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1、送料機(jī)械手的設(shè)計(jì) 摘要 本課題是為普通車(chē)床配套設(shè)計(jì)的上料機(jī)械手。工業(yè)機(jī)械手是工業(yè)生產(chǎn)的必然產(chǎn)物，它是一種模仿人體上肢的部分功能，按照預(yù)定要求輸送工件或握持工具進(jìn)行操作的自動(dòng)化技術(shù)設(shè)備，對(duì)實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化，推動(dòng)工業(yè)生產(chǎn)的進(jìn)一步發(fā)展起著重要作用。 本課題對(duì)機(jī)械手進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和液壓傳動(dòng)原理的設(shè)計(jì)，確定了機(jī)械手的機(jī)械系統(tǒng)，液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，控制系統(tǒng)三個(gè)組成部分的設(shè)計(jì)方案。介紹了機(jī)械手的組成和分類(lèi)，確定了機(jī)械手的主要參數(shù)及設(shè)計(jì)方案；對(duì)抓取機(jī)構(gòu)的各零部件的參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，對(duì)液壓元件進(jìn)行選擇，確定電機(jī)規(guī)格及機(jī)構(gòu)的參數(shù)；對(duì)機(jī)身機(jī)座的電動(dòng)機(jī)和減速器進(jìn)行選擇，并對(duì)螺栓設(shè)計(jì)和校核，確定其當(dāng)量應(yīng)力，剪切強(qiáng)度，彎曲

2、強(qiáng)度；確定了機(jī)械手的定位方式為機(jī)械擋塊定位；對(duì)影響機(jī)械手定位和穩(wěn)定性的因素進(jìn)行了相關(guān)分析。 關(guān)鍵詞： 機(jī)械手；抓取機(jī)構(gòu)；液壓缸 不要?jiǎng)h除行尾的分節(jié)符，此行不會(huì)被打印 I 目錄 摘要 I 第1章 緒論 1 1.1 課題背景 1 1.1.1 機(jī)器人的歷史、現(xiàn)狀 1 1.2 機(jī)器人發(fā)展趨勢(shì) 3 1.3 本文的主要研究?jī)?nèi)容 3 第2章 方案設(shè)計(jì)及主要參數(shù)的確定 5 2.1 機(jī)械手組成和分類(lèi) 5 2.1.1 機(jī)械手的組成 5 2.1.2 機(jī)械手分類(lèi) 6 2.2 方案設(shè)計(jì) 6 2.2.1 主要參數(shù)的確定 6 2.2.2 方案設(shè)計(jì) 6 2.3 料槽形式及

3、分析動(dòng)作要求 7 2.3.1 料槽形式 7 2.3.2 動(dòng)作要求分析 8 2.4 本章小結(jié) 8 第3章 抓取機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 9 3.1 手部設(shè)計(jì)計(jì)算 9 3.1.1 對(duì)手部設(shè)計(jì)的要求 9 3.1.2 拉緊裝置原理 10 3.2 腕部設(shè)計(jì)計(jì)算 13 3.2.1 計(jì)算扭矩 13 3.2.2 油缸（伸縮）及其配件的估算扭矩 13 3.2.3 腕部回轉(zhuǎn)液壓缸尺寸的確定 13 3.3 臂伸縮機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 16 3.3.1 計(jì)算液壓缸活塞驅(qū)動(dòng)力 16 3.3.2 根據(jù)驅(qū)動(dòng)力確定液壓缸結(jié)構(gòu)尺寸 17 3.3.3 腔流量 17 3.3.4 手臂右腔工作壓力 17 3.4 液壓元件的選

4、擇 18 3.4.1 繪制機(jī)構(gòu)工作參數(shù)表 18 3.4.2 由初步計(jì)算選液壓泵 18 3.4.3 算腕部擺動(dòng)缸 18 3.4.4 確定電機(jī)規(guī)格 19 3.4.5 油管尺寸的確定 19 3.4.6 管道壁厚的計(jì)算 20 3.4.7 油缸容積的確定 20 3.5 本章小結(jié) 20 第4章 液壓系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)及草圖 21 4.1 手部抓取缸 21 4.2 腕部擺動(dòng)液壓回路 21 4.3 小臂伸縮缸液壓回路 22 4.4 總體系統(tǒng)圖 23 4.4.1 工作過(guò)程 23 4.4.2 電磁鐵動(dòng)作順序表 23 4.5 本章小結(jié) 24 第5章 機(jī)身機(jī)座的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 25 5.1 電

5、機(jī)的選擇 25 5.1.1 帶動(dòng)臂部升降的電機(jī) 25 5.1.2 帶動(dòng)機(jī)身回轉(zhuǎn)的電機(jī) 25 5.2 減速器的選擇 26 5.3 螺柱的設(shè)計(jì)與校核 26 5.4 本章小結(jié) 27 第6章 機(jī)械手的定位與平穩(wěn) 28 6.1 常用的定位方式 28 6.2 影響平穩(wěn)性和定位精度的因素 28 6.3 機(jī)械手的控制 29 6.4 本章小結(jié) 30 結(jié)論 31 參考文獻(xiàn) 32 致謝 33 千萬(wàn)不要?jiǎng)h除行尾的分節(jié)符，此行不會(huì)被打印。在目錄上點(diǎn)右鍵“更新域”，然后“更新整個(gè)目錄”。打印前，不要忘記把上面“Abstract”這一行后加一空行 第1章 緒論 1.1 課題背景

6、 1.1.1 機(jī)器人的歷史、現(xiàn)狀 機(jī)器人首先是從美國(guó)開(kāi)始研制的。1958年美國(guó)聯(lián)合控制公司研制出第一臺(tái)機(jī)器人。它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是機(jī)體上安裝一回轉(zhuǎn)長(zhǎng)臂，端部裝有電磁鐵的工件抓放機(jī)構(gòu)，控制系統(tǒng)是示教型的。 日本是工業(yè)機(jī)器人發(fā)展最快、應(yīng)用最多的國(guó)家。自1969年從美國(guó)引進(jìn)兩種典型機(jī)器人后，大力從事機(jī)器人的研究。 目前工業(yè)機(jī)器人大部分還屬于第一代，主要依靠人工進(jìn)行控制；控制方式則為開(kāi)環(huán)式，沒(méi)有識(shí)別能力；改進(jìn)的方向主要是降低成本和提高精度。 第二代機(jī)器人正在加緊研制。它設(shè)有微型電子計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，具有視覺(jué)、觸覺(jué)能力，甚至聽(tīng)、想的能力。研究安裝各種傳感器，把感覺(jué)到的信息進(jìn)行反饋，使機(jī)器人具有感

