鍛壓機(jī)自動(dòng)上料機(jī)械手驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

鍛壓機(jī)自動(dòng)上料機(jī)械手驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì),鍛壓機(jī)自動(dòng)上料機(jī)械手驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì),鍛壓,自動(dòng),機(jī)械手,驅(qū)動(dòng),系統(tǒng),設(shè)計(jì) （學(xué)號(hào)）： 0623410 長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）譯文 姓 名 周梁 學(xué) 院 機(jī)電工程學(xué)院 專(zhuān) 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化 班 級(jí) 06234班 指導(dǎo)教師 陳玲 2010 年 6 月 20 日 ROBOT Robot is a type of mechantronics equipment which synthesizes the last research achievement of engine and precision engine, micro-electronics and computer, automation control and drive, sensor and message dispose and artificial intelligence and so on. With the development of economic and the demand for automation control, robot technology is developed quickly and all types of the robots products are come into being. The practicality use of robot products not only solves the problems which are difficult to operate for human being, but also advances the industrial automation program. Modern industrial robots are true marvels of engineering. A robot the size of a person can easily carry a load over one hundred pounds and move it very quickly with a repeatability of +/-0.006 inches. Furthermore these robots can do that 24 hours a day for years on end with no failures whatsoever. Though they are reprogrammable, in many applications (particularly those in the auto industry) they are programmed once and then repeat that exact same task for years. At present, the research and development of robot involves several kinds of technology and the robot system configuration is so complex that the cost at large is high which to a certain extent limit the robot abroad use. To development economic practicality and high reliability robot system will be value to robot social application and economy development. With the rapid progress with the control economy and expanding of the modern cities, the let of sewage is increasing quickly: With the development of modern technology and the enhancement of consciousness about environment reserve, more and more people realized the importance and urgent of sewage disposal. Active bacteria method is an effective technique for sewage disposal，The lacunaris plastic is an effective basement for active bacteria adhesion for sewage disposal. The abundance requirement for lacunaris plastic makes it is a consequent for the plastic producing with automation and high productivity. Therefore, it is very necessary to design a manipulator that can automatically fulfill the plastic holding. With the analysis of the problems in the design of the plastic holding manipulator and synthesizing the robot research and development condition in recent years, a economic scheme is concluded on the basis of the analysis of mechanical configuration, transform system, drive device and control system and guided by the idea of the characteristic and complex of mechanical configuration, electronic, software and hardware. In this article, the mechanical configuration combines the character of direction coordinate and the arthrosis coordinate which can improve the stability and operation flexibility of the system. The main function of the transmission mechanism is to transmit power to implement department and complete the necessary movement. In this transmission structure, the screw transmission mechanism transmits the rotary motion into linear motion. Worm gear can give vary transmission ratio. Both of the transmission mechanisms have a characteristic of compact structure. The design of drive system often is limited by the environment condition and the factor of cost and technical lever. ''''The step motor can receive digital signal directly and has the ability to response outer environment immediately and has no accumulation error, which often is used in driving system. In this driving system, open-loop control system is composed of stepping motor, which can satisfy the demand not only for control precision but also for the target of economic and practicality. On this basis，the analysis of stepping motor in power calculating and style selecting is also given. The analysis of kinematics and dynamics for object holding manipulator is given in completing the design of mechanical structure and drive system. Kinematics analysis is the basis of path programming and track control. The positive and reverse analysis of manipulator gives the relationship between manipulator space and drive space in position and speed. The relationship between manipulator’s tip position and arthrosis angles is concluded by coordinate transform method. The geometry method is used in solving inverse kinematics problem and the result will provide theory evidence for control system. The f0unction of dynamics is to get the relationship between the movement and