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　　工業(yè)機(jī)械手是人類創(chuàng)造的一種機(jī)器,更是人類創(chuàng)造的一項(xiàng)偉大奇跡,其研究、開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)是從二十世紀(jì)中葉開(kāi)始的.我國(guó)的工業(yè)機(jī)械手是從80年代"七五"科技攻關(guān)開(kāi)始起步,在國(guó)家的支持下,通過(guò)"七五","八五"科技攻關(guān),目前已經(jīng)基本掌握了機(jī)械手操作機(jī)的設(shè)計(jì)制造技術(shù),控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)技術(shù),運(yùn)動(dòng)學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù),生產(chǎn)了部分機(jī)器人關(guān)鍵元器件，開(kāi)發(fā)出噴漆，孤焊，點(diǎn)焊，裝配，搬運(yùn)等機(jī)器人，其中有130多臺(tái)噴漆機(jī)器人在二十余家企業(yè)的近30條自動(dòng)噴漆生產(chǎn)線（站）上獲得規(guī)模應(yīng)用，孤焊機(jī)器人已經(jīng)應(yīng)用在汽車(chē)制造廠的焊裝線上。但總的看來(lái)，我國(guó)的工業(yè)機(jī)械手技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國(guó)外比還有一定距離。如：可靠性低于國(guó)外產(chǎn)品，機(jī)械手應(yīng)用工程起步較晚，應(yīng)用領(lǐng)域窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與國(guó)外比有差距。影響我國(guó)機(jī)械手發(fā)展的關(guān)鍵平臺(tái)因素就是其軟件，硬件和機(jī)械結(jié)構(gòu)。目前工業(yè)機(jī)械手仍大量應(yīng)用在制造業(yè)，其中汽車(chē)工業(yè)占第一位（占28.9%），電器制造業(yè)第二位（占16.4%），化工第三位（占11.7%）。發(fā)達(dá)國(guó)家汽車(chē)行業(yè)機(jī)械手應(yīng)用占總保有量百分比為23.4%～53%，年產(chǎn)每萬(wàn)輛汽車(chē)所擁有的機(jī)械手?jǐn)?shù)為（包括整車(chē)和零部件）：日本88.0臺(tái)，德國(guó)64.0臺(tái)，法國(guó)32.2臺(tái)，英國(guó)26.9臺(tái)，美國(guó)33.8臺(tái)，意大利48.0臺(tái)。 世界工業(yè)機(jī)械手的數(shù)目雖然每年在遞增，但市場(chǎng)是波浪式向前發(fā)展的。在新世紀(jì)的曙光下人們追求更舒適的工作條件，惡劣危險(xiǎn)的勞動(dòng)環(huán)境都需要用機(jī)器人代替人工。隨著機(jī)器人應(yīng)用的深化和滲透，工業(yè)機(jī)械手在汽車(chē)行業(yè)中還在不斷開(kāi)辟著新用途。機(jī)械手的發(fā)展也已經(jīng)由最初的液壓，氣壓控制開(kāi)始向人工智能化轉(zhuǎn)變，并且隨著電子技術(shù)的發(fā)展和科技的不斷進(jìn)步，這項(xiàng)技術(shù)將日益完善。 　　上料機(jī)械手與卸料機(jī)械手相比，其中上料機(jī)械手中的移動(dòng)式搬運(yùn)上料機(jī)械手適用于各種棒料，工件的自動(dòng)搬運(yùn)及上下料工作。例如鋁型材擠壓成型鋁棒料的搬運(yùn)及高溫材料的自動(dòng)上料作業(yè)，最大抓取棒料直徑達(dá)180mm，最大抓握重量可達(dá)30公斤，最大行走距離為1200mm。根據(jù)作業(yè)要求及載荷情況，機(jī)械手各關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)速度可調(diào)。移動(dòng)式搬運(yùn)上料機(jī)械手主要由手爪，小臂，大臂，手臂回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，小車(chē)行走機(jī)構(gòu)，液壓泵站電器控制系統(tǒng)組成，同時(shí)具有高溫棒料啟動(dòng)疏料裝置及用于安全防護(hù)用的光電保護(hù)系統(tǒng)。整個(gè)機(jī)械手及液壓系統(tǒng)均集中設(shè)置在行走小車(chē)上，結(jié)構(gòu)緊湊。電氣控制系統(tǒng)采用OMRON可編程控制器，各種作業(yè)的實(shí)現(xiàn)可以通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)。 國(guó)內(nèi)外實(shí)際使用的多是定位控制的機(jī)械手，沒(méi)有“視覺(jué)”和“觸覺(jué)”反饋。目前，世界各國(guó)正積極研制帶有“視覺(jué)”和“觸覺(jué)”的工業(yè)機(jī)械手，使它能夠?qū)λト〉墓ぜM(jìn)行分辨，能選取所需要的工件，并正確的夾持工件，進(jìn)而精確地在機(jī)器上定位、定向。 為使機(jī)械手有“眼睛”去處理方位變化的工件和分辨形狀不同的零部件，它由視覺(jué)傳感器輸入三個(gè)視圖方向的視覺(jué)信息，通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖形分辨，判別是否是所要抓取的工件。 為防止握力過(guò)大引起物件損壞或握力過(guò)小引起物件滑落下來(lái)，一般采用兩種方法：一是檢測(cè)把握物體手臂的變形，以決定適當(dāng)?shù)奈樟?；另一種是直接檢測(cè)指部與物件的滑動(dòng)位移，來(lái)修正握力。 　　因此，這種機(jī)械手就具有以下幾個(gè)方面的性能： 　　(1）能準(zhǔn)確地抓住方位變化的物體； (2）能判斷對(duì)象的重量； (3)能自動(dòng)避開(kāi)障礙物； (4)抓空或抓力不足時(shí)能檢測(cè)出來(lái)。 這種具有感知能力并對(duì)感知的信息做出反映的工業(yè)機(jī)械手稱之為“智能機(jī)械手”，它是有發(fā)展前途的。 現(xiàn)在，工業(yè)機(jī)械手的使用范圍只限于在簡(jiǎn)單重復(fù)的操作方面節(jié)省人力，其效用是代替從事繁重的工作，危險(xiǎn)的工作，單調(diào)重復(fù)的工作，惡劣環(huán)境下的工作方面尤其明顯。至于像汽車(chē)工業(yè)和電子工業(yè)之類的費(fèi)工的工業(yè)部分，機(jī)械手的應(yīng)用情況決不能說(shuō)是好的。雖然這些工業(yè)部門(mén)工時(shí)不足的問(wèn)題尖銳，但采用機(jī)械手只限于一小部分工序，其原因是，工業(yè)機(jī)械手的性能還不能滿足這些部門(mén)的要求，適于機(jī)械手工作的范圍很狹小，這是主要原因。經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題當(dāng)然也很重要，采用機(jī)械手來(lái)節(jié)約人力從經(jīng)濟(jì)上看，不一定總是合算的。然而，利用機(jī)械手或類似機(jī)械設(shè)備節(jié)省人力和實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)合理化的要求，今后還會(huì)持續(xù)增長(zhǎng)，只要技術(shù)方面和價(jià)格方面存在的問(wèn)題得到解決，機(jī)械手的應(yīng)用必將會(huì)飛躍發(fā)展。 　　上料機(jī)械手和卸料機(jī)械手相對(duì)，其中上料機(jī)械手中的移動(dòng)式搬運(yùn)上料機(jī)械手適用于各種棒料，工件的自動(dòng)搬運(yùn)及上下料工作。例如鋁型材擠壓成型機(jī)鋁棒料的搬運(yùn)及高溫棒料的自動(dòng)上料作業(yè)，最大抓取棒料直徑可達(dá)180mm，最大抓握重量可達(dá)30公斤，最大行走距離為1200mm。根據(jù)作用要求和載荷情況，機(jī)械手各關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)速度可調(diào)。移動(dòng)式搬運(yùn)上料機(jī)械手主要由手爪，小臂，大臂，手臂回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，小車(chē)行走機(jī)構(gòu)，液壓泵站電器控制系統(tǒng)組成，同時(shí)具有高溫棒料啟動(dòng)疏料裝置及用于安全防護(hù)用的光電保護(hù)系統(tǒng)。