机械手的设计

TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"摘要 1\o"CurrentDocument"功能设计 1\o"CurrentDocument"设计原理 2结构设计 3.1腕部结构3.1.1手腕驱动力矩计算3.2手臂回转结构3.2.1手臂回转力矩计算零部件设计4.1两支点回转式钳爪的定位误差的分析 24.2单片回转油缸4.3油泵4.4油泵电动机三维模型展示 结论 机械手液压回转结构传动结构设计摘要机械手是模仿人的手部动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运和操作的自动装置。机械手一般有执行机构、驱动系统、控制系统及检测装置三大不封闭组成。本篇只详细介绍执行机构中的回转结构运动部分的结构设计。1功能设计手腕的回转运动功能手腕回转利用回转油缸通过两腔通入压力油驱动动片连同夹紧油缸缸体和底座移动转动，实现手腕的回转功能，回转角度为1150。手臂的回转运动功能采用齿条缸式臂回转机构。回转运动由齿条活塞杆驱动齿轮，带动配油轴和缸体一起转动，再通过缸体上的平键带动外套一起转动实现手臂的回转。液压回转结构传动部分主要有以下几个部分组成：油泵它供给液压系统压力油，将电动机输出的机械能转换为油液的压力能，用着压力油驱动整个液压系统工作。液动机压力油驱动运动部件对外工作不分。手臂做直线运动，液动机就是手臂伸缩油缸。这里探究的是回转运动的液动机，一般叫作油马达，回转叫小于3600的液动机，一般叫作回转油缸（或称摆动油缸）。控制调节装置各种阀类，如单向阀、溢流阀、节流阀、减压阀、顺序阀等，各起一定作用，是机械手的手臂、手腕、能够完成所要求的运动。自动上料机械手的动作顺序是：待料（即起始位置。手指闭合，待夹料立放）一插定位销一手臂前伸一手指着张开一手指夹料一手臂上升一手臂缩回一立柱横移一手腕回转1150-拔定位销一手臂回转1150-插定位销一手臂前伸一手臂中停（此时立式精锻机的卡头下降，卡头夹紧，大泵卸荷）一手指松开（此时精锻机的卡头夹住料上升）一手指闭合一手臂缩回一手臂下降一手腕反转（手腕复位）一拔定位销一手臂反转（上料机械手复位）一立柱回移（回到起始位置）一待料（一个寻环结束）卸荷。这里，主要研究执行机构机械手的回转运动。上述动作由电控系统发信控制相应的电磁换向阀，按程序依次步进动作而实现的。该电控系统的步进控制环节采用步进选线器，其步进动作是在每一步动作完成后，使行程开关的触点闭合或依据每一步动作的预设停留时间，使时间继电器动作而发信，是步进器顺序“跳步”控制电磁阀的电磁铁线圈通断电，是电磁铁按程序动作（见电磁铁动作程序表）实现液压系统的自动控制。然后通过各种阀类控制调节使机械手完成回转动作。2设计原理自动上料机械手液压系统原理图下图所示:5.4.2 『HI成T渣土系统蛆理命州围9机械手液压系统图机械手的回转结构运动原理的实现过程：当电动机启动，带动双联叶片泵3和8回转，油液从油箱1中通过网式滤油器2和7,经过叶片泵被送到工作油路中去，如果机械手还未启动，则油液通过二位二通电磁阀5和10（电磁铁11DT和12DT通电）进行卸荷。当热棒料到达上料的位置后，由于1150摄氏度的热料使光电继电器发出电信号（或经过人工启动），经过步进选线器跳步，使机械手开始按程序动作。经过手臂前伸、手指着张开，手指夹料，手臂上升，手臂缩回、立柱横移一系列动作后，开始做回转运动即当横向移动机构上的碰铁，碰到行程开关，使13DT断电，并发出电信号经步进选线器跳步使6DT通电，则换向阀右边接通油路，压力油通过单向调速速19的单向阀进入手腕回转油缸一腔，使手腕回转115o，手腕上的碰铁碰到行程开关，使6DT断电，换向阀18复位成“O”型滑阀机能状态，同时亦使8DT断电，定位油缸复位（拔销）；压力继电器复位，发出电信号。经步进选线器跳步，使电磁铁9DT通电，换向阀28右边通道接通油路，压力油经QI（31）的单向阀进入手臂回转油缸一腔使手臂回转115o，当手臂的回转碰铁碰行程开关使9DT断电，换向阀28复位成“O”型滑阀机能状态：并发出电信号。步进选线器跳步，使8DT通电，定位油缸17动作，插定位销，压力继电器40发出电信号经步进选线器跳步，使电磁IDT通电，开始做手臂前伸、手臂中停、手指松开、手指闭合、手臂缩回、手臂下降一系列动作。当升降导套上的碰铁碰行程开关时，2DT断电，并发出电信号和跳步，使7DT通电，换向阀18的左边通道接通油路，压力油QI（20）单向阀进入手腕回转油缸的另一腔，使手腕反转115o；手腕上的碰铁碰行程开关，使7DT断电并发出电信号、跳步，使8DT点断电（拔定位销），压力继电器复位发出电信号、跳步，使10DT通电，换向阀28左边通道接通油路，压力油经QI（29）的单向阀进入手臂回转油缸的另一腔，使手臂反转1150（机械手复位），当手臂的回转碰铁碰行程开关时，10DT断电，并发出信号、跳步，使14DT通电，立柱移位（回到原位，机械手回到原来位置）；步进选线器跳步，使11DT和12DT通电（两个油泵同时卸荷），机械手的动作循环结束。