工业机械手液压系统设计答辩稿

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1、本科生毕业答辩学院:工业机械手液压系统设计题目简介1工业机械手液压系统概述2 工业机械手液压系统的工作原理34目录工业机械手液压系统的设计41.题目简介v 工业机械手(即机器人)一般指用工业机械手(即机器人)一般指用于机械制造业中代替人完成具有大批量、于机械制造业中代替人完成具有大批量、高质量要求的工作,如汽车制造、摩托高质量要求的工作,如汽车制造、摩托车制造、舰船制造、某些家电产品(电车制造、舰船制造、某些家电产品(电视机、电冰箱、洗衣机)、化工等行业视机、电冰箱、洗衣机)、化工等行业自动化生产线中的点焊、弧焊、喷漆、自动化生产线中的点焊、弧焊、喷漆、切割、电子装配及物流系统的搬运、包切割、

2、电子装配及物流系统的搬运、包装、码垛等作业的机械装置。装、码垛等作业的机械装置。 v 机机械械手手并并不不是是在在简简单单意意义义上上代代替替人人工工的的劳劳动动,而而是是综综合合了了人人的的特特长长和和机机器器特特长长的的一一种种拟拟人人的的电电子子机机械械装装置置,既既有有人人对对环环境境状状态态的的快快速速反反应应和和分分析析判判断断能能力力,又又有有机机器器可可长长时时间间持持续续工工作作、精精确确度度高高、抗抗恶恶劣劣环环境境的的能能力力,从从某某种种意意义义上上说说它它也也是是机机器器的的进进化化过过程程产产物物,它它是是工工业业以以及及非非产产业业界界的的重重要要生生产产和和服服

3、务务性性设设备备,也也是是先先进进制制造造技技术术领领域域不不可可缺缺少少的的自自动动化设备。化设备。v 而高精度工业机械手大多采用液压而高精度工业机械手大多采用液压传动的方式传动的方式,例如,例如多自由度机械手多自由度机械手就装就装有伸缩、回转、升降多个液压系统,有伸缩、回转、升降多个液压系统,在在计算机控制下计算机控制下才才能够实现精准定位操作能够实现精准定位操作。液压传动液压传动装置装置具有质量具有质量轻轻、体积小、运、体积小、运动惯性动惯性小小、反应速度快等优点,、反应速度快等优点,所以所以适适用于高精度机械手,并且操作简单方便,用于高精度机械手,并且操作简单方便,可可在较大范围内可以

4、实现无极调速在较大范围内可以实现无极调速,从从而使机器达到较高的自动化而使机器达到较高的自动化。2.工业机械手液压系统概述手臂伸缩液压系统1手臂垂直升降液压系统2手臂回转齿条活塞液压系统34手腕回转液压系统4手爪夹合液压系统56 62.1机械手液压系统设计目的和要求v 上下料用机械手能在不同高度与不连续的工作台上下料用机械手能在不同高度与不连续的工作台之间实现机械零件的重复取放,代替人工劳动,减轻之间实现机械零件的重复取放,代替人工劳动,减轻了人工劳动强度,提高了自动化水平和劳动生产率,了人工劳动强度,提高了自动化水平和劳动生产率,保证了产品的质量和工人的安全。保证了产品的质量和工人的安全。v

5、 上下料用机械手采用圆柱坐标的结构形式,主要上下料用机械手采用圆柱坐标的结构形式,主要的组成部分有:升降机构,回转机构,手臂伸缩结构的组成部分有:升降机构,回转机构,手臂伸缩结构等,在这三中机构中采用液压驱动传动方式,能保证等,在这三中机构中采用液压驱动传动方式,能保证机械手的整体结构的紧凑性,运动平稳以及可以方便机械手的整体结构的紧凑性,运动平稳以及可以方便的实现无级调速。的实现无级调速。 2.2运动分析v 如如图图所所示示,机机械械手手在在工工作作过过程程中中需需三三种种运运动动,其其中中手手臂臂的的伸伸缩缩和和立立柱柱的的升升降降为为两两种种直直线线运运动动,而而手手臂臂的的回回转转为为

6、圆圆周周运运动动,所所以以采采用用圆圆柱柱坐坐标标形形式式。其其特特点点是是,结结构构简简单单,手手臂臂运运动动范范围围大大,有较高的定位准确度。有较高的定位准确度。关关键问题:机械手的三机械手的三个运动方式构成了三个个运动方式构成了三个自由度,是机械手精确自由度,是机械手精确定位的关键定位的关键2.3机械手各液压系统的工作范围v 机机械械手手的的手手臂臂伸伸缩缩液液压压系系统统在在水水平平方方向向上上的的伸伸缩缩范范围围为为至至两两个个不不同同高高度度的的工工作作台台的的距距离离,手手臂臂伸伸缩缩总总行行程程为为500mm,手手臂臂回回转转的的运运动动范范围围90度度,立立柱柱升升降降的的垂

7、垂直直方方向向的的距距离离为为两两工工作作台台的的高高度度差差,总总行行程程为为200mm ,是是手手臂臂垂垂直直升升降降液液压压系系统统的的工工作作范范围围,还还有有手手腕腕翻翻转转的的运运动动范范围围180度度。此此外外手手爪爪夹夹合合液液压压系系统统的的工工作作状状态态为为打打开开,闭闭合合两两种种,在在待待料料处处手手爪爪打打开开,然然后后闭闭合合夹夹住住材材料料;在在送送料料出出手手爪爪打打开开下下料,然后闭合。所有液压系统复位重新待料。料,然后闭合。所有液压系统复位重新待料。3.工业机械手液压系统的工作原理v 根根据据具具体体工工作作情情况况,电电动动执执行行机机构构至至少少应应有

