【正文】 ar, hope can put forward valuable opinion, further improve. Keywords: manipulator, Hydraulic system, Arm, III 目 錄 前 言 ........................................ 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 (2)在裝配作業(yè)中應(yīng)用廣泛，在電子行業(yè)中它可以用來(lái)裝配印制電路板，在機(jī)械行業(yè)中它可以用來(lái)組裝零部件。 (4)可在危險(xiǎn)場(chǎng)合下工作，如軍工品的裝卸、危險(xiǎn)品及有 害物的搬運(yùn)等。 (一 )工業(yè)機(jī)械手的種類(lèi)很多，關(guān)于分類(lèi)的問(wèn)題，目前在國(guó)內(nèi)尚無(wú)統(tǒng)一的分類(lèi)標(biāo)此暫按使用范圍、驅(qū)動(dòng)方式和控制系統(tǒng)等進(jìn)行分類(lèi)。專用機(jī)械有動(dòng)作少、工作對(duì)象單一、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用可靠和造價(jià)低等特點(diǎn)，適用于大批量的自動(dòng)化生產(chǎn)，如自動(dòng)機(jī)床、自動(dòng)線的上、下料機(jī)械手和自動(dòng)換刀機(jī)械手 通用機(jī)械手 它是 一種具有獨(dú)立控制系統(tǒng)的、程序可變的、動(dòng)作靈活多樣的機(jī)械手。通用機(jī)械手的工作范圍大、定位精度高、通用性強(qiáng)，適用斷變換生產(chǎn)品種的中小批量自動(dòng)化的生產(chǎn)。 (二 )按驅(qū)動(dòng)方式分 2 液壓傳動(dòng)機(jī)械手 是以液壓的壓力來(lái)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手。但對(duì)密封裝置要求嚴(yán)格，不然泄漏對(duì)機(jī)械手的工作性能有很大的影響，且不宜在高溫、低溫下工作。 氣壓傳動(dòng)機(jī)械手 是以壓縮空氣的壓力來(lái)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手。但是，由于空氣具有可壓縮的特性，工作速度的穩(wěn)定性較差，沖擊大， 而且氣源壓力較低，抓重一在 30 公斤以下，在同樣抓重條件下它比液壓機(jī)械手的結(jié)構(gòu)大，所以適用于高、輕載、高溫和粉塵大的環(huán)境中進(jìn)行工作。它的。它常被要特點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確可靠，于工作主機(jī)的上、下料。其中直線電機(jī)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)速度快和行程長(zhǎng)，維護(hù)和使用方便。 (三 )按控制方式分 點(diǎn)位控制 它的運(yùn)動(dòng)為空間點(diǎn)到點(diǎn)之間的移動(dòng)，只能控制運(yùn)動(dòng)過(guò)程中幾個(gè)點(diǎn)的位置，不能控制其運(yùn)動(dòng)軌跡。目前使用的專用和通用工業(yè)機(jī)械手均屬于此類(lèi)。這類(lèi)工業(yè)機(jī)械手一般采用小型計(jì)算機(jī)進(jìn)行 控制。 3 控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)包括主控制柜、控制面板 (狀態(tài)顯示、按鈕 )和位置檢測(cè)裝置 [2].位置檢測(cè)裝置主要由行程開(kāi)關(guān)組成 ,用來(lái)檢測(cè)機(jī)械手的工作是否到位 ,并把相關(guān)信號(hào)傳遞給控制中心以便進(jìn)行下一步的動(dòng)作 .在整個(gè)過(guò)程中 ,主要控制 : (1)氣動(dòng)系統(tǒng)電磁閥的得電、失電 。 (3)鍵盤(pán)顯示、指示燈。 執(zhí)行系統(tǒng) 執(zhí)行系統(tǒng)分為上下料系統(tǒng)和檢測(cè)系統(tǒng)兩部分 .上下料系統(tǒng)包括機(jī)械手手爪的夾緊與張開(kāi)、摩擦輪和機(jī)械手手臂的上升與下降、機(jī)械手手臂的移動(dòng) 。 