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工業(yè)機械手液壓系統(tǒng)設計.doc
工業(yè)機械手裝配圖.dwg
文件清單.txt
液壓原理圖.dwg
電氣控制原理圖.dwg
摘 要
工業(yè)機械手是現(xiàn)代機械化的一種新型生產方式，同時也是智能自動化研發(fā)出來的新型設備?，F(xiàn)今隨著科學技術的迅猛發(fā)展，機械手的原理及應用技術越來越受到重視，在當代工業(yè)工廠的生產制造中，工業(yè)機器人已經全面應用于車間的自動化流水線，因而，人們開始日趨迫切的對機器人進行研究改造。其中，液壓機械手用途最為廣泛，所以本次對機械手的液壓系統(tǒng)進行設計。
在液壓驅動機構中，所述機械手的手臂伸縮和升降均采用了雙作用活塞液壓缸并由導向桿導向，以確保機械手的運動精度，手腕的旋轉采用擺動式液壓缸（回轉油缸），機械手的手臂旋轉和手爪夾持被采用齒條活塞式液壓缸。
本課題通過對機械手和液壓傳動原理的應用技術設計，對工業(yè)機械手的液壓系統(tǒng)的分類，結構，特性，受力等方面進行分析，并分析液壓系統(tǒng)的工作原理。具有液壓系統(tǒng)結構的機械手機器人可以在空間中靈活抓取移動物體，并且操作自由度很高，可以在高溫和危險的位置作業(yè)，從而減少人力，并大大促進生產節(jié)奏。
關鍵字： 機械手；液壓系統(tǒng)；自由度
ABSTRACT
Industrial manipulator is a new mode of production of modern mechanization, and also a new kind of equipment developed by intelligent automation. Nowadays with the rapid development of science and technology, more attention paid to the principle and application technology of the manipulator, in modern industrial factory production and manufacturing, industrial robots have been comprehensively applied in the workshop of the automated assembly line, as a result, people began to study has become increasingly urgent for robots. The hydraulic system is the most widely used, so the hydraulic system is designed.
Described in hydraulic driving mechanism, the manipulator arm scaling and lift adopts the double-acting piston hydraulic cylinder and the guide rod guide, to ensure the movement precision of the manipulator, the rotation of the wrist with oscillating hydraulic cylinders (rotary cylinder), manipulator arm rotation and gripper clamping used rack piston hydraulic cylinder.
This topic through the application of the principle of the mechanical and hydraulic transmission technology design, the classification of the hydraulic system of industrial manipulator structure, characteristics, stress analysis, and analyses the working principle of the hydraulic system. With the hydraulic system of the structure of the manipulator robot can flexible scraping of the moving objects in space, and a high degree of freedom to operate, can be in high temperature and position of dangerous operation, reducing manpower, and greatly promote production rhythm.
