畢業(yè)設(shè)計(jì)---搬運(yùn)機(jī)械手設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　X X學(xué)院</b></p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書</b></p><p>　　課 題： 搬運(yùn)機(jī)械手 </p><p>　　子課題: </p>

2、<p>　　同課題學(xué)生姓名: </p><p>　　專 業(yè) </p><p>　　學(xué)生姓名 </p><p>　　班 級(jí)

3、 </p><p>　　學(xué) 號(hào) </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p>　　完成日期 </p><p><b>　　摘要</b&g

4、t;</p><p>　　隨著工業(yè)自動(dòng)化發(fā)展的需要，機(jī)械手在工業(yè)應(yīng)用中發(fā)揮著越來越重要的作用,從而大大的改善了工人的勞動(dòng)條件,顯著的提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率,加快了實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化的速度,本畢業(yè)設(shè)計(jì)主要敘述了機(jī)械手的設(shè)計(jì)計(jì)算過程 。</p><p>　　首先，本文介紹機(jī)械手的發(fā)展歷程及重要意義，機(jī)械手的組成和分類，說明了自由度和機(jī)械手整體坐標(biāo)的形式。同時(shí)，本設(shè)計(jì)也給出了這臺(tái)搬運(yùn)機(jī)械手的主

5、要性能、規(guī)格和參量。</p><p>　　文章中介紹了搬運(yùn)機(jī)械手的設(shè)計(jì)方法。全面的描述了搬運(yùn)機(jī)械手的手部、腕部、手臂以及機(jī)身等主要部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。</p><p>　　通過此次機(jī)械手的設(shè)計(jì),掌握了搬運(yùn)機(jī)械手設(shè)計(jì)的主要步驟,對(duì)于cad軟件,力學(xué)的應(yīng)用,電路的設(shè)計(jì),等有了很大的提高。</p><p>　　關(guān)鍵詞：搬運(yùn)機(jī)械手、液壓傳動(dòng)、手部、手腕、機(jī)身、結(jié)構(gòu)</p&

6、gt;<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　前 言4</b></p><p><b>　　一 、緒 論5</b></p><p>　　1.1機(jī)械手的簡(jiǎn)史5</p><p>　　1.2機(jī)械手的主要特點(diǎn)6</p><

7、p>　　1.3對(duì)機(jī)械手的一般需求6</p><p>　　1.4機(jī)械手在生產(chǎn)中的應(yīng)用6</p><p>　　1.5機(jī)械手的組成7</p><p>　　1.5.1執(zhí)行機(jī)構(gòu)7</p><p>　　1.5.2驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)7</p><p>　　1.5.3控制系統(tǒng)分類7</p><p>　　

8、1.6機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì)7</p><p>　　二、 搬運(yùn)機(jī)械手的總體設(shè)計(jì)方案9</p><p>　　2.1 機(jī)械手基本形式的選擇9</p><p>　　2.2 機(jī)械手的主要部件及運(yùn)動(dòng)9</p><p>　　2.3 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇9</p><p>　　2.4機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)列表9</p>&l

9、t;p>　　三 、機(jī)械手手部的設(shè)計(jì)計(jì)算10</p><p>　　3.1 手部設(shè)計(jì)基本要求10</p><p>　　3.2 典型的手部結(jié)構(gòu)10</p><p>　　3.3 機(jī)械手手抓的設(shè)計(jì)計(jì)算10</p><p>　　3.3.1 選擇手抓的類型及夾緊裝置10</p><p>　　3.3.2 手抓的力學(xué)分析

10、10</p><p>　　3.3.3加緊力及驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算12</p><p>　　3.3.4 手抓夾持范圍計(jì)算13</p><p>　　3.4 機(jī)械手手抓夾持精度的分析計(jì)算13</p><p>　　3.5彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算14</p><p>　　四 、腕部的設(shè)計(jì)計(jì)算17</p><p>

11、;　　4.1 腕部設(shè)計(jì)的基本要求17</p><p>　　4.2 腕部的結(jié)構(gòu)以及選擇17</p><p>　　4.2.1 典型的腕部結(jié)構(gòu)17</p><p>　　4.2.2 腕部結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇17</p><p>　　4.3 腕部的設(shè)計(jì)計(jì)算17</p><p>　　4.3.1 腕部設(shè)計(jì)考慮的參數(shù)17&

12、lt;/p><p>　　4.3.2 腕部的驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算17</p><p>　　4.3.3 腕部驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算18</p><p>　　4.3.4 液壓缸蓋螺釘?shù)挠?jì)算19</p><p>　　4.3.5 動(dòng)片和輸出軸間的連接螺釘20</p><p>　　五 、臂部的設(shè)計(jì)及有關(guān)計(jì)算22</p><

13、p>　　5.1臂部設(shè)計(jì)的基本要求22</p><p>　　5.2 手臂的典型機(jī)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)的選擇22</p><p>　　5.2.1 手臂的典型運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)22</p><p>　　5.2.2 手臂運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇23</p><p>　　5.3 手臂直線運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力計(jì)算23</p><p>　　5.3.1 手

14、臂摩擦力的分析與計(jì)算23</p><p>　　5.3.2 手臂慣性力的計(jì)算24</p><p>　　5.3.3 密封裝置的摩擦阻力25</p><p>　　5.4 液壓缸工作壓力和結(jié)構(gòu)的確定25</p><p>　　六、 機(jī)身的設(shè)計(jì)計(jì)算27</p><p>　　6.1 機(jī)身的整體設(shè)計(jì)27</p>

15、<p>　　6.2 機(jī)身回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算28</p><p>　　6.3 機(jī)身升降機(jī)構(gòu)的計(jì)算31</p><p>　　6.3.1 手臂偏重力矩的計(jì)算31</p><p>　　6.3.2 升降不自鎖條件分析計(jì)算32</p><p>　　6.3.3 手臂做升降運(yùn)動(dòng)的液壓缸驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算33</p><p

16、>　　6.4 軸承的選擇方案33</p><p><b>　　總結(jié)與致謝38</b></p><p>　　參 考 文 獻(xiàn)39</p><p><b>　　前言</b></p><p>　　機(jī)械手是用于再現(xiàn)人手的功能的技術(shù)裝置，是模仿著人手的部分動(dòng)作，按給定程序、軌跡和要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓取、搬

17、運(yùn)或操作的自動(dòng)機(jī)械裝置。而在工業(yè)中主要應(yīng)用于對(duì)物體的搬運(yùn)為主要功能的機(jī)械手被稱為搬運(yùn)機(jī)械手。</p><p>　　機(jī)械手是近代自動(dòng)控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項(xiàng)高新技術(shù)，并且已經(jīng)成為現(xiàn)代機(jī)械制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分，這種新技術(shù)發(fā)展非常的快，逐漸成為一門新興的學(xué)科——機(jī)械手工程。機(jī)械手涉及到了力學(xué)、機(jī)械學(xué)、電器液壓技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感器技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域，是一門跨學(xué)科綜合技術(shù)。</p&g

