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附錄 外文文獻(xiàn)原文： Simple Manipulator And The Control Of It Along with the social production progress and people life rhythm is accelerating, people on production efficiency also continuously put forward new requirements. Because of microelectronics technology and calculation software and hardware technology rapid development and modern control theory, the perfection of the fast development, the robot technology pneumatic manipulator system because its media sources do not pollute the environment, simple and cheap components, convenient maintenance and system safety and reliability characteristic, has penetrated into every sector of the industrial field, in the industrial development plays an important role. This article tells of the pneumatic control robots, furious manipulator XY axis screw group, the turntable institutions, rotating mechanical parts base. Main effect is complete mechanical components handling work, to be placed in different kinds of line or logistics pipeline, make parts handling, transport of goods more quick and convenient. Matters of the manipulator axial linkage simple structure and action process Manipulator structure, as shown in figure 1 below have accused of manipulator (1), XY axis screw group (2), the turntable institutions (3), rotating base (4), etc. Figure 1 Manipulator Structure Its motion control mode is: (1) can rotate by servomotor Angle for 360 ° breath control manipulator (photoelectric sensor sure start 0 point); (2) by stepping motor drive screw component make along the X, Y manipulators move (have X, Y axis limit switches); (3) can rotates 360 ° can drive the turntable institutions manipulators and bushings free rotation (its electric drag in part by the dc motivation, photoelectric encoder, close to switch etc); (4) rotating base main support above 3 parts; (5) gas control manipulator by pressure control (Zhang close when pressed on, put inflatable robot manipulators loosen) when gas. Its working process for: when the goods arrived, manipulator system begins to move; Stepping motor control, while the other start downward motion along the horizontal axis of the step-motor controller began to move exercise; Servo motor driver arrived just grab goods manipulators rotating the orientation of the place, then inflatable, manipulator clamped goods. Vertical axis stepper motor drive up, the other horizontal axis stepper motor driver started to move forward; rotary DC motor rotation so that the whole robot motion, go to the cargo receiving area; longitudinal axis stepper motor driven down again, arrived at the designated location, Bleed valve, mechanical hand release the goods; system back to the place ready for the next action. II.Device control To achieve precise control purposes, according to market conditions, selection of a variety of key components as follows: 1. Stepper motor and drive Mechanical hand vertical axis (Y axis) and horizontal (X axis) is chosen Motor Technology Co., Ltd. Beijing Stone 42BYG250C type of two-phase hybrid stepping motor, step angle of 0.9 ° / 1.8 °, current is 1.5A. M1 is the horizontal axis motor driven manipulator stretch, shrink; M2 is the vertical axis motor driven manipulator rise and fall. The choice of stepper motor drive is SH-20403 type, the drive uses 10 ~ 40V DC power supply, H-phase bridge bipolar constant current drive, the maximum output current of 3A of the 8 optional, maximum fine of 64 segments of 7 sub-mode optional optical isolation, standard single-pulse interface, with offline capabilities to maintain semi-sealed enclosure can be adapted to environmental conditions even worse, provide semi-current energy-saving mode automatically. Drive the internal switching power supply design to ensure that the drive can be adapted to a wide voltage range, the user can according to their circumstances to choose between the 10 ~ 40VDC. Generally the higher rated power supply voltage can improve high-speed torque motor, but the drive will increase the loss and temperature rise. The maximum output drive current is 3A / phase (peak), six drive-panel DIP switch on the first three can be combined 5,6,7 8 out of state, corresponding to the 8 kinds of output current from 0.9A to 3A to meet the different motors. The drive can provide full step, half step improvement, subdivision 4, 8 segments, 16 segments, 32 segments and 64 segments of 7 operating modes. The use of six of the drive panel DIP switches 1,2and3 can be combined from three different states. 