機械手-液壓機械手1,機械手,液壓 ,,機械工程系,機械設(shè)計制造及自動化專業(yè) 論文答辯,工業(yè)機械手設(shè)計 液壓原理及傳動設(shè)計,學(xué)生： 指導(dǎo)老師：,目錄,引言 第一章 機械手設(shè)計要求分析 第二章 液壓系統(tǒng)設(shè)計 第三章 集成塊的設(shè)計 第四章 液壓集成塊CAD技術(shù),引言,工業(yè)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(zhì)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(chǎn)品（電視機、電冰箱、洗衣機）、化工等行業(yè)自動化生產(chǎn)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)的機器人。,,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(huán)境狀態(tài)的快速反應(yīng)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(chǎn)物，它是工業(yè)以及非產(chǎn)業(yè)界的重要生產(chǎn)和服務(wù)性設(shè)備，也是先進制造技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的自動化設(shè)備。,,機器人技術(shù)是綜合了計算機、控制論、機構(gòu)學(xué)、信息和傳感技術(shù)、人工智能、仿生學(xué)等多學(xué)科而形成的高新技術(shù)，是當(dāng)代研究十分活躍，應(yīng)用日益廣泛的領(lǐng)域。機器人應(yīng)用情況，是一個國家工業(yè)自動化水平的重要標志。,第一章 機械手設(shè)計要求分析,1.設(shè)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(fù)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(chǎn)率，保證了產(chǎn)品和工人的質(zhì)量與安全。,2.機械手簡介與分析,1.坐標形式分析 上下料用機械手采用圓柱坐標的結(jié)構(gòu)形式，主要的組成部分有：升降機構(gòu)，回轉(zhuǎn)機構(gòu)，手臂伸縮結(jié)構(gòu)等，在這三中機構(gòu)中采用液壓驅(qū)動傳動方式，能保證機械手的整體結(jié)構(gòu)的緊湊性，運動平穩(wěn)以及可以方便的實現(xiàn)無級調(diào)速。,2.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(zhuǎn)為圓周運動，所以采用圓柱坐標形式。其特點是，結(jié)構(gòu)簡單，手臂運動范圍大，有較高的定位準確度。,,3.機械手的工作范圍,機械手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500mm，手臂回轉(zhuǎn)的運動范圍為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200mm,第二章 液壓系統(tǒng)設(shè)計,1.根據(jù)工作要求確定一個工作循環(huán)周期的運動過程 2.據(jù)工作循環(huán)過程確定系統(tǒng)工況分析圖 3.擬訂液壓系統(tǒng)的工作原理圖 4.根據(jù)整個系統(tǒng)的液壓元件需求選擇標準的液壓元件 5 液壓缸尺寸的確定及安全強度的校核,1.確定一個工作循環(huán)周期的運動過程,1.手臂位于初始位置（1） 2.手臂伸長至工作臺（1） 3.手指抓取工件 4.手臂縮回 5.立柱升高至至工作臺 6.