畢業(yè)設(shè)計（論文）平衡臂機(jī)械手的設(shè)計之plc邏輯順序控制和液壓系統(tǒng)設(shè)計【完整圖紙】(論文 cad圖紙全套)

畢業(yè)設(shè)計論文院 系：XX學(xué)院姓 名：專 業(yè)：機(jī)械設(shè)計學(xué) 號：4200209320XXX指導(dǎo)教師：XX老師XX大學(xué)X學(xué)院2021年9月畢業(yè)設(shè)計論文任務(wù)書應(yīng)由學(xué)生本人按指導(dǎo)教師下達(dá)的任務(wù)認(rèn)真謄寫姓名 專業(yè) 機(jī)械設(shè)計 指導(dǎo)教師 XXX 學(xué)號 4200209320214 入學(xué)時間 2021.09 網(wǎng)站院系 機(jī)械學(xué)院 一、課題名稱二、課題內(nèi)容三、課題任務(wù)要求四、同組設(shè)計者五、主要參考文獻(xiàn)1 陳紹龍，劉懷平.從選粉濃度解讀高效轉(zhuǎn)子選粉機(jī)技術(shù)：文獻(xiàn)，鹽城：科行建材環(huán)保公司，20042 許林發(fā).建筑材料機(jī)械設(shè)計一.武漢：武漢工業(yè)大學(xué)出版社，19903 潘孝良.硅酸鹽工業(yè)機(jī)械過程及設(shè)備.武漢：武漢工業(yè)大學(xué)出版社，1993 4 葉達(dá)森.粉碎與制成.北京：中國建筑工業(yè)出版社，19925 .6 7 8 9 劉景洲.水泥機(jī)械設(shè)備安裝、修理及典型實例分析.10 劉鐵忠.TLS系列組合式選粉機(jī)的開發(fā).水泥技術(shù)，19991：1916 數(shù)字化手冊編委會.機(jī)械設(shè)計手冊(軟件版)R2.0.17 .浙江：浙江大學(xué)出版社，200218 武漢建筑材料工業(yè)學(xué)院等學(xué)校.建筑材料機(jī)械及設(shè)備.北京：中國建筑工業(yè)出版社，198019 徐錦康.機(jī)械設(shè)計.第2版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，200220 吳一善主編.粉碎學(xué)概論.武漢：武漢工業(yè)大學(xué)出版社，199321 沈世德.機(jī)械原理.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002指導(dǎo)教師簽字 教研室主任簽字 年 月 日此任務(wù)書裝訂時放在畢業(yè)設(shè)計報告第一頁目錄 1Abstract.1摘 要1第 一 章 前 言4工業(yè)機(jī)器人4工業(yè)機(jī)器人簡介41.1.2世界機(jī)器人的開展41.1.3我國工業(yè)機(jī)器人的開展51.2工業(yè)機(jī)械手61.2.1簡史61.2.2應(yīng)用簡況71.2.3國內(nèi)外機(jī)械人開展趨勢71.3機(jī)械手的組成和分類91.3.1機(jī)械手的組成91.3.2機(jī)械手的分類111.4本課題研究的主要內(nèi)容及意義111.4.1 課題 七桿二自由度機(jī)械手設(shè)計內(nèi)容及根本要求111.4.2重點(diǎn)研究的問題：111.4.3 本次設(shè)計的意義11第 二 章 機(jī)械 械結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算122.1 機(jī)械 構(gòu)的分析與設(shè)計- 12 -2機(jī)械手的自由度- 12 -2坐標(biāo)形式- 13 -2機(jī)械手的機(jī)構(gòu)簡圖以及部件尺寸- 13 -2機(jī)械手總體方案的比擬15第 三 章 平衡臂機(jī)械手總體設(shè)計方案153.1 機(jī)械手總體系統(tǒng)的設(shè)計153.2液壓機(jī)械手液壓系統(tǒng)的工作原理153.3液壓系統(tǒng)的組成原理163.4液壓傳動機(jī)械手的特點(diǎn)163.5機(jī)械手的動作順序173.6平衡臂機(jī)械手總體布局方案確實定18第 四 章 液壓系統(tǒng)的設(shè)計184.1 液壓系統(tǒng)控制回路的比擬選擇184.2 液壓系統(tǒng)工作原理圖204.3 液壓系統(tǒng)執(zhí)行元件的比擬選擇214.4液壓系統(tǒng)動力裝置的計算選擇224.4.1大臂上雙作用活塞式油缸的流量計算及驅(qū)動泵的要求224.4.2帶動手部夾緊油缸的流量計算及驅(qū)動泵的要求234.4.3水平伸縮油缸的流量計算及驅(qū)動泵的要求244驅(qū)動泵和驅(qū)動電機(jī)的選擇264.5液壓系統(tǒng)控制裝置的計算選擇264.6液壓系統(tǒng)輔助裝置的計算選擇274.7集中配置液壓裝置284.7.1液壓泵站的集成配置294.7.2液壓控制裝置的集成配置29第 五 章 PLC控制回路的設(shè)計315.1電磁鐵動作順序3132355.4 PLC與現(xiàn)場器件的實際連接圖365.5梯形圖375.6指令程序38結(jié)束語.42參考文獻(xiàn).43附錄一 英文文獻(xiàn)翻譯44附錄二 英文文獻(xiàn)原文48平衡臂機(jī)械手的設(shè)計之PLC邏輯順序控制和液壓系統(tǒng)設(shè)計摘要：本次設(shè)計的液壓傳動機(jī)械手根據(jù)規(guī)定的動作順序，綜合運(yùn)用所學(xué)的根本理論、根本知識和相關(guān)的機(jī)械設(shè)計專業(yè)知識，完成對機(jī)械手的設(shè)計，并繪制必要裝配圖、液壓系統(tǒng)圖、PLC控制系統(tǒng)原理圖。機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)采用油缸、螺桿、導(dǎo)向筒等機(jī)械器件組成；在液壓傳動機(jī)構(gòu)中，機(jī)械手的手臂伸縮采用伸縮油缸，手腕回轉(zhuǎn)采用回轉(zhuǎn)油缸，立柱的轉(zhuǎn)動采用齒條油缸，機(jī)械手的升降采用升降油缸，立柱的橫移采用橫向移動油缸；在PLC控制回路中，采用的PLC類型為FX2N，當(dāng)按下連續(xù)啟動后，PLC按指定的程序，通過控制電磁閥的開關(guān)來控制機(jī)械手進(jìn)行相應(yīng)的動作循環(huán)，當(dāng)按下連續(xù)停止按鈕后，機(jī)械手在完成一個動作循環(huán)后停止運(yùn)動。本設(shè)計擬開發(fā)的上料機(jī)械手可在空間抓放物體，動作靈活多樣，可代替人工在高溫和危險的作業(yè)區(qū)進(jìn)行作業(yè)，可抓取重量較大的工件。