搬运机械手主体结构设计说明书

- I -目 录摘 要 .IABSTRACT.I1 前言 .11.1 机器人概述 .11.2 机器人的历史、现状 .31.3 机器人发展趋势 .52 搬运机械手的总体设计方案 .53 机械手手爪的设计 .73.1 手爪设计的基本要求 .73.2 手爪结构设计 .73.2.1 夹紧力计算 .83.2.2 手爪开合驱动力的计算 .93.2.3 手爪开合驱动液压缸的计算 .104 机械手手腕的设计 .114.1 腕部设计的基本要求 .114.2 腕部的计算 .114.3 回转液压缸驱动力矩计算 .134.4 回转缸内径 D 计算 .144.5 腕部轴承选择 .155 机械手伸缩臂设计 .165.1 伸缩臂设计基本要求 .165.2 伸缩臂液压缸参数计算 .175.3 液压缸缸筒内径 D 的确定 .185.4 伸缩臂范围控制与调整 .186 驱动系统 .186.1 驱动系统设计要求 .186.2 驱动系统设计方案 .196.3 驱动系统设计 .197 其它机械部件 .207.1 液压缸盖螺钉的计算 .207.2 静片和输出轴间的连接螺钉 .218 结 论 .229 参 考 文 献 .23致 谢 .24- 1 -1 前言1.1 机器人概述在现代化工业中，生产过程的自动化和机械化，在现代化工业进程中扮演着越来越重要的作用，在机械工业中，加工、装配等生产是不连续的。现在大批量生产自动化的有效办法是专用机床；自动化机械是有效地解决多品种小批量生产自动化的重要办法是程控机床、数控机床、加工中心等。但除了切削加工自身外，同时还有着大量的装卸、搬运、装配等作业，远远落后于上述几个方面。但工业机器人的出现，为这些作业的机械化奠定了良好的基础。“工业机器人”大部分是指可以编程的能够独立自动抓取、搬运零件、操作工具的自动化加工设备。机器人是一种具有人体部分功能，工作程序能够固定的自动化装置，它的优点是结构简单、成本低廉、容易维修。缺点是适应性较差，功能比较少。目前我国常把具有上述特点的机器人称为专用机器人，而把工业机器人称为通用机器人。换句话说，机器人就是用自动化装置代替人工，把工件从某个位置移向指定的位置，或按照工作要求以操纵工件进行装配或加工。机器人一般分为三类。第一类是不需要人工操作的通用机器人，本次所设计的搬运机械手即属于此类装置。它是一种独立的装置，可以根据任务的需要编制程序，从而完成各项规定操作。第二类称为操作机，它是需要人工操作的，它最开始先是通过执行器来完成特定的作业，后来发展到利用无线电操作机器人来对月球进行探测等。第三类主是主要附属于自动机床或自动生产线上的专业机器人，用以解决机床上下料和工件传送。它是为主机服务的，由主机驱动。属于专用机器人，除少数外，工作程序一般是固定的。按照结构形式的不同机器人又可以分为多种类型，其中最常用的为关节型机器人，因其具有结构紧凑，所占空间体积小，相对工作空间最大，甚至能绕过基座周围的一些影响其工作的障碍物等这样一些特点，成为机器人中使用最多的一种结构形式。要机器人能够像人一样拿取东西，具备人手的一些类似功能，最简单的基本条件是要有一套类似于指、腕、臂、等关节组成部分，构成的一系列抓取和移动机构，我们称之为执行机构；像手臂肌肉那样使之运动的驱动，我们称之为传动系统；像大脑那样指挥手动作的控制系统。一般而言，机器人通常就是由执行机构、驱动传动系统和控制系统这三部分组成，如图 1-1 所示。- 2 -图 1.1 机器人的一般组成对于现代化的智能机器人而言，它还具有一定的智能系统，主要包括感觉装置、视觉装置和语言识别装置等。目前研究的主要对象主要集中机器人的视觉装置上，即给予机器人以眼睛的功能，使它能识别物体和躲避障碍物。