【正文】 并且采用三塊板子，進(jìn)出油用油管連接。執(zhí)行元件及其操縱閥等散裝在主機(jī)各適當(dāng)位置上的動(dòng)力型液壓站，形態(tài)較為簡單，它 主要由液壓泵及其驅(qū)動(dòng)電機(jī)，郵箱及其附件、少量必要的控制閥組成，因此經(jīng)常稱做液壓泵站。（ GB/T36831992） 對(duì)于小直徑油管，一般采用管接頭連接，安裝拆卸方便，抗振動(dòng)，密封性好。 2? = 米 /分 26 算的 Q2 = 升 /分 （二）驅(qū)動(dòng)油缸的油泵的壓力和流量要求 1．確定油泵的工作壓力 P泵 ? p+ p?? 公斤 /厘米 2 式中 P—— 油缸的最大工作壓力 （公斤 /厘米 2 ） p?? —— 壓力油路（即進(jìn)油路）各部分壓力損失之和，其中包括各種元件的局部損失和管道的沿程損失，即 p?? = pp?? ???局 沿 （公斤 /厘米 2 ） 一般液壓機(jī)械 手的管路都不很長，壓力損失主要是通過各元件的局部壓力損失。 （ 3）水平伸縮油缸 選擇雙作用單活塞桿活塞式液壓缸，額定壓力是 20Mpa，活塞桿外徑是 14mm，缸筒內(nèi)徑為 20 mm，行程是 125 mm。當(dāng)一旦電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，油泵不再向外供油，系統(tǒng)中原有的高壓油液具有一定的能量，將迫使油泵往反方向轉(zhuǎn)動(dòng)，結(jié)果產(chǎn)生噪音，加速油泵的磨損。當(dāng)要求兩油缸做同步運(yùn)動(dòng)時(shí)，兩個(gè)調(diào)速閥的通過流量要調(diào)整得相當(dāng)。我設(shè)計(jì)的是采用定量泵，所以利用調(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。 機(jī)械手為了保證動(dòng)作的先后順序，除了用電器控制系統(tǒng)（如采用行程控制和時(shí)間控制）實(shí)現(xiàn)順序控制外，也可由液壓系統(tǒng)的順序控制回路來實(shí)現(xiàn)。本次設(shè)計(jì)我們沒將伸縮油缸和回轉(zhuǎn)油缸放置在同一個(gè)立柱中，因?yàn)槿绻@樣放置，一個(gè)是裝配時(shí)十分不方便，二個(gè)是在機(jī)械手夾持工件 進(jìn)行回轉(zhuǎn)時(shí)，回轉(zhuǎn)中心將更加遠(yuǎn)離回轉(zhuǎn)油缸的中心，那樣對(duì)支撐軸的扭矩將增大，且對(duì)立柱的彎曲應(yīng)力更大，機(jī)械手的壽命將縮短。 但是，液壓傳動(dòng)也有其缺點(diǎn)： （ 1）系統(tǒng)的泄漏難以避免，影響工作效率和系統(tǒng)的工作性能。 液壓傳動(dòng)機(jī)械手的特點(diǎn) 機(jī)械手采用液壓傳動(dòng)比較采用氣壓傳動(dòng)有如下特點(diǎn)： 1. 能得到較大的輸出力或力矩 一般要得到 20~70 公斤 /厘米 2 的油液壓力是比較方便的，而通常工廠的壓縮空氣均為 4~6公斤 /厘米 2 。這種借助于醞釀動(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)都是屬于容積式液壓傳動(dòng)。即為大臂升降油缸的行程取 l=500mm。這種坐標(biāo)型式的機(jī)械手成為圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手。手臂和立柱的運(yùn)動(dòng)成為主運(yùn)動(dòng)，因?yàn)樗鼈兡芨淖冏ト」ぜ诳臻g的位置。在大的方面，一個(gè)機(jī)械手可以分為大臂、小臂和手爪手腕等部分?！?360176?？刂泣c(diǎn)書越多，性能越好。如用來抓取和 傳送工件。 機(jī)械手的控制分為點(diǎn)位控制 和連續(xù)詭計(jì)控制兩種。尤其空氣的可壓縮性大，很難實(shí)現(xiàn)中間位置的停止，只能用于點(diǎn)位控制，而 且潤滑性較差，氣壓系統(tǒng)容易生銹。 二、驅(qū) 動(dòng) 系 統(tǒng) 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)主要有四種：液壓驅(qū)動(dòng)、氣體驅(qū)動(dòng)、電氣驅(qū)動(dòng)和機(jī)械驅(qū)動(dòng)。 一、 執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu) （ 1）手部 手部安裝在手臂的前端，手臂的內(nèi)孔裝有傳動(dòng)軸，可把動(dòng)作傳給手腕， 以轉(zhuǎn)動(dòng)、伸屈手腕、開閉手指。