畢業(yè)論文定稿-搬運機器人結構設計

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原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載詳細圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 1304139763第一章 前言1.1 工業(yè)機器人簡介幾千年前人類就渴望制造一種像人一樣的機器，以便將人類從繁重的勞動中解脫出來。如古希臘神話《阿魯哥探險船》中的青銅巨人泰洛斯（Taloas)，猶太傳說中的泥土巨人等等，這些美麗的神話時刻激勵著人們一定要把美麗的神話變?yōu)楝F(xiàn)實，早在兩千年前就開始出現(xiàn)了自動木人和一些簡單的機械偶人。到了近代 ，機器人一詞的出現(xiàn)和世界上第一臺工業(yè)機器人問世之后，不同功能的機器人也相繼出現(xiàn)并且活躍在不同的領域，從天上到地下，從工業(yè)拓廣到 農(nóng)業(yè)、林、牧、漁，甚至進入尋常百姓家。機器人的種類之多，應用之廣，影響之深，是我們始料未及的。工業(yè)機器人由操作機（機械本體） ，控制器，伺服驅動系統(tǒng)和檢測傳感裝置構成的人形操作，可自動控制，可被重新編程，在三維空間完成各種任務的機電一體化自動化生產(chǎn)設備。特別適合于多品種，多樣化的柔性生產(chǎn)。其穩(wěn)定性對提高產(chǎn)品質量，提高生產(chǎn)效率，改善勞動條件和產(chǎn)品的升級換代迅速，起著非常重要的作用。 機器人并不是簡單意義上代替人工的勞動，但人的專業(yè)知識和擬人化機特種機電設備，既有人對環(huán)境狀態(tài)的快速反應和分析能力，但機器的結合可以是一個漫長連續(xù)操作，精確度高，抗惡劣環(huán)境，在一定意義上，它也是機器進化的產(chǎn)物，它是工業(yè)和非工業(yè)行業(yè)的重要生產(chǎn)和服務設備，是先進制造技術不可缺少的自動化設備。1.2 世界上工業(yè)機器人的發(fā)展國外的工業(yè)機器人發(fā)展近期有如下幾個趨勢：（1）. 工業(yè)機器人的參數(shù)不斷提高（高速、高精、高可靠性、便于操作和維修） ，而單機價格不斷下降，平均單機價格已經(jīng)從 91 年的 10.3 萬美元降至 97 年的 6.5 萬美元。（2） ．機械結構向模塊化，可重構化開發(fā)。例如關節(jié)模塊中的伺服電機，減速機，檢測系統(tǒng)三位一體；關節(jié)模塊，連桿模塊重組機器人機；（3） ．工業(yè)機器人控制系統(tǒng)的一個開放的基于 PC 的控制器方向，促進規(guī)范化，網(wǎng)絡化，設備集成度提高，控制柜變得日趨小型化和模塊化結構，大大提高了系統(tǒng)的可靠性，易用性和可維護性。（4） ．機器人中的傳感器作用越來越重要，除采用傳統(tǒng)的位置，速度，加速度傳感原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載詳細圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 1304139763器，裝配，焊接機器人還應用了視覺，力覺等傳感器，而遙控機器人使用睡眠視覺，聲音觸覺，觸覺等多傳感器的融合技術來進行環(huán)境建模及決策控制，在產(chǎn)品配置技術已經(jīng)成熟應用的多傳感器融合系統(tǒng)。（5） ．虛擬現(xiàn)實技術中的作用在機器人仿真，預演用于過程控制的發(fā)展，如遙控機器人操作者產(chǎn)生的感覺來操縱機器人遠程操作環(huán)境的暴露。（6） ．現(xiàn)代遠程機器人系統(tǒng)的發(fā)展特點不是追求全自治系統(tǒng)，但正在致力于運營商和機器人的交互控制，即遠程和本地自治系統(tǒng)構成一個完整的監(jiān)控遠程操作系統(tǒng)，智能機器人出來的實驗室成實用階段。美國發(fā)射到火星上的“索杰納” 機器人成功應用這樣一個系統(tǒng)是最有名的例子。(7)．機器人化機械開始興起。從 94 年美國開發(fā)出“虛擬軸機床” 以來，這種新型裝置已成為國際研究的熱點之一，紛紛探索開拓其實際應用的領域。1.3 我國的工業(yè)機器人發(fā)展概述有些人認為，機器人只是為了節(jié)省勞動力，而中國有豐富的勞動力資源，開發(fā)機器人不一定符合中國國情。這是一種誤解。在中國，社會主義制度的優(yōu)越性決定了機器人可以充分發(fā)揮自己的優(yōu)勢。它不僅能帶來高度的中國的經(jīng)濟建設生產(chǎn)力和巨大的經(jīng)濟利益，同時也為我國空間開發(fā)，海洋開發(fā)和利用核能源等新興領域的發(fā)展作出了突出貢獻。在國家的支持下，中國的工業(yè)機器人從在 80 年代的“計劃” 的科學和技術開始，通過的“七月”， “八月”科學和技術，已基本掌握了機器人操作機的設計和制造技術，在控制系統(tǒng)的硬件和軟件設計技術，運動學和軌跡規(guī)劃技術，生產(chǎn)的一些關鍵部件的機器人開發(fā)一幅畫，弧焊，點焊，裝配，搬運等機器人；其中有超過 20 家企業(yè)的 130 余臺套噴漆機器人在近 30 自動噴漆生產(chǎn)線（站）到大規(guī)模應用，弧焊機器人已應用在汽車制造廠的焊裝線。但是，總體而言，中國的工業(yè)機器人技術和其工程應用的水平和國外比有一定的距離，如：可靠性低于國外產(chǎn)品;機器人應用工程啟動晚，窄應用，技術和生產(chǎn)線系統(tǒng)在國外比有差距;在應用規(guī)模，中國已經(jīng)安裝了約 200 國內(nèi)工業(yè)機器人，在世界各地安裝的單位，數(shù)量的萬分之四。