【正文】 …… 32 （三） 液壓系統(tǒng)控制回路 …………………………………………… 33 （ 四 ） 機械手液壓傳動系統(tǒng) ………………………………………… 33 （ 五 ） 機械手液壓系統(tǒng)的簡單計算 ………………………………… 33 結(jié)束語 …………………………………………………………………… 44 參考文獻………………………………………………………………… 45 致謝……………………………………………………………………… 46 6 前言 （一） 工業(yè)機器人簡介 幾千年前人類就渴望制造一種像人一樣的機器，以便將人類從繁重的勞動中解脫出來。 工業(yè)機器人由操作機（機械本體）、控制器、伺服驅(qū)動系統(tǒng)和檢測傳感裝置構(gòu)成，是一種仿人操作、自動控制、可重復(fù)編程、能在三維空間完成各種作業(yè)的機電一體化自動化生產(chǎn)設(shè)備。 （二） 世界機器人的發(fā)展 國外機器人領(lǐng)域發(fā)展近幾年有如下幾個趨勢： （ 1） . 工業(yè)機器人性能不斷提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修），而單機價格不斷下降，平均單機價格從 91 年的 10． 3 萬美元降至 97 年的 6． 5 萬美元。 （ 4）．機器人中的傳感器作用日益重要，除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器外，裝配、焊接機器人還應(yīng)用了視覺、力覺等傳感器，而遙控機器人則采用視覺、聲覺、力覺、觸覺等多傳感器的融合技術(shù)來進行環(huán)境建模及決策控制；多傳感器融合配置技術(shù)在產(chǎn)品化系統(tǒng) 中已有成熟應(yīng)用。 7 (7)．機器人化機械開始興起。在我國，社會主義制度的優(yōu)越性決定了機器人能夠充分發(fā)揮其長處。以上原因主要是沒有形成機器人產(chǎn) 業(yè)，當(dāng)前我國的機器人生產(chǎn)都是應(yīng)用戶的要求，“一客戶，一次重新設(shè)計 ”，品種規(guī)格多、批量小、零部件通用化程度低、供貨周期長、成本也不低，而且質(zhì)量、可靠性不穩(wěn)定。但是在多傳感器信息融合控制技術(shù)、遙控加局部自主系統(tǒng)遙控機器人、智能裝配機器人、機器人化機械等的開發(fā)應(yīng)用方面則剛剛起步，與國外先進水平差距較大，需要在原有成績的基礎(chǔ)上，有重點地系統(tǒng)攻關(guān)，才能形成系統(tǒng)配套可供實用的技術(shù)和產(chǎn)品，以期在 “十五 ”后期立于世界先進行列之中。1mm。110176。液壓上料機械手要完成整個上料過程，需完成夾緊工件、手臂升降、伸縮、回轉(zhuǎn)，平移等一系列的動作，這些動作都應(yīng)該在工作拍節(jié)規(guī)定的時間內(nèi)完成，具體時間的分配取決于很多因素，根據(jù)各種因素反復(fù)考慮，對分配的方案進行比較，才能確定。 ③ 在工作拍節(jié)短、動作多的情況下，常使幾個動作同時進行。/s 手臂升降速度 V 臂升 = 250 mm/s 手指夾緊油缸的運動速度 V 夾 = 50 mm/s 4. 手臂的配置形式 機械手的手臂配置形式基本上反映了它的總體布局。手臂配置在機座立柱上的機械手多為圓柱坐標型，它有升降、伸縮與回轉(zhuǎn)運動，工作范圍較大。在機械手中，用行程開關(guān)與機械擋塊 9 檢測定位既精度高又簡單實用可靠，故應(yīng)用也是最多的。 