化和過時，在國內(nèi)外市場缺乏競

19、爭力。在中國，機(jī)械臂生產(chǎn)和研發(fā)工作并沒有作為一個整體產(chǎn)業(yè)出現(xiàn),還是趨于應(yīng)用的要求?？偟膩碚f還存在產(chǎn)品規(guī)格很多，批量小，機(jī)械臂各部分之間的互換性差。從生產(chǎn)到組裝需要很長時間。另外，設(shè)計和制造成本高，并且在質(zhì)量和可靠性方面仍存在問題。研究人員迫切需要解決這些問題。 1.4機(jī)械手發(fā)展的優(yōu)勢 隨著機(jī)器人開發(fā)的深度和廣度以及機(jī)器人智能的提高，機(jī)器人已經(jīng)涉及許多領(lǐng)域。得到了應(yīng)用程序。從傳統(tǒng)的汽車制造領(lǐng)域延伸到非制造領(lǐng)域。比如采礦機(jī)器人，建筑業(yè)機(jī)器人和水電系統(tǒng)用于維護(hù)和修理機(jī)器人。在國防軍事，醫(yī)療和健康，食品加工和生活服務(wù)等領(lǐng)域機(jī)械手的應(yīng)用也越來越多。在未來幾年,傳感技術(shù),激光技術(shù),工程網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將廣泛應(yīng)

20、用于機(jī)器人工作領(lǐng)域，這將使機(jī)器人的應(yīng)用更加高效和高質(zhì)量。運營成本低。人們懷疑，未來機(jī)器人將用于醫(yī)療，保健，生物技術(shù)和工業(yè)，教育，救災(zāi)，海洋破裂，機(jī)器維護(hù)，運輸和農(nóng)業(yè)漁業(yè)等領(lǐng)域。 1工業(yè)機(jī)器人的性能不斷提高（高速，高精度，高可靠性，易于操作和維護(hù)），而單機(jī)價格不斷下降,平均單機(jī)價格從年的萬美元降至年的萬美元。 2機(jī)械結(jié)構(gòu)模塊化和可重新配置。例如，伺服電機(jī)，減速器和關(guān)節(jié)模塊中的檢查 測量系統(tǒng)的三合一集成包括關(guān)節(jié)模塊和連桿模塊。 3工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)以機(jī)器為基礎(chǔ)的開放式控制器方向，易于標(biāo)準(zhǔn)化，網(wǎng)絡(luò)化 收斂;改進(jìn)的設(shè)備集成，小型控制柜和模塊化結(jié)構(gòu)：大大提高了系統(tǒng)可靠性，易于操作和可維護(hù)性。

21、 4機(jī)器人中的傳感器作用日益重要,除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器 此外，組裝和融合機(jī)器人還使用視覺和力等傳感器。而遙控機(jī)器人則采用視覺、聲多傳感器融合技術(shù)，如感官，力和觸摸，用于環(huán)境建模和決策。多傳感器融合配置技術(shù)在產(chǎn)品系統(tǒng)中具有成熟的應(yīng)用。 5虛擬現(xiàn)實技術(shù)在機(jī)器人中的作用已經(jīng)從模擬和排練演變?yōu)檫^程控制，如遙控。機(jī)器人操作員產(chǎn)生在遠(yuǎn)程工作環(huán)境中操縱機(jī)器人的感覺。 6現(xiàn)代遙控機(jī)器人系統(tǒng)的發(fā)展不是追求完整的自動系統(tǒng)，而是操作者和機(jī)器人機(jī)交互控制，即遠(yuǎn)程控制加本地自治系統(tǒng)構(gòu)成了完整的監(jiān)控和遠(yuǎn)程控制操作系統(tǒng)，使得智能化機(jī)器人走出實驗室，進(jìn)入實用階段。由美國發(fā)射到火星的“Sojna”機(jī)器人

