【正文】 黃崇林. 移動式工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì)的動力學(xué)分析[J] .2003，13(3) 【16】張廣鵬我相信在以后的學(xué)習(xí)和工作過程中，一定可以好好的解決問題，提高自己的能力，較快地適應(yīng)工作和社會激烈的競爭。導(dǎo)師敏銳的學(xué)術(shù)思想、嚴(yán)謹(jǐn)踏實(shí)的治學(xué)態(tài)度、淵博的學(xué)識、精益求精的工作作風(fēng)、誨人不倦的育人精神，將永遠(yuǎn)銘記在學(xué)生心中，使學(xué)生終生受益。方英武自學(xué)了許多相關(guān)學(xué)科的內(nèi)容，求教了多位專業(yè)老師，上網(wǎng)和在圖書館查閱大量相關(guān)資料。在此次的畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我遇到了許多以前從未遇到過的問題，但過通過指導(dǎo)教師的指導(dǎo)和我的努力，這些問題都得到了較好的解決。m) (3) 回轉(zhuǎn)油缸內(nèi)徑的計(jì)算 回轉(zhuǎn)油缸的動片上受的合成液壓力矩與其上作用的外載荷力矩相平衡，可得： D = (厘米) D = 30mm 一般的機(jī)械手的液壓系統(tǒng)，大多采用定量油泵，油泵的選擇主要是根據(jù)系統(tǒng)所需要的油泵工作壓力p泵 和最大流量Q泵來確定。 雙作用單桿活塞油缸圖10 雙作用單桿活塞桿油缸計(jì)算簡圖(1) 流量、驅(qū)動力的計(jì)算 當(dāng)壓力油輸入無桿腔，使活塞以速度V1運(yùn)動時(shí)所需輸入油缸的流量Q1為 Q1 = DV1 對于手臂伸縮油缸：Q1=， 對于手指夾緊油缸：Q1= cm/s ,對于手臂升降油缸：Q1= cm/s 油缸的無桿腔內(nèi)壓力油液作用在活塞上的合成液壓力P1即油缸的驅(qū)動力為： P1 = Dp1 對于手臂伸縮油缸：p1=196N， 對于手指夾緊油缸：p1=126N ，對于手臂升降油缸：p1=320N當(dāng)壓力油輸入有桿腔，使活塞以速度V2運(yùn)動時(shí)所需輸入油缸的流量Q2為： Q2 = (Dd)V2 對于手臂伸縮油缸：Q1=， 對于手指夾緊油缸：Q1= cm/s ,對于手臂升降油缸：Q1= cm/s 油缸的有桿腔內(nèi)壓力油液作用在活塞上的合成液壓力P2即油缸的驅(qū)動力為： P2 = (Dd)p1 對于手臂伸縮油缸：p1=172N， 對于手指夾緊油缸：p1=108N ，對于手臂升降油缸：p1=305N(2) 計(jì)算作用在活塞上的總機(jī)械載荷 機(jī)械手手臂移動時(shí)，作用在機(jī)械手活塞上的總機(jī)械載荷P為 P = P工 + P導(dǎo) + P封 + P慣 + P回 其中 P工 為工作阻力 P導(dǎo) 導(dǎo)向裝置處的摩擦阻力 P封 密封裝置處的摩擦阻力 P慣 慣性阻力 P回 背壓阻力 P = 83+125+66+80+208=562(N)(3) 確定油缸的結(jié)構(gòu)尺寸㈠ 油缸內(nèi)徑的計(jì)算 油缸工作時(shí)，作用在活塞上的合成液壓力即驅(qū)動力與活塞桿上所受的總機(jī)械載荷平衡，即 P = P1(無桿腔) = P2 (有桿腔) 油缸(即活塞)的直徑可由下式計(jì)算 D = = 厘米 (無桿腔) 對于手臂伸縮油缸：D=50mm， 對于手指夾緊油缸：D=30mm ，對于手臂升降油缸：D=80mm ，對于立柱橫移油缸：D = 40mm 或D = 厘米 (有桿腔) ㈡油缸壁厚的計(jì)算： 依據(jù)材料力學(xué)薄壁筒公式，油缸的壁厚可用下式計(jì)算： = 厘米 P 計(jì)為計(jì)算壓力 油缸材料的許用應(yīng)力。 計(jì)算的主要內(nèi)容是，根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)所要求的輸出力和運(yùn)動速度，確定油缸的結(jié)構(gòu)尺寸和所需流量、確定液壓系統(tǒng)所需的油壓與總的流量，以選擇油泵的規(guī)格和選擇油泵電動機(jī)的功率。當(dāng)手筆碰鐵碰到行程開關(guān)時(shí)，2DT斷電(手臂縮回停)；并發(fā)出電信號和跳步，使5DT通電，電液換向閥33的左邊通道接通油路，壓力油經(jīng)QI(36)的單向閥進(jìn)到升降缸的上腔，使手臂下降，當(dāng)升降導(dǎo)套上的碰鐵碰行程開關(guān)時(shí)，5DT斷電(手臂下降停)；并發(fā)出電信號和跳步，使7DT通電，換向罰18的左邊通道接通油路，壓力油QI(20)的單向閥進(jìn)入手腕回轉(zhuǎn)油缸的另一腔，使手腕反轉(zhuǎn)115176。經(jīng)步進(jìn)選線器跳步，使電磁鐵9DT通電，換向閥28右邊通道接通油路，壓力油經(jīng)QI(31)的單向閥進(jìn)入手臂回轉(zhuǎn)油缸一腔使手臂回轉(zhuǎn)115176。在手臂上升到預(yù)定位置，碰行程開關(guān)，使電磁鐵4DT斷電，電液換向閥33復(fù)位成“O”型滑閥機(jī)能狀態(tài)，發(fā)出電信號經(jīng)步進(jìn)選線器跳步，使電磁鐵2DT通電，電液換向閥25左邊接通油路，壓力油通過電液換向閥25左邊通道，經(jīng)過單向調(diào)速閥26的單向閥進(jìn)入受臂伸縮油缸左腔使受臂縮回。 當(dāng)熱棒料到達(dá)上料的位置后，由于1150℃的熱料使光電繼電器發(fā)出電信號(或經(jīng)過人工啟動)，經(jīng)過步進(jìn)選線器跳步，使機(jī)械手開始按程序動作。