【正文】 在此，我首先向?qū)煴硎菊\摯的感謝，并致以崇高的敬意 ! 在設(shè)計的過程中，得到了學院老師的大力支持和幫助，以及同學的通力合作，在我遇到困難，苦惱的時候，你們在一旁為我加油打氣，在生活中遇到頭疼事的時候你們給了我莫大的支持。真空破壞閥選 VX2 真空型。在此，取 K2=2。下圖為 110BYG550BSAKRMA0301型步進電機矩頻特性曲線和相關(guān)技術(shù)參數(shù)。這里同樣采用了導(dǎo)向桿機構(gòu)，圍繞垂直升降缸設(shè)置四根導(dǎo)桿，較好的解決了這一問題。 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。同時考慮機械手的工作載荷和工作現(xiàn)場環(huán)境對機械手布局以及定位精度的具體要求以及計算機的控制的因素，腰部的回轉(zhuǎn)用電機驅(qū)動實現(xiàn)，剩下的兩個運動均為直線運動。末級采用大功率三極管構(gòu)成橋式開關(guān)電路。根據(jù)要求和條件，如果選用無接觸感應(yīng)式氣缸，其限位開關(guān)是無接觸接近開關(guān)，這種開關(guān)的反映時間小于 20ms，在機器人中應(yīng)用比較理想。 氣動閥的種類很多，在工業(yè)機器人的氣動驅(qū)動系統(tǒng)中，常用的閥件有電磁氣閥、節(jié)流調(diào)速閥、減壓閥等。它可安裝在機器人手臂和手腕的關(guān)節(jié)上，實現(xiàn)直接驅(qū)動。在工業(yè)機器人中，中、小功率的液壓驅(qū)動系統(tǒng)用節(jié)流調(diào)速的為多，大功率的用容積調(diào)速系統(tǒng)。 由于低慣量、大轉(zhuǎn)矩的交、直流伺服電機及其配套的伺服驅(qū)動器（交流變頻器、直流脈沖寬度調(diào)制器）的廣泛采用，這類驅(qū)動系統(tǒng)在機器人中被大量采用。 鋼絲繩輪傳動具有結(jié)構(gòu)簡單、傳動剛度大、結(jié)構(gòu)柔軟，成本較低等優(yōu)點。 絲杠螺母傳動分為普通絲杠（滑動摩擦）和滾珠絲杠（滾動摩擦），前者結(jié)構(gòu)簡單、加工方便、制造成本低，具有自鎖能力；但是摩擦阻力矩大、傳動效率低（ 30%~40%）。齒輪的嚙合間隙會造成傳動死區(qū)（失動量），若該死區(qū)是閉環(huán)系統(tǒng)中，則可能造成系統(tǒng)不穩(wěn)定，常使系統(tǒng)產(chǎn)生低頻振蕩，因此要盡量采用齒側(cè)間隙小，精度高的齒輪；為盡量降低制造成本，要采用調(diào)整齒側(cè)間隙的方法來消除或減小嚙合間隙，從而提高傳動精度和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 ，以減小機械間隙所造成的運動誤差。 機械手腰座設(shè)計的具體采用方案 腰座回轉(zhuǎn)的驅(qū)動形式要么是電機通過減速機構(gòu)來實現(xiàn)，要么是通過擺動液壓缸或液壓馬達來實現(xiàn)，目前的趨勢是用前者。此種機器人在工業(yè)中應(yīng)用十分廣泛，如焊接、噴漆、搬運、裝配等作業(yè)，都廣泛采用這種類型的機器人。 5 直角坐標機器人的空間運動是用三個相互垂直的直線運動來實現(xiàn)的，如圖a21.。 導(dǎo)向裝置結(jié)構(gòu)形式，常用的有 :單圓柱、雙圓柱、四圓柱和 V 形槽、燕尾槽等導(dǎo)向型式。指數(shù)有雙指式、多指式和雙手雙指式等。在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的機械手被稱為“工業(yè)機械手”。生產(chǎn)中應(yīng)用機械手可以提高生產(chǎn)的自動化水平和勞動生產(chǎn)率 :可以減輕勞動強度、保證產(chǎn)品質(zhì)量、實現(xiàn)安全生產(chǎn)；尤其在高溫、高壓、低溫、低壓、粉塵、易爆、有毒氣體和放射性等惡劣的環(huán)境中，它代替人進行正常的工作，意義更為重大。 而傳力機構(gòu)則通過手指產(chǎn)生夾緊力來完成夾放物件的任務(wù)。 