7、覺(jué)機(jī)能。 第三代機(jī)器人（機(jī)器人）則能獨(dú)立地完成工作過(guò)程中的任務(wù)。它與電子計(jì)算機(jī)和電視設(shè)備保持聯(lián)系，并逐步發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng)FMS(Flexible Manufacturing System) 和柔性制造單元FMC(Flexible Manufacturing Cell) 中的重要一環(huán)。 隨著工業(yè)機(jī)器人研究制造和應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，國(guó)際性學(xué)術(shù)交流活動(dòng)十分活躍，歐美各國(guó)和其他國(guó)家學(xué)術(shù)交流活動(dòng)開(kāi)展很多。國(guó)際工業(yè)機(jī)器人會(huì)議ISIR決定每年召開(kāi)一次會(huì)議，討論和研究機(jī)器人的發(fā)展及應(yīng)用問(wèn)題。 目前，工業(yè)機(jī)器人主要用于裝卸、搬運(yùn)、焊接、鑄鍛和熱處理等方面，無(wú)論數(shù)量、品種和性能方面還不能滿(mǎn)足工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的

8、需要。使用工業(yè)機(jī)器人代替人工操作的，主要是在危險(xiǎn)作業(yè)（廣義的）、多粉塵、高溫、噪聲、工作空間狹小等不適于人工作業(yè)的環(huán)境。 在國(guó)外機(jī)械制造業(yè)中，工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用較多，發(fā)展較快。目前主要應(yīng)用于機(jī)床、模鍛壓力機(jī)的上下料，以及點(diǎn)焊、噴漆等作業(yè)，它可按照事先制訂的作業(yè)程序完成規(guī)定的操作，但還不具備傳感反饋能力，不能應(yīng)付外界的變化。如發(fā)生某些偏離時(shí)，就將引起零部件甚至機(jī)器人本身的損壞。 隨著現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，針對(duì)于上述各個(gè)領(lǐng)域的機(jī)器人系統(tǒng)的應(yīng)用和研究對(duì)系統(tǒng)本身也提出越來(lái)越多的要求。制造業(yè)要求機(jī)器人系統(tǒng)具有更大的柔性和更強(qiáng)大的編程環(huán)境，適應(yīng)不同的應(yīng)用場(chǎng)合和多品種、小批量的生產(chǎn)過(guò)程。計(jì)算

9、機(jī)集成制造（CIM）要求機(jī)器人系統(tǒng)能和車(chē)間中的其它自動(dòng)化設(shè)備集成在一起。研究人員為了提高機(jī)器人系統(tǒng)的性能和智能水平，要求機(jī)器人系統(tǒng)具有開(kāi)放結(jié)構(gòu)和集成各種外部傳感器的能力。然而，目前商品化的機(jī)器人系統(tǒng)多采用封閉結(jié)構(gòu)的專(zhuān)用控制器，一般采用專(zhuān)用計(jì)算機(jī)作為上層主控計(jì)算機(jī)，使用專(zhuān)用機(jī)器人語(yǔ)言作為離線(xiàn)編程工具，采用專(zhuān)用微處理器，并將控制算法固化在EPROM中，這種專(zhuān)用系統(tǒng)很難（或不可能）集成外部硬件和軟件。修改封閉系統(tǒng)的代價(jià)是非常昂貴的，如果不進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，多數(shù)情況下技術(shù)上是不可能的。解決這些問(wèn)題的根本辦法是研究和使用具有開(kāi)放結(jié)構(gòu)的機(jī)器人系統(tǒng)。 美國(guó)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，大致經(jīng)歷了以下幾個(gè)階段： （1

10、）1963-1967年為試驗(yàn)定型階段。1963-1966年，萬(wàn)能自動(dòng)化公司制造的工業(yè)機(jī)器人供用戶(hù)做工藝試驗(yàn)。1967年，該公司生產(chǎn)的工業(yè)機(jī)器人定型為1900型。 （2）1968-1970年為實(shí)際應(yīng)用階段。這一時(shí)期，工業(yè)機(jī)器人在美國(guó)進(jìn)入應(yīng)用階段，例如，美國(guó)通用汽車(chē)公司1968年訂購(gòu)了68臺(tái)工業(yè)機(jī)器人；1969年該公司又自行研制出SAM新工業(yè)機(jī)器人，并用21組成電焊小汽車(chē)車(chē)身的焊接自動(dòng)線(xiàn)；又如，美國(guó)克萊斯勒汽車(chē)公司32條沖壓自動(dòng)線(xiàn)上的448臺(tái)沖床都用工業(yè)機(jī)器人傳遞工件。 （3）1970年至今一直處于推廣應(yīng)用和技術(shù)發(fā)展階段。1970-1972年，工業(yè)機(jī)器人處于技術(shù)發(fā)展階段。1970年4月美國(guó)在伊

11、利斯工學(xué)院研究所召開(kāi)了第一屆全國(guó)工業(yè)機(jī)器人會(huì)議。據(jù)當(dāng)時(shí)統(tǒng)計(jì)，美國(guó)大約200臺(tái)工業(yè)機(jī)器人，工作時(shí)間共達(dá)60萬(wàn)小時(shí)以上，與此同時(shí)，出現(xiàn)了所謂了高級(jí)機(jī)器人，例如：森德斯蘭德公司（Sundstrand）發(fā)明了用小型計(jì)算機(jī)控制50臺(tái)機(jī)器人的系統(tǒng)。又如，萬(wàn)能自動(dòng)公司制成了由25臺(tái)機(jī)器人組成的汽車(chē)車(chē)輪生產(chǎn)自動(dòng)線(xiàn)。麻省理工學(xué)院研制了具有有“手眼”系統(tǒng)的高識(shí)別能力微型機(jī)器人。 其他國(guó)家，如日本、蘇聯(lián)、西歐，大多是從1967，1968年開(kāi)始以美國(guó)的“Versatran”和“Unimate”型機(jī)器人為藍(lán)本開(kāi)始進(jìn)行研制的。就日本來(lái)說(shuō)，1967年，日本豐田織機(jī)公司 引進(jìn)美國(guó)的“Versatran”,川崎重工公司引進(jìn)“

12、Unimate”，并獲得迅速發(fā)展。通過(guò)引進(jìn)技術(shù)、仿制、改造創(chuàng)新。很快研制出國(guó)產(chǎn)化機(jī)器人，技術(shù)水平很快趕上美國(guó)并超過(guò)其他國(guó)家。經(jīng)過(guò)大約10年的實(shí)用化時(shí)期以后，從1980年開(kāi)始進(jìn)入廣泛的普及時(shí)代。 我國(guó)雖然開(kāi)始研制工業(yè)機(jī)器人僅比日本晚5-6年，但是由于種種原因，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展比較慢。目前我國(guó)已開(kāi)始有計(jì)劃地從國(guó)外引進(jìn)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)，通過(guò)引進(jìn)、仿制、改造、創(chuàng)新，工業(yè)機(jī)器人將會(huì)獲得快速的發(fā)展。 1.2 機(jī)器人發(fā)展趨勢(shì) 隨著現(xiàn)代化生產(chǎn)技術(shù)的提高，機(jī)器人設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力進(jìn)一步得到加強(qiáng)，尤其當(dāng)機(jī)器人的生產(chǎn)與柔性化制造系統(tǒng)和柔性制造單元相結(jié)合，從而改變目前機(jī)械制造的人工操作狀態(tài)，提高了生產(chǎn)效率。 就目

