上下料机械手设计毕业设计(编辑修改稿)

上下料机械手设计毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

增高，对液压元件精度及密封要求也高。 2. 油泵 油泵是液压系统的心脏，它把电动机输入的机械能转变成为油压，同时向液压系统提供具有一定压力和流量的压力油。 油泵的种类较多，目前在机械手上多数是采用齿轮 泵和叶片泵。 而从流量的特性看，多数是采用定量泵。 机械手常用的齿轮泵 CB 型，一般额定工作压力为 25kg/ 2cm ，叶片泵（ YB）型一般为武汉纺织大学 2020 届毕业设计（论文） 15 63kg/ 2cm。 而定量泵是根据液压系统所需的油泵工作压力 P 和所需的流量 q 这两个参数来确定的。 3. 控制阀 液压元件主要有方向控制阀、压力控制阀和流量控制阀 3大类。 (1) 方向控制阀 方向控制阀能够引导或阻止液流通过某选定的通道，它只起开关作用，而不能调节流量和压力。 它通常是两通 、三通和四通型的，可以采用手动和机械传动、气动和电动进行操作。 (2) 压力控制阀 压力控制阀用于调节油路压力，可分为溢流阀和减压阀两类，可以是单级（直接作用式），也可以是两级（复合式）。 溢流阀是常闭的，达到最大压力时才开启，将多余流量从旁路流掉，以保持调定的压力；减压阀是常开的，它的关闭是为了对管道中液流进行节制，以保持某一最低压力。 此外，与减压阀结构近似的压力控制阀还有安全阀或过载溢流阀、背压阀、卸荷阀、分载阀、顺序阀、降压阀以及冲击抑制阀等。 (3) 流量控制阀 流量控制阀用来调节油路中流量，其结构形 式也很多。 从简单的两通针阀、球阀、闸门阀直至固定式和可调式带压力补偿的流量控制阀等。 分流阀、减速阀也是流量控制的一种特殊形式。 总之，液压执行元件结构紧凑，输出功率大，作为动力元件是十分合适的。 但怎样进行反馈测量以及信号放大、信号操纵，则有赖于电子元件。 液压控制系统原理 机械手的液压系统是以有压力的油液作为传递动力的工作介质。 电动机带动油泵输出压力油，是将电动机供给的机械能转换成油液的压力能。 压力油经过管道及一些控制调节装置进入油缸，推动活塞杆运动，从而使手臂作伸缩、升降等运动，将油液的压力能又转 换机械能。 手臂在运动时所克服的摩擦阻力大小，以及夹持式手部夹紧工件时所需保持的握力大小，均与油液的压力和活塞的有效面积有关。 手臂做各种运动的速度决定于流入密封油缸中油液容积的多少。 这种借助于运动着的压力油的容积变化来传递动力的液压传动称为容积式液压传动，机武汉纺织大学 2020 届毕业设计（论文） 16 械手的液压传动系统都是属于容积式液压传动。 液压传动系统框图可概括如下：电动机 机 械 能输 入油泵压 力 油控 制 调 节 装 置（ 各 种 阀 类 ）控 制 系 统 压 力 运 动 方 向 运 动 速 度压 力 能输 入直 线 运 动 油 缸执 行 机 构 （ 手 臂 、手 腕 、 手 部 等 ）回 转 运 动 油 缸（ 油 马 达 ） 图 33a 液压传动系统框图 根据系统框图绘画出其原理图。 D 1 12 11 31 21 4812345672 02 01 991 0去 手 臂 升 降回 转 油 路 图 33b 机械手夹紧液压原理图 机械能 输出 武汉纺织大学 2020 届毕业设计（论文） 17 1油箱 2滤油器 3油泵 4溢流阀 5单向阀 8换向阀 9压力表开关 10压力表 11直线缸 12活塞杆（手臂） 13手指 14手指动作直线缸 20回油油 图 33b中换向阀 8 是处于中间位置的，这时手臂是不动的。 换向阀 7处于断电状态（工作油路 19 与手指夹紧油缸 14 左腔断开）。 压力油通过单向阀 5 进入工作油路 19 后，又分成几条油路分别进行 工作。 其中一条压力油经换向阀 8（此时电磁铁线圈左通电，而右端的电磁铁断电）把阀芯推向右方，使压力油经左边的环槽进入手臂伸缩油缸 11的左腔，活塞杆 12向右移动（手臂伸出）。 油缸 11右腔的油经换向阀 8右边的环槽和回油路 20 流回油箱。 