（优秀毕业全套设计）数控机床上下料机械手设计（整套下载）

液压回转执行器是种由伺服电机，步进电机或比例电磁铁带动的个安放在摆动马达或连续回转马达转子内的个回转滑阀，通过机械反馈，驱动转子运动的种电液伺服机构。

它可安装在机器人手臂和手腕的关节上，实现直接驱动。

它既是关节机构，又是动力元件。

机器人气动驱动系统气动机器人采用压缩空气为动力源，般从工厂的压缩空气站引到机器人作业位置，也可以单独建立小型气源系统。

由于气动机器人具有气源使用方便不污染环境动作灵活迅速工作安全可靠操作维修简便以及适宜在恶劣环境下工作等特点，因此它在冲压加工注塑及压铸等有毒或高温条件下作业，机床上下料，仪表及轻工行业中小型零件的输送和自动装配等作业，食品包装及运输，电子产品输送自动插接，弹药生产自动化等方面获得大量应用。

气动驱动系统在多数情况下是用于实现两位式的或有限点位控制的中小机器人中的。

这类机器人多是圆柱坐标型和直角坐标型或二者的组合型结构个自由度负荷在以下速度重复定位精度为.。

。

控制装置目前多数选用可编程控制器。

在易燃易爆的场合下可采用气动逻辑元件组成控制装置。

气动驱动系统大体由以下几部分组成。

.气源由总压缩空气站提供。

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流伺服驱动器变压驱动器同步交流伺服电动机转速与定子绕组所建立的旋转磁场严格同步从低度到高速，定子绕组可通过大电流，故起制动转矩不降低，可频繁起制动转子由永久磁铁做成，定子有三相，转子比较细主要用于中小容量的伺服驱动系统中，如数控机器人等系统中交流变频调速器异步交流伺服电动机转速永远低于定子绕组所建立的旋转磁场，机构简单，容量大，价格低定子由对称三相绕组组成，用于数控机床主轴等容量大的场合交流变频调速器.机器人电动驱动系统伺服驱动器直流电机伺服驱动器直流伺服电机驱动器目前多采用脉冲宽度调制伺服驱动器。

其电源电压为固定不变值，由大功率三极管作为开关元件，以固定的开关频率动作，但其脉冲宽度可以随电路控制而改变，改变了脉冲宽度也就可以改变加在电机电枢两端的平均电压，从而改变了电机的转速。

这种伺服驱动器般由电流内环和速度外环组成。

末级采用大功率三极管构成桥式开关电路。

伺服驱动器具有调速范围宽低速特性好，响应快效率高过载能力强等特点。

目前已广泛应用于各类数控机床工业机器人及其它机电体化产品中用做直流伺服电机的驱动。

步进电机驱动器步进电机的控制装置主要包括脉冲发生器，环行分配器和功率放大器等几部分组成。

脉冲发生器可以按照起制动及调速要求改变频率以控制步进电机。

环行分配器是控制步进电机各绕组按定的次序通过的环节。

它的作用是把脉冲发生器送来的系列脉冲信号按照定的循环规律依次分配给各绕组，以使步进电机按着定的规律运动。

功率放大器的作用是将环行分配器输出的毫安级电流放大成安培级电流以驱动步进电机。

目前功率放大器多采用高低压驱动电路。

这种电路有高低压二组电源。

当绕组刚通电瞬间让绕组接通高电压，从而使各相电流迅速建立。

而当达到步进电机额定电流时仅以低电压给各相绕组供电。

高电压加入的时间长短由控制电路来实现。

设计具体采用方案具体到本设计，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定的定位控制精度，故采用步进电机驱动来实现因为采用液压执行缸来做水平手臂和垂直手臂，故大小臂均采用液压驱动同时考虑随着机床加工的工件的不同，水平手臂伸出长度是不同的。

因此，要求水平手臂具有伺服定位能力，故采用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配合来实现，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。

.机器人手臂的平衡机构设计直角坐标型圆柱坐标型和球坐标型机器人可以通过合理布局，优化设计结构，使得手臂本身可能达到平衡。

关节机器人手臂般都需要平衡装置，以减小驱动器的负荷，同时缩短启动时间。

机器人平衡机构的形式通常，机器人所采用的平衡机构主要有以下几种.配重平衡机构这种平衡装置结构简单，平衡效果好，易于调整，工作可靠，但增加了机器人手臂的惯量与关节轴的载荷。

般在机器人手臂的不平衡力矩比较小的情况下采用这种平衡机构。

.弹簧平衡机构弹簧平衡机构，机构简单造价低工作可靠平衡效果好易维修，因此应用广泛。

.活塞推杆平衡机构活塞式平衡系统有液压和气动两种液压平衡系统平衡力大，体积小，有定的阻尼作用气动平衡系统，具有很好的阻尼作用，但体积比较大。

活塞式平衡需要配备有专门的液压或气动装置，系统复杂，因此造价高，设计安装和调试都增加了难度，但是平衡效果好。

用于配重平衡弹簧平衡满足不了工作要求的场合。

设计具体采用的方案因为本设计机械手采用圆柱坐标型的结构，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衡问题，通过合理布局，优化设计结构，使得手臂本身尽可能达到平衡。

若实际工作中平衡结果不满足，则设置弹簧平衡机构进行平衡。

第章理论分析和设计计算.液压传动系统设计计算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，前者实现直线运动，后者实现回转运动。

二者的特点及适用场合见表表名称特点适用场合双活塞杆液压缸双向对称双向工作的往复场合单活塞杆液压缸有效工作面积大双向不对称往返不对称的直线运动，差动连接可实现快进柱塞缸结构简单单向工作，靠重力或其它外力返回摆动缸单叶片式小于双叶片式小于小于的摆动小于的摆动齿轮马达结构简单价格便宜高转速低转矩的回转运动叶片马达体积小转动惯量小高速低转矩动作灵敏的回转运动摆线齿轮马达体积小输出转局大低速小功率大转矩的回转运动轴向柱塞马达运动平稳转矩大转速范围宽大转矩的回转运动径向柱塞马达转速低，结构复杂，输出转矩大低速大转矩回转运动本设计因为机械手的形式为圆柱坐标形式，具有个自由度，个转动，两个移动自由度。

同时考虑机械手的工作载荷和工作现场环境对机械手布局以及定位精度的具体要求以及计算机的控制的因素，腰部的回转用电机驱动实现，剩下的两个运动均为直线运动。

因此，机械手的水平手臂和垂直手臂都采用单活塞杆液压缸，来实现直线往复运动。

拟定液压执行元件运动控制回路液压执行元件确定后，其运动方向和运动速度的控制是液压回路的核心问题。

方向控制是用换向阀或是逻辑控制单元来实现。

对于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，多采用插装阀与先导控制阀的逻辑组合来实现。

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