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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用数控机床上下料机械手设计摘 要 :通过对机械设计、制造及其自动化专业课程的学习,总结高校四年所学的知识,对工业机械手各部分机械结构和功能的论述和分析,以及实际操作中的应用情形,设计了一种圆柱坐标形式的数控机床上下料机械手；重点针对机械手的手爪、手腕、手臂、腰座等各部分机械结构以及机械手掌握系统传动系统、驱动系统）进行了具体的设计；同时对其掌握系统和液压系统进行了理论分析和设计运算；基于 PLC 对机械手的掌握系统进行了深化细致的设计,通过对机械手作业的工艺过程和掌握要求的分析,设计了掌握系统的硬件电路,同时编制了机械手
2、的掌握程序；设计达到了预期目标；目关键词：机械手；PLC；液压伺服定位；电液系统录第 1 章 前言 . 1 b5E2RGbCAP 1.1 选题背景 . 1 1.2 设计目的 . 1 1.3 进呈现状和趋势 . 1 第 2 章 机械手各部件的设计 . 3 2.1 机械手的总体设计 . 3 2.1.1 机械手总体结构的类型 . 3 2.1.2 具体设计方案 . 4 2.2 机械手手爪结构的设计 . 4 2.2.1 设计要求 . 4 2.2.2 驱动方式 . 5 2.2.3 典型结构 . 5 2.2.4 具体设计方案 . 6 2.3 机械手手腕结构的设计 . 7 2.3.1 手腕结构的设计要求 .
3、7 2.3.2 具体设计方案 . 7 1 / 41 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 41 页精选学习资料 - - - - - - - - - 2.4 机械手手臂构的设计. 8 个人资料整理仅限学习使用2.4.1 手臂结构的设计要求 . 8 2.4.2 具体设计方案 . 8 2.5 机械手腰座结构的设计 . 9 2.5.1 腰座结构的设计要求 . 9 2.5.2 具体设计方案 . 9 2.6 机械手的机械传动机构的设计 . 10 2.6.1 传动机构设计应留意的问题 . 10 2.6.2 常用的传动机构形式 . 10 2.6.3 具体设计方案 . 11 2.7 机械手驱动
4、系统的设计 . 12 2.7.1 常用驱动系统及其特点 . 12 2.7.2 具体设计方案 . 12 2.8 机械手手臂的平稳机构设计 . 12 2.8.1 平稳机构的形式 . 12 2.8.2 具体设计方案 . 13 第 3 章 理论分析和设计运算 . 14 3.1 电机选型有关参数运算 . 14 3.1.1 有关参数的运算 . 14 3.1.2 电机型号的挑选 . 16 3.2 液压传动系统设计运算 . 18 3.2.1 确定液压系统基本方案 . 18 3.2.2 拟定液压执行元件运动掌握回路 . 19 2 / 41 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 41 页精选学习
5、资料 - - - - - - - - - 3.2.3液压源系统的设计. 19 个人资料整理仅限学习使用3.2.4 绘制液压系统图 . 20 3.2.5 确定液压系统的主要参数 . 21 3.2.6 运算和挑选液压元件 . 26 第 4 章 机械手掌握系统的设计 . 28 4.1 系统硬件设计 . 28 4.1.1 操作面板布置 . 28 4.1.2 工艺过程与掌握要求 . 28 4.1.3 作业流程 . 29 4.1.4 掌握器的选型 . 30 4.1.5 掌握系统原理分析 . 31 4.1.6 PLC 外部接线设计 . 31 4.1.7 I/O 地址安排 . 32 4.2 系统软件设计 .
