四自由度圓柱坐標型液壓機械手設計【含CAD圖紙、說明書】
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壓縮包內含有CAD圖紙和說明書,咨詢Q 197216396 或 11970985 畢業(yè)設計(論文)設計(論文)題目: 四自由度圓柱坐標型液壓機械手設計 學 院 名 稱: 機械工程學院 專 業(yè): 機械設計制造及其自動化 學 生 姓 名: 學號: 指 導 教 師: 年 12月 12日摘要機械化在工業(yè)這個領域里面被越來越廣泛的使用,所以重要性越來越高。它的發(fā)展也就在短短的最近這幾十年,發(fā)展形成的是生產設備高科技全自動化,可以不要人工去操作,完全機械根據程序來操作機器,它可以有多個動作,多個方向來運輸物品,這樣可以滿足在不同的環(huán)境連完成工作任務。我們這篇論文設計的是四個自由度的機械手,它主要的組成部件是手指,手腕,手臂,機器主體等。機械手設計出來以后,要實現(xiàn)好多種的功能,要會抓取物料,抬起和放下手臂,選擇物品等,并且能夠按照人們事先設定好的路線來完成工作任務。設計出來的機械手,使用的是機器安置在固定機身上的方式,自己能夠將線路繞道機器的座上進行布置,它能實現(xiàn)機器手臂旋轉,手臂的上升和下降,手臂伸出和縮回,手腕可以自己轉動四個自由度;采用圓柱坐標型進行設計,驅動方式為液壓驅動。機器的驅動采用液壓,有很好的特點,主要是機器本身大小很小,發(fā)出來的力量大,動作起來比較平靜安穩(wěn),而且伸出去的機械手能夠在物體的中間停住。我們論文中設計的機械手能夠滿足好多物料的工作任務。關鍵詞:四自由度、機械手、圓柱坐標型、液壓ABSTRACTMechanization is more widely used in industrial inside this area, so the importance of getting high. Its development also short in multiple directions in recent decades, the development of the formation of a fully automated production equipment, high-tech, you can not go to the operating manual completely mechanical operation of the machine according to the program, which can have multiple actions, to transport goods, so that even in a different environment to meet the job done.We designed this paper are four degrees of freedom of the robot, its main components are a finger, wrist, arm, machine body and the like. After robot designed to achieve a good variety of functions, to be crawling materials, lift and lay down arms, and other select items, and can be set in advance in accordance with good line of people to complete tasks. Designed the robot, using a machine body disposed in fixed manner, they can bypass the line machine seat are arranged, it can achieve robotic arm rotation, rising and falling of the arm, the arms extend and retract, wrist can turn your own four degrees of freedom; the use of cylindrical coordinates type design, drive for hydraulic drive. Hydraulic drive machine, good features, mainly the size of the machine itself is very small, the big issue to force the action up relatively calm secure, and extend to the robot can be stopped in the middle of the object. Our paper robot designed to meet a lot of task