【導讀】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、控制論、機構(gòu)學、信息和傳感技術(shù)、人工智能、仿生學等多學科而形成的高新技術(shù)，是當代研究十分活躍，應(yīng)用日益廣泛的領(lǐng)域。機器人應(yīng)用情況，是一個國家工業(yè)自動化水。取、搬運或操作的自動機械裝置。在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的機械手被稱為“工業(yè)機械手”。劣的環(huán)境中，它代替人進行正常的工作，意義更為重大。作，適用范圍比較廣的“程序控制通用機械手”，簡稱通用機械手。目前，機械手已發(fā)展成為。把機床設(shè)備和機械手共同構(gòu)成。當工件變更時，柔性生產(chǎn)系統(tǒng)很容易改變，有利于企。替人工工作，以提高勞動生產(chǎn)率。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。圓形零件時，工件直徑變化不影響其軸心的位置，因此適宜夾持直徑變化范圍大的工件。而傳力機構(gòu)則通過手指產(chǎn)生夾緊力來完成夾放物件的任務(wù)。

　　

【正文】 ?? ? 當 ? =767mm時， ? = 因此在設(shè)計中必須考慮到立柱導套必須大于 手臂做升降運動的液壓缸驅(qū)動力的計算 P P P P P G? ? ? ? ?回慣 摩 密 式中 F摩 — — 摩擦阻力，參考圖 12P R f?摩 取 f= 30 G—— 零件及工件所受的總重。 （ 1） F慣的計算 GvF gt?? ?總慣 設(shè)定速度為 ? V=。起動或制動的時間差 ? t=。G總 近似估算為 140Kg。將數(shù)據(jù)帶入上面公式有： 1 4 0 0 . 0 7 4900 . 0 2GvPNgt? ?? ? ??總慣 （ 2） P摩的計算 12P R f?摩 12 1 4 0 9 . 8 7 6 7 4 2 8 7 . 52 4 5 . 4 4G K g N K g m mR R Nh m m? ??? ? ? ?總 ? 12 2 4 2 8 7 .5 0 .1 6 1 3 7 2P R f N? ? ? ? ?摩 （ 3）液壓缸在這里選擇 O型密封，所以密封摩擦力可以通過近似估算 ?密 最后通過以上計算 當液壓缸向上驅(qū)動時， P=(490+1372+140179。 )/=3334N 當液壓缸向下驅(qū)動時， F=(490+1372140179。 )/=505N 油缸結(jié)構(gòu)尺寸的確定 參考圖 當油進入無桿腔， 2114DP P p ????? 當油進入有桿腔中， ? ?22 21 1 1 249Dd DP P P P? ?? ? ??? ? ? 液壓缸的有效面積： 1PF p? 故有 114 1 .1 3PPD pp? ? ??? （無桿腔） 31 192 PD p??? （有桿腔） 式中 P活塞的驅(qū)動力 (N) P1油缸的工作壓力 (MPa) d活塞桿直徑 (mm),本案初設(shè) d=D/3 D油缸內(nèi)徑 (mm) η 油缸機械效率，在工程機械中用耐油橡膠可取η = 據(jù)上述計算， P=3334N P1=1MPa，按有桿腔進行計算，其結(jié)果必然滿足無桿腔的力學要求。 將有關(guān)數(shù)據(jù)代入： 19 3 3 3 43 7 0 . 52 2 1 0 . 9 6PD m mp? ? ?? ? ? ??? 根據(jù)表 32油缸內(nèi)徑系列（ GB/T234893），選擇標準液壓缸內(nèi)徑， D=100mm. 活塞桿直徑 d=50/3=，圓整為 d=40mm。 （ 4） 液壓缸外徑的設(shè)計 本案液壓缸考慮鑄造結(jié)構(gòu)，考慮到鑄造的最小壁厚要求，故最小不小于 3mm，而驅(qū)動壓力又較低，故厚度不超過 10mm。按中等壁厚進行計算 (16D/δ )： ? ?( 2 .3 )PD CP? ?????計 計 式中 ? 強度系數(shù) (當為無縫 鋼管時取值為 1，本案為鑄造式，取值 ) C計入管壁公差及侵蝕的附加厚度 ??? 油缸材料的許用應(yīng)力 (MPa)； ? ? bn?? ? ，其中 b? 為油缸材料的抗拉強度， n為安全系數(shù)，一般 n=3～ 5 一般常用缸體材料的許用應(yīng)力 ??? 為： 鍛鋼 ??? =110～ 120MPa 鑄鋼 ??? =60MPa 無縫管 ??? =100～ 110MPa 代入數(shù)據(jù)： ? ? 1 . 3 1 1 0 0 2 3 . 3 6( 2 . 3 ) ( 2 . 3 6 0 1 . 3 1 ) 0 . 7PD C m mP? ?? ??? ? ? ? ?? ? ? ? ?計 計 圓整為 5mm，即缸體外徑 110mm。 32 第六章 液壓系統(tǒng) 液壓系統(tǒng)的設(shè)計 機械手的液壓傳動是以有壓力的油液作為傳遞動力的工作介質(zhì)。電動機帶動油泵輸出壓力油，是 將電動機供給的機械能轉(zhuǎn)換成油液的壓力能。壓力油經(jīng)過管道及一些控制調(diào)節(jié)裝置等進入油缸，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(zhuǎn)換成機械能。手臂在運動時所能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工作面積有關(guān)。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，機械手的液壓傳動系統(tǒng)都屬于容積式液壓傳動。 