18、t;<p>　　機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動(dòng)生產(chǎn)設(shè)備。機(jī)械手也是機(jī)器人的一個(gè)非常重要的分支。它的優(yōu)點(diǎn)是可以通過編程來完成各種預(yù)期的任務(wù)，在構(gòu)造和性能上有了人和機(jī)器人的各自優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)在人的智能和適應(yīng)性。機(jī)械手作業(yè)的準(zhǔn)確性和環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在服務(wù)中國(guó)現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)有著廣泛而不可代替的作用。</p><p>　　隨著機(jī)械手的發(fā)展和不斷改進(jìn)，它的積極作用主要體現(xiàn)在；第一、它能部分的代替人工操

19、作；第二、它能按照生產(chǎn)工藝的要求，遵循一定的程序、時(shí)間和位置來完成工件的傳送和裝卸；第三、它能操作必要的機(jī)具進(jìn)行焊接和裝配，從而大大的改善了工人的勞動(dòng)條件，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化的步伐。因此，受到了很多國(guó)家的重視，投入大量的人力和財(cái)力來研究和應(yīng)用。尤其在高溫、高壓、粉塵、噪音以及帶有放射性和污染的場(chǎng)合，應(yīng)用更為廣泛。在我國(guó)近幾年也有較快的發(fā)展，并取得了很大的成績(jī)，深受機(jī)械工業(yè)的重視和歡迎。</p>

20、<p>　　機(jī)械手是一種能自動(dòng)控制并可從新編程以變動(dòng)的多功能機(jī)器，它有多個(gè)自由度，可以搬運(yùn)物體以完成在不同環(huán)境中的工作。</p><p>　　機(jī)械手的結(jié)構(gòu)形式開始比較簡(jiǎn)單，專用性較強(qiáng)，隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，制成了能夠獨(dú)立的按程序控制實(shí)現(xiàn)重復(fù)操作，適用范圍比較廣的“程序控制通用機(jī)械手”，簡(jiǎn)稱通用機(jī)械手。由于通用機(jī)械手很快的改變工作程序，適應(yīng)性較強(qiáng)，所以它在不斷變換生產(chǎn)品種?！?lt;/p><

21、;p><b>　　一、緒論</b></p><p>　　1.1機(jī)械手的發(fā)展簡(jiǎn)史</p><p>　　現(xiàn)代工業(yè)機(jī)械手起源于20世紀(jì)50年代初，是基于示教再現(xiàn)和主從控制方式、能適應(yīng)產(chǎn)品種類變更，具有多自由度動(dòng)作功能的柔性自動(dòng)化產(chǎn)品。</p><p>　　機(jī)械手首先是從美國(guó)開始研制的。1958年美國(guó)聯(lián)合控制公司研制出第一臺(tái)機(jī)械手。他的結(jié)構(gòu)是：機(jī)

22、體上安裝回轉(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。</p><p>　　1962年，美國(guó)機(jī)械鑄造公司在此基礎(chǔ)之上又制成一臺(tái)數(shù)控示教再現(xiàn)型機(jī)械手。商名為萬能自動(dòng)。運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)仿造坦克炮塔，臂回轉(zhuǎn)、俯仰，用液壓驅(qū)動(dòng)；控制系統(tǒng)用磁鼓最存儲(chǔ)裝置。同年該公司和普魯曼公司合并成立萬能自動(dòng)公司（Unimaton）,專門生產(chǎn)工業(yè)機(jī)械手。</p><p>　　1962年美國(guó)機(jī)械鑄造公司也試驗(yàn)成

23、功一種叫VersaTran機(jī)械手，原意是靈活搬運(yùn)。該機(jī)械手的中央立柱可以回轉(zhuǎn)，臂可以回轉(zhuǎn)、升降、伸縮、采用液壓驅(qū)動(dòng)，控制系統(tǒng)也是示教再現(xiàn)型。雖然這兩種機(jī)械手出現(xiàn)在六十年代初，但都是國(guó)外工業(yè)機(jī)械手發(fā)展的基礎(chǔ)。</p><p>　　1978年美國(guó)Unimate公司和斯坦福大學(xué)、麻省理工學(xué)院聯(lián)合研制一種Unimate-Vic-arm型工業(yè)機(jī)械手，裝有小型電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，用于裝配作業(yè)，定位誤差可小于±1毫米

24、。</p><p>　　美國(guó)還十分注意提高機(jī)械手的可靠性，改進(jìn)結(jié)構(gòu)，降低成本。如Unimate公司建立了8年機(jī)械手試驗(yàn)臺(tái)，進(jìn)行各種性能的試驗(yàn)。準(zhǔn)備把故障前平均時(shí)間（注：故障前平均時(shí)間是指一臺(tái)設(shè)備可靠性的一種量度。它給出在第一次故障前的平均運(yùn)行時(shí)間），由400小時(shí)提高到1500小時(shí)，精度可提高到±0.1毫米。</p><p>　　德國(guó)機(jī)器制造業(yè)是從1970年開始應(yīng)用機(jī)械手，主要用于

25、起重運(yùn)輸、焊接和設(shè)備的上下料等作業(yè)。德國(guó)KnKa公司還生產(chǎn)一種點(diǎn)焊機(jī)械手，采用關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)和程序控制。</p><p>　　瑞士RETAB公司生產(chǎn)一種涂漆機(jī)械手，采用示教方法編制程序。</p><p>　　瑞典安莎公司采用機(jī)械手清理鑄鋁齒輪箱毛刺等。</p><p>　　日本是工業(yè)機(jī)械手發(fā)展最快、應(yīng)用最多的國(guó)家。自1969年從美國(guó)引進(jìn)二種典型機(jī)械手后，大力研究機(jī)械手的

26、研究。據(jù)報(bào)道，1979年從事機(jī)械手的研究工作的大專院校、研究單位多達(dá)50多個(gè)。1976年大學(xué)和國(guó)家研究部門用在機(jī)械手的研究費(fèi)用42%。1979年日本機(jī)械手的產(chǎn)值達(dá)443億日元，產(chǎn)量為14535臺(tái)。其中固定程序和可變程序約占一半，達(dá)222億日元，是1978年的二倍。具有記憶功能的機(jī)械手產(chǎn)值約為67億日元，比1978年增長(zhǎng)50%。智能機(jī)械手約為17億日元，為1978年的6倍。截止1979年，機(jī)械手累計(jì)產(chǎn)量達(dá)56900臺(tái)。在數(shù)量上已占世界首位

27、，約占70%，并以每年50%～60%的速度增長(zhǎng)。使用機(jī)械手最多的是汽車工業(yè)，其次是電機(jī)、電器。預(yù)計(jì)到1990年將有55萬機(jī)器人在工作。</p><p>　　第二代機(jī)械手正在加緊研制。它設(shè)有微型電子計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，具有視覺、觸覺能力，甚至聽、想的能力。研究安裝各種傳感器，把感覺到的信息反饋，使機(jī)械手具有感覺機(jī)能。目前國(guó)外已經(jīng)出現(xiàn)了觸覺和視覺機(jī)械手。</p><p>　　第三代機(jī)械手（機(jī)械人）

