【正文】 經(jīng)步進(jìn)選線器跳步，使電磁鐵 1DT 通電，手臂前伸；當(dāng)手臂將棒料送到立式精鍛機(jī)的夾頭軸線前的適當(dāng)距離，手臂的碰鐵碰行程開關(guān)， 1DT 斷電，手臂靠滑行和定位螺釘使手臂將棒料送到夾頭軸線處；并發(fā)出電信號(hào)、跳步使 12DT 通電，大泵卸荷，手臂處于 “中停 ”位置，同時(shí)發(fā)出電信號(hào)使立式精鍛機(jī)啟動(dòng)，夾頭下降，行程開關(guān)發(fā)信，通過(guò)時(shí)間繼電器使夾頭閉合將棒料夾牢，精鍛機(jī)電控系統(tǒng)發(fā)信，給機(jī)械手電控系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)選線器跳步，時(shí)間繼電器延時(shí)使 3DT 通電，機(jī)械手手指松開（同時(shí)，精鍛機(jī)的電控系統(tǒng)發(fā)信使夾頭提升），延時(shí)到 3DT 斷電，手指閉合，并發(fā)出電信號(hào)，步選器跳步， 2DT 通電，手臂縮回。手腕上的碰鐵碰行程開關(guān)使 6DT 斷電，換向閥 18復(fù)位成 “O”型滑閥機(jī)能狀態(tài)，同時(shí)亦使 8DT 斷電 ，定位油缸復(fù)位（拔銷）；壓力繼電器復(fù)位，發(fā)出電信號(hào)。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。 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。 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(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。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)。該系統(tǒng)選用功率 N = 千瓦的電動(dòng)機(jī)，帶動(dòng)雙聯(lián)葉片泵 YB35/18 ，其公稱壓力為 60*105 帕，流量為 35 升 /分 +18升 /分 =53 升 /分，系統(tǒng)壓力調(diào)節(jié)為 30*105 帕，油箱容積選為 250升。 → 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。 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。 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。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。 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)。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。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。 32 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。 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。 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)。 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)?？梢詤⒖肌豆I(yè)機(jī)器人》表 41。 若軸承處的摩擦力忽略不計(jì)，則 =M +MM驅(qū) 慣 封 ，在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，為簡(jiǎn)化計(jì)算 M封 可不計(jì)?！仙龝r(shí)為正，下降時(shí)為負(fù)。 —— 當(dāng)量摩擦系數(shù)，取 181。 1. 手 臂水平伸縮 缸的設(shè)計(jì) 計(jì)算 25 (1) 作水平伸縮在線運(yùn)動(dòng)液壓缸的驅(qū)動(dòng)力 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 及加油背壓等幾方面的阻力 。本機(jī)械手采用齒條缸式臂回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，如圖 6 所示，回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)由齒條活塞桿 8 驅(qū)動(dòng)齒輪，帶動(dòng)配油軸和缸體一起轉(zhuǎn)動(dòng)，再通過(guò)缸體上的平鍵 9 帶動(dòng)外套一起轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)手臂的回轉(zhuǎn)。由活塞桿帶動(dòng)套筒 3做升降運(yùn)動(dòng)。 如圖 5所示，對(duì)于伸縮行程大的手臂，為了防止導(dǎo)向桿懸伸部分的彎曲變形，可在導(dǎo)向桿尾部增設(shè)輔助支承架，以提高導(dǎo)向桿的剛性。它根據(jù)手臂的安裝形式，具體的結(jié)構(gòu)和抓取重量等因素加以確定，同時(shí)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和布局上應(yīng)盡量減少運(yùn) 動(dòng)部件的重量和減少手臂對(duì)回轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。導(dǎo)向桿 3在導(dǎo)向套 4 內(nèi)移動(dòng)，以防止手臂伸縮時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)（并兼做手腕回轉(zhuǎn)缸 6 及手部 7 的夾緊油缸用的輸油管道）。 手臂伸縮運(yùn)動(dòng) 這里實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)是采用液壓驅(qū)動(dòng)的活塞油缸。