油泵凸輪軸加工自動線送料機(jī)械手設(shè)計說明書

1、<p>　　本 科 生 畢 業(yè) 論 文（設(shè) 計）</p><p>　　題 目：凸輪軸自動線機(jī)械手設(shè)計</p><p>　　學(xué)習(xí)中心： </p><p>　　層 次： </p><p>　　專 業(yè)：機(jī)械設(shè)計制造及其自動化</p>

2、<p>　　年 級： </p><p>　　學(xué) 號： </p><p>　　學(xué) 生： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　完

3、成日期： </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著工業(yè)自動化的發(fā)展，工業(yè)機(jī)械手的應(yīng)用越來越普遍，已被廣泛地應(yīng)用于各行各業(yè)的工礦企業(yè)中。本文主要針對用于油泵凸輪軸自動線上，在相鄰工位間搬運(yùn)工件的機(jī)械手進(jìn)行設(shè)計。</p><p>　　首先，簡要介紹了機(jī)械手的基本概念、機(jī)械

4、手的組成和分類，以及工業(yè)機(jī)械手的簡史和發(fā)展趨勢。其次，本文通過機(jī)械手的動作分析，確定了機(jī)械手的坐標(biāo)形式、自由度和驅(qū)動機(jī)構(gòu)，確定了機(jī)械手的主要技術(shù)參數(shù)；完成了油泵凸輪軸自動線機(jī)械手的總體方案設(shè)計。再次，完成了機(jī)械手的手部、臂部和機(jī)身的結(jié)構(gòu)設(shè)計。最后，通過對機(jī)械手的動作行程分析，完成了機(jī)械手的液壓缸設(shè)計和液壓元件的選擇；設(shè)計了可滿足機(jī)械手循環(huán)動作要求的液壓系統(tǒng)原理圖和電氣控制圖。</p><p>　　關(guān)鍵字：機(jī)械手

5、 液壓缸 液壓系統(tǒng) 直角坐標(biāo) </p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1 緒 論1</p><p><b>　　1.1 前言1</b></p><p>　　1.2 工業(yè)機(jī)械手的簡史1</p><p>　　1.3 機(jī)械手的組

6、成和分類2</p><p>　　1.3.1機(jī)械手的組成2</p><p>　　1.3.2 機(jī)械手的分類3</p><p>　　1.4 工業(yè)機(jī)械手的發(fā)展趨勢5</p><p>　　1.5 本文主要研究內(nèi)容7</p><p>　　1.6 本章小結(jié)7</p><p>　　2 機(jī)械手總

7、體設(shè)計方案8</p><p>　　2.1 機(jī)械手基本形式的選擇8</p><p>　　2.2 機(jī)械手的主要部件及運(yùn)動8</p><p>　　2.3 驅(qū)動機(jī)構(gòu)的選擇8</p><p>　　2.4 機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)8</p><p>　　2.5 本章小結(jié)9</p><p>　　

8、3 手部、臂部和機(jī)身結(jié)構(gòu)設(shè)計10</p><p>　　3.1 手部結(jié)構(gòu)設(shè)計10</p><p>　　3.1.1手部設(shè)計的基本要求10</p><p>　　3.1.2手抓類型及夾緊裝置的選擇11</p><p>　　3.1.3手部驅(qū)動力的計算12</p><p>　　3.2 臂部結(jié)構(gòu)設(shè)計13</p&

9、gt;<p>　　3.2.1臂部設(shè)計原則13</p><p>　　3.2.2臂部具體設(shè)計方案及計算14</p><p>　　3.3 機(jī)身機(jī)構(gòu)設(shè)計16</p><p>　　3.4 本章小結(jié)16</p><p>　　4 驅(qū)動控制系統(tǒng)設(shè)計17</p><p>　　4.1 擬定液壓系統(tǒng)原理圖17

10、</p><p>　　4.1.1機(jī)械手動作行程分析17</p><p>　　4.1.2液壓系統(tǒng)原理圖設(shè)計17</p><p>　　4.1.3液壓系統(tǒng)電磁閥動作順序表20</p><p>　　4.1.4液壓系統(tǒng)工作原理20</p><p>　　4.2 電氣控制系統(tǒng)23</p><p>

11、　　4.2.1電氣系統(tǒng)圖23</p><p>　　4.2.2電氣系統(tǒng)工作原理24</p><p>　　4.3 液壓缸設(shè)計27</p><p>　　4.3.1液壓缸主要參數(shù)的確定27</p><p>　　4.3.2液壓缸強(qiáng)度的校核28</p><p>　　4.4 液壓元件的選擇29</p>

12、<p>　　4.4.1動力元件——液壓泵29</p><p>　　4.4.2控制元件——方向閥、壓力閥30</p><p>　　4.4.3輔助元件31</p><p>　　4.5 本章小結(jié)32</p><p><b>　　結(jié) 論33</b></p><p><b&

13、gt;　　致 謝34</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)35</b></p><p>　　附 圖錯誤!未定義書簽。</p><p><b>　　1 緒 論</b></p><p><b>　　1.1 前言</b></p>

14、;<p>　　用于再現(xiàn)人手功能的技術(shù)裝置稱為機(jī)械手[1]。機(jī)械手是模仿人手的部分動作，按照給定程序、軌跡和要求實現(xiàn)自動抓取、搬運(yùn)或操作的自動機(jī)械裝置。在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的機(jī)械手被稱為工業(yè)機(jī)械手[2]。</p><p>　　生產(chǎn)中應(yīng)用機(jī)械手可以提高生產(chǎn)的自動化水平和勞動生產(chǎn)率:可以減輕勞動強(qiáng)度、保證產(chǎn)品質(zhì)量、實現(xiàn)安全生產(chǎn)；尤其在高溫、高壓、低溫、低壓、粉塵、易爆、有毒氣體和放射性等惡劣的環(huán)境中，它代替人

15、進(jìn)行正常的工作，意義更為重大。因此，在機(jī)械加工、沖壓、鑄、鍛、焊接、熱處理、電鍍、噴漆、裝配以及輕工業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)等方面得到越來越廣泛的引用[3]。機(jī)械手的結(jié)構(gòu)形式開始比較簡單，專用性較強(qiáng)，僅為某臺機(jī)床的上下料裝置，是附屬于該機(jī)床的專用機(jī)械手。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，制成了能夠獨(dú)立的按程序控制實現(xiàn)重復(fù)操作，適用范圍比較廣的“程序控制通用機(jī)械手”，簡稱通用機(jī)械手。由于通用機(jī)械手能很快的改變工作程序，適應(yīng)性較強(qiáng)，所以它在不斷變換生產(chǎn)品種的中小批

16、量生產(chǎn)中獲得廣泛的引用[4]。</p><p>　　1.2 工業(yè)機(jī)械手的簡史</p><p>　　現(xiàn)代工業(yè)機(jī)械手起源于20世紀(jì)50年代初，是基于示教再現(xiàn)和主從控制方式、能適應(yīng)產(chǎn)品種類變更，具有多自由度動作功能的柔性自動化產(chǎn)品[5]。</p><p>　　機(jī)械手首先從美國開始研制，1958年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺機(jī)械手。在此基礎(chǔ)上美國通過不斷改進(jìn)完善，研制出一

17、系列新的機(jī)械手，美國的研制十分注意提高機(jī)械手的可靠性，改進(jìn)結(jié)構(gòu)，降低成本。</p><p>　　德國從1970年開始再制造行業(yè)應(yīng)用機(jī)械手，主要用于起重運(yùn)輸、焊接和設(shè)備的上下料等作業(yè)。</p><p>　　日本是工業(yè)機(jī)械手發(fā)展最快、應(yīng)用最多的國家。自1969年從美國引進(jìn)二種典型的機(jī)械手后，便開始大力進(jìn)行機(jī)械手的研究。據(jù)報道，1979年從事機(jī)械手研究工作的大專院校、研究單位多達(dá)50多個；197