机器人的这些组成部分并不是各自独立的，或者说并不是简单的叠加在一起，从而构成一个机器人的它们之间的相互关系如图 1.2 所示。图 1.2 机器人各组成部分之间的关系- 3 -机器人的机械系统主要由执行机构和驱动系统组成。执行机构是机器人能够完成各项工作任务的根本，通常由连杆和关节组成，由驱动系统提供动力，按照控制系统的要求完成各项工作任务。驱动机构为机器人提供各关节所需要的动力，传动系统能够将驱动力转换为满足机器人各关节力矩和运动所要求的驱动力或力矩。有的资料把机器人分为机械系统部分、驱动系统部分和控制系统部分三大部分。其中的机械系统又叫执行器，也就是本文中所说的执行机构部分。1.2 机器人的历史、现状1958 年第一台机器人在美国联合控制公司诞生，使美国成为第一个研究机器人的国家，它的结构特点是机体上安装一回转长臂，端部装有电磁铁的工件抓放装置，是示教型的控制系统。工业机器人发展最快、应用最多的国家是日本。它在 1969 年从美国引进两种典型机器人后，便开始大力从事机器人的研究。目前工业机器人主要依靠人工进行控制，大部分还属于第一代；控制方式则为开环式，没有识别能力；改进的方向主要是降低成本和提高精度。第二代机器人它设有微型电子计算机控制系统，具有视觉、触觉能力，甚至听、想的能力正在加紧研制。它的主要方向为研究安装各种传感器，把感觉到的信息进行反馈，使机器人具有感觉功能。第三代机器人通常能独立地完成工作过程中的各种任务。它与电子计算机和电视设备保持联系，并逐步发展成为柔性制造系统 FMS(Flexible Manufacturing System) 和柔性制造单元 FMC(Flexible Manufacturing Cell) 中的重要一环。随着工业机器人研究制造和应用领域的不断扩大，国际性学术交流活动十分活跃，欧美各国和其他国家学术交流活动开展很多。目前，工业机器人的主要用途在于装卸、搬运、焊接、铸锻和热处理等方面，无论数量、品种和性能方面还不能满足工业生产发展的需要。使用工业机器人代替人工操作的，主要是在危险作业、多粉尘、高温、噪声、工作空间狭小等不适于人工作业的环境。目前主要应用于机床、模锻压力机的上下料，以及点焊、喷漆等作业，它可按照事先制订的作业程序完成规定的操作，但还不具备传感反馈能力，不能应付外界的变化。随着现代化科学技术的飞速发展和社会的进步，针对于上述各个领域的机器人系统的应用和研究对系统本身也提出越来越多的要求。制造业要求机器人系统具有更大的柔性和更强大的编程环境，适应不同的应用场合和多品种、小批量的生产过程。计算机集成制造（CIM）要求机器人系统能和车间中的其它自动化设备集成在一起。研究人员为了提高机器人系统的性能和智能水平，要求机器人系统具有开放结- 4 -构和集成各种外部传感器的能力。然而，目前商品化的机器人系统多采用封闭结构的专用控制器，一般采用专用计算机作为上层主控计算机，使用专用机器人语言作为离线编程工具，采用专用微处理器，并将控制算法固化在 EPROM 中，这种专用系统很难（或不可能）集成外部硬件和软件。修改封闭系统的代价是非常昂贵的，如果不进行重新设计，多数情况下技术上是不可能的。解决这些问题的根本办法是研究和使用具有开放结构的机器人系统。美国工业机器人技术的发展，大致经历了以下几个阶段：（1）1963-1967 年为试验定型阶段。1963-1966 年， 万能自动化公司制造的工业机器人供用户做工艺试验。1967 年，该公司生产的工业机器人定型为 1900 型。（2）1968-1970 年为实际应用阶段。这一时期，工业机器人在美国进入应用阶段，例如，美国通用汽车公司 1968 年订购了 68 台工业机器人；1969 年该公司又自行研制出 SAM 新工业机器人，并用 21 组成电焊小汽车车身的焊接自动线；又如，美国克莱斯勒汽车公司 32 条冲压自动线上的 448 台冲床都用工业机器人传递工件。