最主要的原因是沒有形成機器人產(chǎn)業(yè)之上，目前的機器人生產(chǎn)都是根據(jù)用戶的請求， “一個客戶，一個重新的設計” ，不同規(guī)格，數(shù)量小，低度零部件通用化，交貨周期長，成本不低，但質量，可靠性不穩(wěn)定。是一個迫切需要解決的關鍵技術產(chǎn)業(yè)化初期，產(chǎn)品的一個全面的計劃，提高系列化，通用化，模具設計，原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載詳細圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 1304139763并積極推進產(chǎn)業(yè)化進程。我國的智能機器人和特種機器人在“863” 計劃的支持下，也取得了不少成果。其中最突出的是水下機器人，6000 米水下無纜機器人成果處于世界領先水平，還開發(fā)出直接遙控機器人手臂的協(xié)調控制機器人，爬壁機器人，機器人和其他飛機管;在機器人視覺，觸覺，觸覺，良好的睡眠和其他基礎設施的開發(fā)和應用技術等方面開展了很多工作，有一定的發(fā)展基礎。但是，在多傳感器信息融合控制技術，遠程和本地自治系統(tǒng)遙控機器人，智能裝配機器人，機器人機械等方面的開發(fā)和應用還剛剛起步，與國外先進水平有很大差距，你需要原來的得分一個集中的系統(tǒng)研究的基礎上，以形成一個實用的系統(tǒng)配套技術和產(chǎn)品，要想在“ 十五 ”后期躋身于世界先進行列的立場。1.4 本文設計的機械手1.4.1 臂力的確定目前使用的機械手的臂力范圍較大，國內(nèi)現(xiàn)有的機械手的臂力最小為 0.15N，最大為 8000N。本機械手的臂力為 N 臂=1650（N） ，安全系數(shù) K 一般可在 1.5~3，本機械手取安全系數(shù) K=2。定位精度為 ±1mm。1.4.2 工作范圍的確定機械手的工作范圍根據(jù)工藝要求和操作運動的軌跡來確定。一個操作運動的軌跡是幾個動作的合成，在確定的工作范圍時，可將軌跡分解成單個的動作，由單個動作的行程確定機械手的最大行程。本機械手的動作范圍確定如下：手腕回轉角度±115°手臂伸長量 150mm手臂回轉角度±115°手臂升降行程 170mm手臂水平運動行程 100mm1.4.3 確定運動速度機械手各動作的最大行程確定之后，可根據(jù)生產(chǎn)需要的工作拍節(jié)分配每個動作的時間，進而確定各動作的運動速度。搬運機器人要完成整個搬運過程，需完成夾緊工件、手臂升降、伸縮、回轉，平移等一系列的動作，這些動作都應該在工作拍節(jié)規(guī)定的時間內(nèi)完成，具體時間的分配取決于很多因素，根據(jù)各種因素反復考慮，對分配的方案進行比較，才能確定。原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載詳細圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 1304139763機械手的總動作時間應小于或等于工作拍節(jié)，如果兩個動作同時進行，要按時間長的計算，分配各動作時間應考慮以下要求：① 給定的運動時間應大于電氣、液壓元件的執(zhí)行時間；② 伸縮運動的速度要大于回轉運動的速度，因為回轉運動的慣性一般大于伸縮運動的慣性。在滿足工作拍節(jié)要求的條件下，應盡量選取較底的運動速度。機械手的運動速度與臂力、行程、驅動方式、緩沖方式、定位方式都有很大關系，應根據(jù)具體情況加以確定。③ 在工作拍節(jié)短、動作多的情況下，常使幾個動作同時進行。為此驅動系統(tǒng)要采取相應的措施，以保證動作的同步。液壓上料機械手的各運動速度如下：手腕的旋轉速度 V 腕回 = 40°/s手臂的伸展速度 V 臂伸 = 50 mm/s手臂的旋轉速度 V 臂回 = 40°/s手臂的升降速度 V 臂升 = 50 mm/s立柱的移動速度 V 柱移 = 50 mm/s手指夾緊油缸的速度 V 夾 = 50 mm/s1.4.4 手臂的配置形式機械手的手臂配置形式基本上反映了它的總體布局。運動要求、操作環(huán)境、工作對象的不同，手臂的配置形式也不盡相同。本機械手采用機座式。機座式結構多為工業(yè)機器人所采用，機座上可以裝上獨立的控制裝置，便于搬運與安放，機座底部安裝履帶行走機構，以滿足搬運需要，它分為手臂配置在機座頂部與手臂配置在機座立柱上兩種形式，本機械手采用手臂配置在機座立柱上的形式。手臂配置在機座立柱上的機械手多為圓柱坐標型，它有升降、伸縮與回轉運動，工作范圍較大。1.4.5 驅動與控制方式的選擇機械手的驅動與控制方式是根據(jù)它們的特點結合生產(chǎn)工藝的要求來選擇的，要盡量選擇控制性能好、體積小、維修方便、成本底的方式?？刂葡到y(tǒng)也有不同的類型。除一些專用機械手外，大多數(shù)機械手均需進行專門的控制系統(tǒng)的設計。驅動方式一般有四種：氣壓驅動、液壓驅動、電氣驅動和機械驅動。原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載詳細圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 1304139763參考《工業(yè)機器人》表 9-6 和表 9-7，按照設計要求，本機械手采用的驅動方式為液壓驅動，控制方式為固定程序的 PLC 控制。原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載詳細圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 1304139763第二章 手部結構2.1 概述機械手是直接用于抓取和夾住工件或夾緊零件的特殊工具，它具有模仿人手的功能，安裝在機器人手臂的前端。