液壓上料機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)目錄摘要 II摘要：本文主要介紹了一種可以應(yīng)用于多種工作化境，并且適合多種材料搬運(yùn)的液壓上料機(jī)械手，進(jìn)一步代替?zhèn)鹘y(tǒng)的液壓上料機(jī)進(jìn)行工作，從而幫助人工更加效率的完成上料作業(yè)。眾所周知，在一些流水線型工作中，如：汽車零件流水線生產(chǎn)，建筑材料搬運(yùn)，物流貨物的分揀等。都需要借助人工的力量完成一些簡(jiǎn)單的移動(dòng)，具體表現(xiàn)為：上下左右的位移，在這一過(guò)程中，由于物料的體積質(zhì)量不一，所以所需要的力也是不一定的。所以針對(duì)液壓上料這一主題，本文設(shè)計(jì)了一種機(jī)械手式液壓上料系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)時(shí)，首先對(duì)上料機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較和分析，對(duì)比傳統(tǒng)液壓上料機(jī)，具有占地面積小、自動(dòng)化程度高，操作和維護(hù)都比較容易等特點(diǎn)，其結(jié)構(gòu)主要采用以液壓伸縮桿為驅(qū)動(dòng)，多級(jí)旋轉(zhuǎn)臂為支撐，搭配旋轉(zhuǎn)抓手實(shí)現(xiàn)整個(gè)上料運(yùn)動(dòng)。所設(shè)計(jì)的機(jī)械手液壓上料系統(tǒng)，可完全替代傳統(tǒng)機(jī)械幫助人工進(jìn)行上料作業(yè)，具有較大的發(fā)展空間。關(guān)鍵詞：機(jī)械手；液壓；上料系統(tǒng)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1緒論1.1設(shè)計(jì)背景和意義通過(guò)相關(guān)資料顯示，目前傳統(tǒng)的液壓上料機(jī)主要以臺(tái)式為主，由于各種安裝與使用問(wèn)題，現(xiàn)在大多數(shù)上料還是以人工為主，對(duì)于通過(guò)人工來(lái)實(shí)現(xiàn)的物料上料而言，最主要的一點(diǎn)就是效率普遍都比較低，但隨著社會(huì)不斷的進(jìn)步，科技不斷的發(fā)展，越來(lái)越多的體力活逐漸的被自動(dòng)化設(shè)備替代，自動(dòng)化設(shè)備的使用，不僅解決了效率低的問(wèn)題，還使安全問(wèn)題得到了極大的改善。對(duì)于上料機(jī)的使用，主要體現(xiàn)在一些流水線的工作中，比如：汽車零件的流水線生產(chǎn)，建筑的材料運(yùn)輸，中大型機(jī)械生產(chǎn)等，在這些需要對(duì)零件進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的移動(dòng)，如上下左右的位移。雖然看著比較簡(jiǎn)單，但是對(duì)于一些需要很大力做功的時(shí)候，往往需要借助一些機(jī)器才可以實(shí)現(xiàn)，因?yàn)樗麄凅w積大，重量大，人工搬運(yùn)難以滿足生產(chǎn)要求，同時(shí)也帶來(lái)了很大的安全隱患。而液壓傳動(dòng)上料機(jī)可以很好的滿足工作需求，提高工作效率，同時(shí)降低安全隱患，更好的保證工作人員的生命安全。因此，在查詢相關(guān)資料之后，可知現(xiàn)有上料機(jī)也分成很多種類，比如常見(jiàn)的真空上料機(jī)、液壓上料機(jī)、自動(dòng)上料機(jī)、申舉式上料機(jī)等等。在這些上料機(jī)中，液壓上料機(jī)的承重能力是比較強(qiáng)的，因此，對(duì)于本設(shè)計(jì)而言，液壓系統(tǒng)是優(yōu)先被選取的一種傳動(dòng)方式。其次在細(xì)分選擇上主要采用的是機(jī)械手類型的，原因在于：機(jī)械手作業(yè)操作方便，類似于人手，工作的時(shí)候夾取物件容易，運(yùn)輸快捷等優(yōu)點(diǎn)。但是由于此類機(jī)械臂的發(fā)展時(shí)間比較短，一直到20世紀(jì)30年代才被真正的推廣使用。相比于傳統(tǒng)的履帶式的上料機(jī)，本設(shè)計(jì)更加的靈活多變，可以適應(yīng)多種工作類型，也極大的減少了對(duì)地形的要求，不像履帶上料機(jī)這種需要很大的空間，而且物料容易從旁邊漏出。針對(duì)以上問(wèn)題，對(duì)于本設(shè)計(jì)而言，重點(diǎn)不僅是改善工人的工作條件，而且是徹底解放勞動(dòng)力，完全替代傳統(tǒng)的上料機(jī)設(shè)備，并且能夠在安全方面得到極大的提高，工作效率也是顯著上升。而對(duì)于和人而言，是因?yàn)橄敫由钊氲牧私鈾C(jī)械手中的知識(shí)和一些不清楚的工作原理，在前人已有的基礎(chǔ)上，對(duì)其進(jìn)行學(xué)習(xí)和改善，將所學(xué)習(xí)的知識(shí)融會(huì)貫通重新梳理一遍。同時(shí)從機(jī)械手的整個(gè)生命歷程來(lái)看和現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展情況，讓機(jī)械手作業(yè)的應(yīng)用和液壓上料機(jī)的應(yīng)用都能夠有一種全新的認(rèn)識(shí)，也為之后的發(fā)展奠定一定的基礎(chǔ)。1.2國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀相比起國(guó)內(nèi)來(lái)說(shuō)，國(guó)外的上料系統(tǒng)大部分都實(shí)現(xiàn)比較機(jī)械化智能化，人工所占的比列越來(lái)越少，技術(shù)也相對(duì)來(lái)說(shuō)比較先進(jìn)。