28、則能獨(dú)立地完成工作過程中的任務(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(Flexible Manufacturing Cell)中重要一環(huán)。</p><p>　　隨著工業(yè)機(jī)器手（機(jī)械人）研究制造和應(yīng)用的擴(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)開展很多。</p><p&

29、gt;　　1.2 機(jī)械手的主要特點(diǎn)</p><p>　　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)間工作對(duì)人類有害的場(chǎng)所，機(jī)械手不受影響，只要根據(jù)工作環(huán)境進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，選擇適當(dāng)?shù)牟牧虾徒Y(jié)構(gòu)，機(jī)械手就可以在異常高溫或低溫、異常壓力和有害氣體、粉塵、放射線作用下，以及沖壓、滅火等危險(xiǎn)環(huán)境中勝任工作。</p><p>　　2) 機(jī)械手能持久、耐勞，可以把人從繁重單調(diào)的勞動(dòng)中解放出

30、來，并能擴(kuò)大和延伸人的功能。</p><p>　　3）由于機(jī)械手的動(dòng)作準(zhǔn)確，因此可以把穩(wěn)定和提高產(chǎn)品的質(zhì)量，同時(shí)又可避免人為的操作錯(cuò)誤。</p><p>　　4）機(jī)械手通用性，靈活性好，能較好的適應(yīng)產(chǎn)品品種的不斷變化，以滿足柔性生產(chǎn)需求。</p><p>　　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。</p><p>　　1.3對(duì)機(jī)械

31、手的一般需求</p><p>　　機(jī)械工業(yè)中應(yīng)用機(jī)械手的主要目的，一是解決生產(chǎn)過程自動(dòng)化，二是改善勞動(dòng)條件，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和降低成本。因此要求機(jī)械手成本低，品種多樣化，零件、元件系列化、通用化、標(biāo)準(zhǔn)化、性能化、性能穩(wěn)定可靠。</p><p>　　一、降低機(jī)械手的成本</p><p>　　為擴(kuò)大機(jī)械手的使用范圍，必須降低機(jī)械手的成本。</p>

32、<p><b>　　二、品種多樣化</b></p><p>　　為了適應(yīng)不同工作的需要，應(yīng)使機(jī)械手的品種多樣化，用機(jī)械手在更多的情況下代替手工勞動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動(dòng)化，提高勞動(dòng)效率，特別是那些工作比較單一、重復(fù)而且工作環(huán)境惡劣的工況下，更應(yīng)該注意設(shè)計(jì)和使用機(jī)械手。</p><p>　　三、零部件系列化、通用化、標(biāo)準(zhǔn)化</p><

33、p>　　為了加速擴(kuò)大機(jī)械手的應(yīng)用領(lǐng)域，應(yīng)縮短設(shè)計(jì)和制造時(shí)間，從而要求零部件的系列化、通用化、標(biāo)準(zhǔn)化，使得部分件之間具有通用和互換性，并且這些零部件能夠快速地進(jìn)行組合成所需機(jī)器人。</p><p>　　四、要求產(chǎn)品性能穩(wěn)定可靠</p><p>　　機(jī)械手的一個(gè)重要指標(biāo)之一，就是其性能穩(wěn)定可靠，因而就要設(shè)計(jì)合理，制造精確，原件穩(wěn)定。</p><p>　　1.4 機(jī)

34、械手在生產(chǎn)中的應(yīng)用</p><p>　　機(jī)械手是工業(yè)自動(dòng)控制領(lǐng)域中經(jīng)常遇到的一種控制對(duì)象。機(jī)械手可以完成許多工作，如搬物、裝配、切割、噴染等等，應(yīng)用非常廣泛。</p><p>　　在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程中的自動(dòng)化已成為突出的主題。各行各業(yè)的自動(dòng)化水平越來越高，現(xiàn)代化加工車間，常配有機(jī)械手，以提高生產(chǎn)效率，完成工人難以完成的或者危險(xiǎn)的工作?？稍跈C(jī)械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)很大程度上不是連續(xù)的

35、。據(jù)資料介紹，美國(guó)生產(chǎn)的全部工業(yè)零件中，有75%是小批量生產(chǎn)；金屬加工生產(chǎn)批量中有四分之三在50件以下，零件真正在機(jī)床上加工的時(shí)間僅占零件生產(chǎn)時(shí)間的5%。從這里可以看出，裝卸、搬運(yùn)等工序機(jī)械化的迫切性，工業(yè)機(jī)械手就是為實(shí)現(xiàn)這些工序的自動(dòng)化而產(chǎn)生的。目前在我國(guó)機(jī)械手常用于完成的工作有：注塑工業(yè)中從模具中快速抓取制品并將制品傳誦到下一個(gè)生產(chǎn)工序；機(jī)械手加工行業(yè)中用于取料、送料；澆鑄行業(yè)中用于提取高溫熔液等等。本文以能夠?qū)崿F(xiàn)這類工作的搬運(yùn)機(jī)械

36、手為研究對(duì)象。</p><p>　　1.5 機(jī)械手的組成</p><p>　　搬運(yùn)機(jī)械手由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制機(jī)構(gòu)三部分組成</p><p>　　1.5.1 執(zhí)行機(jī)構(gòu)</p><p>　?。?）手部 既直接與工件接觸的部分，一般是回轉(zhuǎn)型或平動(dòng)型（多為回轉(zhuǎn)型，因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單）。手部多為兩指（也有多指）；根據(jù)需要分為外抓式和內(nèi)抓式兩種；也可以用

37、負(fù)壓式或真空式的空氣吸盤（主要用于吸冷的，光滑表面的零件或薄板零件）和電磁吸盤。</p><p>　　傳力機(jī)構(gòu)形式教多，常用的有：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。</p><p>　　（2） 腕部 是連接手部和臂部的部件，并可用來調(diào)節(jié)被抓物體的方位，以擴(kuò)大機(jī)械手的動(dòng)作范圍，并使機(jī)械手變的更靈巧，適應(yīng)性更強(qiáng)。手腕有獨(dú)立的自由度。有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、上下擺動(dòng)

38、、左右擺動(dòng)。一般腕部設(shè)有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)再增加一個(gè)上下擺動(dòng)即可滿足工作要求，有些動(dòng)作較為簡(jiǎn)單的專用機(jī)械手，為了簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，可以不設(shè)腕部，而直接用臂部運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)手部搬運(yùn)工件。</p><p>　　目前，應(yīng)用最為廣泛的手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)為回轉(zhuǎn)液壓（氣）缸，它的結(jié)構(gòu)緊湊，靈巧但回轉(zhuǎn)角度?。ㄒ话阈∮?2700）,并且要求嚴(yán)格密封，否則就難保證穩(wěn)定的輸出扭距。因此在要求較大回轉(zhuǎn)角的情況下，采用齒條傳動(dòng)或鏈輪以及輪系結(jié)構(gòu)。</p&g