materials.Keywords: four degrees of freedom manipulator, cylindrical coordinates type, hydraulicI目 錄摘要IABSTRACTII一 緒論31 機械手的基本概念32 機械手的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢32.1 機械手的研究現(xiàn)狀32.2 機械手的發(fā)展趨勢43 機械手的應用54 機械手研究的意義65 課題研究的任務6二 機械手的設計71 機械手的總體結構71.1機械手的總體結構分析71.2機械手的總體設計方案82 驅動系統(tǒng)設計92.1常用驅動系統(tǒng)及其特點92.2 驅動設計方案103 機械手臂的設計方案113.1 機械手的技術參數113.2 機械手的手臂結構方案114 機械手臂伸出去縮回來和抬起放下的動力液壓缸的設計144.1 液壓缸驅動力計算144.2 尺寸計算和校核155 手腕的驅動計算205.1 手腕轉動時所需的驅動力矩205.2 計算來回旋轉液壓缸的計算還有核對22三 結論26四 致謝27參考文獻28一 緒論1 機械手的基本概念其實來說,機械手也就是我們經常所說的機器人,機器人在最近這些年發(fā)展的很快,也是一門比較新的研究領域。機器人的研究涉及到了很多的方面,有機械方面,電子方面還有計算機等方面的,很廣的研究領域,研究出來的機器人實現(xiàn)了光機電一體化,它不僅是現(xiàn)在科學家們研究的最多的學科,也是國際上體現(xiàn)自己國家科技是否高端的重要標志?!皺C械手”(Machanical Hand):主要就是說一個主機控制,一個所謂的手對物體抓起或者放下,或者其他的一些操作。比方說,在工作自動化的生產線上,自己將物料放上去,將物料從生產線上取下來等等這樣的自動化工作。2 機械手的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢機器手發(fā)展的很快,現(xiàn)在越來越多的人們了解認識它在實際工作中的作用,主要表現(xiàn)在以下幾個方面;第一、它可以自動化操作,在有的程序上面可以省去人工操作,節(jié)省人工;第二、它不僅能夠完成工作任務,主要還能夠按照人們設定的程序去完成對物體的運輸,裝起或者卸下物體;第三、可以完成一些人工不能完成,或者比較危險的工作。這樣就可以保證工人的人生安全,提高了工作效率。因為這些比較明顯的一些特點,我們國家正在大力的進行機器手的研究和發(fā)展。特別是在比較危險的一些工作地點,比如高污染的環(huán)境,高灰塵,高噪音等的環(huán)境,對機器手工作的需求就很大。最近這么一些年,機器手發(fā)展很迅速,也取得了一定的顯著成果。2.1 機械手的研究現(xiàn)狀原來的機械手是比較針對性的,在特定的環(huán)境下有特定的機械手,現(xiàn)在經過一段時間的研究和發(fā)展,現(xiàn)在的機械手已經變得運用性很廣泛,而不是針對特定的一個環(huán)境或者任務,現(xiàn)在都是以這種通用性的機械手為主了。使用這種通用性的機械手,可以再很多不同的工作地點,不同的工作要求來實現(xiàn)動作,這樣的話很好的節(jié)約了使用成本,提高了工作效率。研究生產出這種通用性的機械手,需要到多個領域的知識,有機械,液壓,電子,通訊,計算機,仿生等等,國外的發(fā)達國家研究的比較早,比我們的國家先進,但是我們國家現(xiàn)在已經明白了機械手在實際工作中的重要性,所以現(xiàn)在國家在這個領域已經加大了研究和開發(fā),不僅在資金上進行支持,而且在學術交流上也舉辦了很多活動來促進他們的交流,這樣可以使得對機械手進行研究的單位,互相交流彼此的研究成果。2.2 機械手的發(fā)展趨勢1、我們要研究更多以液壓為動力的操作方向的更多的機械手,這樣的話,機械手就可以更加像人的手一樣更加的靈活,這樣的話就能完成更加多的操作動作。2、現(xiàn)在的機械手都是固定在一個工作地點,我們要研究機械手主體可以移動,這樣可以使用的工作地點更多,可以在不同的地點進行工作。3、任何機器發(fā)明使用時一個方面,維修方面我們也要注意,將來維修起來也要方便,不能復雜。4、我們再研究的機械手要可以自己進行編程,或者在面對不同的工作環(huán)境,也能自己改變程序。5、研究出來跟真人比較類似的機器手,它可以和人類的手類似,可以感受所觸摸到的物體。在機器手上面安裝傳感裝置,這樣可以模仿人手對物體的感覺,用主機來模仿人的大腦,這樣可以在摸到物體的時候,自己進行思考,并且進行動作。用輪子安裝在機器上,模仿人的雙腿,可以到處移動,這樣的話可以制造出智能化的機器人,用這樣的機器人進行生產制造,這樣的生產線就被叫做智能生產線。6、我們制造出來的機器手不能只滿足功能,外觀也要好看,這樣才有人來購買,要用最簡便的設計來實現(xiàn)盡可能多的動作。