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)換為油液的壓力能，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作油馬達，回轉(zhuǎn)角小于 360176。的液動機，一般叫作回轉(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。 機械手液壓系統(tǒng)的控制回路 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、工作速度的調(diào)節(jié)以及同步運動等。 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，為減少油泵的功率損耗，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 33 任意下降，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，可采用鎖緊回路，即將油缸的回油路關(guān)閉，使活塞停止運動并鎖緊。本機械手采用單向順序閥做平衡閥實現(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：第一是保護油泵。液壓系統(tǒng)工作時，油泵向系統(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，隔斷系統(tǒng)中高壓油液和油泵時間的聯(lián)系，從而起到保護油缸的作用。第二是防止空氣混入系統(tǒng)。在停機時，單向閥把系統(tǒng)能夠和油泵隔斷，防止系統(tǒng)的油液通過油泵流回油箱，避免空氣混入，以保證啟動時的平穩(wěn)性。 速度控制回路 液壓機械手各種運動速度的控制，主要是改變進入油缸的流量 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 型單向節(jié)流閥或 QI 型單向調(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)速范圍較大、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)流閥進行節(jié)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)節(jié)流調(diào)速。 方向控制回路 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。交流電磁閥起動性能好，換向時間短，接線簡單，價廉，但是如吸不上時容易燒壞，可靠性差，換向時有沖擊，允許換向頻率底，壽命較短。 機械手的液壓傳動系統(tǒng) 液壓系統(tǒng)圖的繪制是設(shè)計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)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。 34 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，從而組成整個液壓系統(tǒng)，并用液壓系統(tǒng)圖形符號，畫出液壓原理圖。 上料機械手的動作順序 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工件給立式精鍛機進行加工。它的動作順序是：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 → 手腕反轉(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動作完成后，使行程開關(guān)的觸點閉合或依據(jù)每一步動作的預(yù)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。 自動上料機械手液壓系統(tǒng)原理介紹 圖 9 機械手液壓系統(tǒng)圖 液壓系統(tǒng)原理如圖 8 所示。該系統(tǒng)選用功率 N = 千瓦的電動機，帶動雙聯(lián)葉片泵 YB35/18 ，其公稱壓力為 60*10 5 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 5 帕，油箱容積選為 250 升。手臂的升降油缸及伸縮 35 油缸工作時兩個油泵同時供油；手臂及手腕的回轉(zhuǎn)和手指夾緊用的拉緊油缸以及手臂回轉(zhuǎn)的定位油缸工作時只有小油泵供油，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)單向閥進入升降油缸下腔而不會被順序閥所阻，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），使手指夾緊工件時不受系統(tǒng)壓力波動的影響，保證保證手指夾持工件牢靠。當反向進油時，油箱通過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*105 帕 ，同時還給電液動滑閥（或稱電液換向閥， 34DY63B）來實現(xiàn)，空載卸荷不致使油溫升高。系統(tǒng)的壓力由溢流閥來調(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)（ K3B）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。