液壓驅動機械手裝置(共13頁)

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上題目 四自由度機械手的設計（第一、二、三階段） 小組成員姓名與學號駿威() 黃 元 () 津津()馬韶君() 年級與專業(yè) 機械電子工程1002班 所在學院 機械工程學系 第一部分：機構設計、油缸設計與馬達選型一， 機構設計根據(jù)需求，我們小組的總體機構設計原理圖：1、 機械臂設計需求（1）機械臂在0.6米全伸距下提供25kg的舉力（2）基座左右回轉、上下擺動90度（3）腕關節(jié)360度回轉，轉速835rpm，最大扭矩50Mm（4）手爪開合油缸最大抓力為100kg2、 總體案為了實現(xiàn)需求的4個功能，我們使用了4個執(zhí)行元件，分別是基座的擺動馬達，大臂的90度擺動缸，小臂的36

2、0度回轉馬達以及手爪上的薄型伸縮油缸。3、 自由度分配（1） 底盤一個轉動自由度，由液壓馬達驅動；（2） 機械臂垂直水平面上下一個擺動自由度，由液壓缸驅動；（3） 手腕一個轉動自由度，由液壓馬達驅動；（4）手爪部分由特殊的機械結構構成，可直接通過液壓缸的直線運動完成對物體的夾取與卸載。4、手爪部分的實物圖（在液壓缸配合下，可提供抓力符合要求的100kg）：二液壓油缸選型1、對液壓油缸進行參數(shù)確定：液壓油缸實現(xiàn)手部抓取工作。末端要夾取25kg的物體，在末端要有4倍物重的夾緊力。受力分析得到：要使夾具在末端有100kg的夾緊力，油缸需要提供等同于200kg的力?？紤]到液壓缸的效率，設，則：查找液壓

3、設計手冊，選定工作壓強P=7Mpa.由公式：得到：, 帶入公式有：以有桿腔作為工作腔時：，其中在7Mpa時，取d=0.7D.解得：D=0.0296mm=30mm查找液壓設計手冊序號缸徑（mm）推力（KN）桿徑(mm)拉力（KN）壓力等級（MPa）壓力等級（MPa）71416212531.571416212531.51326111317202518489121417240718202631402071315202430226121418222825511121619242849101316203501427314149622510212431374628919222834423281619242

4、937367131520243046322445065789832163237495873得到：D=40mm，d=28mm.缸筒長度的確定：L=l+B+A+M+C.其中，最大工作行程l=100mm； 活塞寬度B=0.8D=32mm； 活塞桿導向長度A=0.8D=32mm； 活塞桿密封長度M=5mm； 其他長度C=11mm.缸筒總長度計算為L=180mm.2、對液壓油缸進行參數(shù)確定油缸實現(xiàn)機械手的俯仰運動。全伸距為0.6m，為保證工作角度達到90度.機械結構及受力分析:簡化圖如上所示，當機械手平舉時，油缸要給的力最大。OB為最大伸距0.6m，對O點取矩，得到：F=2598.1N考慮到液壓缸的效率

5、，設，同油缸缸徑的確定法，得到：D>=33.7mm。確定油缸的參數(shù)：P=7Mpa，D=40mm，d=28mm。油缸長度確定：如圖所示，AB為油缸運動最長距離處，AB為油缸運動最短距離處。b為油缸工作角。設油缸兩頭連接的桿長分別為a及0.707a。l=AB-AB,由幾關系得到：求得：l=0.874a。3、根據(jù)以上計算進行油缸選型油缸型號：薄型油缸油缸主要參數(shù)：（1）質量7kg，（2）缸徑30mm，（3）行程40mm，（4）活塞桿直徑為10mm（5）使用壓力0.314MPa當油缸壓力p=7MPa時，油缸所能輸出的拉力，大于所需要的200kg，所以油缸滿足設計需求。假設：（1）被夾持物為25k

6、g（2）手爪薄型油缸為7kg（3）手腕回轉擺線馬達為5.5kg（4）取大臂為10kg（5）取其他連接件與結構件為10kg根據(jù)擺動缸轉軸的力矩平衡估算得，擺動缸型號：BMS-50型雙葉片擺動缸擺動缸主要參數(shù)如下：·質量17.8kg，·排量173ml/r，·使用壓力16.3MPa經計算，當擺動缸壓力p>4MPa時，輸出力矩可以滿足需求。三， 液壓馬達選型這里主要用到了兩個馬達，分別是底座驅動液壓馬達與手腕旋轉驅動馬達，在該場合下，我們的馬達轉速較低，需要提高傳動效率，降低工作壓力，另外，馬達排量越大，工作壓力越低，低速穩(wěn)定性越好，這正是我們需要的。假設：整個裝置

7、的凈重為20kg，夾取重物后重量為45kg。全伸距0.6m。 機械爪部分質量為5kg，重心位置與夾取物重心位置重合。伸展寬度最大為0.2m，收縮夾取重物后寬度為0.1m，最大夾緊力為1000N，舉力為250N，機械手與重物間的平均滑動摩擦系數(shù)為0.1.1、首先對液壓馬達進行參數(shù)確定：根據(jù)需求的最大扭矩為50N·m，（一）轉速不可調節(jié)時，轉速取20rpm。工作壓力取14MPa。當抓緊力剛好夠夾取物體時，轉矩為2.5N· m，此時排量由計算公式Dm =T· 2pi/P，得到Dm=1.12ml；由流量公式Q=n·Dm，得到Q=0.375ml/s。當抓緊力為10

