【正文】 50mm 來設(shè)計。４、為保證工作時力的傳遞和運動的連貫，腕部結(jié)構(gòu)要有足夠的強度和剛度。４、機械手各關(guān)節(jié)的軸承間隙要盡可能小，以減小機械間隙所造成的運動誤差。通過增設(shè)導(dǎo)桿，能顯著提高機械手的運動剛度和穩(wěn)定性，比較好的解決了結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定性的問題。驅(qū)動裝置一般都帶有速度與位置傳感器，以及制動器。并在傳動鏈及運動副中采用間隙調(diào)整機構(gòu)，以減小反向空回所造成的運動誤差。 常用的傳動機構(gòu)形式常用的機械傳動機構(gòu)主要有螺旋傳動、齒輪傳動、鏈傳動、同步帶傳動等。在機械手中鏈傳動多用于腕傳動上，為了減輕機械手末端的重量，一般都將腕關(guān)節(jié)驅(qū)動電機安裝在小臂后端或大臂關(guān)節(jié)處。這里只采用一級齒輪傳動，采用大的傳動比（大于 100），齒輪采用高強度、高硬度的材料，高精度加工制造。但是因難于實現(xiàn)伺服控制，多用于程序控制的機械手中。關(guān)節(jié)機械手手臂一般都需要平衡裝置，以減小驅(qū)動器的負荷，同時縮短啟動時間。 具體設(shè)計方案因為本機械手采用圓柱坐標(biāo)型的結(jié)構(gòu)，而且在手臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計以及整個機械手的設(shè)計和布局中都重點考慮了機械手手臂的平衡問題，通過合理布局，優(yōu)化設(shè)計結(jié)構(gòu)，使得手臂本身盡可能達到平衡。 液壓傳動系統(tǒng)設(shè)計計算 確定液壓系統(tǒng)基本方案液壓執(zhí)行元件大體分為液壓缸和液壓馬達，液壓缸實現(xiàn)直線運動，液壓馬達實現(xiàn)回轉(zhuǎn)運動。 本設(shè)計的速度的控制主要采用節(jié)流調(diào)速，利用用比較簡單的節(jié)流閥來實現(xiàn)，而方向控制采用電磁換向閥來實現(xiàn)。 本設(shè)計的液壓系統(tǒng)采用定量泵供油，由溢流閥 V1 來調(diào)定系統(tǒng)壓力。壓力決定于外載荷，流量取決于液壓執(zhí)行元件的運動速度和結(jié)構(gòu)尺寸。為了達到這個目的，設(shè)計中采用了兩個導(dǎo)向桿，以滿足長行程活塞桿的穩(wěn)定性和導(dǎo)向問題。當(dāng)選擇升／降按鈕時，按下啟動按鈕，機械手上升；按下停止按鈕時，機械手上升。而水平方向的伸縮主要由電液伺服閥、伺服驅(qū)動器、感應(yīng)式位移傳感器構(gòu)成的回路進行調(diào)節(jié)控制。具體型號為 SIMATIC S7200 CPU224。伺服放大器具有傳感器反饋輸入端，給定的輸入信號和反饋信號進行比較后形成的控制信號經(jīng)過 PID 調(diào)節(jié)和功率放大后，驅(qū)動電液伺服閥對液壓缸進行伺服定位。經(jīng)過重新編制相應(yīng)的控制程序，就能夠比較容易的推廣到其他類似的加工情況。在此畢業(yè)設(shè)計過程中，尤其要感謝我的指導(dǎo)老師，他給我很多專業(yè)方面的幫助，讓我少走很多彎路。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠，設(shè)計周期短且造價較低。 控制系統(tǒng)原理分析由于機械手作業(yè)時，取、放工件和裝、卸工件都有較高的定位精度要求，所以在機械手控制中，除了要對垂直手臂、執(zhí)行手爪液壓缸和腰部步進驅(qū)動進行開環(huán)控制外，還要對水平手臂進行閉環(huán)伺服控制。機械手的每次循環(huán)都從原點位置開始動作。手臂垂直升降和水平伸縮由液壓實現(xiàn)驅(qū)動；手爪的夾緊與放松，通過柱塞缸與齒輪來實現(xiàn)；腰座旋轉(zhuǎn)通過步進電動機與齒輪來實現(xiàn)。2. 液壓泵的計算第 4 章 機械手控制系統(tǒng)的設(shè)計 硬件設(shè)計 操作面板布置操作面板布置如圖 42 所示：機械手的操作方式分為手動操作和自動操作兩種。同時具有比較大的彎矩和比較長的行程，這對液壓缸的穩(wěn)定性和剛度有較高的要求。另外，由于機械手垂直升降缸在工作時其下降方向與負荷重力作用方向一致，下降時有使運動速度加快的趨勢，為使運動過程的平穩(wěn)，同時盡量減小沖擊、振動，保證系統(tǒng)的安全性，采用 V2 構(gòu)成的平衡回路相升降油缸下腔提供一定的排油背壓，以平衡重力負載。為防止系統(tǒng)中雜質(zhì)流回油箱，可在回油路上設(shè)置磁過濾器。對于一般中小流量的液壓系統(tǒng)，通過換向閥的有機組合來實現(xiàn)所要求的動作。