force and the target is to satisfy the demand of real time control. in this chamfer, Newton-Euripides method is used in analysis dynamic problem of the cleaning robot and the arthrosis force and torque are given which provide the foundation for step motor selecting and structure dynamic optimal ting. Control system is the key and core part of the object holding manipulator system design which will direct effect the reliability and practicality of the robot system in the division of configuration and control function and also will effect or limit the development cost and cycle. With the demand of the PCL-839 card, the PC computer which has a. tight structure and is easy to be extended is used as the principal computer cell and takes the function of system initialization, data operation and dispose, step motor drive and error diagnose and so on. A t the same time, the configuration structure features, task principles and the position function with high precision of the control card PCL-839 are analyzed. Hardware is the matter foundation of the control. System and the software is the spirit of the control system. The target of the software is to combine all the parts in optimizing style and to improve the efficiency and reliability of the control system. The software design of the object holding manipulator control system is divided into several blocks such as system initialization block, data process block and error station detect and dispose model and so on. PCL-839 card can solve the communication between the main computer and the control cells and take the measure of reducing the influence of the outer signal to the control system. The start and stop frequency of the step motor is far lower than the maximum running frequency. In order to improve the efficiency of the step motor, the increase and decrease of the speed is must considered when the step motor running in high speed and start or stop with great acceleration. The increase and decrease of the motor’s speed can be controlled by the pulse freque ncy sent to the step motor drive with a rational method. This can be implemented either by hardware or by software. A step motor shift control method is proposed, which is simple to calculate, easy to realize and the theory means is straightforward. The motor'''' s acceleration can fit the torque-frequency curve properly with this method. And the amount of calculation load is less than the linear acceleration shift control method and the method which is based on the exponential rule to change speed. The method is tested by experiment. A t last, the research content and the achievement are sum up and the problems and shortages in main the content are also listed. The development and application of robot in the future is expected. The purpose of manipulator control is to maintain the dynamic response of a computer-based manipulator in accordance with some prespecified system performance and desired goals. In general, the dynamic performance of a manipulator directly depends on the efficiency of the control algorithms and the dynamic model of the manipulator. The control problem consists of obtaining dynamic models of the physical robot arm system and then specifying corresponding control laws or strategies to achieve the desired system response and performance.? Current industrial approaches to robot arm control treat each joint of the robot arm as a simple joint servomechanism. The servomechanism approach models the varying dynamics of a manipulator inadequately because it neglects the motion and configuration of the whole arm mechanism. These changes in the parameters of the controlled system sometimes are significant enough to render conventional feedback control strategies ineffective. The result is reduced servo response speed and damping, limiting the precision and speed of the end-effector and making it appropriate only for limited-precision tasks. Manipulators controlled in this manner move at slow speeds with unnecessary vibrations. Any significant performance gain in this and other areas of robot arm control require the consideration of more efficient dynamic models, sophisticated control approaches, and the use of dedicated computer architectures and parallel processing techniques. In the industrial production and other fields, people often endangered by such factors as high temperature, corrode, poisonous gas and so forth at work, which have increased labor intensity and even jeopardized the life sometimes. The corresponding problems are solved since the robot arm comes out. The robot arms can catch, put and carry objects, and its movements are flexible and diversified. It applies to medium and small-scale automated production in which production varieties can be switched. And it is widely used on soft automatic line. The robot arms are generally made by withstand high temperatures, resist corrosion of materials to adapt