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工業(yè)機(jī)械手液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì).doc
工業(yè)機(jī)械手裝配圖.dwg
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液壓原理圖.dwg
電氣控制原理圖.dwg
摘 要
工業(yè)機(jī)械手是現(xiàn)代機(jī)械化的一種新型生產(chǎn)方式，同時(shí)也是智能自動(dòng)化研發(fā)出來(lái)的新型設(shè)備?，F(xiàn)今隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，機(jī)械手的原理及應(yīng)用技術(shù)越來(lái)越受到重視，在當(dāng)代工業(yè)工廠的生產(chǎn)制造中，工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)全面應(yīng)用于車(chē)間的自動(dòng)化流水線，因而，人們開(kāi)始日趨迫切的對(duì)機(jī)器人進(jìn)行研究改造。其中，液壓機(jī)械手用途最為廣泛，所以本次對(duì)機(jī)械手的液壓系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。
在液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中，所述機(jī)械手的手臂伸縮和升降均采用了雙作用活塞液壓缸并由導(dǎo)向桿導(dǎo)向，以確保機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)精度，手腕的旋轉(zhuǎn)采用擺動(dòng)式液壓缸（回轉(zhuǎn)油缸），機(jī)械手的手臂旋轉(zhuǎn)和手爪夾持被采用齒條活塞式液壓缸。
本課題通過(guò)對(duì)機(jī)械手和液壓傳動(dòng)原理的應(yīng)用技術(shù)設(shè)計(jì)，對(duì)工業(yè)機(jī)械手的液壓系統(tǒng)的分類(lèi)，結(jié)構(gòu)，特性，受力等方面進(jìn)行分析，并分析液壓系統(tǒng)的工作原理。具有液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的機(jī)械手機(jī)器人可以在空間中靈活抓取移動(dòng)物體，并且操作自由度很高，可以在高溫和危險(xiǎn)的位置作業(yè)，從而減少人力，并大大促進(jìn)生產(chǎn)節(jié)奏。
關(guān)鍵字： 機(jī)械手；液壓系統(tǒng)；自由度
ABSTRACT
Industrial manipulator is a new mode of production of modern mechanization, and also a new kind of equipment developed by intelligent automation. Nowadays with the rapid development of science and technology, more attention paid to the principle and application technology of the manipulator, in modern industrial factory production and manufacturing, industrial robots have been comprehensively applied in the workshop of the automated assembly line, as a result, people began to study has become increasingly urgent for robots. The hydraulic system is the most widely used, so the hydraulic system is designed.
Described in hydraulic driving mechanism, the manipulator arm scaling and lift adopts the double-acting piston hydraulic cylinder and the guide rod guide, to ensure the movement precision of the manipulator, the rotation of the wrist with oscillating hydraulic cylinders (rotary cylinder), manipulator arm rotation and gripper clamping used rack piston hydraulic cylinder.
This topic through the application of the principle of the mechanical and hydraulic transmission technology design, the classification of the hydraulic system of industrial manipulator structure, characteristics, stress analysis, and analyses the working principle of the hydraulic system. With the hydraulic system of the structure of the manipulator robot can flexible scraping of the moving objects in space, and a high degree of freedom to operate, can be in high temperature and position of dangerous operation, reducing manpower, and greatly promote production rhythm.