機器人結構類型確實不像人，這是不象一個人的手指的手指的形狀，它確實沒有手掌，所以在結構和類型的手根據(jù)其使用場合和夾緊的工件的形狀，大小的移動，重量，材料和其他部件被抓取和手的結構設計，顎式，氣吸式，電磁式和其他類型可分為不同的類型。鉗爪形手結構由手指和力機構。功率傳輸更多的機構形式，如溜槽桿，棒桿，楔形桿，齒條和小齒輪，彈簧桿等，其中使用滑槽桿。2.2 設計時應考慮的幾個問題①應具有足夠的握力（鎖緊力）在設計手部結構時，除了考慮工件重量，也要可以考慮轉動或在操作過程中的慣性力和振動，以保證工件不會產(chǎn)生松動或脫落。②手指應該有一定的開閉角度兩個手指打開和關閉的角度的兩個極限位置被稱為夾緊手指的開合角度。手指開合角度，確保工件能順利進入或脫開。如果夾緊不同直徑的工件，工件的最大直徑應予以考慮。③應確保定位準確的工件手指和工件保持精確的相對位置必須爬形狀的工件，選擇手指的形狀。例如，使用與“V”形的臉手指自定心的圓柱形工件。④應具有足夠的強度和剛度除了工件保持由手指的反應，而且還由機器人在運動過程中的慣性力和振動是需要有足夠的強度和剛度，以防止斷裂或彎曲變形，但其結構應進行簡單，緊湊，重量輕。⑤應考慮被抓取的對象的要求工件的形狀應該抓住，抓住不同部位的數(shù)量，抓取到手指的形狀設計，并確定。2.3 驅動力的計算 原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載詳細圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 13041397631. 手指 2.銷軸 3.拉桿 4.指座圖 1 滑槽杠桿式手部受力分析圖中顯示手槽的結構。在杠桿 3 的力的作用下銷軸 2 向上的拉力為 ，并通過銷軸P中心 點，兩手指 1 的滑槽對銷軸的反作用力為 、 ，其力的方向垂直于滑槽中心線O1P和 并指向 點， 和 的延長線交 于 及 ，由于△ 和△ 均為121P22OAB1OA2直角三角形，故∠ =∠ = 。根據(jù)銷軸的力平衡條件，即 ACB?120,,0xyF????cosP1/?銷軸對手指的作用力為 。手指握緊工件時所需的力稱為握力（即夾緊力） ，假想1P?握力作用在過手指與工件接觸面的對稱平面內(nèi)，并設兩力的大小相等，方向相反，以表示。由手指的力矩平衡條件，即 得N??01mF??1PhNb??因 /cosa?所以 2()/a原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載詳細圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 1304139763式中 ——手指的回轉支點到對稱中心線的距離（毫米） 。a——工件被夾緊時手指的滑槽方向與兩回轉支點連線間的夾角。?由上式可知，當驅動力 一定時， 角增大則握力 也隨之增加，但 角過大會導P?N?致拉桿（即活塞）的行程過大，以及手指滑槽尺寸長度增大，使之結構加大，因此，一般取 。這里取角 。304??:30??這種手部結構簡單，具有動作靈活，手指開閉角大等特點。查《工業(yè)機械手設計基礎》中表 2-1 可知， 形手指夾緊圓棒料時，握力的計算公式 ，綜合前面驅動V 0.5NG?力的計算方法，可求出驅動力的大小。為了考慮工件在傳送過程中產(chǎn)生的慣性力、振動以及傳力機構效率的影響，其實際的驅動力 實際應按以下公式計算，即：P12/PK??實 際式中 ——手部的機械效率，一般取 0.85~0.95；——安全系數(shù)，一般取 1.2~21——工作情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響， 可近似按下式估計，2K 2K，其中 為被抓取工件運動時的最大加速度， 為重力加速度。2/ag?? g本機械手的工件只做水平和垂直平移，當它的移動速度為 500 毫米/秒，移動加速度為 1000 毫米/秒 ，工件重量 為 98 牛頓，V 型鉗口的夾角為 120°，α=30°時，拉緊2G油缸的驅動力 實際計算如下：P根據(jù)鉗爪夾持工件的方位，由水平放置鉗爪夾持水平放置的工件的當量夾緊力計算公式0.5NG?把已知條件代入得當量夾緊力為49由滑槽杠桿式結構的驅動力計算公式2(cos)/PbNa??計算 2457(cs30)491.5N????計算實 際 12/K?取 ， ，0.85??1./8.???原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載詳細圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 1304139763則 12.5.1/08523PN???實 際2.4 兩支點回轉式鉗爪的定位誤差的分析圖 2 帶浮動鉗口的鉗爪鉗口與鉗爪的連接點 為鉸鏈聯(lián)結，如圖示幾何關系，若設鉗爪對稱中心 到工件中E O心 的距離為 ，則O?x22(/sin)lRba?????當工件直徑變化時， 的變化量即為定位誤差△，設工件半徑 由 變化到 時，x RmaxminR其最大定位誤差為△ =∣ ∣ 2 2(ma/sin)lRba????2)sin/(bl???其中 minmax45,,7,10,5,30lbR????代入公式計算得最大定位誤差△= ∣44.2-44.7∣=0.5＜0.8故符合要求.原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載詳細圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 1304139763第三章 腕部的結構3.1 概述從支承部的手部，手的手腕和臂連接。設計手腕應注意以下幾點：①結構緊湊，重量越輕越好。②轉動靈活，密封性要好。③也要注重解決手的手腕，手臂連接，位置檢測，管道布局和潤滑，維修，調整等問題。