為提高機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)速度，要盡量減少臂部運(yùn)動(dòng)部分的重量，以減少偏重力矩和整個(gè)手臂對(duì)回轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。弓字形截面彎曲剛度一般比圓截面大；空心管的彎曲剛度和扭曲剛度都比實(shí)心軸大得多。手臂的各種運(yùn)動(dòng)通常由驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此，它不僅僅承受被抓取工件的重量，而且承受手部、手腕、和手臂自身的重量。 下圖為機(jī)械手的手腕回轉(zhuǎn)液壓缸，定片 1 與缸體 2 固定連接，動(dòng)片 3 與轉(zhuǎn)軸 5 固定連接，當(dāng) a、 b 口分別進(jìn)出油時(shí)，動(dòng)片帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn)，達(dá)到手腕回轉(zhuǎn)目的 。m） 3. 腕部啟動(dòng)時(shí)的慣性阻力矩 M 慣 ① 當(dāng)知道手腕回轉(zhuǎn)角速度 ? 時(shí)，可用下式計(jì)算 M慣 M ( ) tJJ ???慣 工件 式中 ?——手腕回轉(zhuǎn)角速度 （ 1/s） t——手腕啟動(dòng)過(guò)程中所用時(shí)間（ s），（假定啟動(dòng) 過(guò)程中近為加速運(yùn)動(dòng)） 一般取 ～ J——手腕回轉(zhuǎn)部件對(duì)回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（ kg夾緊缸體也指座固連成一體。 另外，通往手腕油缸的管道盡量從手臂內(nèi)部通過(guò)，以便手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)管路不扭轉(zhuǎn)和不外露，使外形整齊。 其中： K—— 擰緊螺紋的系數(shù)，取 K=3 1K —— 螺紋連接處的摩擦系數(shù)， 1 ? 0d —— 螺紋外徑， 0 ? 1d —— 螺紋底徑， 1 ? Z—— 螺釘數(shù)量， Z=4 17 二、 腕部的結(jié)構(gòu) (一 ) 概述 腕部是連接手部與臂部的部件，起支承手部的作用。 4. 缸筒兩端部的計(jì)算 ① 缸筒底部厚度的計(jì)算 此夾緊缸采用了平行缸底，且底部設(shè)有油孔，則底部厚度為 m a x0p0 . 4 3 3 6 . 8[ ] ( d )Dh D m mD???? 考慮結(jié)構(gòu)要求，取 h=10mm 式中： D—— 缸筒內(nèi)徑 maxP —— 液壓缸最大工作壓力，取 m ax 25NP P MP?? []? —— 缸底材料的許用應(yīng)力，材料為 45 號(hào)鋼， 600[ ] 1 2 05b MPn?? ? ? ?， n為安全系數(shù)，取 n=5。 2K —— 工作情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響。綜合前面驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算方法，可求出驅(qū)動(dòng)力的大小。~40176。 手指握緊工件時(shí)所需的力稱為握力（即夾緊力），假想握力作用在過(guò)手指與工件接觸面的對(duì)稱平面內(nèi)，并設(shè)兩力的大小相等，方向相反，以 NF 表示。 (三 ) 驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算 11 圖 1 滑槽杠桿式手部受力分析 如圖所示為滑槽式手部結(jié)構(gòu)。 3. 應(yīng)保證工件的準(zhǔn)確定位 為使手指和被夾持工件保持準(zhǔn)確的相對(duì)位置，必須根據(jù)被抓取工件的形狀，選擇相應(yīng)的手指形狀。 (二 ) 設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮的幾個(gè)問(wèn)題 1. 應(yīng)具有足夠的握力（即夾緊力） 在確定手指的握力時(shí)，除考慮工 件重量外，還應(yīng)考慮在傳送或操作過(guò)程中所產(chǎn)生的慣性力和振動(dòng)，以保證工件不致產(chǎn)生松動(dòng)或脫落。 10 一、 手部結(jié)構(gòu) (一 ) 概述 手部是機(jī)械手直接用于抓取和握緊工件或夾持專用工具進(jìn)行操作的部件，它具有模仿人手的功能，并安裝于機(jī)械手手 臂的前端。 控制系統(tǒng)也有不同的類型。 本機(jī)械手采用行程開關(guān)式。本機(jī)械手采用機(jī)座式。 液壓上料機(jī)械手的各運(yùn)動(dòng)速度如下： 手腕回轉(zhuǎn)速度 V 腕回 = 45176。在滿足工作拍節(jié)要求的條件下，應(yīng)盡量選取較底的運(yùn)動(dòng)速度。110176。一個(gè)操作運(yùn)動(dòng)的軌跡是幾個(gè)動(dòng)作的合成，在確定的工作范圍時(shí)，可將軌跡分解成單個(gè)的動(dòng)作，由單個(gè)動(dòng)作的行程確定機(jī)械手的最大行程。本液壓機(jī)械手的臂力為 N 臂 =1650（ N），安全系數(shù) K 一般 可在 ~3，本機(jī)械手取安全系數(shù) K=2。 我國(guó)的智能機(jī)器人和特種機(jī)器人在 “863”計(jì)劃的支持下，也取得了不少成果。 我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人從 80 年代 “七五 ”科技攻關(guān)開始起步，在國(guó)家的支持下，通過(guò) “七五 ”、 “八五 ”科技攻關(guān)，目前已基本掌握了機(jī)器人操作機(jī)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)、控制系統(tǒng)硬件和 軟件設(shè)計(jì)技術(shù)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù)，生產(chǎn)了部分機(jī)器人關(guān)鍵元器件，開發(fā)出噴漆、弧焊、點(diǎn)焊、裝配、搬運(yùn)等機(jī)器人；其中有 130 多臺(tái)套噴漆機(jī)器人在二十余家企業(yè)的近 30 條自動(dòng)噴漆生產(chǎn)線（站）上獲得規(guī)模應(yīng)用，弧焊機(jī)器人已應(yīng)用在汽車制造廠的焊裝線上。 （三） 我國(guó)工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展 有人認(rèn)為，應(yīng)用機(jī)器人只是為了節(jié)省勞動(dòng)力，而我國(guó)勞動(dòng)力資源豐富，發(fā)展機(jī)器人不一定符合我國(guó)國(guó)情。 （ 6）．當(dāng)代遙控機(jī)器人系統(tǒng)的發(fā)展特點(diǎn)不是追求全自治系統(tǒng)，而是致力于操作者與機(jī)器人的人機(jī)交互控制，即遙控加局部自主系統(tǒng)構(gòu)成完整的監(jiān)控遙控操作系統(tǒng)，使智能機(jī)器人走出實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入實(shí)用化階段。例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機(jī)、減速機(jī)、檢測(cè)系統(tǒng)三 位一體化；由關(guān)節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造機(jī)器人整機(jī)；國(guó)外已有模塊化裝配機(jī)器人產(chǎn)品問(wèn)市。它對(duì)穩(wěn)定、提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，改善勞動(dòng)條件和產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代起著十分重要的作用。 到了近代 ，機(jī)器人一詞的出現(xiàn)和世界上第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人問(wèn)世之后，不同功能的機(jī)器人也相繼出現(xiàn)并且活躍在不同的領(lǐng)域，從天上到地下，從工業(yè)拓廣到 農(nóng)業(yè) 、林、牧、漁，甚至進(jìn)入尋常百姓家。本人授權(quán) 大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外， 不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過(guò)的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過(guò)的材料。The control system design including plotting the ladder diagram and selecting the control ponent. Key words Hydraulic manipulator。hydraulic system 。對(duì)本研究提供過(guò)幫助和做出過(guò)貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中 以明確方式標(biāo)明。 涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。機(jī)器人的種類之多，應(yīng)用之廣，影響之深，是我們始料未及的。 機(jī)器人并不是在簡(jiǎn)單意義上代替人工的勞動(dòng)，而是綜合了人的特長(zhǎng)和機(jī)器特長(zhǎng)的一種擬人的電子機(jī)械裝置，既有人對(duì)環(huán)境狀態(tài)的快速反應(yīng)和分析判 斷能力，又有機(jī)器可長(zhǎng)時(shí)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(shuō)它也是機(jī)器的進(jìn)化過(guò)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(wù)性設(shè)備，也是先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的自動(dòng)化設(shè)備。 （ 3）．工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)向基于 PC機(jī)的開放型控制器方向發(fā)展，便于標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化；器件集成度提高，控制柜日見小巧，且采用模塊化結(jié)構(gòu)；大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。美國(guó)發(fā)射到火星上的 “索杰納 ”機(jī)器人就是這種系統(tǒng)成功應(yīng)用的最著名實(shí)例。這是一種誤解。但總的來(lái)看，我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國(guó)外比還有一定的距離，如：可靠性低于國(guó)外產(chǎn)品；機(jī)器人應(yīng)用工程起步較晚，應(yīng)用領(lǐng)域窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與國(guó)外比有差距；在應(yīng)用規(guī)模上，我國(guó)已安裝的國(guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人約 200臺(tái)，約占全球已安裝臺(tái)數(shù)的萬(wàn)分之四。其中最為突出的是水下機(jī)器人， 6000 米水下無(wú)纜機(jī)器人的成果居世界領(lǐng)先水平，還開發(fā)出直接遙控機(jī)器人、雙臂協(xié)調(diào)控制機(jī)器人、爬壁機(jī)器人、管道機(jī)器人等機(jī)種；在機(jī)器人視覺(jué)、