【正文】 后，簡要介紹了液壓搬運機械手的電氣控制系統(tǒng)部分。 Handling agencies 濟南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 IV 目 錄 摘要 ……… …………… ………………………… ………………………… ..…… .… .…… .I ABSTRACT… … .……… .…………… ………… .…………………… ..…………… .II 1 前言 …………… .……… .…………………………… ……………… .… .…………… ..1 液壓搬運機械手發(fā)展方向 … ..........................…… …….…… …….……….. 1 液壓搬運機械手設(shè)計目的 ……………… …… ………………………………… ..1 液壓搬運機械手設(shè)計任務(wù) … ..........................…… …….…… …….……….. 2 設(shè)計方案 … .......… .......………… ……………….….. ..…… ..…… 2 設(shè)計要求 … .......… .......………… ……………….….. ..…… ..…… 2 2 液壓搬運機械手的機構(gòu)設(shè)計 ...… … ..… .………………………… .… ..… .………… .4 液壓搬運機械手 運動簡圖 ………………………… ……… .… .…………… 4 液壓搬運機械手手部結(jié)構(gòu)設(shè)計及計算 ……… …… … ...……………… ..4 “滑槽杠桿式”手部結(jié)構(gòu)的設(shè)計與計算 … ……………… .… .…………… 5 手指夾緊力計算 ……………… … ……… ……………… .… .…………… 6 手指夾緊缸驅(qū)動力計算 ………………… ……………… .… .…………… 7 手指 夾 緊液壓缸的計算 …………… ……………… .… .…………… …… 7 液壓缸缸蓋聯(lián)接方式與強度計算 … ……………… .… .…………… …… 9 液壓搬運機械手橫移腕部結(jié)構(gòu)設(shè)計及計算 … …… … ...……………… 11 腕部橫移液壓缸驅(qū)動力計算 …… … …………………… .… .………… 11 腕部液壓缸的計算 …………… … ……… ……………… .… .………… 13 液壓缸缸蓋聯(lián)接方式與強度計算 ……… ……………… .… .………… 15 液壓搬運機械手小臂伸縮缸設(shè)計及計算 …… …… … ...……………… 15 小臂伸縮液壓缸驅(qū)動力計算 …… … …………………… .… .………… 16 小臂伸縮液壓缸的計算 ……… … ……… ……………… .… .………… 18 液壓缸缸蓋聯(lián)接方式與強度計算 ……… ……………… .… .………… 19 液壓搬運機械手小臂俯仰液壓缸設(shè)計及計算 …… … ...……………… 20 小臂俯仰液壓缸驅(qū)動力矩計算 … … …………………… .… .………… 20 小臂俯仰液壓缸驅(qū)動力的計算 … ……… ……………… .… .………… 21 小臂俯仰液壓缸的計算 ……… … ……… ……………… .… .………… 22 液壓缸缸蓋聯(lián)接方式與強度計算 ……… ……………… .… .………… 23 液壓搬運機械手大臂俯仰液壓缸設(shè)計及計算 …… … ...……………… 23 濟南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 V 大 臂俯仰液壓缸驅(qū)動力矩計算 … … …………………… .… .………… 23 大 臂俯仰液壓缸驅(qū)動力的計算 … ……… ……………… .… .………… 25 大 臂俯仰液壓缸的計算 ……… … ……… ……………… .… .………… 25 液壓缸缸蓋聯(lián)接方式與強度計算 ……… ……………… .… .………… 26 3 液壓驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計 … .……… .…………………………… ……………… .… .…… 27 液壓驅(qū)動 系統(tǒng)傳動方案的確定 ………………… ……………… .… .…… 27 計算和選擇液壓元件 ……………………… ……………… .… .…………… 28 液壓泵及電動機的選擇 ………………… ……………… .… .………… 28 油箱容積的計算 ………………………… ……………… .… .………… 29 液壓元件的選定 ……………………… ……………… .… .…………… 30 4 電氣控制系統(tǒng) 簡介 .………………………………… ……………… .… .……………… 32 5 結(jié)論 ......................……… .……… ….…………………… ..… .…… ...… ..… .……… ...34 參考文獻 ......................…………….………………… ..… .… ..……………… .