關(guān)鍵詞：機(jī)械手、液壓、控制回路、PLCThe design of the hydraulic manipulator Abstract The design of hydraulic drive manipulator movements under the provisions of the order ， use the basic theory, basic knowledge and related mechanical design expertise comprehensively to complete the design，and drawing the necessary assembly, hydraulic system map, PLC control system diagram . Manipulator mechanical structure using tanks, screw ,guide tubes and other mechanical device component ；In the hydraulic drive bodies ，manipulator arm stretching using telescopic tank ，rotating column of tanks used rack ，manipulator movements using tank movements ，the column takes the horizontal movement of tanks ；The PLC control circuit use the type of FX2N PLC .When pressed for commencement ，PLC in accordance with the prescribed procedures ，through the control of the solenoid valve to control the switch manipulator corresponding moves cycle ，after press the row stop button , the manipulator complete a cycle of action to stop after the hole campaign.The design of the proposed development of the information on the manipulator can grasp up in space objects ，flexible and varied movements ，can replace the artificial heat and dangerous operation conducted operations，and can grasp the larger workpieces .Keywords Manipulator 、Hydraulic、Control Loop 、PLC第 一 章 前 言1.1 工業(yè)機(jī)器人1.11工業(yè)機(jī)器人簡介幾千年前人類就渴望制造一種像人一樣的機(jī)器，以便將人類從繁重的勞動中解脫出來。如古希臘神話?阿魯哥探險船?中的青銅巨人泰洛斯Taloas)，猶太傳說中的泥土巨人等等，這些美麗的神話時刻鼓勵著人們一定要把美麗的神話變?yōu)楝F(xiàn)實，早在兩千年前就開始出現(xiàn)了自動木人和一些簡單的機(jī)械偶人。到了近代 ，機(jī)器人一詞的出現(xiàn)和世界上第一臺工業(yè)機(jī)器人問世之后，不同功能的機(jī)器人也相繼出現(xiàn)并且活潑在不同的領(lǐng)域，從天上到地下，從工業(yè)拓廣到 農(nóng)業(yè)、林、牧、漁，甚至進(jìn)入尋常百姓家。機(jī)器人的種類之多，應(yīng)用之廣，影響之深，是我們始料未及的。工業(yè)機(jī)器人由操作機(jī)機(jī)械本體、控制器、伺服驅(qū)動系統(tǒng)和檢測傳感裝置構(gòu)成，是一種仿人操作、自動控制、可重復(fù)編程、能在三維空間完成各種作業(yè)的機(jī)電一體化自動化生產(chǎn)設(shè)備。特別適合于多品種、變批量的柔性生產(chǎn)。它對穩(wěn)定、提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，改善勞動條件和產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代起著十分重要的作用。 機(jī)器人并不是在簡單意義上代替人工的勞動，而是綜合了人的特長和機(jī)器特長的一種擬人的電子機(jī)械裝置，既有人對環(huán)境狀態(tài)的快速反響和分析判斷能力，又有機(jī)器可長時間持續(xù) 工作、精確度高、抗惡劣環(huán)境的能力，從某種意義上說它也是機(jī)器的進(jìn)化過程產(chǎn)物，它是工 業(yè)以及非產(chǎn)業(yè)界的重要生產(chǎn)和效勞性設(shè)備，也是先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的自動化設(shè)備。 國外機(jī)器人領(lǐng)域開展近幾年有如下幾個趨勢：1. 工業(yè)機(jī)器人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103萬美元降至97年的65萬美元。2機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化開展。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)器人整機(jī)；國外已有模塊化裝配機(jī)器人產(chǎn)品問市。3工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)向基于PC機(jī)的開放型控制器方向開展，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。4機(jī)器人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)器人還應(yīng)用了視覺、力覺等傳感器，而遙控機(jī)器人那么采用視覺、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。5虛擬現(xiàn)實技術(shù)在機(jī)器人中的作用已從仿真、預(yù)演開展到用于過程控制，如使遙控機(jī)器人操作者產(chǎn)生置身于遠(yuǎn)端作業(yè)環(huán)境中的感覺來操縱機(jī)器人。6當(dāng)代遙控機(jī)器人系統(tǒng)的開展特點(diǎn)不是追求全自治系統(tǒng)，而是致力于操作者與機(jī)器人的人機(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)器人走出實驗室進(jìn)入實用化階段。美國發(fā)射到火星上的“索杰納機(jī)器人就是這種系統(tǒng)成功應(yīng)用的最著名實例。(7)機(jī)器人化機(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，紛紛探索開拓其實際應(yīng)用的領(lǐng)域。1.1.3 我國工業(yè)機(jī)器人的開展有人認(rèn)為，應(yīng)用機(jī)器人只是為了節(jié)省勞動力，而我國勞動力資源豐富，開展機(jī)器人不一定符合我國國情。這是一種誤解。在我國，社會主義制度的優(yōu)越性決定了機(jī)器人能夠充分發(fā)揮其長處。它不僅能為我國的經(jīng)濟(jì)建設(shè)帶來高度的生產(chǎn)力和巨大的經(jīng)濟(jì)效益，而且將為我國的宇宙開發(fā)、海洋開發(fā)、核能利用等新興領(lǐng)域的開展做出卓越的奉獻(xiàn)。