球坐標(biāo)式四自由度機(jī)械手設(shè)計(jì)

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1、摘要 機(jī)械手與機(jī)械人是二十世紀(jì)五十年代以后,伴隨著電子技術(shù)特別是電子計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用,而迅速發(fā)展起來的一門新興技術(shù)。它綜合應(yīng)用了機(jī)械、電子、自動(dòng)控制等先進(jìn)技術(shù)以及物理，生物等學(xué)科的基礎(chǔ)知識實(shí)現(xiàn)機(jī)械化與自動(dòng)化的有機(jī)結(jié)合。它不僅在工業(yè)生產(chǎn)上，而且對宇宙開發(fā)，海洋開發(fā)，軍事工程和生物醫(yī)學(xué)等方面都起著推動(dòng)的作用，因而日益受到世界許多國家政府，學(xué)術(shù)團(tuán)隊(duì)和科學(xué)技術(shù)人員的重視，毫無疑問，這門技術(shù)將具有廣闊的發(fā)展前景。 在生產(chǎn)現(xiàn)代化領(lǐng)域里，材料的搬運(yùn)，機(jī)床的上下料，整機(jī)的裝配等是個(gè)薄弱環(huán)節(jié)。在機(jī)械工業(yè)部門，這些工序的費(fèi)用占全部加工費(fèi)用三分之二以上，而且絕大多數(shù)的事故發(fā)生在這些工序，自動(dòng)上下料裝置和工業(yè)機(jī)械

2、手就是為實(shí)現(xiàn)這些工序的自動(dòng)化而采用的。 通用機(jī)械手在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用只有二十來年的歷史，這種裝置在國外得到相當(dāng)重視，到七十年代，其品種和數(shù)量都有很大的發(fā)展，并且研制了具有各種感覺器官的機(jī)器人。 關(guān)鍵詞：機(jī)械手 液壓缸PLC自由度 控制閥 目 次 摘要2 1 緒論1 2 設(shè)計(jì)參數(shù)7 2.1設(shè)計(jì)題目7 球坐標(biāo)式四自由度機(jī)械手設(shè)計(jì)7 2.2 初始參數(shù)與設(shè)計(jì)要求7 3設(shè)計(jì)方案的擬定8 3.1初步分析8 3.2 執(zhí)行機(jī)構(gòu)8 手部8 腕部8 臂部及機(jī)身9 3.3 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)9 3.4控制機(jī)構(gòu)10 4 機(jī)械手手部的設(shè)計(jì)計(jì)算10 4.1設(shè)計(jì)計(jì)算10 4.2機(jī)械

3、手手抓夾持精度的分析計(jì)算13 5 腕部的設(shè)計(jì)計(jì)算14 5.1 腕部設(shè)計(jì)的基本要求14 5.2 腕部的結(jié)構(gòu)以及選擇15 典型的腕部結(jié)構(gòu)15 5.2.2 腕部結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇15 5.3腕部的設(shè)計(jì)計(jì)算15 5.3.1 腕部設(shè)計(jì)考慮的參數(shù)15 5.3.2 腕部的驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算15 6腕部與臂部連接處的回轉(zhuǎn)液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算17 6.1驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算18 慣性力矩的計(jì)算18 摩擦阻力矩的計(jì)算18 偏重力矩的計(jì)算18 6.2回轉(zhuǎn)液壓缸的確定18 7 臂部的設(shè)計(jì)計(jì)算19 7.1 臂部設(shè)計(jì)的基本要求19 7.2 手臂的典型機(jī)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)的選擇20 典型的臂部運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)20

4、手臂運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇21 7.3 手臂直線運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力計(jì)算21 手臂摩擦力的分析與計(jì)算21 手臂慣性力的計(jì)算23 密封裝置的摩擦阻力23 7.4 確定液壓缸工作壓力和結(jié)構(gòu)23 確定液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸23 7.5液壓缸蓋螺釘?shù)挠?jì)算26 8臂部俯仰缸的設(shè)計(jì)計(jì)算27 8.1驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算29 8.2俯仰擺動(dòng)油缸驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算29 8.3俯仰擺動(dòng)油缸的設(shè)計(jì)計(jì)算30 8.4液壓缸蓋螺釘?shù)挠?jì)算30 9 機(jī)身的設(shè)計(jì)計(jì)算32 9.1 機(jī)身的整體設(shè)計(jì)32 9.2 機(jī)身回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算33 9.2.1 回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算33 9.3回轉(zhuǎn)缸尺寸的初步確定34 10機(jī)械手液壓系統(tǒng)工

5、作原理34 10.1 能量轉(zhuǎn)化簡圖34 10.2 液壓系統(tǒng)的組成35 10.3 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)機(jī)械手的特點(diǎn)35 10.4 油缸泄漏問題與密封裝置36 10.4.1 活塞式油缸的泄漏與密封36 10.4.2 回轉(zhuǎn)油缸的泄漏與密封36 10.5 液壓系統(tǒng)傳動(dòng)方案的確定37 10.5.1 各液壓缸的換向回路37 10.5.2 調(diào)速方案37 10.5.3 減速緩沖回路38 10.5.4 系統(tǒng)安全可靠性38 10.5.5 機(jī)械手的動(dòng)作分析38 11機(jī)械手的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)40 11.1 用于控制機(jī)械手的PLC簡介41 11.1.1 PLC簡介41

6、 11.1.2 機(jī)械手PLC的選用41 11.2工業(yè)用機(jī)械手的動(dòng)作順序的PLC編程42 12 設(shè)計(jì)感想46 13 參考文獻(xiàn)48 1 緒論 (1)　機(jī)械手的概述 工業(yè)機(jī)械手（以下簡稱機(jī)械手）是近代自動(dòng)控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項(xiàng)新技術(shù)，作為多學(xué)科融合的邊沿學(xué)科，它是當(dāng)今高技術(shù)發(fā)展最快的領(lǐng)域之一，并已成為現(xiàn)代機(jī)械制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分。 所謂工業(yè)機(jī)械手就是一種能按給定的程序或要求自動(dòng)完成物件（如材料、工件、零件或工具等）傳送或操作作業(yè)的機(jī)械裝置，它能部分地代替人的手工勞動(dòng)。較高級型式的機(jī)械手，還能模擬人的手臂動(dòng)作，完成較復(fù)雜的作業(yè)。 由于機(jī)械手科學(xué)的發(fā)展十分迅速，世界上

7、對機(jī)械手還沒有一個(gè)明晰，統(tǒng)一的定義。 國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）對機(jī)械手做了如下定義：機(jī)械手是一種可以反復(fù)編程和多功能的用來搬運(yùn)材料、零件、工具的操作機(jī)或是為了執(zhí)行不同任務(wù)而具有可改變和可編程的動(dòng)作的專門系統(tǒng)（A reprogrammable and multifunctional manipulator, devised forthe transports of masteries, parts, tools or specialized Systems, with varied and programmed movements, with the aim of carrying out v

8、aried tasks）。 隨著我國工業(yè)機(jī)械手技術(shù)的不斷發(fā)展，很多專家也建議建立自己的機(jī)械手定義，我國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T12643-90 也將工業(yè)機(jī)械手定義為“一種能自動(dòng)定位控制，可重復(fù)編程的、多功能的、多自由度的操作機(jī)。它能搬運(yùn)材料、零件或操持工具，用于完成各種任務(wù)作業(yè)”。 (2)　機(jī)械手的組成 工業(yè)機(jī)械手是由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)所組成，各部關(guān)系如圖1所示： 圖0-1工業(yè)機(jī)械手組成框圖 機(jī)械手大致可分為手部、傳送機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)部分、控制部分以及其它部分。 手部（或稱抓取機(jī)構(gòu)）包括手指、傳力機(jī)構(gòu)等，主要起抓取和放置物件的作用； 傳送機(jī)構(gòu)（或稱臂部）包括手腕、手臂等，主要起改變物

9、件方向和位置的作用； 驅(qū)動(dòng)部分它是驅(qū)動(dòng)前兩部分的動(dòng)力，因此也稱動(dòng)力源，常用的有液壓、氣壓、電力和機(jī)械式驅(qū)動(dòng)四種形式； 控制部分它是機(jī)械手動(dòng)作的指揮系統(tǒng)，由它來控制動(dòng)作的順序(程序)、位置和時(shí)間(甚至速度與加速度)等； 其它部分 如機(jī)體、行走機(jī)構(gòu)、行程檢測裝置和傳感裝置等。 (3)　機(jī)械手的分類 機(jī)械手從使用范圍、運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)形式、驅(qū)動(dòng)方式以及臂力大小四個(gè)方面的分類分別為： 按機(jī)械手的使用范圍分類： ①專用機(jī)械手 一般只有固定的程序，而無單獨(dú)的控制系統(tǒng)。它從屬于某種機(jī)器或生產(chǎn)線用以自動(dòng)傳送物件或操作某一工具，例如“毛坯上下料機(jī)械手”、“曲拐自動(dòng)車床機(jī)械手”、“油泵凸輪軸自動(dòng)線機(jī)械手

