【正文】 的組成 液壓傳動系統(tǒng)主要由以下幾個部分組成： ① 油泵 它供給液壓系統(tǒng)壓力油，將電動機輸出的機械能轉換為油液的壓力能，用這壓力油驅動整個液壓系統(tǒng)工作。 1 壓力控制 回路 ① 調壓回路 在采用定量泵的液壓系統(tǒng)中，為控制系統(tǒng)的最大工作壓力，一般都在油泵的出口附近設置溢流閥，用它來調節(jié)系統(tǒng)壓力，并將多余的油液溢流回油箱。其作用有二：第一是保護油泵。本機械手采用定量油泵節(jié)流調速回路。 3 方向控制回路 在機械手液壓系統(tǒng)中，為控制各油缸、馬達的運動方向和接通或關閉油路，通常采用二位二通、二位三通、二位四通電磁閥和電液動滑閥，由電控系統(tǒng)發(fā)出電信號，控制電磁鐵操縱閥芯換向，使油缸及油馬達的油路換向，實現(xiàn)直線往復運動和正反向轉動。 繪制液壓系統(tǒng)圖的一般順序是：先確定油缸和油泵，再布置中間的控制調節(jié)回路和相應元件，以及其他輔助裝置，從而組成整個液壓系統(tǒng)，并用液壓系統(tǒng)圖形符號，畫出液壓原理圖。 自動上料機械手液壓系統(tǒng)原理介紹 圖 9 機械手液壓系統(tǒng)圖 34 液壓系 統(tǒng)原理如圖 8所示。當反向進油時，油箱通過控制油路將單向閥芯頂開，使回油路接通，油液流回油箱。定位后此支油路系統(tǒng)壓力升高，壓力繼電器 40 發(fā)出電信號，經過步進選線器跳步使電磁鐵 1DT 通電，電液換向閥 25 從 “O”型滑滑機能狀態(tài)變成通路，壓力油泵從 3 和 8經單向閥 14 和 13，經過電液換向閥 25 右邊通道進入手臂伸縮油缸的右腔，使活塞桿帶動導向桿作前伸運動（因活塞缸固定），手臂前伸到適當位置，裝在手臂上的碰鐵碰行程開關發(fā)出電信號，經步進選線器和時間繼電器 延時，是電磁鐵 3DT 通電，手指 35 張開；手臂靠慣性滑行，手指移到待上料的中心位置。 步進選線器跳步，使 8DT 通電，定位油缸 17 動作，插定位銷，壓力繼電器 40 發(fā)出電信號經發(fā)出電信號。經步進選線器跳步，使電磁鐵 9DT 通電，換向閥 28 右 邊通道接通油路，壓力油經 QI（ 31）的單向閥進入手臂回轉油缸一腔使手臂回轉 115176。 當熱棒料到達上料的位置后，由于 1150℃ 的熱料使光電繼電器發(fā)出電信號（或經過人工啟動） ，經過步進選線器跳步，使機械手開始按程序動作。當活塞要上升時，壓力油液經單向閥進入升降油缸下腔而不會被順序閥所阻，這樣采用單向順序閥克服手臂等自重，以防下滑，性能穩(wěn)定可靠。 上述動作均由電控系統(tǒng)發(fā)信控制相應的電磁換向閥，按程序依次步進動作而實現(xiàn)的。液壓系統(tǒng)圖是各種液壓元件為滿足機械手動作要求的有機聯(lián)系圖。其原因是負荷變化會引起節(jié)流閥進出油口的壓差變化，因而使通過節(jié)流閥的流量以至油缸的速度變化。 2 速度控制回路 液壓機械手各種運動速度的控制，主要是改變進入油缸的流量 Q。本機械手采用單向順序閥做平衡閥實現(xiàn)任意位置鎖緊的回 路。 (三 )機械手液壓系統(tǒng)的控制回路 機械手的液壓系統(tǒng)，根據機械手自由度的多少，液壓系統(tǒng)可繁可簡，但是總不外乎由一些基本控制回路組成。手臂做各種運動的速度決定于流入密封油 缸中油液容積的多少。直接計入回轉缸效率中 ， 則 M=M?慣驅， η 取 0M =J wt??慣 式中： w? —— 角速度變化量（ rad/s） t? —— 啟動過程時間， ～ ,取 ?? 0J —— 手臂回轉部件（包括工件）對回轉軸線的轉動慣量。= ② F密 的計算 ： 當液壓缸的工作壓力小于 a10MP ，活塞桿直徑 為液壓缸直徑的一半，則活塞和活塞桿都采用 O 型密封圈，此時液壓缸的密封阻力為： = + = 0 .0 3F F F F驅桿活 塞密 26 ③ F回 計算 ： 一般背壓阻力較小， F回 取 ④ F慣 的計算： v 392 = ????慣 式中 ： Δ v—— 由靜止加速到常速的變化量 Δ t—— 起動 過程時間，一般取 ～ ，取Δ t= 則： = + + + 1 3 1 . 1 0 . 0 3 0 . 0 5 1 5 0F F F F F F F? ? ? ?