【正文】 力覺、觸覺、 聲覺等基礎技術的開發(fā)應用上開展了不少工作，有了一定的發(fā)展基礎。定位精度為 177。 8 本機械手的動作范圍確定如下： 手腕回轉(zhuǎn)角 度 177。 手臂升降行程 100mm 3. 確定運動速度 機械手各動作的最大行程確定之后，可根據(jù)生產(chǎn)需要的工作拍節(jié)分配每個動作的時間，進而確定各動作的 運動速度。機械手的運動速度與臂力、行程、驅(qū)動方式、緩沖方式、定位方式都有很大關系，應根據(jù)具體情況加以確定。/s 手臂伸縮速度 V 臂伸 = 750 mm/s 手臂回轉(zhuǎn)速度 V 臂回 = 110176。機座式結構多為工業(yè)機器人所采用，機座上可以裝上獨立的控制裝置，便于搬運與安放，機座底部也可以安裝行走 機構，已擴大其活動范圍，它分為手臂配置在機座頂部與手臂配置在機座立柱上兩種形式，本機械手采用手臂配置在機座立柱上的形式。利用行程開關檢測位置，精度低，故一般與機械擋塊聯(lián)合應用 。除一些專用機械手外，大多數(shù)機械手均需進行專門的控制系統(tǒng)的設計。機械手結構型式不象人手，它的手指形狀也不象人的手指、它沒有手掌，只有自身的運動將物體包住，因此，手部結構及型式根據(jù)它的使用場合和被夾持工件的形狀，尺寸，重量，材質(zhì)以及被抓取部位等的不同而設計各種類型的手部結構，它一般可分為鉗爪式，氣吸式，電磁式和其他型式。 2. 手指間應有一定的開閉角 兩個手指張開與閉合的兩個極限位置所夾的角度稱為手指的開閉角。例如圓柱形工件采用帶 ?V?形面的手指，以便自動定心。在拉桿 3 作用下銷軸 2 向上的拉力為 F，并通過銷 軸中心 O點，兩手指 1 的滑槽對銷軸的反作用力為 1F 、 2F ， 其力的方向垂直于滑槽中心線 OO1 和 OO2并指向O 點 ， 1F 和 2F 的延長線交 O1O2 于 A 及 B， ∠ AOC=∠ BOC=α。由手指的力矩平衡條件，即 1( ) 0MF?? 得 1 NFh Fb? ? h=a/cosα 12 ? F= 22 cos Nb F a? ? 式中 a——手指的回轉(zhuǎn)支點到對稱中心線的距離（ mm）。這里取角 α=30176。為了考慮工件在傳送過程中產(chǎn)生的慣性力、振動以及傳力機構效率的影響，其實際的驅(qū)動力 F 實際應按以下公式計算，即： F =F /?計 算實 際 本機械手的工件只做水平和垂直平 移，當它 的移動速度為 250mm/s， 系統(tǒng)達到最高速度的時間根據(jù)設計參數(shù)選取，一般取 ～ ， 移動加速度為 2150 /mm s ， 工件重量 G 為 294N， V 型鉗口的夾角為 120176。可近似按下式估算 2 1 aK g??=，其中 20 .2 5 0 .5 /0 .5va m st?? ? ? 3K —— 方位系數(shù)，根據(jù)手指與工件形狀以及手指與工件位置不同進行選定按《工業(yè)機械手設計》表 22 選取 3 4K? 。 ② 缸筒底部聯(lián)接強度計算 缸筒底部采用 螺釘 聯(lián)接 法蘭式缸頭 ，材料為 35 號鋼，聯(lián)接圖如下： 15 圖 2 外卡環(huán)聯(lián)接圖 卡環(huán)尺寸一般取： 125。設計腕部時要注意以下幾點： ① 結構緊湊，重量盡量輕。 (二 ) 腕部的結構形式 本機械手采用回轉(zhuǎn)油缸驅(qū)動實現(xiàn)腕部回轉(zhuǎn)運動，結構緊湊、體積小，但密封性差，回轉(zhuǎn)角度為177。當回轉(zhuǎn)油缸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指座一同轉(zhuǎn)動，即為 手腕的回轉(zhuǎn)運動。m2 ） J工件 ——工件對手腕回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動慣量 （ kg 回轉(zhuǎn)缸簡圖 1定片 2缸體 3動片 4密封圈 5轉(zhuǎn)軸 式中： M總 —— 手腕回轉(zhuǎn)時的總的阻力矩 p—— 回轉(zhuǎn)液壓缸的工作壓力 R—— 缸體內(nèi)孔半徑 r—— 輸出軸半徑 b—— 動片寬度 22()M= 2pb R r M? ?總 22 三、 臂部的結構 (一 ) 概述 臂部是機械手的主要執(zhí)行部件，其作用是支承手部和腕部，并將被抓取的工件傳送到給定位置和方位上，因而一般機械手的手臂有三個自由度，即手臂的伸縮、左右回轉(zhuǎn)和升降運動。