0363-多用途气动机器人结构设计【全套9张CAD图+说明书】
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多用途气动机器人结构设计
摘要 本文简要介绍了工业机器人的概念，机械手硬件和软件的组成，即PLC控制的气动机械手的系统工作原理，机械手各个部件的整体尺寸设计，气动技术的特点，PLC控制的特点。本文对机械手进行总体方案设计，确定了机械手的坐标形式和自由度，确定了机械手的技术参数。同时，设计了机械手的夹持式手部结构，设计了机械手的手腕结构，计算出了手腕转动时所需的驱动力矩和回转气缸的驱动力矩。设计了机械手的手臂结构。设计出了机械手的气动系统，绘制了机械手气压系统工作原理图，大大提高了绘图效率和图纸质量。利用可编程序控制器对机械手进行控制，选取了合适的PLC型号，根据机械手的工作流程制定了可编程序控制器的控制方案，画出了机械手的工作时序图，并绘制了可编程序控制器的控制程序。
关键词： 工业机器人 机械手 气动 可编程序控制器（PLC）
- 内容简介：
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外文翻译资料 - 1 - 旋转泵 旋转泵应用于不同的设计中，在流体动力系统中极其常用。今天最常用的旋转泵是外齿轮泵、内齿轮泵、摆线转子泵、滑动叶片泵和螺旋泵。每种类型的泵都有优点，适合于特定场合的应用。 直齿齿轮泵，这种泵有两个啮合的齿轮在密封壳体内转动。第一个齿轮即主动轮的回转引起第二个齿轮即从动轮的回转。驱动轴通常连接到泵上面的齿轮上。 当泵首次启动时，齿轮的旋转迫使空气离开壳体进入排油管。这种泵内空气运动使泵吸入口处形成了真空，于是外部油箱的液体在大气压的作用下，由泵的入口进入，聚集在上下齿轮和泵壳体之间，齿轮连续的旋转使液体 流出泵的出口。 直齿齿轮泵的压力的升高是由挤压啮合齿轮和腔体内的液体产生的。当齿轮脱开啮合时，腔内形成真空，使更多的液体被吸入泵内。直齿齿轮泵是定排量的元件，当轴转速不变时，输出流量恒定。只有一种方法即改变输入轴的转速，能调节这种直齿齿轮泵的排量。现代应用在流体动力系统的齿轮泵的压力可达 3000 图示为直齿齿轮泵的典型特性曲线。这些曲线表明了泵在不同速度下的流量和输入功率。当速度给定时，流量曲线接近于一条水平的直线。泵的流量随出口压力的升高而稍有降低，这是由于泵的出油口到吸油口的齿轮径向泄漏所增加而 造成的。渗漏有时定义为泄漏，泵出口压力的增加也会使泄漏增加。表征泵的出口压力和流量之间关系曲线常叫做水头流量曲线或泵的 线；泵的输入功率和泵流量关系曲线叫做功率流量特性曲线或 线。 直齿齿轮泵的输入功率随输入速度和出口压力的增加而增加。随着齿轮泵速度的增加，流量（加仑 /分）也增加。于是在出口压力为 120速为 200，输入功率是5 马力。在转速为 600，输入功率是 13 马力。纵坐标外文翻译资料 - 2 - 压力是 120坐标是 200 600，在 线上可以读出相应的流量分别为 40 95 图示是直齿齿轮泵在粘度不变时的情况。随着流体粘度的增加（即流体变稠，不易流动），齿轮泵的流量降低。粘稠的流体在油泵高速运转时，因为这种流体在油泵中不能迅速进入泵体完全充满真空区，所以油流量受到限制。图示为在流体动力系统中流体粘度的增大对旋转泵工作情况的影响。当流体的粘度值为 100口压力为 80，泵流量为 220流体的粘度值为 500，泵流量减少到150功率特性曲线可知，泵输入功率也会增加。 可以用齿轮或其他内部元件每转一圈输出多少加仑来表示泵的流量。 如果封闭定量泵的出口，则出口压力将会增加，直至驱动马达停止或泵内其他部分或排油管破裂。由于存在着破裂的危险，几乎所有的流体动力系统都安装压力溢流阀。这种溢流阀可安装在泵内，也可安装在排油管路。 滑动式叶片泵 这些泵有大量的叶片，叶片能在转子的槽内自由的滑进滑出。当驱动转子时，离心力，弹簧或压力油使叶片伸出槽子，顶在泵壳体的内腔或凸轮环上。随着转子的旋转，叶片之间的流体经过吸油口时，完成吸油。流体顺着泵壳体到达排出口。在排出口，流体被排出，进入排油管。 图示的滑动式叶片泵中的叶片安装在椭圆形的腔内。当转子开始 旋转时，离心力使叶片伸出槽子。同时叶片又受到其底部腔内压力油的作用力，压力油来源于槽子端部的配流盘。吸油口通过 A 和 相通，他们位于直径的相对位置。同样两排油口位于类似的位置。油口这样配置，使叶片转子保持压力平衡，从而使轴承不受重载影响。当转子逆时针旋转时，从吸油管出来的流体进入 A 和 ，聚集在叶片之间，沿周向流动后，通过 B 和 排出。