驅(qū)動方式一般有四種：氣壓驅(qū)動、液壓驅(qū)動、電氣驅(qū)動和機械驅(qū)動。鉗爪式手部結(jié)構(gòu)由手指和傳力機構(gòu)組成。手指的開閉角保證工件能順利進入或脫開。 4. 應(yīng)具有足夠的強度和剛度 手指除受到被夾持 工件的反作用力外，還受到機械手在運動過程中所產(chǎn)生的慣性力和振動的影響，要求具有足夠的強度和剛度以防止折斷或彎曲變形，但應(yīng)盡量使結(jié)構(gòu)簡單緊湊，自重輕。 根據(jù)銷軸的力平衡條件，即 ∑Fx=0 得 12FF? 。 α——工件被夾緊時手指的滑槽方向與兩回轉(zhuǎn)支點連線間的夾角。 。 α=30176。 ? 4 294 N N? ? ? ? ? 由滑槽杠桿式結(jié)構(gòu)的驅(qū)動力計算公式 (2) 2= F =2 c o s FNF b a? ?計 算 得 ? 2F = 2 8 0 c o s 3 0 1 4 9 2 / 5 0 = 3 5 5 6 N? ? ?計 算 13 (3) 取 手指傳力效率 η=, 則 = F / = 3 5 5 6 / 0 . 8 5 = 4 1 8 3 . 5 N 5 0 0 0 NF ?實 際 計 算 (四 ) 夾緊缸的設(shè)計計算 1. 夾緊缸主要尺寸的計算 由前知，夾緊缸為單作用彈簧復(fù)位液 壓缸，設(shè) 夾緊工件時的行程為 25mm，時間為 ，則所需夾緊力為： 工作壓力取 1MP，考慮到為使液壓缸結(jié)構(gòu)尺寸簡單緊湊，取工作壓力為 。h l mmhh h mm?? ? ?? ? ? 外卡環(huán) ab 側(cè)面的擠壓應(yīng)力 c? 為： 2 62m a x 114 1 0 (0 . 0 6 ) 2 5 . 0 4 3 1 0( 2D ) 0 . 0 5 ( 2 0 . 0 6 0 . 0 5 )c pD M P M Phh? ??? ? ? ?? ? ? ? 缸筒危險截面 AA上的拉應(yīng)力 ? 2 62m a x 12 2 2 21 4 1 0 (0 . 0 6 ) 2 7 . 4 3 5 2 0( D ) (0 . 0 6 0 . 0 5 ) (0 . 0 5 )pD M P M PhD? ??? ? ? ?? ? ? ? 故知缸筒底部聯(lián)接安全。 ② 轉(zhuǎn)動靈活，密封性要好。115176。 18 圖 3 機械手的腕部結(jié)構(gòu) (三 ) 手腕驅(qū)動力矩的計算 驅(qū)動手腕回轉(zhuǎn)時的驅(qū)動力矩必須克服手腕起動時所產(chǎn)生的慣性力矩必須克服手腕起動時所產(chǎn)生的慣性力矩，手腕的轉(zhuǎn)動軸與支承孔處的摩擦阻力矩，動片與缸徑、定片、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩以及由于轉(zhuǎn)動的重心與軸線不重合所產(chǎn)生的偏重力矩。m2 ） 按已知計算 : 2 2 22 2 2 2 211m 6 0 0 . 0 5 0 . 0 7 52211= m ( l + 3 R ) = 3 0 ( 0 . 1 + 3 0 . 0 4 ) = 0 . 0 3 71 2 1 2= 0 . 7 8 1 /s tJ R k g mJ k g m?? ? ? ? ? ?? ? ?工件（ ），= 0 .3 s 故 M慣 = （ N手臂的 回轉(zhuǎn)和升降運動是 通過立柱來實現(xiàn)的。同時，設(shè)計時必須考慮到手臂的受力情況、油缸及導(dǎo)向裝置的布置、內(nèi)部管路與手腕的連接形式等因素。 ② 導(dǎo)向性要好 為防止手臂在直線移動中，沿運動軸線發(fā)生相對運動，或設(shè)置導(dǎo)向裝置，或設(shè)計方形、花鍵等形式的臂桿。