但是相對(duì)于國(guó)外這種地廣人稀的情況，他們可以廣泛的使用那種占地面積大的，不會(huì)輕易的拆裝的傳統(tǒng)上料機(jī)，但是在國(guó)內(nèi)就不一樣了。雖然國(guó)內(nèi)土地面積大，但是人口眾多，而且很多地方是山地，除去北方平原地區(qū)外，很多地方都不適合使用占地面積很大且笨重不易拆卸搬運(yùn)的傳統(tǒng)上料機(jī)。國(guó)外的一些上料機(jī)也有很多可以借鑒的優(yōu)點(diǎn)，比如QKL-857農(nóng)業(yè)上料機(jī)，采用的是翻斗式上料，不僅速度快，也保證了無(wú)聊的完整性，保證不會(huì)有飛濺而出的東西，還保證了操作人員的安全性，響應(yīng)時(shí)間也是非常的短，且不需要間斷操作，不會(huì)發(fā)生機(jī)器過(guò)熱等這些問(wèn)題。工作原理及其簡(jiǎn)單，就是一個(gè)翻斗在帶輪的帶動(dòng)下上升下降，達(dá)到一個(gè)合適的位置，再由齒輪控制翻斗繞著中心軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，將漏斗內(nèi)的物料全部?jī)A斜而出，過(guò)程中不會(huì)有二次碰撞等會(huì)影響物料質(zhì)量的情況，物料保存非常完整。操作也十分簡(jiǎn)單，并不需要前期投入太多。在原材料上不會(huì)又浪費(fèi)，只需要在體量和承重之間選擇合適的就行。在成本方面比較適合大面積的使用。但是這種上料機(jī)存在的問(wèn)題也是十分明顯，需要人工一直觀察機(jī)器工作狀況，需要不斷的判斷，當(dāng)發(fā)生事故事，很有可能會(huì)危害到操作人員的人身安全。因?yàn)椴僮魅藛T需要近距離觀察漏斗的承載狀況，判斷是否該上升下降傾斜物料等操作。這個(gè)問(wèn)題在國(guó)內(nèi)外都存在，都是一個(gè)需要注意的問(wèn)題。所以由此，又有了一些安全性更高的上料機(jī)。液壓上料機(jī)、機(jī)械手上料機(jī)、遠(yuǎn)距離帶式上料機(jī)等等，許許多多的機(jī)器不斷地出現(xiàn)在市場(chǎng)上。國(guó)內(nèi)的許多企業(yè)也是紛紛開(kāi)始研究各種性能優(yōu)秀、高效安全的上料機(jī)。1.3主要設(shè)計(jì)內(nèi)容針對(duì)上文提出的研究背景與設(shè)計(jì)意義，在結(jié)合現(xiàn)有液壓上料機(jī)存在的不足和沒(méi)有實(shí)現(xiàn)的功能，可以初步總結(jié)出液壓機(jī)械手上料機(jī)的設(shè)計(jì)要求：（1）占地面積減少，設(shè)備更加靈活多變?cè)囉糜诟嗟墓ぷ鳡顩r。（2）密閉性設(shè)計(jì)，保證設(shè)備可在各種飛沙煙塵環(huán)境下可以正常運(yùn)作。（3）精度計(jì)算，保證操作的準(zhǔn)確性。（4）機(jī)械手的控制以及空間運(yùn)動(dòng)軌跡。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，具體為：本文主要研究機(jī)械手的液壓傳動(dòng)與機(jī)械手的結(jié)構(gòu)，在保證材料和占地面積相同的情況下提高工作效率，增加安全性，盡量實(shí)現(xiàn)智能化、自動(dòng)化的功能，在未來(lái)技術(shù)允許的情況下甚至是使用機(jī)器人代替人工操作機(jī)械手。且同一臺(tái)設(shè)備可以適用于多種工作環(huán)境，適用于多種工件。從而縮小成本的投入。同樣可以代替人工去操作一些高危險(xiǎn)的東西，尤其是一些可能在長(zhǎng)期工作過(guò)后可能會(huì)對(duì)人產(chǎn)生危害的作業(yè)就完全可以讓本設(shè)計(jì)的機(jī)械手去完成。從而把大量的人工解放出來(lái)，去干別的事情。解放勞動(dòng)力，讓生產(chǎn)變得更加高效；在工作效率上大大的提升了物流速度，輕量化的元件在工作過(guò)程中尤為明顯，加上大功率的驅(qū)動(dòng)，提高響應(yīng)速度，增加生產(chǎn)效率，縮短工作周期。精度要求上也是同樣不容小覷，目的是設(shè)計(jì)出一款就好比是人手一樣的機(jī)械手，讓操作變得就好像操作自己的手去搬東西一樣，需要對(duì)每次操作進(jìn)行不斷的定位，不斷的反饋。確保精度。但是引用在一些工件、物料的搬運(yùn)上應(yīng)該是綽綽有余的；密封性好，可在一些煙塵嚴(yán)重，飛沙厲害的工作環(huán)境下使用，或者是一些有害氣體，腐蝕氣體之類的需要高密封性高要求的惡劣環(huán)境。2液壓上料機(jī)的整體設(shè)計(jì)通過(guò)相關(guān)的設(shè)計(jì)分析，查詢相關(guān)的資料，了解到機(jī)械手的各種性能與優(yōu)勢(shì)，所以本位最終采用機(jī)械手設(shè)計(jì)，整體的設(shè)計(jì)有下面幾點(diǎn)：機(jī)械手的傳動(dòng)方式和操作方式。機(jī)械手的組成元件。上料機(jī)的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)首先，根據(jù)上文分析現(xiàn)有液壓上料機(jī)存在的缺陷與不足，因此本文拋開(kāi)這一設(shè)計(jì)理念，而通過(guò)上文描述，改而使用機(jī)械手抓取上料的方式，為了解決一些原本的帶式傳送不能解決的一些問(wèn)題，比如：形狀奇怪的物件。重量比較大的物件。一些人工不好操作的物件。這些如果在傳統(tǒng)的機(jī)器上面，在搬運(yùn)的時(shí)候就有非常大的問(wèn)題。不僅是需要很大的人力，也存在一些安全問(wèn)題。有可能造成對(duì)員工的傷害。