【導(dǎo)讀】料均已作明確標(biāo)注，論文中的結(jié)論和成果為本人獨立完成，真實可靠，與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均已在。本人授權(quán)青島農(nóng)業(yè)大學(xué)可以將本畢業(yè)論文（設(shè)計）全部或部分內(nèi)。保存和匯編本畢業(yè)論文（設(shè)計）。作為自動化生產(chǎn)線上的重要成員，逐漸被企業(yè)所認同并采用。工業(yè)機器人的技術(shù)。水平和應(yīng)用程度在一定程度上反映了一個國家工業(yè)自動化的水平。器人主要承擔(dān)著焊接、噴涂、搬運以及堆垛等重復(fù)性并且勞動強度極大的工作。搬運機械手的工作原理，熟悉了搬運機器人的運動機理。在此基礎(chǔ)上，確定了四。行部分、驅(qū)動部分）和簡單的三維實體造型工作。量的重復(fù)性勞動，同時又節(jié)約了成本，提高了工作效率。較全面的介紹和總結(jié)。水平和豎直方向直線運動傳動方式設(shè)?????

　　

【正文】 液壓缸實際的工作載荷僅僅由抓取的輪胎的重量產(chǎn)生。 圖 313關(guān)節(jié)機器人 Figure313 joint robot 機械臂此種設(shè)計方案的優(yōu)缺點： 為了調(diào)節(jié)機械臂的長度執(zhí)行機構(gòu)可以采用 腕、臂、關(guān)節(jié) 的方式如圖 313，通過關(guān)節(jié)的伸直與彎曲可以改變相鄰兩臂的角度，進而可以改變機械臂的水平長度。但是關(guān)節(jié)機械臂有一個顯著的問題就是在關(guān)節(jié)處需要加裝驅(qū)動傳動裝置，在增加了靈活性的同時機械臂的機械強度就會有顯著下降，而本文中采用伸縮臂的形式不但可以簡而有效的通過液壓缸改變機械臂的長度， 并且可以在保證了各個方向上靈活度需求的同時還有較好的結(jié)構(gòu)強度。 伸縮臂形式的缺點也是很明顯的，那就是靈活度比關(guān)節(jié)式機械臂小得多，而本設(shè)計中機械臂所要做的僅僅是抬升，對靈活度要求并不高，所以機械臂采用伸縮臂式的結(jié)構(gòu)式非常合適的。 機械爪 結(jié)構(gòu)組成與工作原理 機械爪的夾持方式分為外圍夾持方式與中心夾持方式如圖 314。在外圍式夾持方式中機械爪在輪胎四周，通過機械爪從外圍向中間的收縮夾緊輪胎外圈而固定好輪胎。而中心式夾持方式中機械爪處于輪胎中心的位置，通過機械爪由內(nèi)向外的移動張緊輪胎內(nèi)圈而固定好輪胎。本設(shè) 計中由于是為硫化機加裝輪胎，所以只能采用中心夾持式。 圖 314輪胎抓取機械手 Figure 314 Tire crawl robot 機械爪設(shè)計思路：機械爪設(shè)計的中心思想是設(shè)計一種機械結(jié)構(gòu)，將馬達的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為滑塊的直線運動 。數(shù)個滑塊組成滑塊圈，當(dāng)滑塊圈處于 處于收縮狀態(tài)時機械爪運動至輪胎中心位置，通過 此種機械結(jié)構(gòu)的運動方式轉(zhuǎn)化由 L 型滑塊 組成的滑塊圈迅速擴張，最終 卡住輪胎的內(nèi)圈， 而 L 型結(jié)構(gòu)可以將滑塊的一部分伸入輪胎內(nèi)部， 在輪胎搬運機器人的其他系統(tǒng)的協(xié)同作用下移動輪胎的位置。 這就是機械爪的設(shè)計思路。 機械爪整體結(jié)構(gòu)： 機械爪的整體結(jié)構(gòu)如圖 315 所示。機械爪由 10 部分組成， 1吊環(huán)的作用是連接機械爪與機械臂。 5馬達架主要左右是用來固定擺動馬達，為擺動馬達的旋轉(zhuǎn)提供一個反作用力。 6聯(lián)軸器將 4擺動馬達提供的扭矩傳遞給 7圓盤，為 10滑塊的運動提供動力 8連接塊、 9卡盤與 10L 型滑塊是機械手中關(guān)鍵的三個個部分。如果說 7圓盤為 10滑塊提供的動力，那么 8連接塊、 9卡盤為 10滑塊提供的就是方向。