【正文】 manipulator to moving workpieces between adjacent working position, that is the design of automatic production line for camshaft pump feeding manipulator. Firstly, the basic concept of the robot is introduced briefly, the position and classification of robot, the development history of industrial robots and development trends of industrial robots. Secondly, to analyzing the process of automatic production line for camshaft pump feeding robot, the coordinates form， the number of freedom and drive mechanism of manipulator are determined, the main technical parameters of mechanical hand is identified, and the overall design of automatic line feed pump camshaft mechanical hand is pleted. Thirdly, the structure design of hand, arm and body are pleted. Finally, through analyzing the movement of mechanical hand, the schematic diagram of hydraulic system to meet the requirements of manipulator39?？傊瑱C械手是提高勞動生產(chǎn)率，改善勞動條件，減輕工人勞動強度和實現(xiàn)工業(yè)上產(chǎn)自動化的一個重要手段，國內(nèi)外都很重視它的應(yīng)用和發(fā)展。各行各業(yè)的自動化水平越來越高，現(xiàn)代化加工車間，常配有機械手，以提高生產(chǎn)效率，完成工人難以完成的或者危險的工作。目前在我國機械手常用于完成的工作有 ：注塑工業(yè)中從模具中快速抓取制品并將制品 傳送到下一個生產(chǎn)工序；機械手加工行業(yè)中用于取料、送料；澆鑄行業(yè)中用于提取高溫溶液等等。 驅(qū)動系統(tǒng)，是工業(yè)機械手的動力裝置，主要作用是作為執(zhí)行機構(gòu)的驅(qū)動源，由動力源和輔助裝置組成。 工業(yè)機械手的分類 關(guān)于工業(yè)機械手的分類，在國際上尚無統(tǒng)一的分類，本文在此暫時按驅(qū)動方式、手臂坐標(biāo)、使用范圍對工業(yè)機械 手進行分類。如果該類型機械手采用電氣和液壓伺服驅(qū)動系統(tǒng)相結(jié)合的控制策略，則可以大大的提高機械手的整體性能，還可以實現(xiàn)連續(xù)軌跡控制，從而加大該類型機械手的通用性，但是電 液伺服閥制造精度相對較高，而且油液過濾要求極其嚴格，成本也非常高，這就大大的限制了液壓傳動型機械手的應(yīng)用。 3) 電力傳動機械手 電力傳動機械手是以電力作為驅(qū)動源來驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)的一類機械手，一般來說以直流電機、交流電機等各種電機作為驅(qū)動源，該類型的機械手的特點是：運行速度快、易于控制、控制精度高、結(jié)構(gòu)簡單、維護與使用方便。 按手臂坐標(biāo)分類 機械手 的手臂一般來說具有 3 個自由度，可采用直角坐標(biāo)式（前后運動、上下運動、左右運動都是直線）、圓柱坐標(biāo)式（前后運動、上下運動都是直線運動，左右運動為旋轉(zhuǎn)運動）、球坐標(biāo)式（前后運動為伸縮運動、上下運動為擺動運動和左右運動為旋轉(zhuǎn)運動）和關(guān)節(jié)式（手臂能作任意的屈伸運動）四種方式。 2) 通用機械手 通用機械手是一種具有可變程序的、具有獨立的控制系統(tǒng)且動作靈活多樣的一類機械手。電機驅(qū)動 的機械手，具有精度高、驅(qū)動力大、響應(yīng)快等優(yōu)點。如果要多加一個定位位置，或者是要改變預(yù)先確定的兩個定位位置之間的距離，則需要另外再設(shè)計一個多位氣缸，這樣就會導(dǎo)致氣缸的滑塊導(dǎo)向機構(gòu)更加復(fù)雜。 