機械手-液壓機械手1

機械手-液壓機械手1,機械手,液壓 ,,機械工程系,機械設(shè)計制造及自動化專業(yè) 論文答辯,工業(yè)機械手設(shè)計 液壓原理及傳動設(shè)計,學生： 指導(dǎo)老師：,目錄,引言 第一章 機械手設(shè)計要求分析 第二章 液壓系統(tǒng)設(shè)計 第三章 集成塊的設(shè)計 第四章 液壓集成塊CAD技術(shù),引言,工業(yè)機器人一般指用于機械制造業(yè)中代替人完成具有大批量、高質(zhì)量要求的工作，如汽車制造、摩托車制造、艦船制造、某些家電產(chǎn)品（電視機、電冰箱、洗衣機）、化工等行業(yè)自動化生產(chǎn)線中的點焊、弧焊、噴漆、切割、電子裝配及物流系統(tǒng)的搬運、包裝、碼垛等作業(yè)的機器人。,,機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器特長的一種擬人的電子機械裝置，既有人對環(huán)境狀態(tài)的快速反應(yīng)和分析判斷能力，又有機器可長時間持續(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器的進化過程產(chǎn)物，它是工業(yè)以及非產(chǎn)業(yè)界的重要生產(chǎn)和服務(wù)性設(shè)備，也是先進制造技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的自動化設(shè)備。,,機器人技術(shù)是綜合了計算機、控制論、機構(gòu)學、信息和傳感技術(shù)、人工智能、仿生學等多學科而形成的高新技術(shù)，是當代研究十分活躍，應(yīng)用日益廣泛的領(lǐng)域。機器人應(yīng)用情況，是一個國家工業(yè)自動化水平的重要標志。,第一章 機械手設(shè)計要求分析,1.設(shè)計目的和要求 上下料用機械手能在不同高度與不連續(xù)的工作臺之間實現(xiàn)機械零件的重復(fù)取放，代替人工勞動，減輕了人工勞動強度，提高了自動化水平和勞動生產(chǎn)率，保證了產(chǎn)品和工人的質(zhì)量與安全。,2.機械手簡介與分析,1.坐標形式分析 上下料用機械手采用圓柱坐標的結(jié)構(gòu)形式，主要的組成部分有：升降機構(gòu)，回轉(zhuǎn)機構(gòu)，手臂伸縮結(jié)構(gòu)等，在這三中機構(gòu)中采用液壓驅(qū)動傳動方式，能保證機械手的整體結(jié)構(gòu)的緊湊性，運動平穩(wěn)以及可以方便的實現(xiàn)無級調(diào)速。,2.運動分析,如圖所示，機械手在工作過程中需三種運動，其中手臂的伸縮和立柱的升降為兩種直線運動，而手臂的回轉(zhuǎn)為圓周運動，所以采用圓柱坐標形式。其特點是，結(jié)構(gòu)簡單，手臂運動范圍大，有較高的定位準確度。,,3.機械手的工作范圍,機械手在水平方向上的伸縮范圍為至兩個不同高度的工作臺的距離，手臂伸縮總行程為500mm，手臂回轉(zhuǎn)的運動范圍為90度，立柱升降的垂直方向的距離為兩工作臺的高度差，總行程為200mm,第二章 液壓系統(tǒng)設(shè)計,1.根據(jù)工作要求確定一個工作循環(huán)周期的運動過程 2.據(jù)工作循環(huán)過程確定系統(tǒng)工況分析圖 3.擬訂液壓系統(tǒng)的工作原理圖 4.根據(jù)整個系統(tǒng)的液壓元件需求選擇標準的液壓元件 5 液壓缸尺寸的確定及安全強度的校核,1.確定一個工作循環(huán)周期的運動過程,1.手臂位于初始位置（1） 2.手臂伸長至工作臺（1） 3.手指抓取工件 4.手臂縮回 5.立柱升高至至工作臺 6.手臂回轉(zhuǎn)角度α至位置（2） 7.手臂伸長并釋放工件 8.手臂縮回 9.手臂回轉(zhuǎn)角度 —α，至位置（1） 10.立柱下降至工作臺（1）,,2. 分析運動過程確定系統(tǒng)工況分析圖,,3. 擬訂液壓系統(tǒng)的工作原理圖,1. 根據(jù)整個系統(tǒng)的工作完成步驟，選擇合適的液壓缸。伸縮運動和升降運動 選擇單桿活塞液壓缸，回轉(zhuǎn)運動選擇擺動液壓缸，保證整個系統(tǒng)能夠達到穩(wěn)定的運動效果。,,2.液壓回路的選擇 確定液壓執(zhí)行元件以后，根據(jù)設(shè)備的共組特點和工作要求確定對主要性能起決定性影響的主要回路，機械手液壓系統(tǒng)主要有針對伸縮運動，升降運動和回轉(zhuǎn)運動的三個主要運動回路。,,3.綜合以上的液壓元件和液壓回路 液壓回路的綜合就是把選擇的液壓回路放在一起，進行歸并整理，增加必要的液壓元件和輔助回路，確定完整的液壓傳動系統(tǒng)。同時注意：a.盡量簡化系統(tǒng)機構(gòu)，減少不必要的液壓元件使用； b.保證整個液壓系統(tǒng)運動動作的可靠，安全，沒有元件與機構(gòu)之間的相互干涉問題的存在；c.盡可能的去提高系統(tǒng)的工作效率，減少不必要的功耗的浪費； d.盡可能采用標準通用的液壓元件。,綜合以上的動作，原理以及元件，繪制液壓系統(tǒng)原理圖。下圖為本機械手液壓系統(tǒng)的工作原理圖,,4.根據(jù)整個系統(tǒng)的液壓元件需求選擇標準的液壓元件,機械手液壓系統(tǒng)的主要液壓元件選擇包括：油箱，濾油器，油泵，溢流閥，減壓閥，單向閥，電磁換向閥，單向節(jié)流閥，以及相應(yīng)的電器開關(guān)等，主要液壓元件規(guī)格 如左表,,2.5 液壓缸尺寸的確定及安全強度的校核,1.伸縮液壓缸的設(shè)計計算 2.擺動缸的設(shè)計計算 3.