【正文】 素就是其軟件，硬件和機械結(jié)構(gòu)。 關(guān)鍵詞：機械手 4 自由度 關(guān)節(jié)型 液壓驅(qū)動 控制系統(tǒng) 長 春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 II Abstract This paper designs automatic loading and unloading manipulator39。編號 本科生畢業(yè) 設(shè)計 液壓上下料機械手 Hydraulic Updown Material Manipulator 學(xué) 生 姓 名 于盛博 專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 學(xué) 號 0851429 指 導(dǎo) 教 師 0851429 分 院 機電工程分院 2021年 6月 長 春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 I 摘 要 本次設(shè)計主要設(shè)計自動上下料機械手的機械系統(tǒng)。該系統(tǒng)的控制系統(tǒng)采用一般 PLC所具有的位移寄存器和位移指令來編程。如：可靠性低于國外產(chǎn)品，機械手應(yīng)用工程起步較晚，應(yīng)用領(lǐng)域窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與國外比有差距。 世界工業(yè)機械手的數(shù)目雖然每年在遞增，但市場是波浪式向前發(fā)展的。 上料機械手與卸料機械手相比，其中上料機械手中的移動式搬運上料機械手適用于各種棒料，工件的自動搬運及上下料工作。整個機械手及 液壓系統(tǒng)均集中設(shè)置在行走小車上，結(jié)構(gòu)緊湊。 為使機械手有“眼睛”去處理方位變化的工件和分辨形狀不同的零部件，它由視覺傳感器輸入三個視圖方向的視覺信息，通過計算機進行圖形分辨，判別是否是所要抓取的工件。 現(xiàn)在，工業(yè)機械手的使用范圍只限于在簡單重復(fù)的操作方面節(jié)省人力，其效用是代替從事繁重的 工作，危險的工作，單調(diào)重復(fù)的工作，惡劣環(huán)境下的工作方面尤其明顯。然而，利用機械手或類似機械設(shè)備節(jié)省人力和實現(xiàn)生產(chǎn)合理化的要求，今后還會持續(xù)增長，只要技術(shù)方面和價格方面存在的問題得到解決，機械手的應(yīng)用 必將會飛躍發(fā)展。移動式搬運上料機械手主要由手爪，小臂，大臂，手臂回轉(zhuǎn)機構(gòu)，小車行走機構(gòu)，液壓泵站電器控制系統(tǒng)組成，同時具有高溫棒料啟動疏料裝置及用于安全防護用的光電保護系統(tǒng)。轎車半軸加工上料機械手設(shè)計在綜合多種機械手的設(shè)計原理和設(shè)計思想，根據(jù)轎車半軸加工的特點提出的，有一定的理論基礎(chǔ)，設(shè)計水平和應(yīng)用價值。最小的為 ，最大的已達(dá)到 800公斤。只使用在程序較簡單的點位控制，但作為一般單機服務(wù)的搬運作業(yè)已足 夠。與前者比較有較多的自由度，能進行程序較復(fù)雜的作業(yè)，通用性較廣。 按用途分： 1． 專用機械手 附屬于主機的，具有固定程序而無獨立控制系統(tǒng)的機械裝置，這種工業(yè)機械工作對象不變，手動比較簡單，結(jié)構(gòu)簡單，使用可靠，施用于大批量生產(chǎn)自動線或?qū)C作為自動上、下料用。 2. 在實現(xiàn)單機自動化方面 (1)各類半自動車床，有自行夾緊、進刀、切削、退刀和松開的功能，但仍需人工上下料，裝上機械手，可實現(xiàn)全自動化生產(chǎn)。其特點： (1)對環(huán)境的適應(yīng)性強，能代替人從事危險，有害的操作，在長時間對人體有害的場所，機械手不受影響。 (5)采用機械手能明顯的提高勞動生產(chǎn)率和降低成本。 長 春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 5 第 2 章 工業(yè)機械手的設(shè)計方案 工業(yè)機械手的組成 工業(yè)機械手是由執(zhí)行機構(gòu)，驅(qū)動機構(gòu)和控制部分所組成，各部分關(guān)系如下框圖： 圖 工業(yè)機械手各部分關(guān)系圖 執(zhí)行機構(gòu)： 執(zhí)行機構(gòu)包括抓取部分（手部）、腕部、臂部和行走機構(gòu)等運動部件所組成。 ：手臂是支撐被抓物體，手部，腕部的重要部件。 驅(qū)動機構(gòu)：有氣動，液動，電動和機械式四種形式。 設(shè)計路線與方案 設(shè)計步驟 ； ； ； ； ，范圍，性能進行分析，強度和運動學(xué)校核； ； ； 。 夾持類最常見的主要有夾鉗式，本設(shè)計主要考慮夾鉗式手部設(shè)計。 (3)應(yīng)保證工件在手指內(nèi)的夾持精度。11PP? 由 ( ) 0MF?? 得 39。 （ 5）確定夾緊油缸外徑 D 驅(qū)動桿行程與手指開閉范圍關(guān)系 12.??－分別為手指夾緊工件范圍值時，滑槽相對于兩支點連接的傾斜角。 250 50fsFN? ? ?， 250 25fFN? ? ? ? a GvF gt?? ?，一般取 t? ＝ ， vt??? 時間內(nèi)速度變化量 2 5 5 4 .2 39 .8 0 .0 5 6 0aFN? ? ?? 啟動： aF F F N? ? ? 穩(wěn)態(tài)： 275fa WF F F N? ? ? 工作壓力 P的確定，工作壓力根據(jù)負(fù)載大小及機器的類型來初步確定。 又因為 21124 0 .0 2 2 3 m11cmFDP dPPD?????????????? ? ? ? ????????????? () 根據(jù)液壓系統(tǒng)設(shè)計手冊表 2－ 4，將液壓缸內(nèi)徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)系列直徑 D=25mm,活塞桿直徑按 d/D＝ 2－ 5活塞直徑系列取 d=18mm。 ??? 高強度鑄鐵， ??? ＝ 60 aMP ? ? 1 2 25 2 4 33D D m m?? ? ? ? ? ? 液壓缸工作行程的確定，并參照表 2－ 6中的系列尺寸選取標(biāo)準(zhǔn)值 S=100mm。 夾緊缸彈簧的確定。手腕具有獨立的自由度，此設(shè)計手腕有繞 X軸轉(zhuǎn)動和沿 X軸左右擺動兩個自由度。腕部的結(jié)構(gòu)、重量和動力載荷直接影響著臂部的結(jié)構(gòu)、重量和運動性能。 長 春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 14 腕部回轉(zhuǎn)力矩的計算 腕部回轉(zhuǎn)時，需要克服以下幾種阻力： M摩 從圖 ： M摩＝ ? ?1 1 2 22f R D R D? ? ?kgf m? 12DD 軸承直徑（ m） 式中： 12RR －軸承處支反力 ? ?kgf m? ；可靜力學(xué)平衡方程求得。 m） M偏 ＝ 0。 長 春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 16 M= 22 腕 部擺動油缸設(shè)計 M M M M? ? ?摩 偏 慣 偏離重心 e的計算及 M偏 腕部擺動油缸設(shè)計尺寸圖 估計 L=45cm， 1216 , 45 , 5e c m e c m R c m? ? ?， ?桿 長 春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 17 12( ) /e m e m e m m? ? ? ? ?桿 件 桿 件 =30cm 克服重心偏置所需的力矩 22 臂部運動的目的：把手部送到空間范圍內(nèi)的任意一點。 機身是固定的，它直接承受和傳動手臂的部件，實現(xiàn)臂部的回轉(zhuǎn)等運動。所以機械手常用工字鋼或槽鋼作為支撐板，這樣既提高了手臂的剛度，又大大減輕了手臂的自重，而且空心的內(nèi)部還可以布置驅(qū)動裝置，傳動機構(gòu)以及管道，有利于結(jié)構(gòu)的緊湊，外形整齊。 (2)水平放置的手臂，要增加導(dǎo)向桿的剛度，同時提高其配合精 度和相對位置精度，使導(dǎo)向桿承受部分或者大部分自重。 對于告訴運動的機械手，其最大移動速度設(shè)計在 1000～ 1500mm/s，最大回轉(zhuǎn) 角速度設(shè)計在 180 /o s 內(nèi)，在大部分行程距離上平均移動速度為 1000mm/s 內(nèi)，平均回轉(zhuǎn)角速度為 90/o s 內(nèi)。 長 春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 20 為減少手臂運動件之間的摩擦 阻力，盡可能用滑動摩擦代替滑動摩擦。 (2)計算零件重心位置，求出重心至回轉(zhuǎn)軸線的距離。 ? 手臂的設(shè)計計算 通常先進行粗略的估算，根據(jù)運動參數(shù)初步確定有關(guān)機構(gòu)的主要尺寸，在進行校核計算，修正設(shè)計。 液壓缸壁和外徑計算 2[ ]yPD? ?? () 63 52 60 mm? ???? P MP?? []? 高強度鑄鐵， []? =60aP 1 26 63 2 5 73D D m m? ? ? ? ? ? 液壓缸為平底缸差，其厚度 t按強度要求計算 無孔時 20 .4 3 3 []1 .50 .4 3 3 6 3 1 .6 760yPtDmm??? ? ? ? () 取 t=3mm 液壓缸工作行程的確定 由 1 1 2 2A B A B S?? 則 S=16mm 則由表 26中的系列尺寸查得（液壓系統(tǒng)設(shè)計手冊） S=25cm 則活塞桿 L=30cm 活塞桿的穩(wěn)定性校核，活塞桿由 45鋼制成。 (1)缸蓋螺釘?shù)挠嬎? 為保證連接的緊密性，必須規(guī)定螺釘?shù)拈g距 1t ，進而決定螺釘?shù)臄?shù)目 在這種連接中，每個螺釘在危險剖面上承受的拉力 0Q 為工作載荷 Q 和預(yù)進力 `OQ 之和。因此，臂部的運動愈多，機身的結(jié)構(gòu)和受力情況就愈復(fù)雜。在后是一個制動箱。 已知參數(shù)（包括設(shè)計出的參數(shù)）： , , ( ), ( )i i i iD d F t U t i — 表示第幾個缸的參數(shù) 22( ) ( ) /( )4( ) ( ) 4i i ii i iP t F t DQ t V t D????? }無桿腔進油 長 春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 29 2222( ) ( ) /[ ( ) ]4( ) ( ) ( )4i i i ii i i iP t F t D dQ t V t D d????? ? ? }有 桿腔進油 ( ) ( ) ( )i i iN t F t V t?? 已知參數(shù)： , , ( ), ( ), ,i i i i iD d M t w t b 22( ) ( ) /[ ( ) ]8ii i i ibP t M t D d?? 22( ) [ ( ) / 8 ] ( )i i i i iQ t b D d w t? ? ? ( ) ( ) ( )i i iN t M t w t?? 注意已知參數(shù)中 ( ), ( ), ( ), ( )i i i iF t V t M t w t在前面設(shè)計中不夠明確時，則要進行分析。 (2)手腕回轉(zhuǎn)缸： 222 3 ( ) 6 2 .7 4 / m in400b D d w??? (3)手腕擺動缸： 223 [ ( ) / 8 ] 5 8 .4 / m inQ b D d w L? ? ? ? (4)手臂回轉(zhuǎn)缸： 224 [ ( ) / 8 ] 1 2 9 .6 / m inQ b D d w L? ? ? ? (5)手臂仰俯活塞缸： 225 5 6 . 3 1 5 6 2 / m in44Q V D l??? ? ? ? ? ? 4． 2 計算和選擇液壓元件 液壓泵的選取要求及其具體選取 （ 1）計算液壓泵的工作壓力 泵的工作壓力是所有液壓缸中工作壓力最大者與管道壓力損失之和?？紤]到正常工作中進油路有一定的壓力損失，所以，泵的工作壓力為： piP P P? ? ?? pP — 液壓泵的最高工作壓力； iP — 執(zhí)行元件的最高工作壓力 P?? — 進油管路中的壓力損失，初算時，簡單系統(tǒng)可取 — aMP ， P?? = aMP ， pP =+=5 aMP 上述計算所得的 pP 是系統(tǒng)的靜態(tài)壓力，考慮到系統(tǒng)在各種工況的過渡，階段出現(xiàn)的動態(tài)壓力往往超過靜態(tài)壓力。根據(jù)以上算得 pP 和 pq ，再查閱有關(guān)手冊，現(xiàn)選用 YB80BI 雙聯(lián)葉片泵，該泵的基本參數(shù)為：每轉(zhuǎn)排量： 10— 194mL/r。由于在速度較小時，泵輸出的流量減小，泵的效率急劇下降，一般當(dāng)流量在 — 1L/min 范圍內(nèi)時，可取 =— 。選用 B型電磁閥便于微機控制，選中位為 O型是