步進電機控制的柱坐標機械手及回轉(zhuǎn)機構(gòu)設(shè)計含21張CAD圖-獨家.zip,步進,電機,控制,坐標,機械手,回轉(zhuǎn),機構(gòu),設(shè)計,21,CAD,獨家 步進電機控制的柱坐標機械手及回轉(zhuǎn)機構(gòu)設(shè)計 摘要 工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)的笨重工件的搬運和長期頻繁、單調(diào)的操作。搬運機械手可以代替人工在高溫和危險的作業(yè)區(qū)進行單調(diào)持久的作業(yè)，實現(xiàn)一些人工不可能完成的工作，降低了勞動強度，改善了勞動環(huán)境，提高了生產(chǎn)效率，已經(jīng)成為現(xiàn)代制造業(yè)中不可或缺的一種自動化裝置。如果沒有機械手那么工人的勞動強度是很高的，并且生產(chǎn)速度大大延緩。因此，對搬運機械手的研究具有深刻而重要的意義。 本機械手主要用于金屬工件（棒料）的搬運工作，能夠配合機床（如鍛床、數(shù)控機床、組合機床）或裝配線等進行圓柱形工件搬運。本機械手為液壓驅(qū)動，采用圓柱坐標系結(jié)構(gòu)，具有3個自由度。本設(shè)計首先對機械手的各個部分進行了詳細設(shè)計計算，選定液壓缸和末端執(zhí)行機構(gòu)后，對連接結(jié)構(gòu)進行了詳細設(shè)計和強度校核。其次對機械手的液壓系統(tǒng)進行設(shè)計，在液壓系統(tǒng)的基礎(chǔ)上對電氣控制系統(tǒng)進行了合理設(shè)計和布線，最后用PLC編程控制電氣系統(tǒng)的各執(zhí)行元件從而控制液壓系統(tǒng)電磁閥的動作。到達搬運機械手搬運工件的最終要求。 關(guān)鍵詞：工業(yè)生產(chǎn)、機械手、搬運、液壓、PLC ABSTRACT Handling of heavy artifacts often appears in industrial production and frequent, monotonous operation for a long time. Carrying manipulator can replace artificial at high temperatures and dangerous drab lasting homework assignments section, implement some artificial impossible work, reduces the labor intensity, improve the working environment, improve the production efficiency, has become indispensable in modern manufacturing a kind of automatic device. If there is no manipulator so labor intensity is high, and production speed greatly retard. Therefore, the study of carrying manipulator has the profound and important significance. This manipulator is mainly used for metal artifacts (bar) handling work, to be able to cooperate with machine tools (such as forging, CNC machine, combination machine tool bed) or assembly line of cylindrical workpiece handling. This manipulator for the hydraulic pressure drive, adopt the structure of cylindrical coordinate system, with three degrees of freedom. This design first for each part has carried on the detailed design and calculation of the manipulator, the selected hydraulic cylinder and the end of the actuator, the connection structure has carried on the detailed design and strength check. Second to design of hydraulic system of the manipulator, on the basis of the hydraulic system for the reasonable design and wiring, the electrical control system with PLC programming finally control electrical system of the hydraulic system is controlled by solenoid valves. To the final requirements of carrying manipulator of porter. Keywords: industrial production, robots, handling, hydraulic, PLC I 目 錄 摘要 I ABSTRACT II 緒論 4 0.1 工業(yè)機械手的概述 4 0.2 工業(yè)機械手在生產(chǎn)中的應(yīng)用 4 0.3 機械手的組成 5 0.4 工業(yè)機械手的發(fā)展趨勢 6 0.5 初始參數(shù)與設(shè)計要求 6 第1章 機械手手部的設(shè)計和計算 8 1.1 機械手手部設(shè)計要求 8 1.2 機械手手部受力分析 8 1.3 機械手手部夾緊力及驅(qū)動力的計算 9 1.3.1 夾緊力的計算 9 1.3.2 驅(qū)動力的計算 10 1.4 機械手手部驅(qū)動氣缸的設(shè)計 10 1.4.1 缸筒內(nèi)徑D的設(shè)計 10 1.4.2 活塞桿直徑d的設(shè)計 11 1.4.3 缸筒壁厚δ的設(shè)計 12 1.5 機械手手抓夾持精度的分析計算 12 第2章 機械手手臂的設(shè)計和計算 