Keywords: manipulator; The hydraulic system; degree of freedom
目錄
1 緒論 1
1.1 選題背景及其意義 1
1.2 國內外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 1
1.2.1國內的研究現(xiàn)狀 1
1.2.2國外研究現(xiàn)狀 2
1.3液壓技術的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 2
2機械手液壓系統(tǒng)概述和計算 3
2.1 手臂伸縮液壓缸的設計計算 3
2.1.1伸縮液壓缸驅動力計算 3
2.1.2伸縮液壓缸的結構尺寸確定 4
2.2手臂垂直升降液壓缸的設計計算 7
2.2.1 垂直升降液壓缸驅動力的計算 7
2.2.2升降液壓缸的結構尺寸的確定 8
2.3手臂回轉齒條活塞液壓缸的設計計算 9
2.3.1齒條活塞液壓缸驅動力的計算 9
2.3.2齒條活塞液壓缸結構尺寸的確定 10
2.4手腕回轉液壓缸的設計計算 10
2.5手爪夾合液壓缸的設計計算 11
3工業(yè)機械手液壓系統(tǒng)的工作原理 13
3.1液壓原理簡圖 13
3.2確定液壓系統(tǒng)的工作要求 14
3.3擬定液壓系統(tǒng)原理圖 15
3.3.1液壓系統(tǒng)原理圖 15
3.3.2電磁鐵工作狀態(tài)表 15
3.3.3液壓系統(tǒng)工作原理 16
3.3.4液壓系統(tǒng)特點分析： 19
3.3.5電氣控制系統(tǒng)原理圖 20
3.3.6電氣控制系統(tǒng)工作原理 21
3.3.7電氣系統(tǒng)特點分析： 23
4液壓系統(tǒng)的設計 24
4.1設計方案 24
4.1.1 液壓回路的選擇 24
4.2系統(tǒng)工作壓力的選擇 25
4.3 液壓元件的選擇 25
4.3.1 液壓泵的選擇 25
4.3.2 液壓泵所需液壓馬達的確定 26
4.3.3 液壓閥的選擇 27
4.3.4 液壓輔助元件的選擇原則 28
4.3.5 管道尺寸的確定 28
4.3.6 油箱容量的確定 29
5 總結 31
致 謝 32
參考文獻 33
本科生畢業(yè)答辯 學院：機械工程學院 班級：機械 13姓名：王強 指導老師：張建杰 工業(yè)機械手液壓系統(tǒng)設計 題目簡介 1 工業(yè)機械手液壓系統(tǒng)概述 2 工業(yè)機械手液壓系統(tǒng)的工作原理 3 4 目錄 工業(yè)機械手液壓系統(tǒng)的設計 4 1. 題目簡介 ? 工業(yè)機械手（即機器人）一般指用于機械制造業(yè)中代替人完成具有大批量、高質量要求的工作，如汽車制造、摩托車制造、艦船制造、某些家電產品（電視機、電冰箱、洗衣機）、化工等行業(yè)自動化生產線中的點焊、弧焊、噴漆、切割、電子裝配及物流系統(tǒng)的搬運、包裝、碼垛等作業(yè)的機械裝置。 ? 機械手并不是在簡單意義上代替人工的勞動 ， 而是綜合了人的特長和機器特長的一種擬人的電子機械裝置 ， 既有人對環(huán)境狀態(tài)的快速反應和分析判斷能力 ， 又有機器可長時間持續(xù)工作 、 精確度高 、 抗惡劣環(huán)境的能力 ， 從某種意義上說它也是機器的進化過程產物 ， 它是工業(yè)以及非產業(yè)界的重要生產和服務性設備 ， 也是先進制造技術領域不可缺少的自動化設備 。 ? 而高精度工業(yè)機械手大多采用液壓傳動的方式 ，例如 多自由度機械手 就裝有伸縮、回轉、升降多個液壓系統(tǒng)， 在計算機控制下 才 能夠實現(xiàn)精準定位操作 。液壓傳動 裝置 具有質量 輕 、體積小、運動慣性 小 、反應速度快等優(yōu)點， 所以 適用于高精度機械手，并且操作簡單方便，可 在較大范圍內可以實現(xiàn)無極調速 ， 從而使機器達到較高的自動化 。 2. 工業(yè)機械手液壓系統(tǒng)概述 手臂伸縮液壓系統(tǒng) 1 手臂垂直升降液壓系統(tǒng) 2 手臂回轉齒條活塞液壓系統(tǒng) 3 4 手腕回轉液壓系統(tǒng) 4 手爪夾合液壓系統(tǒng) 5 6 6 械手液壓系統(tǒng)設計目的和要求 ? 上下料用機械手能在不同高度與不連續(xù)的工作臺之間實現(xiàn)機械零件的重復取放，代替人工勞動，減輕了人工勞動強度，提高了自動化水平和勞動生產率，保證了產品的質量和工人的安全。 ? 上下料用機械手采用圓柱坐標的結構形式，主要的組成部分有：升降機構，回轉機構，手臂伸縮結構等，在這三中機構中采用液壓驅動傳動方式，能保證機械手的整體結構的緊湊性，運動平穩(wěn)以及可以方便的實現(xiàn)無級調速。 運動分析 ? 如圖所示 ， 機械手在工作過程中需三種運動 ，其中手臂的伸縮和立柱的升降為兩種直線運動 ，而手臂的回轉為圓周運動 ， 所以采用圓柱坐標形式 。 