18、9年日本機(jī)械手的產(chǎn)值達(dá)到443億日元，產(chǎn)量為14535臺。使用機(jī)械手最多的行業(yè)是汽車工業(yè)，其次是電機(jī)、電器和電子行業(yè)。到目前在日本工作的工業(yè)機(jī)械手已有100萬臺左右。</p><p>　　目前隨著電子計算機(jī)和電信設(shè)備的不斷發(fā)展，工業(yè)機(jī)械手應(yīng)用也不斷擴(kuò)大，正逐步發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng)FMS(Flexible Manufacturing System)和柔性制造單元FMC(Flexible Manufacturing

19、Cell)中的重要一環(huán)。</p><p>　　1.3 機(jī)械手的組成和分類</p><p>　　1.3.1機(jī)械手的組成</p><p>　　工業(yè)機(jī)械手由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)三部分組成[6]。（一） 執(zhí)行機(jī)構(gòu)</p><p>　　機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要包括：手部、腕部、臂部和機(jī)身。</p><p>　　1、手部

20、直接與工件接觸的部分，一般為回轉(zhuǎn)式或平動式。手部多為兩指（也有多指），更具需要可分為外抓式和內(nèi)抓式兩種。</p><p>　　傳力機(jī)構(gòu)主要包括：杠桿式、齒輪齒條式、四缸落幕式、彈簧式和重力式。</p><p>　　2、腕部 是連接手部和臂部的部件，可以用來調(diào)節(jié)被抓物體的方位，以擴(kuò)大機(jī)械手的動作范圍。對于一些動作較為簡單的專用機(jī)械手，為簡化結(jié)構(gòu)，可以不設(shè)腕部，直接用臂部運(yùn)動驅(qū)動手部搬運(yùn)工件

21、。</p><p>　　3、臂部 它的作用是支撐腕部和手部（包括工具或卡具），并帶動它們做空間運(yùn)動。</p><p>　　臂部的各種運(yùn)動通常用驅(qū)動機(jī)構(gòu)（如液壓缸或氣缸）和各種傳動機(jī)構(gòu)來實現(xiàn)。它的結(jié)構(gòu)、工作范圍、靈活性以及抓重大小和定位精度直接影響機(jī)械手的工作性能。</p><p><b>　?。ǘ?驅(qū)動機(jī)構(gòu)</b></p>&

22、lt;p>　　驅(qū)動機(jī)構(gòu)是工業(yè)機(jī)械手的重要組成部分。根據(jù)動力源的不同，工業(yè)機(jī)械手的驅(qū)動機(jī)構(gòu)大致可以分為液壓、氣動、電動和機(jī)械驅(qū)動等四類。采用液壓機(jī)構(gòu)驅(qū)動的機(jī)械手，結(jié)構(gòu)簡單、尺寸緊湊、重量輕、控制方便。</p><p><b>　?。ㄈ?控制系統(tǒng)</b></p><p>　　機(jī)械手的控制分為點(diǎn)動控制和連續(xù)控制兩種方式。大多采用插銷板進(jìn)行點(diǎn)位控制，也有采用微機(jī)進(jìn)行程

23、序控制的?？刂葡到y(tǒng)主要控制的是坐標(biāo)位置，并注意其加速度特性。</p><p>　　1.3.2 機(jī)械手的分類</p><p>　　工業(yè)機(jī)械手的種類很多，關(guān)于分類的問題，目前在國內(nèi)尚無統(tǒng)一的分類標(biāo)準(zhǔn)，在此暫按使用范圍、驅(qū)動方式和控制系統(tǒng)等進(jìn)行分類。</p><p><b>　　(一)按用途分</b></p><p>　　機(jī)械

24、手可分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種:</p><p><b>　　1、專用機(jī)械手</b></p><p>　　它是附屬于主機(jī)的、具有固定程序而無獨(dú)立控制系統(tǒng)的機(jī)械裝置。專用機(jī)械手具有動作少、工作對象單一、結(jié)構(gòu)簡單、使用可靠和造價低等特點(diǎn)，適用于大附屬，如自動機(jī)床、自動線的上、下料機(jī)械手和‘加工中心”批量的自動化生產(chǎn)的自動換刀機(jī)械手。</p><p&

25、gt;<b>　　2、通用機(jī)械手</b></p><p>　　它是一種具有獨(dú)立控制系統(tǒng)的、程序可變的、動作靈活多樣的機(jī)械手。通過調(diào)整可在不同場合使用，驅(qū)動系統(tǒng)和格性能范圍內(nèi)，其動作程序是可變的，控制系統(tǒng)是獨(dú)立的。通用機(jī)械手的工作范圍大、定位精度高、通用性強(qiáng)，適用于不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量自動化的生產(chǎn)。</p><p>　　通用機(jī)械手按其控制定位的方式不同可分為簡易型

26、和伺服型兩種:簡易型以“開一關(guān)”式控制定位，只能是點(diǎn)位控制:伺服型具有伺服系統(tǒng)定位控制系統(tǒng)， 可以點(diǎn)位控制，也可以實現(xiàn)連續(xù)軌跡控制，一般的伺服型通用機(jī)械手屬于數(shù)控類型。</p><p><b>　　(二)按驅(qū)動方式分</b></p><p><b>　　1、液壓傳動機(jī)械手</b></p><p>　　是以液壓的壓力來驅(qū)動執(zhí)

27、行機(jī)構(gòu)運(yùn)動的機(jī)械手。其主要特點(diǎn)是:抓重可達(dá)幾百公斤以上、傳動平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)緊湊、動作靈敏。但對密封裝置要求嚴(yán)格，不然油的泄漏對機(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。若機(jī)械手采用電液伺服驅(qū)動系統(tǒng)，可實現(xiàn)連續(xù)軌跡控制，使機(jī)械手的通用性擴(kuò)大，但是電液伺服閥的制造精度高，油液過濾要求嚴(yán)格，成本高。</p><p>　　2、液壓傳動機(jī)械手是以壓縮液壓油的壓力來驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動的機(jī)械手。其主要特點(diǎn)是:介質(zhì)來源極

28、為方便，輸出力小，液壓動作迅速，結(jié)構(gòu)簡單，成本低。但是，由于液壓油具有可壓縮的特性，工作速度的穩(wěn)定性較差，沖擊大，而且氣源壓力較低，抓重一般在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，所以適用于高速、輕載、高溫和粉塵大的環(huán)境中進(jìn)行工作。</p><p><b>　　3、機(jī)械傳動機(jī)械手</b></p><p>　　即由機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)(如凸輪、連桿、齒輪和齒條、

29、間歇機(jī)構(gòu)等)驅(qū)動的機(jī)械手。它是一種附屬于工作主機(jī)的專用機(jī)械手，其動力是由工作機(jī)械傳遞的。它主要特點(diǎn)是運(yùn)動準(zhǔn)確可靠，動作頻率大，但結(jié)構(gòu)較大，動作程序不可變。它常被用于工作主機(jī)的上、下料。</p><p><b>　　4、電力傳動機(jī)械手</b></p><p>　　即有特殊結(jié)構(gòu)的感應(yīng)電動機(jī)、直線電機(jī)或功率步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動的機(jī)械手，因為不需要中間的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，故機(jī)

30、械結(jié)構(gòu)簡單。其中直線電機(jī)機(jī)械手的運(yùn)動速度快和行程長，維護(hù)和使用方便。此類機(jī)械手目前還不多，但有發(fā)展前途。</p><p><b>　　(三)按控制方式分</b></p><p><b>　　1、點(diǎn)位控制</b></p><p>　　它的運(yùn)動為空間點(diǎn)到點(diǎn)之間的移動，只能控制運(yùn)動過程中幾個點(diǎn)的位置，不能控制其運(yùn)動軌跡。若欲控制

