汽車工業(yè)用裝裝卸機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)【含全套CAD圖紙】

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購(gòu)買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 題 目： 汽車工業(yè)用裝裝卸機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 院 、 系： 姓 名： 指導(dǎo)教師： 系 主 任： 年 月 日 購(gòu)買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 學(xué)生姓名 ： 學(xué)號(hào)： 學(xué) 院： 專業(yè)： 任務(wù)起止時(shí)間： 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目： 汽車工業(yè)用裝裝卸機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)工作 內(nèi)容： 1、 完成選題，下達(dá)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書 （第 1） 2、 查閱、收集、資料，了解曲軸搬運(yùn)機(jī)械手及其發(fā)展的現(xiàn)狀，完成開題報(bào)告（第 3） 3、 基本設(shè)計(jì)出發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸搬運(yùn)機(jī)械手的主要功能的總體框架，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)過程有初步、系統(tǒng)地認(rèn)識(shí)，總體思路基本明確 （第 5） 4、 完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)，撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)論文，完成圖紙繪制 （第 9） 5、 上交所有畢業(yè)設(shè)計(jì)材料，做答辯準(zhǔn)備 （第 1） 資料： 孟慶鑫 M]爾濱工業(yè)大學(xué)出版社， 導(dǎo)教師意見： 簽名： 年 月 日 系主任意見： 簽名： 年 月 日 教務(wù)處制表 購(gòu)買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 開 題 報(bào) 告 學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 專 業(yè) 班 級(jí) 指導(dǎo)教師 **年 * 月 * 日 購(gòu)買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 課題題目及 來源： 題目：汽車工業(yè)用裝裝卸機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 來源：“機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”企業(yè)合作項(xiàng)目（指導(dǎo)教師制定題目） 課題研究的意義和國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀： 課題研究意義 工業(yè)機(jī)械手是近代自動(dòng)控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項(xiàng)新技術(shù)，并已成為現(xiàn)代機(jī)械制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分，這種新技術(shù)發(fā)展很快，逐漸成為一門新興的學(xué)科 —— 機(jī)械手工程。機(jī)械手涉及到力學(xué)、機(jī)械學(xué)、電器液壓技術(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，是一門跨學(xué)科綜合技術(shù)。工業(yè)機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動(dòng)生產(chǎn)設(shè)備。工業(yè)機(jī)械手也是工業(yè)機(jī) 器人的一個(gè)重要分支。他的特點(diǎn)是可以通過編程來完成各種預(yù)期的作業(yè)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)在人的智能和適應(yīng)性。機(jī)械手作業(yè)的準(zhǔn)確性和環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域有著廣泛的發(fā)展空間。 在生產(chǎn)實(shí)踐中，常常需要將上料、加工、卸料等工序進(jìn)行合理的安排，組成一條自動(dòng)流水加工線。但在流水線上加工時(shí)，搬運(yùn)工作由人工完成，不可避免地存在著勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)安全難以保障、定位精度不高等問題，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)質(zhì)量、生產(chǎn)效率和單位的經(jīng)濟(jì)效益。當(dāng)生產(chǎn)效率很高時(shí)，為了減少工人數(shù)量，改善工人的勞動(dòng)條件，提高勞動(dòng)生 產(chǎn)率這就需要使自動(dòng)線上工件搬運(yùn)自動(dòng)化。于是針對(duì)這一問題就提出了要研制一種搬運(yùn)機(jī)械手來代替工人實(shí)現(xiàn)工件的搬運(yùn)上線 ,并且能滿足定位和重復(fù)定位精度。用搬運(yùn)機(jī)械手來代替工人搬運(yùn)工件可以減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少自動(dòng)線上的工人數(shù)目，同時(shí)也提高了生產(chǎn)效率并且精度也得到了保障。 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 我國(guó)目前已基本掌握了機(jī)器人操作機(jī)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)、控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)技術(shù)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù)，生產(chǎn)了部分機(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(tái)噴漆機(jī)器人在二十余家企業(yè)的近 30 條自動(dòng)噴漆生產(chǎn)線 上獲得規(guī)模應(yīng)用，弧焊機(jī)器人以應(yīng)用在汽車制造廠的焊裝線上。但總的來看，我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國(guó)外比還有一定的差距，如：可靠性低于國(guó)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(guó)外比有差距。以上原因主要是沒有形成機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，當(dāng)前我國(guó)的機(jī)器人生產(chǎn)都是應(yīng)用戶的要求，品種規(guī)模多、批量小、零部件通用化程度低、供貨周期長(zhǎng)、成本也不低，而且質(zhì)量可靠性也不穩(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(duì)產(chǎn)品進(jìn)行全面規(guī)劃，搞好系列化、通用化、模塊化設(shè)計(jì)，積極推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程 。 購(gòu)買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 國(guó)外研究現(xiàn)狀 國(guó)外 在機(jī)器人領(lǐng)域發(fā)展較快，近幾年有如下幾個(gè)趨勢(shì) : (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(jià)格不斷下降，平均單機(jī)價(jià)格從 2001 年的 美元降至 2007 年的 65萬美元。 (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(cè)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(guó)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 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。 (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。 (5)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在機(jī)器人中的作用已從仿真、預(yù)演發(fā)展到用于過程控制，如使遙控機(jī)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)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(shí)驗(yàn)室進(jìn)入實(shí)用化階段。美國(guó)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(shí)例。 (7)機(jī)器人化機(jī)械開始興起。從 94 年美國(guó)開發(fā)出“虛擬軸機(jī)床”以來，這種新型裝置已成為國(guó)際研究的熱點(diǎn)之一，紛紛探索開拓其實(shí)際應(yīng)用的領(lǐng)域。我國(guó)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(guó)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)器人操作機(jī)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)、控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)技術(shù)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù)，生產(chǎn)了部 分機(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(tái)套噴漆機(jī)器人在二十余家企業(yè)的近 30 條自動(dòng)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(guó)的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國(guó)外比還有一定的距離，如 :可靠性低于國(guó)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(guó)外比有差距 ;在應(yīng)用規(guī)模上，我國(guó)己安裝的國(guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人約 200 臺(tái)，約占全球已安裝臺(tái)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(guó)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(jì)”，品種規(guī)格多、批量小、零部件通用化程度低、供貨周期長(zhǎng)、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)鍵技術(shù)，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行全面規(guī)劃，搞好系列化、通用化、模塊化設(shè)計(jì)，積極推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。我國(guó)的智能機(jī)器人和特種機(jī)器人在“ 863”計(jì)劃的支持下，也取得了不少成果。購(gòu)買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 其中最為突出的是水下機(jī)器人， 6000m 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、聲覺等基礎(chǔ)技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用上開展了不少工作，有 了一定的發(fā)展基礎(chǔ)。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)用方面則剛剛起步，與國(guó)外先進(jìn)水平差距較大，需要在原有成績(jī)的基礎(chǔ)上，有重點(diǎn)地系統(tǒng)攻關(guān)，才能形成系統(tǒng)配套可供實(shí)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。 購(gòu)買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 課題研究的主要內(nèi)容和方法，預(yù)期目標(biāo)及研究過程中 研究步驟、方法及措施 ： 研究?jī)?nèi)容 研究?jī)?nèi)容： 根據(jù)給定的工況條件和基本要求，從機(jī)械原理和機(jī)械結(jié)構(gòu)對(duì)搬運(yùn)機(jī)械手進(jìn)行具體的分析和設(shè)計(jì)。 對(duì)機(jī)械手的傳動(dòng)、驅(qū)動(dòng)等主要部件進(jìn)行選型和校核，并結(jié)合原理圖等對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的工作方法和原理進(jìn)行描述。應(yīng)該機(jī)械手有兩個(gè)自由度，均為移動(dòng)自由度，綜合機(jī)械手的工作載荷和工作現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境對(duì)機(jī)械手布局以及定位精度的具體要求，手臂運(yùn)動(dòng)均為直線運(yùn)動(dòng)，液壓部分采用采用單活塞桿液壓缸來實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。 設(shè)計(jì)大綱 第一．引言 機(jī)械手的概念；機(jī)械手的簡(jiǎn)史；機(jī)械手的組成；機(jī)械手的生產(chǎn)應(yīng)用簡(jiǎn)述 第二．機(jī)械手的設(shè)計(jì) 機(jī)械手的總體設(shè)計(jì)；機(jī)械手的手部設(shè)計(jì)；機(jī)械手的手臂設(shè)計(jì)；機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第三．液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)與計(jì)算 確定液壓系統(tǒng)基本方案；擬 定液壓執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)控制回路；液壓源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；繪制液壓系統(tǒng)圖；確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)；選擇液壓元件；液壓系統(tǒng)性能的驗(yàn)算 第四．機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 機(jī)械手控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)；機(jī)械手的作業(yè)流程；機(jī)械手操作面板布置；控制器的選型；控制系統(tǒng)原理分析； 部接線設(shè)計(jì) 第五．總結(jié)與展望，最后結(jié)束。 解決的問題 機(jī) 械手主要由手部和運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。手部是用來抓 住 工件 或工具 的部件，根據(jù)被抓 住工件 的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式 。 機(jī)械手配件運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動(dòng)、移動(dòng)或復(fù)合運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作，改變被 抓持物件的位置和姿勢(shì) 。 本文應(yīng)解決該曲軸搬運(yùn)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)部件，液壓部分以及電路控制部件設(shè)計(jì)。 預(yù)期目標(biāo) 對(duì)汽車曲軸的生產(chǎn)常常需要將上料、加工、卸料等工序進(jìn)行合理的安排，組成一條自動(dòng)流水加工線。 