论文-R175型柴油机机体加工自动线上用的多功能机械手

R175型柴油机机体加工自动线上用的多功能机械手设计*摘要:本次设计的多功能机械手用于R175型柴油机机体加工自动线上，具备上料、翻转和转位等多种功能，并按该自动线的统一生产节拍和生产纲领完成以上动作。本设计对机械手进行了总体方案设计、抓取机构和送放机构的结构设计以及液压系统的设计。关键字：机械手，球坐标，液压系统DesignofMultifunctionalMechanicalHandforAutomaticProcessingLineofR175-typeDieselBoxAbstract:ThecurrentdesignofmultifunctionalmechanicalhandisforautomaticprocessinglineofR175-typedieselbox,itcancarrythematerials,turnoverandtransferspaces,andmanyotherfunctions.theautomaticlinewiththeunifiedproductionrhythmsandproductionprogramcompletedmoremoves.Inthispaper,Ihavecompletedtheoverallprogrammedesign,thestructuraldesignofthearmandwrist,aswellasthestructuraldesignofbody,thehydraulicsystemdesign.Keywords:Mechanicalhand,theballcoordinates,hydraulicsystem0.前言工业机械手是一种模仿人手动作。并按设定的程序、轨迹和要求代替人手抓取、搬运工件或操持工具进行操作的机电一体化自动化装置。采用机械手代替人进行重复的取放件工作，不仅减轻了工人的劳动强度，也提高了生产自动化水平和劳动生产率，同时保证了产品质量和生产安全。本文重点阐述了R175型柴油机机体加工自动线上用的多功能机械手的总体方案设计、抓取机构和送放机构的设计、液压系统设计。1.方案设计本机械手需要具备上料、翻转和转位等多种功能，并按该自动线的统一生产节拍和生产纲领完成以上动作，因此可采用以下多种设计方案：（1）直角坐标系式，自动线成直线布置，机械手空中行走，顺序完成上料、翻转、转位等功能。这种方案结构简单，自由度少，易于配线，但需要架空行走，油液站不能固定，这使设计复杂程度增加，运动质量增大。（2）机身采用立柱式，机械手侧面行走，顺序完成上料、翻转、转位等功能，自动线仍呈直线布置。这种方案可以集中设计液压站，易于实现电气、油路定点连接，但占地面积大，手臂悬伸量较大。（3）机身采用机座式，自动线围绕机座布置，顺序完成上料、翻转、转位等功能。这种案具有电液集中、占地面积小、可从地面抓取工件等优点，但配线要求较高。本设计采用第三种方案，这是一种球坐标式机械手，具有立柱旋转⌒z、手臂伸缩→x、手臂俯仰⌒y、腕部转动⌒x和腕部摆动⌒y五个自由度。机械手的整机方案如图1所示：图1根据工作条件以及方案分析确定机械手以下参数：1.1工作行程最大工作半径1500mm；手臂最大中心高1000mm；手臂水平中心高700mm；手臂伸缩行程450mm；手臂回转范围：φ=0～270○；手腕回转范围：翻转θ=0～180○；腕部摆动范围：转位α=0～90○；手臂上下摆动角度：β=0～60○。1.2运动速度直线运动速度：手臂伸缩行程l=450mm，运动时间t=2s，则手臂伸缩速度为：v==0.45/2=0.225m/s；回转运动速度：定为60○/s。1.3定位精度定位采用机械挡块定位，定位精度为0.5～1mm。1.4控制方式采用行程控制系统实现点位控制。1.5驱动方式驱动方式采用液压驱动的方式。由于机械手操作时各缸不同时工作，手臂伸缩缸和手臂回转缸所需的流量大，其余各缸所需的流量均较小，因此可选用双联叶片泵。在小流量时，只需高压小流量供油，大流量低压泵卸荷；在大流量时，两泵同时供，这样可以减少系统功率损失，防止油温升高。2.抓取机构和送放机构的设计机械手的总体外观图如下：图22.1抓取机构的设计抓取机构的结构形式主要决定于工件的形状和质量，本课题的抓取工件为250×170×140mm的箱式零件，因此采用平行连杆杠杆式手部结构较为合适。夹紧装置为常开式，当夹紧液压缸通油时，推动活塞带动杠杆机构合拢将工件夹紧。当夹紧液压缸断油时，活塞杆通过弹簧复位，手爪张开。手爪结构图如图3所示：图32.2送放机构的设计本次所设计的机械手的送放机构共有5个自由度，即主运动有3个自由度（手臂的伸缩、回转、俯仰）、辅助运动有2个自由度（腕部的回转、摆动），为体位送放，全部采用液压驱动，分别由两个直动液压和三个回转液压缸来实现。其中腕部具有两个自由度，因此采用两个回转油缸，即回转和摆动，且回转范围为0～180○，摆动范围为0～90○。回转油缸和摆动油缸的结构图分别如图3和图4所示：图4图53.液压系统驱动方式为液压驱动，共有整机回转油缸、手臂俯仰油缸、手臂伸缩油缸、手腕摆动油缸、手腕回转油缸、手爪夹紧油缸6个液压缸。由于机械手操作时各个液压缸不同时工作，手臂伸缩和立柱回转所需的流量最大，其余流量均较小，因此选用双联叶片泵，其型号为YB-6/40，系统压力为2.5MPa，电机功率为5.5KW，同步转速为1500r/min，并考虑到集中供油、维护方便等原则，确定液压系统各元件的型号如下：溢流阀：YQ6/63；单向阀：Y10B；调速阀：Q63B；节流阀：L-25B；换向阀：34E-63B、22E-25B、24E-10B。图5为液压系统的工作原理图：图64.结束语工业机械手是lT业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。工业机械手的设计和制造涉及到机械、电气控制、液压和气压传动等方面的专业知识。而机电液(气)一体化是工业自动化发展的必然趋势，是机电类专业学生必须掌握的一门综合性知识，对学生机、电、液（气）等各项知识的深化及其综合的运用，有着非常重要的意义。参考文献：【1】王承义《机械手及其应用》北京机械工业出版社1981.6【2】张建民《工业机器人》北京北京理工大学出版社1988.12【3】吴振