31、的點(diǎn)數(shù)多，則必然增加電氣控制系統(tǒng)的復(fù)雜性。目前使用的專用和通用工業(yè)機(jī)械手均屬于此類。</p><p><b>　　2、連續(xù)軌跡控制</b></p><p>　　它的運(yùn)動軌跡為空間的任意連續(xù)曲線，其特點(diǎn)是設(shè)定點(diǎn)為無限的，整個移動過程處于控制之下，可以實現(xiàn)平穩(wěn)和準(zhǔn)確的運(yùn)動，并且使用范圍廣，但電氣控制系統(tǒng)復(fù)雜。這類工業(yè)機(jī)械手一般采用小型計算機(jī)進(jìn)行控制[7]。</p&g

32、t;<p>　　1.4 工業(yè)機(jī)械手的發(fā)展趨勢</p><p>　　近年來，國內(nèi)外的研究主要集中于工業(yè)機(jī)械手（第三工業(yè)機(jī)械手）的研究，并具有如下幾個趨勢:</p><p>　　(1)工業(yè)機(jī)械手性能不斷提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修)，而單機(jī)價格不斷下降，平均單機(jī)價格從91年的10.3萬美元降至97年的65萬美元。</p><p>　　(

33、2)機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展。例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機(jī)、減速機(jī)、檢測系統(tǒng)三位一體化:由關(guān)節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造機(jī)械手整機(jī);國外已有模塊化裝配機(jī)械手產(chǎn)品問市。</p><p>　　(3)工業(yè)機(jī)械手控制系統(tǒng)向基于PC機(jī)的開放型控制器方向發(fā)展，便于標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化;器件集成度提高，控制柜日見小巧，且采用模塊化結(jié)構(gòu):大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。</p><p>　　(4

34、)機(jī)械手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)械手還應(yīng)用了視覺、力覺等傳感器，而遙控機(jī)械手則采用視覺、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。</p><p>　　(5)虛擬現(xiàn)實技術(shù)在機(jī)械手中的作用已從仿真、預(yù)演發(fā)展到用于過程控制，如使遙控機(jī)械手操作者產(chǎn)生置身于遠(yuǎn)端作業(yè)環(huán)境中的感覺來操縱機(jī)械手。</

35、p><p>　　(6)當(dāng)代遙控機(jī)械手系統(tǒng)的發(fā)展特點(diǎn)不是追求全自治系統(tǒng)，而是致力于操作者與機(jī)械手的人機(jī)交互控制，即遙控加局部自主系統(tǒng)構(gòu)成完整的監(jiān)控遙控操作系統(tǒng)，使智能機(jī)械手走出實驗室進(jìn)入實用化階段。美國發(fā)射到火星上的“索杰納”機(jī)械手就是這種系統(tǒng)成功應(yīng)用的最著名實例。</p><p>　　(7)機(jī)械手化機(jī)械開始興起。從94年美國開發(fā)出“虛擬軸機(jī)床”以來，這種新型裝置已成為國際研究的熱點(diǎn)之一，紛紛探

36、索開拓其實際應(yīng)用的領(lǐng)域。我國的工業(yè)機(jī)械手從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)，目前己基本掌握了機(jī)械手操作機(jī)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(yùn)動學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù)，生產(chǎn)了部分機(jī)械手關(guān)鍵元器件，開發(fā)出噴漆、弧焊、點(diǎn)焊、裝配、搬運(yùn)等機(jī)械手;其中有130多臺套噴漆機(jī)械手在二十余家企業(yè)的近30條自動噴漆生產(chǎn)線(站)上獲得規(guī)模應(yīng)用，弧焊機(jī)械手己應(yīng)用在汽車制造廠的焊裝線上。但總的來看，我國的工業(yè)機(jī)

37、械手技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國外比還有一定的距離，如:可靠性低于國外產(chǎn)品:機(jī)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;在應(yīng)用規(guī)模上，我國己安裝的國產(chǎn)工業(yè)機(jī)械手約200臺，約占全球已安裝臺數(shù)的萬分之四。以上原因主要是沒有形成機(jī)械手產(chǎn)業(yè)，當(dāng)前我國的機(jī)械手生產(chǎn)都是應(yīng)用戶的要求，“一客戶，一次重新設(shè)計”，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。因此迫切需要解決產(chǎn)業(yè)化前期的關(guān)鍵

38、技術(shù)，對產(chǎn)</p><p>　　1.5 本文主要研究內(nèi)容</p><p>　　通過學(xué)習(xí)，掌握了機(jī)械手的工作原理和運(yùn)動機(jī)理。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步了解油泵凸輪軸自動線的加工流程，分析確定了所設(shè)計機(jī)械手的動作程序及相關(guān)參數(shù)；完成了機(jī)械手機(jī)械方面（包括執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)）的設(shè)計工作。</p><p><b>　　1.6 本章小結(jié)</b>&l

39、t;/p><p>　　本章簡要介紹了機(jī)械手的基本概念、機(jī)械手的組成和分類，以及工業(yè)機(jī)械手的簡史和發(fā)展趨勢。簡要地敘述了本文的主要研究內(nèi)容。</p><p>　　2 機(jī)械手總體設(shè)計方案</p><p>　　2.1 機(jī)械手基本形式的選擇</p><p>　　常見的工業(yè)機(jī)械手根據(jù)手臂的動作形態(tài)，按坐標(biāo)形式大致分為以下4種：（1）直角坐標(biāo)型機(jī)械手；（2

40、）圓柱坐標(biāo)型機(jī)械手；（3）球坐標(biāo)型機(jī)械手；（4）多關(guān)節(jié)型機(jī)械手。本設(shè)計機(jī)械手的動作主要包括：手抓張合和三個相互垂直的平移運(yùn)動（升降、左右和前后），選用直角坐標(biāo)型機(jī)械手。</p><p>　　本論文機(jī)械手的總體結(jié)構(gòu)詳見附圖1（機(jī)械手裝配圖）。</p><p>　　2.2 機(jī)械手的主要部件及運(yùn)動</p><p>　　本設(shè)計機(jī)械手主要包含如下4個動作：手抓張合、手臂上下

41、伸縮、手臂左右移動和手臂前后移動。</p><p>　　本設(shè)計機(jī)械手主要由3大部件和3個液壓缸組成：（1）手部 通過彈簧實現(xiàn)手抓的張合。（2）臂部 采用兩個相互垂直的直線缸來實現(xiàn)手臂的左右移動和上下伸縮。（3）機(jī)身 采用直線缸來實現(xiàn)手臂的前后移動。</p><p>　　2.3 驅(qū)動機(jī)構(gòu)的選擇</p><p>　　根據(jù)動力源的不同，機(jī)械手的驅(qū)動機(jī)構(gòu)大致可以分為液壓、

42、氣動、電動和機(jī)械驅(qū)動四類。由于液壓驅(qū)動的機(jī)械手具有結(jié)構(gòu)簡單、尺寸緊湊、重量輕、控制方便和驅(qū)動力大等優(yōu)點(diǎn)，所以本設(shè)計機(jī)械手的驅(qū)動機(jī)構(gòu)選用液壓驅(qū)動。</p><p>　　2.4 機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)</p><p>　　1、抓重：3Kg(夾持式手部 夾持凸輪軸直徑Ф30±0.5mm)</p><p>　　2、自由度數(shù)：4個（手抓張合、手臂上下、左右和前后移動）&

43、lt;/p><p>　　3、坐標(biāo)形式：直角坐標(biāo)</p><p><b>　　4、手臂運(yùn)動參數(shù)</b></p><p>　　手臂左右行程：50mm</p><p>　　手臂上下行程：350mm</p><p>　　手臂前后行程：915mm</p><p><b>　　2

44、.5 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章對油泵凸輪軸自動線機(jī)械手進(jìn)行了總體方案設(shè)計。通過機(jī)械手的動作分析，確定了機(jī)械手的坐標(biāo)形式、自由度和驅(qū)動機(jī)構(gòu)，確定了機(jī)械手的主要技術(shù)參數(shù)。</p><p>　　3 手部、臂部和機(jī)身結(jié)構(gòu)設(shè)計</p><p>　　3.1 手部結(jié)構(gòu)設(shè)計</p><p>　　本文設(shè)計的機(jī)械手屬于專用機(jī)械手