設(shè)計(jì)中 采用液壓機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)機(jī)械手具有結(jié) 具有 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ，尺寸緊湊 ， 重量輕 ， 控制方便，驅(qū)動(dòng)力大等特點(diǎn)。 設(shè)計(jì)中 擬用的 氣控制與液壓系統(tǒng)結(jié)合，技術(shù)成熟，易于實(shí)現(xiàn)，且保證了工件搬運(yùn)過程中的快、準(zhǔn)、穩(wěn)，達(dá)到了預(yù)期設(shè)計(jì)目標(biāo)。 購(gòu)買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 研究步驟、方法及措施 第一階段：準(zhǔn)備階段：了解工業(yè)機(jī)器人的現(xiàn)狀和發(fā)展，查閱課題相關(guān)的國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)，擬訂設(shè)計(jì)思路 。 第二階段：設(shè)計(jì)階段：確定總體設(shè)計(jì)方案，根據(jù)課題給定的工況條件和基本要求進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，確定主要參數(shù)，對(duì)所得數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行分析、處理，對(duì)機(jī)械手系統(tǒng)的傳動(dòng)、驅(qū)動(dòng)等主要部件進(jìn)行選型和校核。 第三階段：制圖階段：整理各類資料和數(shù)據(jù)，利用 圖，分別做出系統(tǒng)的總裝圖及各部件的裝配圖和零件圖。 第四階段：總結(jié)階段：撰寫設(shè)計(jì)說明書，檢查圖紙，準(zhǔn)備答辯。 課題研究所需的參考文獻(xiàn)： ［ 1］孫桓，陳作模，葛文杰．機(jī)械原理．北京：高等教育出版社， 2006 ［ 2］濮良貴，紀(jì)名剛．機(jī)械設(shè)計(jì)．北京：高等教育出版社， 2006 ［ 3］徐福玲，陳堯明．液壓與氣壓傳動(dòng)．北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2007 ［ 4］劉鴻文．材料力學(xué)．北京：高等教育出版社， 2004 ［ 5］張世昌，李旦，高航．機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)．北京：高等教育出版社， 2007 ［ 6］毛平淮．互換性與測(cè)試技術(shù)．北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2006 ［ 7］杜志俊．工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用與發(fā)展趨勢(shì)．北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2002 ［ 8］朱世強(qiáng)，王宣銀．機(jī)器人技術(shù)及其應(yīng)用．杭州：浙江大學(xué)出版社， 2006 ［ 9］原魁．工業(yè)機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)．中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所， 2007 ［ 10］萩原方彥（日）．機(jī) 械實(shí)用手冊(cè)．科學(xué)出版社， 2007 年第 2 版 ［ 11］周恩濤，周士昌．液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)械手的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制．中國(guó)機(jī)械工程第 12 卷第 4 期，購(gòu)買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 2001． 4 ［ 12］張新聚，曹慧琴，楊雪．程控通用機(jī)器人的設(shè)計(jì)．液壓與氣動(dòng) 2007 年第 2 期， 2007 ［ 13］陳愛珍．日本工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀．機(jī)械工程師 2008 年第 7 期， 2008 ［ 14］工業(yè)機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀淺談．自動(dòng)化博覽 2007 年 4 月刊， 2007． 4 ［ 15］趙臣，王剛．我國(guó)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀調(diào)研報(bào)告．機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用， 16］ . . 9 17］ D. A 導(dǎo)教師審查意見： 指導(dǎo)教師簽字 ： 指導(dǎo)委員會(huì)意見審核意見： 組長(zhǎng)簽字： I 汽車工業(yè)用裝裝卸機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 摘 要 本設(shè)計(jì) 如今，隨著工業(yè)技術(shù)幾十年的發(fā)展，機(jī)械手在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用，它可以代替工人來進(jìn)行各種循環(huán)單調(diào)，危險(xiǎn)，以及高疲勞強(qiáng)度的工作，從而提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量，降低了生產(chǎn)作業(yè)中的安全隱患。 機(jī) 械手主要由手 部和運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。手部是用來抓 住 工件 或工具 的部件，根據(jù)被抓 住工件 的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式 。 機(jī)械手配件運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動(dòng)、移動(dòng)或復(fù)合運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作，改變被抓持物件的位置和姿勢(shì)。 本文介紹了過對(duì)曲軸搬運(yùn)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，詳細(xì)討論了機(jī)械手的手抓、手臂、機(jī)身等主要部件的設(shè)計(jì)與選擇，并給出了所需要的參數(shù)和計(jì)算。 最后通過本次設(shè)計(jì)，將大學(xué)所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行了鞏固和應(yīng)用，提高了動(dòng)手和動(dòng)腦的能力。 關(guān)鍵詞 機(jī)械手；液壓驅(qū)動(dòng)；液壓缸； is in a of it so as to to of is of is to or to of is a of of or to of of of of we of of i 目 錄 摘 要 ....................................................... I ....................................................... 1 章 緒論 ................................................... 1 械手的概念 ............................................ 1 械手的簡(jiǎn)史 ............................................ 1 械手的組成 ............................................ 2 行機(jī)構(gòu) ........................................... 2 動(dòng)機(jī)構(gòu) ........................................... 2 制機(jī)構(gòu) ........................................... 2 械手的生產(chǎn)應(yīng)用簡(jiǎn)述 .................................... 2 第 2 章 機(jī)械手的設(shè)計(jì) ........................................... 4 械手的總體設(shè)計(jì) ........................................ 4 械手的總體結(jié)構(gòu)類型 ............................... 