22、是成功應(yīng)用這種系統(tǒng)的最著名的例子。 7機(jī)器人機(jī)械開始上升。自從“虛軸機(jī)床”在美國發(fā)展以來，這種新型該裝置已成為國際研究的熱點之一，并探索了其實際應(yīng)用領(lǐng)域。工業(yè)機(jī)器在中國人們從“七五”科技突破開始，在國家的支持下，通過了“七五”和“八五”目前，技術(shù)研究已掌握了機(jī)器人操作機(jī)的設(shè)計與制造技術(shù)，控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計。技術(shù)，運動學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù)，它產(chǎn)生了機(jī)器人的一些關(guān)鍵部件，并發(fā)射了機(jī)器人，如繪畫，電弧干燥，土地，裝配和處理。其中，近20家公司有多套噴漆機(jī)器人。自動涂裝生產(chǎn)線規(guī)模不斷擴(kuò)大，電弧烘干機(jī)器人已應(yīng)用于汽車制造商的吊線。但總是如此有鑒于此，中國的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及其工程應(yīng)用水平與國外比例仍有一

23、定的距離，如：可靠性低于國外產(chǎn)品：機(jī)器人應(yīng)用工程起步晚，應(yīng)用領(lǐng)域狹窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)和國外比有差距;在應(yīng)用規(guī)模上,我國己安裝的國產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人約臺,約占全球已安裝臺四萬分之一。上述原因主要是由于機(jī)器人行業(yè)缺乏形成。用戶的要求，“一個客戶，一個重新設(shè)計”，具有多種品種和規(guī)格，批量小，零件泛化程度低，供貨周期長，成本不低，質(zhì)量和可靠性不穩(wěn)定。因此，解決前工業(yè)化問題迫在眉睫關(guān)鍵技術(shù)，產(chǎn)品綜合規(guī)劃，做好系列化，概括化，模塊化設(shè)計，積極推進(jìn)生產(chǎn)工業(yè)化進(jìn)程中國的智能機(jī)器人和特種機(jī)器人在“”計劃的支持下也取得了很大的成功。水果。其中最突出的是水下機(jī)器人，水下無線機(jī)器人的成果是世界領(lǐng)先的。還發(fā)布了直接遙控機(jī)器人

24、，雙臂協(xié)調(diào)控制機(jī)器人，爬壁機(jī)器人，管道機(jī)器人和其他模型：在機(jī)器人視覺，力感，觸覺和聲音感知等基本技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用方面已經(jīng)做了大量工作。發(fā)展的基礎(chǔ)。但在多傳感器信息融合控制技術(shù)，遙控加本地自治系統(tǒng)遙控機(jī)器人，智能裝配機(jī)器人和機(jī)器人機(jī)械的發(fā)展剛剛起步，與國外先進(jìn)水平的差距相對較大。大，有必要在原有成果的基礎(chǔ)上重點關(guān)注系統(tǒng)，以形成系統(tǒng)配套的實用技術(shù)和產(chǎn)品，在“十五”后期處于世界第一的位置。 二、液壓機(jī)械臂結(jié)構(gòu)設(shè)計 2.1機(jī)械臂的組成 機(jī)械臂通常由三個模塊組成：執(zhí)行系統(tǒng)，驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。執(zhí)行系統(tǒng)正在移動直接操作物體的機(jī)械裝置，由最后的幾個機(jī)器人，腕關(guān)節(jié)，機(jī)械臂和基座組成。結(jié)構(gòu)。末端機(jī)器人完成

25、移動物體的夾緊工作;腕關(guān)節(jié)調(diào)節(jié)機(jī)器人的角度，方便對于夾持物體的夾持工作，也可能在一些機(jī)械臂中，沒有設(shè)計腕關(guān)節(jié)，機(jī)器人結(jié)是直接的該結(jié)構(gòu)固定在機(jī)械臂上;臂通常由接頭和連桿組成，用于安裝端部機(jī)器人和腕關(guān)節(jié)。機(jī)器人可以到達(dá)夾緊物體空間的位置;底座是用加載機(jī)構(gòu)或地面固定整個機(jī)械結(jié)構(gòu)，也是執(zhí)行系統(tǒng)的一個相對固定的部分。驅(qū)動系統(tǒng)是整個機(jī)械系統(tǒng)的核心，為整個系統(tǒng)提供動力。機(jī)械臂驅(qū)動系統(tǒng) 作為驅(qū)動方法，優(yōu)選液壓或氣壓。液壓驅(qū)動裝置可提供更多動力并具有簡單的速度調(diào)節(jié)。如果在整個液壓驅(qū)動系統(tǒng)中安裝安全閥，穩(wěn)定，可以滿足無級調(diào)速的要求，其可對整個液壓力系統(tǒng)具有過載安全保護(hù)，并且大多數(shù)工業(yè)機(jī)器人目前是液壓驅(qū)動的。與此