7、柔軟度比較好的通用性的機器手現(xiàn)在,在國外的發(fā)達國家,主要用的機械手,在實現(xiàn)動作之前提前將我們需要它工作的程序輸入到主機里面去,這樣,機器手就按照我們的指令進行工作,這樣的機器手,我們稱為第二代的通用式機器手,我們現(xiàn)在研發(fā)的機器手是第三代機器手,智能化的機械手,它主要能實現(xiàn)的是自主輸入程序,在遇到情況的時候,自己能夠改變程序,從而能夠完成工作任務,實現(xiàn)更多的工作角度。現(xiàn)在我們國家的科研單位和企業(yè)單位,都在朝著這個方向在努力,相信在一定的時間以后,我們一定能夠在這個智能化機械手的研發(fā)路上有突破,我們國家在這個領域一定能夠趕上發(fā)達國家,甚至能夠超過發(fā)達國家處在領先地位。3 機械手的應用機械手的種類有三種。第一種完全是自動化的通用性機器手。這種機械手它不需要主機,可以自己來編制程序,完成所需要的工作任務。它的優(yōu)點是不僅有普通機械手操作性的功能,按照預定的程序完成工作,另外還可以模仿人類在遇到情況外自動處理。第二種的機械手是需要人來操作的,叫做操作型機械手。原來主要在軍事領域使用,最開始的時候被操作機械手是用來完成一個或者兩個特定的動作,再后來發(fā)展到用無線的信號來控制機械手,使用的領域也比較有限,在高端科技領域使用,比方說月球探測等。第三種機械手是專門在某個機床或者生產線上使用的,可以叫做專用型機械手,它的主要任務就是在機床上把要加工的物料拿上機床,搬下機床,將加工好的物料傳遞到另一道工序上去。這種機械手被主機控制住,所有的程序都是固定的,沒有變化的,因此只能在固定的場景,固定的工作程序下來使用?,F(xiàn)在國際上主要研究發(fā)展第一種機械手,也就是通用性機械手。最早研究機械手的國家是美國。上個世紀八五年,美國研究出了第一個機械手。到了一九六二年,又在第一臺機械手的基礎上研究了由數控控制的機械手。此款機械手驅動采用的是液壓驅動,可以實現(xiàn)多個動作,現(xiàn)在很多球坐標式通用型機械手就是以這個機器原理為基礎,再研究發(fā)展起來的。日本是現(xiàn)在對機械手研究的發(fā)展最快,使用最廣泛的國家。自從上個世紀從美國引進機械手以后,日本就開始加大力量對機械手這項技術開始研究。不管是學校還是研究機構,不管是企業(yè)投入還是國家的投入,整個國家對機械手的熱情都達到了空前的熱度。到上世紀的七九年,對機械手的生產上就已經達到了世界的首位。在他們國家使用機械手最多的行業(yè)還是汽車生產業(yè),電機生產單位,電器生產企業(yè)?,F(xiàn)在目前使用的機械手還是第一代的機械手,就是需要人來控制才能使用的機械手,但是這種機械手隨便誰都可以來操作,沒有辦法來識別究竟誰來操作。對這種機械手,我們要首先提高它對于操作人的識別能力,降低產品的成本,提高它的精確度。4 機械手研究的意義在現(xiàn)代的科學發(fā)展的大背景下,機械手在實際中的運用越來越多,機械工業(yè)中,建筑上,國防上都有廣泛的運用。機械手的意義我們可以概括到以下幾個方面:1、使機械手的自動化程序大大的提升。在實際應用中機械手可以更好地在全自動的生產線中運送材料、裝或者下工件、換一下刀具、還有機器的裝配等的自動化,這樣就能提高生產的效率,相對的來說生產的成本就被降低了。2、可以改善勞動條件,避免人身事故。在溫度高、壓力大、溫度低、壓力小、噪雜聲、臭味、有幅射的東西的環(huán)境的地方,使用人得手直接使用是很危險的甚至是不可能的。從而使用機械手小部分或者全部幫人完成工作,使的人們勞動的雙手的到解放。3、可以減少人力,并便于有節(jié)奏的生產。使用機械手幫人的雙手去工作,這是可以直接減少人力的一個方面,同時使用機械手可以不斷的工作,這是減少人力的勞動的另一方面。因此,在全自動化機床和綜合的加工自動線上,都有機械手,所以以減少人的勞動力和好好的控制生產的節(jié)奏,便于有順序的生產。4、用液壓的系統(tǒng)來控制機械手,比其他的機械控制有很好的穩(wěn)定性,并且控制的精度更高。5、使用機械手可以實現(xiàn)不停的生產,而大大滿足了生產線上所需要的工作的時間,這樣可以很好的提高勞動的生產效率。5 課題研究的任務我們要研發(fā)生產一種能有四個自由度的機械手,這個機械手的驅動是液壓驅動。主要技術參數如下:1、工件:棒料,該物體的重量達到20斤,長度的上限是350mm,直徑的長度在60100mm;2、工作區(qū)域:取物高度不小于1000mm,伸縮行程600mm;垂直移動400mm;3、工作速度:移動速度2m/s,定位精度0.5mm。二 機械手的設計1 機械手的總體結構1.1機械手的總體結構分析本文設計的四自由度圓柱坐標型液壓機械手,由執(zhí)行機構、驅動機構組成。1、執(zhí)行機構(1)手部機械手抓物料的地方,我們采用的是結構比較簡單的回轉型。一般機械手上只有兩根手指,根據實際操作的需要分為外抓和內抓兩種。而機械手上面?zhèn)髁Φ姆绞接卸喾N,比方說滑槽杠桿式、連桿杠桿式、斜槭杠桿式、齒輪齒條式、絲杠螺母式、彈簧式和重力式。本次設計采用液壓傳動的方式執(zhí)行相應的動作。(2)腕部這個部分的主要作用是手和手臂的連接,并且可以旋轉手的方向,使機械手動作的范圍更廣,變得靈活。