【正文】 目前在液壓系統(tǒng)中使用的電磁閥，按其電源的不同，可分為交流電磁閥（ D 型）和直流電磁閥（ E 型）兩種。 上料機械手的動作順序 本液壓傳動上料機械手主要是從一個地方拿到工件后，橫移一定的距離后把工件給立式精鍛機 進行加工。該系統(tǒng)選用功率 N = 千瓦的電動機，帶動雙聯(lián)葉片泵 YB35/18 ，其公稱壓力為 60*105 帕，流量為 35 升 /分 +18升 /分 =53 升 /分，系統(tǒng)壓力調(diào)節(jié)為 30*105 帕，油箱容積選為 250升。 在手臂回轉(zhuǎn)后的定位所用的定位油缸支路要比系統(tǒng)壓力低，為此在定位油缸支路前串有減壓閥（ J10），使定位油缸獲得適應(yīng)壓力為 15—18*105 帕 ，同時還給電液動滑閥（或稱電液換向閥，34DY63B）來實現(xiàn)，空載卸荷不致使油溫升高。在延時結(jié)束時， 3DT 斷電，手指夾緊料；并同時發(fā)信、跳步，使電磁鐵 4DT 通電，壓力油從工作油路 39 經(jīng)電液換向閥 33 右邊通道、單向調(diào)速閥34 的單向閥及單向順序閥 35 的單向閥進入手臂升降油缸的下腔，推動手臂上升。 經(jīng)步進選線器跳步，使電磁鐵 1DT 通電，手臂前伸；當(dāng)手臂將棒料送到立式精鍛機的夾頭軸線前的適當(dāng)距離，手臂的碰鐵碰行程開關(guān)， 1DT 斷電，手臂靠滑行和定位螺釘使手臂將棒料送到夾頭軸線處；并發(fā)出電信號、跳步使 12DT 通電，大泵卸荷，手臂處于 “中停 ”位置，同時發(fā)出電信號使立式精鍛機啟動，夾頭下降，行程開關(guān)發(fā)信，通過時間繼電器使夾頭閉合將棒料夾牢，精鍛機電控系統(tǒng)發(fā)信，給機械手電控系統(tǒng)，經(jīng)過選線器跳步，時間繼電器延時使 3DT 通電，機械手手指松開（同時，精鍛機的電控系統(tǒng)發(fā)信使夾頭提升），延時到 3DT 斷電，手指閉合，并發(fā)出電信號，步選器跳步， 2DT 通電，手臂縮回。手腕上的碰鐵碰行程開關(guān)使 6DT 斷電，換向閥 18復(fù)位成 “O”型滑閥機能狀態(tài)，同時亦使 8DT 斷電 ，定位油缸復(fù)位（拔銷）；壓力繼電器復(fù)位，發(fā)出電信號。 當(dāng)電動機啟動，帶動雙聯(lián)葉片泵 3 和 8 回轉(zhuǎn)，油液從油箱 1 中通過網(wǎng)式濾油器 2 和 7，經(jīng)過葉片泵被送到工作油路中去，如果機械手還未啟動，則油液通過二位二通電磁閥 5 和 10（電磁鐵 11DT和 12DT 通電）進行卸荷。工作時油泵輸出的壓力油進入升降油缸上腔，作用在順序閥的壓力增加使之接通，活塞便向下運動。 → 插定位銷 → 手臂前伸 → 手臂中停 （此時立式精鍛機的卡頭下降 → 卡頭夾料，大泵卸荷） → 手指松開（此時精鍛機的卡頭夾著料上升） → 手指閉合 → 手臂縮回 → 手臂下降 → 手腕反轉(zhuǎn) （手腕復(fù)位） → 拔定位銷 → 手臂反轉(zhuǎn)（上料機械手復(fù)位） → 立柱回移（回到起始位置） → 待料（一個循環(huán)結(jié)束）卸荷。 機械手的液壓傳動系統(tǒng) 液壓系統(tǒng)圖的繪制是設(shè)計液壓機械手的主要內(nèi)容之一。其原因是負荷變化會引起油缸速度的變化，使速度穩(wěn)定性差。在停機時，單向閥把系統(tǒng)能夠和油泵隔斷，防止系統(tǒng)的油液通過油泵流回油箱，避免空氣混 入，以保證啟動時的平穩(wěn)性。 32 為了使機械手手臂在移動過程中停止在任意位置上，并防止因外力作用而發(fā)生位移，可采用鎖緊回路，即將油缸的回油路關(guān)閉，使活塞停止運動并鎖緊。 ③ 控制調(diào)節(jié)裝置 各種閥類，如單向閥、溢流閥、節(jié)流閥、調(diào)速閥、減壓閥、順序閥等，各起一定作用，使機械手的手臂、手腕、手指等能夠完成所要求的運動。手臂在運動時所能克服的摩擦阻力大小，以及夾持式手部夾緊工件時所需保持的握力大小，均與油液的壓力和活塞的有效工作面積有關(guān)。 若軸承處的摩擦力忽略不計，則 =M +MM驅(qū) 慣 封 ，在設(shè)計計算時，為簡化計算 M封 可不計。 —— 當(dāng)量摩擦系數(shù)，取 181。本機械手采用齒條缸式臂回轉(zhuǎn)機構(gòu)，如圖 6 所示，回轉(zhuǎn)運動由齒條活塞桿 8 驅(qū)動齒輪，帶動配油軸和缸體一起轉(zhuǎn)動，再通過缸體上的平鍵 9 帶動外套一起轉(zhuǎn)動實現(xiàn)手臂的回轉(zhuǎn)。 如圖 5所示，對于伸縮行程大的手臂，為了防止導(dǎo)向桿懸伸部分的彎曲變形，可在導(dǎo)向桿尾部增設(shè)輔助支承架，以提高導(dǎo)向桿的剛性。導(dǎo)向桿 3在導(dǎo)向套 4 內(nèi)移動，以防止手臂伸縮時的轉(zhuǎn)動（并兼做手腕回轉(zhuǎn)缸 6 及手部 7 的夾緊油缸用的輸油管道）。為提高機器人的運動速度，要盡量減少臂部運動部分的重量，以減少偏重力矩和整個手臂對回轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動慣量。手臂的各種運動通常由驅(qū)動機構(gòu)和各種傳動機構(gòu)來實現(xiàn)，因此，它不僅僅承受被抓取工件的重量，而且承受手部、手腕、和手臂自身的重量。m） 3. 腕部啟動時的慣性阻力矩 M 慣 ① 當(dāng)知道手腕回轉(zhuǎn)角速度 ? 時，可用下式計算 M慣 M ( ) tJJ ???慣 工件 式中 ?——手腕回轉(zhuǎn)角速度 （ 1/s） t——手腕啟動過程中所用時間（ s），（假定啟動 過程中近為加速運動） 一般取 ～ J——手腕回轉(zhuǎn)部件對回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動慣量（ kg 另外，通往手腕油缸的管道盡量從手臂內(nèi)部通過，以便手腕轉(zhuǎn)動時管路不扭轉(zhuǎn)和不外露，使外形整齊。 4. 缸筒兩端部的計算 ① 缸筒底部厚度的計算 此夾緊缸采用了平行缸底，且底部設(shè)有油孔，則底部厚度為 m a x0p0 . 4 3 3 6 . 8[ ] ( d )Dh D m mD???? 考慮結(jié)構(gòu)要求，取 h=10mm 式中： D—— 缸筒內(nèi)徑 maxP —— 液壓缸最大工作壓力，取 m ax 25NP P MP?? []? —— 缸底材料的許用應(yīng)力，材料為 45 號鋼， 600[ ] 1 2 05b MPn?? ? ? ?， n為安全系數(shù)，取 n=5。綜合前面驅(qū)動力的計算方法，可求出驅(qū)動力的大小。 手指握緊工件時所需的力稱為握力（即夾緊力），假想握力作用在過手指與工件接觸面的對稱平面內(nèi)，并設(shè)兩力的大小相等，方向相反，以 NF 表示。 3. 應(yīng)保證工件的準確定位 為使手指和被夾持工件保持準確的相對位置，必須根據(jù)被抓取工件的形狀，選擇相應(yīng)的手指形狀。 10 一、 手部結(jié)構(gòu) (一 ) 概述 手部是機械手直接用于抓取和握緊工件或夾持專用工具進行操作的部件，它具有模仿人手的功能，并安裝于機械手手 臂的前端。 本機械手采用行程開關(guān)式。 液壓上料機械手的各運動速度如下： 手腕回轉(zhuǎn)速度 V 腕回 = 45176。110176。本液壓機械手的臂力為 N 臂 =1650（ N），安全系數(shù) K 一般 可在 ~3，本機械手取安全系數(shù) K=2。 