立柱 立柱是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分，手臂的回轉(zhuǎn)運動和升降 (或俯仰 )運動均與立柱有密切的聯(lián)系。由于直線運動易于實現(xiàn)全閉環(huán)的位置控制，所以，直角坐標機器人有可能達到很高的位置精度（μ m 級）。 關(guān)節(jié)型機器人結(jié)構(gòu)，有水平關(guān)節(jié)型和垂直關(guān)節(jié)型兩種。因為電動方式控制的精度能夠很高，而且結(jié)構(gòu)緊湊，不用設(shè)計另外的液壓系統(tǒng)及其輔助元件。因此，各關(guān)節(jié)都應(yīng)有工作可靠、便于調(diào)整的軸承間隙調(diào)整機構(gòu)。 （ 2）各級傳動比的最佳分配原則。后者雖然結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造成本高，但是其最大的優(yōu)點是摩擦阻力 11 矩小、傳動效率高（ 92%~98%），其運動平穩(wěn)性好，靈活度高。其缺點是帶輪較大、安裝面積大、加速度不宜太高。這類驅(qū)動系統(tǒng)不需要能量轉(zhuǎn)換，使用方便，噪聲較低，控制靈活。節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)，動態(tài)特性好，但是效率低。它既是關(guān)節(jié)機構(gòu)，又是動力元件。 多數(shù)情況下使用氣缸（直線氣缸或擺動氣缸）。當氣 缸活塞運動到定位點時，為保證定位精度，需要將運動軸鎖緊。 PWM 伺服驅(qū)動器具有調(diào)速范圍寬、低速特性好，響應(yīng)快、效率高、過載能力強等特點。因此，機械手的水平手臂和垂直手臂都采用單活塞桿 21 液壓缸，來實現(xiàn)直線往復(fù)運動。為了保證液壓油 的潔凈，避免液壓油帶入污染物，故在油泵的入口安裝粗過濾器，而在油泵的出口安裝精過濾器對循環(huán)的液壓油進行凈化。 （ 1）缸筒壁厚的較核 當 D/ 10?? 時，液壓缸壁厚的較核公式如下： 25 )1][ ][(2 ???? yyPPD ??? （ 310） 式中， D 為缸筒內(nèi)徑； yP 為缸筒試驗壓力，當缸的額定壓力 MPapn 16? 時，取為 ny pP ? ； ][? 為缸筒材料的許用應(yīng)力， nb /][ ?? ? ， b? 為材料抗拉強度，經(jīng)查相關(guān)資料取為 650MPa ， n 為安全系數(shù)，此處取 5?n ； 帶入數(shù)據(jù)計算，上式成立。 驅(qū)動方式：升頻升壓； 步距角： 176。 K3— 方位系數(shù) .當吸盤垂直吸附時，則 K3=1/f， f為摩擦系數(shù)，橡膠吸盤吸附金屬材料時，取 f=~。由于設(shè)置于真空回路中 , 故必須選用能在真空條件下工作的換向閥。在此一并向他們表示衷心的感謝。導(dǎo)師嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度和精益求精的工作作風使我受益匪淺。 以減少供給回路的壓力損失。因此，應(yīng)根據(jù)工作條件的不同，選取工作情況系數(shù)，一般可在 (13的范圍內(nèi)選取。機械手的回轉(zhuǎn)角度為 30度 /秒 29 電機型號的選擇 根據(jù)以上結(jié)果，綜合考慮各種因素，選擇國產(chǎn) 北京和利時電機技術(shù)有限公司（原北京四通電機公司）的步進電機，具體型號為 ： YG550BSAKRMA0301 或 110BYG550BSAKRMT0301 或 110BYG550BBAKRMT0301, 該步進電機 高轉(zhuǎn)矩，低振動，綜合性能很好。作為液壓執(zhí)行元件，滿足此處的驅(qū)動力要求是輕而易舉的，要解決的關(guān)鍵問題仍然是它的結(jié)構(gòu)設(shè)計能否有足夠的剛度來抗傾覆。根據(jù)液壓設(shè)備所處的環(huán)境及對溫升的要求，還要考慮加熱、冷卻等措施。