升降機構(gòu)的設(shè)計計算,第三章 集成塊的設(shè)計,1 設(shè)計分析 2 根據(jù)具體的要求進行設(shè)計計算 3 下面為集成塊的設(shè)計步驟 4 液壓集成塊的加工工藝,在整個液壓系統(tǒng)中，由于整個系統(tǒng)由若干個液壓閥有機組合在一起的，各個液壓閥之間的連接方式主要有：管式連接，板式連接，集成式連接。集成式連接又可以分為集成塊式連接，疊加閥式連接，插裝錐閥式連接。 由于管式連接結(jié)構(gòu)分散，尤其對于復(fù)雜的液壓系統(tǒng)，占據(jù)空間很大，管路交錯，接頭較多，裝卸維修困難，并且在接頭處容易造成油液的泄露與空氣的滲入，有時會產(chǎn)生噪音和震動 板式連接一般油管較多，而且易在兩板之間形成間隙，出現(xiàn)漏油，串腔等問題。而集成塊式連接是集成式連接中的一種，即借助于集成塊把標準式的板式連接的液壓元件連接起來，它是一種代替管路把元件連接起來的六面連接體，在連接體內(nèi)根據(jù)各控制油路設(shè)計出,需要的油路通道，液壓閥裝在集成塊周圍。集成塊的上下面是塊與塊的結(jié)合面，在結(jié)合面上加工有相同位置的壓力油孔P，回油孔T，泄露油孔L，以及安裝螺栓孔。集成塊與裝在周圍的閥類元件之間組成一個集成塊組，可以完成一定典型回路的功能。將所有的集成塊組疊加在一起，就可以構(gòu)成整個集成塊式的液壓傳動接系統(tǒng)。 在所有的集成塊組的下面應(yīng)該有底板結(jié)構(gòu)，底板上有壓力油孔P，回油孔T，泄露油孔L等，通過底板來實現(xiàn)集成塊組與油泵和油箱的連接，在所有的集成塊組上面還應(yīng)該有頂蓋結(jié)構(gòu)，在頂蓋上可以安裝壓力表開關(guān)，以便于測量系統(tǒng)中各連接點或者某一油路的壓力情況，這種集成方式的優(yōu)點是它的機構(gòu)緊湊，占地面積小，易于裝卸和維修，并且具有標準化和系列化產(chǎn)品。以選用組合，因而被廣泛用于各種中高壓液壓系統(tǒng)和各種中低壓液壓系統(tǒng)中，但是對于它的設(shè)計，工作量比較大，加工工藝復(fù)雜，不能任意修改等缺點。,2 根據(jù)具體要求進行設(shè)計計算,上下料用的機械手液壓系統(tǒng)的集成塊設(shè)計系統(tǒng)見集成塊裝配圖，它包括地板塊，升降機構(gòu)控制集成塊，回轉(zhuǎn)機構(gòu)控制集成塊，伸縮機構(gòu)控制集成塊以及頂蓋等五個集成塊組成 。 下面針對整個系統(tǒng)中的伸縮缸液壓控制回路集成塊為例子，具體說明整個集成塊的設(shè)計計算過程：,3.液壓元件的選擇,為了能滿足整個循環(huán)的工作要求，則該回路共需四個液壓元件，有相關(guān)手冊查得它們的型號和規(guī)格，以及安裝底板在安裝這些元件時候應(yīng)考慮的油孔的相對位置情況等,減壓閥,型號：JF3-10B 通徑：Φ10 連接底板標準：GB8100-AG-06-2-A 外型尺寸：84mm*61mm 安裝螺栓孔和油孔的相對位置如下圖,,單向閥,型號：AJ-H10B 通徑：Φ10 AJ型直角單向閥板式連接 外型尺寸：60mm*90mm 安裝螺栓孔和油孔的相對位置如下,,三位四通電磁換向閥,彈簧對中型 代號O 型號：34- H10B 通徑：Φ10 規(guī)格：流量40 L/min 換向頻率 60次/min 電壓 AC 220V 50Hz DC 12V 24V 功耗 AC 40W DC 42W 安裝螺栓孔和油孔的相對位置如下：,,單向節(jié)流閥,型號：L -H10 板式連接 通徑：Φ10 外型尺寸：130mm*90mm 安裝螺栓孔和油孔的相對位置如下,,3 下面為集成塊的設(shè)計步驟,1.根據(jù)上面查得的標準，做液壓元件樣板，根據(jù)閥的油孔和外型尺寸確定液壓集成塊的外型尺寸，以及閥體在集成塊某一面上所占的空間。,2.確定通道的孔徑，集成塊上的公用通道，即壓力油孔P，回油孔T，泄露油孔L，以及四個安裝孔，壓力油孔由液壓泵流量決定，本回路流量約為30 L/min 則取壓力油孔的孔徑為Φ12mm，回油孔和泄露油孔也取孔徑為Φ12mm。直接與液壓元件連接的液壓油孔由選定的液壓元件規(guī)格確定，由于所選液壓閥的通徑都為Φ10mm，則統(tǒng)一取孔徑為Φ12mm，方便加工。而孔與孔之間的連接孔（即工藝孔）也取Φ12，并且要求用螺塞在集成塊表面堵死，不允許堵孔用的螺塞對其他的液壓元件和結(jié)合面有干涉作用。,3.集成塊上液壓元件的布置，把做好的液壓元件樣板在集成塊各個視圖上進行布局，有的液壓元件需要連接板，則樣板以連接板為準。,在布局時應(yīng)該避免電磁換向閥兩端的電磁鐵與其他部分或元件想干涉，液壓元件的布置應(yīng)以在集成塊上加工的孔最少為最佳。如圖5所示，孔道相通的液壓元件應(yīng)該盡可能布置在同一水平面上，或在直徑d的范圍內(nèi)（如圖5 a）否則要鉆中間油孔（如圖5 b，c），不通油孔之間的最小壁厚h必須進行強度校核（如圖5 d）。,,液壓元件在水平上的孔道若與公共油孔相通，則應(yīng)盡可能地布置在同一垂直位置或在直徑d的范圍（如圖5 a，b），否則要鉆中間孔道（如圖6 c），集成塊前后與左右連接的孔道應(yīng)相互垂直，不然也要鉆中間孔道（如圖6 d）。 設(shè)計專用集成塊時，要注意其高度應(yīng)該比裝在其上的液壓元件最大橫向尺寸大，以避免上下集成塊上的液壓元件相互干涉，影響集成塊組之間的緊固問題。,,4.集成塊上液壓元件布置程序,電磁換向閥布置在集成塊的前面和后面，先布置垂直位置，后布置水平位置，要避免電磁換向閥的固定螺孔與閥口通道、集成塊固定螺孔相通。液壓元件泄漏孔可考慮與回油孔合并。水平位置孔道可分為三層進行布置。根據(jù)水平孔道布置的需要，液壓元件可以上下左右移動一段距離，具體可參見圖6。