工业机械手液压系统设计答辩稿

本 科 生 毕 业 答 辩学 院 ：工 业 机 械 手 液 压 系 统 设 计题 目 简 介1工 业 机 械 手 液 压 系 统 概 述2工 业 机 械 手 液 压 系 统 的 工 作 原 理34目 录工 业 机 械 手 液 压 系 统 的 设 计41. 题 目 简 介v 工 业 机 械 手 （ 即 机 器 人 ） 一 般 指 用于 机 械 制 造 业 中 代 替 人 完 成 具 有 大 批 量 、高 质 量 要 求 的 工 作 ， 如 汽 车 制 造 、 摩 托车 制 造 、 舰 船 制 造 、 某 些 家 电 产 品 （ 电视 机 、 电 冰 箱 、 洗 衣 机 ） 、 化 工 等 行 业自 动 化 生 产 线 中 的 点 焊 、 弧 焊 、 喷 漆 、切 割 、 电 子 装 配 及 物 流 系 统 的 搬 运 、 包装 、 码 垛 等 作 业 的 机 械 装 置 。 v 机 械 手 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 。v 而 高 精 度 工 业 机 械 手 大 多 采 用 液 压传 动 的 方 式 ， 例 如 多 自 由 度 机 械 手 就 装有 伸 缩 、 回 转 、 升 降 多 个 液 压 系 统 ， 在计 算 机 控 制 下 才 能 够 实 现 精 准 定 位 操 作 。液 压 传 动 装 置 具 有 质 量 轻 、 体 积 小 、 运动 惯 性 小 、 反 应 速 度 快 等 优 点 ， 所 以 适用 于 高 精 度 机 械 手 ， 并 且 操 作 简 单 方 便 ，可 在 较 大 范 围 内 可 以 实 现 无 极 调 速 ， 从而 使 机 器 达 到 较 高 的 自 动 化 。 2. 工 业 机 械 手 液 压 系 统 概 述手 臂 伸 缩 液 压 系 统1手 臂 垂 直 升 降 液 压 系 统2手 臂 回 转 齿 条 活 塞 液 压 系 统34 手 腕 回 转 液 压 系 统4手 爪 夹 合 液 压 系 统566 械 手 液 压 系 统 设 计 目 的 和 要 求 v 上 下 料 用 机 械 手 能 在 不 同 高 度 与 不 连 续 的 工 作 台之 间 实 现 机 械 零 件 的 重 复 取 放 ， 代 替 人 工 劳 动 ， 减 轻了 人 工 劳 动 强 度 ， 提 高 了 自 动 化 水 平 和 劳 动 生 产 率 ，保 证 了 产 品 的 质 量 和 工 人 的 安 全 。v 上 下 料 用 机 械 手 采 用 圆 柱 坐 标 的 结 构 形 式 ， 主 要的 组 成 部 分 有 ： 升 降 机 构 ， 回 转 机 构 ， 手 臂 伸 缩 结 构等 ， 在 这 三 中 机 构 中 采 用 液 压 驱 动 传 动 方 式 ， 能 保 证机 械 手 的 整 体 结 构 的 紧 凑 性 ， 运 动 平 稳 以 及 可 以 方 便的 实 现 无 级 调 速 。 运 动 分 析v 如 图 所 示 ， 机 械 手 在工 作 过 程 中 需 三 种 运 动 ，其 中 手 臂 的 伸 缩 和 立 柱的 升 降 为 两 种 直 线 运 动 ，而 手 臂 的 回 转 为 圆 周 运动 ， 所 以 采 用 圆 柱 坐 标形 式 。 其 特 点 是 ， 结 构简 单 ， 手 臂 运 动 范 围 大 ，有 较 高 的 定 位 准 确 度 。关 键 问 题 ： 机 械 手 的三 个 运 动 方 式 构 成 了 三个 自 由 度 ， 是 机 械 手 精确 定 位 的 关 械 手 各 液 压 系 统 的 工 作 范 围 v 机 械 手 的 手 臂 伸 缩 液 压 系 统 在 水 平 方 向 上 的 伸 缩范 围 为 至 两 个 不 同 高 度 的 工 作 台 的 距 离 ， 手 臂 伸 缩 总行 程 为 500手 臂 回 转 的 运 动 范 围 90度 ， 立柱 升 降 的 垂 直 方 向 的 距 离 为 两 工 作 台 的 高 度 差 ， 总 行程 为 200 是 手 臂 垂 直 升 降 液 压 系 统 的 工 作 范围 ， 还 有 手 腕 翻 转 的 运 动 范 围 180度 。 此 外 手 爪 夹合 液 压 系 统 的 工 作 状 态 为 打 开 ， 闭 合 两 种 ， 在 待 料 处手 爪 打 开 ， 然 后 闭 合 夹 住 材 料 ； 在 送 料 出 手 爪 打 开 下料 ， 然 后 闭 合 。 所 有 液 压 系 统 复 位 重 新 待 料 。3. 工 业 机 械 手 液 压 系 统 的 工 作 原 理v 根 据 具 体 工 作 情 况 ， 电 动 执 行 机 构 至 少 应 有 手 臂的 升 降 、 伸 缩 、 回 转 以 及 手 腕 回 转 四 个 不 同 的 自 由 度 。