4 械手的總體設(shè)計(jì) ................................... 5 械手的手部設(shè)計(jì) ........................................ 5 部概述 ........................................... 5 部的設(shè)計(jì)方案 ..................................... 6 械手的手臂設(shè)計(jì) ........................................ 7 臂概述 ........................................... 7 臂的設(shè)計(jì) ......................................... 8 械手的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) .................................... 9 動(dòng)系統(tǒng)概述 ....................................... 9 動(dòng)系統(tǒng)的選擇原則 ................................. 9 器人液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) ................................ 10 動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案 ................................ 10 第 3 章 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)與計(jì)算 .................................... 11 定液壓系統(tǒng)基本方案 ................................... 11 定液壓執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)控制回路 ........................... 12 壓源系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ....................................... 12 制液壓系統(tǒng)圖 ......................................... 12 定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù) ................................. 13 擇液壓元件 ........................................... 17 壓系統(tǒng)性能的驗(yàn)算 ..................................... 18 第 4 章 機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) .................................. 19 械手控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) ................................. 19 械手的作業(yè)流程 ....................................... 19 械手操作面板布置 ..................................... 20 制器的選型 ........................................... 20 制系統(tǒng)原理分析 ....................................... 21 部接線設(shè)計(jì) ........................................ 22 結(jié)論 ...................................................... 23 致謝 ...................................................... 24 參考文獻(xiàn) ...................................................... 25 1 第 1章 緒論 械手的概念 機(jī)械手是指用于再現(xiàn)人手功能的技術(shù)裝置。機(jī)械手是模仿著人手的部分動(dòng)作，按給定程序、軌跡和要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓取、搬運(yùn)或操作的自動(dòng)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。 工業(yè)機(jī)械手是近代自動(dòng)控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項(xiàng)新技術(shù)，并已成為現(xiàn)代機(jī)械制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分，這種新技術(shù)發(fā)展很快，逐漸成為一門新興的學(xué)科 —— 機(jī)械手工程。機(jī)械手涉及到力學(xué)、機(jī)械學(xué)、電器液壓技術(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，是一門跨學(xué)科綜合技術(shù)。 工業(yè)機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科 技自動(dòng)生產(chǎn)設(shè)備。工業(yè)機(jī)械手也是工業(yè)機(jī)器人的一個(gè)重要分支。他的特點(diǎn)是可以通過編程來完成各種預(yù)期的作業(yè)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)在人的智能和適應(yīng)性。機(jī)械手作業(yè)的準(zhǔn)確性和環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域有著廣泛的發(fā)展空間。 機(jī)械手的發(fā)展是由于它的積極作用正日益為人們所認(rèn)識(shí)：其一、它能部分的代替人工操作；其二、它能按照生產(chǎn)工藝的要求，遵循一定的程序、時(shí)間和位置來完成工件的傳送和裝卸；其三、它能操作必要的機(jī)具進(jìn)行焊接和裝配，從而大大的改善了工人的勞動(dòng)條件，顯著的提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，加快實(shí)現(xiàn)工業(yè) 生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化的步伐。因而，受到很多國(guó)家的重視，投入大量的人力物力來研究和應(yīng)用。尤其是在高溫、高壓、粉塵、噪音以及帶有放射性和污染的場(chǎng)合，應(yīng)用的更為廣泛。在我國(guó)近幾年也有較快的發(fā)展，并且取得一定的效果，受到機(jī)械工業(yè)的。 機(jī)械手是一種能自動(dòng)控制并可從新編程以變動(dòng)的多功能機(jī)器，他有多個(gè)自由度，可以搬運(yùn)物體以完成在不同環(huán)境中的工作。 機(jī)械手的結(jié)構(gòu)形式開始比較簡(jiǎn)單，專用性較強(qiáng)。 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(shí)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(jiǎn)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)品種的中小批量生產(chǎn)中獲得廣泛的引用。 械手的簡(jiǎn)史 機(jī)械手首先是從美國(guó)開始研制的。 1958 年美國(guó)聯(lián)合控制公司研制出第一臺(tái)機(jī)械手。 1962 年，美國(guó)機(jī)械鑄造公司在上述方案的基礎(chǔ)之上又試制成一臺(tái)數(shù)控示教再現(xiàn)型機(jī)械手。商名為 萬能自動(dòng) )。同年該公司和普魯曼公司2 合并成立萬能自動(dòng)公司（ ,專門生產(chǎn)工業(yè)機(jī)械手。 1962 年美國(guó)機(jī)械鑄造公司也試驗(yàn)成功一種叫 械手，原意是靈活搬運(yùn)。 1978 年美國(guó) 司和斯坦福大學(xué)、麻省理工學(xué)院聯(lián)合研制一種工業(yè)機(jī)械手，裝有小型電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，用于裝配作業(yè)，定位誤差可小于± 1 毫米。 