13、前來(lái)看，總的來(lái)說(shuō)現(xiàn)代工業(yè)機(jī)器人有以下幾個(gè)發(fā)展趨勢(shì)： （1）提高運(yùn)動(dòng)速度和運(yùn)動(dòng)精度，減少重量和占用空間，加速機(jī)器人功能部件的標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化，將機(jī)器人的各個(gè)機(jī)械模塊、控制模塊、檢測(cè)模塊組成結(jié)構(gòu)不同的機(jī)器人； （2）開(kāi)發(fā)各種新型結(jié)構(gòu)用于不同類(lèi)型的場(chǎng)合，如開(kāi)發(fā)微動(dòng)機(jī)構(gòu)用以保證精度；開(kāi)發(fā)多關(guān)節(jié)多自由度的手臂和手指；開(kāi)發(fā)各類(lèi)行走機(jī)器人，以適應(yīng)不同的場(chǎng)合； （3）研制各類(lèi)傳感器及檢測(cè)元器件，如，觸覺(jué)、視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、味覺(jué)、和測(cè)距傳感器等，用傳感器獲得工作對(duì)象周?chē)耐饨绛h(huán)境信息、位置信息、狀態(tài)信息以完成模式識(shí)別、狀態(tài)檢測(cè)。并采用專(zhuān)家系統(tǒng)進(jìn)行問(wèn)題求解、動(dòng)作規(guī)劃，同時(shí)，越來(lái)越多的系統(tǒng)采用微機(jī)進(jìn)行控制。

14、 1.3 本文的主要研究?jī)?nèi)容 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，生產(chǎn)率水平的提高，人們對(duì)產(chǎn)品精度和質(zhì)量的要求越來(lái)越來(lái)嚴(yán)格。因此，企業(yè)生產(chǎn)線(xiàn)的自動(dòng)化程度要求越來(lái)越高，機(jī)械手也越來(lái)越來(lái)多地被應(yīng)用，工業(yè)機(jī)械手已成為多數(shù)企業(yè)生產(chǎn)線(xiàn)上必不可少的設(shè)備。工業(yè)機(jī)械手可以提高生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化程度，改善勞動(dòng)條件、避免人身事故，減少人力，并便于有節(jié)奏地生產(chǎn)，工業(yè)機(jī)械手從根本上減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)率水平。因此，有效地應(yīng)用機(jī)械手，是發(fā)展機(jī)械工業(yè)的必然趨勢(shì)，研究的內(nèi)容如下： （1）本次設(shè)計(jì)主要研究的是柴油機(jī)機(jī)體加工線(xiàn)上用多功能機(jī)械手，使其完成上料、轉(zhuǎn)位和翻轉(zhuǎn)等多種功能，并按該自動(dòng)線(xiàn)的統(tǒng)一生產(chǎn)節(jié)拍和生產(chǎn)綱領(lǐng)完成以上

15、動(dòng)作。 （2）研究思路及技術(shù)方案是本工業(yè)機(jī)械手機(jī)身采用機(jī)座式，坐標(biāo)形式為直角坐標(biāo)式，使用液壓驅(qū)動(dòng)，選用齒輪泵，具有機(jī)身旋轉(zhuǎn)、手臂伸縮、手臂升降、腕部轉(zhuǎn)動(dòng)4個(gè)自由度，定位采用機(jī)械擋塊定位，定位精度為-0.5～0.5mm，采用行程控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)點(diǎn)位控制。 第2章 方案設(shè)計(jì)及主要參數(shù)的確定 2.1 機(jī)械手組成和分類(lèi) 2.1.1 機(jī)械手的組成 機(jī)械手主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)組成[4]。 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的還增設(shè)行走機(jī)構(gòu)如2-1 所示。 1 2 5 4 3 1—手部；2—手腕；3—立柱；4—手臂；5—機(jī)

16、座 圖2-1機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是驅(qū)動(dòng)執(zhí)行運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)裝置。常用的有液壓傳動(dòng)、氣壓傳動(dòng)、電力傳動(dòng)和機(jī)械傳動(dòng)等四種形式。 控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)是機(jī)械手的指揮系統(tǒng) ，它控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，讓執(zhí)行機(jī)構(gòu)按規(guī)定的要求進(jìn)行工作，并檢測(cè)其正確與否。一般常見(jiàn)的為電器與電子回路控制，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)也不斷增多。 2.1.2 機(jī)械手分類(lèi) （1）根據(jù)所承擔(dān)的作業(yè)的特點(diǎn)分類(lèi)如下：承擔(dān)搬運(yùn)工作的機(jī)械手；生產(chǎn)工業(yè)用機(jī)械手；通用工業(yè)機(jī)械手。 （2）按功能分類(lèi)如下：專(zhuān)用機(jī)械手；示教再現(xiàn)機(jī)械手；通用機(jī)械手。 （3）按驅(qū)動(dòng)方式分類(lèi)如下：液壓傳動(dòng)機(jī)械手；氣壓傳動(dòng)機(jī)械手；機(jī)械傳動(dòng)機(jī)械

17、手。 （4）按控制方式分類(lèi)如下：固定程序機(jī)械手；可編程序機(jī)械手。 2.2 方案設(shè)計(jì) 2.2.1 主要參數(shù)的確定 表2-1主要參數(shù) 抓取量 抓取重量 10kg 抓取長(zhǎng)度 250mm 坐標(biāo)形式及自由度 坐標(biāo)形式 柱坐標(biāo)式 自由度 4 工作行程 手臂伸縮行程 500mm 機(jī)身旋轉(zhuǎn)范圍 0~180 手臂回轉(zhuǎn)范圍θ -90~90 手部升降行程 500mm 運(yùn)動(dòng)速度 伸縮速度 200mm/s 腕部回轉(zhuǎn)速度 45/s 驅(qū)動(dòng)方式 液壓傳動(dòng) 定位精度 -0.5～+0.5mm 控制方式 PLC 2.2.2 方案設(shè)計(jì) 根據(jù)課題要求及參

18、數(shù)要求，可采用以下多種方案。 （1）直角坐標(biāo)系式，自動(dòng)線(xiàn)成直線(xiàn)布置，機(jī)械手空中行走，順序完成上料、翻轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)位等功能。這種方案結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，自由度少，易于配線(xiàn)，但需要架空行走，油液站不能固定，這使設(shè)計(jì)復(fù)雜程度增加，運(yùn)動(dòng)質(zhì)量增大。 （2）機(jī)身采用立柱式，機(jī)械手臂上下升降，順序完成上料、翻轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)位等功能，自動(dòng)線(xiàn)仍呈直線(xiàn)布置。這種方案可以集中設(shè)計(jì)液壓，易于實(shí)現(xiàn)、油路定點(diǎn)連接，但手臂懸伸量較大。 （3）機(jī)身采用機(jī)座式，自動(dòng)線(xiàn)圍繞機(jī)座布置，順序完成上料、翻轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)位等功能。這種案具有占地面積小等優(yōu)點(diǎn)，但配線(xiàn)要求較高。 圖2-2機(jī)座式機(jī)械手 本設(shè)計(jì)擬采用第三種方案，如圖2-2所示。這是一種機(jī)座式機(jī)械