④必須要能適應工作得環(huán)境需要。3.2 腕部的結構形式該機器人采用旋轉氣缸驅動，實現(xiàn)旋轉運動手腕，結構緊湊，體積小，但密封不良，回轉角度為±115°.下圖顯示了在手腕上的結構，包含有固定板和蓋，旋轉滾筒和前蓋螺絲。當旋轉滾筒的兩個腔室被引入壓力油，驅動器動片與夾緊缸體，是指座椅一起旋轉，即手腕的旋轉運動。圖 3 機械手的腕部結構3.3 手腕驅動力矩的計算駕駛手腕克服轉動慣量的的手腕旋轉軸的支承孔的摩擦力矩，可動片的孔，固定片，原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載詳細圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 1304139763蓋等摩擦轉矩和啟動時產(chǎn)生的驅動扭矩的轉動手腕的密封裝置，由于重力的中心的旋轉軸線不重合產(chǎn)生的轉矩由強調。在手腕下列公式計算所需的驅動轉矩計算：驅動力 = 慣性力 + 偏重力 + 摩擦力 （ ）MMNm?式中 驅動力——用來驅動手腕轉動的力矩慣性力 ——慣性力矩（ ） ?偏重力 ——參與轉動的所有零件的總質量（包括工件、手部、手腕回轉缸體的動片）對轉動軸線所產(chǎn)生的偏重力矩（ ） Nm?摩 ——手腕轉動軸與固定處的摩擦力矩（ ） M?圖 4 腕部回轉力矩計算圖⑴ 摩擦阻力矩 摩擦力M摩擦力 = （ ） 12()fND?Nm?式中 f——軸承的摩擦系數(shù)，滾動軸承取 ，滑動軸承取 ；0.f?0.1f?、 ——軸承支承反力 （ ） ；1N2、 ——軸承直徑（ ）Dm由設計知 時121210.35,0.4,80,0,98,0.2NNGe???摩M(.35.4)/???得 摩 ）.?⑵ 工件重心偏置力矩引起的偏置力矩 偏M偏= （ ） 1GeNm?原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載詳細圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 1304139763式中 ——工件重量（ ）1GN——偏心距（即工件重心到碗回轉中心線的垂直距離） ，當工件重心e與手腕回轉中心線重合時， 為零M偏當 ， 時0.2e?198GN.6m??偏⑶ 腕部啟動時的慣性阻力矩 慣 ① 當知道手腕回轉角速度 時，可用下式計算 慣?M慣 M()Jt??工 件式中 ——手腕回轉角速度 （/s）——手腕啟動過程中所用時間（s） ， （假定啟動過程中近為加速運動）T——手腕回轉部件對回轉軸線的轉動慣量J工件——工件對手腕回轉軸線的轉動慣量 按已知計算得 ， ， ，2.5?6.25J工 件 20.3/m??t?故 慣 M13N?② 當知道啟動過程所轉過的角度 時，也可以用下面的公式計算 慣：?M慣=（ + ） J工 件 ?2式中 ——啟動過程所轉過的角度?——手腕回轉角速度。?考慮到驅動缸密封摩擦損失等因素，一般將 取大一些，可取M1.2()M??:慣 偏 摩5.9613.Nm???原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載詳細圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 1304139763第四章 臂部的結構4.1 概述機械臂的主要執(zhí)行單位，其作用是支持的手臂和手腕，將被轉移到工件抓取特定的位置和方向，這是一般的機器人手臂的自由，即伸縮臂有三個度，調頭上下運動?；剞D和起重臂的運動是通過立柱。列是在臂的橫向移動的橫向移動。各種動作的臂由驅動機構通常是各種傳動機構來實現(xiàn)的，因此，它不僅承擔被抓取工件的重量，下的手，手腕和臂的自身重量。臂結構，范圍工作，靈活性和偉大的漁獲?。?，手臂） ，并因此直接影響定位精度機器人的工作性能，所以你必須爬的機器人的重量，運動形式，自由度，移動速度下和定位精度的要求來設計的臂的結構類型。在同一時間，在設計中必須考慮的力臂，氣缸和導向裝置連接的內(nèi)部管道和手腕的表格和其他因素的影響。因此設計臂部時一般要注意下述要求：① 剛度要大 為了防止臂在運動過程中的過度變形的臂的橫截面形狀是一個合理的選擇。蝴蝶結形橫截面的彎曲剛度一般大于圓形橫截面的中空管的彎曲剛度和扭轉剛度遠大于實心軸。因此通常使用的臂和鋼導桿，與梁和支撐板。② 導向性要好 為了防止在一條直線上移動，沿該軸的運動的相對運動的臂，或設置的導向裝置，一個正方形或設計，比如樣條臂的形式。③ 偏重力矩要小 側重于所謂的轉矩裝置支承的旋轉軸，其產(chǎn)生的靜態(tài)轉矩臂的重量。要增加機器人的速度，以盡量減少臂移動部分的重量，以減少在旋轉臂的轉動慣量的轉矩和強調。④ 運動要平穩(wěn)、定位精度要高 手臂運動的速度越高，重量越大，定位之前，運動不平滑的影響更大的慣性力引起的，定位精度不高。故應盡量減少運動部件的重量的小臂上，結構緊湊，重量輕，并采取措施的緩沖區(qū)。4.2 手臂直線運動機構伸縮機械臂，升降和橫向運動屬于直線運動，實現(xiàn)臂往復直線運動的體制形式是較常用的活塞油（氣）缸，活塞缸機架和齒輪傳動機構，絲杠螺母機構和活塞缸和聯(lián)動。 4.2.1 手臂伸縮運動在這里實現(xiàn)所述活塞的直線往復運動是由液壓缸驅動的。由于活塞缸的體積小，重量輕，因此，機器人臂機構申請。如圖所示為兩個導桿的伸縮臂結構。手臂和手腕的板安裝在提升缸的上端，當兩個腔室的壓力油引入的雙作用缸 1，然后推入桿 2（即臂）原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載詳細圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 1304139763作往復直線運動。導桿導套 4 內(nèi)移動時，為了防止旋轉的伸縮臂（和滿足的手腕和手旋轉滾筒 6 7 夾緊缸與石油管道） 。