但是使用我們的機(jī)械手就可以避免這些問(wèn)題，使用液壓傳動(dòng)，保證其有足夠的力去搬運(yùn)物件。其他驅(qū)動(dòng)采用液壓系統(tǒng)，主要的驅(qū)動(dòng)元件與組成元件由液壓桿、液壓缸、立柱、底盤、機(jī)械臂組成。底盤能夠保證整個(gè)設(shè)備的穩(wěn)定性，也可以完成整個(gè)設(shè)備的旋轉(zhuǎn)的功能，機(jī)械手的抓取上升下降則完全是通過(guò)液壓缸的動(dòng)力實(shí)現(xiàn)的。通過(guò)各個(gè)機(jī)械臂和各個(gè)液壓缸的相互配合完成對(duì)物料的抓取。整個(gè)上料機(jī)包括整個(gè)機(jī)械的旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，抓取物料的類手結(jié)構(gòu)，控制上下移動(dòng)的關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，以及液壓系統(tǒng)和控制機(jī)械手運(yùn)動(dòng)的編程。每個(gè)部分都非常重要，為了使其在工作中更加流暢穩(wěn)定，則對(duì)每個(gè)結(jié)構(gòu)的相互配合具有更高的要求。3液壓上料機(jī)的零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)通過(guò)對(duì)目前液壓上料機(jī)的研究現(xiàn)狀查閱相關(guān)的資料，同時(shí)也查找了一些和液壓機(jī)械手相關(guān)的資料，然后結(jié)合兩者對(duì)整體的液壓上料機(jī)做一個(gè)大致的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)述，與此同時(shí)按照本設(shè)計(jì)的技術(shù)要求之后，對(duì)整個(gè)裝置進(jìn)行整體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，利用三模型軟件UG對(duì)整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行模型構(gòu)造。總體結(jié)構(gòu)大致分為動(dòng)力部分、工作部分、回轉(zhuǎn)部分和旋轉(zhuǎn)部分，通過(guò)四部分的配合實(shí)現(xiàn)整個(gè)機(jī)構(gòu)的完美配合。3.1動(dòng)力部分對(duì)于當(dāng)今機(jī)械行業(yè)設(shè)備來(lái)說(shuō)，機(jī)械傳動(dòng)方式越來(lái)越多，比如液壓、氣壓傳動(dòng)，齒輪傳動(dòng)，蝸輪蝸桿傳動(dòng)，同步帶傳動(dòng)，鏈傳動(dòng)，齒條傳動(dòng)等，一個(gè)合適的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇可以有效的幫助機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)高效率的作業(yè)成果，同時(shí)還能滿足當(dāng)今社會(huì)低碳環(huán)保的社會(huì)理念，因此，在本文設(shè)計(jì)圓片狀產(chǎn)品熱封包裝設(shè)備時(shí)，優(yōu)先考慮的是電機(jī)作為主要的驅(qū)動(dòng)能源，因此作出以下參數(shù)計(jì)算。對(duì)于本裝置的動(dòng)力機(jī)構(gòu)就是所謂的通過(guò)液壓系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)裝置的運(yùn)動(dòng)，液壓系統(tǒng)又分為動(dòng)力元件、執(zhí)行元件、控制元件、輔助元件和液壓油五部分組成。在這里采用液壓缸做為液壓系統(tǒng)的執(zhí)行元件，液壓泵作為液壓系統(tǒng)的的動(dòng)力元件。通過(guò)液壓缸的活塞運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)液壓上料機(jī)的支撐架的運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)完成一個(gè)類似于液壓機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)，結(jié)合目前所有的液壓挖掘機(jī)的機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)，通過(guò)液壓缸來(lái)實(shí)現(xiàn)支撐架的抬升與收縮，完成整個(gè)液壓上料機(jī)的抬升和收縮的運(yùn)動(dòng)，動(dòng)力部分的執(zhí)行元件如圖3-1所示。圖3-1執(zhí)行元件模型3.2工作部分本裝置中的工作部分主要包括夾取機(jī)構(gòu)和旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，為了進(jìn)行多自由度的移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)，將兩者合并在一個(gè)裝置中。本設(shè)計(jì)的工作部分就是真正用來(lái)進(jìn)行工作的裝置，也就是所謂對(duì)在輥?zhàn)觽魉蜋C(jī)運(yùn)輸來(lái)的物料進(jìn)行夾取夾持，對(duì)于目前機(jī)械生產(chǎn)廠中的機(jī)械設(shè)備的生產(chǎn)都是建立在生產(chǎn)線上來(lái)對(duì)物件進(jìn)行操作的。其大概的工作原理就是將物料通過(guò)輥?zhàn)虞斔蜋C(jī)進(jìn)行運(yùn)送，然后通過(guò)液壓機(jī)械手對(duì)物料進(jìn)行夾持然后進(jìn)行上料。