19、手，具有機(jī)身旋轉(zhuǎn)(⌒z)手臂伸縮(→x)手臂升降（⌒z）和腕部轉(zhuǎn)動(dòng)(⌒x)四個(gè)自由度。 2.3 料槽形式及分析動(dòng)作要求 2.3.1 料槽形式 圖2-3機(jī)械手安裝簡(jiǎn)易圖 由于工件的形狀屬于小型回轉(zhuǎn)體，此種形狀的零件通常采用自重輸送的輸料槽，如圖2-3所示，該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需要其它動(dòng)力源和特殊裝置，所以本課題采用此種輸料槽。 2.3.2 動(dòng)作要求分析 動(dòng)作一：送 料 動(dòng)作二：預(yù)夾緊 動(dòng)作三：手臂上升 動(dòng)作四：手臂旋轉(zhuǎn) 動(dòng)作五：小臂伸長(zhǎng) 動(dòng)作六：手腕旋轉(zhuǎn) 預(yù)夾緊 手臂上升

20、 手臂旋轉(zhuǎn) 小臂伸長(zhǎng) 手碗旋轉(zhuǎn) 手臂轉(zhuǎn)回 圖2-4要求分析 手臂上升，手臂有沿機(jī)座立柱做升降運(yùn)動(dòng)，獲得較大的運(yùn)動(dòng)行程，升降過(guò)程由電動(dòng)機(jī)連接帶動(dòng)螺柱旋轉(zhuǎn)，由螺柱配合導(dǎo)致了手臂的上下運(yùn)動(dòng)。 手臂的回轉(zhuǎn)由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)減速器軸上的齒輪旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)了機(jī)身的旋轉(zhuǎn)，從而使手臂回轉(zhuǎn)。 手腕回轉(zhuǎn)和小臂伸縮主要由回轉(zhuǎn)缸控制其回轉(zhuǎn)范圍和伸縮運(yùn)動(dòng)。 2.4 本章小結(jié) 在本章中主要對(duì)機(jī)械手的設(shè)計(jì)方案的

21、進(jìn)行分析和主要參數(shù)的確定，具體內(nèi)容如下： （1）介紹了機(jī)械手的組成和分類(lèi)，并講述了各類(lèi)機(jī)械手的用途及作用； （2）根據(jù)課題要求，確定了機(jī)械手的主要參數(shù)，并設(shè)計(jì)了幾套方案，最后擬用第三套方案； （3）確定了機(jī)械手的料槽形式，并對(duì)機(jī)械手的動(dòng)作要求進(jìn)行分析。 第3章 抓取機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 3.1 手部設(shè)計(jì)計(jì)算 3.1.1 對(duì)手部設(shè)計(jì)的要求 （1）有適當(dāng)?shù)膴A緊力 手部在工作時(shí)，應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膴A緊力，以保證夾持穩(wěn)定可靠，變形小，且不損壞工件的已加工表面。對(duì)于剛性很差的工件夾緊力大小應(yīng)該設(shè)計(jì)得可以調(diào)節(jié)，對(duì)于笨重的工件應(yīng)考慮采用自鎖安全裝置。 （2）有足夠的開(kāi)閉范圍 夾持類(lèi)手部的

22、手指都有張開(kāi)和閉合裝置。工作時(shí)，一個(gè)手指開(kāi)閉位置以最大變化量稱(chēng)為開(kāi)閉范圍。 圖3-1 機(jī)械手開(kāi)閉示例簡(jiǎn)圖 對(duì)于回轉(zhuǎn)型手部手指開(kāi)閉范圍，可用開(kāi)閉角和手指夾緊端長(zhǎng)度表示。手指開(kāi)閉范圍的要求與許多因素有關(guān)，如工件的形狀和尺寸，手指的形狀和尺寸，一般來(lái)說(shuō)，如工作環(huán)境許可，開(kāi)閉范圍大一些較好，如圖3-1所示。 （3）力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕，體積小 手部處于腕部的最前端，工作時(shí)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)多變，其結(jié)構(gòu)，重量和體積直接影響整個(gè)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)，抓重，定位精度，運(yùn)動(dòng)速度等性能。因此，在設(shè)計(jì)手部時(shí)，必須力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕，體積小。 （4）手指應(yīng)有一定的強(qiáng)度和剛度 （5）其它要求

23、 因此送料，夾緊機(jī)械手，根據(jù)工件的形狀，采用最常用的外卡式兩指鉗爪，夾緊方式用常閉史彈簧夾緊，松開(kāi)時(shí)，用單作用式液壓缸。此種結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，制造方便。 3.1.2 拉緊裝置原理 （1）拉緊油缸的尺寸設(shè)計(jì) 圖3-2 油缸示意圖 如圖3-2所示：油缸右腔停止進(jìn)油時(shí)，彈簧力夾緊工件，油缸右腔進(jìn)油時(shí)松開(kāi)工件。 液壓缸內(nèi)徑D的計(jì)算 初步確定：，手指對(duì)工件的夾緊力用式(3-1)計(jì)算得 (3-1) 式中 ——手指對(duì)工件的夾緊力； ——傳動(dòng)銷(xiāo)與定位銷(xiāo)的長(zhǎng)度； ——連

24、桿長(zhǎng)度； ——連桿中心線(xiàn)與夾緊力作用線(xiàn)之垂線(xiàn)的夾角。 根據(jù)設(shè)計(jì)要求可知： 實(shí)際所采用的液壓缸驅(qū)動(dòng)力 ，查文獻(xiàn)得公式 (3-2) 式中 ——安全系數(shù)，一般取 1.2～2.0； ——工作情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響，一般取1.1～2.5； ——手爪的機(jī)械傳動(dòng)效率，一般取0.85～0.9。 由此確定液壓缸直徑 (3-3) 設(shè)夾緊缸的直徑為 ，則活塞杠的直徑?。?，壓力油的工作壓力為，則

25、 根據(jù) GB/T2348-93 液壓缸內(nèi)徑尺寸系列?。海瑒t活塞桿直徑為選取為 ，行程； 根據(jù)GB/T2348-93液壓缸活塞桿外徑尺寸系列?。?。由于活塞桿的長(zhǎng)度較短，所以不用校核它的強(qiáng)度； 缸壁厚δ的計(jì)算 對(duì)于低壓系統(tǒng)，液壓缸缸筒厚度一般按薄壁筒計(jì)算 (3-4) 式中 δ——液壓缸缸筒厚度（mm）； ——試驗(yàn)壓力（MPa），工作壓力p≤16MPa時(shí)，=1.5p；工作壓力p≥16MPa時(shí)，=1.25p，由于本次設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)壓力為2.5MPa，故=1.5×2.5=3.7

26、5Mpa； D——液壓缸內(nèi)徑（mm）； ——缸材料體的許用應(yīng)力（MPa）： ——缸體材料的抗拉強(qiáng)度（MPa）； n——安全系數(shù)，n=3.5～5，一般取n=5。 對(duì)于鍛鋼 =100～120 MPa；鑄鋼 =100～110 MPa；鋼管 =100～110 MPa；鑄鐵 =60 MPa，現(xiàn)選用鑄鐵材料，=60Mpa。 因結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要，取=10mm。 缸外徑D0及長(zhǎng)度l的計(jì)算 L≤（20～30），由結(jié)構(gòu)需要來(lái)確定，取。 液壓缸行程S的確定 按GB/T2349-1980標(biāo)準(zhǔn)系列確定液壓缸活塞行程為40mm。 （2）運(yùn)動(dòng)范圍（速度）