手臂回轉(zhuǎn)角度α至位置（2） 7.手臂伸長并釋放工件 8.手臂縮回 9.手臂回轉(zhuǎn)角度 —α，至位置（1） 10.立柱下降至工作臺（1）,,2. 分析運動過程確定系統(tǒng)工況分析圖,,3. 擬訂液壓系統(tǒng)的工作原理圖,1. 根據(jù)整個系統(tǒng)的工作完成步驟，選擇合適的液壓缸。伸縮運動和升降運動 選擇單桿活塞液壓缸，回轉(zhuǎn)運動選擇擺動液壓缸，保證整個系統(tǒng)能夠達到穩(wěn)定的運動效果。,,2.液壓回路的選擇 確定液壓執(zhí)行元件以后，根據(jù)設(shè)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主要回路，機械手液壓系統(tǒng)主要有針對伸縮運動，升降運動和回轉(zhuǎn)運動的三個主要運動回路。,,3.綜合以上的液壓元件和液壓回路 液壓回路的綜合就是把選擇的液壓回路放在一起，進行歸并整理，增加必要的液壓元件和輔助回路，確定完整的液壓傳動系統(tǒng)。同時注意：a.盡量簡化系統(tǒng)機構(gòu)，減少不必要的液壓元件使用； b.保證整個液壓系統(tǒng)運動動作的可靠，安全，沒有元件與機構(gòu)之間的相互干涉問題的存在；c.盡可能的去提高系統(tǒng)的工作效率，減少不必要的功耗的浪費； d.盡可能采用標準通用的液壓元件。,綜合以上的動作，原理以及元件，繪制液壓系統(tǒng)原理圖。下圖為本機械手液壓系統(tǒng)的工作原理圖,,4.根據(jù)整個系統(tǒng)的液壓元件需求選擇標準的液壓元件,機械手液壓系統(tǒng)的主要液壓元件選擇包括：油箱，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(yīng)的電器開關(guān)等，主要液壓元件規(guī)格 如左表,,2.5 液壓缸尺寸的確定及安全強度的校核,1.伸縮液壓缸的設(shè)計計算 2.擺動缸的設(shè)計計算 3.升降機構(gòu)的設(shè)計計算,第三章 集成塊的設(shè)計,1 設(shè)計分析 2 根據(jù)具體的要求進行設(shè)計計算 3 下面為集成塊的設(shè)計步驟 4 液壓集成塊的加工工藝,在整個液壓系統(tǒng)中，由于整個系統(tǒng)由若干個液壓閥有機組合在一起的，各個液壓閥之間的連接方式主要有：管式連接，板式連接，集成式連接。集成式連接又可以分為集成塊式連接，疊加閥式連接，插裝錐閥式連接。 由于管式連接結(jié)構(gòu)分散，尤其對于復(fù)雜的液壓系統(tǒng)，占據(jù)空間很大，管路交錯，接頭較多，裝卸維修困難，并且在接頭處容易造成油液的泄露與空氣的滲入，有時會產(chǎn)生噪音和震動 板式連接一般油管較多，而且易在兩板之間形成間隙，出現(xiàn)漏油，串腔等問題。而集成塊式連接是集成式連接中的一種，即借助于集成塊把標準式的板式連接的液壓元件連接起來，它是一種代替管路把元件連接起來的六面連接體，在連接體內(nèi)根據(jù)各控制油路設(shè)計出,需要的油路通道，液壓閥裝在集成塊周圍。集成塊的上下面是塊與塊的結(jié)合面，在結(jié)合面上加工有相同位置的壓力油孔P，回油孔T，泄露油孔L，以及安裝螺栓孔。集成塊與裝在周圍的閥類元件之間組成一個集成塊組，可以完成一定典型回路的功能。將所有的集成塊組疊加在一起，就可以構(gòu)成整個集成塊式的液壓傳動接系統(tǒng)。 在所有的集成塊組的下面應(yīng)該有底板結(jié)構(gòu)，底板上有壓力油孔P，回油孔T，泄露油孔L等，通過底板來實現(xiàn)集成塊組與油泵和油箱的連接，在所有的集成塊組上面還應(yīng)該有頂蓋結(jié)構(gòu)，在頂蓋上可以安裝壓力表開關(guān)，以便于測量系統(tǒng)中各連接點或者某一油路的壓力情況，這種集成方式的優(yōu)點是它的機構(gòu)緊湊，占地面積小，易于裝卸和維修，并且具有標準化和系列化產(chǎn)品。