溢流閥的先導(dǎo)閥部分可伸出集成塊外，有的元件如單向閥，可以橫向布置。,機械工程系,機械設(shè)計制造及自動化專業(yè) 論文答辯,工業(yè)機械手設(shè)計 液壓原理及傳動設(shè)計,學生：李剛 指導(dǎo)老師：丁蘭英,目錄,引言 第一章 機械手設(shè)計要求分析 第二章 液壓系統(tǒng)設(shè)計 第三章 集成塊的設(shè)計 第四章 液壓集成塊CAD技術(shù) 參考文獻,引言,工業(yè)機器人一般指用于機械制造業(yè)中代替人完成具有大批量、高質(zhì)量要求的工作，如汽車制造、摩托車制造、艦船制造、某些家電產(chǎn)品（電視機、電冰箱、洗衣機）、化工等行業(yè)自動化生產(chǎn)線中的點焊、弧焊、噴漆、切割、電子裝配及物流系統(tǒng)的搬運、包裝、碼垛等作業(yè),第一章 機械手設(shè)計要求分析,1.設(shè)計目的和要求 上下料用機械手能在不同高度與不連續(xù)的工作臺之間實現(xiàn)機械零件的重復(fù)取放，代替人工勞動，減輕了人工勞動強度，提高了自動化水平和勞動生產(chǎn)率，保證了產(chǎn)品和工人的質(zhì)量與安全。,2.機械手簡介與分析,1.坐標形式分析 上下料用機械手采用圓柱坐標的結(jié)構(gòu)形式，主要的組成部分有：升降機構(gòu)，回轉(zhuǎn)機構(gòu)，手臂伸縮結(jié)構(gòu)等，在這三中機構(gòu)中采用液壓驅(qū)動傳動方式，能保證機械手的整體結(jié)構(gòu)的緊湊性，運動平穩(wěn)以及可以方便的實現(xiàn)無級調(diào)速。,2.運動分析,如圖所示，機械手在工作過程中需三種運動，其中手臂的伸縮和立柱的升降為兩種直線運動，而手臂的回轉(zhuǎn)為圓周運動，所以采用圓柱坐標形式。其特點是，結(jié)構(gòu)簡單，手臂運動范圍大，有較高的定位準確度。,,3.機械手的工作范圍,機械手在水平方向上的伸縮范圍為至兩個不同高度的工作臺的距離，手臂伸縮總行程為：300--500mm，手臂回轉(zhuǎn)的運動范圍為：0--240度，立柱升降的垂直方向的距離為兩工作臺的高度差，總行程為 ： 0--200mm,第二章 液壓系統(tǒng)設(shè)計,1.根據(jù)工作要求確定一個工作循環(huán)周期的運動過程 2.據(jù)工作循環(huán)過程確定系統(tǒng)工況分析圖 3.擬訂液壓系統(tǒng)的工作原理圖 4.根據(jù)整個系統(tǒng)的液壓元件需求選擇標準的液壓元件 5 液壓缸尺寸的確定及安全強度的校核,1.確定一個工作循環(huán)周期的運動過程,1.手臂位于初始位置（1） 2.手臂伸長至工作臺（1） 3.手指抓取工件 4.手臂縮回 5.立柱升高至至工作臺 6.手臂回轉(zhuǎn)角度α至位置（2） 7.手臂伸長并釋放工件 8.手臂縮回 9.手臂回轉(zhuǎn)角度 —α，至位置（1） 10.立柱下降至工作臺（1）,,工作行程范圍： 角度0-240度 手作工作范圍200mm 高度工作范圍 200mm,2. 分析運動過程確定系統(tǒng)工況分析圖,,3. 擬訂液壓系統(tǒng)的工作原理圖,1. 根據(jù)整個系統(tǒng)的工作完成步驟，選擇合適的液壓缸。伸縮運動和升降運動 選擇單桿活塞液壓缸，回轉(zhuǎn)運動選擇擺動液壓缸，保證整個系統(tǒng)能夠達到穩(wěn)定的運動效果。,2.液壓回路的選擇 確定液壓執(zhí)行元件以后，根據(jù)設(shè)備的共組特點和工作要求確定對主要性能起決定性影響的主要回路，機械手液壓系統(tǒng)主要有針對伸縮運動，升降運動和回轉(zhuǎn)運動的三個主要運動回路。,綜合以上的動作，原理以及元件，繪制液壓系統(tǒng)原理圖。下圖為本機械手液壓系統(tǒng)的工作原理圖,,2.5 液壓缸尺寸的確定及安全強度的校核,1.伸縮液壓缸的設(shè)計計算 2.擺動缸的設(shè)計計算 3.升降機構(gòu)的設(shè)計計算,第三章 集成塊的設(shè)計,1 設(shè)計分析 2 根據(jù)具體的要求進行設(shè)計計算 3 下面為集成塊的設(shè)計步驟 4 液壓集成塊的加工工藝,2 根據(jù)具體要求進行設(shè)計計算,上下料用的機械手液壓系統(tǒng)的集成塊設(shè)計系統(tǒng)見集成塊裝配圖，它包括地板塊，升降機構(gòu)控制集成塊，回轉(zhuǎn)機構(gòu)控制集成塊，伸縮機構(gòu)控制集成塊以及頂蓋等五個集成塊組成 。 下面針對整個系統(tǒng)中的伸縮缸液壓控制回路集成塊為例子，具體說明整個集成塊的設(shè)計計算過程：,3.液壓元件的選擇,為了能滿足整個循環(huán)的工作要求，則該回路共需四個液壓元件，有相關(guān)手冊查得它們的型號和規(guī)格，以及安裝底板在安裝這些元件時候應(yīng)考慮的油孔的相對位置情況等,3 下面為集成塊的設(shè)計步驟,確定通道的孔徑，集成塊上的公用通道，即壓力油孔P，回油孔T，泄露油孔L，以及四個安裝孔，壓力油孔由液壓泵流量決定，本回路流量約為30 L/min 則取壓力油孔的孔徑為Φ12mm，回油孔和泄露油孔也取孔徑為Φ12mm。直接與液壓元件連接的液壓油孔由選定的液壓元件規(guī)格確定，由于所選液壓閥的通徑都為Φ10mm，則統(tǒng)一取孔徑為Φ12mm，方便加工。而孔與孔之間的連接孔（即工藝孔）也取Φ12，并且要求用螺塞在集成塊表面堵死，不允許堵孔用的螺塞對其他的液壓元件和結(jié)合面有干涉作用。,3.集成塊上液壓元件的布置，把做好的液壓元件樣板在集成塊各個視圖上進行布局，有的液壓元件需要連接板，則樣板以連接板為準。