【正文】 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。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 為液壓系統(tǒng)中比較普遍采用的幾種緩沖回路。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。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。 （ 4） 空爪 返回。 （ 2）舉升回轉(zhuǎn)。 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。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)。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。 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)。 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。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。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。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。 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 。 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。通過在 4動臂末端增加 8配重可以抵消機械臂的自重，減少 5動臂液 壓缸的工作載荷， 5動臂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 312機械臂三維立體圖 Figure 312 arm threedimensional map 1伸縮臂； 2 伸縮臂液壓缸； 3機械臂支座； 4動臂； 5動臂液壓缸； 6軸； 7軸承； 8配重 機械臂工作原理： 機械臂采用伸縮臂 +動臂的組成形式。 4密封圈之間形成的液 壓油帶為環(huán)狀繞 7中心軸一圈，所以不論 2外殼體旋轉(zhuǎn)什么角度，環(huán)狀液壓油帶中的液壓油都可以通過 5入油口進入 7中心軸。 圖 311 中央回轉(zhuǎn)接頭 Figure 311 central rotary joint 1 端蓋 1； 2外殼體； 3入油口； 4密封圈； 5出油口； 6端蓋 2； 7中心軸 中央回轉(zhuǎn)接頭工作原理： 中央回轉(zhuǎn)接頭需要安裝在回轉(zhuǎn)支承裝置的中心線上， 2外殼體固定在上部工作轉(zhuǎn)臺， 7中心軸固定在車架上。 2液壓馬達將液壓能轉(zhuǎn)化為機械能，通過 3行星齒輪減速器的降速帶動小齒輪轉(zhuǎn)動，通過小齒輪與 4回轉(zhuǎn)齒圈的相互作用，小齒輪即可繞自身的軸線自傳，又可以繞回轉(zhuǎn)工作臺中心線公轉(zhuǎn)，當(dāng)回轉(zhuǎn)機構(gòu)工作時， 轉(zhuǎn)臺就相對底架進行回轉(zhuǎn)?；剞D(zhuǎn)機構(gòu)的殼體固定在轉(zhuǎn)臺上，用小齒輪與回轉(zhuǎn)支承圈上的齒圈相嚙合。由高速液壓馬達經(jīng)齒輪減速器帶動回轉(zhuǎn)齒圈的間接傳動結(jié)構(gòu)形式。 回轉(zhuǎn)傳動裝置 回轉(zhuǎn)裝置的傳動形式有直接傳動和間接傳動兩種。裝配時可先將 1上座圈、 6下座圈、 2滾動體 3滾動體 2 裝好如圖，形成一個完整的部件，然后將 1上座圈與上部工作臺通過螺栓連接，將 4內(nèi)齒圈通過螺栓與車架連接。帶齒的座圈 4內(nèi)齒圈為固定座圈，用沿圓周分布的螺栓固定在車架上。