二者的特點及適用場合見表 31： 表 31 名 稱 特 點 適 用 場 合 雙活塞桿液壓缸 雙向?qū)ΨQ 雙向工作的往復(fù)場合 單活塞桿液壓缸 有效工作面積大、 雙向不對稱 往返不對稱的直線運動，差動連接可實現(xiàn)快進 柱塞缸 結(jié)構(gòu)簡單 單向工作，靠重力或其它外力返回 擺動缸 單葉片式小于 360 雙葉片式小于 180 小于 360 的擺動； 小于 180 的擺動 齒輪馬達 結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜 高轉(zhuǎn)速、低轉(zhuǎn)矩的回轉(zhuǎn)運動 葉片馬達 體積小、轉(zhuǎn)動慣量小 高速低轉(zhuǎn)矩、動作靈敏的回轉(zhuǎn)運動 擺線齒輪馬達 體積小、輸出轉(zhuǎn)局大 低速、小功率大轉(zhuǎn)矩的回轉(zhuǎn)運動 軸向柱塞馬達 運動平穩(wěn)、轉(zhuǎn)矩大、轉(zhuǎn)速范圍寬 大 轉(zhuǎn)矩的回轉(zhuǎn)運動 徑向柱塞馬達 轉(zhuǎn)速低，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，輸出轉(zhuǎn)矩大 低速大轉(zhuǎn)矩回轉(zhuǎn)運動 本設(shè)計因為機械手的形式為圓柱坐標形式，具有 3 個自由度，一個轉(zhuǎn)動，兩個移動自由度。這種伺服驅(qū)動器一般由電流內(nèi)環(huán)和速度外環(huán)組成。 氣動機器人各運動軸的制動和定位點到位發(fā)訊，可由編程器發(fā)指令，或由限位開關(guān)發(fā)訊。雖然用無潤滑氣缸可以不用油霧器，但是一般情況下，建議也在氣路上裝上油霧器，以減少氣缸摩擦力，增加使用壽命。 液壓回轉(zhuǎn)執(zhí)行器是一種由伺服電機， 15 步進電機或比例電磁鐵帶動的一個安放在擺動馬達或連續(xù)回轉(zhuǎn)馬達轉(zhuǎn)子內(nèi)的一個回轉(zhuǎn)滑閥，通過機械反饋，驅(qū)動轉(zhuǎn)子運動的一種電 液伺服機構(gòu)。液壓動力機構(gòu)多數(shù)情況下采用直線液壓 缸或擺動馬達，連續(xù)回轉(zhuǎn)的液壓馬達用得很少。但是因難于實現(xiàn)伺服控制，多用于程序控制的機器人中。由于電機距離被傳動的腕關(guān)節(jié)較遠，故采用精密套筒滾子鏈來傳動。螺旋傳動有傳遞能量為主的，如螺旋壓力機、千斤頂?shù)?；有以傳遞運動為主的，如機床工作臺的進給絲杠。故齒輪傳動系統(tǒng)要有足夠的剛度，還要求其轉(zhuǎn)動慣量盡量小，以便在獲得同一加速度時所需的轉(zhuǎn)矩小，即在同一驅(qū)動功率時，其加速度響應(yīng)最大。在保證所需強度與剛度的情況下，減輕機器人手臂的重量。 ，提高機器人的控制精度，一般腰部 回轉(zhuǎn)運動部分的殼體是由比重較小的鋁合金材料制成，而不運動的基座是用鑄鐵或鑄鋼材料制成。相對機器人本體尺寸，其工作空間比較大。各結(jié)構(gòu)形式及其相應(yīng)的特點，分別介紹如下。此外，導(dǎo)向裝置還能承擔手臂所受的彎曲力矩和扭轉(zhuǎn)力矩以及手臂回轉(zhuǎn)運動時在啟動、制動瞬間產(chǎn)生的慣性力矩，使運動部件受力狀態(tài)簡單。常用的指形有平面的、 V 形面的和曲面的 :手指有外夾式和內(nèi)撐式 。 機械手是模仿著人手的部分動作，按給定程序、軌跡和要求實現(xiàn)自動抓取、搬運或操作的自動機械裝置。因此，在機械加工、沖壓、鑄、鍛、焊接、熱處理、電鍍、噴漆、裝配以及輕工業(yè)、交通運輸業(yè)等方面得到越來越廣泛的引用 [1]。傳力機構(gòu)型式較常用的有 :滑槽杠桿式 、連桿杠桿式、斜面杠桿式、齒輪齒條式、絲杠螺母多，式彈簧式和重力式等。機械手的立往通常為固定不動的，但因工作需要，有時也可作 橫向移動，即稱為可移式立柱。但是，這種直角坐標機器人的運動 空間相對機器人的結(jié)構(gòu)尺寸來講，是比較小的。 設(shè)計具體采用方案 6 機械手工作布局圖 22 具體到本設(shè)計，因為設(shè)計要求搬運的加工工件的質(zhì)量 6KG，且時考慮到?jīng)_壓機床布局的具體形式及對機械手的具體要求，考慮在滿足系統(tǒng)工藝要求的前提下，盡量簡化結(jié)構(gòu)，以減小成本、提高可靠度?？