10、”等等。這種機(jī)械手結(jié)構(gòu)較簡單，成本較低，適用于動(dòng)作比較簡單的大批量生產(chǎn)的場合。 ②通用機(jī)械手（也稱工業(yè)機(jī)器人） 指具有可變程序和單獨(dú)驅(qū)動(dòng)的控制系統(tǒng)，不從屬于某種機(jī)器，而且能自動(dòng) 生成傳送物件或操作某些工具的機(jī)械裝置。通用機(jī)械手按其定位和控制方式的不同，可分為簡易型和伺服型兩種。簡易型只是點(diǎn)位控制，故屬于程序控制類型，伺服型可以是點(diǎn)位控制，也可以是連續(xù)軌跡控制，一般屬于數(shù)字控制類型。這種機(jī)械手由于手指可更換(或可調(diào)節(jié))，程序可變，故適用于中、小批生產(chǎn)。但因其運(yùn)動(dòng)較多，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，技術(shù)條件要求較高，故制造成本一般也較高。 按機(jī)械手臂部的運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)型式分類： ①直角坐標(biāo)式機(jī)械手 臂部可

11、以沿直角坐標(biāo)軸X、Y、Z三個(gè)方向移動(dòng)，亦即臂部可以前后伸縮(定為沿X 方向的移動(dòng))、左右移動(dòng)(定為沿Y方向的移動(dòng))和上下升降(定為沿Z方向的移動(dòng))； ②圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手 手臂可以沿直角坐標(biāo)軸的X和Z方向移動(dòng)，又可繞Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)(定為繞Z軸轉(zhuǎn)動(dòng))，亦即臂部可以前后伸縮、上下升降和左右轉(zhuǎn)動(dòng)； ③球坐標(biāo)式機(jī)械手 臂部可以沿直角坐標(biāo)軸X方向移動(dòng)，還可以繞Y軸和Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)，亦即手臂可以前后伸縮(沿X方向移動(dòng))、上下擺動(dòng)(定為繞Y軸擺動(dòng))和左右轉(zhuǎn)動(dòng)(仍定為繞Z軸轉(zhuǎn)動(dòng))； ④多關(guān)節(jié)式機(jī)械手 這種機(jī)械手的臂部可分為小臂和大臂。其小臂和大臂的連接(肘部)以及大臂和機(jī)體的連接(肩部)均為關(guān)節(jié)(鉸鏈)式

12、連接，亦即小臂對大臂可繞肘部上下擺動(dòng)，大臂可繞肩部擺動(dòng)多角，手臂還可以左右轉(zhuǎn)動(dòng)。 (4)　按機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方式分類： ①液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)械手以壓力油進(jìn)行驅(qū)動(dòng)； ②氣壓驅(qū)動(dòng)機(jī)械手以壓縮空氣進(jìn)行驅(qū)動(dòng)； ③電力驅(qū)動(dòng)機(jī)械手直接用電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)； ④機(jī)械驅(qū)動(dòng)機(jī)械手是將主機(jī)的動(dòng)力通過凸輪、連桿、齒輪、間歇機(jī)構(gòu)等傳給機(jī)械手的一種驅(qū)動(dòng)方式。 按機(jī)械手的臂力大小分類： ①微型機(jī)械手臂力小于1kg； ②小型機(jī)械手臂力為1—10kg； ③中型機(jī)械手臂力為10—30kg； ④大型機(jī)械手臂力大于30kg。 (5)　機(jī)械手發(fā)展概況 機(jī)械手是在自動(dòng)化、自動(dòng)化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。近年來，隨著電子

13、技術(shù)，特別是電子計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，機(jī)器人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)迅速發(fā)展起來的一門新興技術(shù)，它更加促進(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展，使得機(jī)械手能更好地實(shí)現(xiàn)與自動(dòng)化的有機(jī)結(jié)合。 機(jī)械手是一種模仿人手部的動(dòng)作，按照預(yù)先設(shè)定的程序、軌跡和其他要求，實(shí)現(xiàn)抓取、搬運(yùn)工件和操縱工具的自動(dòng)化裝置。 機(jī)械手雖然目前還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復(fù)工作和勞動(dòng)、不知疲勞、不怕危險(xiǎn)、抓舉重物的力量臂人手大等特點(diǎn)，因此，機(jī)械手已受到許多部門的重視，并越來越廣泛的得到應(yīng)用。 (6)　機(jī)械手的組成 機(jī)械手的形式是多種多樣的，有的較為簡單，有的較為復(fù)雜，但基本的組成形式是相同的。一般機(jī)械手由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)系統(tǒng)、控制系

14、統(tǒng)和輔助裝置組成。 機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，由手、手腕、手臂、支座組成。手是抓取機(jī)構(gòu)，用來夾緊或是松開工件，與人的手指相仿，能完成人手的類似動(dòng)作。手腕是連接手指和手臂的元件，可以進(jìn)行上下、左右和回轉(zhuǎn)動(dòng)作。簡單的機(jī)械手可以沒有手腕，而只有手臂，手臂的動(dòng)作和手腕相類似，只是動(dòng)作范圍更大，可以前后伸縮，上下升降和左右擺動(dòng)等。支柱用來支撐手臂，它是固定的，也可以根據(jù)需要做成移動(dòng)的。 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作要有傳動(dòng)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。常用的機(jī)械手傳動(dòng)系統(tǒng)分機(jī)械傳動(dòng)、液壓傳動(dòng)、氣壓傳動(dòng)和電力傳動(dòng)等幾種形式。 控制系統(tǒng)的主要作用是控制機(jī)械手按一定的程序、方向、位置、速度進(jìn)行動(dòng)作。簡單的機(jī)械手一般不設(shè)置專用的控制系統(tǒng)，只采用

15、行程開關(guān)、繼電器、控制閥及電路便可實(shí)現(xiàn)對傳動(dòng)系統(tǒng)的控制，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)按要求進(jìn)行動(dòng)作。動(dòng)作復(fù)雜的機(jī)械手則要采用可編程控制器、微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制。 簡單的組成和分類以及適用范圍如下： ①工業(yè)機(jī)械手的組成： 執(zhí)行系統(tǒng)的組成：手部、腕部、機(jī)身、行走機(jī)構(gòu)。 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的組成：各種電氣、液壓元件。 控制系統(tǒng)的組成：位置檢測器、記憶存儲(chǔ)器。 ②工業(yè)機(jī)械手的分類： 液壓式：操作力大，動(dòng)作平穩(wěn)，其缺點(diǎn)是泄油會(huì)影響系統(tǒng)的工作性能，油的粘度對溫度的變化敏感。 氣動(dòng)式：氣源方便，維護(hù)簡單，易于獲得高速度，其缺點(diǎn)是操作力有限，體積大?？諝鈮嚎s性大,速度控制困難,動(dòng)作不平穩(wěn),控制有滯后現(xiàn)象。 電動(dòng)式：動(dòng)力源

16、方便，操作力度大。其缺點(diǎn)是需要設(shè)置減速機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，或用特殊電機(jī)驅(qū)動(dòng)。 機(jī)械式：一般借助主機(jī)動(dòng)力源，通過凸輪，連桿機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作，變換程序較困難，結(jié)構(gòu)龐大。 ③工業(yè)機(jī)械手按適用范圍分： 專業(yè)機(jī)械手：一般指附屬于某一設(shè)備的，動(dòng)作程序固定的，沒有獨(dú)立的控制系統(tǒng)的搬運(yùn)裝置。 通用機(jī)械手：一般指動(dòng)作程序可變的，具有獨(dú)立控制系統(tǒng)的自動(dòng)化裝置。 ④工業(yè)機(jī)械手按運(yùn)動(dòng)軌跡控制方式分： 點(diǎn)位控制：機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)軌跡是空間兩點(diǎn)間的聯(lián)線，只要求準(zhǔn)確控制部件的移動(dòng)起始位置或有限的設(shè)定點(diǎn)位置，不要求控制其運(yùn)動(dòng)軌跡。 連續(xù)軌跡控制：機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)軌跡是空間連續(xù)曲線，其設(shè)定點(diǎn)是無限的能在三維空間中作任意