我國的工業(yè)機(jī)器人從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)，目前已根本掌握了機(jī)器人操作機(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)了局部機(jī)器人關(guān)鍵元器件，開發(fā)出噴漆、弧焊、點(diǎn)焊、裝配、搬運(yùn)等機(jī)器人；其中有130多臺套噴漆機(jī)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，弧焊機(jī)器人已應(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)器人技術(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)器人應(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，我國已安裝的國產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人約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)器人產(chǎn)業(yè)，當(dāng)前我國的機(jī)器人生產(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、本錢也不低，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)鍵技術(shù)，對產(chǎn)品進(jìn)行全面規(guī)劃，搞好系列化、通用化、?；O(shè)計，積極推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。我國的智能機(jī)器人和特種機(jī)器人在“863方案的支持下，也取得了不少成果。其中最為突出的是水下機(jī)器人，6000米水下無纜機(jī)器人的成果居世界領(lǐng)先水平，還開發(fā)出直接遙控機(jī)器人、雙臂協(xié)調(diào)控制機(jī)器人、爬壁機(jī)器人、管道機(jī)器人等機(jī)種；在機(jī)器人視覺、力覺、觸覺、聲覺等根底技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用上開展了不少工作，有了一定的開展根底。但是在多傳感器信息融合控制技術(shù)、遙控加局部自主系統(tǒng)遙控機(jī)器人、智能裝配機(jī)器人、機(jī)器人化機(jī)械等的開發(fā)應(yīng)用方面那么剛剛起步，與國外先進(jìn)水平差距較大，需要在原有成績的根底上，有重點(diǎn)地系統(tǒng)攻關(guān)，才能形成系統(tǒng)配套可供實用的技術(shù)和產(chǎn)品，以期在“十五后期立于世界先進(jìn)行列之中。工業(yè)機(jī)械手工業(yè)機(jī)械手是近代自動控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項新技術(shù)，并已經(jīng)成為現(xiàn)代機(jī)械制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個重要組成局部。這種新技術(shù)開展很快，逐漸成為一門新興的學(xué)科機(jī)械手工程。機(jī)械手的迅速開展是由于它的積極作用正日益為人們認(rèn)識：其一，它能局部地代替人工操作；其二，它能操作必要的機(jī)具進(jìn)行焊接和裝配。從而大大得改善人工的勞動條件，顯著得提高勞動生產(chǎn)效率，加快實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動化的步伐。因而，受到各先進(jìn)工業(yè)國家的重視，投入大量的人力物力加以研究和應(yīng)用。尤其在高溫，高壓，粉塵，噪音以及帶有放射性和污染的場合，應(yīng)用得更為廣泛。在我國，近幾年來也有較快的開展，并取得一定的效果，受到機(jī)械工業(yè)和鐵路工業(yè)部門的重視。機(jī)械手一般分為三類。第一類是不需要人工操作的通用機(jī)械手。它是一種獨(dú)立的不附屬于某一主機(jī)的裝置。它可以根據(jù)任務(wù)的需要編制程序，以完成各項規(guī)定操作。它的特點(diǎn)是具備普通機(jī)械的物理性能外，還具備通用機(jī)械，記憶智能的三元機(jī)械。第二類是需要人工操作的，稱為操作機(jī)。它起源于原子，軍事工業(yè)，先是通過操作機(jī)來完成特頂?shù)淖鳂I(yè)，后來開展到用無線電尋好操作機(jī)械手來進(jìn)行月球的探測等。工業(yè)中采用的鍛造操作機(jī)也屬于這一范疇。第三類是專用機(jī)械手，主要負(fù)數(shù)于自動機(jī)床或自動線上，用以解決機(jī)床上下料和工件傳送。這種機(jī)械手在國外稱為Mechanical Hand，它是為主機(jī)效勞的，有主機(jī)驅(qū)動；除少數(shù)外，工作程序一般是固定的，因此是專用的。機(jī)械手首先是從美國開始研制的。1958年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺機(jī)械手。她的結(jié)構(gòu)是：機(jī)體上安裝一回轉(zhuǎn)長臂，端部裝有電磁鐵的工件抓放機(jī)構(gòu)，控制系統(tǒng)是示教型的。1962年，美國聯(lián)合控制公司在上述方案的根底上又試制一臺數(shù)控示教再現(xiàn)型機(jī)械手。商名為Unimate即萬能自動。同年，美國機(jī)械鑄造公司也實驗成功一種叫Versatrap機(jī)械手，原意是靈活搬運(yùn)。1978年美國Unimate公司和斯坦福大學(xué)，麻省理工大學(xué)聯(lián)合研制一種叫Unnimation-Viearm型工業(yè)機(jī)械手，裝有小型電子計算機(jī)進(jìn)行控制，用于裝配作業(yè)。到目前為止，日本是工業(yè)機(jī)械手開展最快，應(yīng)用最多的國家。但是，目前的機(jī)械手大局部還屬于第一代，主要依靠人工進(jìn)行控制；控制方式為開環(huán)式，沒有識別能力；改良的方向主要是減低本錢和提高精度。第二代機(jī)械手設(shè)有微型電子計算機(jī)控制系統(tǒng)，具有視覺，觸覺能力，甚至聽、想的能力。研究安裝各種傳感器，把感覺到的信息反響，使機(jī)械手具有感覺機(jī)能。第三代機(jī)械手機(jī)器人那么能獨(dú)立地完成工作過程中的任務(wù)。它與電子計算機(jī)和電視設(shè)備保持聯(lián)系。并逐步開展成為柔性制造系統(tǒng)FMSFlexible Manufacturing System和柔性制造單元FMC(Flexible Manufacturing Cell)中重要的一環(huán)。就國內(nèi)機(jī)械工業(yè)，鐵路 部門應(yīng)用機(jī)械手的簡況，介紹如下：熱加工方面的應(yīng)用熱加工是高溫、危險的笨重體力勞動，很久以來就要求實現(xiàn)自動化。為了實現(xiàn)高效率和工作平安，尤其對于大件、少量、低速和人力所不能勝任的作業(yè)就更加需要采用機(jī)械手操作冷加工方面 冷加工方面機(jī)械手主要采用于柴油機(jī)配件以及軸類、盤類和箱體類等零件單機(jī)加工時的上下料和刀具安裝等。進(jìn)而在程序控制、數(shù)字控制等機(jī)床上應(yīng)用，成為設(shè)備的一個組成局部。