第二代機(jī)械手正在加緊研制。它設(shè)有微型電子計(jì)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，把感覺到的信息反饋，使機(jī)械手具有感覺機(jī)能。目前國(guó)外已經(jīng)出現(xiàn)了觸覺和視覺機(jī)械手。 第三代機(jī)械手（機(jī)械人）則能獨(dú)立地完成工作過程中的任務(wù)。它與電子計(jì)算機(jī)和電視設(shè)備保持聯(lián)系。 械手的組成 機(jī)械手由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制機(jī)構(gòu)三部分組成 。 行機(jī)構(gòu) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括手部、手臂和軀干。手部裝在手臂前端，可以轉(zhuǎn)動(dòng)、開閉手指。機(jī)械手手部的構(gòu)造系統(tǒng)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)量又可以分為二指、三指、四指等，其中以二指用得最多?？筛鶕?jù)夾持對(duì)象的形狀和大小配備多種形狀和尺寸的夾頭，以適應(yīng)操作的需要。手臂的作用是引導(dǎo)手指準(zhǔn)確地抓住工件，并運(yùn)送到所需要的位置上。為了使機(jī)械手能夠正確地工作，手臂的三個(gè)自由度都需要精確地定位。總之，機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)離不開直線移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)二種，因此它采用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要是直線液壓缸、擺動(dòng)液壓缸、電 液脈沖馬達(dá)、伺服液壓馬達(dá)、交流伺服電動(dòng)機(jī)、直流伺服電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)等。軀干是安裝手臂、動(dòng)力源和各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)的機(jī)架。本設(shè)計(jì)采用二指的構(gòu)造，直線液壓缸。 動(dòng)機(jī)構(gòu) 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是工業(yè)機(jī)械手的重要組成部分。根據(jù)動(dòng)力源的不同 , 工業(yè)機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)大致可分為液壓、氣動(dòng)、電動(dòng)和機(jī)械驅(qū)動(dòng)等四類。采用液壓機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)機(jī)械手 ,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸緊湊、重量輕、控制方便。 制機(jī)構(gòu) 在機(jī)械手的控制上，有點(diǎn)動(dòng)控制和連續(xù)控制兩種方式。大多數(shù)用插銷板進(jìn)行點(diǎn)位控制，也有采用可編程序控制器控制、微型計(jì)算機(jī)控制，采用凸輪、磁 盤磁帶、穿孔卡等記錄程序。主要控制的是坐標(biāo)位置，并注意其加速度特性。 械手的生產(chǎn)應(yīng)用簡(jiǎn)述 3 機(jī)械手是工業(yè)自動(dòng)控制領(lǐng)域中經(jīng)常遇到的一種控制對(duì)象。機(jī)械手可以完成許多工作，如搬運(yùn)、裝配、切割、噴染等等，應(yīng)用非常廣泛。 在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程中的自動(dòng)化已成為突出的主題。各行各業(yè)的自動(dòng)化水平越來越高，現(xiàn)代化加工車間，常配有機(jī)械手，以提高生產(chǎn)效率，完成工人難以完成的或者危險(xiǎn)的工作?？稍跈C(jī)械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)很大程度上不是連續(xù)的。工業(yè)機(jī)械手是為實(shí)現(xiàn)這些工序而產(chǎn)生的。目前機(jī)械手常用于工業(yè)中快速抓取工件并將工件 轉(zhuǎn)移到下一個(gè)生產(chǎn)工序。本文以能夠?qū)崿F(xiàn)這類工作的搬運(yùn)機(jī)械手為設(shè)計(jì)對(duì)象。 4 第 2章 機(jī)械手的設(shè)計(jì) 械手的總體設(shè)計(jì) 械手的總體結(jié)構(gòu)類型 工業(yè)機(jī)械手有很多種分類方法，目前還沒有統(tǒng)一的分類標(biāo)準(zhǔn)，比如可以按機(jī)械手的結(jié)構(gòu)坐標(biāo)系提點(diǎn)分類，或者按機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方式分類，也可以按機(jī)械手的用途分類。在這里我們按工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)坐標(biāo)系特點(diǎn)來進(jìn)行分類。 工業(yè)機(jī)械手按結(jié)構(gòu)坐標(biāo)系特點(diǎn)可以分為直角坐標(biāo)型，圓柱坐標(biāo)型，球坐標(biāo)型，關(guān)節(jié)型四種。如圖 示。 圖 業(yè)機(jī)械手按結(jié)構(gòu)坐標(biāo)分類 1 直角坐標(biāo)型 直角坐標(biāo)型也稱為笛卡爾坐標(biāo)型或臺(tái)架型。這種機(jī)器人有三個(gè)線性關(guān)節(jié)組成，這三個(gè)關(guān)節(jié)用來確定末端操作器的位置，通常還帶有附加的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)用來確定末端操作器的姿態(tài)。這種機(jī)器人在 X,Y,Z 軸上的運(yùn)動(dòng)式獨(dú)立的，運(yùn)動(dòng)方程可獨(dú)立處理，且方程是線性的，因此進(jìn)行計(jì)算機(jī)操作控制簡(jiǎn)單；他可以兩端支撐，對(duì)于給定的結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度，剛性最大；他的進(jìn)度和位置分辨率不隨工作場(chǎng)合而變化，容易達(dá)到高精度。 2 圓柱坐標(biāo)型 圓柱坐標(biāo)機(jī)器人有兩個(gè)滑動(dòng)關(guān)節(jié)有兩個(gè)滑動(dòng)關(guān)節(jié)和一個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)來確定部件的位置，在附加一個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān) 節(jié)來確定部件的姿態(tài)。這種機(jī)器人可以繞中心軸旋轉(zhuǎn)一個(gè)角，工作范圍可以擴(kuò)大且計(jì)算簡(jiǎn)單；直線部分可以采用液壓驅(qū)動(dòng)，可以輸出較大的動(dòng)力。 3 球坐標(biāo)型 球坐標(biāo)機(jī)器人采用球坐標(biāo)系，它用一個(gè)滑動(dòng)關(guān)節(jié)和兩個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)來確定部件的位置，再用一個(gè)附加的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)確定部件的姿態(tài)。這種機(jī)器人可以繞5 中心軸旋轉(zhuǎn)，在中心支架附近的工作范圍很大，兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置容易密封，覆蓋工作空間較大。 4 關(guān)節(jié)型 關(guān)節(jié)型機(jī)器人的關(guān)節(jié)全部可以旋轉(zhuǎn)，類似于人的手臂，他是工業(yè)機(jī)器人中最常見的結(jié)構(gòu)，工作范圍較復(fù)雜。 械手的總體設(shè)計(jì) 圖 械手工作布局圖 在本設(shè)計(jì)中， 因?yàn)樵O(shè)計(jì)要求搬運(yùn)的工件的質(zhì)量要求為 20搬運(yùn)直線距離為 1000慮在滿足系統(tǒng)工藝要求的前提下，盡量簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，以減小成本、提高可靠度。該機(jī)械手在工作中只需要做直線運(yùn)動(dòng) ,其中手臂的升降和梁的平移為兩個(gè)直線運(yùn)動(dòng) ,機(jī)械手自由度數(shù)目取為 2，坐標(biāo)形式選擇直角坐標(biāo)形式，即 X 軸 Y 軸兩個(gè)移動(dòng)自由度，其特點(diǎn)是 :結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單 ,且有較高的定位準(zhǔn)確度。