【正文】 、振動(dòng)，保證系統(tǒng)的安全性，采用 V2構(gòu)成的平衡回路相升降油缸下腔提供一定的排油背壓，以平衡重力負(fù)載。 考慮到手爪的工作要求輕緩抓取、迅速松開，系統(tǒng)采用了節(jié)流效果不等的兩個(gè)單向節(jié)流閥。為了保證液壓油的潔凈，避免液壓油帶入污染物，故在油泵的入口安裝粗過濾器，而在油泵的出口安裝精過 13 濾器對(duì)循環(huán)的液壓油進(jìn)行凈化 繪制液壓系統(tǒng)圖 本機(jī)械手的液壓系統(tǒng)圖如圖 31 所示 它擁有垂直手臂的上升、下降，水平手臂的前伸、后縮，以及 執(zhí)行手爪的夾緊、張開三個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。根據(jù)液壓設(shè)備所處的環(huán)境及對(duì)溫升的要求，還要考慮加熱、冷卻等措施。一般泵的入口要裝粗濾油器，進(jìn)入系統(tǒng)的油液根據(jù)要求，通過精濾油器再次過濾。容積調(diào)速系統(tǒng)多用變量泵供油，用安全閥來限定系統(tǒng)的最高壓力。 液壓源系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 液壓系統(tǒng)的工作介質(zhì)完全由液壓源來提供，液壓源的核心是液壓泵。對(duì)高壓大流量的系統(tǒng)，多采用插裝閥與先導(dǎo)控制閥的邏輯組合來實(shí)現(xiàn)。相應(yīng)的調(diào)速方式有節(jié)流調(diào)速、容積調(diào)速以及二者結(jié)合的容積節(jié)流調(diào)速；方向控制是用換向閥或是邏輯控制單元來實(shí)現(xiàn)。 液壓執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)控制回路的設(shè)計(jì) 液壓執(zhí)行元件確定后，其運(yùn)動(dòng)速度和運(yùn)動(dòng)方向的控制是液壓回路的核心問題。至于機(jī)械手在空間 的運(yùn)動(dòng)和定位則由外部的電腦操作系統(tǒng)完成，它主要先進(jìn)行機(jī)器手的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，動(dòng)力學(xué)分析，軌跡規(guī)劃和編程。交流電磁閥起動(dòng)性能好，換向時(shí)間短，接線簡(jiǎn)單，價(jià)廉，但是如吸不上時(shí)容易燒壞，可靠性差，換向時(shí)有沖擊，允許換向頻率底，壽命較短。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）。 方向控制回路 在機(jī)械手液壓系統(tǒng)中，為控制各油缸、馬達(dá)的運(yùn)動(dòng)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(dòng)滑閥，由電控系統(tǒng)發(fā)出電信號(hào)，控制電磁鐵操縱閥芯換向，使油缸及油馬達(dá)的油路換向，實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)和正反 向轉(zhuǎn)動(dòng)。其原因是負(fù)荷變化會(huì)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。其缺點(diǎn)是：有壓力和流 12 量損耗，在低速負(fù)荷傳動(dòng)時(shí)效率低，發(fā)熱大。 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)。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(jìn)入油缸或油馬達(dá)的流量；另一類是采用變量泵，改變油泵的供油量。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。包括調(diào)壓、卸荷、減壓、平衡鎖緊等基本回路。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(yùn)動(dòng)的換向、工作速度的調(diào)節(jié)以及同步運(yùn)動(dòng)等。 （ 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)。也有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的液動(dòng)機(jī)一般叫作油馬達(dá)，回轉(zhuǎn)角小于 360176。 （ 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。