毕业设计-液压传动械手的设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 摘要 本次设计的液压传动机械手根据规定的动作顺序，综合运用所学的基本理论、基本知识和相关的机械设计专业知识，完成对机械手的设计，并绘制必要装配图、液压系统图。机械手的机械结构采用油缸、螺杆、导向筒等机械器件组成；在液压传动机构中，机械手的手臂伸缩采用伸缩油缸，手腕回转采用回转油缸，机械手的升降采用升降油缸，立柱的横移采用横向移动油缸。 本设计拟开发的上料机械手可在空间抓放物体，动作灵活多样，可代替人工在高温和危险的作业区进行作业，可抓取重量较大的工件。 关键词 机械手、液压 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 he of of to In of of of on up in 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 目 录 1 前言 1） 1） 人的发展 2） 要设计的机械手 3） 2 手部结构及其计算 6） 6） 7） 7） 9） 3 腕部的结构及其计算 11） 11） 部的结构形式 11） 12） 4 臂部的结构及其计算 15） 15） 15） 18） 19） 部运动驱动力计算 21） 5 液压系统的设计 22） 22） 23） 23） 25） 29） 6 机械手的定位与平稳性 （ 36） 36） 36） （ 37） 7 设计心得 38） 8 参考文献 40） 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 述 很早以来，人们就幻想有一种拟人的机械，能实现如人的手、脚一样灵活自由的运动，能代替人从事各种复杂的劳动 。 随着人类认识的不断深入和科学技术的进步，这种梦想正逐步变为现实。 目前 ， 机器人已经广泛应用于工业生产中 ，不同功能的机器人也相继出现并且活跃在不同的领域，从天上到地下，从工业拓广到 农业、林、牧、渔，甚至进入寻常百姓家。机器人的种类之多，应用之广，影响之深，是我 们始料未及的。 工业机器人由操作机（机械本体）、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。特别适合于多品种、变批量的柔性生产。它对稳定、提高产品质量，提高生产效率， 减轻人的劳动强度 改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。 机器人并不是在简单意义上代替人工的劳动，而是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置，既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力，又有机器可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力 ，从某种意义上说它也是机器的进化过程产物，它是工业以及非产业界的重要生产和服务性设备，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备。 工业机器人是自动执行工作的机器装置，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器， 国外机器人领域发展近几年有如下几个趋势： （ 1） 适用性。有什么样的需求会产生什么样的产品，工业机器人也不例外。此款机器人适合汽车行业，另一款机器人则适合电子加工，不同的机器人则对应不用的行业。英国 司为满足最近生产了为了满足新型汽车 造需 要，专门生产了两台焊接机器人设备。第一台除有一个标准的外形外，还带有一个报警器和一个电力线的载源，六轴的机器人和两个自动变址的工作台。而第二台有六轴机器人和一个手动变址的旋转工作台。前者为汽车管座框架实行金属焊条惰性气体保护弧焊。后者靠辐射支架和其它部件自动完成 12 种弧焊。 。 （ 2）专用化。为了完成某一生产任务，机器人的结构尽量的简单。