由于伸縮臂油缸安裝在兩個導桿導桿彎曲，拉伸和壓縮桿之間的效果，所以受力簡單，傳動平穩(wěn)，外形整齊美觀，結構緊湊。可用于抓材料，行程較長。圖 5 雙導向桿手臂的伸縮結構4.2.2 導向裝置液壓驅動的伸縮機械臂攜帶（或向下）移動，以防止臂繞軸轉動，以確保手指的正確方向，并從一個大的彎矩作用在活塞桿，為了提高剛性的臂，臂的結構的設計中，必須采用適當?shù)膶颉６鴳畲笙薅鹊販p少的重量和旋轉中心的臂的移動部件的結構設計和布局，它被安裝在臂的形式，具體的結構重量和其他因素來確定抓取的轉動慣量。導向裝置，目前使用一個導桿，兩個導桿，4 個導桿和其他導向裝置，機器人使用一個雙導桿導向機構。雙導桿伸縮氣缸排列在兩側手臂和手部和腕部迎合輸油管道。臂的膨脹和收縮，以防止導桿延伸的彎曲變形的大的行程，所述導桿的末尾可以是另外的輔助支撐框架，為了提高導向桿的剛性。為了防止導桿延伸的彎曲變形，在圖 5 中所示，一個大的行程的伸縮臂，所述導桿的末尾可以是另外的輔助支撐框架，以提高剛性導桿。圖 4.3.2 示出的導桿 1 與支撐框架 4 連接的兩個導桿，支撐框架 2 兩個滾動軸承安裝在兩側，隨著膨脹汽缸的后端時，沿移動導桿桿支撐框架上的支撐表面的支撐板 3 的輥的滾動軸承。原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載詳細圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 1304139763圖 6 雙導向桿手臂結構4.2.3 手臂的升降運動圖 7 示出了臂機構的升降運動。當提升缸的壓力油通過的上部和下部腔室，所述活塞向上移動和向下桿 4 做的活塞缸 2 被固定在旋轉軸。活塞桿套 3 做升降運動的帶動下。通過指導立柱平鍵 9 實施其作用。圖 7 手臂升降和回轉機構圖4.3 手臂回轉運動臂機構的旋轉運動來實現(xiàn)各種各樣的形式，常用的旋轉滾筒，齒輪傳動裝置，鏈輪傳動機構，連桿機構。在機械臂與齒條汽缸型旋轉機構，如圖 6 所示，活塞桿 8 的旋轉原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載詳細圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 1304139763運動由驅動齒輪齒條，傳動軸和氣缸與油一起旋轉，然后通過氣缸來驅動上的平坦的外套鍵 9 轉動旋轉臂實現(xiàn)。4.4 手臂的橫向移動如圖 7 所示為手臂的橫向移動機構。手臂的橫向移動是由活塞缸 5 來驅動的，回轉缸體與滑臺 1 用螺釘聯(lián)結，活塞桿 4 通過兩塊連接板 3 用螺釘固定在滑座 2 上。當活塞缸 5 通壓力油時，其缸體就帶動滑臺 1，沿著燕尾形滑座 2 做橫向往復運動。圖 8 手臂橫向移動機構4.5 臂部運動驅動力計算 手臂的驅動力的運動（包括轉矩）計算，應考慮到臂遭受的整個負載。機器人的操作，在主臂的負荷受到慣性力，重力和摩擦力。4.5.1 臂水平伸縮運動驅動力的計算水平臂做伸展運動時，首先克服的摩擦阻力，包括氣缸和活塞導桿和軸承套筒等之間的摩擦阻力之間的摩擦，而且還克服了在啟動過程中的慣性力。其驅動力 可按下式qP計算：原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載詳細圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 1304139763qmgPF??式中 ——各支承處的摩擦阻力；——啟動過程中的慣性力，其大小可按下式估算：ggWFa??式中 ——手臂伸縮部件的總重量；——重力加速度（9.8m/s ）;2——啟動過程中的平均加速度（m/s ） ，a 2而 ?tv?——速度變化量。如果手臂從靜止狀態(tài)加速到工作速度 時，則這v個過程的速度變化量就等于手臂的工作速度；——啟動過程中所用的時間，一般為 0.01∽0.5s。t當 時，80,198,50/mFNWvms???.8129qPN????4.5.2 臂垂直升降運動驅動力的計算手臂作垂直運動時，除克服摩擦阻力 和慣性力 之外，還要克服臂部運動部件mFg的重力，故其驅動力 可按下式計算：qPmgW???式中 ——各支承處的摩擦力；mF——啟動時慣性力可按臂伸縮運動時的情況計算；g——臂部運動部件的總重量；——上升時為正，下降時為負。?當 ， ， 時40mFN?10g198WN?4023qP?4.5.3 臂部回轉運動驅動力矩的計算原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載詳細圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 1304139763臂部回轉運動驅動力矩應根據(jù)啟動時產(chǎn)生的慣性力矩與回轉部件支承處的摩擦力矩來計算。由于啟動過程一般不是等加速度運動，故最大驅動力矩要比理論平均值大一些，一般取平均值的 1.3 倍。故驅動力矩 可按下式計算：qM1.3()qmg???式中 ——各支承處的總摩擦力矩； m——啟動時慣性力矩，一般按下式計算：gMJt???式中 ——手臂部件對其回轉軸線的轉動慣量——回轉手臂的工作角速度——回轉臂啟動時間t當 ，84mN??0.832gNm???1.365.qM?對于活塞、導向套筒和油缸等的轉動慣量都要做詳細計算，因為這些零件的重量較大或回轉半徑較大，對總的計算結果影響也較大，對于小零件則可作為質點計算其轉動慣量，對其質心轉動慣量忽略不計。對于形狀復雜的零件，可劃分為幾個簡單的零件分別進行計算，其中有的部分可當作質點計算?？梢詤⒖肌豆I(yè)機器人》表 4-1。