這種借助于運(yùn)動(dòng)著的壓力油的容積變化來傳遞動(dòng)力的液壓傳動(dòng)稱為容積式液壓傳動(dòng)，機(jī)械手的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)都屬于容積式液壓傳動(dòng)。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)。電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)油泵輸出壓力油，是將電動(dòng)機(jī)供給的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成油液的壓力能。若實(shí)際工作中平衡結(jié)果不滿足，則設(shè)置彈簧平衡機(jī)構(gòu)進(jìn)行平衡。用于配重平衡、彈簧平衡滿足不了工作要求的場(chǎng)合。 活塞式平衡系統(tǒng)有液壓和氣動(dòng)兩種：液壓平衡小童平衡力大，體積小，有一定的阻尼作用：氣動(dòng)平衡系統(tǒng)，具有很好的阻尼作用，但體積比較大。一般在機(jī)器人手臂的不平衡力矩比較小的情況下采用這種平衡機(jī)構(gòu)。關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂一般都需要平衡裝置，一減小驅(qū)動(dòng)器的負(fù)荷，同時(shí)縮短啟動(dòng)時(shí)間。這里只采用一級(jí)齒輪傳動(dòng)，采用大的傳動(dòng)比 ,齒輪采用高強(qiáng)大、高硬度的材料，高精度加工制動(dòng)。機(jī)械手腰部回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，必須采用傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來減速和增大扭矩。由于傳動(dòng)部件直接影響機(jī)器人的精度、穩(wěn)定性和快速響應(yīng)能力，因此應(yīng)設(shè)計(jì)和選擇滿足傳動(dòng)間隙小精度高，低摩擦、體積小、重量輕、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、響應(yīng)速度快、傳遞轉(zhuǎn)矩大大、諧振頻率高以及與伺服電動(dòng)機(jī)等其它環(huán)節(jié)的動(dòng)態(tài)性能相匹配等要求的傳動(dòng)部件。機(jī)器人所采用的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與一般機(jī)械的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)相類似。 工業(yè)機(jī)器人傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求 機(jī)器人是由多級(jí)聯(lián)桿和關(guān)節(jié)組成的多自由度的空間運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。 （ 7)鋼絲繩輪傳動(dòng) 10 鋼絲繩輪傳動(dòng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳動(dòng)剛度大、結(jié)構(gòu)柔軟，成本較低等優(yōu)點(diǎn)。 （ 6)鏈傳動(dòng) 在機(jī)器人中鏈傳動(dòng)多用于腕傳動(dòng)上，為了減輕機(jī)器人末端的重量， 一般都將腕關(guān) 節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝在小臂后端或大臂關(guān)節(jié)處。同步帶帶輪齒形有梯形齒形和圓弧齒形。同步帶具有傳動(dòng)比準(zhǔn)確、傳動(dòng)效率高（可達(dá) 98%） 、節(jié)能效果好；能 吸振、噪聲低、不需要潤(rùn)滑；傳動(dòng)平穩(wěn)，能高速傳動(dòng)（可達(dá) 40m/s） 、傳動(dòng)比可達(dá) 10，結(jié)構(gòu)緊湊、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，故在機(jī)器人中使用很多。 （ 4）同步帶傳動(dòng) 同步帶傳動(dòng)是綜合了普通帶傳動(dòng)和鏈輪鏈條傳動(dòng)優(yōu)點(diǎn)的一種新型傳動(dòng)，它在帶的工作面及帶輪外周上均制有嚙合齒，通過帶齒與輪齒作嚙合傳動(dòng)。使用壽命長(zhǎng)；而且同步性好，使用可靠、潤(rùn)滑簡(jiǎn)單，因此滾珠絲杠在機(jī)器人中應(yīng)用很多。 