（终稿）机床上下料机械手设计（全套完整有CAD）

速度控制通过改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。

本设计的方向控制采用电磁换向阀来实现，而速度的控制主要采用节流调速，主要方式是采用比较简单的节流阀来实现。

液压源系统的设计液压系统的工作介质完全由液压源来提供，液压源的核心是液压泵。

节流调速系统般用定量泵供油，在无其他辅助油源的情况下，液压泵的供油量要大于系统的需油量，多余的油经溢流阀流回油箱，溢流阀同时起到控制并稳定油源压力的作用。

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。

油液的净化装置是液压源中不可缺的元件。

般泵的入口要装粗滤油器，进入系统的油液根据要求，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。

根据液压设备所处的环境及对温升的要求，还要考虑加热冷却等措施。

本设计的液压系统采用定量泵供油，由溢流阀来调定系统压力。

为了保证液压油的洁净，避免液压油带入污染物，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。

绘制液压系统图本机械手的液压系统图如图所示，它拥有垂直手臂的上升下降，水平伸缩缸的前伸后缩，以及执行手爪的夹紧张开三个执行机构。

其中，泵由三相交流异步电动机拖动系统压力由溢流阀调定的得失电决定了动力源的投入与摘除。

考虑到手爪的工作要求轻缓抓取迅速松开，系统采用了节流效果不等的两个单向节流阀。

当得电时，工作液体经由节流阀进入柱塞缸，实现手爪的轻缓抓紧当失电时，工作液体进入柱塞缸中，实现手爪迅速松开。

另外，由于机械手垂直升降缸在工作时其下降方向与负荷重力作用方向致，下降时有使运动速度加快的趋势，为使运动过程的平稳，同时尽量减小冲击振动，保证系统的安全性，采用构成的平衡回路相升降油缸下腔提供定的排油背压，以平衡重力负载。

图机械手的液压系统原理图确定液压系统的主要参数液压系统的主要参数是压力和流量，他们是设计液压系统，选择液压元件的主要依据。

压力决定于外载荷，流量取决于液压执行元件的运动速度和结构尺寸。

.计算液压缸的总机械载荷根据机构的工作情况液压缸所受的总机械载荷为式中，为外加的载荷，因为水平方无外载荷，故为为活塞上所受的惯性力为密封阻力为导向装置的摩擦阻力为回油被压形成的阻力的计算式中，为液压缸所要移动的总重量，取为为重力加速度，为速度变化量启动或制动时间，般为，取.将各值带入上式，得.的计算式中，克服液压缸密封件摩擦阻力所需空载压力，如该液压缸工作压力，查相关手册取.为进油工作腔有效面积启动时运动时的计算机械手水平方向上有两个导杆，内导杆和外导套之间的摩擦力为式中，为机械手和所操作工件的总重量，取为为摩擦系数，取.带入数据计算得的计算回油背压形成的阻力按下式计算式中，为回油背压，般为，取.为有杆腔活塞面积，考虑两边差动比为将各值带入上式有，分析液压缸各工作阶段受力情况，作用在活塞上的总机械载荷为。

.手爪执行液压缸工作压力计算手爪要能抓起工件必须满足式中，为所需夹持力安全系数，通常取.为动载系数，主要考虑惯性力的影响可按估算，为机械手在搬运工件过程的加速度为重力加速度方位系数，查表选取被抓持工件的重量带入数据，计算得理论驱动力的计算式中，为柱塞缸所需理论驱动力为夹紧力至回转支点的垂直距离为扇形齿轮分度圆半径为手指夹紧力齿轮传动机构的效率，此处选为.其他同上。

带入数据，计算得计算驱动力计算公式为式中，为计算驱动力安全系数，此处选.工作条件系数，此处选.其他同上。

带入数据，计算得而液压缸的工作驱动力是由缸内油压提供的，故有式中，为柱塞缸工作油压为柱塞截面积经计算，所需的油压约为.液压缸主要参数的确定针对本设计是个机械手的特点考虑，机械手系统的刚度及其稳定性是很重要的。