3结构设计3.1腕部结构腕部是连接手部与臂部的部件，起支撑手部的作用。设计腕部时要注意一下几点：结构紧凑转动灵活，密封性要好。注意解决好腕部与手部、臂部的连接，以及各个自由度的位置检测、管线的布置以及润滑、维修、调整等问题。要适应工作环境。本机械手采用回转油缸驱动实现腕部回转运动，结构紧凑、体积小，但密封性差，回转角度为1150。定片与后盖，回转缸体和前盖均用螺钉和销子进行连接和定位，动片与手部的夹紧油缸体用键联接。夹紧缸体与底座固定连成一体。当回转缸体的两腔分别通入压力油时，驱动动片连同夹紧油缸缸体和底座移动转动，即为手腕的回转运动。腕部结构图如下：3.1.1手腕驱动力矩计算M驱二M+M封+M惯+M,其中M工为工作阻力矩

M封密封装置处的摩擦阻力矩M惯参与回转运动的零部件，在启动时的惯性力矩M回回转油缸回油腔的背反力矩M驱=2.3+0.85+1.22+1.08=5.45（N.m）3.2手臂回转结构实现手臂回转运动的机构形式是多样的，常用的有回转缸、齿轮转动机构、链轮传动机构、连杆机构等。本机械手采用齿条缸式臂回转机构。回转运动由齿条活塞杆驱动齿轮，带动配油轴和缸体一起转动，再通过缸体上的平键带动外套一起转动实现手臂的回转。齿条活塞缸式回转结构简图：■VI11■VI11国采活塞R广捉简的3.2.1臂部回转运动驱动力矩的计算臂部回转运动驱动力矩应该根据启动时产生的惯性力矩与回转部件支撑处的摩擦力矩来计算。由于启动过程一般不是等加速度运动，故最大驱动力矩要比理论平均值大一些，一般取平均值的1.3倍。故驱动力矩Mq可按下式计算：Mq=1.3（Mm+Mg）（N.m）式中 Mq----各支撑处的总摩擦力矩；Mg 启动时惯性力矩，一般按下式计算：Mg=J—（N.m）△t式中J——手臂部件对回转轴线的转动惯量（kg.m2）；式中——回转手臂的工作角速度（rad0.At——回转臂启动时间(s)当Mm=84(N.m),Mg=8坚=32(N.m)0.2Mq=1.3x116=150.8(N.m)4零部件设计传动结构选用功率N=7.5千瓦的电动机，带动双联叶片泵YB-35/18，其公称压力为60X105Pa,流量为53升/分，系统压力调节为30X105Pa,油箱容积选为250升，手臂的升降油缸及伸缩油缸工作时两个油泵同时供油：手臂及手腕的回转和手指夹紧用的拉紧油缸及手臂回的定位油缸工作时只有小油泵供油大油泵自动卸荷。手臂回转和手腕回转油路采用单项调速阀(QI-63B，QI-35B，QI-10B)回程节流，因而速度可调，工作平稳。在手臂回转后的定位作用的定位油缸支路要比系统压力低，为此在定位油缸支路前串有减压阀(J-10)，使定位油缸获得适应压力为10-18X105Pa，同时也给电液动滑阀(或称电液换向阀，34DY-63B)来实现，空载卸荷不致使油温升高，系统的压力由溢流阀来调节。4.1两支点回转式钳爪的定位误差的分析■匚钳口与钳爪的连接点E为铰链联接，如图示几何关系，若设钳爪对称中心O到工件中心O'的距离为X，贝UX\；l2-(R/sina+b—a)2当工件直径变化时，X的变化量即为定位误差A，设工件半径R由R变化到R时，其最大定位误差为A=1省2—(R /sina+b—a)2-Jl2—(R/sina+b—a)2I其中l=45mm,b=5mm,a=27mm,2a=1200,R.=15mm,R =30mm代入公式计算得最大定位误差△=|44.2-44.7|=0.5<0.8故符合要求.4.2单片回转油缸在液压机械手上实现手臂、手腕回转运动的常用机构是单叶片回转油缸，简称回转油缸。单叶片回转油缸设计如下图所示：囹12回转汕ffilttS简图在液压机械手上实现手臂、手腕回转运动的常用机构是单叶片回转油缸，简称回转油缸。①流量、驱动力矩的计算当压力油输入回转油缸，使动片以角速度S运动时，需要输入回转油缸的流量Q为：q=3b(D2-Q)a400当D=100mm，d=35mm,b=35mm,s=0.95rad/s时Q=0.02m3/s回转油缸的进油腔压力油液，作用在动片上的合成液压力矩即驱动力矩M：M=pb(D2-d2)8得M=0.8(N.m)②回转油缸内径的计算回转油缸的动片上受的合成压力矩与其上作用的外载荷力矩相平衡，可得：D=《W+d2 (厘米)D=30mm4.3油泵一般的机械手的液压系统，大多采用定量油泵，油泵的选择主要是根据系统所需的油泵工作压力P泵和最大流量Q泵来确定。⑴确定油泵的工作压力P泵P泵=P+Z%式中 P――油缸的最大工作油压zA 压力油路（进油路）各部分压力损失之和其中包括各种元件的局部损失和管道的沿程损失。P=60X105Pa⑵确定油泵的Q泵大，并考虑系统的总泄漏来确定Q=KQ其中K一般取1.10-1.25Q泵=53升/分4.4油泵电动机确定油泵电动机功率NN=星_ （千瓦）式中 P――油泵的最大工作压力Q 所选油泵的额定流