【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 圖8 手臂橫向移動(dòng)機(jī)構(gòu) 臂部運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力計(jì)算 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。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。 臂水平伸縮運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算 手臂做水平伸縮運(yùn)動(dòng)時(shí)，首先要克服摩擦阻力，包括油缸與活塞之間的摩擦阻力及導(dǎo)向桿與支承滑套之間的摩擦阻力等，還要克服啟動(dòng)過(guò)程中的慣性力。其驅(qū)動(dòng)力Pq可按下式計(jì)算： Pq = Fm + Fg (N) 式中 Fm——各支承處的摩擦阻力； Fg——啟動(dòng)過(guò)程中的慣性力，其大小可按下式估算： Fg = a (N) 式中 W ——手臂伸縮部件的總重量 (N)； g ——重力加速度()。 a ——啟動(dòng)過(guò)程中的平均加速度(m/s)， 而 a = (m/s) △v ——速度變化量。如果手臂從靜止?fàn)顟B(tài)加速到工作速度V時(shí)，則這個(gè)過(guò)程的速度變化量就等于手臂的工作速度； △t ——啟動(dòng)過(guò)程中所用的時(shí)間，∽。 當(dāng)Fm=80N,W=1098(N)，△V = 500mm/s時(shí)，Pq = 80+* =80+112=192 (N) 臂垂直升降運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算 手臂作垂直運(yùn)動(dòng)時(shí)，除克服摩擦阻力Fm和慣性力Fg之外，還要克服臂部運(yùn)動(dòng)部件的重力，故其驅(qū)動(dòng)力Pq可按下式計(jì)算： Pq = Fm + Fg 177。 W (N) 式中 Fm——各支承處的摩擦力(N)； Fg——啟動(dòng)時(shí)慣性力(N)可按臂伸縮運(yùn)動(dòng)時(shí)的情況計(jì)算； W——臂部運(yùn)動(dòng)部件的總重量(N)； 177?！仙龝r(shí)為正，下降時(shí)為負(fù)。 當(dāng)Fm=40N，F(xiàn)g=100N，W =1098N時(shí) Pq=40+100+1098=1238(N) 臂部回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算 臂部回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力矩應(yīng)根據(jù)啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的慣性力矩與回轉(zhuǎn)部件支承處的摩擦力矩來(lái)計(jì)算。由于啟動(dòng)過(guò)程一般不是等加速度運(yùn)動(dòng)，故最大驅(qū)動(dòng)力矩要比理論平均值大一些。故驅(qū)動(dòng)力矩Mq可按下式計(jì)算： Mq = (Mm + Mg ) (Nm) 式中 Mm——各支承處的總摩擦力矩； Mg——啟動(dòng)時(shí)慣性力矩，一般按下式計(jì)算： Mg = J (Nm) 式中 J——手臂部件對(duì)其回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(kgm)。 ——回轉(zhuǎn)手臂的工作角速度(rad/s)。 △t——回轉(zhuǎn)臂啟動(dòng)時(shí)間(s) 當(dāng)Mm=84(Nm)，Mg=8=32(Nm) Mq = *116=(Nm) 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)。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。可以參考《工業(yè)機(jī)器人》表41。第五章 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 機(jī)械手的液壓傳動(dòng)是以有壓力的油液作為傳遞動(dòng)力的工作介質(zhì)。電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)油泵輸出壓力油，是將電動(dòng)機(jī)供給的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成油液的壓力能。壓力油經(jīng)過(guò)管道及一些控制調(diào)節(jié)裝置等進(jìn)入油缸，推動(dòng)活塞桿運(yùn)動(dòng)，從而使手臂作伸縮、升降等運(yùn)動(dòng)，將油液的壓力能又轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。手臂在運(yùn)動(dòng)時(shí)所能克服的摩擦阻力大小，以及夾持式手部夾緊工件時(shí)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)。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。這種借助于運(yùn)動(dòng)著的壓力油的容積變化來(lái)傳遞動(dòng)力的液壓傳動(dòng)稱為容積式液壓傳動(dòng)，機(jī)械手的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)都屬于容積式液壓傳動(dòng)。 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)主要由以下幾個(gè)部分組成： (1) 油泵 它供給液壓系統(tǒng)壓力油，將電動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為油液的壓力能，用這壓力油驅(qū)動(dòng)整個(gè)液壓系統(tǒng)工作。 (2) 液動(dòng)機(jī) 壓力油驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)部件對(duì)外工作部分。手臂做直線運(yùn)動(dòng)，液動(dòng)機(jī)就是手臂伸縮油缸。也有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的液動(dòng)機(jī)一般叫作油馬達(dá)，回轉(zhuǎn)角小于360176。的液動(dòng)機(jī)，一般叫作回轉(zhuǎn)油缸(或稱擺動(dòng)油缸)。 (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(jī)械手的手臂、手腕、手指等能夠完成所要求的運(yùn)動(dòng)。 機(jī)械手的液壓系統(tǒng)，根據(jù)機(jī)械手自由度的多少，液壓系統(tǒng)可繁可簡(jiǎn)，但是總不外乎由一些基本控制回路組成。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。 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。 (2 ) 卸荷回路 在機(jī)械手各油缸不工作時(shí)，油泵電機(jī)又不停止工作的情況下，為減少油泵的功率損耗，節(jié)省動(dòng)力，降低系統(tǒng)的發(fā)熱，使油泵在低負(fù)荷下工作，所以采用卸荷回路。此機(jī)械手采用二位二通電磁閥控制溢流閥遙控口卸荷回路。 (3) 減壓回路 為了是機(jī)械手的液壓系統(tǒng)局部壓力降低或穩(wěn)定，在要求減壓的支路前串聯(lián)一個(gè)減壓閥，以獲得比系統(tǒng)壓力更低的壓力。 (4) 平衡與鎖緊回路 在機(jī)械液壓系統(tǒng)中，為防止垂直機(jī)構(gòu)因自重而任意下降，可采用平衡回路將垂直機(jī)構(gòu)的自重給以平衡。為了使機(jī)械手手臂在移動(dòng)過(guò)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(yùn)動(dòng)并鎖緊。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。 (5) 油泵出口處接單向閥 在油泵出口處接單向閥。其作用有二：第一是保護(hù)油泵。液壓系統(tǒng)工作時(shí)，油泵向系統(tǒng)供應(yīng)高壓油液，以驅(qū)動(dòng)油缸運(yùn)動(dòng)而做功。當(dāng)一旦電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，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(dòng)，結(jié)果產(chǎn)生噪音，加速油泵的磨損。在油泵出油口處加設(shè)單向閥后，隔斷系統(tǒng)中高壓油液和油泵時(shí)間的聯(lián)系，從而起到保護(hù)油缸的作用。第二是防止空氣混入系統(tǒng)。在停機(jī)時(shí)，單向閥把系統(tǒng)能夠和油泵隔斷，防止系統(tǒng)的油液通過(guò)油泵流回油箱，避免空氣混入，以保證啟動(dòng)時(shí)的平穩(wěn)性。 速度控制回路 液壓機(jī)械手各種運(yùn)動(dòng)速度的控制，主要是改變進(jìn)入油缸的流量Q。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。本機(jī)械手采用定量油泵節(jié)流調(diào)速回路。 根據(jù)各油泵的運(yùn)動(dòng)速度要求，可分別采用LI型單向節(jié)流閥、LCI型單向節(jié)流閥或QI型單向調(diào)速閥等進(jìn)行調(diào)節(jié)。 節(jié)流調(diào)速閥的優(yōu)點(diǎn)是：簡(jiǎn)單可靠、調(diào)速范圍較大、價(jià)格便宜。其缺點(diǎn)是：有壓力和流量損耗，在低速負(fù)荷傳動(dòng)時(shí)效率低，發(fā)熱大。 采用節(jié)流閥進(jìn)行節(jié)流調(diào)速時(shí)，負(fù)荷的變化會(huì)引起油缸速度的變化，使速度穩(wěn)定性差。其原因是負(fù)荷變化會(huì)引起油缸速度的變化，使速度穩(wěn)定性差。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。 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)荷變化的影響，對(duì)速度的平穩(wěn)性要求高的場(chǎng)合，宜用調(diào)速閥實(shí)現(xiàn)節(jié)流調(diào)速。 方向控制回路 在機(jī)械手液壓系統(tǒng)中，為控制各油缸、馬達(dá)的運(yùn)動(dòng)方向和接通或關(guān)閉油路，通常采用二位二通、二位三通、二位四通電磁閥和電液動(dòng)滑閥，由電控系統(tǒng)發(fā)出電信號(hào)，控制電磁鐵操縱閥芯換向，使油缸及油馬達(dá)的油路換向，實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)和正反向轉(zhuǎn)動(dòng)。 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。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)。這里采用交流電磁閥。交流電磁閥起動(dòng)性能好，換向時(shí)間短，接線簡(jiǎn)單，價(jià)廉，但是如吸不上時(shí)容易燒壞，可靠性差，換向時(shí)有沖擊，允許換向頻率底，壽命較短。 機(jī)械手的液壓傳動(dòng)系統(tǒng) 液壓系統(tǒng)圖的繪制是設(shè)計(jì)液壓機(jī)械手的主要內(nèi)容之一。液壓系統(tǒng)圖是各種液壓元件為滿足機(jī)械手動(dòng)作要求的有機(jī)聯(lián)系圖。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所組成。 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)，畫出液壓原理圖。 