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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 3 4 目录 工业机械手液压系统的设计 4 1. 题目简介 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、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、切割、电子装配及物流系统的搬运、包装、码垛等作业的机械装置。 机械手并不是在简单意义上代替人工的劳动 ， 而是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置 ， 既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力 ， 又有机器
2、可长时间持续工作 、 精确度高 、 抗恶劣环境的能力 ， 从某种意义上说它也是机器的进化过程产物 ， 它是工业以及非产业界的重要生产和服务性设备 ， 也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备 。 而高精度工业机械手大多采用液压传动的方式 ，例如 多自由度机械手 就装有伸缩、回转、升降多个液压系统， 在计算机控制下 才 能够实现精准定位操作 。液压传动 装置 具有质量 轻 、体积小、运动惯性 小 、反应速度快等优点， 所以 适用于高精度机械手，并且操作简单方便，可 在较大范围内可以实现无极调速 ， 从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
3、压系统 2 手臂回转齿条活塞液压系统 3 4 手腕回转液压系统 4 手爪夹合液压系统 5 6 6 械手液压系统设计目的和要求 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。 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的实现无级调速。 运动分析 如图所示 ， 机械手在工作过程中需三种运动 ，其中手臂的伸缩和立柱的升降为两种直线运动 ，而手臂的回
4、转为圆周运动 ， 所以采用圆柱坐标形式 。 其特点是 ， 结构简单 ， 手臂运动范围大 ，有较高的定位准确度 。 关键问题： 机械手的三个运动方式构成了三个自由度，是机械手精确定位的关键 械手各液压系统的工作范围 机械手的手臂伸缩液压系统在水平方向上的伸缩范围为至两个不同高度的工作台的距离 ， 手臂伸缩总行程为 500手臂回转的运动范围 90度 ，立柱升降的垂直方向的距离为两工作台的高度差 ，总行程为 200 是手臂垂直升降液压系统的工作范围 ， 还有手腕翻转的运动范围 180度 。 此外手爪夹合液压系统的工作状态为打开 ， 闭合两种 ，在待料处手爪打开 ， 然后闭合夹住材料；在送料出手爪打开
5、下料 ， 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 根据具体 工作 情况 ， 电动执行机构至少应有手臂的升降 、 伸缩 、 回转以及手腕回转四个不同的自由度 。 手臂升降液压缸 、 手臂伸缩液压缸 、 手臂回转液压缸 、 手腕回转液压缸 、 手爪夹合液压缸和回转定位液压缸各个部分相互协作 ， 共同执行液压的传动 。 液压缸驱动和电气控制共同完成一系列动作并以此循环往复： 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 手臂降至最低点 手
6、腕复位 撤定位销 手臂复位 重新待料 。 5 压原理简图 主油箱液压泵单向阀过滤器压力表A 压力表开关电磁换向阀 溢流阀手臂伸缩液压缸A 双向调速阀手臂升降液压缸A 手臂回转（齿条液压缸）A 手腕回转（摆动式液压缸）A 手爪夹合（齿条液压缸）气控制系原理图 4. 工业机械手液压系统的设计 1） 至位置 （ 2） ， 至位置 （ 1） 1） 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，升降运动和回转运动的三个主要运动来选择回路， 选择如下
7、： （ 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。 （ 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。 （ 3）速度控制回路： 它是液压系统的重要组成部分，用来控制执行元件的运动速度。 （ 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。 压回路的选择 压泵流量计算及马达功率确定 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/
8、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 =轮泵 = = 马达功率 ： 前m 0 033m a x 前m 033m q 前/m a a x 前3泵 泵泵关键问题： 液压泵的流量决定了液压系统的工作 压力，对其性能和维护至关重要，马达功率则是系统高效稳定运行的关键。 根据系统选择标准液压元件 机械手液压系统的主要液压元件选择包括：油箱 ， 液压泵 ， 滤油器 ，油泵 ， 溢流阀 ， 减压阀 ，单向阀 ， 电磁换向阀 ，单向节流阀 ， 以及相应的电器开关等 ， 主要液压元件规格 如左表 。 存在的问题 工业机械
9、手通常为多自由度机械手，采用液压驱动的传动方式，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。 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，对液压系统的维护和检修不便。 总结 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，巩固和深化了所学过的专业理论知识 ， 让我对液压技术有了更深的了解。 致谢
工业机械手液压系统设计答辩稿