后 者 雖 然 結(jié) 構(gòu) 復(fù) 雜 、 制造成本高，但是其最大的優(yōu)點(diǎn)是摩擦阻力矩小 、 傳動(dòng)效率高（ 92%~98%），其運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，靈活度高。螺旋傳動(dòng)有傳遞能量為主的，如螺旋壓力機(jī)、千斤頂?shù)?；有以傳遞運(yùn)動(dòng)為主的，如機(jī)床工作臺(tái)的進(jìn)給絲杠。諧波齒輪傳動(dòng)與少齒差行星齒輪傳動(dòng)十分相似，它是依靠柔性齒輪產(chǎn)生的可控變形波引起齒間的相對(duì)錯(cuò)齒來傳遞動(dòng)力與運(yùn)動(dòng)的，故諧波齒輪傳動(dòng)與一般的齒輪傳 動(dòng)具有本質(zhì)上的差別。 （ 2） 諧波齒輪傳動(dòng) 諧波齒輪傳動(dòng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小重量輕，傳動(dòng)比大（幾十到幾百），傳動(dòng)精度高、回程誤差小、噪音低、傳動(dòng)平穩(wěn)，承載能力強(qiáng)、效率高等一系列優(yōu)點(diǎn)。隨著機(jī)床加工的工件的不同，手臂伸出長(zhǎng)度不同，要求手臂具有伺服定位能力，故采用電液伺服液壓缸進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。 9 具體設(shè)計(jì)方案 在分析了具體工作要求后，綜合考慮各個(gè)因素，機(jī)械手腰部的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)需要一定的定位控制精度，因此采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)來實(shí)現(xiàn)。但是其技術(shù)還不夠成熟、結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、成本也較高。 （ 4）電氣驅(qū)動(dòng)機(jī)械手 它是由電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手。其主要特點(diǎn)為：運(yùn)動(dòng)精確，動(dòng)作頻率大，定位精度高。但是這種機(jī)械手對(duì)密封性要求很高、不易于保養(yǎng)與維護(hù)、受到液體本身的屬性影響，不宜在高溫或者低溫的環(huán)境下工作、油的泄漏會(huì)導(dǎo)致對(duì)其工作性能產(chǎn)生很大的影響、油液過濾要求非常嚴(yán)格，成本高。 （ 2）液壓傳動(dòng)機(jī)械手 液壓傳動(dòng)機(jī)械 手是以油液壓縮的壓力來驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手。其特點(diǎn)為：輸出力大、 易于保養(yǎng)、動(dòng)作迅速、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單成本低。 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是工業(yè)機(jī)械手的重要組成部分。 在后是一個(gè)制動(dòng)箱。 此次設(shè)計(jì)機(jī)身為地面軌道運(yùn)動(dòng)式。因此，臂部的運(yùn)動(dòng)愈多，機(jī)身的結(jié)構(gòu)和受力情況就愈復(fù)雜。 機(jī)身 機(jī)身設(shè)計(jì)的基本要求 機(jī)身是直接支撐和傳動(dòng)手臂的部件。手臂伸縮速度 ， V 臂伸 = 50 mm/s手臂回轉(zhuǎn)速度， V 臂回 = 40176。 120176。 1mm。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。 通過液壓缸的直接驅(qū)動(dòng)，液壓缸既是驅(qū)動(dòng)元件，又是執(zhí)行運(yùn)動(dòng)件，而且液壓缸實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)，控制簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)的控制。 8 具體設(shè)計(jì)方案 由于機(jī)械手手臂運(yùn)動(dòng)為直線運(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。 （ 3）手臂動(dòng)作應(yīng)靈活 為減少手臂運(yùn)動(dòng)件之間的摩擦阻力，盡可能用滑動(dòng)摩擦代替滑動(dòng)摩擦。 ②減少手臂運(yùn)動(dòng)件的尺寸輪廓。