8、00N時，轉矩為10N·m，Dm=4.48ml，Q=1.5ml/s當達到最大扭矩時，Dm=22.4ml，Q=7.5ml/s。（二）轉速可調節(jié)時最低轉速為8rpm時，工作壓力取14MPa，得到三種條件下的排量流量分別為：T=2.5N· m，Dm=1.12ml，Q=0.15ml/s；T=10N·m，Dm=4.48ml，Q=0.6ml/s；T=50N·m，Dm=22.4ml，Q=3ml/s。 最高轉速為35rpm時，工作壓力取14MPa，同樣得到三種條件下的排量流量分別為：T=2.5N· m，Dm=1.12mL，Q=0.65ml/s；T=10N

9、83;m，Dm=4.48mL，Q=2.63ml/s；T=50N·m，Dm=22.4mL，Q=13.13ml/s。綜上，手腕旋轉馬達的排量圍Dm在1.12ml至22.4ml。流量Q圍在0.15ml/s至13.13ml/s之間。2、再對液壓馬達進行參數(shù)確定：設工作壓強仍然為14MPa，整個裝置作用在底盤上的力為載荷的三倍75kg，底座采用滾動軸承支撐，與支撐臂的摩擦系數(shù)為0.04，底座中心與支撐臂極限工作點間距為0.6m，則作用在底座馬達上的扭矩為18N·m。底座轉速為10rpm。按照同樣的法可以計算得到馬達排量：Dm=8.07mL，Q=1.35ml/s。綜上可采用VICKER

10、S/威格士BMP型擺線液壓馬達，數(shù)據(jù)如下：由參數(shù)與數(shù)據(jù)可得，兩液壓馬達均可選擇表中第一列的BMP-50型液壓馬達。二， 油路設計以及斷路保護設計（一）設計概述在液壓系統(tǒng)中，控制閥用來控制和調節(jié)工作液體的壓力高低、流量大小以及改變流量向，能夠控制執(zhí)行元件的開啟、停止和換向，調節(jié)其運動速度和輸出扭矩輸出力，并對液壓系統(tǒng)或液壓元件進行安全保護。這次在上次完成 “五功能”機械手的執(zhí)行器設計的基礎上，繼續(xù)對機械手的控制閥組進行設計。由于控制閥組對液壓機械手的運行速度以及液壓缸的流量等具有較大的影響，牽扯到機械手的穩(wěn)定性和實用性的問題，因此控制閥組的設計需要保證液壓機械手不同關節(jié)（不同執(zhí)行器）在運動中有合

11、適的速度，保證液壓缸中進出合適的流量使得系統(tǒng)安全等等問題。（二）設計要求1.設計一回路能夠使得前述的四個執(zhí)行器都分別自如運動，達到能夠需要的位移或者轉矩；2.設計旁路能夠使得系統(tǒng)能夠停留在原位置，避免出現(xiàn)機械手失效，造成損失；3.設計的閥組能夠控制執(zhí)行器具有適合其狀態(tài)的運動速度；4.此設計只著重于所有閥組的設計（三）設計原理液壓控制閥一般控制執(zhí)行元件的開停或換向，運動速度或轉矩，并對整個系統(tǒng)進行安全保護。壓力控制閥用于控制或者調節(jié)液壓系統(tǒng)或回路壓力的閥，如溢流閥等；向控制閥用于控制液壓系統(tǒng)中液流的向及通斷，如單向閥、換向閥等，此類閥一般屬于系統(tǒng)中關鍵閥；流量控制閥用于控制液壓系統(tǒng)中工作液體流量

12、大小的閥，如節(jié)流閥、調速閥等。（四）每個回路中都采用液控單向閥來鎖住回路中的油，達到斷路保護的功能（五）設計案1、主油路設計溢流閥：采用直動式溢流閥，用于油路過載保護。對于該系統(tǒng)，由于選定的泵的輸出壓力為1500psi（約為10.5Mpa），而在操作中采用單個元件運動式，則最大流量約為0.15L/s（9L/min），故選用溢流壓力：15Mpa；額定流量：10L/min。2、液壓馬達回路設計（基座旋轉油路設計）1、液壓馬達主要控制支座的回轉，輸出速度較小，其腔不會出現(xiàn)“氣穴”現(xiàn)象，故不需要與油箱連接的單向閥平衡油壓；2、其所包含的控制閥有：調速閥（實現(xiàn)入口出口的共同調速，更穩(wěn)定）、換向閥；3、由

13、之前執(zhí)行器設計所得到的數(shù)據(jù)可以確定各個控制閥的壓力流量數(shù)據(jù)：考慮安全因數(shù)n=1.52，得如下數(shù)據(jù)：額定流量L/min額定壓力Mpa換向閥形式調速閥01214換向閥1214三位四通3、液壓馬達回路設計（手腕旋轉油路設計）1、該馬達主要用來帶動手爪旋轉，所需流量功率均較?。?、其所包含的控制閥有：平衡閥、換向閥；3、由之前執(zhí)行器設計所得到的數(shù)據(jù)可以確定各個控制閥的壓力流量數(shù)據(jù)：考慮安全因數(shù)n=1.52，得如下數(shù)據(jù)：額定流量L/min額定壓力Mpa換向閥形式調速閥0614換向閥614三位四通4、油缸回路設計（手爪開合油路設計）1、油缸主要用來控制手抓開合，行程較短，而且要求速度較快，同時在達到設定壓力后會自動停止，故除了有調速閥還加入了一個節(jié)流閥用于控制壓力；2、其所包含的控制閥有：單向閥、節(jié)流閥、換向閥；3、由之前執(zhí)行器設計所得到的數(shù)據(jù)可以確定各個控制閥的壓力流量數(shù)據(jù)：考慮安全因數(shù)n=1.52，得如下數(shù)據(jù)：額定流量L/min額定壓力Mpa換向閥形式節(jié)流閥<210調速閥02.410換向