原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載詳細圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 1304139763第五章 液壓系統(tǒng)的設計5.1 液壓系統(tǒng)簡介機器人是為工作介質的液壓動力傳遞流體的壓力。馬達驅動的泵輸出的壓力油供給的機械能轉化為壓力能的馬達油。壓力油通過的管道，和一些控制和調節(jié)進入氣缸裝置，推桿的運動，使伸縮臂，起重及其他運動時，流體壓力能轉換成機械能。臂在運動中克服摩擦阻力的大小，而將工件夾緊鉗手的握力須維持活塞桿和活塞的流體壓力和相關的有效工作區(qū)的大小。 ARM 做各種運動取決于在氣缸密封數(shù)量的流體體積流量。這意味著移動體積變化的壓力油的液壓動力傳遞被稱為排量的液壓傳動，液壓驅動機械手屬于液壓傳動位移。5.2 液壓系統(tǒng)的組成液壓傳動系統(tǒng)主要由以下幾個部分組成：① 油泵 是供給油壓的液壓系統(tǒng)，電機輸出的機械能轉換為壓力能的流體，與整個液壓系統(tǒng)的壓力油驅動器。② 液動機 外部壓力油驅動工作部件的運動部件。 ARM 直線運動，流體的動機是為了武裝伸縮缸。的流體的旋轉運動是公知的動力馬達油，小于 360°的旋轉角的液體動力，通常被稱為旋轉滾筒③ 控制調節(jié)裝置 各種閥類，如單向閥、溢流閥、節(jié)流閥、調速閥、減壓閥、順序閥等，各起一定作用，使機械手的手臂、手腕、手指等能夠完成所要求的運動。5.3 機械手液壓系統(tǒng)的控制回路操縱器的液壓系統(tǒng)，根據(jù)程度的自由度機器人的數(shù)量，液壓系統(tǒng)可以是簡單的或復雜的，但不超過基本控制回路的總數(shù)。這些基本的控制電路，它具有的各種功能，如工作壓力調整泵的卸荷，扭轉運動，運行速度調節(jié)和同步運動。5.3.1 壓力控制回路① 調壓回路 在定量泵的液壓系統(tǒng)中，為了控制系統(tǒng)的最大工作壓力，一般在油泵溢流閥出口附近，用它來調節(jié)系統(tǒng)壓力和多余的液體溢流槽。② 卸荷回路 機械手不工作時，燃料箱，泵電動機不停止的情況下，為了降低油泵的功率損耗，以節(jié)省電源，減少熱量的產(chǎn)生系統(tǒng)，泵必須在低負荷下工作的，所以使用卸荷回路。該機器人采用兩個電磁閥控制溢流閥遠程控制端口卸荷回路。③ 減壓回路 為了使機器人的液壓系統(tǒng)中的分壓降低或穩(wěn)定，減壓閥與串聯(lián)的前原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載詳細圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 1304139763一分支，以獲得較低的壓力比系統(tǒng)所要求的壓力。④ 平衡與鎖緊回路 在液壓系統(tǒng)中，以防止任何垂直的機構，通過其自身重量下降，可以垂直體重平衡的電路的平衡。為了使機器人手臂的移動過程中，在任何位置停止，以防止發(fā)生由于外力的位移，可以鎖相環(huán)油箱返回線路脫落的活塞停止移動，并擰緊。該機器人采用單向閥，以實現(xiàn)任意位置做平衡閥鎖定回路。⑤ 油泵出口處接單向閥 泵出口止回閥。它的作用是雙重的：首先是對泵進行保護。液壓系統(tǒng)，泵的壓力流體供給到系統(tǒng)中，以驅動氣缸動作的演技。一旦使電機停止轉動，機油泵不再，中原和一些高壓流體系統(tǒng)具有一定的能量，將迫使泵的轉動方向相反，從而在噪聲，加速泵的磨損。額外的油泵，單向閥，關閉系統(tǒng)和高壓泵油的接觸時間，從而在口中，發(fā)揮作用，保護汽缸。第二個是，以防止空氣夾帶系統(tǒng)。在關機時，單向閥和泵切斷系統(tǒng)可以防止系統(tǒng)來自油泵的油流回油箱，避免了對空氣的混合，以確保順利啟動。5.3.2 速度控制回路液壓機械臂各種體育速度控制，主要是改變流入鋼瓶問：控制方法有兩類：一類是采用定量泵，即利用節(jié)流流截面來改變電機的油進入氣缸或流;另一種是采用變排量泵，更換機油泵容積。本機械手采用定量油泵節(jié)流調速回路。根據(jù)各油泵的運動速度要求，可分別采用 LI 型單向節(jié)流閥、LCI 型單向節(jié)流閥或QI 型單向調速閥等進行調節(jié)。節(jié)流調速閥的優(yōu)點是：簡單可靠、調速范圍較大、價格便宜。其缺點是：有壓力和流量損耗，在低速負荷傳動時效率低，發(fā)熱大。使用的節(jié)流閥節(jié)流，當負載的變化會引起氣缸的速度變化，從而使速度穩(wěn)定性差。其原因是，在負載變化將導致液壓缸速度的變化，高速穩(wěn)定性較差。其原因是，負載變化引起的壓力油入口和出口節(jié)流的變化，從而通過節(jié)流閥，以及所述變速缸的流量。與負載控制閥可自動調節(jié)的變化和無負荷變化時，通過氣缸的流速穩(wěn)定的速度穩(wěn)定性要求的場合，它是適合于實現(xiàn)節(jié)流控制閥。5.3.3 方向控制回路用于控制各汽缸的液壓系統(tǒng)的機器人，運動和電機的方向打開或關閉油，通常是由兩個通，兩個三，二位三通電磁閥及電動液壓滑閥，電控系統(tǒng)發(fā)送的電信號來控制電磁原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載詳細圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 1304139763閥換向，電機油艙和換油實現(xiàn)直線往復運動和正向和反向旋轉。目前在液壓系統(tǒng)中使用的電磁閥，按其電源的不同，可分為交流電磁閥（D 型）和直流電磁閥（E 型）兩種。交流電磁閥的使用電壓一般為 220V（也有 380V 或 36V） ，直流電磁閥的使用電壓一般為 24V（或 110V） 。這里采用交流電磁閥。AC 電磁閥，起動性能好，換向時間短，接線簡單，價格低廉，但是當煙霧不容易燒壞，可靠性差，減刑有一定的影響，使換向頻率端，壽命較短。