当换向阀 8的电磁铁线圈左断电，而其右边的电磁铁线圈通电时，把阀芯推向左边，使工作油路 19 与手臂伸缩油缸 11 的右腔接通，压力油推动活塞杆（手臂） 12 向左移动，使伸缩缸 11 左腔的油经换向阀 8左边的环槽和回油油路 20 流回油箱。 另一路压力油经换向阀 7，工作油路 19 中的压力油进到握紧油缸 14 的左腔，推动活塞杆 21 向右移动，借助其端面的楔形使手指 13 闭合，以握紧物件。 手部握紧工件时要有一定的握力，因此要求油路系统要保持一定的压力，这个压力的调节是由溢流阀 4实现的。 从油泵 3 打出来的压力油，除了通向单向阀 5以外，还有一条分路通向溢流阀 4。 当溢流阀中的钢球在弹簧的作用下将阀门堵死时，压力油不能通过溢流阀。 当油液的压力增高到一定程度时，并能克服弹簧的作用力将钢球顶开时，压力油就通过溢流阀及管路而流回油箱，使工作油液的压力再不能继续升高。 机械手夹紧液压系统的控制回路 机械手的液压系统，根据机械手 动作的多少，液压系统可繁可简，但是总不外乎由一些基本控制回路所组成。 这些基本控制回路具有各种功用，如工作压力的调整、油泵的卸荷、运动的换向、工作速度的调节以及同步运动等。 而任何机械运动的全局都是由它的局部构成，掌握了实现这些基本功用的液压控制回路，对于分析和设计机械手的液压系统大有裨益。 武汉纺织大学 2020 届毕业设计（论文） 18 液压控制的特点 1. 液压控制的优点 （ 1）液压执行元件（马达和油缸）结构紧凑，重量轻，功率 重量比小。 （ 2）可通过液压油带走大量热能，保证机械的正常运行，并且由于液压油的润滑作用，可延长元件的使用寿命。 （ 3）液压元件有直线位移式和旋转式两种，使用范围较广，其控制速度的区间也比较宽。 只要通过阀和泵的调节就能实现开环与闭环的控制系统。 （ 4）响应速度比较快，能高速启动、制动和反向，无滞后现象。 其力矩 惯量比也较大，因而其加速能力较强。 （ 5）液压元件与其他驱动元件相比，刚度较大、位置误差小、定位精度、耐振动。 2. 液压控制的缺点 （ 1）液压控制需要一套液压系统，不像电力容易获得，而且价格较贵。 （ 2）油温有上限，并难以保持不漏，比较脏，容易使阀和执行元件堵塞。 （ 3）控制系统比较复杂，处理功率信号的数字运算误差 、检测、放大、测试与补偿功能不如电子、机电装置灵活简便。 武汉纺织大学 2020 届毕业设计（论文） 19 第四章 机械手夹紧电气控制设计 设计内容 机械手的设计，主要是根据生产的具体要求进行机械手方案的设计，以便选择和确定机械手的形式、机械结构、驱动方式及系统原理图和控制方式及线路图等。 它必须视具体情况而定。 此次设计因为要考虑到手部、大手臂、小手臂、手腕的动作状态，根据这几个动作要求，选择可进行多个动作操作的关节式。 目前工业生产中多采用液压系统进行控制，故此次设计经实用性方面考虑驱动方式和控制方式均采用 液压系统来进行驱动并控制。 设计要求 1. 被抓取对象的情况 就是被抓物件的重量、形状、尺寸、材料、表面加工情况、易碎性及数量等，以便选择手部的结构及计算必要的夹紧力或吸附力大小。 2. 工作现场的情况 机械手所附属于工作主机或自动线的工作场地面积和空间大小，工作主机的排列情况等，决定着机械手的安装情况。 3. 工作环境及其他特殊要求 此次设计主要是在高温环境下作业，由于有热的传导和辐射问题，手部要采取冷却与隔热措施，使机械手能够安全顺利的实施自动操作。 方案的确定 方案的 确定主要是机械手的驱动方式的确定。 究竟是用液压、气压、电动，还是机械传动，要根据生产工艺和工作环境来定，本次设计根据设计要求及实用武汉纺织大学 2020 届毕业设计（论文） 20 性，采用液压驱动方式。 机械结构的设计 机械手的机械结构 机械手的机械结构包括手指、手腕、手臂、机身。 各结构控制的动作各不相同。 (1) 手指：机械手中直接与工件或工具接触完成握持工件或工具的部件有些机械手直接将工具 (如焊枪喷枪容器等 )装置于机械手的前端而不设置手部。 (2) 手腕：机械手中联接手部与臂部主要用来确定手部工作时的位置并扩大臂部动作范围的部件一些 简易的机械手也有不设手腕部件将手部直接装在手臂部件的端部。 (3) 手臂：机械手中支承腕部和手部用来实现较大范围运动的部件 (4) 机身：机械手中用来支承手臂等部件并安装驱动装置及其他装置的部件。 机械手的每一个活动度都相应要配有一个原动件 (如油缸气缸或电动机等驱动装置 ) ，当原动件按一定的规律运动时，机械手各运动部件就随之作完全确定的运动。 活动度数和原动件数必须相等，只有这样才能使机械手具有运动的确定性。 本次设计中，手部的动作是夹紧和松开，由双作用式活塞油缸驱动齿条齿轮机构实现。 手腕的动作是左右横移运动， 由无杆活塞油缸和四个滚动轴承构成的滚动导轨等组成的机构来实现。 小手臂的动作是上下摆动运动，由采用铰链连接的双作用活塞油缸推动杠杆支架来使其动作。 大手臂的动作是上下摆动运动，与小手臂的运动分别在互相垂直的平面内，同样是采用铰链连接的双作用活塞油缸推动大臂杠杆使其动作。 机械结构的设计要求 1. 手臂设计要求 手臂的基本作用是将手爪移动到所需位置和承受手爪抓取工件的最大重量，以及手臂本身的重量等。 设计当中应该满足以下几点要求： 武汉纺织大学 2020 届毕业设计（论文） 21 (1) 手臂应承载能力大、刚性好、自重轻 (2) 手臂的运动速度要适当， 惯性要小 (3) 手臂动作要灵活 (4) 位置精度高 (5) 通用性强，能适应多种作业；工艺性好，便于维修调整 2. 手部设计要求 手部除了要满足手指抓取机能的要求外，还应满足以下几点要求： (1) 握力的大小要适宜。 握力过大，则需要较大的动力源和较大的结构，不经济，并可能损坏物件；握力过小，会由于物件的自重以及传送过程中的惯性和振动等而抓不住物件。 在通常情况下，所需的握力是物件重量的 2～ 3倍。 (2) 有足够的加紧距离。 无论哪种类型的手部，抓取物件时，要使物件能够顺利地进入手指；而放置物件时，物件又应易于 摆脱手指的约束。 3. 手腕设计要求 手腕是连接手臂和手指的中间部分，所以对它的要求也很简单，只要能够灵活的移动及运转即可。 机械手夹紧工作原理图的设计 液压系统工作原理图的绘制时设计液压机械手的主要内容之一。 液压原理图是各种液压元件为满足机械手动作要求的有机联系图。 绘制液压原理图的一般顺序是：先确定油缸和油泵，再布置中间的控制调节回路和相应元件，以及其他辅助装置，从而组成整个液压系统，并用液压系统图图形符号，画出液压原理图。 元件的选择 1. 油泵的选择 此次设计中，机械手的动作共有八个 ，即手指夹紧零件、手指松开零件、大手臂上移、小手臂上移、大手臂下移、小手臂下移、手腕左移、手腕右移。 单靠一个油泵无法达到供油的目的，所以采用双联泵共同控油。 2. 电磁换向阀的选择 设计中，机械手的动作都是相对的，即上下摆动、抓紧松开、左右横移，鉴武汉纺织大学 2020 届毕业设计（论文） 22 于此可采用一个换向阀控制手臂的相对动作，节省财力和能源。 而又因为每个电磁换向阀均控制两个动作，故采用三位四通形式。 3. 调速阀的选择 调速阀的选择首先应该具有调速的功能，同时为了避免油泵停止工作时，液压系统中的油液流空和进入空气，可选择具有单向调速阀。 绘制原理图 鉴于以上所作的分析，此次八动作机械手的原理图的绘制如图 432 所示。 武汉纺织大学 2020 届毕业设计（论文） 23 工 作 油 路回 油 油 路I 2 53 4 D 2 5 BF 2Y A 3Y A 4向 左向 右手 腕 左 右 横 移3 4 D 1 0 BF 1Y A 1Y A 21 Y 1 0松 手 指 夹 紧紧K 1 BY 1 0 BY B 5 / 1 8 6 3J 0 3 1 0 0 L3 K W3 7 1 0 0 LK 1 BY 2 5 BF 4F 3Y A 8 Y A 73 4 D 2 5 BY A 6Q I 2 5 BQ I 2 5 B1 Y 2 5Q I 2 5 BY A 53 4 D 2 5 B1 Y 2 5上 摆下 摆大 臂 上 下 移 动上 摆下 摆小 臂 上 下 移 动 图 432 机械手夹紧液压系统 元件作用 1. 原理图中采用 34D25B 三位四通电磁换向阀来控制油缸的动作。 大、小手臂。