如上述英国司有一种型号为 机器人，为了实现专门完成自动包装码垛和拆卸的买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 任务而被特殊设计。此机器人有效载重高达 160 公斤，仅有四个轴，用 服电机 控制，结构设计既简单又精度高。在 型机器人的手臂内部有两个独立的气流通道给抓手提供气动力，同时又通过 23 根电缆为抓手提供电动力 （ 3） 高精度高速度。日本松下电器公司研制的焊接机器人具有 变器 焊接机器人是使用空心齿轮和小型伺服电机的高度压制品，目的是能在最小的空间内进行高精度高速度的焊接操作。特别是旋转弧传感器担任了重要的角色，通过指令使机器人跟踪零部件两配合处的沉积物产生高质量的焊接。 （ 4）模拟性。日本东京科技大学的研究人员，结合蚂蚁回家的本能 研制了一种新的术， 术是用连有充电设备的照相机作眼睛来模拟蚂蚁从附近回到洞穴的机理，并由此制造了机器人飞船模型 。 （ 5） 易操作更灵活。英国一家公司发明了一种新技术，可以在机器人的手臂上实现快速的更换。这种功能的实现是通过联接器，联接器的一端直接安装在机器人的法兰盘上，另一端与几个系统连接，由开关通过气压控制，起到可在短时间内更换系统的作用。同时，系统能随时改变以便提供各种设备最佳组合。 （ 6） 易控制。日本中南部一所大学的研究人员研制出了一个靠传感器像螃蟹一样爬斜坡的机器人。机器人有 4 条腿和两个 轮子，它不像其它机动行走的机器人一样使用多个传感器，而是仅在腿关节处使用一种传感器。机器人 4 条腿行走时，无论是上坡或下坡，它的两轮子都支撑着躯干。整个运动过程仅用一台计算机控制。机器人的结构特点简化了控制线路软件，使其控制更容易。此类机器人已用在大型圆木加工厂帮助运输圆木。 (7) 更加自动 化等。 国工业机器人的发展 众所周知，我国为制造业大国，现在经济高速增长，城市化进程也不段加快，正在从发展中国家向发达国家转变。相应的，我国的机器人发展也正处于高速发展阶段，未来前景广阔。 有研究资料表明： 2010 年以来 ,我国机器人需求快速增长 ,2010 年当年的工业机器人进口跳跃式地增长了 188%,达到 台 ,而 2011 年机器人新装量继续快速增长至 台。 2006 到 2011 年间 ,年供应量增加接近四倍 ,年均增长 31%。但是，这仅仅的量增加了，我国的机器人主机行业核心零部件仍受制于人。机器人零部件主要包括伺服系统、控制系统、减速机、主体等 ,目前新松机器人、安徽埃夫特、广州数控等规模相对较大的公司买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 已经加强控制系统、伺服系统等核心零部件研发 ,提升核心竞争力 ,但目前国内大多数机器人公司除主体之外的核心零部件都依 靠进口。我国机器人核心零部件薄弱一方面是由于基础技术实力影响 ,另一方面也受国内主机生产规模较小 ,市场需求不足以支撑核心零部件研发。有统计资料显示，我国机器人应用最多的为焊接机器人 ,其次为搬运机器人与装配机器人 ,从下游行业来看 ,我国汽车整车及零部件行业占 33%,电子电气占 31%,为机器人需求量最大的两大行业 ,其次为橡胶塑料、金属加工等行业。由于不同下游行业的工艺流程等差异较大 ,因此系统集成需要丰富的行业经验 ,为行业进入提供较高的壁垒。 我认为，我们目前国内的机器人水平还有提升的空间，具体提升可以在以下几个方面 ： （ 1）、提高基础零部件制造能力。 （ 2）、加快形成我们中国机器人自己的品牌。 （ 3）、开展关键技术的研究，提高机器人的实用性。 要设计的机械手 力的确定 目前使用的机械手的臂力 都 范围较大，国内现有的机械手的臂力最小为 大为 8000N。 我这次设计的 液压机械手的臂力为 N 臂 =1600（ N），安全系数 K 可在 ，机械手取安全系数 K=2。定位精度为 1 作范围的确定 机械手的工作范围根据工艺要求和操作运动的轨迹来确定。一个操作运动的轨迹是几个动作的合成，在确定的工作范围时，可将轨迹分解成单个的动作，由单个动作的行程确定机械手的最大行程。 我设计的 机械手的动作范围确定如下： 手腕回转角 度 115 手臂伸长量 150 350臂升降行程 150臂水平运动行程 100 确定运动速度 机械手各动作的最大行程确定之后，可根据生产需要的工作拍节分配每个动作的时间，进而确定各动作的运动速度。