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摘 要 液壓機(jī)械手是模仿人的手部動作，按照給定的程序、軌跡通過液壓系統(tǒng)實現(xiàn)抓取和 搬運操作的自動裝置。 本次設(shè)計的液壓傳動機(jī)械手根據(jù)規(guī)定的動作順序，綜合運用所學(xué)的基本理論、基本 知識和相關(guān)的機(jī)械設(shè)計專業(yè)知識，完成對機(jī)械手的設(shè)計，并繪制必要裝配圖、液壓系統(tǒng) 圖、 。機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)采用油缸、螺桿、導(dǎo)向筒等機(jī)械器件組成；在液壓傳動機(jī)構(gòu)中， 機(jī)械手的手臂伸縮采用伸縮油缸，手腕回轉(zhuǎn)采用回轉(zhuǎn)油缸，立柱的轉(zhuǎn)動采用齒條油缸， 機(jī)械手的升降采用升降油缸，立柱的橫移采用橫向移動油缸；通過控制電磁閥的開關(guān)來 控制機(jī)械手進(jìn)行相應(yīng)的動作循環(huán)，當(dāng)按下連續(xù)停止按鈕后，機(jī)械手在完成一個動作循環(huán) 后停止運動。 本設(shè)計擬開發(fā)的上料機(jī)械手可在空間抓放物體，動作靈活多樣，可代替人工在高溫 和危險的作業(yè)區(qū)進(jìn)行作業(yè)，可抓取重量較大的工件。可以改善勞動條件，避免人身事故。 可以減少人力，并便于有節(jié)奏的生產(chǎn)。 關(guān)鍵詞： 機(jī)械手；液壓；控制回路 II Abstract Hydraulic robot mimic is the hand movements which in accordance with a given program, the path through the hydraulic system to achieve automatic device to capture and handling operations. The design of hydraulic drive manipulator movements under the provisions of the order ， use the basic theory, basic knowledge and related mechanical design expertise comprehensively to complete the design， and drawing the necessary assembly, hydraulic system map, PLC control system diagram . Manipulator mechanical structure using tanks, screw ,guide tubes and other mechanical device component ；In the hydraulic drive bodies ，manipulator arm stretching using telescopic tank ，rotating column of tanks used rack ，manipulator movements using tank movements ，the column takes the horizontal movement of tanks ； through the control of the solenoid valve to control the switch manipulator corresponding moves cycle ，after press the row stop button , the manipulator complete a cycle of action to stop after the hole campaign. The design of the proposed development of the information on the manipulator can grasp up in space objects ，flexible and varied movements ，can replace the artificial heat and dangerous operation conducted operations，and can grasp the larger work pieces . Can improve working conditions, avoid personal accident. Can reduce manpower, and to facilitate the there are-paced the production of. Keywords： Manipulator ；Hydraulic ；Control Loop 目 錄 摘 要 ...........................................................................................................................................III ABSTRACT ..................................................................................................................................IV 目 錄 ............................................................................................................................................V 1 緒論 .............................................................................................................................................1 1.1 機(jī)械手的基本概念的研究內(nèi)容和意義 ...............................................................................1 1.1.1 機(jī)械手的基本概念 ........................................................................................................1 1.1.2 機(jī)械手的研究意義 ........................................................................................................1 1.2 機(jī)械手的發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用 ...................................................................................................1 1.2.1 世界機(jī)器人發(fā)展?fàn)顩r ..................................................................................................1 1.2.2 我國工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展 ................................................................................................2 1.3 本課題達(dá)到的要求 .............................................................................................................2 2 液壓機(jī)械手主要結(jié)構(gòu)的機(jī)械設(shè)計 .............................................................................................4 2.1 臂力的確定 ...........................................................................................................................4 2.2 確定工作范圍 .......................................................................................................................4 2.3 確定運動速度 .......................................................................................................................4 2.4 手臂的配置形式 ...................................................................................................................4 2.5 位置檢測裝置的選擇 ...........................................................................................................5 