【正文】 ?? ??????? 30 長 春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 IV 液壓泵的選取要求及其具體選取????????????? 30 選擇液壓控制閥的原則????????????????? 32 選擇液壓輔助元件的要求???????????????? 32 具體選擇液壓元件??????????????????? 33 本章小結(jié)?????????????????????????? ?? 34 第 5 章 液壓缸的保 養(yǎng)與維修???????????????????? 34 液壓元件的安裝??????????????????????? 34 液壓系統(tǒng)的一般使用與維護(hù)?????????????????? 35 一般技術(shù)安全事項?????????????????????? 35 第 6 章 機械手控制系統(tǒng)?????????????????????? 35 結(jié)論???????????????????????????????? 37 參考文獻(xiàn)?????????????????????????????? 38 致謝 ???????????????????????????????? 39 長 春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 1 第 1 章 緒 論 工業(yè)機械手概況 工業(yè)機械手是人類創(chuàng)造的一種機器 ,更是人類創(chuàng)造的一項偉大奇跡 ,其研究、開發(fā)和設(shè)計是從二十世紀(jì)中葉開始的 .我國的工業(yè)機械手是從 80年代 七五 科技攻關(guān)開始起步 ,在國家的支持下 ,通過 七五 ,八五 科技攻關(guān) ,目前已經(jīng)基本掌握了機械手操作機的設(shè)計制造技術(shù) ,控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計技術(shù) ,運動學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù) ,生 產(chǎn)了部分機器人關(guān)鍵元器件，開發(fā)出噴漆，孤焊，點焊，裝 配，搬運等機器人，其中有 130多臺噴漆機器人在二十余家企業(yè)的近 30條自動噴漆生產(chǎn)線（站）上獲得規(guī)模應(yīng)用，孤焊機器人已經(jīng)應(yīng)用在汽車制造廠的焊裝線上。如：可靠性低于國外產(chǎn)品，機械手應(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)與國外比有差距。目前工業(yè)機械手仍大量應(yīng)用在制造業(yè)，其中汽車工業(yè)占第一位（占 %），電器制造業(yè)第二位（占 %），化工第三位（占%）。 世界工業(yè)機械手的數(shù)目雖然每年在遞增，但市場是波浪式向前發(fā)展的。隨著機器人應(yīng)用的深化和滲透，工業(yè)機械手在汽車行業(yè)中還在不斷開辟著新用途。 上料機械手與卸料機械手相比，其中上料機械手中的移動式搬運上料機械手適用于各種棒料，工件的自動搬運及上下料工作。根據(jù)作業(yè)要求及載荷情況，機械手各關(guān)節(jié)運動速度可調(diào)。整個機械手及 液壓系統(tǒng)均集中設(shè)置在行走小車上，結(jié)構(gòu)緊湊。 國內(nèi)外實際使用的多是定位控制的機械手，沒有“視覺”和“觸覺”反饋。 為使機械手有“眼睛”去處理方位變化的工件和分辨形狀不同的零部件，它由視覺傳感器輸入三個視圖方向的視覺信息，通過計算機進(jìn)行圖形分辨，判別是否是所要抓取的工件。 因此，這種機械手就具有以下幾個方面的性能： (1）能準(zhǔn)確地抓住方位變化的物體； (2）能判斷對象的重量； (3)能自動避開障礙物； (4)抓空或抓力不足時能檢測出來。 現(xiàn)在，工業(yè)機械手的使用范圍只限于在簡單重復(fù)的操作方面節(jié)省人力，其效用是代替從事繁重的 工作，危險的工作，單調(diào)重復(fù)的工作，惡劣環(huán)境下的工作方面尤其明顯。雖然這些工業(yè)部門工時不足的問題尖銳，但采用機械手只限于一小部分工序，其原因是，工業(yè)機械手的性能還不能滿足這些部門的要求，適于機械手工作的范圍很狹小，這是主要原因。然而，利用機械手或類似機械設(shè)備節(jié)省人力和實現(xiàn)生產(chǎn)合理化的要求，今后還會持續(xù)增長，只要技術(shù)方面和價格方面存在的問題得到解決，機械手的應(yīng)用 必將會飛躍發(fā)展。