液压上料机械手要完成整个上料过程，需完成夹紧工件、手臂升降、伸缩、平移等一系列的动作，这些动作都应该在规定的时 间内完成，具买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 体时间的分配取决于很多因素，根据各种因素反复考虑，对分配的方案进行比较，才能确定。 机械手的总动作时间应小于或等于工作拍节，如果两个动作同时进行，要按时间长的计算，分配各动作时间应考虑以下要求： 给定的运动时间应大于电气、液压元件的执行时间； 伸缩运动的速度要大于回转运动的速度，因为回转运动的惯性一般大于伸缩运动的惯性。在满足工作拍节要求的条件下，应尽量选取较底的运动速度。机械手的运动速度与臂力、 行程、驱动方式、缓冲方式、定位方式都有很大关系，应根据具体情况加以确定。 在工作拍节短、动作多的情况下，常使几个动作同时进行。为此驱动系统要采取相应的措施，以保证动作的同步。 液压上料机械手的各运动速度如下： 手腕回转速度 V 腕回 = 40/s 手臂伸缩速度 V 臂伸 = 50 mm/s 手臂升降速度 V 臂升 = 50 mm/s 立柱水平 运动速度 V 柱移 = 50 mm/s 手指夹紧油缸的运动速度 V 夹 = 50 mm/s 臂的配置形式 机械手的手臂配置形式基本上反映了它的总体布局。运动要求、操作环境、工作对象的不同，手臂的配置形式也不尽相同。 手臂的结构形式分别有：球坐标式机械手，圆柱坐标式机械手，关节式机械手等。球坐标式机械手是一种自由度较多、用途较广的机械手。球坐标式机械手的工作范围包括一个旋转运动、两个旋转运动、两个旋转运动加一个直线运动。圆柱坐标式机械手是应用最多的一种形式，它 适用于搬运和测量工件。具有直观性好、结构简单、本体占用的空间较小的特点。其动作范围可分为：一个旋转运动，一个直线运动加一个不在直线运动所在平面内的旋转运动，两个直线运动加一个旋转运动。直角坐标式机械手是适合于工作位置成行排列或传送带配合使用的一种机械手。它的手臂可以伸缩，左右和上下移动，按直角坐标形式 x、 y、 z 3 个方向的直线进行运动。其工作范围可以是 1 个直线运动、 2 个直线运动或是 3 个直线运动。如在 x、 y、 z 3 个直线运动方向上各具有 A 、 B、C 3 个回转运动，即构成 6 个自由度。 本机械手采用机座式 圆柱坐标 型 。机座式结构多为工业机器人所采用，机座上可以装上独立的控制装置，便于搬运与安放，机座底部也可以安装行走机构，已扩大其活动买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 范围，它分为手臂配置在机座顶部与手臂配置在机座立柱上两种形式，本机械手采用手臂配置在机座立柱上的形式。 置检测装置的选择 机械手常用的位置检测方式有三种：行程开关式、模拟式和数字式。本机械手采用行程开关式。利用行程开关检测位置，精度低，故一般与机械挡块联合应用。在机械手中，用行程开关与机械挡块检测定位既精度高又简单实用可靠，故应用也是最多的。 动与控制方式 的选择 机械手的驱动与控制方式是根据它们的特点结合生产工艺的要求来选择的，要尽量选择控制性能好、体积小、维修方便、成本底的方式。 控制系统也有不同的类型。除一些专用机械手外，大多数机械手均需进行专门的控制系统的设计。 驱动方式一般有四种：气压驱动、液压驱动、电气驱动和机械驱动。 参考工业机器人表 9表 9照设计要求，本机械手采用的驱动方式为液压驱动，控制方式为固定程序的 制。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 3 述 腕部是连接手部与臂部的部件，起支承手部 调整工件方向 的作用。 为此在设计中它具有独立的自由度。拥有独立的自由度后，可以使机器人的末端执行器能够处于空间中的任意方向，这就要求腕部能够实现空间三个坐标轴旋转运动。这三个轴就相当于三个自由度。根据不同的设计要求，手腕的自由度不一定是三个自由度，可以是一个或者两个等。 设计腕部时要注意以下几点： 1. 结构紧凑，重量尽量轻。 2. 转动灵活，密封性要好。 3. 