（3）1970 年至今一直处于推广应用和技术发展阶段。1970-1972 年，工业机器人处于技术发展阶段。1970 年 4 月美国在伊利斯工学院研究所召开了第一届全国工业机器人会议。据当时统计，美国大约 200 台工业机器人，工作时间共达 60 万小时以上，与此同时，出现了所谓了高级机器人，例如：森德斯兰德公司（Sundstrand）发明了用小型计算机控制 50 台机器人的系统。又如，万能自动公司制成了由 25 台机器人组成的汽车车轮生产自动线。其他国家，如日本、苏联、西欧，大多是从 1967，1968 年开始以美国的“Versa Tran”和“Unmated”型机器人为蓝本开始进行研制的。就日本来说，1967年，日本丰田织机公司 引进美国的“Versa Tran”,川崎重工公司引进“Unmated” ，并获得迅速发展。通过引进技术、仿制、改造创新。很快研制出国产化机器人，技术水平很快赶上美国并超过其他国家。经过大约 10 年的实用化时期以后，从 1980年开始进入广泛的普及时代。我国虽然开始研制工业机器人仅比日本晚 5-6 年，但是由于种种原因，工业机器人技术的发展比较慢。目前我国已开始有计划地从国外引进工业机器人技术，通过引进、仿制、改造、创新，工业机器人将会获得快速的发展。1.3 机器人发展趋势伴随随着现代化生产技术日新月异的发展，对于机器人德设计生产能力也进一步提高，尤其当机器人的生产与柔性化制造系统和柔性制造单元相结合，从而改变目前机械制造的人工操作状态，提高了生产效率。现代工业机器人的发展趋势：a)提高运动速度和运动精度，减少重量和占用空间，加速机器人功能部件的标- 5 -准化和模块化，将机器人的各个机械模块、控制模块、检测模块组成结构不同的机器人；b)开发各种新型结构用于不同类型的场合，如开发微动机构用以保证精度；开发多关节多自由度的手臂和手指；开发各类行走机器人，以适应不同的场合；c)研制各类传感器及检测元器件，如，触觉、视觉、听觉、味觉、和测距传感器等，用传感器获得工作对象周围的外界环境信息、位置信息、状态信息以完成模式识别、状态检测2 搬运机械手的总体设计方案本次设计的搬运机械手的主要任务是搬运机械手能够搬运生产线上的零件。要求机械手应能抓取生产线上的零件，转过一定角度(90)后将零件放下。要求抓取零件的重量可达到7公斤，手爪的开合尺寸可达到110毫米。另，并通过设计不同形式的手爪结构形式能适应不同零件结构及尺寸的需求。本设计主要任务是完成搬运机械手主体结构方面设计。在本章中要对机械手的座标形式、自由度、驱动机构等进行确定。因此，在机械手的执行机构、驱动机构是本次设计的主要任务。常见的工业机械手根据手臂的动作形态,按坐标形式大致可以分为以下 4 种: (1)直角坐标型机械手;(2)圆柱坐标型机械手; ( 3)球坐标(极坐标)型机械手; (4)多关节型机机械手。其中圆柱坐标型机械手结构简单紧凑,定位精度较高,占地面积小，因此本设计采用圆柱坐标。图 1.1 是搬运机械手示意图。- 6 -图2.1搬运机械手基本形式示意图1、旋转底盘 2、横向手臂伸缩导轨 3、横向手臂 4、手腕 5、手爪 6、升降液压缸 7、底座 机械手的技术参数列表1、抓重7Kg2、自由度数:5个自由度3、座标型式:圆柱座标4、最大工作半径:1500mm5、横向手臂伸缩行程：1200mm6、横向手臂伸缩速度：200mm/s7、竖直手臂升降行程：400mm8、升降速度：150mm/s9、底盘回转范围: -12012010、手爪开合尺寸：110mm11、手爪旋转角度：2701、机械手的主要部件及运动在圆柱坐标式机械手的基本方案选定后，根据设计任务，为了满足设计要求，本设计关于机械手具有5个自由度既：手抓张合；手爪旋转；横向手臂伸缩；横向手臂回转；横向手臂升降5个主要运动。