在 7圓盤、 8連接塊、 9卡盤中的水平槽的共同作用下，將擺動馬達的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為 10L 型滑塊的 直線運動。 圖 315機械爪三維立體圖 Figure 315 claw threedimensional map 1吊環(huán)； 2螺栓； 3連接盤； 4擺動馬達； 5馬達支架； 6聯(lián)軸器； 7圓盤； 8連接塊； 9卡盤； 10L 型滑塊 1吊環(huán)與伸縮臂連接，由于伸縮臂上下運動的時候機械爪并不是嚴(yán)格的沿著Z 軸方向移動，而是會有一個有弧度的軌跡，所以如果機械爪與伸縮臂之間是硬性連接，工作狀態(tài)中機械爪的軸向方向會與 Z 軸方向有一個角度，這樣在吊環(huán)與伸縮臂連接處會產(chǎn)生一個不必要的彎矩，如果為了讓機械爪軸向方向保 持豎直而增加一個穩(wěn)定裝置即會增加系統(tǒng)的復(fù)雜性，也會增加成本，考慮到工作狀態(tài)中機械爪的自重加上輪胎的總重量會達到一個不小的數(shù)值，所以最好的方法就是在 吊環(huán)與伸縮臂連接處加裝軸承減小摩擦力，利用機械爪與輪胎的重力讓自身時刻保持豎直狀態(tài)。 機械爪工作原理 機械爪卡盤部分結(jié)構(gòu)如圖 316 所示。 圖 316機械爪三維立體圖 Figure 316claw threedimensional map 6聯(lián)軸器； 7圓盤； 8連接塊； 9卡盤； 10滑塊； 11螺栓 1； 12水平槽； 13螺栓 2 4擺動馬達是一個 擺動角度恒定為 90176。的氣動馬達，當(dāng)擺動馬達旋轉(zhuǎn)時通過8聯(lián)軸器帶動 7圓盤旋轉(zhuǎn)， 8滑塊連接器一端固定在 7圓盤上，另一端固定在 10滑塊上， 7圓盤的旋轉(zhuǎn)會通過 8連接塊帶動 10滑塊在水平槽內(nèi)徑向移動。 4擺動馬達最終將液壓能轉(zhuǎn)化為扭矩通過 7圓盤的旋轉(zhuǎn)運動進而轉(zhuǎn)化為了 10滑塊的水平直線運動。 當(dāng)機械手抓取輪胎工作的工作狀態(tài)中， 10滑塊被推倒最外端， 8連接塊的方向正好垂直于 7圓盤的軸線方向，此時機械爪處于自鎖的狀態(tài)。所以說當(dāng)機械爪處于抓取狀態(tài)時，即使停電或者擺動馬達出現(xiàn)故障停止工作，輪胎 也不會落下，安全性能得以提高。 機械臂強度計算與校核 機械臂的最小截面在伸縮臂上，所以如果在將伸縮臂的截面積代替整個機械臂的截面積的情況下，機械臂的受力情況依 然良好，那么實際情況下機械臂的強度就不會有問題，伸縮臂橫截面如 圖 317。 B=140mm b=120mm H=160mm h=140mm，查機械手冊可得 ? ? 55Mpa? ? 、? ? 80Mpa? ? C 點為機械臂配重 100kg 、 D 點為機械臂自重 100kg 作用在機械臂重心、 E 點為工作負載 100kg 。 圖 317機械臂截面示意圖 Figure 317 Schematic crosssection arm 簡化后的機械臂受力如 圖 318 圖 318機械臂簡化受力圖 Figure 318 arm by trying to simplify 取整體為研究對象，根據(jù) ( ) 0BMF?? 和 ( ) 0AMF?? 求得支反力 AF 、 BF為： 3 ( )AF kN?? ， 6 ( )BF kN?? 根據(jù)已知的所有力繪出剪力圖 319 與彎矩圖 320 圖 319機械臂剪力圖 Figure 319 Shear Diagram arm 圖 320機械臂彎矩圖 Figure 320 arm bending moment diagram 由彎矩圖可以得知最大彎矩為 mkN?? 發(fā)生在 A 點 N m?? 抗彎截面系數(shù)的選?。? 3 3 3 3 3 3 53( ) / 12 14 0 16 0 12 0 14 0 2. 5 10/ 2 6 6 16 0B H bh B H bhw m mHH? ? ? ? ?? ? ? ? ?? 由zMW?? 得，最大彎曲正應(yīng)力 max? 為 ? ?6 2m a x 52 . 5 1 0 1 0 /2 . 