手 臂 升 降 液 压 缸 、 手 臂 伸 缩 液 压 缸 、 手 臂 回 转 液 压 缸 、手 腕 回 转 液 压 缸 、 手 爪 夹 合 液 压 缸 和 回 转 定 位 液 压 缸各 个 部 分 相 互 协 作 ， 共 同 执 行 液 压 的 传 动 。 液 压 缸 驱动 和 电 气 控 制 共 同 完 成 一 系 列 动 作 并 以 此 循 环 往 复 ： 销 定 位 手 臂 延 伸 手 爪 打 开 手 爪 夹 合 （ 材 料 ） 手 臂 回 升 手 臂 回 缩 手 腕 翻 转 180 撤 定 位 销 手 臂 侧 转 90 再 次 固 定 定 位 销 手 爪 打 开 下料 手 爪 闭 合 手 臂 回 缩 手 臂 降 至 最 低 点 手 腕 复位 撤 定 位 销 手 臂 复 位 重 新 待 料 。 压 原 理 简 气 控 制 系 原 理 图4. 工 业 机 械 手 液 压 系 统 的 设 一 个 工 作 循 环 周 期 的 运 动 过 程 位 于 初 始 位 置 （ 1） 抓 取 工 缩 升 高 至 至 工 作 回 转 角 度 至 位 置 （ 2） 伸 长 并 释 放 工 缩 回 转 角 度 ， 至 位 置 （ 1） 下 降 至 工 作 台 （ 1）v 液 压 回 路 包 括 液 压 泵 、 单 向 阀 、 散 热 器 、 输 油 管 路 、 电 磁阀 、 调 压 阀 、 限 流 阀 、 油 缸 以 及 控 制 电 路 。 确 定 液 压 执 行 元 件以 后 ， 根 据 设 备 的 共 组 特 点 和 工 作 要 求 确 定 对 主 要 性 能 起 决 定性 影 响 的 回 路 ， 机 械 手 液 压 系 统 主 要 针 对 伸 缩 运 动 ， 升 降 运 动和 回 转 运 动 的 三 个 主 要 运 动 来 选 择 回 路 ， 选 择 如 下 ：v （ 1） 方 向 控 制 回 路 ： 它 在 液 压 系 统 中 的 作 用 是 控 制 执 行 元 件 的启 动 、 停 止 或 改 变 运 动 方 向 。v （ 2） 压 力 控 制 回 路 ： 它 的 作 用 是 利 用 压 力 控 制 阀 来 实 现 系 统的 压 力 控 制 ， 用 来 实 现 稳 压 、 减 压 、 增 压 和 多 级 调 压 等 控 制 ，以 满 足 执 行 元 件 在 力 或 转 矩 及 各 种 动 作 对 系 统 压 力 的 要 求 。v （ 3） 速 度 控 制 回 路 ： 它 是 液 压 系 统 的 重 要 组 成 部 分 ， 用 来 控制 执 行 元 件 的 运 动 速 度 。v （ 4） 压 力 源 电 路 ： 被 称 为 一 个 电 源 的 压 力 源 的 电 路 ， 功 能 是 增加 压 力 ， 流 速 ， 以 满 足 液 压 制 动 器 的 需 求 。 压 回 路 的 选 压 泵 流 量 计 算 及 马 达 功 率 确 定v 液 压 泵 流 量 计 算 （ 此 处 以 前 泵 为 例 后 泵 同 理 ）前 泵 的 流 量 ：式 中 ： V 泵 的 排 量 （ mL/r ）n 泵 的 额 定 转 速 （ r/v 马 达 功 率 确 定式 中 ： N 油 泵 所 需 要 的 电 动 机 功 率 ；P 油 泵 的 最 大 工 作 压 力 （ ） ； 油 泵 最 大 流 量 （ ） ； 油 泵 总 效 率 ， 普 通 叶 片 泵 =齿 轮 泵 = 泵 = 达 功 率 ：关 键 问 题 ： 液 压 泵 的 流量 决 定 了 液 压 系 统 的 工 作压 力 ， 对 其 性 能 和 维 护 至关 重 要 ， 马 达 功 率 则 是 系统 高 效 稳 定 运 行 的 关 键 。根 据 系 统 选 择 标 准 液 压 元 件v 机 械 手 液 压 系 统 的主 要 液 压 元 件 选 择 包 括 ：油 箱 ， 液 压 泵 ， 滤 油 器 ，油 泵 ， 溢 流 阀 ， 减 压 阀 ，单 向 阀 ， 电 磁 换 向 阀 ，单 向 节 流 阀 ， 以 及 相 应的 电 器 开 关 等 ， 主 要 液压 元 件 规 格 如 左 表 。存 在 的 问 题v 工 业 机 械 手 通 常 为 多 自 由 度 机 械 手 ， 采 用 液 压 驱动 的 传 动 方 式 ， 但 是 有 多 个 液 压 系 统 相 互 协 调 驱 动 ，在 实 际 装 配 时 比 较 困 难 ， 而 且 对 液 压 元 件 的 精 度 要 求极 高 ， 此 次 为 理 论 设 计 ， 对 液 压 元 件 的 精 度 计 算 不 够准 确 ， 需 根 据 实 际 情 况 替 换 不 同 规 格 种 类 的 元 件 。v 液 压 系 统 的 电 气 控 制 图 不 够 简 化 ， 线 路 较 为 复杂 ， 增 加 了 实 际 过 程 中 安 装 线 路 的 难 度 ， 对 液 压 系 统的 维 护 和 检 修 不 便 。总 结v 虽 然 我 设 计 的 只 仅 仅 简 单 工 业 机 械 手 的 液 压 系统 ， 但 需 要 了 解 机 械 手 伸 缩 、 升 降 、 回 转 、 夹 持 等 功能 ，