8、有手手臂臂的的升升降降、伸伸缩缩、回回转转以以及及手手腕腕回回转转四四个个不不同同的的自自由由度度。手手臂臂升升降降液液压压缸缸、手手臂臂伸伸缩缩液液压压缸缸、手手臂臂回回转转液液压压缸缸、手手腕腕回回转转液液压压缸缸、手手爪爪夹夹合合液液压压缸缸和和回回转转定定位位液液压压缸缸各各个个部部分分相相互互协协作作,共共同同执执行行液液压压的的传传动动。液液压压缸缸驱驱动和电气控制共同完成一系列动作并以此循环往复:动和电气控制共同完成一系列动作并以此循环往复:v定位销定位手臂延伸手爪打开手爪夹合(材料)手臂回升手臂回缩手腕翻转180撤定位销手臂侧转90再次固定定位销手爪打开下料手爪闭合手臂回缩手臂

9、降至最低点手腕复位撤定位销手臂复位重新待料。53.1液压原理简图3.2电气控制系原理图4.工业机械手液压系统的设计 4.14.1确定一个工作循环周期的运动过程确定一个工作循环周期的运动过程 1.手臂位于初始位置(1) 3.手指抓取工件 4.手臂缩回 5.立柱升高至至工作台 6.手臂回转角度至位置(2) 7.手臂伸长并释放工件 8.手臂缩回 9.手臂回转角度 ,至位置(1)10.立柱下降至工作台(1)v 液压回路包括液压泵、单向阀、散热器、输油管路、电磁液压回路包括液压泵、单向阀、散热器、输油管路、电磁阀、调压阀、限流阀、油缸以及控制电路。确定液压执行元件阀、调压阀、限流阀、油缸以及控制电路。确

10、定液压执行元件以后,根据设备的共组特点和工作要求确定对主要性能起决定以后,根据设备的共组特点和工作要求确定对主要性能起决定性影响的回路,机械手液压系统主要针对伸缩运动,升降运动性影响的回路,机械手液压系统主要针对伸缩运动,升降运动和回转运动的三个主要运动来选择回路,和回转运动的三个主要运动来选择回路, 选择如下:选择如下:v(1)方向控制回路:它在液压系统中的作用是控制执行元件的启动、停止或改变运动方向。v(2)压力控制回路:它的作用是利用压力控制阀来实现系统的压力控制,用来实现稳压、减压、增压和多级调压等控制,以满足执行元件在力或转矩及各种动作对系统压力的要求。v(3)速度控制回路:它是液压

11、系统的重要组成部分,用来控制执行元件的运动速度。v(4)压力源电路:被称为一个电源的压力源的电路,功能是增加压力,流速,以满足液压制动器的需求。4.2液压回路的选择4.3液压泵流量计算及马达功率确定v液压泵流量计算(此处以前泵为例后泵同理)液压泵流量计算(此处以前泵为例后泵同理)前泵的流量:式中:V泵的排量(mL/r ) n泵的额定转速(r/min)v马达功率确定马达功率确定式中:N油泵所需要的电动机功率; P油泵的最大工作压力();油泵最大流量();油泵总效率,普通叶片泵=0.740.85;齿轮泵=0.60.8柱塞泵=0.70.9。马达功率:关关键问题:液压泵的流液压泵的流量决定了液压系统的

12、工作量决定了液压系统的工作压力,对其性能和维护至压力,对其性能和维护至关重要,马达功率则是系关重要,马达功率则是系统高效稳定运行的关键统高效稳定运行的关键。4.4根据系统选择标准液压元件v 机机械械手手液液压压系系统统的的主主要要液液压压元元件件选选择择包包括括:油油箱箱,液液压压泵泵,滤滤油油器器,油油泵泵,溢溢流流阀阀,减减压压阀阀,单单向向阀阀,电电磁磁换换向向阀阀,单单向向节节流流阀阀,以以及及相相应应的的电电器器开开关关等等,主主要要液液压元件规格压元件规格 如左表。如左表。存在的问题存在的问题v 工业机械手通常为多自由度机械手,采用液压驱工业机械手通常为多自由度机械手,采用液压驱动

13、的传动方式,但是有多个液压系统相互协调驱动,动的传动方式,但是有多个液压系统相互协调驱动,在实际装配时比较困难,而且对液压元件的精度要求在实际装配时比较困难,而且对液压元件的精度要求极高,此次为理论设计,对液压元件的精度计算不够极高,此次为理论设计,对液压元件的精度计算不够准确,需根据实际情况替换不同规格种类的元件。准确,需根据实际情况替换不同规格种类的元件。v 液压系统的电气控制图不够简化,线路较为复液压系统的电气控制图不够简化,线路较为复杂,增加了实际过程中安装线路的难度,对液压系统杂,增加了实际过程中安装线路的难度,对液压系统的维护和检修不便。的维护和检修不便。总结总结v 虽然我设计的只

14、仅仅简单工业机械手的液压系虽然我设计的只仅仅简单工业机械手的液压系统,但需要了解机械手伸缩、升降、回转、夹持等功统,但需要了解机械手伸缩、升降、回转、夹持等功能,这些都是机械手的液压传动和液压控制部分,并能,这些都是机械手的液压传动和液压控制部分,并且分别要对这些机构进行分析,设计和理论计算,以且分别要对这些机构进行分析,设计和理论计算,以及对其所需的附件选择。通过这次的毕业设计让我之及对其所需的附件选择。通过这次的毕业设计让我之前所学的机械设计理论与实际的相结合,巩固和深化前所学的机械设计理论与实际的相结合,巩固和深化了所学过的专业理论知识了所学过的专业理论知识,让我对液压技术有了更深让我对液压技术有了更深的了解。的了解。致谢

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