Keywords: manipulator; The hydraulic system; degree of freedom
目錄
1 緒論 1
1.1 選題背景及其意義 1
1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì) 1
1.2.1國(guó)內(nèi)的研究現(xiàn)狀 1
1.2.2國(guó)外研究現(xiàn)狀 2
1.3液壓技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 2
2機(jī)械手液壓系統(tǒng)概述和計(jì)算 3
2.1 手臂伸縮液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 3
2.1.1伸縮液壓缸驅(qū)動(dòng)力計(jì)算 3
2.1.2伸縮液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸確定 4
2.2手臂垂直升降液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 7
2.2.1 垂直升降液壓缸驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算 7
2.2.2升降液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸的確定 8
2.3手臂回轉(zhuǎn)齒條活塞液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 9
2.3.1齒條活塞液壓缸驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算 9
2.3.2齒條活塞液壓缸結(jié)構(gòu)尺寸的確定 10
2.4手腕回轉(zhuǎn)液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 10
2.5手爪夾合液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 11
3工業(yè)機(jī)械手液壓系統(tǒng)的工作原理 13
3.1液壓原理簡(jiǎn)圖 13
3.2確定液壓系統(tǒng)的工作要求 14
3.3擬定液壓系統(tǒng)原理圖 15
3.3.1液壓系統(tǒng)原理圖 15
3.3.2電磁鐵工作狀態(tài)表 15
3.3.3液壓系統(tǒng)工作原理 16
3.3.4液壓系統(tǒng)特點(diǎn)分析： 19
3.3.5電氣控制系統(tǒng)原理圖 20
3.3.6電氣控制系統(tǒng)工作原理 21
3.3.7電氣系統(tǒng)特點(diǎn)分析： 23
4液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 24
4.1設(shè)計(jì)方案 24
4.1.1 液壓回路的選擇 24
4.2系統(tǒng)工作壓力的選擇 25
4.3 液壓元件的選擇 25
4.3.1 液壓泵的選擇 25
4.3.2 液壓泵所需液壓馬達(dá)的確定 26
4.3.3 液壓閥的選擇 27
4.3.4 液壓輔助元件的選擇原則 28
4.3.5 管道尺寸的確定 28
4.3.6 油箱容量的確定 29
5 總結(jié) 31
致 謝 32
參考文獻(xiàn) 33
本科生畢業(yè)答辯 學(xué)院：機(jī)械工程學(xué)院 班級(jí)：機(jī)械 13姓名：王強(qiáng) 指導(dǎo)老師：張建杰 工業(yè)機(jī)械手液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 題目簡(jiǎn)介 1 工業(yè)機(jī)械手液壓系統(tǒng)概述 2 工業(yè)機(jī)械手液壓系統(tǒng)的工作原理 3 4 目錄 工業(yè)機(jī)械手液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 4 1. 題目簡(jiǎn)介 ? 工業(yè)機(jī)械手（即機(jī)器人）一般指用于機(jī)械制造業(yè)中代替人完成具有大批量、高質(zhì)量要求的工作，如汽車(chē)制造、摩托車(chē)制造、艦船制造、某些家電產(chǎn)品（電視機(jī)、電冰箱、洗衣機(jī)）、化工等行業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線中的點(diǎn)焊、弧焊、噴漆、切割、電子裝配及物流系統(tǒng)的搬運(yùn)、包裝、碼垛等作業(yè)的機(jī)械裝置。 ? 機(jī)械手并不是在簡(jiǎn)單意義上代替人工的勞動(dòng) ， 而是綜合了人的特長(zhǎng)和機(jī)器特長(zhǎng)的一種擬人的電子機(jī)械裝置 ， 既有人對(duì)環(huán)境狀態(tài)的快速反應(yīng)和分析判斷能力 ， 又有機(jī)器可長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)工作 、 精確度高 、 抗惡劣環(huán)境的能力 ， 從某種意義上說(shuō)它也是機(jī)器的進(jìn)化過(guò)程產(chǎn)物 ， 它是工業(yè)以及非產(chǎn)業(yè)界的重要生產(chǎn)和服務(wù)性設(shè)備 ， 也是先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的自動(dòng)化設(shè)備 。 ? 而高精度工業(yè)機(jī)械手大多采用液壓傳動(dòng)的方式 ，例如 多自由度機(jī)械手 就裝有伸縮、回轉(zhuǎn)、升降多個(gè)液壓系統(tǒng)， 在計(jì)算機(jī)控制下 才 能夠?qū)崿F(xiàn)精準(zhǔn)定位操作 。液壓傳動(dòng) 裝置 具有質(zhì)量 輕 、體積小、運(yùn)動(dòng)慣性 小 、反應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)， 所以 適用于高精度機(jī)械手，并且操作簡(jiǎn)單方便，可 在較大范圍內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)無(wú)極調(diào)速 ， 從而使機(jī)器達(dá)到較高的自動(dòng)化 。 2. 工業(yè)機(jī)械手液壓系統(tǒng)概述 手臂伸縮液壓系統(tǒng) 1 手臂垂直升降液壓系統(tǒng) 2 手臂回轉(zhuǎn)齒條活塞液壓系統(tǒng) 3 4 手腕回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng) 4 手爪夾合液壓系統(tǒng) 5 6 6 械手液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)目的和要求 ? 上下料用機(jī)械手能在不同高度與不連續(xù)的工作臺(tái)之間實(shí)現(xiàn)機(jī)械零件的重復(fù)取放，代替人工勞動(dòng)，減輕了人工勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了自動(dòng)化水平和勞動(dòng)生產(chǎn)率，保證了產(chǎn)品的質(zhì)量和工人的安全。 ? 上下料用機(jī)械手采用圓柱坐標(biāo)的結(jié)構(gòu)形式，主要的組成部分有：升降機(jī)構(gòu)，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，手臂伸縮結(jié)構(gòu)等，在這三中機(jī)構(gòu)中采用液壓驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)方式，能保證機(jī)械手的整體結(jié)構(gòu)的緊湊性，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)以及可以方便的實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。 運(yùn)動(dòng)分析 ? 如圖所示 ， 機(jī)械手在工作過(guò)程中需三種運(yùn)動(dòng) ，其中手臂的伸縮和立柱的升降為兩種直線運(yùn)動(dòng) ，而手臂的回轉(zhuǎn)為圓周運(yùn)動(dòng) ， 所以采用圓柱坐標(biāo)形式 。 其特點(diǎn)是 ， 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ， 手臂運(yùn)動(dòng)范圍大 ，有較高的定位準(zhǔn)確度 。 關(guān)鍵問(wèn)題： 機(jī)械手的三個(gè)運(yùn)動(dòng)方式構(gòu)成了三個(gè)自由度，是機(jī)械手精確定位的關(guān)鍵 械手各液壓系統(tǒng)的工作范圍 ? 機(jī)械手的手臂伸縮液壓系統(tǒng)在水平方向上的伸縮范圍為至兩個(gè)不同高度的工作臺(tái)的距離 ， 手臂伸縮總行程為 500手臂回轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)范圍 ≤90度 ，立柱升降的垂直方向的距離為兩工作臺(tái)的高度差 ，總行程為 200 是手臂垂直升降液壓系統(tǒng)的工作范圍 ， 還有手腕翻轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)范圍 ≤180度 。 此外手爪夾合液壓系統(tǒng)的工作狀態(tài)為打開(kāi) ， 閉合兩種 ，在待料處手爪打開(kāi) ， 然后閉合夾住材料；在送料出手爪打開(kāi)下料 ， 然后閉合 。 所有液壓系統(tǒng)復(fù)位重新待料 。 3. 工業(yè)機(jī)械手液壓系統(tǒng)的工作原理 ? 根據(jù)具體 工作 情況 ， 電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)至少應(yīng)有手臂的升降 、 伸縮 、 回轉(zhuǎn)以及手腕回轉(zhuǎn)四個(gè)不同的自由度 。 手臂升降液壓缸 、 手臂伸縮液壓缸 、 手臂回轉(zhuǎn)液壓缸 、 手腕回轉(zhuǎn)液壓缸 、 手爪夾合液壓缸和回轉(zhuǎn)定位液壓缸各個(gè)部分相互協(xié)作 ， 共同執(zhí)行液壓的傳動(dòng) 。 液壓缸驅(qū)動(dòng)和電氣控制共同完成一系列動(dòng)作并以此循環(huán)往復(fù)： ?定位銷(xiāo)定位 → 手臂延伸 → 手爪打開(kāi) → 手爪夾合 （ 材料） → 手臂回升 → 手臂回縮 → 手腕翻轉(zhuǎn) 180° → 撤定位銷(xiāo) → 手臂側(cè)轉(zhuǎn) 90° → 再次固定定位銷(xiāo) → 手爪打開(kāi)→ 下料 → 手爪閉合 → 手臂回縮 → 手臂降至最低點(diǎn) → 手腕復(fù)位 → 撤定位銷(xiāo) → 手臂復(fù)位 → 重新待料 。 