【文章內容簡介】 增高，對液壓元件精度及密封要求也高。 2. 油泵 油泵是液壓系統(tǒng)的心臟，它把電動機輸入的機械能轉變成為油壓，同時向液壓系統(tǒng)提供具有一定壓力和流量的壓力油。油泵的種類較多，目前在機械手上多數(shù)是采用齒輪 泵和葉片泵。而從流量的特性看，多數(shù)是采用定量泵。機械手常用的齒輪泵 CB 型，一般額定工作壓力為 25kg/ 2cm ，葉片泵（ YB）型一般為武漢紡織大學 2020 屆畢業(yè)設計（論文） 15 63kg/ 2cm 。而定量泵是根據液壓系統(tǒng)所需的油泵工作壓力 P 和所需的流量 q 這兩個參數(shù)來確定的。 3. 控制閥 液壓元件主要有方向控制閥、壓力控制閥和流量控制閥 3大類。 (1) 方向控制閥 方向控制閥能夠引導或阻止液流通過某選定的通道，它只起開關作用，而不能調節(jié)流量和壓力。它通常是兩通 、三通和四通型的，可以采用手動和機械傳動、氣動和電動進行操作。 (2) 壓力控制閥 壓力控制閥用于調節(jié)油路壓力，可分為溢流閥和減壓閥兩類，可以是單級（直接作用式），也可以是兩級（復合式）。溢流閥是常閉的，達到最大壓力時才開啟，將多余流量從旁路流掉，以保持調定的壓力；減壓閥是常開的，它的關閉是為了對管道中液流進行節(jié)制，以保持某一最低壓力。此外，與減壓閥結構近似的壓力控制閥還有安全閥或過載溢流閥、背壓閥、卸荷閥、分載閥、順序閥、降壓閥以及沖擊抑制閥等。 (3) 流量控制閥 流量控制閥用來調節(jié)油路中流量，其結構形 式也很多。從簡單的兩通針閥、球閥、閘門閥直至固定式和可調式帶壓力補償?shù)牧髁靠刂崎y等。分流閥、減速閥也是流量控制的一種特殊形式。 總之，液壓執(zhí)行元件結構緊湊，輸出功率大，作為動力元件是十分合適的。但怎樣進行反饋測量以及信號放大、信號操縱，則有賴于電子元件。 液壓控制系統(tǒng)原理 機械手的液壓系統(tǒng)是以有壓力的油液作為傳遞動力的工作介質。電動機帶動油泵輸出壓力油，是將電動機供給的機械能轉換成油液的壓力能。壓力油經過管道及一些控制調節(jié)裝置進入油缸，推動活塞桿運動，從而使手臂作伸縮、升降等運動，將油液的壓力能又轉 換機械能。手臂在運動時所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面積有關。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。這種借助于運動著的壓力油的容積變化來傳遞動力的液壓傳動稱為容積式液壓傳動，機武漢紡織大學 2020 屆畢業(yè)設計（論文） 16 械手的液壓傳動系統(tǒng)都是屬于容積式液壓傳動。液壓傳動系統(tǒng)框圖可概括如下：電動機 機 械 能輸 入油泵壓 力 油控 制 調 節(jié) 裝 置（ 各 種 閥 類 ）控 制 系 統(tǒng) 壓 力 運 動 方 向 運 動 速 度壓 力 能輸 入直 線 運 動 油 缸執(zhí) 行 機 構 （ 手 臂 、手 腕 、 手 部 等 ）回 轉 運 動 油 缸（ 油 馬 達 ） 圖 33a 液壓傳動系統(tǒng)框圖 根據系統(tǒng)框圖繪畫出其原理圖。 D 1 12 11 31 21 4812345672 02 01 991 0去 手 臂 升 降回 轉 油 路 圖 33b 機械手夾緊液壓原理圖 機械能 輸出 武漢紡織大學 2020 屆畢業(yè)設計（論文） 17 1油箱 2濾油器 3油泵 4溢流閥 5單向閥 8換向閥 9壓力表開關 10壓力表 11直線缸 12活塞桿（手臂） 13手指 14手指動作直線缸 20回油油 圖 33b中換向閥 8 是處于中間位置的，這時手臂是不動的。換向閥 7處于斷電狀態(tài)（工作油路 19 與手指夾緊油缸 14 左腔斷開）。 壓力油通過單向閥 5 進入工作油路 19 后，又分成幾條油路分別進行 工作。其中一條壓力油經換向閥 8（此時電磁鐵線圈左通電，而右端的電磁鐵斷電）把閥芯推向右方，使壓力油經左邊的環(huán)槽進入手臂伸縮油缸 11的左腔，活塞桿 12向右移動（手臂伸出）。 油缸 11右腔的油經換向閥 8右邊的環(huán)槽和回油路 20 流回油箱。當換向閥 8的電磁鐵線圈左斷電，而其右邊的電磁鐵線圈通電時，把閥芯推向左邊，使工作油路 19 與手臂伸縮油缸 11 的右腔接通，壓力油推動活塞桿（手臂） 12 向左移動，使伸縮缸 11 左腔的油經換向閥 8左邊的環(huán)槽和回油油路 20 流回油箱。