整個(gè)機(jī)械手及液壓系統(tǒng)均集中設(shè)置在行走小車(chē)上，結(jié)構(gòu)緊湊。電氣控制系統(tǒng)采用OMRON可編程控制器，各種作業(yè)的實(shí)現(xiàn)可以通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)。 隨著機(jī)電一體化技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，其研究和開(kāi)發(fā)水平獲得了迅猛的發(fā)展并涉及到人類社會(huì)生產(chǎn)及生活的各個(gè)領(lǐng)域，特別是工業(yè)機(jī)械手在生產(chǎn)加工中的廣泛應(yīng)用。轎車(chē)半軸加工上料機(jī)械手設(shè)計(jì)在綜合多種機(jī)械手的設(shè)計(jì)原理和設(shè)計(jì)思想，根據(jù)轎車(chē)半軸加工的特點(diǎn)提出的，有一定的理論基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)水平和應(yīng)用價(jià)值。 1.2 工業(yè)機(jī)械手的分類 　　現(xiàn)在對(duì)工業(yè)機(jī)械手的分類尚無(wú)明確標(biāo)準(zhǔn)，一般都從規(guī)格和性能兩方面來(lái)分類。按規(guī)格（所搬運(yùn)工件的重量）分類： 1.微型的—搬運(yùn)重量在1公斤以下： 2.小型的—搬運(yùn)重量在10公斤以下： 3.中型的—搬運(yùn)重量在50公斤以下： 4.大型的—搬運(yùn)重量在50公斤以上。 目前大多數(shù)工業(yè)機(jī)械手能搬運(yùn)的重量為1～30公斤。最小的為0.5公斤，最大的已達(dá)到800公斤。 按功能分類： 1． 簡(jiǎn)易型工業(yè)機(jī)械手 有固定程序和可變程序兩種。固定程序有凸輪轉(zhuǎn)鼓和擋塊轉(zhuǎn)鼓控制：可變程序可插銷(xiāo)板或順序轉(zhuǎn)動(dòng)控制來(lái)給定程序。 這種機(jī)械手多為氣動(dòng)或液動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，改變程序比較容易。只使用在程序較簡(jiǎn)單的點(diǎn)位控制，但作為一般單機(jī)服務(wù)的搬運(yùn)作業(yè)已足夠。所以，目前這種工業(yè)機(jī)械手?jǐn)?shù)量最多。 2． 記憶再現(xiàn)型工業(yè)機(jī)械手 這種工業(yè)機(jī)械手由人工通過(guò)實(shí)驗(yàn)裝置傳動(dòng)一遍，由磁帶（或磁鼓）把程序記錄下來(lái)，此機(jī)械手就自動(dòng)按記憶的程序重復(fù)進(jìn)行循環(huán)動(dòng)作。 這也是采用較多的一種，多為電液伺服驅(qū)動(dòng)。與前者比較有較多的自由度，能進(jìn)行程序較復(fù)雜的作業(yè)，通用性較廣。 3． 計(jì)算機(jī)數(shù)字控制的工業(yè)機(jī)械手 可通過(guò)更換穿孔帶或其他記憶介質(zhì)來(lái)改變工業(yè)機(jī)械手的動(dòng)作，還可以進(jìn)行多種控制（DNC）。技術(shù)還可以是可編程序控制或普通的微機(jī)計(jì)算機(jī)。 4． 智能工業(yè)機(jī)械手（機(jī)器人） 由電子計(jì)算機(jī)控制，通過(guò)各種傳感元件等具有視覺(jué)、熱感、觸覺(jué)、行走機(jī)構(gòu)等。 按用途分： 1． 專用機(jī)械手 附屬于主機(jī)的，具有固定程序而無(wú)獨(dú)立控制系統(tǒng)的機(jī)械裝置，這種工業(yè)機(jī)械工作對(duì)象不變，手動(dòng)比較簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用可靠，施用于大批量生產(chǎn)自動(dòng)線或?qū)C(jī)作為自動(dòng)上、下料用。 2． 通用機(jī)械手 具有獨(dú)立控制系統(tǒng)，程序可變、動(dòng)作靈敏、動(dòng)作靈活多樣的機(jī)械手。通用機(jī)械手的工作范圍大，定位精度高，通用性強(qiáng)，使用于工件經(jīng)常變換的中、小批量自動(dòng)化生產(chǎn)。 1.3 工業(yè)機(jī)械手在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用 　　工業(yè)機(jī)械手在生產(chǎn)中的應(yīng)用非常廣泛，還可以歸納為以下的一些方面： 1. 建造旋轉(zhuǎn)零件體自動(dòng)線方面 　　建造旋轉(zhuǎn)零件體（軸類、盤(pán)類、環(huán)類零件）自動(dòng)線，一般都采用機(jī)械手在機(jī)床之間傳送工件。 2. 在實(shí)現(xiàn)單機(jī)自動(dòng)化方面 　　(1)各類半自動(dòng)車(chē)床，有自行夾緊、進(jìn)刀、切削、退刀和松開(kāi)的功能，但仍需人工上下料，裝上機(jī)械手，可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化生產(chǎn)。 　　(2)注塑機(jī)有加料、合模、成型、分模等自動(dòng)工作循環(huán)，裝上機(jī)械手自動(dòng)取料，可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)生產(chǎn)。 　　(3)沖床有自動(dòng)上下沖壓循環(huán)，機(jī)械手上下料可實(shí)現(xiàn)沖壓上產(chǎn)自動(dòng)化。 3. 鑄、鍛、焊、熱處理等方面 總的來(lái)說(shuō)，由于工業(yè)機(jī)械手的特點(diǎn)滿足了社會(huì)生產(chǎn)的需要，進(jìn)而帶來(lái)了經(jīng)濟(jì)效益。其特點(diǎn)： 　　(1)對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng)，能代替人從事危險(xiǎn)，有害的操作，在長(zhǎng)時(shí)間對(duì)人體有害的場(chǎng)所，機(jī)械手不受影響。 　　(2)機(jī)械手能持久、耐勞、可以把人從單調(diào)的繁重的勞動(dòng)中解放出來(lái)，并能擴(kuò)大和延伸人的功能。 　　(3)動(dòng)作準(zhǔn)確，可保證穩(wěn)定和提高產(chǎn)品的質(zhì)量，同時(shí)可避免人為操作的錯(cuò)誤。 　　(4)通用性靈活性好，特別是通用機(jī)械手，能適應(yīng)產(chǎn)品品種迅速變化的要求，滿足柔性生產(chǎn)的需要。 (5)采用機(jī)械手能明顯的提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和降低成本。 1.4 本章小結(jié) 　　本章介紹了工業(yè)機(jī)械手的概括，工業(yè)機(jī)械手的分類、應(yīng)用。工業(yè)機(jī)械手在國(guó)民生產(chǎn)中有廣泛的應(yīng)用，許多機(jī)械設(shè)備都用到工業(yè)機(jī)械手，它是近代自動(dòng)控制領(lǐng)域內(nèi)出現(xiàn)的一種新型的技術(shù)裝備。我設(shè)計(jì)的工業(yè)機(jī)械手設(shè)備簡(jiǎn)單，動(dòng)作靈活，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，穩(wěn)定性好，適于使用。 第2章 工業(yè)機(jī)械手的設(shè)計(jì)方案 2.1 工業(yè)機(jī)械手的組成 　　工業(yè)機(jī)械手是由執(zhí)行機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制部分所組成，各部分關(guān)系如下框圖： 　　　　　　 圖2.1 工業(yè)機(jī)械手各部分關(guān)系圖 　　執(zhí)行機(jī)構(gòu)： 執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括抓取部分（手部）、腕部、臂部和行走機(jī)構(gòu)等運(yùn)動(dòng)部件所組成。 　　1.手部：直接與工件接觸的部分，一般是回轉(zhuǎn)型或平移型。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)形式多樣，常用的有：滑槽杠桿式、連桿杠桿式、彈簧式等。 2.腕部：是聯(lián)接手部和手臂的部件，并可用來(lái)調(diào)整被抓取物體的方位。 3.臂部：手臂是支撐被抓物體，手部，腕部的重要部件。