【正文】 0 7 52211= m ( l + 3 R ) = 3 0 ( 0 . 1 + 3 0 . 0 4 ) = 0 . 0 3 71 2 1 2= 0 . 7 8 1 /s tJ R k g mJ k g m?? ? ? ? ? ?? ? ?工件（ ），= 0 .3 s 故 M慣 = （ N 下圖為機(jī)械手的手腕回轉(zhuǎn)液壓缸，定片 1 與缸體 2 固定連接，動(dòng)片 3 與轉(zhuǎn)軸 5 固定連接，當(dāng) a、 b 口分別進(jìn)出油時(shí)，動(dòng)片帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn)，達(dá)到手腕回轉(zhuǎn)目的 。手臂的 回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動(dòng)是 通過立柱來實(shí)現(xiàn)的。手臂的各種運(yùn)動(dòng)通常由驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，因此，它不僅僅承受被抓取工件的重量，而且承受手部、手腕、和手臂自身的重量。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。弓字形截面彎曲剛度一般比圓截面大；空心管的彎曲剛度和扭曲剛度都比實(shí)心軸大得多。 ② 導(dǎo)向性要好 為防止手臂在直線移動(dòng)中，沿運(yùn)動(dòng)軸線發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，或設(shè)置導(dǎo)向裝置，或設(shè)計(jì)方形、花鍵等形式的臂桿。為提高機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)速度，要盡量減少臂部運(yùn)動(dòng)部分的重量，以減少偏重力矩和整個(gè)手臂對(duì)回轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。故應(yīng)盡量減少小臂部運(yùn)動(dòng)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。 手臂伸縮運(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。如下圖所示為雙導(dǎo)向桿手臂的伸縮結(jié)構(gòu)。導(dǎo)向桿 3在導(dǎo)向套 4 內(nèi)移動(dòng)，以防止手臂伸縮時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)（并兼做手腕回轉(zhuǎn)缸 6 及手部 7 的夾緊油缸用的輸油管道）?？捎糜谧ブ卮?、行程較長的場合。它根據(jù)手臂的安裝形式，具體的結(jié)構(gòu)和抓取重量等因素加以確定，同時(shí)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和布局上應(yīng)盡量減少運(yùn) 動(dòng)部件的重量和減少手臂對(duì)回轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。 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。 如圖 5所示，對(duì)于伸縮行程大的手臂，為了防止導(dǎo)向桿懸伸部分的彎曲變形，可在導(dǎo)向桿尾部增設(shè)輔助支承架，以提高導(dǎo)向桿的剛性。 雙導(dǎo)向桿手臂結(jié)構(gòu) 手臂的升降運(yùn)動(dòng) 如圖 6 所示為手臂的升降運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。由活塞桿帶動(dòng)套筒 3做升降運(yùn)動(dòng)。圖中 6為位置檢測裝置。本機(jī)械手采用齒條缸式臂回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，如圖 6 所示，回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)由齒條活塞桿 8 驅(qū)動(dòng)齒輪，帶動(dòng)配油軸和缸體一起轉(zhuǎn)動(dòng)，再通過缸體上的平鍵 9 帶動(dòng)外套一起轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)手臂的回轉(zhuǎn)。 