因此，先从刚度角度进行液压缸缸径的选择，以尽量优先保证机械手的结构和运动的稳定性安全性。

至于液压缸的工作压力和缸的工作速度，放在液压系统设计阶段，通过外部的液压回路采用合适的调速回路和元件来实现。

经过仔细分析，综合考虑各方面的因素，初步确定各液压缸的基本参数如下表手爪执行柱塞缸参数缸内径壁厚直径行程工作压力注手爪柱塞缸工作压力由系统压力阀调定。

气源部分包括空气压缩机，储气罐，气水分离器，调压器，过滤器等。

如果没有压缩空气站的条件，可以按机器人及配套的其他气动设备需要配置相应供气量的气源设备。

.气动三联件由分水滤气器，调压器，油雾器三大件组成，可以是分离式，也可以是三联组装式的，多数情况下用三联组装式结构。

不论是由压缩空气站供气还是用单独的气源，气动三联件是必备的。

虽然用无润滑气缸可以不用油雾器，但是般情况下，建议也在气路上装上油雾器，以减少气缸摩擦力，增加使用寿命。

.气动阀气动阀的种类很多，在工业机器人的气动驱动系统中，常用的阀件有电磁气阀节流调速阀减压阀等。

.气动执行机构多数情况下使用气缸直线气缸或摆动气缸。

直线气缸分单动式和双动式两类。

除个别用单动式气缸外如手爪机构上用的，多数采用双动气缸。

为实现端部缓冲，要选用双向端点位置缓冲的气缸。

气缸的结构形式以及与机器人机构的连接方式如法兰连接，尾部铰接，前端或中间铰接，气缸杆的螺纹连接或铰接等由设计机器人时根据结构要求而定。

气缸的内径，行程大小可根据对机器人的运动分析和动力分析进行计算。

为了确保气缸的密封要求，同时又要尽量降低摩擦力，密封材料要选用橡胶和氟化塑料组合的密封环。

无接触感应式气缸目前在气动系统中已获得广泛的应用，这种气缸在活塞上装有永久磁铁的磁环，通过磁感应，使在气缸外面安装的非接触磁性接近开关动作发讯，进行位置检测。

除了直线气缸外，机器人中用得比较多还有有限角摆动气缸，这种摆动缸多用于手腕机构上。

.制动器气动机器人的定位问题很大程度上是如何实现停点的制动。

气缸活塞的运动速度容许达.，如果气缸以的速度计算，电磁气阀以较大关闭时间计，那么气缸活塞两个停点的距离约为，两个停点的步长应大于这个数值。

对于小流量的电磁气阀，吸合关闭时间较小，停点的步长也要相应缩短。

因此对机器人个单自由度而言，停点数目最多个。

为增加定位点数，除采用多位置气缸外可采用制动的方法还有反压制动，制动装置制动。

.限位器气动机器人各运动轴的制动和定位点到位发讯，可由编程器发指令，或由限位开关发讯。

根据要求和条件，如果选用无接触感应式气缸，其限位开关是无接触接近开关，这种开关的反映时间小于，在机器人中应用比较理想。

当气缸活塞运动到定位点时，为保证定位精度，需要将运动轴锁紧。

常用的限位机构是由电磁阀控制的气缸带动锁紧机构插锁，滑块等将机器人运动机构锁定。

再启动时，事先打开锁紧机构。

机器人电动驱动系统这些年来，针对机器人，数控机床等自动机械而开发的各种类型的伺服电动机及伺服驱动器的大量出现，为机器人驱动系统的更新创造了条件。

由于高起动力矩大转矩低惯量的交直流电机在机器人中的应用，因此般情况下，负重在以下的工业机器人大多数采用电动驱动系统。

其驱动原理方块图如下所示在机器人驱动系统中应用的电动机大致可分为如下类型小惯量永磁直流伺服电动机，有刷绕组永磁直流伺服电动机，大惯量永磁直流伺服电动机力矩电机，反应式步进电机，同步式交流伺服电动机，异步式交流伺服电动机。

速度传感器多数用的是测速发电机，位置传感器多数用光电编码器。

伺服电动机可与测速发电机光电编码器制动器减速器相结合，实现部分组合由几种组合或全部组合，形成伺服电动机驱动单元。

为了提高机器人的传动精度，国外近几年开发了直接驱动电动机，并将多级旋转变压器组合在起，这种旋转变压器每转可达万个脉冲，这种直接驱动的电机驱动电机在快速高精度定位的装配机器人中已经得到应用。

