【文章內(nèi)容簡介】 3。 28 9結論 28 參考文獻 29 致謝 錯誤 !未定義書簽。 1 液壓控制的翻轉機械手的設計 摘 要 ： 在現(xiàn)代生產(chǎn)過程中， 液壓控制的翻轉 機械手被廣泛 地 運用于自動生產(chǎn)線中，機械 手的研制和生產(chǎn)已成為高技術 領 域內(nèi) 迅速發(fā) 展 起來的一門新興的技術，它更加促進了 液壓控制的翻轉機械手的發(fā)展，使得機械手能更好地實現(xiàn)機械化 與 自動化的有機結合。 本設計主要針對生產(chǎn)線上的自動化設計了一個四自由度的翻轉機械手，實現(xiàn)了生產(chǎn)的自動化 。 因此，在自動化機床的綜合加工線上， 使用機械手可 以減少人力 的使用 和更準確 地 控制生產(chǎn) 的節(jié)拍 ，同時提高生產(chǎn)的安全性 。 該機械手采用了液壓驅(qū)動，實現(xiàn)了夾緊、翻轉和展開等動作，該設計能夠提高勞動生產(chǎn)率，從而提高經(jīng)濟 和社會 效益。 關鍵詞 ： 翻轉；機械手；液壓驅(qū)動 The Design of Turning Manipulator Based on Hydraulic Control Abstract: In manufacturing process of modern industry， flip manipulator hydraulic control is widely used in automatic production line, development and production of manipulator has bee one of the burgeoning high tech areas of emerging technologies, which promoted the development of flip manipulator hydraulic control, allow manipulators to better achieve the bination of mechanization and automation. This design is intended primarily for production line automation of flip designed a four DOF manipulator, enabling automation of production. Therefore, on the transfer line for processing in the 2 integrated automation of machine tool, using the manipulator can use less human and more accurate control over the production of robot uses a hydraulic drive, implements actions such as clamp, flip, and expand, this design can increase the productivity, To enhance the economic and social benefits. Key words: flipping。manipulator。hydraulic drive 1 前言 幾千年前人類就渴望制造一種像人一樣的機器，以便將人類從繁重的勞動中解脫出來。如古希臘神話《阿魯哥探險船》中的青銅巨人泰洛斯（ Taloas)，猶太傳說中的泥土巨人等等，這些美麗的神話時刻激勵著人們一定要把美麗的神話變?yōu)楝F(xiàn)實，早在兩千年前就開始出現(xiàn)了自動木人和一些簡單的機械偶人。 到了近代 ，機器人一詞的出現(xiàn)和世界上第一臺工業(yè)機器人問世之后，不同功能的機器人也相繼出現(xiàn)并且活躍在不同的領域，從天上到地下，從工業(yè)拓廣到 農(nóng)業(yè)、林、牧、漁，甚至進入尋常百姓家。機器人的種類之多，應用之廣，影響之深，是我們始料未及的。 工業(yè)機器人由操作機（機械本體）、控制器、伺服驅(qū)動系統(tǒng)和檢測傳感裝置構成，是一種仿人操作、自動控制、可重復編程、能在三維空間完成各種作業(yè)的機電一體化自動化生產(chǎn)設備。特別適合于多品種、變批量的柔性生產(chǎn)。它對穩(wěn)定、提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，改善勞動條件和產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代起著十分 重要的作用。 