这样设计的泵压力可达 2500泵必须分级才能达到这么大的压力，而现在用一级泵即可达到。在转子上应用均流均压阀可以达到外文翻译资料 - 3 - 高压。转速通常限制在 2500是因为考 虑到离心力和凸轮环表面叶片之间的磨损。图示为泵在转速为 1200度在 100F 的条件下的特性曲线。 每个槽内安装两个叶片可以控制其作用于壳体内部和凸轮环上的力。双叶片会产生更紧的密封，能减少从排油口到吸油口之间的泄漏这种入口和出口相对应的设计也能维持液压平衡。这些都是定量泵。 不改变转速就不能改变叶片泵的流量，除非油泵采用特殊设计。图示为滑动式变量叶片泵。它不用双吸油和排油口。转子在压力腔内转动，转子形成的偏心量是可调的。随着偏心的程度或偏心率的变化，流体的流量也随着变化。图示为转子在旋转 180 范围内 ，产生一真空度以便于油液进入，同时压油区也在 180 范围内旋转。吸油区和压油区的起始段梢有重叠。 图示，在最小的工作压力下可以得到最大的流量。随着压力的升高，流量按预设的规律减少。当流量减到最小值，压力增大到最大值。泵只需要提供补充回路中元件滑动配合间隙中泄漏流体。 这种变量泵的设计可以保护管路，溢流阀不是必须的。其他回路中，为阻止局部压力超过正常压力水平，可以用安全阀或溢流阀来控制。 为了自动控制流量，采用可变弹簧负载调节器。安装这种调节器，泵的出口压力作用于活塞或定子内表面，压缩的弹簧产生位移。如果泵的 出口压力高于调节器弹簧的设定值时，弹簧被压缩。这使压力环（定子）移动，减少相对于定子的偏心量，于是，泵的流量减少，得到所需的压力。这种油泵设计的出口压力在 100 2500间。 图示为变量泵补偿器的特性，标出输入功率值，可以准确计算所需的输入功率。变量泵可以预先设定不同压力值的变化规律。高低压泵控制既能提供有效的卸荷回路，也能为先导控制回路提供足够压力。 外文翻译资料 - 4 - 图示阴影区域为变量泵在背压 100力下的闭式回路。油液以 100荷阀或溢流阀排出，可以维持正常的控制回路压力，这些是消耗的功率。两 级压力控制回路包括：先导液压控制和电磁控制。图示负号表示电磁铁不带电，先导控制油回油箱。于是泵排出的控制油的力小于调节器弹簧力，所以得到最小压力。图示正号为电磁铁带电，控制油的力大于调节器弹簧力。与简单的溢流阀原理一样，小球和弹簧决定控制力的大小。这样预先设定最大工作压力。 另一种两级压力控制系统是利用所谓的差动卸荷调节器。它应用于高低压或双泵回路中。调节器通过压力传感器自动卸荷大流量泵以达到最小的空载压力设定值。空载压力指的是由于变量泵控制机构工作所形成的特定压力。泵的实际空载流量等于系统的泄漏量与控制流 量之和。当泵空载时，即使液压系统在提供加紧或保压作用，也不会需要较大的功率。 调节器是液压操纵的，差动活塞带有双压力控制，当外部控制压力作用于控制卸荷口时，差动活塞允许完全卸荷。 空载压力的最小设定值由调节器主弹簧 A 控制。最大压力由溢流阀调节点 B 控制。调节器的操作压力由大容积泵提供，从小孔 C 进入。 为了说明如何使用这种装置，假设回路需要 1000最大压力，由一个 5提供。在压力达到 500，需要大流量（ 40继续上升到 1000量减少。由流量为 40带有卸荷调节器 的泵组成的双泵系统可满足要求。 我们可以把 40泵从 500荷压力调整至 200另一需求值），这样 5可以使回路达到 1000更高压力。 图中为双泵系统控制压力源。由一个 40泵提供调节器腔内压力，就可以达到最大设定压力。弹簧设定力加上调节器的腔内压力共同决定了 40的最大压力。第外文翻译资料 - 5 - 二个控制源是特殊的回路，它能达到 1000制油通过小孔 D 进入调节器作用于卸荷活塞 E。活塞 E 面积比安全阀中提动阀 F 的有效面积大 15。因此卸荷差动力大约为15 。调节器将在 500荷，会在 500下 15或425起作用。这里所谓的卸荷，指的是 40泵无输出量。 随着回路中压力从 0 到 500增加，调节器腔内的压力也随着增加，直到溢流阀的设定值时，溢流阀打开，流体流出油箱。 调节器腔内的压力降是最大的叠加值，允许油泵达到卸荷状态。同时，当系统压力继续增加超过 700，导致活塞 E 最底部的压力比顶部的压力大。活塞使提升阀 F 完全打开，溢流提升阀全部开启导致调节器腔内压力进一步下降至零。流体通过小孔 C 进入调节器腔，经过溢流提升阀直接回油 箱，不增加调节器腔内的压力。 40泵卸荷压力可以减小至更低的设定值。调整卸荷调节器， 40泵达到卸荷。随着压力到 1
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