故應(yīng)盡量減少小臂部運動部分的重量，使結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕，同時要采取一定的緩沖措施。如下圖所示為雙導(dǎo)向桿手臂的伸縮結(jié)構(gòu)。可用于抓重大、行程較長的場合。 雙導(dǎo)向桿配置在手臂伸縮油缸兩側(cè)，并兼做手部和手腕油路的管道。 雙導(dǎo)向桿手臂結(jié)構(gòu) 手臂的升降運動 如圖 6 所示為手臂的升降運動機構(gòu)。圖中 6為位置檢測裝置。 計算臂部運動 驅(qū)動力（包括力矩）時，要把臂部所受的全部負荷考慮進去。 ① F摩 的計算： 由于導(dǎo)向桿對稱分布，導(dǎo)向桿受力均衡，可按一個導(dǎo)向桿計算。 (3) 液壓缸臂厚計算 此缸工作壓力為 2 aMP ，屬低壓，則缸筒臂厚采用薄壁計算公式 61661 2 1 0 0 . 0 3 2C = 0 . 2 8 6( 2 . 3 [ ] ) ( 2 . 3 1 0 0 1 0 2 1 0 ) 1pD m m C m mp? ?? ??? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? 式中： 1p —— 液壓缸內(nèi)工作壓力 d—— 強度系數(shù)，無縫鋼管 ф =1 C—— 計入管壁公差及侵蝕的附加厚度，一般圓整到標準臂厚值 D—— 液壓缸內(nèi)徑 (4) 聯(lián)接螺釘強度計算 取螺釘數(shù)目 Z=4，工作載荷： 9 8 4 .7 5 2464Q FFNZ? ? ? 預(yù)緊力 1 .3 1 .8 3 9 2 9 1 7 .2 8QFN? ? ? ? 則1 64 4 5 7 5 . 6 4 2 . 7[ ] 1 6 2 1 0QFd m m? ? ? ?? ? ???，查手冊取螺紋直 徑 1 6d mm? ， p=,材料為 35號鋼的內(nèi)六角螺釘 6[] 32 0 10[] ~ ?? ??? 。 ③ 臂厚同伸縮缸一樣，取 17mm?? ④ 聯(lián)接螺釘強度計算： 取螺釘數(shù)目 Z=4，工作載荷 1 8 1 7 .5 4 5 4 .44Q FFNZ? ? ? 1 .3 1 .8 4 5 4 .4 1 0 6 3QFN? ? ? ? 則 , 1 64 4 1 0 6 3 2 . 9[ ] 1 6 2 1 0QFd m m? ? ? ?? ? ??? ，查手冊取 1 6d mm? ，螺距 P=，材料為 35 29 號鋼的內(nèi)六角螺釘 6[] 32 0 10[] ~ ?? ??? 。經(jīng)分析知，當(dāng)手臂完全伸出時，此時 0J 達到最大值，估算此時回轉(zhuǎn)零件的重心到轉(zhuǎn)軸線的距離為 ρ =150mm,則 0 cJ J J??工件 22c3 2 3 2125 0 0 . 1 5 1 . 1 2 511= m ( R + R ) = 1 0 ( 0 . 1 6 + 0 . 2 4 ) = 0 . 2 0 844JmJ?? ? ? ??工件 0 1 . 9 2M = J ( 1 . 1 2 5 0 . 2 0 8 ) 2 5 . 60 . 1cwwJJtt??? ? ? ? ?慣 工件（） M 2 5 .6= 2 8 .40 .9M ? ??慣驅(qū) ② 回轉(zhuǎn)缸參數(shù)的計算 22()= D dM ? ?驅(qū) 28 bpMDd??