更在加工生產(chǎn)線、自動線上應(yīng)用，成為機(jī)床、設(shè)備上下工序聯(lián)結(jié)和重要手段。拆修裝方面 拆修裝是鐵路工業(yè)系統(tǒng)繁重體力勞動較多的部門之一，促進(jìn)了機(jī)械手的開展。目前國內(nèi)鐵路工廠、機(jī)務(wù)段等部門，已采用機(jī)械手拆裝三通閥、鉤舌、分解制動缸、裝卸軸箱、組裝輪對、去除石棉等，減輕了勞動強(qiáng)度，提高了拆修裝的效率。 采用機(jī)械手進(jìn)行裝配更是目前研制的重點(diǎn)，國外已研究采用攝象機(jī)和里的傳感裝置和微型計算機(jī)聯(lián)系在一起，能確定零件的方位，到達(dá)鑲裝的目的。在普及第一代工業(yè)機(jī)器人的根底上，第二代工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)推廣，成為主流安裝機(jī)型，第三代智能機(jī)器人也占有一定比重(占日本1998年安裝臺數(shù)的10%，銷售額的36% )。 機(jī)械結(jié)構(gòu)  以關(guān)節(jié)型為主流，80年代創(chuàng)造的適用于裝配作業(yè)的平面關(guān)節(jié)型機(jī)器人約占總量的1/3。應(yīng)3K和汽車、建筑、橋梁等行業(yè)的需求，超大型機(jī)器人應(yīng)運(yùn)而生。CAD , CAM等技術(shù)己普遍用于設(shè)計、仿真和制造中。控制技術(shù)  大多采用32位CPU，控制軸數(shù)多達(dá)27軸，NC技術(shù)、離線編程技術(shù)大量采用。協(xié)調(diào)控制技術(shù)日趨成熟，實現(xiàn)了多手與變位機(jī)、多機(jī)器人的協(xié)調(diào)控制。采用基于PC的開放結(jié)構(gòu)的控制系統(tǒng)已成為一股潮流。驅(qū)動技術(shù)  80年代開展起來的AC伺服驅(qū)動已成為主流驅(qū)動技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人中。新一代的伺服電機(jī)與基于微處理器的智能伺服控制器相結(jié)合已由FANUC等公司開發(fā)并用于工業(yè)機(jī)器人中;在遠(yuǎn)程控制中已采用了分布式智能驅(qū)動新技術(shù)。應(yīng)用智能化的傳感器  裝有視覺傳感器的機(jī)器人數(shù)量呈上升趨勢，不少機(jī)器人裝有兩種以上傳感器，有些機(jī)器人留了多種機(jī)器人接口。通用機(jī)器人編程語言  在ABB公司的20多個型號產(chǎn)品中，采用了通用模塊化語言RAPID。最近美國機(jī)器人空間技術(shù)公司開發(fā)了Robot Script V.10通用語言，運(yùn)行于該公司的通用機(jī)器人控制器URC的Win NT/95環(huán)境下。該語言易學(xué)易用，可用于各種開發(fā)環(huán)境，與大多數(shù)WINDOWS軟件產(chǎn)品兼容。網(wǎng)絡(luò)通訊方式  大局部機(jī)器人采用了Ether網(wǎng)絡(luò)通訊方式，占總量的41.3%，其他采用RS-232, RA-422, RS-485等通訊接口。高速、高精度、多功能化  目前，最快的裝配機(jī)器人最大合成速度為16. 5m/s，有一種大直角坐標(biāo)搬運(yùn)機(jī)器人，其最大合成速度竟達(dá)80m/ s;而另一種并聯(lián)結(jié)構(gòu)的NC機(jī)器人，其位置重復(fù)精度達(dá)limo 90年代末的機(jī)器人一般都具有兩、三種功能，向多功能化方向開展。集成化與系統(tǒng)化  當(dāng)今機(jī)器人技術(shù)的另一特點(diǎn)是機(jī)器人的應(yīng)用從單機(jī)、單元向系統(tǒng)開展。百臺以上的機(jī)器人群與微機(jī)及周邊設(shè)備和操作人員形成一個大群體?？鐕蠹瘓F(tuán)的壟斷和全球化的生產(chǎn)將世界眾多廠家的產(chǎn)品聯(lián)接在一起，實現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、開放化、網(wǎng)絡(luò)化的“虛擬制造，為工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)化的開展推波助瀾。隨著計算機(jī)技術(shù)的不斷向智能化方向開展，機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展和深化以及機(jī)器人在FMS, CIMS系統(tǒng)中的群體應(yīng)用，工業(yè)機(jī)器人也在不斷向智能化方向開展，以適應(yīng)“敏捷制造(Agile Manufacturing)，滿足多樣化、個性化的需求，并適應(yīng)多變的非結(jié)構(gòu)環(huán)境作業(yè)，向非制造領(lǐng)域進(jìn)軍。我國的工業(yè)機(jī)器人從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)，目前己根本掌握了機(jī)器人操作機(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)了局部機(jī)器人關(guān)鍵元器件，開發(fā)出噴漆、弧焊、點(diǎn)焊、裝配、搬運(yùn)等機(jī)器人:其中有130多臺套噴漆機(jī)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，弧焊機(jī)器人己應(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)器人技術(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)器人應(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)器人約200臺，約占全球己安裝臺數(shù)的萬分之四。以上原因主要是沒有形成機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，當(dāng)前我國的機(jī)器人生產(chǎn)都是應(yīng)用戶的要求，“一位客戶，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、本錢也不低，而目質(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)鍵技術(shù)，對產(chǎn)品進(jìn)行全面規(guī)劃，搞好系列化、通用化、?；O(shè)計，積極推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。 我國的智能機(jī)器人和特種機(jī)器人在“86“方案的支持下，也取得了不少成果。其中最為突出的是水下機(jī)器人技術(shù)居世界領(lǐng)先水平，還開發(fā)出直接遙控機(jī)器人、雙臂協(xié)調(diào)控制機(jī)器人、爬壁機(jī)器人、管道機(jī)器人等機(jī)種:在機(jī)器人視覺、力覺、觸覺、聲覺等根底技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用上開展了不少工作，有了一定的開展根底。