【正文】 。 下圖為機(jī)械手的手腕回轉(zhuǎn)液壓缸，定片 1 與缸體 2 固定連接，動(dòng)片 3 與轉(zhuǎn)軸 5 固定連接，當(dāng) a、 b 口分別進(jìn)出油時(shí)，動(dòng)片帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn)，達(dá)到手腕回轉(zhuǎn)目的 。 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。~40176。 (二 ) 設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮的幾個(gè)問(wèn)題 1. 應(yīng)具有足夠的握力（即夾緊力） 在確定手指的握力時(shí)，除考慮工 件重量外，還應(yīng)考慮在傳送或操作過(guò)程中所產(chǎn)生的慣性力和振動(dòng)，以保證工件不致產(chǎn)生松動(dòng)或脫落。本機(jī)械手采用機(jī)座式。一個(gè)操作運(yùn)動(dòng)的軌跡是幾個(gè)動(dòng)作的合成，在確定的工作范圍時(shí)，可將軌跡分解成單個(gè)的動(dòng)作，由單個(gè)動(dòng)作的行程確定機(jī)械手的最大行程。 （三） 我國(guó)工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展 有人認(rèn)為，應(yīng)用機(jī)器人只是為了節(jié)省勞動(dòng)力，而我國(guó)勞動(dòng)力資源豐富，發(fā)展機(jī)器人不一定符合我國(guó)國(guó)情。 到了近代 ，機(jī)器人一詞的出現(xiàn)和世界上第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人問(wèn)世之后，不同功能的機(jī)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(jìn)入尋常百姓家。The control system design including plotting the ladder diagram and selecting the control ponent. Key words Hydraulic manipulator。 涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。美國(guó)發(fā)射到火星上的 “索杰納 ”機(jī)器人就是這種系統(tǒng)成功應(yīng)用的最著名實(shí)例。定位精度為 177。/s 手臂伸縮速度 V 臂伸 = 750 mm/s 手臂回轉(zhuǎn)速度 V 臂回 = 110176。機(jī)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(méi)有手掌，只有自身的運(yùn)動(dòng)將物體包住，因此，手部結(jié)構(gòu)及型式根據(jù)它的使用場(chǎng)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(jì)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。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(diǎn)到對(duì)稱中心線的距離（ mm）。 ② 缸筒底部聯(lián)接強(qiáng)度計(jì)算 缸筒底部采用 螺釘 聯(lián)接 法蘭式缸頭 ，材料為 35 號(hào)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。m2 ） J工件 ——工件對(duì)手腕回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 （ kg ④ 運(yùn)動(dòng)要平穩(wěn)、定位精度要高 由于臂部運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)即不平穩(wěn)，定位精度也不會(huì)高。如 下 圖所示，在導(dǎo)向桿 1的尾端用支承架 4 將兩個(gè)導(dǎo)向桿連接起 來(lái)，支承架的兩側(cè)安裝兩個(gè)滾動(dòng)軸承 2，當(dāng)導(dǎo)向桿隨同伸縮缸的活塞桿一起移動(dòng)時(shí)，支承架上的滾動(dòng)軸承就在支承板 3 的支承面上滾動(dòng)。= ② F密 的計(jì)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(shí)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(jì)算 ： 一般背壓阻力較小， F回 取 ④ F慣 的計(jì)算： v 392 = ????慣 式中 ： Δ v—— 由靜止加速到常速的變化量 Δ t—— 起動(dòng) 過(guò)程時(shí)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(shí)際驅(qū)動(dòng)力 k2= 30 76 4 F N?? ? ? ?理實(shí) 式中： k—— 安全系數(shù)， k=2； η —— 傳力機(jī)構(gòu)機(jī)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(jìn)入無(wú)桿腔 21= 4DF F p ???? 當(dāng)油進(jìn)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(dòng)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(jī)械效率，在工程機(jī)械中用耐油橡膠可取 。手臂做各種運(yùn)動(dòng)的速度決定于流入密封油 缸中油液容積的多少。本機(jī)械手采用單向順序閥做平衡閥實(shí)現(xiàn)任意位置鎖緊的回 路。