機(jī)械手工作布局圖如圖 示。 械手的手部設(shè)計(jì) 部概述 工業(yè)機(jī)器人的手部稱為末端操作器，是機(jī)器人直接用于抓取、握緊、吸附專用工具進(jìn)行操作的部件，他能夠模仿人手的動(dòng)作，是最重要的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，安裝于機(jī)器人手臂的前端。工業(yè)機(jī)器人發(fā)展到現(xiàn)在，應(yīng)用范圍越來越廣泛，被操作的工件的形狀、尺寸、重量、材料以及表面狀態(tài)各不相同，所以工業(yè)6 機(jī)器人末端操作器是多種多樣的，大部分末端操作器 的結(jié)構(gòu)是根據(jù)特定的工件專門加工的，常用的有以下幾種： 1， 夾鉗式取料手。 2， 吸附式取料手。 3， 專用操作器及轉(zhuǎn)換器。 4， 仿生多指靈巧手。 部的設(shè)計(jì)方案 由于本設(shè)計(jì)所搬運(yùn)的是發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸，所以選用夾鉗式取料手。 夾鉗式取料手是工業(yè)機(jī)器人最常用的一種末端操作器形式，在裝配流水線上用的較為廣泛。它一般由手指（手抓）、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、連接與支撐元件組成，工作機(jī)理類似于常用的手鉗。 指的設(shè)計(jì)方案 手指是夾鉗式取料手直接與工件接觸的部件。手部松開和夾緊工件是通過手指的張開與閉合實(shí)現(xiàn)的。機(jī)器人的手部一般有兩個(gè) 手指，個(gè)別有三個(gè)或多個(gè)手指，它們的結(jié)構(gòu)形式通常取決于被夾持工件的形狀和特性。指端的形狀有 V 型指，平面指、尖指等。 由于本設(shè)計(jì)被夾持的工件形狀為圓柱體，所以選用 V 型指，其特點(diǎn)是加持平穩(wěn)可靠，加持誤差小。如圖 示。 動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是向手指?jìng)鬟f運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，以實(shí)現(xiàn)加緊和松開動(dòng)作的機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)根據(jù)手指開合的動(dòng)作特點(diǎn)，分為回轉(zhuǎn)型和移動(dòng)型。 本設(shè)計(jì)采用回轉(zhuǎn)型傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，如圖 示。驅(qū)動(dòng)桿與連桿由銷連接，當(dāng)驅(qū)動(dòng)桿做直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，則通過兩岸推動(dòng)兩桿手指各繞其支點(diǎn)做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而使手指松開或閉 合。該機(jī)構(gòu)的活動(dòng)環(huán)節(jié)較多，所以定位精度會(huì)差一些。 7 圖 械手手指 圖 械手傳動(dòng)結(jié)構(gòu) 械手的手臂設(shè)計(jì) 臂概述 手臂是機(jī)器人執(zhí)行機(jī)構(gòu)中重要的部件，它的作用是將被抓取的工件運(yùn)送到指定的位置上，因而一般機(jī)器人手臂有三個(gè)自由度，即手臂的伸縮、左右8 回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動(dòng)。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)的，所以，它不僅僅承受被抓工件的重量，而且承受末端執(zhí)行器和手臂自身的重量。手臂的結(jié)構(gòu)、工作范圍、靈活性以及抓重大小和定位精度都直接影響機(jī)器人的工作性 能。在進(jìn)行機(jī)器人手臂設(shè)計(jì)時(shí)，要遵循下述原則； 互垂直的軸應(yīng)盡可能相交于一點(diǎn)，這樣可以使機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)正逆運(yùn)算簡(jiǎn)化，有利于機(jī)器人的控制。 作空間的形狀和大小與機(jī)器人手臂的長(zhǎng)度，手臂關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)范圍有密切的關(guān)系。但機(jī)器人手臂末端工作空間并沒有考慮機(jī)器人手腕的空間姿態(tài)要求，如果對(duì)機(jī)器人手腕的姿態(tài)提出具體的要求，則其手臂末端可實(shí)現(xiàn)的空間要小于上述沒有考慮手腕姿態(tài)的工作空間。 在保證 機(jī)器人手臂有足夠強(qiáng)度和剛度的條件下，盡可能在結(jié)構(gòu)上、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)器人手臂。目前，在國(guó)外，也在研究用碳纖維復(fù)合材料制造機(jī)器人手臂。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(jià)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(shí)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)器人手臂結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。在保證所需強(qiáng)度與剛度的情況下，減輕機(jī)器人手臂的重量。 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(dòng)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)。 對(duì)減小電機(jī)負(fù)載和提高機(jī)器人手臂運(yùn)動(dòng)的響應(yīng)速度是非常有利的。在設(shè)計(jì)機(jī)器人的手臂時(shí)，應(yīng)盡可能利用在機(jī)器人上安裝的機(jī)電元器件與裝置的重量來減小機(jī)器人手臂的不平衡重量，必要時(shí)還要設(shè)計(jì)平衡機(jī)構(gòu)來平衡手臂殘余的不平衡重量。 及驅(qū)動(dòng)裝置，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及其它元件的安裝。 臂的設(shè)計(jì) 機(jī)械手的垂直手臂（小臂）升降和水平手臂（大臂）的伸縮運(yùn)動(dòng)都為直線運(yùn)動(dòng)。直線運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)一般是氣動(dòng)傳動(dòng)，液壓傳動(dòng)以及電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠來實(shí)現(xiàn)?？紤]到搬運(yùn)工件的重量較大，考慮加工工件的質(zhì)量達(dá) 20中型重量，同時(shí)考慮到機(jī)械手的動(dòng)態(tài)性能及運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性，安全性，對(duì)手臂的剛度有較高的要求。綜合考慮，兩手臂的驅(qū)動(dòng)均選擇液壓驅(qū)動(dòng)方式，通過液壓缸的直接驅(qū)動(dòng)，液壓缸既是驅(qū)動(dòng)元件，又是執(zhí)行運(yùn)動(dòng)件，不用再設(shè)計(jì)另外的執(zhí)行件了；而且液壓缸實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)，控制簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)的控制。 9 因?yàn)橐簤合到y(tǒng)能提供很大的驅(qū)動(dòng)力， 因此在驅(qū)動(dòng)力和結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度都是比較容易實(shí)現(xiàn)的，關(guān)鍵是機(jī)械手運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性和剛度的滿足。因此手臂液壓缸的設(shè)計(jì)原則是缸的直徑取得大一點(diǎn)（在整體結(jié)構(gòu)允許的情況下），再進(jìn)行強(qiáng)度的較核。 