圖 33 滾動軸承式支承 圖 38滾動軸承式支承 Figure 38Rollingin support 1下座圈； 2調(diào)整墊片； 3上座圈； 5螺栓； 6內(nèi)齒圈； 7隔離體； 8滾動體； 9油嘴；10密封裝置 滾動軸承式回轉(zhuǎn)支撐機構(gòu)廣泛應(yīng)用于全回轉(zhuǎn)的機構(gòu)上，它是在普通滾動軸承的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，結(jié)構(gòu)上相當(dāng)于放大了的滾動軸承。此間隙因加工誤差和滾道與滾動體的磨損而變化。帶齒圈的座圈為固定圈，用沿圓周分布的螺栓 5 固定在底座上。此外，一般軸承滾道中心直徑和高度比為 4~5，而回轉(zhuǎn)支承則達 10~15?；剞D(zhuǎn)體常做“匚”形，以避免與回轉(zhuǎn)機構(gòu)碰撞。 它由固定在回轉(zhuǎn)體 1 上的上、下支承軸 4 和 6，上、下軸座 3 和 7 組成。為此，設(shè)置了回轉(zhuǎn)支承裝置（起支承作用）和回轉(zhuǎn)傳動裝置（驅(qū)動轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)），并統(tǒng)稱為回轉(zhuǎn)裝置。 圖 35行星減速器三維立體圖 Figure 35 plaary gear threedimensional map 回轉(zhuǎn)支撐裝置 回轉(zhuǎn)裝置有轉(zhuǎn)臺、回轉(zhuǎn)支撐和回轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)組成，回轉(zhuǎn)裝置的外座圈用螺栓與轉(zhuǎn)臺連接，帶齒的內(nèi)座圈與底架用螺栓連接，內(nèi)外圈之間設(shè)有滾動體工作裝置作用在轉(zhuǎn)臺上的垂直載荷、水平載荷、和傾覆力 矩通過回轉(zhuǎn)支撐的外座圈、滾動體和內(nèi)座轉(zhuǎn)傳給底架。行星減速機因為結(jié)構(gòu)原因，單級減速最小為 3，最大一般不超過 10，常見減速比為： ，減速機級數(shù)一般不超過 3，但有部分大減速比定制減速機有 4 級減速。 （ 4）齒輪液壓馬達在結(jié)構(gòu)上為了適應(yīng)正反轉(zhuǎn)要求，進出油口相等、具有對稱性、有單獨外泄油口將軸承部分的泄漏油引出殼體外；為了減少啟動摩擦力矩，采用滾動軸承；為了減少轉(zhuǎn)矩脈動齒輪液壓馬達的齒數(shù)比泵的齒數(shù)要多。軸向柱塞馬達產(chǎn)生的瞬時總轉(zhuǎn)矩是脈動的。 （ 3）軸向柱塞馬達軸向柱塞泵除閥式配流外，其它形式原則上都可以作為液壓馬達用，即軸向柱塞泵和軸向柱塞馬達是可逆的。在柱塞與定子接觸處，定子對柱塞的反作用力為。為了使葉片根部始終通有壓力油，在回、壓油腔通人葉片根部的通路上應(yīng)設(shè)置單向閥，為了確保葉片式液壓馬達在壓力油通人后能正常啟 動，必須使葉片頂部和定子內(nèi)表面緊密接觸，以保證良好的密封，因此在葉片根部應(yīng)設(shè)置預(yù)緊彈簧。 （ 2）馬達的額定轉(zhuǎn)速分為高速和低速兩類，額定轉(zhuǎn)速高于 5000r/min 的屬于高速液壓馬達，額定轉(zhuǎn)速低于 500r/min 的屬于低速液壓馬達。 6中央回轉(zhuǎn)接頭將液壓能從工作臺上部傳輸?shù)降妆P的 1液壓馬達。其功能為支承 輪胎搬運機器人 的重量， 1液壓馬達將液壓能轉(zhuǎn)化為機械能通過 2減速器 轉(zhuǎn)變?yōu)闋恳?，實現(xiàn) 搬運機器人 X 軸方向 的行走。 行走裝置： 1液壓馬達、 2減速器、 13驅(qū)動輪 組成行走裝置，液壓系統(tǒng)為1液壓馬達提供動力， 1液壓馬達通過 2減速器驅(qū) 動 13驅(qū)動輪在 12導(dǎo)軌上沿 X 軸移動。 4配重的作用是抵消因為機械臂自重而產(chǎn)生的負(fù)載，減小 5動臂液壓缸的工載荷，提高工作效率。 工作裝置：工作裝置由機械臂跟機械爪組成。 