,在布局時應(yīng)該避免電磁換向閥兩端的電磁鐵與其他部分或元件想干涉，液壓元件的布置應(yīng)以在集成塊上加工的孔最少為最佳。如圖5所示，孔道相通的液壓元件應(yīng)該盡可能布置在同一水平面上，或在直徑d的范圍內(nèi)（如圖5 a）否則要鉆中間油孔（如圖5 b，c），不通油孔之間的最小壁厚h必須進行強度校核（如圖5 d）。,,液壓元件在水平上的孔道若與公共油孔相通，則應(yīng)盡可能地布置在同一垂直位置或在直徑d的范圍（如圖5 a，b），否則要鉆中間孔道（如圖6 c），集成塊前后與左右連接的孔道應(yīng)相互垂直，不然也要鉆中間孔道（如圖6 d）。 設(shè)計專用集成塊時，要注意其高度應(yīng)該比裝在其上的液壓元件最大橫向尺寸大，以避免上下集成塊上的液壓元件相互干涉，影響集成塊組之間的緊固問題。,,4.集成塊上液壓元件布置程序,電磁換向閥布置在集成塊的前面和后面，先布置垂直位置，后布置水平位置，要避免電磁換向閥的固定螺孔與閥口通道、集成塊固定螺孔相通。液壓元件泄漏孔可考慮與回油孔合并。水平位置孔道可分為三層進行布置。根據(jù)水平孔道布置的需要，液壓元件可以上下左右移動一段距離，具體可參見圖6。溢流閥的先導(dǎo)閥部分可伸出集成塊外，有的元件如單向閥，可以橫向布置。,第四章 液壓集成塊CAD技術(shù),液壓集成塊的CAD的研究與開發(fā)已為液壓工程設(shè)計提供了有力的支持，但其發(fā)展?jié)摿€沒有充分發(fā)掘。由于液壓集成塊的高附價值，液壓集成塊CAD技術(shù)的應(yīng)用開發(fā)不但能夠滿足個別企業(yè)液壓集成塊的專業(yè)急需，同時也有望走上商品化專業(yè)軟件市場。對液壓集成塊CAD技術(shù)的研究開發(fā)提出全面的商品化，工程化要求并采取有效的方法學，技術(shù)和工具，將液壓集成塊CAD技術(shù)應(yīng)用軟件推向用戶市場是液壓集成塊CAD領(lǐng)域的重要工作。,參考文獻：,[1]工業(yè)機器人 徐元昌編制 中國輕工業(yè)出版社 [2]液壓傳動與控制 賈銘新主編 國防工業(yè)出版社 [3]液壓與氣壓傳動 左健民主編 [4]機器人應(yīng)用技術(shù) 孟繁華編 哈爾濱工業(yè)大學出版社 [5]機器人動力學 趙錫編著 上海交通大學 [6]. 機器人學 蔡自興著 清華大學出版社 [7]. 機器人和機械手控制系統(tǒng) 劉興良著 新時代出版社 [8]. 賈竹青. 液壓集成塊設(shè)計法分析.1998（1） [9]. 濮鳳根，胡偉民. 關(guān)于液壓集成塊CAD研究開發(fā)的進一步探討. 1997 [10].Solomatine,D. Object-orientation in hydraulic modeling architectures.Journal of computing in civil engineering,1996(4), 畢業(yè)論文開題報告 題 目: 工業(yè)機械手設(shè)計 姓 名: 學 院: 工學院 專 業(yè): 班 級: 學 號: 指導(dǎo)教師: 職稱: 教 授 2005年 6 月 8 日 課題名稱：工業(yè)機械手設(shè)計 一、課題來源、課題研究的主要內(nèi)容及國內(nèi)外現(xiàn)狀綜述 1.課題來源、課題研究的主要內(nèi)容 工業(yè)機器人一般指用于機械制造業(yè)中代替人完成具有大批量、高質(zhì)量要求的工作，如汽車制造、摩托車制造、艦船制造、某些家電產(chǎn)品、化工等行業(yè)自動化生產(chǎn)線中的點焊、弧焊、噴漆、切割、電子裝配及物流系統(tǒng)的搬運、包裝、碼垛等作業(yè)的機器人。工業(yè)機器人由操作機（機械本體）、控制器、驅(qū)動控制系統(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器特長的一種擬人的機械裝置，既有人對環(huán)境狀態(tài)的快速反應(yīng)和分析判斷能力，又有機器可長時間持續(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器的進化過程產(chǎn)物，它是工業(yè)以及非產(chǎn)業(yè)界的重要生產(chǎn)和服務(wù)性設(shè)備，也是先進制造技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的自動化設(shè)備。 2. 國內(nèi)外現(xiàn)狀綜述 近20年來，機器人或機械手技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域迅速拓寬，尤其是在各種自動化生產(chǎn)線上得到廣泛應(yīng)用。電氣可編程控制技術(shù)與液壓技術(shù)相結(jié)合，使整個系統(tǒng)自動化程度更高，控制方式更靈活，性能更加可靠；液壓機械手、柔性自動生產(chǎn)線的迅速發(fā)展，對液壓技術(shù)提出了更多更高的要求；微電子技術(shù)的引入，促進了電-氣比例伺服技術(shù)的發(fā)展；現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，使液壓技術(shù)從開關(guān)控制進入閉環(huán)比例伺服控制，控制精度不斷提高；由于液壓脈寬調(diào)制技術(shù)具有結(jié)構(gòu)簡單、抗污染能力強和成本低廉等特點，國內(nèi)外都在大力開發(fā)研究。隨著微電子技術(shù)、PLC技術(shù)、計算機技術(shù)、傳感技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，液壓技術(shù)已成為實現(xiàn)現(xiàn)代傳動與控制的關(guān)鍵技術(shù)之一。 