手腕的運動方向主要有回轉,上下和左右?guī)讉€?;旧线@幾個運動方向就可以滿足當下企業(yè)的工作需要了,甚至有的生產線上的機械手都沒有這個腕部,直接就拿和放這些簡單的動作。照現(xiàn)在的情況看,使用最多的就是有手腕的機械手,驅動采用的是液壓驅動,這種機械手的好處是結構比較簡單,活動的角度又比較多,但是也有缺點,主要就是回轉的角度比較小,而且對密封性的要求很高,如果達不到的話,機械手的穩(wěn)定性就會很差。所以說,如果工作要求回轉角大的話,我們就要采用這一種了。(3) 手臂手臂是機械手的支撐部分,它主要的作用就是支撐住手和手腕,提高穩(wěn)定性,擺動然后帶著這兩個部件進行運動。手臂運動的主要方向就是,將手抓取的物料,通過手臂的伸出去縮回來的運動,左右搖擺的運動,手臂抬起和放下的運動,將物料送到合理的位置,完成工作任務。 (4) 導柱整個機械手就是導柱在對它就行支撐。本篇論文中我們所設計的導柱,要能夠實現(xiàn)手臂旋轉,還有手臂升起和降下。2、驅動機構機械手想要動起來,想要進行工作,還要驅動部分。按照提供給機械手動力的來源不同,我們大體上可以將驅動分為液壓驅動,氣動驅動,電動驅動還有機械驅動。這四種驅動,其中液壓驅動采用的比較多,主要是因為機械手的設計比較簡單,而且輕便,好使用。所以在我們這篇論文中,機械手也是選用的液壓驅動。1.2機械手的總體設計方案我們論文中的機械手,是圓柱坐標式機械手,這種機械手是所有機械手中被運用的最多的一種,主要可以用在搬運工作和測量的工作。這種機械手外形比較好看,結構上簡單,方便,而且使用起來很方便,好控制。我們論文中的機械手主要是三個自由度組成X、Z、。它的工作范圍可分為:旋轉運動和直線運動。結構簡圖見表2.1圖2.1 圓柱坐標機械手結構簡圖圓柱坐標式機械手實現(xiàn)的四個基本動作:1、手臂伸縮動作;2、手臂上下運動;3、手腕回轉動作;4、手臂升降動作。本論文中的機械手是在垂直的導柱上做的回轉動作,手臂抬上抬下的運動,伸出去縮回來的運動,手腕是做的旋轉運動。國外的那么多種的機械手,我們所研究的這種機械手占到一半以上,其中有只有六種機械手有六個自由度。我們論文中設計的機械手就和這種比較一樣。2 驅動系統(tǒng)設計2.1常用驅動系統(tǒng)及其特點一般機械手運動驅動主要有三種,液壓驅動,氣動驅動,電機驅動。各種驅動方式的特點見表2.1:表2.1 常用的驅動方式內容驅動方式液壓驅動氣動驅動電機驅動輸出功率很大大較大控制機械手控制的精度比較靈敏,功率大,可以連續(xù)的進行控制??刂频木缺容^低,效果差,不能實現(xiàn)連續(xù)的控制??刂茩C械手的精度好,還能準確的對物體定位,使用方便,但是操作比較的繁瑣。響應速度很高較高很高驅動的結構制造的結構比較合理,使用的起來按照一定的模式,比較好操作,可以直接驅動制造的結構比較合理,使用的起來按照一定的模式,比較好操作,可以直接驅動電機的結構穩(wěn)定,噪音不高,但是電動機正常都要配有減速的裝置。安全性能很好的防爆,但是液壓驅動容易產生大火的危險能很好的防爆,但是當氣壓大于1000KPA的時候,要注意機器的壓力不能很好的防爆,但是卻沒有火災或者自身不會爆炸差環(huán)保容易有油污泄漏,不符合環(huán)保要求有噪音產生沒有售后維修更換的部件價格高更換的零件價格不高更換的零部件價格高2.2 驅動設計方案按照前面說的,機械手啟動起來有三種動力途徑,我們比較一下液壓驅動,氣壓驅動還有電力驅動的,這里主要說一下液壓驅動比其他兩種方式的好的地方: 1、在組裝機械手的時候,隨意性比較大,不受太大的控制,可以組裝起來一些比較復雜的系統(tǒng)。2、工作起來比較穩(wěn)定,而且啟動起來快,工作的時候比較靈活,在自由度的轉換上也不費勁。3、人們使用起來方便,還可以有自我過載保護的功能,不僅這些,而且還比較方便的能夠自動控制,或者距離比較遠的情況下被人控制。4、這種液壓驅動的機械手,前期在制造的時候所采用的零部件相對于氣壓驅動的零部件,通用性比較好,一般的地方都能夠買的到的材料,所以也就造成了制造起來簡便,材料選購上不用太過費勁,而且材料價格不高。因此本文中各部分的驅動方案如下:1、手部 采用液壓傳動的方式執(zhí)行相應的動作。2、手腕 選取的油缸是可以來回回轉的,結構上頭一定要卡的很緊,而且不能有空氣跑進去。3、手臂 采用液壓缸完成相應的動作。3 機械手臂的設計方案3.1 機械手的技術參數機械手的技術參數:工件:機械手材料,體重要有20斤,它的整個長不能超過 350mm,活動區(qū)域在60100mm。工作區(qū)域:拿取物體的時候最高要到1000mm,手臂伸出去再縮回來距離600mm;垂直移動400mm;工作速度:移動速度2m/s,定位精度0.5mm。3.2 機械手的手臂結構方案從上面的設計和分析,我們可以知道手臂需要完成伸縮、升降和回轉3個動作,即實現(xiàn)3個自由度。