to the harsh environment. So they reduced the labor intensity of the workers significantly and raised work efficiency. The robot arm is an important component of industrial robots, and it can be called industrial robots on many occasions. Industrial robot is set machinery, electronics, control, computers, sensors, artificial intelligence and other advanced technologies in the integration of multidisciplinary important modern manufacturing equipment. Widely using industrial robots, not only can improve product quality and production, but also is of great significance for physical security protection, improvement of the environment for labor, reducing labor intensity, improvement of labor productivity, raw material consumption savings and lowering production costs. There are such mechanical components as ball footbridge, slides, an air control mechanical hand and so on in the design. A programmable controller, a programming device, stepping motors, stepping motors drives, direct current motors, sensor, switch power supply, an electromagnetism valve and control desk are used in electrical connection. The programmable controller output two lines pulses to stepping motors drives to drive the two stepping motors drives on beam and vertical axis; direct current motors drive the rotation of the base and the hand; sensors send signals of location to the mainframe, and the mainframe sends directive to control the extension and contraction, up and down, moves location; the mainframe send signals to control the opening and closing of the hand to carry objects. Related parameters can be changed according to request of the changes of the objects and movement flow at any time change the relevant parameters in the design, so it has great flexibility and operability. 機(jī)器人 機(jī)器人是典型的機(jī)電一體化裝置，它綜合運(yùn)用了機(jī)械與精密機(jī)械、微電子與計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制與驅(qū)動(dòng)、傳感器與信息處理以及人工智能等多學(xué)科的最新研究成果，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和各行各業(yè)對(duì)自動(dòng)化程度要求的提高，機(jī)器人技術(shù)得到了迅速發(fā)展，出現(xiàn)了各種各樣的機(jī)器人產(chǎn)品?，F(xiàn)代工業(yè)機(jī)器人是人類(lèi)真正的奇跡工程。一個(gè)像人那么大的機(jī)器人可以輕松地抬起超過(guò)一百磅并可以在誤差+-0.006英寸誤差范圍內(nèi)重復(fù)的移動(dòng)。更重要的是這些機(jī)器人可以每天24小時(shí)永不停止地工作。在許多應(yīng)用中（特別是在自動(dòng)工業(yè)中）他們是通過(guò)編程控制的，但是他們一旦編程一次，他們可以重復(fù)地做同一工作許多年。機(jī)器人產(chǎn)品的實(shí)用化，既解決了許多單靠人力難以解決的實(shí)際問(wèn)題，又促進(jìn)了工業(yè)自動(dòng)化的進(jìn)程。 目前，由于機(jī)器人的研制和開(kāi)發(fā)涉及多方面的技術(shù)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，開(kāi)發(fā)和研制的成本普遍較高，在某種程度上限制了該項(xiàng)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，因此，研制經(jīng)濟(jì)型、實(shí)用化、高可靠性機(jī)器人系統(tǒng)具有廣泛的社會(huì)現(xiàn)實(shí)意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。 由于我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)和城市化的快速發(fā)展，城市污水排放量增長(zhǎng)很快，污水處理己經(jīng)擺在了人們的議事日程上來(lái)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人類(lèi)知識(shí)水平的提高，人們?cè)絹?lái)越認(rèn)識(shí)到污水處理的重要性和迫切性，科學(xué)家和研究人員發(fā)現(xiàn)塑料制品在水中是用于污水處理的很有效的污泥菌群的附著體。塑料制品的大量需求，使得塑料制品生產(chǎn)的自動(dòng)化和高效率要求成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然。 本文結(jié)合塑料一次擠出成型機(jī)和塑料抓取機(jī)械手的研制過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，綜述近兒年機(jī)器人技術(shù)研究和發(fā)展的狀況，在充分發(fā)揮機(jī)、電、軟、硬件各自特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的基礎(chǔ)上，對(duì)物料抓取機(jī)械手整體機(jī)械結(jié)構(gòu)、傳動(dòng)系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)裝置和控制系統(tǒng)進(jìn)行了分析和設(shè)計(jì)，提出了一套經(jīng)濟(jì)型設(shè)計(jì)方案。采用直角坐標(biāo)和關(guān)節(jié)坐標(biāo)相結(jié)合的框架式機(jī)械結(jié)構(gòu)形式，這種方式能夠提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和操作靈活性。傳動(dòng)裝置的作用是將驅(qū)動(dòng)元件的動(dòng)力傳遞給機(jī)器人機(jī)械手相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)各種必要的運(yùn)動(dòng)，傳動(dòng)方式上采用結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)比大的蝸輪蝸桿傳動(dòng)和將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的螺旋傳動(dòng)。機(jī)械手驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)往往受到作業(yè)環(huán)境條件的限制，同時(shí)也要考慮價(jià)格因素的影響以及能夠達(dá)到的技術(shù)水平。由于步進(jìn)電機(jī)能夠直接接收數(shù)字量，響應(yīng)速度快而且工作可靠并無(wú)累積誤差，常用作數(shù)字控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)力元件，因此，在驅(qū)動(dòng)裝置中采用由步進(jìn)電機(jī)構(gòu)成的開(kāi)環(huán)控制方式，這種方式既能滿(mǎn)足控制精度的要求，又能達(dá)到經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用化目的，在此基礎(chǔ)上，對(duì)步進(jìn)電機(jī)的功率計(jì)一算及選型問(wèn)題經(jīng)行了分析。 在完成機(jī)械結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，對(duì)物料抓取機(jī)械手運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了分析。運(yùn)動(dòng)學(xué)分析是路徑規(guī)劃和軌跡控制的基礎(chǔ)，對(duì)操作臂進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)正、逆問(wèn)題的分析可以完成操作空間位置和速度向驅(qū)動(dòng)空間的映射，采用齊次坐標(biāo)變換法得到了操作臂末端位置和姿態(tài)隨關(guān)節(jié)夾角之間的變換關(guān)系，采用幾何法分析了操作臂的逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)方程求解問(wèn)題，對(duì)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。