但是在多傳感器信息融合控制技術(shù)、遙控加局部自主系統(tǒng)遙控機(jī)器人、智能裝配機(jī)器人、機(jī)器人化機(jī)械等的開發(fā)應(yīng)用方面那么剛剛起步，與國外先進(jìn)水平差距較大，需要在原有成績的根底上，有重點(diǎn)地系統(tǒng)攻關(guān)，才能形成系統(tǒng)配套可供實用的技術(shù)和產(chǎn)品，以期在“十五后期立于世界先進(jìn)行列之中。國內(nèi)主要是逐步擴(kuò)大應(yīng)用范圍，重點(diǎn)開展鑄鍛，熱處理方面的機(jī)械手，以減輕勞動強(qiáng)度，改善作業(yè)條件。在應(yīng)用專用機(jī)械手的同時，相應(yīng)地開展通用機(jī)械手，有條件的還要研制示教型機(jī)械手、計算機(jī)控制機(jī)械手和組合式機(jī)械手等。將機(jī)械手各運(yùn)動構(gòu)件，如伸縮、擺動、升降、俯仰等機(jī)構(gòu)，以及適于不同類型的夾緊機(jī)構(gòu)，設(shè)計成典型的通用機(jī)構(gòu)，以便根據(jù)不同的作業(yè)要求，選用不同的典型部件，即可組成各種不同用途的機(jī)械手。既便于設(shè)計制造，又便于改換工作，擴(kuò)大了應(yīng)用的范圍。同時要提高速度，減少沖擊，正確定位，以更好地發(fā)揮機(jī)械手的作用。更為主要的是將機(jī)械手和柔性制造系統(tǒng)和柔性制造單元相結(jié)合，從而根本改變目前機(jī)械制造系統(tǒng)的人工操作狀態(tài)。機(jī)械手主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)三大局部組成。一、執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu)1手部手部安裝在手臂的前端，手臂的內(nèi)孔裝有傳動軸，可把動作傳給手腕，以轉(zhuǎn)動、伸屈手腕、開閉手指。 機(jī)械手手部的構(gòu)造系模仿人的手指，分為無關(guān)節(jié)、固定關(guān)節(jié)和自由關(guān)節(jié)三種。手指的數(shù)量又分為二指、三指、四指等，其中以二指用的最多。2手臂 手臂有無關(guān)節(jié)臂和有關(guān)節(jié)臂之分。目前采用的手臂幾乎都是無關(guān)節(jié)臂。手臂的作用是引導(dǎo)手指準(zhǔn)確得抓住工件，并運(yùn)送到所需要的位置上。為了使機(jī)械手能夠正確的工作，手臂的三個自由讀都需要精確的定位。3軀干軀干是安裝手臂、動力源和各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)的支架。二、驅(qū) 動 系 統(tǒng) 驅(qū)動機(jī)構(gòu)主要有四種：液壓驅(qū)動、氣體驅(qū)動、電氣驅(qū)動和機(jī)械驅(qū)動。其中以液壓、氣動用的最多，占90%以上；電動、機(jī)械驅(qū)動用的較少。液壓驅(qū)動主要是通過油缸、閥、油泵和油箱實現(xiàn)傳動。它的優(yōu)點(diǎn)是壓力高、體積小，出力大，動作平緩，可無級變速，自鎖方便，并能在中間位置停止。缺點(diǎn)是需配備壓力源，系統(tǒng)復(fù)雜，本錢較高。氣動驅(qū)動所采用的元件為氣壓缸、氣馬達(dá)、氣閥等。它的優(yōu)點(diǎn)是氣源方便，維護(hù)簡單，本錢低。缺點(diǎn)是出力小，體積大。尤其空氣的可壓縮性大，很難實現(xiàn)中間位置的停止，只能用于點(diǎn)位控制，而且潤滑性較差，氣壓系統(tǒng)容易生銹。為了減少停機(jī)時產(chǎn)生的沖擊，氣壓系統(tǒng)的裝有速度控制機(jī)構(gòu)或緩沖減震機(jī)構(gòu)。電器驅(qū)動都采用三相感應(yīng)電機(jī)作為動力，用大減速比減速器來驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)；直線運(yùn)動那么用電機(jī)帶動絲杠螺母機(jī)構(gòu)；有的采用直線電動機(jī)。電氣驅(qū)動的優(yōu)點(diǎn)是動力源簡單；維護(hù)、使用方便。一般只用于動作固定的場合。一般用凸輪連桿機(jī)構(gòu)實現(xiàn)規(guī)定的動作。它的優(yōu)點(diǎn)是動作確實可開，工作速度高，本錢低；缺點(diǎn)是不易于調(diào)整。三、控 制 系 統(tǒng)機(jī)械手控制的要素，包括工作順序、到達(dá)位置、動作時間、運(yùn)動速度和加減速度等。機(jī)械手的控制分為點(diǎn)位控制和連續(xù)詭計控制兩種。控制系統(tǒng)可根據(jù)動作的要求，設(shè)計采用數(shù)字順序控制。它首先要編制程序加以存儲，然后再根據(jù)規(guī)定的程序，控制機(jī)械手進(jìn)行工作。程序的存儲方式分為別離存儲和集中存儲兩種。對于動作復(fù)雜的機(jī)械手機(jī)械人，采用示教再現(xiàn)型控制系統(tǒng)。更復(fù)雜的機(jī)械手機(jī)械人那么采用數(shù)字控制系統(tǒng)、小型計算器或微處理機(jī)控制的系統(tǒng)。一、按 用 途 分 類1. 專用機(jī)械手 專用機(jī)械手是專為一定設(shè)備效勞的，簡單、使用，目前在生產(chǎn)中運(yùn)用的比擬廣泛。它一般只能完成一、二種特定的作業(yè)。如用來抓取和傳送工件。它的工作程序是固定的，也可根據(jù)需要編制程序控制，以獲得多種工作程序，適應(yīng)多種作業(yè)的需要。2. 通用機(jī)械手 通用機(jī)械手是在專用機(jī)械手的根底上開展起來的。它能對不同物件完成多種動作，具有相當(dāng)?shù)耐ㄓ眯?。它是一種能獨(dú)立工作的自動話裝置。它的動作程序可以按照工作需要來改變，大概是采用順序控制系統(tǒng)。通用機(jī)械手又分簡易型、示教再現(xiàn)型和只能機(jī)械手、草中式機(jī)械手等幾種。二、按控制型式分類點(diǎn)位控制型機(jī)械手的運(yùn)動詭計是空間二個點(diǎn)之間的連接?？刂泣c(diǎn)書越多，性能越好。它根本能滿足于各種要求，結(jié)構(gòu)簡單。絕大局部機(jī)械手是點(diǎn)位控制型。這種機(jī)械手的運(yùn)動軌跡是空間的任意連續(xù)曲線，它能在三維空間中作極其復(fù)雜的動作。工作性能完善，但控制局部比擬復(fù)雜。控制方式分為開關(guān)式和伺服式兩種。1.4.1 課題 七桿二自由度機(jī)械手設(shè)計內(nèi)容及根本要求設(shè)計一個機(jī)械手，用于工廠機(jī)床邊抓取圓棒料和餅類零件，實現(xiàn)從地面到機(jī)床卡盤和從機(jī)床卡盤到地面的運(yùn)動。最大活動半徑 2m 最大活動高度 2m 回轉(zhuǎn)活動范圍 0°360° 最大抓取重量 40kg 抓取規(guī)格 棒料120mm，盤類300mm動力：盡可能采用機(jī)械傳動、電磁力或氣動。必要時可以采用液壓，但不宜使用高壓液壓設(shè)備。 工作量要求：1整套機(jī)械手圖紙含外構(gòu)件、標(biāo)準(zhǔn)件匯總含電器圖、PLC圖 2使用說明書 3設(shè)計說明書 4英文翻譯成漢文5000字： 機(jī)械、機(jī)構(gòu)、機(jī)電一體化功能零部件；機(jī)械手、機(jī)械夾持、運(yùn)動傳遞和動力傳送。強(qiáng)電電控、弱電電控、弱電反響、PLC控制。