26、形成對比，氣動驅(qū)動器速度快，并且獲得氣源也很方便。它具有良好的緩沖作用，不會污染環(huán)境。和其他特性，但氣動驅(qū)動器可以提供比液壓驅(qū)動器更少的氣體壓力，以及它可以提供的動力。重量比也小，速度更難以控制，并且存在諸如高噪音和大沖擊力的顯著缺點，因此通常適用于需要較小驅(qū)動力和較低機(jī)械精度的場合。電力驅(qū)動的顯著優(yōu)勢是電力源比較方便,利用電動機(jī)產(chǎn)生力和扭矩,相同重量的機(jī)械可以產(chǎn)生更大的動力,并且還它具有準(zhǔn)確的信號傳輸，快速響應(yīng)和高能量替代效率?？刂普麄€機(jī)械臂中的整個機(jī)器該系統(tǒng)可以描述為機(jī)械臂的中心，它在整個機(jī)器上起著控制作用。在其控制下，整個機(jī)器可以完成給定的任務(wù)。 2.2設(shè)計方案的分析與確定 在機(jī)械臂

27、中，連桿式移動機(jī)構(gòu)是低表面接觸，并且移動對的兩個接觸表面的接觸壓力是體積小，能承受更多負(fù)荷，還能抵抗更強(qiáng)的沖擊力，同時構(gòu)成連桿機(jī)構(gòu)的組成部分同時，平面和圓柱形表面通常用作接觸對。在實際生產(chǎn)和加工中，這類零件也很容易加工。與其他類型的接觸運動對相比，它可以更好地適應(yīng)環(huán)境，并且可以實現(xiàn)更多的運動軌跡。完成更多的操作任務(wù)。在本課題中，首先將連桿機(jī)構(gòu)用作主臂系統(tǒng)，然后進(jìn)行后續(xù)的系統(tǒng)設(shè)計工作。通過比較各種類型的機(jī)械臂，還考慮了液壓。 本章基于液壓驅(qū)動關(guān)節(jié)臂，在各種駕駛方式的駕駛模式下駕駛具有突出的優(yōu)勢研究對象。通過調(diào)查和研究先前的機(jī)械臂，使用由傳統(tǒng)意義上的兩個鏈節(jié)組成的吊桿機(jī)構(gòu)。在裝卸作業(yè)時，它還可以

28、完成一系列任務(wù)，如裝卸和轉(zhuǎn)運，但繁榮應(yīng)該更大在設(shè)計吊桿時無意中增加壁厚的應(yīng)力，或者使用具有更高性能和更好性能的材料，傳統(tǒng)的應(yīng)力雙連桿機(jī)械臂的意義，由液壓缸驅(qū)動，旋轉(zhuǎn)角度有限，不能充分利用靠近底座空間，使其不能滿足實際工作中使用的要求。也可以使用帶四連桿的液壓機(jī)械臂。以滿足工作需要,但操作難度卻很大,不適合普遍使用。鑒于這些因素，設(shè)計了下圖右側(cè)的雙桿連桿機(jī)構(gòu)。機(jī)械手的整體設(shè)計如圖2.1所示。 1-機(jī)座2-回轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)3-主液壓臂4-驅(qū)動液壓缸5-副液壓臂6-夾持器姿態(tài)控制液壓缸7-夾持器骨架8-轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)9-液壓馬達(dá)10-二級行星齒輪減速器11-錐齒輪 2.3回轉(zhuǎn)臂臂各主要構(gòu)件的設(shè)計 2