………… .35 致謝 ......................………………….…………………… ..…… .………… ...…………… .37 附錄 ......................………… ………………………………… ………………… .……… 38 濟南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 1 1 前言 液壓搬運機械手發(fā)展方向 機械手是一種被設(shè)計用來搬運物體、部件、工 具或特定設(shè)備的，可以重復(fù)編程、具有多種功能的操作器。回顧近 10多年來國內(nèi)外機械手技術(shù)的發(fā)展歷程，可歸結(jié)出下列趨勢： 1）傳感型機械手發(fā)展較快 2）開發(fā)新型智 能技術(shù) 3）采用模塊化設(shè)計技術(shù) 4）機器人工程系統(tǒng)呈上升趨勢 5）微型機械手的研究有所突破 6）應(yīng)用領(lǐng)域向非制造業(yè)和服務(wù)業(yè)擴展 液壓機械手在國內(nèi)外從 20世紀 60 年代開始使用，最近三四十年發(fā)展尤為迅速，而且 機械手進入了一個快速發(fā)展的時期。運動學(xué)系統(tǒng)是工業(yè)機械手的底層核心部分，對其關(guān)鍵技術(shù)，如運動學(xué)建模、運動學(xué)方程的求解、運動空間插值算法等的研究，將從很大程度上決定著一個機械手系統(tǒng)的基本性能。 因 而廣泛應(yīng)用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門 ，特別是在高溫、危險的作業(yè)環(huán)境（放射性、有害氣體、粉塵、易燃 、易爆 等）中代替人的部分操作，不僅能大大減輕 人的勞動強度，提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率而且保證了人生安全。 （ 3） 在設(shè)計過程中， 熟練地應(yīng)用有關(guān)參考資料、計算圖表、手冊、圖冊和規(guī)范；熟悉有關(guān)的國家標準和部頒標準。運動機構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動（擺動）、移動或復(fù)合運動來實現(xiàn)規(guī)定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。自由度越多，機械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。 設(shè)計要求 此次設(shè)計的液壓搬運機械手 是車間生產(chǎn)線上 用于深孔鏜床上下料 的 專用機械手 ，此機械手 可以自動抓取工件，從而使操作工人從繁重單調(diào)的體力勞動中解放出來。 1. 機械手抓取工件 的最大重量 200kg； 2. 機械手伸縮臂長為 ； 3. 機械手最大回轉(zhuǎn)速度 ； 4. 機械手最大回轉(zhuǎn)角加速度 ； 5. 機械手 能 準確 定位、 平穩(wěn) 啟動 并可以 在任意位置自鎖。它具有模仿人手動作的功能，并安裝于機械手手臂的前端?？紤]到以上因素，故此選用二支點回轉(zhuǎn)型手部結(jié)構(gòu)。 手指對工件的夾緊力可按下式進行計算 ： 1 2 3NF K K K G? ? ? ? (24) 式 中 1K —— 安全系數(shù)，通常取 1K = 2K —— 工作情況系數(shù)，主要考慮慣性力影響。QSF —— 預(yù)緊力 39。 液壓搬運機械手的腕部橫移液壓缸可以等效為如下簡圖進行計算： 圖 腕部橫移液壓缸等效受力簡圖 腕部橫移液壓缸驅(qū)動力計算 液壓搬運機械手的腕部橫移液壓缸可以等效為做水平伸 縮直線運動的液壓缸進行設(shè)計計算。 初步設(shè)計中取機械效率為 ? =。 故 由 216 式計算螺釘或螺栓直徑 1d 如下 ： 01 4 QFd ???? 0QF —— 工作載荷（ N）且 0QF = F—— 液壓缸驅(qū)動力 將驅(qū)動力 1038F? N 帶入上式求得 1 4 1 .3 1 0 3 8 2 .5 3 .04 1 2 0d ?? ? ????? mm 由“液壓元件油口螺紋聯(lián)接尺寸 GB/T28781993”取 M5 螺釘 液壓搬運機械手小臂伸縮缸 設(shè)計及計算 臂部運動的目的是把手部送到空間運動范圍內(nèi)的任意一點。 液壓搬運機械手的 小臂伸縮 液壓缸可以等效為如下簡圖進行計算： 圖 機械手小臂伸縮液壓缸受力等效簡圖 小臂伸縮液壓缸驅(qū)動力計算 液壓搬運機械手的小臂伸縮液壓缸可以等效為做垂直伸縮直線運動的液壓缸進行設(shè)計計算。若是導(dǎo)向裝置，則為活塞和缸壁等處的摩擦阻力 F密 —— 密封裝置處的摩擦阻力 F回 —— 液壓缸回油腔低壓油液所造成的阻力 F慣 —— 啟動或者制動時， 活塞桿所受的平均慣性 G —— 零部件及工件所受總重力 濟南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 17 （ 1） F摩的計算 由 摩擦阻力 F摩的計算公式進行計算 4 aF F f??