同時(shí)，因?yàn)榭刂坪途唧w工作的要求，機(jī)械手的手臂的結(jié)構(gòu)不能太大，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。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)另外增設(shè)了導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，小臂增設(shè)了兩個(gè)導(dǎo)桿，盡量增加其剛度。通過增設(shè)導(dǎo)桿，能顯著提高機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)剛度和穩(wěn)定性，比較好的解決了結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定性的問題。 械手的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 動(dòng)系統(tǒng)概述 工 業(yè)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，按動(dòng)力源可以分為液壓、氣動(dòng)和電動(dòng)三大類。根據(jù)需要也可以將這三種基本類型組合成一個(gè)復(fù)合式的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。這三類基本驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的主要特點(diǎn)如下。 由于液壓技術(shù)是一種比較成熟的技術(shù)，它具有動(dòng)力大、力（或力矩）與慣量比大、快速響應(yīng)高、易于實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動(dòng)等特點(diǎn)。適合于在承載能力大，慣量大以及在防火防爆的環(huán)境中工作的機(jī)器人。但是，液壓系統(tǒng)需要進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換（電能轉(zhuǎn)換成液壓能），速度控制多數(shù)情況下采用節(jié)流調(diào)速，效率比電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)低，液壓系統(tǒng)的液體泄露會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染，工作噪音也較高。 系統(tǒng) 具有速度快，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便、價(jià)格低等特點(diǎn)。適用于中、小負(fù)荷的機(jī)器人中采用。但是因難于實(shí)現(xiàn)伺服控制，多用于程序控制的機(jī)器人中，如在上、下料和沖壓機(jī)器人中應(yīng)用較多。 由于低慣量、大轉(zhuǎn)矩的交、直流伺服電機(jī)及其配套的伺服驅(qū)動(dòng)器（交流變頻器、直流脈沖寬度調(diào)制器）的廣泛采用，這類驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在機(jī)器人中被大量采用。這類驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)不需要能量轉(zhuǎn)換，使用方便，噪聲較低，控制靈活。大多數(shù)電機(jī)后面需安裝精密的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。直流有刷電機(jī)不能直接用于要求防爆的工作環(huán)境中，成本上也較其他兩種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)高。但因?yàn)檫@類 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)比較突出，因此在機(jī)器人中被廣泛的使用。 動(dòng)系統(tǒng)的選擇原則 設(shè)計(jì)機(jī)器人時(shí)，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的選擇，要根據(jù)機(jī)器人的用途、作業(yè)要求、機(jī)器人的性能規(guī)范、控制功能、維護(hù)的復(fù)雜程度、運(yùn)行的功耗、性價(jià)比以及現(xiàn)有的條件等綜合因素加以考慮。在注意各類驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，綜合上10 述各因素，充分論證其合理性、可行性、經(jīng)濟(jì)性及可靠性后進(jìn)行最終的選擇。一般情況下： 括上下料）使用的有限點(diǎn)位控制的程序控制機(jī)器人，重負(fù)荷的選擇液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，中等負(fù)荷的可選電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，輕負(fù)荷的可選氣動(dòng)驅(qū)動(dòng) 系統(tǒng)。沖壓機(jī)器人多采用氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。 求具有點(diǎn)位和軌跡控制功能，需采用伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。只有采用液壓或電動(dòng)伺服系統(tǒng)才能滿足要求。點(diǎn)焊、弧焊機(jī)器人多采用電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。重負(fù)荷的任意點(diǎn)位控制的點(diǎn)焊及搬運(yùn)機(jī)器人選用液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。 器人液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 液壓系統(tǒng)自 1962 年在世界上第一臺(tái)機(jī)器人中應(yīng)用到現(xiàn)在，已在工業(yè)機(jī)器人中獲得了廣泛的應(yīng)用。目前，雖然在中等負(fù)荷以下的工業(yè)機(jī)器人中大量采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，但是在簡(jiǎn)易經(jīng)濟(jì)型、重型的工業(yè)機(jī)器人和噴涂機(jī)器人中采用液壓系統(tǒng)的還 仍然占有很大的比例。 液壓系統(tǒng)在機(jī)器人中所起的作用是通過電 液壓動(dòng)力機(jī)構(gòu)進(jìn)行方向、位置、和速度的控制，進(jìn)而控制機(jī)器人手臂按給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律動(dòng)作。液壓動(dòng)力機(jī)構(gòu)多數(shù)情況下采用直線液壓缸或擺動(dòng)馬達(dá)，連續(xù)回轉(zhuǎn)的液壓馬達(dá)用得很少。在工業(yè)機(jī)器人中，中、小功率的液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)用節(jié)流調(diào)速的為多，大功率的用容積調(diào)速系統(tǒng)。節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)，動(dòng)態(tài)特性好，但是效率低。容積調(diào)速系統(tǒng)，動(dòng)態(tài)特性不如前者，但效率高。 動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案 具體到本設(shè)計(jì)，在分析了具體工作要求后，綜合考慮 各個(gè)因素。機(jī)械手的手臂驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)全部采用液壓缸；而手爪通過液壓柱塞缸活塞與中間驅(qū)動(dòng)桿配合來實(shí)現(xiàn)控制，即手爪在柱塞缸推力作用下推動(dòng)驅(qū)動(dòng)桿，通過端部銷連接到手指進(jìn)行松開和夾緊。 11 第 3章 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)與計(jì)算 定液壓系統(tǒng)基本方案 液壓執(zhí)行元件大體分為液壓缸和液壓馬達(dá)，前者實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)，后者實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。