2、工作原理本设计机械手主要由4个大部件组成：（1）手部，采用一个液压缸控制手爪，使抓取和松开的动作准确定位。 （2）腕部，采用一个回转液压缸实现手部回转270。（3）横向手臂用驱动液压缸，能够使横轴伸缩，用升降连杆实现横轴的升降。 （4）旋转底盘由直流减速电机驱动，竖直手臂与旋转底盘一起带动横向手臂运动。搬运机械手由PLC作为控制系统，按下复位按钮后，PLC控制转盘电机、横轴控制液压缸使机械手运行到初始位置。按下启动按钮后，PLC控制转盘电机正转，转盘上带有光电感应器，感应到设定位置时转盘电机停转，同时横轴液压缸和升降连杆控制横轴伸缩以及沿竖轴升降，当横轴和竖轴上的光电感应器感应到预定位置时，电机停转。PLC控制手爪抓紧物料。此时，PLC控制各电机按原路将物料板运到需要位置，完成一次工作循环。PLC控制机械手复位。- 7 -3 机械手手爪的设计3.1 手爪设计的基本要求（1）手爪应具有适当的夹紧力和驱动力；（2）手指应具有一定的开闭范围；（3）手爪应保证工件在手指内的夹持精度；（4）手爪要求结构紧凑，重量轻，效率高；（5）手爪应考虑通用性和特殊要求。3.2 手爪结构设计工业机器人的手爪又称为末端执行器，它是使机器人直接用于抓取和握紧专用工具进行操作的部件。具有模仿部分人手动作的功能，安装于机器人手臂的前端。由于被握工件的形状、尺寸、重量、材质及表面状态等不同，因此工业机器人末端操作器是多种多样的，大致可分为以下几类：（1） 夹钳式取料手（2） 吸附式取料手（3） 专用操作器及转换器（4） 仿生多指灵巧手本文设计对象为物料搬运机器人，并不需要复杂的多指人工指，只需要设计能从不同角度抓取工件的钳形指。3.2.1 夹紧力计算加紧力必须克服工件的重力所产生的静载荷从而使工件保持可靠的加紧度，因此必须要对其大小、方向、作用点进行分析计算。夹紧力一般按下列公式计算。GKFN321其中：-安全系数，由机械手的工艺及设计要求确定,通常取 1.22.0，1K在本次设计中 取 1.5-工件情况系数，主要考虑惯性力的影响， 计算最大加速度，得2- 8 -出工作情况系数 ,在本次设计中工况系数取做 1.002。2K-方位系数，根据手指与工件形状以及手指与工件位置不同进行3选定，在本次设计中，方位系数选作 4.-工件本身的重量。 G则 =GKFN321)(8.97402.15N= )(3.2.2 手爪开合驱动力的计算 图 3.1由图 3.1 通过三角函数以及力学公式计算可得，驱动力为：则sin2bFCN )(3016sin42.N)(5.得出的 F为理论计算值，实际采取的液压缸驱动力 F要大于理论计算值，考虑手爪的机械效率 ，一般取 0.80.9，此处取 0.88，则：- 9 -)(8.02541NF63.2.3 手爪开合驱动液压缸的计算由液压缸以及推力负载的关系可计算出液压缸内径 D,取活塞杆直径 d=0.5D 由表 3.3 取液压缸缸工作压力为 1Map 则D)(75.014.6)5.01(42 MPF= )(9由表 3.1 可得，取 D=32MM 由表 3.2 可得，取 d=16MM表 3.1 液压缸的内径系列（JB826-66） （mm）20 25 32 40 50 55 63 6570 75 80 85 90 95 100 105110125 130 140 160 180 200 250表 3.2 液压缸活塞杆直径径系列（JB826-66） （mm）10 12 14 16 18 20 22 2528 32 36 40 45 50 56 6370 80 90 100 110 125 140 160表 3.3 液压缸的工作压力作用在活塞上外力F（N）液压缸工作压力Map作用在活塞上外力F（N）液压缸工作压力Map5000 0.81 2000030000 2.04.05000-10000 1.52 3000050000 4.05.010000-20000 2.53 50000 以上 5.08.0活塞厚 B=(0.61.0)D 取 B=0.8d=0.732mm=22.4mm,取 23mm.