摩 (224) 其中 f —— 摩擦系數(shù)，取 f = aF —— 如圖 ，導(dǎo)向桿與導(dǎo)向套筒間的摩擦阻力。代入已求得的 驅(qū)動力F=4400 N, 則 由 24F D p?? ? ? 得 264400 45 10D ??? ?? ? mm 故由 GB/T 23481993 取 D=40 mm。代入已求得的 驅(qū)動力F=38250 N, 則 由 24F D p?? ? ? 得 264 382505 10D ??? ?? 98D? mm 故由 GB/T 23481993 取 D=100 mm。代入已求得的 驅(qū)動力F=30328 N, 則 由 24F D p?? ? ? 得 264 303285 10D ??? ?? 88D? mm 故由 GB/T 23481993 取 D=90 mm?？紤]到液壓系統(tǒng)以上的一些特點，故液壓搬運機械手的驅(qū)動采用液壓系統(tǒng)。 液壓系統(tǒng)在 液壓搬運 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 、手腕和仰俯缸 按給定 的運動規(guī)律動作。為了防止多缸運動的系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，換向閥因此要采用中位“ O”型換向閥。 此外，手指夾緊缸在夾緊工件時，為防止 失電等意外情況，應(yīng)加鎖緊保壓回路。 液壓泵及電動機的選擇 （ 1） 液壓泵的選用 根據(jù)設(shè)計要求知，小臂最大回轉(zhuǎn)速度 /rad s ，小臂俯仰缸距離回轉(zhuǎn)點為 ，則小臂俯仰缸最大伸縮速度 m a x w l? ? ? ? ? /ms 濟南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 29 活塞腔無桿腔面積 A為 220 .0 5 0 .0 0 244AD??? ? ? ? ? 2m 小臂俯仰缸最大流量 maxQ 為 3m a x m a x 0. 00 2 0. 3 60 0. 03 6 / m in 36 / m inQ A v m L? ? ? ? ? ? ? 根據(jù)以上計算結(jié)果，選用外嚙合齒輪泵 CB32，其技術(shù)參數(shù)為額定流量 32q? ml/r,額定壓力 10NP? MPa，轉(zhuǎn)速 n=1450 r/min，容積效率 ? ? 液壓泵的流量校核： 32 145 0 q n ?? ? ? ? ? ? ? L/min 可滿足要求。 大多數(shù)的 機械設(shè)備的控制系統(tǒng)，多著眼于自身運動的控制，而 液壓搬運 機械手的控制系統(tǒng)更注意本部與操作對象的關(guān)系。 然而 機械手的閉環(huán) 控制 系統(tǒng) 要 受 到 各種因素的影響，如外部負荷力，活動部 件的內(nèi)部摩擦，伺服閥的漂移、 滯后 以及 伺服放大器的漂移，隨動系統(tǒng)的粘滯性摩擦的影響等 都會 導(dǎo)致閉環(huán)控制系統(tǒng)產(chǎn)生靜態(tài)誤差。點位控制方式就是由點到點的控制方式，只對 液壓搬運 機械手 的 運動部件（手腕、 手臂 ）所應(yīng)到達空間點的定位進行控制，而對兩個定位點之間的運動軌跡則不加控制。 液壓搬運機械手 主要由執(zhí)行機構(gòu)、 液壓 驅(qū)動系統(tǒng)、 電氣 控制系統(tǒng)以及位移檢測裝置組成。 根據(jù)圖 中的液壓驅(qū)動系統(tǒng)原理圖，結(jié)合液壓搬運機械手的動作順序（液壓搬運機械手的動作執(zhí)行元件是液壓驅(qū)動系統(tǒng)的電磁換向閥 1 1 13 和 14） ，液壓搬運機械手動作時液壓系統(tǒng)各執(zhí)行元件的動作見下表。本文是對 深孔鏜床的上下料機械手 的設(shè)計， 為了 完成設(shè)計需要了解 上下料 機械手的總體結(jié)構(gòu)，運動過程，需對 手指 夾緊，手臂伸縮，手臂回轉(zhuǎn) 以及 手臂俯仰等動作進行分析 、計算，最終確定其尺寸。 （ 2） 通過本次設(shè)計，培養(yǎng) 了 自己獨立的機械整機設(shè)計的能力，樹立 了 正確的設(shè)計思想，掌握 了 機械產(chǎn)品設(shè)計的基礎(chǔ)方法和步驟，為今 后的設(shè)計工作打下良好的基礎(chǔ)。同時通過這次設(shè)計，也 發(fā)現(xiàn) 了 自身的知識理論體系還需要提高，對已學(xué)的知識遺忘較多，在今后的學(xué)習(xí)工作中我將會更好的完善自己的知識 體系 ， 爭取成為 一名合格的設(shè)計人員 。 楊 老師高度的責任感， 嚴謹?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，科學(xué)的研究方法，敏銳的思維方式，都是我們學(xué)習(xí)的楷模。 在整個設(shè)計過程中 楊老師 都認真地幫助我 審核圖紙、論證方案、設(shè)計說明，不僅教會我要擁有一個科學(xué)的設(shè)計態(tài)度、鉆研的設(shè)計精神，還教會我 如何解決實際設(shè)計中的困難，是 他 的無私付出才使得我們的設(shè)計豐富