14 2.1 機械手手臂結(jié)構(gòu)的選擇 14 2.2 機械手手臂伸縮驅(qū)動力計算 14 2.3 機械手手臂伸縮油缸的設(shè)計和計算 15 2.3.1 工作壓力的確定 15 2.3.2 缸筒內(nèi)徑D的計算 16 2.3.3 活塞桿直徑d的設(shè)計 17 2.3.4 缸筒壁厚δ的設(shè)計 17 2.3.5 油缸端蓋的連接方式 18 第3章 機械手機身的設(shè)計和計算 19 3.1 機械手機身的整體設(shè)計 19 3.2 機身回轉(zhuǎn)機構(gòu)的設(shè)計和計算 20 3.2.1 回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動力矩的計算 20 3.2.2 回轉(zhuǎn)缸尺寸的確定 21 3.2.3 油缸缸蓋螺釘?shù)挠嬎?21 3.2.4 動片聯(lián)接螺釘?shù)挠嬎?22 3.3 機身升降機構(gòu)的設(shè)計和計算 22 3.3.1 手臂片重力矩的計算 22 3.3.2 升降導向立柱不自鎖條件 23 3.3.3 升降油缸驅(qū)動力的計算 23 3.3.4 油缸尺寸參數(shù)的計算 24 3.4 齒輪的設(shè)計和計算 25 3.4.1 齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù) 26 3.4.2 按齒面接觸強度設(shè)計 26 3.5 底座的設(shè)計 27 第4章 機械手主要零件的校核 28 4.1 手部驅(qū)動液壓缸的校核 28 4.1.1 缸筒內(nèi)徑的校核 28 4.1.2 活塞桿強度校核 28 4.2 手臂伸縮油缸的校核 29 4.2.1 缸筒內(nèi)徑的校核 29 4.2.2 活塞桿強度校核 29 4.3 回轉(zhuǎn)油缸的校核 30 4.3.1 缸筒內(nèi)徑的校核 30 4.3.2 活塞桿強度校核 31 4.4 升降油缸的校核 32 4.4.1 缸筒內(nèi)徑的校核 32 4.4.2 活塞桿強度校核 32 第5章 液壓驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計 34 5.1 液壓系統(tǒng)的工況分析 34 5.1.1 手部夾緊缸的工況分析 34 5.1.2 手臂伸縮缸的工況分析 34 5.1.3 機身回轉(zhuǎn)缸的工況分析 35 5.1.4 回轉(zhuǎn)機構(gòu)升降缸的工況分析 35 5.2 計算和選擇液壓元件 36 5.2.1 液壓泵的計算和選擇 36 5.2.2 步進電動機選用 36 5.2.3 油箱容量的確定 36 5.2.4 液壓元件的選擇 37 5.2.5 液壓系統(tǒng)原理圖的設(shè)計 37 5.2.6 機械手動作順序的分析 40 5.2.7 液壓系統(tǒng)工作原理的分析 41 第6章 機械手電氣系統(tǒng)的設(shè)計 43 6.1 繼電器-接觸器控制線路的設(shè)計 43 6.2 電器元件的選擇 45 6.3 機械手控制操作面板 46 第7章 機械手PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計 47 7.1 可編程控制器簡介及應(yīng)用 47 7.2 可編程控制器控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則 47 7.3 可編程控制器系統(tǒng)設(shè)計的步驟 48 7.4 控制程序的梯形圖 49 7.4.1 總體方案設(shè)計梯形圖 49 7.4.2 手動控制程序梯形圖 49 7.4.3 自動控制程序梯形圖 50 7.4.4 步進電機的選擇 52 結(jié)論 54 致謝 55 參考文獻 56 緒論 0.1 工業(yè)機械手的概述 工業(yè)機械手在先進制造技術(shù)領(lǐng)域中扮演著極其重要的角色，是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動化生產(chǎn)設(shè)備，是一種能自動化定位控制并可重新編程序以變動的多功能機器，它有多個自由度，可用來搬運物體以完成在各個不同環(huán)境中工作。 工業(yè)機械手的是工業(yè)機器人的一個重要分支，它的特點是可通過編程來完成各種預(yù)期的作業(yè)任務(wù)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機器各自的優(yōu)點，尤其體現(xiàn)了人的智能和適應(yīng)性。機械手作業(yè)的準確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國民經(jīng)濟各領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景。 機械手技術(shù)涉及到力學、機械學、電氣液壓技術(shù)、自動控制技術(shù)、傳感器技術(shù)和計算機技術(shù)等科學領(lǐng)域，是一門跨學科綜合技術(shù)。 0.2 工業(yè)機械手在生產(chǎn)中的應(yīng)用 機械手是工業(yè)自動控制領(lǐng)域中經(jīng)常遇到的一種控制對象。機械手可以完成許多工作，如搬物、裝配、切割、噴染等等，應(yīng)用非常廣泛廣泛。 在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程中的自動化已成為突出的主題。各行各業(yè)的自動化水平越來越高，現(xiàn)代化加工車間，常配有機械手，以提高生產(chǎn)效率，完成工人難以完成的或者危險的工作?？稍跈C械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)很大程度上不是連續(xù)的。據(jù)資料介紹，美國生產(chǎn)的全部工業(yè)零件中，有75%是小批量生產(chǎn)；金屬加工生產(chǎn)批量中有四分之三在50件以下，零件真正在機床上加工的時間僅占零件生產(chǎn)時間的5%。從這里可以看出，裝卸、搬運等工序機械化的迫切性，工業(yè)機械手就是為實現(xiàn)這些工序的自動化而產(chǎn)生的。目前在我國機械手常用于完成的工作有：注塑工業(yè)中從模具中快速抓取制品并將制品傳誦到下一個生產(chǎn)工序；機械手加工行業(yè)中用于取料、送料；澆鑄行業(yè)中用于提取高溫熔液等等。