經(jīng)常應(yīng)用到流水線上或者其他的輸送機(jī)上或者在工作機(jī)械配合使用，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、安裝拆卸方便、易于維修等特點(diǎn)，而且輥?zhàn)虞斔蜋C(jī)又分為無(wú)動(dòng)力式和動(dòng)力式兩類，這里采用的是動(dòng)力式輥?zhàn)虞斔蜋C(jī)。輥?zhàn)虞斔蜋C(jī)的模型如圖3-2所示。圖3-2輥?zhàn)虞斔蜋C(jī)模型當(dāng)在生產(chǎn)線上輥?zhàn)觽鬏敊C(jī)運(yùn)輸過(guò)來(lái)的物料，在通過(guò)傳感器來(lái)進(jìn)行識(shí)別到物料的到來(lái)，那么工作部分就是根據(jù)視覺(jué)所識(shí)別到的東西來(lái)反饋到整個(gè)反饋系統(tǒng)中，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)工作部分對(duì)物料的進(jìn)行夾取或者夾持，當(dāng)工作部分完成對(duì)物料的夾持之后，首先先對(duì)物料夾持部分進(jìn)行一個(gè)角度的旋轉(zhuǎn)，這樣不僅可以起到一個(gè)防止物件的滑落和夾持部分的松動(dòng)，與此同時(shí)，機(jī)械手可以實(shí)現(xiàn)任何角度的旋轉(zhuǎn)，這樣還可以實(shí)現(xiàn)特定的安裝或者便于在上料的過(guò)程中避免物件與物件的干涉與接觸。本設(shè)計(jì)所進(jìn)行模型的構(gòu)造主要是對(duì)夾取部分的構(gòu)造，并沒(méi)有對(duì)所有的夾取形式進(jìn)行構(gòu)造，不過(guò)可以通過(guò)更換零件來(lái)進(jìn)行夾持部分的夾持。工作部分的模型示意圖如圖3-3所示。圖3-3工作部分模型對(duì)于工作部分的夾持部分，我們采用的是活塞殼體和夾持手的配合來(lái)實(shí)現(xiàn)，夾持手的張開(kāi)與收縮，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)“夾取物料”和“放物料”的基本活動(dòng)，其大致原理就是夾持手通過(guò)繞一個(gè)軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，通過(guò)活塞運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)這個(gè)夾持手的收縮和擴(kuò)張，從而完成相應(yīng)的工作。活塞殼體的模型結(jié)構(gòu)如圖3-4所示。圖3-4活塞殼體模型3.3支撐部分本裝置中的的支撐部分主要是用于兩構(gòu)件的回轉(zhuǎn)和支撐作用，支撐部分主要分為三部分，每個(gè)部分兩者之間都是相互支撐相互輔助的，通過(guò)鉸鏈結(jié)構(gòu)使相連的兩部分支撐架固定在一個(gè)軸心位置，通過(guò)液壓缸的作用實(shí)現(xiàn)支撐桿的支撐作用，使它們都能夠繞一個(gè)軸心實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。由下圖3-5所示，箭頭所指的地方有三處桿架，顯而易見(jiàn)三個(gè)桿架需要兩個(gè)回轉(zhuǎn)裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)三個(gè)支架的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，下圖中圈起來(lái)的部分就是所示的回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，對(duì)于整個(gè)裝置的支撐作用，主要是支撐作用完成的相應(yīng)的作用，再繼而完對(duì)所有的對(duì)物料的抬升和彎曲動(dòng)作，同時(shí)整個(gè)裝置的都是緊密連接的。圖3-5支撐部分模型3.4旋轉(zhuǎn)部分當(dāng)液壓機(jī)械手對(duì)物料進(jìn)行夾取完成后，那么就需要一個(gè)旋轉(zhuǎn)裝置來(lái)對(duì)這個(gè)物料進(jìn)行上料的安排，以便于實(shí)現(xiàn)整個(gè)裝置的流暢性。此裝置主要是為了實(shí)現(xiàn)整個(gè)裝置的旋轉(zhuǎn)，和以上液壓支架部分的旋轉(zhuǎn)和對(duì)一些物料的提升和收縮，同時(shí)還可以帶動(dòng)整個(gè)裝置實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)，同時(shí)旋轉(zhuǎn)裝置是連接在底座上面的，而且底座是通過(guò)底座支架連接在地面，通過(guò)固定螺栓來(lái)固定來(lái)地面上的，防止在整個(gè)搬運(yùn)物料的過(guò)程中出現(xiàn)側(cè)翻或者傾斜的事故，顯而易見(jiàn)的是這樣更加利于裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)和工作。而且這個(gè)旋轉(zhuǎn)裝置是通過(guò)齒唇傳動(dòng)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)的過(guò)程，通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)齒輪，再通過(guò)齒輪的嚙合完成上述的旋轉(zhuǎn)。整個(gè)裝置都是連接底座上面的，為了就是防止裝置發(fā)生其他事故，避免在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題。整個(gè)旋轉(zhuǎn)裝置模型如圖3-6所示。