2. Servo motors and drives Manipulator with Panasonic servo motor rotational movement A series of small inertia MSMA5AZA1G, the rated 50W, 100/200V share, rotary incremental encoder specifications (number of pulses 2500p / r, resolution of 10000p / r, Lead 11 lines) ; a seal, no brakes, shaft with keyway connections. The motor uses Panasonic's unique algorithms, the rate increased by 2 times the frequency response, to 500Hz; positioning over the past adjust the scheduled time by Panasonic servo motor products for the V Series of 1 / 4. With the resonance suppression, control, closed loop control, can make up for lack of mechanical rigidity, in order to achieve high positioning accuracy can also be an external grating to form closed loop control to further improve accuracy. With a conventional automatic gain adjustment and real-time automatic gain Interest adjustment in the automatic gain adjustment methods, which also has RS-485, RS-232C communication port, the host controller can control up to 16 axes. Servo motor drives are a series MSDA5A3A1A, applicable to small inertia motor. 3. DC machine 360 ° swing of the turntable can be a brushless DC motor driven organization, the system is chosen when the profit company in Beijing and the 57BL1010H1 brushless DC motor, its speed range, low-speed torque, smooth running, low noise, high efficiency. Brushless DC motor drive using the Beijing and when Lee's BL-0408 produced by the drive, which uses 24 ~ 48V DC power supply, a start-stop and steering control, over current, overvoltage and locked rotor protection, and there is failure alarm output external analog speed control, braking down so fast. 4. Rotary encoder Can swing 360 ° in the body on the turntable, fitted with OMRON E6A2 produced incremental rotary encoder, the encoder signals to the PLC, to achieve precise positioning of rotary bodies. 5. PLC Selection According to the system design requirements, the choice of OMRON CPM2A produced minicomputer. CPM2A in a compact unit integrated with a variety of properties, including the synchronization pulse control, interrupt input, pulse output, analog set and clock functions. CPM2A the CPU unit is a stand-alone unit, capable of handling a wide range of application of mechanical control, it is built in the device control unit for the ideal product. Ensure the integrity of communications and personal computers, other OMRON PC and OMRON Programmable Terminal communication. The communication capability allows the robot to Axis simple easy integration into industrial control systems. III. Software programming 1. Software flow chart PLC programming flow chart is based. Only the design flow, it may be smooth and easy to prepare and write a statement form the ladder, and ultimately complete the process design. So write a flow chart of program design is critical to the task first thing to do. Axis Manipulator based on simple control requirements, drawing flow chart shown in Figure 2. Figure 2 Software flow chart 2. Program part Because space is limited, here only paper listed the first two program segment for readers see. Figure 3 Program part IV. Conclusion Axis simple robot state by the various movements and PLC control, the robot can not only meet the manual, semi-automatic mode of operation required for such a large number of buttons, switches, position detection point requirements, but also through the interface components and Computer Organization PLC industrial LAN, network communication and network control. Axis simple robot can be easily embedded into industrial production pipeline. 中文譯文： 簡(jiǎn)易機(jī)械手及控制 隨著社會(huì)生產(chǎn)不斷進(jìn)步和人們生活節(jié)奏不斷加快,人們對(duì)生產(chǎn)效率也不斷提出新要求。由于微電子技術(shù)和計(jì)算軟、硬件技術(shù)的迅猛發(fā)展和現(xiàn)代控制理論的不斷完善,使機(jī)械手技術(shù)快速發(fā)展,其中氣動(dòng)機(jī)械手系統(tǒng)由于其介質(zhì)來(lái)源簡(jiǎn)便以及不污染環(huán)境、組件價(jià)格低廉、維修方便和系統(tǒng)安全可靠等特點(diǎn),已滲透到工業(yè)領(lǐng)域的各個(gè)部門(mén),在工業(yè)發(fā)展中占有重要地位。本文講述的氣動(dòng)機(jī)械手有氣控機(jī)械手、XY軸絲杠組、轉(zhuǎn)盤(pán)機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)基座等機(jī)械部分組成。主要作用是完成機(jī)械部件的搬運(yùn)工作,能放置在各種不同的生產(chǎn)線或物流流水線中,使零件搬運(yùn)、貨物運(yùn)輸更快捷、便利。 一.四軸聯(lián)動(dòng)簡(jiǎn)易機(jī)械手的結(jié)構(gòu)及動(dòng)作過(guò)程 機(jī)械手結(jié)構(gòu)如下圖1所示,有氣控機(jī)械手(1)、XY軸絲杠組(2)、轉(zhuǎn)盤(pán)機(jī)構(gòu)(3)、旋轉(zhuǎn)基座(4)等組成。 圖1 其運(yùn)動(dòng)控制方式為：(1)由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)可旋轉(zhuǎn)角度為360°的氣控機(jī)械手(有光電傳感器確定起始0點(diǎn));(2)由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠組件使機(jī)械手沿X、Y軸移動(dòng)(有x、y軸限位開(kāi)關(guān));(3)可回旋360°的轉(zhuǎn)盤(pán)機(jī)構(gòu)能帶動(dòng)機(jī)械手及絲杠組自由旋轉(zhuǎn)(其電氣拖動(dòng)部分由直流電動(dòng)機(jī)、光電編碼器、接近開(kāi)關(guān)等組成);(4)旋轉(zhuǎn)基座主要支撐以上3部分;(5)氣控機(jī)械手的張合由氣壓控制(充氣時(shí)機(jī)械手抓緊,放氣時(shí)機(jī)械手松開(kāi))。 其工作過(guò)程為：當(dāng)貨物到達(dá)時(shí),機(jī)械手系統(tǒng)開(kāi)始動(dòng)作;步進(jìn)電機(jī)控制開(kāi)始向下運(yùn)動(dòng),同時(shí)另一路步進(jìn)電機(jī)控制橫軸開(kāi)始向前運(yùn)動(dòng);伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)械手旋轉(zhuǎn)到達(dá)正好抓取貨物的方位處,然后充氣,機(jī)械手夾住貨物。 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)縱軸上升,另一個(gè)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)橫軸開(kāi)始向前走;轉(zhuǎn)盤(pán)直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)使機(jī)械手整體運(yùn)動(dòng),轉(zhuǎn)到貨物接收處;步進(jìn)電機(jī)再次驅(qū)動(dòng)縱軸下降,到達(dá)指定位置后,氣閥放氣,機(jī)械手松開(kāi)貨物;系統(tǒng)回位準(zhǔn)備下一次動(dòng)作。 