【文章內(nèi)容簡介】 14 圖 8 手臂橫向移動機構(gòu) 計算臂部運動驅(qū)動力（包括力矩 ） 時，要把臂部所受的全部載荷考慮進去。機械手工作時，臂部所受的負荷主要有慣性力、摩擦力和重力等。 手臂做水平伸縮運動時，首先要克服摩擦阻力，包 括油缸與活塞之間的摩擦阻力即導向桿與支撐花套之間的摩擦阻力等，還要 克服啟動過程中的慣性力。其驅(qū)動力 Pq可按下式計算： Pq=Fm+Fg（ N） 式中 Fm—— 各支撐處的摩擦阻力； Fg—— 啟動過程中的慣性力，其大小可按下式估算 。 Fg=W*a/g（ N） g—— 重力加速度（ ） 15 a—— 啟動過程中的平均速度（ m/s平方） 而 a=△ v/△ t（ m/s平方） △ v—— 速度變化量。如果手臂靜止狀態(tài)加速到工作上的 v時，則這個過程的速度變化量就等于手臂的工作手臂的工作速度； △ t—— 啟動過程中所用的時間，一般為 ～ 當 Fm=80N， 1098N，△ v=500mm/s時， Pq=80+1098/*+112=192N 手臂做垂直運動時，除克服摩擦阻力 Fm和慣性力 Fg之外，還要克服臂部 運動部件的重力，故其驅(qū)動力Pq可按下式計算： Pq=Fm+Fg177。 （ N） 式中 Fm—— 個支撐處的摩擦力 （ N） Fg—— 啟動時慣性力（ N） 可按臂伸縮運動時的情況計算； W—— 臂部運動部件的總質(zhì)量（ N）； 177。 —— 上升時為正，下降時為負。 當 Fm=40N， Fg=100N， W=1098N時 Pq=40+100+1098=1238（ N） 部回轉(zhuǎn)運動驅(qū)動力矩的計算 臂部回轉(zhuǎn)運動驅(qū)動力矩應(yīng)根據(jù)啟動時產(chǎn)生的慣性力矩與回轉(zhuǎn)部件支撐處的摩擦力矩來計算。由于啟動過程中一般不是等加速度運動，故做大驅(qū)動力矩要比理論平均值大一些，一般取平均值的 。故驅(qū)動力矩Mq按下式計算： Mq=（ Mm+Mg） （ ） 式中 Mm—— 各支撐處的總摩擦力矩； Mg—— 啟動時慣性力矩，一般按下式計算： Mg=Jω /△ t() 式中 J—— 手臂部件 對其回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動慣量 ( ) ω —— 回轉(zhuǎn)手臂的工作角速度（ rad/s） 16 △ t—— 回轉(zhuǎn)臂啟動時間（ s） 當 Mm= ， Mg=8*（ ） Mq=*116=（ ） 對于活塞、導向套筒和油缸等的轉(zhuǎn)動慣量都要做詳細計算，因為這些零件的重量較大或回轉(zhuǎn)半徑較大，對總的計算結(jié)果影響也較大，對于小零件則可作為質(zhì)點計算器轉(zhuǎn)動慣量，對其質(zhì)心轉(zhuǎn)動慣量忽略不計。對于形狀復雜的零件，可劃分成幾個簡單的零件分別進 行計算，其中有的部分可當做質(zhì)點計算?？梢詤⒖肌豆I(yè)機器人》表 41. 5 液壓系統(tǒng)的設(shè)計 液壓傳動系統(tǒng)主要由以下幾個部分組成： ①油泵 它供給液壓系統(tǒng)壓力油，將電動機輸出的機械能轉(zhuǎn)換成油液的壓力能，用這壓力油驅(qū)動整個液壓系統(tǒng)工作。 ②液動機 壓力油驅(qū)動運動部件對外工作部分。手臂做直線運動，液動機就是手臂伸縮油缸。也有回轉(zhuǎn)運動的液動機一般叫做油馬達，回轉(zhuǎn)角小于 360176。的液動機，一般叫做回轉(zhuǎn)油缸（或稱擺動油缸）。 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，使機械手的手臂、手腕、手指等能夠完成所要求的運動。 機械手的液壓系統(tǒng)根據(jù)機械手自由度的多少液壓系統(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、運動的換向、工作速度個調(diào)節(jié)以及同步運動等。 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 在機械手各油缸不工作時，油泵電機又不停止工作的情況下，為減少泵的功率損耗，節(jié)省動力，降低系統(tǒng)的發(fā)熱，使油泵在低負荷下工作，所以采用卸荷回路。