組合式機(jī)械手由四種組件組成，其主要結(jié)構(gòu)為：伸縮臂 X，升降機(jī)構(gòu) Z，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) φ ，俯仰機(jī)構(gòu) θ 組成。在這 8 種基本組合形式中，藥筒壓并和熱造型兩道工序就用一下這三種，即： ①X 、 ⑤Xφ 、 ⑦XZφ 再將第 ⑤ 種加上一個(gè)手腕回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)又可組成一種機(jī)械手； KWXφ 用于熱造型下料，所以這兩種工序共有上4 種組合機(jī)械手。 4 整機(jī)運(yùn)動(dòng)是指整個(gè)機(jī)械手作為一個(gè)整體運(yùn)動(dòng)，如整機(jī)行走。臂部運(yùn)動(dòng)基本有四種坐標(biāo)形式：（ 1）圓 柱坐標(biāo)式（用 X、Z、 C 表示）的特點(diǎn)：它有兩個(gè)小移動(dòng)（伸縮和升降）和一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)。（ 2）直角坐標(biāo)式（用 X、Y、 Z 表示）的特點(diǎn)：機(jī)械手的臂部可作前后，左右，升降三個(gè)移動(dòng)，這種坐標(biāo)形式直觀性好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但慣性大。 (3)多關(guān)節(jié)式（用C、 B B2 表示）的特點(diǎn)：它有三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)（左右旋轉(zhuǎn)，兩個(gè)關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)）。位置精度難于控制，故應(yīng)用比較小。繞 X 軸的運(yùn)動(dòng)叫回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；繞 Y 軸的轉(zhuǎn)動(dòng)叫俯仰運(yùn)動(dòng)；繞 Z 軸的運(yùn)動(dòng)叫左右擺動(dòng)。在幾十年的發(fā)展中，工業(yè)機(jī)械手摒棄了許多構(gòu)造和性能上的缺點(diǎn)，從而到今天多種形式的機(jī)械手，這也體現(xiàn)了人類(lèi)的智慧?？偣δ芊纸獬扇舾蓚€(gè)功能元素為：夾緊松開(kāi)上升夏季那個(gè)伸縮旋轉(zhuǎn)復(fù)位 該控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是可以給操作臂一個(gè)信號(hào)的動(dòng)力反饋系統(tǒng)。在方位、肩部和肘部上的三個(gè)軸直接控制位置，利用主臂控制速度?？刂葡到y(tǒng)的特性是可以使操縱器以一定的速度和精確性進(jìn)行工作。然后，機(jī)械手開(kāi)始進(jìn)行上升，轉(zhuǎn)動(dòng)和下降運(yùn)動(dòng)。機(jī)械手技術(shù)涉及到力學(xué)、機(jī)械學(xué)、電氣液壓技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感器技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域，是一門(mén)跨學(xué)科綜合技術(shù)。手臂能做的運(yùn)動(dòng)一般有三種：伸縮，旋轉(zhuǎn)和升降。而且大部分輔助工作 部件都安裝在手臂上，比如導(dǎo)向桿和控制件等，手臂內(nèi)部還裝有油缸和油路等，所以這就要求機(jī)械手手臂有 6 良好的承載能力，并為了動(dòng)作靈活，還要保持機(jī)械手手臂的自重要較輕。手臂的承載能力不夠就可能產(chǎn)生事故，而剛度不夠強(qiáng)就不能保證手臂工作的精度和平穩(wěn)，可能在工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，并且長(zhǎng)期工作還有可能出現(xiàn)變形的情況，這就會(huì)影響到正常的工作生產(chǎn)手臂太重會(huì)影響到手臂的運(yùn)動(dòng)速度，也就會(huì)影響到機(jī)械手的生產(chǎn)效率。 手臂的定位精度要高。但也可以通過(guò)其他方法來(lái)提高手臂的定位精度。