二.控制器件選型 為達(dá)到精確控制的目的,根據(jù)市場(chǎng)情況,對(duì)各種關(guān)鍵器件選型如下： 1.步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)器 機(jī)械手縱軸(Y軸)和橫軸(X軸)選用的是北京四通電機(jī)技術(shù)有限公司的42BYG250C型兩相混合式步進(jìn)電機(jī),步距角為0.9°/1.8°,電流1.5A。M1是橫軸電機(jī),帶動(dòng)機(jī)械手機(jī)構(gòu)伸、縮;M2是縱軸電機(jī),帶動(dòng)機(jī)械手機(jī)構(gòu)上升、下降。所選用的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器是SH-20403型,該驅(qū)動(dòng)器采用10～40V直流供電,H橋雙極性恒相電流驅(qū)動(dòng),最大3A的8種輸出電流可選,最大64細(xì)分的7種細(xì)分模式可選,輸入信號(hào)光電隔離,標(biāo)準(zhǔn)單脈沖接口,有脫機(jī)保持功能,半密閉式機(jī)殼可適應(yīng)更惡劣的工況環(huán)境,提供節(jié)能的自動(dòng)半電流方式。驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部的開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì),保證了驅(qū)動(dòng)器可適應(yīng)較寬的電壓范圍,用戶可根據(jù)各自情況在10～40VDC之間選擇。一般來(lái)說(shuō)較高的額定電源電壓有利于提高電機(jī)的高速力矩,但卻會(huì)加大驅(qū)動(dòng)器的損耗和溫升。本驅(qū)動(dòng)器最大輸出電流值為3A/相(峰值),通過(guò)驅(qū)動(dòng)器面板上六位撥碼開(kāi)關(guān)的第5、6、7，三位可組合出8種狀態(tài),對(duì)應(yīng)8種輸出電流,從0.9A到3A以配合不同的電機(jī)使用。本驅(qū)動(dòng)器可提供整步、改善半步、4細(xì)分、8細(xì)分、16細(xì)分、32細(xì)分和64細(xì)分7種運(yùn)行模式,利用驅(qū)動(dòng)器面板上六位撥碼開(kāi)關(guān)的第1、2、3，三位可組合出不同的狀態(tài)。 2.伺服電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)器 機(jī)械手的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作采用松下伺服電機(jī)A系列小慣量MSMA5AZA1G,其額定輸出50W、100/200V共用,旋轉(zhuǎn)編碼器規(guī)格為增量式(脈沖數(shù)2500p/r、分辨率10000p/r、引出線11線);有油封,無(wú)制動(dòng)器,軸采用鍵槽連接。該電機(jī)采用松下公司獨(dú)特算法,使速度頻率響應(yīng)提高2倍,達(dá)到500Hz;定位超調(diào)整定時(shí)間縮短為以往松下伺服電機(jī)產(chǎn)品V系列的1/4。具有共振抑制功能、控制功能、全閉環(huán)控制功能,可彌補(bǔ)機(jī)械的剛性不足,從而實(shí)現(xiàn)高速定位,也可通過(guò)外接高精度的光柵尺,構(gòu)成全閉環(huán)控制,進(jìn)一步提高系統(tǒng)精度。具有常規(guī)自動(dòng)增益調(diào)整和實(shí)時(shí)自動(dòng)增 益調(diào)整兩種自動(dòng)增益調(diào)整方式,還配有RS-485、RS-232C通信口,使上位控制器可同時(shí)控制多達(dá)16個(gè)軸。伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器為A系列MSDA5A3A1A,適用于小慣量電動(dòng)機(jī)。 3.直流電機(jī) 可回旋360°的轉(zhuǎn)盤(pán)機(jī)構(gòu)有直流無(wú)刷電機(jī)帶動(dòng),系統(tǒng)選用的是北京和時(shí)利公司生產(chǎn)的57BL1010H1無(wú)刷直流電機(jī),其調(diào)速范圍寬、低速力矩大、運(yùn)行平穩(wěn)、低噪音、效率高。無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器使用北京和時(shí)利公司生產(chǎn)的BL-0408驅(qū)動(dòng)器,其采用24～48V直流供電,有起停及轉(zhuǎn)向控制、過(guò)流、過(guò)壓及堵轉(zhuǎn)保護(hù),且有故障報(bào)警輸出、外部模擬量調(diào)速、制動(dòng)快速停機(jī)等特點(diǎn)。 4.旋轉(zhuǎn)編碼器 在可回旋360°的轉(zhuǎn)盤(pán)機(jī)構(gòu)上,安裝有OMRON公司生產(chǎn)的E6A2增量型旋轉(zhuǎn)編碼器,編碼器將信號(hào)傳給PLC,實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)盤(pán)機(jī)構(gòu)的精確定位。 5. PLC的選型 根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求,選用OMRON公司生產(chǎn)的CPM2A小型機(jī)。CPM2A在一個(gè)小巧的單元內(nèi)綜合有各種性能,包括同步脈沖控制、中斷輸入、脈沖輸出、模擬量設(shè)定和時(shí)鐘功能等。CPM2A的CPU單元又是一個(gè)獨(dú)立單元,能處理廣泛的機(jī)械控制應(yīng)用問(wèn)題,所以它是在設(shè)備內(nèi)用作內(nèi)裝控制單元的理想產(chǎn)品。完整的通信功能保證了與個(gè)人計(jì)算機(jī)、其它OMRON PC和OMRON可編程終端的通信。這些通信能力使四軸聯(lián)動(dòng)簡(jiǎn)易機(jī)械手能方便的融合到工業(yè)控制系統(tǒng)中。 三.軟件編程 1.軟件流程圖 流程圖是PLC程序設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。只有設(shè)計(jì)出流程圖,才可能順利而便捷地編寫(xiě)出梯形圖并寫(xiě)出語(yǔ)句表,最終完成程序的設(shè)計(jì)。所以寫(xiě)出流程圖非常關(guān)鍵也是程序設(shè)計(jì)首先要做的任務(wù)。依據(jù)四軸聯(lián)動(dòng)簡(jiǎn)易機(jī)械手的控制要求,繪制流程圖如圖2所示。 圖2.軟件流程圖 　2.程序部分 　　由于論文篇幅有限,這里只列出了開(kāi)始兩段程序,供讀者參閱,見(jiàn)圖3。 圖3 程序列表 四.結(jié)束語(yǔ) 　四軸聯(lián)動(dòng)簡(jiǎn)易機(jī)械手的各個(gè)動(dòng)作和狀態(tài)都由PLC控制,不僅能滿足機(jī)械手的手動(dòng)、半自動(dòng)、自動(dòng)等操作方式所需的大量按扭、開(kāi)關(guān)、位置檢測(cè)點(diǎn)的要求,更可通過(guò)接口元器件與計(jì)算機(jī)組成PLC工業(yè)局域網(wǎng),實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信與網(wǎng)絡(luò)控制。使四軸聯(lián)動(dòng)簡(jiǎn)易機(jī)械手能方便地嵌入到工業(yè)生產(chǎn)流水線中。 哈爾濱理工大學(xué)?？粕厴I(yè)論文 哈爾濱理工大學(xué)榮成學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū) 學(xué)生姓名：王彬 學(xué)號(hào)：0930060104 學(xué) 院： 榮成學(xué)院 專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 任務(wù)起止時(shí)間： 2013年02月25日至 2013年06月 21日 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目： 蠟?zāi)Ｖ茪C(jī)械手---液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)工作內(nèi)容： 1、實(shí)際調(diào)研，收集相關(guān)資料，完成開(kāi)題報(bào)告；1—3周。 2、結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，設(shè)計(jì)機(jī)械手液壓系統(tǒng)；4—7周。 3、設(shè)計(jì)機(jī)械手的液壓系統(tǒng)泵站結(jié)構(gòu)圖；8—11周。 4、設(shè)計(jì)機(jī)械手的電氣控制原理12—13周。 5、撰寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文，準(zhǔn)備答辯；14—16周。 注：要求全部用計(jì)算機(jī)繪圖和打印文稿（交打印件和電子稿） 資料： 1、工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì)手冊(cè)； 2、非標(biāo)設(shè)計(jì)手冊(cè)； 3、液壓與氣壓傳動(dòng)； 4、相關(guān)的技術(shù)資料。 指導(dǎo)教師意見(jiàn)： 簽名： 2013年 2 月 24 日 系主任意見(jiàn)： 簽名： 2013年2月 25日 哈爾濱理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評(píng)語(yǔ) 學(xué)生姓名： 王彬 學(xué)號(hào)：0930060104 學(xué) 院：榮成學(xué)院 專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化 任務(wù)起止時(shí)間： 2013 年 2月25 日至2013年 6 月 21 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目： 蠟?zāi)Ｖ茪C(jī)械手——液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的評(píng)語(yǔ)： 該課題源于生產(chǎn)實(shí)踐，該同學(xué)在畢業(yè)設(shè)計(jì)中，態(tài)度端正，畢業(yè)設(shè)計(jì)積極自動(dòng)，能把所學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)運(yùn)用設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)基本合理正確，設(shè)計(jì)論文論述正確、格式規(guī)范，能正確運(yùn)用所學(xué)基本知識(shí)，較好完成任務(wù)要求，可以參加答辯。 