29、.3.1功能要求 1）功能性的要求 機(jī)械手伸縮臂安裝在旋轉(zhuǎn)大臂上,前端安裝夾持器,伸縮要平穩(wěn)靈活,動 作快捷,配合大臂快速定位,承載力大,剛度好自重輕。 2）臂部運動慣性要小 機(jī)械手手部的運動速度是機(jī)械手的主要參數(shù)之一,要盡量減小自身重量來 減小慣性,為了減小回轉(zhuǎn)半徑,在抓取物體轉(zhuǎn)移時要先縮回后回轉(zhuǎn)。 3）安全性的要求 在程序設(shè)計中要考慮因故障造成的突然工作中斷,如機(jī)構(gòu)卡死、突然斷電 等情況,要設(shè)置報警裝置。 4)設(shè)計參數(shù) 伸縮長度200mm單方向伸縮時間2到3s定位誤差定位誤差小于2mm 2.3.2結(jié)構(gòu)設(shè)計 采用單桿雙作用液壓缸，單向調(diào)速閥用于機(jī)械臂伸出時的回油節(jié)流

30、調(diào)速。當(dāng)接近終點時，發(fā)送信號，調(diào)整速度緩沖，定位氣缸行程限制，使用電液反轉(zhuǎn)閥門控制膨脹和收縮的方向。液壓缸兩側(cè)有導(dǎo)桿，可在導(dǎo)套內(nèi)移動，防止受傷當(dāng)手臂伸縮時，液壓缸將旋轉(zhuǎn)，從而提高了運動穩(wěn)定性，如圖2-2所示。 圖2-2 根據(jù)設(shè)計要求，液壓機(jī)械臂的底座需要安裝在前端。因此，液壓機(jī)械臂基座的尺寸不應(yīng)太大。類似地，液壓機(jī)械臂的尺寸滿足使用要求。它不能太大。考慮到液壓機(jī)械臂的參數(shù)，L設(shè)計的設(shè)計尺寸為2.5米，2L。英寸暫定為1.5米。同時，考慮到連桿3中使用的驅(qū)動液壓缸，不僅需要承載液壓驅(qū)動機(jī)臂中的所有機(jī)械臂連桿，以及前端夾具和被夾緊工件的重量，將比較選定的孔徑大,同時,由于安裝距離也較大,為

31、了整體顯得美觀,所以在設(shè)計時要避免某一個機(jī)械手臂鏈接太長。從圖中可以看出，當(dāng)角度A增加時，液壓系統(tǒng)的驅(qū)動力臂用作主驅(qū)動液壓缸。它也在慢慢增加。但是，與其他因素相比，變化確實很慢。驅(qū)動臂的變化不是太大了，但液壓機(jī)械手的高度變化確實很明顯。但是，當(dāng)角度B增加時，會驅(qū)使液壓臂的長度迅速增加，并且隨著角度B變小，流體力學(xué)臂迅速減小。在設(shè)計中臂式液壓缸主要承受臂架本身的重量，以及夾具和工件的重量，在設(shè)計中由于臂架的結(jié)構(gòu)是不規(guī)則的,所以很難找到重心。很難確定整個結(jié)構(gòu)所需要的驅(qū)動力。先利用Solidworks軟件將整個液壓機(jī)械手骨架建模為2-3，然后使用軟件模擬實際條件以確定所需的力。 圖2-3 2

32、.4機(jī)座結(jié)構(gòu)設(shè)計 考慮到具體的安裝要求，底座的設(shè)計尺寸不應(yīng)太大，但同時需要安全可靠。 要求，液壓機(jī)械臂可以牢固支撐，工作時不會出現(xiàn)松動等嚴(yán)重現(xiàn)象。同時，基地也應(yīng)該當(dāng)滿足一定的旋轉(zhuǎn)角度。考慮到以上的要求,目前市面上并沒有合適旋轉(zhuǎn)機(jī)座。需要從新設(shè)計。圖2-4是液壓驅(qū)動的機(jī)械臂底座的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2-5是爆炸的示意圖。 圖2-4 圖2-5 2.5整機(jī)實體模型裝配 為了設(shè)計出完整的機(jī)械結(jié)構(gòu),需要首先設(shè)計出每個單獨的零件,然后根據(jù)具體情況組裝所有零件并使用組裝的模型進(jìn)行虛擬仿真。檢查是否可以滿足參數(shù)乞討。能否實現(xiàn)各種功能是整個機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計中最重要的部分。Solidworks軟件可用以