圖3-6旋轉(zhuǎn)裝置模型3.5設(shè)計(jì)小結(jié)本章節(jié)主要介紹了液壓上料機(jī)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，主要是動(dòng)力結(jié)構(gòu)、支撐結(jié)構(gòu)、工作機(jī)構(gòu)和旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。通過(guò)輥?zhàn)虞斔蜋C(jī)過(guò)來(lái)的物料，進(jìn)行視覺(jué)識(shí)別以后，反饋到系統(tǒng)中，通過(guò)液壓上料機(jī)中的機(jī)械手對(duì)物料進(jìn)行抓取，通過(guò)支撐架和液壓缸的配合之下實(shí)現(xiàn)物料的抬升與收縮，再通過(guò)旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)再運(yùn)送到另一裝置中，實(shí)現(xiàn)對(duì)物料的上料，進(jìn)而完成整個(gè)裝置的液壓上料的過(guò)程，本設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作性強(qiáng)。經(jīng)過(guò)以上的整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，達(dá)到對(duì)物料的上料，并利用液壓系統(tǒng)和視覺(jué)識(shí)別系統(tǒng)進(jìn)而完成工作，并達(dá)到預(yù)期的效果。

4液壓上料機(jī)機(jī)械手分析4.1機(jī)械手工作過(guò)程的運(yùn)動(dòng)分析機(jī)械手所知道的在空間上有六個(gè)自由度，如同手指般靈活多變的變化。本文采用的機(jī)械手是有六個(gè)自由度，所以應(yīng)該知道每個(gè)自由度的角度或者是移動(dòng)的范圍，用來(lái)確定機(jī)械手末端的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)軌跡。空間坐標(biāo)和矩陣：坐標(biāo)點(diǎn)的描述、位置關(guān)系和矩陣變化。在大學(xué)高等數(shù)課本內(nèi)中有說(shuō)過(guò)，可以用矩陣來(lái)表示一些空間中的位置變換和向量，所以本文借用矩陣倆表述，可以較為容易的來(lái)記錄一些位置關(guān)系。然后判斷出是如何移動(dòng)的，是平移還是旋轉(zhuǎn)，是上升還是下降。在記錄的同時(shí)計(jì)算和原來(lái)的位置的關(guān)系作出一個(gè)判斷。然后把這個(gè)判斷當(dāng)作一個(gè)移動(dòng)的方向。然后移動(dòng)的距離等則就是兩個(gè)位置的長(zhǎng)度，由兩個(gè)位置的直線距離決定。圖4-1數(shù)學(xué)模型1如圖4-1所示，則可以記錄一個(gè)點(diǎn)p或者多個(gè)點(diǎn)p2、p3等等。P=by+ax+cz。把這個(gè)向量寫成矩陣形式就有p=｛ax，by，cz｝，在引入一個(gè)變量，然后換成p=｛ax，by，cz，a｝。剛體的定義：剛體是什么，是一個(gè)可以模糊成規(guī)則物體的東西，在受到外界壓力的情況下，或者是運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下他永遠(yuǎn)不會(huì)發(fā)生形變的物體。圖4-2數(shù)學(xué)模型2如4-2所示對(duì)于空間內(nèi)的剛體，可以取質(zhì)心，以質(zhì)心為起點(diǎn)，向著移動(dòng)的方向進(jìn)行加法計(jì)算。在坐標(biāo)系中進(jìn)行計(jì)算axbxcxay 圖4-3數(shù)學(xué)模型3（發(fā)生移動(dòng)時(shí)）如圖4-3所示，如果物體的位置發(fā)生改變，就是物體的坐標(biāo)發(fā)生改變，而改變的坐標(biāo)就是變換矩陣的中某一種或者某幾種，是x、y、z三個(gè)坐標(biāo)中的一種或幾種組成。當(dāng)進(jìn)行平移變換的時(shí)候則是某一個(gè)方向向量保持不變，而其他的坐標(biāo)發(fā)生改變。相對(duì)于參考系來(lái)說(shuō)，距離原點(diǎn)的長(zhǎng)度不斷地改變。axbxcxay圖4-4數(shù)學(xué)模型4（發(fā)生旋轉(zhuǎn)時(shí)）如圖4-4所示，基于坐標(biāo)系的原點(diǎn)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的時(shí)候，變換矩陣為axayaz×1000sinxcosx0cosx?sinx=bxby4.2空間運(yùn)動(dòng)分析4.2.1障礙分析機(jī)械手在工作時(shí)，在負(fù)重情況下遇到障礙物的問(wèn)題。首先啟用一個(gè)空間八叉樹(shù)的概念，將機(jī)械手即將運(yùn)動(dòng)的路線的空間劃分為一個(gè)一個(gè)的正六面體，當(dāng)某一個(gè)六面體內(nèi)有物體時(shí)，說(shuō)明這個(gè)路線上是有障礙物的，再繼續(xù)將有障礙物的空間鳳城八個(gè)小六面體繼續(xù)判斷那些里面有物體那些沒(méi)有。當(dāng)設(shè)備運(yùn)動(dòng)到這個(gè)六面體之前就應(yīng)該發(fā)出警報(bào)或者是終止這次運(yùn)動(dòng)，然后在經(jīng)過(guò)將空間六面體不斷地再分成八個(gè)小六面體，判斷哪些六面體內(nèi)有物體，直到最后完全算完。當(dāng)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)到這些擁有阻礙物體的六面體附近時(shí)，機(jī)器會(huì)發(fā)出類似于警報(bào)一樣的提醒，讓操作員知道這條道不通，并且阻止這次操作。