2.6 驅(qū)動與控制方式的選擇 .......................................................................................................5 2.7 本章小結(jié) ...............................................................................................................................5 3 手部結(jié)構(gòu) .....................................................................................................................................7 3.1 概述 .......................................................................................................................................7 3.2 設(shè)計時應(yīng)考慮的幾個問題 ...................................................................................................7 3.3 驅(qū)動力的計算 .......................................................................................................................8 3.4 兩支點回轉(zhuǎn)式鉗爪的定位誤差的分析 ...............................................................................9 3.5 本章小結(jié) ...............................................................................................................................9 4 腕部的結(jié)構(gòu) ...............................................................................................................................11 4.1 概述 .....................................................................................................................................11 4.2 腕部的結(jié)構(gòu)形式 .................................................................................................................11 4.3 手腕驅(qū)動力矩的計算 .........................................................................................................11 4.4 本章小結(jié) .............................................................................................................................13 5 臂部的結(jié)構(gòu) ...............................................................................................................................14 5.1 臂部概述 .............................................................................................................................14 5.2 手臂直線運動機(jī)構(gòu) .............................................................................................................14 5.2.1 手臂伸縮運動 ..............................................................................................................14 5.2.2 導(dǎo)向裝置 ......................................................................................................................15 5.2.3 手臂的升降運動 ..........................................................................................................16 5.3 手臂回轉(zhuǎn)運動 .....................................................................................................................17 I 5.4 手臂的橫向移動 .................................................................................................................17 5.5 臂部運動驅(qū)動力計算 .........................................................................................................17 5.5.1 臂水平伸縮運動驅(qū)動力的計算 ..................................................................................17 5.5.2 臂垂直升降運動驅(qū)動力的計算 ..................................................................................18 5.5.3 臂部回轉(zhuǎn)運動驅(qū)動力矩的計算 ..................................................................................18 6 液壓系統(tǒng)的設(shè)計 .......................................................................................................................20 6.1 液壓系統(tǒng)簡介 .....................................................................................................................20 6.2 液壓系統(tǒng)的組成 .................................................................................................................20 6.3 機(jī)械手液壓系統(tǒng)的控制回路 .............................................................................................20 6.3.1 壓力控制回路 ..............................................................................................................20 6.3.2 速度控制回路 ..............................................................................................................21 6.3.3 方向控制回路 ..............................................................................................................21 6.4 機(jī)械手的液壓傳動系統(tǒng) .....................................................................................................21 6.4.1 上料機(jī)械手的動作順序 ..............................................................................................21 