按照上面的我們選用下圖的手的內部結構圖2.2:1-夾持器 2-齒條活塞桿 3-小齒輪 4-銷 5-套筒 6-銷軸 7-壓力彈簧 8-法蘭圖2.2 齒輪齒條式手部結構圖1、手部夾緊油缸的設計(1)手部驅動力計算我們論文中設計的機械手,它的手的部分驅動是液壓驅動,按照機械手手指頭抓住物料的地方,我們來計算抓緊力:式中:-為夾持工件的握力,;-為工件重量,N,要求抓取重量為();-為手指夾角的1/2角度,V形手指的角度;為摩擦系數 取代入式中(2)按照上面我們的手的結構的圖,我們曉得液壓驅動計算公式:式中:為理論驅動力,就是抓住的物料的中心點到銷軸的中心的這個距離,銷軸到小齒輪的中心距 代入式中(3)實際驅動力:式中為實際驅動力, 就是加工零件的工作效率,主要的原因就是我們的傳動時齒輪傳動的,故取為安全系數 通常取1.22 這里取就是工作情況系數 如果說我們抓工件的時候它最大的加速度取時,則: 所以 機械手抓住我們需要抓住的物料的時候液壓缸所產生的驅動力就是。2、機械手的手指抓緊工件的時候,彈簧在這個時候肯定會變形,那么變形后產生的這個力為式中 為彈簧變形所產生的彈力就是機械手的手指頭抓緊工件時候,手之里面的彈簧肯定會變形,這個變形的量,彈簧材料的切變模量手指頭松開工件以后回復原狀,彈簧絲跳回原來的位置直徑為彈簧的旋繞比為彈簧的有效圈數;3、夾緊缸的工作壓力機械手夾緊物料的時候,夾緊缸上的夾緊活塞工作,它在此時產生的壓力P:式中 就是機械手抓緊物體時候,夾緊活塞工作所產生的壓力,為實際驅動力,N為彈簧變形所產生的彈簧力,N就是封閉起來的地方所產生的壓力,密封啊好了的產生的摩擦力相對工作起來的摩擦力()要稍微小一些,故取,取計算得因作用在活塞上的合成液壓力即驅動力與機械載荷p相平衡,故夾緊缸的工作壓力p為:式中D為夾緊缸直徑,從結構設計得知所以 4 機械手臂伸出去縮回來和抬起放下的動力液壓缸的設計4.1 液壓缸驅動力計算我們取油缸的長,里面的直徑為,直徑的一半 ,工作起來的速度為,工作以后加速的時間,液壓缸有油進去所產生的壓力。有油進到油缸里頭以后,活塞上下浮動的速度但是運動起來后油流進去油缸的這個流量為:式中:油缸(或活塞)直徑, 輸入無桿腔的流量, 活塞的移動速度, 流量為:油缸的無桿腔內壓力油液作用在活塞上的合成液壓力即油缸的驅動力為:油進去油缸的時候產生的壓力, 油缸氣動的時候,有油進到油缸里頭以后,活塞上下浮動的速度但是運動起來后油流進去油缸的這個流量為:式中: 活塞桿直徑(mm) 輸入無桿腔的流量, 活塞的移動速度,則流量為:就是液壓驅動啟動以后這個液壓缸所產生的動力: 4.2 尺寸計算和校核1、手臂伸縮油缸的設計與校核我們這里設計的液壓缸,其需要的動力右液壓缸提供,而后帶動手臂進行伸和縮的動作要求。我們在進行該液壓缸設計的時候要將液壓缸在工作的過程中遇到的所用的阻力全部計算在內,也只有這樣才能夠保證設計的液壓缸工作正常,運轉起來平穩(wěn)。根據任務書上面的要求,我們驅動該油缸的有效形成為600毫米,確定設計油缸的內部直徑等于40mm,這里設計的內部直徑,下面還要對它進行分析和印證。(1)計算作用在活塞上的總機械載荷為更好地分析油缸的受力,也為了更好地計算力。我們繪制出圖2.3缸的受力圖。作用在活塞上的總機械載荷P為:圖2.3 缸的受力圖1) 在進行P的設計的時候,我們要根據缸在實際動作過程中進行計算。經過分析之后才能夠確定該數字是正、是負還是沒有。經過我的分析可以曉得等于0。2) P導形狀的確定主要依據的是計算數值的大小,而這里的計算我們將采用初步估算的辦法進行。裝置是對稱的并且在該油缸的兩邊。依據上面的受力分析,我們可以曉得在引導油缸進退的裝置的地方數值是最大的,我們對其進行下方計算:上面已經講到了導向桿的數量是2個,分布在180的位置上面。也就是說我們只要計算出其中一個數據就可以了,依據公式:式中; 導向支承的長度, 根據相關手冊取 我們曉得在正常的圓柱上面 ,取則3)密封裝置處的摩擦阻力根據分析我們曉得,在液壓缸工作和運作的過程中,是多個數值的綜合。即 。在我們設計的液壓缸,伸長桿一般是液壓缸內部直徑的0.5倍,密封的形式采用O型。綜上所述我們知道伸縮油管處的摩擦阻力為: 式中密封圈與配合面的摩擦系數,主要與密封圈形式、材料與配合接觸的零件材料和油液壓力有關。對于O型橡膠密封圈,當油液壓力時,。油液壓力高時取小值,壓力低時取大值,在本次設計中取。密封處的工作壓力,伸縮油管直徑,密封的有效長度查閱相關設計資料我們得到估算 式中: 一般為,在這里取 是直徑。則4)慣性力在設計的臂膀在工作的初期,其桿的受力是平均的,即這里面上面已經解釋,(包括被抓物件重量);,啟動過程的時間 則5)背壓阻力油缸低壓油液所造成的阻力。正常情況下計算。由于,故。所以 因為,故該油缸的尺寸符合使用要求。6)導向裝置主要的作用是引導設計的液壓缸按照預想的軌跡進行相應的伸長或者縮回或者上升或者下降的工。在分析了本人設計的機械手,權衡零件的造價以后,我們這里將選用在圓周方向上呈180對稱分布的導向缸來進行引導,這樣做的好處是保證機械手正常運作的同時,還提高了工作過程中的穩(wěn)定劑。2、手臂升降油缸的設計與校核根據指導老師提供的任務書上面的數據,我們可以曉得升降的有效行程是,液壓缸工作時候的速度是,還能夠曉得,液壓缸內部的直徑,也就是,工作口進入時候,在垂直工作的時候。驅動力為:由經驗公式可得: 故作用在活塞上的推力:因為,所以伸縮油缸的尺寸符合要求。