自動上下料機械手設(shè)計[液壓][關(guān)節(jié)式坐標(biāo)]【四自由度】【CAD圖紙和文檔終稿可編輯】,液壓,關(guān)節(jié)式坐標(biāo),四自由度,CAD圖紙和文檔終稿可編輯,自動,上下,機械手,設(shè)計,關(guān)節(jié),坐標(biāo),自由度,cad,圖紙,以及,文檔,終稿可,編輯,編纂 畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書 題 目 自動上下料機械手 一、設(shè) 計 內(nèi) 容 1.設(shè)計四自由度、液壓驅(qū)動、關(guān)節(jié)式坐標(biāo)的機械手。 2.完成機械手機械身結(jié)構(gòu)圖。 3.完成機械手裝配圖。 4.完成機械手腕部和手部結(jié)構(gòu)圖。 5.設(shè)計說明書一份。 二、設(shè) 計 要 求 1． 抓重25kg。 2． 工件直徑d。 3． 驅(qū)動方式：液壓驅(qū)動。 4． 動作范圍：腕回轉(zhuǎn)順逆各180度。 腕轉(zhuǎn)動15度-60度。 臂上仰60度下俯30度。 臂回轉(zhuǎn)220度。 三、設(shè)計完成后應(yīng)提交的文件和圖表 （一）計算說明部分 1.手部設(shè)計計算與分析 2.腕部設(shè)計計算與分析 3.臂部設(shè)計計算與分析 4.機身設(shè)計計算與分析 5.液壓系統(tǒng)的計算及液壓元件的選擇 （二）圖紙部分 1.機械手總裝配圖A0； 2.機械手機身機構(gòu)圖A0； 3.機械手臂部和腕部結(jié)構(gòu)圖A0； 4.機械手腕部和手部結(jié)構(gòu)圖A1； 5.液壓控制原理圖A1； 6.機械手手臂結(jié)構(gòu)圖A3。 四、設(shè)計進(jìn)度分配及最后完成日期 3月14日 — 3月31日 調(diào)研、收集資料 4月1日 — 4月31日 方案設(shè)計 5月1日 -- 5月31日 原理及結(jié)構(gòu)設(shè)計 6月1日 — 6月16日 撰寫論文 五、主要參考資料 [1]濮良貴.機械設(shè)計.北京：高等教育出版社，2003.6 [2]張普禮.機械工程手冊.北京：機械工業(yè)出版社，1992.5 [3]鄧廣敏.工業(yè)機械手手冊.北京：機械工業(yè)出版社，1995.8 [4]何發(fā)昌，邵遠(yuǎn).多功能機械手的原理及應(yīng)用.北京：高等教育出版社，2002.1 [5]吳延本，劉世華.機械設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)手冊.吉林：吉林科技出版社，1996.7 [6]劉躍南.機械零件設(shè)計問題解析.北京：中國致公出版社，1999.4 [7]徐福玲.液壓與氣壓傳動.北京：機械工業(yè)出版社，2004.2 六、備 注 指 導(dǎo) 教 師 李洪智 教研室主任 李 偉 教研室地址 C511 通訊聯(lián)系方式 李洪智：tel:88028766 固定指導(dǎo)時間 每周的周三、周五 固定指導(dǎo)地點 511 本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計 自動上下料機械手設(shè)計 系部名稱： 機電工程系 專業(yè)班級： 機械設(shè)計制造及自動化B02-26班 學(xué)生姓名： 許彩萍 指導(dǎo)教師： 李洪智 職 稱： 教 授 黑 龍 江 工 程 學(xué) 院 二○○六年六月 The Graduation Design for Bacheler's Degree Design of Automatic Loading and Unloading Manipulator Candidate：Xu Cai Ping Specialty Machine Design and Manufacture & Automation Class：B02-26 Supervisor： Prof. Li hongzhi Heilongjiang Institute of Technology 2006-06·HarBin 開題報告 題 目 自動上下料機械手 專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 班 級 B02-26 姓 名 許彩萍 指導(dǎo)教師 李洪智 教 務(wù) 處 制 二○○六年三月二十四日  一、設(shè) 計（論文） 內(nèi) 容 選題的必要性及重要意義： 隨著機電一體化技術(shù)和計算機技術(shù)的應(yīng)用,機械手的研究和開發(fā)水平獲得了迅猛的發(fā)展并涉及到人類社會生產(chǎn)及生活的各個領(lǐng)域,特別是工業(yè)機械手在生產(chǎn)加工中的應(yīng)用. 機械手是近代自動控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一種新型技術(shù)裝備,它能模仿人體上肢某些動作,在生產(chǎn)中代替人搬運物體或操持工具進(jìn)行動作,已成為現(xiàn)代機械制造系統(tǒng)中的一個重要組成部分. 設(shè)計內(nèi)容： 設(shè)計四自由度、液壓驅(qū)動、關(guān)節(jié)式坐標(biāo)的機械手。 突破點：該機械零部件均采用不銹鋼材料，保證機械的耐腐蝕性能。 二、設(shè) 計 （論文）要 求 1． 抓重25kg. 2． 工件直徑d 3． 驅(qū)動方式：液壓驅(qū)動. 4． 動作范圍：腕回轉(zhuǎn)順逆各180度. 腕轉(zhuǎn)動15度-60度. 臂上仰60度下俯30度. 臂回轉(zhuǎn)220度. 5．設(shè)計計算。 6．設(shè)計校核。 7．整理說明書。 三、設(shè)計完成后應(yīng)提交的文件和圖表 1. 機械手總裝配圖A0 2. 機械手機身機構(gòu)圖A0 3. 機械手臂部和腕部結(jié)構(gòu)圖A0 4. 機械手腕部和手部結(jié)構(gòu)圖A1 5. 液壓控制原理圖A1 6. 機械手手臂結(jié)構(gòu)圖A3 （二）圖紙部分 （略） （三）其 它 四、設(shè)計進(jìn)度分配及最后完成日期 1-----4周 調(diào)研，搜集資料 5-----8周 確定設(shè)計方案，計算，草圖繪制。 9-----11周 全部圖紙出出來。 12------14周 整理說明書，準(zhǔn)備答辯。 五、主要參考資料 　[1] 《機械設(shè)計》 濮良貴 高等教育出版社 [2] 《機械工程手冊》56篇 自動上下料裝置工業(yè)機械手 機械工業(yè)出版社 [3] 《工業(yè)機械手手冊》 機械工業(yè)出版社 [4] 《多功能機械人的原理及應(yīng)用》 高等教育出版社 [5] 《機械設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)手冊》 吳延本，劉世華編 吉林科技出版社 [6] 《材料力學(xué)》 歐貴寶編 哈爾濱工程大學(xué)出版社 [7] 《液壓原理》 哈爾濱工程大學(xué)出版社 六、備 注 機械手的廣泛普及及應(yīng)用是由于它的積極作用引起的，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用機械手，可以提高生產(chǎn)的自動化水平和勞動生產(chǎn)率，可以減輕勞動強度，保證產(chǎn)品質(zhì)量，實現(xiàn)安全生產(chǎn)，尤其在高溫、高壓、低溫、粉塵、易爆、易燃、有毒氣體和放射性等惡劣環(huán)境，它能代替人進(jìn)行正常的工作，意義更為重大，它能按生產(chǎn)的工藝要求，遵循一定的程序時間和位置來完成工件的傳遞和裝卸。