指導(dǎo)教師簽名： 指導(dǎo)教師職稱： 評(píng)閱教師對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的評(píng)語(yǔ)： 該同學(xué)論文格式規(guī)范，對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)有了一定了解，所指定的設(shè)計(jì)符合任務(wù)書(shū)要求，所做畫(huà)紙符合要求，但在圖紙的繪制和尺寸的標(biāo)注需要改進(jìn)，建議參加答辯。 評(píng)閱教師簽名： 評(píng)閱教師職稱： 答辯委員會(huì)對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的評(píng)語(yǔ)： 該同學(xué)的設(shè)計(jì)符合“畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)”的要求，任務(wù)量適中，答辯表述清晰，能恰當(dāng)?shù)幕卮鹫撐牡挠嘘P(guān)提問(wèn)，概念清晰，條理性強(qiáng)，設(shè)計(jì)的內(nèi)容合理，掌握了一定的基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能。符合學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)的要求。 答辯委員會(huì)評(píng)定，該生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）成績(jī)?yōu)椋? 答辯委員會(huì)主席簽名： 職稱： 年 月 日 教務(wù)處制表 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 蠟?zāi)Ｖ茪C(jī)械手-液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 摘 要 最近，全球內(nèi)帶有夾子或手的機(jī)械手系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展起來(lái)了，多種方法應(yīng)用其上，有擬人化和非擬人化的，不僅調(diào)查了這些系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，而且還包括其必要的控制系統(tǒng)，如同人手一樣，這些機(jī)械人系統(tǒng)可以用它們的手去抓不同的物體，而且不用改換夾子，這些機(jī)械手具備特殊的運(yùn)動(dòng)能力比如小質(zhì)量和小慣量，這使被抓物體在機(jī)械手的工作范圍內(nèi)做更復(fù)雜、更精確的操作變得可能。這些復(fù)雜的操作被抓物體繞任意角度和軸旋轉(zhuǎn)。 本論文介紹了用于夾持蠟?zāi)C(jī)械手的設(shè)計(jì)。它采用液壓驅(qū)動(dòng)，點(diǎn)位程序控制，動(dòng)作平穩(wěn)，控制方便。本論文主要闡述該機(jī)械手的夾緊、伸縮、升降和回轉(zhuǎn)的設(shè)計(jì)和計(jì)算。首先從機(jī)械手的基礎(chǔ)知識(shí)介紹有關(guān)機(jī)械手的組成、分類、臂部設(shè)計(jì)、液壓控制的多種方案，再?gòu)谋敬卧O(shè)計(jì)所要求的功能原理設(shè)計(jì)開(kāi)始，對(duì)于不同的方案加以比較和論證，從中可確定出最優(yōu)方案，并采用其方案，在對(duì)其的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，對(duì)其驅(qū)動(dòng)力和驅(qū)動(dòng)力力矩進(jìn)行計(jì)算。著重闡述了機(jī)身的設(shè)計(jì)，具體闡述了機(jī)械手的設(shè)計(jì)原則和步驟，分析了設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題，并對(duì)機(jī)械手的平穩(wěn)性及定位精度給予詳細(xì)的論述。設(shè)計(jì)并分析了該機(jī)械手所用的液壓控制的方法和過(guò)程。由于經(jīng)驗(yàn)不足，知識(shí)有限，難免有誤，有待改進(jìn)。 關(guān)鍵詞 液壓；機(jī)械手；液壓缸 Wax molded shell robot mechanical part design Abstract Recently, the world inside with clamps clips or hand robotic systems have been developed, a variety of methods applied on it, there are anthropomorphic and non-anthropomorphic, not only the investigation of these systems mechanical structure, but also its necessary control system, as manpower, these robotic systems can use their hands to grab different objects, and do not change the clip, these robots possess exceptional athletic ability such as small mass and small inertia, which makes the grasped object in the robot's operating range done within a more complex, more precise operation becomes possible. These complex operations are grasping objects around any angle and axes. This thesis introduces to used for clipping to hold the outside circle a design for and down anticipating machine hand. It adopts the liquid presses to drive, ordering a procedure control, acting steady, control convenience. This thesis expatiates the rise and fall of the machine’s hand primarily with the design of the turn-over with compute. Constitute, divide into section form the relevant machine in introduction in knowledge in foundation of the machine hand first, wrist a various projects for and arm department designing, liquid pressing control, start from this design a function for requesting principle, take into the comparison to the different project with the argument, can make sure the superior project from the inside, combine to adopt its project, in as to it’s of the foundation of the construction design, as to it’s driver force and moment proceed the calculation. Emphasize the design that expatiated the fuselage, expatiated the design principle of the machine hand in a specific way with the step, analyzed the problem of design should notice, and give to the steady and fixed position accuracy of the machine hand detailed treatise. Because of experience shortage, the knowledge is limited, difficult do not need the mistake, treat to improve. Keywords manipulator； liquid presses； driving force； fixed position accuracy 目 錄 摘 要 I Abstract...................................................................................................................................II 第1章 緒論............................................................................................................................1 1.1 機(jī)械手的設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)要求 1 1.2 液壓系統(tǒng)的控制要求 1 1.3 液壓泵站的設(shè)計(jì)步驟 1 1.4 液壓系統(tǒng)的注意事項(xiàng) 1 第2章 液壓元件的選擇與專用件設(shè)計(jì) 3 2.1 液壓泵的選擇 3 2.1.1 