機器人并不是在簡單意義上代替人工的勞動，而是綜合了人的特長和機器特長的一種擬人的電子機械裝置，既有人對環(huán)境狀態(tài)的快速反應和分析判斷能力，又有機器可長時間持續(xù)工作、精確度高、抗惡劣環(huán)境的能力，從某種意義上說它也是機器的進化過程產(chǎn)物，它是工業(yè)以及非產(chǎn)業(yè)界的重要生產(chǎn)和服務性設備，也是先進制造技術領域不可缺少的自動化設備。 液壓控制的翻轉機械手是加工自動線上物料翻轉的關鍵設備，翻轉機械手的設計具有現(xiàn)實的工程意義。液壓控制的翻轉 機械手是在機械化，自動化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。在現(xiàn)代生產(chǎn)過程 中， 液壓控制的翻轉 機械手被廣泛的運用于自動生產(chǎn)線中，機械 手 的研制和生產(chǎn)已成為高技術 領 域內(nèi)，迅速發(fā)殿起來的一門新興的技術，它更加促進了 液壓控制的翻轉 機械手的發(fā)展，使得機械手能更好地實現(xiàn)與機械化和自動化的有機結合。 液壓控制的翻轉 機械手雖然目前還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復工作和勞動，不知疲勞，不怕危險，抓舉重物的力量比人手力大的特點，因此， 液壓控制的翻轉 機械手已受到許多部門的重視，并越來越廣泛地得到了應用。 在機械工業(yè)中， 液壓控制的翻轉機械手 的意義可以概括如下： 3 機械手 有利于實現(xiàn)材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機器的裝配等的自動化的程度，從而可以提高勞動生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本。 ，避免人身事故 在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空間狹窄的場合中，用人手直接操作是有危險或根本不可能的，而應用機械手即可部分或全部代替人安全的完成作業(yè)，使勞動條件得以改善。在一些簡單、重復，特別是較笨重的操作中，以機械手代替人進行工作，可以避免由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。 ，并便于有節(jié)奏的生產(chǎn) 機械手 代替人進行工作，這是直接減少人力的一個側面，同時由于機械手可以連續(xù)的工作，這是減少人力的另一個側面。因此，在自動化機床的綜合加工自動線上， 使用機械手可 以減少人力 的使用 和更準確 地 控制生產(chǎn)的節(jié)拍，便于有節(jié)奏的進行生產(chǎn)工作。 2 機器人的發(fā)展 世界機器人的發(fā)展 國外機器人領域發(fā)展近幾年有如下幾個趨勢： （ 1） .工業(yè)機器人性能不斷提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修），而 單機價格不斷下降，平均單機價格從 91 年的 10． 3萬美元降至 97 年的 6． 5 萬美元。 （ 2）．機械結構向模塊化、可重構化發(fā)展。例如關節(jié)模塊中的伺服電機、減速機、檢測系統(tǒng)三位一體化；由關節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構造機器人整機；國外已有模塊化裝配機器人產(chǎn)品問市。 （ 3）．工業(yè)機器人控制系統(tǒng)向基于 PC 機的開放型控制器方向發(fā)展，便于標準化、網(wǎng)絡化；器件集成度提高，控制柜日見小巧，且采用模塊化結構；大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。 （ 4）．機器人中的傳感器作用日益重要，除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器 外，裝配、焊接機器人還應用了視覺、力覺等傳感器，而遙控機器人則采用視覺、聲覺、力覺、觸覺等多傳感器的融合技術來進行環(huán)境建模及決策控制；多傳感器融合配置技術在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟應用。 （ 5）．虛擬現(xiàn)實技術在機器人中的作用已從仿真、預演發(fā)展到用于過程控制，如使遙控機器人操作者產(chǎn)生置身于遠端作業(yè)環(huán)境中的感覺來操縱機器人。 （ 6）．當代遙控機器人系統(tǒng)的發(fā)展特點不是追求全自治系統(tǒng)，而是致力于操作者與 4 機器人的人機交互控制，即遙控加局部自主系統(tǒng)構成完整的監(jiān)控遙控操作系統(tǒng)，使智能機器人走出實驗室進入實用化階段。 (7)．機器人化機械開始興起。從 94 年美國開發(fā)出 “ 虛擬軸機床 ” 以來，這種新型裝置已成為國際研究的熱點之一，紛紛探索開拓其實際應用的領域 。 我國 機器人的發(fā)展 有人認為，應用機器人只是為了節(jié)省勞動力，而我國勞動力資源豐富，發(fā)展機器人不一定符合我國國情。這是一種誤解。在我國，社會主義制度的優(yōu)越性決定了機器人能夠充分發(fā)揮其長處。它不僅能為我國的經(jīng)濟建設帶來高度的生產(chǎn)力和巨大的經(jīng)濟效益，而且將為我國的宇宙開發(fā)、海洋開發(fā)、核能利用等新興領域的發(fā)展做出卓越的貢獻。 我國的工業(yè)機器人從 80年代 “ 七五 ” 科技攻關開 始起步，在國家的支持下，通過“ 七五 ” 、 “ 八五 ” 科技攻關，目前已基本掌握了機器人操作機的設計制造技術、控制系統(tǒng)硬件和軟件設計技術、運動學和軌跡規(guī)劃技術，生產(chǎn)了部分機器人關鍵元器件，開發(fā)出噴漆、弧焊、點焊、裝配、搬運等機器人；其中有 130多臺套噴漆機器人在二十余家企業(yè)的近 30條自動噴漆生產(chǎn)線（站）上獲得規(guī)模應用，弧焊機器人已應用在汽車制造廠的焊裝線上。但總的來看，我國的工業(yè)機器人技術及其工程應用的水平和國外比還有一定的距離，如：可靠性低于國外產(chǎn)品；機器人應用工程起步較晚，應用領域窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術與國外比有差距 ；在應用規(guī)模上，我國已安裝的國產(chǎn)工業(yè)機器人約 200 臺，約占全球已安裝臺數(shù)的萬分之四。以上原因主要是沒有形成機器人產(chǎn)業(yè)，當前我國的機器人生產(chǎn)都是應用戶的要求， “ 一客戶，一次重新設計 ” ，品種規(guī)格多、批量小、零部件通用化程度低、供貨周期長、成本也不低，而且質(zhì)量、可靠性不穩(wěn)定。因此迫切需要解決產(chǎn)業(yè)化前期的關鍵技術，對產(chǎn)品進行全面規(guī)劃，搞好系列化、通用化、?；O計，積極推進產(chǎn)業(yè)化進程。 我國的智能機器人和特種機器人在 “863” 計劃的支持下，也取得了不少成果。其中最為突出的是水下機器人， 6000 米水下無纜機器人的成果居 世界領先水平，還開發(fā)出直接遙控機器人、雙臂協(xié)調(diào)控制機器人、爬壁機器人、管道機器人等機種；在機器人視覺、力覺、觸覺、聲覺等基礎技術的開發(fā)應用上開展了不少工作，有了一定的發(fā)展基礎。但是在多傳感器信息融合控制技術、遙控加局部自主系統(tǒng)遙控機器人、智能裝配機器人、機器人化機械等的開發(fā)應用方面則剛剛起步，與國外先進水平差距較大，需要在原有成績的基礎上，有重點地系統(tǒng)攻關，才能形成系統(tǒng)配套可供實用的技術和產(chǎn)品，以期在 “ 十五 ” 后期立于世界先進行列之中 [1]。 5 3 機械手的設計方案 機械手的組成 工業(yè)機械手是由 機座、執(zhí)行機構和驅(qū)動機構所組成，執(zhí)行機構包括抓取部分（手部）、腕部和臂部等運動部件所組成。 ：直接與工件接觸的部分，一般是回轉型或平移型。傳動機構形式多樣，常用的有：滑槽杠桿式、連桿杠桿式、彈簧式等。 ：是聯(lián)接手部和手臂的部件，并可用來調(diào)整被抓取物體的方位。 ：手臂是支撐被抓物體，手部，腕部的重要部件。手臂的作用是帶動手指去抓取物件 [2]，并按預定要求將其搬運到給定位置。 驅(qū)動機構：有氣動，液動，電動和機械式四種形式。 機座：它是整個工業(yè)機械手的基礎。 規(guī)格參數(shù) 工業(yè)機械手的規(guī)格參數(shù)是說明機械手規(guī)格和性能的具體指標，一般包括以下幾個方面： （又稱臂力）：額定抓取重量或稱額定負荷，單位為公斤； ：整機，手臂和手腕等運動共有幾個自由度； ：固定機械擋塊，可調(diào)機械擋塊，行程開關，電位器及其他各種位置設定和檢測裝置； ：氣動，液動，電動和機械式四種形式； ； ； ； ：位置設定精度和重復定位精度； ：長179。寬179。高（毫米）； ：整機重 量。 