液壓傳動機械手畢業論文(已修改)

　

【正文】 ……本科畢業設計說明書（論文）液壓傳動機械手畢業論文目 錄摘 要 IAbstract II1 前言 1 1 1 我國工業機器人的發展 2 我要設計的機械手 32 手部結構 5 5 設計時應考慮的幾個問題 5 驅動力的計算 63 腕部結構 9 概述 9 腕部的結構形式 9 104 臂部結構 13 概述 13 13 手臂的橫向移動 16 臂部運動驅動力計算 175 液壓系統的設計 20 20 20 20 機械手的液壓傳動系統 22 256 PLC控制回路 32 32 PLC與現場器件的實際連接圖 33 梯形圖 34 36結 論 40致 謝 41參考文獻 42附 錄（1） 43附 錄（2） 521 前言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為現實，早在兩千年前就開始出現了自動木人和一些簡單的機械偶人。到了近代 ，機器人一詞的出現和世界上第一臺工業機器人問世之后，不同功能的機器人也相繼出現并且活躍在不同的領域，從天上到地下，從工業拓廣到 農業、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。工業機器人由操作機（機械本體）、控制器、伺服驅動系統和檢測傳感裝置構成，是一種仿人操作、自動控制、可重復編程、能在三維空間完成各種作業的機電一體化自動化生產設備。特別適合于多品種、變批量的柔性生產。它對穩定、提高產品質量，提高生產效率，改善勞動條件和產品的快速更新換代起著十分重要的作用。 機器人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，既有人對環境狀態的快速反應和分析判斷能力，又有機器可長時間持續 工作、精確度高、抗惡劣環境的能力，從某種意義上說它也是機器的進化過程產物，它是工 業以及非產業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。 國外機器人領域發展近幾年有如下幾個趨勢：（1）. 工業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）．機械結構向模塊化、可重構化發展。例如關節模塊中的伺服電機、減速機、檢測系統三位一體化；由關節模塊、連桿模塊用重組方式構造機器人整機；國外已有模塊化裝配機器人產品問市。（3）．工業機器人控制系統向基于PC機的開放型控制器方向發展，便于標準化、網絡化；器件集成度提高，控制柜日見小巧，且采用模塊化結構；大大提高了系統的可靠性、易操作性和可維修性。（4）．機器人中的傳感器作用日益重要，除采用傳統的位置、速度、加速度等傳感器外，裝配、焊接機器人還應用了視覺、力覺等傳感器，而遙控機器人則采用視覺、聲覺、力覺、觸覺等多傳感器的融合技術來進行環境建模及決策控制；多傳感器融合配置技術在產品化系統中已有成熟應用。（5）．虛擬現實技術在機器人中的作用已從仿真、預演發展到用于過程控制，如使遙控機器人操作者產生置身于遠端作業環境中的感覺來操縱機器人。（6）．當代遙控機器人系統的發展特點不是追求全自治系統，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構成完整的監控遙控操作系統，使智能機器人走出實驗室進入實用化階段。美國發射到火星上的“索杰納”機器人就是這種系統成功應用的最著名實例。(7)．機器人化機械開始興起。從94年美國開發出“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。 我國工業機器人的發展有人認為，應用機器人只是為了節省勞動力，而我國勞動力資源豐富，發展機器人不一定符合我國國情。這是一種誤解。在我國，社會主義制度的優越性決定了機器人能夠充分發揮其長處。它不僅能為我國的經濟建設帶來高度的生產力和巨大的經濟效益，而且將為我國的宇宙開發、海洋開發、核能利用等新興領域的發展做出卓越的貢獻。我國的工業機器人從80年代“七五”科技攻關開始起步，在國家的支持下，通過“七五”、“八五”科技攻關，目前已基本掌握了機器人操作機的設計制造技術、控制系統硬件和軟件設計技術、運動學和軌跡規劃技術，生產了部分機器人關鍵元器件，開發出噴漆、弧焊、點焊、裝配、搬運等機器人；其中有130多臺套噴漆機器人在二十余家企業的近30條自動噴漆生產線（站）上獲得規模應用，弧焊機器人已應用在汽車制造廠的焊裝線上。但總的來看，我國的工業機器人技術及其工程應用的水平和國外比還有一定的距離，如：可靠性低于國外產品；機器人應用工程起步較晚，應用領域窄，生產線系統技術與國外比有差距；在應用規模上，我國已安裝的國產工業機器人約200臺，約占全球已安裝臺數的萬分之四。以上原因主要是沒有形成機器人產業，當前我國的機器人生產都是應用戶的要求，“一客戶，一次重新設計”，品種規格多、批量小、零部件通用化程度低、供貨周期長、成本也不低，而且質量、可靠性不穩定。因此迫切需要解決產業化前期的關鍵技術，對產品進行全面規劃，搞好系列化、通用化、模化設計，積極推進產業化進程。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。其中最為突出的是水下機器人，6000米水下無纜機器人的成果居世界領先水平，還開發出直接遙控機器人、雙臂協調控制機器人、爬壁機器人、管道機器人等機種；在機器人視覺、力覺、觸覺、聲覺等基礎技術的開發應用上開展了不少工作，有了一定的發展基礎。但是在多傳感器信息融合控制技術、遙控加局部自主系統遙控機器人、智能裝配機器人、機器人化機械等的開發應用方面則剛剛起步，與國外先進水平差距較大，需要在原有成績的基礎上，有重點地系統攻關，才能形成系統配套可供實用的技術和產品，以期在“十五”后期立于世界先進行列之中。 我要設計的機械手 臂力的確定目前使用的機械手的臂力范圍較大，最大為8000N。本液壓機械手的臂力為N臂 =1650（N），~3，本機械手取安全系數K=2。定位精度為177。1mm。 工作范圍的確定機械手的工作范圍根據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177。