机械手液压系统分析-大学论文

题目类别：毕业设计

题目性质：工程设计

毕业设计（论文）题目：机械手液压系统分析

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1

题目内容：

(1)了解机械手组成。

(2)液压机械手技术参数。

(3)液压机械手手部的设计

任务要求：

(1)了解机械手作用。

(2)液压机械手系统分析。

(3)系统的压力损失验算。

(4)系统的温升验算。

(5)系统的其它验算。

(6)液压缸的技术要求。

(7)液压系统的动力元件、控制元件、工作介质。

指导教师签字：年月日专业负责人签字：年月日

液压机械手

[摘要] 机械手是模仿人的手部动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运和操作的自动装置。它特别是在高温、高压、多粉尘、易燃、易爆、放射性等恶劣环境中，以及笨重、单调、频繁的操作中代替人作业，因此获得日益广泛的应用。机械手一般由执行机构、驱动系统、控制系统及检测装置三大部分组成。

【关键词】机械手液压

目录

毕业设计（论文）任务书 (1)

第一章引言 (8)

一、液压机械手的组成 (8)

二、工业机械手技术参数............................... 错误！未定义书签。

（1）握取重量....................................... 错误！未定义书签。

（2）运动速度....................................... 错误！未定义书签。

（3）自由度......................................... 错误！未定义书签。

（4）定位精度 (9)

第二章机械手手部设计 (9)

一、有适当的夹紧力 (10)

二、有足够的开闭范围 (10)

第三章机械手液压系统 (10)

一、系统的压力损失验算 (10)

二、系统的温升验算 (10)

三、系统的其他验算 (10)

四、液压缸的技术要求 (10)

第四章液压系统元件 (11)

致谢 (12)

参考文献 (13)

第一章引言

随着工业的的发展人们越来越离不开自动化，液压机械手就是其中之一。

机械手是模仿人的手部动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运和操作的自动装置。它特别是在高温、高压、多粉尘、易燃、易爆、放射性等恶劣环境中，以及笨重、单调、频繁的操作中代替人作业。

机械手是在机械化，自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。它是机器人的一个重要分支。它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。在现代生产过程中，机械手被广泛的运用于自动生产线中，机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动，不知疲劳，不怕危险，抓举重物的力量比人手力大的特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用。

目前国内机械于主要用于机床加工、铸锻、热处理等方面，数量、品种、性能方面都不能满足工业生产发展的需要。所以，在国内主要是逐步扩大应用范围，重点发展铸造、热处理方面的机械手，以减轻劳动强度，改善作业条件，在应用专用机械手的同时，相应的发展通用机械手，有条件的还要研制示教式机械手、计算机控制机械手和组合机械手等。同时要提高速度，减少冲击，正确定位，以便更好的发挥机械手的作用。此外还应大力研究伺服型、记忆再现型，以及具有触觉、视觉等性能的机械手，并考虑与计算机连用，逐步成为整个机械制造系统中的一个基本单元。国外机械手在机械制造行业中应用较多，发展也很快。目前主要用于机床、横锻压力机的上下料，以及点焊、喷漆等作业，它可按照事先指定的作业程序来完成规定的操作。国外机械数的发展趋势是大力研制具有某种智能的机械手。使它具有一定的传感能力，能反馈外界条件的变化，作相应的变更。如位置发生稍许偏差时，即能更正并自行检测，重点是研究视觉功能和触觉功能。目前已经取得一定成绩。目前世界高端工业机械手均有高精化，高速化，多轴化，轻量化的发展趋势。定位精度可以满足微米及亚微米级要求，运行速度可以达到3M/S，量产产品达到6轴，负载2KG的产品系统总重已突破100KG。更重要的是将机械手、柔性制造系统和柔性制造单元相结合，从而根本改变目前机械制造系统的人工操作状态。同时，随着机械手的小型化和微型化，其应用领域将会突破传统的机械领域，而向着电子信息、生物技术、生命科学及航空航天等高端行业发展。

本篇介绍工业机械手机械手的组成

一、机械手的组成

机械手主要由执行机构、驱动系统、控制系统以及位置检测装置等所组成。

执行机构包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的还增设行走机构。

1、手部

即与物件接触的部件。由于与物件接触的形式不同，可分为夹持式和吸附式手部。夹持式手部由手指(或手爪)和传力机构所构成。手指是与物件直接接触的构件，常用的手指运动形式有回转型和平移型。回转型手指结构简单，制造容易，故应用较广泛。平移型应用较少，其原因是结构比较复杂，但平移型手指夹持圆形零件时，工件直径变化不影响其轴心的位置，因此适宜夹持直径变化范围大的工件。手指结构取决于被抓取物件的表面形状、被抓部位(是外廓或是内孔)和物件的重量及尺寸。常用的指形有平面的、V形面的和曲面的:手指有外夹式和内撑式;指数有双指式、多指式和双手双指式等。而传力机构则通过手指产生夹紧力来完成夹放物件的任务。传力机构型式较多，常用的有:滑槽杠杆式、

