.式中手臂部件对其回转轴线的转动惯量•回转手臂的工作角速度回转臂启动时间当•，.对于活塞导向套筒和油缸等的转动惯量都要做详细计算，因为这些零件的重量较大或回转半径较大，对总的计算结果影响也较大，对于小零件则可作为质点计算其转动惯量，对其质心转动惯量忽略不计。对于形状复杂的零件，可划分为几个简单的零件分别进行计算，其中有的部分可当作质点计算。可以参考工业机器人表。液压系统的设计.液压系统简介机械手的液压传动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。压力油经过管道及些控制调节装置等进入油缸，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成机械能。手臂在运动时所能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工作面积有关。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，机械手的液压传动系统都属于容积式液压传动。.液压系统的组成液压传动系统主要由以下几个部分组成油泵它供给液压系统压力油，将电动机输出的机械能转换为油液的压力能，用这压力油驱动整个液压系统工作。液动机压力油驱动运动部件对外工作部分。手臂做直线运动，液动机就是手臂伸缩油缸。也有回转运动的液动机般叫作油马达，回转角小于的液动机，般叫作回转油缸或称摆动油缸。控制调节装置各种阀类，如单向阀溢流阀节流阀调速阀减压阀顺序阀等，各起定作用，使机械手的手臂手腕手指等能够完成所要求的运动。.机械手液压系统的控制回路机械手的液压系统，根据机械手自由度的多少，液压系统可繁可简，但是总不外乎由些基本控制回路组成。这些基本控制回路具有各种功能，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。压力控制回路调压回路在采用定量泵的液压系统中，为控制系统的最大工作压力，般都在油泵的出口附近设置溢流阀，用它来调节系统压力，并将多余的油液溢流回油箱。卸荷回路在机械手各油缸不工作时，油泵电机又不停止工作的情况下，为减少油泵的功率损耗偏重力矩要小所谓偏重力矩就是指臂部的重量对其支承回转轴所产生的静力矩。为提高机器人的运动速度，要尽量减少臂部运动部分的重量，以减少偏重力矩和整个手臂对回转轴的转动惯量。运动要平稳定位精度要高由于臂部运动速度越高重量越大，惯性力引起的定位前的冲击也就越大，运动即不平稳，定位精度也不会高。故应尽量减少小臂部运动部分的重量，使结构紧凑重量轻，同时要采取定的缓冲措施。.手臂直线运动机构机械手手臂的伸缩升降及横向移动均属于直线运动，而实现手臂往复直线运动的机构形式比较多，常用的有活塞油气缸活塞缸和齿轮齿条机构丝杆螺母机构以及活塞缸和连杆机构。手臂伸缩运动这里实现直线往复运动是采用液压驱动的活塞油缸。由于活塞油缸的体积小重量轻，因而在机械手的手臂机构中应用比较多。如下图所示为双导向杆手臂的伸缩结构。手臂和手腕是通过连接板安装在升降油缸的上端，当双作用油缸的两腔分别通入压力油时，则推动活塞杆即手臂作往复直线运动。导向杆在导向套内移动，以防止手臂伸缩时的转动并兼做手腕回转缸及手部的夹紧油缸用的输油管道。由于手臂的伸缩油缸安装在两导向杆之间，由导向杆承受弯曲作用，活塞杆只受拉压作用，故受力简单，传动平稳，外形整齐美观，结构紧凑。可用于抓重大行程较长的场合。图.双导向杆手臂的伸缩结构导向装置液压驱动的机械手手臂在进行伸缩或升降运动时，为了防止手臂绕轴线发生转动，以保证手指的正确方向，并使活塞杆不受较大的弯曲力矩的作用，以增加手臂的刚性，在设计手臂的结构时，必须采用适当的导向装置。