3 輪胎搬運機器人的零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計 通過上一章對該物料搬運機器人運動形 式部分進行分析，確定了該機器人在三個方向上傳遞運動的方式，本章就對這三種傳遞運動方式進行具體的設(shè)計。 繞 R 軸方向：此方向為工作臺回轉(zhuǎn)的方向，需要有較大的扭矩帶動工作臺與負(fù)重進行 180176?？紤]到工作臺負(fù)重較大，工作回轉(zhuǎn)臺選擇液壓馬 達 本章小結(jié) 本章主要內(nèi)容是對搬運機器人運動形式進行分析，并通過對現(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)中常見的各種運動傳遞方式進行分析與比較，確定了該工業(yè)機器人三個方向上的運動的傳遞方式。（ 4） 帶傳動 特點：帶傳動靠摩擦力工作，承載能力較小，傳遞相同轉(zhuǎn)矩時，結(jié)構(gòu)尺寸較其它傳動形式大，但傳動平穩(wěn)，能緩沖吸振，應(yīng)布置在高速級，使所傳遞的轉(zhuǎn)距 小。 氣動馬達的原理類同于液壓馬達，它以壓縮空氣為動力輸出轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)作旋轉(zhuǎn)運動。 絲杠螺母傳動 特點： 用于距 離較短的高精度定位 ； 電機和滾珠絲杠只用聯(lián)軸 器 連接，沒有間隙。但因空氣的可壓縮性較大，使系統(tǒng)的動作和工作速度穩(wěn)定性受負(fù)載變化的影響大，運動平穩(wěn)性較差，不易實現(xiàn)準(zhǔn)確的速度(a)直角坐標(biāo)型 （ b） 圓柱坐標(biāo)型 （ c） 球坐標(biāo)型 （ d） 關(guān)節(jié)型 控制和很高的定位精度；而且氣動裝置的體積與液壓傳動相比較大，產(chǎn)生的推力小。 根據(jù)要求及在實際生產(chǎn)中的用途，本次設(shè)計的搬運機器人采用圓柱坐標(biāo) 。關(guān)節(jié)型機器人動作靈活，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小。這種機器人結(jié)構(gòu)簡單、成本較低，但精度不很高。 2)圓柱坐標(biāo)機器人結(jié)構(gòu) 圓柱坐標(biāo)機器人的空間運動是用一個回轉(zhuǎn)運動及兩個直線運動來實現(xiàn)的，如圖 21（ b） 。但是，這種直角坐標(biāo)機器人的運動空間相對 機器人的結(jié)構(gòu)尺寸來講，是比較小的。本次設(shè)計的搬運機器人為 4 自由度即：行走裝置 X 方向的移動、回轉(zhuǎn)裝置繞 R 軸旋轉(zhuǎn)、機械手卡盤 Y 方向的移動、機械手卡盤 Z 方向的移動。完成一臺搬運機器人同時為多臺硫化機工作。經(jīng)過考慮 ， 最終 確定了 四自由度 搬運機 器人 的基本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，對搬運機 器人 機械臂 的結(jié)構(gòu) 進行了簡單的 強度計算 ，完成了 搬運 機 器人 機械方面的設(shè)計（包括傳動部分、 執(zhí)行部分、驅(qū)動部分） 和簡單的三維實體造型 工作 。這 種獨特的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與工程設(shè)計的完整的結(jié)合，使得一件產(chǎn)品的設(shè)計結(jié)合起來。 3． 單一數(shù)據(jù)庫（全相關(guān)） Pro/Engineer 是建立在統(tǒng)一基層上的數(shù)據(jù)庫上，不像一些傳統(tǒng)的 CAD/CAM系統(tǒng)建立在多個數(shù)據(jù)庫上。