如果不提醒的話就有可能發(fā)生夾住物料的機(jī)械手撞上別的機(jī)器或者是撞到人，發(fā)生危險(xiǎn)。所以做一個(gè)障礙物分析，預(yù)防這種危險(xiǎn)情況。而且在未來(lái)有可能的情況下發(fā)展成全智能的工作環(huán)境，只要設(shè)計(jì)好工作模式，使得無(wú)人操作成為現(xiàn)實(shí)，這種情況就非常需要這種空間障礙分析了。提前計(jì)算好那些空間是不能運(yùn)動(dòng)的，那些空間是危險(xiǎn)區(qū)域，那些空間是正常工作區(qū)，那些空間是發(fā)生異常時(shí)該停留的位置。未來(lái)就是向著這種高度智能化的方向發(fā)展。4.2.2機(jī)械手的靈活度分析工作中是否可以完全按照操作員的指揮進(jìn)行運(yùn)動(dòng)；機(jī)械手是否靈活；機(jī)械手是否精確時(shí)衡量性能的一個(gè)非常重要的指標(biāo)，在設(shè)計(jì)的時(shí)候不僅要考慮到整體的空間范圍，還要考慮到各個(gè)部分的轉(zhuǎn)動(dòng)情況，在根據(jù)需要添加連桿，本文采用的是液壓驅(qū)動(dòng)，液壓缸的伸縮帶動(dòng)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)，在主臂上安裝有幾個(gè)型號(hào)較大的液壓缸，當(dāng)需要機(jī)械手抬起時(shí)，控制主要的上升下降的液壓缸就會(huì)工作，進(jìn)行伸縮，達(dá)到抬起或者是下降的操作，當(dāng)需要轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，如圖4-5所示。機(jī)械手可以通過(guò)爪子的自身旋轉(zhuǎn)來(lái)調(diào)整抓取角度，選擇一個(gè)合適的角度對(duì)物件進(jìn)行抓取。 圖4-5機(jī)械抓取手如圖4-6所示。通過(guò)液壓缸的伸縮來(lái)控制機(jī)械手的上下運(yùn)動(dòng)，可以將其分解成四級(jí)，每一級(jí)都有一個(gè)運(yùn)動(dòng)角度，當(dāng)四個(gè)聯(lián)合起來(lái)使用時(shí)就可以達(dá)到大部分的角度需求。合理的設(shè)計(jì)各個(gè)連桿的長(zhǎng)度和液壓缸的大小是非常重要的一件事情，關(guān)系著工作時(shí)的流暢性，也關(guān)乎著工作效率。圖4-6機(jī)械驅(qū)動(dòng)裝置安裝示意圖4.2.3空間運(yùn)動(dòng)分析使用最簡(jiǎn)單的也是最全面的數(shù)值法，將機(jī)械手每一個(gè)關(guān)節(jié)所能達(dá)到的最高位置和最低位置列出來(lái)，確定了各個(gè)臂的極限位置之后，隨機(jī)加入一些隨機(jī)點(diǎn)，讓機(jī)械手去達(dá)到這些點(diǎn)，再把這些隨機(jī)的位置放入運(yùn)動(dòng)方程中，算出與之對(duì)應(yīng)的空間點(diǎn)。用rand（）函數(shù)產(chǎn)生一些隨機(jī)點(diǎn)Dmin和Dmax分別為機(jī)械手能夠達(dá)到的最大距離和最小距離。所以有公式D=Dmin+（Dmin?Dmax）×rand（4-1）然后將每個(gè)臂的活動(dòng)范圍帶入（4-1）中就可以得出很多的坐標(biāo)，再把這些坐標(biāo)給展示出來(lái)就是咱么的機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)范圍。θ1=π?rand（n，1）（4-2）θ2=?πθ3=?π結(jié)合式子（4-1）（4-2）（4-3）（4-4）可以得出在不同的作用力下機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)軌跡也不同，將機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)軌跡向著二維平面內(nèi)做投影可以得出如下圖4-7所示，這就是機(jī)械手在空間內(nèi)的運(yùn)動(dòng)軌跡示意圖，當(dāng)抓取不同重量的物件的時(shí)候運(yùn)動(dòng)速度也會(huì)隨之減慢，圖4-7機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)軌跡二維平面投影4.3機(jī)械手運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的振動(dòng)問(wèn)題在機(jī)械手工作的過(guò)程中難免會(huì)產(chǎn)生一些振動(dòng)。在查詢相關(guān)資料后可以知道，振動(dòng)主要分為分為三類，自由振動(dòng)、自激振動(dòng)和強(qiáng)迫振動(dòng)。由于自由運(yùn)動(dòng)對(duì)于每一臺(tái)設(shè)備來(lái)說(shuō)都是必不可少的，原因在于，機(jī)械在運(yùn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)正常的運(yùn)轉(zhuǎn)都會(huì)產(chǎn)生一定的振動(dòng)，所以這個(gè)振動(dòng)是必不可少的；而對(duì)于強(qiáng)迫振動(dòng)而言，往往是對(duì)物體施加一個(gè)外力，導(dǎo)致機(jī)械被迫的實(shí)現(xiàn)振動(dòng)，這個(gè)對(duì)于本文設(shè)計(jì)而言，是不必要的，所以本文針對(duì)上述兩種振動(dòng)可以不做過(guò)多的研究，所以本文對(duì)自激振動(dòng)做進(jìn)一步了解。