注意解决好腕部也手部、臂部的连接，以及各个自由度的位置检测、管线的 布 置以及润滑、维修 、调整等问题 另外，通往手腕油缸的管道尽量从手臂内部通过，以便手腕转动时管路不扭转和不外露，使外形整齐。 部的结构形式 本机械手采用回转油缸驱动实现腕部回转运动，结构紧凑、体积小，但密封性差，回转角度为 115. 如下图所示为腕部的结构，定片与后盖，回转缸体和前盖均用螺钉和销子进行连接买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 和定位，动片与手部的夹紧油缸缸体用键连接。夹紧缸体也指座固连成一体。当回转油缸的两腔分别通入压力油时，驱动动片连同夹紧油缸缸体和指座一同转动，即为手腕的回转运动。 图 械手的腕部结构 腕驱动力矩的计算 驱动手腕回转时的驱动力矩必须克服手腕起动时所产生的惯性力矩必须克服手腕起动时所产生的惯性力矩，手腕的转动轴与支承孔处的摩擦阻力矩，动片与缸径、定片、端盖等处密封装置的摩擦阻力矩以及由于转动的重心与轴线不重合所产生的偏重力矩。手腕转动时所需要的驱动力矩可按下式计算： M 驱 =M 惯 +M 偏 +M 摩 （ 式中 M 驱 驱动手腕转动的驱动力矩 M 惯 惯性力矩 （ 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 12 M 偏 参与转动的零部件的重量（包括工件、手部、手腕回转缸体的动片）对转动轴线所产生的偏重力矩 （ M 摩 手腕转动轴与支承孔处的摩擦力矩 （ 图 部回转力矩计算图 摩擦阻力矩 M 摩 M 摩 =2f（ 2 （ 式中 f轴承的摩擦系数，滚动轴承取 f=动轴承取 f= 轴承支承反力 （ N）； 轴承直径（ m） 由设计知 00N 00N 8N e= M 摩 = 800*00*（ 工件重心偏置力矩引起的偏置力矩 M 偏 M 偏 =G1 e （ 式中 工件重量（ N） e偏心距（即工件重心到碗回转中心线的垂直距离），当工件重心与手腕回转中心线重 合 时， M 偏为零 当 e=8N 时 M 偏 = Nm） 腕部启动时的惯性阻力矩 M 惯 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 13 当知道手腕 回转角速度 时，可用下式计算 M 惯 M 惯 =（ J+J 工件）t（ Nm） 式中 手腕回转角速度 （ 1/s） T手腕启动过程中所用时间（ s），（假定启动过程中近为加速运动） J手腕回转部件对回转轴线的转动惯量（ kg J 工件 工件对手腕回转轴线的转动惯量 （ kg 按已知计算得 J=J 工件 = =t=2 故 M 惯 = Nm） 当知道启动过程所转过的角度 时，也可以用下面的公式计算 M 惯： M 惯 =（ J+J 工件）22 （ Nm） 式中 启动过程所转过的角度（ ; 手腕回转角速度 （ 1/s）。 考虑到驱动缸密封摩擦损失等因素，一般将 M 取大一些，可取 M = M 惯 +M 偏 +M 摩 ） （ M = =买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 14 4 述 臂部是机械手的主要执行部件，其作用是支承手部和腕部，并将被抓取的工件传送到给定位置和方位上，因而一般机械手的手臂有三个自由度，即手臂的伸缩、左右回转和升降运动。手臂的回转和升降运动是通过立柱来实现的。；立柱的横向移动即为手臂的横向移动。手臂的各种运动通常由驱动机构和各种传动机构来实现，因 此，它不仅仅承受被抓取工件的重量，而且承受手部、手腕、和手臂自身的重量。手臂的结构、工作范围、灵活性以及抓重大小（即臂力）和定位精度等都直接影响机械手的工作性能，所以必须根据机械手的抓取重量、运动形式、自由度数、运动速度及其定位精度的要求来设计手臂的结构型式。同时，设计时必须考虑到手臂的受力情况、油缸及导向装置的布置、内部管路与手腕的连接形式等因素。因此设计臂部时一般要注意下述要求： 刚度要大 为防止臂部在运动过程中产生过大的变形，手臂的截面形状的选择要合理。 弓字形截面弯曲刚度一般比圆截面大；空心管的弯曲刚度和扭曲刚度都比实心轴大得多。所以常用钢管作臂杆及导向杆，用工字钢和槽钢作支承板。 