6、33 4.2.1掌握主程序流程图. 33 4.2.2掌握程序设计 . 34 结论 . 51 致谢 .52 p1EanqFDPw 参考文献 .53 DXDiTa9E3d 3 / 41 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 41 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用第一章 前言1.1 选题背景由于工业自动化的全面进展和科学技术的不断提高,对工作效率的提高迫在眉睫；单纯的 手工劳作以满意不了工业自动化的要求,因此,必需利用先进设备生产自动化机械以取代 人的劳动,满意工业自动化的需求；其中机械手是其进展过程中的重要产物之一,它不仅 提高了劳动
7、生产的效率,仍能代替人类完成高强度、危急、重复枯燥的工作,减轻人类劳 动强度,可以说是一举两得；在机械行业中,机械手越来越广泛的得到应用,它可用于零 部件的组装,加工工件的搬运、装卸,特殊是在自动化数控机床、组合机床上使用更为普遍；目前,机械手已进展成为柔性制造系统FMS 和柔性制造单元FMC 中一个重要组成部分；把机床设备和机械手共同构成一个柔性加工系统或柔性制造单元,可以节约巨大的工 件输送装置,结构紧凑,而且适应性很强；但目前我国的工业机械手技术及其工程应用的 水平和国外比仍有肯定的距离,应用规模和产业化水平低,机械手的讨论和开发直接影响 到我国机械行业自动化生产水平的提高,从经济上、技
8、术上考虑都是非常必要的；因此,进行机械手的讨论设计具有重要意义；RTCrpUDGiT 1.2 设计目的目前,我国大多数工厂的生产线上数控机床装卸工件仍由人工完成,其劳动强度大、生产 效率低,而且具有肯定的危急性,已经满意不了生产自动化的进展趋势；为了提高工作效率,降低成本 ,并使生产线进展成为柔性制造系统,适应现代机械行业自动化生产的要求,针对具体生产工艺 ,结合机床的实际结构,利用机械手技术,设计用一台上下料机械手代替人工 工作,以提高劳动生产率；本机械手主要与数控机床组合最终形成生产线,实现加工过程 的自动化和无人化；5PCzVD7HxA 1.3 进呈现状和趋势目前,国内外各种机械手和机械
9、手的讨论成为科研的热点,其讨论的现状和大体趋势如 下：一机械结构向模块化、可重构化进展；二工业机械手掌握系统向基于PC 机的开放型掌握器方向进展,便于标准化、网络化；器件集成度提高,结构小巧,且采纳模块化结构；大大提高了系统的牢靠性、易操作性,而且修理便利；jLBHrnAILg 三机械手中的传感器作用日益重要,除采纳传统的位置、速度、加速度等传感器外,仍 引进了视觉、听觉、接触觉传感器,使其向智能化方向进展；xHAQX74J0X 四关节式、侧喷式、顶喷式、龙门式喷涂机械手产品标准化、通用化、模块化、系列化 设计；柔性仿形喷涂机械手开发,柔性仿形复合机构开发,仿形伺服轴轨迹规划讨论,控 制系统开
10、发；LDAYtRyKfE 4 / 41 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 41 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用五焊接、搬运、装配、切割等作业的工业机械手产品的标准化、通用化、模块化、系列 化讨论；以及离线示教编程和系统动态仿真；Zzz6ZB2Ltk 总的来说,大体是两个方向：其一是机械手的智能化,多传感器、多掌握器,先进的控 制算法,复杂的机电掌握系统；其二是与生产加工相联系,性价比高,在满意工作要求的 基础上,追求系统的经济、简洁、牢靠,大量采纳工业掌握器,市场化、模块化的元 件； dvzfvkwMI1 其次章机械手各部件
11、的设计2.1 机械手的总体设计2.1.1 机械手总体结构的类型工业机械手的结构形式主要有四种：直角坐标结构,圆柱坐标结构,球坐标结构和关节型 结构；各结构形式及其相应的特点,分别介绍如下：rqyn14ZNXI 1.直角坐标机械手结构特点直角坐标机械手的空间运动是用三个相互垂直的直线运动来实现的,如图 2-1.a；由于直线 运动易于实现全闭环的位置掌握,因此,其运动位置精度高,但此种类型机械手的运动空 间相对较小,如要达到较大运动空间,就要求机械手的尺寸足够大；直角坐标机械手的工 作空间为一空间长方体,主要用于装配作业及搬运作业；直角坐标机械手有悬臂式,龙门 式,天车式三种结构；EmxvxOtO