3、手臂回轉油缸的設計與校核為了更好地進行設計、分析和在設計,我們繪制出圖2.4運動圖。圖2.4 運動圖初步設計液壓缸內部的直徑,也就是,回轉桿,也就是,油缸運行角速度,加速度時間,進油壓力依據公式還要包含缸體在回轉的過程中和相關部件摩擦產生的相關的阻礙的力矩的數值。我們再次查看相關設計手冊得出: 其中上面的公式計算的結果是以厘米進行計算的,上面的工作講到的b1是密封裝置和缸體組合而成以后的有效的數值寬度。由設計估算: 在慣性力的作用下產生的力矩,依據相關的設計手冊我們可以得到,他的計算公式式中回傳的缸在工作的時候產生的轉動的角速度,其。起動過程的時間,運動部件在工作,這里講到的工作主要就是圓周轉動,當然了也包含工件本身的圓周轉動的時候所擁有的轉動的慣性的數值,其單位是。經過和同學、老師以及自己的分析以后我要曉得了,的計算是一個相當不容易的過程,為什么呢?因為涉及到的工件其外部的現(xiàn)在是千千萬萬的,不同的外部形狀,不同的重力產生的數值,那么他的計算的方法和計算的大小也就不一樣了。這里我們?yōu)榱诉M行簡單的計算,尋求通用的計算方法。我們將復雜的零件您可能的規(guī)劃成相對而言比較簡單的零件,然后對分割以后的零件進行一一的計算,最終將這些計算的數值全部加起來,就得到了我們需要計算的數值,這樣問題也就得到了解答了。,手臂回轉力矩得出結論 依據上面的設計,我們可以清晰的看到計算的數值比允許的數值要小。也就是將我們的設計是合理。5 手腕的驅動計算5.1 手腕轉動時所需的驅動力矩根據我們預先設計好的4個自由度里面,其中有一個自由度將的就是手臂腕部的轉動動作。根據了理論我們曉得我們設計的工作力矩一定要大于因為阻礙產生的阻礙的力矩數值。為了更好的設計和分析手臂腕部。我們繪制出手臂腕部的受力圖2.5。1、工件 2、手部 3、手腕圖2.5 受力圖通過上面的詳細的分析,我們曉得手臂腕部力矩的數值的計算可以通過下面的計算來進行: 依據上面的計算公式,我們將對上面的4個組成部分進行一一的計算和校核,下面數值的計算主要依據上面的一個受力圖2.5。1、機械手的腕部提高速度的時候所產生的力假如機械手的腕部開始工作提高速度運動,那么 式子里面- 在機械手的腕部轉動的時候產生的慣性,;-在機械手的腕部轉動的時候產生的慣性,;機械手的腕部轉起來的時候所產生的速度,還有弧度;機械手啟動起來所耗費的時間,假如被抓取物料的中心與轉動起來的中心線不重疊,那么它轉動起來的慣性所產生的力量為式中-被抓取的物件轉過重心點所產生的慣性的力量,;-工件的重量;-工件的重心到轉動軸線的偏心距,;-手腕轉動時的角速度,弧度/s;-起動過程所需的時間,;起動過程所轉過的角度,弧度;2、機械手的腕部轉動和被抓取的物料的重量導致機械手產生了偏重力M偏 ,在公式里面-機械手的手腕在拿著工件轉動的時候它的重量,;-機械手拿著東西轉動的時候整體重量的重心到轉動的時候產生的軸線的重心的距離,叫偏心距離;機械手在拿著物料的時候整體的重心跟機械手手腕轉動的時候產生的軸線相符合的時候,那么。3、機械手的手腕在轉動的時候產生的摩擦力和阻力 , 里面 ,- 旋轉起來的軸它喉嚨部分的直徑,;-摩擦所產生的系數,滾動起來的軸,滑動起來的軸;,-處支撐起來的反力,N,可以遵循機械手的腕部轉動起來產生的力量來剖析, 根據,得同理,根據,得式中-手部的重量-如圖2.5所示的長度尺寸,5.2 計算來回旋轉液壓缸的計算還有核對就像圖里面2.6所展示的,機械手的腕部環(huán)繞著X軸來運動,我們叫做來回旋轉運動,環(huán)繞著Y軸的運動,我們叫做上下運動,圍繞著Z軸的運動,我們又叫做左右運動,還可以順著Y軸的路線來進行橫向的運動。所以所,機械手的手腕最多的時候能有四個單獨不重復的運動。圖2.6 手腕運動示意圖機械手的手腕它能工作的方向的選擇和機械手的使用的普遍性,加工的時候工藝的要求,加工時候物料怎么擺放,怎么定位等好多的原因有關系。因為我們呢設計的機械手拿取的物料是水平擺在臺面上的,與此同時我們還要考慮使用的普遍性,所以說設計的機械手手腕需要設計一個圍繞著X軸旋轉的運動才行,在這里我們選擇回轉油缸,因為它在實際操作里面被用的最多,為什么大部分人都采用這種呢,主要因為它的內部結構很緊湊,而且密封也很好。我們所設計的油缸它的內部直徑是,直徑的一半是,旋轉軸承的直徑,旋轉軸承直徑的一半是,液壓驅動的時候里面油缸轉動所產生的角度是,加起速度以后產生的時間,油缸工作起來后所產生的壓力,動片寬度為。力矩1、測量一下確定了手腕部分的重量,這些重量在機械手上的分布,每個部件均勻的分布在 的底座上,這樣的話轉動起來以后產生的慣性的力量: 機械手所拿取的物料的重量為20g,這么大的重量均勻的布局在長度為的機械手上,這樣的話轉動起來以后產生的慣性的力量為如果說拿取的物料的中心點和轉動起來形成的線不復合的話,那么對于長度為350mm的手臂來說,產生的偏差的距離就175mm,那么它轉動起來產生的慣性的力量計算:則:2、機械手的腕部轉動起來和拿著物料轉動起來形成的中心點,兩個中心點肯定會有偏差,這么偏差膠制作M偏,我們假象機械手手腕轉動起來的重心和轉動起來的軸線相復合,機械手的手腕拿著一個物料的時候重心就會發(fā)生偏離原來的轉動所產生的軸線,則 里面機械手手腕來回轉動的地方的重量;機械手抓取的物料的重量3、手腕轉動軸在軸頸處的摩擦阻力矩為由于是液壓傳動,潤滑比較好,根據經驗得知摩擦力矩很小,故忽略不計。