以選用組合，因而被廣泛用于各種中高壓液壓系統(tǒng)和各種中低壓液壓系統(tǒng)中，但是對于它的設(shè)計，工作量比較大，加工工藝復(fù)雜，不能任意修改等缺點。,2 根據(jù)具體要求進行設(shè)計計算,上下料用的機械手液壓系統(tǒng)的集成塊設(shè)計系統(tǒng)見集成塊裝配圖，它包括地板塊，升降機構(gòu)控制集成塊，回轉(zhuǎn)機構(gòu)控制集成塊，伸縮機構(gòu)控制集成塊以及頂蓋等五個集成塊組成 。 下面針對整個系統(tǒng)中的伸縮缸液壓控制回路集成塊為例子，具體說明整個集成塊的設(shè)計計算過程：,3.液壓元件的選擇,為了能滿足整個循環(huán)的工作要求，則該回路共需四個液壓元件，有相關(guān)手冊查得它們的型號和規(guī)格，以及安裝底板在安裝這些元件時候應(yīng)考慮的油孔的相對位置情況等,減壓閥,型號：JF3-10B 通徑：Φ10 連接底板標準：GB8100-AG-06-2-A 外型尺寸：84mm*61mm 安裝螺栓孔和油孔的相對位置如下圖,,單向閥,型號：AJ-H10B 通徑：Φ10 AJ型直角單向閥板式連接 外型尺寸：60mm*90mm 安裝螺栓孔和油孔的相對位置如下,,三位四通電磁換向閥,彈簧對中型 代號O 型號：34- H10B 通徑：Φ10 規(guī)格：流量40 L/min 換向頻率 60次/min 電壓 AC 220V 50Hz DC 12V 24V 功耗 AC 40W DC 42W 安裝螺栓孔和油孔的相對位置如下：,,單向節(jié)流閥,型號：L -H10 板式連接 通徑：Φ10 外型尺寸：130mm*90mm 安裝螺栓孔和油孔的相對位置如下,,3 下面為集成塊的設(shè)計步驟,1.根據(jù)上面查得的標準，做液壓元件樣板，根據(jù)閥的油孔和外型尺寸確定液壓集成塊的外型尺寸，以及閥體在集成塊某一面上所占的空間。,2.確定通道的孔徑，集成塊上的公用通道，即壓力油孔P，回油孔T，泄露油孔L，以及四個安裝孔，壓力油孔由液壓泵流量決定，本回路流量約為30 L/min 則取壓力油孔的孔徑為Φ12mm，回油孔和泄露油孔也取孔徑為Φ12mm。直接與液壓元件連接的液壓油孔由選定的液壓元件規(guī)格確定，由于所選液壓閥的通徑都為Φ10mm，則統(tǒng)一取孔徑為Φ12mm，方便加工。而孔與孔之間的連接孔（即工藝孔）也取Φ12，并且要求用螺塞在集成塊表面堵死，不允許堵孔用的螺塞對其他的液壓元件和結(jié)合面有干涉作用。,3.集成塊上液壓元件的布置，把做好的液壓元件樣板在集成塊各個視圖上進行布局，有的液壓元件需要連接板，則樣板以連接板為準。,在布局時應(yīng)該避免電磁換向閥兩端的電磁鐵與其他部分或元件想干涉，液壓元件的布置應(yīng)以在集成塊上加工的孔最少為最佳。如圖5所示，孔道相通的液壓元件應(yīng)該盡可能布置在同一水平面上，或在直徑d的范圍內(nèi)（如圖5 a）否則要鉆中間油孔（如圖5 b，c），不通油孔之間的最小壁厚h必須進行強度校核（如圖5 d）。,,液壓元件在水平上的孔道若與公共油孔相通，則應(yīng)盡可能地布置在同一垂直位置或在直徑d的范圍（如圖5 a，b），否則要鉆中間孔道（如圖6 c），集成塊前后與左右連接的孔道應(yīng)相互垂直，不然也要鉆中間孔道（如圖6 d）。 設(shè)計專用集成塊時，要注意其高度應(yīng)該比裝在其上的液壓元件最大橫向尺寸大，以避免上下集成塊上的液壓元件相互干涉，影響集成塊組之間的緊固問題。,,4.集成塊上液壓元件布置程序,電磁換向閥布置在集成塊的前面和后面，先布置垂直位置，后布置水平位置，要避免電磁換向閥的固定螺孔與閥口通道、集成塊固定螺孔相通。液壓元件泄漏孔可考慮與回油孔合并。水平位置孔道可分為三層進行布置。根據(jù)水平孔道布置的需要，液壓元件可以上下左右移動一段距離，具體可參見圖6。溢流閥的先導(dǎo)閥部分可伸出集成塊外，有的元件如單向閥，可以橫向布置。,