上下料机械手的液压系统设计

曾祥福,张 毅,张梦旖

（西京学院机械工程学院,西安 710123）

1 引言

工业机械手是近代机械自动控制领域中出现的一项技术，是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置，并已成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成环节。机械手可以模仿人手和手臂的某些动作功能，按给定设计程序抓取、搬运工件与物品。主要由执行机构、驱动机构和控制系统三大部分组成，机械手按其用途可分为专用机械手和通用机械手两种，专用机械手的结构型式简单，无单独控制系统，只包含固定程序，适用于专机或大批量生产自动线作为自动上下料用。结合设计参数要求与实际零件生产线，设计成专用型机械手。

2 机械手的结构设计

本次机械手为固定式四自由度液压机械手，选用液压驱动系统作为动力源，主要由机身、手臂和手爪等主要部分组成。该机械手采用圆柱坐标式的坐标型式。

通过手爪的开合、手臂的升降与伸缩、机身的回转等连续姿态实现机械手的抓取/释放工件的动作，以及完成数控车床的自动上下料功能。手爪选用二指V型滑槽杠杆式结构，有利于抓取工件时对工件进行定心；手臂应用连杆形式，各连杆之间采用销钉方式进行连接；焊接支撑架是连接手臂与机械手机身的支撑环节，为手臂提供支撑作用，通过与机身进行螺钉连接的固定，机械手的一系列动作均由回转液压缸、升降液压缸、伸缩液压缸和手指液压缸来控制实现。

3 机械手总体系统的设计

考虑此次设计的机械手抓取重量较大（40kg），为得到较大的输出力和握力，同时使传动平稳，因此选用液压驱动作为机械手的控制系统。

3.1 液压系统的工作原理

液压系统以压力油液为工作介质，由电动机带动油泵输出压力油，将机械能转换成油液的压力能。压力油经管道及控制调节装置进入油缸，推动活塞杆运动，从而使机械手工作。液压机械手的其液压传动系统概括如图1。

图1 液压传动系统

由图1可知，机械手液压系统由以下主要部分组成：

（1）油泵 它供给系统以压力油，将电动机的机械能转换为油液的压力能，并用以驱动整个液压系统工作；（2）执行油缸 压力油驱动运动机构对外工作部分。如：做回转运动的回转缸；（3）控制调节装置 如溢流阀、顺序阀等。在系统中控制机械手的动作与速度等功能，使机械手的手臂、手腕、手指等能够完成所需要运动；（4）辅助装置 如油箱、滤油器、蓄能器、管路和管接头以及压力表等。

3.2 液压传动机械手的特点

首先，控制精度高，上下料机械手需要对传送工件准确定位，液压传动具有体积小、惯性小等特点；其次，液压传动滞后现象小，反应灵敏，通过对液压调节，可以实现机械手的无极调速；再次，液压传动可以得到较大的输出力或力矩。

3.3 液压系统工作原理图

图2 液压系统工作原理图

其中，手臂伸缩油缸与手臂升降油缸在液压系统中同时动作，手臂回转油缸与手指加紧油缸依据设定程序动作，共同配合完成机械手上、下料动作。

4 机械手的动作顺序

图3 工作流程简图

机械手的工作流程简图如图3。

根据机械手上述动作顺序，采用PLC电控系统控制相对应的换向电磁阀，按设计的程序逐步实现各动作。

5 总结

结合设计参数要求，在机械结构设计的基础上选择并完成机械手的液压系统设计，该系统能满足机械手的动作顺序与控制要求。

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