导向性要好 为防止手臂在直线移动中，沿运动轴线发生相对运动，或设置导向装置，或设计方形、花键等形式的臂杆。 偏重力矩要小 所谓偏重力矩就是指臂部的重量对其支承回转轴所产生的静力矩。为提高机器人的运动速度，要尽量减少臂部运动部分的重量，以减少偏重力矩和整个手臂对回转轴的转动惯量。 运动要平稳、定位精度要高 由于臂部运动速度越高、重量越大，惯性力引起的定位前的冲击也就越大，运动即不平稳，定位精度也不会高。故应尽量减少小臂部运动部分的重量，使结构紧凑、重量轻，同时要采取一定的缓冲措施。 臂直线运动机构 机械手手臂的伸缩、升降及横向移动均属于直线运动，而实现手臂往复直线运动的机构形式比较多，常用的有活塞油（气）缸、活塞缸和齿轮齿条机构、丝杆螺母机构以及活塞缸和连杆机构。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 15 臂伸缩运动 这里实现直线往复运动是采 用液压驱动的活塞油缸。由于活塞油缸的体积小、重量轻，因而在机械手的手臂机构中应用比较多。如下图所示为双导向杆手臂的伸缩结构。手臂和手腕是通过连接板安装在升降油缸的上端，当双作用油缸 1 的两腔分别通入压力油时，则推动活塞杆 2（即手臂）作往复直线运动。导向杆 3 在导向套 4 内移动，以防止手臂伸缩时的转动（并兼做手腕回转缸 6 及手部 7 的夹紧油缸用的输油管道）。由于手臂的伸缩油缸安装在两导向杆之间，由导向杆承受弯曲作用，活塞杆只受拉压作用，故受力简单，传动平稳，外形整齐美观，结构紧凑。可用于抓重大、行程较长的场合。 图 导向杆手臂的伸缩结构 向装置 液压驱动的机械手手臂在进行伸缩（或升降）运动时，为了防止手臂绕轴线发 生转动，以保证手指的正确方向，并使活塞杆不受较大的弯曲力矩的作用，以增加手臂的刚性，在设计手臂的结构时，必须采用适当的导向装置。它根据手臂的安装形式，具体的结构买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 16 和抓取重量等因素加以确定，同时在结构设计和布局上应尽量减少运动部件的重量和减少手臂对回转中心的转动惯量。目前采用的导向装置有单导向杆、双导向杆、四导向杆和其他的导向装置，本机械手采用的是双导向杆导向机构。 双导向杆配置在手臂伸缩油缸两侧，并兼做手部和手腕油路的管道。对于伸缩行程大的手臂，为了防止导向杆悬伸部分的弯曲变形，可在导向杆尾部增设 辅助支承架，以提高导向杆的刚性。 如图 5 所示，对于伸缩行程大的手臂，为了防止导向杆悬伸部分的弯曲变形，可在导向杆尾部增设辅助支承架，以提高导向杆的刚性。如图 示，在导向杆 1 的尾端用支承架 4 将两个导向杆连接起来 。 图 导向杆手臂结构 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 17 臂的升降运动 如 图 7 所示为手臂的升降运动机构。当升降缸 下端通压力油时，推杆向上运动，带动手臂部分上升，当升降缸上端通压力油时，推杆下降，带动手臂部分向下运动。从而完成手臂的升降运动。 图 臂升降机构图 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 18 臂的横向移动 如图 7 所示为手臂的横向移动机构。手臂的横向移动是由活塞缸 5 来驱动的，回转缸体与滑台 1 用螺钉联结，活塞杆 4 通过两块连接板 3 用螺钉固定在滑座 2 上。当活塞缸 5 通压力油时，其缸体就带动滑台 1，沿着燕尾形滑座 2 做横向往复运动。 图 臂横向移动机构 部运动驱动力计算 计算臂部运动驱动力（包括力矩）时，要把臂部所受的全部负 荷考虑进去。机械手工作时，臂部所受的负荷主要有惯性力、摩擦力和重力等。 在计算时，要对力进行相应买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 19 的分析。然后再根据已有的理论进行相应的计算。臂部的零件较多，结构比较复杂，故，摩擦阻力只能进行大致估计，从而导致计算有一定偏差。所以，臂部驱动力的计算只能作为一个参考，而不能作为一个标准。 水平伸缩运动驱动力的计算 手臂做水平伸缩运动时，首先要克服摩擦阻力，包括油缸与活塞之间的摩擦阻力及导向杆与支承滑套之间的摩擦阻力等，还要克服启动过程中的惯性力。