回理 理 理慣摩 密 得： F理 = 實際驅動力 k2= 30 76 4 F N?? ? ? ?理實 式中： k—— 安全系數， k=2； η —— 傳力機構機械效率， η =. (2) 確定液壓缸的結構尺寸 液壓缸內徑的結構尺寸，如圖，當進入無桿腔 21= 4DF F p ???? 當油進入有桿腔 222 ()= 4DdF F p ????? 液壓缸的有效面積： 1FS p? 27 因此，64 4 7 6 4 2 2 . 82 1 0 0 . 9 5FD m mp? ? ? ?? ? ?? ? ?， 取 D=63mm 式中： F—— 驅動力 1p —— 液壓缸的工作壓力 d—— 活塞桿直徑 D—— 液壓缸內徑 η —— 液壓缸機械效率，在工程機械中用耐油橡膠可取 。 (四 ) 手臂的設計 計算 為便于進行液壓機械手的設計計算，我們分別敘述伸縮液壓缸、升降液壓缸、回轉液壓缸的設計計算，解決臂部運動驅動力的計算問題，結合前面有關臂部和機身的結構設計，最終定出臂部和機身的結構。如 下 圖所示，在導向桿 1的尾端用支承架 4 將兩個導向桿連接起 來，支承架的兩側安裝兩個滾動軸承 2，當導向桿隨同伸縮缸的活塞桿一起移動時，支承架上的滾動軸承就在支承板 3 的支承面上滾動。由于手臂的伸縮油缸安裝在兩導向桿之間，由導向桿承受彎曲作用 ，活塞桿只受拉壓作用，故受力簡單，傳動平穩(wěn)，外形整齊美觀，結構緊湊。 ④ 運動要平穩(wěn)、定位精度要高 由于臂部運動速度越高、重量越大，慣性力引起的定位前的沖擊也就越大，運動即不平穩(wěn)，定位精度也不會高。手臂的結構、工作范圍、靈活性以及抓重大小（即臂力）和定位精度等都直接影響機械手的工作性能，所以必須根據機械手的抓取重量、運動形式、自由度數、運動速度及其定位精度的要求來設計手臂的結構型式。m2 ） J工件 ——工件對手腕回轉軸線的轉動慣量 （ kg (二 ) 腕部的結構形式 本機械手采用回轉油缸驅動實現(xiàn)腕部回轉運動，結構緊湊、體積小，但密封性差，回轉角度為177。 ② 缸筒底部聯(lián)接強度計算 缸筒底部采用 螺釘 聯(lián)接 法蘭式缸頭 ，材料為 35 號鋼，聯(lián)接圖如下： 15 圖 2 外卡環(huán)聯(lián)接圖 卡環(huán)尺寸一般?。? 125。為了考慮工件在傳送過程中產生的慣性力、振動以及傳力機構效率的影響，其實際的驅動力 F 實際應按以下公式計算，即： F =F /?計 算實 際 本機械手的工件只做水平和垂直平 移，當它 的移動速度為 250mm/s， 系統(tǒng)達到最高速度的時間根據設計參數選取，一般取 ～ ， 移動加速度為 2150 /mm s ， 工件重量 G 為 294N， V 型鉗口的夾角為 120176。由手指的力矩平衡條件，即 1( ) 0MF?? 得 1 NFh Fb? ? h=a/cosα 12 ? F= 22 cos Nb F a? ? 式中 a——手指的回轉支點到對稱中心線的距離（ mm）。例如圓柱形工件采用帶 ?V?形面的手指，以便自動定心。機械手結構型式不象人手，它的手指形狀也不象人的手指、它沒有手掌，只有自身的運動將物體包住，因此，手部結構及型式根據它的使用場合和被夾持工件的形狀，尺寸，重量，材質以及被抓取部位等的不同而設計各種類型的手部結構，它一般可分為鉗爪式，氣吸式，電磁式和其他型式。利用行程開關檢測位置，精度低，故一般與機械擋塊聯(lián)合應用 。/s 手臂伸縮速度 V 臂伸 = 750 mm/s 手臂回轉速度 V 臂回 = 110176。 手臂升降行程 100mm 3. 確定運動速度 機械手各動作的最大行程確定之后，可根據生產需要的工作拍節(jié)分配每個動作的時間，進而確定各動作的 運動速度。定位精度為 177。但總的來看，我國的工業(yè)機器人技術及其工程應用的水平和國外比還有一定的距離，如：可靠性低于國外產品；機器人應用工程起步較晚，應用領域窄，生產線系統(tǒng)技術與國外比有差距；在應用規(guī)模上，我國已安裝的國產工業(yè)機器人約 200臺，約占全球已安裝臺數的萬分之四。美國發(fā)射到火星上的 “索杰納 ”機器人就是這種系統(tǒng)成功應用的最著名實例。 