驅(qū) 式中： D—— 回轉(zhuǎn)缸內(nèi)徑 d—— 轉(zhuǎn)軸直徑 30 p—— 回轉(zhuǎn)缸工作壓 力 b—— 動片寬度 為減少動片與輸出軸的聯(lián)接螺釘所受的載荷及動片的懸伸長度，選擇動片寬度（即液壓缸寬度）時，可選用 2 2bDd?? ,這里取 2 3bDd?? ，且 D=2d 對于活塞、導(dǎo)向套筒和油缸等的轉(zhuǎn)動慣量都要做詳細計算，因為這些零件的重量較大或回轉(zhuǎn)半徑較大，對總的計算結(jié)果影響也較大，對于小零件則可作為質(zhì)點計算其轉(zhuǎn)動慣量，對其質(zhì)心轉(zhuǎn)動慣量忽略不計。電動機帶動油泵輸出壓力油，是將電動機供給的機械能轉(zhuǎn)換成油液的壓力能。這種借助于運動著的壓力油的容積變化來傳遞動力的液壓傳動稱為容積式液壓傳動，機械手的液壓傳動系統(tǒng)都屬于容積式液壓傳動。也有回轉(zhuǎn)運動的液動機一般叫作油 馬達，回轉(zhuǎn)角小于 360176。這些基本控制回路具有各種功能，如工作壓力的調(diào)整、油泵的卸荷、運動的換向、工作速度的調(diào)節(jié)以及同步運動等。 ③ 減壓回路 為了是機械手的液壓系統(tǒng)局部壓力降低或穩(wěn)定，在要求減壓的支路前串聯(lián)一個減壓閥，以獲得比系統(tǒng)壓力更低的壓力。 ⑤ 油泵出口處接單向閥 在油泵出口處接單向閥。在油泵出油口處加設(shè)單向閥后，隔斷系統(tǒng)中高壓油液和油泵時間的聯(lián)系，從而起到保護油缸的作用。其控制方法有兩類：一類是采用定量泵，即利用調(diào)節(jié)節(jié)流閥的通流截面來改變進入油缸或油馬達的流量；另一類是采用變量泵，改變油泵的供油量。其缺點是：有壓力和流量損耗，在低速負荷傳動時效 率低，發(fā)熱大。 調(diào)速閥能夠隨負荷的變化而自動調(diào)整和穩(wěn)定所通過的流量，使油缸的運動速度不受負荷變化的影響，對速度的平穩(wěn)性要求高的場合，宜用調(diào)速閥實現(xiàn)節(jié)流調(diào)速。這里采用交流電磁閥。它通常由一些典型的壓力控制、流量控制、方向控制回路加上一些專用回路 33 所組成。手指閉合，待夾料立放） → 插定位銷 → 手臂前伸 → 手指張開 → 手指夾料 → 手臂上升 → 手臂縮回 → 立柱橫移 → 手腕回轉(zhuǎn) 115176。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(yù)設(shè)停留時間，使時間繼電器動作而發(fā)信，使步進器順序 “跳步 ”控制電磁閥的電磁鐵線圈通斷電，使電磁鐵按程序動作（見電磁鐵動作程序表）實現(xiàn)液壓系統(tǒng)的自動控制。 手臂伸縮、手臂升降、手臂回轉(zhuǎn)、手臂橫向移動和手腕回轉(zhuǎn)油 路采用單向調(diào)速閥（ QI63B、 QI25B、QI10B）回程節(jié)流，因而速度可調(diào)，工作平穩(wěn)。 手指夾緊油缸支路裝有液控單向閥（ IY25B），使手指夾緊工件時不受系統(tǒng)壓力波動的影響，保證保證手指夾持工件牢靠。 此系統(tǒng)四個主壓力油路的壓力測量 ，是通過轉(zhuǎn)換壓力表開關(guān)（ K3B）的位置來實現(xiàn)的，被測量的四個主油路的壓力值，分別從壓力表（ Y60）上表示出來。此時卸荷停止（二位二通電磁閥 5 和 10 的電磁鐵斷電），電磁鐵 3DT 通電，壓力油進到定位油缸的無桿腔進行定位動作。 同時發(fā)信、跳步，使電磁鐵 13DT 通電，壓力油通過電液換向閥 41 的左腔，推動手臂橫向移動。當(dāng)手臂的回轉(zhuǎn)碰鐵碰行程開關(guān)使 9 DT 斷電，換向閥 28 復(fù)位成 “O”型滑閥機能狀態(tài)；并發(fā)