17、復(fù)雜的動(dòng)作。 (7)　上下料機(jī)械手的使用必要性 在現(xiàn)代的機(jī)械加工中，消耗于上下料的時(shí)間損失是組成零件單件加工時(shí)間的一部分，它屬于輔助時(shí)間，我們知道要想提高生產(chǎn)率，減少生產(chǎn)中的輔助時(shí)間，將是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。而要想減少輔助時(shí)間必須實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化，自動(dòng)上下料機(jī)構(gòu)就是為實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)中上下料工序而設(shè)計(jì)的一種專用機(jī)構(gòu)。 自動(dòng)上下料機(jī)構(gòu)中供散亂的中、小型工件毛坯，經(jīng)過定向機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)定向排列，然后順序的由上下料機(jī)構(gòu)送到機(jī)床或工作地點(diǎn)去。這在自動(dòng)化成批大量的生產(chǎn)中顯然是實(shí)用的，它不但可把操作人員從復(fù)雜而繁重的勞動(dòng)中解脫出來，而且對保證安全生產(chǎn)也是一種行之有效的方法。 工業(yè)機(jī)械手在二十世紀(jì)五十年代就已用于

18、生產(chǎn)。它是在自動(dòng)上下料的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種機(jī)械裝置。開始主要用來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上下料和搬運(yùn)工件，完成單機(jī)自動(dòng)化和生產(chǎn)線自動(dòng)化。隨著應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，現(xiàn)已用來操持工具和完成一定的作業(yè)。實(shí)踐證明：使用自動(dòng)上下料的機(jī)械手可以代替人手的繁重勞動(dòng)，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善勞動(dòng)條件，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，還具有能不斷重復(fù)工作和勞動(dòng)、不知疲勞、不怕危險(xiǎn)、抓舉重物的力量臂人手大等特點(diǎn)。因此，自動(dòng)上下料機(jī)械手已得到越來越廣泛的得到應(yīng)用。 (8)　機(jī)械手在生產(chǎn)中的作用 機(jī)械手在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用極為廣泛，可以歸納為以下一些方面。 旋轉(zhuǎn)休零件（軸類、盤類、環(huán)類）自動(dòng)線，一般都采用機(jī)械手在機(jī)床之間傳送工件。加工箱體類零件

19、的組合機(jī)床自動(dòng)線，一般采用隨行夾具傳送工件，也有采用機(jī)械手的。 在實(shí)現(xiàn)單機(jī)自動(dòng)化方面： ①各類半自動(dòng)車床，有自動(dòng)夾進(jìn)刀、切削、退刀和松開的功能，但仍需人工上下料；裝上機(jī)械手，可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)生產(chǎn)，一人看管多臺機(jī)。 ②注塑機(jī)有加料、合成、成型、分模等自動(dòng)工作循環(huán)，裝上機(jī)械手自動(dòng)裝卸工件，可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)生產(chǎn)。 ③沖床有自動(dòng)上下料沖壓循環(huán)，裝上機(jī)械手上下料，可實(shí)現(xiàn)沖壓生產(chǎn)自動(dòng)化。 鑄、鍛、焊、熱處理熱加工方面： ①對環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng)，能代替人從事危險(xiǎn)、有害的操作，在長時(shí)間工作對人體有害的場所，機(jī)械手不受影響，只要根據(jù)工作環(huán)境時(shí)行合理設(shè)計(jì)，扶把適當(dāng)?shù)牟牧虾徒Y(jié)構(gòu)，機(jī)械手就可以在異常高溫或低溫、異常壓

20、力和有害氣體、粉塵、放射線作用下，以及沖壓、滅火等危險(xiǎn)環(huán)境中勝任工作。為了謀求操作安全和徹底防止公害，在工作事故多的工程，如沖壓、壓鑄、熱處理、鍛造、噴漆以及有有強(qiáng)烈紫外線照射的電弧焊等作業(yè)中，推廣工業(yè)機(jī)械手工機(jī)器人。 ②機(jī)械手能持久、耐勞，可以把人從繁重單調(diào)的勞動(dòng)中解放出來，并能擴(kuò)大和延伸人的功能。人在連續(xù)工作幾個(gè)小時(shí)后，總會(huì)感到疲勞或厭倦，而機(jī)械手只要注意維護(hù)、檢修，即能用途長時(shí)間的單調(diào)重復(fù)勞動(dòng)。 ③由于機(jī)械手的動(dòng)作準(zhǔn)確，因此可以穩(wěn)定和提高產(chǎn)品的質(zhì)量，同時(shí)又可避免人為的操作錯(cuò)誤。 ④機(jī)械手特別是通用工業(yè)機(jī)械手的通用性、靈活性好，能較好地適應(yīng)產(chǎn)品品種的不斷變化，以滿足柔性生產(chǎn)的需要。這

21、是因?yàn)闄C(jī)械手動(dòng)作程序和運(yùn)動(dòng)位置（或軌跡）能夠十分靈活快速地予以改變，而其眾多的自由度，又提供了迅速改變作業(yè)內(nèi)容的可能，在中、小批量的自動(dòng)化生產(chǎn)中，最能發(fā)揮其作用。 ⑤采用機(jī)械手能明顯地提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和降低成本。 2 設(shè)計(jì)參數(shù) 2.1設(shè)計(jì)題目 球坐標(biāo)式四自由度機(jī)械手設(shè)計(jì) 2.2 初始參數(shù)與設(shè)計(jì)要求 （1）抓重：100N （2）自由度：4個(gè) （3）臂部運(yùn)動(dòng)參數(shù)： 表 2-1 運(yùn)動(dòng)名稱 符號 行程范圍 速度 伸縮 X 350mm ＜250mm/s 回轉(zhuǎn) φ 0 o-210o ＜90 o /s 回轉(zhuǎn) θ 0 o-45o ＜90 o /s （4）腕

22、部運(yùn)動(dòng)參數(shù)： 表 2-2 運(yùn)動(dòng)名稱 符號 行程范圍 速度 回轉(zhuǎn) 0 o -180o ＜90 o /s （5）手指夾持范圍：棒料，直徑φ40-φ60mm，長度450-1200mm （6）定位方式：電位器（或接近開關(guān)等）設(shè)定，點(diǎn)位控制 （7）驅(qū)動(dòng)方式：液壓（中、低壓系統(tǒng)） （8）定位精度：±3mm （9）控制方式：PLC控制 3設(shè)計(jì)方案的擬定 3.1初步分析 該工業(yè)機(jī)械手的坐標(biāo)形式是球坐標(biāo)式，其臂部的運(yùn)動(dòng)由一個(gè)直線運(yùn)動(dòng)和兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)組成，即沿X軸的伸縮，繞Y軸的俯仰和繞Z軸的回轉(zhuǎn)。這種機(jī)械手臂部的俯仰運(yùn)動(dòng)能抓取到地面上的物件，為了使手部能夠適應(yīng)被抓取對象方位的要求，

23、常常設(shè)有手腕上下擺動(dòng)，使其手部保持水平位置或其它狀態(tài)。這種形式的機(jī)械手具有動(dòng)作靈活，占地面積小而工作范圍大等特點(diǎn)，它適用于沿伸縮方向向外作業(yè)的傳動(dòng)形式。但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，此外，臂部擺角的誤差通過手臂會(huì)引起手部中心處的誤差放大。 3.2 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 手部 手部是用來直接抓取或握緊（或吸附）工件的部件。由于被抓握工件的形狀、尺寸大小、輕重和材料的性能、表面狀況等不同，工業(yè)機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)是多種多樣的，大部分的手部結(jié)構(gòu)都是根據(jù)工件的要求而設(shè)計(jì)的。常用的手部結(jié)構(gòu)有夾鉗式、氣吸式、電磁式以及其他形式。 夾鉗式手部設(shè)計(jì)的基本要求 （1） 應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膴A緊力和驅(qū)動(dòng)力 （2） 手指應(yīng)應(yīng)具有一定的開閉范圍

24、 （3） 應(yīng)保證工件在手指內(nèi)的夾緊精度 （4） 要求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、效率高 （5） 應(yīng)考慮通用性和特殊要求 3.2.2腕部 連接手部與臂部的部件，主要作用是在臂部運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步改變或調(diào)整手部在空間的方位，使機(jī)械手適應(yīng)復(fù)雜的動(dòng)作要求。要求0-180°的回轉(zhuǎn)動(dòng)作，因此選用具有單自由度的回轉(zhuǎn)液壓缸驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)。此結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，靈活，但回轉(zhuǎn)角度較小，并且要求嚴(yán)格密封，否則就很難保證穩(wěn)定的輸出扭矩。 腕部設(shè)計(jì)的基本要求及其自由度： a 力求結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕 b 綜合考慮，合理布局 c 必須考慮工作條件 對于高溫作業(yè)和在腐蝕性介質(zhì)中工作的機(jī)械手，其腕部在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮環(huán)境對腕部

