【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(zhuǎn)換為油液的壓力能，用這壓力油驅(qū)動整個液壓系統(tǒng)工作。 1 壓力控制 回路 ① 調(diào)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(shè)置溢流閥，用它來調(diào)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(diào)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(guān)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(fù)運動和正反向轉(zhuǎn)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(diào)節(jié)回路和相應(yīng)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(dāng)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(jīng)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(jīng)單向閥 14 和 13，經(jīng)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(dǎo)向桿作前伸運動（因活塞缸固定），手臂前伸到適當(dāng)位置，裝在手臂上的碰鐵碰行程開關(guān)發(fā)出電信號，經(jīng)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(jīng)發(fā)出電信號。經(jīng)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(jīng) QI（ 31）的單向閥進入手臂回轉(zhuǎn)油缸一腔使手臂回轉(zhuǎn) 115176。 當(dāng)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(jīng)過人工啟動） ，經(jīng)過步進選線器跳步，使機械手開始按程序動作。當(dāng)活塞要上升時，壓力油液經(jīng)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(yīng)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(jù)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(zhuǎn)缸效率中 ， 則 M=M?慣驅(qū)， 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(zhuǎn)部件（包括工件）對回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動慣量。= ② F密 的計算 ： 當(dāng)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(qū)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(qū)動力 k2= 30 76 4 F N?? ? ? ?理實 式中： k—— 安全系數(shù)， k=2； η —— 傳力機構(gòu)機械效率， η =. (2) 確定液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸 液壓缸內(nèi)徑的結(jié)構(gòu)尺寸，如圖，當(dāng)進入無桿腔 21= 4DF F p ???? 當(dāng)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(qū)動力 1p —— 液壓缸的工作壓力 d—— 活塞桿直徑 D—— 液壓缸內(nèi)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(shè)計 計算 為便于進行液壓機械手的設(shè)計計算，我們分別敘述伸縮液壓缸、升降液壓缸、回轉(zhuǎn)液壓缸的設(shè)計計算，解決臂部運動驅(qū)動力的計算問題，結(jié)合前面有關(guān)臂部和機身的結(jié)構(gòu)設(shè)計，最終定出臂部和機身的結(jié)構(gòu)。如 下 圖所示，在導(dǎo)向桿 1的尾端用支承架 4 將兩個導(dǎo)向桿連接起 來，支承架的兩側(cè)安裝兩個滾動軸承 2，當(dāng)導(dǎo)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(dǎo)向桿之間，由導(dǎo)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)、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(jù)機械手的抓取重量、運動形式、自由度數(shù)、運動速度及其定位精度的要求來設(shè)計手臂的結(jié)構(gòu)型式。m2 ） J工件 ——工件對手腕回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動慣量 （ kg (二 ) 腕部的結(jié)構(gòu)形式 本機械手采用回轉(zhuǎn)油缸驅(qū)動實現(xiàn)腕部回轉(zhuǎn)運動，結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，但密封性差，回轉(zhuǎn)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(chǎn)生的慣性力、振動以及傳力機構(gòu)效率的影響，其實際的驅(qū)動力 F 實際應(yīng)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(dāng)它 的移動速度為 250mm/s， 系統(tǒng)達到最高速度的時間根據(jù)設(shè)計參數(shù)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(zhuǎn)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)及型式根據(jù)它的使用場合和被夾持工件的形狀，尺寸，重量，材質(zhì)以及被抓取部位等的不同而設(shè)計各種類型的手部結(jié)構(gòu)，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(guān)檢測位置，精度低，故一般與機械擋塊聯(lián)合應(yīng)用 。/s 手臂伸縮速度 V 臂伸 = 750 mm/s 手臂回轉(zhuǎn)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(jù)生產(chǎn)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(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國外比還有一定的距離，如：可靠性低于國外產(chǎn)品；機器人應(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；在應(yīng)用規(guī)模上，我國已安裝的國產(chǎn)工業(yè)機器人約 200臺，約占全球已安裝臺數(shù)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(yīng)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(yīng)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(chǎn)物，它是工 業(yè)以及非產(chǎn)業(yè)界的重要生產(chǎn)和服務(wù)性設(shè)備，也是先進制造技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的自動化設(shè)備。 涉密論文按學(xué)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(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)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(lǐng)域，從天上到地下，從工業(yè)拓廣到 農(nóng)業(yè) 、林、牧、漁，甚至進入尋常百姓家。例如關(guān)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(guān)節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造機器人整機；國外已有模塊化裝配機器人產(chǎn)品問市。 （三） 我國工業(yè)機器人的發(fā)展 有人認為，應(yīng)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(yīng)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(shè)計時應(yīng)考慮的幾個問題 1. 應(yīng)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(yīng)考慮在傳送或操作過程中所產(chǎn)生的慣性力和振動，以保證工件不致產(chǎn)生松動或脫落。 (三 ) 驅(qū)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(jié)構(gòu)。~40176。 2K —— 工作情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響。 其中： K—— 擰緊螺紋的系數(shù)，取 K=3 1K —— 螺紋連接處的摩擦系數(shù)， 1 ? 0d —— 螺紋外徑， 0 ? 1d —— 螺紋底徑， 1 ? Z—— 螺釘數(shù)量， Z=4 17 二、 腕部的結(jié)構(gòu) (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(zhuǎn)液壓缸，定片 1 與缸體 2 固定連接，動片 3 與轉(zhuǎn)軸 5 固定連接，當(dāng) a、 b 口分別進出油時，動片帶動轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn)，達到手腕回轉(zhuǎn)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(fù)運動是采用液壓驅(qū)動的活塞油缸。它根據(jù)手臂的安裝形式，具體的結(jié)構(gòu)和抓取重量等因素加以確定，同時在結(jié)構(gòu)設(shè)計和布局上應(yīng)盡量減少運 動部件的重量和減少手臂對回轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)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(shè)計 計算 25 (1) 作水平伸縮在線運動液壓缸的驅(qū)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(dǎo)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 ?！仙龝r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(qū)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(yīng)高壓油液，以驅(qū)動油缸運動而做功。 根據(jù)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(diào)速閥等進行調(diào)節(jié)。