手臂的結構、工作范圍、靈活性以及抓重大小（即臂力）和定位精度等都直接影響機械手的工作性能，所以必須根據(jù)機械手的抓取重量、運動形式、自由度數(shù)、運動速度及其定位精度的要求來設計手臂的結構型式。所以常用鋼管作臂桿及導向桿，用工字鋼和槽鋼作支承板。 ④ 運動要平穩(wěn)、定位精度要高 由于臂部運動速度越高、重量越大，慣性力引起的定位前的沖擊也就越大，運動即不平穩(wěn)，定位精度也不會高。由于活塞油缸的體積小、重量輕，因而在機械手的手臂機構中應用比較多。由于手臂的伸縮油缸安裝在兩導向桿之間，由導向桿承受彎曲作用 ，活塞桿只受拉壓作用，故受力簡單，傳動平穩(wěn)，外形整齊美觀，結構緊湊。目前采用的導向裝置有單導向桿、雙導向桿、四導向桿和其他的導向裝置，本機械手采用的是 雙導向桿導向機構 。如 下 圖所示，在導向桿 1的尾端用支承架 4 將兩個導向桿連接起 來，支承架的兩側安裝兩個滾動軸承 2，當導向桿隨同伸縮缸的活塞桿一起移動時，支承架上的滾動軸承就在支承板 3 的支承面上滾動。其導向作用靠立柱的平鍵 9 實現(xiàn)。 (四 ) 手臂的設計 計算 為便于進行液壓機械手的設計計算，我們分別敘述伸縮液壓缸、升降液壓缸、回轉(zhuǎn)液壓缸的設計計算，解決臂部運動驅(qū)動力的計算問題，結合前面有關臂部和機身的結構設計，最終定出臂部和機身的結構。 其 理論 驅(qū)動力可按下式計算： = + + +F F F F F回理 慣摩 密 估計參與手臂伸縮運動部件總重量 G (1 0 3 0 ) 9 .8 3 9 2 N? ? ? ?,且重心位置距導向套前端面距離為 200mm。= ② F密 的計算 ： 當液壓缸的工作壓力小于 a10MP ，活塞桿直徑 為液壓缸直徑的一半，則活塞和活塞桿都采用 O 型密封圈，此時液壓缸的密封阻力為： = + = 0 .0 3F F F F驅(qū)桿活 塞密 26 ③ F回 計算 ： 一般背壓阻力較小， F回 取 ④ F慣 的計算： v 392 = ????慣 式中 ： Δ v—— 由靜止加速到常速的變化量 Δ t—— 起動 過程時間，一般取 ～ ，取Δ t= 則： = + + + 1 3 1 . 1 0 . 0 3 0 . 0 5 1 5 0F F F F F F F? ? ? ?回理 理 理慣摩 密 得： F理 = 實際驅(qū)動力 k2= 30 76 4 F N?? ? ? ?理實 式中： k—— 安全系數(shù)， k=2； η —— 傳力機構機械效率， η =. (2) 確定液壓缸的結構尺寸 液壓缸內(nèi)徑的結構尺寸，如圖，當進入無桿腔 21= 4DF F p ???? 當油進入有桿腔 222 ()= 4DdF F p ????? 液壓缸的有效面積： 1FS p? 27 因此，64 4 7 6 4 2 2 . 82 1 0 0 . 9 5FD m mp? ? ? ?? ? ?? ? ?， 取 D=63mm 式中： F—— 驅(qū)動力 1p —— 液壓缸的工作壓力 d—— 活塞桿直徑 D—— 液壓缸內(nèi)徑 η —— 液壓缸機械效率，在工程機械中用耐油橡膠可取 。 則： = + + + 0 . 1 6 0 . 0 3 0 . 0 5 6 2 . 5 4 9 0F F F F F G F F F? ? ? ? ? ?回 慣摩 密 得出， F=727N k2= F 72 7 18 17 .?? ? ? ?實 ② 結構尺寸的確定 缸內(nèi)徑計算： 64 4 1 8 1 7 . 5 3 4 . 92 1 0 0 . 9 5FD m mp? ? ? ?? ? ?? ? ?， 取 D=160mm 根據(jù)強度要求，計算活塞桿直徑 d: 64 4 1 8 1 7 . 5 4 . 8[ ] 1 0 0 1 0Fd m m? ? ? ?? ? ??? ， 1 802d D mm?? 結構上，活塞桿內(nèi)部裝有花鍵及花鍵套，能實現(xiàn)導向作用，同時可使活塞桿在升降運動中傳動平穩(wěn)，且獲得較大剛度。直接計入回轉(zhuǎn)缸效率中 ， 則 M=M?慣驅(qū)， η 取 0M =J wt??慣 式中： w? —— 角速度變化量（ rad/s） t? —— 啟動過程時間， ～ ,取 ?? 0J —— 手臂回轉(zhuǎn)部件（包括工件）對回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動慣量。 31 四、 液壓系統(tǒng)的設計 (一 ) 液壓系統(tǒng)簡介 機械手的液壓傳動是以有壓力的油液作為傳遞動力的工作介質(zhì)。