計(jì)算臂部運(yùn)動(dòng) 驅(qū)動(dòng)力（包括力矩）時(shí)，要把臂部所受的全部負(fù)荷考慮進(jìn)去。 1. 手 臂水平伸縮 缸的設(shè)計(jì) 計(jì)算 25 (1) 作水平伸縮在線運(yùn)動(dòng)液壓缸的驅(qū)動(dòng)力 手臂做水平伸縮運(yùn)動(dòng)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(dòng)過程中的慣性力 及加油背壓等幾方面的阻力 。 ① F摩 的計(jì)算： 由于導(dǎo)向桿對(duì)稱分布，導(dǎo)向桿受力均衡，可按一個(gè)導(dǎo)向桿計(jì)算。 —— 當(dāng)量摩擦系數(shù)，取 181。 (3) 液壓缸臂厚計(jì)算 此缸工作壓力為 2 aMP ，屬低壓，則缸筒臂厚采用薄壁計(jì)算公式 61661 2 1 0 0 . 0 3 2C = 0 . 2 8 6( 2 . 3 [ ] ) ( 2 . 3 1 0 0 1 0 2 1 0 ) 1pD m m C m mp? ?? ??? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? 式中： 1p —— 液壓缸內(nèi)工作壓力 d—— 強(qiáng)度系數(shù)，無縫鋼管 ф =1 C—— 計(jì)入管壁公差及侵蝕的附加厚度，一般圓整到標(biāo)準(zhǔn)臂厚值 D—— 液壓缸內(nèi)徑 (4) 聯(lián)接螺釘強(qiáng)度計(jì)算 取螺釘數(shù)目 Z=4，工作載荷： 9 8 4 .7 5 2464Q FFNZ? ? ? 預(yù)緊力 1 .3 1 .8 3 9 2 9 1 7 .2 8QFN? ? ? ? 則1 64 4 5 7 5 . 6 4 2 . 7[ ] 1 6 2 1 0QFd m m? ? ? ?? ? ???，查手冊(cè)取螺紋直 徑 1 6d mm? ， p=,材料為 35號(hào)鋼的內(nèi)六角螺釘 6[] 32 0 10[] ~ ?? ??? ?！仙龝r(shí)為正，下降時(shí)為負(fù)。 ③ 臂厚同伸縮缸一樣，取 17mm?? ④ 聯(lián)接螺釘強(qiáng)度計(jì)算： 取螺釘數(shù)目 Z=4，工作載荷 1 8 1 7 .5 4 5 4 .44Q FFNZ? ? ? 1 .3 1 .8 4 5 4 .4 1 0 6 3QFN? ? ? ? 則 , 1 64 4 1 0 6 3 2 . 9[ ] 1 6 2 1 0QFd m m? ? ? ?? ? ??? ，查手冊(cè)取 1 6d mm? ，螺距 P=，材料為 35 29 號(hào)鋼的內(nèi)六角螺釘 6[] 32 0 10[] ~ ?? ??? 。 若軸承處的摩擦力忽略不計(jì)，則 =M +MM驅(qū) 慣 封 ，在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，為簡化計(jì)算 M封 可不計(jì)。經(jīng)分析知，當(dāng)手臂完全伸出時(shí)，此時(shí) 0J 達(dá)到最大值，估算此時(shí)回轉(zhuǎn)零件的重心到轉(zhuǎn)軸線的距離為 ρ =150mm,則 0 cJ J J??工件 22c3 2 3 2125 0 0 . 1 5 1 . 1 2 511= m ( R + R ) = 1 0 ( 0 . 1 6 + 0 . 2 4 ) = 0 . 2 0 844JmJ?? ? ? ??工件 0 1 . 9 2M = J ( 1 . 1 2 5 0 . 2 0 8 ) 2 5 . 60 . 1cwwJJtt??? ? ? ? ?慣 工件（） M 2 5 .6= 2 8 .40 .9M ? ??慣驅(qū) ② 回轉(zhuǎn)缸參數(shù)的計(jì)算 22()= D dM ? ?驅(qū) 28 bpMDd??驅(qū) 式中： D—— 回轉(zhuǎn)缸內(nèi)徑 d—— 轉(zhuǎn)軸直徑 30 p—— 回轉(zhuǎn)缸工作壓 力 b—— 動(dòng)片寬度 為減少動(dòng)片與輸出軸的聯(lián)接螺釘所受的載荷及動(dòng)片的懸伸長度，選擇動(dòng)片寬度（即液壓缸寬度）時(shí)，可選用 2 2bDd?? ,這里取 2 3bDd?? ，且 D=2d 對(duì)于活塞、導(dǎo)向套筒和油缸等的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量都要做詳細(xì)計(jì)算，因?yàn)檫@些零件的重量較大或回轉(zhuǎn)半徑較大，對(duì)總的計(jì)算結(jié)果影響也較大，對(duì)于小零件則可作為質(zhì)點(diǎn)計(jì)算其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，對(duì)其質(zhì)心轉(zhuǎn)動(dòng)慣量忽略不計(jì)?？