系統(tǒng)的壓力由溢流閥來調(diào)節(jié)。當(dāng)活塞要上升時(shí)，壓力油液經(jīng)單向閥進(jìn)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。手臂的升降油缸及伸縮油缸工作時(shí)兩個油泵同時(shí)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(shí)只有小油泵供油，大泵自動卸荷。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(jìn)動作而實(shí)現(xiàn)的。它的動作順序是：待料(即起始位置。液壓系統(tǒng)圖是各種液壓元件為滿足機(jī)械手動作要求的有機(jī)聯(lián)系圖。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)。其原因是負(fù)荷變化會引起節(jié)流閥進(jìn)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。 節(jié)流調(diào)速閥的優(yōu)點(diǎn)是：簡單可靠、調(diào)速范圍較大、價(jià)格便宜。 速度控制回路 液壓機(jī)械手各種運(yùn)動速度的控制，主要是改變進(jìn)入油缸的流量Q。當(dāng)一旦電機(jī)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。本機(jī)械手采用單向順序閥做平衡閥實(shí)現(xiàn)任意位置鎖緊的回路。此機(jī)械手采用二位二通電磁閥控制溢流閥遙控口卸荷回路。 機(jī)械手的液壓系統(tǒng)，根據(jù)機(jī)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。手臂做直線運(yùn)動，液動機(jī)就是手臂伸縮油缸。手臂做各種運(yùn)動的速度決定于流入密封油缸中油液容積的多少。第五章 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 機(jī)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)。m) Mq = *116=(Nm)。由于啟動過程一般不是等加速度運(yùn)動，故最大驅(qū)動力矩要比理論平均值大一些。 當(dāng)Fm=80N,W=1098(N)，△V = 500mm/s時(shí)，Pq = 80+* =80+112=192 (N) 臂垂直升降運(yùn)動驅(qū)動力的計(jì)算 手臂作垂直運(yùn)動時(shí)，除克服摩擦阻力Fm和慣性力Fg之外，還要克服臂部運(yùn)動部件的重力，故其驅(qū)動力Pq可按下式計(jì)算： Pq = Fm + Fg 177。 臂水平伸縮運(yùn)動驅(qū)動力的計(jì)算 手臂做水平伸縮運(yùn)動時(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，還要克服啟動過程中的慣性力。手臂的橫向移動是由活塞缸5來驅(qū)動的，回轉(zhuǎn)缸體與滑臺1用螺釘聯(lián)結(jié)，活塞桿4通過兩塊連接板3用螺釘固定在滑座2上。圖中6為位置檢測裝置。圖6 雙導(dǎo)向桿手臂結(jié)構(gòu) 手臂的升降運(yùn)動如圖6所示為手臂的升降運(yùn)動機(jī)構(gòu)。 雙導(dǎo)向桿配置在手臂伸縮油缸兩側(cè)，并兼做手部和手腕油路的管道。可用于抓重大、行程較長的場合。如下圖所示為雙導(dǎo)向桿手臂的伸縮結(jié)構(gòu)。故應(yīng)盡量減少小臂部運(yùn)動部分的重量，使結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕，同時(shí)要采取一定的緩沖措施。 ②導(dǎo)向性要好 為防止手臂在直線移動中，沿運(yùn)動軸線發(fā)生相對運(yùn)動，或設(shè)置導(dǎo)向裝置，或設(shè)計(jì)方形、花鍵等形式的臂桿。同時(shí)，設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮到手臂的受力情況、油缸及導(dǎo)向裝置的布置、內(nèi)部管路與手腕的連接形式等因素。手臂的回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動是通過立柱來實(shí)現(xiàn)的。m) ②當(dāng)知道啟動過程所轉(zhuǎn)過的角度時(shí)，也可以用下面的公式計(jì)算M慣： M慣=(J+J工件) (Nm) (3) 腕部啟動時(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慣 =(J+J工件) (N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，以便手腕轉(zhuǎn)動時(shí)管路不扭轉(zhuǎn)和不外露，使外形整齊。 ,Rmin=15mm ,Rmax=30mm代入公式計(jì)算得 最大定位誤差△=∣∣=＜ 故符合要求.第三章 腕部的結(jié)構(gòu) 概述腕部是連接手部與臂部的部件，起支承手部的作用。 本機(jī)械手的工件只做水平和垂直平移，當(dāng)它的移動速度為500毫米/秒，移動加速度為1000毫米/秒，工件重量G為98牛頓，V型鉗口的夾角為120176。