手臂的作用是帶動(dòng)手指去抓取物件，并按預(yù)定要求將其搬運(yùn)到給定位置。 　　該設(shè)計(jì)的手臂有三個(gè)自由度，采用關(guān)節(jié)式坐標(biāo)（繞橫軸旋轉(zhuǎn)，上下擺動(dòng)和左右擺動(dòng)）關(guān)節(jié)坐標(biāo)式具有較大的工作空間和操作靈活性，機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)性容易進(jìn)行優(yōu)化，便于提高機(jī)械手的動(dòng)態(tài)操作性能。 　　4.行走機(jī)構(gòu)：有的工業(yè)機(jī)械手帶有行走機(jī)構(gòu)。 　　驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)：有氣動(dòng)，液動(dòng)，電動(dòng)和機(jī)械式四種形式。 　　控制系統(tǒng)：有點(diǎn)位控制和連續(xù)控制兩種方式。 　　機(jī)身：它是整個(gè)工業(yè)機(jī)械手的基礎(chǔ)。 2.2 規(guī)格參數(shù) 工業(yè)機(jī)械手的規(guī)格參數(shù)是說(shuō)明機(jī)械手規(guī)格和性能的具體指標(biāo)，一般包括以下幾個(gè)方面： 　　1.抓重（又稱臂力）：額定抓取重量或稱額定負(fù)荷，單位為公斤； 　　2.自由度數(shù)目和坐標(biāo)形式：整機(jī)，手臂和手腕等運(yùn)動(dòng)共有幾個(gè)自由度，并說(shuō)明坐標(biāo)形式； 　　3.定位方式：固定機(jī)械擋塊，可調(diào)機(jī)械擋塊，行程開(kāi)關(guān)，電位器及其他各種位置設(shè)定和檢測(cè)裝置； 　　4.驅(qū)動(dòng)方式：氣動(dòng)，液動(dòng)，電動(dòng)和機(jī)械式四種形式； 　　5.手臂運(yùn)動(dòng)參數(shù)； 　　6.手腕運(yùn)動(dòng)參數(shù)； 　　7.手指夾持范圍和握力； 　　8.定位精度：位置設(shè)定精度和重復(fù)定位精度； 　　9.輪廓尺寸：長(zhǎng)×寬×高（毫米）； 　　10.重量：整機(jī)重量。 2.3 設(shè)計(jì)路線與方案 2.3.1 設(shè)計(jì)步驟 　　1.查閱相關(guān)資料； 　　2.確定研究技術(shù)路線與方案構(gòu)思； 　　3.結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)學(xué)分析； 　　4.根據(jù)所給技術(shù)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算； 　　5.按所給規(guī)格，范圍，性能進(jìn)行分析，強(qiáng)度和運(yùn)動(dòng)學(xué)校核； 　　6.繪制工作裝配圖草圖； 　　7.繪制總圖及零件圖等； 　　8.總結(jié)問(wèn)題進(jìn)行分析和解決。 2.3.2 研究方法和措施 　　使用現(xiàn)在機(jī)械設(shè)計(jì)方法和液壓傳動(dòng)技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用關(guān)節(jié)式坐標(biāo)（四個(gè)自由度，可以繞橫，縱軸轉(zhuǎn)動(dòng)和上下左右擺動(dòng)）。 2.4 本章小結(jié) 　　本章介紹了工業(yè)機(jī)械手的組成、規(guī)格參數(shù)、設(shè)計(jì)路線等內(nèi)容，這種設(shè)計(jì)的機(jī)械手組成全面，配置合理，能達(dá)到一定的使用要求。 第3章 機(jī)械手各部分的計(jì)算與分析 3.1 手部計(jì)算與分析 手部按其夾持工件的原理，大致可分為夾持和吸附兩大類。夾持類最常見(jiàn)的主要有夾鉗式，本設(shè)計(jì)主要考慮夾鉗式手部設(shè)計(jì)。 夾鉗式手部是由手指，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)裝置三部分組成，它對(duì)抓取各種形狀的工件具有較大的適應(yīng)性，可以抓取軸，盤(pán)，套類零件，一般情況下多采用兩個(gè)手指。 3.1.1 滑槽杠桿式手部設(shè)計(jì)的基本要求 　　(1)應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膴A緊力和驅(qū)動(dòng)力。 　　(2)手指應(yīng)具有一定的開(kāi)閉范圍。 　　(3)應(yīng)保證工件在手指內(nèi)的夾持精度。 　　(4)要求結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，效率高。 　　(5)應(yīng)考慮通用性和特殊要求。 3.1.2 手部的計(jì)算和分析 　?。?）手部受力分析 圖3.1 手部受力圖(1) 圖3.2手部受力圖(2) 　?。?）手指尺寸初步設(shè)定 　　由拉桿的力平衡條件： 得 由得 又由工件的平均半徑 mm 初取V型手指的夾角2 mm，，，，滑桿總長(zhǎng)h=170 　　(3)夾緊力計(jì)算 又由于工件的直徑不影響其軸心的位置即定位誤差為零，手指水平位置夾取水平位置放置的工件。 由工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)基礎(chǔ)表2－1查得 N＝0.5G=0.5×25=12.5kg 又因?yàn)? （3.1） 當(dāng)取最小值時(shí)，則增力比較大，手指走到最小行程時(shí)則有 則 又因?yàn)?amin=19.88kg 取安全系數(shù)，工作情況系數(shù) 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)械效率 (3.2) 手指夾緊時(shí)：夾緊缸活塞移動(dòng)范圍L＝130mm，其動(dòng)作時(shí)間t=1.5s（由機(jī)械手的動(dòng)作節(jié)拍時(shí)間得之），所以?shī)A緊活塞移動(dòng)得平均速度v為： 運(yùn)動(dòng)部件得總重估算G＝10kg 夾緊力N與驅(qū)動(dòng)力P的關(guān)系： 由于結(jié)構(gòu)左右對(duì)稱，在驅(qū)動(dòng)力P的作用下，每一滑槽杠桿受力相等 圖3.3夾緊力與驅(qū)動(dòng)力的關(guān)系圖 在不計(jì)摩擦力的情況下 ，為夾緊狀態(tài)得傾斜角＝50夾緊工件半徑為50mm為例 ＝38.9kg (3.3) 根據(jù)各力對(duì)回轉(zhuǎn)支點(diǎn)的力矩平衡條件，同樣在不計(jì)摩擦力的情況下 ，c為杠桿動(dòng)力臂，即驅(qū)動(dòng)銷(xiāo)對(duì)滑槽杠桿作用力對(duì)支點(diǎn)的垂直距離。 又因?yàn)閍=50mm C= 則 Nb= 當(dāng)夾緊半徑為25mm的工件時(shí)，＝ 則Nb= (4)動(dòng)作特性和傳動(dòng)特點(diǎn) 　　定位到最大行程時(shí)， 則取 又因?yàn)椋? 滑槽杠桿手指最大開(kāi)閉角為 滑槽傾斜角的變化范圍可以為 可見(jiàn)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比將在下列范圍內(nèi)變化 ， 所以開(kāi)始所初步取的a，b與均符合要求。 （5）確定夾緊油缸外徑D 　　驅(qū)動(dòng)桿行程與手指開(kāi)閉范圍關(guān)系 　?。謩e為手指夾緊工件范圍值時(shí)，滑槽相對(duì)于兩支點(diǎn)連接的傾斜角。 　　 機(jī)構(gòu)效率 考慮到機(jī)構(gòu)效率，傳力比N/P的公式應(yīng)力 ＝0.9 又因?yàn)镚=250N,夾緊力F=500N, -工作負(fù)載即為重物重力＝250N。 －導(dǎo)軌摩擦阻力負(fù)載，對(duì)于平導(dǎo)軌 －垂直于導(dǎo)軌的工作負(fù)載，＝0。 f-導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，取靜摩擦系數(shù)為0.2，動(dòng)摩擦系數(shù)為0.1。 ， ，一般?。?.010.5s，時(shí)間內(nèi)速度變化量 啟動(dòng)： 穩(wěn)態(tài)： 　　工作壓力P的確定，工作壓力根據(jù)負(fù)載大小及機(jī)器的類型來(lái)初步確定。參閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表37.5按載荷選擇工作壓力為1。 計(jì)算液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d，由負(fù)載可知最大負(fù)載F為275N。 