4、回轉缸的動片與缸徑、定片、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩 式中為回轉缸的動片與缸徑、定片、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩,;為輸出軸與缸蓋密封裝置處的摩擦阻力矩,式中輸出軸與缸蓋密封處直徑,密封的有效長度, “O”形密封圈的截面直徑;“O”形圈在裝配時的壓縮率,對于回轉運動,,取摩擦系數,回轉油缸的工作壓力,則為動片側面與缸蓋密封處的摩擦阻力矩,;動片外徑與油缸密封裝置處的摩擦阻力矩,;動片側面與缸蓋密封處的摩擦阻力矩其中回轉油缸直徑;回轉油缸與動片連接處直徑由設計得則動片外徑與油缸密封裝置處的摩擦阻力矩 其中為動片的寬度,和同上述。則5、回轉油缸回油腔的背壓反力矩 其中為回油腔的油液壓力,在這里初步估算為則 則手腕回轉油缸所需的驅動力矩為:所以設計尺寸符合使用要求,安全。三 結論這次我所設計的機械手,運用了我大學四年學習的知識,對所有學習的知識進行了一次大的融合和運用。此次畢業(yè)設計的完成讓我又重新復習了一遍在學校里面學習的知識,對一些不熟悉的知識再次進行了復習和學習,同時也培養(yǎng)了我作為一個機械人應該具備的基礎知識和專業(yè)素養(yǎng),為將來我參加工作做了一個很好的前期鋪墊。我論文中的機械手是四個自由度的機械手,驅動是液壓驅動?,F(xiàn)在社會的不斷發(fā)展,科技也不斷的提高,我們社會對于機械手的設計也越來越精密,越來越符合實際的生產需求。文中機械手由手指,手腕部,手臂膀等主要部件組成。在設計過程中進行的嚴格、具體的設計、算數。因為經驗的不足,在學習上面的知識也不足。因為總總的不足在設計的過程中會出現(xiàn)失誤,還請各位老師指正。在構想的機械手的設計中,我查了好多的相關書籍,圖片,資料和網上的相關資料,特別是在資料中看到的其他的總總設計資料中,我所學習的知識的到了更好的提升;在這次的機械手的設計中,讓我對機械上面的知識有了更多的了解,因此讓我對機械方面有了更高的了解。通過這次的機械手設計業(yè)讓我的設計能力的到了很大的提高。我希望通過本次畢業(yè)設計對自己未來將從事的工作是更高的提升,這樣能更好的鍛煉自己的能力,為將來的工作能更好的發(fā)揮。四 致謝在這次設計中,是通過老師的悉心指導才能很好地完成的。老師的嚴格教學的態(tài)度和精益求精的作風使我受益匪淺。在這里,我要特別的感謝我的老師,并致以崇高的敬意! 這次畢業(yè)設計是我們在大學四年中學習的知識的以中結合運用,通過這次設計把這四年學習的基礎知識和專業(yè)知識作了一個總結和復習,從而使我更加了解了我學習的專業(yè)知識,這樣讓我更好的了解機械設計的思路,因此在以后的工作中能更好的運用我學習的知識。在這次的設計中,我得到了指導老師悉心指導,同組同學的全力幫助,同時還要感謝學校提供這樣好的學習環(huán)境給我們,使得我們得到了比較好的提升。指導老師為人比較的謙虛、學識和知識比較淵博、處事方面比較的嚴謹,他是我們學習的榜樣和行動的指南。平時我們的指導老師就比較的辛苦,但是他每周都能夠抽出時間來幫助我們解決設計中存在的問題和設計中存在的疑問。這這里,我要向我的老師表示我心里面最崇高的敬意和感謝,感謝我的同組同學,為我在設計的過程中提供的任何的幫助,可以這樣講沒有你們的幫助,就沒有我本次設計的成功。謝謝你們。最后,因為這篇設計做的時間上比較的急、設計內容和構思上比較的粗糙,還請大家?guī)臀倚薷?。感謝。參考文獻1 馮辛安,黃玉美.機械制造裝備設計.第1版.北京:機械工業(yè)出版社,1999(3):56-682 朱燈林 姜濤 王安麟等. 柔性機械手結構/控制融合設計.上海:2000(2): 35-803 張建民.工業(yè)機器人.北京:北京理工大學出版社,1988:60-644 E.L.薩福德(美).高級機器人手冊. 第1版.上海:上海翻譯出版公司,1987:10-125 馬香峰.工業(yè)機器人的操作機設計.第1版.北京:冶金工業(yè)出版社,1996:50-566 何發(fā)昌.多功能機器人的原理及應用.第1版.北京:高等教育出版社,1996:16-207 孟繁華.機器人應用技術.第1版.哈爾濱: 哈爾濱工業(yè)大學出版社,1989:12-158 機械設計手冊(第五卷:工業(yè)機器人).北京:機械工業(yè)出版社,1992:85-899 王啟義.機械制造裝備設計.第1版.北京:冶金工業(yè)出版社,2003:76-8210 李梅,馮建雨.PLC在機械手自動控制裝置中的應用分析,2004:5-2011 朱梅.具有五自由度及張合氣爪的液壓機械手,2006:20-2812 成大先.機械設計圖冊.