確定液壓泵的流量 3 2.1.2 選擇液壓泵的規(guī)格 4 2.1.3 確定液壓泵的驅(qū)動(dòng)功率 4 2.2 確定電動(dòng)機(jī)型號(hào) 5 2.3 液壓閥的選擇 5 2.4 過(guò)濾器的選擇 6 2.5 管路設(shè)計(jì) 7 2.5.1 管道內(nèi)徑計(jì)算 7 2.5.2 管道壁厚δ的計(jì)算 8 2.6 油箱容量的確定 9 2.7 液壓介質(zhì)的選擇 9 第3章 液壓系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案 11 3.1 制定基本方案 11 3.1.1 確定工作方式 11 3.1.2 制定調(diào)速方案 11 3.1.3 制定壓力控制方案 11 3.1.4 選擇液壓動(dòng)力源 12 3.2 繪制液壓系統(tǒng)圖 12 第4章 液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算 14 第5章 液壓系統(tǒng)的發(fā)熱溫升計(jì)算 17 5.1 工況分析 17 5.2 散熱量計(jì)算 18 5.3 油箱容量的計(jì)算 19 第6章 設(shè)計(jì)液壓裝置，編制技術(shù)文件 20 6.1 液壓裝置總體布局 20 6.2 液壓閥的配置形式 20 6.3 油箱的設(shè)計(jì)要點(diǎn) 21 第7章 機(jī)械手的自動(dòng)控制 23 7.1 機(jī)械手的工況分析 23 7.2 機(jī)械手電磁閥的動(dòng)作順序表 23 7.3 機(jī)械手PLC控制程序 24 結(jié)論 25 致謝 26 參考文獻(xiàn) 27 附錄 28 IV 第1章 緒論 近幾年隨著技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的工廠實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)線的自動(dòng)化生產(chǎn)，尤其在模具制造工藝中液壓機(jī)械手的應(yīng)用越來(lái)越廣范，而我所設(shè)計(jì)的就是蠟?zāi)Ｖ茪C(jī)械手中液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 本設(shè)計(jì)是為了完成蠟?zāi)Ｖ茪C(jī)的自動(dòng)生產(chǎn)，完成蠟?zāi)C(jī)的取件、灌漿、噴砂、灌漿等三次循環(huán)的工作。通過(guò)液壓系統(tǒng)的5個(gè)液壓缸來(lái)完成機(jī)械手臂的回轉(zhuǎn)、伸長(zhǎng)、升降等工作過(guò)程，實(shí)現(xiàn)蠟?zāi)Ｖ茪さ淖詣?dòng)化生產(chǎn)。 1.1 機(jī)械手的設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)要求 1.抓重：2.5kg (夾持式手部) 2.系統(tǒng)的最高壓力：1.0Mpa 3.系統(tǒng)的流量范圍：0. 942L/min--18.84 L/min 1.2 液壓系統(tǒng)的控制要求 1.實(shí)現(xiàn)執(zhí)行元件的換向、鎖緊停止 2.采用變量泵進(jìn)行調(diào)速 3.實(shí)現(xiàn)液壓系統(tǒng)的卸荷 4.實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的自動(dòng)控制 1.3 液壓泵站的設(shè)計(jì)步驟 　　液壓傳動(dòng)系統(tǒng)是液壓機(jī)械的一個(gè)組成部分，液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要同主機(jī)的總體設(shè)計(jì)同時(shí)進(jìn)行。著手設(shè)計(jì)時(shí)，必須從實(shí)際情況出發(fā)，有機(jī)地結(jié)合各種傳動(dòng)形式，充分發(fā)揮液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，力求設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、成本低、效率高、操作簡(jiǎn)單、維修方便的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)。 1.確定液壓執(zhí)行元件的形式 2.進(jìn)行工況分析，確定系統(tǒng)的主要參數(shù) 3.制定基本方案，擬定液壓系統(tǒng)原理圖 4.選擇液壓元件 5.液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算 6.繪制工作圖 1.4 液壓系統(tǒng)的注意事項(xiàng) 1.主機(jī)的概況：用途、性能、工藝流程、作業(yè)環(huán)境、總體布局等 2.液壓系統(tǒng)要完成哪些動(dòng)作，動(dòng)作順序及彼此聯(lián)鎖關(guān)系如何 3.液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)形式，運(yùn)動(dòng)速度 26 4.各動(dòng)作機(jī)構(gòu)的載荷大小及其性質(zhì) 5.對(duì)調(diào)速范圍、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性、轉(zhuǎn)換精度等性能方面的要求 6.自動(dòng)化程序、操作控制方式的要求 7.對(duì)防塵、防爆、防寒、噪聲、安全可靠性的要求 第2章 液壓元件的選擇與專用件設(shè)計(jì) 2.1 液壓泵的選擇 1.確定液壓泵的最大工作壓力 式中——液壓缸或液壓馬達(dá)最大工作壓力為2MPa ——從液壓泵出口到液壓缸或液壓馬達(dá)入口之間總的管路損失。 的準(zhǔn)確計(jì)算要待元件選定并繪出管路圖時(shí)才能進(jìn)行，初算時(shí)可按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)選?。? (1)管路簡(jiǎn)單、流速不大的，取 Mpa； (2)管路復(fù)雜，進(jìn)口有調(diào)速閥的，取 Mpa。 預(yù)取 =1.5 MPa 則可得液壓泵的最大工作壓力：?? Mpa 2.1.1 確定液壓泵的流量 (1) 多液壓缸或液壓馬達(dá)同時(shí)工作時(shí)，液壓泵的輸出流量應(yīng)為 式中 ——系統(tǒng)泄漏系數(shù)，一般取K=1.1～1.3； ——同時(shí)動(dòng)作的液壓缸或液壓馬達(dá)的最大總流量，可從（q-t）圖上查得。對(duì)于在工作過(guò)程中用節(jié)流調(diào)速的系統(tǒng)，還須加上溢流閥的最小溢流量，一般取。 由題知系統(tǒng)的最大工作流量為 則查表可預(yù)選液壓泵的流量大概為=30L/min 2.1.2 選擇液壓泵的規(guī)格 根據(jù)以上求得的和值，按系統(tǒng)中擬定的液壓泵的形式，從產(chǎn)品樣本或本手冊(cè)中選擇相應(yīng)的液壓泵。為使液壓泵有一定的壓力儲(chǔ)備，所選泵的額定壓力一般要比最大工作壓力大25%～60%。 液壓泵參數(shù)見(jiàn)表2-1 表2-1液壓泵的參數(shù)規(guī)格 排量，ml/s 32 額定壓力，MPa 6.5 型號(hào) YB1-32 額定轉(zhuǎn)速，r/min 960 驅(qū)動(dòng)功率，kW 5 2.1.3 確定液壓泵的驅(qū)動(dòng)功率 在工作循環(huán)中，如果液壓泵的壓力和流量比較恒定，即（p-t）、（q-t）圖變化較平緩。 式中 ——液壓泵的最大工作壓力（Pa）； ??? ——液壓泵的流量（）； ——液壓泵的總效率，參考表2-2選擇。 表2-2 液壓泵的總效率 液壓泵類型 齒輪泵 螺桿泵 葉片泵 柱塞泵 總效率 0.6～0.7 0.65～0.80 0.60～0.75 0.80～0.85 限壓式變量葉片泵的驅(qū)動(dòng)功率，可按流量特性曲線拐點(diǎn)處的流量、壓力值計(jì)算。 一般情況下，可取，，則 2.2 確定電動(dòng)機(jī)型號(hào) 按平均功率選出電動(dòng)機(jī)功率后，還要驗(yàn)算一下每一階段內(nèi)電動(dòng)機(jī)超載量是否都在允許范圍內(nèi)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)可知電動(dòng)機(jī)允許的短時(shí)間超載量一般為25%。電動(dòng)機(jī)型號(hào)見(jiàn)表2-3。 表2-3電動(dòng)機(jī)型號(hào) 型號(hào) Y132S-6 額定功率，kW 3.6 同步轉(zhuǎn)速，r/min 960 滿載電流，A 7.23 滿載功率因數(shù)， 0.84 堵轉(zhuǎn)電流/額定電流，A 7 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量\kg 0.286 凈重，kg 60 2.3 液壓閥的選擇 1. 閥的規(guī)格，根據(jù)系統(tǒng)的工作壓力和實(shí)際通過(guò)該閥的最大流量，一般選擇有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)定型產(chǎn)品的閥件。溢流閥按液壓泵的最大流量選?。贿x擇節(jié)流閥和調(diào)速閥時(shí)，要考慮最小穩(wěn)定流量應(yīng)滿足執(zhí)行機(jī)構(gòu)最低穩(wěn)定速度的要求。 2. 控制閥的流量一般要選得比實(shí)際通過(guò)的流量大一些，必要時(shí)也允許有20%以內(nèi)的短時(shí)間過(guò)流量。 3.閥的型號(hào)列表 表2-4先導(dǎo)溢流閥的型號(hào)（參數(shù)如下）： 名稱 先導(dǎo)溢流閥 公稱通徑，in 3/8 型號(hào) BT-03-*-32 調(diào)壓范圍，MPa 0.5～25.0 最大流量，L/min 100 重量，kg 1.5 表2-5單向閥型號(hào) 名稱 單向閥 通徑，mm 6 壓力，MPa 32 流量，L/min 40 開(kāi)啟壓力，MPa a：0.04 b：0.4 控制壓力，MPa △p ≥1.6 表2-6換向閥型號(hào)（參數(shù)如下） 名稱 3位4通換向閥 型號(hào) DSG-01-3C2 通徑，mm 10 最大流量，L/min 63 公稱壓力，MPa 25 允許背壓，MPa ＜16 表2-7減壓閥型號(hào) 名稱 減壓閥 型號(hào) DR-5DP1 輸入壓力（油口P），MPa 31.5 輸出壓力（油口P），MPa 21.0/不帶單向閥31.5 背壓（油口Y），MPa 6.0 最大流量，L/min 15 液壓油 礦物油（DIN51524），磷酸酯液 粘度范圍 2.8-380 過(guò)濾精度 NAS1639九級(jí) 表2-8單向節(jié)流閥型號(hào) 名稱 MK型單向節(jié)流閥 型號(hào) MK-6-G 通徑，mm 10 流量，L/min 30 最大壓力，MPa 31.5 開(kāi)啟壓力，MPa 0.05 介質(zhì) 礦物液壓油、磷酸酯油液 介質(zhì)溫度 -20-70 介質(zhì)粘度 2.8-380 2.4 過(guò)濾器的選擇 ??