具體應(yīng)用在以下幾方面： 1、建造旋轉(zhuǎn)零件（轉(zhuǎn)軸、盤類、環(huán)類）自動線 2、在實現(xiàn)單機自動化方面 3、鑄、鍛、焊熱處理等熱加工方面 0.3 機械手的組成 工業(yè)機械手由執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動機構(gòu)和控制機構(gòu)三部分組成。 1、執(zhí)行機構(gòu) (1) 手部 既直接與工件接觸的部分，一般是回轉(zhuǎn)型或平動型（多為回轉(zhuǎn)型，因其結(jié)構(gòu)簡單）。手部多為兩指（也有多指）；根據(jù)需要分為外抓式和內(nèi)抓式兩種；也可以用負壓式或真空式的空氣吸盤（主要用于吸冷的，光滑表面的零件或薄板零件）和電磁吸盤。 傳力機構(gòu)形式教多，常用的有：滑槽杠桿式、連桿杠桿式、斜槭杠桿式、齒輪齒條式、絲杠螺母式、彈簧式和重力式。 (2) 腕部 是連接手部和臂部的部件，并可用來調(diào)節(jié)被抓物體的方位，以擴大機械手的動作范圍，并使機械手變的更靈巧，適應(yīng)性更強。手腕有獨立的自由度。有回轉(zhuǎn)運動、上下擺動、左右擺動。一般腕部設(shè)有回轉(zhuǎn)運動再增加一個上下擺動即可滿足工作要求，有些動作較為簡單的專用機械手，為了簡化結(jié)構(gòu)，可以不設(shè)腕部，而直接用臂部運動驅(qū)動手部搬運工件。 目前，應(yīng)用最為廣泛的手腕回轉(zhuǎn)運動機構(gòu)為回轉(zhuǎn)液壓（氣）缸，它的結(jié)構(gòu)緊湊，靈巧但回轉(zhuǎn)角度?。ㄒ话阈∮?2700）,并且要求嚴格密封，否則就難保證穩(wěn)定的輸出扭距。因此在要求較大回轉(zhuǎn)角的情況下，采用齒條傳動或鏈輪以及輪系結(jié)構(gòu)。 (3) 臂部 手臂部件是機械手的重要握持部件。它的作用是支撐腕部和手部（包括工作或夾具），并帶動他們做空間運動。 臂部運動的目的：把手部送到空間運動范圍內(nèi)任意一點。如果改變手部的姿態(tài)（方位），則用腕部的自由度加以實現(xiàn)。因此，一般來說臂部具有三個自由度才能滿足基本要求，即手臂的伸縮、左右旋轉(zhuǎn)、升降（或俯仰）運動。 手臂的各種運動通常用驅(qū)動機構(gòu)（如液壓缸或者氣缸）和各種傳動機構(gòu)來實現(xiàn)，從臂部的受力情況分析，它在工作中既受腕部、手部和工件的靜、動載荷，而且自身運動較為多，受力復(fù)雜。因此，它的結(jié)構(gòu)、工作范圍、靈活性以及抓重大小和定位精度直接影響機械手的工作性能。 (4) 行走機構(gòu) 有的工業(yè)機械手帶有行走機構(gòu)，我國的正處于仿真階段。 2、驅(qū)動機構(gòu) 驅(qū)動機構(gòu)是工業(yè)機械手的重要組成部分。根據(jù)動力源的不同, 工業(yè)機械手的驅(qū)動機構(gòu)大致可分為液壓、氣動、電動和機械驅(qū)動等四類。采用液壓機構(gòu)驅(qū)動機械手,結(jié)構(gòu)簡單、尺寸緊湊、重量輕、控制方便。 3、控制系統(tǒng)分類 在機械手的控制上，有點動控制和連續(xù)控制兩種方式。大多數(shù)用插銷板進行點位控制，也有采用可編程序控制器控制、微型計算機控制，采用凸輪、磁盤磁帶、穿孔卡等記錄程序。主要控制的是坐標位置，并注意其加速度特性。 0.4 工業(yè)機械手的發(fā)展趨勢 1、工業(yè)機器人性能不斷提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修)，而單機價格不斷下降，平均單機價格從91年的10.3萬美元降至97年的6.5萬美元。 2、機械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展。例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機、減速機、檢測系統(tǒng)三位一體化:由關(guān)節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造機器人整機;國外已有模塊化裝配機器人產(chǎn)品問市。 3、工業(yè)機器人控制系統(tǒng)向基于PC機的開放型控制器方向發(fā)展，便于標準化、網(wǎng)絡(luò)化；器件集成度提高，控制柜日見小巧，且采用模塊化結(jié)構(gòu)：大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。 4、機器人中的傳感器作用日益重要，除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器外，裝配、焊接機器人還應(yīng)用了視覺、力覺等傳感器，而遙控機器人則采用視覺、聲覺、力覺、觸覺等多傳感器的融合技術(shù)來進行環(huán)境建模及決策控制多傳感器融合配置技術(shù)在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟應(yīng)用。 5、虛擬現(xiàn)實技術(shù)在機器人中的作用已從仿真、預(yù)演發(fā)展到用于過程控制如使遙控機器人操作者產(chǎn)生置身于遠端作業(yè)環(huán)境中的感覺來操縱機器人。 6、當代遙控機器人系統(tǒng)的發(fā)展特點不是追求全自治系統(tǒng)，而是致力于操作者與機器人的人機交互控制，即遙控加局部自主系統(tǒng)構(gòu)成完整的監(jiān)控遙控操作系統(tǒng)，使智能機器人走出實驗室進入實用化階段。美國發(fā)射到火星上的“索杰納”機器人就是這種系統(tǒng)成功應(yīng)用的最著名實例。 0.5 初始參數(shù)與設(shè)計要求 1、抓重：120kg (夾鉗式手部) 2、自由度數(shù)：3個自由度（手臂的伸長、縮短和整體旋轉(zhuǎn)） 3、坐標型式：圓柱坐標型 4、最大工作半徑：1200mm 5、手臂最大中心高：900mm 6、手臂運動參數(shù)： 伸縮行程 0～500mm 伸出速度 130mm/s 伸出速度 200mm/s 升降行程 0～500mm 上升速度 100mm/s 下降速度 150mm/s 7、回轉(zhuǎn)機構(gòu)：回轉(zhuǎn)范圍 0°～200° 回轉(zhuǎn)速度 60°/s 8、手指夾持范圍：棒料: Ф100～Ф200mm 9、定位精度：±2mm 10、液壓方式：液壓傳動 11、控制方式：采用PLC程序控制 第1章 機械手手部的設(shè)計和計算 1.1 機械手手部設(shè)計要求 1、應(yīng)具有適當?shù)膴A緊力和驅(qū)動力，應(yīng)考慮到在一定的夾緊力下，不同的傳動機構(gòu)所需要的驅(qū)動力大小是不同的。 