我國的工業(yè)機器人從 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器人操作機的設(shè)計制造技術(shù)、控制系統(tǒng)硬件和 軟件設(shè)計技術(shù)、運動學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù)，生產(chǎn)了部分機器人關(guān)鍵元器件，開發(fā)出噴漆、弧焊、點焊、裝配、搬運等機器人；其中有 130 多臺套噴漆機器人在二十余家企業(yè)的近 30 條自動噴漆生產(chǎn)線（站）上獲得規(guī)模應(yīng)用，弧焊機器人已應(yīng)用在汽車制造廠的焊裝線上。 （ 6）．當(dāng)代遙控機器人系統(tǒng)的發(fā)展特點不是追求全自治系統(tǒng)，而是致力于操作者與機器人的人機交互控制，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)，使智能機器人走出實驗室進入實用化階段。它對穩(wěn)定、提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，改善勞動條件和產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代起著十分重要的作用。本人授權(quán) 大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。盡我所知，除文中特別加以標注和致謝的地方外， 不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。hydraulic system 。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中 以明確方式標明。機器人的種類之多，應(yīng)用之廣，影響之深，是我們始料未及的。 （ 3）．工業(yè)機器人控制系統(tǒng)向基于 PC機的開放型控制器方向發(fā)展，便于標準化、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器人， 6000 米水下無纜機器人的成果居世界領(lǐng)先水平，還開發(fā)出直接遙控機器人、雙臂協(xié)調(diào)控制機器人、爬壁機器人、管道機器人等機種；在機器人視覺、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)。 8 本機械手的動作范圍確定如下： 手腕回轉(zhuǎn)角 度 177。機械手的運動速度與臂力、行程、驅(qū)動方式、緩沖方式、定位方式都有很大關(guān)系，應(yīng)根據(jù)具體情況加以確定。機座式結(jié)構(gòu)多為工業(yè)機器人所采用，機座上可以裝上獨立的控制裝置，便于搬運與安放，機座底部也可以安裝行走 機構(gòu)，已擴大其活動范圍，它分為手臂配置在機座頂部與手臂配置在機座立柱上兩種形式，本機械手采用手臂配置在機座立柱上的形式。除一些專用機械手外，大多數(shù)機械手均需進行專門的控制系統(tǒng)的設(shè)計。 2. 手指間應(yīng)有一定的開閉角 兩個手指張開與閉合的兩個極限位置所夾的角度稱為手指的開閉角。在拉桿 3 作用下銷軸 2 向上的拉力為 F，并通過銷 軸中心 O點，兩手指 1 的滑槽對銷軸的反作用力為 1F 、 2F ， 其力的方向垂直于滑槽中心線 OO1 和 OO2并指向O 點 ， 1F 和 2F 的延長線交 O1O2 于 A 及 B， ∠ AOC=∠ BOC=α。這里取角 α=30176?？山瓢聪率焦浪? 2 1 aK g??=，其中 20 .2 5 0 .5 /0 .5va m st?? ? ? 