因此，機械手的應(yīng)運大大的改善了工人的勞動條件，顯著的提高了勞動生產(chǎn)率，加快實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機械化和自動化步伐。所以，它受到各個先進(jìn)工業(yè)國家的重視，并投入大量的人力、物力進(jìn)行研制和應(yīng)運。 我國近些年來，工業(yè)生產(chǎn)飛躍發(fā)展，自動化程度提高迅速，實現(xiàn)工業(yè)化裝卸、轉(zhuǎn)向、輸送或操持焊槍、扳手等工具進(jìn)行加工、裝配等作業(yè)的自動化以越來越引起人們的重視，并著手研制開發(fā)，取得了一定的效果。 目前機械手的應(yīng)用雖較為廣泛，但機械手在技術(shù)上還需要有一個逐步完善的過程，由于科學(xué)技術(shù)的日益發(fā)展，許多的相關(guān)學(xué)科的綜合應(yīng)用，機械手的性能也在不斷完善，用途越來越廣泛，操作越來越靈活。加之技能技術(shù)的應(yīng)用，使機械手達(dá)到了自己的判斷能力而獨立處理一些問題，使其在信息處理方面可以與人相比。 指 導(dǎo) 教 師 李洪智 教 研 室 機械 教研室地址 511 通訊聯(lián)系方式 許彩萍：tel:13796679151 ； 李洪智：tel:88028766 固定指導(dǎo)時間 每周三、周五下午 固定指導(dǎo)地點 1#511 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 I 摘 要 本次設(shè)計主要設(shè)計自動上下料機械手的機械系統(tǒng)。該系統(tǒng)要實現(xiàn)的是 4 自由度 （RPRR R—回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié) P—直線運動關(guān)節(jié)）關(guān)節(jié)型機械手的運動，本設(shè)計選用液壓驅(qū)動 系統(tǒng)。液壓驅(qū)動應(yīng)用廣泛，傳動平穩(wěn)，且易于控制。該系統(tǒng)的控制系統(tǒng)采用一般 PLC 所具有的位移寄存器和位移指令來編程。 關(guān)鍵詞：機械手；4 自由度；關(guān)節(jié)型；液壓驅(qū)動；控制系統(tǒng) 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 II ABSTRACT This paper designs automatic loading and unloading manipulator's mechanical system. This system may realize 4 degreesof freedom (RPRR R rotation joint P translation joint) the joint manipulator movement.This design selects the hydraulic driving system. Thehydraulic driving application is widespread.The transmission is steady.Also control is easy . Control systemof this system uses the displacement register and the shift order which general PLC hasprograms. The control system of this system can program by using the displacement register and displacement instruction of PLC. Key words: Manipulator; 4 degrees of freedom; Joint; Hydraulic; Driving system; Control system 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 第1章 緒 論 1.1 工業(yè)機械手概況 　　工業(yè)機械手是人類創(chuàng)造的一種機器,更是人類創(chuàng)造的一項偉大奇跡,其研究、開發(fā)和設(shè)計是從二十世紀(jì)中葉開始的.我國的工業(yè)機械手是從80年代"七五"科技攻關(guān)開始起步,在國家的支持下,通過"七五","八五"科技攻關(guān),目前已經(jīng)基本掌握了機械手操作機的設(shè)計制造技術(shù),控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計技術(shù),運動學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù),生產(chǎn)了部分機器人關(guān)鍵元器件，開發(fā)出噴漆，孤焊，點焊，裝配，搬運等機器人，其中有130多臺噴漆機器人在二十余家企業(yè)的近30條自動噴漆生產(chǎn)線（站）上獲得規(guī)模應(yīng)用，孤焊機器人已經(jīng)應(yīng)用在汽車制造廠的焊裝線上。但總的看來，我國的工業(yè)機械手技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國外比還有一定距離。如：可靠性低于國外產(chǎn)品，機械手應(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)與國外比有差距。影響我國機械手發(fā)展的關(guān)鍵平臺因素就是其軟件，硬件和機械結(jié)構(gòu)。目前工業(yè)機械手仍大量應(yīng)用在制造業(yè)，其中汽車工業(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)國家汽車行業(yè)機械手應(yīng)用占總保有量百分比為23.4%～53%，年產(chǎn)每萬輛汽車所擁有的機械手?jǐn)?shù)為（包括整車和零部件）：日本88.0臺，德國64.0臺，法國32.2臺，英國26.9臺，美國33.8臺，意大利48.0臺。 世界工業(yè)機械手的數(shù)目雖然每年在遞增，但市場是波浪式向前發(fā)展的。在新世紀(jì)的曙光下人們追求更舒適的工作條件，惡劣危險的勞動環(huán)境都需要用機器人代替人工。隨著機器人應(yīng)用的深化和滲透，工業(yè)機械手在汽車行業(yè)中還在不斷開辟著新用途。