自上世紀六十年代，機械手被實現(xiàn)為一種產(chǎn)品后，對它的開發(fā)應(yīng)用也在不斷發(fā)展，最典型的發(fā)展是生產(chǎn)者將此產(chǎn)品大量應(yīng)用于衛(wèi)生行業(yè)（全自動生化分析儀），從而實現(xiàn)了衛(wèi)生檢驗中急需短時間、大量樣品數(shù)據(jù)的要求，但在衛(wèi)生領(lǐng)域的機械手因采用樣品加單一酶試劑顯色法，且采用濾光片結(jié)構(gòu)設(shè)計，造成試劑價格昂貴，限制了產(chǎn)品市場的發(fā)展。 隨著技術(shù)的進步，機械手的設(shè)計已經(jīng)實破了單一試劑、加熱及濾光片的束縛。比如美國OI公司的產(chǎn)品，可針對單一項目，次序加4種試劑，加熱溫度也提高到 50 ℃ ，檢測器則采用二極管陳列技術(shù)，這些進步為新領(lǐng)域的應(yīng)用提供了強大支持。有專家估計未來10 年，全自動流動分析儀的市場份額中，將有 50 ％被全自動化學分析機械手取代。 通過了解上述兩類產(chǎn)品的技術(shù)特點我們不難看出，機械手具有微升級試劑消耗，不受模板束縛，分析中不同檢測項目可穿插完成，可完成研發(fā)性波長掃描優(yōu)化檢測條件，用戶可自行設(shè)計新的檢測項目，體積小，甚至可做現(xiàn)場快速分析等特點。 由此也不難看出，以前流動分析中不適合的用戶群，如樣品檢測單一種類少而樣品量多的情況，為機械手的應(yīng)用提供了可能性。對衛(wèi)生行業(yè)的快速分析中，也因新型機械手的設(shè)計特點而使取代昂貴的試劑，降低分析成本成為可能。機械手不能完全取代流動分析產(chǎn)品一個重要的理由是：一些特殊樣品處理技術(shù)不能在線實現(xiàn)，如萃取、高溫蒸餾，需要離線進行，相信隨著技術(shù)的進步，這些方面的技術(shù)也會提高。 參考文獻： [1]. 工業(yè)機器人 徐元昌 編制 中國輕工業(yè)出版社 1999.08 [2]. 液壓傳動與控制 賈銘新 主編 國防工業(yè)出版社 2003.01 [3]. 液壓與氣壓傳動 左健民 主編 機械工業(yè)出版社 1999.10 [4]. 機器人應(yīng)用技術(shù) 孟繁華 編 哈爾濱工業(yè)大學出版社 1989.06 [5]. 濮鳳根，胡偉民. 關(guān)于液壓集成塊CAD研究開發(fā)的進一步探討. 1997 [6]. 馮毅，田樹軍，李利. 基于計算智能的液壓集成塊優(yōu)化設(shè)計.中國機械工程，2003（17） [7]. 機器人和機械手控制系統(tǒng) (蘇)E.N尤列維奇等著;劉興良等譯 新時代出版社 1985.04 [8]. 機器人基礎(chǔ)知識 劉興良編著 新時代出版社 1986.08 [9]. 濮鳳根，胡偉民. 關(guān)于液壓集成塊CAD研究開發(fā)的進一步探討. 機電設(shè)備 1997 [10].Solomatine,D. Object-orientation in hydraulic modeling architectures.Journal of computing in civil engineering,1996(4) 二、本課題擬解決的問題 目前液壓機械手被廣泛地應(yīng)用于各種加工試驗等工作場所，由于現(xiàn)在的科技進步與發(fā)展，工業(yè)機械手逐步追求一種智能化，小型化，進一步體現(xiàn)在液壓系統(tǒng)控制的微縮。現(xiàn)階段液壓集成塊技術(shù)被廣泛用應(yīng)于液壓系統(tǒng)的控制，以減小液壓系統(tǒng)控制管路連接。 液壓機械手控制設(shè)計中液壓集成塊設(shè)計是一項關(guān)鍵的工作，液壓集成塊是安裝各種液壓元件，并在其內(nèi)部按照系統(tǒng)控制原理要求實現(xiàn)元件之間油道連通的復(fù)雜功能塊。它的應(yīng)用使液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更加緊湊，安裝和調(diào)試也更加方便。在一定尺寸限制的塊體上如何按照系統(tǒng)原理要求，正確合理的設(shè)計多個通道，對設(shè)計人員來說是一項艱巨的任務(wù)，因而單靠手工設(shè)計集成塊不僅速度慢，而且難免在設(shè)計過程中發(fā)生錯誤，影響工作的正常進行，造成很大的時間與資源的浪費。 本課題擬在利用現(xiàn)在專業(yè)應(yīng)用軟件開發(fā)技術(shù)，方法，工具來促使人們更深入地開展工業(yè)機械手液壓集成系統(tǒng)的開發(fā)與研究。液壓集成系統(tǒng)的CAD的研究與開發(fā)已為液壓控制工程設(shè)計提供了有力的支持。由于液壓集成塊的高附價值，液壓集成控制技術(shù)的應(yīng)用開發(fā)不但能夠滿足個別企業(yè)專業(yè)急需，同時也有望走上商品化專業(yè)軟件市場。 三、解決方案及預(yù)期效果 在整個的液壓控制系統(tǒng)中液壓集成塊為一個重要的中間控制元件，利用它可以減少很多復(fù)雜管路以及控制元件的連接，實現(xiàn)控制系統(tǒng)的集成化。 鑒于現(xiàn)在液壓工業(yè)機械手國內(nèi)外趨勢的發(fā)展，主要解決機械手液壓控制系統(tǒng)的設(shè)計與研究，并利用液壓集成塊CAD應(yīng)用軟件獲得最優(yōu)的布局布孔方案。實現(xiàn)了液壓集成塊布局孔集成方案的自動優(yōu)化設(shè)計。