根據(jù)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊(cè)表2－2可取為0.5，為0.95，d/D為0.7。 又因?yàn)? (3.4) 根據(jù)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊(cè)表2－4，將液壓缸內(nèi)徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)系列直徑D=25mm,活塞桿直徑按d/D＝0.7及表2－5活塞直徑系列取d=18mm。 按工作要求夾緊力為一個(gè)夾緊缸提供，考慮到夾緊力的穩(wěn)定性。夾緊缸的工作壓力應(yīng)大于復(fù)位彈簧的彈力。 又因?yàn)檫M(jìn)油缸在有桿腔，則其有效工作面積 (3.5) 液壓缸壁厚和外徑計(jì)算 ，為最大工作壓力的1.5倍，＝1.5。 　　高強(qiáng)度鑄鐵，＝60 液壓缸工作行程的確定，并參照表2－6中的系列尺寸選取標(biāo)準(zhǔn)值S=100mm。 缸蓋厚度的確定 一般液壓缸為平底缸蓋，其有效厚度t按強(qiáng)度要求計(jì)算。 (3.6) 現(xiàn)取t=20mm。 活塞的寬度B一般取B=()D=0.6D=15mm。 夾緊缸彈簧的確定。 彈簧工作載荷F=50N 最大軸直徑 最小筒直徑 彈簧剛度 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表30.2－8圓柱螺旋壓縮彈簧的尺寸及參數(shù)得 材料直徑d=2.5mm,彈簧中徑D=25mm,節(jié)距P=10.4mm . 單圈彈簧工作極限載荷下變形量為7.075mm，單圈彈簧剛度。 (3.7) 曲度系數(shù)＝1.14，G－彈簧材料的剪切彈性模量，鋼材G= Z=110mm,則活塞缸總長(zhǎng)L=120mm。 3.2 腕部計(jì)算與分析 3.2.1 腕部設(shè)計(jì)的基本要求 　　手腕部件置于手部和臂部之間，它的作用主要是在臂部運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步改變或調(diào)整手部在空間的方位，以擴(kuò)大機(jī)械手的動(dòng)作范圍，適應(yīng)性更強(qiáng)。手腕具有獨(dú)立的自由度，此設(shè)計(jì)手腕有繞X軸轉(zhuǎn)動(dòng)和沿X軸左右擺動(dòng)兩個(gè)自由度。手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)為回轉(zhuǎn)油缸，擺動(dòng)也采用回轉(zhuǎn)油缸。他的結(jié)構(gòu)緊湊，靈活，自由度符合設(shè)計(jì)要求，它要求嚴(yán)格密封才能保證穩(wěn)定的輸出轉(zhuǎn)矩。 1.腕部處于臂部的前端，它連同手部的動(dòng)靜載荷均由臂部承受。腕部的結(jié)構(gòu)、重量和動(dòng)力載荷直接影響著臂部的結(jié)構(gòu)、重量和運(yùn)動(dòng)性能。因此在腕部設(shè)計(jì)時(shí)，必須力求結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕。 2.腕部作為機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，又承擔(dān)聯(lián)接和支承作用，除了保證力和運(yùn)動(dòng)的要求以及具有足夠的強(qiáng)度和剛度外還應(yīng)綜合考慮合理布局腕部和手部的連接、腕部自由度的檢測(cè)和位置檢測(cè)、管線布置以及潤(rùn)滑、維修調(diào)整等問(wèn)題。 3.腕部設(shè)計(jì)應(yīng)充分估計(jì)環(huán)境對(duì)腕部的不良影響（如熱膨脹，壓力油的粘度和燃點(diǎn)，有關(guān)材料及電控電測(cè)元件的耐熱性等問(wèn)題）。 3.2.2 腕部回轉(zhuǎn)力矩的計(jì)算 　　腕部回轉(zhuǎn)時(shí)，需要克服以下幾種阻力： 1.腕部回轉(zhuǎn)支承處的摩擦力矩 從圖3.4可知：＝××-軸承直徑（m） 式中：－軸承處支反力；可靜力學(xué)平衡方程求得。 f-軸承的摩擦系數(shù)，對(duì)于滾動(dòng)軸承f= 為簡(jiǎn)化計(jì)算取 圖3.4 腕部回轉(zhuǎn)支承處的受力圖 -工件重量（kgf），-手部重量（kgf），－手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件重量（kgf） 2.克服由于重心偏置所引起的力矩 ＝（kgf） 式中e－工件重心到手腕回轉(zhuǎn)軸線的垂直距離（m） 3.克服啟動(dòng)慣性，所需的力矩 啟動(dòng)過(guò)程近似等加速運(yùn)動(dòng)，根據(jù)手腕回轉(zhuǎn)的角加速度及啟動(dòng)所用的角速度： ＝ (3.8) 式中：－工件對(duì)手腕回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J－手腕回轉(zhuǎn)部分對(duì)手腕回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 －手腕回轉(zhuǎn)過(guò)程的角加速 －啟動(dòng)過(guò)程所轉(zhuǎn)過(guò)的角度（度） 手腕回轉(zhuǎn)所需要的驅(qū)動(dòng)力矩應(yīng)當(dāng)?shù)扔谏鲜鋈?xiàng)之和。 (3.9) 因?yàn)槭滞蠡剞D(zhuǎn)部分的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不是很大，手腕起動(dòng)過(guò)程所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩也不大，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，可以將計(jì)算，適當(dāng)放大，而省略掉，這時(shí) 　　(1)設(shè)手指，手指驅(qū)動(dòng)油缸及回轉(zhuǎn)油缸轉(zhuǎn)動(dòng)件為一個(gè)等效圓柱體，L=50cm，直徑D=10cm，則m=27.5kg。 　　(2)摩擦阻力矩＝0.1 　　(3)設(shè)起動(dòng)過(guò)程所轉(zhuǎn)過(guò)的角度＝,等速轉(zhuǎn)動(dòng)角速度 計(jì)算：求＝ 查型鋼表有： 代入＝256（N·m） ＝0;＝0.1;＝0.1+265 M= 確定轉(zhuǎn)軸的最小尺寸 ，－抗扭剖面模量 ，查得 ，，取轉(zhuǎn)軸直徑d=40mm。 4.回轉(zhuǎn)油缸所產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算 回轉(zhuǎn)油缸所產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力矩必須大于總的阻力矩，機(jī)械手的手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 所采用的單葉片回轉(zhuǎn)油缸，定片1與缸體2固連，動(dòng)片3與轉(zhuǎn)軸5固連，當(dāng)a,b口分別進(jìn)出油時(shí)，動(dòng)片帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn)達(dá)到手腕回轉(zhuǎn)目的。 M= (3.10) 　　式中：—手腕回轉(zhuǎn)總的阻力矩（N·m） 　　　　　　P—回轉(zhuǎn)油缸的工作壓力 　　　　　　r—缸體內(nèi)徑半徑（cm） 　　　　　　R—輸出軸半徑（cm） b—?jiǎng)悠瑢挾? 注：可按外形要求或安裝空間大小，先設(shè)定b,R,r中兩個(gè)： =1.5—2.5,,取=2，=3 又因?yàn)閐=40mm，則D=80mm，b=60mm 去頂回轉(zhuǎn)油缸工作壓力： (3.11) 由于系統(tǒng)工作壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于此壓力，因此回轉(zhuǎn)油缸的工作壓力足以克服摩擦力。 