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。跨國大集團(tuán)的壟斷和全球化的生產(chǎn)將世界眾多廠家的產(chǎn)品聯(lián)接在一起 ，實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、開放化、網(wǎng)絡(luò)化的 “ 虛擬制造 ” ，為工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)化的發(fā)展推波助瀾。 通用機(jī)器人編程語言 在 ABB 公司的 20 多個(gè)型號(hào)產(chǎn)品中，采用了通用模塊化語言RAPID。 CAD , CAM等技術(shù)己普遍用于設(shè)計(jì)、仿真和制造中。進(jìn)而在程序控制、數(shù)字控制等機(jī)床上應(yīng)用，成為設(shè)備的一個(gè)組成部分。 但是，目前的機(jī)械手大部分還屬于第一代，主要依靠人工進(jìn)行控制；控制方式為開環(huán)式，沒有識(shí)別能力；改進(jìn)的方向主要是減低成本和提高精度。 簡史 機(jī)械手首先是從美國開始研制的。它是一種獨(dú)立的不附屬于某一主機(jī)的裝置。這種新技術(shù)發(fā)展很快，逐漸成為一門新興的學(xué)科 —— 機(jī)械手工程。 我國的工業(yè)機(jī)器人從 80 年代 “ 七五 ” 科技攻關(guān)開始起步，在國家的支持下，通過“ 七五 ” 、 “ 八五 ” 科技攻關(guān)，目前已基本掌握了機(jī)器人操作機(jī)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)、控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)技術(shù)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù)，生產(chǎn)了部分機(jī)器人關(guān)鍵元器件，開發(fā)出噴漆、弧焊、點(diǎn)焊、裝配、搬運(yùn)等機(jī)器人；其中有 130 多臺(tái)套噴漆機(jī)器人在二十余家企業(yè)的近 30 條自動(dòng)噴漆生產(chǎn)線（站）上獲得規(guī)模應(yīng)用，弧焊機(jī)器人已應(yīng)用在汽車制造廠的焊裝線上。 （ 6）．當(dāng)代遙控機(jī)器人系統(tǒng)的發(fā)展特點(diǎn)不是追求全自治系統(tǒng)，而是致力于操作者與機(jī)器人的人機(jī)交互控制，即遙控加局部自主系統(tǒng)構(gòu)成完整的監(jiān)控遙控操作系統(tǒng)，使智能機(jī)器人走出實(shí)驗(yàn) 室進(jìn)入實(shí)用化階段。它對(duì)穩(wěn)定、提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率， 改善勞動(dòng)條件和產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代起著十分重要的作用。機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)采用油缸、螺桿、導(dǎo)向筒等機(jī)械器件組成；在液壓傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中，機(jī)械手的手臂伸縮采用伸縮油缸，手腕回轉(zhuǎn)采用回轉(zhuǎn)油缸，立柱的轉(zhuǎn)動(dòng)采用齒條油缸，機(jī)械手的升降采用升降油缸，立柱的橫移采用橫向移動(dòng)油缸；在 PLC控制回路中，采用的 PLC類型為 FX2N，當(dāng)按下連續(xù)啟動(dòng)后， PLC 按指定的程序，通過控制電磁閥的開關(guān)來控制機(jī)械手進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作循環(huán)，當(dāng)按下連續(xù)停止按鈕后，機(jī)械手在完成一個(gè)動(dòng)作循環(huán)后停止運(yùn)動(dòng)。 一般普通刊物（省級(jí)、國家級(jí)）審核時(shí)間為一周，高質(zhì)量的雜志，審核時(shí)間為 1420天 。如果說學(xué)位申請(qǐng)者的課程考試通過了，但論文在答辯時(shí)被評(píng)為不合格，那么就不會(huì)授予他學(xué)位。所有引用別人的觀點(diǎn)或文字，無論曾否發(fā)表，無論是紙質(zhì)或電子版，都必須注明出處或加以注釋。 3) 著錄參考文獻(xiàn)能起索引作用。 