6.4.2 自動上料機(jī)械手液壓系統(tǒng)原理介紹 ..........................................................................22 6.5 機(jī)械手液壓系統(tǒng)的簡單計算 ............................................................................................24 6.6 雙作用單桿活塞油缸 ........................................................................................................24 6.7 無桿活塞油缸（亦稱齒條活塞油缸） ............................................................................27 6.7.3 單葉片回轉(zhuǎn)油缸 ..........................................................................................................27 6.7.4 油泵的選擇 ..................................................................................................................28 6.7.5 確定油泵電動機(jī)功率 N ..............................................................................................29 7 結(jié) 論 .......................................................................................................................................30 致 謝 .................................................................................................................................31 附 錄 ...........................................................................................................................................33 2 1 緒論 1.1 機(jī)械手的基本概念的研究內(nèi)容和意義 1.1.1 機(jī)械手的基本概念 液壓機(jī)械手，從本質(zhì)上來說是屬于工業(yè)機(jī)器人的范圍的，機(jī)器人問題是最近幾十年 的熱門研究課題。它包括了機(jī)械工程、計算機(jī)科學(xué)、電子工程和自動控制以及人工智能 等多種學(xué)科，體現(xiàn)了機(jī)電一體化技術(shù)的最新成就，是當(dāng)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展最活躍的范圍之 一，也是我國科技界跟蹤國際高技術(shù)發(fā)展的重要課題。 “機(jī)械手” （Machanical Hand）：大部分是指附屬于主機(jī)、程序固定的自動抓取、操 作裝置（我國一般稱作機(jī)械手或?qū)Ｓ脵C(jī)械手） 。比如自動生產(chǎn)線、自動機(jī)的上下給料系統(tǒng)， 加工中心自動化裝置 [1]。 1.1.2 機(jī)械手的研究意義 1.可以提高生產(chǎn)過程的自動化程度。 應(yīng)用機(jī)械手有利于在自動生產(chǎn)線中實現(xiàn)材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換、以 及機(jī)器的裝配等的自動化程度，從而提高勞動生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本。 2.可以改善勞動條件，避免人身事故。 3.可以減少人力，并便于有節(jié)奏的生產(chǎn)。 4.用液壓系統(tǒng)來控制機(jī)械手，比一般的機(jī)械控制具有更好的穩(wěn)定性，并且控制的精確 度更高。 5.運用機(jī)械手可以實現(xiàn)連續(xù)的生產(chǎn)，而大大提高在生產(chǎn)線的工作的時間，從而能大幅 提高勞動的生產(chǎn)率。 1.2 機(jī)械手的發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用 機(jī)械手的迅速發(fā)展是因為它的積極作用正逐漸被人們所認(rèn)可；第一，它能部分代替 體力人工操作；第二，它可以按照生產(chǎn)工藝的要求，按照一定的程序，時間和位置來完 成工作的傳送和裝卸；第三，它能操作必要的器具進(jìn)行焊接和裝配。從而改善人們的勞 動條件，顯著的提高勞動生產(chǎn)率，加快實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動化的步伐。因此，各 先進(jìn)工業(yè)國家都對此十分重視，投入大量的人力物力進(jìn)行研究和應(yīng)用。尤其在高溫、高 壓、粉壓、噪音以及帶有放射性的污染的場合應(yīng)用得更為廣泛。在我國，近幾年來也有 較快的發(fā)展，并取得一定的效果，受到機(jī)械工業(yè)和鐵路工業(yè)部門的重視 [2]。 1.2.1 世界機(jī)器人發(fā)展?fàn)顩r 國外機(jī)器人領(lǐng)域發(fā)展近幾年有如下幾個趨勢： （1）. 工業(yè)機(jī)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(jī)價格不斷下降。 （2） ．機(jī)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(jī)、減速機(jī)、 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(jī)器人整機(jī)；國外已有模 塊化裝配機(jī)器人產(chǎn)品問市。 （3） ．工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)向基于 PC 機(jī)的開放型控制器方向發(fā)展，便于標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng) 絡(luò)化；大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。 （4） ．機(jī)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 3 器外，裝配、焊接機(jī)器人還應(yīng)用了視覺、力覺等傳感器，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(jī)器人中的作用已從仿真、預(yù)演發(fā)展到用于過程控制。 （6） ．當(dāng)代遙控機(jī)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(jī)器人的人機(jī)交互控制，使智能機(jī)器人走出實驗室進(jìn)入實用化階段。 (7)．機(jī)器人化機(jī)械開始興起。從 94 年美國開發(fā)出“虛擬軸機(jī)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(yīng)用的領(lǐng)域 [3]。 1.2.2 我國工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展 有人認(rèn)為，應(yīng)用機(jī)器人只是為了節(jié)省勞動力，而我國勞動力資源豐富，發(fā)展機(jī)器人 不一定符合我國國情。這是一種誤解。在我國，社會主義制度的優(yōu)越性決定了機(jī)器人能 夠充分發(fā)揮其長處。它不僅能為我國的經(jīng)濟(jì)建設(shè)帶來高度的生產(chǎn)力和巨大的經(jīng)濟(jì)效益， 而且將為我國的宇宙開發(fā)、海洋開發(fā)、核能利用等新興領(lǐng)域的發(fā)展做出卓越的貢獻(xiàn)。 我國的工業(yè)機(jī)器人從 80 年代“七五”科技攻關(guān)開始起步，在國家的支持下，通過“七五” 、 “八五”科技攻關(guān)，目前已基本掌握了機(jī)器人操作機(jī)的設(shè)計制造技術(shù)、控制系統(tǒng)硬件和 軟件設(shè)計技術(shù)、運動學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù)，生產(chǎn)了部分機(jī)器人關(guān)鍵元器件，開發(fā)出噴漆、 弧焊、點焊、裝配、搬運等機(jī)器人；其中有 130 多臺套噴漆機(jī)器人在二十余家企業(yè)的近 30 條自動噴漆生產(chǎn)線（站）上獲得規(guī)模應(yīng)用，弧焊機(jī)器人已應(yīng)用在汽車制造廠的焊裝線 上。但總的來看，我國的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國外比還有一定的距離， 如：可靠性低于國外產(chǎn)品；機(jī)器人應(yīng)用工程起步較晚，應(yīng)用領(lǐng)域窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與 國外比有差距；在應(yīng)用規(guī)模上，我國已安裝的國產(chǎn)工業(yè)機(jī)器