其原因是負(fù)荷變化會(huì)引起節(jié)流閥進(jìn)出油口的壓差變化，因而使通過(guò)節(jié)流閥的流量以至油缸的速度變化。 上述動(dòng)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(jìn)動(dòng)作而實(shí)現(xiàn)的。 當(dāng)熱棒料到達(dá)上料的位置后，由于 1150℃ 的熱料使光電繼電器發(fā)出電信號(hào)（或經(jīng)過(guò)人工啟動(dòng)） ，經(jīng)過(guò)步進(jìn)選線器跳步，使機(jī)械手開(kāi)始按程序動(dòng)作。 步進(jìn)選線器跳步，使 8DT 通電，定位油缸 17 動(dòng)作，插定位銷，壓力繼電器 40 發(fā)出電信號(hào)經(jīng)發(fā)出電信號(hào)。當(dāng)反向進(jìn)油時(shí)，油箱通過(guò)控制油路將單向閥芯頂開(kāi)，使回油路接通，油液流回油箱。 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(gè)液壓系統(tǒng)，并用液壓系統(tǒng)圖形符號(hào)，畫(huà)出液壓原理圖。本機(jī)械手采用定量油泵節(jié)流調(diào)速回路。 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(lái)調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力，并將多余的油液溢流回油箱。對(duì)于形狀復(fù)雜的零件，可劃分為幾個(gè)簡(jiǎn)單的零件分別進(jìn)行 計(jì)算，其中有的部分可當(dāng)作質(zhì)點(diǎn)計(jì)算。機(jī)械手工作時(shí)，臂部所受的負(fù)荷主要有慣性力、摩擦力和重力等。 23 圖 5 雙導(dǎo)向桿手臂的伸縮結(jié)構(gòu) 導(dǎo)向裝置 液壓驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手手臂在進(jìn)行伸縮（或升降）運(yùn)動(dòng)時(shí)，為了防止手臂繞軸線發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，以保證手指的正確方向，并使活塞桿不受較大的彎曲力矩的作用，以增加手臂的剛性，在設(shè)計(jì)手臂的結(jié)構(gòu)時(shí)，必須采用適當(dāng)?shù)膶?dǎo)向裝置。因此設(shè)計(jì)臂部時(shí)一般要注意下述要求： ① 剛度要大 為防止臂部在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生過(guò)大的變形，手臂的截面形狀的選擇要合理。. 如下圖所示為腕部的結(jié)構(gòu)，定片與后蓋，回轉(zhuǎn)缸體和前蓋均用螺釘和銷子進(jìn)行連接和定位，動(dòng)片與手部的夾緊油缸缸體用鍵連接。時(shí)，拉緊油缸的驅(qū)動(dòng)力 F 和 F實(shí) 際 計(jì)算如下： (1) 手指對(duì)工件的夾緊力計(jì)算公式： 1 2 3F K GN KK? ? ? ? 式中 1K —— 安全系數(shù)，通常取 ～ 。 5. 應(yīng)考慮被抓取對(duì)象的要求 應(yīng)根據(jù)抓取工件的形狀、抓取部位和抓取數(shù)量的不同，來(lái)設(shè)計(jì)和確定手指的形狀。 6. 驅(qū)動(dòng)與控制方式的選擇 機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)與控制方式是 根據(jù)它們的特點(diǎn)結(jié)合生產(chǎn)工藝的要求來(lái)選擇的，要盡量選擇控制性能好、體積小、維修方便、成本底的方式。 機(jī)械手的總動(dòng)作時(shí)間應(yīng)小于或等于工作拍節(jié)，如果兩個(gè)動(dòng)作同時(shí)進(jìn)行，要按時(shí)間長(zhǎng)的計(jì)算，分配各動(dòng)作時(shí)間應(yīng)考慮以下要求： ① 給定的運(yùn)動(dòng)時(shí)間應(yīng)大于電氣、液壓元件的執(zhí)行時(shí)間； ② 伸縮運(yùn)動(dòng)的速度要大于回 轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的速度，因?yàn)榛剞D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的慣性一般大于伸縮運(yùn)動(dòng)的慣性。因此迫切需要解決產(chǎn)業(yè)化前期的關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行全面規(guī)劃，搞好系列化、通用化、模化設(shè)計(jì)，積極推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。 （ 2）．機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展。 作者簽名： 日 期： 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。 作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日 期： 使用授權(quán)說(shuō)明 本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué) 校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉?jī)?nèi)容。 （二） 世界機(jī)器人的發(fā)展 國(guó)外機(jī)器人領(lǐng)域發(fā)展近幾年有如下幾個(gè)趨勢(shì)： （ 1） . 工業(yè)機(jī)器人性能不斷提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修），而單機(jī)價(jià)格不斷下降，平均單機(jī)價(jià)格從 91 年的 10． 