根據(jù)題目要求和系統(tǒng)性能的考慮，選擇將過(guò)濾器置于壓油路上， 并選擇紙質(zhì)過(guò)濾器型號(hào)（見(jiàn)表2-9）。 表2-9過(guò)濾器型號(hào) 型號(hào) WU-40*180 流量，L/min 40 壓力損失，MPa 0.01 過(guò)濾精度，μm 180 通徑，mm 40 連接形式 螺紋連接 2.5 管路設(shè)計(jì) 1.在液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中常用的管子有鋼管、銅管、膠管、尼龍管和塑料管等。 2.鋼管能承受較高的壓力，價(jià)格低廉，但安裝時(shí)彎曲半徑不能太小，多用在裝配比較方便的地方。廠用電鋼管是無(wú)縫鋼管，當(dāng)工作壓力小于1.6MPa時(shí)，也可以用焊接鋼管。 3.紫銅管能承受的壓力較低，一般只在低壓系統(tǒng)使用。紫銅管在裝配時(shí)可按需要來(lái)彎曲，但價(jià)格較貴且抗振能力較弱，也可使用氮化，要盡量少用。 4.尼龍管可用在低壓系統(tǒng)。塑料管一般只用在回油管或卸油管。 5.膠管用在連接兩個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)部件之間的管道。膠管分為高低壓兩種。高壓膠管是鋼絲編織體為骨架或鋼絲纏繞體為骨架。 6.管道尺寸的確定的膠管，可用在壓力回路。低壓膠管是麻線或棉線編織體為骨架的膠管，多用于壓力較低的回油路。 2.5.1 管道內(nèi)徑計(jì)算 式中 ——通過(guò)管道內(nèi)的流量（）； ——管內(nèi)允許流速（m/s） 計(jì)算出內(nèi)徑后，按標(biāo)準(zhǔn)系列選取相應(yīng)的管子及流速的選取見(jiàn)表2-10。 表2-10管道允許流速推薦值 管道 推薦流速（m/s） 液壓泵吸油管道 0.5～1.5，一般常取1以下 液壓系統(tǒng)壓油管道 3～6，壓力高，管道短，粘度小取大值 液壓系統(tǒng)回油管道 1.5～2.6 已知伸縮缸=18.84L/min，回轉(zhuǎn)缸=0.942L/min，升降缸=11.3L/min 計(jì)算出油路管徑 假設(shè)吸油速度為2m/s 假設(shè)取壓油速度為4m/s 假設(shè)取回油速度為2m/s 2.5.2 管道壁厚δ的計(jì)算 根據(jù)系統(tǒng)壓力和流量以及鋼管的系列標(biāo)準(zhǔn)選擇相應(yīng)滿足要求的鋼管壁厚 式中 ——管道內(nèi)最高工作壓力(MPa)； ?? ——管道內(nèi)徑(mm)； ——管道材料的抗拉強(qiáng)度(Pa)；——許用應(yīng)力()對(duì)于鋼管 =（——抗拉強(qiáng)度Mpa S——安全系數(shù)，當(dāng)p＜7Mpa時(shí)，S=8；當(dāng)p＜17.5Mpa時(shí)，S=6；當(dāng)p＞17.5Mpa時(shí)，S=4）。對(duì)于銅管＜25Mpa。 在液壓泵站中宜采用鋼管連接 2.6 油箱容量的確定 初始設(shè)計(jì)時(shí)，先按經(jīng)驗(yàn)公式確定油箱的容量，待系統(tǒng)確定后，再按散熱的要求進(jìn)行校核。 油箱容量的經(jīng)驗(yàn)公式為 式中 ——液壓泵每分鐘排出壓力油的容積（）； ——經(jīng)驗(yàn)系數(shù)（見(jiàn)表2-11）。 表2-11液壓系統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)系數(shù) 系統(tǒng)類型 行走機(jī)械 低壓系統(tǒng) 中壓系統(tǒng) 鍛壓機(jī)械 冶金機(jī)械 1～2 2～4 5～7 6～12 10 經(jīng)計(jì)算得出油箱大致體積為 油箱容量見(jiàn)表2-12 表2-12油箱容量JB/T7938-1999 4 6.3 10 25 40 63 100 250 315 400 500 630 800 1000 1600 2000 3150 4000 5000 6300 在確定油箱尺寸時(shí)，一方面要滿足系統(tǒng)供油的要求，還要保證執(zhí)行元件全部排油時(shí)，油箱不能溢出，液壓油在油箱中的容量一般為75%，最低容量不得低于50%，同時(shí)在油箱的設(shè)計(jì)中加入清洗油口，以及拆件口的安裝。 2.7 液壓介質(zhì)的選擇 液壓介質(zhì)應(yīng)具有適宜的粘度和良好的粘-溫（見(jiàn)表2-14）特性；油膜強(qiáng)度要高；具有良好的潤(rùn)滑性能；抗氧化穩(wěn)定性好；腐蝕作用小，對(duì)涂料、密度材料（見(jiàn)表2-14）等具有良好的適應(yīng)性；同時(shí)液壓介質(zhì)還應(yīng)具有一定的消泡能力。 2-13 液壓介質(zhì)的密度 介質(zhì)種類 礦物型 液壓油 水包油 乳化液 水-乙二醇液化液 磷酸酯 液化液 高水基 液化液 密度 850-960 990-1000 1030-1080 1120-1200 1000 表2-14液壓泵用油粘度推薦值 溫度 5-40 40-80 齒輪泵 17-40 60-88 葉片泵 P＜7Mpa 17-29 31-40 25-44 37-54 葉片泵 P＜7Mpa 軸向柱塞泵 徑向柱塞泵 25-44 17-62 40-98 37-154 根據(jù)該機(jī)構(gòu)的使用條件等因素，其工作溫度在60，且載荷較輕，所以選用機(jī)械油，根據(jù)該系統(tǒng)的工作狀況以及運(yùn)動(dòng)情況選用礦物型液壓油，粘度為25mm/s。 在使用過(guò)程中，由于液壓介質(zhì)自身特性及工作環(huán)境的影響，高溫、高壓、氧化等物理、化學(xué)作用下，液壓介質(zhì)的性能指標(biāo)會(huì)發(fā)生改變，當(dāng)變化后的指標(biāo)不能保證系統(tǒng)正常高效運(yùn)行時(shí)，需要對(duì)工作介質(zhì)進(jìn)變換換油指標(biāo)見(jiàn)表3-15 表3-15L-HM 液壓油換油指標(biāo) 項(xiàng)目 換油指標(biāo) 換油方法 40運(yùn)動(dòng)粘度變化率（％）超過(guò) +15或—10 GB/T 265經(jīng)計(jì)算 水分 大于 0.1 GB/T260 色度增加（比新油 大于 2 GB/T6540 酸值降低（％）或增（％） 35 GB/T264， 正戊烷不容物（％） 0.10 GB/T8926A法 銅片腐蝕（100，3h） 2a GB/T5096 注：允許采用GB/T511方法，使用60-90 石油醚作溶劑，測(cè)定式樣機(jī)械雜質(zhì)。 第3章 液壓系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案 3.1 制定基本方案 3.1.1 確定工作方式 根據(jù)其工作狀況確定其運(yùn)動(dòng)方案及其控制順序，因?yàn)橄災(zāi)Ｖ茪さ墓に図樞驗(yàn)橄热〖胖盟Ａд毫?，再放置于沙桶?nèi)噴砂，再回轉(zhuǎn)至水玻璃料筒，再回裝置沙桶噴砂，再回轉(zhuǎn)至水玻璃料筒，最后完成噴砂工藝，放置工件即可完成整個(gè)工藝過(guò)程。 3.1.2 制定調(diào)速方案 該液壓執(zhí)行元件確定之后，其運(yùn)動(dòng)方向和運(yùn)動(dòng)速度的控制是擬定液壓回路的核心問(wèn)題。 方向控制用換向閥或邏輯控制單元來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于一般中小流量的液壓系統(tǒng)，大多通過(guò)換向閥的有機(jī)組合實(shí)現(xiàn)所要求的動(dòng)作。對(duì)高壓大流量的液壓系統(tǒng)，現(xiàn)多采用插裝閥與先導(dǎo)控制閥的邏輯組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。 速度控制通過(guò)改變液壓執(zhí)行元件輸入或輸出的流量或者利用密封空間的容積變化來(lái)實(shí)現(xiàn)。相應(yīng)的調(diào)整方式有節(jié)流調(diào)速、容積調(diào)速以及二者的結(jié)合——容積節(jié)流調(diào)速。 容積調(diào)速是靠改變液壓泵排量來(lái)達(dá)到調(diào)速的目的。其優(yōu)點(diǎn)是沒(méi)有溢流損失和節(jié)流損失，效率較高。但為了散熱和補(bǔ)充泄漏，需要有輔助泵。此種調(diào)速方式適用于功率大、運(yùn)動(dòng)速度高的液壓系統(tǒng)。 容積節(jié)流調(diào)速一般是用變量泵供油，用流量控制閥調(diào)節(jié)輸入或輸出液壓執(zhí)行元件的流量，并使其供油量與需油量相適應(yīng)。此種調(diào)速回路效率也較高，速度穩(wěn)定性較好，但其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。 ??故選擇采用柱塞式變量泵實(shí)現(xiàn)液壓回路的調(diào)速。 3.1.3 制定壓力控制方案 液壓執(zhí)行元件工作時(shí)，要求系統(tǒng)保持一定的工作壓力或在一定壓力范圍內(nèi)工作，也有的需要多級(jí)或無(wú)級(jí)連續(xù)地調(diào)節(jié)壓力，一般在節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)中，通常由定量泵供油，用溢流閥調(diào)節(jié)所需壓力，并保持恒定。在容積調(diào)速系統(tǒng)中，用變量泵供油，用安全閥起安全保護(hù)作用。 3.1.4 選擇液壓動(dòng)力源 液壓系統(tǒng)的工作介質(zhì)完全由液壓源來(lái)提供，液壓源的核心是液壓泵，容積調(diào)速系統(tǒng)多數(shù)是用變量泵供油，用安全閥限定系統(tǒng)的最高壓力。 為節(jié)省能源提高效率，液壓泵的供油量要盡量與系統(tǒng)所需流量相匹配。對(duì)在工作循環(huán)各階段中系統(tǒng)所需油量相差較大的情況，一般采用多泵供油或變量泵供油。對(duì)長(zhǎng)時(shí)間所需流量較小的情況，可增設(shè)蓄能器做輔助 油源。 油液的凈化裝置是液壓源中不可缺少的。