其驱动力 按下式计算： (N) 式中 各支承处的摩擦阻力； 启动过程中的惯性力，其大小可按下式估算： (N) 式中 W 手臂伸缩部件的总重量 （ N）； g 重力加速度（ s 2 ） ; a 启动过程中的平均加速度（ m/s 2 ）， 而 a = (m/s 2 ) v 速度变化量。如果手臂从静止状态加速到工作速度 V 时，则这个过程的速度变化量 就等于手臂的工作速度； t 启动过程中所用的时间，一般为 当 00N,W=1098（ N）， V = 500mm/s 时， 100+=100+112=212 (N) 垂直升降运动驱动力的计算 手臂作垂直运动时，除克服摩擦阻力 惯性力 外，还要克服臂部运动部件的重力，故其驱动力 按下式计算： W (N) 式中 各支承处的摩擦力（ N）； 启动时惯性力（ N）可按臂伸缩运动时的情况计算； 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 20 W臂部运动部件的总重量（ N）； 上升时为正，下降时为负。 当 0N， 20N,W=1098N 时 当手臂上升时候，由力的平衡条件可得， 0+120+1098=1268（ N） 此时，重力向下，摩擦力向下，惯性力向下。 当手臂下降时候，由力的平衡条件可得， 098+120168 (N) 此时，重力向下，摩擦力向上，惯性力向下。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 21 5 压系统简介 液压系统有液压传动系统和液压控制系统之分，一般来说液压系统的设计则是泛指液压传动系统的设计。其实从结构组成或者工作原理上看，这两类系统并无本质上的差别，仅仅一类以传递动力为主，追求传动特性的完善； 另一类以实施控制为主。追求控制特性的完善而已。但是，随着应用要求的提高和科学技术的发展，两者的界限将越来越不明显。 任何液压系统的设计，除了应满足主机在动作和性能方面规定的种种要求外，还必须符合质量和体积小、成本低、效率高、结构简单、工作可靠、使用和维护方便等一些公认的普遍设计原则。 设计液压系统的出发点，可以是充分发挥其组成原件的工作性能，也可以是着重追求其工作状态的可靠性。前者着眼于效能，后者着眼于安全，实际的设计原则常常是这两种观点不同程度的结合。为此，液压传动系统的设计迄今没有一个公认的统一步骤，往 往随着系统的繁简，借鉴的多寡，设计人员经验的不同而在做法上呈现出差异来。 机械手的液压传动是以有压力的油液作为传递动力的工作介质。电动机带动油泵输出压力油，是将电动机供给的机械能转换成油液的压力能。压力油经过管道及一些控制调节装置等进入油缸，推动活塞杆运动，从而使手臂作伸缩、升降等运动，将油液的压力能又转换成机械能。手臂在运动时所能克服的摩擦阻力大小，以及夹持式手部夹紧工件时所需保持的握力大小，均与油液的压力和活塞的有效工作面积有关。手臂做各种运动的速度决定于流入密封油缸中油液容积的多少。这种借助于运动着 的压力油的容积变化来传递动力的液压传动称为容积式液压传动，机械手的液压传动系统都属于容积式液压传动。 液压 传动 与机械、电力等传动相比。有以下特点： （ 1）能方便的进行无级调速，调速范围大。（ 2）体积小，、重量轻、功率大。一方面，在相同输出功率的前提下，其体积小、重量轻、惯性小、动作灵敏，这对于液压自动控制系统有重要的意义。另一方面，在体积或重量相近的情况下，其输出功率大，能传递较大的扭矩或推力（如万吨水压力等）。（ 3）控制和调节简单、方便、省力，易实现自动化控制和过载保护。（ 4）可实现无间隙传动，运动平稳。（ 5）因为传动介质为油液，故液体元件有自我润滑作用，使买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 22 用寿命长。 (6）液压元件实现了标准化、系列化、通用化、便于设计、制造和推广使用。（ 7）可以采用大推力的液压缸和大扭矩的液压马达直接带动负载，从而失去了中间的减速装置，使传动简化。 压系统的组成 液压传动系统主要由以下几个部分组成： 动力元件 它是将原动机输入的机械能转换为液压能的装置。