梢詤⒖肌豆I(yè)機(jī)器人》表 41。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。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)。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)。 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。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。 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)。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。 ② 卸荷回路 在機(jī)械手各油缸不工作時(shí)，油泵電機(jī)又不停止工作的情況下，為減少油泵的功率損耗，節(jié)省動(dòng)力，降低系統(tǒng)的發(fā)熱，使油泵在低負(fù)荷下工作，所以采用卸荷回路。 ③ 減壓回路 為了是機(jī)械手的液壓系統(tǒng)局部壓力降低或穩(wěn)定，在要求減壓的支路前串聯(lián)一個(gè)減壓閥，以獲得比系統(tǒng)壓力更低的壓力。 32 為了使機(jī)械手手臂在移動(dòng)過程中停止在任意位置上，并防止因外力作用而發(fā)生位移，可采用鎖緊回路，即將油缸的回油路關(guān)閉，使活塞停止運(yùn)動(dòng)并鎖緊。 ⑤ 油泵出口處接單向閥 在油泵出口處接單向閥。液壓系統(tǒng)工作時(shí)，油泵向系統(tǒng)供應(yīng)高壓油液，以驅(qū)動(dòng)油缸運(yùn)動(dòng)而做功。在油泵出油口處加設(shè)單向閥后，隔斷系統(tǒng)中高壓油液和油泵時(shí)間的聯(lián)系，從而起到保護(hù)油缸的作用。在停機(jī)時(shí)，單向閥把系統(tǒng)能夠和油泵隔斷，防止系統(tǒng)的油液通過油泵流回油箱，避免空氣混 入，以保證啟動(dòng)時(shí)的平穩(wěn)性。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。 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)。其缺點(diǎn)是：有壓力和流量損耗，在低速負(fù)荷傳動(dòng)時(shí)效 率低，發(fā)熱大。其原因是負(fù)荷變化會(huì)引起油缸速度的變化，使速度穩(wěn)定性差。 調(diào)速閥能夠隨負(fù)荷的變化而自動(dòng)調(diào)整和穩(wěn)定所通過的流量，使油缸的運(yùn)動(dòng)速度不受負(fù)荷變化的影響，對(duì)速度的平穩(wěn)性要求高的場合，宜用調(diào)速閥實(shí)現(xiàn)節(jié)流調(diào)速。 目前在液壓系統(tǒng)中使用的電磁閥，按其電源的不同，可分為交流電磁閥（ D 型）和直流電磁閥（ E 型）兩種。這里采用交流電磁閥。 機(jī)械手的液壓傳動(dòng)系統(tǒng) 液壓系統(tǒng)圖的繪制是設(shè)計(jì)液壓機(jī)械手的主要內(nèi)容之一。它通常由一些典型的壓力控制、流量控制、方向控制回路加上一些專用回路 33 所組成。 上料機(jī)械手的動(dòng)作順序 本液壓傳動(dòng)上料機(jī)械手主要是從一個(gè)地方拿到工件后，橫移一定的距離后把工件給立式精鍛機(jī) 進(jìn)行加工。手指閉合，待夾料立放） → 插定位銷 → 手臂前伸 → 手指張開 → 手指夾料 → 手臂上升 → 手臂縮回 → 立柱橫移 → 手腕回轉(zhuǎn) 115176。 → 插定位銷 → 手臂前伸 → 手臂中停 （此時(shí)立式精鍛機(jī)的卡頭下降 → 卡頭夾料，大泵卸荷） → 手指松開（此時(shí)精鍛機(jī)的卡頭夾著料上升） → 手指閉合 → 手臂縮回 → 手臂下降 → 手腕反轉(zhuǎn) （手腕復(fù)位） → 拔定位銷 → 手臂反轉(zhuǎn)（上料機(jī)械手復(fù)位） → 立柱回移（回到起始位置） → 待料（一個(gè)循環(huán)結(jié)束）卸荷。