機(jī)器人動(dòng)力學(xué)是研究物體的運(yùn)動(dòng)和作用力之間的關(guān)系的科學(xué)，研究的目的是為了滿(mǎn)足是實(shí)時(shí)性控制的需要，本文采用牛頓-歐拉方法對(duì)物料抓取機(jī)械手動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了分析，計(jì)算出了關(guān)節(jié)力和關(guān)節(jié)力矩，為步進(jìn)電機(jī)的選型和動(dòng)力學(xué)分析與結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供理論依據(jù)。 控制部分是整個(gè)物料抓取機(jī)械手系統(tǒng)設(shè)計(jì)關(guān)鍵和核心，它在結(jié)構(gòu)和功能上的劃分和實(shí)現(xiàn)直接關(guān)系到機(jī)器人系統(tǒng)的可靠性、實(shí)用性，也影響和制約機(jī)械手系統(tǒng)的研制成本和開(kāi)發(fā)周期。在控制主機(jī)的選用上，采用結(jié)構(gòu)緊湊、擴(kuò)展功能強(qiáng)和可靠性高的PC工業(yè)控制計(jì)算機(jī)作為主機(jī)，配以PCL-839卡主要承擔(dān)系統(tǒng)功能初始化、數(shù)據(jù)運(yùn)算與處理、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)以及故障診斷等功能;同時(shí)對(duì)PCL-839卡的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、功能原理和其高定位功能等給與了分析。硬件是整個(gè)控制系統(tǒng)以及極限位置功能賴(lài)以存在的物質(zhì)基礎(chǔ)，軟件則是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的神經(jīng)中樞，軟件設(shè)計(jì)的目的是以最優(yōu)的方式將各部分功能有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，使系統(tǒng)具有較高的運(yùn)行效率和較強(qiáng)的可靠性。在物料抓取機(jī)械手軟件的設(shè)計(jì)上，采用的是模塊化結(jié)構(gòu)，分為系統(tǒng)初始化模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和故障狀態(tài)檢測(cè)與處理等幾部分。主控計(jì)算機(jī)和各控制單元之間全部由PCL-839卡聯(lián)系，并且由該卡實(shí)現(xiàn)抗干擾等問(wèn)題，減少外部信號(hào)對(duì)系統(tǒng)的影響。 步進(jìn)電機(jī)的啟停頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其最高運(yùn)行頻率，為了提高工作效率，需要步進(jìn)電機(jī)高速運(yùn)行并快速啟停時(shí)，必須考慮它的升，降速控制問(wèn)題。電機(jī)的升降速控制可以歸結(jié)為以某種合理的力一式控制發(fā)送到步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的脈沖頻率，這可由硬件實(shí)現(xiàn)，也可由軟件方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。本文提出了一種算法簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)、理論意義明確的步進(jìn)電機(jī)變速控制策略:定時(shí)器常量修改變速控制方案。該方法能使步進(jìn)電機(jī)加速度與其力矩——頻率曲線(xiàn)較好地?cái)M合，從而提高變速效率。而且它的計(jì)算量比線(xiàn)性加速度變速和基于指數(shù)規(guī)律加速度的變速控制小得多。通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明了該方法的有效性。 最后，對(duì)論文主要研究?jī)?nèi)容和取得的技術(shù)成果進(jìn)行了總結(jié)，提出了存在的問(wèn)題和不足，同時(shí)對(duì)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用進(jìn)行了展望。 研究機(jī)械手控制的目的是保持以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的機(jī)械手的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，以便與一些預(yù)先設(shè)定的系統(tǒng)性能和理想目標(biāo)保持一致。一般情況下，機(jī)械手的動(dòng)態(tài)性能直接依賴(lài)于控制算法的效率和機(jī)械手的動(dòng)態(tài)模型?？刂茊?wèn)題包括獲得自然的機(jī)械手系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模型，然后指定相應(yīng)的控制規(guī)則或步驟以達(dá)到想要的系統(tǒng)響應(yīng)和性能。 目前的工業(yè)機(jī)械臂控制將每一個(gè)機(jī)械臂的聯(lián)合看做一個(gè)簡(jiǎn)單的聯(lián)合伺服。伺服方法不能充分地模仿不同的動(dòng)力學(xué)機(jī)械手，因?yàn)樗雎粤藱C(jī)械手整體的運(yùn)動(dòng)和配置。這些控制系統(tǒng)的參數(shù)的變化有時(shí)是足夠重要，以至于使常規(guī)的反饋控制方法失效。其結(jié)果是減少了伺服響應(yīng)的速度和阻尼，限制了精度和最終效應(yīng)的速度，使系統(tǒng)僅適用于有限精度的工作。機(jī)械手以這種方式控制速度降低而沒(méi)有不必要的震動(dòng)。任何在這一領(lǐng)域和其它領(lǐng)域的機(jī)械臂性能增益要求更有效率的動(dòng)態(tài)模型、精密的控制方法、專(zhuān)門(mén)的計(jì)算機(jī)架構(gòu)和并行處理技術(shù)。 在工業(yè)生產(chǎn)和其他領(lǐng)域內(nèi)，由于工作的需要，人們經(jīng)常受到高溫、腐蝕及有毒氣體等因素的危害，增加了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，甚至于危及生命。自從機(jī)械手問(wèn)世以來(lái)，相應(yīng)的各種難題迎刃而解。機(jī)械手可在空間抓、放、搬運(yùn)物體，動(dòng)作靈活多樣，適用于可變換生產(chǎn)品種的中、小批量自動(dòng)化生產(chǎn)，廣泛應(yīng)用于柔性自動(dòng)線(xiàn)。機(jī)械手一般由耐高溫，抗腐蝕的材料制成，以適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)惡劣的環(huán)境，大大降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率。機(jī)械手是工業(yè)機(jī)器人的重要組成部分，在很多情況下它就可以稱(chēng)為工業(yè)機(jī)器人。工業(yè)機(jī)器人是集機(jī)械、電子、控制、計(jì)算機(jī)、傳感器、人工智能等多學(xué)科先進(jìn)技術(shù)于一體的現(xiàn)代制造業(yè)重要的自動(dòng)化裝備。廣泛采用工業(yè)機(jī)器人，不僅可以提高產(chǎn)品的質(zhì)量與產(chǎn)量，而且對(duì)保障人身安全，改善勞動(dòng)環(huán)境，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，節(jié)約原材料消耗以及降低生產(chǎn)成本，有著十分重要的意義。 本設(shè)計(jì)所用機(jī)械部件有滾珠絲杠、滑軌、氣控機(jī)械抓手等。電氣方面有可編程控制器（PLC）、編程器、步進(jìn)電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、直流電機(jī)、光電傳感器、開(kāi)關(guān)電源、電磁閥、旋轉(zhuǎn)碼盤(pán)、操作臺(tái)等部件?？删幊炭刂破靼l(fā)出兩路脈沖到步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，分別驅(qū)動(dòng)橫軸、豎軸的步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)；直流電機(jī)拖動(dòng)底座和手爪的旋轉(zhuǎn)；接近開(kāi)關(guān)、微動(dòng)開(kāi)關(guān)、旋轉(zhuǎn)碼盤(pán)將位置信號(hào)反饋給主機(jī)，由主機(jī)發(fā)出指令來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)手臂的伸縮、上下、轉(zhuǎn)動(dòng)位置的控制；主機(jī)發(fā)信號(hào)到氣動(dòng)電磁閥，以控制手爪的張合來(lái)抓放物體。本設(shè)計(jì)可根據(jù)工件的變化及運(yùn)動(dòng)流程的要求隨時(shí)更改相關(guān)參數(shù)，具有很大的靈活性和可操作性。 長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院 畢 業(yè) 論 文（設(shè) 計(jì)） 2010屆 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 專(zhuān)業(yè) 06234 班級(jí) 題 目 鍛壓機(jī)自動(dòng)上料機(jī)械手驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 姓 名 周 梁 學(xué)號(hào) 0623410 指導(dǎo)教師 陳玲 職稱(chēng) 教 授 二О 一 О年 五 月 二十四 日 內(nèi)容摘要 工業(yè)機(jī)械手是一種在工業(yè)生產(chǎn)中代替人執(zhí)行危險(xiǎn)或者重復(fù)工作的自動(dòng)化裝置，按照設(shè)定的程序、軌跡和要求執(zhí)行抓取、搬運(yùn)工作或操持工具或進(jìn)行操作。它主要有執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、和控制系統(tǒng)組成。本文簡(jiǎn)要介紹了機(jī)械手與其它設(shè)備的配置關(guān)系及工作過(guò)程，并對(duì)機(jī)械手的動(dòng)作進(jìn)行了分析，詳細(xì)論述了機(jī)械手總體方案的設(shè)計(jì)，特別是對(duì)實(shí)現(xiàn)預(yù)期要求動(dòng)作的各種方案進(jìn)行了比較分析，進(jìn)而得出最終方案。