設(shè)計合理的液壓原理圖以及選用標準的液壓元件，明確各元件之間的連通關(guān)系，實現(xiàn)液壓元件在集成塊體上的布局定位，實時干涉校核下的孔道自動連通，連通方案的目標評價和布局方案的自動調(diào)整等步驟。最后形成集成塊的布局布孔最優(yōu)方案。在優(yōu)化設(shè)計過程中，需要以下幾項數(shù)據(jù)：1.元件的外型尺寸，用于裝配時進行外型干涉校核 2.元件底版孔系數(shù)據(jù)，包括元件底版上各油孔，螺紋孔等的坐標位置和孔道大小，以及深度要求和安裝精度要求等 3.元件本身屬性，包括元件裝配的優(yōu)先面，優(yōu)先角度等 利用CAD的三維實體造型功能，可以將液壓集成塊自動設(shè)計結(jié)果，即集成塊外部元件布局和內(nèi)部孔道布局的集成方案，在CAD圖形庫中自動生成集成塊的三維結(jié)構(gòu)圖和裝配圖，在CAD的三維瀏覽工具的支持下，可以實現(xiàn)對集成塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖和裝配圖的多方位，多角度的觀察，進而對檢驗方案結(jié)果及優(yōu)劣程度進行改造。其中，液壓集成塊三維裝配圖生成需要液壓元件圖形庫的支持。 就設(shè)計全過程來說，工作從液壓控制系統(tǒng)原理方案分析開始，確定集成范圍和目標要求，構(gòu)思總體部署方案和確定全部元件規(guī)格及其安裝位置，根據(jù)原理要求設(shè)計塊體孔系，設(shè)計師在塊體設(shè)計中要遵循設(shè)計規(guī)范與準則，獲得集成塊裝配草圖與零件設(shè)計草圖，孔道校驗和技術(shù)文件編制。然而集成塊CAD研究開發(fā)的目標在于促使設(shè)計師發(fā)揮創(chuàng)造性，即應(yīng)用開發(fā)應(yīng)定位于集成塊設(shè)計的前端。根據(jù)過程改進要求獲得設(shè)計過程規(guī)范是過程建模的前提。按照設(shè)計及開發(fā)能力以及過程改進的方法學框架，逐步建立行之有效的設(shè)計規(guī)范和設(shè)計模型。設(shè)計師利用軟件高效完成工作的同時，能充分發(fā)揮創(chuàng)造潛力，完成工作的創(chuàng)造性部分。 四、課題進度安排 3月19日～4月1日．畢業(yè)實習階段。 畢業(yè)實習，查閱資料，到多個公司實踐，撰寫實習報告。 4月2日～4月15日．開題階段。 提出總體設(shè)計方案及草圖，填寫開題報告。 4月16日～5月23日． 設(shè)計初稿階段。 完成總體設(shè)計圖、部件圖、零件圖。 5月24日～6月7日． 中期工作階段。 完善設(shè)計圖紙，編寫畢業(yè)設(shè)計說明書，中期檢查。 6月8日～6月10日．畢業(yè)設(shè)計預(yù)答辯。 6月11日～6月18日．畢業(yè)設(shè)計整改。 圖紙修改、設(shè)計說明書修改、定稿，材料復(fù)查。 6月19日～6月21日．畢業(yè)設(shè)計材料評閱。 6月22日～6月24日．畢業(yè)答辯。 6月25日～6月28日．材料整理裝袋。 五、指導(dǎo)教師意見 　　 　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　 　　 年　 月　　日 六、專業(yè)系意見 年　 月　　日 七、學院意見 年　 月　　日 ６ 液壓集成塊CAD技術(shù)的發(fā)展與研究 摘要:本文介紹了液壓集成塊的現(xiàn)階段發(fā)展狀況以及它在集成系統(tǒng)中的作用。在分析液壓集成塊CAD應(yīng)用開發(fā)進展的基礎(chǔ)上，提出了深入開展液壓集成塊CAD研究開發(fā)的中心任務(wù)是完善集成塊設(shè)計規(guī)范和過程建模。支持并持續(xù)改進集成塊設(shè)計的整個過程，是液壓集成塊CAD研究開發(fā)的目標。過程建模的思想方法將促使企業(yè)建立和改進開發(fā)能力成熟模型，進而提高企業(yè)的整體開發(fā)能力。 關(guān)鍵詞： 液壓集成塊；CAD技術(shù); 開發(fā)； 研究 The Development and Research of CAD Technic for Hydraulic Manifold Block Abstract: Summary : This text has introduced the state of development and its role in integrated system of the present stage that the hydraulic pressure integrates one. On the basis of analysing that integrates a progress for CAD application and development in hydraulic pressure, is it launch hydraulic pressure integrate pieces of central task that CAD research and develop to is it integrate pieces of design specification and course modeling to perfect thoroughly to put forward. Support and is it integrate pieces of whole course that design to improve continuously, it is hydraulic pressure that integrate pieces of goal that