5 1 0zM N m mW???? ? ? ?? 梁的彎曲正應(yīng)力強度滿足 由 ? ? FsA? ??得，最大彎曲切應(yīng)力 ??max? ? ? ? ?3m a x 4 10 140 140 120F s F s M paA H B hb??? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ? 梁的彎曲切應(yīng)力強度滿足。 4 液壓系統(tǒng) 液壓系統(tǒng)的基本組成及其基本要求 液壓系統(tǒng)三維效果圖如圖 41 所示 圖 41液壓系統(tǒng)三維效果圖 Figure 41 3D map hydraulic system 按照工作裝置和各個機構(gòu)的傳動要求，把各種液壓元件用管路有機地連接起來就組成一個液壓系統(tǒng)。 液壓系統(tǒng)的基本組成 （ 1）動力元件：液壓缸 —— 將原動機輸入的機械能轉(zhuǎn)換為壓力能，向系統(tǒng)提供壓力介質(zhì)。 （ 2） 執(zhí)行元件：液壓缸 —— 直線運動，輸出力、位移；液壓馬達 —— 回轉(zhuǎn)運動，輸出轉(zhuǎn)矩 轉(zhuǎn)速。執(zhí)行元件是將介質(zhì)的壓力能轉(zhuǎn)換為機械能的能量輸出裝置。 （ 3）控制元件：壓力、方向、流量控制的元件。用來控制液壓系統(tǒng)所需的壓力、流量、方向和工作性能，以保證執(zhí)行元件實現(xiàn)各種不同的工作要求。 （ 4）輔助元件：油箱、管路、壓力表等。它們對保證液壓系統(tǒng)可靠和穩(wěn)定工作具有非常重要的作用。 （ 5）工作介質(zhì)：液壓油。是傳遞能量的介質(zhì) 按照不 同的功能可將液壓系統(tǒng)分為三個基本部分：工作裝置系統(tǒng)，回轉(zhuǎn)系統(tǒng)、行走系統(tǒng)。 圖 42液壓系統(tǒng)組成圖 Figure 42 Figure hydraulic system ponents 工作裝置主要由動臂、固定臂、機械爪及相應(yīng)的液壓缸組成。 回轉(zhuǎn)裝置的功能是將工作裝置和上部轉(zhuǎn)臺向左或向右回轉(zhuǎn)，以便進行輪胎抓取和放置，完成該動作的液壓元件是回轉(zhuǎn)馬達?；剞D(zhuǎn)系統(tǒng)工作時必須滿足如下條件：回轉(zhuǎn)迅速、起動和制動無沖擊、振動和搖擺，與其它機構(gòu)同時動作時，能合理地分配去各機構(gòu)的流量。 行走裝置的作用是支撐機械手的整 機質(zhì)量并完成行走任務(wù)，所用的液壓元件主要是行走馬達。行走系統(tǒng)的設(shè)計要考慮直線行駛問題，不能發(fā)生行走偏轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，導(dǎo)致驅(qū)動輪與導(dǎo)軌發(fā)生不必要的摩擦。 動力輸出路線： 圖 43動力傳輸原理圖 Figure 43 Schematic Power Transmission 行走動力傳輸路線： 電機 — 聯(lián)軸節(jié) — 液壓泵（機械能轉(zhuǎn)化為液壓能） — 分配閥 — 中央回轉(zhuǎn)接頭 — 行走馬達（液壓能轉(zhuǎn)化為機械能） — 減速箱 — 驅(qū)動輪 — 實現(xiàn)行走 回轉(zhuǎn)運動傳輸路線：電 機 — 聯(lián)軸節(jié) — 液壓泵（機械能轉(zhuǎn)化為液壓能） — 分配閥 — 回轉(zhuǎn)馬達（液壓能轉(zhuǎn)化為機械能） — 減速箱 — 回轉(zhuǎn)支承 — 實現(xiàn)回轉(zhuǎn) 動臂運動傳輸路線：電 機 — 聯(lián)軸節(jié) — 液壓泵（機械能轉(zhuǎn)化為液壓能） — 分配閥 — 動臂油缸（液壓能轉(zhuǎn)化為機械能） — 實現(xiàn)動臂運動 伸縮臂 運動傳輸路線： 電機 — 聯(lián)軸節(jié) — 液壓泵（機械能轉(zhuǎn)化為液壓能） — 分配閥 — 伸縮臂油缸（液壓能轉(zhuǎn)化為機械能） — 實現(xiàn)伸縮臂 運動 液壓系統(tǒng)的基本動作分析 （ 1） 機械爪抓取輪胎 。