根據(jù)手臂的動(dòng)作要求，采用圓柱坐標(biāo)型機(jī)械手；機(jī)械手的自由度數(shù)為四個(gè)，它們是大臂的升降和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，小臂的伸縮運(yùn)動(dòng)，手腕的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；機(jī)械手手部結(jié)構(gòu)采用兩支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型；機(jī)械手驅(qū)動(dòng)方式采用液壓驅(qū)動(dòng)。控制方式為點(diǎn)位程序控制。本次設(shè)計(jì)主要進(jìn)行大臂升降及回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、手臂及伸縮結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，重點(diǎn)進(jìn)行大臂升降及回轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)并且對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行理論分析和比較。 關(guān) 鍵 詞:雙作用式油缸； 點(diǎn)位控制； 液壓系統(tǒng) ； 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) Abstract Industrial manipulator is a kind of automatic devices, which substitutes people to carry out dangerous or duplicate work. It complies crawler tracks、handling work or manage or operate a tool according to set procedures and requirements. It is constituted with executive body、drive system and control system. In this paper, it has shortly introduced the position connection and work process between manipulator and other equipments. It has also given a relatively minute discussion of the manipulator overall plan, especially have compared the different projects to realize the require action and then given out the final scheme. According to the motion requirements of the manipulator’s arm, it has adopted cylindrical coordinate manipulator. The number of the manipulator’s freedom is four: up-down and rotating of the big arm, the straight reciprocating motion of the small arm, revolving movement of the wrist. The fingers of the manipulator have adopted the two-points sustain round structure. The power drive of manipulator is to be used is hydraulic system and control program for points for control type. This design is mainly consist of the design of large arm take-off and landing and rotating, the structural design of arm and telescopic arm, structural design of hand. What I mainly design is the structural design of large arm take-off and landing and rotation, and I carry out the theoretical analysis and comparison of hydraulic system. Key words:Double-acting oil cylinder； Point-to-point control； Hydraulic system ； Structural design 一 緒論 - 4 - 1.1 機(jī)械手的基本概念 - 6 - 1.2 機(jī)械手的應(yīng)用簡(jiǎn)況 - 6 - 1.3 機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì) - 6 - 1.4 應(yīng)用機(jī)械手的意義 - 7 - 二 總體方案及分析 - 8 - 2.1 原始數(shù)據(jù) - 8 - 2.2 工作要求 - 10 - 2.3 系統(tǒng)組成 - 10 - 2.4 總體技術(shù)方案及分析 - 11 - 2.5 液壓系統(tǒng)的工作原理和優(yōu)缺點(diǎn) - 17 - 2.6 手部結(jié)構(gòu) - 19 - 三 自動(dòng)上料機(jī)械手升降油缸的設(shè)計(jì)計(jì)算及選擇 - 20 - 3.1 工作載荷的計(jì)算 - 20 - 3.2 液壓缸的主要尺寸的確定 - 20 - 3.3 液壓缸主要部件的設(shè)計(jì)和材料選擇 - 22 - 3.4 校核 - 23 - 3.5 關(guān)于液壓缸的緩沖與排氣、密封 - 24 - 總 結(jié) - 25 - 參 考 文 獻(xiàn) - 26 - 致 謝 - 27 - 一 緒論 機(jī)械工業(yè)是國(guó)民的裝備部，是為國(guó)民經(jīng)濟(jì)提供裝備和為人民生活提供耐用消費(fèi)品的產(chǎn)業(yè)。不論是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，還是新興產(chǎn)業(yè)，都離不開(kāi)各種各樣的機(jī)械裝備，機(jī)械工業(yè)所提供裝備的性能、質(zhì)量和成本，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門(mén)技術(shù)進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)效益有很大的和直接的影響。機(jī)械工業(yè)的規(guī)模和技術(shù)水平是衡量國(guó)家經(jīng)濟(jì)實(shí)力和科學(xué)技術(shù)水平的重要標(biāo)志。因此，世界各國(guó)都把發(fā)展機(jī)械工業(yè)作為發(fā)展本國(guó)經(jīng)濟(jì)的戰(zhàn)略重點(diǎn)之一。 工業(yè)機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來(lái)的一種高科技自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。工業(yè)機(jī)械手的是工業(yè)機(jī)器人的一個(gè)重要分支。它的特點(diǎn)是可通過(guò)編程來(lái)完成各種預(yù)期的作業(yè)任務(wù)，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)了人的智能和適應(yīng)性。機(jī)械手作業(yè)的準(zhǔn)確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景。 機(jī)械手是在機(jī)械化，自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)展起來(lái)的一種新型裝置。在現(xiàn)代生產(chǎn)過(guò)程中，機(jī)械手被廣泛的運(yùn)用于自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)中，機(jī)械人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)鄰域內(nèi)，迅速發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新興的技術(shù)，它更加促進(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展，使得機(jī)械手能更好地實(shí)現(xiàn)與機(jī)械化和自動(dòng)化的有機(jī)結(jié)合。機(jī)械手雖然目前還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復(fù)工作和勞動(dòng)，不知疲勞，不怕危險(xiǎn)，抓舉重物的力量比人手力大的特點(diǎn)，因此，機(jī)械手已受到許多部門(mén)的重視，并越來(lái)越廣泛地得到了應(yīng)用。 機(jī)械手技術(shù)涉及到力學(xué)、機(jī)械學(xué)、電氣液壓技術(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(mén)跨學(xué)科綜合技術(shù)。 機(jī)械手是一種能自動(dòng)化定位控制并可重新編程序以變動(dòng)的多功能機(jī)器，它有多個(gè)自由度，可用來(lái)搬運(yùn)物體以完成在各個(gè)不同環(huán)境中工作。 1.1 機(jī)械手的基本概念 機(jī)械手是在機(jī)械化、自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)展起來(lái)的一種新型裝置。機(jī)械手是一種能模擬人的手臂的部分動(dòng)作，按預(yù)定的程序、軌跡及其它要求，實(shí)現(xiàn)抓取、搬運(yùn)工件或操縱工具的自動(dòng)化裝置。我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 12643-90)對(duì)機(jī)械手的定義:“具有和人手臂相似的動(dòng)作功能，可在空間抓放物體，或進(jìn)行其它操作的機(jī)械裝置。 