12、co 2.圆柱坐标机械手结构特点圆柱坐标机械手的空间运动是用一个回转运动及两个直线运动来实现的,如图 2-1.b；其工 作空间是一个圆柱状的空间；这种机械手构造比较简洁,精度相对较高,常用于搬运作 业； SixE2yXPq5 3.球坐标机械手结构特点球坐标机械手的空间运动是由两个回转运动和一个直线运动来实现的,如图 2-1.c；其工作 空间是一个类球形的空间；这种机械手结构简洁、成本较低,但精度不很高,主要应用于 搬运作业；6ewMyirQFL 4.关节型机械手结构特点关节型机械手的空间运动是由三个回转运动实现的,如图2-1.d；相对机械手本体尺寸,其工作空间比较大,动作敏捷,结构紧凑,占地面
13、积小；此种机械手在工业中应用非常广5 / 41 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 41 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用泛,如焊接、喷漆、搬运、装配等作业；关节型机械手又分为水平关节型和垂直关节型两种； kavU42VRUs 2.1.2 具体采纳方案如图 2-2 所示机械手模拟工作布局图,依据实际操作的需要,该机械手在工作中需要 3 种运动 ,其中手臂的伸缩和立柱升降为直线运动 ,另一个为手臂的回转运动 ,因此其自由度数目为 3,综合考虑,应挑选圆柱坐标机械手结构,其结构简洁,工作范畴相对较大,且有较高的精度,满意设计要求；y
14、6v3ALoS89 2.2 机械手手爪结构设计6 / 41 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 41 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用2.2.1 设计要求手爪是用来进行操作及作业的装置,其种类许多,依据操作及作业方式的不同,分为搬运 用、加工用、测量用等；搬运用手爪是指各种夹持装置,用来抓取或吸附被搬运的物体；加工用手爪是带有喷枪、焊枪、砂轮、铣刀等加工工具的机械手附加装置,用来进行相应 的加工作业；测量用手爪是装有测量头或传感器的附加装置,用来进行测量及检验作业；M2ub6vSTnP 机械手手爪设计有如下要求：、机械手手爪是依
15、据机械手作业要求来设计的；既依据其应用场合设计手爪,在满意作 业要求的前提下,机械手手爪仍要求体积小、重量轻、结构紧凑；0YujCfmUCw 、机械手手爪的万能性与专用性是冲突的；万能手爪在结构上很复杂,甚至很难实现,从工业实际应用动身,应着重开发各种专用的、高效率的机械手手爪,加之以快速更换装 置,以实现机械手的多种作业功能,而不主见用一个万能的手爪去完成多种作业,以考虑 设计的经济效益；eUts8ZQVRd 、机械手手爪的通用性；通用性是指有限的手爪,可适用于不同的机械手,这就要求末端执行器要有标准的机械接口如法兰）,使末端执行器实现标准化；sQsAEJkW5T 、机械手手爪要便于安装和修
16、理,易于实现运算机掌握；2.2.2 驱动方式一般工业机械手手爪,多为双指手爪；按手指的运动方式,可分为回转型和移动型；按夹 持方式来分,有外夹式和内撑式两种；GMsIasNXkA 机械手夹持器 手爪）的驱动方式主要有三种：1.气动驱动方式这种驱动系统是用电磁阀来掌握手爪的运动方向,用气流调剂阀来调剂其运动速度；由于 气动驱动系统价格较低,所以气动夹持器在工业中应用较为普遍；另外,由于气体的可压 缩性,使气动手爪的抓取运动具有肯定的柔顺性,这一点是抓取动作非常需要的；TIrRGchYzg 2.电动驱动方式电动驱动手爪应用也较为广泛；这种手爪,一般采纳直流伺服电机或步进电机,并需要减 速器以获得足