那么什么是自激振動(dòng)呢？所謂自激振動(dòng)就是需要振動(dòng)來(lái)達(dá)到目的的一種振動(dòng)方式。比如生活中的時(shí)鐘，電鉆、鋼琴之類的需要振動(dòng)來(lái)達(dá)到一些效果的東西，這個(gè)振動(dòng)有好處也有壞處，比如工地上的鉆頭，有這個(gè)振動(dòng)就會(huì)使得工作效率更高，但是有的就是壞處，比如車輛，自身如果振動(dòng)過(guò)大，就可能導(dǎo)致零件損壞，從而加速報(bào)廢。而本文針對(duì)機(jī)械手在搬運(yùn)很大重量的物件的時(shí)候可能回產(chǎn)的振動(dòng)進(jìn)行討論。首先，如果產(chǎn)生自激振動(dòng)的時(shí)候該怎么解決。其次，能否不讓設(shè)備有產(chǎn)生振動(dòng)，在即將產(chǎn)生時(shí)及時(shí)遏制。產(chǎn)生振動(dòng)的原因有很多，零件變形、零件老化、壓力不足、承重過(guò)大都有可能時(shí)造成振動(dòng)的罪魁禍?zhǔn)?，但是針?duì)這一問(wèn)題應(yīng)該如何解決呢？第一，當(dāng)產(chǎn)生非必要振動(dòng)的時(shí)候說(shuō)明機(jī)械可能處于危險(xiǎn)工作狀態(tài)，但不一定就處于危險(xiǎn)狀態(tài)，這可以作為一種提醒。在振動(dòng)產(chǎn)生時(shí)觸發(fā)，效果就是減慢移動(dòng)速度或者是停止工作。因?yàn)樽约ふ駝?dòng)是一種周期性的振動(dòng)，會(huì)吸收整個(gè)機(jī)械的能量，如果是因?yàn)檎麄€(gè)機(jī)械的能量過(guò)大時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)，那么當(dāng)機(jī)械減慢運(yùn)動(dòng)速度就會(huì)讓此振動(dòng)消失或者是減弱，如果這樣可以達(dá)到消除振動(dòng)的效果，那么就提醒用戶，在產(chǎn)生振動(dòng)時(shí)應(yīng)該減慢機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)速度，降低能量。當(dāng)減速不能解決這個(gè)問(wèn)題的時(shí)候那么就可能時(shí)因?yàn)樽ト〉臒o(wú)聊超過(guò)了機(jī)械手的承重范圍。所以應(yīng)該使用更大功率的機(jī)械手，以保證安全和設(shè)備的完整性。強(qiáng)行抓取過(guò)重的物件可能會(huì)導(dǎo)致機(jī)械手崩壞等情況。為了避免操作者強(qiáng)行抓取超過(guò)上限的物件，本文所設(shè)計(jì)的設(shè)備設(shè)置一個(gè)物料上限提醒，當(dāng)接機(jī)械臂承受了超過(guò)某個(gè)范圍值的力之后就會(huì)觸發(fā)，會(huì)發(fā)出警報(bào)，且斷開(kāi)操作者的連接。

5具體方案的設(shè)計(jì)5.1驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的選擇驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是一個(gè)裝置必須具備的，沒(méi)有驅(qū)動(dòng)就像電腦沒(méi)有主機(jī)一樣。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由動(dòng)力裝置、調(diào)節(jié)裝置和輔助裝置等組成的。常用的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有液壓驅(qū)動(dòng)、氣壓驅(qū)動(dòng)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)。雖然液壓的技術(shù)系統(tǒng)比較成熟，動(dòng)力大，但是成本較大；氣壓驅(qū)動(dòng)具有速度快、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維修方便等特點(diǎn)，但是難于實(shí)現(xiàn)伺服控制；電機(jī)驅(qū)動(dòng)是市面上最常用的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，而且具有直流伺服電機(jī)及配套的伺服驅(qū)動(dòng)器。經(jīng)過(guò)以上分析，最終選擇電機(jī)驅(qū)動(dòng)作為整個(gè)設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。5.2電機(jī)的選擇在整個(gè)裝置設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)的選擇也是十分關(guān)鍵的，它的主要作用是接收系統(tǒng)控制信號(hào)，為裝置提供穩(wěn)定的機(jī)械驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩[17]。經(jīng)濟(jì)和技術(shù)比較后，通過(guò)比較電機(jī)的額定速度來(lái)選擇高速電機(jī)是經(jīng)濟(jì)的。在選擇電機(jī)的功率時(shí)，應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械所需要的功率來(lái)進(jìn)行選擇，盡量在電動(dòng)機(jī)負(fù)載的情況下運(yùn)行。同時(shí)也注意不能選擇功率太小，也不能選擇功率過(guò)大。正確選擇電機(jī)的功率，必須經(jīng)過(guò)計(jì)算或比較。