紤]到腰座是機器人的第一個回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，對機械手的最終精度影響大，故采用電機驅(qū)動來實現(xiàn)腰部的回轉(zhuǎn)運動。 盡可能在重量上平衡，這對減小電機負載和提高機器人手臂運動的響應(yīng)速度是非常有利的。當計算出傳動比后，為使減速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，滿足動態(tài)性能和提高傳動精度的要求，要對各級傳動比進行合理的 分配，原則如下： 10 a．輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則。通過預(yù)緊，能消除間隙、提高傳動剛度；進給精度和重復(fù)定位精度高。 設(shè)計具體采用方案 具體到本設(shè)計，因為選用了液壓缸作為機械手的水平手臂和垂直手臂，由于液壓缸實現(xiàn)直接驅(qū)動，它既是關(guān)節(jié)機構(gòu)，又是動力元件。大多數(shù)電機后面需安裝精密的傳動機構(gòu)。容積調(diào)速系統(tǒng)，動態(tài)特性不如前者，但效率高。 機器人氣動驅(qū)動系統(tǒng) 氣動機器人采用壓縮空氣為動力源，一般從工廠的壓縮空氣站引到機器人作業(yè)位置，也可以單獨建立小型氣源系統(tǒng)。直線氣缸分單動式和雙動式兩類。常用的限位機構(gòu)是由電磁閥控制的氣缸帶動鎖緊機構(gòu)（插鎖，滑塊等）將機器人運動機構(gòu)鎖定。目前已廣泛應(yīng)用于各類數(shù)控機床、工業(yè)機器人及其它機電一體化產(chǎn)品中用做直流伺服電機的驅(qū)動。 擬定液壓執(zhí)行元件運動控制回路 液壓執(zhí)行元件確定后，其運動方向和運動速度的控制是液壓回路的核心問題。 22 確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù) 液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)是壓力和流量，他們是設(shè)計液壓系統(tǒng)，選擇液壓元件的主要依據(jù)。因此液壓缸壁厚強度滿足要求。； 其中步距角 ，同時因為腰部齒輪傳動比為 1： 12，步進電機經(jīng)過減速后傳遞到回轉(zhuǎn)軸，回轉(zhuǎn)軸實際的步距角將為電機實際步距角的 1/12（理論上），雖然實際上存在著間隙和齒輪傳動 非線性誤差，實際回轉(zhuǎn)軸的最小步距角也仍然是很小的，故其精度是相當高，完全能滿足機械手上下料的定位精度要求。當吸盤水平吸附時，取 K3=l。常見的結(jié)構(gòu)形式有截止式、膜流式和滑閥式。 在日常生活和學習中，學院的各位老師，以及各位同學給與我大力支持和幫助，在此我向他們以及多年來為我的成長付出辛勤勞動的老師和同學們表示衷心的感謝。機械手腰部的旋轉(zhuǎn)運動需要一定的定位控制精度，故采用步進電機驅(qū)動來實現(xiàn)；因為采用液壓執(zhí)行缸來做水平手臂和垂直手臂，故大小臂均采用液壓驅(qū)動；機械手的手部結(jié)構(gòu)設(shè)計 在工件是板料，使用氣流負壓式吸盤 .采用氣動驅(qū)動 . 36 致 謝 本文是在我尊敬的導(dǎo)師 李兆銓的悉心指導(dǎo)下完成的。其有效截面積不宜小于真空發(fā)生器噴嘴幾何面積的 4 倍 , 且真空發(fā)生器供氣口的連接管內(nèi)徑也不宜小于噴嘴直徑的 4 倍。另外工件從模具取出時，也有摩擦力的作用，同時還應(yīng)考慮吸盤在運動過程中由于加速運動而產(chǎn)生的慣性力影響。 將其帶入上（ 324） ~（ 330）式，得： ；WP ? ；WPa ? 啟動時間 mssta 30 0 2 9 6 ?? ； 制動時間 mstd 3? ； 折算到電機軸上的負載轉(zhuǎn)矩為： ?LT mN? 。 表 34 垂直液壓缸參數(shù) 缸內(nèi)徑 mm 壁厚 mm 桿直徑 mm 行程 mm 工作壓力 MPa 60 10 25 400 1 因為垂直液壓缸所承受的載荷方式既有一定的軸向載荷，又存在著傾覆力矩（由加工工件的重力引起的）。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。機