如圖 33 所示驅(qū)動方式為升頻升壓 ，步距角為 176?；钊狡胶庑枰鋫溆袑ｉT的液壓或氣動裝置，系統(tǒng)復(fù)雜，因此造價高，設(shè)計、安裝和調(diào)試都增加了難度，但是平衡效果好。而手爪的張開和夾緊通過液壓柱塞缸活塞與中間齒輪和扇形齒輪配合來實現(xiàn)，即手爪在柱塞缸推力作用下通過活塞桿端部齒條、中間齒輪及扇形齒輪使手指張開和閉合。具有速度快，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，維修方便、價格低等特點。而其腰座的回轉(zhuǎn)采用步進電動機驅(qū)動，而電動機不能作為直接驅(qū)動元件，因此為取得較大的轉(zhuǎn)矩，經(jīng)分析比較，選擇圓柱齒輪傳動。同時，為保證在同一驅(qū)動功率時，其加速度響應(yīng)最大，還要求其轉(zhuǎn)動慣量盡量小。但大的阻尼會使系統(tǒng)誤差增大，精度降低。由于齒輪傳動存在著齒側(cè)間隙，影響傳動精度，故僅采用一級齒輪傳動，采用大的傳動比（大于 100），同時為了減小傳動誤差，齒輪采用高強度、高硬度的材料，高精度加工制造。且腰座要安裝在足夠大的基面，以保證機械手在工作時整體安裝的穩(wěn)定性。同時，因為控制和具體工作的要求，機械手的手臂的結(jié)構(gòu)不能太大，若僅僅通過增大液壓缸的直徑來增大剛度，是不能滿足系統(tǒng)剛度要求的。２、為了提高機械手的運動速度與控制精度，應(yīng)在保證機械手手臂有足夠強度和剛度的條件下，盡可能在結(jié)構(gòu)上、材料上設(shè)法減輕手臂的重量。因此，手腕的自由度數(shù)，應(yīng)根據(jù)實際作業(yè)要求來確定。驅(qū)動活塞往復(fù)移動，通過活塞桿端部齒條，中間齒條及扇形齒條使手指張開或閉合。 典型結(jié)構(gòu)機械手手爪的典型結(jié)構(gòu)有以下五種：利用楔塊與杠桿來實現(xiàn)手爪的松、開，來實現(xiàn)抓取工件。機械手夾持器（手爪）的驅(qū)動方式主要有三種：這種驅(qū)動系統(tǒng)是用電磁閥來控制手爪的運動方向，用氣流調(diào)節(jié)閥來調(diào)節(jié)其運動速度。既根據(jù)其應(yīng)用場合設(shè)計手爪，在滿足作業(yè)要求的前提下，機械手手爪還要求體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊。關(guān)節(jié)型機械手的空間運動是由三個回轉(zhuǎn)運動實現(xiàn)的，如圖 。直角坐標(biāo)機械手的工作空間為一空間長方體，主要用于裝配作業(yè)及搬運作業(yè)。 發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢 目前，國內(nèi)外各種機械手和機械手的研究成為科研的熱點，其研究的現(xiàn)狀和大體趨勢如下：一．機械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展。在機械行業(yè)中，機械手越來越廣泛的得到應(yīng)用，它可用于零部件的組裝，加工工件的搬運、裝卸，特別是在自動化數(shù)控機床、組合機床上使用更為普遍?；?PLC 對機械手的控制系統(tǒng)進行了深入細致的設(shè)計，通過對機械手作業(yè)的工藝過程和控制要求的分析，設(shè)計了控制系統(tǒng)的硬件電路，同時編制了機械手的控制程序。同時對其控制系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)進行了理論分析和設(shè)計計算。其中機械手是其發(fā)展過程中的重要產(chǎn)物之一，它不僅提高了勞動生產(chǎn)的效率，還能代替人類完成高強度、危險、重復(fù)枯燥的工作，減輕人類勞動強度，可以說是一舉兩得。本機械手主要與數(shù)控機床組合最終形成生產(chǎn)線，實現(xiàn)加工過程的自動化和無人化。由于直線運動易于實現(xiàn)全閉環(huán)的位置控制，因此，其運動位置精度高，但此種類型機械手的運動空間相對較小，如要達到較大運動空間，則要求機械手的尺寸足夠大。這種機械手結(jié)構(gòu)簡單、成本較低，但精度不很高，主要應(yīng)用于搬運作業(yè)。機械手手爪設(shè)計有如下要求：１、機械手手爪是根據(jù)機械手作業(yè)要求來設(shè)計的。按手指的運動方式，可分為回轉(zhuǎn)型和移動型；按夾持方式來分，有外夾式和內(nèi)撐式兩種。液壓驅(qū)動方式是利用液壓系統(tǒng)進行控制，傳動剛度大，可實現(xiàn)連續(xù)位置控制。 具體設(shè)計方案結(jié)合具體的工作情況，本設(shè)計采用連桿杠桿式的手爪。