1.2 機(jī)械手的應(yīng)用簡(jiǎn)況 現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過(guò)程的機(jī)械化，自動(dòng)化已成為突出的主題。化工等連續(xù)性生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化已基本得到解決。但在機(jī)械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)是不連續(xù)的。因此，裝卸、搬運(yùn)等工序機(jī)械化的迫切性，工業(yè)機(jī)械手就是為實(shí)現(xiàn)這些工序的自動(dòng)化而產(chǎn)生的。 1.3 機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì) 目前工業(yè)機(jī)械手主要用于機(jī)床加工、鑄造、熱處理等方面，無(wú)論數(shù)量、品種和性能方面還是不能滿(mǎn)足工業(yè)發(fā)展的需要。 在國(guó)內(nèi)主要是逐步擴(kuò)大應(yīng)用范圍，重點(diǎn)發(fā)展鑄造、熱處理方面的機(jī)械手，以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，改善作業(yè)條件，在應(yīng)用專(zhuān)用機(jī)械手的同時(shí)，相應(yīng)的發(fā)展通用機(jī)械手，有條件的還要研制示教式機(jī)械手、計(jì)算機(jī)控制機(jī)械手和組合機(jī)械手等。將機(jī)械手各運(yùn)動(dòng)構(gòu)件，如伸縮、擺動(dòng)、升降、橫移、俯仰等機(jī)構(gòu)以及根據(jù)不同類(lèi)型的加緊機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)成典型的通用機(jī)構(gòu)，所以便根據(jù)不同的作業(yè)要求選擇不同類(lèi)型的基加緊機(jī)構(gòu)，即可組成不同用途的機(jī)械手。既便于設(shè)計(jì)制造，有便于更換工件，擴(kuò)大應(yīng)用范圍。同時(shí)要提高速度，減少?zèng)_擊，正確定位，以便更好的發(fā)揮機(jī)械手的作用。 此外還應(yīng)大力研究伺服型、記憶再現(xiàn)型，以及具有觸覺(jué)、視覺(jué)等性能的機(jī)械手，并考慮與計(jì)算機(jī)連用，逐步成為整個(gè)機(jī)械制造系統(tǒng)中的一個(gè)基本單元。 在國(guó)外機(jī)械制造業(yè)中工業(yè)機(jī)械手應(yīng)用較多，發(fā)展較快。目前主要用于機(jī)床、橫鍛壓力機(jī)的上下料，以及點(diǎn)焊、噴漆等作業(yè)，它可按照事先指定的作業(yè)程序來(lái)完成規(guī)定的操作。 此外，國(guó)外機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì)是大力研制具有某種智能的機(jī)械手。使它具有一定的傳感能力，能反饋外界條件的變化，作相應(yīng)的變更。如位置發(fā)生稍許偏差時(shí)，即能更正并自行檢測(cè)，重點(diǎn)是研究視覺(jué)功能和觸覺(jué)功能。目前已經(jīng)取得一定成績(jī)。 1.4 應(yīng)用機(jī)械手的意義 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械手也越來(lái)越多的地被應(yīng)用。在機(jī)械工業(yè)中，鑄、焊、鉚、沖、壓、熱處理、機(jī)械加工、裝配、檢驗(yàn)、噴漆、電鍍等工種都有應(yīng)用的實(shí)理。其他部門(mén)，如輕工業(yè)、建筑業(yè)、國(guó)防工業(yè)等工作中也均有所應(yīng)用。 在機(jī)械工業(yè)中，應(yīng)用機(jī)械手的意義可以概括如下： 1.以提高生產(chǎn)過(guò)程中的自動(dòng)化程度 應(yīng)用機(jī)械手有利于實(shí)現(xiàn)材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機(jī)器的裝配等的自動(dòng)化的程度，從而可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本。 2.以改善勞動(dòng)條件，避免人身事故 在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空間狹窄的場(chǎng)合中，用人手直接操作是有危險(xiǎn)或根本不可能的，而應(yīng)用機(jī)械手即可部分或全部代替人安全的完成作業(yè)，使勞動(dòng)條件得以改善。 在一些簡(jiǎn)單、重復(fù)，特別是較笨重的操作中，以機(jī)械手代替人進(jìn)行工作，可以避免由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。 3.可以減輕人力，并便于有節(jié)奏的生產(chǎn) 應(yīng)用機(jī)械手代替人進(jìn)行工作，這是直接減少人力的一個(gè)側(cè)面，同時(shí)由于應(yīng)用機(jī)械手可以連續(xù)的工作，這是減少人力的另一個(gè)側(cè)面。因此，在自動(dòng)化機(jī)床的綜合加工自動(dòng)線(xiàn)上，目前幾乎都沒(méi)有機(jī)械手，以減少人力和更準(zhǔn)確的控制生產(chǎn)的節(jié)拍，便于有節(jié)奏的進(jìn)行工作生產(chǎn)。 綜上所述，有效的應(yīng)用機(jī)械手，是發(fā)展機(jī)械工業(yè)的必然趨勢(shì)。 二 總體方案及分析 2.1 原始數(shù)據(jù) 抓重：60kg； 自由度數(shù)：4個(gè)； 坐標(biāo)形式：圓柱坐標(biāo)； 最大工作半徑：1700毫米； 手臂最大中心高：2300毫米； 手臂運(yùn)動(dòng)參數(shù)； 手臂伸縮范圍：0~500毫米 手臂伸縮速度：伸出176毫米每秒； 縮回233毫米每秒； 手臂升降范圍：0~600毫米； 手臂升降速度：上升102毫米每秒； 下降152毫米每秒； 手臂回轉(zhuǎn)范圍：00 ~2000 (實(shí)際使用為950)； 手臂回轉(zhuǎn)速度：630每秒； 手腕運(yùn)動(dòng)參數(shù)： 手腕回轉(zhuǎn)范圍:00~1800； 手腕回轉(zhuǎn)速度：2010每秒； 手指夾持范圍： Φ30-Φ120毫米； 緩沖方式及定位方式： 手臂伸縮：伸出時(shí)由行程開(kāi)關(guān)適時(shí)切斷油路，手臂緩沖，縮回時(shí)由行程開(kāi)關(guān)控制返回終了位置。 手臂升降：上升時(shí)是靠可調(diào)碰鐵觸動(dòng)行程開(kāi)關(guān)而發(fā)信，使電液換向閥變?yōu)椤皁”型滑閥機(jī)能，切斷油路而實(shí)現(xiàn)緩沖定位，下降時(shí)靠油缸端部節(jié)流緩沖，由行程開(kāi)關(guān)控制終了位置。 手臂回轉(zhuǎn)：采用行程節(jié)流閥（雙向使用）減速緩沖，用定位油缸驅(qū)動(dòng)定位銷(xiāo)而定位。 手腕回轉(zhuǎn)：采用行程開(kāi)關(guān)發(fā)信，切斷油路滑行緩沖，死擋塊定位。 驅(qū)動(dòng)方式：液壓 控制方式：點(diǎn)位程序控制 2.2 工作要求 機(jī)械手的工藝流程： 機(jī)械手原位→機(jī)械手前伸→機(jī)械手上升→機(jī)械手抓取并夾緊→機(jī)械手后退 機(jī)械手左轉(zhuǎn)→機(jī)械手前伸→機(jī)械手松開(kāi)→機(jī)械手下降→機(jī)械手右轉(zhuǎn)→退至原位 2.3 系統(tǒng)組成 本機(jī)械手系統(tǒng)由執(zhí)行系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。執(zhí)行系統(tǒng)包括手部、手臂、手腕。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括動(dòng)力源、控制調(diào)節(jié)裝置和輔助裝置組成?？刂葡到y(tǒng)由程序控制系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)組成。 2.4 總體技術(shù)方案及分析 畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的就是要把我們所學(xué)的比較分散的知識(shí)綜合起來(lái)，并進(jìn)行靈活運(yùn)用?，F(xiàn)在的發(fā)展趨勢(shì)是機(jī)電一體化，因此，我們的畢業(yè)設(shè)計(jì)是要我們將“機(jī)”、“電”、“液”三者合并起來(lái)。 “機(jī)”即是指機(jī)械，機(jī)械手的動(dòng)作過(guò)程可以分四部分，即機(jī)械手的上升下降、機(jī)械手的前伸后縮、機(jī)械手的加緊放松、機(jī)械手的左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)。 工業(yè)機(jī)械手的機(jī)械機(jī)構(gòu)是指它的執(zhí)行系統(tǒng)，是機(jī)械手抓持工件、進(jìn)行操作及各種運(yùn)動(dòng)的機(jī)械部件。機(jī)械部件主要包括手部，手臂前后伸縮部分，手臂上下升降部分腰轉(zhuǎn)部分以及機(jī)座。機(jī)械手的動(dòng)作主要包括手部的夾緊、手臂的伸縮及回轉(zhuǎn)和大臂的升降和回轉(zhuǎn)。 手部：包括杠桿手指，單向作用式握緊油缸等。其工作原理：物體進(jìn)入手指后，拉桿手油缸作用，通過(guò)拉桿帶動(dòng)杠桿手指回轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)握緊或松開(kāi)動(dòng)作。 （1）手臂的前后伸縮部分 手臂的前后伸縮部分由直線(xiàn)油缸帶動(dòng)實(shí)現(xiàn)。 當(dāng)直線(xiàn)油缸工作時(shí)通過(guò)活塞桿行程的變化，完成手臂的伸縮運(yùn)動(dòng)。 （2）自動(dòng)上料機(jī)械手手臂伸降機(jī)構(gòu) 手臂的上下升降部分采用雙作用式油缸實(shí)現(xiàn)垂直升降運(yùn)動(dòng)。 其行程最大為600毫米。升降機(jī)構(gòu)中，升降缸體15與缸體支撐17座用螺釘聯(lián)結(jié)，活塞桿14的上端通過(guò)球形鉸鏈11,上球形鉸座9、連接盤(pán)10和導(dǎo)向套5等組成升降機(jī)構(gòu)的升降部分。