機械手的發(fā)展也已經(jīng)由最初的液壓，氣壓控制開始向人工智能化轉(zhuǎn)變，并且隨著電子技術(shù)的發(fā)展和科技的不斷進(jìn)步，這項技術(shù)將日益完善。 　　上料機械手與卸料機械手相比，其中上料機械手中的移動式搬運上料機械手適用于各種棒料，工件的自動搬運及上下料工作。例如鋁型材擠壓成型鋁棒料的搬運及高溫材料的自動上料作業(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，機械手各關(guān)節(jié)運動速度可調(diào)。移動式搬運上料機械手主要由手爪，小臂，大臂，手臂回轉(zhuǎn)機構(gòu)，小車行走機構(gòu)，液壓泵站電器控制系統(tǒng)組成，同時具有高溫棒料啟動疏料裝置及用于安全防護(hù)用的光電保護(hù)系統(tǒng)。整個機械手及液壓系統(tǒng)均集中設(shè)置在行走小車上，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)的實現(xiàn)可以通過編程實現(xiàn)。 國內(nèi)外實際使用的多是定位控制的機械手，沒有“視覺”和“觸覺”反饋。目前，世界各國正積極研制帶有“視覺”和“觸覺”的工業(yè)機械手，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)而精確地在機器上定位、定向。 為使機械手有“眼睛”去處理方位變化的工件和分辨形狀不同的零部件，它由視覺傳感器輸入三個視圖方向的視覺信息，通過計算機進(jìn)行圖形分辨，判別是否是所要抓取的工件。 為防止握力過大引起物件損壞或握力過小引起物件滑落下來，一般采用兩種方法：一是檢測把握物體手臂的變形，以決定適當(dāng)?shù)奈樟?；另一種是直接檢測指部與物件的滑動位移，來修正握力。 　　因此，這種機械手就具有以下幾個方面的性能： 　　(1）能準(zhǔn)確地抓住方位變化的物體； (2）能判斷對象的重量； (3)能自動避開障礙物； (4)抓空或抓力不足時能檢測出來。 這種具有感知能力并對感知的信息做出反映的工業(yè)機械手稱之為“智能機械手”，它是有發(fā)展前途的。 現(xiàn)在，工業(yè)機械手的使用范圍只限于在簡單重復(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。至于像汽車工業(yè)和電子工業(yè)之類的費工的工業(yè)部分，機械手的應(yīng)用情況決不能說是好的。雖然這些工業(yè)部門工時不足的問題尖銳，但采用機械手只限于一小部分工序，其原因是，工業(yè)機械手的性能還不能滿足這些部門的要求，適于機械手工作的范圍很狹小，這是主要原因。經(jīng)濟性問題當(dāng)然也很重要，采用機械手來節(jié)約人力從經(jīng)濟上看，不一定總是合算的。然而，利用機械手或類似機械設(shè)備節(jié)省人力和實現(xiàn)生產(chǎn)合理化的要求，今后還會持續(xù)增長，只要技術(shù)方面和價格方面存在的問題得到解決，機械手的應(yīng)用必將會飛躍發(fā)展。 　　上料機械手和卸料機械手相對，其中上料機械手中的移動式搬運上料機械手適用于各種棒料，工件的自動搬運及上下料工作。例如鋁型材擠壓成型機鋁棒料的搬運及高溫棒料的自動上料作業(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，機械手各關(guān)節(jié)運動速度可調(diào)。移動式搬運上料機械手主要由手爪，小臂，大臂，手臂回轉(zhuǎn)機構(gòu)，小車行走機構(gòu)，液壓泵站電器控制系統(tǒng)組成，同時具有高溫棒料啟動疏料裝置及用于安全防護(hù)用的光電保護(hù)系統(tǒng)。整個機械手及液壓系統(tǒng)均集中設(shè)置在行走小車上，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)的實現(xiàn)可以通過編程實現(xiàn)。 隨著機電一體化技術(shù)和計算機技術(shù)的應(yīng)用，其研究和開發(fā)水平獲得了迅猛的發(fā)展并涉及到人類社會生產(chǎn)及生活的各個領(lǐng)域，特別是工業(yè)機械手在生產(chǎn)加工中的廣泛應(yīng)用。轎車半軸加工上料機械手設(shè)計在綜合多種機械手的設(shè)計原理和設(shè)計思想，根據(jù)轎車半軸加工的特點提出的，有一定的理論基礎(chǔ)，設(shè)計水平和應(yīng)用價值。 1.2 工業(yè)機械手的分類 　　現(xiàn)在對工業(yè)機械手的分類尚無明確標(biāo)準(zhǔn)，一般都從規(guī)格和性能兩方面來分類。按規(guī)格（所搬運工件的重量）分類： 1.微型的—搬運重量在1公斤以下： 2.小型的—搬運重量在10公斤以下： 3.中型的—搬運重量在50公斤以下： 4.大型的—搬運重量在50公斤以上。 目前大多數(shù)工業(yè)機械手能搬運的重量為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． 簡易型工業(yè)機械手 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：可變程序可插銷板或順序轉(zhuǎn)動控制來給定程序。 這種機械手多為氣動或液動，結(jié)構(gòu)簡單，改變程序比較容易。只使用在程序較簡單的點位控制，但作為一般單機服務(wù)的搬運作業(yè)已足夠。所以，目前這種工業(yè)機械手?jǐn)?shù)量最多。 2． 記憶再現(xiàn)型工業(yè)機械手 這種工業(yè)機械手由人工通過實驗裝置傳動一遍，由磁帶（或磁鼓）把程序記錄下來，此機械手就自動按記憶的程序重復(fù)進(jìn)行循環(huán)動作。 這也是采用較多的一種，多為電液伺服驅(qū)動。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． 計算機數(shù)字控制的工業(yè)機械手 可通過更換穿孔帶或其他記憶介質(zhì)來改變工業(yè)機械手的動作，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計算機。 4． 智能工業(yè)機械手（機器人） 由電子計算機控制，通過各種傳感元件等具有視覺、熱感、觸覺、行走機構(gòu)等。 按用途分： 1． 專用機械手 附屬于主機的，具有固定程序而無獨立控制系統(tǒng)的機械裝置，這種工業(yè)機械工作對象不變，手動比較簡單，結(jié)構(gòu)簡單，使用可靠，施用于大批量生產(chǎn)自動線或?qū)C作為自動上、下料用。 2． 通用機械手 具有獨立控制系統(tǒng)，程序可變、動作靈敏、動作靈活多樣的機械手。通用機械手的工作范圍大，定位精度高，通用性強，使用于工件經(jīng)常變換的中、小批量自動化生產(chǎn)。 1.3 工業(yè)機械手在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用 　　工業(yè)機械手在生產(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)零件體自動線方面 　　建造旋轉(zhuǎn)零件體（軸類、盤類、環(huán)類零件）自動線，一般都采用機械手在機床之間傳送工件。 