3K —— 方位系數(shù)，根據(jù)手指與工件形狀以及手指與工件位置不同進行選定按《工業(yè)機械手設(shè)計》表 22 選取 3 4K? 。設(shè)計腕部時要注意以下幾點： ① 結(jié)構(gòu)緊湊，重量盡量輕。當(dāng)回轉(zhuǎn)油缸的兩腔分別通入壓力油時，驅(qū)動動片連同夾緊油缸缸體和指座一同轉(zhuǎn)動，即為 手腕的回轉(zhuǎn)運動。 回轉(zhuǎn)缸簡圖 1定片 2缸體 3動片 4密封圈 5轉(zhuǎn)軸 式中： M總 —— 手腕回轉(zhuǎn)時的總的阻力矩 p—— 回轉(zhuǎn)液壓缸的工作壓力 R—— 缸體內(nèi)孔半徑 r—— 輸出軸半徑 b—— 動片寬度 22()M= 2pb R r M? ?總 22 三、 臂部的結(jié)構(gòu) (一 ) 概述 臂部是機械手的主要執(zhí)行部件，其作用是支承手部和腕部，并將被抓取的工件傳送到給定位置和方位上，因而一般機械手的手臂有三個自由度，即手臂的伸縮、左右回轉(zhuǎn)和升降運動。所以常用鋼管作臂桿及導(dǎo)向桿，用工字鋼和槽鋼作支承板。由于活塞油缸的體積小、重量輕，因而在機械手的手臂機構(gòu)中應(yīng)用比較多。目前采用的導(dǎo)向裝置有單導(dǎo)向桿、雙導(dǎo)向桿、四導(dǎo)向桿和其他的導(dǎo)向裝置，本機械手采用的是 雙導(dǎo)向桿導(dǎo)向機構(gòu) 。其導(dǎo)向作用靠立柱的平鍵 9 實現(xiàn)。 其 理論 驅(qū)動力可按下式計算： = + + +F F F F F回理 慣摩 密 估計參與手臂伸縮運動部件總重量 G (1 0 3 0 ) 9 .8 3 9 2 N? ? ? ?,且重心位置距導(dǎo)向套前端面距離為 200mm。 則： = + + + 0 . 1 6 0 . 0 3 0 . 0 5 6 2 . 5 4 9 0F F F F F G F F F? ? ? ? ? ?回 慣摩 密 得出， F=727N k2= F 72 7 18 17 .?? ? ? ?實 ② 結(jié)構(gòu)尺寸的確定 缸內(nèi)徑計算： 64 4 1 8 1 7 . 5 3 4 . 92 1 0 0 . 9 5FD m mp? ? ? ?? ? ?? ? ?， 取 D=160mm 根據(jù)強度要求，計算活塞桿直徑 d: 64 4 1 8 1 7 . 5 4 . 8[ ] 1 0 0 1 0Fd m m? ? ? ?? ? ??? ， 1 802d D mm?? 結(jié)構(gòu)上，活塞桿內(nèi)部裝有花鍵及花鍵套，能實現(xiàn)導(dǎo)向作用，同時可使活塞桿在升降運動中傳動平穩(wěn)，且獲得較大剛度。 31 四、 液壓系統(tǒng)的設(shè)計 (一 ) 液壓系統(tǒng)簡介 機械手的液壓傳動是以有壓力的油液作為傳遞動力的工作介質(zhì)。手臂做直線運動，液動機就是手臂伸縮油缸。此機械手采用二位二通電磁閥控制溢流閥遙控口卸荷回路。當(dāng)一旦電機停止轉(zhuǎn)動，油泵不再向外供油，系統(tǒng)中原有的高壓油液具有一定能量，將迫使油泵反方向轉(zhuǎn)動，結(jié)果產(chǎn)生噪音，加速油泵的磨損。 節(jié)流調(diào)速閥的優(yōu)點是：簡單可靠、調(diào)速范圍較大、價格便宜。交流電磁閥的使用電壓一般為 220V（也有 380V 或 36V），直流電磁閥的使用電壓一般為 24V（或 110V）。它的動作順序是：待料（即起始位置。手臂的升降油缸及伸縮油缸工作時兩個油泵同時供油；手臂及手腕的回轉(zhuǎn)和手指夾緊用的拉緊油缸以及手臂回轉(zhuǎn)的定位油缸工作時只有小油泵供油，大泵自動卸荷。系統(tǒng)的壓力由溢流閥來調(diào)節(jié)。在手臂上升到預(yù)定位置，碰行程開關(guān)，使電磁鐵 4DT 斷電，電液換向閥 33 復(fù)位成 “O”型