33、實現(xiàn)對零件的裝配操作。其過程大體為:先啟動軟件,然后通過新建一個裝配體,進(jìn)在裝配界面中，使用“insert parts/assembly”命令將零件逐個插入到裝配中體中,在插入之后,再通過"配合"命令完成零件的配合約束。使個零件之間達(dá)到準(zhǔn)確的立場。完成所有部件的組裝后，液壓機(jī)械手的完整模型最初如圖2-6所示。 圖2-6 參考一開始的設(shè)計參數(shù)，對于液壓機(jī)械臂自身的重量還有夾持器的重量有特殊要求。在Solidworks軟件定義各部分物理結(jié)構(gòu)的材料屬性，對整機(jī)模型和夾持器提取質(zhì)量參數(shù)可以獲得整個液壓機(jī)械臂的質(zhì)量為775kg，夾持器的質(zhì)量為101kg，均在設(shè)計上限以內(nèi)。圖2-7液壓機(jī)械臂整體重

34、量參數(shù)圖2-8為夾持器的質(zhì)量參數(shù) 圖2-7 圖2-8 通過對3.1液壓機(jī)械手姿態(tài)分析圖分析可知，液壓機(jī)械手可旋轉(zhuǎn)角度由液壓機(jī)械手姿態(tài)調(diào)整桿1、液壓機(jī)械手姿態(tài)調(diào)整桿2、姿態(tài)調(diào)整液壓缸這三個主要零件共決定。其中主要由兩個調(diào)整桿的長度，調(diào)整液壓缸的可伸縮距離，以及姿態(tài)調(diào)整桿2與副液壓臂的接觸位置，和姿態(tài)調(diào)整液壓缸的安裝位置這幾個因素決定。 2.6本章小結(jié) 本章首先簡要介紹機(jī)械臂的組成，并參考各種機(jī)械臂和根部。根據(jù)實際應(yīng)用環(huán)境提出的設(shè)計參數(shù)，給出了滿足上述條件的連桿液壓缸的總體設(shè)計。 并使用solidworks通過分組完成自下而上的建模。最后，每個子組件都在軟件中。組裝。然后使

35、用solidworks軟件對夾具進(jìn)行干涉檢查，測量夾具的最大開合距離，完成整機(jī)和夾具質(zhì)量的測量，并驗證結(jié)構(gòu)設(shè)計是否合理。第三，基于Adams的機(jī)械手仿真分析與優(yōu)化設(shè)計液壓機(jī)械手的三維模型在前一章中建立。基本尺寸僅供機(jī)械臂和液壓參考。推動機(jī)械臂的實際應(yīng)用場景，因此需要進(jìn)一步優(yōu)化整體模型尺寸以更好地適應(yīng)其應(yīng)用。要求。在本章中采用ADAMS即機(jī)械系統(tǒng)動力學(xué)自動分析(Automatic Dynamic AnalysisOf Mechanical Systems）作為模擬分析工具。該軟件通過交互式圖形環(huán)境創(chuàng)建參數(shù)化機(jī)械仿真模型，該模型不僅具有產(chǎn)品的基本物理結(jié)構(gòu)，還具有其運動關(guān)系。還具有一定的真實功能。該

36、模型可與其物理原型進(jìn)行比較，然后對模型的運動學(xué)仿真分析可以準(zhǔn)確理解復(fù)雜模型的內(nèi)部運動特征以及重要部件的運動參數(shù)和性能。仿真結(jié)果不僅可為了驗證模型是否滿足設(shè)計要求，可以參考模擬結(jié)果進(jìn)一步優(yōu)化模型。通過分析和處理虛擬原型，產(chǎn)品開發(fā)周期將大大縮短?；贏dams的功能和課題需求,需完成以下任務(wù): 1.分析液壓機(jī)械手的角度，即液壓機(jī)械手姿態(tài)調(diào)節(jié)桿的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計; 2.液壓機(jī)械手姿態(tài)調(diào)整液壓缸受力分析; 3.液壓機(jī)械手三維路徑分析; 4.主液缸受力分析; 三、仿真 3.1 ADAMS軟件的設(shè)計流程 1.創(chuàng)建構(gòu)件(創(chuàng)建構(gòu)件、施加約束、定義力) 創(chuàng)建整個機(jī)械系統(tǒng)的模型主要涉及創(chuàng)建組件或零件，