一般泵的入口要裝有粗過(guò)濾器，進(jìn)入系統(tǒng)的油液根據(jù)被保護(hù)元件的要求，通過(guò)相應(yīng)的精過(guò)濾器再次過(guò)濾。為防止系統(tǒng)中雜質(zhì)流回油箱，可在回油路上設(shè)置磁性過(guò)濾器或其他型式的過(guò)濾器。根據(jù)液壓設(shè)備所處環(huán)境及對(duì)溫升的要求，還要考慮加熱、冷卻等措施。 3.2 繪制液壓系統(tǒng)圖 整機(jī)的液壓系統(tǒng)圖由擬定好的控制回路及液壓源組合而成。各回路相互組合時(shí)要去掉重復(fù)多余的元件，力求系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。注意各元件間的聯(lián)鎖關(guān)系，避免誤動(dòng)作發(fā)生。要盡量減少能量損失環(huán)節(jié)。提高系統(tǒng)的工作效率。 如圖3-1所示 圖3-1 液壓系統(tǒng)工況分析伸縮缸伸長(zhǎng)至工件處加緊缸取件伸縮缸收縮至原位處定位缸電磁閥通電收縮回轉(zhuǎn)缸回轉(zhuǎn)60度定位剛電磁閥斷電復(fù)位，回轉(zhuǎn)缸被定位電磁閥3通電伸縮缸伸長(zhǎng)電磁閥6通電，升降缸下降下降到位后，5通電升降缸上升電磁閥4通電伸縮缸收縮到位電磁閥9通電，定位缸得電松開(kāi) 電磁閥1通電轉(zhuǎn)動(dòng)60度定位剛電磁閥斷電復(fù)位，回轉(zhuǎn)缸被定位電磁閥3通電伸縮缸伸長(zhǎng)電磁閥6通電，升降缸下降下降到位后，5通電升降缸上升電磁閥4通電伸縮缸收縮到位電磁閥9通電，定位缸得電松開(kāi) 電磁閥2通電轉(zhuǎn)動(dòng)60度如此循環(huán)3次后完成工藝過(guò)程回轉(zhuǎn)缸轉(zhuǎn)動(dòng)120度放置工件工作循環(huán)完畢。 第4章 液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算 ? 液壓系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)是在某些估計(jì)參數(shù)情況下進(jìn)行的，當(dāng)各回路形式、液壓元件及聯(lián)接管路等完全確定后，針對(duì)實(shí)際情況對(duì)所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行各項(xiàng)性能分析。對(duì)一般液壓傳動(dòng)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，主要是進(jìn)一步確切地計(jì)算液壓回路各段壓力損失、容積損失及系統(tǒng)效率，壓力沖擊和發(fā)熱溫升、各種液壓閥的壓力損失（見(jiàn)表4-1）等。根據(jù)分析計(jì)算發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，對(duì)某些不合理的設(shè)計(jì)要進(jìn)行重新調(diào)整，或采取其他必要的措施。 表4-1各種液壓閥的壓力損失 溢流閥，Mpa 0.2 單向節(jié)流閥，Mpa 0.3 正向 0.2 反向 單向閥，Mpa 0.2 減壓閥，Mpa 0.2 2位2通電磁換向閥，Mpa 0.1-0.2 3位4通電磁換向閥，Mpa 0.1-0.2 液壓系統(tǒng)壓力損失的計(jì)算如下： 壓力損失包括管路的沿程損失，閥類元件的局部損失，總的壓力損失為 式中 ——管道的長(zhǎng)度（m）； ? ——管道內(nèi)徑（m）； ? ——液流平均速度（）； ? ——液壓油密度（）； ——沿程阻力系數(shù)； ?? ——局部阻力系數(shù)。 伸縮缸在工作時(shí)，其管路沿程壓力損失為 根據(jù)液壓手冊(cè)規(guī)定液體的流態(tài)油臨界雷諾數(shù)Recr決定。當(dāng)Re＜Recr時(shí)位層流；當(dāng)Re＞Recr時(shí)位紊流。 根據(jù)計(jì)算公式 根據(jù)伸縮缸的液壓系統(tǒng)圖其工作時(shí)候要經(jīng)過(guò)單向閥、3位4通電磁換向閥、單向節(jié)流閥等其液壓閥的壓力損失為 所以其工作時(shí)總的壓力損失為 回轉(zhuǎn)缸在工作時(shí)，其管路沿程壓力損失為 根據(jù)計(jì)算公式 回轉(zhuǎn)缸在工進(jìn)時(shí)經(jīng)過(guò)單向閥、3位4換向閥、單向節(jié)流閥，所以其流量閥的總壓力損失 Mpa 所以快退時(shí)其總的壓力損失為： Mpa 升降缸在工作時(shí)，其管路沿程壓力損失為： ????? 式中 ——管道的長(zhǎng)度（m）； ?? ——管道內(nèi)徑（m）； ?? υ——液流平均速度（m/s）； ?? ρ——液壓油密度（）； ?? λ——沿程阻力系數(shù)； ?? ζ——局部阻力系數(shù)。 伸縮缸在工作時(shí)，其管路沿程壓力損失為： m/s 根據(jù)液壓手冊(cè)規(guī)定液體的流態(tài)油臨界雷諾數(shù)Recr決定。當(dāng)Re＜Recr時(shí)位層流；當(dāng)Re＞Recr時(shí)位紊流。 根據(jù)計(jì)算公式 回轉(zhuǎn)缸在工進(jìn)時(shí)經(jīng)過(guò)單向閥、3位4換向閥、單向節(jié)流閥，所以其流量閥的總壓力損失 經(jīng)過(guò)計(jì)算得給液壓系統(tǒng)在工作時(shí)其總的額外壓力損失為1.338Mpa小于其所選用的1.5Mpa的壓力余量，該系統(tǒng)合格。 第5章 液壓系統(tǒng)的發(fā)熱溫升計(jì)算 液壓系統(tǒng)工作時(shí)，除執(zhí)行元件驅(qū)動(dòng)外載荷輸出有效功率外，其余功率損失全部轉(zhuǎn)化為熱量，使油溫升高。 油箱容量于系統(tǒng)的流量有關(guān)，一般容量可取最大流量的3-5倍。另外，油箱容量大小可從散熱角度去設(shè)計(jì)。計(jì)算出系統(tǒng)發(fā)熱量于散熱量，在考慮冷卻器散熱后，從熱平衡角度計(jì)算出油箱容量。 5.1 工況分析 液壓系統(tǒng)在工作時(shí)其各個(gè)工步的時(shí)間為，手臂升降缸工進(jìn)與工退時(shí)間均為2s，手臂伸縮缸工進(jìn)與工退時(shí)間均為3s，手臂回轉(zhuǎn)缸工進(jìn)與工退時(shí)間均為2s、快退時(shí)間為4s，定位缸工作時(shí)為使與回轉(zhuǎn)缸工作不出現(xiàn)沖突應(yīng)該停1s，手指夾緊缸在工作時(shí)為使不與伸縮缸沖突一應(yīng)停頓1s，一個(gè)周期內(nèi)該機(jī)械手各液壓缸工作次數(shù)見(jiàn)表5-1 表5-1各液壓缸一個(gè)工作周期工作次數(shù) 名稱 升降缸 伸縮缸 回轉(zhuǎn)缸 夾緊缸 定位缸 工作次數(shù) 上升 6 伸長(zhǎng) 8 工進(jìn)、工退 7 夾緊 1 8 下降 6 收縮 8 快退 1 松開(kāi) 1 時(shí)間共計(jì)，s 24 32 25 2 8 所以該系統(tǒng)在工作時(shí)其總的工作時(shí)間T： 計(jì)算液壓系統(tǒng)的發(fā)熱功率如下： 在液壓系統(tǒng)中，凡系統(tǒng)中的損失都變成熱能散發(fā)出來(lái)。每一個(gè)周期中，每一個(gè)工況其效率不同，因此損失也不同。一個(gè)周期發(fā)熱的功率計(jì)算機(jī)公式為 式中 ——工作循環(huán)周期（s）； —一個(gè)周期時(shí)間（s）； ——第個(gè)工況的輸入功率（W）； ——第個(gè)工況的效； ——第個(gè)工況持續(xù)時(shí)間（s）。 伸縮缸工作時(shí)其效率為 回轉(zhuǎn)缸工作時(shí)其效率為 升降缸工作時(shí)其效率為 各液壓缸在工作時(shí)的輸入功率計(jì)算： W W W 5.2 散熱量計(jì)算 當(dāng)忽略系統(tǒng)中其他地方的散熱，只考慮油箱散熱時(shí)，顯然系統(tǒng)的總發(fā)熱功率H全部由油箱散熱來(lái)考慮。這是郵箱散熱面積A的計(jì)算公式為 式中 ——油箱的散熱面積（）； ——油箱需要散熱面積的熱功率（W）； ——油溫（一般以55考慮）與周圍環(huán)境溫度的溫差（）； ——散熱系數(shù)見(jiàn)表5-2 表5-2油箱散熱系數(shù) 冷卻條件 通風(fēng)條件很差 8～9 通風(fēng)條件良好 15～17 風(fēng)扇冷卻 23 循環(huán)水強(qiáng)制冷卻 110～170 5.3 油箱容量的計(jì)算 設(shè)油箱長(zhǎng)、寬、高比值為，則邊長(zhǎng)分別為時(shí)，的計(jì)算公式為 式中 ——散熱面積（） 設(shè) 所以油箱長(zhǎng)為852mm、寬為852mm、高為427mm。 假設(shè)油箱壁厚為10mm 驗(yàn)算油箱體積 第6章 設(shè)計(jì)液壓裝置，編制技術(shù)文件 6.1 液壓裝置總體布局 液壓系統(tǒng)總體布局有集中式、分散式。 集中式結(jié)構(gòu)是將整個(gè)設(shè)備液壓系統(tǒng)的油源、控制閥部分獨(dú)立設(shè)置于主機(jī)之外或安裝在地下，組成液壓站。如冷軋機(jī)、鍛壓機(jī)、電弧爐等有強(qiáng)烈熱源和煙塵污染的冶金設(shè)備，一般都是采用集中供油方式。分散式結(jié)構(gòu)是把液壓系統(tǒng)中液壓泵、控制調(diào)節(jié)裝置分別安裝在設(shè)備上適當(dāng)?shù)牡胤健? 本設(shè)計(jì)采用液壓裝置的集中式布局液壓閥的配置形式見(jiàn)圖6-1. 圖6-1 ?? 6.2 液壓閥的配置形式 1.板式配置 板式配置是把板式液壓元件用螺釘固定在平板上，板上鉆有與閥口對(duì)應(yīng)的孔，通過(guò)管接頭聯(lián)接油管而將各閥按系統(tǒng)圖接通。這種配置可根據(jù)需要靈活改變回路形式。液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)等普遍采用這種配置。 2.集成式配置 目前液壓系統(tǒng)大多數(shù)都采用集成形式。它是將液壓閥件安裝在集成塊上，集成塊一方面起安裝底板作用，另一方面起內(nèi)部油路作用。這種配置結(jié)構(gòu)緊湊、安裝方便。 基于本設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單，故采用板式配置。 6.3 油箱的設(shè)計(jì)要點(diǎn) 油箱在液壓系統(tǒng)中除了儲(chǔ)油外，還起著散熱、分離油液中的氣泡、沉淀雜質(zhì)等作用。油箱中安裝有很多輔件，如冷卻器、加熱器、空氣過(guò)濾器及液位計(jì)等。 油箱可分為開(kāi)式油箱和閉式油箱二種。