2. 在實現(xiàn)單機自動化方面 　　(1)各類半自動車床，有自行夾緊、進(jìn)刀、切削、退刀和松開的功能，但仍需人工上下料，裝上機械手，可實現(xiàn)全自動化生產(chǎn)。 　　(2)注塑機有加料、合模、成型、分模等自動工作循環(huán)，裝上機械手自動取料，可實現(xiàn)全自動生產(chǎn)。 　　(3)沖床有自動上下沖壓循環(huán)，機械手上下料可實現(xiàn)沖壓上產(chǎn)自動化。 3. 鑄、鍛、焊、熱處理等方面 總的來說，由于工業(yè)機械手的特點滿足了社會生產(chǎn)的需要，進(jìn)而帶來了經(jīng)濟效益。其特點： 　　(1)對環(huán)境的適應(yīng)性強，能代替人從事危險，有害的操作，在長時間對人體有害的場所，機械手不受影響。 　　(2)機械手能持久、耐勞、可以把人從單調(diào)的繁重的勞動中解放出來，并能擴大和延伸人的功能。 　　(3)動作準(zhǔn)確，可保證穩(wěn)定和提高產(chǎn)品的質(zhì)量，同時可避免人為操作的錯誤。 　　(4)通用性靈活性好，特別是通用機械手，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)采用機械手能明顯的提高勞動生產(chǎn)率和降低成本。 1.4 本章小結(jié) 　　本章介紹了工業(yè)機械手的概括，工業(yè)機械手的分類、應(yīng)用。工業(yè)機械手在國民生產(chǎn)中有廣泛的應(yīng)用，許多機械設(shè)備都用到工業(yè)機械手，它是近代自動控制領(lǐng)域內(nèi)出現(xiàn)的一種新型的技術(shù)裝備。我設(shè)計的工業(yè)機械手設(shè)備簡單，動作靈活，經(jīng)濟實用，穩(wěn)定性好，適于使用。 第2章 工業(yè)機械手的設(shè)計方案 2.1 工業(yè)機械手的組成 　　工業(yè)機械手是由執(zhí)行機構(gòu)，驅(qū)動機構(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)機械手各部分關(guān)系圖 　　執(zhí)行機構(gòu)： 執(zhí)行機構(gòu)包括抓取部分（手部）、腕部、臂部和行走機構(gòu)等運動部件所組成。 　　1.手部：直接與工件接觸的部分，一般是回轉(zhuǎn)型或平移型。傳動機構(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。手臂的作用是帶動手指去抓取物件，并按預(yù)定要求將其搬運到給定位置。 　　該設(shè)計的手臂有三個自由度，采用關(guān)節(jié)式坐標(biāo)（繞橫軸旋轉(zhuǎn)，上下擺動和左右擺動）關(guān)節(jié)坐標(biāo)式具有較大的工作空間和操作靈活性，機械臂的結(jié)構(gòu)性容易進(jìn)行優(yōu)化，便于提高機械手的動態(tài)操作性能。 　　4.行走機構(gòu)：有的工業(yè)機械手帶有行走機構(gòu)。 　　驅(qū)動機構(gòu)：有氣動，液動，電動和機械式四種形式。 　　控制系統(tǒng)：有點位控制和連續(xù)控制兩種方式。 　　機身：它是整個工業(yè)機械手的基礎(chǔ)。 2.2 規(guī)格參數(shù) 工業(yè)機械手的規(guī)格參數(shù)是說明機械手規(guī)格和性能的具體指標(biāo)，一般包括以下幾個方面： 　　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，手臂和手腕等運動共有幾個自由度，并說明坐標(biāo)形式； 　　3.定位方式：固定機械擋塊，可調(diào)機械擋塊，行程開關(guān)，電位器及其他各種位置設(shè)定和檢測裝置； 　　4.驅(qū)動方式：氣動，液動，電動和機械式四種形式； 　　5.手臂運動參數(shù)； 　　6.手腕運動參數(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×寬×高（毫米）； 　　10.重量：整機重量。 2.3 設(shè)計路線與方案 2.3.1 設(shè)計步驟 　　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)和運動學(xué)分析； 　　4.根據(jù)所給技術(shù)參數(shù)進(jìn)行計算； 　　5.按所給規(guī)格，范圍，性能進(jìn)行分析，強度和運動學(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)在機械設(shè)計方法和液壓傳動技術(shù)進(jìn)行設(shè)計，采用關(guān)節(jié)式坐標(biāo)（四個自由度，可以繞橫，縱軸轉(zhuǎn)動和上下左右擺動）。 2.4 本章小結(jié) 　　本章介紹了工業(yè)機械手的組成、規(guī)格參數(shù)、設(shè)計路線等內(nèi)容，這種設(shè)計的機械手組成全面，配置合理，能達(dá)到一定的使用要求。 第3章 機械手各部分的計算與分析 3.1 手部計算與分析 手部按其夾持工件的原理，大致可分為夾持和吸附兩大類。夾持類最常見的主要有夾鉗式，本設(shè)計主要考慮夾鉗式手部設(shè)計。 夾鉗式手部是由手指，傳動機構(gòu)和驅(qū)動裝置三部分組成，它對抓取各種形狀的工件具有較大的適應(yīng)性，可以抓取軸，盤，套類零件，一般情況下多采用兩個手指。 3.1.1 滑槽杠桿式手部設(shè)計的基本要求 　　(1)應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膴A緊力和驅(qū)動力。 　　(2)手指應(yīng)具有一定的開閉范圍。 　　(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h=170 　　(3)夾緊力計算 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)機械手設(shè)計基礎(chǔ)表2－1查得 N＝0.5G=0.5×25=12.5kg 又因為 （3.1） 當(dāng)取最小值時，則增力比較大，手指走到最小行程時則有 則 又因為2amin=19.88kg 取安全系數(shù)，工作情況系數(shù) 傳動機構(gòu)的機械效率 (3.2) 手指夾緊時：夾緊缸活塞移動范圍L＝130mm，其動作時間t=1.5s（由機械手的動作節(jié)拍時間得之），所以夾緊活塞移動得平均速度v為： 運動部件得總重估算G＝10kg 夾緊力N與驅(qū)動力P的關(guān)系： 由于結(jié)構(gòu)左右對稱，在驅(qū)動力P的作用下，每一滑槽杠桿受力相等 圖3.3夾緊力與驅(qū)動力的關(guān)系圖 在不計摩擦力的情況下 ，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)各力對回轉(zhuǎn)支點的力矩平衡條件，同樣在不計摩擦力的情況下 ，c為杠桿動力臂，即驅(qū)動銷對滑槽杠桿作用力對支點的垂直距離。 