37、然后將約束應(yīng)用于組件和定義用于組件上的力。在整個機(jī)械系統(tǒng)中，部件是具有物理特性（例如質(zhì)量和慣性矩）的幾何形狀體。這其中構(gòu)建之間的約束也是用來確定各個構(gòu)件之間的連接關(guān)系,同時用來明確構(gòu)建之間的相互運動關(guān)系。 2.測試模型（測試特性，模擬分析，瀏覽動畫，瀏覽模擬結(jié)果曲線） 3.驗證模型(導(dǎo)入測試數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)曲線比較)創(chuàng)建模型后，可以對模型進(jìn)行全面測試，以驗證模型是否合理。測試模式類型包括測量特征，模擬分析，動畫回放和繪圖曲線。驗證模型包括輸入測試數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)曲線比較。 4.改進(jìn)模型（添加摩擦力，定義柔性體，時間函數(shù)，定義控制） 5.迭代模擬（添加參數(shù)，定義設(shè)計變量） 在正確的測試模型的基礎(chǔ)上

38、執(zhí)行模型驗證。如果結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)不符，您可以給出模型添加更多的因素,完善模型,定義約束中的摩擦、定義柔性體等。完善模型包括施添加摩擦力，定義柔性體，使用力函數(shù)和定義控件。迭代模型包括添加模型參數(shù)和定義設(shè)計變量。 6.優(yōu)化設(shè)計（設(shè)計影響分析，設(shè)計實驗分析，優(yōu)化設(shè)計） ADAMS軟件可以自動對模型進(jìn)行多次仿真分析,每次仿真前,先利用內(nèi)部算法對更改設(shè)計變量，然后執(zhí)行模擬分析。經(jīng)過多次仿真分析，該算法用于尋找最優(yōu)解。優(yōu)化設(shè)計包括設(shè)計變量影響分析，實驗設(shè)計分析和優(yōu)化設(shè)計分析。 7.自動設(shè)計（創(chuàng)建用戶菜單，創(chuàng)建用戶對話框，用于記錄和回放模型操作的宏）為了使用戶的操作方便和符合設(shè)計環(huán)境，您可以自定義用

39、戶菜單和對話窗口，也可以使用宏命令執(zhí)行復(fù)雜和重復(fù)的任務(wù)以提高效率。定制設(shè)計包括創(chuàng)建自定義菜單，創(chuàng)建用戶窗口以及創(chuàng)建自動化宏命令。 3.2基于ADAMS的機(jī)械臂仿真研究 使用Adams完成液壓機(jī)械手角度的分析，設(shè)計了一個大角度液壓機(jī)械手，以滿足各種工作條件。首先，我們需要根據(jù)實際大小設(shè)計一個簡化模型，如圖3.1所示： 根據(jù)3.1液壓機(jī)械手的姿態(tài)分析，液壓機(jī)械手可以通過液壓機(jī)械手的姿態(tài)旋轉(zhuǎn)。調(diào)節(jié)桿1，液壓操縱器姿態(tài)調(diào)節(jié)桿2和姿態(tài)調(diào)節(jié)液壓缸的三個主要部分總共確定。主要它由兩個調(diào)節(jié)桿的長度，液壓缸的可伸縮距離的調(diào)節(jié)，姿態(tài)調(diào)節(jié)桿2與輔助液壓臂的接觸位置，以及姿態(tài)調(diào)節(jié)液壓缸的安裝位置決定。本節(jié)首先探