液压泵即为动力元件 执行元件 它是将液体的压力能转换为机械能的装置，以驱动部件。液压缸 和液压马达即为执行元件。 控制调节元件 控制调节元件是指各种阀类元件，它们的作用是控制液压系统中油液的压力、流量和方向，以保证执行元件完成预期的工作运动。 辅助元件 辅助元件是指油箱、油管、管接头、滤油器、压力表、流量表等。 工作介质 在液压系统中使用液压油（通常为矿物油） 械手液压系统的控制回路 机械手的液压系统，根据机械手自由度的多少，液压系统可繁可简，但是总不外乎由一些基本控制回路组成。这些基本控制回路具有各种功能，如工作压力的调整、油泵的卸荷、运动的换向、 工作速度的调节以及同步运动等。 力控制回路 调压回路 在采用定量泵的液压系统中，为控制系统的最大工作压力，一般都在油泵的出口附近设置溢流阀，用它来调节系统压力，并将多余的油液溢流回油箱。 卸荷回路 在机械手各油缸不工作时，油泵电机又不停止工作的情况下，为减少油泵的功率损耗，节省动力，降低系统的发热，使油泵在低负荷下工作，所以采用卸荷回路。此机械手采用二位二通电磁阀控制溢流阀遥控口卸荷回路。 减压回路 为了是机械手的液压系统局部压力降低或稳定，在要求减压的支路前串联一个减压阀，以获得比系统压力更低的压力。 平衡与锁紧回路 在机械液压系统中，为防止垂直机构因自重而任意下降，可采用平衡回路将垂直机构的自重给以平衡。为了使机械手手臂在移动过程中停止在任意位置上，并防止因外力作用而发生位移，可采用锁紧回路，即将油缸的回油路关闭，使活塞停止运动并锁紧。本机械手采用单向顺序阀做平衡阀实现任意位置锁紧的回路。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 23 油泵出口处接 单向阀 在油泵出口处接单向阀。其作用有二：第一是保护油泵。液压系统工作时，油泵向系统供应高压油液，以驱动油缸运动而做功。当一旦电机停止转动，油泵不再向外供油，系统中原有的高压油液具有一定能量，将迫使油泵反方向转动，结果产生噪音，加速油泵的磨损。在油泵出油口处加设单向阀后，隔断系统中高压油液和油泵时间的联系，从而起到保护油缸的作用。第二是防止空气混入系统。在停机时，单向阀把系统能够和油泵隔断，防止系统的油液通过油泵流回油箱，避免空气混入，以保证启动时的平稳性。 度控制回路 液压机械手各种运动速度的控制， 主要是改变进入油缸的流量 Q。其控制方法有两类：一类是采用定量泵，即利用调节节流阀的通流截面来改变进入油缸或油马达的流量；另一类是采用变量泵，改变油泵的供油量。本机械手采用定量油泵节流调速回路。 根据各油泵的运动速度要求，可分别采用 单向节流阀、 单向节流阀或单向调速阀等进行调节。 节流调速阀的优点是：简单可靠、调速范围较大、价格便宜。其缺点是：有压力和流量损耗，在低速负荷传动时效率低，发热大。 采用节流阀进行节流调速时，负荷的变化会引起油缸速度的变化，使速度稳定性差 。其原因是负荷变化会引起油缸速度的变化，使速度稳定性差。其原因是负荷变化会引起节流阀进出油口的压差变化，因而使通过节流阀的流量以至油缸的速度变化。 调速阀能够随负荷的变化而自动调整和稳定所通过的流量，使油缸的运动速度不受负荷变化的影响，对速度的平稳性要求高的场合，宜用调速阀实现节流调速。 向控制回路 在方向控制回路中，按用途分常用单向阀和换向阀。单向阀：只允许流体在管道中单向接通，反向即切断。换向阀：改变不同管路间的通、断关系、根据阀芯在阀体中的工作位置数分两位、三位等；根据所控制的通道数 分两通、三通、四通、五通等；如二位二通、三位三通，三位五通等根据阀芯驱动方式分手动、 机动、电磁、液动等。 在机械手液压系统中，为控制各油缸、马达的运动方向和接通或关闭油路，通常采用二位二通、二位三通、二位四通电磁阀和电液动滑阀，由电控系统发出电信号，控制电磁铁操纵阀芯换向，使油缸及油马达的油路换向，实现直线往复运动和正反向转动。 目前在液压系统中使用的电磁阀，按其电源的不同，可分为交流电磁阀（ D 型）和直流电磁阀（ E 型）两种。交流电磁阀的使用电压一般为 220V（也有 380V 或 36V），直流电磁阀的使用电压一 般为 24V（或 110V）。这里采用交流电磁阀。