5 壓原理簡(jiǎn)圖 主油箱液壓泵單向閥過(guò)濾器壓力表A 壓力表開(kāi)關(guān)電磁換向閥 溢流閥手臂伸縮液壓缸A 雙向調(diào)速閥手臂升降液壓缸A 手臂回轉(zhuǎn)（齒條液壓缸）A 手腕回轉(zhuǎn)（擺動(dòng)式液壓缸）A 手爪夾合（齒條液壓缸）氣控制系原理圖 4. 工業(yè)機(jī)械手液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 1） 至位置 （ 2） —α， 至位置 （ 1） 1） ? 液壓回路包括液壓泵、單向閥、散熱器、輸油管路、電磁閥、調(diào)壓閥、限流閥、油缸以及控制電路。確定液壓執(zhí)行元件以后，根據(jù)設(shè)備的共組特點(diǎn)和工作要求確定對(duì)主要性能起決定性影響的回路，機(jī)械手液壓系統(tǒng)主要針對(duì)伸縮運(yùn)動(dòng)，升降運(yùn)動(dòng)和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的三個(gè)主要運(yùn)動(dòng)來(lái)選擇回路， 選擇如下： ? （ 1）方向控制回路：它在液壓系統(tǒng)中的作用是控制執(zhí)行元件的啟動(dòng)、停止或改變運(yùn)動(dòng)方向。 ? （ 2）壓力控制回路： 它的作用是利用壓力控制閥來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的壓力控制，用來(lái)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓、減壓、增壓和多級(jí)調(diào)壓等控制，以滿足執(zhí)行元件在力或轉(zhuǎn)矩及各種動(dòng)作對(duì)系統(tǒng)壓力的要求。 ? （ 3）速度控制回路： 它是液壓系統(tǒng)的重要組成部分，用來(lái)控制執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)速度。 ? （ 4） 壓力源電路：被稱(chēng)為一個(gè)電源的壓力源的電路，功能是增加壓力，流速，以滿足液壓制動(dòng)器的需求。 壓回路的選擇 壓泵流量計(jì)算及馬達(dá)功率確定 ? 液壓泵流量計(jì)算（此處以前泵為例后泵同理） 前泵的流量： 式中： V—— 泵的排量（ mL/r ） n—— 泵的額定轉(zhuǎn)速（ r/ ? 馬達(dá)功率確定 式中： N—— 油泵所需要的電動(dòng)機(jī)功率； P—— 油泵的最大工作壓力（ ）； —— 油泵最大流量（ ）； —— 油泵總效率，普通葉片泵 =輪泵 = = 馬達(dá)功率 ： ?前m 0 033m a x ??前m 033m q ???前?/m a ? a x ???????? ??前3泵? 泵?泵?關(guān)鍵問(wèn)題： 液壓泵的流量決定了液壓系統(tǒng)的工作 壓力，對(duì)其性能和維護(hù)至關(guān)重要，馬達(dá)功率則是系統(tǒng)高效穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵 。 根據(jù)系統(tǒng)選擇標(biāo)準(zhǔn)液壓元件 ? 機(jī)械手液壓系統(tǒng)的主要液壓元件選擇包括：油箱 ， 液壓泵 ， 濾油器 ，油泵 ， 溢流閥 ， 減壓閥 ，單向閥 ， 電磁換向閥 ，單向節(jié)流閥 ， 以及相應(yīng)的電器開(kāi)關(guān)等 ， 主要液壓元件規(guī)格 如左表 。 存在的問(wèn)題 ? 工業(yè)機(jī)械手通常為多自由度機(jī)械手，采用液壓驅(qū)動(dòng)的傳動(dòng)方式，但是有多個(gè)液壓系統(tǒng)相互協(xié)調(diào)驅(qū)動(dòng)，在實(shí)際裝配時(shí)比較困難，而且對(duì)液壓元件的精度要求極高，此次為理論設(shè)計(jì)，對(duì)液壓元件的精度計(jì)算不夠準(zhǔn)確，需根據(jù)實(shí)際情況替換不同規(guī)格種類(lèi)的元件。 ? 液壓系統(tǒng)的電氣控制圖不夠簡(jiǎn)化，線路較為復(fù)雜，增加了實(shí)際過(guò)程中安裝線路的難度，對(duì)液壓系統(tǒng)的維護(hù)和檢修不便。 總結(jié) ? 雖然我設(shè)計(jì)的只僅僅簡(jiǎn)單工業(yè)機(jī)械手的液壓系統(tǒng)，但需要了解機(jī)械手伸縮、升降、回轉(zhuǎn)、夾持等功能，這些都是機(jī)械手的液壓傳動(dòng)和液壓控制部分，并且分別要對(duì)這些機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)和理論計(jì)算，以及對(duì)其所需的附件選擇。通過(guò)這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)讓我之前所學(xué)的機(jī)械設(shè)計(jì)理論與實(shí)際的相結(jié)合，鞏固和深化了所學(xué)過(guò)的專(zhuān)業(yè)理論知識(shí) ， 讓我對(duì)液壓技術(shù)有了更深的了解。 致謝