【正文】 …… 32 （三） 液壓系統(tǒng)控制回路 …………………………………………… 33 （ 四 ） 機(jī)械手液壓傳動(dòng)系統(tǒng) ………………………………………… 33 （ 五 ） 機(jī)械手液壓系統(tǒng)的簡單計(jì)算 ………………………………… 33 結(jié)束語 …………………………………………………………………… 44 參考文獻(xiàn)………………………………………………………………… 45 致謝……………………………………………………………………… 46 6 前言 （一） 工業(yè)機(jī)器人簡介 幾千年前人類就渴望制造一種像人一樣的機(jī)器，以便將人類從繁重的勞動(dòng)中解脫出來。 工業(yè)機(jī)器人由操作機(jī)（機(jī)械本體）、控制器、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和檢測(cè)傳感裝置構(gòu)成，是一種仿人操作、自動(dòng)控制、可重復(fù)編程、能在三維空間完成各種作業(yè)的機(jī)電一體化自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。 （二） 世界機(jī)器人的發(fā)展 國外機(jī)器人領(lǐng)域發(fā)展近幾年有如下幾個(gè)趨勢(shì)： （ 1） . 工業(yè)機(jī)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(jī)價(jià)格不斷下降，平均單機(jī)價(jià)格從 91 年的 10． 3 萬美元降至 97 年的 6． 5 萬美元。 （ 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、加速度等傳感器外，裝配、焊接機(jī)器人還應(yīng)用了視覺、力覺等傳感器，而遙控機(jī)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(jìn)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(jī)器人化機(jī)械開始興起。在我國，社會(huì)主義制度的優(yōu)越性決定了機(jī)器人能夠充分發(fā)揮其長處。以上原因主要是沒有形成機(jī)器人產(chǎn) 業(yè)，當(dāng)前我國的機(jī)器人生產(chǎn)都是應(yīng)用戶的要求，“一客戶，一次重新設(shè)計(jì) ”，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(jī)器人、智能裝配機(jī)器人、機(jī)器人化機(jī)械等的開發(fā)應(yīng)用方面則剛剛起步，與國外先進(jìn)水平差距較大，需要在原有成績的基礎(chǔ)上，有重點(diǎn)地系統(tǒng)攻關(guān)，才能形成系統(tǒng)配套可供實(shí)用的技術(shù)和產(chǎn)品，以期在 “十五 ”后期立于世界先進(jìn)行列之中。1mm。110176。液壓上料機(jī)械手要完成整個(gè)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(dòng)作，這些動(dòng)作都應(yīng)該在工作拍節(jié)規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成，具體時(shí)間的分配取決于很多因素，根據(jù)各種因素反復(fù)考慮，對(duì)分配的方案進(jìn)行比較，才能確定。 ③ 在工作拍節(jié)短、動(dòng)作多的情況下，常使幾個(gè)動(dòng)作同時(shí)進(jìn)行。/s 手臂升降速度 V 臂升 = 250 mm/s 手指夾緊油缸的運(yùn)動(dòng)速度 V 夾 = 50 mm/s 4. 手臂的配置形式 機(jī)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(jī)座立柱上的機(jī)械手多為圓柱坐標(biāo)型，它有升降、伸縮與回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，工作范圍較大。在機(jī)械手中，用行程開關(guān)與機(jī)械擋塊 9 檢測(cè)定位既精度高又簡單實(shí)用可靠，故應(yīng)用也是最多的。 驅(qū)動(dòng)方式一般有四種：氣壓驅(qū)動(dòng)、液壓驅(qū)動(dòng)、電氣驅(qū)動(dòng)和機(jī)械驅(qū)動(dòng)。鉗爪式手部結(jié)構(gòu)由手指和傳力機(jī)構(gòu)組成。手指的開閉角保證工件能順利進(jìn)入或脫開。 4. 應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度 手指除受到被夾持 工件的反作用力外，還受到機(jī)械手在運(yùn)動(dòng)過程中所產(chǎn)生的慣性力和振動(dòng)的影響，要求具有足夠的強(qiáng)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(shí)手指的滑槽方向與兩回轉(zhuǎn)支點(diǎn)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(dòng)力計(jì)算公式 (2) 2= F =2 c o s FNF b a? ?計(jì) 算 得 ? 2F = 2 8 0 c o s 3 0 1 4 9 2 / 5 0 = 3 5 5 6 N? ? ?計(jì) 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(shí) 際 計(jì) 算 (四 ) 夾緊缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 1. 夾緊缸主要尺寸的計(jì)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(shí)的行程為 25mm，時(shí)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(xiǎn)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(dòng)靈活，密封性要好。115176。 18 圖 3 機(jī)械手的腕部結(jié)構(gòu) (三 ) 手腕驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算 驅(qū)動(dòng)手腕回轉(zhuǎn)時(shí)的驅(qū)動(dòng)力矩必須克服手腕起動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的慣性力矩必須克服手腕起動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的慣性力矩，手腕的轉(zhuǎn)動(dòng)軸與支承孔處的摩擦阻力矩，動(dòng)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(dòng)的重心與軸線不重合所產(chǎn)生的偏重力矩。m2 ） 按已知計(jì)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(yùn)動(dòng)是 通過立柱來實(shí)現(xiàn)的。