它根据手臂的安装形式，具体的结构和抓取重量等因素加以确定，同时在结构设计和布局上应尽量减少运动部件的重量和减少手臂对回转中心的转动惯量。目前采用的导向装置有单导向杆双导向杆四导向杆和其他的导向装置，本机械手采用的是双导向杆导向机构。双导向杆配置在手臂伸缩油缸两侧，并兼做手部和手腕油路的管道。对于伸缩行程大的手臂，为了防止导向杆悬伸部分的弯曲变形，可在导向杆尾部增设辅助支承架，以提高导向杆的刚性。如图.所示，对于伸缩行程大的手臂，为了防止导向杆悬伸部分的弯曲变形，可在导向杆尾部增设辅助支承架，以提高导向杆的刚性。如图.所示，在导向杆的尾端用支承架将两个导向杆连接起来，支承架的两侧安装两个滚动轴承，当导向杆随同伸缩缸的活塞杆起移动时，支承架上的滚动轴承就在支承板的支承面上滚动。导向杆滚动轴承支承板支承架图.双导向杆手臂结构手臂的升降运动如图.手臂的升降运动机构。由上式可知，当驱动力定时，角增大则握力也随之增加，但角过大会导致拉杆即活塞的行程过大，以及手指滑槽尺寸长度增大，使之结构加大，因此，般取。这里取角度。这种手部结构简单，具有动作灵活，手指开闭角大等特点。查工业机械手设计基础中表可知，形手指夹紧圆棒料时，握力的计算公式.，综合前面驱动力的计算方法，可求出驱动力的大小。为了考虑工件在传送过程中产生的惯性力振动以及传力机构效率的影响，其实际的驱动力实际应按以下公式计算，即.式中η手部的机械效率，般取安全系数，般取.工作情况系数，主要考虑惯性力的影响，可近似按下式估计其中为被抓取工件运动时的最大加速度，为重力加速度。本机械手的工件只做水平和垂直平移，当它的移动速度为毫米秒，移动加速度为毫米秒，工件重量为牛顿，型钳口的夹角为,时，拉紧油缸的驱动力和实际计算如下根据钳爪夹持工件的方位，由水平放置钳爪夹持水平放置的工件的当量夹紧力计算公式.把已知条件代入得当量夹紧力为由滑槽杠杆式结构的驱动力计算公式得.计算实际计算取则.两支点回转式钳爪的定位误差的分析钳口与钳爪的连接点为铰链联结,如图示几何关系,若设钳爪对称中心到工件中心的距离为,则.当工件直径变化时,的变化量即为定位误差,设工件半径由变化到时,其最大定位误差为∣∣.其中,代入公式计算得最大定位误差∣∣所以是符合要求.本章小结本章阐述了液压机械手手部在设计时需要注意的问题，计算出驱动力，分析了回转式抓手的定位误差。腕部的结构.概述腕部是连接手部与臂部的部件，起支承手部的作用。设计腕部时要注意以下几点结构紧凑，重量尽量轻。转动灵活，密封性要好。注意解决好腕部也手部臂部的连接，以及各个自由度的位置检测管线的布置以及润滑维修调整等问题要适应工作环境的需要。另外，通往手腕油缸的管道尽量从手臂内部通过，以便手腕转动时管路不扭转和不外露，使外形整齐。.腕部的结构形式本机械手采用回转油缸驱动实现腕部回转运动，结构紧凑体积小，但密封性差，回转角度为.如下图所示为腕部的结构，定片与后盖，回转缸体和前盖均用螺钉和销子进行连接和定位，动片与手部的夹紧油缸缸体用键连接。夹紧缸体也指座固连成体。当回转油缸的两腔分别通入压力油时，驱动动片连同夹紧油缸缸体和指座同转动，即为手腕的回转运动。图.手的腕部结构.手腕驱动手臂升降行程手臂水平运动行程.确定运动速度机械手各动作的最大行程确定之后，可按照生产需要来分配每个动作的工作时间，从而确定各动作的运动速度。液压机械手要完成整个工作过程，需完成夹紧工件手臂升降伸缩，平移等系列的动作，这些动作都应该预订设定的时间内完成，具体时间的分配取决于很多因素，根据各种因素反复进行计算，对分配的方案进行比较，才能确定。