本文是為 6135 柴油機油泵 凸輪 軸 加工自動線 而設(shè)計的 送料機械手。機械手驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計往往受到作業(yè)環(huán)境條件的限制，同時也要考慮價格因素的影響以及能夠達到的技術(shù)水平。 1）直角坐標(biāo)機器人結(jié)構(gòu) 直角坐標(biāo)機器人的空間運動是用三個相互垂直的直線運動來實現(xiàn)的，如圖 21a。 直角坐標(biāo)機器人的 工作空間為一空間長方體。其工作空間是一個圓柱狀的空間。其工作空間是一個類球形的空間。此種機器人在工業(yè)中應(yīng)用十分廣泛，如焊接、噴漆、搬運、裝配等作業(yè)，都廣泛采用這種類型的機器人。其優(yōu)點為： 1）多臂懸掛式的機械手對剛性聯(lián)結(jié)的自動生產(chǎn)線非常實用，可以在各工位間傳遞工件，各臂均懸掛在生產(chǎn)線上方的橫梁上，臂間距離和工位距離相等，手臂可同步地沿橫梁平移一個工位間距，把工件從一個工位移動到下一個工位，可以減少隨行夾具和其他裝置，提高自動化程度。 2）可實現(xiàn)無級變速，定位精度高，系統(tǒng)固有頻率小，壓力、容量調(diào)節(jié)容易。 前后移動、升降和橫移運動 ，其前后運動是同步動作的，由一個伸縮缸帶動，升降和橫移 是 由 各自的油缸帶動 。 遼寧科技大學(xué)本科 生 畢業(yè)設(shè)計 第 9 頁 3 送料機械手 的 結(jié)構(gòu)設(shè)計及校核 送料機械手的總體 結(jié)構(gòu) 送料機械手由幾個主要組成部分：（ 1）前后行走機構(gòu)（帶滾輪的三角形支架）；（ 2）橫移油缸及其滾輪機構(gòu)；（ 3）升降油缸；（ 4）手部支承板；（ 5）兩個夾持式手部；（ 6）定位手部；（ 7）定向塊 等組成。 送料機械手的升降和橫移運動是由其升降油缸和橫移油缸來實現(xiàn)的，以便將工件送到機床的頂尖處，在升降 油缸活塞桿的端部固定安裝著手部支撐板， 其上裝有兩對彈簧夾持式手部及彈簧式定位手部，以便加緊工件，并保證手部和凸輪外表面的相對位置。一般按按其握持工件的原理可分為夾持和吸附兩大類 ?；剞D(zhuǎn)型手部多用于抓持圓柱形工件，平移型用于抓持方形工件。 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受到的慣性力和振動的影響，要有足夠的強度和剛度以防折斷或彎曲變形，但盡量使結(jié)構(gòu)盡量緊湊、重量輕，并使手部的重心在手腕的回轉(zhuǎn)軸上，以使手腕的扭轉(zhuǎn)力矩最小為佳。 要適應(yīng)工作位置的狀況：如工作位置較窄小可用薄片形 手指 。 因工件較長，故選用雙手雙指式來夾持工件的兩端，其工作原理為：當(dāng)機械手向下運動時，手指內(nèi)側(cè)的斜面碰觸工件表面而使手指張開，工件進入手指上的圓弧面處，靠彈簧力 控制手指的張開和閉和。 夾緊力的計算公式： FN ≥ K1K2K3G （ 31） 式中 K1 ——安全系數(shù)，通常取 ～ ； K2 —— 工作情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響?！?9186。根據(jù)工作要求，選擇懸掛式配置。 手臂的組成和作用 臂部是工業(yè)機械手的重要組成部分，其作用是支撐手部和腕部，改變手部在空間的位置，臂部一般與控制系統(tǒng)和驅(qū)動系統(tǒng)一起安裝在機身上，機身可以是固定式的，也可以是行走式的，即可沿地面或?qū)к夁\動。 ④ 提高配合精度 2）臂部速度要高，慣性要小 應(yīng)盡量減少手臂的重量，減少手臂運動的輪廓尺寸，減少回轉(zhuǎn)半徑。 取 d= P1= MP D≥ 21dp4 ＋??F ＝ 49 14 26 ＋??? ?? m＝ mm 查表 62 油缸內(nèi)徑系列圓整，為了使該機械手 具有 更好的通用性， 這里取 D=40mm 則 d=20mm 3）油缸壁厚的 選擇 由于升降油缸的工作壓力較小，結(jié)構(gòu)尺寸不大，所以可根據(jù)： 油缸外徑 D1=D＋ 2δ 求出 其中 D=40mm ， P1= 查表 237 常用油缸外徑尺寸知 D1=55mm ∴δ = mmmmDD 405521 ???? 4） 活塞桿的計算 與校核 活塞桿的尺寸要滿足活塞（或液壓缸）運動的要求和強度的要求。 又升降油缸的活塞桿工作時，主要承受拉力，不會出現(xiàn) “失穩(wěn)”現(xiàn)象，故無需進行穩(wěn)定性校核。 