在 抓取 過程中主要是 舉升液壓缸與伸縮液壓缸的 復(fù)合動作。 （ 2）舉升回轉(zhuǎn)。 抓取 結(jié)束后，動臂缸將動臂頂起，同時回轉(zhuǎn)液壓馬達使轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)向 輪胎硫化機 ，此時主要是動臂和回轉(zhuǎn)的復(fù)合動作。 （ 3） 放置輪胎 。回 轉(zhuǎn)至 輪胎硫化機 位置時，轉(zhuǎn)臺制動， 在動臂液壓缸與伸縮液壓缸配合下將輪胎放置與工作位置。 （ 4） 空爪 返回。 放置 結(jié)束后，轉(zhuǎn)臺反向回轉(zhuǎn)，同時動臂缸和 伸縮缸 相互配合動作，把 機械爪 放到 抓取工作位置。 此工況是回轉(zhuǎn)、動臂、和 伸縮缸 復(fù)合動作。 液壓系統(tǒng)的基本回路分析 基本回路是由一個或幾個液壓元件組成、能夠完成特定的單一功能的典型回路，它是液壓系統(tǒng)的組成單元。液壓系統(tǒng)中基本回路有限壓回路、卸荷回路、緩沖回路、節(jié)流回路、行走回路、合流回路、再生回路、閉鎖回路、操縱回路等。 限壓回路 限壓回路用來限制壓力，使其不 超過某一調(diào)定值。限壓的目的有兩個：一是限制系統(tǒng)的最大壓力，使系統(tǒng)和元件不因過載而損壞，通常用安全閥來實現(xiàn)，安全閥設(shè)置在主油泵出油口附近；二是根據(jù)工作需要，使系統(tǒng)中某部分壓力保持定值或不超過某值，通常用溢流閥實現(xiàn)，溢流閥可使系統(tǒng)根據(jù)調(diào)定壓力工作，多余的流量通過此閥流回油箱，因此溢流閥是常開的。 液壓執(zhí)行元件的進油和回油路上常成對地并聯(lián)有限壓閥，限制液壓缸、液壓馬達在閉鎖狀態(tài)下的最大閉鎖壓力，超過此壓力時限壓閥打開、卸載保護了液壓元件和管路免受損壞，這種限壓閥（圖 44）實際上起了卸荷閥的作用。維持正常工作， 動臂液壓缸雖然處于“不工作狀態(tài)”，但必須具有足夠的閉鎖力來防止活塞桿的伸出或縮回，因此須在動臂液壓缸的進出油路上各裝有限壓閥，當(dāng)閉鎖壓力大于限壓閥調(diào)定值時，限壓閥打開，使油液流回油箱。 圖 44 限壓回路 Figure 44 pressure limiting Loop 1 換向閥 2 限壓閥 3 油缸 緩沖回路 滿載回轉(zhuǎn)時由于上車轉(zhuǎn)動慣量很大，在啟動、制動和突然換向時會引起很大的液壓沖擊，尤其是回轉(zhuǎn)過程中遇到障礙突然停車。液壓沖擊會使整個液壓系統(tǒng) 和元件產(chǎn)生振動和噪 音，甚至破壞。回轉(zhuǎn)機構(gòu)的緩沖回路就是利用緩沖閥等使液壓馬達高壓腔的油液超過一定壓力時獲得出路。圖 45 為液壓系統(tǒng)中比較普遍采用的幾種緩沖回路。 圖 45 (A)中回轉(zhuǎn)馬達兩個油路上各裝有動作靈敏的小型直動式緩沖（限壓）閥 3，正常情況下兩閥關(guān)閉。當(dāng)回轉(zhuǎn)馬達突然停止轉(zhuǎn)動或反向轉(zhuǎn)動時，高壓油路Ⅱ的壓力油經(jīng)緩沖閥 3 泄回油箱，低壓油路Ⅰ則由補油回路經(jīng)單向閥 4 進行補油，從而消除了液壓沖擊。緩沖（限壓）閥的調(diào)定壓力取決于所需要的制動力矩，通常低于系統(tǒng)最高工作壓力。該緩沖回路的特點是溢油和補油分別進行，保持了較低的液壓油溫度，工作可靠，但補油量較大。 圖 45（ B）是高、低壓油路之間并聯(lián)有緩沖閥，每一緩沖閥的高壓油口與另一緩沖閥的低壓油口相通。當(dāng)回轉(zhuǎn)機構(gòu)制動、停止或反轉(zhuǎn)時，高壓腔的油經(jīng)過緩沖閥直接進入低壓腔，減小了液壓沖擊。這種緩沖回路的補油量很少，背壓低，工作效率高。 圖 45（ C）是回轉(zhuǎn)馬達油路之間并聯(lián)有成對單向閥 5 和 7，回轉(zhuǎn)馬達制動或換向時高壓腔的油經(jīng)過單向閥 緩沖（限壓）閥 2 流回油箱，低壓腔從油箱經(jīng)單向閥 6 獲得補油。 1 換向閥 緩沖 閥 單向閥 圖 45 緩沖回路 Figure 45 buffe