17、够大的驱动力和力矩；电动驱动方式可实现手爪的力与位置掌握；但是,这 种驱动方式不能用于有防爆要求的条件下,由于电机有可能产生火花和发热；7EqZcWLZNX 3.液压驱动方式7 / 41 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 41 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用液压驱动方式是利用液压系统进行掌握,传动刚度大,可实现连续位置掌握；2.2.3 典型结构 机械手手爪的典型结构有以下五种：1.楔块杠杆式手爪利用楔块与杠杆来实现手爪的松、开,来实现抓取工件；2.滑槽式手爪当活塞向前运动时,滑槽通过销子推动手爪合并,产生夹紧动作和夹紧力,当
18、活塞向后运动时,手爪松开；这种手爪开合行程较大,适应抓取大小不同的物体；lzq7IGf02E 3.连杆杠杆式手爪在活塞的推力下,连杆和杠杆使手爪产生夹紧放松）运动,由于杠杆的力放大作用,这种手爪有可能产生较大的夹紧力；通常与弹簧联合使用；zvpgeqJ1hk 4.齿轮齿条式手爪 通过活塞推动齿条,齿条带动齿轮旋转,产生手爪的夹紧与松开动作；5.平行杠杆式手爪 采纳平行四边形机构,因此不需要导轨就可以保证手爪的两手指保持平行运动,且比带有 导轨的平行移动手爪的摩擦力要小得多；NrpoJac3v1 2.2.4 具体设计方案 结合具体的工作情形,本设计采纳连杆杠杆式的手爪；驱动活塞往复移动,通过活塞
19、杆端 部齿条,中间齿条及扇形齿条使手指张开或闭合；手指的最小开度由加工工件的直径来调定；本设计依据工件的直径为50mm 来设计；手爪的具体结构形式如图2-3 所示：1nowfTG4KI 8 / 41 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 41 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用2.3 机械手手腕结构的设计机械手手腕是机械手操作机的最末端,与手爪相连接,它与机械手手臂协作,使手爪在空 间运动,完成所需要的作业动作；fjnFLDa5Zo 2.3.1 手腕结构的设计要求、由于手腕安装在机械手末端,因此要求手腕设计应尽量小巧轻巧,结构紧凑；
20、、依据作业需要,设计机械手手腕的自由度；一般情形下,自由度数目愈多,腕部的灵 活性愈高,对对作业的适应才能也愈强；但自由度的增加,必定使腕部结构更复杂,掌握 更困难,成本也会相应增加；因此,手腕的自由度数,应依据实际作业要求来确定；tfnNhnE6e5 、为实现腕部的通用性,要求有标准的连接法兰,以便于和不同的机械手手爪进行连 接；、为保证工作时力的传递和运动的连贯,腕部结构要有足够的强度和刚度；、要设有牢靠的传动间隙调整机构,以减小空回间隙,提高传动精度；、手腕各关节轴转动要有限位开关,并设置硬限位,以防止超限造成机械损坏；2.3.2 具体设计方案通过对数控机床上下料作业的具体分析,考虑数控
21、机床加工的具体形式及对机械手上下料 作业时的具体要求,在满意系统工艺要求的前提下提高安全和牢靠性,为使机械手的结构 尽量简洁,降低掌握的难度,本设计手腕不增加自由度,实践证明这是完全能满意作业要9 / 41 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 41 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用求的, 3 个自由度来实现机床的上下料完全足够；具体的手腕 2-4；HbmVN777sL 2.4 机械手手臂结构的设计2.4.1 手臂结构的设计要求手臂手爪联结梁）结构见图机械手的手臂在工作时,要承担肯定的载荷,且其运动本身具有肯定的速度,因此,机械手
22、手臂的设计需要遵循以下设计要求：V7l4jRB8Hs 、工作空间的外形和大小与机械手手臂的长度,手臂关节的转动范畴有亲密的关系,因此手臂尺寸设计应合理,一般满意其工作空间即可；83lcPA59W9 、为了提高机械手的运动速度与掌握精度,应在保证机械手手臂有足够强度和刚度的条件下,尽可能在结构上、材料上设法减轻手臂的重量；mZkklkzaaP 、应尽可能使机械手手臂各关节轴相互平行；相互垂直的轴应尽可能相交于一点,这样可以使机械手运动学正逆运算简化,有利于机械手的掌握；AVktR43bpw 、机械手各关节的轴承间隙要尽可能小,以减小机械间隙所造成的运动误差；、为提高机械手手臂运动的响应速度、减小