三、 創(chuàng)造性 學(xué)術(shù)論文在形式上是屬于議論文的，但它與一般議論文不同，它必須是有自己的理論系統(tǒng)的，不能只是材料的羅列，應(yīng)對(duì)大量的事實(shí)、材料進(jìn)行分析、研究，使感性認(rèn)識(shí)上升到理性認(rèn)識(shí)。省級(jí)期刊主管單位是省級(jí)單位。機(jī)器人的種類之多，應(yīng)用之廣，影響之深，是我們始料未及的。 （ 3）．工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)向基于 PC 機(jī)的開放型控制器方向發(fā)展，便于標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化；器件集成度提高，控制柜日見小巧，且采用模塊化結(jié)構(gòu)；大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。這是一種誤解。其中最為突出的是水下機(jī)器人， 6000 米水下無纜機(jī)器人的成果居世界領(lǐng)先水平，還開發(fā)出直接遙控機(jī)器人、雙臂協(xié)調(diào)控制機(jī)器人、爬壁機(jī)器人、管道機(jī)器人等機(jī)種；在機(jī)器人視覺、力覺、觸覺、聲覺等基礎(chǔ)技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用上開展了不少工作，有了一定的發(fā)展基礎(chǔ)。在我國，近幾年來也有較快的發(fā)展，并取得一定的效果，受到機(jī)械工業(yè)和鐵路工業(yè)部門的重視。工業(yè)中采用的鍛造操作機(jī)也屬于 這一范疇。 同年，美國機(jī)械鑄造公司也實(shí)驗(yàn)成功一種叫 Versatrap機(jī)械手，原意是靈活搬運(yùn)。并逐步發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng) FMS（ Flexible Manufacturing System）和柔性制造單元 FMC(Flexible Manufacturing Cell)中重要的一環(huán)。 國內(nèi)外機(jī)械人發(fā)展趨勢(shì) 在普及第一代工業(yè)機(jī)器人的基礎(chǔ)上，第二代工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)推廣，成為 主流安裝機(jī)型，第三代智能機(jī)器人也占有一定比重 (占日本 1998 年安裝臺(tái)數(shù)的 10%，銷售額的 36% )。新一代的伺服電機(jī)與基于微處理器的智能伺服控制器相結(jié)合已由 FANUC等公司開發(fā)并用于工業(yè)機(jī)器人中 。而另一種并聯(lián)結(jié)構(gòu)的 NC機(jī)器人，其位置重復(fù)精度達(dá) limo 90 年代末的機(jī)器人一般都具有兩、三種功能，向多功能化方向發(fā)展。因此迫切需要解決產(chǎn)業(yè)化前期的關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行全面規(guī)劃，搞好系列化、通用化、?；O(shè)計(jì)，積極推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。同時(shí)要提高速度，減少?zèng)_擊，正確定位，以更好地發(fā)揮機(jī)械手的作用。 手臂的作用是引導(dǎo)手指準(zhǔn)確得抓住工件，并運(yùn)送到所需要的位置上。 11 氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)所采用的元件為氣壓缸、氣馬達(dá)、氣閥等。一般用凸輪連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作。更復(fù)雜的機(jī)械手（機(jī)械人）則采用數(shù)字控制系統(tǒng)、小型計(jì)算器或微處理機(jī)控制的系統(tǒng)。它的動(dòng)作程序可以按照工作需要來改變，大概是采用順序控制系統(tǒng)。 控制方式分為開關(guān)式和伺服式兩種。 本次設(shè)計(jì)的意義 本次設(shè)計(jì)的對(duì)象是湖南省湘潭江麓機(jī)械有限公司所設(shè)計(jì)制造的七桿機(jī)械手，主要是對(duì)此機(jī)械手進(jìn)行實(shí)體改造。 13 第 二 章 平衡臂機(jī)械手機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 機(jī)械手機(jī)構(gòu)的分析與設(shè)計(jì) 機(jī)械手的自由度 機(jī)械手要像人的手一樣完成各種動(dòng)作是比較困難的。