同時(shí)，設(shè)計(jì)時(shí)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(dòng)中，沿運(yùn)動(dòng)軸線發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，或設(shè)置導(dǎo)向裝置，或設(shè)計(jì)方形、花鍵等形式的臂桿。故應(yīng)盡量減少小臂部運(yùn)動(dòng)部分的重量，使結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕，同時(shí)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)?？捎糜谧ブ卮?、行程較長的場(chǎng)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(yùn)動(dòng) 如圖 6 所示為手臂的升降運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。圖中 6為位置檢測(cè)裝置。 計(jì)算臂部運(yùn)動(dòng) 驅(qū)動(dòng)力（包括力矩）時(shí)，要把臂部所受的全部負(fù)荷考慮進(jìn)去。 ① F摩 的計(jì)算： 由于導(dǎo)向桿對(duì)稱分布，導(dǎo)向桿受力均衡，可按一個(gè)導(dǎo)向桿計(jì)算。 (3) 液壓缸臂厚計(jì)算 此缸工作壓力為 2 aMP ，屬低壓，則缸筒臂厚采用薄壁計(jì)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(qiáng)度系數(shù)，無縫鋼管 ф =1 C—— 計(jì)入管壁公差及侵蝕的附加厚度，一般圓整到標(biāo)準(zhǔn)臂厚值 D—— 液壓缸內(nèi)徑 (4) 聯(lián)接螺釘強(qiáng)度計(jì)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(cè)取螺紋直 徑 1 6d mm? ， p=,材料為 35號(hào)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(qiáng)度計(jì)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(cè)取 1 6d mm? ，螺距 P=，材料為 35 29 號(hào)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(shí)，此時(shí) 0J 達(dá)到最大值，估算此時(shí)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(jì)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(dòng)片寬度 為減少動(dòng)片與輸出軸的聯(lián)接螺釘所受的載荷及動(dòng)片的懸伸長度，選擇動(dòng)片寬度（即液壓缸寬度）時(shí)，可選用 2 2bDd?? ,這里取 2 3bDd?? ，且 D=2d 對(duì)于活塞、導(dǎo)向套筒和油缸等的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量都要做詳細(xì)計(jì)算，因?yàn)檫@些零件的重量較大或回轉(zhuǎn)半徑較大，對(duì)總的計(jì)算結(jié)果影響也較大，對(duì)于小零件則可作為質(zhì)點(diǎn)計(jì)算其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，對(duì)其質(zhì)心轉(zhuǎn)動(dòng)慣量忽略不計(jì)。電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)油泵輸出壓力油，是將電動(dòng)機(jī)供給的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成油液的壓力能。這種借助于運(yùn)動(dòng)著的壓力油的容積變化來傳遞動(dòng)力的液壓傳動(dòng)稱為容積式液壓傳動(dòng)，機(jī)械手的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)都屬于容積式液壓傳動(dòng)。也有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的液動(dòng)機(jī)一般叫作油 馬達(dá)，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(yùn)動(dòng)的換向、工作速度的調(diào)節(jié)以及同步運(yùn)動(dòng)等。 ③ 減壓回路 為了是機(jī)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(gè)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(shí)間的聯(lián)系，從而起到保護(hù)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(jìn)入油缸或油馬達(dá)的流量；另一類是采用變量泵，改變油泵的供油量。其缺點(diǎn)是：有壓力和流量損耗，在低速負(fù)荷傳動(dòng)時(shí)效 率低，發(fā)熱大。 調(diào)速閥能夠隨負(fù)荷的變化而自動(dòng)調(diào)整和穩(wěn)定所通過的流量，使油缸的運(yùn)動(dòng)速度不受負(fù)荷變化的影響，對(duì)速度的平穩(wěn)性要求高的場(chǎng)合，宜用調(diào)速閥實(shí)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(jìn)控制環(huán)節(jié)采用步進(jìn)選線器，其步進(jìn)動(dòng)作是在每一步動(dòng)作完成后，使行程開關(guān)的觸點(diǎn)閉合或依據(jù)每一步動(dòng)作的預(yù)設(shè)停留時(shí)間，使時(shí)間繼電器動(dòng)作而發(fā)信，使步進(jìn)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(dòng)作（見電磁鐵動(dòng)作程序表）實(shí)現(xiàn)液壓系統(tǒng)的自動(dòng)控制。 手臂伸縮、手臂升降、手臂回轉(zhuǎn)、手臂橫向移動(dòng)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(shí)不受系統(tǒng)壓力波動(dòng)的影響，保證保證手指夾持工件牢靠。 此系統(tǒng)四個(gè)主壓力油路的壓力測(cè)量 ，是通過轉(zhuǎn)換壓力表開關(guān)（ K3B）的位置來實(shí)現(xiàn)的，被測(cè)量的四個(gè)主油路的壓力值，分別從壓力表（ Y60）上表示出來。此時(shí)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(jìn)到定位油缸的無桿腔進(jìn)行定位動(dòng)作。 同時(shí)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(dòng)手臂橫向移動(dòng)。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(jī)能狀態(tài)；并發(fā)