手臂橫移油缸的設(shè)計計算 1） 橫移油缸驅(qū)動力的計算 根據(jù)手臂橫移油缸驅(qū)動時所需克服負載、摩擦、密封 裝置及慣性等幾個方面的阻力，確定油缸工作受力分析如圖 圖 橫移 油缸工作受力圖 ∴ 工作 時： Pq=F 摩 ＋ F 封 ＋ F 回 ＋ F 慣 式中 ① F 摩 — 各支承處的摩擦力 (N)； 橫移油缸手臂重量計算，由前面計算可得 總重量： 3+4++++5= ㎏ 考慮到安全系數(shù)， G 取 30 ㎏，又 N=G=30=294N ∴ F 摩 =f d——活塞桿直徑（ m）； D——液壓缸內(nèi)徑（ m）； η ——液壓缸機械效率，在工程機械中用耐油橡膠可取η =； 取 d= P1= MP D≥ 21dp4 ＋??F ＝ 14 94 26 ＋??? ?? m＝ mm 查表 62 油缸內(nèi)徑系列圓整，為了使該機械手受更好的通用性， 遼寧科技大學(xué)本科 生 畢業(yè)設(shè)計 第 21 頁 這里取 D=32mm 則 d=16mm 對于手臂部件的設(shè)計，只對關(guān)鍵液壓缸等主要部件進行了校核，并且預(yù)留了較大的余量，其他結(jié)構(gòu)尺寸較小、承受工作壓力不大的部件不再一一進行校核，只根據(jù)以往的經(jīng)驗進行設(shè)計。 液壓系統(tǒng)在機械手中所起的作用是通過電 —液轉(zhuǎn)換元件把控制信號進行功率放大，對液壓動力機構(gòu)進行方向、位置和速度的控制，進而控制機械手的手臂按給定的運動規(guī)律動作。 2）執(zhí)行元件，它是將油液的壓力能轉(zhuǎn)換成直線式或回轉(zhuǎn)式機械能輸出的能量轉(zhuǎn)換裝置。這些元件對保證液壓系統(tǒng)的可靠，穩(wěn)定，持久的工作，有重大作用。與其他傳動形式比較，液壓傳動有以下缺點： 1）易出現(xiàn)泄漏； 2）有的粘度隨溫度變化，引起工作機構(gòu)運作不穩(wěn)定； 3）空氣滲入液壓油后會引起爬行、振動和噪聲； 4）用礦 物油作液壓介質(zhì)，有燃燒危險應(yīng)注意防火； 5）礦物油與空氣接觸會發(fā)生氧化，使油變質(zhì)必須定期換油； 6）液壓件的零件加工質(zhì)量要求較高。 綜上所述并結(jié)合本設(shè)計方案，升降和橫移油缸換向選用二位二通電磁閥，其它缸全部選用 O 型三位四通電磁換向閥。各缸可選擇進油路或回油路節(jié)流調(diào)速，因為系統(tǒng)為中低壓系統(tǒng)，一般適宜選用節(jié)流閥調(diào)速。缺點是當(dāng)所需流量較少的液壓缸（如手腕回轉(zhuǎn)缸，夾緊缸等）動作時，系統(tǒng)的溢流損失較大，能源利用率低。當(dāng)液壓缸運動到希望點時，由位置檢測裝置發(fā)信號給主機，然后主機控制電磁閥 1YA 通電切斷二位二通的通路，液壓缸的回路改經(jīng)節(jié)流閥回油箱，增大的回油路的阻力，使液壓缸速度減慢，防止沖擊達到緩沖目的。 遼寧科技大學(xué)本科 生 畢業(yè)設(shè)計 第 26 頁 方向控制閥： 電磁換向閥是利用電氣元件發(fā)出的電訊號，通過電磁鐵動作，使電磁閥閥芯移動，實現(xiàn)油路的換向。 它是依靠改變閥的流通截面來調(diào)節(jié)流量，以實現(xiàn)工作機構(gòu)運動速度的無級調(diào)速。此時溢流閥開啟，使多余流量溢回油箱，保證溢流閥進口壓力，即液壓泵出口壓力恒定。用於過載保護的溢流閥也稱為安全閥。 本機械手采用 J63B 型減壓閥。 本次設(shè)計的液壓系統(tǒng)主要為換向閥處的壓力損失，取 △ p=；在前后移動油缸出有最大工作油壓 P=4MP ∴ P 泵 =4+ 3= 2） 確定油泵的 Q 油泵的流量應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)個回路按設(shè)計的要求，在工作時實際所需的最大流量 Q 最大 ，并考慮系統(tǒng)的總泄漏來確定 Q 泵 = K Q 最大 其中 K― 泄露系數(shù)， 一般取 ～ Q 泵 = 30=36 L/min 3） 確定油泵電動機功率 N ?612PQN? 式中 P——油泵的最大工作壓力 （ MP） Q——所選油泵的額定流量 （ L/min） η ——油泵總效率 2 ??? ??? 結(jié)合考慮凸輪軸加工自動線的整體液壓系統(tǒng)，選用 YBP40 限壓式變量葉片泵，其額定流量為 40L/min， 額定轉(zhuǎn)速 1000r/min，額定壓力 5MP；驅(qū)動電機選擇 Y132M16，其額定功率為 4 KW，轉(zhuǎn)速 960r/min。 根據(jù) 6135 柴油機油泵凸輪軸自動生產(chǎn)線送料機械手 結(jié)構(gòu)和功能上的要求，另外在人機交互功能上，控制系統(tǒng)應(yīng)具有易于操作的控制界面，提供良好的操作環(huán)境。 在編程過程中間或程序編寫完成后，可用仿真器在完全脫離 PLC 的情 遼寧科技大學(xué)本科 生 畢業(yè)設(shè)計