45、，根究其所搬運(yùn)的工件（油泵凸輪軸）屬于棒性材料，故采用彈簧夾緊的夾持式手部結(jié)構(gòu)。</p><p>　　3.1.1手部設(shè)計的基本要求</p><p>　　(一)具有足夠的握力(即夾緊力)</p><p>　　在確定手指的握力時，除考慮工件重量外，還應(yīng)考慮在傳送或操作過程中所產(chǎn)生的慣性力和振動，以保證工件不致產(chǎn)生松動或脫落。</p><p>　　

46、(二)手指間應(yīng)具有一定的開閉角</p><p>　　兩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。手指的開閉角應(yīng)保證工件能順利進(jìn)入或脫開，若夾持不同直徑的工件，應(yīng)按最大直徑的工件考慮。對于移動型手指只有開閉幅度的要求。</p><p>　　(三)保證工件準(zhǔn)確定位</p><p>　　為使手指和被夾持工件保持準(zhǔn)確的相對位置，必須根據(jù)被抓取工件的形狀，選擇相

47、應(yīng)的手指形狀。例如圓柱形工件采用帶“V”形面的手指，以便自動定心。</p><p>　　(四)具有足夠的強(qiáng)度和剛度</p><p>　　手指除受到被夾持工件的反作用力外，還受到機(jī)械手在運(yùn)動過程中所產(chǎn)生的慣性力和振動的影響，要求有足夠的強(qiáng)度和剛度以防折斷或彎曲變形，當(dāng)應(yīng)盡量使結(jié)構(gòu)簡單緊湊，自重輕，并使手部的中心在手腕的回轉(zhuǎn)軸線上，以使手腕的扭轉(zhuǎn)力矩最小為佳[9]。</p>&l

48、t;p>　?。ㄎ澹┮蠼Y(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、效率高</p><p>　　在保證本身剛度、強(qiáng)度的前提下，盡可能使結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕，以利于減輕手部的負(fù)荷。</p><p>　　夾持式是最常見的一種，其中常用的有兩指式、多指式和雙手雙指式:按手指夾持工件的部位又可分為內(nèi)卡式(或內(nèi)漲式)和外夾式兩種:按模仿人手手指的動作，手指可分為一支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型，二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型和移動型(或稱直進(jìn)型)，其中以二支點(diǎn)回

49、轉(zhuǎn)型為基本型式。當(dāng)二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指的兩個回轉(zhuǎn)支點(diǎn)的距離縮小到無窮小時，就變成了一支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指;同理，當(dāng)二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指的手指長度變成無窮長時，就成為移動型。結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，應(yīng)用廣泛。移動型應(yīng)用較少，其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜龐大，當(dāng)移動型手指夾持直徑變化的零件時不影響其軸心的位置，能適應(yīng)不同直徑的工件。</p><p>　　3.1.2手抓類型及夾緊裝置的選擇</p><p>　　常用的機(jī)械手的手

50、部，按照握持工件的原理，分為夾持和吸附兩大類。吸附式常用于抓取工件表面平整、面積較大的板狀物體，不適合本方案。考慮本設(shè)計機(jī)械手夾取工件的重量為3Kg,且為圓棒型材料，機(jī)械手采取夾持式手指。</p><p>　　夾持式機(jī)械手按運(yùn)動方式可分為回轉(zhuǎn)型和平移型。平移型手指的張開閉合靠手指的平行移動，這種手指結(jié)構(gòu)簡單適于夾持平板方料，且工件經(jīng)向尺寸變化不影響其中心的位置，其理論夾持誤差為零。但采用此種結(jié)構(gòu)，驅(qū)動力需要加在手

51、指移動方向上，會使結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜且體積龐大，顯然是不合適的，因此不選擇這種類型。</p><p>　　通過綜合考慮，本設(shè)計選用二指回轉(zhuǎn)型手抓。夾緊裝置采用常閉式夾緊裝置，它在彈簧作用下機(jī)械手手抓閉合，在抓取工件時依靠手抓運(yùn)動的慣性力和手臂的驅(qū)動力使手抓張開，抓取工件后，靠彈簧力夾緊工件。其結(jié)構(gòu)如附圖3.1所示。</p><p>　　圖3.1 夾緊機(jī)械手剖面圖</p><p

52、>　　本論文所設(shè)計的機(jī)械手的手部包括：1個定位機(jī)械手（見附圖2）和2個夾緊機(jī)械手（見附圖3）。</p><p>　　3.1.3手部驅(qū)動力的計算</p><p>　　本課題液壓機(jī)械手所抓取搬運(yùn)工件的重量G=3㎏。</p><p>　　（1）根據(jù)手部結(jié)構(gòu)的傳動示意圖，其驅(qū)動力為[10]: </p><p>　　N≥K1K2K3G kgf≈1

53、2N (3-1)</p><p>　　K 1----- 1.2－2</p><p>　　K 2-----動載系數(shù)，主要考慮慣性力的影響，可以按照K2=1+a/g 計算。其中：a為搬運(yùn)工件過程中的加速度，g為重力加速度。</p><p>　　K 3-----方位系數(shù)《機(jī)械工程手冊 表56.2-3》</p><p&

54、gt;　　G------被抓工件的重量</p><p>　　（2）根據(jù)手指夾持工件的方位，可得握力計算公式:</p><p>　　N=0.5Gtg（Φ-φ） (3-2)</p><p>　　所以： P=（2b/R）×N≈147 N</p><p>　　3.2 臂部結(jié)構(gòu)設(shè)計</p

55、><p>　　3.2.1臂部設(shè)計原則</p><p>　　機(jī)械手手臂的作用，是在一定的載荷和一定的速度下，實現(xiàn)在機(jī)械手所要求的工作空間內(nèi)的運(yùn)動。在進(jìn)行機(jī)械手手臂設(shè)計時，要遵循下述原則；</p><p>　　1.應(yīng)盡可能使機(jī)械手手臂各關(guān)節(jié)軸相互平行；相互垂直的軸應(yīng)盡可能相交于一點(diǎn)，這樣可以使機(jī)械手運(yùn)動學(xué)正逆運(yùn)算簡化，有利于機(jī)械手的控制。</p><p&

56、gt;　　2.機(jī)械手手臂的結(jié)構(gòu)尺寸應(yīng)滿足機(jī)械手工作空間的要求。工作空間的形狀和大小與機(jī)械手手臂的長度，手臂關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動范圍有密切的關(guān)系。但機(jī)械手手臂末端工作空間并沒有考慮機(jī)械手手腕的空間姿態(tài)要求，如果對機(jī)械手手腕的姿態(tài)提出具體的要求，則其手臂末端可實現(xiàn)的空間要小于上述沒有考慮手腕姿態(tài)的工作空間。</p><p>　　3.為了提高機(jī)械手的運(yùn)動速度與控制精度，應(yīng)在保證機(jī)械手手臂有足夠強(qiáng)度和剛度的條件下，盡可能在結(jié)構(gòu)上、

57、材料上設(shè)法減輕手臂的重量。力求選用高強(qiáng)度的輕質(zhì)材料，通常選用高強(qiáng)度鋁合金制造機(jī)械手手臂。目前，在國外，也在研究用碳纖維復(fù)合材料制造機(jī)械手手臂。碳纖維復(fù)合材料抗拉強(qiáng)度高，抗振性好，比重?。ㄆ浔戎叵喈?dāng)于鋼的1/4，相當(dāng)于鋁合金的2/3），但是，其價格昂貴，且在性能穩(wěn)定性及制造復(fù)雜形狀工件的工藝上尚存在問題，故還未能在生產(chǎn)實際中推廣應(yīng)用。目前比較有效的辦法是用有限元法進(jìn)行機(jī)械手手臂結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計。在保證所需強(qiáng)度與剛度的情況下，減輕機(jī)械手手臂的