2、手指應(yīng)具有一定的張開范圍，以便于抓取工件。 3、在保證本身剛度，強度的前提下，盡可能使結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，以利于減輕手臂負載。 4、應(yīng)保證手抓的夾持精度。 1.2 機械手手部受力分析 通過綜合考慮，本設(shè)計選擇二指雙支點回轉(zhuǎn)型手抓，采用滑槽杠桿式，夾緊裝置采用常開式夾緊裝置，他在彈簧的作用下手抓閉合。下面對其基本結(jié)構(gòu)進行力學分析： 滑槽杠桿圖1-1(a)為常見的滑槽杠桿式手部結(jié)構(gòu)。 (a) (b) 圖1-1 滑槽杠桿式手部結(jié)構(gòu)、受力分析 1、手指 2、銷軸 3、杠桿 在杠桿3的作用下，銷軸2向上的拉力為F，并通過銷軸中心O點，兩手指1的滑槽對銷軸的反作用力為F1和F2，其力的方向垂直于滑槽的中心線和并指向點，交和的延長線于A及B。 由=0 得 = 由=0 得 = = 由=0 得 =·h F= 式中a—手指的回轉(zhuǎn)支點到對稱中心的距離(mm)。—工件被夾緊時手指的滑槽方向與兩回轉(zhuǎn)支點的夾角。 由分析可知，當驅(qū)動力F一定時，角增大，則握力也隨之增大，但角過大會導致拉桿行程過大，以及手部結(jié)構(gòu)增大，因此最好=~ 1.3 機械手手部夾緊力及驅(qū)動力的計算 1.3.1 夾緊力的計算 手指加在工件上的夾緊力，是設(shè)計手部的主要依據(jù)。必須對大小、方向和作用點進行分析計算。一般來說，需要克服工件重力所產(chǎn)生的靜載荷以及工件運動狀態(tài)變化的慣性力產(chǎn)生的載荷，以便工件保持可靠的夾緊狀態(tài)。 手指對工件的夾緊力可按公式計算： 式中 —安全系數(shù)，通常1.2-2.0，本設(shè)計取； —工作情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響?？山瓢聪率焦榔渲衋是重力方向的最大上升加速度 ，g=9.8 m/s； 即==1.02 —運載時工件最大上升速度，本設(shè)計為100mm/s； —系統(tǒng)達到最高速度的時間，一般選取0.03~0.5s，本設(shè)計取0.5s； —方位系數(shù)，本設(shè)計取=0.5； G—被抓取工件所受重力（N）。本文抓夾工件重量為120kg（及1176N） 設(shè)a=50mm，b=130mm，=35°。根據(jù)公式，將上述已知條件帶入公式得： 1.3.2 驅(qū)動力的計算 查閱《機械設(shè)計手冊》可以知道，驅(qū)動力的計算公式為= 其中a=50mm，b=130mm，=35°， 代入上式得===3347N 考慮到機械手抓重過程中的效率問題（?。?，所以實際抓重所需要的驅(qū)動力為：==3938N 1.4 機械手手部驅(qū)動氣缸的設(shè)計 1.4.1 缸筒內(nèi)徑D的設(shè)計 氣缸實際推力計算公式： 氣缸公稱壓力也稱額定壓力，是液壓缸能以長期工作壓力。國家標準規(guī)定了公稱壓力系列標準見下表1-1。 表1-1 公稱壓力系列單位：MPa 0.63 1.0 1.6 2.5 4.0 6.3 10.0 16.0 25.0 31.5 40.0 綜合考慮后選取公稱壓力 最高允許壓力是液壓缸在瞬間能承受最大的極限壓力。 國家規(guī)范規(guī)定為： 耐壓測試壓力是氣缸在檢查質(zhì)量時需要承受的測試壓力。在此壓力測試時間內(nèi)，全部零件不得有破壞或永久變形等異?，F(xiàn)象。 國家規(guī)范規(guī)定為： 所以 可得出,參見表1-2，取D=50mm。 表1-2 氣缸徑尺寸系列單位（mm） 8 10 12 16 20 25 32 40 50 63 80 100 125 160 200 250 320 400 1.4.2 活塞桿直徑d的設(shè)計 活塞桿直徑d一般按氣缸往復(fù)運動速度比（兩腔面積比）計算， 公式為：式中—往復(fù)運動速度比，參見表1-3，選取； 得；參見表1-4，取d=32mm。 表1-3 速度比? 選擇 壓力MPa ≤10 12.5～20 ≥20 速度比? 1.33 1.46 2 表1-4 活塞桿直徑尺寸系列單位(mm） 4 5 6 8 10 12 14 16 18 20 22 25 28 32 35 40 45 50 56 63 70 80 90 100 110 125 140 160 180 200 220 250 280 320 360 活塞桿理論拉力和推力的計算 圖1-2 活塞受力分析圖 當活塞桿伸出時理論推力： 當活塞桿回縮時理論拉力： 式中和分別為無桿腔和有桿腔的受力面積；—系統(tǒng)額定壓力4MPa。 1.4.3 缸筒壁厚δ的設(shè)計 缸筒壁厚可按薄壁缸的缸筒的實用計算式：進行計算。 式中：D—缸筒內(nèi)徑40(mm)； —最高允許壓力6(MPa)； —缸筒材料許用應(yīng)力（MPa）； —缸筒材料的屈服強度（MPa)； n—安全系數(shù)取2(一般取1.5～2.5)。 將公式轉(zhuǎn)換為 即 將公式轉(zhuǎn)換為 即 將上述數(shù)據(jù)代入公式，得到，結(jié)合表1-5標準氣缸外徑（JB1068-67）取 表1-5 標準氣缸外徑（JB1068-67） （mm） 氣缸內(nèi)徑 40 50 63 80 90 100 110 125 140 150 160 180 200 20鋼，P＜16 50 60 76 95 108 121 133 168 146 180 194 219 245 45鋼，P＜20 50 60 76 95 108 121 133 168 146 180 194 219 245 缸筒材料選取20號鋼。 1.5 機械手手抓夾持精度的分析計算 機械手能否準確夾持工件，把工件送到指定位置，不僅取決于機械手的定位精度，而且也于機械手夾持誤差大小有關(guān)。特別是在多品種的中、小批量生產(chǎn)中，為了適應(yīng)工件尺寸在一定范圍內(nèi)變化，一定要進行機械手的夾持誤差分析。 圖1-3 手抓夾持誤差分析示意圖 該設(shè)計以棒料來分析機械手的夾持誤差精度。機械手的夾持范圍為Φ100~Φ200mm。夾持誤差不超過±2mm，分析如下： 工件的平均半徑：==75mm 手指長L=130mm，取V型夾角 偏轉(zhuǎn)角：β===48.23° 按最佳偏轉(zhuǎn)角確定：β=48.23° 計算理論平均半徑： cos48.23°=75mm 因為 1.526 0.136 所以=1.526<2，夾持誤差滿足設(shè)計要求。 