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1、本科生畢業(yè)答辯 學(xué)院： 工業(yè)機(jī)械手液壓系統(tǒng)設(shè)計 題目簡介 1 工業(yè)機(jī)械手液壓系統(tǒng)概述 2 工業(yè)機(jī)械手液壓系統(tǒng)的工作原理 3 4 目錄 工業(yè)機(jī)械手液壓系統(tǒng)的設(shè)計 4 1. 題目簡介 工業(yè)機(jī)械手（即機(jī)器人）一般指用于機(jī)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(jī)、電冰箱、洗衣機(jī)）、化工等行業(yè)自動化生產(chǎn)線中的點(diǎn)焊、弧焊、噴漆、切割、電子裝配及物流系統(tǒng)的搬運(yùn)、包裝、碼垛等作業(yè)的機(jī)械裝置。 機(jī)械手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(jī)器特長的一種擬人的電子機(jī)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(jī)器
2、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(jī)器的進(jìn)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(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的自動化設(shè)備 。 而高精度工業(yè)機(jī)械手大多采用液壓傳動的方式 ，例如 多自由度機(jī)械手 就裝有伸縮、回轉(zhuǎn)、升降多個液壓系統(tǒng)， 在計算機(jī)控制下 才 能夠?qū)崿F(xiàn)精準(zhǔn)定位操作 。液壓傳動 裝置 具有質(zhì)量 輕 、體積小、運(yùn)動慣性 小 、反應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)， 所以 適用于高精度機(jī)械手，并且操作簡單方便，可 在較大范圍內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)無極調(diào)速 ， 從而使機(jī)器達(dá)到較高的自動化 。 2. 工業(yè)機(jī)械手液壓系統(tǒng)概述 手臂伸縮液壓系統(tǒng) 1 手臂垂直升降液
3、壓系統(tǒng) 2 手臂回轉(zhuǎn)齒條活塞液壓系統(tǒng) 3 4 手腕回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng) 4 手爪夾合液壓系統(tǒng) 5 6 6 械手液壓系統(tǒng)設(shè)計目的和要求 上下料用機(jī)械手能在不同高度與不連續(xù)的工作臺之間實(shí)現(xiàn)機(jī)械零件的重復(fù)取放，代替人工勞動，減輕了人工勞動強(qiáng)度，提高了自動化水平和勞動生產(chǎn)率，保證了產(chǎn)品的質(zhì)量和工人的安全。 上下料用機(jī)械手采用圓柱坐標(biāo)的結(jié)構(gòu)形式，主要的組成部分有：升降機(jī)構(gòu)，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，手臂伸縮結(jié)構(gòu)等，在這三中機(jī)構(gòu)中采用液壓驅(qū)動傳動方式，能保證機(jī)械手的整體結(jié)構(gòu)的緊湊性，運(yùn)動平穩(wěn)以及可以方便的實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速。 運(yùn)動分析 如圖所示 ， 機(jī)械手在工作過程中需三種運(yùn)動 ，其中手臂的伸縮和立柱的升降為兩種直線運(yùn)動 ，而手臂的回
4、轉(zhuǎn)為圓周運(yùn)動 ， 所以采用圓柱坐標(biāo)形式 。 其特點(diǎn)是 ， 結(jié)構(gòu)簡單 ， 手臂運(yùn)動范圍大 ，有較高的定位準(zhǔn)確度 。 關(guān)鍵問題： 機(jī)械手的三個運(yùn)動方式構(gòu)成了三個自由度，是機(jī)械手精確定位的關(guān)鍵 械手各液壓系統(tǒng)的工作范圍 機(jī)械手的手臂伸縮液壓系統(tǒng)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 500手臂回轉(zhuǎn)的運(yùn)動范圍 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 200 是手臂垂直升降液壓系統(tǒng)的工作范圍 ， 還有手腕翻轉(zhuǎn)的運(yùn)動范圍 180度 。 此外手爪夾合液壓系統(tǒng)的工作狀態(tài)為打開 ， 閉合兩種 ，在待料處手爪打開 ， 然后閉合夾住材料；在送料出手爪打開