本次設(shè)計的對象是湖南省湘潭江麓機(jī)械所設(shè)計制造的七桿機(jī)械手，主要是對此機(jī)械手進(jìn)行實體改造。我們這次設(shè)計主要是針對此機(jī)械手，而且還要對機(jī)械手的整體布局及工作原理和過程做一些介紹。在外型上，我們要解決的問題主要是我們設(shè)計出來的實體要和實物相同或相近。在大的方面，一個機(jī)械手可以分為大臂、小臂和手爪手腕等局部。而手腕局部是我們所重點(diǎn)要求的，對其中的每一個零件、部件及組合體的尺寸和形體都有嚴(yán)格的要求，因為江麓的機(jī)械手是有人力動作局部的，而且沒有手腕，取而代之的是一個吊鉤，為了將其改造成為可自動抓取的機(jī)械手，每個零件的配合都要很考究。而油路的布置也要合理。整體要整齊美觀。機(jī)構(gòu)實用且經(jīng)濟(jì)。第 二 章 平衡臂機(jī)械 械結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算 機(jī)械手要像人的手一樣完成各種動作是比擬困難的。因為人的手指、手長、手腕、手臂由十九個關(guān)節(jié)所組成，并具有27個自由度，而生產(chǎn)實踐中機(jī)械手不需要這么多自由度。下面按機(jī)械手所具有的主運(yùn)動和輔助運(yùn)動來分析其自由度。手臂和立柱的運(yùn)動成為主運(yùn)動，因為它們能改變抓取工件在空間的位置。手腕和手指的運(yùn)動成為輔助運(yùn)動，因為手腕的運(yùn)動只能改變被抓取工件的方位，而手指的夾放運(yùn)動不能改變工件的位置和方位，故它不計為自由度數(shù)，其他運(yùn)動都算作自由度數(shù)。 這次參考了江麓機(jī)械廠的機(jī)械手，在確定了被抓取工件所在的空間位置，及將工件搬運(yùn)到規(guī)定的位置時所需要的運(yùn)動。得知我們改造的機(jī)械手包括了大臂的回轉(zhuǎn)和升降兩個運(yùn)動，而將要設(shè)計的手腕的自由度僅僅是為了配合手臂完成工件的預(yù)定裝卸方位要求加以增設(shè)的，故只算成兩個自由度。 圖一由圖可知，此機(jī)械手在XY平面內(nèi)有回轉(zhuǎn)運(yùn)動，且在Z方向和X方向有直線運(yùn)動，故做出它的運(yùn)動軌跡圖，由于存在了平安工作區(qū)域，應(yīng)選了300度旋轉(zhuǎn)范圍，如下： 圖二自由度數(shù)多少是衡量機(jī)械手技術(shù)水平的指標(biāo)之一，自由數(shù)越多，可以完成的動作越復(fù)雜，通用性越強(qiáng)，應(yīng)用范圍也越廣，但是響應(yīng)的帶來了技術(shù)難度大，控制系統(tǒng)和機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，機(jī)械手本身的體積和重量增加，本錢高和維修困難。自由度少，通用性越差，但是技術(shù)上容易到達(dá)，結(jié)構(gòu)簡單，使用和維修方便。所以在此次設(shè)計中，二自由度已經(jīng)足夠，沒有必要盲目的參加自由度。如一圖所示的機(jī)械手，其手臂的運(yùn)動由兩個直線運(yùn)動和一個回轉(zhuǎn)所組成，即沿X軸的伸縮，沿Z軸的升降和繞Z軸的回轉(zhuǎn)。這種坐標(biāo)型式的機(jī)械手成為圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手。它與指教坐標(biāo)式相比擬，占地面積大而活動范圍大，結(jié)構(gòu)較為簡單，并能到達(dá)較高的定位精度，因此得到廣泛的應(yīng)用。 圖三在江麓機(jī)械廠的實地測繪，要進(jìn)行改造的機(jī)械 構(gòu)簡圖如上圖所示 。為一個七桿二自由度機(jī)械手。其各部件的尺寸如下：桿件一250mm桿件二1250mm桿件三250mm桿件四1250mm桿件五1250mm 此機(jī)械手的尺寸恰能滿足回轉(zhuǎn)半徑1m3m和提升工件高度2m的要求，所以在這次設(shè)計過程中不做改動。由圖一計算其他尺寸：圖中虛線所示位置就是當(dāng)機(jī)械手將工件舉到最高時候的位置，實線所示的位置就是機(jī)械手在地面高度抓取工件的位置。設(shè)計手臂在這兩個位置時，桿件與水平所成的角度都為30。那么Ae長度等于250=125mm，bf長度也為125mm，bC長度等于BC=250=125mm，cc產(chǎn)度等于bc-bC=250-125=125mm，Bb長度等于BC=250=216mm，所以確定Aa等于Ae+bf+Bb=125+125+216=466mm。即為大臂升降油缸的行程取l=500mm。其工作高度即離地面高度為H=2458mm，其支撐點(diǎn)b離地面的高度H2=1708mm，其B點(diǎn)的高度為H3=1925mm。第 三 章 平衡臂機(jī)械手總體設(shè)計方案31機(jī)械手總體系統(tǒng)的設(shè)計綜合考慮了幾種驅(qū)動方式的優(yōu)缺點(diǎn)，由于要求的抓取重量較大40公斤，生產(chǎn)節(jié)拍較長，為了得到較大的輸出力和握力，還要求傳動平穩(wěn)，所以我們決定采用液壓驅(qū)動的方式。此機(jī)械手的液壓傳動是以有壓力的油液作為傳遞動力的工作介質(zhì)。電動機(jī)帶動油泵輸出壓力油，是將電動機(jī)供應(yīng)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成油液的壓力能。壓力油經(jīng)過管道及一些控制調(diào)節(jié)裝置等進(jìn)入油缸，推動活塞桿運(yùn)動，從而使手臂作伸縮、升降等運(yùn)動，將油液的壓力能又轉(zhuǎn)化成機(jī)械能。手臂在運(yùn)動時所能克服的摩擦阻力大小，以及夾持式手部夾緊工件時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)。手臂做各種運(yùn)動的速度決定于流入密封油缸中的油掖的容積的多少。這種借助于醞釀動著的壓力油的容積變化來傳遞動力的液壓傳動稱為容積式液壓傳動，機(jī)械手的液壓傳動系統(tǒng)都是屬于容積式液壓傳動。 本次設(shè)計的液壓機(jī)械手，相當(dāng)于一臺專用液壓自動機(jī)械，由執(zhí)行機(jī)構(gòu)，液壓系統(tǒng)、電氣控制三大局部組成。液壓傳動系統(tǒng)概括如下：圖四3.3液壓系統(tǒng)的組成原理 由上圖可知，液壓系統(tǒng)由以下幾個主要局部組成：1.油泵 它供應(yīng)液壓系統(tǒng)壓力油，將電動機(jī)輸出的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為油液的壓力能，用這壓力油驅(qū)動整個液壓系統(tǒng)工作。2. 液動機(jī) 壓力油驅(qū)動運(yùn)動局部對外工作的局部。如：做回轉(zhuǎn)運(yùn)動的液壓馬達(dá)，做回轉(zhuǎn)角度為360度的回轉(zhuǎn)油缸，控制手臂伸縮的伸縮油缸。 3.控制調(diào)節(jié)裝置 如單向閥、溢流閥、換向閥、節(jié)流閥、調(diào)速閥、減壓閥、順序閥等。各起一定的作用，使機(jī)械手的手臂、手腕、手指等能夠完成所需要的運(yùn)動。 4 輔助裝置 如油箱、濾油器、蓄能器、管路和管接頭以及壓力表等。 機(jī)械手采用液壓傳動比擬采用氣壓傳動有如下特點(diǎn)： 1. 