第2章 機械手手臂的設(shè)計和計算 2.1 機械手手臂結(jié)構(gòu)的選擇 本設(shè)計選擇雙導桿伸縮機構(gòu)，其手臂的伸縮油缸安裝在兩根導向桿之間，由導向桿承擔彎曲作用，活塞桿受拉壓作用，受力簡單，傳動平穩(wěn)，外形整齊美觀，結(jié)構(gòu)緊湊。使用液壓驅(qū)動,液壓缸選取雙作用液壓缸。 2.2 機械手手臂伸縮驅(qū)動力計算 先進行粗略的估算或類比同類結(jié)構(gòu)，根據(jù)運動參數(shù)初步確定有關(guān)機構(gòu)的主要尺寸，再進行校核計算，修正設(shè)計。 做水平伸縮直線運動的液壓缸的驅(qū)動力根據(jù)液壓缸運動時所克服的摩擦、慣性等幾個方面的阻力，來確定來確定液壓缸所需要的驅(qū)動力。液壓缸活塞的驅(qū)動力的計算為 1、 機械手手臂摩擦力的分析與計算 由于導向桿對稱配置，兩導向桿受力均衡，可按一個導向桿計算。 得 得 式中 —參與運動的零部件所受的總重力（含工件）（N）； L—手臂與運動的零部件的總重量的重心到導向支撐的前端的距離（m）； a—導向支撐的長度（m）； —當量摩擦系數(shù)，其值與導向支撐的截面有關(guān)。對于圓柱面： —摩擦系數(shù)，對于靜摩擦且無潤滑時：鋼對青銅：??；鋼對鑄鐵：取 導向桿的材料選擇鋼，導向支撐選擇鑄鐵。 估算，L=680mm,導向支撐a設(shè)計為200m； 將有關(guān)數(shù)據(jù)代入進行計算 1800=4212N 2、 手臂密封處的摩擦阻力的計算 不同的密封圈其摩擦阻力不同，在手臂設(shè)計中，采用O型密封圈，當液壓缸工作壓力小于10Mpa。液壓缸處密封的總摩擦阻力可以近似為： =0.03F。 3、 手臂慣性力的計算 =0.1 式中—參與運動的零件的總重力（包括工件）(N)； —從靜止加速到工作速度的變化量(m/s)； —啟動時間(s)，一般取0.01~0.5； 設(shè)啟動時間為0.25s，最大為0.13m/s。 則：=0.1=93.6N 由于背壓阻力較小，可取=0.05 所以=+++=4212+93.6+0.03F+0.05F =3987N 所以手臂伸縮驅(qū)動力為=3987N。 2.3 機械手手臂伸縮油缸的設(shè)計和計算 根據(jù)前面的設(shè)計計算，手臂聯(lián)接面到所夾持工件的中心的距離約為900mm，考慮到抓舉重量比較大，須采用導軌導向液壓驅(qū)動的手臂伸縮機構(gòu)。在伸縮行程為500mm。 2.3.1 工作壓力的確定 表2-1 液壓缸的工作壓力 作用在活塞上外力F（N） 液壓缸工作壓力Mpa 作用在活塞上外力F（N） 液壓缸工作壓力Mpa 小于5000 0.8~1 20000~30000 2.0~4.0 5000~10000 1.5~2.0 30000~50000 4.0~5.0 10000~20000 2.5~3.0 50000以上 5.0~8.0 經(jīng)過上面的計算，確定了液壓缸的驅(qū)動力F=3987N，根據(jù)表2-1選擇液壓缸的工作壓力P=1MPa； 2.3.2 缸筒內(nèi)徑D的計算 圖2-1 雙作用液壓缸示意圖 當油進入無桿腔： 當油進入有桿腔： 液壓缸的有效面積： (mm) 所以 （無桿腔） （有桿腔） 式中—活塞驅(qū)動力(P)；—油缸的工作壓力(MPa)； —活塞桿直徑；—油缸機械效率，工程機械中用耐油橡膠可取=0.96； 由上節(jié)求得驅(qū)動力F=3987N，=1MPa，機械效率=0.96 將數(shù)據(jù)代入得：==72.8mm 表1-2 液壓缸徑尺寸系列單位（mm），選擇D=80mm。 2.3.3 活塞桿直徑d的設(shè)計 活塞桿直徑d一般按液壓缸往復(fù)運動速度比（兩腔面積比）計算， 公式為：式中—往復(fù)運動速度比，參見表1-3，選?。? 得；參見表1-4，取d=40mm。 活塞桿理論拉力和推力的計算 圖2-2 活塞受力分析圖 當活塞桿伸出時理論推力： 當活塞桿回縮時理論拉力： 式中和分別為無桿腔和有桿腔的受力面積；—系統(tǒng)額定壓力1MPa。 2.3.4 缸筒壁厚δ的設(shè)計 缸筒壁厚可按薄壁缸的缸筒的實用計算式：進行計算。 式中：D—缸筒內(nèi)徑80(mm)； —最高允許壓力1.5(MPa)；（） —缸筒材料許用應(yīng)力（MPa）； —缸筒材料的屈服強度（MPa)； n—安全系數(shù)取2(一般取1.5～2.5)。 將公式轉(zhuǎn)換為 即 將公式轉(zhuǎn)換為 即 將上述數(shù)據(jù)代入公式，得到，結(jié)合表1-5標準液壓缸外徑（JB1068-67）取 缸筒材料選取20號鋼。 2.3.5 油缸端蓋的連接方式 缸體材料選擇無縫鋼管，此時端蓋的連接方式多采用半環(huán)鏈接優(yōu)點是加工和裝拆方便，缺點是缸體開環(huán)槽削弱了強度。 第3章 機械手機身的設(shè)計和計算 機身是直接支撐和驅(qū)動手臂的部件。一般實現(xiàn)手臂的回轉(zhuǎn)和升降運動，這些運動的傳動機構(gòu)都安在機身上，或者直接構(gòu)成機身的軀干與底座相連。因此，臂部的運動越多，機身的機構(gòu)和受力情況就越復(fù)雜。機身是可以固定的，也可以是行走的，既可以沿地面或架空軌道運動。 3.1 機械手機身的整體設(shè)計 機身承載著手臂，做回轉(zhuǎn)，升降運動，是機械手的重要組成部分。常用的機身結(jié)構(gòu)有以下幾種： 1、回轉(zhuǎn)缸置于升降之下的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)優(yōu)點是能承受較大偏重力矩。其缺點是回轉(zhuǎn)運動傳動路線長，花鍵軸的變形對回轉(zhuǎn)精度的影響較大。 2、回轉(zhuǎn)缸置于升降之上的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)采用單缸活塞桿，內(nèi)部導向，結(jié)構(gòu)緊湊。但回轉(zhuǎn)缸與臂部一起升降，運動部件較大。 3、活塞缸和齒條齒輪機構(gòu)。手臂的回轉(zhuǎn)運動是通過齒條齒輪機構(gòu)來實現(xiàn)：齒條的往復(fù)運動帶動與手臂連接的齒輪作往復(fù)回轉(zhuǎn)，從而使手臂左右擺動。 綜合考慮，本設(shè)計選用活塞缸和齒條齒輪機構(gòu)。本設(shè)計機身包括兩個運動，機身的回轉(zhuǎn)和升降。如圖3.1旋轉(zhuǎn)液壓缸所示，回轉(zhuǎn)機構(gòu)置于升降缸之下的機身結(jié)構(gòu)。