開(kāi)式油箱，箱中液面與大氣相通，在油箱蓋上裝有空氣過(guò)濾器。開(kāi)式油箱結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝維護(hù)方便，液壓系統(tǒng)普遍采用這種形式。閉式油箱一般用于壓力油箱，內(nèi)充一定壓力的惰性氣體，充氣壓力可達(dá)0.05MPa。如果按油箱的形狀來(lái)分，還可分為矩形油箱和圓罐形油箱。矩形油箱制造容易，箱上易于安放液壓器件，所以被廣泛采用；圓罐形油箱強(qiáng)度高，重量輕，易于清掃，但制造較難，占地空間較大，在大型冶金設(shè)備中經(jīng)常采用。 本液壓系統(tǒng)中采用開(kāi)式油箱見(jiàn)圖6-2 1—液位計(jì)；2—吸油管；3—空氣過(guò)濾器；4—回油管；5—側(cè)板； 6—放油塞；7—地腳；8—底板；9—吸油過(guò)濾器；10—蓋板； 圖6-2 1.設(shè)計(jì)油箱時(shí)應(yīng)考慮如下幾點(diǎn) (1)油箱必須有足夠大的容積。一方面盡可能地滿足散熱的要求，另一方面在液壓系統(tǒng)停止工作時(shí)應(yīng)能容納系統(tǒng)中的所有工作介質(zhì)；而工作時(shí)又能保持適當(dāng)?shù)囊何弧? (2)吸油管及回油管應(yīng)插入最低液面以下，以防止吸空和回油飛濺產(chǎn)生氣泡。管口與箱底、箱壁距離一般不小于管徑的3倍。吸油管可安裝100μm左右的網(wǎng)式或線隙式過(guò)濾器，安裝位置要便于裝卸和清洗過(guò)濾器?；赜凸芸谝鼻?5°角并面向箱壁，以防止回油沖擊油箱底部的沉積物，同時(shí)也有利于散熱。 (3)吸油管和回油管之間的距離要盡可能地遠(yuǎn)些，之間應(yīng)設(shè)置隔板，以加大液流循環(huán)的途徑，這樣能提高散熱、分離空氣及沉淀雜質(zhì)的效果。隔板高度為液面高度的2/3～3/4。 (4)為了保持油液清潔，油箱應(yīng)有周邊密封的蓋板，蓋板上裝有空氣過(guò)濾器，注油及通氣一般都由一個(gè)空氣過(guò)濾器來(lái)完成。為便于放油和清理，箱底要有一定的斜度，并在最低處設(shè)置放油閥。對(duì)于不易開(kāi)蓋的油箱，要設(shè)置清洗孔，以便于油箱內(nèi)部的清理。 (5)油箱底部應(yīng)距地面150mm以上，以便于搬運(yùn)、放油和散熱。在油箱的適當(dāng)位置要設(shè)吊耳，以便吊運(yùn)，還要設(shè)置液位計(jì)，以監(jiān)視液位。 2.對(duì)油箱內(nèi)表面的防腐處理要注意以下幾點(diǎn)： ? (1) 酸洗后磷化。適用于所有介質(zhì)，但受酸洗磷化槽限制，油箱不能太大。 ??(2)噴丸后直接涂防銹油。適用于一般礦物油和合成液壓油，不適合含水液壓液。因不受處理?xiàng)l件限制，大型油箱較多采用此方法。 (3)噴砂后熱噴涂氧化鋁。適用于除水-乙二醇外的所有介質(zhì)。 (4)噴砂后進(jìn)行噴塑。適用于所有介質(zhì)。但受烘干設(shè)備限制，油箱不能過(guò)大。 考慮油箱內(nèi)表面的防腐處理時(shí)，不但要顧及與介質(zhì)的相容性，還要考慮處理后的可加工性、制造到投入使用之間的時(shí)間間隔以及經(jīng)濟(jì)性，條件允許時(shí)采用不銹鋼制油箱無(wú)疑是最理想的選擇。 第7章 機(jī)械手的自動(dòng)控制 7.1 機(jī)械手的工況分析 液壓系統(tǒng)工況分析伸縮缸伸長(zhǎng)至工件處加緊缸取件伸縮缸收縮至原位處定位缸電磁閥通電收縮回轉(zhuǎn)缸回轉(zhuǎn)60度定位剛電磁閥斷電復(fù)位，回轉(zhuǎn)缸被定位電磁閥3通電伸縮缸伸長(zhǎng)電磁閥6通電，升降缸下降下降到位后，5通電升降缸上升電磁閥4通電伸縮缸收縮到位電磁閥9通電，定位缸得電松開(kāi) 電磁閥1通電轉(zhuǎn)動(dòng)60度定位剛電磁閥斷電復(fù)位，回轉(zhuǎn)缸被定位電磁閥3通電伸縮缸伸長(zhǎng)電磁閥6通電，升降缸下降下降到位后，5通電升降缸上升電磁閥4通電伸縮缸收縮到位電磁閥9通電，定位缸得電松開(kāi) 電磁閥2通電轉(zhuǎn)動(dòng)60度如此循環(huán)3次后完成工藝過(guò)程回轉(zhuǎn)缸轉(zhuǎn)動(dòng)120度放置工件工作循環(huán)完畢。 7.2 機(jī)械手電磁閥的動(dòng)作順序表 我們已知機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，通過(guò)對(duì)各個(gè)電磁控制閥的分析得出其動(dòng)作順序表如表7-1 表7-1機(jī)械手一個(gè)周期內(nèi)電磁動(dòng)作順序表 1YDT 2YDT 3YDT 4YDT 5YDT 6YDT 7YDT 8YDT 9YDT 10YDT 手臂伸長(zhǎng) - - + - - - - - - - 手指取件 - - - - - - - + - - 手臂收縮 - - - + - - - - - - 定位松開(kāi) - - - - - - - - + - 回轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn) + - - - - - - - + - 定位 - - - - - - - - - - 手臂伸長(zhǎng) - - + - - - - - - - 手臂下降 - - - - + - - - - - 手臂上升 - - - - - + - - - - 手臂收縮 - - - + - - - - - - 定位松開(kāi) - - - - - - - - + - 回轉(zhuǎn)60 + - - - - - - - + - 定位 - - - - - - - - - - 手臂伸長(zhǎng) - - + - - - - - - - 手臂下降 - - - - + - - - - - 手臂上升 - - - - - + - - - - 7.3 機(jī)械手PLC控制程序 見(jiàn)附錄 結(jié)論 為了改善勞動(dòng)環(huán)境，提高生產(chǎn)效率，快速實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，機(jī)械手受到很多國(guó)家的重視，并被廣泛運(yùn)用。 本文調(diào)查學(xué)習(xí)了機(jī)械手發(fā)展的現(xiàn)狀，通過(guò)學(xué)習(xí)機(jī)械手的工作原理，熟悉了機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)機(jī)理。在此基礎(chǔ)上，確定了蠟?zāi)Ｖ茪C(jī)械手的基本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和機(jī)械結(jié)構(gòu)，完成了機(jī)械手機(jī)械方面的設(shè)計(jì)工作。文章從蠟?zāi)Ｖ茪さ淖杂啥热胧痔岢隽艘惶卓傮w設(shè)計(jì)方案，并根據(jù)機(jī)械手的生產(chǎn)工作要求選取圓柱坐標(biāo)系為本次設(shè)計(jì)坐標(biāo)系。同時(shí)，就機(jī)械手的組成以及現(xiàn)實(shí)作業(yè)，給出了具體的手部，臂部和機(jī)座的結(jié)構(gòu)形式；并選擇液壓驅(qū)動(dòng)作為本次設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。 經(jīng)過(guò)對(duì)課題的調(diào)研，以及現(xiàn)實(shí)生活中的需求，本設(shè)計(jì)的整體方案布局符合要求，較好的適應(yīng)了機(jī)械化生產(chǎn)，同時(shí)經(jīng)過(guò)精確計(jì)算所得出的機(jī)械手系統(tǒng)的各個(gè)數(shù)據(jù)滿足對(duì)實(shí)際情況的要求，所以本設(shè)計(jì)符合要求。 本設(shè)計(jì)還有很多不足之處，由于自身的知識(shí)儲(chǔ)備還很淺薄，所以在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，力的計(jì)算及系統(tǒng)分析上還有很多漏洞。這個(gè)都需要自己在以后的生活中不斷學(xué)習(xí)研究并通過(guò)實(shí)踐加以完善。 致謝 最后，我真誠(chéng)地感謝所有在我完成設(shè)計(jì)的過(guò)程中給予我?guī)椭?、支持和鼓?lì)的老師們、同學(xué)們。非常感謝我的指導(dǎo)老師張寶海老師，是他在忙碌的教學(xué)工作中擠出時(shí)間來(lái)指導(dǎo)我們?cè)O(shè)計(jì),一針見(jiàn)血地指出我的不足，并給我提供了很多參考意見(jiàn)。同時(shí)，感謝機(jī)械09級(jí)1班的所有同學(xué)，在我搜集查閱資料時(shí)給于我?guī)椭驮O(shè)計(jì)過(guò)程中提出意見(jiàn)和建議。 參考文獻(xiàn) 1 袁成訓(xùn)．液壓與氣壓傳動(dòng)．機(jī)械工業(yè)出版社，2002.2: 27-40 2 工業(yè)機(jī)械手圖冊(cè)編寫(xiě)組．工業(yè)機(jī)械手圖冊(cè)機(jī)械工業(yè)出版社，1978.9: 50-64 3 吉順平．可編程序控制器原理及應(yīng)用．機(jī)械工業(yè)出版社， 2011.1: 26-65 4 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì)．液壓傳動(dòng)與控制．機(jī)械工業(yè)出版社， 2007.2: 438-440 5 黃清遠(yuǎn)．機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)．機(jī)械工業(yè)出版社.，2000.2: 152-458 6 朱龍根 黃雨華．機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì).機(jī)械工業(yè)出版社，1996.5: 156-159 7 大連理工大學(xué)工程化教研室．機(jī)械制圖（第四版）．高等教育出版社，1974.3:263-70 8 張利平 燈鐘明．液壓氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊(cè)．機(jī)械出版社，1997.9: 425-429 9 C.Y.Chow，An introductions of Fluid Mechanics． Willy． 1979：50-60 10 Durrant-Whyte.Sensor ．Models and Mutisensor Integertion. 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