39、t;<p>　?。?）臂部 手臂部件是機(jī)械手的重要握持部件。它的作用是支撐腕部和手部（包括工作或夾具），并帶動(dòng)他們做空間運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　臂部運(yùn)動(dòng)的目的：把手部送到空間運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)任意一點(diǎn)。如果改變手部的姿態(tài)（方位），則用腕部的自由度加以實(shí)現(xiàn)。因此，一般來說臂部具有三個(gè)自由度才能滿足基本要求，即手臂的伸縮、左右旋轉(zhuǎn)、升降（或俯仰）運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　手臂的各

40、種運(yùn)動(dòng)通常用驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)（如液壓缸或者氣缸）和各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，從臂部的受力情況分析，它在工作中既受腕部、手部和工件的靜、動(dòng)載荷，而且自身運(yùn)動(dòng)較為多，受力復(fù)雜。因此，它的結(jié)構(gòu)、工作范圍、靈活性以及抓重大小和定位精度直接影響機(jī)械手的工作性能。</p><p>　?。?） 行走機(jī)構(gòu) 有的工業(yè)機(jī)械手帶有行走機(jī)構(gòu)，我國(guó)的正處于仿真階段。</p><p>　　1.5.2 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)</p>

41、<p>　　驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是工業(yè)機(jī)械手的重要組成部分。根據(jù)動(dòng)力源的不同, 工業(yè)機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)大致可分為液壓、氣動(dòng)、電動(dòng)和機(jī)械驅(qū)動(dòng)等四類。采用液壓機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)機(jī)械手,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸緊湊、重量輕、控制方便。</p><p>　　1.5.3 控制機(jī)構(gòu)</p><p>　　在機(jī)械手的控制上，有點(diǎn)動(dòng)控制和連續(xù)控制兩種方式。大多數(shù)用插銷板進(jìn)行點(diǎn)位控制，也有采用可編程序控制器控制、微型計(jì)算機(jī)控制，采

42、用凸輪、磁盤磁帶、穿孔卡等記錄程序。主要控制的是坐標(biāo)位置，并注意其加速度特性。</p><p>　　1.6機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　(1)工業(yè)機(jī)器人性能不斷提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修)，而單機(jī)價(jià)格不斷下降，平均單機(jī)價(jià)格從91年的10.3萬美元降至97年的6.5萬美元。</p><p>　　(2)機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展。例如關(guān)節(jié)

43、模塊中的伺服電機(jī)、減速機(jī)、檢測(cè)系統(tǒng)三位一體化:由關(guān)節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造機(jī)器人整機(jī);國(guó)外已有模塊化裝配機(jī)器人產(chǎn)品問市。</p><p>　　(3)工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)向基于PC機(jī)的開放型控制器方向發(fā)展，便于標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化;器件集成度提高，控制柜日見小巧，且采用模塊化結(jié)構(gòu):大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。</p><p>　　(4)機(jī)器人中的傳感器作用日益重要，除采用傳統(tǒng)的

44、位置、速度、加速度等傳感器外，裝配、焊接機(jī)器人還應(yīng)用了視覺、力覺等傳感器，而遙控機(jī)器人則采用視覺、聲覺、力覺、觸覺等多傳感器的融合技術(shù)來進(jìn)行環(huán)境建模及決策控制多傳感器融合配置技術(shù)在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟應(yīng)用。</p><p>　　(5)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在機(jī)器人中的作用已從仿真、預(yù)演發(fā)展到用于過程控制如使遙控機(jī)器人操作者產(chǎn)生置身于遠(yuǎn)端作業(yè)環(huán)境中的感覺來操縱機(jī)器人。</p><p>　　(6)當(dāng)代遙

45、控機(jī)器人系統(tǒng)的發(fā)展特點(diǎn)不是追求全自治系統(tǒng)，而是致力于操作者與機(jī)器人的人機(jī)交互控制，即遙控加局部自主系統(tǒng)構(gòu)成完整的監(jiān)控遙控操作系統(tǒng)，使智能機(jī)器人走出實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入實(shí)用化階段。美國(guó)發(fā)射到火星上的“索杰納”機(jī)器人就是這種系統(tǒng)成功應(yīng)用的最著名實(shí)例。</p><p>　　(7)機(jī)器人化機(jī)械開始興起。從94年美國(guó)開發(fā)出“虛擬軸機(jī)床”以來，這種新型裝置已成為國(guó)際研究的熱點(diǎn)之一，紛紛探索開拓其實(shí)際應(yīng)用的領(lǐng)域。我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人從80年

46、代“七五”科技攻關(guān)開始起步，在國(guó)家的支持下，通過“七五”、“八五”科技攻關(guān)，目前己基本掌握了機(jī)器人操作機(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，開發(fā)出噴漆、弧焊、點(diǎn)焊、裝配、搬運(yùn)等機(jī)器人;其中有130多臺(tái)套噴漆機(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，弧焊機(jī)器人己應(yīng)用在汽車制造廠的焊裝線上。但總的來看，我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國(guó)外比還有一定的距

47、離，如:可靠性低于國(guó)外產(chǎn)品:機(jī)器人應(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;在應(yīng)用規(guī)模上，我國(guó)己安裝的國(guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人約200臺(tái)，約占全球已安裝臺(tái)數(shù)的萬分之四。以上原因主要是沒有形成機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，當(dāng)前我國(guó)的機(jī)器人生產(chǎn)都是應(yīng)用戶的要求，“一客戶，一次重新設(shè)計(jì)”，品種規(guī)格多、批量小、零部件通用化程度低、供貨周期長(zhǎng)、成本也不低，而且質(zhì)量、可靠性不穩(wěn)定。因此迫切需要解決產(chǎn)業(yè)化前期的關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)</p><p&g

48、t;　　二 、搬運(yùn)機(jī)械手的總體設(shè)計(jì)方案</p><p>　　2.1 機(jī)械手基本形式的選擇</p><p>　　常見的工業(yè)機(jī)械手根據(jù)手臂的動(dòng)作形態(tài),按坐標(biāo)形式大致可以分為4種:(1)直角坐標(biāo)型機(jī)械手;(2)圓柱坐標(biāo)型機(jī)械手;(3)球坐標(biāo)(極坐標(biāo))型機(jī)械手;(4)多關(guān)節(jié)型機(jī)機(jī)械手。其中圓柱坐標(biāo)型機(jī)械手結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊,定位精度較高,占地面積小，因此本設(shè)計(jì)采用圓柱坐標(biāo)型圖。</p>&

49、lt;p>　　2.2 機(jī)械手的主要部件及運(yùn)動(dòng)</p><p>　　在圓柱坐在圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手的基本方案選定后，根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，為了滿足設(shè)計(jì)要求，本設(shè)計(jì)關(guān)于機(jī)械手具有5個(gè)自由度既：手抓張合；手部回轉(zhuǎn)；手臂伸縮；手臂回轉(zhuǎn)；手臂升降5個(gè)主要運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　本設(shè)計(jì)機(jī)械手主要由4個(gè)大部件和5個(gè)液壓缸組成：（1）手部，采用一個(gè)直線液壓缸，通過機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)手抓的張合。（2）腕部，采用一個(gè)

