四自由度机械手的液压系统设计

　　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。

　　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。　　

　　（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。

　　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