直角坐標(biāo)式機(jī)械手的位置精度較高，其結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)都比較簡(jiǎn)單，誤差也小。關(guān)節(jié)式機(jī)械手，因其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，手端的定位是由各關(guān)節(jié)相互轉(zhuǎn)角來(lái)確定，其誤差也是積累 誤差，因而精度較差，其位置精度也更難保證。手臂的結(jié)構(gòu)要緊湊小巧，才能使手臂動(dòng)作輕快、靈活。此外對(duì)于懸臂式的機(jī)械手，還要考慮零件在手臂上的布置。偏重力矩對(duì)手臂動(dòng)作很不利，偏重力矩過(guò)大，會(huì)引起手臂的振動(dòng)，在升降時(shí)會(huì)產(chǎn)生一種沉頭現(xiàn)象，也會(huì)影響運(yùn)動(dòng)的靈活性，嚴(yán)重時(shí)手臂與立柱會(huì)卡死。 雖然手臂要求靈活，但運(yùn)動(dòng)速度不能過(guò)高。機(jī)械手手臂在啟動(dòng)和制動(dòng)過(guò)程中的速度也都要遵循速度特性曲線來(lái)變化，再加上手臂自重設(shè)計(jì)的較輕，在啟動(dòng)和停止時(shí)的平穩(wěn)性就會(huì)更好。這樣的機(jī)械手的使用范圍就比較廣闊，而是使用和維修都要很方便，非常實(shí)用。由于這么矛盾，在設(shè)計(jì)時(shí)就要求綜合各種因素，綜合考慮，從而設(shè)計(jì)出在保證定位精度和工作 7 效率的情況下，更準(zhǔn)確，更可靠，更靈活的機(jī)械手。 手臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 機(jī)械手的手臂有三種運(yùn)動(dòng)方式：伸縮，升降和回轉(zhuǎn)，伸縮運(yùn)動(dòng)和升降一般都采用直線油缸驅(qū)動(dòng)，或由電動(dòng)機(jī)通過(guò)絲杠、螺母來(lái)實(shí)現(xiàn)。的情況下，通產(chǎn)采用轉(zhuǎn)動(dòng)油缸；轉(zhuǎn)角大于 360176。機(jī)械手的手臂還可以做俯仰運(yùn)動(dòng)，那就需 要用直線油缸帶動(dòng)鉸接杠桿機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)一般用油缸、油馬達(dá)加齒輪。往復(fù)直線油缸又可分為以下幾種： （ 1）雙作用單活塞桿油缸：液壓機(jī)械手中實(shí)現(xiàn)手臂往復(fù)運(yùn)動(dòng)用的最多的是雙作用單活塞桿。結(jié)構(gòu)上可以是油缸體固定、活塞桿運(yùn)動(dòng)；也可相反。如做成伸縮式雙活塞桿油缸，既能滿足行程需求，體積又小。 手臂的俯仰運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu) 由于手臂的結(jié)構(gòu)較長(zhǎng)，所以它的偏重力矩較大，故須采用強(qiáng)有力的俯仰驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。 手臂的擺動(dòng)機(jī)構(gòu) 采用擺動(dòng)油缸行星齒輪機(jī)構(gòu)、齒輪齒條機(jī)構(gòu)、鏈條鏈輪機(jī)構(gòu)和油馬達(dá)驅(qū)動(dòng)擺動(dòng)機(jī)構(gòu)等。時(shí)也可采用葉片式擺動(dòng)缸，結(jié)構(gòu)為定片與缸體固聯(lián)，有時(shí)也可以相反。 圖 為機(jī)械手的手臂機(jī) 構(gòu) 手臂行程位置檢測(cè)方法 采用行程位置檢測(cè)裝置來(lái)控制機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)位置，并可以利用檢測(cè)裝置來(lái)配合控制系統(tǒng)完成對(duì)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)位置控制。行程位置檢測(cè)裝置有機(jī)械的、模擬的和數(shù)字的。 圖 機(jī)械手臂的旋轉(zhuǎn)升降裝置 按照設(shè)計(jì)要求，機(jī)械手要實(shí)現(xiàn)手臂 1800的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)一般設(shè)計(jì)在機(jī)身處。 