40、討兩個調(diào)節(jié)桿的長度，調(diào)節(jié)液壓缸的可伸縮距離，以及姿態(tài)調(diào)節(jié)桿。 輔助液壓臂的接觸位置等哪些變量對液壓機(jī)械手的擺動角度的影響最大，并且進(jìn)一步優(yōu)化了研究結(jié)果的結(jié)構(gòu)。分析簡圖如圖3.2所示。在該圖中，液壓操縱器姿態(tài)調(diào)節(jié)桿1的長度為1L，默認(rèn)值為400mm。液壓操縱器姿態(tài)調(diào)節(jié)桿2的長度 圖中液壓機(jī)械手姿態(tài)調(diào)整桿1長度為1L默認(rèn)為400mm，液壓機(jī)械手姿態(tài)調(diào)整桿2的長度 2L為默認(rèn)350mm，液壓機(jī)械手機(jī)座上連接孔到固定孔垂直距離3L為200mm，液壓機(jī)械手機(jī)座上連接孔到固定孔水平距離 4L為100mm，該課題研究對象為液壓機(jī)械手 調(diào)整桿2在副液壓臂上的安裝點到液壓機(jī)械手機(jī)座與副液壓臂的距離

41、5L默認(rèn)為300mm。 1.在ADAMS中對液壓機(jī)械手及姿態(tài)調(diào)整部分進(jìn)行幾何模型前處理 （1）根據(jù)尺寸參數(shù)建立簡化模型 打開ADAMS軟件，設(shè)置工作目錄，將長度單位修改為厘米，修改工作格柵，將大小80cm，間隔修改為5cm。 A點為簡化后的機(jī)械手固定座與副機(jī)械臂連接點位置坐（0,0），創(chuàng)建鉸鏈點POINT_B的初始坐標(biāo)（bX，0）為（30，0），也就是所兩點之間的間距為30cm，創(chuàng)建POINT_C點為兩調(diào)整桿的連接點初始坐標(biāo)（CX,CY）為（40，30），創(chuàng)建三 建立起設(shè)計變量DV_bX與DV_CX,DV_ C Y與POINT_B和POINT_C之間的關(guān)系，關(guān)系 如表3.5

42、所示。 （2）建立運動副，如圖3.6所示為運動副連接示意圖。各轉(zhuǎn)動副和固定副如下： 液壓機(jī)械臂底座與副液壓臂之間的轉(zhuǎn)動副JOINT_A； 液壓機(jī)械臂底座與液壓機(jī)械手姿態(tài)調(diào)整桿1之間的轉(zhuǎn)動副JOINT_D； 壓機(jī)械手姿態(tài)調(diào)整桿1與液壓機(jī)械手姿態(tài)調(diào)整桿2之間的轉(zhuǎn)動副JOINT_C； 壓機(jī)械手姿態(tài)調(diào)整桿2與副液壓臂之間的轉(zhuǎn)動副JOINT_B； 副液壓臂和地面之間的固定副JOINT_E。 在機(jī)械手姿他們的取值的變化對運動的影響大小有所不同。為了判斷每個變量對目標(biāo)的影響程度，進(jìn)而在機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計中依據(jù)影響程度大小來選擇優(yōu)化設(shè)計變量，需要進(jìn)行設(shè)計變量對目標(biāo)影響度的分析。將機(jī)械手的可旋轉(zhuǎn)角

43、度作為測量值，取“Default Levels”為5，所以在下面報告中給出的每個設(shè)計變量都分別在其最小值和最大值范圍內(nèi)取五個數(shù)值。例如設(shè)計變量DV_X在其變化范圍[25,35],內(nèi)平均取五個值：25、27、29、31、33、35。保持另外兩個設(shè)計變量不變（DV_CX,DV_CY）的值不變，分析DV_bX的變化對目標(biāo)的影響。同理可以進(jìn)行設(shè)計變量DV_CX,和DV_CY對目標(biāo)的影響度分析[32.33]即分析兩機(jī)械手姿態(tài)調(diào)整桿在不同長度下對機(jī)械手轉(zhuǎn)角印象度分析。3個變量對目標(biāo)影響度分析報告如圖設(shè)計變量DV_Xb對目標(biāo)的影響度分析如圖3.1所示DV_CX,對目標(biāo)影響度分析如圖3.2和圖3.3。態(tài)調(diào)整機(jī)