50、回轉(zhuǎn)液壓缸實(shí)現(xiàn)手部回轉(zhuǎn)（3）臂部，采用直線缸來實(shí)現(xiàn)手臂平動(dòng)1.2m。（4）機(jī)身，采用一個(gè)直線缸和一個(gè)回轉(zhuǎn)缸來實(shí)現(xiàn)手臂升降和回轉(zhuǎn)。</p><p>　　2.3 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇</p><p>　　驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是工業(yè)機(jī)械手的重要組成部分, 工業(yè)機(jī)械手的性能價(jià)格比在很大程度上取決于驅(qū)動(dòng)方案及其裝置。根據(jù)動(dòng)力源的不同, 工業(yè)機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)大致可分為液壓、氣動(dòng)、電動(dòng)和機(jī)械驅(qū)動(dòng)等四類。采用液壓機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)機(jī)

51、械手,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸緊湊、重量輕、控制方便，驅(qū)動(dòng)力大等優(yōu)點(diǎn)。因此，機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方案選擇液壓驅(qū)動(dòng)。</p><p>　　2.4 機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)列表</p><p>　　一、用途：搬運(yùn) - 用于車間搬運(yùn)</p><p><b>　　二、設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù):</b></p><p>　　1、抓重:60Kg (夾持式手部)</

52、p><p>　　2、自由度數(shù):5個(gè)自由度</p><p>　　3、坐標(biāo)型式:圓柱坐標(biāo)</p><p>　　4、最大工作半徑: 1600mm</p><p>　　5、手臂最大中心高:1248mm</p><p><b>　　6、手臂運(yùn)動(dòng)參數(shù)</b></p><p>　　伸縮行程

53、：1200mm</p><p>　　伸縮速度：83mm/s</p><p>　　升降行程：300mm</p><p>　　升降速度：67mm/s</p><p>　　回轉(zhuǎn)范圍: 0°-- 180° </p><p><b>　　7、手腕運(yùn)動(dòng)參數(shù)</b></p>&

54、lt;p>　　回轉(zhuǎn)范圍: 0°-- 180°</p><p>　　三 、手部的設(shè)計(jì)計(jì)算 </p><p>　　3.1 手部設(shè)計(jì)基本要求</p><p>　?。?） 應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膴A緊力和驅(qū)動(dòng)力。應(yīng)當(dāng)考慮到在一定的夾緊力下，不同的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)所需的驅(qū)動(dòng)力大小是不同的。</p><p>　?。?） 手指應(yīng)具有一定的張開范圍，手

55、指應(yīng)該具有足夠的開閉角度（手指從張開到閉合繞支點(diǎn)所轉(zhuǎn)過的角度），以便于抓取工件。</p><p>　?。?） 要求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、效率高，在保證本身剛度、強(qiáng)度的前提下，盡可能使結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕，以利于減輕手臂的負(fù)載。</p><p>　?。?） 應(yīng)保證手抓的夾持精度。</p><p>　　3.2 典型的手部結(jié)構(gòu)</p><p>　　（1）

56、回轉(zhuǎn)型 包括滑槽杠桿式和連桿杠桿式兩種。</p><p>　?。?） 移動(dòng)型 移動(dòng)型即兩手指相對(duì)支座作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。</p><p><b>　?。?）平面平移型。</b></p><p>　　3.3 機(jī)械手手抓的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　3.3.1 選擇手抓的類型及夾緊裝置</p><p>

57、;　　本設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)平動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手的設(shè)計(jì)，考慮到所要達(dá)到的原始參數(shù)：手抓張合角=，夾取重量為60Kg。常用的工業(yè)機(jī)械手手部,按握持工件的原理,分為夾持和吸附兩大類。吸附式常用于抓取工件表面平整、面積較大的板狀物體,不適合用于本方案。本設(shè)計(jì)機(jī)械手采用夾持式手指,夾持式機(jī)械手按運(yùn)動(dòng)形式可分為回轉(zhuǎn)型和平移型。</p><p>　　平移型手指的張開閉合靠手指的平行移動(dòng),這種手指結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單, 適于夾持平板方料, 且工件徑向尺寸

58、的變化不影響其軸心的位置, 其理論夾持誤差零。若采用典型的平移型手指, 驅(qū)動(dòng)力需加在手指移動(dòng)方向上,這樣會(huì)使結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜且體積龐大。顯然是不合適的，因此不選擇這種類型。</p><p>　　通過綜合考慮，本設(shè)計(jì)選擇二指回轉(zhuǎn)型手抓，采用滑槽杠桿這種結(jié)構(gòu)方式。夾緊裝置選擇常開式夾緊裝置，它在彈簧的作用下機(jī)械手手抓閉和，在壓力油作用下，彈簧被壓縮，從而機(jī)械手手指張開。</p><p>　　3.3

59、.2 手抓的力學(xué)分析</p><p>　　下面對(duì)其基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)分析：滑槽杠桿 圖3.1（a）為常見的滑槽杠桿式手部結(jié)構(gòu)。</p><p>　　(a) (b)</p><p>　　圖3.1 滑槽杠桿式手部結(jié)構(gòu)、受力分析</p><p>　　1——手指 2——銷軸 3——杠桿<

60、/p><p>　　在杠桿3的作用下，銷軸2向上的拉力為F，并通過銷軸中心O點(diǎn)，兩手指1的滑槽對(duì)銷軸的反作用力為F1和F2，其力的方向垂直于滑槽的中心線和并指向點(diǎn)，交和的延長(zhǎng)線于A及B。</p><p>　　由=0 得 </p><p><b>　　=0 得</b></p>

61、<p><b>　　由=0 得h</b></p><p>　　F= （3.1）</p><p>　　式中 a——手指的回轉(zhuǎn)支點(diǎn)到對(duì)稱中心的距離（mm）.</p><p>　　——工件被夾緊時(shí)手指的滑槽方向與兩回轉(zhuǎn)支點(diǎn)的夾角。</p>&l

62、t;p>　　由分析可知，當(dāng)驅(qū)動(dòng)力一定時(shí)，角增大，則握力也隨之增大，但角過大會(huì)導(dǎo)致拉桿行程過大，以及手部結(jié)構(gòu)增大，因此最好=。</p><p>　　3.3.3 夾緊力及驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算</p><p>　　手指加在工件上的夾緊力，是設(shè)計(jì)手部的主要依據(jù)。必須對(duì)大小、方向和作用點(diǎn)進(jìn)行分析計(jì)算。一般來說，需要克服工件重力所產(chǎn)生的靜載荷以及工件運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化的慣性力產(chǎn)生的載荷，以便工件保持可靠的夾緊

63、狀態(tài)。</p><p>　　手指對(duì)工件的夾緊力可按公式計(jì)算： （3.2）</p><p>　　式中 ——安全系數(shù)，通常1.22.0；</p><p>　　——工作情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響。可近似按下式估其中a，重力方向的最大上升加速度；</p><p>　　——運(yùn)載時(shí)工件最大上升速度&l