能得到較大的輸出力或力矩 一般要得到2070公斤/厘米的油液壓力是比擬方便的，而通常工廠的壓縮空氣均為46公斤/厘米。因此，在活塞面積相同的條件下，液壓機(jī)械手可比氣動機(jī)械手負(fù)荷大得多。目前，液壓機(jī)械好艘搬運(yùn)重量即抓重已達(dá)800公斤，而氣動機(jī)械手一般搬運(yùn)重量小于30公斤。2. 液壓傳動滯后現(xiàn)象小，反響較靈敏，傳動平穩(wěn) 與空氣相比，油液的壓縮性極小，所以傳動的滯后現(xiàn)象小，傳動平穩(wěn)。氣壓傳動雖易于得到較高速度如1米/秒以上，但空氣粘性比油低、傳動中沖擊較大，不利于精確定位。3.輸出力和運(yùn)動速度控制較容易 輸出力和運(yùn)動速度在一定的油缸結(jié)構(gòu)尺寸下，主要決定于油液的壓力和流量，通過調(diào)節(jié)相應(yīng)的壓力和流量控制閥，能比擬方便地控制輸出功率。4 可到達(dá)較高的定位精度 目前一般液壓機(jī)械手，在速度低于400毫米/秒、抓重較輕時，采用適宜的緩沖措施和定位方式，定位精度可到達(dá)10.02毫米。假設(shè)采用電液伺服系統(tǒng)控制，不僅定位精度高，而且可連續(xù)任意定位，適用于高速、重負(fù)荷的通用機(jī)械手。 但是，液壓傳動也有其缺點(diǎn)： 1系統(tǒng)的泄漏難以防止，影響工作效率和系統(tǒng)的工作性能。工作要求越高，對密封裝置和配合件制造精度的要求就越高。 2油液的黏度對溫度的變化很敏感，當(dāng)溫度升高時，油的黏度即顯著降低，油液黏度的變化直接影響液壓系統(tǒng)的性能和泄漏量。另外在高溫田間下工作時，必須注意油液著火等危險。 我們設(shè)計的機(jī)械手是一個上下料的機(jī)械手，它的工作流程簡圖如下：圖五上述動作均由電控系統(tǒng)發(fā)信號控制相應(yīng)的電磁換向閥，按程序依次步進(jìn)動作而實現(xiàn)的。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)動作是在每一步動作完成后，使行程開關(guān)的觸點(diǎn)閉合或依據(jù)每一步動作的預(yù)設(shè)停留時間，使時間繼電器動作而發(fā)信，使步進(jìn)器順序“跳步控制電磁閥的電磁鐵線圈斷通電，使電磁鐵按程序動作實現(xiàn)液壓系統(tǒng)的自動控制。 圖八上圖所看到的方案是本人了解了各種資料和參考了機(jī)械實物所設(shè)計的初步方案。平衡臂機(jī)械手工作時要一個穩(wěn)定的根底且不需移動，所以該地基設(shè)計為嵌入水泥地里，這樣的平衡性和穩(wěn)定性好。本次設(shè)計我們沒將伸縮油缸和回轉(zhuǎn)油缸放置在同一個立柱中，因為如果這樣放置，一個是裝配時十分不方便，二個是在機(jī)械手夾持工件進(jìn)行回轉(zhuǎn)時，回轉(zhuǎn)中心將更加遠(yuǎn)離回轉(zhuǎn)油缸的中心，那樣對支撐軸的扭矩將增大，且對立柱的彎曲應(yīng)力更大，機(jī)械手的壽命將縮短。所以，我們設(shè)計的是將伸縮油缸和液壓站用支撐板固定在遠(yuǎn)離工件的立柱的另側(cè)，這樣，當(dāng)機(jī)械手回轉(zhuǎn)時，回轉(zhuǎn)中心將比擬靠近回轉(zhuǎn)油缸的回轉(zhuǎn)中心，這樣，即減少了支撐軸的彎曲應(yīng)力，又可以使的機(jī)械手在裝配和設(shè)置油管路線時更加方便。橫向擴(kuò)展一下，本人聯(lián)想到深圳沙田海港的集裝箱的起吊手臂，它在空間運(yùn)行的時候，保證了集裝箱的水平放置，那樣手臂的設(shè)計將更加復(fù)雜。本人設(shè)計的機(jī)械手，在空間的運(yùn)動位置是不定的，那么在橫向伸縮的導(dǎo)桿中參加一個伸縮油缸，用來精確控制工件被夾取后在空間中的運(yùn)動位置。第 四 章 液壓系統(tǒng)的設(shè)計1壓力控制回路 1.調(diào)壓回路 為了控制系統(tǒng)的最大工作壓力，一般都在油泵的出口附近設(shè)置溢流閥，用它來調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力即油泵的工作壓力，并將多余的油液流回油箱。因它還能在液壓系統(tǒng)過載時被翻開，使油液排回油箱，以保證系統(tǒng)的平安，其回路如下圖： 2.卸荷回路 在機(jī)械手各 油缸不工作的時候，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)省動力，降低系統(tǒng)的發(fā)熱，使油泵在低負(fù)荷下工作，可采用卸荷回路。本系統(tǒng)是不需要保壓的卸荷回路，所以都采用二位四通電磁閥M型中位機(jī)能的卸荷回路。當(dāng)油缸停止運(yùn)動時，二位四通電磁閥PT相連，使油泵輸出油液經(jīng)二位四通閥流回油箱，油泵卸荷。 3.順序控制回路 機(jī)械手為了保證動作的先后順序，除了用電器控制系統(tǒng)如采用行程控制和時間控制實現(xiàn)順序控制外，也可由液壓系統(tǒng)的順序控制回路來實現(xiàn)。在本系統(tǒng)設(shè)計中，機(jī)械手的動作全部由電氣來控制。故在此不做贅述。 4.平衡與鎖緊回路 在機(jī)械手液壓系統(tǒng)中，為了防止垂直機(jī)構(gòu)因為自重和工件的重量而任意下降，可采用平衡回路將垂直機(jī)構(gòu)的輜重給以平衡。為了使機(jī)械手手臂在移動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)動并鎖緊。如下圖： 采用了單向順序閥做平衡閥實現(xiàn)任意位置鎖緊的回路。當(dāng)手指夾緊油缸1帶動重物停在上升位置時，換向閥2的電磁鐵線圈全部斷電時，由于順序閥3的調(diào)整壓力大于手指參與運(yùn)動的部件的自重G所產(chǎn)生的背壓，油缸1的下腔油液被封死，因而手臂不會因自重而下降，并鎖緊在任意位置上。2速度控制回路液壓機(jī)械手隔膜總運(yùn)動速度的控制，主要是改變進(jìn)入油缸或油馬達(dá)的流量Q。我設(shè)計的是采用定量泵，所以利用調(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。采用節(jié)流調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)是：簡單可靠，調(diào)速范圍較大，價格廉價。其缺點(diǎn)是：有壓力和流量損耗，在低速低負(fù)荷傳動時效率低，發(fā)熱大。而且采用節(jié)流閥進(jìn)行節(jié)流調(diào)速了，負(fù)荷的變化會引起油缸速度的變化，使速度穩(wěn)定性差。其原因是負(fù)荷變化會引起節(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。3同步控制回路這個機(jī)械手，要求以同樣的速度或同樣的位置進(jìn)行動作，即實現(xiàn)同步動作。但實際上，由于每個油缸所受的負(fù)荷不同，漏損和摩擦力不一樣，以及油缸內(nèi)徑的加工誤差，都會造成油缸速度或位置的不同步。為了使油缸盡可能近于同步，除了提高油缸尺寸的精度外，還可采用并聯(lián)調(diào)速同步回路。當(dāng)要求兩油缸做同步運(yùn)動時，兩個調(diào)速閥的通過流量要調(diào)整得相當(dāng)。