25、的不良影響 3.2.3臂部及機(jī)身 臂部是機(jī)械手的主要執(zhí)行部件。作用是支承腕部和手部（包括工件與工具）。并帶動(dòng)他們作空間運(yùn)動(dòng)。臂部運(yùn)動(dòng)的目的是把手部送到空間運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)的任意一點(diǎn)。如果改變手部的姿態(tài)則由腕部的自由度實(shí)現(xiàn)。因而機(jī)械手的臂部一般具有三個(gè)自由度才能滿足基本要求：即手部的伸縮 左右回轉(zhuǎn)和升降（或俯仰）運(yùn)動(dòng)。機(jī)身是直接支承和傳動(dòng)手臂的部件。一般實(shí)現(xiàn)臂部的升降 回轉(zhuǎn)和俯仰等運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置或傳動(dòng)件都安裝在機(jī)身上，或者直接構(gòu)成機(jī)身的軀干與底座相連。因而其設(shè)計(jì)與臂部的設(shè)計(jì)經(jīng)常一起考慮。機(jī)身可以是固定的，也可以是行走的，即可以沿地面或架空軌道運(yùn)動(dòng)。 臂部設(shè)計(jì)的基本要求為：a 承載能力大，剛度好，

26、自重輕 b 運(yùn)動(dòng)速度高，慣性小 c 臂部運(yùn)動(dòng)應(yīng)靈活 d 位置精度要高 除上面提到的要求外，還要保證機(jī)械手的通用性要好，能適應(yīng)在不同環(huán)境作業(yè)的要求：工藝性要好，便于安裝和加工;用于高溫環(huán)境作業(yè)的機(jī)械手，還要考慮隔熱和冷卻；用于粉塵大作業(yè)區(qū)的機(jī)械手，還要設(shè)置防塵裝置等。這方面的設(shè)計(jì)需要根據(jù)機(jī)械手工作環(huán)境條件進(jìn)行具體的設(shè)計(jì)。 綜上所述，本機(jī)械手的設(shè)計(jì)，臂部選用雙導(dǎo)向桿伸縮結(jié)構(gòu)。其特點(diǎn)為手臂的伸縮缸安裝在兩根導(dǎo)向桿之間，由導(dǎo)向桿承受彎曲作用，活塞桿只受拉壓作用，受力簡單，傳動(dòng)平穩(wěn)，外形整齊美觀，結(jié)構(gòu)緊湊。 3.3 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) 根據(jù)動(dòng)力源不同大致可分為氣動(dòng)、液壓、電動(dòng)和機(jī)械傳動(dòng)。根據(jù)課

27、題特點(diǎn)。其中以液壓氣動(dòng)用的最多，占90%以上，電動(dòng)、機(jī)械驅(qū)動(dòng)用的較少。 液壓驅(qū)動(dòng)主要是通過油缸、閥、油泵和油箱等實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)。它利用油缸、馬達(dá)加上齒輪、齒條實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)；利用擺動(dòng)油缸、馬達(dá)與減速器、油缸與齒條、齒輪或鏈條、鏈輪等實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。液壓驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是壓力高、體積小、出力大、運(yùn)動(dòng)平緩，可無級變速，自鎖方便，并能在中間位置停止。缺點(diǎn)是需要配備壓力源，系統(tǒng)復(fù)雜成本較高。 氣壓驅(qū)動(dòng)所采用的元件為氣壓缸、氣壓馬達(dá)、氣閥等。一般采用4-6個(gè)大氣壓，個(gè)別的達(dá)到8-10個(gè)大氣壓。它的優(yōu)點(diǎn)是氣源方便，維護(hù)簡單，成本低。缺點(diǎn)是出力小，體積大。由于空氣的可壓縮性大，很難實(shí)現(xiàn)中間位置的停止，只能用于點(diǎn)位控制，

28、而且潤滑性較差，氣壓系統(tǒng)容易生銹。為了減少停機(jī)時(shí)產(chǎn)生的沖擊，氣壓系統(tǒng)裝有速度控制機(jī)構(gòu)或緩沖機(jī)構(gòu)。 電氣驅(qū)動(dòng)采用的不多?，F(xiàn)在都用三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力，用大減速比減速器來驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)；直線運(yùn)動(dòng)則用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)絲杠螺母機(jī)構(gòu)；有的采用直線電動(dòng)機(jī)。通用機(jī)械手則考慮用步進(jìn)電機(jī)、直流或交流的伺服電機(jī)、變速箱等。電氣驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)力源簡單，維護(hù)，使用方便。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)可以采用統(tǒng)一形式的動(dòng)力，出力比較大；缺點(diǎn)是控制響應(yīng)速度比較慢。 機(jī)械驅(qū)動(dòng)只用于固定的場合。一般用凸輪連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作。它的優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)作確實(shí)可靠，速度高，成本低；缺點(diǎn)是不易調(diào)整。 綜合考慮，本設(shè)計(jì)選用液壓驅(qū)動(dòng)，其特點(diǎn)是速度快，結(jié)構(gòu)簡

29、單，控制方便，傳遞力矩大，并且控制精度高 3.4控制機(jī)構(gòu) PLC控制 4 機(jī)械手手部的設(shè)計(jì)計(jì)算 4.1設(shè)計(jì)計(jì)算 （1）如下圖為常見的滑槽杠桿式手部結(jié)構(gòu)。在拉桿3的作用下銷軸2向上的拉力為P,并通過銷軸中心O點(diǎn)，兩手指1的滑槽對銷軸的反作用力為P1和P2，其力的方向垂直于滑槽的中心線OO1和OO2并指向O點(diǎn)，P1和P2的延長線交O1O2于A與B。 由∑Fx=0 得P1= P2 ∑Fy=0 得P1= ∑Mo1（F）=0 得P1h=Nb 因h= 所以P= 式中 a—手指的回轉(zhuǎn)支點(diǎn)到對稱中心線的距離（mm）； —工件被夾緊時(shí)手指的滑槽方向與兩回轉(zhuǎn)支點(diǎn)

30、連線間的夾角。 由分析可知，當(dāng)驅(qū)動(dòng)力一定時(shí)，角增大，則握力也隨之增加，但角過大會(huì)導(dǎo)致拉桿的行程過大，以及手指滑槽尺寸長度，使之結(jié)構(gòu)增大，因此一般取=～，這里取為350。 此處設(shè)計(jì)的機(jī)械手是滑槽杠桿式的。 夾緊力及驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算(1)由上知，驅(qū)動(dòng)力 P= 手指與工件的位置：手指垂直位置夾水平平位置放置的工件，那么握力,其中,f為摩擦系數(shù)，鋼對鋼f=0.1。工件的重力G=100N,解得握力N=84.18N.由計(jì)算可得，b=120mm,a=20mm, 代入公式中解得 驅(qū)動(dòng)力P=678N \ 圖4-1 1.手指 2.銷軸 3.拉桿 4.指座 (2)實(shí)際驅(qū)動(dòng)力： 式中P—

31、—計(jì)算出的驅(qū)動(dòng)力 ——手部的機(jī)械效率 ——安全系數(shù)，一般取為(1.2～2) ——工作情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響，可近似估算：，其中a為被抓取工件運(yùn)動(dòng)時(shí)的最大加速度，g為重力加速度() 該傳力機(jī)構(gòu)為杠桿式，故取，并取=1.5,假設(shè)被抓取工件的最大加速度a=g時(shí)，那么=2. 所以N 表4-1 液壓缸的工作壓力 作用在活塞上外力F（N） 液壓缸工作壓力Mpa 作用在活塞上外力F（N） 液壓缸工作壓力Mpa 小于5000 50000以上 （3）確定液壓缸的直徑D 由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊 液壓傳動(dòng)與控制》可知 由于作用在活塞上的

32、外力小于5000N,故選擇液壓缸壓力油工作壓力P=1MPa, 根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊 液壓傳動(dòng)與控制》表23.6-33，選取液壓缸內(nèi)徑為：D=63mm 則活塞桿內(nèi)徑為: D=630.5=31.5mm，選取d=32mm 4.2機(jī)械手手抓夾持精度的分析計(jì)算 機(jī)械手能否準(zhǔn)確夾持工件，把工件送到指定位置，不僅取決于機(jī)械手的定位精度（由臂部和腕部等運(yùn)動(dòng)部件來決定），而且也于機(jī)械手夾持誤差大小有關(guān)，為使機(jī)械手能適用于多品種小批量 工件直徑在一定范圍內(nèi)變化的生產(chǎn)中，必須使用合理的手部結(jié)構(gòu)參數(shù)，可以采用自動(dòng)定心的手部結(jié)構(gòu)來減少機(jī)械手的調(diào)整工作，從而使加持誤差控制在較小范圍內(nèi)。 該設(shè)計(jì)以棒料來分析機(jī)械手

33、的夾持誤差精度。 機(jī)械手的夾持范圍為40mm～60mm 一般夾持誤差不超過1mm,分析如下： 工件的平均半徑： 手指長,取V型夾角 圖4-3 手抓夾持誤差分析示意圖 偏轉(zhuǎn)角按最佳偏轉(zhuǎn)角確定： 計(jì)算 因，即和在雙曲線的對稱點(diǎn)的同側(cè)，故其夾持誤差△為： mm 夾持誤差△=1.5mm，因此本設(shè)計(jì)的夾持誤差<3mm,滿足設(shè)計(jì)的要求。 5 腕部的設(shè)計(jì)計(jì)算 5.1 腕部設(shè)計(jì)的基本要求 （1）力求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕。腕部處于臂部的最前端，它連同手部的靜、動(dòng)載荷均由臂部承擔(dān)，直接影響著臂部的結(jié)構(gòu)、重量和運(yùn)轉(zhuǎn)性能。因此，在腕部設(shè)計(jì)時(shí)，必須力求結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕。 （2）綜合考慮，