58、重量。</p><p>　　4.機(jī)械手各關(guān)節(jié)的軸承間隙要盡可能小，以減小機(jī)械間隙所造成的運(yùn)動誤差。因此，各關(guān)節(jié)都應(yīng)有工作可靠、便于調(diào)整的軸承間隙調(diào)整機(jī)構(gòu)。</p><p>　　5.機(jī)械手的手臂相對其關(guān)節(jié)回轉(zhuǎn)軸應(yīng)盡可能在重量上平衡，這對減小電機(jī)負(fù)載和提高機(jī)械手手臂運(yùn)動的響應(yīng)速度是非常有利的。在設(shè)計機(jī)械手的手臂時，應(yīng)盡可能利用在機(jī)械手上安裝的機(jī)電元器件與裝置的重量來減小機(jī)械手手臂的不平衡重量，

59、必要時還要設(shè)計平衡機(jī)構(gòu)來平衡手臂殘余的不平衡重量。</p><p>　　6.機(jī)械手手臂在結(jié)構(gòu)上要考慮各關(guān)節(jié)的限位開關(guān)和具有一定緩沖能力的機(jī)械限位塊，以及驅(qū)動裝置，傳動機(jī)構(gòu)及其它元件的安裝。</p><p>　　3.2.2臂部具體設(shè)計方案及計算</p><p>　?。ㄒ唬┚唧w設(shè)計方案 </p><p>　　根據(jù)機(jī)械手實際工作需要，確定機(jī)械手的臂

60、部需要實現(xiàn)升降和左右兩個相互垂直的直線運(yùn)動。機(jī)械手的臂部由垂直升降手臂（大臂）和左右平移手臂（小臂）組成。</p><p>　　直線運(yùn)動一般通過液壓傳動或電機(jī)驅(qū)動滾珠絲杠來實現(xiàn)?？紤]到本設(shè)計機(jī)械手所搬運(yùn)工件的重量適中，僅3KG，屬中型重量；同時考慮到機(jī)械手的動態(tài)性能及運(yùn)動的穩(wěn)定性，安全性，對手臂的剛度有較高的要求。本設(shè)計選擇液壓驅(qū)動方式，液壓缸既是驅(qū)動元件，又是執(zhí)行運(yùn)動件，控制簡單，易于實現(xiàn)計算機(jī)的控制。<

61、/p><p>　　具體的設(shè)計方案為：機(jī)械手的垂直升降手臂（大臂）和左右平移手臂（小臂）的伸縮運(yùn)動都為直線運(yùn)動，通過2個相互垂直的液壓缸來實現(xiàn)。其中:大臂液壓缸活塞桿的伸縮實現(xiàn)了機(jī)械手的升降，小臂液壓缸活塞的左右往復(fù)實現(xiàn)了機(jī)械手的左右平移。同時，因為控制和具體工作的要求，若僅僅通過增大液壓缸的缸徑來增大剛度，是不能滿足系統(tǒng)剛度要求的，所以在設(shè)計時另外增設(shè)了導(dǎo)向裝置。</p><p>　　目前常用

62、的導(dǎo)向裝置有單導(dǎo)向桿、雙導(dǎo)向桿、四導(dǎo)向桿等，在本機(jī)械手中采用單導(dǎo)向桿來增加手臂的剛性和導(dǎo)向性[11]。</p><p>　　在本機(jī)械手中采用的是單導(dǎo)向桿作為導(dǎo)向裝置，它可以增加手臂的剛性和導(dǎo)向性[12]。</p><p>　　本設(shè)計機(jī)械手的臂部結(jié)構(gòu)示意圖如圖3.2所示。</p><p>　　圖3.2 臂部結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　?。ǘ?/p>

63、手臂伸縮驅(qū)動力的計算</p><p>　　手臂作垂直伸縮時所需的驅(qū)動力:</p><p>　　圖3.3 手臂伸出時的受力狀態(tài)</p><p>　　因此，驅(qū)動力計算公式為[13]:</p><p>　　P驅(qū)= P慣+P摩+P封+P背 （3-3)</p><p>　　式中: P慣—手臂在起

64、動過程中的慣性力(N);</p><p>　　P摩—摩擦阻力(包括導(dǎo)向裝置和活塞與缸壁之間的摩擦阻力)(N);</p><p>　　P封—密封裝置處的摩擦阻力(N)，用不同形狀的密封圈密封，其摩擦阻力不同。</p><p>　　P背—油缸非工作腔壓力(即背壓)所造成的阻力(N)，若非工作腔與油箱或大氣相連時，則 P背=0。</p><p>

65、　　3.3 機(jī)身機(jī)構(gòu)設(shè)計</p><p>　　機(jī)械手的機(jī)身由直線缸、滾動橫梁及聯(lián)接直線缸和臂部的滾動支架組成。具體詳附圖1（機(jī)械手裝配圖）。</p><p>　　機(jī)械手機(jī)身的直線缸與臂部液壓缸一樣也增設(shè)單導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，以增加機(jī)械手的穩(wěn)定性和安全性。</p><p><b>　　3.4 本章小結(jié)</b></p><p>　

66、　本章通過工作需求分析，完成了機(jī)械手的手部、臂部和機(jī)身的方案確定及其具體的機(jī)構(gòu)設(shè)計。</p><p>　　4 驅(qū)動控制系統(tǒng)設(shè)計</p><p>　　本機(jī)械手的驅(qū)動控制系統(tǒng)主要由3個相互垂直的液壓油缸、由液壓油缸、電機(jī)、油管和其他控制元件所組成的液壓系統(tǒng)，以及控制液壓系統(tǒng)工作的電氣系統(tǒng)所組成。根據(jù)實際工作要求，本機(jī)械手要具有手臂上下伸縮、手臂左右移動和手臂前后移動三個自由度。執(zhí)行機(jī)構(gòu)相應(yīng)由手

67、臂上下伸縮機(jī)構(gòu)、手臂左右移動機(jī)構(gòu)和手臂前后移動機(jī)構(gòu)等組成。每一部分循環(huán)動作均由液壓缸及對應(yīng)的驅(qū)動和控制系統(tǒng)來實現(xiàn)完成。機(jī)械手工作的動作循環(huán)為：手臂左移 → 手臂下降 →（抓取工件）→ 手臂上升 → 手臂快進(jìn) → 手臂慢進(jìn) → 手臂下降 → （松開工件）→ 手臂上升 → 手臂右移 → 手臂快退 → 手臂慢退 → 復(fù)位卸荷。</p><p>　　4.1 擬定液壓系統(tǒng)原理圖</p><p>　

68、　4.1.1機(jī)械手動作行程分析</p><p>　　根據(jù)油泵凸輪軸自動線的加工工藝和對機(jī)械手的實際功能要求，確定本設(shè)計的機(jī)械手主要需要完成工件抓取、上下伸縮、左右擺動和前后平移等動作。機(jī)械手的動作循環(huán)如圖4.1所示。</p><p>　　4.1.2液壓系統(tǒng)原理圖設(shè)計</p><p>　　本機(jī)械手的液壓系統(tǒng)原理圖如圖4.2所示。</p><p>

69、;　　油泵采用YBP-40型限壓式變量葉片泵，額定流量為40升/分，驅(qū)動電動機(jī)的功率是4千瓦。系統(tǒng)的工作壓力用溢流閥Y-63B和減壓閥J-63B來調(diào)節(jié)，各油缸的運(yùn)動速度用節(jié)流閥L-63B或L-10B來調(diào)節(jié)。機(jī)械手的前后移動通過換向閥22E-63B的開通來減速緩沖。</p><p>　　圖4.1 機(jī)械手動作循環(huán)圖</p><p>　　圖4.2 液壓系統(tǒng)原理圖</p><

70、;p>　　4.1.3液壓系統(tǒng)電磁閥動作順序表</p><p>　　表4.1 液壓系統(tǒng)電磁閥動作順序表</p><p>　　4.1.4液壓系統(tǒng)工作原理</p><p><b>　?。?）手臂左移</b></p><p>　　按下總按鈕QA和QA1，繼電器J1帶電，油泵開動。然后按下啟動按鈕QA2，電磁鐵Y6帶電，使單