又因為a=50mm C= 則 Nb= 當(dāng)夾緊半徑為25mm的工件時，＝ 則Nb= (4)動作特性和傳動特點 　　定位到最大行程時， 則取 又因為， 滑槽杠桿手指最大開閉角為 滑槽傾斜角的變化范圍可以為 可見機構(gòu)傳動比將在下列范圍內(nèi)變化 ， 所以開始所初步取的a，b與均符合要求。 （5）確定夾緊油缸外徑D 　　驅(qū)動桿行程與手指開閉范圍關(guān)系 　　－分別為手指夾緊工件范圍值時，滑槽相對于兩支點連接的傾斜角。 　　 機構(gòu)效率 考慮到機構(gòu)效率，傳力比N/P的公式應(yīng)力 ＝0.9 又因為G=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，動摩擦系數(shù)為0.1。 ， ，一般?。?.010.5s，時間內(nèi)速度變化量 啟動： 穩(wěn)態(tài)： 　　工作壓力P的確定，工作壓力根據(jù)負(fù)載大小及機器的類型來初步確定。參閱機械設(shè)計手冊表37.5按載荷選擇工作壓力為1。 計算液壓缸內(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)計手冊表2－2可取為0.5，為0.95，d/D為0.7。 又因為 (3.4) 根據(jù)液壓系統(tǒng)設(shè)計手冊表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。 又因為進(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算 ，為最大工作壓力的1.5倍，＝1.5。 　　高強度鑄鐵，＝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按強度要求計算。 (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 查機械設(shè)計手冊表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L=120mm。 3.2 腕部計算與分析 3.2.1 腕部設(shè)計的基本要求 　　手腕部件置于手部和臂部之間，它的作用主要是在臂部運動的基礎(chǔ)上進(jìn)一步改變或調(diào)整手部在空間的方位，以擴大機械手的動作范圍，適應(yīng)性更強。手腕具有獨立的自由度，此設(shè)計手腕有繞X軸轉(zhuǎn)動和沿X軸左右擺動兩個自由度。手腕回轉(zhuǎn)運動機構(gòu)為回轉(zhuǎn)油缸，擺動也采用回轉(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，它連同手部的動靜載荷均由臂部承受。腕部的結(jié)構(gòu)、重量和動力載荷直接影響著臂部的結(jié)構(gòu)、重量和運動性能。因此在腕部設(shè)計時，必須力求結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕。 2.腕部作為機械手的執(zhí)行機構(gòu)，又承擔(dān)聯(lián)接和支承作用，除了保證力和運動的要求以及具有足夠的強度和剛度外還應(yīng)綜合考慮合理布局腕部和手部的連接、腕部自由度的檢測和位置檢測、管線布置以及潤滑、維修調(diào)整等問題。 3.腕部設(shè)計應(yīng)充分估計環(huán)境對腕部的不良影響（如熱膨脹，壓力油的粘度和燃點，有關(guān)材料及電控電測元件的耐熱性等問題）。 3.2.2 腕部回轉(zhuǎn)力矩的計算 　　腕部回轉(zhuǎn)時，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)，對于滾動軸承f= 為簡化計算取 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.克服啟動慣性，所需的力矩 啟動過程近似等加速運動，根據(jù)手腕回轉(zhuǎn)的角加速度及啟動所用的角速度： ＝ (3.8) 式中：－工件對手腕回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動慣量 J－手腕回轉(zhuǎn)部分對手腕回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動慣量 －手腕回轉(zhuǎn)過程的角加速 －啟動過程所轉(zhuǎn)過的角度（度） 手腕回轉(zhuǎn)所需要的驅(qū)動力矩應(yīng)當(dāng)?shù)扔谏鲜鋈椫汀? (3.9) 因為手腕回轉(zhuǎn)部分的轉(zhuǎn)動慣量不是很大，手腕起動過程所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動力矩也不大，為了簡化計算，可以將計算，適當(dāng)放大，而省略掉，這時 　　(1)設(shè)手指，手指驅(qū)動油缸及回轉(zhuǎn)油缸轉(zhuǎn)動件為一個等效圓柱體，L=50cm，直徑D=10cm，則m=27.5kg。 　　(2)摩擦阻力矩＝0.1 　　(3)設(shè)起動過程所轉(zhuǎn)過的角度＝,等速轉(zhuǎn)動角速度 計算：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)動力矩計算 回轉(zhuǎn)油缸所產(chǎn)生的驅(qū)動力矩必須大于總的阻力矩，機械手的手腕回轉(zhuǎn)運動 所采用的單葉片回轉(zhuǎn)油缸，定片1與缸體2固連，動片3與轉(zhuǎn)軸5固連，當(dāng)a,b口分別進(jìn)出油時，動片帶動轉(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—動片寬度 注：可按外形要求或安裝空間大小，先設(shè)定b,R,r中兩個： =1.5—2.5,,取=2，=3 又因為d=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 腕部擺動油缸設(shè)計 偏離重心e的計算及 圖3.5 腕部擺動油缸設(shè)計尺寸圖 估計L=45cm，， =30cm 克服重心偏置所需的力矩 克服摩擦所需力矩 =0.1cm 克服運動慣性所需的力矩 =0.7654(kg-m-) ==25=5.1(kg-m-) =5.8654(kg-m-) =JW/t 設(shè)w=, =0.0175/=12.83(kgf·m) 則擺動所需的驅(qū)動力矩 =32.14(kgf·m) 確定轉(zhuǎn)軸的最小直徑 抗拒剖面摸量 所需驅(qū)動力矩 (3.12) 取d=50mm 所以機械手的擺動采用單葉片回轉(zhuǎn)油缸，定片與缸體固連，動片與轉(zhuǎn)軸固連，當(dāng)兩油口分別進(jìn)出油時，動片帶動轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動達(dá)到腕部擺動目的。 (3.13) 又因為：=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 臂部計算與分析 3.3.1 臂部設(shè)計的基本要求 　　手臂部件是機械手的主要執(zhí)行部件。它的作用是支承腕部和手部（包括工作），并帶動它們作空間轉(zhuǎn)動。 　　臂部運動的目的：把手部送到空間范圍內(nèi)的任意一點。因此，臂部具有兩個自由度才能滿足基本要求：即手臂，左右回轉(zhuǎn)和俯仰運動。手臂的各種運動由油缸驅(qū)動和各種傳動機構(gòu)來實現(xiàn)，從背部的受力情況分析，它在工作中既直接承受腕部，手部和工件的靜動載荷，而且自身運動又較多，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械手的工作性能。 機身是固定的，它直接承受和傳動手臂的部件，實現(xiàn)臂部的回轉(zhuǎn)等運動。臂部要實現(xiàn)所要求的運動，需滿足下列各項基本要求： 1.機械手臂式機身的承載 機械手臂式機身的承載能力，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，對于機械手的運動性能，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 臂部和機身既受彎曲（而且不僅是一個方向的彎曲）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)動裝置，傳動機構(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)計時，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)計臂部時，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)整補償環(huán)節(jié)，以及減少重要不見的間隙，從而提高剛度。 　　(2)水平放置的手臂，要增加導(dǎo)向桿的剛度，同時提高其配合精度和相對位置精度，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.臂部運動速度要高，慣性要小 　　機械手臂的運動速度是機械手主要參數(shù)之一，它反映機械手的生產(chǎn)水平，一般時根據(jù)生產(chǎn)節(jié)拍的要求來決定。在一般情況，手臂回轉(zhuǎn)俯仰均要求均速運動，（V和w為常數(shù)），但在手臂的啟動和終止瞬間，運動是變化的，為了減少沖擊，要求啟動時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。 　　對于告訴運動的機械手，其最大移動速度設(shè)計在1000～1500mm/s，最大回轉(zhuǎn)角速度設(shè)計在內(nèi)，在大部分行程距離上平均移動速度為1000mm/s內(nèi)，平均回轉(zhuǎn)角速度為內(nèi)。 　　為減少轉(zhuǎn)動慣量的措施： 　　(1)減少手臂運動件的重量，采用鋁合金等輕質(zhì)高強度材料。 　　(2)減少手臂運動件的尺寸輪廓。 (3)減少回轉(zhuǎn)半徑，在安排機械手動作順序時，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)動作，并且驅(qū)動系統(tǒng)中設(shè)有緩沖裝置。 　　3.手臂動作應(yīng)靈活 為減少手臂運動件之間的摩擦阻力，盡可能用滑動摩擦代替滑動摩擦。 對于懸臂式的機械手，其傳動件，導(dǎo)向件和定位件布置應(yīng)合理，使手臂運動過程盡可能平衡，以減少對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，必須計算使之滿足不自鎖的條件。 (1)計算零件重量，可分解為規(guī)則的體形進(jìn)行計算。 (2)計算零件重心位置，求出重心至回轉(zhuǎn)軸線的距離。 (3)求重心位置并計算偏重力臂 (3.15) (3.16) 　　(4)計算偏重力矩 (3.17) 4.位置精度要高 一般說來，直角和圓柱坐標(biāo)式機械手位置精度教高；關(guān)節(jié)式機械手的位置最難控制，精度差；在手冊上加設(shè)定位裝置和自檢測機構(gòu)，能較好的控制位置精度，檢測裝置最好裝在最后的運動環(huán)節(jié)以減少或消除傳動，嚙合件的間隙。 除此之外，要求機械手同用性要好，能適合做種作業(yè)的要求；工藝性要好，便于加工和安裝；用于熱加工的機械手，還要考慮隔熱，冷卻；用于作業(yè)區(qū)粉塵大的機械手，還要設(shè)置防塵裝置等。 3.3.2 手臂的設(shè)計計算 通常先進(jìn)行粗略的估算，根據(jù)運動參數(shù)初步確定有關(guān)機構(gòu)的主要尺寸，在進(jìn)行校核計算，修正設(shè)計。 為了便于進(jìn)行液壓機械手的設(shè)計計算，分別俯仰缸回轉(zhuǎn)油缸的設(shè)計敘述如下： 1.小臂設(shè)計 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)計計算 圖3.6 仰俯缸的設(shè)計尺寸圖 設(shè)，， 當(dāng)手臂處在仰角為的位置時，驅(qū)動力P通過連桿機構(gòu)產(chǎn)生的驅(qū)動力矩為 因為， 又因為 =，=， 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，驅(qū)動力P通過連桿機構(gòu)產(chǎn)生的驅(qū)動力 因為： 所以 則 當(dāng)手臂處在水平位置即為驅(qū)動力矩時 因為 由于手臂與支柱連軸有振動軸承，摩擦力矩較小=0 所以 驗證油缸是否滿足要求，滿足上仰條件，出于時 (3.18) = =1134kgf 選取=0.7，所以 (3.19) D=0.053m 整理得到D=63mm，則d=45mm。 液壓缸壁和外徑計算 (3.20) 高強度鑄鐵，=60 液壓缸為平底缸差，其厚度t按強度要求計算 無孔時 (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)計手冊） 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) 活塞桿兩端可簡化為鉸支座，故，活塞桿橫截面為圓形i= 故為，因為，故不能用歐拉公式計算 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度計算 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)挠嬎? 