5.4 機械手的液壓傳動系統(tǒng)映射的液壓系統(tǒng)的液壓操縱器的一個主要設計。各種液壓組件的液壓系統(tǒng)圖，以滿足要求的機器人運動的有機連接圖。它通常包括一些典型的壓力控制，流量控制，方向控制電路組成一些特殊用途的電路。畫出的液壓系統(tǒng)圖的一般順序是：首先確定在燃料箱和泵，然后在中間配置的控制調節(jié)回路的組件和相應的其他輔助設備，從而構成整個液壓系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)圖形符號，繪制液壓原理。5.4.1 自動機械手液壓系統(tǒng)原理介紹圖 9 機械手液壓系統(tǒng)圖液壓系統(tǒng)原理如圖 9 所示。該系統(tǒng)選用功率 N =7.5 千瓦的電動機，帶動雙聯(lián)葉片原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載詳細圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 1304139763泵 YB-35/18 ，其公稱壓力為 60×10 帕，流量為 35 升/分+18 升/ 分=53 升/分，系統(tǒng)壓5力調節(jié)為 30×10 帕，油箱容積選為 250 升。手臂的升降油缸及伸縮油缸工作時兩個油5泵同時供油；手臂及手腕的回轉和手指夾緊用的拉緊油缸以及手臂回轉的定位油缸工作時只有小油泵供油，大泵自動卸荷。手臂伸縮、手臂升降、手臂回轉、手臂橫向移動和手腕回轉油路采用單向調速閥（QI-63B、QI-25B、QI-10B）回程節(jié)流，因而速度可調，工作平穩(wěn)。設置有單向閥序列的臂提升缸滑，可以調整順序閥保持打開狀態(tài)，在活塞上的彈簧力時，活塞桿和軸承流體在壓力下所造成的武器等權重。提升缸的上部腔室，工作油的泵的輸出壓力油進入，以使該閥處于增加的壓力的作用，活塞向下移動。當活塞上升時，通過單向閥進入下腔的流體壓力的升降油缸閥不被阻礙的順序，使單向閥，以克服臂的重量等，為了防止下降，滑手指夾緊缸帶單向閥，當手指夾緊工件系統(tǒng)壓力波動保證手指工件的牢固。當反向進油時，油箱的油通過控制閥打開頂端單向的，從而使油折回，油箱。在手臂回轉后的定位所用的定位油缸支路要比系統(tǒng)壓力低，為此在定位油缸支路前串有減壓閥（J-10） ，使定位油缸獲得適應壓力為 15—18×10 帕 ，同時還給電液動滑閥5（或稱電液換向閥，34DY-63B）來實現(xiàn)，空載卸荷不致使油溫升高。系統(tǒng)的壓力由溢流閥來調節(jié)。此系統(tǒng)四個主壓力油路的壓力測量，是通過轉換壓力表開關（K-3B ）的位置來實現(xiàn)的，被測量的四個主油路的壓力值，分別從壓力表（Y-60）上表示出來。5.5 機械手液壓系統(tǒng)的簡單計算計算的主要內(nèi)容是，根據(jù)所需要的輸出的致動器力和速度的大小來決定的氣缸內(nèi)的流動速率和結構，液壓系統(tǒng)是必需的，以確定總的油流來選擇泵的馬達泵的規(guī)格和選擇的功率。確定各控制閥，并通過該裝置的流量和壓力的輔助參數(shù)。在本機械手中，用到的油缸有活塞式油缸（往復直線運動）和回轉式油缸（可以使輸出軸得到小于 360°的往復回轉運動）及無桿活塞油缸（亦稱齒條活塞油缸） 。5.5.1 雙作用單桿活塞油缸原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載詳細圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 1304139763圖 10 雙作用單桿活塞桿油缸計算簡圖①流量、驅動力的計算 當壓力油輸入無桿腔，使活塞以速度 運動時所需輸入油缸的流量 為1v1Q1Q2140D??對于手臂伸縮油缸： ，對于手指夾緊油缸： ，對于手3.98/cms 31.02/cms?臂升降油缸： 。31.8/cs油缸的無桿腔內(nèi)壓力油液作用在活塞上的合成液壓力 即油缸的驅動力為：1P2114PD??對于手臂伸縮油缸： ，對于手指夾緊油缸： ，對于手臂升降油96N126N?缸： 1320PN?當壓力油輸入有桿腔，使活塞以速度 運動時所需輸入油缸的流量 為：2v2Q22()40QDd???對于手臂伸縮油缸： ， 對于手指夾緊油缸： ，對于31.87/cms 310.96/cms?手臂升降油缸： 31./油缸的有桿腔內(nèi)壓力油液作用在活塞上的合成液壓力 即油缸的驅動力為：2P原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載詳細圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 1304139763221()4PDdP???對于手臂伸縮油缸： ， 對于手指夾緊油缸： ，對于手臂升降17N108PN?油缸： 1305PN?② 計算作用在活塞上的總機械載荷機械手手臂移動時，作用在機械手活塞上的總機械載荷 為PP???工 導 回 封 慣其中 為工作阻力工導向裝置處的摩擦阻力導密封裝置處的摩擦阻力P封慣性阻力慣背壓阻力回83125680256PN????③確定油缸的結構尺寸㈠油缸內(nèi)徑的計算 油缸工作時，作用在活塞上的合成液壓力即驅動力與活塞桿上所受的總機械載荷平衡，即（無桿腔）= （有桿腔）1P?2P油缸（即活塞）的直徑可由下式計算厘米 （無桿腔） 14.3D?對于手臂伸縮油缸： ， 對于手指夾緊油缸： ，對于手臂升降50m?30Dm?油缸： ，對于立柱橫移油缸：80m?40?或 厘米 （有桿腔） 241PdD??㈡ 油缸壁厚的計算：依據(jù)材料力學薄壁筒公式，油缸的壁厚 可用下式計算：?