71、向閥6DT開通。油液經(jīng)溢流閥J-63B和單向閥6DT至左右平移油缸右腔，推動手臂左移。</p><p>　　進(jìn)油路：油泵 → 溢流閥J-63B → 單向閥6DT → 左右平移油缸右腔。</p><p><b>　?。?）手臂下降</b></p><p>　　手臂左移到適當(dāng)位置，行程開關(guān)發(fā)訊，電磁鐵Y6斷電、Y3帶電，閥6DT關(guān)閉、3DT開通。油

72、液經(jīng)溢流閥J-63B和閥3DT至上下伸縮油缸上腔，推動手臂下降。</p><p>　　進(jìn)油路：油泵 → 溢流閥J-63B →閥3DT → 上下伸縮油缸上腔。</p><p><b>　　（3）手臂上升</b></p><p>　　手臂下降到工件位置并靠慣性力抓取工件后，行程開關(guān)發(fā)訊，電磁鐵Y3斷電、Y4帶電，閥3DT關(guān)閉、4DT開通。油液經(jīng)溢流

73、閥J-63B和閥4DT至上下伸縮油缸下腔，推動手臂上升。</p><p>　　進(jìn)油路：油泵 → 溢流閥J-63B →閥4DT → 上下伸縮油缸下腔。</p><p><b>　　（4）手臂快進(jìn)</b></p><p>　　抓取工件后手臂上升到適當(dāng)位置，行程開關(guān)發(fā)訊，電磁鐵Y4斷電、Y2帶電，閥4DT關(guān)閉、2DT開通。油液經(jīng)溢流閥J-63B和閥2

74、DT至前后平移油缸后腔，推動手臂快進(jìn)。</p><p>　　進(jìn)油路：油泵 → 溢流閥J-63B →閥2DT → 前后平移油缸后腔。</p><p><b>　?。?）手臂慢進(jìn)</b></p><p>　　手臂快進(jìn)到適當(dāng)位置，行程開關(guān)發(fā)訊，在電磁鐵Y2依然帶電的同時使電磁鐵Y7亦帶電，閥2DT開通閥7DT也開通。此時經(jīng)溢流閥J-63B和閥2DT至

75、前后平移油缸后腔油液一部分將通過7DT回流減壓，推動手臂前進(jìn)的速度變慢。</p><p>　　進(jìn)油路：油泵 → 溢流閥J-63B →閥2DT → 閥7DT（減壓） → 前后平移油缸后腔。</p><p><b>　?。?）手臂下降</b></p><p>　　手臂快進(jìn)到適當(dāng)位置，行程開關(guān)發(fā)訊，電磁鐵Y2和 Y7均斷電、Y3帶電，閥2DT和7DT

76、關(guān)閉、3DT開通。油液經(jīng)溢流閥J-63B和閥3DT至上下伸縮油缸上腔，推動手臂下降。</p><p>　　進(jìn)油路：油泵 → 溢流閥J-63B →閥3DT → 上下伸縮油缸上腔。</p><p><b>　　（7）手臂上升</b></p><p>　　手臂下降到適當(dāng)位置，松開工件。電磁鐵Y37斷電、Y4帶電，閥3DT關(guān)閉、4DT開通。油液經(jīng)溢流閥

77、J-63B和閥4DT至上下伸縮油缸下腔，推動手臂上升。</p><p>　　進(jìn)油路：油泵 → 溢流閥J-63B →閥4DT → 上下伸縮油缸下腔。</p><p><b>　?。?）手臂右移</b></p><p>　　手臂上升到適當(dāng)位置，行程開關(guān)發(fā)訊，電磁鐵Y4斷電、Y5帶電，閥4DT關(guān)閉、5DT開通。油液經(jīng)溢流閥J-63B和單向閥5DT至左

78、右平移油缸左腔，推動手臂右移。</p><p>　　進(jìn)油路：油泵 → 溢流閥J-63B → 單向閥5DT → 左右平移油缸左腔。</p><p><b>　?。?）手臂快退</b></p><p>　　手臂右移到適當(dāng)位置，行程開關(guān)發(fā)訊，電磁鐵Y5斷電、Y1帶電，閥5DT關(guān)閉、1DT開通。油液經(jīng)溢流閥J-63B和閥1DT至前后平移油缸前腔，推動手

79、臂快退。</p><p>　　進(jìn)油路：油泵 → 溢流閥J-63B →閥1DT → 前后平移油缸前腔。</p><p><b>　?。?0）手臂慢退</b></p><p>　　手臂快退到適當(dāng)位置，行程開關(guān)發(fā)訊，在電磁鐵Y1依然帶電的同時使電磁鐵Y7亦帶電，閥1DT開通閥7DT也開通。此時經(jīng)溢流閥J-63B和閥1DT至前后平移油缸前腔油液一部分將

80、通過7DT減壓，推動手臂后退的速度變慢。</p><p>　　進(jìn)油路：油泵 → 溢流閥J-63B →閥1DT → 閥7DT（減壓） → 前后平移油缸前腔。</p><p><b>　　（11）復(fù)位卸荷</b></p><p>　　手臂慢退到位后，啟動行程開關(guān)，電磁鐵Y1和Y7斷電，閥1DT和7DT關(guān)閉。此時，油泵卸荷，機(jī)械手動作循環(huán)結(jié)束，等待下

81、一個循環(huán)。</p><p>　　4.2 電氣控制系統(tǒng)</p><p>　　4.2.1電氣系統(tǒng)圖</p><p>　　根據(jù)液壓系統(tǒng)原理圖，結(jié)合機(jī)械手具體的動作循環(huán)，設(shè)計本機(jī)械手的電氣系統(tǒng)圖如圖4.3所示。</p><p><b>　?。ń酉马摚?lt;/b></p><p><b>　?。ɡm(xù)前

82、頁）</b></p><p>　　圖4.3 電氣系統(tǒng)圖</p><p>　　4.2.2電氣系統(tǒng)工作原理</p><p>　　本機(jī)械手的電氣系統(tǒng)包括：手動和自動兩部分。手動控制，可用過手動按鈕進(jìn)行單個動作的調(diào)試；自動控制可以實現(xiàn)機(jī)械手循環(huán)動作的自動運(yùn)行。自動動作循環(huán)的電氣原理具體如下：</p><p><b>　?。?）系

83、統(tǒng)通電</b></p><p>　　按下總按鈕QA，繼電器J0通電并吸合常開觸點(diǎn)J0，系統(tǒng)開始供電。</p><p><b>　?。?）啟動液壓泵</b></p><p>　　按下按鈕QA1，繼電器J1通電并吸合常開觸點(diǎn)J1，使液壓泵動力電接通，液壓泵開動給系統(tǒng)開始供油。</p><p><b>　

84、?。?）手臂左移</b></p><p>　　液壓泵啟動給系統(tǒng)供油后，按下啟動按鈕QA2，繼電器J2通電并吸合常開觸點(diǎn)J2，電磁鐵Y6帶電，使控制手臂左移的單向閥6DT開通。</p><p><b>　?。?）手臂下降</b></p><p>　　手臂左移到適當(dāng)位置，行程開關(guān)1XK常閉點(diǎn)斷開，繼電器J2斷電控制電磁鐵Y6斷電，閥6D

85、T關(guān)閉；同時，行程開關(guān)1XK常開點(diǎn)閉合，繼電器J3通電控制電磁鐵Y3帶電，閥3DT開通使手臂下降。</p><p><b>　　（5）手臂上升</b></p><p>　　手臂下降到工件位置并靠慣性力抓取工件后，行程開關(guān)2XK常閉點(diǎn)斷開，繼電器J3斷電控制電磁鐵Y3斷電，閥3DT關(guān)閉；同時，行程開關(guān)2XK常開點(diǎn)閉合，繼電器J4通電控制電磁鐵Y4帶電，閥4DT開通使手臂

86、上升。</p><p><b>　?。?）手臂快進(jìn)</b></p><p>　　抓取工件后手臂上升到適當(dāng)位置，行程開關(guān)3XK常閉點(diǎn)斷開，繼電器J4斷電控制電磁鐵Y4斷電，閥4DT關(guān)閉；同時，行程開關(guān)3XK常開點(diǎn)閉合，繼電器J5通電控制電磁鐵Y2帶電，閥2DT開通使油缸推動手臂快進(jìn)。</p><p><b>　?。?）手臂慢進(jìn)</