23、电机负载,机械手的手臂相对其关节回转轴应尽可能在重量上平稳；2.4.2 具体设计方案10 / 41 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 41 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用由于机械手手臂运动为直线运动,且考虑到搬运工件的重量较大质量达 30KG ）,以及机械手的动态性能及运动的稳固性,安全性和较高的刚度要求,因此挑选液压驱动方式；通 过液压缸的直接驱动,液压缸既是驱动元件,又是执行运动件,因此不用再额外设计执行 件；而且液压缸实现直线运动,掌握简洁,易于实现运算机的掌握；ORjBnOwcEd 由于液压系统能供应很大的驱动力,
24、因此驱动力和结构的强度都较简洁实现,其关键在于 机械手运动的稳固性和刚度的设计；因此手臂液压缸的设计原就是液压缸的直径取得大一 点在整体结构答应的情形下）,再进行强度的较核；2MiJTy0dTT 同时,由于掌握和具体工作的要求,机械手的手臂的结构不能太大,如仅仅通过增大液压 缸的直径来增大刚度,是不能满意系统刚度要求的；因此,在设计时另外增设了导杆机 构,小臂增设了两个导杆,与活塞杆一起构成等边三角形的截面形式,尽量增加其刚度；大臂增设了四个导杆,成正四边形布置,为减小质量,各个导杆均采纳空心结构；通过增 设导杆,能显著提高机械手的运动刚度和稳固性,比较好的解决了结构、稳固性的问题；gIiSp
25、iue7A 2.5 机械手腰座结构的设计2.5.1 腰座结构的设计要求机械手的腰座,就是机械手的回转基座；它是机械手的第一个回转关节,承担了机械手 的全部重量；因此在设计机械手腰座结构时,有以下设计要求：uEh0U1Yfmh 、由于腰座要承担机械手全部的重量和载荷,因此,机械手腰座的结构要有足够大的强 度和刚度,以保证其承载才能,且腰座是机械手的第一个回转关节,它对机械手末端的运 动精度影响最大,因此,在设计时要特殊留意腰部轴系及传动链的精度与刚度；IAg9qLsgBX 、腰部结构要便于安装、调整；要有牢靠的定位基准面和调整机构；且腰座要安装在足 够大的基面,以保证机械手在工作时整体安装的稳固
26、性；WwghWvVhPE 、腰部的回转运动要有相应的驱动装置,它包括驱动器及减速器；驱动装置一般都带有 速度与位置传感器,以及制动器；asfpsfpi4k 、为了减轻机械手运动部分的惯量,提高掌握精度,要求回转运动部分由比重较小的铝 合金材料制成,而不运动的基座是用铸铁或铸钢材料制成；ooeyYZTjj1 2.5.2 具体设计方案腰座回转的驱动形式主要有两种,一是电机通过减速机构来实现,二是通过摇摆液压缸或 液压马达来实现；考虑到腰座是机械手的第一个回转关节,对机械手的最终精度影响大,故采纳电机驱动来实现腰部的回转运动；由于电动方式掌握的精度高,结构紧凑,不用额 外设计液压系统及其帮助元件；由
27、于电机都不能直接驱动,并考虑到转速以及扭矩的具体 要求,故采纳大传动比的齿轮传动系统进行减速和扭矩的放大；由于齿轮传动存在着齿侧11 / 41 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 41 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用间隙,影响传动精度,故仅采纳一级齿轮传动,采纳大的传动比大于 100）,同时为了减小传动误差,齿轮采纳高强度、高硬度的材料,高精度加工制造；腰座具体结构如图 2-5 所示： BkeGuInkxI 2.6 机械手的机械传动机构设计 2.6.1 传动机构设计应留意的问题 由于传动部件直接影响着机械手的精度、稳固性和快