這里取角α=30度。由手指的力矩平衡條件，即∑m01(F)=0得 P1′h=Nb 因 h=a/cosα 所以 P=2b(cosα)N/a式中 a——手指的回轉(zhuǎn)支點(diǎn)到對稱中心線的距離(毫米)。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(diǎn)，兩手指1的滑槽對銷軸的反作用力為PP2，其力的方向垂直于滑槽中心線OO1和OO2并指向O點(diǎn)，P1和P2的延長線交O1O2于A及B，由于△O1OA和△O2OA均為直角三角形，故∠AOC=∠BOC=α。例如圓柱形工件采用帶‘V’形面的手指，以便自動定心。 （2）手指間應(yīng)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。機(jī)械手結(jié)構(gòu)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(yùn)動將物體包住，因此，手部結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)各種類型的手部結(jié)構(gòu)，它一般可分為鉗爪式，氣吸式，電磁式和其他型式。除一些專用機(jī)械手外，大多數(shù)機(jī)械手均需進(jìn)行專門的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。利用行程開關(guān)檢測位置，精度低，故一般與機(jī)械擋塊聯(lián)合應(yīng)用。機(jī)座式結(jié)構(gòu)多為工業(yè)機(jī)器人所采用，機(jī)座上可以裝上獨(dú)立的控制裝置，便于搬運(yùn)與安放，機(jī)座底部也可以安裝行走機(jī)構(gòu)，已擴(kuò)大其活動范圍，它分為手臂配置在機(jī)座頂部與手臂配置在機(jī)座立柱上兩種形式，本機(jī)械手采用手臂配置在機(jī)座立柱上的形式。立柱水平運(yùn)動速度(V柱移 = 50 mm/s)。/s)；手臂伸縮速度(V臂伸 = 50 mm/s)。機(jī)械手的運(yùn)動速度與臂力、行程、驅(qū)動方式、緩沖方式、定位方式都有很大關(guān)系，應(yīng)根據(jù)具體情況加以確定。 確定運(yùn)動速度 機(jī)械手各動作的最大行程確定之后，可根據(jù)生產(chǎn)需要的工作拍節(jié)分配每個動作的時(shí)間，進(jìn)而確定各動作的運(yùn)動速度。115176。1mm。但是在多傳感器信息融合控制技術(shù)、遙控加局部自主系統(tǒng)遙控機(jī)器人、智能裝配機(jī)器人、機(jī)器人化機(jī)械等的開發(fā)應(yīng)用方面則剛剛起步，與國外先進(jìn)水平差距較大，需要在原有成績的基礎(chǔ)上，有重點(diǎn)地系統(tǒng)攻關(guān)，才能形成系統(tǒng)配套可供實(shí)用的技術(shù)和產(chǎn)品，以期在“十五”后期立于世界先進(jìn)行列之中。以上原因主要是沒有形成機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，當(dāng)前我國的機(jī)器人生產(chǎn)都是應(yīng)用戶的要求，“一客戶，一次重新設(shè)計(jì)”，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。在我國，社會主義制度的優(yōu)越性決定了機(jī)器人能夠充分發(fā)揮其長處。(7) 機(jī)器人化機(jī)械開始興起。(4) 機(jī)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(jī)器人還應(yīng)用了視覺、力覺等傳感器，而遙控機(jī)器人則采用視覺、聲覺、力覺、觸覺等多傳感器的融合技術(shù)來進(jìn)行環(huán)境建模及決策控制；多傳感器融合配置技術(shù)在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟應(yīng)用。 近幾年國外機(jī)器人領(lǐng)域發(fā)展有幾個趨勢：(1) 工業(yè)機(jī)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(jī)價(jià)格不斷下降。工業(yè)機(jī)器人由操作機(jī)(機(jī)械本體)、控制器、伺服驅(qū)動系統(tǒng)和檢測傳感裝置構(gòu)成，是一種仿人操作、自動控制、可重復(fù)編程、能在三維空間完成各種作業(yè)的機(jī)電一體化自動化生產(chǎn)設(shè)備。The design of the hydraulic manipulator Abstract: The design of hydraulic drive manipulator movements under the provisions of the order use the basic theory, basic knowledge and related mechanical design expertise prehensively to plete the designand drawing the necessary assembly,hydraulic system map PLC control system diagram Manipulator mechanical structure using tanks screw ,guide tubes and other me