在一般情況，手臂回轉(zhuǎn)俯仰均要求均速運(yùn)動(dòng)，（ v 和 w 為常數(shù)），但在手臂的啟動(dòng)和終止瞬間，運(yùn)動(dòng)是變化的，為了減少?zèng)_擊，要求啟動(dòng)時(shí)間的加速度和終止前的加速度不能太大，否則引起沖擊和振動(dòng)。為可提高剛 度，盡量縮短臂桿的懸伸長(zhǎng)度。臂部要實(shí)現(xiàn)所要求的運(yùn)動(dòng)，需滿足下列各項(xiàng)基本要求： （ 1）機(jī)械手臂式機(jī)身的承載 機(jī)械手臂式機(jī)身的承載能力，取決于其剛度，結(jié)構(gòu)上采用水平懸伸梁形式。因而，它的結(jié)構(gòu)，工作范圍，靈活性以及抓重大小和定位精度等都直接影響機(jī)械手的工作性能。因此，臂部具有三個(gè)自由度才能滿足基本要求：即手臂繞橫軸旋轉(zhuǎn)，左右回轉(zhuǎn)和俯仰運(yùn)動(dòng)。它的作用是支承腕部和手部（包括工作），并帶動(dòng)它們作空間轉(zhuǎn)動(dòng)。 /s。 115176。 設(shè)計(jì)具體采用方案 通過對(duì)數(shù)控機(jī)床上下料作業(yè)的具體分析，考慮數(shù)控機(jī)床加工的具體形式及對(duì)機(jī)械手上下料作業(yè)時(shí)的具體要求，在滿足系統(tǒng)工藝要求的前提下提高安全和可靠性， 腕部的結(jié)構(gòu)如圖 24所示，它可做與手臂垂直方向（例如 Y軸方向）橫移，還可以繞 Y軸或 Z軸 回轉(zhuǎn)。 （ 2） 腕部作為機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，又承擔(dān)聯(lián)接和支承作用，除了保證力和運(yùn)動(dòng) 的要求以及具有足夠的強(qiáng)度和剛度外還應(yīng)綜合考慮合理布局腕部和手部的連接、腕部自由度的檢測(cè)和位置檢測(cè)、管線布置以及潤(rùn)滑、維修調(diào)整等問題。腕部的結(jié)構(gòu)、重量和動(dòng)力載荷直接影響著臂部的結(jié)構(gòu)、重量和運(yùn)動(dòng)性能。他的結(jié)構(gòu)緊湊，靈活，自由度符合設(shè)計(jì)要求，它要求嚴(yán)格密封才能保證穩(wěn)定的輸出轉(zhuǎn)矩。手腕具有獨(dú)立的自由度，此設(shè)計(jì)手腕有繞 X軸轉(zhuǎn)動(dòng)和沿 X軸左右擺動(dòng)兩個(gè)自由度。 夾鉗式手部是由手指，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)裝置三部分組成，它對(duì)抓取各種形狀的工件具有較大的適應(yīng)性，可以抓取軸，盤，套類零件，一般情況下多采用兩個(gè)手指。 6 設(shè)計(jì)具體采用方案 手部按其夾持工件的原理，大致可分為夾持和吸附兩大類。通用性是指有限的手爪，可適用于不同的機(jī)械手，這就要求末端執(zhí)行器要有標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)械接口（如法蘭），使末端執(zhí)行器實(shí)現(xiàn) 標(biāo)準(zhǔn)化。萬(wàn)能手爪在結(jié)構(gòu)上很復(fù)雜，甚至很難實(shí)現(xiàn)，從工業(yè)實(shí)際應(yīng)用出發(fā)，應(yīng)著重開發(fā)各種專用的、高效率的機(jī)械手手爪，加之以快速更換裝置，以實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的多種作業(yè)功能，而不主張用一個(gè)萬(wàn)能的手爪去完成多種作業(yè)，以考慮設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)效益。既根據(jù)其應(yīng)用場(chǎng)合設(shè)計(jì)手爪，在滿足作業(yè)要求的前提下，機(jī)械手手爪還要求體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊。搬運(yùn)用手爪是指各種夾持裝置，用來抓取或吸附被搬運(yùn)的物體；加工用手爪是帶有噴槍、焊槍、砂輪、銑刀等加工工具的機(jī)械手附加裝置，用來進(jìn)行相應(yīng)的加工作業(yè)；測(cè)量用手爪是裝有測(cè)量頭或傳感器的附加裝置，用來進(jìn)行測(cè)量及檢驗(yàn)作業(yè)。機(jī)械手工作布局圖如圖 22所示。 5 具體采用方案 具體到本設(shè)計(jì)，因?yàn)榭紤]到數(shù)控機(jī)床布局的具體形式及對(duì)機(jī)械手的具體要求，考慮在滿足系統(tǒng)工藝要求的前提下，盡量簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，一件小成本、提高可靠度。此種機(jī)械手在工業(yè)中應(yīng)用十分廣泛，如焊接、噴漆、搬運(yùn)、裝配等作業(yè)。 