27、伸縮運(yùn)動(dòng)： 上升運(yùn)動(dòng)： 下降運(yùn)動(dòng)： 回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)： 所以取手部驅(qū)動(dòng)活塞速度 （3）手部右腔的流量 （3-5） （4）手部工作壓強(qiáng) （3-6） 3.2 腕部設(shè)計(jì)計(jì)算 設(shè)計(jì)要求：回轉(zhuǎn)，角速度 以最大負(fù)荷計(jì)算：當(dāng)工件處于水平位置時(shí)，回轉(zhuǎn)缸的工件扭矩最大，采用估算法，工件重，長(zhǎng)度。如圖3-3所示。 3.2.1 計(jì)算扭矩 工件 F

28、 S F 圖3-3 腕部受力簡(jiǎn)圖 設(shè)重力集中于離手指中心處，即扭矩為： （3-7） 3.2.2 油缸（伸縮）及其配件的估算扭矩 帶入公式3-7得 （1）回轉(zhuǎn)缸的摩擦力矩 （估算值） （估算值） （2）回轉(zhuǎn)缸的總摩擦力矩 (3-8) 3.2.3 腕部回轉(zhuǎn)液壓缸尺寸的確定 （1）液壓缸內(nèi)徑的確定 回

29、轉(zhuǎn)缸的驅(qū)動(dòng)力矩M與回轉(zhuǎn)缸的壓力p的關(guān)系為： (3-9) 式中 ——回轉(zhuǎn)缸的驅(qū)動(dòng)力矩； ——回轉(zhuǎn)缸的工作壓力； ——缸體內(nèi)壁半徑； ——輸出軸半徑； ——?jiǎng)悠瑢挾取? 上述驅(qū)動(dòng)力矩M與壓力p的關(guān)系式是對(duì)應(yīng)與壓力腔的背壓為零時(shí)的情況而言的，若低壓腔有一定的背壓，則P為工作壓力與背壓的差值。 由上式腕部回轉(zhuǎn)缸的驅(qū)動(dòng)力矩M與回轉(zhuǎn)缸的壓力p的關(guān)系推導(dǎo)得缸體內(nèi)壁半徑為； 圖3-4手腕回轉(zhuǎn)葉片 其中輸出軸半徑r由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)定為，查表按標(biāo)準(zhǔn)系列圓整，

30、取，即回轉(zhuǎn)液壓缸內(nèi)徑為，回轉(zhuǎn)液壓缸回轉(zhuǎn)行程的確定，如圖3-4所示，由方案設(shè)計(jì)可知，腕部回轉(zhuǎn)行程0～180○。 （2）液壓缸壁厚δ的計(jì)算 對(duì)于低壓系統(tǒng)，液壓缸缸筒厚度一般按薄壁筒計(jì)算： （3-10） 式中 δ——液壓缸缸筒厚度（mm）； ——試驗(yàn)壓力（MPa），工作壓力p≤16MPa時(shí)，=1.5p；工作壓力p≥16MPa時(shí)，=1.25p，由于本次設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)壓力為2.5MPa，故=1.5×2.5=3.75Mpa； D——液壓缸內(nèi)徑（mm）； ——缸材料體的許用應(yīng)力（MPa）：

31、 （3-11） ——缸體材料的抗拉強(qiáng)度（MPa）； n——安全系數(shù)，n=3.5～5，一般取n=5。 對(duì)于鍛鋼 =100～120 MPa；鑄鋼 =100～110 MPa；鋼管 =100～110 MPa；鑄鐵 =60 Mpa?，F(xiàn)選用鑄鐵材料，=60Mpa。 將以知數(shù)據(jù)代入上式得 因結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要，取。 液壓缸外徑及寬度b的計(jì)算 b≤（20～30），由結(jié)構(gòu)需要確定，取b=30mm。 回轉(zhuǎn)液壓缸回轉(zhuǎn)行程的確定 由方案設(shè)計(jì)可知，腕部回轉(zhuǎn)行程0～180○，其結(jié)構(gòu)形式見(jiàn)圖3-2 由公式 (3-12

32、) 式中 ——葉片厚度，??； ——擺動(dòng)缸內(nèi)徑，??； ——轉(zhuǎn)軸直徑，?。? ——回轉(zhuǎn)缸的工作壓力。 上述驅(qū)動(dòng)力矩與壓力的關(guān)系式是對(duì)應(yīng)與壓力腔的背壓為零時(shí)的情況而言的，若低壓腔有一定的背壓，則P為工作壓力與背壓的差值。 由上式腕部回轉(zhuǎn)缸的驅(qū)動(dòng)力矩與回轉(zhuǎn)缸的壓力的關(guān)系推導(dǎo)回轉(zhuǎn)缸的工作壓力為： 又因?yàn)? 所以 式中 ——流量； ——回轉(zhuǎn)缸的角速度； ——葉片厚度，這里??； ——擺動(dòng)缸內(nèi)徑, 這里??； ——轉(zhuǎn)軸直徑, 這里取。 3.3 臂

33、伸縮機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 手臂的伸縮速度為，行程。 3.3.1 計(jì)算液壓缸活塞驅(qū)動(dòng)力 （3-13） 式中 ——手臂運(yùn)動(dòng)時(shí)的摩擦阻力； ——起動(dòng)或制動(dòng)時(shí)，活塞桿所受平均慣性力。 （1）摩擦阻力計(jì)算 式中 ——摩擦系數(shù)（鋼對(duì)鑄鐵：取，這里取0.3）； ——手臂伸縮部件的總重量（含工件的質(zhì)量） （2）起動(dòng)或制動(dòng)時(shí)，活塞桿所受平均慣性力計(jì)算 式中 ——手臂伸縮部件的總重力（包括工件重量）（）； ——油靜止加速到常速的變化量（）,?。? ——起動(dòng)過(guò)程時(shí)間（），一般取 0.01～0.5

34、，對(duì)輕載低速運(yùn)動(dòng)部件取較小值，對(duì)重載高速運(yùn)動(dòng)部件取較大值（這里取0.4）。 所以所需的總的驅(qū)動(dòng)力為 3.3.2 根據(jù)驅(qū)動(dòng)力確定液壓缸結(jié)構(gòu)尺寸 （3-.14） 式中 ——液壓缸直徑,其中； ——載荷率 取0 .7～0.85； ——液壓缸的工作壓力 ??； ——液壓缸驅(qū)動(dòng)力。 根據(jù) GB/T2348-93 液壓缸內(nèi)徑尺寸系列?。?； 根據(jù)GB/T2348-93 液壓缸活塞桿外徑尺寸系列?。?,行程為。 3.3.3 腔流量 由公式（3-5）得： 式中 Q——流量（）