34、合理布局。腕部作為機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，又承擔(dān)連接和支撐作用，除了保證力和運(yùn)動(dòng)的要求，及具有足夠的強(qiáng)度、剛度外，還應(yīng)綜合考慮，合理布局，如應(yīng)解決好腕部與臂部和手部的連接，碗部各個(gè)自由度的位置檢測，管線布置，以及潤滑、維修、調(diào)整等問題。 （3）必須考慮工作條件。對于本設(shè)計(jì)，機(jī)械手的工作條件是在正常工作場合中搬運(yùn)加工的棒料，不會(huì)受到環(huán)境的影響，對機(jī)械手的腕部沒有太多不利因素。如果機(jī)械手處在高溫和腐蝕性的工作介質(zhì)中，就應(yīng)在設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮環(huán)境對機(jī)械手腕部的影響。 5.2 腕部的結(jié)構(gòu)以及選擇 典型的腕部結(jié)構(gòu) (1) 具有單自由度的回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu)。它直接用回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)腕部的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，具有結(jié)構(gòu)緊

35、湊、靈活等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛采用。 (2) 用齒條活塞驅(qū)動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu)。在要求回轉(zhuǎn)角大于的情況下，可采用齒條活塞驅(qū)動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)外形尺寸較大，一般適用于懸掛式臂部。 (3) 具有兩個(gè)自由度的回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu)。它是來實(shí)現(xiàn)腕部的回轉(zhuǎn)和左右擺動(dòng)。 (4) 機(jī)-液結(jié)合的腕部結(jié)構(gòu) 腕部結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇 本設(shè)計(jì)要求手腕回轉(zhuǎn)，通過以上的分析，腕部的結(jié)構(gòu)采用具有一個(gè)自由度的回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)方式采用液壓驅(qū)動(dòng)。因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)為球坐標(biāo)式機(jī)械手，為了使手部能適應(yīng)被抓取對象方位的要求，常常設(shè)有手腕上下擺動(dòng)，使其手部保持水平或其他狀態(tài)。所以在腕部與臂部連接處安裝一個(gè)回轉(zhuǎn)液壓缸，使腕部具有上下擺

36、動(dòng)的功能。 5.3腕部的設(shè)計(jì)計(jì)算 腕部設(shè)計(jì)考慮的參數(shù) 夾取工件重量10Kg，回轉(zhuǎn)。 腕部的驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算 （1）腕部轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)力矩力矩可按下式計(jì)算 ——驅(qū)動(dòng)腕部轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力矩(Nm) ——慣性力矩(Nm) ——參與轉(zhuǎn)動(dòng)的零部件的重量(包括工件 手部 腕部回轉(zhuǎn)缸的動(dòng)片)對轉(zhuǎn)動(dòng)軸線所產(chǎn)生的偏重力矩(Nm) ——腕部轉(zhuǎn)動(dòng)軸與支承孔處的摩擦阻力矩(Nm) ——腕部回轉(zhuǎn)缸的動(dòng)片與定片 缸徑 端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩(Nm) 棒料的計(jì)算采用最大值，夾取棒料直徑60mm，長度800mm，重量10Kg,因?yàn)橥蟛康纳炜s缸為腕部回轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)缸的軸，故將其整體視為一圓柱體

37、，直徑為180mm，其長為185mm，故估算其重為，另外，工件重為G2=100N。其總重為G=460N。 等速轉(zhuǎn)動(dòng)角速度。 因?yàn)? =（+) ====0.149 ===8.3958 代入 =(0.0367+8.3958) =33 所以 =0.1+0+33 =38.22 (2)回轉(zhuǎn)液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 單葉片回轉(zhuǎn)缸的壓力P與驅(qū)動(dòng)力矩M的關(guān)系為 式中 R——缸體內(nèi)壁半徑 r——輸出軸半徑 b——?jiǎng)悠?/p>

38、寬度 根據(jù)表5-1選擇液壓缸內(nèi)徑R=64mm,輸出軸直徑d=32mm,動(dòng)片寬度b=25mm. 那么回轉(zhuǎn)缸工作壓力為 選擇工作壓力為P=4Mpa. 表5-1 液壓缸的內(nèi)徑系列（JB826-66） （mm） 20 25 32 40 50 55 63 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 125 130 140 160 180 200 250 表5-2 標(biāo)準(zhǔn)液壓缸外徑（JB1068-67） （mm） 液壓缸內(nèi)徑 40 50 63 80 90 100 110 125 140

39、 150 160 180 200 20鋼P(yáng) 50 60 76 95 108 121 133 168 146 180 194 219 245 45鋼 50 60 76 95 108 121 133 168 146 180 194 219 245 6腕部與臂部連接處的回轉(zhuǎn)液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 在上節(jié)的計(jì)算中，可知腕部及手指和工件的重力分別為G1=360N,G2=100N.回轉(zhuǎn)油缸等效為高為150mm,直徑為105mm的圓柱體，其重力為 臂部伸縮油缸等效為高為730mm,直徑為135mm的圓柱體，其重力為 6.1驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算 慣

40、性力矩的計(jì)算 若腕部啟動(dòng)過程按等加速運(yùn)動(dòng)，腕部轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的角速度，啟動(dòng)過程所用的時(shí)間為，則 若腕部轉(zhuǎn)過的角速度為，啟動(dòng)過程所轉(zhuǎn)過的角度為，則 式中——參與腕部轉(zhuǎn)動(dòng)的部件對轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量() ——工件對腕部轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量() 設(shè)置轉(zhuǎn)過的角度=，啟動(dòng)時(shí)間=0.08s，那么角速度=1.963， 解得 那么 摩擦阻力矩的計(jì)算 偏重力矩的計(jì)算 =0 解得 6.2回轉(zhuǎn)液壓缸的確定 根據(jù)表選擇液壓缸內(nèi)徑，輸出軸直徑為，動(dòng)片寬度為，那么回轉(zhuǎn)缸工作壓力為 式中 R——缸體內(nèi)壁半徑（m） r——輸出軸半徑（m） b——?jiǎng)悠瑢挾龋╩）

41、解得 7 臂部的設(shè)計(jì)計(jì)算 臂部是機(jī)械手的主要執(zhí)行。它的作用是支撐腕部和手部（包括工件或工具），并帶動(dòng)它們作空間運(yùn)動(dòng)。手臂運(yùn)動(dòng)應(yīng)該包括3個(gè)運(yùn)動(dòng)：。 臂部運(yùn)動(dòng)的目的是把手部送到空間運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)的任意一點(diǎn)。如果改變手部的姿態(tài)(方位)則由腕部的自由度實(shí)現(xiàn)。因而機(jī)械手的臂部一般具有三個(gè)自由度才能滿足基本要求:即手部的伸縮 回轉(zhuǎn)和俯仰運(yùn)動(dòng)。臂部的各種運(yùn)動(dòng)通常用驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(油缸或氣缸)和各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，從臂部的受力情況看，他在工作中既直接承受腕部 手部和工件的靜 動(dòng)載荷，而且自身運(yùn)動(dòng)又較多，因而它的結(jié)構(gòu) 工作范圍 靈活性以及抓重大小和定位精度等都直接影響機(jī)械手的工作性能。 7.1 臂部設(shè)計(jì)的基本要求

42、 (1)臂部應(yīng)承載能力大、剛度好、自重輕 ①根據(jù)受力情況，合理選擇截面形狀和輪廓尺寸。 ②提高支撐剛度和合理選擇支撐間的距離。 ③合理布置作用力的位置和方向。 ④盡可能使結(jié)構(gòu)簡單化 ⑤水平放置的手臂，應(yīng)該增加導(dǎo)向桿的剛度 ⑥提高活塞和缸體內(nèi)徑配合精度，以提高手臂伸縮時(shí)的剛度。 (2)臂部要運(yùn)動(dòng)速度高，慣性小。 機(jī)械手手部的運(yùn)動(dòng)速度是機(jī)械手的主要參數(shù)之一，它反映機(jī)械手的生產(chǎn)水平。對于高速度運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手，其最大移動(dòng)速度設(shè)計(jì)在,最大回轉(zhuǎn)角速度設(shè)計(jì)在內(nèi)，在大部分行程上平均移動(dòng)速度為回轉(zhuǎn)角速度在。平均回轉(zhuǎn)速度為 在速度和回轉(zhuǎn)角速度一定的情況下，減小自身重量是減小慣性的最有效，最直