手臂部件與回轉(zhuǎn)缸的端蓋連接，回轉(zhuǎn)缸的動片與缸體連接，由缸體帶動手臂回轉(zhuǎn)運動?；剞D(zhuǎn)缸的轉(zhuǎn)軸與升降缸的活塞桿是一體的?；钊麠U采用空心。 驅(qū)動機構(gòu)是液壓驅(qū)動，回轉(zhuǎn)缸通過兩個油孔，一個進油孔，一個排油孔，分別通向回轉(zhuǎn)葉片的兩側(cè)來實現(xiàn)葉片回轉(zhuǎn)。 圖3.1 旋轉(zhuǎn)液壓缸 3.2 機身回轉(zhuǎn)機構(gòu)的設(shè)計和計算 3.2.1 回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動力矩的計算 手臂回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動力矩的計算公式為： =++ (N·m) 慣性力矩 = 式中 —臂部回轉(zhuǎn)部件(包括工件)對回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動慣量（kg·m）； —回轉(zhuǎn)缸動片角速度變化量，在啟動過程=(rad/s)； —啟動過程的時間(s)； 若手臂回轉(zhuǎn)零件的重心與回轉(zhuǎn)軸的距離為(前面計算得=900mm)，則 式中 —回轉(zhuǎn)零件的重心的轉(zhuǎn)動慣量。 = 回轉(zhuǎn)部件可以等效為一個長1500mm，直徑為100mm的圓柱體，質(zhì)量為180Kg.設(shè)置起動角度=180，則起動角速度=0.314，起動時間設(shè)計為0.1s。 === 30.4 kg·m =30.4+=175 kg·m ==175=550 為了簡便計算，密封處的摩擦阻力矩，由于回油背差一般非常的小，故在這里忽略不計，=0 所以=550+0+0.03 =567 3.2.2 回轉(zhuǎn)缸尺寸的確定 回轉(zhuǎn)缸油腔內(nèi)徑D計算公式為： 式中 P—回轉(zhuǎn)油缸的工作壓力； d—輸出軸與動片連接處的直徑，初步設(shè)計按D/d=1.5~2.5； b—動片寬度，可按2b/(D-d)≥2選取。 設(shè)計回轉(zhuǎn)缸的動片寬b=60mm，工作壓力為6MPa，d=50mm =123mm 按標準油缸內(nèi)徑選取內(nèi)徑為125mm。壁厚經(jīng)估算后取值15mm 活塞桿直徑d一般按液壓缸往復(fù)運動速度比（兩腔面積比）計算， 公式為：式中—往復(fù)運動速度比，參見表1-3，選??； 得；參見表1-4，取d=63mm。 3.2.3 油缸缸蓋螺釘?shù)挠嬎? 回轉(zhuǎn)缸的工作壓力為6Mpa,所以螺釘間距t應(yīng)小于80mm。 螺釘數(shù)目 所以缸蓋螺釘?shù)臄?shù)目選擇6個。 危險截面 所以 所以 螺釘材料選擇Q235，則 螺釘?shù)闹睆? 螺釘?shù)闹睆竭x擇d=16mm.選擇M16的開槽盤頭螺釘。 經(jīng)過以上的計算，最終確定的液壓缸的尺寸，內(nèi)徑為125mm，外徑按中等壁厚設(shè)計，根據(jù)表2-4（JB1068-67）取外徑選擇194mm，輸出軸徑為50mm。 3.2.4 動片聯(lián)接螺釘?shù)挠嬎? 動片和輸出軸之間的聯(lián)接螺釘一般為偶數(shù)，對稱安裝，并用兩個定位銷定位。連接螺釘?shù)淖饔檬鞘箘悠洼敵鲚S之間的配合面緊密接觸不留間隙。根據(jù)動片所受力矩的平衡條件有。即 式中：—每個螺釘預(yù)緊力；D—動片的外徑；f—被連接件配合面間的摩擦系數(shù)，鋼對鋼取f=0.15 螺釘?shù)膹姸葪l件為：或 帶入有關(guān)數(shù)據(jù)，得 螺釘材料選擇Q235，則（n=1.2~2.5） 螺釘?shù)闹睆? 螺釘?shù)闹睆竭x擇d=14mm.選擇M14的開槽盤頭螺釘。 3.3 機身升降機構(gòu)的設(shè)計和計算 3.3.1 手臂片重力矩的計算 圖3-2 手臂各部件重心位置圖 1、估算重量： 2、計算零件的重心位置，求出重心到回轉(zhuǎn)軸線的距離: 由于 所以 3、計算偏重力矩 3.3.2 升降導向立柱不自鎖條件 手臂在的作用下有向下的趨勢，而里立柱導套卻阻止這種趨勢。所謂不自鎖條件就是升降立柱能在導套內(nèi)自由下滑，即 ＞= 所以 若取摩擦系數(shù) f=0.16，則導套長度h＞0.32 即 3.3.3 升降油缸驅(qū)動力的計算 式中 摩擦阻力，，取f=0.16。 G—零件及工件所受的總重。 (1) 的計算 設(shè)定速度為V=0.2m/s;起動或制動的時間差t=0.02s；近似估算為6114N。 將數(shù)據(jù)帶入上面公式有： (2) 的計算 = 所以 (3) 液壓缸在這里選擇O型密封，所以密封摩擦力可以通過近似估算 (4) 由于背壓阻力較小，為簡便計算，可將其忽略，=0 所以 F=6239+2005+0.03F 當液壓缸向上驅(qū)動時，F(xiàn)=14.8KN 當液壓缸向下驅(qū)動時，F(xiàn)=2210N 3.3.4 油缸尺寸參數(shù)的計算 (1) 液壓缸內(nèi)徑的計算 液壓缸驅(qū)動力按上升時計算，F(xiàn)=14.8KN，選擇油缸工作壓力為2.5MPa，代入數(shù)據(jù)： ==0.089m 可選取液壓缸內(nèi)徑D=125mm。 (2) 液壓缸外徑的計算 按厚壁計算(3.2)： 式中 —缸體材料的許用應(yīng)力，無縫鋼管時=100~110MPa 根據(jù)JB1068-67，取外徑選擇168mm. (3) 活塞桿的計算 設(shè)計中取活塞桿材料為碳鋼，碳鋼許用應(yīng)力的=100~120Mpa。本次取=110 則： =0.053m 活塞桿直徑應(yīng)大于53mm。取80mm (4) 缸蓋螺釘?shù)挠嬎? D=100mm，取=160mm，P=2.5MPa，間距與工作壓強有關(guān)，間距應(yīng)小于120mm，試選螺釘數(shù)為6個： 則 Z=，代入數(shù)據(jù)=84<120，滿足要求； ==1962.5N； 選擇K=1.5，=1.5=2943.75N; =+=1962.5+2943.75=4907N 螺釘直徑按強度條件計算 式中 —計算載荷，=1.3； —許用抗拉應(yīng)力，=； —螺釘材料的屈服點，材料選擇45鋼，則屈服強度為352MPa； n—安全系數(shù)，n=1.2-2.5，此處取n=2； —螺紋內(nèi)徑，=d-1.224S，d為螺釘公稱直徑，S為螺距。 