3.2.3 腕部擺動(dòng)油缸設(shè)計(jì) 偏離重心e的計(jì)算及 圖3.5 腕部擺動(dòng)油缸設(shè)計(jì)尺寸圖 估計(jì)L=45cm，， =30cm 克服重心偏置所需的力矩 克服摩擦所需力矩 =0.1cm 克服運(yùn)動(dòng)慣性所需的力矩 =0.7654(kg-m-) ==25=5.1(kg-m-) =5.8654(kg-m-) =JW/t 設(shè)w=, =0.0175/=12.83(kgf·m) 則擺動(dòng)所需的驅(qū)動(dòng)力矩 =32.14(kgf·m) 確定轉(zhuǎn)軸的最小直徑 抗拒剖面摸量 所需驅(qū)動(dòng)力矩 (3.12) 取d=50mm 所以機(jī)械手的擺動(dòng)采用單葉片回轉(zhuǎn)油缸，定片與缸體固連，動(dòng)片與轉(zhuǎn)軸固連，當(dāng)兩油口分別進(jìn)出油時(shí)，動(dòng)片帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)達(dá)到腕部擺動(dòng)目的。 (3.13) 又因?yàn)椋?1.5—2.5,，取=2，=3 所以：d=50mm，所以D=100mm，b=75mm 確定回轉(zhuǎn)油缸工作壓力 (3.14) 由于系統(tǒng)工作壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于此壓力，因此該缸的工作壓力足以克服摩擦力。 3.2.4 選鍵并校核強(qiáng)度 轉(zhuǎn)軸直徑d=40mm,由GB1095-79選鍵為bh=128 轉(zhuǎn)軸直徑d=50mm,由GB1095-79選鍵為bh=2010 鍵校核如下公式 =2T/kld[]，K——接觸面的高度 取接方式：靜連接，輕微沖擊，查得=100 所以滿足要求 3.3 臂部計(jì)算與分析 3.3.1 臂部設(shè)計(jì)的基本要求 　　手臂部件是機(jī)械手的主要執(zhí)行部件。它的作用是支承腕部和手部（包括工作），并帶動(dòng)它們作空間轉(zhuǎn)動(dòng)。 　　臂部運(yùn)動(dòng)的目的：把手部送到空間范圍內(nèi)的任意一點(diǎn)。因此，臂部具有兩個(gè)自由度才能滿足基本要求：即手臂，左右回轉(zhuǎn)和俯仰運(yùn)動(dòng)。手臂的各種運(yùn)動(dòng)由油缸驅(qū)動(dòng)和各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，從背部的受力情況分析，它在工作中既直接承受腕部，手部和工件的靜動(dòng)載荷，而且自身運(yùn)動(dòng)又較多，故受力復(fù)雜。因而，它的結(jié)構(gòu)，工作范圍，靈活性以及抓重大小和定位精度等都直接影響機(jī)械手的工作性能。 機(jī)身是固定的，它直接承受和傳動(dòng)手臂的部件，實(shí)現(xiàn)臂部的回轉(zhuǎn)等運(yùn)動(dòng)。臂部要實(shí)現(xiàn)所要求的運(yùn)動(dòng)，需滿足下列各項(xiàng)基本要求： 1.機(jī)械手臂式機(jī)身的承載 機(jī)械手臂式機(jī)身的承載能力，取決于其剛度，結(jié)構(gòu)上采用水平懸伸梁形式。顯然，伸縮臂桿的懸伸長(zhǎng)度愈大，則剛度逾差，而且其剛度隨支臂桿的伸縮不斷變化，對(duì)于機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)性能，位置精度和負(fù)荷能力等影響很大。為可提高剛度，盡量縮短臂桿的懸伸長(zhǎng)度，還應(yīng)注意： 　　(1)根據(jù)受力情況，合理選擇截面形狀和輪廓尺寸 臂部和機(jī)身既受彎曲（而且不僅是一個(gè)方向的彎曲）也受扭轉(zhuǎn)，應(yīng)選用抗彎和抗扭剛度較高的截面形狀。所以機(jī)械手常用工字鋼或槽鋼作為支撐板，這樣既提高了手臂的剛度，又大大減輕了手臂的自重，而且空心的內(nèi)部還可以布置驅(qū)動(dòng)裝置，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)以及管道，有利于結(jié)構(gòu)的緊湊，外形整齊。 　　(2)高支承剛度和選擇支承間的距離 臂部和機(jī)身的變形量不僅與本身剛度有關(guān)，而且同支撐的剛度和支撐件間距離有很大關(guān)系，要提高剛度，除從支座的結(jié)構(gòu)形狀，底板的剛度以及支座與底版的連接剛度等方面考慮外，特別注意提高配合面間的接觸剛度。 　　(3)合理布置作用力的位置和方向 　　在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)結(jié)合具體受力情況，設(shè)法使各作用力的變形相互抵消。 　　(1)設(shè)計(jì)臂部時(shí)，元件越多，間隙越大，剛性就越低，因此應(yīng)盡可能使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，要全面分析各尺寸鏈，在要求高的部位合理，確定調(diào)整補(bǔ)償環(huán)節(jié)，以及減少重要不見(jiàn)的間隙，從而提高剛度。 　　(2)水平放置的手臂，要增加導(dǎo)向桿的剛度，同時(shí)提高其配合精度和相對(duì)位置精度，使導(dǎo)向桿承受部分或者大部分自重。 　　(3)提高活塞和剛體內(nèi)徑配合精度，以提高手臂俯仰的剛度。 　　2.臂部運(yùn)動(dòng)速度要高，慣性要小 　　機(jī)械手臂的運(yùn)動(dòng)速度是機(jī)械手主要參數(shù)之一，它反映機(jī)械手的生產(chǎn)水平，一般時(shí)根據(jù)生產(chǎn)節(jié)拍的要求來(lái)決定。在一般情況，手臂回轉(zhuǎn)俯仰均要求均速運(yùn)動(dòng)，（V和w為常數(shù)），但在手臂的啟動(dòng)和終止瞬間，運(yùn)動(dòng)是變化的，為了減少?zèng)_擊，要求啟動(dòng)時(shí)間的加速度和終止前的加速度不能太大，否則引起沖擊和振動(dòng)。 　　對(duì)于告訴運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手，其最大移動(dòng)速度設(shè)計(jì)在1000～1500mm/s，最大回轉(zhuǎn)角速度設(shè)計(jì)在內(nèi)，在大部分行程距離上平均移動(dòng)速度為1000mm/s內(nèi)，平均回轉(zhuǎn)角速度為內(nèi)。 　　為減少轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的措施： 　　(1)減少手臂運(yùn)動(dòng)件的重量，采用鋁合金等輕質(zhì)高強(qiáng)度材料。 　　(2)減少手臂運(yùn)動(dòng)件的尺寸輪廓。 (3)減少回轉(zhuǎn)半徑，在安排機(jī)械手動(dòng)作順序時(shí)，先縮后回轉(zhuǎn)（或先回轉(zhuǎn)后伸）， 盡可能在前伸位置下進(jìn)行回轉(zhuǎn)動(dòng)作，并且驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中設(shè)有緩沖裝置。 　　3.手臂動(dòng)作應(yīng)靈活 為減少手臂運(yùn)動(dòng)件之間的摩擦阻力，盡可能用滑動(dòng)摩擦代替滑動(dòng)摩擦。 對(duì)于懸臂式的機(jī)械手，其傳動(dòng)件，導(dǎo)向件和定位件布置應(yīng)合理，使手臂運(yùn)動(dòng)過(guò)程盡可能平衡，以減少對(duì)升降支撐軸線的偏心力矩，特別要防止發(fā)生“卡死”的現(xiàn)象（自鎖現(xiàn)象）。為此，必須計(jì)算使之滿足不自鎖的條件。 (1)計(jì)算零件重量，可分解為規(guī)則的體形進(jìn)行計(jì)算。 (2)計(jì)算零件重心位置，求出重心至回轉(zhuǎn)軸線的距離。 (3)求重心位置并計(jì)算偏重力臂 (3.15) (3.16) 　　(4)計(jì)算偏重力矩 (3.17) 4.位置精度要高 一般說(shuō)來(lái)，直角和圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手位置精度教高；關(guān)節(jié)式機(jī)械手的位置最難控制，精度差；在手冊(cè)上加設(shè)定位裝置和自檢測(cè)機(jī)構(gòu)，能較好的控制位置精度，檢測(cè)裝置最好裝在最后的運(yùn)動(dòng)環(huán)節(jié)以減少或消除傳動(dòng)，嚙合件的間隙。 除此之外，要求機(jī)械手同用性要好，能適合做種作業(yè)的要求；工藝性要好，便于加工和安裝；用于熱加工的機(jī)械手，還要考慮隔熱，冷卻；用于作業(yè)區(qū)粉塵大的機(jī)械手，還要設(shè)置防塵裝置等。 3.3.2 手臂的設(shè)計(jì)計(jì)算 通常先進(jìn)行粗略的估算，根據(jù)運(yùn)動(dòng)參數(shù)初步確定有關(guān)機(jī)構(gòu)的主要尺寸，在進(jìn)行校核計(jì)算，修正設(shè)計(jì)。 為了便于進(jìn)行液壓機(jī)械手的設(shè)計(jì)計(jì)算，分別俯仰缸回轉(zhuǎn)油缸的設(shè)計(jì)敘述如下： 1.