64、t;/p><p>　　——系統(tǒng)達(dá)到最高速度的時(shí)間，一般選取0.030.5s</p><p>　　——方位系數(shù)，根據(jù)手指與工件位置不同進(jìn)行選擇。</p><p>　　G——被抓取工件所受重力（N）。</p><p>　　表3-1 液壓缸的工作壓力</p><p>　　計(jì)算：設(shè)a=100mm,b=50mm,<<;機(jī)

65、械手達(dá)到最高響應(yīng)時(shí)間為0.5s，求夾緊力和驅(qū)動(dòng)力和 驅(qū)動(dòng)液壓缸的尺寸。</p><p><b>　　設(shè) </b></p><p><b>　　==1.02</b></p><p>　　根據(jù)公式，將已知條件帶入：</p><p><b>　　=1.5</b></p>

66、<p>　?。?）根據(jù)驅(qū)動(dòng)力公式得：</p><p><b>　　=1378N</b></p><p><b>　?。?）取</b></p><p>　?。?）確定液壓缸的直徑D</p><p>　　選取活塞桿直徑d=0.5D,選擇液壓缸壓力油工作壓力P=0.81MPa,</p&g

67、t;<p>　　根據(jù)表4.1（JB826-66），選取液壓缸內(nèi)徑為：D=63mm</p><p><b>　　則活塞桿內(nèi)徑為:</b></p><p>　　D=630.5=31.5mm，選取d=32mm</p><p>　　3.3.4 手抓夾持范圍計(jì)算</p><p>　　為了保證手抓張開角為，活塞桿運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)

68、度為34mm。手抓夾持范圍，手指長(zhǎng)100mm,當(dāng)手抓沒有張開角的時(shí)候，如圖3.2（a）所示，根據(jù)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，它的最小夾持半徑，當(dāng)張開時(shí)，如圖3.2（b）所示，最大夾持半徑計(jì)算如下：</p><p><b>　　機(jī)械手的夾持半徑從</b></p><p>　　3.4 機(jī)械手手抓夾持精度的分析計(jì)算</p><p>　　機(jī)械手的精度設(shè)計(jì)要求工件定位準(zhǔn)確

69、,抓取精度高,重復(fù)定位精度和運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性好,并有足夠的抓取能。</p><p>　　機(jī)械手能否準(zhǔn)確夾持工件，把工件送到指定位置，不僅取決于機(jī)械手的定位精度（由臂</p><p>　　部和腕部等動(dòng)部件來決定），而且也于機(jī)械手夾持誤差大小有關(guān)。特別是在多品種的中、小</p><p>　　批量生產(chǎn)中，為了適應(yīng)工件尺寸在一定范圍內(nèi)變化，一定進(jìn)行機(jī)械手的夾持誤差。</p&

70、gt;<p>　　圖3.3 手抓夾持誤差分析示意圖</p><p>　　該設(shè)計(jì)以棒料來分析機(jī)械手的夾持誤差精度。</p><p>　　機(jī)械手的夾持范圍為80mm180mm。</p><p>　　一般夾持誤差不超過1mm,分析如下：</p><p><b>　　工件的平均半徑：</b></p>

71、<p><b>　　手指長(zhǎng),取V型夾角</b></p><p>　　偏轉(zhuǎn)角按最佳偏轉(zhuǎn)角確定：</p><p><b>　　計(jì)算 </b></p><p><b>　　當(dāng)S時(shí)帶入有：</b></p><p>　　夾持誤差滿足設(shè)計(jì)要求。</p><

72、p>　　3.5 彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　選擇彈簧是壓縮條件，選擇圓柱壓縮彈簧。如圖3.4所示，計(jì)算如下。</p><p>　　圖3.4 圓柱螺旋彈簧的幾何參數(shù)</p><p>　　(1).選擇硅錳彈簧鋼，查取許用切應(yīng)力</p><p>　　(2).選擇旋繞比C=8，則</p><p><b>

73、;　　（3.3）</b></p><p>　　(3).根據(jù)安裝空間選擇彈簧中徑D=42mm，估算彈簧絲直徑</p><p>　　(4).試算彈簧絲直徑 （3.4）</p><p>　　(5). 根據(jù)變形情況確定彈簧圈的有效圈數(shù)：</p><p><b&

74、gt;　?。?.5）</b></p><p>　　選擇標(biāo)準(zhǔn)為，彈簧的總?cè)?shù)圈</p><p>　　(6).最后確定，，，</p><p>　　(7).對(duì)于壓縮彈簧穩(wěn)定性的驗(yàn)算</p><p>　　對(duì)于壓縮彈簧如果長(zhǎng)度較大時(shí)，則受力后容易失去穩(wěn)定性，這在工作中是不允許的。為了避免這種現(xiàn)象壓縮彈簧的長(zhǎng)細(xì)比，本設(shè)計(jì)彈簧是2端自由，根據(jù)下

75、列選?。?</p><p>　　當(dāng)兩端固定時(shí)，,當(dāng)一端固定；一端自由時(shí)，；當(dāng)兩端自由轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，。</p><p>　　結(jié)論本設(shè)計(jì)彈簧，因此彈簧穩(wěn)定性合適。</p><p>　　(8).疲勞強(qiáng)度和應(yīng)力強(qiáng)度的驗(yàn)算。</p><p>　　對(duì)于循環(huán)次數(shù)多、在變應(yīng)力下工作的彈簧，還應(yīng)該進(jìn)一步對(duì)彈簧的疲勞強(qiáng)度和靜應(yīng)力強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)算（如果變載荷的作用次數(shù)，或者

76、載荷變化幅度不大時(shí)，可只進(jìn)行靜應(yīng)力強(qiáng)度驗(yàn)算）。</p><p>　　現(xiàn)在由于本設(shè)計(jì)是在恒定載荷情況下，所以只進(jìn)行靜應(yīng)力強(qiáng)度驗(yàn)算。計(jì)算公式： （3.6）</p><p>　　選取1.31.7（力學(xué)性精確能高）

77、 （3.7）</p><p>　　結(jié)論：經(jīng)過校核，彈簧適應(yīng)。</p><p>　　四、 腕部的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　4.1 腕部設(shè)計(jì)的基本要求</p><p>　?。?） 力求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕</p><p>　　腕部處于手臂的最前端，它連同手部的靜、動(dòng)載荷均由臂部承擔(dān)。顯然，腕部的結(jié)構(gòu)、重量和動(dòng)力

78、載荷，直接影響著臂部的結(jié)構(gòu)、重量和運(yùn)轉(zhuǎn)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。</p><p>　?。?）結(jié)構(gòu)考慮，合理布局</p><p>　　腕部作為機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，又承擔(dān)連接和支撐作用，除保證力和運(yùn)動(dòng)的要求外，要有足夠的強(qiáng)度、剛度外，還應(yīng)綜合考慮，合理布局，解決好腕部與臂部和手部的連接。</p><p>　?。?） 必須考慮工作條件</p&