計算： 代入數(shù)據(jù)： ===0.0068m 3.4 齒輪的設(shè)計和計算 因本方案回轉(zhuǎn)機構(gòu)采用的是活塞缸和齒條齒輪。手臂的回轉(zhuǎn)運動是通過齒條齒輪機構(gòu)來實現(xiàn)：齒條的往復(fù)運動帶動與手臂連接的齒輪作往復(fù)回轉(zhuǎn)，從而使手臂左右擺動。又因回轉(zhuǎn)液壓缸的外徑為155mm。所以下面就齒輪進行設(shè)計： 3.4.1 齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù) 1、選定齒輪類型 選用直齒圓柱齒輪傳動。 2、選定齒輪加工精度等級 因油缸速度不高，選用7級精度（GB10095-88） 3、選定齒輪材料 根據(jù)《機械設(shè)計手冊》，本文選擇齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為240HBS。 4、齒輪齒數(shù)的選擇 初選小齒輪的齒數(shù) 3.4.2 按齒面接觸強度設(shè)計 （注:腳標t表示試選或試算值,下同）。 1、確定公式內(nèi)各計算數(shù)值 1）、試選 2）、計算齒輪轉(zhuǎn)矩 齒輪的轉(zhuǎn)矩就是回轉(zhuǎn)機構(gòu)所承受的轉(zhuǎn)矩567Nm 3）、根據(jù)《機械設(shè)計手冊》選取齒寬系數(shù)（對稱布置） 4）、根據(jù)《機械設(shè)計手冊》取材料彈性影響系數(shù) 5）、根據(jù)《機械設(shè)計手冊》按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限 6）、根據(jù)《機械設(shè)計手冊》計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 7）、根據(jù)《機械設(shè)計手冊》取接觸疲勞壽命系數(shù) 8）、計算接觸疲勞許用應(yīng)力 取失效概率為1%，安全系數(shù)為S=1 2、按公式進行計算 試算分度圓直徑，由計算式 得 mm 模數(shù)，取 3.5 底座的設(shè)計 底座是整個機械手工作的平臺，也是重要的組成部分之一。綜合考慮后，底座的材料選擇HT200。具體結(jié)構(gòu)尺寸詳見附件圖。 第4章 機械手主要零件的校核 4.1 手部驅(qū)動液壓缸的校核 4.1.1 缸筒內(nèi)徑的校核 液壓缸負載率為實際使用推力與理論額定推力的比值： 值是以衡量液壓缸在工作時負載，其取值范圍在中，故選取的缸徑和液壓缸額定壓力合格。 4.1.2 活塞桿強度校核 1、驗算活塞桿的拉伸強度: 式中：d—活塞桿直徑，前面已確定20mm； F—最大推力；為活塞材料的許用應(yīng)力， —活塞桿材料的屈服強度； n—安全系數(shù)，取2； 活塞桿材料選用45號鋼，=335Mpa； 所以 顯然活塞桿直徑和內(nèi)徑滿足要求。 2、活塞桿彎曲穩(wěn)定性驗算 活塞桿受軸向壓縮負載時，它所承受的軸向力不能超過使它保持穩(wěn)定工作所允許的臨界負載，以免發(fā)生縱向彎曲，破壞液壓缸的正常工作。的值與活塞桿材料性質(zhì)、截面形狀、直徑和長度以及液壓缸的安裝方式等因素有關(guān)。表4-1液壓缸支承方式和末端系數(shù)ψ2的值，表4-2 、α、ψ1的值，對支承方式的不同其末端系數(shù)的取值也將不同。 表4-1液壓缸支承方式和末端系數(shù)ψ2的值 支承方式 末端系數(shù)ψ2 一端自由，一端固定 1/4 兩端鉸接 1 一端鉸接，一端固定 2 兩端固定 4 表4-2 、α、ψ1的值 材料 ×108N/m2 α ψ1 鑄鐵 5.6 80 鍛鋼 2.5 110 軟鋼 3.4 90 硬鋼 4.9 85 活塞桿的細長比為 柔性系數(shù)取85，采用一端鉸接，一端固定的支承方式，末端系數(shù)取2 所以，=120，采用拉金公式計算 安全系數(shù)取n=2 則 顯然選取的活塞桿徑和材料滿足要求。 4.2 手臂伸縮油缸的校核 4.2.1 缸筒內(nèi)徑的校核 液壓缸負載率為實際使用推力與理論額定推力的比值： 值是以衡量液壓缸在工作時負載，其取值范圍在中，故選取的缸徑和液壓缸額定壓力合格。 4.2.2 活塞桿強度校核 1、驗算活塞桿的拉伸強度: 式中：d—活塞桿直徑，前面已確定40mm； F—油缸最大推力； 為活塞材料的許用應(yīng)力， —活塞桿材料的屈服強度； n—安全系數(shù)，取2； 活塞桿為空心桿，材料選用45號鋼，=335Mpa； 所以 顯然活塞桿直徑和內(nèi)徑滿足要求。 2、活塞桿彎曲穩(wěn)定性驗算 活塞桿受軸向壓縮負載時，它所承受的軸向力不能超過使它保持穩(wěn)定工作所允許的臨界負載，以免發(fā)生縱向彎曲，破壞液壓缸的正常工作。的值與活塞桿材料性質(zhì)、截面形狀、直徑和長度以及液壓缸的安裝方式等因素有關(guān)。表4-1液壓缸支承方式和末端系數(shù)ψ2的值，表4-2 、α、ψ1的值，對支承方式的不同其末端系數(shù)的取值也將不同。 活塞桿的細長比為 柔性系數(shù)取85，采用一端鉸接，一端固定的支承方式，末端系數(shù)取2 所以，=120，采用拉金公式計算 安全系數(shù)取n=2 則 顯然選取的活塞桿徑和材料滿足要求。 4.3 回轉(zhuǎn)油缸的校核 4.3.1 缸筒內(nèi)徑的校核 液壓缸負載率為實際使用推力與理論額定推力的比值： 值是以衡量液壓缸在工作時負載，其取值范圍在中，故選取的缸徑和液壓缸額定壓力合格。 4.3.2 活塞桿強度校核 1、驗算活塞桿的拉伸強度: 式中：d—活塞桿直徑，前面已確定63mm； F—油缸最大推力； 為活塞材料的許用應(yīng)力， —活塞桿材料的屈服強度； n—安全系數(shù)，取2； 活塞桿為空心桿，材料選用45號鋼，=335Mpa； 所以 顯然活塞桿直徑和內(nèi)徑滿足要求。 2、活塞桿彎曲穩(wěn)定性驗算 活塞桿受軸向壓縮負載時，它所承受的軸向力不能超過使它保持穩(wěn)定工作所允許的臨界負載，以免發(fā)生縱向彎曲，破壞液壓缸的正常工作。的值與活塞桿材料性質(zhì)、截面形狀、直徑和長度以及液壓缸的安裝方式等因素有關(guān)。表4-1液壓缸支承方式和末端系數(shù)ψ2的值，表4-2 、α、ψ1的值，對支承方式的不同其末端系數(shù)的取值也將不同。 活塞桿的細長比為 柔性系數(shù)取85，采用一端鉸接，一端固定的支承方式，末端系數(shù)取2 所以，=120，采用拉金公式計算 安全系數(shù)取n=2 則 顯然選取的活塞桿徑和材料滿足要求。 