87、b></p><p>　　手臂快進(jìn)到適當(dāng)位置，行程開關(guān)5XK常開點(diǎn)閉合，繼電器J6通電控制電磁鐵Y7帶電，閥2DT開通同時又開通減壓閥7DT使油缸推動手臂前進(jìn)的速度變慢。</p><p><b>　　（8）手臂下降</b></p><p>　　手臂快進(jìn)到適當(dāng)位置，行程開關(guān)4XK常閉點(diǎn)斷開，繼電器J5、J6 斷電控制電磁鐵Y2、Y7斷電，閥

88、2DT和7DT關(guān)閉；同時，行程開關(guān)4XK常開點(diǎn)閉合，繼電器J7通電控制電磁鐵Y3帶電，閥3DT開通使上下伸縮油缸推動手臂下降。</p><p><b>　?。?）手臂上升</b></p><p>　　手臂下降到適當(dāng)位置，松開工件。行程開關(guān)6XK常閉點(diǎn)斷開，繼電器J7 斷電控制電磁鐵Y3斷電，閥3DT關(guān)閉；同時，行程開關(guān)6XK常開點(diǎn)閉合，繼電器J8通電控制電磁鐵Y4帶電

89、，閥4DT開通使手臂上升。</p><p><b>　?。?0）手臂右移</b></p><p>　　手臂上升到適當(dāng)位置，行程開關(guān)7XK常閉點(diǎn)斷開，繼電器J8 斷電控制電磁鐵Y4斷電，閥4DT關(guān)閉；同時，行程開關(guān)7XK常開點(diǎn)閉合，繼電器J9通電控制電磁鐵Y5帶電，閥5DT開通使手臂右移。</p><p><b>　　（11）手臂快退&

90、lt;/b></p><p>　　手臂右移到適當(dāng)位置，行程開關(guān)8XK常閉點(diǎn)斷開，繼電器J9 斷電控制電磁鐵Y5斷電，閥5DT關(guān)閉；同時，行程開關(guān)8XK常開點(diǎn)閉合，繼電器J10通電控制電磁鐵Y1帶電，閥1DT開通使前后平移油缸推動手臂快退。</p><p><b>　?。?2）手臂慢退</b></p><p>　　手臂快退到適當(dāng)位置，行程開

91、關(guān)10XK常開點(diǎn)閉合，繼電器J11通電控制電磁鐵Y7帶電，閥1DT開通同時又開通減壓閥7DT使前后平移油缸推動手臂后退的速度變慢。</p><p><b>　?。?3）復(fù)位卸荷</b></p><p>　　手臂慢退到位后，行程開關(guān)9XK常閉點(diǎn)斷開，繼電器J10、J11斷電控制電磁鐵Y1、Y7斷電，閥閥1DT和7DT關(guān)閉。同時，行程開關(guān)9XK常開點(diǎn)閉合，繼電器J12通電

92、使卸載指示燈亮。油泵卸荷，機(jī)械手動作循環(huán)結(jié)束，等待下一個循環(huán)。</p><p>　　4.3 液壓缸設(shè)計</p><p>　　4.3.1液壓缸主要參數(shù)的確定</p><p>　　針對本設(shè)計是一個機(jī)械手的特點(diǎn)考慮，機(jī)械手系統(tǒng)的剛度及其穩(wěn)定性是很重要的。因此，先從剛度角度進(jìn)行液壓缸缸徑的選擇，以盡量優(yōu)先保證機(jī)械手的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動的穩(wěn)定性、安全性。至于液壓缸的工作壓力和缸的工

93、作速度，放在液壓系統(tǒng)設(shè)計階段，通過外部的液壓回路、采用合適的調(diào)速回路和元件來實現(xiàn)。經(jīng)過仔細(xì)分析，綜合考慮各方面的因素，初步確定各液壓缸的基本參數(shù)如下；</p><p>　　表4.2 機(jī)身水平液壓缸參數(shù)</p><p>　　因為機(jī)身水平液壓缸的作用主要是實現(xiàn)伸縮直線運(yùn)動這個運(yùn)動形式，在其軸向上并不承受顯性的工作載荷（因為手爪夾持工件，受力方向為垂直方向），軸向主要是克服摩擦力矩，其所受的載荷

94、主要是徑向載荷，載荷性質(zhì)為彎矩，使其產(chǎn)生彎曲變形。而且因為機(jī)械手要求具有一定的柔性，機(jī)身水平液壓缸活塞桿要求具有比較大的工作行程。同時具有比較大的彎矩和比較長的行程，這對液壓缸的穩(wěn)定性和剛度問題有較高的要求。</p><p>　　因此，在水平伸縮缸的設(shè)計上，一是增大其抗彎能力，二是通過合理的結(jié)構(gòu)布局設(shè)計，使其具有盡量大的剛度。為了達(dá)到這個目的，設(shè)計中采用了雙導(dǎo)向桿機(jī)構(gòu)，以滿足長行程活塞桿的穩(wěn)定性和導(dǎo)向問題。另一方

95、面，為增大結(jié)構(gòu)的剛度和穩(wěn)定性，將兩個導(dǎo)向桿與活塞桿布局成等邊三角形的截面形式，以增大抗彎截面模量，也大大增加了液壓缸的工作剛度。</p><p>　　表4.3 垂直液壓缸參數(shù)</p><p>　　因為垂直液壓缸所承受的載荷方式既有一定的軸向載荷，又存在著比較大的傾覆力矩（由加工工件的重力引起的）。作為液壓執(zhí)行元件，滿足此處的驅(qū)動力要求是輕而易舉的，要解決的關(guān)鍵問題仍然是它的結(jié)構(gòu)設(shè)計能否有足

96、夠的剛度來抗傾覆。這里同樣采用了導(dǎo)向桿機(jī)構(gòu)，較好的解決了這一問題。</p><p>　　表 4.4左右移動液壓缸參數(shù)</p><p>　　因為左右移動液壓缸所承受的載荷方式既有一定的軸向載荷，又存在著比較大的傾覆力矩（由加工工件的重力引起的）。作為液壓執(zhí)行元件，滿足此處的驅(qū)動力要求是輕而易舉的，要解決的關(guān)鍵問題仍然是它的結(jié)構(gòu)設(shè)計能否有足夠的剛度來抗傾覆。這里同樣采用了加固導(dǎo)向桿機(jī)構(gòu)，較好的

97、解決了這一問題。</p><p>　　4.3.2液壓缸強(qiáng)度的校核</p><p>　?。ㄒ唬└淄脖诤竦妮^核</p><p>　　當(dāng) D/時，液壓缸壁厚的較核公式如下：</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　式中，----為缸筒內(nèi)徑；</p><p&

98、gt;　　----為缸筒試驗壓力，當(dāng)缸的額定壓力時，取為；</p><p>　　----為缸筒材料的許用應(yīng)力，，為材料抗拉強(qiáng)度，經(jīng)查相關(guān)資料取為600，為安全系數(shù)，此處取；</p><p><b>　　帶入數(shù)據(jù)計算：</b></p><p>　　前后移動油缸：δ≥2.44</p><p>　　垂直液壓油缸：δ≥1.83&

99、lt;/p><p>　　左右液壓油缸：δ≥2.43</p><p>　　因此液壓缸壁厚強(qiáng)度滿足要求。</p><p>　?。ǘ┗钊麠U直徑的較核</p><p>　　活塞桿直徑的較核公式為</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　式中， -----為

100、活塞桿上作用力；</p><p>　　-----為活塞桿材料的許用應(yīng)力，此處；</p><p>　　帶入數(shù)據(jù)，進(jìn)行計算較核得</p><p>　　前后移動油缸：d≥6.48mm</p><p>　　垂直液壓油缸：d≥5.02mm</p><p>　　左右液壓油缸：d≥7.53mm</p><p>