缸筒长度 L(2030)D 取 L 为 120mm活塞行程， 向前移动大约 40mm。取液压缸行程 S=40mm。- 10 -4 机械手手腕的设计4.1 腕部设计的基本要求机械手的手腕部件设置在手部和臂部之间，它的作用主要是在臂部运动的基础上进一步带动机械手爪绕轴转动，以扩大机械手的动作范围，并使机械手变得更灵巧，适应性更强。手腕部件具有独立的自由度，此设计中要求有绕中轴的回转运动。（1）结构紧凑、重量轻腕部处于手臂的最前端，连接机械手手爪，它同手部的静、动载荷全部由臂部承担。因此，腕部的结构、重量和动力载荷，直接影响着臂部的结构、重量和运转性能。因此，在腕部设计时，必须力求结构紧凑，重量轻。（2）结构考虑，合理布局腕部作为机械手的执行机构，又承担连接和支撑作用，除保证力和运动的要求以及有足够的强度、刚度外，还应综合考虑，合理布局，解决好腕部与臂部和手部的连接。（3）必须考虑工作条件对于本设计，机械手的工作条件是在工作场合中搬运加工的棒料，因此不太受环境影响，没有处在高温和腐蚀性的工作介质中，所以对机械手的腕部没有太多不利因素。本次设计采用一个回转液压缸，实现腕部的旋转运动。回转叶片用螺钉，销钉和转轴连接在一起，定片则和缸体连接。压力油分别由油孔进出油腔，实现手部的旋转。旋转角的极限值由动，静片之间允许回转的角度来决定，此次设计中缸可回转 。腕部旋转位置控制问题，可采用机械挡块或位置检测装置反馈定位。2704.2 腕部的计算机械手手腕部回转时，其驱动力需等于其要克服的阻力：（1）腕部回转支承处的摩擦力矩 摩M)(221DFfR摩- 11 -式中 ， -轴承处支反力（N） ，其大小静力平衡方程求得;1RF2, -轴承的直径（m） ；D-轴承的摩擦系数，对于滚动轴承 ；对于滑动f 02.1f轴承 。02.f为计算方便，可以简化为，取 ，如图 4.1 所示，其中， 为总 阻 力 矩摩 M.101G工件重量， 为手部重量， 为手腕转动件重量。2G3图 3.1（2）工件重心偏置所需的偏置力矩 偏MeG1偏e工件重心到手腕回转轴线的垂直距离，已知 e=10mm.则 ).(10.897NM偏= ).6.mn（3）启动惯性所需的惯性力矩 惯M启动过程近似等加速运动，根据手腕回转的角速度 及启动过程转过的角度按下式计算： 启工 件惯 ）（ tJ式中 -工件对手腕回转轴线的转动惯量工 件J- 12 -手腕回转部分对腕部回转轴线的转动惯量；J-手腕回转过程的角速度；-启动过程所需的时间，一般取 0.05-0.3s,此处取 0.1s.。启t手抓、手抓驱动液压缸及回转液压缸转动件等效为一个圆柱体，高为 400mm，直径 90mm，其重力估算：)(52.194/8./7804.05. 32 NkgmkgG取 G=195（N）查取转动惯量公式有，等效圆柱体的转动惯量：222045.8911RgGMJ0.）（工 件 231lgJ则682. 45.0952）（.1.6).10(J 2启工 件惯 ）（ tM代入公式： 4.586.00总 阻 力 矩惯偏摩总 阻 力 矩 M解可得： ）（总 阻 力 矩 N32.14.3 回转液压缸驱动力矩计算回转液压缸所产生的驱动力矩必须大于总的阻力矩才能保证完成工作。定片与缸体固连，动片与转轴固连，当液压油进入时，动片带动转轴回转，达到手腕回转的目的。- 13 -作用在动片上的合成液压力矩即驱动力矩 M。 