机械手的总工作哦时间应小于或等于工作拍节，如果两个动作同时进行，要按时间长的计算，分配各动作时间应考虑以下要求给定的运动时间应大于液压元件的执行时间在满足工作拍节要求的条件下，应尽量选取较底的运动速度。机械手的运动速度与臂力行程驱动方式缓冲方式定位方式都有很大关系，应根据具体情况加以确定。在工作拍节短动作多的情况下，常使几个动作同时进行。采取相应的措施来驱动系统，来保证运转动作的同步。液压抓取机械手的各运动速度如下手腕回转速度手臂伸缩速度手臂回转速度手臂升降速度立柱水平运动速度手指夹紧油缸的运动速度.手臂的配置形式机械手的手臂配置形式决定了它的总体布局。运动要求操作环境工作对象的不同，手臂的配置形式也不尽相同。本机械手采用固定底座式。工业机器人大多采用基座式机械手，机座上可以装上独立的控制装置，便于搬运与安放，机座底部也可以安装行走机构，已扩大其活动范围，它分为手臂配置在机座顶部与手臂配置在机座立柱上两种形式，本机械手采用手臂配置在机座立柱上的形式。手臂配置在机座立柱上的机械手多为圆柱坐标型，它有升降伸缩与回转运动，工作范围较大。.位置检测装置的选择机械手常用的位置检测方式有三种行程开关式模拟式和数字式。本机械手采用行程开关式。利用行程开关检测位置，精度低，所以般与机械挡块联合应用。在机械手中，用行程开关与机械挡块检测定位既精度高又简单实用可靠，故应用也是最多的。.驱动与控制方式的选择机械手的驱动与控制方式是根据它们的特点结合生产工艺的要求来选择的，要尽量选择控制性能好体积小维修方便成本底的方式。控制系统也有不同的类型。除些专用机械手外，大多数机械手均需进行专门的控制系统的设计。驱动方式般有四种气压驱动液压驱动电气驱动和机械驱动。参考工业机器人表和表，按照设计要求，本机械手采用的驱动方式为液压驱动，控制方式为固定程序的控制。总装配图如下图.总装图.本章小结本章主要确定了机械手的臂力范围，工作范围.可以减少人力，并便于有节奏的生产。.用液压系统来控制机械手，比般的机械控制具有更好的稳定性，并且控制的精确度更高。.运用机械手可以实现连续的生产，而大大提高在生产线的工作的时间，从而能大幅提高劳动的生产率。.机械手的发展现状及应用机械手的迅速发展是因为它的积极作用正逐渐被人们所认可第，它能部分代替体力人工操作第二，它可以按照生产工艺的要求，按照定的程序，时间和位置来完成工作的传送和装卸第三，它能操作必要的器具进行焊接和装配。从而改善人们的劳动条件，显著的提高劳动生产率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。因此，各先进工业国家都对此十分重视，投入大量的人力物力进行研究和应用。尤其在高温高压粉压噪音以及带有放射性的污染的场合应用得更为广泛。在我国，近几年来也有较快的发展，并取得定的效果，受到机械工业和铁路工业部门的重视。世界机器人发展状况国外机器人领域发展近几年有如下几个趋势.工业机器人性能不断提高高速度高精度高可靠性便于操作和维修，而单机价格不断下降。．机械结构向模块化可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机减速机检测系统三位体化由关节模块连杆模块用重组方式构造机器人整机国外已有模块化装配机器人产品问市。．工业机器人控制系统向基于机的开放型控制器方向发展，便于标准化网络化大大提高了系统的可靠性易操作性和可维修性。．机器人中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置速度加速度等传感器外，装配焊接机器人还应用了视觉力觉等传感器，多传感器融合配置技术在产品化系统中已有成熟应用。．虚拟现实技术在机器人