另一路壓力油經換向閥 7，工作油路 19 中的壓力油進到握緊油缸 14 的左腔，推動活塞桿 21 向右移動，借助其端面的楔形使手指 13 閉合，以握緊物件。手部握緊工件時要有一定的握力，因此要求油路系統(tǒng)要保持一定的壓力，這個壓力的調節(jié)是由溢流閥 4實現(xiàn)的。從油泵 3 打出來的壓力油，除了通向單向閥 5以外，還有一條分路通向溢流閥 4。當溢流閥中的鋼球在彈簧的作用下將閥門堵死時，壓力油不能通過溢流閥。當油液的壓力增高到一定程度時，并能克服彈簧的作用力將鋼球頂開時，壓力油就通過溢流閥及管路而流回油箱，使工作油液的壓力再不能繼續(xù)升高。 機械手夾緊液壓系統(tǒng)的控制回路 機械手的液壓系統(tǒng)，根據機械手 動作的多少，液壓系統(tǒng)可繁可簡，但是總不外乎由一些基本控制回路所組成。這些基本控制回路具有各種功用，如工作壓力的調整、油泵的卸荷、運動的換向、工作速度的調節(jié)以及同步運動等。而任何機械運動的全局都是由它的局部構成，掌握了實現(xiàn)這些基本功用的液壓控制回路，對于分析和設計機械手的液壓系統(tǒng)大有裨益。 武漢紡織大學 2020 屆畢業(yè)設計（論文） 18 液壓控制的特點 1. 液壓控制的優(yōu)點 （ 1）液壓執(zhí)行元件（馬達和油缸）結構緊湊，重量輕，功率 重量比小。 （ 2）可通過液壓油帶走大量熱能，保證機械的正常運行，并且由于液壓油的潤滑作用，可延長元件的使用壽命。 （ 3）液壓元件有直線位移式和旋轉式兩種，使用范圍較廣，其控制速度的區(qū)間也比較寬。只要通過閥和泵的調節(jié)就能實現(xiàn)開環(huán)與閉環(huán)的控制系統(tǒng)。 （ 4）響應速度比較快，能高速啟動、制動和反向，無滯后現(xiàn)象。其力矩 慣量比也較大，因而其加速能力較強。 （ 5）液壓元件與其他驅動元件相比，剛度較大、位置誤差小、定位精度、耐振動。 2. 液壓控制的缺點 （ 1）液壓控制需要一套液壓系統(tǒng)，不像電力容易獲得，而且價格較貴。 （ 2）油溫有上限，并難以保持不漏，比較臟，容易使閥和執(zhí)行元件堵塞。 （ 3）控制系統(tǒng)比較復雜，處理功率信號的數(shù)字運算誤差 、檢測、放大、測試與補償功能不如電子、機電裝置靈活簡便。 武漢紡織大學 2020 屆畢業(yè)設計（論文） 19 第四章 機械手夾緊電氣控制設計 設計內容 機械手的設計，主要是根據生產的具體要求進行機械手方案的設計，以便選擇和確定機械手的形式、機械結構、驅動方式及系統(tǒng)原理圖和控制方式及線路圖等。它必須視具體情況而定。 此次設計因為要考慮到手部、大手臂、小手臂、手腕的動作狀態(tài)，根據這幾個動作要求，選擇可進行多個動作操作的關節(jié)式。目前工業(yè)生產中多采用液壓系統(tǒng)進行控制，故此次設計經實用性方面考慮驅動方式和控制方式均采用 液壓系統(tǒng)來進行驅動并控制。 設計要求 1. 被抓取對象的情況 就是被抓物件的重量、形狀、尺寸、材料、表面加工情況、易碎性及數(shù)量等，以便選擇手部的結構及計算必要的夾緊力或吸附力大小。 2. 工作現(xiàn)場的情況 機械手所附屬于工作主機或自動線的工作場地面積和空間大小，工作主機的排列情況等，決定著機械手的安裝情況。 3. 工作環(huán)境及其他特殊要求 此次設計主要是在高溫環(huán)境下作業(yè)，由于有熱的傳導和輻射問題，手部要采取冷卻與隔熱措施，使機械手能夠安全順利的實施自動操作。 方案的確定 方案的 確定主要是機械手的驅動方式的確定。究竟是用液壓、氣壓、電動，還是機械傳動，要根據生產工藝和工作環(huán)境來定，本次設計根據設計要求及實用武漢紡織大學 2020 屆畢業(yè)設計（論文） 20 性，采用液壓驅動方式。 機械結構的設計 機械手的機械結構 機械手的機械結構包括手指、手腕、手臂、機身。各結構控制的動作各不相同。 (1) 手指：機械手中直接與工件或工具接觸完成握持工件或工具的部件有些機械手直接將工具 (如焊槍噴槍容器等 )裝置于機械手的前端而不設置手部。 (2) 手腕：機械手中聯(lián)接手部與臂部主要用來確定手部工作時的位置并擴大臂部動作范圍的部件一些 簡易的機械手也有不設手腕部件將手部直接裝在手臂部件的端部。 (3) 手臂：機械手中支承腕部和手部用來實現(xiàn)較大范圍運動的部件 (4) 機身：機械手中用來支承手臂等部件并安裝驅動裝置及其他裝置的部件。機械手的每一個活動度都相應要配有一個原動件 (如油缸氣缸或電動機等驅動裝置 ) ，當原動件按一定的規(guī)律運動時，機械手各運動部件就隨之作完全確定的運動?；顒佣葦?shù)和原動件數(shù)必須相等，只有這樣才能使機械手具有運動的確定性。 本次設計中，手部的動作是夾緊和松開，由雙作用式活塞油缸驅動齒條齒輪機構實現(xiàn)。手腕的動作是左右橫移運動， 由無桿活塞油缸和四個滾動軸承構成的滾動導軌等組成的機構來實現(xiàn)。小手臂的動作是上下擺動運動，由采用鉸鏈連接的雙作用活塞油缸推動杠桿支架來使其動作。大手臂的動作是上下擺動運動，與小手臂的運動分別在互相垂直的平面內，同樣是采用鉸鏈連接的雙作用活塞油缸推動大臂杠桿使其動作。 機械結構的設計要求 1. 手臂設計要求 手臂的基本作用是將手爪移動到所需位置和承受手爪抓取工件的最大重量，以及手臂本身的重量等。設計當中應該滿足以下幾點要求： 武漢紡織大學 2020 屆畢業(yè)設計（論文） 21 (1) 手臂應承載能力大、剛性好、自重輕 (2) 手臂的運動速度要適當， 慣性要小 (3) 手臂動作要靈活 (4) 位置精度高 (5) 通用性強，能適應多種作業(yè)；工藝性好，便于維修調整 2. 手部設計要求 手部除了要滿足手指抓取機能的要求外，還應滿足以下幾點要求： (1) 握力的大小要適宜。握力過大，則需要較大的動力源和較大的結構，不經濟，并可能損壞物件；握力過小，會由于物件的自重以及傳送過程中的慣性和振動等而抓不住物件。在通常情況下，所需的握力是物件重量的 2～ 3倍。 (2) 有足夠的加緊距離。無論哪種類型的手部，抓取物件時，要使物件能夠順利地進入手指；而放置物件時，物件又應易于 擺脫手指的約束。 3. 手腕設計要求 手腕是連接手臂和手指的中間部分，所以對它的要求也很簡單，只要能夠靈活的移動及運轉即可。 機械手夾緊工作原理圖的設計 液壓系統(tǒng)工作原理圖的繪制時設計液壓機械手的主要內容之一。液壓原理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。繪制液壓原理圖的一般順序是：先確定油缸和油泵，再布置中間的控制調節(jié)回路和相應元件，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)圖圖形符號，畫出液壓原理圖。 元件的選擇 1. 油泵的選擇 此次設計中，機械手的動作共有八個 ，即手指夾緊零件、手指松開零件、大手臂上移、小手臂上移、大手臂下移、小手臂下移、手腕左移、手腕右移。單靠一個油泵無法達到供油的目的，所以采用雙聯(lián)泵共同控油。 2. 電磁換向閥的選擇 設計中，機械手的動作都是相對的，即上下擺動、抓緊松開、左右橫移，鑒武漢紡織大學 2020 屆畢業(yè)設計（論文） 22 于此可采用一個換向閥控制手臂的相對動作，節(jié)省財力和能源。而又因為每個電磁換向閥均控制兩個動作，故采用三位四通形式。 3. 調速閥的選擇 調速閥的選擇首先應該具有調速的功能，同時為了避免油泵停止工作時，液壓系統(tǒng)中的油液流空和進入空氣，可選擇具有單向調速閥。 繪制原理圖 鑒于以上所作的分析，此次八動作機械手的原理圖的繪制如圖 432 所示。 武漢紡織大學 2020 屆畢業(yè)設計（論文） 23 工 作 油 路回 油 油 路I 2 53 4 D 2 5 BF 2Y A 3Y A 4向 左向 右手 腕 左 右 橫 移3 4 D 1 0 BF 1Y A 1Y A 21 Y 1 0松 手 指 夾 緊緊K 1 BY 1 0 BY B 5 / 1 8 6 3J 0 3 1 0 0 L3 K W3 7 1 0 0 LK 1 BY 2 5 BF 4F 3Y A 8 Y A 73 4 D 2 5 BY A 6Q I 2 5 BQ I 2 5 B1 Y 2 5Q I 2 5 BY A 53 4 D 2 5 B1 Y 2 5上 擺下 擺大 臂 上 下 移 動上 擺下 擺小 臂 上 下 移 動 圖 432 機械手夾緊液壓系統(tǒng) 元件作用 1. 原理圖中采用 34D25B 三位四通電磁換向閥來控制油缸的動作。大、小手臂