該電控系統(tǒng)的步進(jìn)控制環(huán)節(jié)采用步進(jìn)選線器，其步進(jìn)動(dòng)作是在每一步動(dòng)作完成后，使行程開關(guān)的觸點(diǎn)閉合或依據(jù)每一步動(dòng)作的預(yù)設(shè)停留時(shí)間，使時(shí)間繼電器動(dòng)作而發(fā)信，使步進(jìn)器順序 “跳步 ”控制電磁閥的電磁鐵線圈通斷電，使電磁鐵按程序動(dòng)作（見電磁鐵動(dòng)作程序表）實(shí)現(xiàn)液壓系統(tǒng)的自動(dòng)控制。該系統(tǒng)選用功率 N = 千瓦的電動(dòng)機(jī)，帶動(dòng)雙聯(lián)葉片泵 YB35/18 ，其公稱壓力為 60*105 帕，流量為 35 升 /分 +18升 /分 =53 升 /分，系統(tǒng)壓力調(diào)節(jié)為 30*105 帕，油箱容積選為 250升。 手臂伸縮、手臂升降、手臂回轉(zhuǎn)、手臂橫向移動(dòng)和手腕回轉(zhuǎn)油 路采用單向調(diào)速閥（ QI63B、 QI25B、QI10B）回程節(jié)流，因而速度可調(diào)，工作平穩(wěn)。工作時(shí)油泵輸出的壓力油進(jìn)入升降油缸上腔，作用在順序閥的壓力增加使之接通，活塞便向下運(yùn)動(dòng)。 手指夾緊油缸支路裝有液控單向閥（ IY25B），使手指夾緊工件時(shí)不受系統(tǒng)壓力波動(dòng)的影響，保證保證手指夾持工件牢靠。 在手臂回轉(zhuǎn)后的定位所用的定位油缸支路要比系統(tǒng)壓力低，為此在定位油缸支路前串有減壓閥（ J10），使定位油缸獲得適應(yīng)壓力為 15—18*105 帕 ，同時(shí)還給電液動(dòng)滑閥（或稱電液換向閥，34DY63B）來實(shí)現(xiàn)，空載卸荷不致使油溫升高。 此系統(tǒng)四個(gè)主壓力油路的壓力測量 ，是通過轉(zhuǎn)換壓力表開關(guān)（ K3B）的位置來實(shí)現(xiàn)的，被測量的四個(gè)主油路的壓力值，分別從壓力表（ Y60）上表示出來。 當(dāng)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，帶動(dòng)雙聯(lián)葉片泵 3 和 8 回轉(zhuǎn)，油液從油箱 1 中通過網(wǎng)式濾油器 2 和 7，經(jīng)過葉片泵被送到工作油路中去，如果機(jī)械手還未啟動(dòng)，則油液通過二位二通電磁閥 5 和 10（電磁鐵 11DT和 12DT 通電）進(jìn)行卸荷。此時(shí)卸荷停止（二位二通電磁閥 5 和 10 的電磁鐵斷電），電磁鐵 3DT 通電，壓力油進(jìn)到定位油缸的無桿腔進(jìn)行定位動(dòng)作。在延時(shí)結(jié)束時(shí)， 3DT 斷電，手指夾緊料；并同時(shí)發(fā)信、跳步，使電磁鐵 4DT 通電，壓力油從工作油路 39 經(jīng)電液換向閥 33 右邊通道、單向調(diào)速閥34 的單向閥及單向順序閥 35 的單向閥進(jìn)入手臂升降油缸的下腔，推動(dòng)手臂上升。 同時(shí)發(fā)信、跳步，使電磁鐵 13DT 通電，壓力油通過電液換向閥 41 的左腔，推動(dòng)手臂橫向移動(dòng)。手腕上的碰鐵碰行程開關(guān)使 6DT 斷電，換向閥 18復(fù)位成 “O”型滑閥機(jī)能狀態(tài)，同時(shí)亦使 8DT 斷電 ，定位油缸復(fù)位（拔銷）；壓力繼電器復(fù)位，發(fā)出電信號(hào)。當(dāng)手臂的回轉(zhuǎn)碰鐵碰行程開關(guān)使 9 DT 斷電，換向閥 28 復(fù)位成 “O”型滑閥機(jī)能狀態(tài)；并發(fā)出電信號(hào)。 經(jīng)步進(jìn)選線器跳步，使電磁鐵 1DT 通電，手臂前伸；當(dāng)手臂將棒料送到立式精鍛機(jī)的夾頭軸線前的適當(dāng)距離，手臂的碰鐵碰行程開關(guān)， 1DT 斷電，手臂靠滑行和定位螺釘使手臂將棒料送到夾頭軸線處；并發(fā)出電信號(hào)、跳步使 12DT 通電，大泵卸荷，手臂處于 “中停 ”位置，同時(shí)發(fā)出電信號(hào)使立式精鍛機(jī)啟動(dòng)，夾頭下降，行程開關(guān)發(fā)信，通過時(shí)間繼電器使夾頭閉合將棒料夾牢，精鍛機(jī)電控系統(tǒng)發(fā)信，給機(jī)械手電控系統(tǒng)，經(jīng)過選線器跳步，時(shí)間繼電器延時(shí)使 3DT 通電，機(jī)械手手指松開（同時(shí)，精鍛機(jī)的電控系統(tǒng)發(fā)信使夾頭提升），延時(shí)到 3DT 斷電，手指閉合，并發(fā)出電信號(hào)，步選器跳步， 2DT 通電，手臂