连杆杠杆式、斜面杠杆式、齿轮齿条式、丝杠螺母弹簧式和重力式等。吸附式手部主要由吸盘等构成，它是靠吸附力(如吸盘内形成负压或产生电磁力)吸附物件，相应的吸附式手部有负压吸盘和电磁盘两类。

对于轻小片状零件、光滑薄板材料等，通常用负压吸盘吸料。造成负压的方式有气流负压式和真空泵式。对于导磁性的环类和带孔的盘类零件，以及有网孔状的板料等，通常用电磁吸盘吸料。电磁吸盘的吸力由直流电磁铁和交流电磁铁产生。用负压吸盘和电磁吸盘吸料，其吸盘的形状、数量、吸附力大小，根据被吸附的物件形状、尺寸和重量大小而定。此外，根据特殊需要，手部还有勺式(如浇铸机械手的浇包部分)、托式(如冷齿轮机床上下料机械手的手部)等型式.

2、手腕

是连接手部和手臂的部件，并可用来调整被抓取物件的方位(即姿势)。

3、手臂

手臂是支承被抓物件、手部、手腕的重要部件。手臂的作用是带动手指去抓取物件，并按预定要求将其搬运到指定的位置. 工业机械手的手臂通常由驱动手臂运动的部件(如油缸、气缸、齿轮齿条机构、连杆机构、螺旋机构和凸轮机构等)与驱动源(如液压、气压或电机等)相配合，以实现手臂的各种运动。手臂可能实现的运动如下；

手臂在进行伸缩或升降运动时，为了防止绕其轴线的转动，都需要有导向装置，以保证手指按正确方向运动。此外，导向装置还能承担手臂所受的弯曲力矩和扭转力矩以及手臂回转运动时在启动、制动瞬间产生的惯性力矩，使运动部件受力状态简单。导向装置结构形式，常用的有:单圆柱、双圆柱、四圆柱和V形槽、燕尾槽等导向型式。

4、立柱

立柱是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分，手臂的回转运动和升降(或俯仰) 运动均与立柱有密切的联系。机械手的立往通常为固定不动的，但因工作需要，有时也可作横向移动，即称为可移式立柱。

5、行走机构

当工业机械手需要完成较远距离的操作，或扩大使用范围时，可在机座上安装滚轮、轨道等行走机构，以实现工业机械手的整机运动。滚滚轮轮式式布行走机构可分为有轨的和无轨的两种。驱动滚轮运动则应另外增设机械传动装置。

6、机座

机座是机械手的基础部分，机械手执行机构的各部件和驱动系统均安装于机座上，故起支撑和连接的作用。

7、驱动系统

驱动系统是驱动工业机械手执行机构运动的动力装置，通常由动力源、控制调节装置和辅助装置组成。常用的驱动系统有液压传动、气压传动、电力传动和机械传动。

8、控制系统

控制系统是支配着工业机械手按规定的要求运动的系统。目前工业机械手的控制系统一般由程序控制系统和电气定位(或机械挡块定位)系统组成。控制系统有电气控制和射流控制两种，它支配着机械手按规定的程序运动，并记忆人们给予机械手的指令信息(如动作顺序、运动轨迹、运动速度及时间)，同时按其控制系统的信息对执行机构发出指令，必要时可对机械手的动作进行监视，当动作有错误或发生故障时即发出报警信号。

9、位置检测装置

控制机械手执行机构的运动位置，并随时将执行机构的实际位置反馈给控制系统，并与设定的位置进行比较，然后通过控制系统进行调整，从而使执行机构以一定的精度达到设定位置。

二、工业机械手技术参数

1握取重量

握取重量标明了机械手的负载能力。这项参数与机械手的运动速度有关，通常指正常运行速度所握取的工件重量。

2 运动速度

运动速度是反映机械手性能的一项重要技术参数。它与机械手握取重量、定位、精度等参数都有密切关系，同时也直接影响机械手的运动周期。

3 自由度

确定工业机械手的手部在运动空间的位置和姿态的、独立的变化参数就是工业机械手的自由度。自由度越多，其动作越灵活，适应性越强，但结构也相应越复杂。一般具有4～6个自由度即满足使用要求。

4定位精度

定位精度即重复定位精度，是衡量机械手工作质量的又一项重要指标。定位精度的高低取决于位置控制方式以及运动部位本身的制造精度和刚度，与握取重量、运动速度等也有密切关系。

第二章机械手手部设计

一、对手部设计的要求

1、有适当的夹紧力

手部在工作时，应具有适当的夹紧力，以保证夹持稳定可靠，变形小，且不损坏工件的已加工表面。对于刚性很差的工件夹紧力大小应该设计得可以调节，对于笨重的工件应考虑采用自锁安全装置。

2、有足够的开闭范围

夹持类手部的手指都有张开和闭合装置。工作时，一个手指开闭位置以最大变量称为开闭范围。对于回转型手部手指开闭范围，可用开闭角和手指夹紧端长度表示。手指开闭范围的要求与许多因素有关，如工件的形状和尺寸，手指的形状和尺寸，一般来说，如工作环境许可，开闭范围大一些较好。