所謂簡單化，是指很容易使人上手，一般工程設(shè)計它已足夠， PRO/E 可能聽的比較多了，但會的人不很多，它不像 SOLIDWORKS 那樣很容易讓人上手，但它設(shè)計功能絕對是一流的，特別是曲面設(shè)計，做的很好； UG 與 MATERCAM 都是與實際加工相關(guān)聯(lián)的，它們的設(shè)計功能并不很強大，一般小的模具廠都會選用 UG 而一般不用 PRO/E，因為 PRO/E 設(shè)計的的確很漂亮，但要把它與實際生產(chǎn)結(jié)合，它就不像 UG 那樣方便，如可以直接生成數(shù)控代碼等?？傊?，隨著傳感技術(shù)的發(fā)展，機械手的裝配作業(yè)的能力將進一步提高。工作時，電視照相機將物體形象變成視頻信號，然后傳送給計算機，以便分析物體的種類、大小、顏色和方位，并發(fā)出指令控制機械手進行工作??10 。如發(fā)生某些偏離時，就將引起零部件甚至機械手本身的損壞 。同時要提高精度，減少沖擊，定位精確，以更好地發(fā)揮機械手的作用。 因此，國內(nèi)主要是逐步擴大機械手應(yīng)用范圍，重點發(fā)展鑄鍛、熱處理方面的機械手，以減輕勞動強度，改善作業(yè)條件。制造業(yè)要求機器人系統(tǒng)具有更大的柔性和更強大的編程環(huán)境，適應(yīng)不同的應(yīng)用場合和多品種、小批量的生產(chǎn)過程。 總之，目前 機械手的主要經(jīng)歷分為三代： 第一代機械手主要是靠人工進行控制，控制方式為開環(huán)式，沒有識別能力；改進的方向主要是將低成本和提高精度；第二代機械手設(shè)有電子計算機控制系統(tǒng)，具有視覺、觸覺能力，甚至聽、想的能力。 60～ 70 年代，又相繼把通用機械手用于汽車車身的點焊和沖壓生產(chǎn)自動線上，亦即是第二代機械手這一新技術(shù)進入了應(yīng)用階段。 機器手發(fā)展概況 早在 40 年代，隨著原子能工業(yè)的發(fā)展，已出現(xiàn)了模擬關(guān)節(jié)式的第一代機械手。 機械手 的發(fā)展概況 與發(fā)展趨勢 專用機械手經(jīng)過幾十年的發(fā)展，如今已進入以通用機械手為標(biāo)志的時代。在一些動作簡單但又重復(fù)作業(yè)的操作中，以機械手代替人手進行工作，可以避免由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。 近些年，隨著計算機技術(shù)、電子技術(shù)以及傳感技術(shù)等在機械手中越來越多的應(yīng)用，工業(yè)機械手已經(jīng)成為工業(yè)生產(chǎn)中提高勞動生產(chǎn)率的重要因素 ??6 。最近更在加工生產(chǎn)線、自動線上應(yīng)用，成為機床、設(shè)備上下工序聯(lián)接的重要于段。 國內(nèi)外機械工業(yè)機搬運械手主要應(yīng)用于以下幾方面： 1） 熱加工方面的應(yīng)用 熱加工是高溫、危險的笨重體力勞動，很久 以來就要求實現(xiàn)自動化。 但除切削加工本身外，還有大量的裝卸、搬運、裝配等作業(yè)，有待于進一步實現(xiàn)機械化。執(zhí)行機構(gòu)是機器人賴以完成工作任務(wù)的實體，通常由連桿和關(guān)節(jié)組成，由驅(qū)動－傳動系統(tǒng)提供動力，按控制系統(tǒng)的要求完成工作任務(wù)。機器人的這些組成部分并不是各自獨立的，或者說并不是簡單的疊加在一起，從而構(gòu)成一個機器人的。這些系統(tǒng)的性 能就決定了機器人的性能。這種機器人在國外通常被稱之為“ Mechanical Hand”，它是為主機服務(wù)的，由主機驅(qū)動。第二類是需要人工操作的，稱為操作機（ Manipulator）。機器人一般分為三類。機械手的結(jié)構(gòu)形式開始比較簡單，專用性較強。 1 緒論 搬運機器人概述 搬運機器人在實際的工作中就是一個機械手， 機械手的發(fā)展是由于它的積極作用正日益為人們所認(rèn)識：其一、它能部分的代替人工操作 ；其二、它能按照生產(chǎn)工藝的要求，遵循一定的程序、時間和位置來完成工件的傳送和裝卸；其三、它能操作必要的機具進行焊接和裝配，從而大大的改善了工人的勞動條件，顯著的提高了勞動生產(chǎn)率，加