上下料機械手的液壓系統(tǒng)設計

曾祥福,張 毅,張夢旖

（西京學院機械工程學院,西安 710123）

1 引言

工業(yè)機械手是近代機械自動控制領域中出現(xiàn)的一項技術，是在機械化、自動化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置，并已成為現(xiàn)代機械制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個重要組成環(huán)節(jié)。機械手可以模仿人手和手臂的某些動作功能，按給定設計程序抓取、搬運工件與物品。主要由執(zhí)行機構、驅(qū)動機構和控制系統(tǒng)三大部分組成，機械手按其用途可分為專用機械手和通用機械手兩種，專用機械手的結構型式簡單，無單獨控制系統(tǒng)，只包含固定程序，適用于專機或大批量生產(chǎn)自動線作為自動上下料用。結合設計參數(shù)要求與實際零件生產(chǎn)線，設計成專用型機械手。

2 機械手的結構設計

本次機械手為固定式四自由度液壓機械手，選用液壓驅(qū)動系統(tǒng)作為動力源，主要由機身、手臂和手爪等主要部分組成。該機械手采用圓柱坐標式的坐標型式。

通過手爪的開合、手臂的升降與伸縮、機身的回轉(zhuǎn)等連續(xù)姿態(tài)實現(xiàn)機械手的抓取/釋放工件的動作，以及完成數(shù)控車床的自動上下料功能。手爪選用二指V型滑槽杠桿式結構，有利于抓取工件時對工件進行定心；手臂應用連桿形式，各連桿之間采用銷釘方式進行連接；焊接支撐架是連接手臂與機械手機身的支撐環(huán)節(jié)，為手臂提供支撐作用，通過與機身進行螺釘連接的固定，機械手的一系列動作均由回轉(zhuǎn)液壓缸、升降液壓缸、伸縮液壓缸和手指液壓缸來控制實現(xiàn)。

3 機械手總體系統(tǒng)的設計

考慮此次設計的機械手抓取重量較大（40kg），為得到較大的輸出力和握力，同時使傳動平穩(wěn)，因此選用液壓驅(qū)動作為機械手的控制系統(tǒng)。

3.1 液壓系統(tǒng)的工作原理

液壓系統(tǒng)以壓力油液為工作介質(zhì)，由電動機帶動油泵輸出壓力油，將機械能轉(zhuǎn)換成油液的壓力能。壓力油經(jīng)管道及控制調(diào)節(jié)裝置進入油缸，推動活塞桿運動，從而使機械手工作。液壓機械手的其液壓傳動系統(tǒng)概括如圖1。

圖1 液壓傳動系統(tǒng)

由圖1可知，機械手液壓系統(tǒng)由以下主要部分組成：

（1）油泵 它供給系統(tǒng)以壓力油，將電動機的機械能轉(zhuǎn)換為油液的壓力能，并用以驅(qū)動整個液壓系統(tǒng)工作；（2）執(zhí)行油缸 壓力油驅(qū)動運動機構對外工作部分。如：做回轉(zhuǎn)運動的回轉(zhuǎn)缸；（3）控制調(diào)節(jié)裝置 如溢流閥、順序閥等。在系統(tǒng)中控制機械手的動作與速度等功能，使機械手的手臂、手腕、手指等能夠完成所需要運動；（4）輔助裝置 如油箱、濾油器、蓄能器、管路和管接頭以及壓力表等。

3.2 液壓傳動機械手的特點

首先，控制精度高，上下料機械手需要對傳送工件準確定位，液壓傳動具有體積小、慣性小等特點；其次，液壓傳動滯后現(xiàn)象小，反應靈敏，通過對液壓調(diào)節(jié)，可以實現(xiàn)機械手的無極調(diào)速；再次，液壓傳動可以得到較大的輸出力或力矩。

3.3 液壓系統(tǒng)工作原理圖

圖2 液壓系統(tǒng)工作原理圖

其中，手臂伸縮油缸與手臂升降油缸在液壓系統(tǒng)中同時動作，手臂回轉(zhuǎn)油缸與手指加緊油缸依據(jù)設定程序動作，共同配合完成機械手上、下料動作。

4 機械手的動作順序

圖3 工作流程簡圖

機械手的工作流程簡圖如圖3。

根據(jù)機械手上述動作順序，采用PLC電控系統(tǒng)控制相對應的換向電磁閥，按設計的程序逐步實現(xiàn)各動作。

5 總結

結合設計參數(shù)要求，在機械結構設計的基礎上選擇并完成機械手的液壓系統(tǒng)設計，該系統(tǒng)能滿足機械手的動作順序與控制要求。

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