5、下料 ， 然后閉合 。 所有液壓系統(tǒng)復(fù)位重新待料 。 3. 工業(yè)機(jī)械手液壓系統(tǒng)的工作原理 根據(jù)具體 工作 情況 ， 電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)至少應(yīng)有手臂的升降 、 伸縮 、 回轉(zhuǎn)以及手腕回轉(zhuǎn)四個不同的自由度 。 手臂升降液壓缸 、 手臂伸縮液壓缸 、 手臂回轉(zhuǎn)液壓缸 、 手腕回轉(zhuǎn)液壓缸 、 手爪夾合液壓缸和回轉(zhuǎn)定位液壓缸各個部分相互協(xié)作 ， 共同執(zhí)行液壓的傳動 。 液壓缸驅(qū)動和電氣控制共同完成一系列動作并以此循環(huán)往復(fù)： 定位銷定位 手臂延伸 手爪打開 手爪夾合 （ 材料） 手臂回升 手臂回縮 手腕翻轉(zhuǎn) 180 撤定位銷 手臂側(cè)轉(zhuǎn) 90 再次固定定位銷 手爪打開 下料 手爪閉合 手臂回縮 手臂降至最低點(diǎn) 手
6、腕復(fù)位 撤定位銷 手臂復(fù)位 重新待料 。 5 壓原理簡圖 主油箱液壓泵單向閥過濾器壓力表A 壓力表開關(guān)電磁換向閥 溢流閥手臂伸縮液壓缸A 雙向調(diào)速閥手臂升降液壓缸A 手臂回轉(zhuǎn)（齒條液壓缸）A 手腕回轉(zhuǎn)（擺動式液壓缸）A 手爪夾合（齒條液壓缸）氣控制系原理圖 4. 工業(yè)機(jī)械手液壓系統(tǒng)的設(shè)計 1） 至位置 （ 2） ， 至位置 （ 1） 1） 液壓回路包括液壓泵、單向閥、散熱器、輸油管路、電磁閥、調(diào)壓閥、限流閥、油缸以及控制電路。確定液壓執(zhí)行元件以后，根據(jù)設(shè)備的共組特點(diǎn)和工作要求確定對主要性能起決定性影響的回路，機(jī)械手液壓系統(tǒng)主要針對伸縮運(yùn)動，升降運(yùn)動和回轉(zhuǎn)運(yùn)動的三個主要運(yùn)動來選擇回路， 選擇如下
7、： （ 1）方向控制回路：它在液壓系統(tǒng)中的作用是控制執(zhí)行元件的啟動、停止或改變運(yùn)動方向。 （ 2）壓力控制回路： 它的作用是利用壓力控制閥來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的壓力控制，用來實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓、減壓、增壓和多級調(diào)壓等控制，以滿足執(zhí)行元件在力或轉(zhuǎn)矩及各種動作對系統(tǒng)壓力的要求。 （ 3）速度控制回路： 它是液壓系統(tǒng)的重要組成部分，用來控制執(zhí)行元件的運(yùn)動速度。 （ 4） 壓力源電路：被稱為一個電源的壓力源的電路，功能是增加壓力，流速，以滿足液壓制動器的需求。 壓回路的選擇 壓泵流量計算及馬達(dá)功率確定 液壓泵流量計算（此處以前泵為例后泵同理） 前泵的流量： 式中： V 泵的排量（ mL/r ） n 泵的額定轉(zhuǎn)速（ r/
8、馬達(dá)功率確定 式中： N 油泵所需要的電動機(jī)功率； P 油泵的最大工作壓力（ ）； 油泵最大流量（ ）； 油泵總效率，普通葉片泵 =輪泵 = = 馬達(dá)功率 ： 前m 0 033m a x 前m 033m q 前/m a a x 前3泵 泵泵關(guān)鍵問題： 液壓泵的流量決定了液壓系統(tǒng)的工作 壓力，對其性能和維護(hù)至關(guān)重要，馬達(dá)功率則是系統(tǒng)高效穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。 根據(jù)系統(tǒng)選擇標(biāo)準(zhǔn)液壓元件 機(jī)械手液壓系統(tǒng)的主要液壓元件選擇包括：油箱 ， 液壓泵 ， 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 。 存在的問題 工業(yè)機(jī)械
9、手通常為多自由度機(jī)械手，采用液壓驅(qū)動的傳動方式，但是有多個液壓系統(tǒng)相互協(xié)調(diào)驅(qū)動，在實(shí)際裝配時比較困難，而且對液壓元件的精度要求極高，此次為理論設(shè)計，對液壓元件的精度計算不夠準(zhǔn)確，需根據(jù)實(shí)際情況替換不同規(guī)格種類的元件。 液壓系統(tǒng)的電氣控制圖不夠簡化，線路較為復(fù)雜，增加了實(shí)際過程中安裝線路的難度，對液壓系統(tǒng)的維護(hù)和檢修不便。 總結(jié) 雖然我設(shè)計的只僅僅簡單工業(yè)機(jī)械手的液壓系統(tǒng)，但需要了解機(jī)械手伸縮、升降、回轉(zhuǎn)、夾持等功能，這些都是機(jī)械手的液壓傳動和液壓控制部分，并且分別要對這些機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析，設(shè)計和理論計算，以及對其所需的附件選擇。通過這次的畢業(yè)設(shè)計讓我之前所學(xué)的機(jī)械設(shè)計理論與實(shí)際的相結(jié)合，鞏固和深化了所學(xué)過的專業(yè)理論知識 ， 讓我對液壓技術(shù)有了更深的了解。 致謝
工業(yè)機(jī)械手液壓系統(tǒng)設(shè)計答辯稿