其特點是 ， 結構簡單 ， 手臂運動范圍大 ，有較高的定位準確度 。 關鍵問題： 機械手的三個運動方式構成了三個自由度，是機械手精確定位的關鍵 械手各液壓系統(tǒng)的工作范圍 ? 機械手的手臂伸縮液壓系統(tǒng)在水平方向上的伸縮范圍為至兩個不同高度的工作臺的距離 ， 手臂伸縮總行程為 500手臂回轉的運動范圍 ≤90度 ，立柱升降的垂直方向的距離為兩工作臺的高度差 ，總行程為 200 是手臂垂直升降液壓系統(tǒng)的工作范圍 ， 還有手腕翻轉的運動范圍 ≤180度 。 此外手爪夾合液壓系統(tǒng)的工作狀態(tài)為打開 ， 閉合兩種 ，在待料處手爪打開 ， 然后閉合夾住材料；在送料出手爪打開下料 ， 然后閉合 。 所有液壓系統(tǒng)復位重新待料 。 3. 工業(yè)機械手液壓系統(tǒng)的工作原理 ? 根據具體 工作 情況 ， 電動執(zhí)行機構至少應有手臂的升降 、 伸縮 、 回轉以及手腕回轉四個不同的自由度 。 手臂升降液壓缸 、 手臂伸縮液壓缸 、 手臂回轉液壓缸 、 手腕回轉液壓缸 、 手爪夾合液壓缸和回轉定位液壓缸各個部分相互協(xié)作 ， 共同執(zhí)行液壓的傳動 。 液壓缸驅動和電氣控制共同完成一系列動作并以此循環(huán)往復： ?定位銷定位 → 手臂延伸 → 手爪打開 → 手爪夾合 （ 材料） → 手臂回升 → 手臂回縮 → 手腕翻轉 180° → 撤定位銷 → 手臂側轉 90° → 再次固定定位銷 → 手爪打開→ 下料 → 手爪閉合 → 手臂回縮 → 手臂降至最低點 → 手腕復位 → 撤定位銷 → 手臂復位 → 重新待料 。 5 壓原理簡圖 主油箱液壓泵單向閥過濾器壓力表A 壓力表開關電磁換向閥 溢流閥手臂伸縮液壓缸A 雙向調速閥手臂升降液壓缸A 手臂回轉（齒條液壓缸）A 手腕回轉（擺動式液壓缸）A 手爪夾合（齒條液壓缸）氣控制系原理圖 4. 工業(yè)機械手液壓系統(tǒng)的設計 1） 至位置 （ 2） —α， 至位置 （ 1） 1） ? 液壓回路包括液壓泵、單向閥、散熱器、輸油管路、電磁閥、調壓閥、限流閥、油缸以及控制電路。確定液壓執(zhí)行元件以后，根據設備的共組特點和工作要求確定對主要性能起決定性影響的回路，機械手液壓系統(tǒng)主要針對伸縮運動，升降運動和回轉運動的三個主要運動來選擇回路， 選擇如下： ? （ 1）方向控制回路：它在液壓系統(tǒng)中的作用是控制執(zhí)行元件的啟動、停止或改變運動方向。 ? （ 2）壓力控制回路： 它的作用是利用壓力控制閥來實現(xiàn)系統(tǒng)的壓力控制，用來實現(xiàn)穩(wěn)壓、減壓、增壓和多級調壓等控制，以滿足執(zhí)行元件在力或轉矩及各種動作對系統(tǒng)壓力的要求。 ? （ 3）速度控制回路： 它是液壓系統(tǒng)的重要組成部分，用來控制執(zhí)行元件的運動速度。 ? （ 4） 壓力源電路：被稱為一個電源的壓力源的電路，功能是增加壓力，流速，以滿足液壓制動器的需求。 壓回路的選擇 壓泵流量計算及馬達功率確定 ? 液壓泵流量計算（此處以前泵為例后泵同理） 前泵的流量： 式中： V—— 泵的排量（ mL/r ） n—— 泵的額定轉速（ r/ ? 馬達功率確定 式中： N—— 油泵所需要的電動機功率； P—— 油泵的最大工作壓力（ ）； —— 油泵最大流量（ ）； —— 油泵總效率，普通葉片泵 =輪泵 = = 馬達功率 ： ?前m 0 033m a x ??前m 033m q ???前?/m a ? a x ???????? ??前3泵? 泵?泵?關鍵問題： 液壓泵的流量決定了液壓系統(tǒng)的工作 壓力，對其性能和維護至關重要，馬達功率則是系統(tǒng)高效穩(wěn)定運行的關鍵 。 根據系統(tǒng)選擇標準液壓元件 ? 機械手液壓系統(tǒng)的主要液壓元件選擇包括：油箱 ， 液壓泵 ， 濾油器 ，油泵 ， 溢流閥 ， 減壓閥 ，單向閥 ， 電磁換向閥 ，單向節(jié)流閥 ， 以及相應的電器開關等 ， 主要液壓元件規(guī)格 如左表 。 存在的問題 ? 工業(yè)機械手通常為多自由度機械手，采用液壓驅動的傳動方式，但是有多個液壓系統(tǒng)相互協(xié)調驅動，在實際裝配時比較困難，而且對液壓元件的精度要求極高，此次為理論設計，對液壓元件的精度計算不夠準確，需根據實際情況替換不同規(guī)格種類的元件。 ? 液壓系統(tǒng)的電氣控制圖不夠簡化，線路較為復雜，增加了實際過程中安裝線路的難度，對液壓系統(tǒng)的維護和檢修不便。 總結 ? 雖然我設計的只僅僅簡單工業(yè)機械手的液壓系統(tǒng)，但需要了解機械手伸縮、升降、回轉、夾持等功能，這些都是機械手的液壓傳動和液壓控制部分，并且分別要對這些機構進行分析，設計和理論計算，以及對其所需的附件選擇。通過這次的畢業(yè)設計讓我之前所學的機械設計理論與實際的相結合，鞏固和深化了所學過的專業(yè)理論知識 ， 讓我對液壓技術有了更深的了解。 致謝