28、速响应才能,因此,在设计机械手的 传动机构时要留意以下问题：PgdO0sRlMo 、机械手的传动机构要力求结构紧凑,重量轻,体积小,以提高机械手的运动速度及控 制精度；并在传动链及运动副中采纳间隙调整机构,以减小反向空回所造成的运动误差；3cdXwckm15 、尽量削减系统运动部件的静摩擦力,而正摩擦力为尽可能小的正斜率,以排除爬行现 象,增加系统寿命；、尽量缩短传动链,提高传动与支承刚度；、选用正确传动比,以达到提高系统辨论率、削减等效到执行元件输出轴上的等效转动 惯量,尽可能提高加速才能；h8c52WOngM 12 / 41 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页,共 41
29、页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用、适当的阻尼比；阻尼比越大,零件产生振动时最大振幅越小,衰减越快；但大的阻尼 会使系统误差增大,精度降低；故应实行合适的阻尼比；v4bdyGious 2.6.2 常用的传动机构形式常用的机械传动机构主要有螺旋传动、齿轮传动、链传动、同步带传动等；1.螺旋传动它主要是用来将旋转运动变换为直线运动或将直线运动变换为旋转运动；有传递能量为主 的,如螺旋压力机、千斤顶等；有以传递运动为主的,如机床工作台的进给丝杠；J0bm4qMpJ9 2.齿轮传动在机械手中常用的齿轮传动机构有圆柱齿轮,圆锥齿轮,谐波齿轮,摆线针轮及蜗轮蜗杆
30、 传动等；齿轮传动部件是转矩、转速和转向的变换器,用于伺服系统的齿轮减速器是一个力矩变换 器；齿轮传动时,齿轮传动形式及其传动比必需是正确匹配,应满意驱动部件与负载之间 的位移及转矩、转速的匹配要求,其输入电动机为高转速,低转矩,而输出就为低转速,高转矩,且系统要有足够的刚度；同时,为保证在同一驱动功率时,其加速度响应最大,仍要求其转动惯量尽量小；为使系统稳固,不产生传动死区,要尽量采纳齿侧间隙小,精 度高的齿轮,并采纳调整齿侧间隙的方法来排除或减小啮合间隙,从而提高传动精度和系 统的稳固性,降低成本；XVauA9grYP 3.链传动在机械手中链传动多用于腕传动上,为了减轻机械手末端的重量,一
31、般都将腕关节驱动电 机安装在小臂后端或大臂关节处；由于电机距离被传动的腕关节较远,故采纳精密套筒滚 子链来传动；bR9C6TJscw 4.同步带传动同步带传动是综合了一般带传动和链传动优点的一种新型传动；为保证带和带轮作无滑动 的同步传动,在带的工作面及带轮外周上均制有采纳承载后无弹性变形的高强力材料制成啮合齿,通过齿间啮合进行传动；其特点是传动比精确、传动效率高 成效好；能吸振、噪声低、不需要润滑；传动平稳,能高速传动可达 98%）、节能 可达 40m/s）、传动比可达 10,结构紧凑、保护便利等优点,故在机械手中使用许多；pN9LBDdtrd 2.6.3 具体设计方案由于选用了液压缸作为机
32、械手的手臂,它既是关节结构,又是动力单元,因此不需要中间传动机构,既简化了结构,又提高了精度；而其腰座的回转采纳步进电动机驱动,而电动13 / 41 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页,共 41 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用机不能作为直接驱动元件,因此为取得较大的转矩,经分析比较,挑选圆柱齿轮传动；为 了保证比较高的精度,尽量减小因齿轮传动造成的误差；同时大大增大扭矩,以较大的降 低电机转速,使机械手的运动平稳,动态性能好；这里只采纳一级齿轮传动,采纳大的传 动比 大于 100）,齿轮采纳高强度、高硬度的材料,高精度加工制造；
33、DJ8T7nHuGT 2.7 机械手驱动系统设计2.7.1 常用驱动系统及其特点工业常用驱动系统,按动力源分为液压、气动和电动三大类；依据需要也可将这三种基本 类型组合成复合式的驱动系统；这三类基本驱动系统的主要特点如下；QF81D7bvUA 1.液压驱动系统具有动力大、力 或力矩）与惯量比大、快速响应高、易于实现直接驱动、精度高等特 点；适合于在承载才能大,惯量大以及在防火防爆的环境中工作的机械手；4B7a9QFw9h 2.气动驱动系统具有速度快,系统结构简洁,修理便利、价格低等特点；适用于中、小负荷的机械手中采 用；但是因难于实现伺服掌握,多用于程序掌握的机械手中；ix6iFA8xoX 3