當(dāng)壓力油經(jīng)油管進(jìn)到升降缸上下兩腔后，推動(dòng)活塞桿并帶動(dòng)導(dǎo)向套一起作升降運(yùn)動(dòng)。在導(dǎo)向套5上裝有導(dǎo)向鍵16，它能在缸體支撐座17上的鍵槽內(nèi)滑動(dòng)，用此鍵防止導(dǎo)向套升降機(jī)時(shí)可能產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)。用導(dǎo)向套作導(dǎo)向裝置，其導(dǎo)向性能好，剛度大，工作平穩(wěn)?；钊麠U與連接盤(pán)間用球形鉸鏈聯(lián)結(jié)，可自動(dòng)彌補(bǔ)導(dǎo)向套傾斜所引起的偏差。手臂下降運(yùn)動(dòng)的緩沖，由油缸底部的緩沖調(diào)節(jié)閥22來(lái)實(shí)現(xiàn)。手臂升降行程是通過(guò)安裝在側(cè)板1上的可調(diào)撞塊7和行程開(kāi)關(guān)來(lái)控制。 如圖（1.1) 圖1.1 優(yōu)缺點(diǎn):工作比較平穩(wěn)，重量輕，慣性小，反應(yīng)快；操縱控制方便；一般采用礦物油為工作介質(zhì)，相對(duì)運(yùn)動(dòng)面可自行潤(rùn)滑，使用壽命長(zhǎng)；但不能保證嚴(yán)格的傳動(dòng)比，這是由于液壓油的可壓縮性和泄漏造成的；工作性能易受溫度變化的影響，因此不宜在很高或很低的溫度條件下工作。由于流體流動(dòng)的阻力損失和泄漏較大，所以效率較低，污染比較大。 （3）上料機(jī)械手中間部座 手臂回轉(zhuǎn)部分主要采用行星輪和回轉(zhuǎn)油缸組成。 齒圈2固定在支架5上，并與手臂回轉(zhuǎn)油缸的齒輪16嚙合，齒輪16與手臂回轉(zhuǎn)油缸的轉(zhuǎn)軸固定連接,而回轉(zhuǎn)油缸的殼體又固定在手臂伸縮機(jī)構(gòu)的中間架體上。當(dāng)回轉(zhuǎn)油缸的轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)齒輪16自傳時(shí)，因齒圈固定，齒輪除自傳外還要繞齒圈做公轉(zhuǎn)，致使手臂伸縮機(jī)構(gòu)為一整體而回轉(zhuǎn)，即手臂回轉(zhuǎn)與東?；剞D(zhuǎn)油缸殼體上裝有行程減速閥，齒輪16端面上裝有擋塊1。當(dāng)手臂回轉(zhuǎn)時(shí)，行程減速閥與擋塊相接觸壓冬閥芯徐徐關(guān)斷油路，實(shí)現(xiàn)手臂回轉(zhuǎn)終點(diǎn)位置的緩沖。在支架5上裝有連接座9，在開(kāi)關(guān)座8上裝有組合式行程開(kāi)關(guān)，在手臂回轉(zhuǎn)過(guò)程中靠碰塊7（手臂回轉(zhuǎn)定位油缸上）出動(dòng)組合式行程開(kāi)關(guān)發(fā)出信號(hào)，控制手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)位置。為使其精確定位，控制系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)，使安裝在手臂中間架體上的定位油缸動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)插銷(xiāo)定位。如圖（1.2） 圖1.2 優(yōu)缺點(diǎn)：利用齒輪結(jié)構(gòu)，機(jī)械手的旋轉(zhuǎn)定位更準(zhǔn)確，但它也具有保養(yǎng)條件高，產(chǎn)生的機(jī)械振動(dòng)影響其零件的工作壽命等缺點(diǎn)。 （4） 手臂回轉(zhuǎn)油缸的結(jié)構(gòu) 手臂回轉(zhuǎn)油缸的結(jié)構(gòu)如圖所示,回轉(zhuǎn)缸體3和上端蓋1、下端蓋4、定片間用螺釘連接，并將他們作為一體通過(guò)上端蓋與手臂伸縮機(jī)構(gòu)連接形成一個(gè)運(yùn)動(dòng)部件。轉(zhuǎn)軸2支持在上、下端蓋上，與動(dòng)片固定連接，其身伸出端通過(guò)花鍵軸部分與中間座的齒輪（圖1.2中16）連接，向手臂傳遞動(dòng)。如圖(1.3) 圖1.3 優(yōu)缺點(diǎn)與雙作用油缸相似。 （5） 手臂回轉(zhuǎn)定位油缸 手臂回轉(zhuǎn)定位油缸是依靠彈簧復(fù)位。用螺釘和圓柱銷(xiāo)固定在手臂伸縮機(jī)構(gòu)的中間架體上，使手臂在水平面內(nèi)回轉(zhuǎn)得到精確定位，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)作靈活可靠。如圖(1.4) 彈簧 如圖1.4 優(yōu)缺點(diǎn):利用彈簧來(lái)簡(jiǎn)化機(jī)械結(jié)構(gòu)，使其變得更經(jīng)濟(jì)實(shí)用，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單靈活可靠。但由于彈簧的使用壽命短，時(shí)間長(zhǎng)了容易加大了系統(tǒng)誤差，使準(zhǔn)確性變低。 2.5 液壓系統(tǒng)的工作原理和優(yōu)缺點(diǎn) “機(jī)、電、液”中的“液”即指液壓系統(tǒng)。液壓系統(tǒng)由以下五個(gè)部分組成：（1）動(dòng)力元件（2）執(zhí)行元件 （3）控制調(diào)節(jié)元件（4）輔助元件 （5）工作介質(zhì) 。所謂液壓系統(tǒng)就是以液體為介質(zhì)，依靠運(yùn)動(dòng)者的液體的壓力能來(lái)傳遞力的。液壓系統(tǒng)工作是，液壓泵把電動(dòng)機(jī)傳來(lái)的回轉(zhuǎn)式機(jī)械能轉(zhuǎn)變成油液的壓力能：油液被輸送到液壓缸（或液壓馬達(dá)）后，又由液壓缸（或液壓馬達(dá)）把油液的壓力能變?yōu)橹本€(xiàn)式（或回轉(zhuǎn)式）的機(jī)械能輸出。液壓系統(tǒng)中的油液在受調(diào)節(jié)、控制的狀態(tài)下進(jìn)行工作的因此液壓傳動(dòng)和液壓控制在這個(gè)意義上來(lái)說(shuō)難以截然分開(kāi)。液壓系統(tǒng)必須滿(mǎn)足其執(zhí)行元件在力和速度方面的要求。 液壓系統(tǒng)與機(jī)械、電力等傳動(dòng)相比。有以下特點(diǎn)： （1）能方便的進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)速，調(diào)速范圍大。 （2）體積小，、重量輕、功率大。一方面，在相同輸出功率的前提下，其體積小、重量輕、慣性小、動(dòng)作靈敏，這對(duì)于液壓自動(dòng)控制系統(tǒng)有重要的意義。另一方面，在體積或重量相近的情況下，其輸出功率大，能傳遞較大的扭矩或推力（如萬(wàn)噸水壓力等）。 （3）控制和調(diào)節(jié)簡(jiǎn)單、方便、省力，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制和過(guò)載保護(hù)。 （4）可實(shí)現(xiàn)無(wú)間隙傳動(dòng)，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。 （5）因?yàn)閭鲃?dòng)介質(zhì)為油液，故液體元件有自我潤(rùn)滑作用，使用壽命長(zhǎng)。 6）液壓元件實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化、便于設(shè)計(jì)、制造和推廣使用。 （7）可以采用大推力的液壓缸和大扭矩的液壓馬達(dá)直接帶動(dòng)負(fù)載，從而失去了中間的減速裝置，使傳動(dòng)簡(jiǎn)化。 液壓傳動(dòng)的主要缺點(diǎn)： （1）漏 由于作為傳動(dòng)介質(zhì)的液體是在一定的壓力下，有時(shí)是在較高的壓力下工作的，因此在有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的表面間不可避免要產(chǎn)生泄漏。同時(shí)，由于油液并不是不可以壓縮的，油管等也回產(chǎn)生彈性變形，所以液壓傳動(dòng)不宜用在傳動(dòng)比要求較嚴(yán)格的場(chǎng)合。 （2）震 液壓傳動(dòng)中的“液壓沖擊和空穴現(xiàn)象”會(huì)產(chǎn)生很大的震動(dòng)和噪聲。 （3）熱 在能量轉(zhuǎn)換和傳遞過(guò)程中，由于存在機(jī)械摩擦、壓力損失、泄漏損失，因而易使油液發(fā)熱，總效率降低，故液壓傳動(dòng)不宜遠(yuǎn)距離轉(zhuǎn)動(dòng)。 （4）液壓傳動(dòng)性能對(duì)溫度比較敏感，故不宜在高溫及低溫下工作。液壓傳動(dòng)裝置對(duì)油液的污染也較敏感，故要求有良好的過(guò)濾設(shè)施。 （5）液壓元件加工要求高一般情況下又要求有獨(dú)立的能源（如液壓泵站），這些可能使產(chǎn)品成本提高。 （6）液壓系統(tǒng)出現(xiàn)鼓故障時(shí)不宜追查原因，不宜迅速排除。 綜上所述，液壓傳動(dòng)由于其優(yōu)點(diǎn)比較突出，故在工、農(nóng)業(yè)各個(gè)部門(mén)獲得廣泛的應(yīng)用。它的某些缺點(diǎn)隨著生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展、提高，正在逐步得到克服。 由于液壓傳動(dòng)相對(duì)于機(jī)械傳動(dòng)有以上幾個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)，所以確定機(jī)械手的前伸后退、左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)、夾緊放松三部分動(dòng)作用液壓傳動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。 2.6 手部結(jié)構(gòu) 機(jī)械手是一種通用性較強(qiáng)的自動(dòng)化作業(yè)設(shè)備，手部則是直接執(zhí)行作業(yè)任務(wù)的裝置。大多數(shù)手部的結(jié)構(gòu)和尺寸是根據(jù)不同作業(yè)任務(wù)要求來(lái)設(shè)計(jì)的。根據(jù)其用途和結(jié)構(gòu)的不同，可以分為夾持式和吸附式。本設(shè)計(jì)中選用的是夾持式。 三 自動(dòng)上料機(jī)械手升降油缸的設(shè)計(jì)計(jì)算及選擇 自動(dòng)上料機(jī)械手升降油缸采用雙作用式直線(xiàn)油缸。如圖（4.1） 圖4.1 3.1 工作載荷的計(jì)算 油缸提升的工作載荷為F,則F＝K(G+Fa)/η 其中K——安全系數(shù)，取K＝1.5 G——運(yùn)動(dòng)部件所受的重力，若取m＝300kg，則G＝mg＝300×9.8＝2940N Fa——慣性載荷，F(xiàn)a＝G·a/g,取起動(dòng)時(shí)油缸活塞加速度a＝14m/s,則Fa＝G·a/g＝980×14/9.8＝4200N η——液壓缸的機(jī)械效率，取η＝0.9 ∴F＝K(G+Fa)/η ＝1.5×(2940+4200)/0.9 ＝11900N 3.2 液壓缸的主要尺寸的確定 D＝ 其中，φ——活塞桿直徑d與D的比值，即φ＝d/D,這里取φ＝0.52。 