第三章机械手液压系统

一、系统的压力损失验算

液压元件的规格和管道尺寸确定之后，便应估算回路中的压力损失，以便确定系统的供油压力。而系统的压力损失的验算工作，往往要求先画出液压系统和元件的装配草图后，才能进行。由于该液压系统较简单，该项计算从略。

二、系统的温升验算

在液压传动中，压力损失和溢流、泄漏的能量损失，绝大部分变为热能，致使系统的油温升高。为了保证系统正常工作，油温升高的允许植不应超过规定范围。因而验算发热和散热量。由于系统的功率小，效率高，发热少，所取油箱容量又较大，故不必进行温升的验算。

三、系统的其它验算

对精度要求较高的系统，还需要进行液压冲击，换向性能等方面的验算。

四、液压缸的技术要求

1、筒与端盖的连接形式

由于机械手要求外形尺寸小，重量轻，故采用螺纹式连接。缸筒、端盖和导向套的基本要求缸筒内孔一般采用镗削、铰孔、滚压或磨等精密加工工艺制造，要求表面粗糙度在0.1～使活塞及其密封件、支承件能顺利滑动，从而保证密封效果，减少磨损；缸筒要承受很大的液压力，因此，应具有足够的强度和刚度。端盖装在缸筒两端，形成封闭油腔，同样承受很大的液压力，因此，端盖及其连接件都应有足够的强度和刚度。导向套对活塞杆起导向和支承作用，一般采用摩檫系数小、耐磨性好的聚四氟乙烯制作。

2、活塞和活塞杆的连接形式

由于机械手工作时振动较大，要求连接强度高且具有减振能力，故选择半环式连接。活塞组件的密封在活塞的外圆表面一般开几道宽0.3～0.5mm的环形沟槽，称平衡槽，其作用如下：使活塞具有自位性能，由于活塞的几何形状和同轴度误差，工作压力油在密封间隙中的不对称分布形成一个径向不平衡力，称为液压卡紧力，它使摩檫力增大，开平衡槽后，使得径向油压力趋于平衡，使活塞能够自动对中，减小摩檫力；由于同心环缝的泄漏要比偏心环缝小得多，活塞的对中减小了油液的泄漏量，提高了密封性能；自润滑作用，油液储存在平衡槽内，使活塞能自动润滑。同时还采用Y型密封。Y形密封的截面为Y形，属唇型密圈，主要用于往复运动的密封。Y形圈的密封作用取决于它的唇边对耦合面的紧密接触程度。在压力油作用下，唇边对耦合面产生较大的接触压力，从而达到密封的目的。当液压力升高时，唇边与耦合面贴得更紧，接触压力更高，密封性能更好。3缓冲装置

当液压缸拖动负载的质量较大、速度较高时，一般应在液压缸中设缓冲装置，必要时还需在液压缸传动系统中设缓冲回路，以免在行程终端发生过大的机械碰撞，导致液压缸损坏。缓冲的原理是当活塞或缸筒接近行程终端时，在排油腔内增大回油阻力，从而降低液压缸的运动速度，避免活塞与缸盖相撞。

第四章液压系统元件

1、动力元件液压泵

液压泵是标准件，其选择依据是额定压力和流量。

2、控制元件方向阀、压力阀、流量阀

控制元件是标准件，其选择依据是系统的最高工作压力和通过该阀的最大流量。

3、工作介质-液压油

液压系统对工作介质的要求:有适当的粘度和良好的粘温特性；氧化安定性好和剪切安定性好；抗乳化性、抗泡沫性好: 能防火、防爆；有良好的润滑性和防腐蚀性，不腐蚀金属和密封件；对人体无害，成本低。

致谢

毕业设计终于做完了，从开始到毕业设计完成，每一步对我们来说都是新的尝试和挑战，在刘老师的细心指导和严格的要求下顺利画上句号。衷心感谢指导老师，毕业设计的很多思想和方法得益与老师的指导和启发。从设计选题的分析到毕业设计内容的写做都倾注了指导老师的巨大的心血.本设计能顺利的完成也归功于刘老师的认真负责.使我们能够很好的掌握和运用专业知识,并在设计中得以体现.再次向全体老师表示由衷的感谢,感谢他们二年来的辛勤栽培,在做这次毕业设计的过程中使我学到了很多,我感到无论做什么事都要真真正正用心去做,才会使自己更快的成长,没有学习就不可能有实践能力,没有自己的实践就不会有所突破,

参考文献

[1]陈奎生.液压与气压传动.武汉：武汉理工大学出版社，2011

[2]陈大先.机械设计手册（第四版，第4卷）.北京：化学工业出版社，2013

[3]屈圭.液压与气压传动.北京：机械工业出版社,2012

[4]张建民.机电一体化系统设计.北京：高等教育出版社，2013