CAD researches and develops. The modeling way of thinking of the course will impel enterprises to set up and improve the ripe model of development ability, and then improve the whole development ability of enterprises. Key words: Hydraulic manifold block；CAD technique；Exploiture；Research 前言 在液壓系統(tǒng)設(shè)計中，液壓集成塊設(shè)計是一項關(guān)鍵的工作，液壓集成塊是安裝各種液壓元件，并在其內(nèi)部按照系統(tǒng)原理要求實現(xiàn)元件之間油道連通的復(fù)雜功能塊。它的應(yīng)用使液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更加緊湊，安裝和調(diào)試也更加靈活方便。在一定尺寸限制的塊體上如何按照系統(tǒng)原理要求，正確合理的設(shè)計多個通道，對設(shè)計人員來說是一項艱巨的任務(wù)，因而單靠手工設(shè)計集成塊不僅速度慢，而且難免在設(shè)計過程中發(fā)生錯誤，影響工作的正常進行，造成很大的時間與資源的浪費。 正文 液壓集成塊作為各式板式閥，插裝閥及其其他附件的承裝載體，因液壓系統(tǒng)組成的非標準性和所承裝閥體及其相互連通關(guān)系的多樣性所致，其外部是多種不同格式和規(guī)格的液壓元件在各個方面的緊湊布局，內(nèi)部為十分密集，復(fù)雜的孔系網(wǎng)絡(luò)，在液壓集成塊自動優(yōu)化設(shè)計功能軟件系統(tǒng)開發(fā)中，一項重要的內(nèi)容是建立含有足夠信息量的且方便適用的液壓元件數(shù)據(jù)庫和圖形庫。對于液壓集成塊而言，安裝在塊上的各種液壓元件相關(guān)數(shù)據(jù)構(gòu)成了設(shè)計的基礎(chǔ)性信息，如：元件的外型尺寸，底版孔系數(shù)據(jù)，以及其他附加信息等，同時由于各個液壓生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的液壓元件系列不同，規(guī)格不同，種類繁多，外型尺寸各異，則深入剖析各類液壓元件的屬性及構(gòu)成規(guī)律，提取對集成塊設(shè)計有意義的信息，并按照一定的分類方法與集成塊 CAD技術(shù)接軌，深入開展液壓集成塊CAD的研究開發(fā)。 當前液壓集成塊CAD應(yīng)用開發(fā)受到了國內(nèi)外液壓界的廣泛重視，專業(yè)應(yīng)用軟件開發(fā)技術(shù)，方法，工具的不斷發(fā)展和成熟，又促使人們更深入地開展液壓集成塊的開發(fā)與研究。液壓集成塊的CAD的研究與開發(fā)已為液壓工程設(shè)計提供了有力的支持，但其發(fā)展?jié)摿€沒有充分發(fā)掘。由于液壓集成塊的高附價值，液壓集成塊CAD技術(shù)的應(yīng)用開發(fā)不但能夠滿足個別企業(yè)液壓集成塊的專業(yè)急需，同時也有望走上商品化專業(yè)軟件市場。對液壓集成塊CAD技術(shù)的研究開發(fā)提出全面的商品化，工程化要求并采取有效的方法學，技術(shù)和工具，將液壓集成塊CAD技術(shù)應(yīng)用軟件推向用戶市場是液壓集成塊CAD領(lǐng)域的重要工作。 液壓集成塊CAD應(yīng)用軟件將能自動生成與獲得最優(yōu)的布局不孔集成方案。實現(xiàn)了液壓集成塊布局孔集成方案的自動優(yōu)化設(shè)計。利用該軟件用戶只需要輸入液壓原理圖所提供的液壓元件及其元件之間的連通關(guān)系，則計算機自動完成中間的處理過程，包括液壓元件在集成塊體上的布局定位，實時干涉校核下的孔道自動連通，連通方案的目標評價和布局方案的自動調(diào)整等步驟。最后形成集成塊的布局布孔最優(yōu)方案。在優(yōu)化設(shè)計過程中，需要以下幾項數(shù)據(jù)：1.元件的外型尺寸，用于裝配時進行外型干涉校核 2.元件底版孔系數(shù)據(jù)，包括元件底版上各油孔，螺紋孔等的坐標位置和孔道大小，以及深度要求和安裝精度要求等 3.元件本身屬性，包括元件裝配的優(yōu)先面，優(yōu)先角度等 利用CAD的三維實體造型功能，可以將液壓集成塊自動設(shè)計結(jié)果，即集成塊外部元件布局和內(nèi)部孔道布局的集成方案，在CAD圖形庫中自動生成集成塊的三維結(jié)構(gòu)圖和裝配圖，在CAD的三維瀏覽工具的支持下，可以實現(xiàn)對集成塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖和裝配圖的多方位，多角度的觀察，進而對檢驗方案結(jié)果及優(yōu)劣程度進行改造。其中，液壓集成塊三維裝配圖生成需要液壓元件圖形庫的支持。 安裝在液壓集成塊上的液壓元件通常有液壓閥，管接頭以及儀表等附件，多為標準件，并且同一系列同一類型不同型號的元件，其結(jié)構(gòu)基本相似，僅尺寸略有不同。因此液壓元件圖形庫較適合采用驅(qū)動法來建立，可以利用MDT提供的表驅(qū)動技術(shù)生成液壓元件的三維模型，完成元件圖形庫的設(shè)計開發(fā)。 MDT（AutoCAD Mechanical Desktop）是Autodesk公司在AutoCAD基礎(chǔ)上開發(fā)的基于特征的參數(shù)化三維實體造型軟件，是融二維繪圖和三維造型于一體的機械設(shè)計平臺。