例如鋁型材擠壓成型機鋁棒料的搬運及高溫棒料的自動上料作業(yè)，最大抓取棒料直徑可達(dá) 180mm，最大抓握重量可達(dá) 30公斤，最大行走距離為 1200mm。移動式搬運上料機械手主要由手爪，小臂，大臂，手臂回轉(zhuǎn)機構(gòu)，小車行走機構(gòu)，液壓泵站電器控制系統(tǒng)組成，同時具有高溫棒料啟動疏料裝置及用于安全防護(hù)用的光電保護(hù)系統(tǒng)。電氣控制系統(tǒng)采用 OMRON可編程控制器，各種作業(yè)的實現(xiàn)可以通過編程實現(xiàn)。轎車半軸加工上料機械手設(shè)計在綜合多種機械手的設(shè)計原理和設(shè)計思想，根據(jù)轎車半軸加工的特點提出的，有一定的理論基礎(chǔ)，設(shè)計水平和應(yīng)用價值。按規(guī)格（所搬運工件 的重量）分類： — 搬運重量在 1公斤以下： — 搬運重量在 10公斤以下： — 搬運重量在 50公斤以下： — 搬運重量在 50公斤以上。最小的為 ，最大的已達(dá)到 800公斤。固定程序有凸輪轉(zhuǎn)鼓和擋塊轉(zhuǎn)鼓控制：可變程序可插銷板或順序轉(zhuǎn)動控制來給定程序。只使用在程序較簡單的點位控制，但作為一般單機服務(wù)的搬運作業(yè)已足 夠。 2． 記憶再現(xiàn)型工業(yè)機械手 這種工業(yè)機械手由人工通過實驗裝置傳動一遍，由磁帶（或磁鼓）把程序記錄下來，此機械手就自動按記憶的程序重復(fù)進(jìn)行循環(huán)動作。與前者比較有較多的自由度，能進(jìn)行程序較復(fù)雜的作業(yè)，通用性較廣。技術(shù)還可以是可編程序控制或普通的微機計算機。 按用途分： 1． 專用機械手 附屬于主機的，具有固定程序而無獨立控制系統(tǒng)的機械裝置，這種工業(yè)機械工作對象不變，手動比較簡單，結(jié)構(gòu)簡單，使用可靠，施用于大批量生產(chǎn)自動線或?qū)C作為自動上、下料用。通用機械手的工作范圍大，定位精度高，通用性強，使用于工件經(jīng)常變換的中、小批量自動化生 長 春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 4 產(chǎn)。 2. 在實現(xiàn)單機自動化方面 (1)各類半自動車床，有自行夾緊、進(jìn)刀、切削、退刀和松開的功能，但仍需人工上下料，裝上機械手，可實現(xiàn)全自動化生產(chǎn)。 (3)沖床有自動上下沖壓循環(huán)，機械手上下料可實現(xiàn)沖壓上產(chǎn)自動化。其特點： (1)對環(huán)境的適應(yīng)性強，能代替人從事危險，有害的操作，在長時間對人體有害的場所，機械手不受影響。 (3)動作準(zhǔn)確，可保證穩(wěn)定和提高產(chǎn)品的質(zhì)量，同時可避免人為操作的錯誤。 (5)采用機械手能明顯的提高勞動生產(chǎn)率和降低成本。工業(yè)機械手在國 民生產(chǎn)中有廣泛的應(yīng)用，許多機械設(shè)備都用到工業(yè)機械手，它是近代自動控制領(lǐng)域內(nèi)出現(xiàn)的一種新型的技術(shù)裝備。 長 春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 5 第 2 章 工業(yè)機械手的設(shè)計方案 工業(yè)機械手的組成 工業(yè)機械手是由執(zhí)行機構(gòu)，驅(qū)動機構(gòu)和控制部分所組成，各部分關(guān)系如下框圖： 圖 工業(yè)機械手各部分關(guān)系圖 執(zhí)行機構(gòu)： 執(zhí)行機構(gòu)包括抓取部分（手部）、腕部、臂部和行走機構(gòu)等運動部件所組成。傳動機構(gòu)形式多樣，常用的有：滑槽杠桿式、連桿杠桿式、彈簧式等。 ：手臂是支撐被抓物體，手部，腕部的重要部件。 該設(shè)計的手臂有三個自由度，采用關(guān)節(jié)式坐標(biāo)（繞橫軸旋轉(zhuǎn)，上下擺動和左右擺動）關(guān)節(jié)坐標(biāo)式具有較大的工作空間和操作靈活性，機械臂的結(jié)構(gòu)性容易進(jìn)行優(yōu)化，便于提高機械手的動態(tài)操作性能。 驅(qū)動機構(gòu)：有氣動，液動，電動和機械式四種形式。 機身：它是整個工業(yè)機械手的基礎(chǔ)。 設(shè)計路線與方案 設(shè)計步驟 ； ； ； ； ，范圍，性能進(jìn)行分析，強度和運動學(xué)校核； ； ； 。 本章小結(jié) 本章介紹了工業(yè)機械手的組成、規(guī)格參數(shù)、設(shè)計路線等內(nèi)容，這種設(shè)計的機械手組成全面，配置合理，能達(dá)到一定的使用要求。 夾持類最常見的主要有夾鉗式，本設(shè)計主要考慮夾鉗式手部設(shè)計。 