F——工作載荷，前已計(jì)算過(guò)，為11900N. ——工件提升時(shí)有桿腔的壓強(qiáng)，取＝2MPa ——工件提升時(shí)無(wú)桿腔的壓強(qiáng)，?。?MPa 最后得液壓缸內(nèi)徑也即活塞直徑 D＝＝＝105.13mm 若按標(biāo)準(zhǔn)取D＝115mm,則取d＝D＝115×0.52＝60mm ∴取D＝115mm,d＝60mm。 (3)液壓缸行程的制定 升降液壓缸的行程在總體方案中根據(jù)工藝要求已給出，這里為600mm. 3.3 液壓缸主要部件的設(shè)計(jì)和材料選擇 ①缸筒 工程機(jī)械、鍛壓機(jī)械等工作壓力較高的場(chǎng)合，常用20、35、45號(hào)鋼的無(wú)縫鋼管。其中，20號(hào)鋼用的較少，因?yàn)槠漭^軟，機(jī)械強(qiáng)度也低，加工粗糙度不宜保證。須與缸蓋、管接頭、耳軸等零件焊接的缸筒用35號(hào)鋼，并在粗加工后調(diào)質(zhì)。不與其它零件焊接的缸筒，常用45號(hào)鋼調(diào)質(zhì)，調(diào)制處理的目的是保證強(qiáng)度高、加工性好，一般調(diào)質(zhì)到HB241～HB285。這里液壓缸筒選用45號(hào)鋼調(diào)質(zhì).缸筒內(nèi)徑采用H7配合。內(nèi)孔表面的粗糙度，當(dāng)活塞采用橡膠密封圈時(shí)，取R0.4～R0.1。 ②活塞 活塞材料常用耐磨鑄鐵、鋁合金或鋼外面覆蓋一層青銅、黃銅和尼龍等耐磨套。本方案活塞材料選用45號(hào)鋼。 ③缸蓋及活塞桿導(dǎo)向套 缸蓋采用35號(hào)鋼或45號(hào)鋼鍛件，或ZG35、ZG45及HT250、HT300、HT350等鑄鐵材料?；钊麠U導(dǎo)向套可以是缸蓋本身，但最好在內(nèi)表面堆焊黃銅、青銅或其它耐磨材料。活塞桿導(dǎo)向套也可另外壓入，采用鑄鐵、黃銅、青銅、或尼龍。這里材料選取45號(hào)鋼。 ④活塞桿 活塞桿有實(shí)心和空心兩種。實(shí)心的用35或45號(hào)鋼，要求高的可用40Gr鋼?？招牡挠?5號(hào)、45號(hào)無(wú)縫鋼管、并要求活塞桿的一端留出焊接和熱處理的通氣孔。缸的活塞桿也選45號(hào)鋼。 3.4 校核 （1）剛筒壁厚 在中低壓液壓系統(tǒng)中，剛筒壁厚往往由結(jié)構(gòu)工藝要求決定，一般不要校核。 （2）活塞桿直徑的校核 d 式中 F——活塞桿上的作用力 []——活塞桿材料的許用應(yīng)力，[]＝b/1.4 b＝598MPa  d＝＝50.35mm 所以活塞桿符合要求。 （3）缸蓋固定螺栓的校核 ds 式中F——液壓缸負(fù)載； K——螺紋擰緊系數(shù)，k＝1.12～1.5； Z——固定螺栓個(gè)數(shù)； ——螺栓材料的許用應(yīng)力；[]＝s/(1.22～2.5),s為材料屈服點(diǎn) s＝225 MPa ds＝＝3.6mm 故聯(lián)接螺栓符合要求。 3.5 關(guān)于液壓缸的緩沖與排氣、密封 以上設(shè)計(jì)液壓缸負(fù)載不是很大，而且運(yùn)行速度慢，所以不設(shè)置制動(dòng)機(jī)構(gòu)。這兩個(gè)液壓缸直徑和行程不是很大，不再專(zhuān)門(mén)設(shè)置排氣裝置，安裝時(shí)一次將氣排空。關(guān)于密封，活塞與缸筒間、缸筒與活塞桿導(dǎo)套間采用O型密封圈,活塞桿與活塞桿導(dǎo)套間采取Y型密封圈，Y型密封圈的唇邊面向高壓區(qū)。為防止大臂安裝后會(huì)出現(xiàn)偏心，在安裝現(xiàn)場(chǎng)調(diào)配平衡重。 總 結(jié) 機(jī)械手設(shè)計(jì)是一個(gè)集機(jī)械結(jié)構(gòu)，電子技術(shù)，傳感器技術(shù)，控制測(cè)試技術(shù)，液壓與氣壓傳動(dòng)等多學(xué)科統(tǒng)一的綜合系統(tǒng)。本文以鍛壓機(jī)自動(dòng)上料機(jī)械手為研究課題，提出其各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，以此基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)。文中著重研究分析了機(jī)械手的機(jī)械整體結(jié)構(gòu)及各部分零件結(jié)構(gòu)和液壓傳動(dòng)部分倆大問(wèn)題，初步完成了一個(gè)機(jī)械手驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的整體設(shè)計(jì)。 本課題的設(shè)計(jì)工作總結(jié)如下： 1.課題要點(diǎn)：通過(guò)在大學(xué)學(xué)習(xí)期間所學(xué)到的知識(shí)，對(duì)機(jī)械手的機(jī)械原理進(jìn)行建摸，設(shè)定最佳方案。 2.課題核心：利用CAD對(duì)機(jī)械手的整體機(jī)械結(jié)構(gòu)以及部分非標(biāo)零件進(jìn)行實(shí)體設(shè)計(jì)并裝配。在設(shè)計(jì)中不僅要遵照最初方案，還要充分考慮部分實(shí)體設(shè)計(jì)的合理性。 3.驗(yàn)證工作：用力學(xué)知識(shí)對(duì)機(jī)械手的非標(biāo)零件進(jìn)行設(shè)計(jì)及校核，來(lái)驗(yàn)證其是否可以適應(yīng)工作要求。 4.完成構(gòu)建：提出操作機(jī)械手的控制策略——液壓傳動(dòng)，用CAD構(gòu)建原理圖，并與機(jī)械結(jié)構(gòu)相結(jié)合完成此課題。 機(jī)械手的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)涉及多個(gè)領(lǐng)域和多個(gè)學(xué)科。由于作者水平有限和時(shí)間有限，此課題仍有許多問(wèn)題需要解決。 參 考 文 獻(xiàn) 1、楊黎明.機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè).第一版.國(guó)防工業(yè)出版社,1986,12 2、吳宗澤.機(jī)械設(shè)計(jì). 第一版.中央廣播電視大學(xué)出版社,1998,2 3、盧頌峰.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè). 第一版.中央廣播電視大學(xué)出版社,1998,4 4、非標(biāo)準(zhǔn)零件手冊(cè).第三版.國(guó)防工業(yè)出版社 5、液壓與氣動(dòng)傳動(dòng).機(jī)械工業(yè)出版社 6、機(jī)械手及其應(yīng)用.機(jī)械工業(yè)出版社 7、液壓元件樣本.機(jī)械工業(yè)出版社 8、楊長(zhǎng)能, 張興毅.可編程序控制器基礎(chǔ)及應(yīng)用. 第一版.重慶大學(xué)出版社,1992,1 9、左建民.液壓與氣壓傳動(dòng).第二版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1999,5 10、孫燕華.AutoCAD2000機(jī)械制圖.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2002,9 11、顧京.數(shù)控加工編程及操作.北京:高等教育出版社,2003,9 12、陳立德.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū).第二版.北京:高等教育出版社,2004,6 13、金大鷹.機(jī)械制圖.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2001,7 14、柴鵬飛.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ).北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2004,8 15、John J.Craig,Introduction to Robotics Mcchanics And Control[M],Second Edition,Addison-Wesley, Rcading,MA,1989 致 謝 經(jīng)過(guò)半年的忙碌和工作，本次畢業(yè)論文設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲，作為一個(gè)本科生的畢業(yè)論文，由于經(jīng)驗(yàn)的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒(méi)有導(dǎo)師的督促指導(dǎo)，以及一起工作的同學(xué)們的支持，想要完成這個(gè)設(shè)計(jì)是難以想象的。 在論文寫(xiě)作過(guò)程中，得到了陳玲老師的親切關(guān)懷和耐心的指導(dǎo)。她嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作風(fēng)，深深地感染和激勵(lì)著我。從課題的選擇到項(xiàng)目的最終完成，陳老師都始終給予我細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持。多少個(gè)日日夜夜，陳老師不僅在學(xué)業(yè)上給我以精心指導(dǎo)，同時(shí)還在思想上給我以無(wú)微不至的關(guān)懷，除了敬佩李明老師的專(zhuān)業(yè)水平外，她的治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)和科學(xué)研究的精神也是我永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)的榜樣，并將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。在此謹(jǐn)向李老師致以誠(chéng)摯的謝意和崇高的敬意。 ????在論文即將完成之際，我的心情無(wú)法平靜，從開(kāi)始進(jìn)入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長(zhǎng)、同學(xué)、朋友給了我無(wú)言的幫助，在這里請(qǐng)接受我誠(chéng)摯的謝意!最后我還要感謝培養(yǎng)我長(zhǎng)大含辛茹苦的父母，謝謝你們! 最后我還要感謝我的母校四年來(lái)對(duì)我的栽培！ - 27 -