二者的特點(diǎn)及適用場(chǎng)合見表 3 表 3壓缸與液壓馬達(dá)的特點(diǎn)與適用場(chǎng)合 名 稱 特 點(diǎn) 適 用 場(chǎng) 合 雙活塞桿液壓缸 雙向?qū)ΨQ 雙向工作的往復(fù)場(chǎng)合 單活塞桿液壓缸 有效工作面 積大、 雙向不對(duì)稱 往返不對(duì)稱的直線運(yùn)動(dòng)，差動(dòng)連接可實(shí)現(xiàn)快進(jìn) 柱塞缸 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 單向工作，靠重力或其它外力返回 擺動(dòng)缸 單葉片式小于 360 雙葉片式小于 180 小于 360 的擺動(dòng)； 小于 180 的擺動(dòng) 齒輪馬達(dá) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜 高轉(zhuǎn)速、低轉(zhuǎn)矩的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 葉片馬達(dá) 體積小、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小 高速低轉(zhuǎn)矩、動(dòng)作靈敏的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 擺線齒輪馬達(dá) 體積小、輸出轉(zhuǎn)局大 低速、小功率大轉(zhuǎn)矩的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 軸向柱塞馬達(dá) 運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、轉(zhuǎn)矩大、轉(zhuǎn)速范圍寬 大轉(zhuǎn)矩的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 徑向柱塞馬達(dá) 轉(zhuǎn)速低，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，輸出轉(zhuǎn)矩大 低速大轉(zhuǎn)矩回 轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 本設(shè)計(jì)因?yàn)闄C(jī)械手的形式為直角坐標(biāo)形式，具有兩個(gè)自由度，均為移動(dòng)自由度。同時(shí)考慮機(jī)械手的工作載荷和工作現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境對(duì)機(jī)械手布局以及定位精度的具體要求，以及計(jì)算機(jī)的控制的因素，手臂運(yùn)動(dòng)均為直線運(yùn)動(dòng)。因此，機(jī)械手的手臂都采用單活塞桿液壓缸，來實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。 12 定液壓執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)控制回路 液壓執(zhí)行元件確定后，其運(yùn)動(dòng)方向和運(yùn)動(dòng)速度的控制是液壓回路的核心問題。 方向控制是用換向閥或是邏輯控制單元來實(shí)現(xiàn)。對(duì)于一般中小流量的液壓系統(tǒng)，通過換向閥的有機(jī)組合來實(shí)現(xiàn)所要求的動(dòng)作。對(duì)高壓大流量的系統(tǒng)，多采用插裝 閥與先導(dǎo)控制閥的邏輯組合來實(shí)現(xiàn)。 速度控制通過改變液壓執(zhí)行元件輸入或輸出的流量或者利用密封空間的容積變化來實(shí)現(xiàn)。相應(yīng)的調(diào)速方式有節(jié)流調(diào)速、容積調(diào)速以及二者結(jié)合的容積節(jié)流調(diào)速。 本設(shè)計(jì)的方向控制采用電磁換向閥來實(shí)現(xiàn)，而速度的控制主要采用節(jié)流調(diào)速，主要方式是采用比較簡(jiǎn)單的節(jié)流閥來實(shí)現(xiàn)。 壓源系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 液壓系統(tǒng)的工作介質(zhì)完全由液壓源來提供，液壓源的核心是液壓泵。節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)一般用定量泵供油，在無其他輔助油源的情況下，液壓泵的供油量要大于系統(tǒng)的需油量，多余的油經(jīng)溢流閥流回油箱，溢流閥同時(shí)起到控制并穩(wěn)定油源壓力的作用。容積調(diào)速系統(tǒng)多用變量泵供油，用安全閥來限定系統(tǒng)的最高壓力。 油液的凈化裝置是液壓源中不可缺的元件。一般泵的入口要裝粗濾油器，進(jìn)入系統(tǒng)的油液根據(jù)要求，通過精濾油器再次過濾。為防止系統(tǒng)中雜質(zhì)流回油箱，可在回油路上設(shè)置磁過濾器。根據(jù)液壓設(shè)備所處的環(huán)境及對(duì)溫升的要求，還要考慮加熱、冷卻等措施。 本設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)采用定量泵供油，由溢流閥 確定系統(tǒng)壓力。為了保證液壓油的潔凈，避免液壓油帶入污染物，故在油泵的入口安裝粗過濾器，而在油泵的出口安裝精過濾器對(duì)循環(huán)的液壓油進(jìn)行凈化。 制液壓系 統(tǒng)圖 本機(jī)械手的液壓系統(tǒng)圖如圖 示， 它擁有垂直手臂的上升、下降，水平伸縮缸 /的前伸、后縮，以及執(zhí)行手爪的夾緊、張開三個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 其中，液壓泵是由三相交流異步電動(dòng)機(jī) M 拖動(dòng)；系統(tǒng)壓力由溢流閥 1得失電決定了動(dòng)力源的投入與摘除。 考慮到手爪的工作要求輕緩抓取、迅速松開，系統(tǒng)采用了節(jié)流效果不等的兩個(gè)單向節(jié)流閥。當(dāng) 5電時(shí)，工作液體經(jīng)由節(jié)流閥 入柱塞缸，實(shí)現(xiàn)手爪的輕緩抓緊；當(dāng) 6電時(shí)，工作液體進(jìn)入柱塞缸中，實(shí)現(xiàn)手爪的迅速松開。 另外，由于機(jī)械手垂直升降液壓缸在工作時(shí)其 下降方向與負(fù)荷重力作用13 方向一致，下降時(shí)有使運(yùn)動(dòng)速度加快的趨勢(shì)，為使運(yùn)動(dòng)過程的平穩(wěn)，同時(shí)盡量減小沖擊、振動(dòng)，保證系統(tǒng)的安全性，采用 成的平衡回路向升降油缸下腔提供一定的排油背壓，以平衡重力負(fù)載。 執(zhí)行手爪柱塞缸垂直升降缸水平伸縮缸感應(yīng)式位移傳感器電液伺服閥圖 械手的液壓系統(tǒng)原理圖 定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù) 液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)是壓力和流量，他們是設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)，選擇液壓元件的主要依據(jù)。壓力決定于外載荷，流量取決于液壓執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)速度和結(jié)構(gòu)尺寸。 根據(jù)機(jī)構(gòu)的工作情況液壓缸所受的總機(jī)械載荷為 ????（ 3 式中， 為水平方向無外載荷，故為 0； 14 （ 1）???（ 3 式中， G 為 100 g 2/81.9 v? t? 般為 取 各值帶入上式，得：（ 2）1??（ 3 式中，需空載壓力，如該液壓缸工作壓力 <16 相關(guān)手冊(cè)取 =0.2 1A 啟動(dòng)時(shí)： ?動(dòng)時(shí)： ?83N （ 3）機(jī)械手水平方向上有 兩個(gè)導(dǎo)桿，內(nèi)導(dǎo)桿和外導(dǎo)套之間的摩擦力為 ? （ 3 式中， G 為 100 f f= 帶入數(shù)據(jù)計(jì)算得： 8N 15 （ 4）回油背壓形成的阻力按下式計(jì)算 2?（ 3 式中，般為 .5 =0.3 慮兩 邊差動(dòng)比為 2； 將各值帶入上式有， 24?分析液壓缸各工作階段受力情況，作用在活塞上的總機(jī)械載荷為 088? 。 手爪要能抓起工件必須滿足： 21? （ 3 式中， N 1k 通常取 ； 2k 要考慮慣性力的影響可按 ?12 估算， a 為機(jī)械手在搬運(yùn)工件過程的加速度 2/ 2/8.9 ， g 為重力加速度； 3表選取 13 ?k； G 20 帶入數(shù)據(jù)，計(jì)算得： 0? ； 計(jì)算驅(qū)動(dòng)力計(jì)算公式為： ?1?（ 3 式中， 16 1k 處選 4k 處選 其他同上。帶入數(shù)據(jù)，計(jì)算得： 20? 而液壓缸的工作驅(qū)動(dòng)力是由缸內(nèi)油壓提供的，故有 ? （ 3 式中， P 壓； A 經(jīng)計(jì)算，所需的油壓約為： 針對(duì)本設(shè)計(jì)是一個(gè)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