北京:化學工業(yè)出版社,2001:85-9613 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How Hydraulic Motion -control Measures up. Machine Design, April 15, 2004:56-93.30畢業(yè)設計(論文)開題報告設計(論文)題目: 四自由度圓柱坐標型液壓機械手設計 學 院 名 稱: 機械工程學院 專 業(yè): 機械設計制造及其自動化 學 生 姓 名: 學號: 指 導 教 師: 年 12月 12日一、 研究的基本內容與擬解決的主要問題(或研究的主要內容及預期目標):1. 研究的背景和意義隨著生產現(xiàn)代化的發(fā)展,企業(yè)對人才培養(yǎng)的要求日益提高,機電一體化方面從設計、組裝、編程、調試到故障檢測與排除等一系列具有實際應用經驗的綜合性人才更是緊缺。其中,我們所研制的下料機械手,可以對進一步研究機械手的工作原理和工作過程奠定一定的基礎,同時,還可用于學生對機械手的操作,激發(fā)學生的專業(yè)學習興趣,樹立一定的工程概念。2. 研究的基本內容設計一個四自由度圓柱坐標型液壓機械手設計,主要的技術參數:工件:棒料,重量10公斤,最大長度350mm,直徑60100mm。工作區(qū)域:取物高度不小于1000mm,伸縮行程600mm;垂直移動400mm;工作速度:移動速度2m/s,定位精度0.5mm。3. 擬解決的主要問題 (1)根據任務書給定的作業(yè)區(qū)域的極限位置計算確定大小手臂長度和旋轉角度等一些重要的幾何參數。(2)通過調研和分析確定機械手傳動方案、總體配置和詳細結構設計;設計的各部分間能有機結合,相互協(xié)調。(3)重點是機械手方案,機座、手臂、手爪的結構設計,工藝性等技術問題。 二、 研究的方法與技術路線(或研究步驟、方法和研究措施):1. 研究的方法(1)調查法(2)文獻研究法(3)模擬法2. 技術路線(1)收集信息:查閱文獻 (2)處理信息:對查閱的文獻進行分類整理。了解國內外對于機械手的研究現(xiàn)狀以及存在的優(yōu)缺點。為后續(xù)的專用銑床的設計提供參考和理論依據。 (3)產品設計計算:翻閱之前的文獻,結合自己所學的知識,對現(xiàn)在市面上的機械手進行優(yōu)化設計,使它能滿足設計要求。繪制機械手總裝圖和非標零件圖;編寫計算說明書(畢業(yè)論文)。 (4)總結感悟:通過這次的畢業(yè)設計,學會總結每一次設計的過程和細節(jié),能把學到的知識運用到學習和工作中去。三、 研究的總體安排與進度:第一階段:外文翻譯。完成日期:2014年11月28日第二階段:文獻綜述。完成日期:2014年12月5日第三階段:開題報告。完成日期:2014年12月12日第四階段:完成所有圖紙和說明書。完成日期:2015年1月15日第五階段:論文定稿。1月15日,上交給指導教師或院辦。最后階段:答辯。四、 論文提綱:一、 緒論二、 設計1. 機械手的總體結構 1.1機械手的總體結構分析 1.2機械手的總體設計方案2. 驅動系統(tǒng)設計2.1常用驅動系統(tǒng)及其特點2.2驅動設計方案3. 機械手臂的設計方案 3.1機械手的技術參數 3.2機械手的手臂結構方案 4. 手臂伸縮與升降液壓缸的結構設計 4.1液壓缸驅動力計算 4.2 尺寸計算和校核5. 手腕的驅動計算 5.1手腕轉動時所學的驅動力矩 5.2回轉液壓缸的尺寸計算及校核三、結論四、致謝五、參考文獻 五、 主要參考文獻:【1】 張福學編機器人技術及其應用M.北京:電子工業(yè)出版社,2000【2】 工業(yè)機械手圖冊編寫組.工業(yè)機械手圖冊M.北京:機械工業(yè)出版社,1978【3】 朱世福,王宣銀.機器人技術及其應用M.杭州:浙江大學出版社,2005【4】 陸祥生,楊繡蓮.機械手.中國鐵道出版社.1985.1.【5】 李允文.工業(yè)機械手設計.機械工業(yè)出版社.1996.4.【6】 成大先. 機械設計手冊.單行本. 液壓傳動M.北京: 化學工業(yè)出版社,2004.【7】 袁子榮.液氣壓傳動與控制M.重慶: 重慶大學出版社,2002.【8】 張桂香.機電類專業(yè)畢業(yè)設計指南M.北京: 機械工業(yè)出版社,2005.【9】 黃偉,胡青龍.機械手PLC控制系統(tǒng)的設計J.機電工程技術,2008.37【10】工業(yè)機械手編寫組.工業(yè)機械手M.上海:上??茖W技術出版 社,1978,12:1517【11】王承義.機械手及其應用M.北京:機械工業(yè)出版社,1981,6:3537【12】工業(yè)機械手編寫設計基礎編寫.工業(yè)機械手設計基礎M.天津:天津科學技術出版社,1979:54455【13】天津大學工業(yè)機械手設計基礎編寫組編.工業(yè)機械手設計基礎M.天津:天津科學技術出版社,1979:3444指導教師審核意見: 指導教師簽字 2014年 11月 30日教研室審核意見:教研室主任簽字 2014年 11月30日
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