4.4 升降油缸的校核 4.4.1 缸筒內(nèi)徑的校核 液壓缸負載率為實際使用推力與理論額定推力的比值： 值是以衡量液壓缸在工作時負載，其取值范圍在中，故選取的缸徑和液壓缸額定壓力合格。 4.4.2 活塞桿強度校核 1、驗算活塞桿的拉伸強度: 式中：d—活塞桿直徑，前面已確定20mm； F—油缸最大推力； 為活塞材料的許用應(yīng)力， —活塞桿材料的屈服強度； n—安全系數(shù)，取2； 活塞桿為空心桿，材料選用45號鋼，=335Mpa； 所以 顯然活塞桿直徑和內(nèi)徑滿足要求。 2、活塞桿彎曲穩(wěn)定性驗算 活塞桿受軸向壓縮負載時，它所承受的軸向力不能超過使它保持穩(wěn)定工作所允許的臨界負載，以免發(fā)生縱向彎曲，破壞液壓缸的正常工作。的值與活塞桿材料性質(zhì)、截面形狀、直徑和長度以及液壓缸的安裝方式等因素有關(guān)。表4-1液壓缸支承方式和末端系數(shù)ψ2的值，表4-2 、α、ψ1的值，對支承方式的不同其末端系數(shù)的取值也將不同。 活塞桿的細長比為 柔性系數(shù)取85，采用一端鉸接，一端固定的支承方式，末端系數(shù)取2 所以，=120，采用拉金公式計算 安全系數(shù)取n=2 則 顯然選取的活塞桿徑和材料滿足要求。 第5章 液壓驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計 5.1 液壓系統(tǒng)的工況分析 根據(jù)前面幾部分設(shè)計好的各液壓執(zhí)行元件的參數(shù)，現(xiàn)對液壓系統(tǒng)作進一步的工況分析。 5.1.1 手部夾緊缸的工況分析 已知參數(shù)： D=40mm，d=20mm， ， 相應(yīng)的計算： 5.1.2 手臂伸縮缸的工況分析 已知參數(shù)： D=80mm，d=40mm， ， 相應(yīng)的計算： 無桿腔進油情況下 有桿腔進油情況下 5.1.3 機身回轉(zhuǎn)缸的工況分析 已知參數(shù)： D=125，d=50mm，b=60mm，M=，1.1 rad/s 相應(yīng)的計算： 5.1.4 回轉(zhuǎn)機構(gòu)升降缸的工況分析 已知參數(shù)： D=125mm，d=80mm， ， 相應(yīng)的計算： 5.2 計算和選擇液壓元件 5.2.1 液壓泵的計算和選擇 1、工作壓力： P=P=5.76MPa，估算=0.5MPa 所以 P5.76+0.5=6.26MPa 2、 流量： =70.24L/min，取K=1.1 所以QK70.24=77.264L/min 3、規(guī)格： 根據(jù)《液壓設(shè)計手冊單行本》P152，表20-5-6，選擇齒輪泵CB100，n=1450r/min，Q=100L/min，P=10MPa 5.2.2 步進電動機選用 取泵的總效率=0.85，則N==9.5 kw 選電機：Y160M-4，N=11kw，n=1460r/min。 5.2.3 油箱容量的確定 V=300L 5.2.4 液壓元件的選擇 表5-1 液壓元件一覽表 序號 元件名稱 規(guī)格 數(shù)量 1 線隙式過濾器 2.5MPa，100L/min 1 2 電動機 11kw，1460r/min 1 3 齒輪泵 10MPa，1450r/min 1 4 溢流閥 2.5MPa，12 1 5 電磁換向閥 6.3MPa，12 1 6 單向閥 6.3MPa，12 1 7 壓力表 (0~8)MPa 1 8 節(jié)流閥 6.3MPa，12 2 9 電磁換向閥 6.3MPa，12 2 10 單向順序閥 2.5MPa，12 2 11 壓力繼電器 (1~6.3)MPa 1 12 減壓閥 6.3MPa，8 1 13 壓力表開關(guān) 6.3MPa，4 1 5.2.5 液壓系統(tǒng)原理圖的設(shè)計 本機械手具有手臂升降、伸縮、回轉(zhuǎn)三個自由度。執(zhí)行機構(gòu)相應(yīng)由手部、手臂伸縮機構(gòu)、機身升降機構(gòu)、機身回轉(zhuǎn)機構(gòu)和回轉(zhuǎn)定位裝置等組成，每-部分均由液壓缸驅(qū)動與PLC控制。它完成的動作循環(huán)為： 手臂前伸→手指張開→手指夾緊抓料→手臂上升→手臂縮回→手臂回轉(zhuǎn)200°→手臂下降→手指松開(此時主機夾頭夾著料上升) →手指閉合→手臂上升→手臂回轉(zhuǎn)→手臂下降→待料，泵卸載。 1、 夾緊氣缸氣壓回路設(shè)計 該氣壓回路的設(shè)計，詳見圖5-1夾緊氣缸氣壓回路： 圖5-1 夾緊氣缸氣壓回路 原理分析：該氣壓回路采用單向閥保壓和鎖緊，以保證夾緊缸夾持工作的可靠性。該回路采用進氣路節(jié)流閥調(diào)速。該回路采用兩位三通電磁換向閥換向，從而實現(xiàn)手爪夾緊或放松的動作。 2、 伸縮氣缸氣壓回路設(shè)計 該氣壓回路的設(shè)計，詳見圖5-2 伸縮氣缸氣壓回路： 圖5-2 伸縮氣缸氣壓回路 原理分析：該氣壓回路采用進路節(jié)流閥調(diào)速。該回路采用三位四通電磁換向閥換向，從而實現(xiàn)手臂伸長或縮短的動作。 3、 升降液壓缸液壓回路設(shè)計 該液壓回路的設(shè)計，詳見圖5-3升降液壓缸液壓回路： 圖5-3 升降液壓缸液壓回路 原理分析：該液壓回路采用進油路節(jié)流閥調(diào)速。該回路采用三位四通電磁換向閥換向，從而實現(xiàn)手臂上升或下降的動作。為防止升降液壓缸因自重自由下滑，該回路設(shè)置了單向順序閥來平衡。 4、 旋轉(zhuǎn)（齒條）液壓缸液壓回路設(shè)計 該液壓回路的設(shè)計，詳見圖5-4 旋轉(zhuǎn)（齒條）液壓缸液壓回路： 圖5-4 旋轉(zhuǎn)（齒條）液壓缸液壓回路 原理分析：該液壓回路采用進油路節(jié)流閥調(diào)速。該回路采用三位四通電磁換向閥換向，從而實現(xiàn)手臂手臂順時針旋轉(zhuǎn)或逆時針旋轉(zhuǎn)的動作。 5、 整個液壓系統(tǒng)設(shè)計 該液壓回路的設(shè)計，詳見圖5-5 整個液壓系統(tǒng)回路： 圖5-5 整個液壓系統(tǒng)回路 5.2.6 機械手動作順序的分析 機械手液壓系統(tǒng)電磁鐵、壓力繼電器動作順序表如表5-2所示。 動作順序 1Y 2Y 3Y 4Y 5Y 6Y 7Y 8Y K21 手臂前伸 - - - + - - - - - 手指張開 - - - - - - - - + 手指抓料 - - - - - - - + + 手臂上升 - + - - - - - + + 手臂縮回 - + - - + - - + + 手臂回轉(zhuǎn) - - - - - + - + + 手臂下降 - - + - - - - + + 手指張開 - - - - - - - - +