35、 V——活塞桿速度，取。 3.3.4 手臂右腔工作壓力 由公式（3-6） 得： (3-15) 式中 ——系統(tǒng)總的驅(qū)動(dòng)力。 所以代入公式（3.12）得： 3.4 液壓元件的選擇 3.4.1 繪制機(jī)構(gòu)工作參數(shù)表 機(jī)構(gòu)名稱(chēng) 工作速度 行程 工作壓力 流量 手部抓緊 腕部回轉(zhuǎn) 手臂伸縮 表3-1機(jī)構(gòu)工作參數(shù) 3.4.2 由初步計(jì)算選液壓泵 驗(yàn)所需液壓最高壓力： 所需液壓最大流量： 選取CB-D型液壓泵（齒

36、輪泵）；此泵工作壓力為，轉(zhuǎn)速為，工作流量Q在之間，可以滿(mǎn)足需要。 3.4.3 算腕部擺動(dòng)缸 （3-16） （3-17） 式中 ——機(jī)械效率?。? 0.85～0.9 ——容積效率?。? 0.7～0.95 所以代入公式（3-16）得： 代入公式（3-17）得： =0.673rad/s 因此，取腕部回轉(zhuǎn)油缸工作壓力 ；流量 圓整其他缸的數(shù)值： 手部抓取缸工作壓力 ；流量 小臂伸縮缸工作壓力 ；流量 3.4.4 確定電機(jī)規(guī)格 液壓泵選取CB-D型液壓泵，額定壓力，工作流量在之間。選取

37、為額定流量的泵， 因此： （3-18） 式中 ——電動(dòng)機(jī)功率（）； ——液壓泵最大工作壓力（）； ——液壓泵的輸出流量（）； ——液壓泵總效率，由液壓泵產(chǎn)品樣本查出， 所以代入公式（3-18）得： 選取電動(dòng)機(jī)JQZ-61-2型電動(dòng)機(jī)，額定功率，轉(zhuǎn)速為。 3.4.5 油管尺寸的確定 管道內(nèi)徑計(jì)算 （3-19） 表3-2 允許流速推薦表 油液流經(jīng)的管道 推薦流速（） 液壓泵吸油管道 ，一般常取以下 液壓系統(tǒng)壓油管道 ，壓力高，管道短粘度小取大值 液壓系統(tǒng)回

38、油管道 式中 Q——通過(guò)管道內(nèi)的流量（），； V——管內(nèi)允許流速（），取，見(jiàn)表3-2。 根據(jù)參考文獻(xiàn)3中表37.9-1，選取管道內(nèi)徑的銅管。 3.4.6 管道壁厚的計(jì)算 （3-20） 式中 工作壓力（） 管道內(nèi)徑（） 許用應(yīng)力（），對(duì)于鋼管（抗拉強(qiáng)度 安全系數(shù)，當(dāng)時(shí)，；當(dāng)時(shí)，；當(dāng)時(shí)，）。對(duì)于銅管。 所以 ，管道的外徑，長(zhǎng)度。 3.4.7 油缸容積的確定 對(duì)油缸容積初步確定

39、 （3-21） 已知所選泵的總流量為，這樣液壓泵每分鐘排出壓力油的體積為，取，算出有效容積為 3.5 本章小結(jié) 本章主要對(duì)機(jī)械手的抓取機(jī)構(gòu)進(jìn)行了相關(guān)的研究，具體內(nèi)容如下： （1）闡述了對(duì)手部的設(shè)計(jì)要求，并對(duì)拉緊油缸的尺寸進(jìn)行相關(guān)的設(shè)計(jì)計(jì)算； （2）對(duì)腕部進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，計(jì)算各扭矩，并確定了腕部回轉(zhuǎn)液壓缸尺寸； （3）對(duì)臂伸機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，計(jì)算驅(qū)動(dòng)力，并確定了液壓缸結(jié)構(gòu)尺寸； （4）對(duì)液壓元件進(jìn)行選擇，確定電機(jī)規(guī)格及機(jī)構(gòu)的參數(shù)。 第4章 液壓系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)及草圖 4.1 手部抓取缸 （1）手部抓取缸液壓原理圖如圖4-1所示[5]； （2）

40、泵的供油壓力P取10Mpa，流量Q取系統(tǒng)所需最大流量即Q=1300ml/s。 因此，需裝圖4-1中所示的調(diào)速閥，流量定為7.2L/min，工作壓力P=2Mpa。 采用：YF-B10B溢流閥 2FRM5-20/102調(diào)速閥 23E1-10B二位三通閥 圖 4-1手部抓取缸液壓原理圖 4.2 腕部擺動(dòng)液壓回路 （1）腕部擺動(dòng)缸液壓原理圖如圖4-2所示 （2）工作壓力P=1Mpa 流量Q=35ml/s 采用 2FRM5-20/102調(diào)速閥 34E1-10B 換向閥 YF-B10B

41、 溢流閥 圖 4-2 腕部擺動(dòng)液壓回路 4.3 小臂伸縮缸液壓回路 圖 4-3小臂伸縮缸液壓回路 （1）小臂伸縮缸液壓原理圖如圖4-3所示 （2）工作壓力P=0.25Mpa 流量Q=1000ml/s 采用YF-B10B 溢流閥 2FRM5-20/102 調(diào)速閥 23E1-10B二位三通閥 4.4 總體系統(tǒng)圖 如圖4-4所示為液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的總體系統(tǒng)圖 圖4-4總體系統(tǒng)圖 4.4.1 工作過(guò)程 小臂伸長(zhǎng)→手部抓緊→腕部回轉(zhuǎn)→小臂回轉(zhuǎn)→小臂收

42、縮→手部放松 4.4.2 電磁鐵動(dòng)作順序表 液壓總體系統(tǒng)的電磁鐵動(dòng)作順序如表4-1 表 4-1電磁鐵動(dòng)作順序表 元件 動(dòng)作 1DT 2DT 3DT 4DT 5DT 小臂伸長(zhǎng) － + + - - 手部抓緊 － + - - - 腕部回轉(zhuǎn) － + - + - 小臂收縮 － - - - - 手部放松 － - + - - 卸荷 ＋ ± ± ± ± 4.5 本章小結(jié) 本章主要對(duì)抓取機(jī)構(gòu)各部分的液壓系統(tǒng)原理進(jìn)行了相關(guān)的研究，并確定了相關(guān)的草圖，具體內(nèi)容如下： （1）對(duì)抓取機(jī)

43、構(gòu)各部分的液壓系統(tǒng)原理進(jìn)行了相關(guān)的研究，擬定各部分的原理草圖； （2）確定了抓取機(jī)構(gòu)的工作過(guò)程和電磁閥動(dòng)作順序表。 第5章 機(jī)身機(jī)座的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 5.1 電機(jī)的選擇 5.1.1 帶動(dòng)臂部升降的電機(jī) 初選上升速度 V=100mm/s P=6KW 所以n=（100/6）×60=1000轉(zhuǎn)/分 選擇Y90S-4型電機(jī)，屬于籠型異步電動(dòng)機(jī)。采用B級(jí)絕緣，外殼防護(hù)等級(jí)為IP44，冷卻方式為I（014）即全封閉自扇冷卻，額定電壓為380V，額定功率為50HZ。 型號(hào) 額定功率KW 滿(mǎn)載時(shí) 堵轉(zhuǎn)電流 堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩 最大轉(zhuǎn)矩 電流A