本設(shè)計(jì)裝置所用到電動(dòng)機(jī)無(wú)異于是傳送帶裝置和整個(gè)設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)力。同時(shí)根據(jù)傳送裝置的不需要特別精確的轉(zhuǎn)動(dòng)，所以就選擇步進(jìn)電機(jī)作為整個(gè)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。5.3鍵的選擇和強(qiáng)度計(jì)算5.3.1鍵的選擇根據(jù)工作要求和具體條件，選擇平鍵連進(jìn)行連接。普通平鍵的主要尺寸如表4-4所示。表5-1普通平鍵的主要尺寸軸的直徑6-8>8-10>10-12>12-17>17-22>22-30>30-38>38-44>44-50鍵寬bχ鍵高h(yuǎn)2χ23χ34χ45χ56χ68χ710χ812χ814χ9鍵的長(zhǎng)度系列L6，8，10，12，14，16，18，20，22，25，28，32，36，40，45，50，56，63，70根據(jù)表5-1選擇鍵的主要尺寸為鍵寬8χ鍵高7。5.3.2平鍵連接強(qiáng)度計(jì)算平鍵在傳遞轉(zhuǎn)矩時(shí)，受到零件的擠壓和剪切的作用。平鍵的工作面為鍵的兩個(gè)側(cè)面。當(dāng)鍵工作面上的載荷均勻分布時(shí)，此時(shí)為靜連接，普通平鍵的強(qiáng)度條件為：σP=當(dāng)為動(dòng)連接時(shí)的強(qiáng)度條件為：P=2000T式中：T：傳遞的轉(zhuǎn)矩，N·m；K：鍵與輪轂鍵槽的接觸高度，k=0.5h，mm；L：鍵的工作長(zhǎng)度，mm，這里采用的是平頭平鍵即l=L；d：軸的直徑，mm；[σP[P]：鍵、軸、輪轂三者中最弱材料的許用壓力，MPa，經(jīng)計(jì)算得：σPP=4000T經(jīng)查表5-2得知滿足不管是在靜連接和動(dòng)連接時(shí)滿足強(qiáng)度條件，符合工作要求。表5-2鍵連接的許用擠壓應(yīng)力、壓力許用擠壓應(yīng)力、許用壓力連接工作方式鍵或輪轂、軸的材料載荷性質(zhì)靜載荷輕微載荷沖擊[靜連接鋼120-150100-12060-90鑄鐵70-8050-6030-45[P]動(dòng)連接鋼504030

結(jié)論液壓上料機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)關(guān)鍵在于機(jī)械手的設(shè)計(jì)，在保證精確度的情況下滿足各種需要是對(duì)設(shè)計(jì)人員的考驗(yàn)，本文經(jīng)過(guò)大量查閱資料結(jié)合多方面研究對(duì)上料機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過(guò)對(duì)比傳統(tǒng)的上料機(jī)，總結(jié)出傳統(tǒng)上料機(jī)的缺點(diǎn)，加以改正優(yōu)化，并且結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)計(jì)，演變出機(jī)械手的設(shè)計(jì)。實(shí)現(xiàn)物料搬運(yùn)過(guò)程中的固定，抓取裝置鎖死物料，保證不會(huì)產(chǎn)生脫落和滑動(dòng)。設(shè)計(jì)機(jī)械臂可以調(diào)整物料的上下位置。避免了無(wú)聊在傳送過(guò)程中的浪費(fèi)和物料可能多次碰撞的損失。實(shí)現(xiàn)物料一體化搬運(yùn)，節(jié)省空間的同時(shí)讓我們的工作區(qū)看起來(lái)更規(guī)范減少一些安全隱患。進(jìn)一步設(shè)計(jì)出這款更加靈活，占地面積更小，操作更加流暢，適用于更多中物件的抓取搬運(yùn)的上料機(jī)。同時(shí)本文對(duì)裝置的空間運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分析，進(jìn)一步分析得到了裝置的運(yùn)動(dòng)路徑圖，找到了各個(gè)關(guān)節(jié)的極限位置，可以更合理的安排設(shè)備的安裝地點(diǎn)和空間。同時(shí)在障礙分析中可以保證機(jī)械正常工作時(shí)不會(huì)發(fā)生碰撞，不會(huì)對(duì)別的機(jī)械或者人造成傷害。也同樣保證了設(shè)備的安全性，也減少了對(duì)機(jī)械的維修的頻率和難度。結(jié)合整個(gè)的設(shè)備裝置，分析的各種運(yùn)動(dòng)情況和受力分析情況，畫出受力圖和工況圖，算出每個(gè)部分在什么時(shí)候什么位置會(huì)產(chǎn)生最大的壓力和負(fù)載，從而確定需要多大的動(dòng)力或者是確定材料的受力。對(duì)整個(gè)液壓系統(tǒng)進(jìn)行分析。穩(wěn)定分析和動(dòng)力分析，在一些機(jī)器的幫助下得到了一些更加可靠的數(shù)據(jù)從而確定各個(gè)元件的參數(shù)，繼而討論出維護(hù)保養(yǎng)設(shè)備的重點(diǎn)和時(shí)間間隔。知道怎么使用才可以讓設(shè)備的壽命更長(zhǎng)。在對(duì)空間運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分析的時(shí)候開(kāi)始了解到了空間八叉樹(shù)的一些原理，知道了如何躲避障礙物，知道該怎么劃分空間才可以達(dá)到避障的目的，了解到了一些算法，了解如何智能控制機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)和抓取。但也存在一些不足，導(dǎo)致設(shè)計(jì)并不是那么完美，自己也在不斷地查漏補(bǔ)缺，豐富自己的知識(shí)的同時(shí)也再為這個(gè)設(shè)