小臂設(shè)計(jì) 設(shè)小臂L=40cm,D=60cm 則m= 則手臂總重，L=100mm =0.79kg 俯仰缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 圖3.6 仰俯缸的設(shè)計(jì)尺寸圖 設(shè)，， 當(dāng)手臂處在仰角為的位置時(shí)，驅(qū)動(dòng)力P通過(guò)連桿機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力矩為 因?yàn)椋? 又因?yàn)? =，=， 而P= P—油缸的工作壓力（） D—油缸內(nèi)徑（cm） —活塞缸與缸徑，活塞桿與端差的密封裝置處的摩擦阻力（kg） —通油箱，=0 10590.3kg取=10600kg 106000.8=60356.601kg·cm 當(dāng)手臂處在俯角為的位置時(shí)，驅(qū)動(dòng)力P通過(guò)連桿機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力 因?yàn)椋? 所以 則 當(dāng)手臂處在水平位置即為驅(qū)動(dòng)力矩時(shí) 因?yàn)? 由于手臂與支柱連軸有振動(dòng)軸承，摩擦力矩較小=0 所以 驗(yàn)證油缸是否滿足要求，滿足上仰條件，出于時(shí) (3.18) = =1134kgf 選取=0.7，所以 (3.19) D=0.053m 整理得到D=63mm，則d=45mm。 液壓缸壁和外徑計(jì)算 (3.20) 高強(qiáng)度鑄鐵，=60 液壓缸為平底缸差，其厚度t按強(qiáng)度要求計(jì)算 無(wú)孔時(shí) (3.21) 取t=3mm 液壓缸工作行程的確定 由 則S=16mm 則由表2-6中的系列尺寸查得（液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊(cè)） S=25cm則活塞桿L=30cm 活塞桿的穩(wěn)定性校核，活塞桿由45鋼制成。 桿長(zhǎng)300mm，d=45mm 最大壓力P=1134N 設(shè)穩(wěn)定安全系數(shù)為， 由式（10.9）求出 (3.22) 活塞桿兩端可簡(jiǎn)化為鉸支座，故，活塞桿橫截面為圓形i= 故為，因?yàn)?，故不能用歐拉公式計(jì)算 使用直線公式，由表10.1查得，優(yōu)化碳鋼的 由公式（10.12）可得 可見(jiàn)活塞桿是小柔度變壓桿，由直線公式求出 而P=1134N，活塞桿的工作安全系數(shù)為n= 所以滿足要求。 2.油缸端蓋的連接方式及強(qiáng)度計(jì)算 為保證連接的緊密性，必須規(guī)定螺釘?shù)拈g距，進(jìn)而決定螺釘?shù)臄?shù)目。 缸的一端為缸體與缸蓋鑄造成一體，另一端缸體與缸蓋采用螺釘連接。 (1)缸蓋螺釘?shù)挠?jì)算 為保證連接的緊密性，必須規(guī)定螺釘?shù)拈g距，進(jìn)而決定螺釘?shù)臄?shù)目 在這種連接中，每個(gè)螺釘在危險(xiǎn)剖面上承受的拉力為工作載荷Q和預(yù)進(jìn)力之和。 式中： P—驅(qū)動(dòng)力kgf P—工作壓力kgf/ Z—螺釘數(shù)目，取8 —預(yù)緊力kgf =K，K=1.5-1.8 螺釘?shù)膹?qiáng)度條件為： 式中：=1.3——計(jì)算載荷（kgf） 表3-1 螺釘間距與壓力p的關(guān)系 工作壓力（） 螺釘間距（mm） 5—15 <150 15—25 <120 25—50 <100 50—100 <80 ()抗拉許用應(yīng)力 ，——螺紋內(nèi)徑（cm） 表3-2 常用螺釘材料的流動(dòng)極限 鋼號(hào) 10 A2 A3 35 45 40cr 2100 2200 2400 3200 3600 6500-9000 (2)缸體螺紋計(jì)算 (3.23) 式中，， D—油缸內(nèi)徑 —考慮螺紋拉應(yīng)力和扭應(yīng)力合成作用系數(shù)取=1.3 3.大臂回轉(zhuǎn)缸的設(shè)計(jì) 驅(qū)動(dòng)手臂回轉(zhuǎn)的力矩 D—輸出軸與缸差密封處的直徑（cm） L—密封的有效長(zhǎng)度（cm） —“O”形密封圈的截面直徑（cm） —“O”形圈在裝配時(shí)壓縮率，對(duì)于回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，k=0.03-0.35 —摩擦系數(shù) P—回轉(zhuǎn)軸缸的工作壓力（kg/） 選取=0.5，b=10cm,p=80kg/,設(shè)=6mm 若，則取 ，取，則，D=14cm 選用O型橡膠密封圈S58型，=4.7mm 則 (3.24) —?jiǎng)悠瑐?cè)面與缸蓋密封處的摩擦阻力距 —回轉(zhuǎn)缸動(dòng)片的角速度變化量，在啟動(dòng)過(guò)程中（弧度/秒） —啟動(dòng)過(guò)程時(shí)間 —手臂回轉(zhuǎn)部件，對(duì)回轉(zhuǎn)軸的輕功慣量（） 若手臂回轉(zhuǎn)零件的重心與回轉(zhuǎn)軸的距離為 則 —回轉(zhuǎn)零件對(duì)重心軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 (3.25) =649.2（） 設(shè)角速度，啟動(dòng)時(shí)間 —般取=0.2P=16（） 由內(nèi)徑公式 (3.26) 基本滿足要求，則D=16cm，d=8cm。又由 4.缸蓋連接螺釘和動(dòng)片連接螺釘計(jì)算 螺釘?shù)膹?qiáng)度條件為 或（取=8mm） 式中：—螺釘?shù)膬?nèi)徑（cm） —計(jì)算載荷（kgf） —螺釘材料作用拉應(yīng)力 3.4 機(jī)身計(jì)算與分析 機(jī)身是直接支撐和傳動(dòng)手臂的部件。一般實(shí)現(xiàn)臂部的升降，回轉(zhuǎn)或俯仰等運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置或傳動(dòng)件都安裝在機(jī)身上，或者直接構(gòu)成機(jī)體的軀干與底座相連。因此，臂部的運(yùn)動(dòng)愈多，機(jī)身的結(jié)構(gòu)和受力情況就愈復(fù)雜。機(jī)身既可以是固定的，也可以是行走的，即可以沿地面或架空軌道運(yùn)動(dòng)。此次設(shè)計(jì)機(jī)身為地面軌道運(yùn)動(dòng)式。它的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是步進(jìn)電機(jī)其型號(hào)為Y132S—8功率2.2KW轉(zhuǎn)速710r/min，再電動(dòng)機(jī)后接了一個(gè)圓錐圓柱齒輪減速器其輸出速度為1.2m/s。在后是一個(gè)制動(dòng)箱。其主要參數(shù)是由外部計(jì)算機(jī)調(diào)整和控制，在很大程度上是由運(yùn)動(dòng)學(xué)和軌跡運(yùn)動(dòng)而去編制小車(chē)的運(yùn)行程序。 3.5本章小結(jié) 　　本章介紹了機(jī)械手各部分的計(jì)算與分析，分別為手部、腕部、臂部、機(jī)身的結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行了計(jì)算與校核，在使用中能滿足要求。 第4章 液壓系統(tǒng) 4．1 液壓缸 根據(jù)前面設(shè)計(jì)好的各種液壓缸的參數(shù)。 1.活塞缸 已知參數(shù)（包括設(shè)計(jì)出的參數(shù)）： —表示第幾個(gè)缸的參數(shù) }無(wú)桿腔進(jìn)油 }有桿腔進(jìn)油 2.擺動(dòng)缸 已知參數(shù)： 注意已知參數(shù)中在前面設(shè)計(jì)中不夠明確時(shí)，則要進(jìn)行分析。已知參數(shù)（包括已設(shè)計(jì)好的參數(shù)） (1)單作用彈簧復(fù)位的夾緊缸； =25mm，=18mm F= =8.67cm/s 注意：為尚未夾持工件的時(shí)間。 (2)手腕回轉(zhuǎn)缸。 =80mm，=40mm，=60mm (4.1) (3)手腕擺動(dòng)缸 (4)手臂回轉(zhuǎn)缸 =160mm =80mm =120mm 注意：忽略角加速度和角減速度的影響 (5)手臂仰俯活塞缸： =63mm，=45mm V=5cm/s 3.估算流量 (1)夾緊缸：。 (2)手腕回轉(zhuǎn)缸： (3)手腕擺動(dòng)缸： (4)手臂回轉(zhuǎn)缸： (5)手臂仰俯活塞缸： 4．2 計(jì)算和選擇液壓元件 4.2.1 液壓泵的選取要求及其具體選取 （1）計(jì)算液壓泵的工作壓力 泵的工作壓力是所有液壓缸中工作壓力最大者與管道壓力損失之和。即： —管道和各類閥的全部壓力損失之和。 