115176。手臂伸長量150mm手臂回轉角度177。115176。手臂升降行程170mm手臂水平運動行程100mm 確定運動速度 機械手各動作的最大行程確定之后，可根據生產需要的工作拍節分配每個動作的時間，進而確定各動作的運動速度。液壓上料機械手要完成整個上料過程，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規定的時間內完成，具體時間的分配取決于很多因素，根據各種因素反復考慮，對分配的方案進行比較，才能確定。 機械手的總動作時間應小于或等于工作拍節，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，應根據具體情況加以確定。 ③ 在工作拍節短、動作多的情況下，常使幾個動作同時進行。為此驅動系統要采取相應的措施，以保證動作的同步。 液壓上料機械手的各運動速度如下： 手腕回轉速度 V腕回 = 40176。/s 手臂伸縮速度 V臂伸 = 50 mm/s 手臂回轉速度 V臂回 = 40176。/s 手臂升降速度 V臂升 = 50 mm/s 立柱水平運動速度 V柱移 = 50 mm/s 手指夾緊油缸的運動速度 V夾 = 50 mm/s 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，機座底部也可以安裝行走機構，已擴大其活動范圍，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。 位置檢測裝置的選擇 機械手常用的位置檢測方式有三種：行程開關式、模擬式和數字式。本機械手采用行程開關式。利用行程開關檢測位置，精度低，故一般與機械擋塊聯合應用。在機械手中，用行程開關與機械擋塊檢測定位既精度高又簡單實用可靠，故應用也是最多的。 驅動與控制方式的選擇 機械手的驅動與控制方式是根據它們的特點結合生產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。 控制系統也有不同的類型。除一些專用機械手外，大多數機械手均需進行專門的控制系統的設計。 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。參考《工業機器人》表96和表97，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。552 手部結構手部是機械手直接用于抓取和握緊工件或夾持專用工具進行操作的部件，它具有模仿人手的功能，并安裝于機械手手臂的前端。機械手結構型式不象人手，它的手指形狀也不象人的手指、它沒有手掌，只有自身的運動將物體包住，因此，手部結構及型式根據它的使用場合和被夾持工件的形狀，尺寸，重量，材質以及被抓取部位等的不同而設計各種類型的手部結構，它一般可分為鉗爪式，氣吸式，電磁式和其他型式。鉗爪式手部結構由手指和傳力機構組成。其傳力機構形式比較多，如滑槽杠桿式、連桿杠桿式、斜楔杠桿式、齒輪齒條式、彈簧杠桿式……等，這里采用滑槽杠桿式。 設計時應考慮的幾個問題 ①應具有足夠的握力（即夾緊力） 在確定手指的握力時，除考慮工件重量外，還應考慮在傳送或操作過程中所產生的慣性力和振動，以保證工件不致產生松動或脫落。 ②手指間應有一定的開閉角 兩個手指張開與閉合的兩個極限位置所夾的角度稱為手指的開閉角。手指的開閉角保證工件能順利進入或脫開。若夾持不同直徑的工件，應按最大直徑的工件考慮。 ③應保證工件的準確定位 為使手指和被夾持工件保持準確的相對位置，必須根據被抓取工件的形狀，選擇相應的手指形狀。例如圓柱形工件采用帶‘V’形面的手指，以便自動定心。 ④應具有足夠的強度和剛度 手指除受到被夾持工件的反作用力外，還受到機械手在運動過程中所產生的慣性力和振動的影響，要求具有足夠的強度和剛度以防止折斷或彎曲變形，但應盡量使結構簡單緊湊，自重輕。 ⑤應考慮被抓取對象的要求 應根據抓取工件的形狀、抓取部位和抓取數量的不同，來設計和確定手指的形狀。 驅動力的計算 圖1 滑槽杠桿式手部受力分析如圖所示為滑槽式手部結構。在拉桿3作用下銷軸2向上的拉力為P，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PP2，其力的方向垂直于滑槽中心線OO1和OO2并指向O點，P1和P2的延長線交O1O2于A及B，由于△O1OA和△O2OA均為直角三角形，故∠AOC=∠BOC=α。根據銷軸的力平衡條件，即 ∑Fx=0,P1=P2。∑Fy=0P=2P1cosαP1=P/2cosα 銷軸對手指的作用力為p1′。手指握緊工件時所需的力稱為握力（即夾緊力），假想握力作用在過手指與工件接觸面的對稱平面內，并設兩力的大小相等，方向相反，以N表示。由手指的力矩平衡條件，即∑m01(F)=0得 P1′h=Nb 因 h=a/cosα 所以 P=2b(cosα)N/a式中 a——手指的回轉支點到對稱中心線的距離（毫米）。 α——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P一定時，α角增大則握力N也隨之增加，但α角過大會導致拉桿（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α=30176。~40176。這里取角α=30度。 這種手部結構簡單，具有動作靈活，手指開閉角大等特點。查《工業機械手設計基礎》中表21可知，V形手指夾緊圓棒料時，握力的計算公式N=，綜合前面驅動力的計算方法，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P實際應按以下公式計算，即： P實際=PK1K2/η式中 η——手部的機械效率，~； K1——安全系數，~2 K2——工作情況系數，主要考慮慣性力的影響，K2可近似按下式估計，K2=1+a/g，其中a為被抓取工件運動時的最大加速度，g為重力加速度。 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G為98牛頓，V型鉗口的夾角為120176。,α=30176。時，拉緊油缸的驅動力P和P實際計算