34、.电动驱动系统具有使用便利,噪声较低,掌握敏捷等特点；这类驱动系统不需要能量转换,但大多数电 机后面需安装精密的传动机构；wt6qbkCyDE 2.7.2 具体设计方案在分析了具体工作要求后,综合考虑各个因素,机械手腰部的旋转运动需要肯定的定位控 制精度,因此采纳步进电动机来实现；由于手臂采纳液压缸,故用液压驱动；随着机床加 工的工件的不同,手臂伸出长度不同,要求手臂具有伺服定位才能,故采纳电液伺服液压 缸进行驱动；而手爪的张开和夹紧通过液压柱塞缸活塞与中间齿轮和扇形齿轮协作来实 现,即手爪在柱塞缸推力作用下通过活塞杆端部齿条、中间齿轮及扇形齿轮使手指张开和 闭合； Kp5zH46zRk 2.
35、8 机械手手臂的平稳机构设计直角坐标型、圆柱坐标型和球坐标型机械手可以通过合理布局,优化设计结构,使得手臂 本身可能达到平稳；关节机械手手臂一般都需要平稳装置,以减小驱动器的负荷,同时缩 短启动时间；Yl4HdOAA61 2.8.1 平稳机构的形式14 / 41 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页,共 41 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用1.配重平稳机构这种平稳装置结构简洁,平稳成效好,易于调整,工作牢靠,但增加了机械手手臂的惯量 与关节轴的载荷；一般在机械手手臂的不平稳力矩比较小的情形下采纳这种平稳机构；ch4PJx4BlI
36、2.弹簧平稳机构弹簧平稳机构,机构简洁、造价低、工作牢靠、平稳成效好、易修理,因此应用广泛；3.活塞推杆平稳机构活塞式平稳系统分为两种,一是液压平稳系统,二是气动平稳系统；其中液压平稳系统平 衡力大,体积小,有肯定的阻尼作用；而气动平稳系统,具有很好的阻尼作用,但体积比 较大；活塞式平稳需要配备有特地的液压或气动装置,系统复杂,因此造价高,设计、安 装和调试都增加了难度,但是平稳成效好；用于配重平稳、弹簧平稳满意不了工作要求的 场合； qd3YfhxCzo 2.8.2 具体设计方案由于本机械手采纳圆柱坐标型的结构,而且在手臂的结构设计以及整个机械手的设计和布 局中都重点考虑了机械手手臂的平稳问
37、题,通过合理布局,优化设计结构,使得手臂本身 尽可能达到平稳；如实际工作中平稳结果不满意,就设置弹簧平稳机构进行平稳；E836L11DO5 第 3 章 理论分析和设计运算3.1 电机选型有关参数运算3.1.1 有关参数的运算1.如传动负载作直线运动 通过滚珠丝杠）就有15 / 41 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页,共 41 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用16 / 41 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页,共 41 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用17 / 41
38、名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页,共 41 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用18 / 41 名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页,共 41 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用19 / 41 名师归纳总结 - - - - - - -第 19 页,共 41 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用3.1.2 电机型号的挑选依据以上运算结果,并综合考虑各方面因素,打算挑选北京和利时电机技术有限公司 原北京四通电机公司）的步进电机,具体型号