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，每個螺釘在危險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)膹姸葪l件為： 式中：=1.3——計算載荷（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極限 鋼號 10 A2 A3 35 45 40cr 2100 2200 2400 3200 3600 6500-9000 (2)缸體螺紋計算 (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 驅(qū)動手臂回轉(zhuǎn)的力矩 D—輸出軸與缸差密封處的直徑（cm） L—密封的有效長度（cm） —“O”形密封圈的截面直徑（cm） —“O”形圈在裝配時壓縮率，對于回轉(zhuǎn)運動，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) —動片側(cè)面與缸蓋密封處的摩擦阻力距 —回轉(zhuǎn)缸動片的角速度變化量，在啟動過程中（弧度/秒） —啟動過程時間 —手臂回轉(zhuǎn)部件，對回轉(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)零件對重心軸線的轉(zhuǎn)動慣量 (3.25) =649.2（） 設(shè)角速度，啟動時間 —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.缸蓋連接螺釘和動片連接螺釘計算 螺釘?shù)膹姸葪l件為 或（取=8mm） 式中：—螺釘?shù)膬?nèi)徑（cm） —計算載荷（kgf） —螺釘材料作用拉應(yīng)力 3.4 機身計算與分析 機身是直接支撐和傳動手臂的部件。一般實現(xiàn)臂部的升降，回轉(zhuǎn)或俯仰等運動的驅(qū)動裝置或傳動件都安裝在機身上，或者直接構(gòu)成機體的軀干與底座相連。因此，臂部的運動愈多，機身的結(jié)構(gòu)和受力情況就愈復(fù)雜。機身既可以是固定的，也可以是行走的，即可以沿地面或架空軌道運動。此次設(shè)計機身為地面軌道運動式。它的驅(qū)動系統(tǒng)是步進(jìn)電機其型號為Y132S—8功率2.2KW轉(zhuǎn)速710r/min，再電動機后接了一個圓錐圓柱齒輪減速器其輸出速度為1.2m/s。在后是一個制動箱。其主要參數(shù)是由外部計算機調(diào)整和控制，在很大程度上是由運動學(xué)和軌跡運動而去編制小車的運行程序。 3.5本章小結(jié) 　　本章介紹了機械手各部分的計算與分析，分別為手部、腕部、臂部、機身的結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行了計算與校核，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)計出的參數(shù)）： —表示第幾個缸的參數(shù) }無桿腔進(jìn)油 }有桿腔進(jìn)油 2.擺動缸 已知參數(shù)： 注意已知參數(shù)中在前面設(shè)計中不夠明確時，則要進(jìn)行分析。已知參數(shù)（包括已設(shè)計好的參數(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間。 (2)手腕回轉(zhuǎn)缸。 =80mm，=40mm，=60mm (4.1) (3)手腕擺動缸 (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)手腕擺動缸： (4)手臂回轉(zhuǎn)缸： (5)手臂仰俯活塞缸： 4．2 計算和選擇液壓元件 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，一般?。?（5—8） （2）計算液壓泵的流量 ，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)計手冊或產(chǎn)品樣本，選取其額定壓力比高25%—60%，其流量與上述計算一致的液壓泵。 （4）計算功率，選用電動機 按工況圖，找出所有缸N-t圖中最高功率點的對應(yīng)的（計算值）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。考慮到正常工作中進(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，簡單系統(tǒng)可取0.2—0.5， =0.5，=4.5+0.5=5 上述計算所得的是系統(tǒng)的靜態(tài)壓力，考慮到系統(tǒng)在各種工況的過渡，階段出現(xiàn)的動態(tài)壓力往往超過靜態(tài)壓力。另外考慮到，一定的壓力儲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 —同時工作的各執(zhí)行元件所需流量之和的最大值。如果這時溢流閥正進(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，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；電動機轉(zhuǎn)速；容積效率；總效率。 與液壓泵匹配的電動機的選定。首先分別計算出不同工況時的功率，取它們之間的最大值作為選取電動機規(guī)格的依據(jù)。由于在速度較小時，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，可取=0.03—0.14。同時，應(yīng)注意到，為了使所選擇的電動機在經(jīng)過泵的流量特性曲線最大功率點時，不致停車，需進(jìn)行驗算，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 —傳動效率直接傳遞為1 選電機： 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選取。 (3)油箱容積 Q=50Qp 注意：Qp單位若為L/min時，V的單位為 Qp單位若為時，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，便于微機控制，提高自動化程度。 (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： 液壓油箱的作用是儲存液壓油，分離液壓油中的雜質(zhì)和空氣，同時起到分散的作用。 　　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)備停止運轉(zhuǎn)后，設(shè)備中的那部分會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)計液壓油箱的外形尺寸，一般尺寸比（長：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，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) 本章介紹了機械手液壓系統(tǒng)的組成，工作原理及工作過程，液壓傳動有以下優(yōu)點： 1.液壓傳動的各種元件，可根據(jù)需要方便、靈活的來布置； 2.重量輕、體積小、運動慣性小、反應(yīng)速度快、定位精度好； 3.操縱控制方便，可實現(xiàn)大范圍的無級調(diào)速； 4.