可先估計(jì)，一般取：=（5—8） （2）計(jì)算液壓泵的流量 ，式中：K—泄露折算系數(shù)，一般，K=1.1—1.5 （3）選擇液壓泵的規(guī)格 參照設(shè)計(jì)手冊(cè)或產(chǎn)品樣本，選取其額定壓力比高25%—60%，其流量與上述計(jì)算一致的液壓泵。 （4）計(jì)算功率，選用電動(dòng)機(jī) 按工況圖，找出所有缸N-t圖中最高功率點(diǎn)的對(duì)應(yīng)的（計(jì)算值）和泵額定流量的乘積，然后除以泵的總效率 (4.2) 確定液壓泵的流量壓力和選擇泵的規(guī)格，泵的工作壓力的確定?？紤]到正常工作中進(jìn)油路有一定的壓力損失，所以，泵的工作壓力為： —液壓泵的最高工作壓力；—執(zhí)行元件的最高工作壓力 —進(jìn)油管路中的壓力損失，初算時(shí)，簡(jiǎn)單系統(tǒng)可取0.2—0.5， =0.5，=4.5+0.5=5 上述計(jì)算所得的是系統(tǒng)的靜態(tài)壓力，考慮到系統(tǒng)在各種工況的過(guò)渡，階段出現(xiàn)的動(dòng)態(tài)壓力往往超過(guò)靜態(tài)壓力。另外考慮到，一定的壓力儲(chǔ)備量并確保泵的壽命，因此選泵的額定壓力應(yīng)滿足 泵流量的確定。液壓泵的最大流量應(yīng)為： ，—液壓泵的最大流量 —同時(shí)工作的各執(zhí)行元件所需流量之和的最大值。如果這時(shí)溢流閥正進(jìn)行工作，尚需加溢流閥的最小溢流量2～3L/min —系統(tǒng)泄漏系數(shù)，一般取=1.1-1.3，現(xiàn)取=1.2 選擇液壓泵的規(guī)格。根據(jù)以上算得和，再查閱有關(guān)手冊(cè)，現(xiàn)選用YB-80BI雙聯(lián)葉片泵，該泵的基本參數(shù)為：每轉(zhuǎn)排量：10—194mL/r;泵的額定壓力=10.5；電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速；容積效率；總效率。 與液壓泵匹配的電動(dòng)機(jī)的選定。首先分別計(jì)算出不同工況時(shí)的功率，取它們之間的最大值作為選取電動(dòng)機(jī)規(guī)格的依據(jù)。由于在速度較小時(shí)，泵輸出的流量減小，泵的效率急劇下降，一般當(dāng)流量在0.2—1L/min范圍內(nèi)時(shí)，可取=0.03—0.14。同時(shí)，應(yīng)注意到，為了使所選擇的電動(dòng)機(jī)在經(jīng)過(guò)泵的流量特性曲線最大功率點(diǎn)時(shí)，不致停車(chē)，需進(jìn)行驗(yàn)算，即 (4.3) 泵的工作壓力：P=245.25 —余量系數(shù)，取K=1.05 —泵出油量 —油頭 —主管損失油頭 —泵的功率 —傳動(dòng)效率直接傳遞為1 選電機(jī)： 4.2.2 選擇液壓控制閥的原則 按控制閥的額定流量大于系統(tǒng)最高工作壓力和通過(guò)該閥的最大流量原則 4.2.3 選擇液壓輔助元件的要求 (1)濾油器 按泵的最大流量選取流量略大些的濾油器，濾油精度在為網(wǎng)式或線段式濾油器即可。 (2)油管和管接頭的通徑與閥一致來(lái)選取。 (3)油箱容積 Q=50Qp 注意：Qp單位若為L(zhǎng)/min時(shí)，V的單位為 Qp單位若為時(shí)，V的單位為 4.2.4 具體選擇液壓元件 （1）換向回路的選擇 緊缸換向選用二位三通閥，其他缸全部選用B型的三位四通電磁換向閥。選用B型電磁閥便于微機(jī)控制，選中位為O型是使定位準(zhǔn)確。 （2）調(diào)速方案的選擇 本系統(tǒng)是功率較小的，故選簡(jiǎn)單的進(jìn)油路節(jié)流閥調(diào)速。 （3）緩沖回路的選擇 選用二位三通閥加入油路，便于微機(jī)控制，提高自動(dòng)化程度。 (4)系統(tǒng)的安全可靠性的選擇 為防止伸縮缸在仰起一定角度后的自由下滑，都采用單向順序閥來(lái)平衡。 為保證夾緊缸夾持工件的可靠性選用液控單向閥保壓和鎖緊。 液壓元件的選擇 單向壓力補(bǔ)償調(diào)速閥：QI-63B，QI-130B，QI-23B 單向閥：I-25 減壓閥：I-10 單向順序閥：XI-160B 二位三通電磁閥：23D-10B，23D-50B，23D-100B 二位四通電磁閥：24D-25B，34DY-63B，34S-160B 線隙式濾油器：XU-B327-75 XU-1337-50 壓力表：Y-60 確定管道尺寸時(shí)本系統(tǒng)主油路流量q=160L/min，壓油管的允許流速為v=4m/s，則內(nèi)徑d=4.6=4.6=29mm 夾緊油路d=11mm 手腕回轉(zhuǎn)油路d=18mm 手腕擺動(dòng)油路d=18mm 手腕回轉(zhuǎn)油路d=26mm 手腕仰俯油路d=28mm 液壓油箱的設(shè)計(jì)： 液壓油箱的作用是儲(chǔ)存液壓油，分離液壓油中的雜質(zhì)和空氣，同時(shí)起到分散的作用。 　　1.液壓油箱有效容積的確定 　　液壓油箱在不同的工作條件下，影響散熱的條件很多，通常按壓力范圍來(lái)考慮。液壓油箱的有效容量v可概略地確定為： 在中低壓系統(tǒng)中（p），可取v=（5—7）。 式中：V—液壓油箱有效容量；—液壓泵額定流量 V=3=696=576，故V=576L 　　應(yīng)當(dāng)注意：設(shè)備停止運(yùn)轉(zhuǎn)后，設(shè)備中的那部分會(huì)因重力作用而流回液壓油箱。為了防止液壓油從油箱中溢出，油箱中液壓油位不能太高，一般不應(yīng)超過(guò)液壓油箱高度的 　　2.液壓油箱的外形尺寸 　　液壓油箱的有效容積確定或，需設(shè)計(jì)液壓油箱的外形尺寸，一般尺寸比（長(zhǎng)：寬：高）為：1：1：1—1：2：3 　　為提高冷卻效率，在安裝位置不受限制時(shí)，可將液壓油箱的容量予以增大。 根據(jù)油箱有效容量可選BEX—630。 4.3 本章小結(jié) 本章介紹了機(jī)械手液壓系統(tǒng)的組成，工作原理及工作過(guò)程，液壓傳動(dòng)有以下優(yōu)點(diǎn)： 1.液壓傳動(dòng)的各種元件，可根據(jù)需要方便、靈活的來(lái)布置； 2.重量輕、體積小、運(yùn)動(dòng)慣性小、反應(yīng)速度快、定位精度好； 3.操縱控制方便，可實(shí)現(xiàn)大范圍的無(wú)級(jí)調(diào)速； 4.可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)； 5.成本低廉、性能優(yōu)越。 第5章 液壓缸的保養(yǎng)與維修 5.1 液壓元件的安裝 1.安裝前元件應(yīng)以煤油進(jìn)行清洗，并要進(jìn)行壓力和密封性實(shí)驗(yàn)，合格后可安裝。 2.泵及其傳動(dòng)要求較高的同心度。 3.油泵的入口，出口和旋轉(zhuǎn)方向一般在泵上均有標(biāo)明，不得接反。 4.安裝各種閥時(shí)，應(yīng)注意進(jìn)油口與回油口的方向。 5.為了避免空氣滲入閥內(nèi)，連接處應(yīng)保持密封良好。 6.用法蘭安裝的閥件，螺釘不能擰的過(guò)緊，因?yàn)橛袝r(shí)擰的過(guò)緊反而密封不良。 5.2 液壓系統(tǒng)的一般使用與維護(hù) 1.油箱中的液壓油應(yīng)經(jīng)常保持正常油面。 2.液壓油應(yīng)經(jīng)常保持清潔。 3.油溫應(yīng)適當(dāng)，油箱的油溫一定不能超過(guò) 4.回路里的空氣應(yīng)完全清除掉。回路里進(jìn)入空氣后，因?yàn)闅怏w的體積和壓力成反比，可以隨著負(fù)荷的變動(dòng)，油缸的運(yùn)動(dòng)也要受到影響。為了防止回油管回油時(shí)帶入空氣，回油管必須插入油面以下。吸入管和泵軸的密封部分等各個(gè)低于大氣壓的地方應(yīng)注意不要漏入空氣。 5.在初次起動(dòng)油泵時(shí)，應(yīng)向泵里灌滿油，檢查轉(zhuǎn)動(dòng)方向是否正確，入口與出口是否接反。 6.在油泵起動(dòng)和停止時(shí)，應(yīng)使溢流閥御荷。 7.溢流閥的調(diào)節(jié)壓力不得超過(guò)液壓系統(tǒng)的最高壓力。 8.應(yīng)盡量保持電磁閥的電壓穩(wěn)定，否則可能會(huì)導(dǎo)致線圈的過(guò)熱。 9.易損的零件，如密封圈等，應(yīng)經(jīng)常有備品，以便及時(shí)更換。 5.3 一般技術(shù)安全事項(xiàng) 液壓系統(tǒng)的使用維護(hù)中，必須注意技術(shù)安全否則會(huì)引起傷亡事故。 用扳手去擰緊或調(diào)整的零件，避免放在當(dāng)扳手松滑時(shí)容易把手弄傷的地方。 所有連接螺釘必須擰緊。法蘭上所有螺釘都必須裝上。 一切連鎖或鎖緊裝置校準(zhǔn)。 檢查用的壓力計(jì)等儀表，必須放于便于觀察的地方。 