44、構(gòu)中，一共設(shè)置了3個設(shè)計變量，DV_bX與DV_CX,DV_CY 從以上三個圖表中的數(shù)據(jù)可以看出，設(shè)計變量DV_bX對機(jī)械手旋轉(zhuǎn)角度的影響最大。而其余兩個變量變化對目標(biāo)值沒的影響則沒有這么明顯。依據(jù)以上的分析，下面以DV_bX為優(yōu)化設(shè)計變量來進(jìn)行機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計，即找到液壓機(jī)械后姿態(tài)調(diào)整桿與副液壓機(jī)械臂連接點的最優(yōu)位置。 3.3機(jī)構(gòu)優(yōu)化模型 （1）設(shè)計變量為“DV_bX”及bX=DV_X （2）設(shè)計目標(biāo) 設(shè)計目標(biāo)為一次驅(qū)動過程中，MEA_ANGLE_2及液壓機(jī)械手的旋轉(zhuǎn)角度的最大值即創(chuàng)建設(shè)計目標(biāo)如下ANGLE(X)=MEA_ANGLE_2_max （3）設(shè)置約束條件 假

45、設(shè)轉(zhuǎn)動副JOINT_B的位置距離原點不得小于250mm。為此需要在副機(jī)械臂上標(biāo)記一點，并測量轉(zhuǎn)動副到改點的距離，如圖3-7所示： 圖3-7 總結(jié) 經(jīng)過大量相關(guān)材料和技術(shù)文件的咨詢，在消化吸收國內(nèi)外相關(guān)產(chǎn)品后進(jìn)行認(rèn)真分析基于液壓機(jī)械手的設(shè)計。本文首先設(shè)計了機(jī)械結(jié)構(gòu)并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了設(shè)計。進(jìn)行了液壓系統(tǒng)的設(shè)計。根據(jù)工業(yè)現(xiàn)場的實際運行情況，設(shè)計了一套觸摸屏控制系統(tǒng)，并對控制進(jìn)行了仿真分析。最后，對閥控缸系統(tǒng)進(jìn)行了仿真和分析。 通過仿真軟件和觸摸屏仿真系統(tǒng)分析，控制器可以實現(xiàn)機(jī)器人的后部原點、自動、手動等操作。通過仿真軟件分析，將系統(tǒng)的階躍響應(yīng)時間與普通閥門進(jìn)行比較。與控制系統(tǒng)相比

46、，響應(yīng)時間明顯縮短;減少了操作過程中對系統(tǒng)的影響;速度可以調(diào)節(jié)控制以達(dá)到預(yù)期的控制目的。 展望 雖然本文設(shè)計了液壓機(jī)械手的結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)，但由于時間關(guān)系，實驗條件和本人能力有限,使我不能對課題進(jìn)行更深入的研究,我認(rèn)為課題在以下方面還需做進(jìn)一步研究和完善:在對機(jī)械手的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計時,由于本人的能力有限,沒有完成對機(jī)械手結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計,這在未來的研究中需要進(jìn)一步改進(jìn)。本文僅模擬控制系統(tǒng)，缺乏工業(yè)現(xiàn)場的實際運行控制。由于該領(lǐng)域的不斷變化，本文的控制系統(tǒng)需要進(jìn)一步改進(jìn)。 致謝 這項研究極大地改善了我的見知，拓寬了我對相關(guān)領(lǐng)域的理解。我相信我所學(xué)到的將會對我未來的工作有很大的意義和幫助。

47、在撰寫本文的過程中，我還要感謝我的老師和同學(xué)為我提供了大量的信息和數(shù)據(jù)來支持我的證據(jù)。我也表示最誠摯的感謝。 參考文獻(xiàn) [1]任美玲，陶大錦.機(jī)械臂的研究與進(jìn)展[J].出國與就業(yè)(就業(yè)版),2012(2):25-26. [2]徐方.工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀與發(fā)展[J].機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用,2013(5):2-4 [3]徐勇軍,李元春,趙曉暉.基于期望關(guān)節(jié)角補(bǔ)償?shù)能囕d液壓剛?cè)釞C(jī)械臂建模及軌跡跟 蹤控制[J].吉林大學(xué)學(xué)報,2013,43(5):13-68 [4]XuB,Pandian.Neuro-fuzzy control of underwater vehicle-manipulato

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