可自動實現(xiàn)過載保護(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)行壓力和密封性實驗，合格后可安裝。 2.泵及其傳動要求較高的同心度。 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，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，螺釘不能擰的過緊，因為有時擰的過緊反而密封不良。 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 4.回路里的空氣應(yīng)完全清除掉。回路里進(jìn)入空氣后，因為氣體的體積和壓力成反比，可以隨著負(fù)荷的變動，油缸的運動也要受到影響。為了防止回油管回油時帶入空氣，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低于大氣壓的地方應(yīng)注意不要漏入空氣。 5.在初次起動油泵時，應(yīng)向泵里灌滿油，檢查轉(zhuǎn)動方向是否正確，入口與出口是否接反。 6.在油泵起動和停止時，應(yīng)使溢流閥御荷。 7.溢流閥的調(diào)節(jié)壓力不得超過液壓系統(tǒng)的最高壓力。 8.應(yīng)盡量保持電磁閥的電壓穩(wěn)定，否則可能會導(dǎo)致線圈的過熱。 9.易損的零件，如密封圈等，應(yīng)經(jīng)常有備品，以便及時更換。 5.3 一般技術(shù)安全事項 液壓系統(tǒng)的使用維護(hù)中，必須注意技術(shù)安全否則會引起傷亡事故。 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，禁止在工作的條件下進(jìn)行檢查和調(diào)整。 當(dāng)打開放氣閥時，眼睛不要對著噴射的方向。 第6章 機械手控制系統(tǒng) 本次設(shè)計的機械手是以PLC控制個液壓元件來實現(xiàn)機械手各關(guān)節(jié)的運動。至于機械手在空間的運動和定位則由外部的電腦操作系統(tǒng)完成，它主要先進(jìn)行機器手的運動學(xué)分析，動力學(xué)分析，軌跡規(guī)劃和編程。從而由上述系統(tǒng)完成整個機械手在空間的行走，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)計的機械手綜合和運用了機械零件、理論力學(xué)、材料力學(xué)、機械原理、金屬工藝學(xué)、熱處理、技術(shù)測量、機械制圖等知識，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進(jìn)行工作，它的主要優(yōu)點是： 1. 工作時間持久，不會出現(xiàn)人的疲勞，可以重復(fù)不斷的勞動，維持流水線的正常工作。 2. 對環(huán)境適應(yīng)性強，可以在多粉塵、易燃、易爆、放射性強 等惡劣環(huán)境中工作。 3. 運動精確、靈活、特別是在計算機的控制下，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，提高勞動生產(chǎn)率的同時也提高了成本。 本機械手可以根據(jù)需要加上行走機構(gòu)，以便實現(xiàn)遠(yuǎn)距離操作。 參考文獻(xiàn) [1]濮良貴.機械設(shè)計.北京：高等教育出版社，2003.6 [2]張普禮.機械工程手冊.北京：機械工業(yè)出版社，1992.5 [3]鄧廣敏.工業(yè)機械手手冊.北京：機械工業(yè)出版社，1995.8 [4]何發(fā)昌，邵遠(yuǎn).多功能機械手的原理及應(yīng)用.北京：高等教育出版社，2002.1 [5]吳延本，劉世華.機械設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)手冊.吉林：吉林科技出版社，1996.7 [6]劉躍南.機械零件設(shè)計問題解析.北京：中國致公出版社，1999.4 [7]徐福玲.液壓與氣壓傳動.北京：機械工業(yè)出版社，2004.2 致 謝 緊張的畢業(yè)設(shè)計即將接近尾聲，我在這次設(shè)計中收獲了很多。這次設(shè)計對于我們每一即將走向工作崗位的同學(xué)來說都是非常重要。這不僅是我們在這四年里所學(xué)過的知識進(jìn)行綜合運用，而且是將我們所學(xué)的知識應(yīng)用于實踐的一次檢驗。通過這次畢業(yè)設(shè)計，我將大學(xué)四年所學(xué)的知識進(jìn)行了一次系統(tǒng)的學(xué)習(xí)總結(jié)，加深了對所學(xué)知識的掌握，提高了我們對所學(xué)的知識的合理運用的能力，同時也發(fā)現(xiàn)了自己知識的弱點和薄弱環(huán)節(jié)，并及時地加以改正和補充。也使我的知識系統(tǒng)更加的完善。 畢業(yè)設(shè)計是對大學(xué)四年所學(xué)知識及個人能力的一次綜合檢驗，既鞏固了原有知識，又拓寬了知識面，加深了對機械設(shè)計的認(rèn)識，也了解了當(dāng)今世界工業(yè)的發(fā)展趨勢，更進(jìn)一步學(xué)習(xí)了有關(guān)工業(yè)機器人的相關(guān)知識，學(xué)到了許多未曾接觸過的知識，增強了自己的學(xué)習(xí)能力和邏輯思維能力。我在設(shè)計過程中，不僅應(yīng)用了以前所學(xué)過的相關(guān)專業(yè)知識，同時還查閱了大量的相關(guān)資料和文獻(xiàn)，使我對這一領(lǐng)域有了初步的了解和認(rèn)識。在整個設(shè)計過程中，我在現(xiàn)有產(chǎn)品設(shè)計的基礎(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)的理論知識真正運用到實際中，讓理論真正的得到檢驗，這對我們每個人來說都是一個十分寶貴而難得的機會。對實際中出現(xiàn)的問題用理論解決的能力，也是我們在今后走向工作崗位所十分需要的。通過設(shè)計培養(yǎng)了我科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、精益求精、認(rèn)真對待問題的工作態(tài)度；使我明白在實際中來不得半點馬虎。 由于實際設(shè)計的經(jīng)驗不足、相關(guān)的專業(yè)知識缺乏、設(shè)計水平也是有限的，在設(shè)計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，及時地改正了許多設(shè)計中的錯誤，使我的設(shè)計更加的合理、完善。再次向李老師表示深深的謝意。同時也感謝各位同學(xué)能在繁忙的設(shè)計工作之余給予我很多建議和幫助。 短暫而充實的大學(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。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)和工作中我會更加努力地拼搏，不辜負(fù)各位老師的期望和厚愛。再次對老師們的教導(dǎo)和辛勤勞動表示萬分感謝。 44