79、gt;<p>　　對(duì)于本設(shè)計(jì)，機(jī)械手的工作條件是在工作場(chǎng)合中搬運(yùn)加工的棒料，因此不太受環(huán)境影響，沒有處在高溫和腐蝕性的工作介質(zhì)中，所以對(duì)機(jī)械手的腕部沒有太多不利因素。</p><p>　　4.2 腕部的結(jié)構(gòu)以及選擇</p><p>　　4.2.1 典型的腕部結(jié)構(gòu)</p><p>　　(1) 具有一個(gè)自由度的回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu)。它具有結(jié)構(gòu)緊湊、靈活等優(yōu)點(diǎn)

80、而被廣腕部回轉(zhuǎn)，總力矩M，需要克服以下幾種阻力：克服啟動(dòng)慣性所用?；剞D(zhuǎn)角由動(dòng)片和靜片之間允許回轉(zhuǎn)的角度來決定（一般小于）。</p><p>　　(2) 齒條活塞驅(qū)動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu)。在要求回轉(zhuǎn)角大于的情況下，可采用齒條活塞驅(qū)動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)外形尺寸較大，一般適用于懸掛式臂部。</p><p>　　(3) 具有兩個(gè)自由度的回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu)。它使腕部具有水平和垂直轉(zhuǎn)動(dòng)的兩個(gè)自由度。</

81、p><p>　　(4) 機(jī)-液結(jié)合的腕部結(jié)構(gòu)。</p><p>　　4.2.2 腕部結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇</p><p>　　本設(shè)計(jì)要求手腕回轉(zhuǎn)，綜合以上的分析考慮到各種因素，腕部結(jié)構(gòu)選擇具有一個(gè)自由度的回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)腕部結(jié)構(gòu)，采用液壓驅(qū)動(dòng)。</p><p>　　4.3 腕部的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　4.3.1 腕部設(shè)計(jì)考

82、慮的參數(shù)</p><p>　　夾取工件重量60Kg，回轉(zhuǎn)</p><p>　　4.3.2 腕部的驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算</p><p>　　腕部的驅(qū)動(dòng)力矩需要的力矩。</p><p>　　腕部回轉(zhuǎn)支撐處的摩擦力矩。</p><p>　　夾取棒料直徑100mm，長(zhǎng)度1000mm，重量60Kg，當(dāng)手部回轉(zhuǎn)時(shí)，計(jì)算 力矩：</p

83、><p>　?。?） 手抓、手抓驅(qū)動(dòng)液壓缸及回轉(zhuǎn)液壓缸轉(zhuǎn)動(dòng)件等效為一個(gè)圓柱體，高為220mm，直徑120mm，其重力估算G=3.14</p><p><b>　　擦力矩。</b></p><p>　　啟動(dòng)過程所轉(zhuǎn)過的角度=0.314rad，等速轉(zhuǎn)動(dòng)角速度。</p><p><b>　　（4.1）</b>

84、</p><p>　　查取轉(zhuǎn)動(dòng)慣量公式有：</p><p><b>　　代入： </b></p><p>　　4.3.3 腕部驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算</p><p>　　表4-1 液壓缸的內(nèi)徑系列（JB826-66） （mm）</p><p>　　設(shè)定腕部的部分尺寸：根據(jù)表4-1設(shè)

85、缸體內(nèi)空半徑R=110mm，外徑根據(jù)表3-2選擇121mm,這個(gè)是液壓缸壁最小厚度，考慮到實(shí)際裝配問題后，其外徑為226mm；動(dòng)片寬度b=66mm,輸出軸r=22.5mm.基本尺寸示如圖4.1所示。則回轉(zhuǎn)缸工作壓力，選擇8Mpa</p><p>　　圖4.1 腕部液壓缸剖截面結(jié)構(gòu)示意</p><p>　　表4.2 標(biāo)準(zhǔn)液壓缸外徑（JB1068-67） （mm）<

86、/p><p>　　4.3.4 液壓缸蓋螺釘?shù)挠?jì)算</p><p>　　圖4.2 缸蓋螺釘間距示意</p><p>　　表4.3 螺釘間距t與壓力P之間的關(guān)系</p><p>　　缸蓋螺釘?shù)挠?jì)算，如圖4.2所示，t為螺釘?shù)拈g距，間距跟工作壓強(qiáng)有關(guān)，見表4.3，在這種聯(lián)結(jié)中，每個(gè)螺釘在危險(xiǎn)剖面上承受的拉力</p><p>&l

87、t;b>　　（4.2）</b></p><p><b>　　計(jì)算：</b></p><p>　　液壓缸工作壓強(qiáng)為P=8Mpa,所以螺釘間距t小于80mm,試選擇8個(gè)螺釘，，所以選擇螺釘數(shù)目合適Z=8個(gè) </p><p><b>　　危險(xiǎn)截面</b></p><p><b>

88、;　　(4.3)</b></p><p>　　所以 =11863.3+10545=19772N</p><p>　　螺釘材料選擇Q235，（）</p><p>　　螺釘?shù)闹睆?（4.4）</p><p>　　螺釘?shù)闹睆竭x擇d=16mm.&l

89、t;/p><p>　　4.3.5 動(dòng)片和輸出軸間的連接螺釘</p><p>　　動(dòng)片和輸出軸間的連接螺釘</p><p>　　動(dòng)片和輸出軸之間的連接結(jié)構(gòu)見上圖。連接螺釘一般為偶數(shù)，對(duì)稱安裝，并用兩個(gè)定位銷定位。連接螺釘?shù)淖饔茫菏箘?dòng)片和輸出軸之間的配合緊密。 </p><p>　　于是得

90、 (4.5)</p><p><b>　　D——?jiǎng)悠耐鈴剑?lt;/b></p><p>　　f——被連接件配合面間的摩擦系數(shù)，剛對(duì)銅取f=0.15</p><p>　　螺釘?shù)膹?qiáng)度條件為 </p><p><b>　　(4.6)</b></p>&l

91、t;p>　　或 (4.7)</p><p><b>　　帶入有關(guān)數(shù)據(jù)，得</b></p><p>　　螺釘材料選擇Q235，則（）</p><p><b>　　螺釘?shù)闹睆?</b></p>

92、<p>　　螺釘?shù)闹睆竭x擇d=12mm.選擇M12的開槽盤頭螺釘。</p><p>　　五、 臂部的設(shè)計(jì)及有關(guān)計(jì)算</p><p>　　手臂部件是機(jī)械手的主要握持部件。它的作用是支撐腕部和手部（包括工件或工具），并帶動(dòng)它們作空間運(yùn)動(dòng)。手臂運(yùn)動(dòng)應(yīng)該包括3個(gè)運(yùn)動(dòng)：伸縮、回轉(zhuǎn)和升降。本章敘述手臂的伸縮運(yùn)動(dòng)，手臂的回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動(dòng)設(shè)置在機(jī)身處，將在下一章敘述。</p>&l