39、为：S42ehLvE3M 110BYG550B-SAKRMA-0301 或 110BYG550B-SAKRMT-0301 或 110BYG550B-BAKRMT-0301 ,该步进电机高转矩,低振动,综合性能很好,各项参数如表 3-2；501nNvZFis 其中 110BYG550B-SAKRMA-0301型步进电机矩频特性曲线和相关技术参数；如图3-3 所示 jW1viftGw9 驱动方式为升频升压,步距角为0.36 ；同时由于腰部齿轮传动比为1：120,步进电机经过减速后传递到回转轴,回转轴实际的步距角将为电机实际步距角的1/120理论上）,虽然实际上存在着间隙和齿轮传动非线性误差,实际回
40、转轴的最小步距角也仍旧是很小的,故其精度相当高,完全满意机械手的定位精度要求；xS0DOYWHLP 20 / 41 名师归纳总结 - - - - - - -第 20 页,共 41 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用3.2 液压传动系统设计运算3.2.1 确定液压系统基本方案液压执行元件大体分为液压缸和液压马达,液压缸实现直线运动,液压马达实现回转运动；二者的特点及适用场合见表 3-1： LOZMkIqI0w 21 / 41 名师归纳总结 - - - - - - -第 21 页,共 41 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理
41、 仅限学习使用由于机械手设计为圆柱坐标形式,且具有3 个自由度,一个为腰座的转动,两个为手臂的移动自由度；同时考虑机械手的工作环境和载荷对其布局和定位精度的要求,以及运算机 的掌握的因素,腰部的回转用电机驱动实现,机械手的水平手臂和垂直手臂都采纳单活塞 杆液压缸,来实现直线往复运动；ZKZUQsUJed 3.2.2 拟定液压执行元件运动掌握回路液压执行元件确定后,其运动速度和运动方向的掌握是液压回路的核心问题；速度掌握通过转变液压执行元件输入或输出的流量或者利用密封空间的容积变化来实现；相应的调速方式有节流调速、容积调速以及二者结合的容积节流调速；方向掌握是用换向 阀或是规律掌握单元来实现；对
42、于一般中小流量的液压系统,通过换向阀的有机组合来实 现所要求的动作；对高压大流量的系统,多采纳插装阀与先导掌握阀的规律组合来实现；dGY2mcoKtT 本设计的速度的掌握主要采纳节流调速,利用用比较简洁的节流阀来实现,而方向掌握采 用电磁换向阀来实现；22 / 41 名师归纳总结 - - - - - - -第 22 页,共 41 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用3.2.3 液压源系统的设计液压系统的工作介质完全由液压源来供应,液压源的核心是液压泵；节流调速系统一般用 定量泵供油,在无其他帮助油源的情形下,液压泵的供油量要大于系统的需油量,余外的 油
43、经溢流阀流回油箱,溢流阀同时起到掌握并稳固油源压力的作用；容积调速系统多用变 量泵供油,用安全阀来限定系统的最高压力；rCYbSWRLIA 油液的净扮装置是液压源中不行缺的元件；一般泵的入口要装粗滤油器,进入系统的油液 依据要求,通过精滤油器再次过滤；为防止系统中杂质流回油箱,可在回油路上设置磁过 滤器；依据液压设备所处的环境及对温升的要求,仍要考虑加热、冷却等措施；FyXjoFlMWh 本设计的液压系统采纳定量泵供油,由溢流阀V1 来调定系统压力；为了保证液压油的干净,防止液压油带入污染物,故在油泵的入口安装粗过滤器,而在油泵的出口安装精过 滤器对循环的液压油进行净化；TuWrUpPObX 3.2.4 绘制液压系统图本机械手的液压系统图如图3-2 所示 详见图纸第四页）,它拥有垂直手臂的上升、下降,水平手臂的前伸、后缩,以及执行手爪的夹紧、张开三个 执行机构；其中,泵由三相沟通异步电动机 M 拖动；系统压力由溢流阀 V1 调定； 1DT 的得失电打算 了动力源的投入与摘除；7qWAq9jPqE 23 / 41 名师归纳总结 - - - - - - -第 23 页,共 41 页精选学习资料 - - - - -