101、;　　上式成立，因此活塞桿的強(qiáng)度能滿足工作要求。</p><p>　　4.4 液壓元件的選擇</p><p>　　4.4.1動力元件——液壓泵</p><p>　　液壓泵是標(biāo)準(zhǔn)件，其選擇依據(jù)是額定壓力和流量。本機(jī)械手的液壓泵采用YBP-40型限壓式變量葉片泵，額定流量為40升/分，其驅(qū)動電動機(jī)的功率是4千瓦。其液壓泵的計算如下：</p><p&

102、gt;　　（1）確定液壓泵的實際工作壓力</p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　式中，-------計算工作壓力，前以定為；</p><p>　　------對于進(jìn)油路采用調(diào)速閥的系統(tǒng)，可估為（0.5~1.5），這里取為1。</p><p>　　因此，可以確定液壓泵的實際工作壓力為</

103、p><p><b>　　（4-4）</b></p><p>　?。?）確定液壓泵的流量</p><p><b>　?。?-5）</b></p><p>　　式中，------為泄露因數(shù)，取1.1；</p><p>　　------為機(jī)械手工作時最大流量</p>&l

104、t;p><b>　?。?-6）</b></p><p>　　經(jīng)計算得 =3.140</p><p>　　帶入上式得 </p><p>　?。?）確定液壓泵電機(jī)的功率</p><p><b>　　（4-7）</b></p><p>　　式中，------

105、為最大運(yùn)動速度下所需的流量，同前，取為3.140；</p><p>　　-------液壓泵實際工作壓力，5；</p><p>　　------為液壓泵總效率，取為0.8；</p><p>　　帶入數(shù)據(jù)計算得： =。</p><p>　　4.4.2控制元件——方向閥、壓力閥</p><p>　　控制元件是標(biāo)準(zhǔn)件

106、，其選擇依據(jù)是系統(tǒng)的最高工作壓力和通過該閥的最大流量。</p><p>　?。ㄒ唬┓较蚩刂崎y——電磁換向閥</p><p>　　電磁換向閥是利用電氣元件發(fā)出的電訊號，通過電磁鐵動作，使電磁閥閥芯移動，實現(xiàn)油路的換向。本機(jī)械手采用4種換向閥：22E-10B型1個，22E-63B型1個，24E-10B型2個，34E-63B型2個。</p><p><b>　　

107、（二）壓力控制閥</b></p><p><b>　　1、節(jié)流閥</b></p><p>　　本機(jī)械手采用L型節(jié)流閥,其中L-10B型2個，L-63B型2個。</p><p>　　L型節(jié)流閥是筒式流量控制閥門。它是依靠改變閥的流通截面來調(diào)節(jié)流量，以實現(xiàn)工作機(jī)構(gòu)運(yùn)動速度的無級調(diào)速。此閥結(jié)構(gòu)簡單，尺寸小，但沒有壓力和溫度補(bǔ)償裝置，閥前后

108、的壓力差隨負(fù)載和油溫的變化而變化，因此只適用于油溫變化較小的系統(tǒng)。</p><p><b>　　2、溢流閥</b></p><p>　　本機(jī)械手選取Y-63B型溢流閥。</p><p>　　溢流閥主要有以下作用：（1）保證液壓泵提供恒定壓力。當(dāng)系統(tǒng)壓力增大時，使流量需求減小。此時溢流閥開啟，使多余流量溢回油箱，保證溢流閥進(jìn)口壓力，即液壓泵出口壓

109、力恒定。（2）安全保護(hù)作用。系統(tǒng)正常工作時，閥門關(guān)閉。只有負(fù)載超過規(guī)定的極限（系統(tǒng)壓力超過調(diào)定壓力）時開啟溢流，進(jìn)行過載保護(hù)，使系統(tǒng)壓力不再增加（通常使溢流閥的調(diào)定壓力比系統(tǒng)最高工作壓力高10％～20％）。用於過載保護(hù)的溢流閥也稱為安全閥。</p><p><b>　　3、減壓閥</b></p><p>　　減壓閥是一種可將較高的進(jìn)口壓力(一次壓力)降低為所需的出口壓

110、力(二次壓力)的壓力調(diào)節(jié)閥。根據(jù)各種不同的要求，減壓閥可將油路分成不同的減壓回路，以得到各種不同的工作壓力。</p><p>　　本機(jī)械手采用J-63B型減壓閥。</p><p><b>　　4.4.3輔助元件</b></p><p><b>　?。ㄒ唬┕艿?lt;/b></p><p>　　由于本系統(tǒng)壓

111、力適中，故采用軟管。根據(jù)液壓泵出口流量計算，可選取。設(shè)計中，液壓泵吸油管稍微粗些，選擇；其余都選為。</p><p><b>　　（二）管接頭</b></p><p>　　本機(jī)械手選用扣壓式管接頭。</p><p><b>　　（三）濾油器</b></p><p>　　本系統(tǒng)選擇XU-B50-100

112、濾油器。</p><p><b>　　（四）油箱</b></p><p>　　一般取泵流量的3~5倍，這里取為5倍，有效容積為：</p><p><b>　　4.5 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要通過對機(jī)械手實際工作中的動作行程分析，完成了機(jī)械手的液壓系統(tǒng)原理圖設(shè)計、電氣系統(tǒng)圖設(shè)計

113、；計算確定液壓缸相關(guān)尺寸，并選取了液壓系統(tǒng)相關(guān)元器件。</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　1、油泵凸輪軸自動線機(jī)械手的動作包括手抓張合和3個相互垂直（升降、左右和前后）的直線運(yùn)動，本文設(shè)計的直角坐標(biāo)型機(jī)械手可以滿足上述動作要求。</p><p>　　2、本文機(jī)械手的手部選用二指回轉(zhuǎn)型手抓。夾緊裝置采用彈簧常閉

114、式夾緊裝置，在抓取工件時依靠手抓運(yùn)動的慣性力和手臂的驅(qū)動力使手抓張開，抓取工件后，靠彈簧力夾緊工件。</p><p>　　3、本文機(jī)械手的臂部和機(jī)身主要由3個相互垂直、帶有導(dǎo)向裝置的液壓缸組成，可以使機(jī)械手實現(xiàn)其3個相互垂直（升降、左右和前后）的直線運(yùn)動，并保證其運(yùn)動精度。</p><p>　　4、 本文機(jī)械手的驅(qū)動控制系統(tǒng)由3個相互垂直的液壓油缸以及由液壓油缸、電機(jī)、油管和其他控制元件所

115、組成的液壓系統(tǒng)所組成。</p><p>　　5、本文機(jī)械手屬于專用機(jī)械手，具有動作固定、結(jié)構(gòu)簡單、成本低、效率高等優(yōu)點(diǎn)。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　本文是在我尊敬的導(dǎo)師丁滿的悉心指導(dǎo)下完成的。導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和精益求精的工作作風(fēng)使我受益匪淺。在此，我首先向?qū)煴硎菊\摯的感謝，并致以崇高的敬意!<

116、;/p><p>　　在課題的研究和開發(fā)階段，得到了學(xué)院老師的大力支持和幫助，以及同學(xué)的通力合作，在此一并向他們表示衷心的感謝。</p><p>　　在日常生活和學(xué)習(xí)中，學(xué)院的各位老師，以及全體同學(xué)給與我大力支持和幫助，在此我向他們以及多年來為我的成長付出辛勤勞動的老師和同學(xué)們表示衷心的感謝。</p><p>　　感謝父母、家人，感謝所有關(guān)心我的朋友和老師，感謝大連理工大

117、學(xué)的學(xué)習(xí)環(huán)境。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 劉明保，呂春紅等. 機(jī)械手的組成機(jī)構(gòu)及技術(shù)指標(biāo)的確定.河南高等?？茖W(xué)校學(xué)報，2004</p><p>　　[2] 李超.氣動通用上下料機(jī)械手的研究與開發(fā).陜西科技大學(xué)，2003</p><p>　　[3] 徐元昌.工業(yè)機(jī)械手[M].