总rRpbdMRr 2)(式中 总 手腕回转时的总的阻力矩 ()Nmp回转液压缸的工作压力（Pa）R缸体内孔半径（m）r输出轴半径（m） ，设计时按 选取5.2.1dDb动片宽度（m）上述动力距与压力的关系是设定为低压腔背压力等于零。4.4 回转缸内径 D 计算由 ，得：总 阻 力 矩M， 2)(rRpb总 2rpbM为减少动片与输出轴的连接螺钉所受的载荷以及动片的伸出长度，选择动片宽度时，选用： 2rRb由表 3.1，取值计算如下：r=16mm，R=40mm，b=50mm， P取值为 1Mpa，即如下图：- 14 -图 3.54.5 腕部轴承选择腕部材料选择 HT200， ，假设轴承所受径向载荷为 50N,轴向载荷cmg/9.7较小，忽略。两处均选用深沟球轴承。现对较小轴径处轴承进行校核。6005 轴承基本数据如下：，当量动载荷 ，载荷系数 取 1， ，则 50pN，KNCr10RpFfPpfFR50由公式： )(601PCnLhN 为转速，由 0.5s 完成 90回转，计算得： ， ，球轴承min/rrC3代公式入得： )501(6)(6013PCnLh94.2，远大于轴承额定寿命 61h。选用轴承为深沟球轴承 6005，6008。- 15 -5 机械手伸缩臂设计5.1 伸缩臂设计基本要求设计机械手伸缩臂，底板固定在升降臂上，前端法兰安装机械手，通过驱动液压缸的伸缩完成直线伸缩动作。（1）功能性的要求机械手伸缩臂焊接在升降大臂上，前端安装机械手抓 ，按照控制系统的指令，完成手爪对工件的抓取工作。伸缩要求平稳灵活，动作快捷，定位准确，工作协调。（2）可靠性的要求可靠性是指产品在规定的工作条件下，在预定使用寿命期内能完成规定功能的概率。工业机械手可自动完成预定工作，从而被广泛应用在自动化生产线上，因此要求机械手工作必须可靠。设计时要对机械手进行可靠性分析。（3）寿命的要求产品寿命是产品正常使用时因磨损而使性能下降在允许范围内而且无需大修的连续工作期限。因此在设计中要考虑采取减少摩擦和磨损的措施，如：选择耐磨材料、采取润滑措施、合理设计零件的形面等。因各零部件难以设计成相等寿命，所以易磨损的零件要便于更换。（4）经济的要求机械产品设备的经济性包括设计制造的经济性和使用的经济性。机械产品的制造成本构成中材料费、加工费占有很大的比重，设计时必须给予充分注意，设计时可尽量采用标准件。（6）人机工程学的要求人机工程学，包括操作方便宜人，调节省力有效，照明适度，显示清晰，造型美观，色彩和谐，维护保养容易等。本设计中要充分考虑外形设计，各调整环节的设计要方便人体接近，方便工具的使用。（7）安全保护和自动报警的要求按规范要求，采取适当的防护措施，确保操作人员的人身安全，这是任何设计都必须考虑的，是必不可少的。在程序设计中要考虑因故障造成的突然工作中断，如机构卡死、工件不到位、突然断电等情况，要设置报警装置。设计参数（1）伸缩长度：300mm；- 16 -（2）单方向伸缩时间：1.52.5S；（3）定位误差：要有定位措施，定位误差小于 2mm；（4）前端安装机械手，伸缩终点无刚性冲击；5.2 伸缩臂液压缸参数计算液压缸的工作负载 R 是指工作机构在满负荷情况下，以一定加速度启动时对液压缸产生的总阻力，即：321F式中： -工作机构的荷重及自重对液压缸产生的作用力；1F-工作机构在满载启动时的静摩擦力；2工作机构满载启动时的惯性力。