機器人并不是在簡單意義上代替人工的勞動，而是綜合了人的特長和機器特長的一種擬人的電子機械裝置，既有人對環(huán)境狀態(tài)的快速反應和分析判 斷能力，又有機器可長時間持續(xù) 工作、精確度高、抗惡劣環(huán)境的能力，從某種意義上說它也是機器的進化過程產物，它是工 業(yè)以及非產業(yè)界的重要生產和服務性設備，也是先進制造技術領域不可缺少的自動化設備。 涉密論文按學校規(guī)定處理。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。The control system design including plotting the ladder diagram and selecting the control ponent. Key words Hydraulic manipulator。除了文中特別加以標注引用的內容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經發(fā)表或撰寫的成果作品。 到了近代 ，機器人一詞的出現(xiàn)和世界上第一臺工業(yè)機器人問世之后，不同功能的機器人也相繼出現(xiàn)并且活躍在不同的領域，從天上到地下，從工業(yè)拓廣到 農業(yè) 、林、牧、漁，甚至進入尋常百姓家。例如關節(jié)模塊中的伺服電機、減速機、檢測系統(tǒng)三 位一體化；由關節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構造機器人整機；國外已有模塊化裝配機器人產品問市。 （三） 我國工業(yè)機器人的發(fā)展 有人認為，應用機器人只是為了節(jié)省勞動力，而我國勞動力資源豐富，發(fā)展機器人不一定符合我國國情。 我國的智能機器人和特種機器人在 “863”計劃的支持下，也取得了不少成果。一個操作運動的軌跡是幾個動作的合成，在確定的工作范圍時，可將軌跡分解成單個的動作，由單個動作的行程確定機械手的最大行程。在滿足工作拍節(jié)要求的條件下，應盡量選取較底的運動速度。本機械手采用機座式。 控制系統(tǒng)也有不同的類型。 (二 ) 設計時應考慮的幾個問題 1. 應具有足夠的握力（即夾緊力） 在確定手指的握力時，除考慮工 件重量外，還應考慮在傳送或操作過程中所產生的慣性力和振動，以保證工件不致產生松動或脫落。 (三 ) 驅動力的計算 11 圖 1 滑槽杠桿式手部受力分析 如圖所示為滑槽式手部結構。~40176。 2K —— 工作情況系數，主要考慮慣性力的影響。 其中： K—— 擰緊螺紋的系數，取 K=3 1K —— 螺紋連接處的摩擦系數， 1 ? 0d —— 螺紋外徑， 0 ? 1d —— 螺紋底徑， 1 ? Z—— 螺釘數量， Z=4 17 二、 腕部的結構 (一 ) 概述 腕部是連接手部與臂部的部件，起支承手部的作用。夾緊缸體也指座固連成一體。 下圖為機械手的手腕回轉液壓缸，定片 1 與缸體 2 固定連接，動片 3 與轉軸 5 固定連接，當 a、 b 口分別進出油時，動片帶動轉軸回轉，達到手腕回轉目的 。弓字形截面彎曲剛度一般比圓截面大；空心管的彎曲剛度和扭曲剛度都比實心軸大得多。 手臂伸縮運動 這里實現(xiàn)直線往復運動是采用液壓驅動的活塞油缸。它根據手臂的安裝形式，具體的結構和抓取重量等因素加以確定，同時在結構設計和布局上應盡量減少運 動部件的重量和減少手臂對回轉中心的轉動慣量。由活塞桿帶動套筒 3做升降運動。 1. 手 臂水平伸縮 缸的設計 計算 25 (1) 作水平伸縮在線運動液壓缸的驅動力 手臂做水平伸縮運動時，首先要克服摩擦阻力，包括油缸與活塞之間的摩擦阻力及導向桿與支承滑套之間的摩擦阻力等，還要克服啟動過程中的慣性力 及加油背壓等幾方面的阻力 。——上升時為正，下降時為負?？梢詤⒖肌豆I(yè)機器人》表 41。 ② 液動機 壓力油驅動運動部件對外工作部分。 ② 卸荷回路 在機械手各油缸不工作時，油泵電機又不停止工作的情況下，為減少油泵的功率損耗，節(jié)省動力，降低系統(tǒng)的發(fā)熱，使油泵在低負荷下工作，所以采用卸荷回路。液壓系統(tǒng)工作時，油泵向系統(tǒng)供應高壓油液，以驅動油缸運動而做功。 根據各油泵的運動速度要求，可分別采用 LI 型單向節(jié)流閥、 LCI 型單向節(jié)流閥或 QI 型單向調速閥等進行調節(jié)。