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。 ③減壓回路 為了是機械手的液壓系統(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 在機械液壓系統(tǒng)中，為防止垂直機構(gòu)因自重而人以下將，可采用平衡回路將垂直機構(gòu)的自重給以平衡。 為了使機械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 17 回路，即將油缸的會有了關(guān)閉，使活塞停止運動并鎖緊。本機械手采用單行順序閥做平衡閥實現(xiàn)任意位置鎖緊的回路。 ⑤油泵出口接單向閥 在油泵出口處接單向閥。其作用有二：第一是保護油泵。液壓系統(tǒng)工作時，油泵像系統(tǒng)供應(yīng)高壓油液，以驅(qū)動油缸運動而做功。當一旦電機停止轉(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。在油泵出油口處加設(shè)單向閥后，割斷系統(tǒng)中高壓油液和油泵時間是聯(lián)系，從而起到保護油缸的作用。第二是防止空氣混入，以保證啟動時的平穩(wěn)性。 液壓機械手各種運動控制的控制，主要是改變進入油泵的流量 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)流閥的同流截面來改變進入油缸或油馬達的流量；另一類是采用變量泵，改變油泵的供油量。本機械手采用定量油泵節(jié)流調(diào)速回路。 根據(jù)各油泵的運動速度要求，可分別采用 LI型單向節(jié)流閥、 LCI型單項節(jié)流閥或 QI型單項調(diào)速閥等進行調(diào)節(jié)。 節(jié)流調(diào)速閥的優(yōu)點是：簡單可靠、調(diào)速范圍大、價格便宜。其缺點是：有壓力和流量損耗，在低速負荷傳動時效率低，發(fā)熱大。 采用節(jié)流閥進行截流調(diào)速時，負荷的變化會引起油缸速度的變化，使速度穩(wěn)定性差。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。其原因是負荷變化會引起節(jié)流閥進出 油口的壓差變化，因而使通過節(jié)流閥的流量以至油缸的速度變化。 調(diào)速閥能夠隨負荷的變化而自動調(diào)整和穩(wěn)定所通過的流量，使油缸的運動速度不受負荷變化的影響，對速度的平穩(wěn)性要求高的場合，宜用調(diào)速閥實現(xiàn)截流調(diào)速。 在機械手液壓系統(tǒng)中，為控制各油缸、馬達的運動方向和接通或關(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滑閥，由電控系統(tǒng)發(fā)出電信號，控制電磁鐵操縱閥芯換向，使油缸及油馬達的油路換向，實現(xiàn)直線往復運動和正反向轉(zhuǎn)動。 目前在在液壓系統(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。交流電磁閥啟動性能好，幻想時間段，接線簡單，廉價，但是如吸不上時容易燒壞，可靠性差，換向時有沖擊，允許換向頻率低，壽命較短。 液壓系統(tǒng)圖的繪制是涉及液壓機械手的主要內(nèi)容之一。液壓系統(tǒng)圖是各種液壓元件為滿足機械手動作要求的有機聯(lián)絡(luò)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)圖的一半順序是：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，從而組成整個液壓系統(tǒng)，并用液壓系統(tǒng)圖形符號，畫出液壓原理圖。 18 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洞見給立式精鍛機進行加工。它的動作順序是：待料（即其實位置。手指閉合，待加料立放）→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?！