機(jī)身承載著手臂，做回轉(zhuǎn)，升降運(yùn)動(dòng)，是機(jī)械手的重要組成部分。這種結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)是能承受較大偏重力矩。 （ 2） 回轉(zhuǎn)缸置于升降之上的結(jié)構(gòu)。但回轉(zhuǎn)缸與臂部一起升降，運(yùn)動(dòng)部件較大。手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是通過(guò)齒條齒輪機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)：齒條的往復(fù)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)與手臂連接的齒輪作往復(fù)回轉(zhuǎn)，從而使手臂左右擺動(dòng)。本設(shè)計(jì)機(jī)身包括兩個(gè)運(yùn)動(dòng)，機(jī)身的回轉(zhuǎn)和升降。手臂部件與回轉(zhuǎn)缸的上端蓋連接，回轉(zhuǎn)缸的動(dòng)片與缸體連接，由缸體帶動(dòng)手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)?；钊麠U采用空心，內(nèi)裝一花鍵套與花鍵軸配 合，活塞升降由花鍵軸導(dǎo)向。這樣就固定了花鍵軸，也就通過(guò)花鍵軸固定了活塞桿。具體結(jié)構(gòu)見(jiàn)下圖?；剞D(zhuǎn)角度一般靠機(jī)械擋塊來(lái)決定，對(duì)于本設(shè)計(jì)就是考慮兩個(gè)葉片之間可以轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，為滿足設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)中動(dòng)片和靜片之間可以回轉(zhuǎn)?180 。 圖 手臂的緩沖定位裝置 機(jī)械手常采用的緩沖方法大致可分為：內(nèi)緩沖和外緩沖。大多數(shù)液壓驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手采用內(nèi)緩沖方法。 圖 11 手臂設(shè)計(jì)計(jì)算 （ 1）手臂活塞桿的計(jì)算 D2 1 活塞桿直徑計(jì)算 222dD D??? = （ ） φ為往返速比 mmDd ??????? ?? 取 d=22mm 按強(qiáng)度校核 ? ?mmFd 210355120214 ????????? 現(xiàn) 2?d 2mm＞ 所以強(qiáng)度滿足要求 （ 2）手臂伸縮速度的計(jì)算 經(jīng)查表流量控制閥的主要技術(shù)規(guī)格： 通徑 —— 15mm 工作壓力 —— — 額定流量 —— hm310 手臂最大行程 660mm，則前進(jìn)時(shí)最大體積： 3622 mmDV ?????? ? 由流量公式： V=Qt SQVt 6 0 01010 96 ?????? （ ） 手臂均勻前進(jìn)時(shí)速度為： 12 smmtsv ??? （ ） 油缸同壁厚： ???? 2 tDP? （ ） 油缸材料： 45 無(wú)縫鋼管，故 60mm 缸徑厚 12mm（標(biāo)準(zhǔn)） （ 3）手臂伸縮運(yùn)動(dòng)受力分析 因使手臂做伸縮運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)件一般是直動(dòng)缸，參數(shù)可根據(jù)給定條件先估算出來(lái)，然后進(jìn)行受力分析修正。 ? ?kgd4 22 PDP ??? ）（推 ? （ ） ? ?kgDP ??? )d4 22（拉 ? （ ） NP 22 ???? ）（推 ? NP 22 ???? ）（拉 ? 式中： D—— 缸體內(nèi)徑（ cm） d1—— 在缸體上固定的伸縮套管外徑（ cm） d—— 活塞桿外徑（ cm） ?P—— 兩腔壓力差 ? ?3cmkg ?T —— 有壓驅(qū)動(dòng)時(shí)油缸，導(dǎo)向桿等密封處摩擦阻力之和（ kg）如對(duì)于 y 型圈 ? ?kgndhpT ???????? ?? 式中： ? —— 摩擦系數(shù)，一般取 —— p—— 作用于密封圈上的壓力 ? ?2cmkg d—— 密封處直徑（ cm） 1h —— 密封圈密封的有效高度（ cm） 13