它包括參數(shù)花實體特征造型、曲面造型、零部件裝配及干涉檢查。三維與二維雙向關(guān)聯(lián)繪圖，是運行于微機上較為典型的機械CAD軟件之一。 針對集成塊CAD技術(shù)，當前由上海第704研究所和上海交通大學聯(lián)合開發(fā)的集成塊校孔繪圖軟件，已在工程實踐中發(fā)揮作用，有效保證了復(fù)雜集成塊的設(shè)計質(zhì)量。雙方在經(jīng)過多年的集成塊設(shè)計及其應(yīng)用軟件的研究開發(fā)，在工程實踐基礎(chǔ)上總結(jié)液壓集成塊設(shè)計規(guī)范，為集成塊CAD的深入研究開發(fā)創(chuàng)造了有利條件。液壓集成塊?？桌L圖軟件定位在集成塊設(shè)計中的孔道檢驗和自動繪圖兩個環(huán)節(jié)，即經(jīng)圖形用戶界面基于設(shè)計草圖輸入有關(guān)設(shè)計結(jié)果和設(shè)計要求，從而建立集成塊體的數(shù)學模型。通過多種方式全面檢查內(nèi)部孔道幾何關(guān)系，并比較驗證預(yù)定的連通關(guān)系要求，確定塊體設(shè)計中存在的問題。借助三維幾何觀察器顯示局部細節(jié)以及直接確定問題所在。從而幫助使用者識別設(shè)計錯誤，并采取必要的修正措施修改塊體模型有關(guān)數(shù)據(jù)。 從實踐中認識到裝業(yè)應(yīng)用開發(fā)的重心應(yīng)放在染件的人機界面和軟件質(zhì)量上。?？总浖腔谡_的塊體數(shù)學模型自動生成規(guī)范的圖紙。在校孔繪圖軟件中，集成塊設(shè)計信息與孔道效驗質(zhì)量特別是可靠性是該軟件開發(fā)的成敗，同時也影響工作效率。因此，就現(xiàn)階段該軟件使用狀況而言仍需要進一步的完善與強化。 就液壓集成塊CAD研究開發(fā)的工程化和商業(yè)化來說，盡管孔道繪圖部分已經(jīng)有經(jīng)驗基礎(chǔ)，但這仍不夠。?？桌L圖一度是集成塊設(shè)計的首要問題，軟件應(yīng)該保證一個完整而正確的集成塊設(shè)計過程，在明確給定設(shè)計結(jié)果表達形式和正確性的判斷依據(jù)的同時，集成塊設(shè)計規(guī)范更應(yīng)強調(diào)有效設(shè)計集成塊的過程規(guī)則，強調(diào)集成塊設(shè)計過程的規(guī)范性。 在軟件工程中，方法學是指導(dǎo)應(yīng)用開發(fā)的一種有效手段，它強調(diào)從軟件過程的全局框架出發(fā)，把握應(yīng)用開發(fā)項目的過程，隨著軟件應(yīng)用不斷進入過程專業(yè)領(lǐng)域，方法學也隨之滲透到各種硬產(chǎn)品及其過程的建模。 目前，在液壓集成塊設(shè)計應(yīng)用開發(fā)中仍拘泥于產(chǎn)品的設(shè)計結(jié)果信息建模，而在孔道校驗繪圖軟件中，集成塊的設(shè)計信息轉(zhuǎn)化為數(shù)學模型記錄到相關(guān)描述文件，據(jù)此得到集成塊的三維幾何模型，并生成二維圖紙作為設(shè)計結(jié)果，此外對設(shè)計過程建模并無涉足?，F(xiàn)在關(guān)于集成塊CAD的研究開發(fā)，不能停留于結(jié)果信息建模，而要面向整個設(shè)計過程的建模。為此，需要強調(diào)完善集成塊的設(shè)計規(guī)范，特別是其設(shè)計過程規(guī)范，不斷完善集成塊設(shè)計規(guī)范和過程建模對液壓集成塊CAD研究開發(fā)的深入是當務(wù)之急。 就設(shè)計全過程來說，設(shè)計師的工作從液壓控制系統(tǒng)原理方案分析開始，確定集成范圍和目標要求，構(gòu)思總體部署方案和確定全部元件規(guī)格及其安裝位置，根據(jù)原理要求設(shè)計塊體孔系，設(shè)計師在塊體設(shè)計中要遵循設(shè)計規(guī)范與準則，獲得集成塊裝配草圖與零件設(shè)計草圖，孔道校驗和技術(shù)文件編制。然而集成塊CAD研究開發(fā)的目標在于促使設(shè)計師發(fā)揮創(chuàng)造性，即應(yīng)用開發(fā)應(yīng)定位于集成塊設(shè)計的前端。根據(jù)過程改進要求獲得設(shè)計過程規(guī)范是過程建模的前提。按照設(shè)計及開發(fā)能力以及過程改進的方法學框架，逐步建立行之有效的設(shè)計規(guī)范和設(shè)計模型。設(shè)計師利用軟件高效完成工作的同時，能充分發(fā)揮創(chuàng)造潛力，完成工作的創(chuàng)造性部分，即為集成塊CAD研究開發(fā)的最高目標。明確這一目標，液壓集成塊CAD研究開發(fā)任務(wù)也就明確了。 液壓集成塊CAD研究開發(fā)必須著眼于全局與長遠，并著手于近期急需及條件允許的有限目標范圍來實施。過程建模將成為集成塊CAD研究的關(guān)鍵；過程重組，再工程的方法學框架明確了液壓集成塊CAD研究開發(fā)的方向和中心內(nèi)容。 參考文獻： [1].濮鳳根，胡偉民. 關(guān)于液壓集成塊CAD研究開發(fā)的進一步探討. 1997 [2].濮鳳根，胡偉民. 集成塊CAD研究和塊體?？桌L圖軟件開發(fā). 1997（2） [3].王益群，尹紅霞. 液壓集成塊的研究與開發(fā).2001（1） [4].賈竹青. 液壓集成塊設(shè)計法分析.1998（1） [5].張永利，高艷明，代寶江，馮毅，田樹軍. 面向液壓集成塊設(shè)計的液壓元件數(shù)據(jù)庫和圖形庫.2004. 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