上料機(jī)械手的動(dòng)作順序 本液壓傳動(dòng)上料機(jī)械手主要是從一個(gè)地方拿到工件后，橫移一定的距離后把工件給立式精鍛機(jī)進(jìn)行加工。它的動(dòng)作順序是：待料(即起始位置。手指閉合，待夾料立放) → 插定位銷 → 手臂前伸 → 手指張開 → 手指夾料 → 手臂上升 → 手臂縮回 → 立柱橫移 → 手腕回轉(zhuǎn)115176。 → 拔定位銷 → 手臂回轉(zhuǎn)115176。 → 插定位銷 → 手臂前伸 → 手臂中停 (此時(shí)立式精鍛機(jī)的卡頭下降 → 卡頭夾料，大泵卸荷) → 手指松開(此時(shí)精鍛機(jī)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(jī)械手復(fù)位) → 立柱回移(回到起始位置) → 待料(一個(gè)循環(huán)結(jié)束)卸荷。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。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(見電磁鐵動(dòng)作程序表)實(shí)現(xiàn)液壓系統(tǒng)的自動(dòng)控制。 自動(dòng)上料機(jī)械手液壓系統(tǒng)原理介紹圖9 機(jī)械手液壓系統(tǒng)圖液壓系統(tǒng)原理如圖8所示。該系統(tǒng)選用功率N =，帶動(dòng)雙聯(lián)葉片泵YB35/18 ，其公稱壓力為60*10帕，流量為 35升/分+18升/分=53升/分，系統(tǒng)壓力調(diào)節(jié)為30*10帕，油箱容積選為250升。手臂的升降油缸及伸縮油缸工作時(shí)兩個(gè)油泵同時(shí)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(shí)只有小油泵供油，大泵自動(dòng)卸荷。 手臂伸縮、手臂升降、手臂回轉(zhuǎn)、手臂橫向移動(dòng)和手腕回轉(zhuǎn)油路采用單向調(diào)速閥(QI63B、QI25B、QI10B)回程節(jié)流，因而速度可調(diào)，工作平穩(wěn)。 手臂升降油缸支路設(shè)置有單向順序閥(XI63B)，可以調(diào)整順序閥的彈簧力使之在活塞、活塞桿及其所支承的手臂等自重所引起的油液壓力作用下仍保持?jǐn)嗦?。工作時(shí)油泵輸出的壓力油進(jìn)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(yùn)動(dòng)。當(dāng)活塞要上升時(shí)，壓力油液經(jīng)單向閥進(jìn)入升降油缸下腔而不會(huì)被順序閥所阻，這樣采用單向順序閥克服手臂等自重，以防下滑，性能穩(wěn)定可靠。 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)反向進(jìn)油時(shí)，油箱通過(guò)控制油路將單向閥芯頂開，使回油路接通，油液流回油箱。 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*10帕 ，同時(shí)還給電液動(dòng)滑閥(或稱電液換向閥，34DY63B)來(lái)實(shí)現(xiàn)，空載卸荷不致使油溫升高。系統(tǒng)的壓力由溢流閥來(lái)調(diào)節(jié)。 此系統(tǒng)四個(gè)主壓力油路的壓力測(cè)量，是通過(guò)轉(zhuǎn)換壓力表開關(guān)(K3B)的位置來(lái)實(shí)現(xiàn)的，被測(cè)量的四個(gè)主油路的壓力值，分別從壓力表(Y60)上表示出來(lái)。 下面以上料機(jī)械手的一個(gè)典型動(dòng)作程序?yàn)槔?，結(jié)合圖8來(lái)說(shuō)明其動(dòng)作循環(huán)。 當(dāng)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，帶動(dòng)雙聯(lián)葉片泵3和8回轉(zhuǎn)，油液從油箱1中通過(guò)網(wǎng)式濾油器2和7，經(jīng)過(guò)葉片泵被送到工作油路中去，如果機(jī)械手還未啟動(dòng)，則油液通過(guò)二位二通電磁閥5和10(電磁鐵11DT和12DT通電)進(jìn)行卸荷。 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)械手開始按程序動(dòng)作。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8DT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。定位后此支油路系統(tǒng)壓力升高，壓力繼電器40發(fā)出電信號(hào)，經(jīng)過(guò)步進(jìn)選線器跳步使電磁鐵1DT通電，電液換向閥25從“O”型滑滑機(jī)能狀態(tài)變成通路，壓力油泵從3和8經(jīng)單向閥14和13，經(jīng)過(guò)電液換向閥25右邊通道進(jìn)入手臂伸縮油缸的右腔，使活塞桿帶動(dòng)導(dǎo)向桿作前伸運(yùn)動(dòng)(因活塞缸固定)，手臂前伸到適當(dāng)位置，裝在手臂上的碰鐵碰行程開關(guān)發(fā)出電信號(hào)，經(jīng)步進(jìn)選線器和時(shí)間繼電器延時(shí)，是電磁鐵3DT通電，手指張開；手臂靠慣性滑行，手指移到待上料的中心位置。在延時(shí)結(jié)束時(shí)，3DT斷電，手指夾緊料；并同時(shí)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(jìn)入手臂升降油缸的下腔，推動(dòng)手臂上升。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”型滑閥機(jī)能狀態(tài)，發(fā)出電信號(hào)經(jīng)步進(jìn)選線器跳步，使電磁鐵2DT通電，電液換向閥25左邊接通油路，壓力油通過(guò)電液換向閥25左邊通道，經(jīng)過(guò)單向調(diào)速閥26的單向閥進(jìn)入受臂伸縮油缸左腔使受臂縮回。同時(shí)發(fā)信、跳步，使電磁鐵13DT通電，壓力油通過(guò)電