43、接的辦法，因此，機(jī)械手臂部要盡可能的輕。減少慣性沖擊的措施有： ①減少臂部運(yùn)動(dòng)件的重量，采用鋁合金等輕質(zhì)高強(qiáng)度材料 ②減少臂部運(yùn)動(dòng)件的輪廓尺寸 ③減少回轉(zhuǎn)半徑，在安排機(jī)械手運(yùn)動(dòng)順序時(shí)，先縮回回轉(zhuǎn)(或先回轉(zhuǎn)后伸)，盡可能在較小的前伸位置下進(jìn)行回轉(zhuǎn)動(dòng)作 ④驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中設(shè)有緩沖裝置。 (3)臂部動(dòng)作應(yīng)靈活。 為減少臂部運(yùn)動(dòng)件之間的摩擦阻力，盡可能用滾動(dòng)摩擦代替滑動(dòng)摩擦。對于懸臂式機(jī)械手，其傳動(dòng)件、導(dǎo)向件和定位件布置應(yīng)合理，使臂部運(yùn)動(dòng)盡可能保持平衡，以減少對升降支撐軸線的偏心力矩，特別要防止發(fā)生機(jī)構(gòu)卡死（自鎖現(xiàn)象）

44、。為此，必須計(jì)算使之滿足不自鎖的條件。 (4)位置精度要高。 7.2 手臂的典型機(jī)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)的選擇 典型的臂部運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu) 臂部的典型運(yùn)動(dòng)的形式有：直線運(yùn)動(dòng)，如臂部的伸縮，升降和橫向移動(dòng)；回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，如臂部的左右擺動(dòng)，上下擺動(dòng)；復(fù)合運(yùn)動(dòng)，如直線運(yùn)動(dòng)和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，兩直線運(yùn)動(dòng)的組合，兩回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的組合等。 （1）臂部作直線運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu) ①雙導(dǎo)向桿手臂伸縮結(jié)構(gòu) ②雙層油缸空心活塞桿單桿導(dǎo)向結(jié)構(gòu) ③采用花鍵套導(dǎo)向的手臂升降結(jié)構(gòu) ④雙活塞伸縮油缸結(jié)構(gòu) （2）臂部作直線運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu) ①回轉(zhuǎn)缸置于升降缸之下的機(jī)身結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)是能承受較大偏重力矩。其缺點(diǎn)是回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)路線長，花鍵軸的變形對回轉(zhuǎn)

45、精度的影響較大 ②回轉(zhuǎn)缸置于升降缸之上的機(jī)身結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)采用單缸活塞桿，內(nèi)部導(dǎo)向，結(jié)構(gòu)緊湊。但回轉(zhuǎn)缸與臂部一起升降，運(yùn)動(dòng)部件較大。 ③活塞桿和齒條齒輪結(jié)構(gòu)。手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是通過齒條齒輪機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)：齒條的往復(fù)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)與手臂連接的齒輪作往復(fù)回轉(zhuǎn)，從而使手臂左右擺動(dòng)。 （3）臂部做俯仰運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu) 俯仰運(yùn)動(dòng)大多采用擺動(dòng)式直線缸驅(qū)動(dòng)，而回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)大多采用回轉(zhuǎn)缸或齒條缸來實(shí)現(xiàn)。 手臂運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇 通過以上，綜合考慮，本設(shè)計(jì)的伸縮運(yùn)動(dòng)選擇單花鍵軸導(dǎo)向的伸縮機(jī)構(gòu),俯仰運(yùn)動(dòng)選擇擺動(dòng)式直線缸驅(qū)動(dòng)，回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)選擇回轉(zhuǎn)液壓缸驅(qū)動(dòng)。 7.3 手臂直線運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力計(jì)算 通常先進(jìn)行粗略的估算，或類比

46、同類型的結(jié)構(gòu)，根據(jù)運(yùn)動(dòng)參數(shù)初步確定有關(guān)機(jī)構(gòu)的主要尺寸，再進(jìn)行校核計(jì)算，修正設(shè)計(jì)。如此反復(fù)數(shù)次，繪出最終的結(jié)構(gòu)。 根據(jù)液壓缸運(yùn)動(dòng)時(shí)所克服的負(fù)載、摩擦、慣性等幾個(gè)方面的阻力，來確定液壓缸所需要的驅(qū)動(dòng)力。液壓缸活塞的驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算為 式中 ——摩擦阻力（N）.臂部運(yùn)動(dòng)時(shí)，運(yùn)動(dòng)件表面間的摩擦力。 ——密封裝置處的摩擦阻力（N） ——油缸回油腔低壓油造成的阻力，一般背壓阻力較小，可取 ——臂部啟動(dòng)或制動(dòng)時(shí)活塞桿上受到的平均慣性力（N） 手臂摩擦力的分析與計(jì)算 計(jì)算如下： 本機(jī)械手采用花鍵軸導(dǎo)向，在活塞桿與花鍵軸接觸處采用花鍵軸套，如圖中所示。 根據(jù)受力平衡，有

47、 得 得 (5.2) 式中 參與運(yùn)動(dòng)的零部件的總重力（包含被抓去的工件）（N）； L——臂部參與運(yùn)動(dòng)的零部件的總重心到導(dǎo)向支撐前端的距離（m）； a——導(dǎo)向支撐的長度（m）; ——當(dāng)量摩擦系數(shù)，其值與導(dǎo)向支撐的截面形狀有關(guān)。 對于圓柱面： ——摩擦系數(shù)，對于靜摩擦且無潤滑時(shí)： 鋼對青銅：取 鋼對鑄鐵：取 計(jì)算： 導(dǎo)向桿的材料選擇鋼，導(dǎo)向支撐選擇青銅 ，，L=540mm,花鍵軸套a=60mm 將有關(guān)數(shù)據(jù)代入進(jìn)行計(jì)算 手臂慣性力的計(jì)算 本設(shè)計(jì)要求手臂平動(dòng)是V=,設(shè)置啟動(dòng)時(shí)間

48、 (5.3) 解得 密封裝置的摩擦阻力 密封圈的形式有O型密封圈，Y型密封圈，V型密封圈。不同的密封圈，其摩擦阻力是不同的。在手臂設(shè)計(jì)中，采用O型密封，當(dāng)液壓缸工作壓力小于10Mpa。液壓缸處密封的總摩擦阻力可以近似為：。 經(jīng)過以上分析計(jì)算最后計(jì)算出液壓缸的驅(qū)動(dòng)力： 7.4 確定液壓缸工作壓力和結(jié)構(gòu) 經(jīng)過上面的計(jì)算，確定了液壓缸的驅(qū)動(dòng)力F=5591N，根據(jù)表3.1選擇液壓缸的工作壓力P=2Mpa,機(jī)械效率 確定液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸 液壓缸內(nèi)徑的計(jì)算，如下圖所示 圖7-2 液壓缸受力示意 當(dāng)油進(jìn)入無桿腔， 當(dāng)油進(jìn)入

49、有桿腔中， 液壓缸的有效面積： 故有 （無桿腔） （有桿腔） 式中 P——活塞的驅(qū)動(dòng)力（N） ——油缸的工作壓力（Mpa） d——活塞桿直徑（mm） D——油缸內(nèi)徑（mm） ——機(jī)械效率，在工程機(jī)械中用耐用膠可取=0.96 F=5591N，=，選擇機(jī)械效率 將有關(guān)數(shù)據(jù)代入： 根據(jù)表5-1，選擇標(biāo)準(zhǔn)液壓缸內(nèi)徑系列，選擇D=100mm. （1）液壓缸外徑的設(shè)計(jì) 根據(jù)裝配等因素，考慮到液壓缸的臂厚在15mm，所以該液壓缸的外徑為130mm. （2）活塞桿的設(shè)

50、計(jì)計(jì)算 ①按強(qiáng)度條件決定活塞桿直徑 按直桿拉 壓強(qiáng)度計(jì)算： 即 (mm) 式中 P——活塞桿所受的總載荷（N）,即活塞的驅(qū)動(dòng)力 ——活塞桿材料的許用應(yīng)力(Mpa):,其中為活塞桿的抗拉強(qiáng)度， n為安全系數(shù)，一般??；碳鋼取 現(xiàn)取 計(jì)算解得 由于采用花鍵軸在活塞桿內(nèi)部進(jìn)行導(dǎo)向，會(huì)使活塞桿的結(jié)構(gòu)變大，因此根據(jù)實(shí)際情況并參照表4-4，選擇活塞桿直徑d=70mm 表7-1 活塞桿直徑系列（GB/T2348-93）（mm） 10 12 14 16 18 20 22 25 28 32 32 36 40 45 50