3 萬(wàn)美元降至 97 年的 6． 5 萬(wàn)美元。以上原因主要是沒(méi)有形成機(jī)器人產(chǎn) 業(yè)，當(dāng)前我國(guó)的機(jī)器人生產(chǎn)都是應(yīng)用戶的要求，“一客戶，一次重新設(shè)計(jì) ”，品種規(guī)格多、批量小、零部件通用化程度低、供貨周期長(zhǎng)、成本也不低，而且質(zhì)量、可靠性不穩(wěn)定。液壓上料機(jī)械手要完成整個(gè)上料過(guò)程，需完成夾緊工件、手臂升降、伸縮、回轉(zhuǎn)，平移等一系列的動(dòng)作，這些動(dòng)作都應(yīng)該在工作拍節(jié)規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成，具體時(shí)間的分配取決于很多因素，根據(jù)各種因素反復(fù)考慮，對(duì)分配的方案進(jìn)行比較，才能確定。在機(jī)械手中，用行程開(kāi)關(guān)與機(jī)械擋塊 9 檢測(cè)定位既精度高又簡(jiǎn)單實(shí)用可靠，故應(yīng)用也是最多的。 4. 應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度 手指除受到被夾持 工件的反作用力外，還受到機(jī)械手在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所產(chǎn)生的慣性力和振動(dòng)的影響，要求具有足夠的強(qiáng)度和剛度以防止折斷或彎曲變形，但應(yīng)盡量使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，自重輕。 α=30176。115176。同時(shí)，設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮到手臂的受力情況、油缸及導(dǎo)向裝置的布置、內(nèi)部管路與手腕的連接形式等因素。可用于抓重大、行程較長(zhǎng)的場(chǎng)合。 計(jì)算臂部運(yùn)動(dòng) 驅(qū)動(dòng)力（包括力矩）時(shí)，要把臂部所受的全部負(fù)荷考慮進(jìn)去。經(jīng)分析知，當(dāng)手臂完全伸出時(shí)，此時(shí) 0J 達(dá)到最大值，估算此時(shí)回轉(zhuǎn)零件的重心到轉(zhuǎn)軸線的距離為 ρ =150mm,則 0 cJ J J??工件 22c3 2 3 2125 0 0 . 1 5 1 . 1 2 511= m ( R + R ) = 1 0 ( 0 . 1 6 + 0 . 2 4 ) = 0 . 2 0 844JmJ?? ? ? ??工件 0 1 . 9 2M = J ( 1 . 1 2 5 0 . 2 0 8 ) 2 5 . 60 . 1cwwJJtt??? ? ? ? ?慣 工件（） M 2 5 .6= 2 8 .40 .9M ? ??慣驅(qū) ② 回轉(zhuǎn)缸參數(shù)的計(jì)算 22()= D dM ? ?驅(qū) 28 bpMDd??驅(qū) 式中： D—— 回轉(zhuǎn)缸內(nèi)徑 d—— 轉(zhuǎn)軸直徑 30 p—— 回轉(zhuǎn)缸工作壓 力 b—— 動(dòng)片寬度 為減少動(dòng)片與輸出軸的聯(lián)接螺釘所受的載荷及動(dòng)片的懸伸長(zhǎng)度，選擇動(dòng)片寬度（即液壓缸寬度）時(shí)，可選用 2 2bDd?? ,這里取 2 3bDd?? ，且 D=2d 對(duì)于活塞、導(dǎo)向套筒和油缸等的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量都要做詳細(xì)計(jì)算，因?yàn)檫@些零件的重量較大或回轉(zhuǎn)半徑較大，對(duì)總的計(jì)算結(jié)果影響也較大，對(duì)于小零件則可作為質(zhì)點(diǎn)計(jì)算其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，對(duì)其質(zhì)心轉(zhuǎn)動(dòng)慣量忽略不計(jì)。這些基本控制回路具有各種功能，如工作壓力的調(diào)整、油泵的卸荷、運(yùn)動(dòng)的換向、工作速度的調(diào)節(jié)以及同步運(yùn)動(dòng)等。其控制方法有兩類：一類是采用定量泵，即利用調(diào)節(jié)節(jié)流閥的通流截面來(lái)改變進(jìn)入油缸或油馬達(dá)的流量；另一類是采用變量泵，改變油泵的供油量。它通常由一些典型的壓力控制、流量控制、方向控制回路加上一些專用回路 33 所組成。 手指夾緊油缸支路裝有液控單向閥（ IY25B），使手指夾緊工件時(shí)不受系統(tǒng)壓力波動(dòng)的影響，保證保證手指夾持工件牢靠。當(dāng)手臂的回轉(zhuǎn)碰鐵碰行程開(kāi)關(guān)使 9 DT 斷電，換向閥 28 復(fù)位成 “O”型滑閥機(jī)能狀態(tài)；并發(fā)出電信號(hào)。此時(shí)卸荷停止（二位二通電磁閥 5 和 10 的電磁鐵斷電），電磁鐵 3DT 通電，壓力油進(jìn)到定位油缸的無(wú)桿腔進(jìn)行定位動(dòng)作。該電控系統(tǒng)的步進(jìn)控制環(huán)節(jié)采用步進(jìn)選線器，其步進(jìn)動(dòng)作是在每一步動(dòng)作完成后，使行程開(kāi)關(guān)的觸點(diǎn)閉合或依據(jù)每一步動(dòng)作的預(yù)設(shè)停留時(shí)間，使時(shí)間繼電器動(dòng)作而發(fā)信，使步進(jìn)器順序 “跳步 ”控制電磁閥的電磁鐵線圈通斷電，使電磁鐵按程序動(dòng)作（見(jiàn)電磁鐵動(dòng)作程序表）實(shí)現(xiàn)液壓系統(tǒng)的自動(dòng)控制。 調(diào)速閥能夠隨負(fù)荷的變化而自動(dòng)調(diào)整和穩(wěn)定所通過(guò)的流量，使油缸的運(yùn)動(dòng)速度不受負(fù)荷變化的