四自由度机械手的液压系统设计 下载本文

四自由度机械手的液压系统设计

【摘要】机械手是指能模仿人手和臂的某些动作功能,用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化,能在有害环境下操作以保护人身安全,因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。机械手通常用作机床或其他机器的附加装置,如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件,在加工中心中更换刀具等 。机械手按驱动方式的不同又可分为液压式、气动式、电动式、机械式,而本文讨论的是具有四自由度的机械手的液压系统设计。

【关键词】机械手;液压系统;设计

1.机械手结构分析

本文所研究的搬运机械手具有四个自由度,分别为手腕的旋转运动,手臂的伸缩运动、旋转运动和升降运动,坐标形式为圆柱坐标,采用液压驱动控制方式,其结构示意图如图1所示。

图1 机械手结构示意图

2.机械手关键液压回路分析

在驱动机械手运动过程中,其中夹紧放松动作,旋转动作和伸缩动作是主要的动作,这里对这些动作的回路进行分析。

(1)夹紧回路

夹紧回路采用的是O型三位四通换向阀来进行锁定,如图2所示。

1—三位四通换向阀 2—调速阀 3—二位三通换向阀

图2 夹紧回路

(2)旋转回路

对于机械手的旋转动作,采用了液压马达实现,原理如图3所示。

1—二位二通换向阀 2—调速阀 3—三位四通换向阀 4—液压马达

图3 旋转回路

3.液压系统设计

液压系统作为搬运机械手的重要驱动方式,主要 用来使机械手完成工作夹/松、手部摆动、手臂水平位 移和垂直升降等动作,主要由油缸、油泵、油压马达和各种阀组成。

系统主要技术参数如下:

抓重:20kg

自由度:4

坐标形式:圆柱坐标

最大工作半径:1500mm

手臂最大中心高度:700mm

手臂运动参数:

伸缩行程:700mm

伸缩速度:400mm/s

升降行程:300m m

升降速度:50mm/s

回转范围:0°—180°

回转速度:70°/s

手腕运动参数:

回转范围:0°—180°

回转速度:9 0°/s

手指夹持范围:∮30mm—∮60mm

手指握力:500N

根据系统的工作要求和特点,拟定的四自由度搬运机械手液压系统原理图如图4所示。

4.液压系统硬件设计

(1)液压泵的选择

泵的工作压力的确定:泵的工作压力可按缸的工作压力加上管路和元件的压力损失来确定。采用调速阀调速,初算时可取。考虑背压,现取。泵的工作压力初定为:

式中:p——液压缸的工作压力;——系统的压力损失。

泵的流量的确定:由于液压缸采用的是差动连接方式,而有杆腔有效面积大于活塞面积,故在速度相同的情况下,快退所需的流量大于快进的流量,故按快退考虑。已知快退时所需要的流量,故快退时泵应供油量为:

式中,K为系统的泄露系数,一般取K=1.1~1.3,此处取1.1。

根据组合机床的具体情况,从产品样本中选用YB-4/10型双联叶片泵。其最大提供的流量为:

故所选泵符合系统要求。

(2)选择阀类元件

各类阀可按通过该阀的最大流量和实际工作压力选取。如表1所示:

表1 液压阀的选型

序号 元件名称 型号 规格

1 溢流阀 YF-B32H 21MPa,250L/min

2 调速阀 Q-H10 32MPa,40L/min

3 单向阀 I-25B 6.3MPa、25L/min

4 二位二通电磁阀 22E1-10B 6.3MPa、l0L/min

5 三位四通电磁阀 34E1-25B 6.3MPa、25L/min

6 调速阀 Q-H20 32MPa,100L/min

7 单向阀 DF—B10K1 35MPa,30L/min

8 二位二通电磁阀 22E1-10B 6.3MPa、l0L/min