但自由度的增加，必然使腕部結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，控制更困難，成本也會相應(yīng)增加。 機械手手臂結(jié)構(gòu)的設(shè)計 手臂結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求機械手的手臂在工作時，要承受一定的載荷，且其運動本身具有一定的速度，因此，機械手手臂的設(shè)計需要遵循以下設(shè)計要求：１、工作空間的形狀和大小與機械手手臂的長度，手臂關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動范圍有密切的關(guān)系，因此手臂尺寸設(shè)計應(yīng)合理，一般滿足其工作空間即可。因此手臂液壓缸的設(shè)計原則是液壓缸的直徑取得大一點（在整體結(jié)構(gòu)允許的情況下），再進行強度的較核。要有可靠的定位基準面和調(diào)整機構(gòu)。由于電機都不能直接驅(qū)動，并考慮到轉(zhuǎn)速以及扭矩的具體要求，故采用大傳動比的齒輪傳動系統(tǒng)進行減速和扭矩的放大。阻尼比越大，零件產(chǎn)生振動時最大振幅越小，衰減越快。齒輪傳動時，齒輪傳動形式及其傳動比必須是最佳匹配，應(yīng)滿足驅(qū)動部件與負載之間的位移及轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速的匹配要求，其輸入電動機為高轉(zhuǎn)速，低轉(zhuǎn)矩，而輸出則為低轉(zhuǎn)速，高轉(zhuǎn)矩，且系統(tǒng)要有足夠的剛度。 具體設(shè)計方案因為選用了液壓缸作為機械手的手臂，它既是關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，又是動力單元，因此不需要中間傳動機構(gòu)，既簡化了結(jié)構(gòu)，又提高了精度。適合于在承載能力大，慣量大以及在防火防爆的環(huán)境中工作的機械手。隨著機床加工的工件的不同，手臂伸出長度不同，要求手臂具有伺服定位能力，故采用電液伺服液壓缸進行驅(qū)動。其中液壓平衡系統(tǒng)平衡力大，體積小，有一定的阻尼作用；而氣動平衡系統(tǒng)，具有很好的阻尼作用，但體積比較大。 其中 110BYG550BSAKRMA0301 型步進電機矩頻特性曲線和相關(guān)技術(shù)參數(shù)。相應(yīng)的調(diào)速方式有節(jié)流調(diào)速、容積調(diào)速以及二者結(jié)合的容積節(jié)流調(diào)速；方向控制是用換向閥或是邏輯控制單元來實現(xiàn)。一般泵的入口要裝粗濾油器，進入系統(tǒng)的油液根據(jù)要求，通過精濾油器再次過濾。當(dāng) 5DT 得電時，工作液體經(jīng)由節(jié)流閥 V5 進入柱塞缸，實現(xiàn)手爪的輕緩抓緊；當(dāng) 6DT 失電時，工作液體進入柱塞缸中，實現(xiàn)手爪迅速松開。而且因為機械手要求具有一定的柔性，水平液壓缸活塞桿要求具有比較大的工作行程。（1）活塞桿直徑的較核 計算和選擇液壓元件1. 控制元件的選擇根據(jù)系統(tǒng)最高工作壓力和通過該閥的最大流量，在標(biāo)準元件的產(chǎn)品樣本中選取各控制元件。 工藝過程與控制要求機械手的動作有腰座的旋轉(zhuǎn)，垂直手臂的升降，水平手臂的伸縮及手爪的夾緊與松開。當(dāng)數(shù)控機床加工完一個工件時，發(fā)送下料命令給機械手，機械手接到命令后，PLC 馬上輸出脈沖驅(qū)動機械手逆時針轉(zhuǎn)動，當(dāng)轉(zhuǎn)過 90 度到位后，PLC 停止輸出脈沖，機械手停止轉(zhuǎn)動；→ 下降電磁閥通電，同時手爪柱塞缸電磁閥也通電，機械手下降且張開手爪，下降到位后碰到下限行程開關(guān)，下降電磁閥斷電，下降停止且手爪夾緊，夾緊已加工好的工件；→機床卡盤松開；→ 機械手開始前伸，將工件從機床上取出，準備運走；→ 上升電磁閥通電，機械手開始上升，上升到位后，碰到上限位開關(guān)，上升電磁閥斷電，上升停止；→ PLC 輸出高速脈沖，驅(qū)動機械手順時針轉(zhuǎn)動，當(dāng)轉(zhuǎn)過 90 度到位后，PLC 停止輸出脈沖，機械手停止轉(zhuǎn)動；→ 下降電磁閥通電，機械手下降，下降到位后碰到下限行程開關(guān)，下降電磁閥斷電，下降停止；→ 接著手爪柱塞缸電磁閥通電，手爪張開，放下工件準備離開；→ 接著上升電磁閥通電，機械手開始上升，上升到位后，碰到上限位開關(guān)，上升電磁閥斷電，上升停止同時手爪也閉合復(fù)原；→ 接著機械手水平手臂開始后縮，準備回原點，當(dāng)后縮到位時，后縮停止