4. 關(guān)節(jié)型機(jī)械手結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 關(guān)節(jié)型機(jī)械手的空間運(yùn)動(dòng)是由三個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的，如圖 。其工作空間是一個(gè)類球形的空間。這種機(jī)械手構(gòu)造比較簡(jiǎn)單，精度相對(duì)較高，常用于搬運(yùn)作業(yè)。 2. 圓柱坐標(biāo)機(jī)械手結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 圓柱坐標(biāo)機(jī)械手 的空間運(yùn)動(dòng)是用一個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)及兩個(gè)直線運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的，如圖 。直角坐標(biāo)機(jī)械手的工作空間為一空間長(zhǎng)方體，主要用于裝配作業(yè)及搬運(yùn)作業(yè)。各結(jié)構(gòu)形式及其相應(yīng)的特點(diǎn)，分別介紹如下： 1. 直角坐標(biāo)機(jī)械手結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 直角坐標(biāo)機(jī)械手的空間運(yùn)動(dòng)是用三個(gè)相互垂直的直線運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的，如圖 。方位要求一般通過機(jī)械手的手腕來滿足供送料要求的運(yùn)動(dòng)，軌跡應(yīng)該是：直線下降 — 直線升起 — 平面圓弧擺動(dòng) — 直線下降。 要完成上述動(dòng)作，上下料機(jī)械手的手爪必須到達(dá)兩點(diǎn)（取料點(diǎn) — 料槽；放料點(diǎn) — 加工工位），這可通過機(jī)械手的手臂來實(shí)現(xiàn)。其基本動(dòng)作是：上料時(shí)，先由料槽中取出工件，帶著工件到指定工位，將其 放在工位上，返回；卸料時(shí)則從工位上取下工件，帶走，控制機(jī)構(gòu) 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 位置檢測(cè)裝置 電量 工件 4 放到料箱中。 上下料機(jī)械手的工作原理 上下料機(jī)械手是一種專用的工業(yè)機(jī)械手，其執(zhí)行程序一般是設(shè)計(jì)好的，一般只能進(jìn)行簡(jiǎn)單編程，所以機(jī)械手的動(dòng)作是固定的，一種機(jī)械手只能供送一種或有限的幾種物品，程序控制系統(tǒng)相對(duì)比較簡(jiǎn)單。 機(jī)身：它是整個(gè)工業(yè)機(jī)械手的基礎(chǔ)。 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)：有氣動(dòng)，液動(dòng)，電動(dòng)和機(jī)械式四種形式。它的工作范圍大，定位精度高，通用性強(qiáng)，廣泛應(yīng)用于柔性自動(dòng)線。通用機(jī)械手：它是一種具有獨(dú)立的控制系統(tǒng)、程序可變、動(dòng)作靈活多樣的機(jī)械手。專用機(jī)械手：它作為整機(jī)的附屬部分，動(dòng)作簡(jiǎn)單，工作對(duì)象單一，具有固定 (有時(shí)可調(diào) )程序，使用大批量的自動(dòng)生產(chǎn)。 3 2 液壓上下料機(jī)械手的設(shè)計(jì)方案 機(jī)械手的概念 我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) (GB/T12643– 90)對(duì)機(jī)械手的定義：“具有和人手臂相似的動(dòng)作功能，可在空間抓放物體，或進(jìn)行其它操作的機(jī)械裝置。隨著機(jī)器人應(yīng)用的深化和滲透，工業(yè)機(jī)械手在各行各業(yè)中還在不斷開辟著新用途。 世界工業(yè)機(jī)械手的數(shù)目雖然每年在遞增，但市場(chǎng)是波浪式向前發(fā)展的。 、側(cè)噴式、頂噴式、龍門式噴涂機(jī)器人產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、模塊化、系列化設(shè)計(jì)；柔性仿形噴涂機(jī)器人開發(fā)，柔性仿形復(fù)合機(jī)構(gòu)開發(fā)，仿形伺服軸軌跡規(guī)劃研究，控制系統(tǒng)開發(fā)； 、搬運(yùn)、裝配、切