51、56 63 70 80 90 100 110 125 140 160 180 ②活塞桿的計(jì)算校核 活塞桿的尺寸要滿足活塞（或液壓缸）運(yùn)動(dòng)的要求和強(qiáng)度要求。對于桿長L大于直徑d的15倍以上，按拉、壓強(qiáng)度計(jì)算： 因?yàn)榛钊麠U不滿足的條件，所以不必對活塞桿進(jìn)行校核。 表7-2 螺釘距離t1與工作壓力p 1 的關(guān)系 工作壓力p 1 螺釘距離t1 工作壓力p 1 螺釘距離t1 0.5~1.5 <150 2.5~5 <100 1.5~2.5 <120

52、 5~10 <80 7.5液壓缸蓋螺釘?shù)挠?jì)算 根據(jù)表4.3所示，因?yàn)榛剞D(zhuǎn)缸的工作壓力為2Mpa,所以螺釘間距t小于120mm, 每個(gè)螺釘在危險(xiǎn)剖面上承受的拉力為工作載荷和剩余預(yù)緊力之和 式中——工作載荷（N）， P——缸蓋所受的合成液壓力，即驅(qū)動(dòng)力（N） Z——螺釘數(shù)目， ——螺釘中心所在圓的直徑（mm） ——工作壓力(Mpa) ——剩余預(yù)緊力， 螺釘所在圓的直徑，根據(jù)表選擇 那么螺釘數(shù)目 取為 工作載荷 剩余預(yù)緊力 螺釘材料選擇45#，則 n為安全系數(shù)，,現(xiàn)取為2 螺釘?shù)膹?qiáng)度條件為 螺釘?shù)闹睆? ——計(jì)算載荷， —

53、—許用抗拉強(qiáng)度， ——螺釘材料的屈服點(diǎn)（Mpa） 表7-3 常用螺釘材料的屈服強(qiáng)度 鋼 號 10 Q215 Q235 35 45 40Cr (Mpa) 205 215 235 313 352 784 ——螺釘螺紋內(nèi)徑（mm）,,d 為螺釘公稱直徑，S為螺距。 解得 螺釘?shù)闹睆竭x擇d=10mm的圓柱頭螺釘，螺距S=1.5 mm,螺釘螺紋內(nèi)徑為 螺釘?shù)膹?qiáng)度為滿足強(qiáng)度條件。 8臂部俯仰缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 驅(qū)動(dòng)臂部俯仰的驅(qū)動(dòng)力矩，應(yīng)克服臂部等部件在啟動(dòng)時(shí)的重量對回轉(zhuǎn)軸線所產(chǎn)生的偏重力

54、矩和臂部在啟動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的慣性力矩以及各回轉(zhuǎn)副處摩擦力矩，即 圖8-1 臂部俯仰缸設(shè)計(jì)示意圖 一般手臂座與立柱連接軸在O處裝有滾動(dòng)軸承，其摩擦力矩較小，在鉸鏈處配合直徑較小，相對轉(zhuǎn)角亦小，故，則 式中 ——手臂等部件重力對回轉(zhuǎn)軸線的偏重力矩(N),臂部上仰時(shí)為正，下仰時(shí)為負(fù)，計(jì)算時(shí)主要考慮上仰的驅(qū)動(dòng)力矩 ——手臂做俯仰運(yùn)動(dòng)，在啟動(dòng)時(shí)的慣性力矩(Nm), ——工件對臂部回轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量() ——臂部俯仰對回轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量() ——臂部俯仰過程的角速度() ——臂部俯仰運(yùn)動(dòng)啟動(dòng)過程所需的時(shí)間(s),一般取 8.1驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算 慣性力矩的計(jì)算 設(shè)置啟動(dòng)角度為，啟動(dòng)時(shí)間=0.

55、1s,那么角速度 那么 的計(jì)算 由前面的分析可知 驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算 8.2俯仰擺動(dòng)油缸驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算 如圖所示，當(dāng)臂部與水平位置成時(shí)，則鉸接活塞桿的驅(qū)動(dòng)力(即俯仰擺動(dòng)油缸的驅(qū)動(dòng)力)P的作用線與鉛垂線的夾角是在范圍內(nèi)變化，而作用在活塞上的驅(qū)動(dòng)力通過連桿機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力矩與臂部俯仰角有關(guān)。 （1） 當(dāng)臂部處于上仰時(shí)， 解得 （2）當(dāng)臂部處于下仰時(shí)， 解得 選擇其中最大值作為俯仰擺動(dòng)缸設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)力。 俯仰擺動(dòng)油缸計(jì)算出驅(qū)動(dòng)力后即可按照直線伸縮油缸的設(shè)計(jì)計(jì)算。 8.3俯仰擺動(dòng)油缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 根據(jù)表選擇最大工作壓力 （1） 活塞桿的設(shè)計(jì)計(jì)算 取

56、 根據(jù)表選擇活塞桿直徑 那么油缸內(nèi)徑 圓整后取油缸內(nèi)徑 （2） 活塞桿的校核 因?yàn)榛钊麠U不滿足的條件，所以不必對活塞桿進(jìn)行校核。 8.4液壓缸蓋螺釘?shù)挠?jì)算 根據(jù)表4.3所示，因?yàn)榛剞D(zhuǎn)缸的工作壓力為3Mpa,所以螺釘間距t小于120mm, 每個(gè)螺釘在危險(xiǎn)剖面上承受的拉力為工作載荷和剩余預(yù)緊力之和 式中——工作載荷（N）， P——缸蓋所受的合成液壓力，即驅(qū)動(dòng)力（N） Z——螺釘數(shù)目， ——螺釘中心所在圓的直徑（mm） ——工作壓力(Mpa) ——剩余預(yù)緊力， 螺釘所在圓的直徑，根據(jù)表選擇 那么螺釘數(shù)目 取為 工作載荷 剩余預(yù)緊力

57、 螺釘材料選擇45#，則 n為安全系數(shù)，,現(xiàn)取為2 螺釘?shù)膹?qiáng)度條件為 螺釘?shù)闹睆? ——計(jì)算載荷， ——許用抗拉強(qiáng)度， ——螺釘材料的屈服點(diǎn)（Mpa） ——螺釘螺紋內(nèi)徑（mm）,,d 為螺釘公稱直徑，S為螺距。 解得 螺釘?shù)闹睆竭x擇d=10mm的圓柱頭螺釘。螺紋內(nèi)徑 螺釘強(qiáng)度的校核 滿足要求。 9 機(jī)身的設(shè)計(jì)計(jì)算 機(jī)身是直接支承和傳動(dòng)手臂的部件。一般實(shí)現(xiàn)手臂的回轉(zhuǎn)和升降或俯仰運(yùn)動(dòng)，這些運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置或傳動(dòng)件都安裝在機(jī)身上，或者直接構(gòu)成機(jī)身的軀干與底座相連。因而，其設(shè)計(jì)與臂部的設(shè)計(jì)經(jīng)常一起考慮。機(jī)身可以是固定的，也可以是行走的，既可以沿地面或架空軌道運(yùn)動(dòng)。 9.1

58、 機(jī)身的整體設(shè)計(jì) 按照設(shè)計(jì)要求，機(jī)械手要實(shí)現(xiàn)手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)在機(jī)身處。經(jīng)過綜合考慮，臂部的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)選用回轉(zhuǎn)缸置于機(jī)身上的結(jié)構(gòu)。如下圖所示， 臂部的回轉(zhuǎn)通過安裝在機(jī)身上回轉(zhuǎn)油缸來實(shí)現(xiàn)，因?yàn)楸鄄康幕剞D(zhuǎn)角度為，所以要將動(dòng)片和靜片的夾角設(shè)計(jì)為，由于臂部的重力過大會(huì)影響回轉(zhuǎn)缸的工作，所以采用圓錐滾子軸承，圓錐滾子軸承即能承受徑向力，也可以承受軸向力，通過圖中可知，由回轉(zhuǎn)軸傳遞的重力分配到圓錐滾子軸承上。同時(shí)在回轉(zhuǎn)軸上安裝了另一個(gè)圓錐滾子軸承，這個(gè)軸承的采用是為了阻止回轉(zhuǎn)軸向上的運(yùn)動(dòng)?？紤]到安裝的問題，動(dòng)片與回轉(zhuǎn)軸的連接采用鍵連接，便于安裝。 圖9-1臂部回轉(zhuǎn)液壓缸示意圖

59、 9.2 機(jī)身回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算 驅(qū)動(dòng)臂部回轉(zhuǎn)的力矩應(yīng)該與臂部運(yùn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的慣性力矩及各密封裝置處的摩擦阻力矩相平衡。 (6.1) （1）慣性力矩的計(jì)算 (6.2) 式中 ——回轉(zhuǎn)缸動(dòng)片角速度變化量（），在起動(dòng)過程中=； t——起動(dòng)過程的時(shí)間(s); ——臂部回轉(zhuǎn)部件（包括工件）對回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（）。 回轉(zhuǎn)部件（包括手部 工件 腕部 臂部）質(zhì)量為145Kg.設(shè)置起動(dòng)角度=210，則起動(dòng)角速度=3.66，起動(dòng)時(shí)間設(shè)計(jì)為0.