這種同步方法十分簡單，但是它的同步精度受到油溫變化、調(diào)速閥的精度、系統(tǒng)中的泄漏等影響。.4方向控制回路 在機(jī)械手液壓系統(tǒng)中，為了控制各油缸、油馬達(dá)的運(yùn)動方向和接通或關(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滑閥，由電控系統(tǒng)發(fā)出電信號，控制電磁鐵操縱閥芯換向，使油缸及液壓馬達(dá)的油路換向，實現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動和正反向轉(zhuǎn)動。直流電磁鐵換向沖擊小，壽命長，允許換向頻率高，不會因過載而燒壞，工作可靠，但是啟動動力小，換向時間長，需要整流設(shè)備，費(fèi)用大。交流電磁鐵起動性能好，換向時間短，接線簡單，價格低廉，但是如吸不上時容易燒壞，可靠性差，換向時有沖擊，允許換向頻率低，壽命較短。此外，電磁閥由于受到電磁吸力較小的限制，它的流量一般是在63升/分以下。5油泵出口處接單向閥 其作用有二：第一是保護(hù)油泵。油泵向系統(tǒng)提供高壓油液，以驅(qū)動油缸運(yùn)動而做功。當(dāng)一旦電動機(jī)停止轉(zhuǎn)動，油泵不再向外供油，系統(tǒng)中原有的高壓油液具有一定的能量，將迫使油泵往反方向轉(zhuǎn)動，結(jié)果產(chǎn)生噪音，加速油泵的磨損。在油泵出油口處加設(shè)單向閥后，隔斷系統(tǒng)中高壓油液和油泵之間的聯(lián)系，從而起到保護(hù)油泵的作用。第二是防止空氣混入系統(tǒng)。在停機(jī)時，單向閥把系統(tǒng)和油泵隔離，防止系統(tǒng)的油液通過油泵流回油箱，防止空氣混入，以保證啟動的平穩(wěn)性。42液壓系統(tǒng)工作原理圖列動作順序表如下：電磁鐵動作1YA2YA3YA4YA5YA6YA7YA8YA9YA10YA手指夾緊+手腕逆時回轉(zhuǎn)+大臂上升+大臂逆時回轉(zhuǎn)+大臂下降+水平臂伸出+手腕順時回轉(zhuǎn)+手指松開+水平臂縮回+大臂順時回轉(zhuǎn)+液壓執(zhí)行元件的比擬選擇1大臂回轉(zhuǎn)油缸 由于大臂擺度要求在300度左右，綜合考慮選擇單葉片式擺動液壓缸，查設(shè)計手冊選擇YM1.43-304，其最大擺角可到達(dá)304度，外形尺寸為416X340X167.5,重量為46m/Kg。 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單緊湊，軸向尺寸小，重量輕，安裝方便，便于整機(jī)布局，機(jī)械效率高。 缺點(diǎn)：密封比擬困難，加工復(fù)雜，倆端蓋受壓面積大，剛度難以保證，不平衡徑向力較大。2大臂伸縮油缸 由前面計算選擇雙作用單活塞桿活塞式液壓缸，額定壓力是25Mpa，活塞桿外徑是60mm，缸筒內(nèi)徑為80mm，行程是500 mm。3水平伸縮油缸 選擇雙作用單活塞桿活塞式液壓缸，額定壓力是20Mpa，活塞桿外徑是14mm，缸筒內(nèi)徑為20 mm，行程是125 mm。4手腕回轉(zhuǎn)油缸 根據(jù)回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩選擇單葉片式擺動液壓缸 YM3.7-180。5手指伸縮油缸 根據(jù)前面的計算選擇雙作用單活塞桿液壓缸，額定壓力是20Mpa，活塞桿外徑是14mm，缸筒內(nèi)徑為20 mm.。及驅(qū)動泵的要求一油缸的流量的計算因為活塞兩端的有效工作面積不相等，所以兩邊的流量和速度、驅(qū)動力之間的關(guān)系式不一樣。當(dāng)壓力油輸入有桿腔時，使活塞以速度運(yùn)動時，所需輸入油缸的流量Q為： Q=式中d活塞桿直徑厘米；Q輸入有桿腔的流量升/分；活塞的移動速度米/分。=3米/分算的Q二驅(qū)動油缸的油泵的壓力和流量要求1確定油泵的工作壓力Pp+ 公斤/厘米式中 P油缸的最大工作壓力 公斤/厘米 壓力油路即進(jìn)油路各局部壓力損失之和，其中包括各種元件的局部損失和管道的沿程損失，即 = 公斤/厘米 一般液壓機(jī)械手的管路都不很長，壓力損失主要是通過各元件的局部壓力損失。各種元件的局部損失，列表如下：閥的名稱局部壓力損失，公斤/厘米單向閥行程閥1.52換向閥23節(jié)流閥2.53調(diào)速閥35背壓閥23因此，油泵的工作壓力P可簡單估算如下： P=p+1.1 公斤/厘米2確定油泵的流量QQ=KQ 升/分式中 Q是在系統(tǒng)中同時工作的各個并聯(lián)油缸以最大速度運(yùn)動時所需要的總流量，升/分；K算的：Q=12.3 升/分流量計算及驅(qū)動泵的要求一夾緊工件時所需的流量手指夾緊工件時，夾緊缸活塞移動L=75毫米，其運(yùn)動時間t=1.5S由機(jī)械手的動作也派時間得之，所以夾緊活塞移動的平均速度為： =5厘米/秒夾緊缸在1.5秒時間內(nèi)夾緊工件時，所需的每分鐘流量Q為： Q=二帶動夾緊油缸的油泵的壓力和流量要求 Pp+(1.051.15)，所以p為： P=58.5+1.5=63公斤/厘米因為Q=KQ所以Q流量計算及驅(qū)動泵的要求一油缸的流量的計算因為活塞兩端的有效工作面積不相等，所以兩邊的流量和速度、驅(qū)動力之間的關(guān)系式不一樣。 當(dāng)壓力油液進(jìn)入無桿腔的時候，活塞以速度運(yùn)動，此時所需輸入油缸的流量Q為： Q=當(dāng)壓力油液進(jìn)入有桿腔的時候，活塞以速度運(yùn)動，此時所需輸入油缸的流量Q為：Q=式中d活塞桿直徑厘米；Q輸入有桿腔的流量升/分；活塞的移動速度米/分。算的Q二驅(qū)動油缸的油泵的壓力和流量要求1確定油泵的工作壓力Pp+ 公斤/厘米式中 P油缸的最大工作壓力 公斤/厘米 壓力油路即進(jìn)油路各局部壓力損失之和，其中包括各種元件的局部損失和管道的沿程損失，即 = 公斤/厘米 一般液壓機(jī)械手的管路都不很長，壓力損失主要是通過各元件的局部壓力損失。各種元件的局部損失，列表如下：閥的名稱局部壓力損失，公斤/厘米單向閥行程閥1.52換向閥23節(jié)流閥2.53調(diào)速閥35背壓閥23因此，油泵的工作壓力P可簡單估算如下： P=p+1.1 公斤/厘米2確定油泵的流量QQ=KQ 升/分K算的：Q一選擇液壓泵由于各局部缸體對驅(qū)動泵的流量以及工作壓力各不相同，流量總和為24.2升/分采用變量泵，查手冊選擇YBXpa最高壓力為7Mpa壓力調(diào)節(jié)范圍為2.07Mpa額定轉(zhuǎn)速1450 r/min轉(zhuǎn)速范圍為6001800r/min。重量為10公斤。二確定油泵的功率 N= kW式中 p為油泵的最大工作壓力 公斤/厘米Q是所選油泵的額定流量 升/分為油泵的總效率可取三選擇驅(qū)動電機(jī)根據(jù)驅(qū)動油泵的功率N=2.4kW選擇電機(jī)：電動機(jī)型號為Y100L24，此電動機(jī)的根本技術(shù)參數(shù)為額定功率為3kW,轉(zhuǎn)速為1420r/min。根據(jù)所繪制的液壓原理圖，計算分析通過各液壓閥的最高壓力和最大流量，選擇各液壓閥的型號規(guī)格，列表如下：序號元件名稱通過流量L/min型號規(guī)格4單向閥246二位四通電磁換向閥23424DO-B10H-TZ7節(jié)流閥20LDF-B10C8單向閥210液控單向閥14節(jié)流閥20LDF-B10C15單向閥16液控單向閥20單向閥2017節(jié)流閥LDF-B10C27節(jié)流閥LDF-B10C22背壓閥23節(jié)流閥LDF