.机器人驱动系统电机的选择机器人的驱动系统电机的选择要根据机器人的用途功能结构特点，结合各类电机自身的特点性能结构特点以及性能价格比等综合考虑进行。

根据机器人各运动轴所计算的要求电机的转速负载额定力矩加减速特性额定功率加速功率等参数选择电机型号。

有关各类驱动电动机主要特点及性能结构特点用途及使用范围适用的驱动器见表表名称主要特点及性能结构特点用途及使用范围驱动器小惯量直流永磁伺服电动机电机的惯量小，理论加速度大，快速反应性好，低速性好，调速比可达范围，但低速输出力矩不大，转子直径小，惯量小适用于对快速性要求严格而负载力矩不大的场合直流伺服驱动器变压驱动器有刷绕组永磁直流伺服电动机转动惯量小，快速响应性能好转子无铁损，效率高换向性能好，寿命长负载波动对转速影响小，输出力矩平稳。

无铁心，具有轴向平面间隙可频繁起制动正反转工作，响应迅速，适用于机器人，数控等直流伺服驱动器，变压驱动器大惯量永磁直流伺服电动机输出力矩大，转矩波动小，机械特性硬度大，可以长时间工作在堵转条件下又称力矩电机，其转子较粗适用于驱动力矩较大的场合，因可不用齿轮传动，消除了齿轮间隙直流伺服驱动器，变压驱动器表续表反应步进电机将电脉冲信号直接转换成转角，转角与脉冲数成正比，输出力矩也较大电机转子无转租，由永磁体构成转子磁极用于数字系统中作为执行元件，如数控机床机器人开环控制直般的齿轮传动具有本质上的差别。

.螺旋传动螺旋传动及丝杠螺母，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。

螺旋传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。

丝杠螺母传动分为普通丝杠滑动摩擦和滚珠丝杠滚动摩擦，前者结构简单加工方便制造成本低，具有自锁能力但是摩擦阻力矩大传动效率低。

后者虽然结构复杂制造成本高，但是其最大的优点是摩擦阻力矩小传动效率高，其运动平稳性好，灵活度高。

通过预紧，能消除间隙提高传动刚度进给精度和重复定位精度高。

使用寿命长而且同步性好，使用可靠润滑简单，因此滚珠丝杠在机器人中应用很多。

由于滚珠丝杠传动返行程不能自锁因此在用于垂直方向传动时，须附加自锁机构或制动装置。

在选用滚珠丝杠要考虑以下几项指标滚珠丝杠的精度等级滚珠丝杠的传动间隙允许值和预加载荷的期望值载荷条件静动载荷以及载荷允许值滚珠丝杠的工作寿命滚珠丝杠的临界转速滚珠丝杠的刚度减小滚珠丝杠空回行程的方法，多是采用双螺母结构，使螺母与丝杠之间有定的预加载荷。

这样可以消除传动间隙，提高传动精度与刚度。

但是预加载荷会使滚珠丝杠寿命下降，所以，预加载荷不应超过工作载荷的。

.同步带传动同步带传动是综合了普通带传动和链轮链条传动优点的种新型传动，它在带的工作面及带轮外周上均制有啮合齿，通过带齿与轮齿作啮合传动。

为保证带和带轮作无滑动的同步传动，齿形带采用了承载后无弹性变形的高强力材料，无弹性滑动，以保证节距不变。

同步带具有传动比准确传动效率高可达节能效果好能吸振噪声低不需要润滑传动平稳，能高速传动可达传动比可达，结构紧凑维护方便等优点，故在机器人中使用很多。

其主要缺点是安装精度要求高中心距要求严格，同时具有定的蠕变性。

同步带带轮齿形有梯形齿形和圆弧齿形。

.钢带传动钢带传动的特点是钢带与带轮间接触面积大，是无间隙传动摩擦阻力大，无滑动，结构简单紧凑运行可靠噪声低，驱动力矩大寿命长，钢带无蠕变传动效率高。

.链传动在机器人中链传动多用于腕传动上，为了减轻机器人末端的重量，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，故采用精密套筒滚子链来传动。

.钢丝绳轮传动钢丝绳轮