3(1) 的确定1F 工件的质量 m=7Kg夹持器的质量 15kg伸缩臂的质量 50kg其他部件的质量 15kg工作机构荷重： )(8.9)1507(1 NF= ）6.852取 =860N1F(2) 的确定 = (N) 22F17.0(3) 的确定 = (N) 33 2.86tgvG式中： t为启动时间，其加速时间约为 0.10.5st=0.1s, =0.2s总负载 =860+172+172=1204(N) 321F取实际负载为 =1200N- 17 -5.3 液压缸缸筒内径 D 的确定伸缩臂液压缸内径的确定方法与计算驱动手抓液压缸方法一样，通过计算可得伸缩臂液压缸参数：（1）伸缩长度：300MM（2）单向伸缩时间：1.5S v=200mm/s（3）液压缸内径：D=40mm（4）活塞杆直径：d=20mm（5）缸筒厚度：B=5mm（6）缸底厚度：B=5mm5.4 伸缩臂范围控制与调整伸缩臂伸缩范围控制靠行程开关，它用在当设备安装好后，伸缩杆运行到预定处可以将行程开关压住，从而压动行程开关使行程开关实现动作，发出信号反馈到PLC 系统。6 驱动系统6.1 驱动系统设计要求本次设计的搬运机械手属坐标式液压驱动机械手。其功能包括横向手臂伸缩、回转、升降，手腕回转四个自由度。因此，相应地有手腕回转机构、手臂伸缩机构，手臂回转机构，手臂升降机构等构成。各部分均用液压缸或液压马达驱动与控制。设计要求（1）满足工业机械手动作顺序要求。动作顺序的各个动作均由电控系统发讯号控制相应的电磁铁，按程序依次步进动作而实现。（2）机械手伸缩臂安装在升降连杆上，前端安装机械手抓，按控制系统的指令，完成对工件的抓取工作。伸缩要平稳灵活，动作快捷，定位准确，工作协调。（3）液压控制系统设计要满足伸缩臂动作逻辑要求，液压缸及其控制元件的选择要满足伸缩臂动力要求和运动时间要求6.2 驱动系统设计方案采用叶片泵供油，动作顺序：从原点开始升降臂下降夹持器夹紧升降臂上升底座回转手腕回转伸缩臂伸出夹持器松开伸缩臂- 18 -缩回；待加工完毕后，伸缩臂伸出夹持器夹紧伸缩臂缩回底座回转手腕回转升降臂下降夹持器松开升降臂上升到原位停止，准备下次循环。上述动作均由电控系统发讯号控制相应的电磁铁，按程序依次步进动作而实现。（1）各液压缸的换向回路为便于机械手的自动控制，采用可编程控制器进行控制，前面分析可得系统的压力和流量都不高，选用电磁换向阀回路，以获得较好的自动化成都和经济效益。液压机械手采用单泵供油，手臂伸缩，手腕回转，夹持动作采用并联供油，这样可有效降低系统的供油压力，此时为了保证多缸运动的系统互不干扰，实现同步或非同步运动，换向阀采用中位“O”型换向阀。（2）调速方案整个液压系统只用单泵工作，各液压缸所需的流量相差较大，各液压缸都用液压泵的全流量是无法满足设计要求的。尽管有的液压缸是单一速度工作，但也需要进行节流调速，用以保证液压缸的平稳运行。各缸可选择进油路或回油路节流调速，选用节流阀调速。单泵供油系统以所有液压缸中需流量最大的来选择泵的流量。系统较为简单，所需元件较少，经济性好，考虑到系统功率较小，其溢流损失也较小。（3）缓冲回路伸缩臂处设置缓冲回路，使用单向节流阀（4）系统安全可靠性夹紧缸在夹紧工件时，为防止失电等意外情况，设置锁紧保压回路。手臂升降缸在系统失压的情况下会自由下落或超速下行，所以在回路中设置平衡回路。6.3 驱动系统设计（1）机械手爪采用单出杆双作用缸，保证运动过程中不使工件下掉，夹持器夹紧工件后，锁紧回路由先导型顺序阀和单向阀组成。顺序阀的设置在夹持器松开回油过程中起到缓冲作用。（2）底座回转采用摆动液压缸，正反方向均采用单向调速阀调速。由于回转部分的重量大，回转长度长，因此手臂回转时具有很大的动能。为此，除采用调速阀的回油节流阀调速阀外，还在回油路上安装双溢流阀，进行减速缓冲。（3）手臂伸缩采用单出杆双作用缸，手臂伸出时，由单向阀和节流阀组成的调速回路进行回油节流调速。手臂缩回时，回油路设置调速阀以完成缓冲作用。（4）手臂升降运动采用升降四杆机构，上升和下降由电机驱动丝杠带动。 。- 19 -（5）伸缩臂进油路设置蓄能保压回路，伸出完全后，进油路压力升高，压力继电器发出电信号导致换向阀通电