44、轉(zhuǎn)速r/min 效率% 功率因素 額定電流 額定轉(zhuǎn)矩 額定轉(zhuǎn)矩 Y90S-4 1.1 2.7 1400 79 0.78 6.5 2.2 2.2 表5-1 Y90S-4電動(dòng)機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)所示： 5.1.2 帶動(dòng)機(jī)身回轉(zhuǎn)的電機(jī) 初選轉(zhuǎn)速 W=60o/s n=1/6轉(zhuǎn)/秒 =10轉(zhuǎn)/分 由于齒輪i=3，減速器i=30，所以n=10×3×30=900轉(zhuǎn)/分 選擇Y90L-6型籠型異步電動(dòng)機(jī) 電動(dòng)機(jī)采用B級(jí)絕緣。外殼防護(hù)等級(jí)為IP44，冷卻方式為I（014）即全封閉自扇冷卻，額定電壓為380V，額定功率為50HZ。如表5-2

45、Y90S-6電動(dòng)機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)所示： 型號(hào) 額定功率KW 滿(mǎn)載時(shí) 堵轉(zhuǎn)電流 堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩 最大轉(zhuǎn)矩 電流A 轉(zhuǎn)速r/min 效率% 功率因素 額定電流 額定轉(zhuǎn)矩 額定轉(zhuǎn)矩 Y90S-6 1.1 3.2 910 73.5 0.72 6.0 2.0 2.0 表5-2 Y90L-6電動(dòng)機(jī)技術(shù) 5.2 減速器的選擇 初選WD80型圓柱蝸桿減速器，WD為蝸桿下置式一級(jí)傳動(dòng)的阿基米德圓柱蝸桿減速器。 蝸桿的材料38siMnMo調(diào)質(zhì)，蝸輪的材料為ZQA19-4，中心矩a=80，傳動(dòng)比I=30，傳動(dòng)慣量0.265×10ˉ3kg·m

46、2。 5.3 螺柱的設(shè)計(jì)與校核 螺桿的材料選擇：從經(jīng)濟(jì)角度來(lái)講并能滿(mǎn)足要求的材料為鑄鐵[6]。 表5-3 螺柱設(shè)計(jì)參數(shù) 螺距螺紋工作高度P 6mm 螺紋工作高度h 3mm 螺紋牙底寬度b 3.9mm 螺桿強(qiáng)度[σ] 30~50Mpa 螺紋牙剪切[τ] 40 Mpa 彎曲[σb] 45~55 Mpa (1)當(dāng)量應(yīng)力 (5-2) 式中 T——傳遞轉(zhuǎn)矩N·mm； [σ]——螺桿材料的許用應(yīng)力。 所以代入公式（5-5）得： 合格 (2)剪切強(qiáng)度 Z=H/P=160/6 （旋

47、合圈數(shù)） （5-3） τ=F/πd1bz （5-4） =0.206Mpa＜[τ]=40Mpa 合格 (3)彎曲強(qiáng)度 σb=3Fh/πd1b2z （5-5） =0.48Mpa＜[σ]=45Mpa 合格 5.4 本章小結(jié) 本章主要對(duì)機(jī)械手的機(jī)身機(jī)座的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)

48、計(jì)，具體內(nèi)容如下： （1） 對(duì)帶動(dòng)臂部升降和帶動(dòng)機(jī)身回轉(zhuǎn)的電機(jī)進(jìn)行了選擇； （2） 對(duì)減速器的選擇，初選WD80型圓柱蝸桿減速器； （3）對(duì)螺栓的設(shè)計(jì)和校核，確定了當(dāng)量應(yīng)力，剪切強(qiáng)度，彎曲強(qiáng)度。 第6章 機(jī)械手的定位與平穩(wěn) 6.1 常用的定位方式 機(jī)械擋塊定位是在行程終點(diǎn)設(shè)置機(jī)械擋塊。當(dāng)機(jī)械手經(jīng)減速運(yùn)行到終點(diǎn)時(shí)，緊靠擋塊而定位。 若定位前已減速，定位時(shí)驅(qū)動(dòng)壓力未撤除，在這種情況下，機(jī)械擋塊定位能達(dá)到較高的重復(fù)精度。一般可高于±0.5mm，若定位時(shí)關(guān)閉驅(qū)動(dòng)油路而去掉工作壓力，這時(shí)機(jī)械手可能被擋塊碰回一個(gè)微小距離，因而定位精度變低。 6.2 影響平穩(wěn)性和定位精度的因素 機(jī)械手能否

49、準(zhǔn)確地工作，實(shí)際上是一個(gè)三維空間的定位問(wèn)題，是若干線(xiàn)量和角量定位的組合。在許多較簡(jiǎn)單情況下，單個(gè)量值可能是主要的。影響單個(gè)線(xiàn)量或角量定位誤差的因素如下[7]： （1）定位方式 不同的定位方式影響因素不同。如機(jī)械擋塊定位時(shí)，定位精度與擋塊的剛度和碰接擋塊時(shí)的速度等因素有關(guān)。 定位速度 定位速度對(duì)定位精度影響很大。這是因?yàn)槎ㄎ凰俣炔煌瑫r(shí)，必須耗散的運(yùn)動(dòng)部件的能量不同。通常，為減小定位誤差應(yīng)合理控制定位速度，如提高緩沖裝置的緩沖性能和緩沖效率，控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)使運(yùn)動(dòng)部件適時(shí)減速。 （2）精度 機(jī)械手的制造精度和安裝調(diào)速精度對(duì)定位精度有直接影響。 （3）剛度 機(jī)械手本身的

50、結(jié)構(gòu)剛度和接觸剛度低時(shí)，因易產(chǎn)生振動(dòng)，定位精度一般較低。 （4）運(yùn)動(dòng)件的重量 運(yùn)動(dòng)件的重量包括機(jī)械手本身的重量和被抓物的重量。 運(yùn)動(dòng)件重量的變化對(duì)定位精度影響較大。通常，運(yùn)動(dòng)件重量增加時(shí)，定位精度降低。因此，設(shè)計(jì)時(shí)不僅要減小運(yùn)動(dòng)部件本身的重量，而且要考慮工作時(shí)抓重變化的影響。 （5）驅(qū)動(dòng)源 液壓、氣壓的壓力波動(dòng)及電壓、油溫、氣溫的波動(dòng)都會(huì)影響機(jī)械手的重復(fù)定位精度。因此，采用必要的穩(wěn)壓及調(diào)節(jié)油溫措施。如用蓄能器穩(wěn)定油壓，用加熱器或冷卻器控制油溫，低速時(shí)，用溫度、壓力補(bǔ)償流量控制閥控制。 （6）機(jī)械手運(yùn)動(dòng)的緩沖裝置 緩沖裝置分為內(nèi)緩沖和外緩沖兩種形式。內(nèi)緩沖形式有