設計路線與方案 設計步驟 ； ； ； ； 6 ，范圍，性能進行分析，強度和運動學校核； ； ； [3]。 研究方法和措施 使用現(xiàn)在機械設計方法和液壓傳動技術進行設計，采用關節(jié)式坐標（四個自由度，可以繞 X、 Y、 Z軸轉動和 X軸移動）。 4 整體的結構設計分析 由以上的分析， 即機械手的動作是：夾緊→手腕回轉 90度→手臂仰俯 90→機座回轉 90度→展開。其中，手抓的動作是夾緊和展開。為了實現(xiàn)這些動作，手抓采用一個液壓缸；手腕采用一個擺動馬達；臂部用一個擺動馬達，機座用一個擺動馬達。其中，手抓和手腕采用聯(lián)軸器聯(lián)接，手腕跟臂部用螺釘和螺母聯(lián)接。 機械手采用液壓系統(tǒng)。液壓伺服系統(tǒng)響應快，控制性好，在性能優(yōu)良的機械手上得到了廣泛的應用。 油泵采用 CB— 32 外嚙合齒輪泵 ，溢流閥調(diào)整壓力為 50公斤力 /平方厘米，油箱內(nèi)的液壓油經(jīng)過油泵升高壓力，進入伺服閥的液壓油高度清潔 [4]，壓 力油經(jīng)過電液伺服閥進入相應的液壓油缸，推動執(zhí)行部分動作。 為了保證液壓系統(tǒng)可靠地工作，初次安裝時必須將各油缸和管道仔細清洗和沖洗，油箱要密封，加入的液壓要經(jīng)過過濾。在液壓系統(tǒng)中還裝有水冷卻器，以控制油溫不超過 50℃。 5 機械手的設計 主要技術參數(shù) 根據(jù)工作環(huán)境 和生產(chǎn)狀況，提出設計參數(shù)，主要技術參數(shù)： （ 1） 自由度數(shù)： N=4 （ 2）抓取重量： P=mg=50179。 =490N （ 3） 手臂俯仰 ： β =177。 45176。 ω β = 10176。 /s （ 4） 左右回轉 ： γ =90176。 ω γ = 10176。 /s （ 5） 手腕回轉 ： ε =90176。 ω ε = 10176。 /s （ 6）定位精度： 177。 4mm （ 7）臂，腕運動：點位（電液伺服機構） （ 8）驅(qū)動方式：液壓 [5] 7 手爪的設計 概述 手部是機械手直接用于抓取和握緊工件或夾持專用工具進行操作的部件，它具有模仿人手的功能，并安裝于機械手手臂的前端。機械手結構型式不象人手，它的手指形狀也不象人的手指、它沒有手掌，只有自身的運動將物體包住，因此，手部結構及型式根據(jù)它的使用場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計各種類型的手部結構，它一般可分為 鉗爪式，氣吸式，電磁式和其他型式。 在手爪的內(nèi)側沒有槽口，用螺釘將彈性材料裝在槽口中形成彈性機械手，彈性材料的一端用螺釘固定，另一端可以自由運動。當手爪加緊零件時，彈性材料便發(fā)生變形并與零件外輪廓緊密接觸。夾緊力與彈性材料的強度有關，改變其彈性強度即可調(diào)節(jié)夾緊力。 鉗爪式手部結構由手指和傳力機構組成。其傳力機構形式比較多，如滑槽杠桿式、連桿杠桿式、斜楔杠桿式、齒輪齒條式、彈簧杠桿式 ?? 等，這里采用滑槽杠桿式 [6]。 設計時應考慮的幾個問題 ① 應具有足夠的握力（即夾緊力 ） 在確定手指的握力時，除考慮工件重量外，還應考慮在傳送或操作過程中所產(chǎn)生的慣性力和振動，以保證工件不致產(chǎn)生松動或脫落。 ② 手指間應有一定的開閉角 兩個手指張開與閉合的兩個極限位置所夾的角度稱為手指的開閉角。手指的開閉角保證工件能順利進入或脫開。若夾持不同直徑的工件，應按最大直徑的工件 來 考慮手指的開閉角 。 ③ 應保證工件的準確定位 為使手指和被夾持工件保持準確的相對位置，必須根據(jù)被抓取工件的形狀，選擇相應的手指形狀。例如圓柱形工件采用帶 ‘V’ 形面的手 指，以便自動定心 [7]。 ④ 應具有足夠的強度和剛度 手指除受到被夾持工件的反作用力外，還受到機械手在運動過程中所產(chǎn)生的慣性力和振動的影響，要求具有足夠的強度和剛度以防止折斷或彎曲變形，但應盡量使結構簡單緊湊，自重輕。 ⑤ 應考慮被抓取對象的要求 應根據(jù)抓取工件的形狀、抓取部位和抓取數(shù)量的不同，來設計和確定手指的形狀 [8]。 驅(qū)動力的計算 8 如圖所示為滑槽式手部結構。在拉桿 3作用下銷軸 2向上的拉力為 P，并通過銷軸中心 O 點，兩手指 1 的滑槽對銷軸的反作用力為 P P2，其力的方向垂直于滑槽中心線 OO1和 OO2并指向 O 點， P1和 P2的延長線交 O1O2于 A 及 B，由于 △O 1OC 和 △O 2OC 均為直角三角形，故 ∠AOC=∠BOC=α 。根據(jù)銷軸的力平衡條件，即 9 1. Finger 2. Pin 3. Lever 4 Means