自由度少，通用性越差，但是技術(shù)上容易達(dá)到，結(jié)構(gòu)簡單，使用和維修方便。 由圖一計(jì)算其他尺寸： 圖中虛線所示位置就是當(dāng)機(jī)械手將工件舉到最高時(shí)候的位置，實(shí)線所示的位置就是機(jī)械手在地面高度抓取工件的位置。壓力油經(jīng)過管道及一些控制調(diào)節(jié)裝置等進(jìn)入油缸，推動(dòng)活塞桿運(yùn)動(dòng)，從而使手臂作伸縮、升降等運(yùn)動(dòng)，將油液的壓力能又轉(zhuǎn)化成機(jī)械能。 制調(diào)節(jié)裝置 如單向閥、溢流閥、換向閥、節(jié)流閥、調(diào)速閥、減壓閥、順序閥等。 輸出力和運(yùn)動(dòng)速度在一定的油缸結(jié)構(gòu)尺寸下，主要決定于油液的壓力和流量，通過調(diào)節(jié)相應(yīng)的壓力和 流量控制閥，能比較方便地控制輸出功率。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斷通電，使電磁鐵按程序動(dòng)作實(shí)現(xiàn)液壓系統(tǒng)的自動(dòng)控制。因它還能在液壓系統(tǒng)過載時(shí)被打開，使油液排回油箱，以保證系統(tǒng)的安全，其回路如圖所示： 在機(jī)械手各 油缸不工作的時(shí)候，油泵電機(jī)又不停止工作的情況下，為減少油泵的功 率損耗，節(jié)省動(dòng)力，降低系統(tǒng)的發(fā)熱，使油泵在低負(fù)荷下工作，可采用卸荷回路。如圖所示： 1. 油缸 采用了單向順序閥做平衡閥實(shí)現(xiàn)任意位置鎖緊的回路。 （ 3）同步控制回路 這個(gè)機(jī)械手，要求以同樣的速度或同樣的位置進(jìn)行動(dòng)作，即實(shí)現(xiàn)同步動(dòng)作。 此外，電磁閥由于受到電磁吸力較小的限制，它的流量一般是在 63 升 /分以下。 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單緊湊，軸向尺寸小，重量輕，安裝方便，便于整機(jī)布局，機(jī)械效率高。 2? =3 米 /分 算的 Q2 = 升 /分 （二）驅(qū)動(dòng)油缸的油泵的壓力和流量要求 1．確定油泵的工作壓力 P泵 ? p+ p?? 公斤 /厘米 2 式中 P—— 油缸的最大工作壓力 （公斤 /厘米 2 ） p?? —— 壓力油路（即進(jìn)油路）各部分壓力損失之和，其中包括各種元件的局部損失和管道的沿程損失，即 p?? = pp?? ???局 沿 （公斤 /厘米 2 ） 一般液壓機(jī)械手的管路都不很長，壓力損失主要是通過各元件的局部壓力損失。 根據(jù)所用的油泵以及工作溫度，選擇使用的黏度，查手冊(cè)，選用 46 號(hào)。 根據(jù)伊頓 威格士推薦的各類元件清潔度等級(jí)選擇過濾器，本設(shè)計(jì)中所才用的清潔度為18/16/14，根據(jù)手冊(cè)中所推薦的過濾精度，采用 10 毫米。 油路塊的設(shè)計(jì) 1. 油路塊的各平面的銑削和磨削余量不小于 2mm，油路塊上安裝閥的平面表面粗糙度不大于 . 2. 孔道相交處要去毛刺。 各油路板的裝配圖： 油路板 1： 31 油路板 2： 油路板 3： 32 第 五 章 PLC 控制回路的設(shè)計(jì) 電磁鐵動(dòng)作順序 1YA 2YA 3YA 4YA 5YA 6YA 7YA 8YA 9YA 10YA 手指夾緊 + 手腕逆時(shí)回轉(zhuǎn) + + 大臂上升 + + 大臂逆時(shí)回轉(zhuǎn) + + 大臂下降 + + 水平臂伸出 + + 手腕順時(shí)回轉(zhuǎn) + + 手指松開 + 水平臂縮回 + 大臂順時(shí)回轉(zhuǎn) + 電 磁 鐵 動(dòng) 作 33 電氣控制原理圖 34 35 36 現(xiàn)場器件與 PLC內(nèi)部等效繼電器對(duì)照表 根據(jù)機(jī)械手的動(dòng)作順序表，選定電磁閥、開關(guān)等現(xiàn)場器件相對(duì)應(yīng)的 PLC 內(nèi)部等效繼電器的地址編號(hào)，其對(duì)照表如下： 現(xiàn)場器件與 PLC內(nèi)部等效繼電器對(duì)照表 現(xiàn) 場 器 件 內(nèi)部繼電器地址 說 明 輸 入 1SB 2SB 1ST 2ST 3ST 4ST 5ST 6ST 7ST 8ST X000 X001 X002 X003 X004 X005
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