手臂做各種運動的速度決定于流入密封油 缸中油液容積的多少。手臂做直線運動，液動機就是手臂伸縮油缸。 (三 )機械手液壓系統(tǒng)的控制回路 機械手的液壓系統(tǒng)，根據(jù)機械手自由度的多少，液壓系統(tǒng)可繁可簡，但是總不外乎由一些基本控制回路組成。此機械手采用二位二通電磁閥控制溢流閥遙控口卸荷回路。本機械手采用單向順序閥做平衡閥實現(xiàn)任意位置鎖緊的回 路。當一旦電機停止轉(zhuǎn)動，油泵不再向外供油，系統(tǒng)中原有的高壓油液具有一定能量，將迫使油泵反方向轉(zhuǎn)動，結果產(chǎn)生噪音，加速油泵的磨損。 2 速度控制回路 液壓機械手各種運動速度的控制，主要是改變進入油缸的流量 Q。 節(jié)流調(diào)速閥的優(yōu)點是：簡單可靠、調(diào)速范圍較大、價格便宜。其原因是負荷變化會引起節(jié)流閥進出油口的壓差變化，因而使通過節(jié)流閥的流量以至油缸的速度變化。交流電磁閥的使用電壓一般為 220V（也有 380V 或 36V），直流電磁閥的使用電壓一般為 24V（或 110V）。液壓系統(tǒng)圖是各種液壓元件為滿足機械手動作要求的有機聯(lián)系圖。它的動作順序是：待料（即起始位置。 上述動作均由電控系統(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。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以及手臂回轉(zhuǎn)的定位油缸工作時只有小油泵供油，大泵自動卸荷。當活塞要上升時，壓力油液經(jīng)單向閥進入升降油缸下腔而不會被順序閥所阻，這樣采用單向順序閥克服手臂等自重，以防下滑，性能穩(wěn)定可靠。系統(tǒng)的壓力由溢流閥來調(diào)節(jié)。 當熱棒料到達上料的位置后，由于 1150℃ 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。在手臂上升到預定位置，碰行程開關，使電磁鐵 4DT 斷電，電液換向閥 33 復位成 “O”型滑閥機能狀態(tài)，發(fā)出電信號經(jīng)步進選線器跳步，使電磁鐵 2DT 通電，電液換向閥 25 左邊接通油路，壓力油通過電液換向閥 25 左邊通道，經(jīng)過單向調(diào)速閥 26 的單 向閥進入受臂伸縮油缸左腔使受臂縮回。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) 115176。當手筆碰鐵碰到行程開關時， 2DT 斷電（手。 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)發(fā)出電信號。 當橫向移動機構上的碰鐵碰到行程開關，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 18 右邊接通油路，壓力油通過單向調(diào)速閥 19 的單向閥進入手腕回轉(zhuǎn)油缸一腔，使手腕回轉(zhuǎn) 115176。定位后此支油路系統(tǒng)壓力升高，壓力繼電器 40 發(fā)出電信號，經(jīng)過步進選線器跳步使電磁鐵 1DT 通電，電液換向閥 25 從 “O”型滑滑機能狀態(tài)變成通路，壓力油泵從 3 和 8經(jīng)單向閥 14 和 13，經(jīng)過電液換向閥 25 右邊通道進入手臂伸縮油缸的右腔，使活塞桿帶動導向桿作前伸運動（因活塞缸固定），手臂前伸到適當位置，裝在手臂上的碰鐵碰行程開關發(fā)出電信號，經(jīng)步進選線器和時間繼電器 延時，是電磁鐵 3DT 通電，手指 35 張開；手臂靠慣性滑行，手指移到待上料的中心位置。 下面以上料機械手的一個典型動作程序為例，結合圖 8 來說明其動作循環(huán)。當反向進油時，油箱通過控制油路將單向閥芯頂開，使回油路接通，油液流回油箱。 手臂升降油缸支路設置有單向順序閥（ XI63B），可以調(diào)整順序閥的彈簧力使之在活塞、活塞桿及其所支承的手臂等自重所引起的油液壓力作用下仍保持斷路。 自動上料機械手液壓系統(tǒng)原理介紹 圖 9 機械手液壓系統(tǒng)圖 34 液壓系 統(tǒng)原理如圖 8所示。 → 拔定位銷 → 手臂回轉(zhuǎn) 115176。 繪制液壓系統(tǒng)圖的一般順序是：先確定油缸和油泵，再布置中間的控制調(diào)節(jié)回路和相應元件，以及其他輔助裝置，從