當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，禁止在工作的條件下進(jìn)行檢查和調(diào)整。 當(dāng)打開(kāi)放氣閥時(shí)，眼睛不要對(duì)著噴射的方向。 第6章 機(jī)械手控制系統(tǒng) 本次設(shè)計(jì)的機(jī)械手是以PLC控制個(gè)液壓元件來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)械手各關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)。至于機(jī)械手在空間的運(yùn)動(dòng)和定位則由外部的電腦操作系統(tǒng)完成，它主要先進(jìn)行機(jī)器手的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，動(dòng)力學(xué)分析，軌跡規(guī)劃和編程。從而由上述系統(tǒng)完成整個(gè)機(jī)械手在空間的行走，定位和重復(fù)定位等操作。 圖6.1PLC控制液壓系統(tǒng)圖 結(jié) 論 本篇設(shè)計(jì)的機(jī)械手綜合和運(yùn)用了機(jī)械零件、理論力學(xué)、材料力學(xué)、機(jī)械原理、金屬工藝學(xué)、熱處理、技術(shù)測(cè)量、機(jī)械制圖等知識(shí)，它主要是應(yīng)用在那些單調(diào)、頻繁的操作中用以代替人的勞動(dòng)進(jìn)行工作，它的主要優(yōu)點(diǎn)是： 1. 工作時(shí)間持久，不會(huì)出現(xiàn)人的疲勞，可以重復(fù)不斷的勞動(dòng)，維持流水線的正常工作。 2. 對(duì)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，可以在多粉塵、易燃、易爆、放射性強(qiáng) 等惡劣環(huán)境中工作。 3. 運(yùn)動(dòng)精確、靈活、特別是在計(jì)算機(jī)的控制下，可以達(dá)到非常高的精度要求。 4. 通用性好，除了特定用途外，適當(dāng)改變手部，便可以完成噴涂、焊接等。 5. 工作效率高，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率的同時(shí)也提高了成本。 本機(jī)械手可以根據(jù)需要加上行走機(jī)構(gòu)，以便實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離操作。 參考文獻(xiàn) [1]濮良貴.機(jī)械設(shè)計(jì).北京：高等教育出版社，2003.6 [2]張普禮.機(jī)械工程手冊(cè).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1992.5 [3]鄧廣敏.工業(yè)機(jī)械手手冊(cè).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1995.8 [4]何發(fā)昌，邵遠(yuǎn).多功能機(jī)械手的原理及應(yīng)用.北京：高等教育出版社，2002.1 [5]吳延本，劉世華.機(jī)械設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)手冊(cè).吉林：吉林科技出版社，1996.7 [6]劉躍南.機(jī)械零件設(shè)計(jì)問(wèn)題解析.北京：中國(guó)致公出版社，1999.4 [7]徐福玲.液壓與氣壓傳動(dòng).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.2 致 謝 緊張的畢業(yè)設(shè)計(jì)即將接近尾聲，我在這次設(shè)計(jì)中收獲了很多。這次設(shè)計(jì)對(duì)于我們每一即將走向工作崗位的同學(xué)來(lái)說(shuō)都是非常重要。這不僅是我們?cè)谶@四年里所學(xué)過(guò)的知識(shí)進(jìn)行綜合運(yùn)用，而且是將我們所學(xué)的知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐的一次檢驗(yàn)。通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我將大學(xué)四年所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行了一次系統(tǒng)的學(xué)習(xí)總結(jié)，加深了對(duì)所學(xué)知識(shí)的掌握，提高了我們對(duì)所學(xué)的知識(shí)的合理運(yùn)用的能力，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)了自己知識(shí)的弱點(diǎn)和薄弱環(huán)節(jié)，并及時(shí)地加以改正和補(bǔ)充。也使我的知識(shí)系統(tǒng)更加的完善。 畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)大學(xué)四年所學(xué)知識(shí)及個(gè)人能力的一次綜合檢驗(yàn)，既鞏固了原有知識(shí)，又拓寬了知識(shí)面，加深了對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)的認(rèn)識(shí)，也了解了當(dāng)今世界工業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，更進(jìn)一步學(xué)習(xí)了有關(guān)工業(yè)機(jī)器人的相關(guān)知識(shí)，學(xué)到了許多未曾接觸過(guò)的知識(shí)，增強(qiáng)了自己的學(xué)習(xí)能力和邏輯思維能力。我在設(shè)計(jì)過(guò)程中，不僅應(yīng)用了以前所學(xué)過(guò)的相關(guān)專業(yè)知識(shí)，同時(shí)還查閱了大量的相關(guān)資料和文獻(xiàn)，使我對(duì)這一領(lǐng)域有了初步的了解和認(rèn)識(shí)。在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，我在現(xiàn)有產(chǎn)品設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)之上又充分地發(fā)揮了自己的創(chuàng)造和思維能力，使此產(chǎn)品更加的完善。能將自己學(xué)習(xí)的理論知識(shí)真正運(yùn)用到實(shí)際中，讓理論真正的得到檢驗(yàn)，這對(duì)我們每個(gè)人來(lái)說(shuō)都是一個(gè)十分寶貴而難得的機(jī)會(huì)。對(duì)實(shí)際中出現(xiàn)的問(wèn)題用理論解決的能力，也是我們?cè)诮窈笞呦蚬ぷ鲘徫凰中枰?。通過(guò)設(shè)計(jì)培養(yǎng)了我科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、精益求精、認(rèn)真對(duì)待問(wèn)題的工作態(tài)度；使我明白在實(shí)際中來(lái)不得半點(diǎn)馬虎。 由于實(shí)際設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)不足、相關(guān)的專業(yè)知識(shí)缺乏、設(shè)計(jì)水平也是有限的，在設(shè)計(jì)上還存在著許多的不足。在此感謝指導(dǎo)老師李洪智老師給予的充分指導(dǎo)，并提出了許多的寶貴意見(jiàn)，及時(shí)地改正了許多設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤，使我的設(shè)計(jì)更加的合理、完善。再次向李老師表示深深的謝意。同時(shí)也感謝各位同學(xué)能在繁忙的設(shè)計(jì)工作之余給予我很多建議和幫助。 短暫而充實(shí)的大學(xué)的生活即將結(jié)束，在這四年的學(xué)習(xí)和生活中，全體老師的嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕虒W(xué)作風(fēng)和忘我的敬業(yè)精神使我深深地受到了感動(dòng)。老師們的言傳身教培養(yǎng)了我良好的學(xué)習(xí)態(tài)度。各位老師教給我的知識(shí)將伴隨我以后的工作生涯。老師的教誨我將牢記在心中，在今后的學(xué)習(xí)和工作中我會(huì)更加努力地拼搏，不辜負(fù)各位老師的期望和厚愛(ài)。再次對(duì)老師們的教導(dǎo)和辛勤勞動(dòng)表示萬(wàn)分感謝。 44