51、油缸端部緩沖裝置和緩沖回路等。外緩沖形式有彈性機(jī)械元件和液壓緩沖器。內(nèi)緩沖的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，緊湊。但有時(shí)安置位置有限；外緩沖的優(yōu)點(diǎn)是安置位置靈活，簡(jiǎn)便，緩沖性能好調(diào)等，但結(jié)構(gòu)較龐大。 （7）控制系統(tǒng) 開(kāi)關(guān)控制、電液比例控制和伺服控制的位置控制精度是個(gè)不相同的。這不僅是因?yàn)楦鞣N控制元件的精度和靈敏度不同，而且也與位置反饋裝置的有無(wú)有關(guān)。 本課題所采用的定位精度為機(jī)械擋塊定位。 6.3 機(jī)械手的控制 控制系統(tǒng)是機(jī)械手的重要組成部分。在某種意義上講，控制系統(tǒng)起著與人腦相似的作用。機(jī)械手的手部、腕部、臂部等的動(dòng)作以及相關(guān)機(jī)械的

52、協(xié)調(diào)動(dòng)作都是通過(guò)控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。主要控制內(nèi)容有動(dòng)作的順序，動(dòng)作的位置與路徑、動(dòng)作的時(shí)間。 機(jī)械手要用來(lái)代替人完成某些操作，通常需要具有圖6-1所示的機(jī)能。 實(shí)現(xiàn)上述各種機(jī)能的控制方式有多種多樣。機(jī)械手的程序控制方式可分為兩大類(lèi)，即固定程序控制方式和可變程序控制方式。 本課題所用的是固定程序控制類(lèi)別的機(jī)械式控制。 常用凸輪和杠桿機(jī)構(gòu)來(lái)控制機(jī)械手的動(dòng)作順序、時(shí)間和速度。一般常與驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)并用，因此結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便，壽命較長(zhǎng)，工作比較可靠。適用于控制程序步數(shù)少的專(zhuān)用機(jī)械手。 裝卸工

53、件 裝別識(shí)別 控制機(jī)能 動(dòng)作控制機(jī)能 示教機(jī)能 動(dòng)作順序控制 運(yùn)動(dòng)控制機(jī)能 檢測(cè)、識(shí)別機(jī)能 操作機(jī)能 圖6-1 機(jī)械手的控制機(jī)能 6.4 本章小結(jié) 本章對(duì)機(jī)械手的定位和穩(wěn)定性進(jìn)行了相關(guān)的分析，具體內(nèi)容如下： （1）確定了機(jī)械手的常用的定位方式為機(jī)械擋塊定位是在行程終點(diǎn)設(shè)置機(jī)械擋塊； （2） 對(duì)影響機(jī)械手定位和穩(wěn)定性的因素進(jìn)行了相關(guān)分析； （3）機(jī)械手的緩沖裝置進(jìn)行了相關(guān)的研究，確定了相關(guān)的參數(shù)。 千萬(wàn)不要?jiǎng)h除行尾的分節(jié)符，此行不會(huì)被打印?！敖Y(jié)論”以前

54、的所有正文內(nèi)容都要編寫(xiě)在此行之前。 33 - - 結(jié)論 隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展以及自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)的需要，機(jī)械手的應(yīng)用越來(lái)越廣，送料機(jī)械手在一個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中扮演著舉足輕重的角色，因此本次對(duì)送料機(jī)械手的設(shè)計(jì)工作在機(jī)械手研制領(lǐng)域有著積極的意義。設(shè)計(jì)任務(wù)包括機(jī)械手的機(jī)械系統(tǒng)，液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，控制系統(tǒng)三個(gè)組成部分的設(shè)計(jì)工作。 （1）介紹機(jī)械手的組成和分類(lèi)，確定了機(jī)械手的主要參數(shù)及設(shè)計(jì)方案； （2）對(duì)抓取機(jī)構(gòu)的各零部件的參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，對(duì)液壓元件進(jìn)行選擇，確定電機(jī)規(guī)格及機(jī)構(gòu)的參數(shù)； （3）對(duì)機(jī)身機(jī)座的電動(dòng)機(jī)和減速器進(jìn)行選擇，并對(duì)螺栓設(shè)計(jì)和校核，確定其當(dāng)量應(yīng)力，剪切強(qiáng)度，彎曲強(qiáng)度； （4）確定了

55、機(jī)械手的定位方式為機(jī)械擋塊定位；對(duì)影響機(jī)械手定位和穩(wěn)定性的因素進(jìn)行了相關(guān)分析。 本課題還存在以下的不足之處，需進(jìn)一步完善： 如機(jī)身采用機(jī)座式，配線(xiàn)要求較高，應(yīng)該綜合考慮生產(chǎn)需求，降低生產(chǎn)成本。 參考文獻(xiàn) [1] 徐灝．機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)3.機(jī)械工業(yè)出版社，1991. [2] 徐灝．機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)4.機(jī)械工業(yè)出版社，1991. [3] 徐灝．機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)5.機(jī)械工業(yè)出版社，1991. [4] 工業(yè)機(jī)械手編寫(xiě)組.工業(yè)機(jī)械手-機(jī)械結(jié)構(gòu)上.上海科學(xué)技術(shù)出版社,1992. [5] 劉延俊，關(guān)浩，周德繁． 液壓與氣壓傳動(dòng)．高等教育出版社，2007：141-165 [6] 胡家秀．

56、機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ).``中國(guó)勞動(dòng)出版社，2008：13-34 [7] 魯昌國(guó)，何冰強(qiáng)．機(jī)械制造技術(shù)．大連理工大學(xué)出版社，2009：72-124 [8] 曾令宜．AutoCAD 2006 工程繪圖教程．高等教育出版社，2006：57-168 致謝 經(jīng)歷了一個(gè)學(xué)期的艱苦奮戰(zhàn)之后，我終于完成了這次畢業(yè)設(shè)計(jì)。本次設(shè)計(jì)是我們?cè)趯W(xué)完三年工科課程后進(jìn)行的一次綜合性的、系統(tǒng)性的、理論聯(lián)系實(shí)際的設(shè)計(jì)活動(dòng)，我認(rèn)為自己從中獲益匪淺。 通過(guò)這次設(shè)計(jì)使我的專(zhuān)業(yè)知識(shí)得到了鞏固，設(shè)計(jì)能力有所提高。設(shè)計(jì)中我還使用了AUTOCAD，等電腦繪圖軟件，使我運(yùn)用電腦繪圖能力也得到了很大的提高。同時(shí)，也進(jìn)一步加強(qiáng)了我嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)的良好習(xí)慣，這將為我以后的工程技術(shù)人員道路打下良好的基礎(chǔ)。 在這次設(shè)計(jì)中，我得到了楊東宇老師的的悉心關(guān)懷和幫助。在此，向她致以深深的謝意。還要感謝我的同學(xué)和朋友，他們幫我解決了許多的難題，并為我的設(shè)計(jì)提出了許多的寶貴意見(jiàn)。 最后，衷心感謝在百忙之中抽出時(shí)間審閱本論文的專(zhuān)家、教授。由于本人知識(shí)水平有限，文中不免有不妥之處，敬請(qǐng)各位專(zhuān)家、教授不吝批評(píng)和指正