原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載詳細圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 1304139763厘米 ??2PD???計為計算壓力P計油缸材料的許用應力。???對于手臂伸縮油缸： ， 對于手指夾緊油缸： ，對于手臂升降油6m??17m??缸： ，對于立柱橫移油缸: 16m??17㈢ 活塞桿的計算可按強度條件決定活塞直徑 ?；钊麠U工作時主要承受拉力或壓力，因此活塞桿d的強度計算可近似的視為直桿拉、壓強度計算問題，即??24Pd????即 ??()cm?對于手臂伸縮油缸： ， 對于手指夾緊油缸： ，對于手臂升降油30d?15dm?缸： ，對于立柱橫移油缸：50dm?165.5.2 無桿活塞油缸（亦稱齒條活塞油缸）圖 11 齒條活塞缸計算簡圖原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載詳細圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 1304139763① 流量、驅動力的計算213DdQ???當 ， ， 時0m40.95/rads?952N② 作用在活塞上的總機械載荷 PP??工 回封 慣其中 為工作阻力工密封裝置處的摩擦阻力P封慣性阻力慣背壓阻力回610823PN???③ 油缸內(nèi)徑的計算根據(jù)作用在齒條活塞上的合成液壓力即驅動力與總機械載荷的平衡條件，求得4PDp??5m5.5.3 單葉片回轉油缸 在液壓機械手上實現(xiàn)手腕、手臂回轉運動的另一種常用機構是單葉片回轉油缸，簡稱回轉油缸，其計算簡圖如下：原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載詳細圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 1304139763圖 12 回轉油缸計算簡圖①流量、驅動力矩的計算當壓力油輸入回轉油缸，使動片以角速度 運動時，需要輸入回轉油缸的流量?為：Q23()40bDdQ???當 ， ， ， 時1m53bm?0.95/rads?3.2/s回轉油缸的進油腔壓力油液，作用在動片上的合成液壓力矩即驅動力矩 ：M2()8bPDdM??得 0.Nm?② 作用在動片（即輸出軸）上的外載荷力矩 M??工 回封 慣其中 為工作阻力矩M工密封裝置處的摩擦阻力矩封參與回轉運動的零部件，在啟動時的慣性力矩慣回轉油缸回油腔的背反力矩回原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載詳細圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 13041397632.30851.2085.4MNm????③ 回轉油缸內(nèi)徑的計算回轉油缸的動片上受的合成液壓力矩與其上作用的外載荷力矩相平衡，可得：28Ddbp??30D?5.5.4 油泵的選擇 一般的機械手的液壓系統(tǒng)，大多采用定量油泵，油泵的選擇主要是根據(jù)系統(tǒng)所需要的油泵工作壓力 泵 和最大流量 泵來確定。PQ⑴ 確定油泵的工作壓力 泵 泵 ≧ ???式中 ——油缸的最大工作油壓——壓力油路（進油路）各部分壓力損失之和，其中包括各種元P件的局部損失和管道的沿程損失。泵= 5601a?⑵ 確定油泵的 泵 Q油泵的流量，應根據(jù)系統(tǒng)個回路按設計的要求，在工作時實際所需的最大流量 最Q大，并考慮系統(tǒng)的總泄漏來確定泵 = 最大 K其中 一般取 1.10—1.25泵 =53 升/分 Q5.5.5 確定油泵電動機功率 N612P??式中 ——油泵的最大工作壓力——所選油泵的額定流量Q——油泵總效率?N=7.5（千瓦）原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載詳細圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 1304139763第六章 PLC 控制回路的設計6.1 電磁鐵動作順序表 1 電磁鐵的動作順序表序號電磁鐵1DT 2DT 3DT 4DT 5DT 6DT 7DT 8DT 9DT 10DT 11DT12DT 13DT 14DT1 插定位銷+2 手臂前伸+ +3 手指張開+ +4 手指閉合+5 手臂上升+ +6 手臂回縮+ +7 立柱橫移+ +8 手腕回轉+ +9 拔定位銷10 手臂回轉+11 插定位銷+12 手臂前伸 +13 手臂中停、大泵卸荷+ +14 手指張開+ +15 手指閉合+16 手臂縮回+ +17 手臂下 + +動作原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載詳細圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 1304139763降18 手腕反轉+ +19 拔定位銷 20 手臂反轉+21 立柱回移+22 待料卸荷+ +23注：+表示電磁鐵線圈通電6.2 根據(jù)機械手的動作順序表，選定電磁閥、開關等現(xiàn)場器件相對應的 PLC 內(nèi)部等效繼電器的地址編號，其對照表如下：表 2 現(xiàn)場器件與 PLC 內(nèi)部等效繼電器對照表 現(xiàn) 場 器 件 內(nèi)部繼電器地址 說 明輸入1SB2SB3SB1ST2ST3ST4ST5ST6ST7ST8ST9ST10STX000X001X002X003X004X005X006X007X010X011X012X013X014啟動按扭連續(xù)啟動按扭連續(xù)停止按扭手腕回轉限位開關手腕反轉限位開關手臂回轉限位開關手臂反轉限位開關手臂上升限位開關手臂下降限位開關手臂前伸限位開關手臂縮回限位開關立柱橫移限位開關立柱移回