味ㄎ讳N→手臂回轉(zhuǎn) 115176?！宥ㄎ讳N→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→手腕翻轉(zhuǎn)（手腕復位）→拔定位銷→手臂反轉(zhuǎn)（上料機械手復位）→立柱回移（回到起始位置）→待料（一個循環(huán)結(jié)束）卸荷。 上述動作均由電控系統(tǒng)發(fā)信控制相應(yīng)的電磁換向閥，按程序依次步進動作而實現(xiàn)的，該電控系統(tǒng)的步進控制環(huán)節(jié)采用步進選線器，其步進動作是在每一步進行完成后，使星辰開關(guān)的觸點閉合或依據(jù)每一步動作的預設(shè)停留時間，使時間繼電器動作而發(fā)信，使步進器順序?跳步?控制電磁閥的電磁鐵線圈通斷電，使電磁鐵按程序動作（見電磁鐵動作程序表） 實現(xiàn)液壓系統(tǒng)的自動控制。 液壓系統(tǒng)原理如圖 8 所示。該系統(tǒng)選用功率 N=，帶動雙聯(lián)葉片泵 YB35/18，其公稱壓力為 60*10的五次方帕，流量為 35升 /分 +18升 /分 =53升 /分，系統(tǒng)壓力調(diào)節(jié)為 30*10五次方帕，油箱容量選為 250升。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)和手指加緊用的拉緊油缸以及手臂回轉(zhuǎn)的定位油缸工作時只有下油泵供油，大泵自動卸荷。 手臂伸縮、手臂升降、手臂回轉(zhuǎn)、手臂橫向移動和手腕回轉(zhuǎn)油路采用單項調(diào)速 閥（ QI63B、 QI25B、 QI10B） 19 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)置有單項順序閥（ XI63B），可以調(diào)整順序閥的彈簧力使之在活塞、活塞桿及其支撐的手臂等自重所引起的油液壓力作用下仍保持斷路。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。當活塞要上升時，壓力油液經(jīng)單向閥進入生將油缸下腔而不會被順序閥所阻，這樣采用單項順序閥克服手臂等自重，以防下滑，性能穩(wěn)定可靠。 手指加緊油缸支路裝有液腔單向閥（ IY25B） ，使手指加緊工件時不受系 統(tǒng)壓力波動的影響，保證手指加持工件牢靠。當反向進油時，又想通過控制油路將單向閥芯頂開，使會有路接通，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聯(lián)有減壓閥（ J10） ,使定位油缸獲得適當壓力為 15— 18*10的五次方帕，同時還給電液動滑閥（或稱電業(yè)換向閥， 34DY63B） 來實現(xiàn)，空載卸荷不致使油溫升高。系統(tǒng)的壓力油溢流閥來調(diào)節(jié)。 此系統(tǒng)四個主壓力油路的壓力測量，是通過轉(zhuǎn)換壓力表開關(guān)（ K B）的位置來實現(xiàn)的，被測量的四個主油路的壓力值，分別從壓力表（ Y60） 上表示出來。 下面以上料機械手的一個典型動作程序為例，結(jié)合圖 8來說明其動作循環(huán)。 當電動機啟動時，帶動雙聯(lián)葉片泵和 8回轉(zhuǎn)，油液從郵箱 1中通過網(wǎng)式濾油器和 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 11DY和 12DT通電）進行卸荷。 當熱棒料到達上料的位置后，由于 1150℃的熱料使廣電繼電器發(fā)出電信號（或經(jīng)過人工啟動），經(jīng)過步進選線器跳步，使機械手開始按程序動作。此時卸荷停止（二位二通電磁閥 5和 10的電磁鐵斷電），電磁鐵8DY通電，壓力油進到定位油缸的無桿 腔進行定位動作。定位后此油路系統(tǒng)壓力升高，壓力繼電器 40發(fā)出電信號，經(jīng)過步進選線器跳步使電磁鐵 1DY通電，電液換向閥 25從? O?型滑閥技能狀態(tài)變成路通路 油泵從 3和 8 經(jīng)單向閥 14 和 13，經(jīng)過電液換向閥 25右邊通道進入手臂伸縮油缸的右腔，使活塞桿帶動導向桿做前伸運動（因活塞缸固定），手臂前伸