交流电磁阀起动性买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 24 能好，换向时间短，接线简单，价廉，但是如吸不上时容易烧坏，可靠性差，换向时有冲击，允许换向频率底，寿命较短。 械手的液压传动系统 液压系统图的绘制是设计液压机械手的主要内容之一。液压系统图是各种液压元件为满足机械手动作要求的有机联系图。它通常由一些典型的压力控制、流量控制、方向控制回路加上一些专用回路所组成。 绘制液压系统图的一般顺序是：先确定油缸和油泵，再布置中间的控制调节回路和相应元件，以及其他辅助装置，从而组成整个液压系统，并 用液压系统图形符号，画出液压原理图。 料机械手的动作顺序 本液压传动上料机械手主要是从一个地方拿到工件后，横移一定的距离后把工件给立式精锻机进行加工。它的动作顺序是：待料（即起始位置。手指闭合，待夹料立放） 插定位销 手臂前伸 手指张开 手指夹料 手臂上升 手臂缩回 立柱横移 手腕回转 115 拔定位销 插定位销 手臂前伸 手臂中停 （此时立式精锻机的卡头下降 卡头夹料，大泵卸荷） 手指松开（此时精锻机的卡头夹着料上升） 手指 闭合 手臂缩回 手臂下降 手腕反转 （手腕复位） 拔定位销 立柱回移（回到起始位置） 待料（一个循环结束）卸荷。 上述动作均由电控系统发信控制相应的电磁换向阀，按程序依次步进动作而实现的。该电控系统的步进控制环节采用步进选线器，其步进动作是在每一步动作完成后，使行程开关的触点闭合或依据每一步动作的预设停留时间，使时间继电器动作而发信，使步进器顺序 “跳步 ”控制电磁阀的电磁铁线圈通断电，使电磁铁按程序动作（见电磁铁动作程序表）实现液压系统的自动控制。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 25 动 上料机械手液压系统原理介绍 图 械手液压系统图 液压系统原理图如图 9 所示。该系统选用功率 N=瓦的电动机，带动双联叶片泵 8，其公称压力为 60*105 帕，流量为 35 升 /分 +18 升 /分 =53 升 /分，系统压力调节为 30*105 帕，油箱容积为 250 升。 手臂的升降油缸及伸缩油缸工作时两个油泵同时供油；手臂及手腕的回转和手指夹紧用的拉紧油缸以及手臂回转的定位油缸工作时只有小油泵供油，大泵自动卸荷。 手臂伸缩、手臂升降、手臂横向移动和手腕回转油路采用单向调速阀（ 程节流，因而速度可调，工作平稳。 手臂升降油缸支路设置有单向顺序阀（ 可以调整顺序阀的 弹簧力使之在活塞、活塞杆及其所支承的手臂等自重所引起的油液压力作用下仍保持断路。工作时油泵输出的压力油进入升降油缸上腔，作用在顺序阀的压力增加使之接通，活塞便向下运动。当活塞要上升时，压力油液经单向阀进入升降油缸下腔而不会被顺序阀所阻，这样采用单向顺序阀克服手臂等自重，以防下滑，性能稳定可靠。 手指夹紧油缸支路装有液控单向阀（ 使手指夹紧工件时不受系统压力波动的影响，保证保证手指夹持工件牢靠。当反向进油时，油箱通过控制油路将单向阀芯顶买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 26 开，使回油路接通，油液流回油箱。 在手臂回转 后的定位所用的定位油缸支路要比系统压力低，为此在定位油缸支路前串有减压阀（ 使定位油缸获得适应压力为 1518*105 帕 ，同时还给电液动滑阀（或称电液换向阀， 34实现，空载卸荷不致使油温升高。系统的压力由溢流阀来调节。 此系统四个主压力油路的压力测量，是通过转换压力表开关（ 位置来实现的，被测量的四个主油路的压力值，分别从压力表（ 表示出来。 下面以上料机械手的一个典型动作程序为例，结合图 8 来说明其动作循环。 当电动机启动，带动双联 叶片泵 3 和 8 回转，油液从油箱 1 中通过网式滤油器 2 和7，经过叶片泵被送到工作油路中去，如果机械手还未启动，则油液通过二位二通电磁阀5 和 10（电磁铁 11 12电）进行卸荷。 当热棒料到达上料的位置后，由于 1150 的热料使光电继电器发出电信号（或经过人工启动），经过步进选线器跳步，使机械手开始按程序动作。此时卸荷停止（二位二通电磁阀 5 和 10 的电磁铁断电），电磁铁 8电，压力油进到定位油缸的无杆腔