60、3s。 （2）密封處的摩擦阻力矩可以粗略估算下=0.03，由于回油背差一般非常的小，故在這里忽略不計(jì)。 經(jīng)過以上的計(jì)算=1076 9.3回轉(zhuǎn)缸尺寸的初步確定 設(shè)計(jì)回轉(zhuǎn)缸的靜片和動(dòng)片寬b=60mm，選擇液壓缸的工作壓強(qiáng)為2Mpa。d為輸出軸與動(dòng)片連接處的直徑，設(shè)d=50mm,則回轉(zhuǎn)缸的內(nèi)徑通過下列計(jì)算： （mm） 計(jì)算得D=98.36mm, 既設(shè)計(jì)液壓缸的內(nèi)徑為100mm,根據(jù)表4.2選擇液壓缸的基本外徑尺寸135mm. 10　機(jī)械手液壓系統(tǒng)工作原理 10.1 能量轉(zhuǎn)化簡圖 機(jī)械手的液壓傳動(dòng)力是以有壓力油作為傳遞動(dòng)力的工作介質(zhì)，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)油泵輸出壓力油，是將電動(dòng)機(jī)供給

61、的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為油液的壓力能，壓力油經(jīng)過管道及一些控制調(diào)節(jié)裝置導(dǎo)進(jìn)入油缸，推動(dòng)活塞桿運(yùn)動(dòng)，從而手臂作伸縮，升降運(yùn)動(dòng)，將油液的壓力能又轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。 其液壓傳動(dòng)能或概括如下： 圖6-1 能量轉(zhuǎn)化簡圖 10.2 液壓系統(tǒng)的組成 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)由以下幾個(gè)主要部分組成：油泵、液壓機(jī)、控制調(diào)節(jié)裝置、（如單向閥、溢流閥、換向閥、節(jié)流閥、調(diào)速閥、減壓閥、順序閥等）輔助裝置。 10.3 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)機(jī)械手的特點(diǎn) 液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)，由于液壓技術(shù)是一個(gè)比較成熟的技術(shù)，它具有動(dòng)力大（或力矩）慣性比大，快速響應(yīng)高、易于實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動(dòng)等特點(diǎn)，適用于承載能力大、慣性大以及在防爆環(huán)境中工作的機(jī)械手。 機(jī)械手

62、采用液壓傳動(dòng)比采用氣壓傳動(dòng)有如下優(yōu)點(diǎn)： (1) 能得到較大的輸出力和力矩； (2) 液壓傳動(dòng)滯后現(xiàn)象下，反應(yīng)較靈活，傳動(dòng)平穩(wěn)； (3) 輸出力和運(yùn)動(dòng)速度控制較容易； (4) 可達(dá)到較高的定位精度。 但液壓傳動(dòng)也有如下缺點(diǎn)： (1) 系統(tǒng)的泄漏難以避免，影響工作效率和系統(tǒng)的工作性能； (2) 油液的粘度對溫度的變化很敏感，當(dāng)溫度升高時(shí)，油的粘度即顯著降低，油液粘度的變化直接影響液壓系統(tǒng)的性能和泄漏量。 10.4 油缸泄漏問題與密封裝置 機(jī)械手由于油缸泄漏嚴(yán)重，壓力不能提高，工作性能不穩(wěn)定，以致影響機(jī)械手的正常使用。因此，為了保證機(jī)械手液壓系統(tǒng)的工作性能，在各油缸的相

63、對運(yùn)動(dòng)表面和固定連接斷面的進(jìn)行密封。以防止壓力油從高壓油腔泄漏到低壓油或泄漏到缸體處面。 目前，機(jī)械手液壓系統(tǒng)使用的密封件大多采用耐油橡膠制成的各種形式密封圈，作為動(dòng)密封和靜密封，以保證兩結(jié)合面的密封性。 密封圈在配合面間的密封作用，主要是借安裝時(shí)的預(yù)壓和工作時(shí)由于油液壓力的作用，使密封圈變形并壓緊密封表面達(dá)到目的。 10.4.1 活塞式油缸的泄漏與密封 對于實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞油缸來說，其泄漏主要是活塞與缸臂處的內(nèi)泄漏及往復(fù)活塞桿與缸蓋處的處泄漏。引起泄漏的原因是加工精度和滑動(dòng)面光潔度不高，以及控制裝置不良所致。 對于活塞油缸的靜密封，主要采用O型密封圈，它既可以用外徑或內(nèi)徑密封，

64、也可以用端面密封。 O型密封圈裝在溝槽中，因受油壓作用而變形，并張緊溝槽和間隙，從而起到密封的作用，因此它的密封性能隨壓力的增加而提高。但是，當(dāng)壓力過高或溝槽尺寸選擇不當(dāng)時(shí)，密封圈很容易被擠出溝槽而造成劇烈磨損。為克服這個(gè)缺點(diǎn)，當(dāng)油缸油液的壓力大于100㎏/㎝2時(shí)，要在O型密封圈側(cè)面放置擋圈，在壓力低于100㎏/㎝2時(shí)，一般不加擋圈。在手臂伸縮油缸和手臂俯仰油缸中都用了Y型密封圈，Y型密封圈在工作時(shí)壓力油液把Y型密封圈的唇邊緊緊壓在相對運(yùn)動(dòng)的兩配合面上，并隨著油液壓力的增高而提高密封性能，并能補(bǔ)償磨損的影響，所以裝配時(shí)唇邊要對壓力油腔。在一般情況下，Y型密封圈可直接裝入溝槽內(nèi)即可引起密封作用

65、，但在壓力變動(dòng)較大，滑動(dòng)速度較高的地方，要使用支承環(huán)以固定密封圈。 10.4.2 回轉(zhuǎn)油缸的泄漏與密封 手臂回轉(zhuǎn)油缸中，由于動(dòng)片與缸體，動(dòng)片與輸出軸，動(dòng)片端面和缸蓋之間的間隙不易保證，易引起較大的泄露，使油液的壓力降低，減少了輸出扭矩，達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，影響機(jī)械手的正常運(yùn)行。為減少泄漏，除嚴(yán)格控制相對運(yùn)動(dòng)表面的配合間隙外，主要的是采用密封裝置進(jìn)行密封。 經(jīng)反復(fù)考慮，選擇矩形橡膠密封圈組成回轉(zhuǎn)油缸的密封結(jié)構(gòu)，其中擋圈的作用是防止高壓油液將橡膠密封圈擠入配合間隙，以保證密封性并延長密封圈的使用壽命。 10.5 液壓系統(tǒng)傳動(dòng)方案的確定 10.5.1 各液壓缸的換向回路 為便于機(jī)械手的

66、自動(dòng)化控制，如采用可編程器或微機(jī)進(jìn)行控制，從工況圖中可知系統(tǒng)的壓力和流量都不高，因此一般選用電磁換向閥回路，以獲得較好的自動(dòng)化程度和經(jīng)濟(jì)效益。 液壓機(jī)械手一般采用單泵或雙泵供油，手臂伸縮、手臂俯仰和手臂旋轉(zhuǎn)等機(jī)構(gòu)采用并聯(lián)供油，這樣可有效降低系統(tǒng)的供油壓力，此時(shí)為了保證多缸運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)互不干擾，實(shí)現(xiàn)同步或非同步運(yùn)動(dòng)，換向閥需要采用中位“O”型換向閥。 10.5.2 調(diào)速方案 整個(gè)液壓系統(tǒng)只用單泵或雙泵工作，各液壓缸所需的流量相差較大，各液壓缸都用液壓泵的全流量工作是無法滿足設(shè)計(jì)要求的。盡管有的液壓缸是單一工作，但也需要進(jìn)行節(jié)流調(diào)速，用以保證液壓缸運(yùn)行的平穩(wěn)性。各缸可選擇進(jìn)油路或回油路節(jié)流調(diào)速，因?yàn)橄到y(tǒng)為中低系統(tǒng)，一般適宜選用節(jié)流閥調(diào)速。 機(jī)械手的手臂伸縮和手臂俯仰或升降缸采用兩個(gè)單向節(jié)流閥來實(shí)現(xiàn)。若只用一節(jié)流速調(diào)速時(shí)，則進(jìn)行油達(dá)到最大允許調(diào)速來實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)。當(dāng)無桿腔進(jìn)油時(shí)，其速度就少于最大允許速度，但仍然符合設(shè)計(jì)需要。 在一般情況下，機(jī)械手的各個(gè)部位是分別動(dòng)作，手腕回轉(zhuǎn)和手臂回轉(zhuǎn)缸（或升降）所需的流量較為接近，手腕回轉(zhuǎn)缸和手臂回轉(zhuǎn)缸及夾緊缸所需流量較為接近，且它們兩組缸所需的流量相