滑槽杠桿式手部設(shè)計的基本要求 (1)應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膴A緊力和驅(qū)動力。 (3)應(yīng)保證工件在手指內(nèi)的夾持精度。 (5)應(yīng)考慮通用性和特殊要求。11PP? 由 ( ) 0MF?? 得 39。 由工業(yè)機械 手設(shè)計基礎(chǔ)表 2－ 1查得 N＝ = 25= 長 春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 9 又因為 22 cosbPNc?? （ ） 當(dāng) ? 取最小值時，則增力比較大，手指走到最小行程時則有 min ? 則 o min 30? ? 又因為 cos2 NcbP ?理2amin= 12kkPP?? 理實 取安全系數(shù) 1 ? ，工作情況系數(shù) 2 ? 傳動機構(gòu)的機械效率 ?? 50P kg?實 1 9 . 8 8 1 . 5 1 . 5＝ () 手指夾緊時：夾緊缸活塞移動范圍 L＝ 130mm，其動作時間 t=（由機械手的動作節(jié)拍時間得之），所以夾緊活塞移動得平均速度 v 為： 13 8 .6 71 .5lv cm st? ? ? 運動部件得總重估算 G＝ 10kg 夾緊力 N與驅(qū)動力 P的關(guān)系： 由于結(jié)構(gòu)左右對稱，在驅(qū)動力 P的作用下，每一滑槽杠桿受力相等 圖 在不計摩擦力的情況下 12 12 cosPPP ???， 1? 為夾緊狀態(tài)得傾斜角 1? ＝ 50夾緊工件半徑為 50mm為例 長 春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 10 12 12 cosPPP ???＝ () 根據(jù)各力對回轉(zhuǎn)支點 1O 的力矩平衡條件，同樣在不計摩擦力的情況下 1 12 cosPCNb PC ???， c為杠桿動力臂，即驅(qū)動銷對滑槽杠桿作用力 1p 對支點 1O 的 垂 直距離。 （ 5）確定夾緊油缸外徑 D 驅(qū)動桿行程與手指開閉范圍關(guān)系 12.??－分別為手指夾緊工件范圍值時，滑槽相對于兩支點連接的傾斜角。 fF －導(dǎo)軌摩擦阻力負(fù)載，對于平導(dǎo)軌 ()f RnF f G F?? RnF －垂直于導(dǎo)軌的工作負(fù)載， RnF ＝ 0。 250 50fsFN? ? ?， 250 25fFN? ? ? ? a GvF gt?? ?，一般取 t? ＝ ， vt??? 時間內(nèi)速度變化量 2 5 5 4 .2 39 .8 0 .0 5 6 0aFN? ? ?? 啟動： aF F F N? ? ? 穩(wěn)態(tài)： 275fa WF F F N? ? ? 工作壓力 P的確定，工作壓力根據(jù)負(fù)載大小及機器的類型來初步確定。 計算液壓缸內(nèi)徑 D和活塞桿直徑 d，由負(fù)載可知最大負(fù)載 F為 275N。 又因為 21124 0 .0 2 2 3 m11cmFDP dPPD?????????????? ? ? ? ????????????? () 根據(jù)液壓系統(tǒng)設(shè)計手冊表 2－ 4，將液壓缸內(nèi)徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)系列直徑 D=25mm,活塞桿直徑按 d/D＝ 2－ 5活塞直徑系列取 d=18mm。夾緊缸的工作壓力應(yīng)大于復(fù)位彈簧的彈力。 ??? 高強度鑄鐵， ??? ＝ 60 aMP ? ? 1 2 25 2 4 33D D m m?? ? ? ? ? ? 液壓缸工作行程的確定，并參照表 2－ 6中的系列尺寸選取標(biāo)準(zhǔn)值 S=100mm。 ? ? yPtD?? () mm? 現(xiàn)取 t=20mm。 夾緊缸彈簧的確定。 max 100PN? max 3max8GdZ PC?? () 10DC d?? 曲度系數(shù) 1k ＝ ， G－彈簧材料的剪切彈性模量，鋼材 G= ? ?258 10 kgcm? Z=110mm,則活塞缸總長 L=120mm。手腕具有獨立的自由度，此設(shè)計手腕有繞 X軸轉(zhuǎn)動和沿 X軸左右擺動兩個自由度。他的結(jié)構(gòu)緊湊，靈活，自由度符合設(shè)計要求，它要求嚴(yán)格密封才能保證穩(wěn)定的輸出轉(zhuǎn)矩。腕部的結(jié)構(gòu)、重量和動力載荷直接影響著臂部的結(jié)構(gòu)、重量和運動性能。 ，又承擔(dān)聯(lián)接和支承作用，除了保證力和運動的要求以及具有足夠的強度和剛度外還應(yīng)綜合考慮合理布局腕部和手部的連接、腕部自由度的檢測和位置檢測、管線布置以及潤滑、維修調(diào)整等問題。