93、t;p>　　臂部運(yùn)動(dòng)的目的：把手部送到空間運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)任意一點(diǎn)。如果改變手部的姿態(tài)（方位），則用腕部的自由度加以實(shí)現(xiàn)。因此，一般來說臂部應(yīng)該具備3個(gè)自由度才能滿足基本要求，既手臂伸縮、左右回轉(zhuǎn)、和升降運(yùn)動(dòng)。手臂的各種運(yùn)動(dòng)通常用驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，從臂部的受力情況分析，它在工作中即直接承受腕部、手部、和工件的靜、動(dòng)載荷，而且自身運(yùn)動(dòng)較多。因此，它的結(jié)構(gòu)、工作范圍、靈活性等直接影響到機(jī)械手的工作性能。</p>&

94、lt;p>　　5.1 臂部設(shè)計(jì)的基本要求</p><p>　　一、 臂部應(yīng)承載能力大、剛度好、自重輕</p><p>　　根據(jù)受力情況，合理選擇截面形狀和輪廓尺寸。</p><p>　　提高支撐剛度和合理選擇支撐點(diǎn)的距離。</p><p>　　合理布置作用力的位置和方向。</p><p><b>　　注

95、意簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)。</b></p><p><b>　　提高配合精度。</b></p><p>　　二、 臂部運(yùn)動(dòng)速度要高，慣性要小</p><p>　　機(jī)械手手部的運(yùn)動(dòng)速度是機(jī)械手的主要參數(shù)之一，它反映機(jī)械手的生產(chǎn)水平。對(duì)于高速度運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手，其最大移動(dòng)速度設(shè)計(jì)在,最大回轉(zhuǎn)角速度設(shè)計(jì)在內(nèi)，大部分平均移動(dòng)速度為，平均回轉(zhuǎn)角速度在。在速度和

96、回轉(zhuǎn)角速度一定的情況下，減小自身重量是減小慣性的最有效，最直接的辦法，因此，機(jī)械手臂部要盡可能的輕。減少慣量具體有3個(gè)途徑：</p><p>　　減少手臂運(yùn)動(dòng)件的重量，采用鋁合金材料。</p><p>　　減少臂部運(yùn)動(dòng)件的輪廓尺寸。</p><p>　　減少回轉(zhuǎn)半徑，再安排機(jī)械手動(dòng)作順序時(shí)，先縮后回轉(zhuǎn)（或先回轉(zhuǎn)后伸縮），盡可能在較小的前伸位置下進(jìn)行回轉(zhuǎn)動(dòng)作。<

97、/p><p>　　驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中設(shè)有緩沖裝置。</p><p>　　三、手臂動(dòng)作應(yīng)該靈活</p><p>　　為減少手臂運(yùn)動(dòng)之間的摩擦阻力，盡可能用滾動(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)向件和定位件布置合理，使手臂運(yùn)動(dòng)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)生機(jī)構(gòu)卡死（自鎖現(xiàn)象）。為此，必須計(jì)算使之滿足不自鎖的條件。</p>&

98、lt;p>　　總結(jié)：以上要求是相互制約的，應(yīng)該綜合考慮這些問題，只有這樣，才能設(shè)計(jì)出完美的、性能良好的機(jī)械手。</p><p>　　5.2 手臂的典型機(jī)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)的選擇</p><p>　　5.2.1 手臂的典型運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)</p><p>　　常見的手臂伸縮機(jī)構(gòu)有以下幾種：</p><p>　　雙導(dǎo)桿手臂伸縮機(jī)構(gòu)。</p>

99、<p>　　手臂的典型運(yùn)動(dòng)形式有：直線運(yùn)動(dòng)，如手臂的伸縮，升降和橫向移動(dòng)；回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，如手臂的左右擺動(dòng)，上下擺動(dòng)；符合運(yùn)動(dòng)，如直線運(yùn)動(dòng)和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)組合，兩直線運(yùn)動(dòng)的雙層液壓缸空心結(jié)構(gòu)。</p><p>　　雙活塞桿液壓崗結(jié)構(gòu)。</p><p>　　活塞桿和齒輪齒條機(jī)構(gòu)。</p><p>　　5.2.2 手臂運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇</p><p>

100、;　　通過以上，綜合考慮，本設(shè)計(jì)選擇雙導(dǎo)桿伸縮機(jī)構(gòu)，使用液壓驅(qū)動(dòng),液壓缸選取雙作用液壓缸。</p><p>　　5.3 手臂直線運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力計(jì)算</p><p>　　先進(jìn)行粗略的估算，或類比同類結(jié)構(gòu)，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，再進(jìn)行校核計(jì)算，修正設(shè)計(jì)。如此反復(fù)，繪出最終的結(jié)構(gòu)。</p><p>　　做水平伸縮直線運(yùn)動(dòng)的液壓缸的驅(qū)動(dòng)力根據(jù)液壓缸運(yùn)動(dòng)時(shí)所克

101、服的摩擦、慣性等幾個(gè)方面的阻力，來確定來確定液壓缸所需要的驅(qū)動(dòng)力。液壓缸活塞的驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算。</p><p>　　5.3.1 手臂摩擦力的分析與計(jì)算</p><p><b>　　分析：</b></p><p>　　摩擦力的計(jì)算 不同的配置和不同的導(dǎo)向截面形狀，其摩擦阻力是不同的，要根據(jù)具體情況進(jìn)行估算。上圖是機(jī)械手的手臂示意圖，本設(shè)計(jì)是雙導(dǎo)向桿

102、，導(dǎo)向桿對(duì)稱配置在伸縮崗兩側(cè)。</p><p>　　圖 5.1 機(jī)械手臂部受力示意</p><p><b>　　計(jì)算如下：</b></p><p>　　由于導(dǎo)向桿對(duì)稱配置，兩導(dǎo)向桿受力均衡，可按一個(gè)導(dǎo)向桿計(jì)算。</p><p>　　得 </p>&

103、lt;p>　　得 </p><p><b>　　(5.2)</b></p><p>　　式中 參與運(yùn)動(dòng)的零部件所受的總重力（含工件）（N）；</p><p>　　L——手臂與運(yùn)動(dòng)的零部件的總重量的重心到導(dǎo)向支撐的前端的距離（m）,參考上一節(jié)的計(jì)算;</p><p

104、>　　a——導(dǎo)向支撐的長(zhǎng)度（m）;</p><p>　　——當(dāng)量摩擦系數(shù)，其值與導(dǎo)向支撐的截面有關(guān)。</p><p><b>　　對(duì)于圓柱面：</b></p><p>　　——摩擦系數(shù)，對(duì)于靜摩擦且無潤(rùn)滑時(shí)：</p><p><b>　　鋼對(duì)青銅：取</b></p><p&

105、gt;<b>　　鋼對(duì)鑄鐵：取</b></p><p><b>　　計(jì)算：</b></p><p>　　導(dǎo)向桿的材料選擇鋼，導(dǎo)向支撐選擇鑄鐵 ，，L=1.69-0.028=1.41m,導(dǎo)向支撐a設(shè)計(jì)為0.016m</p><p>　　將有關(guān)數(shù)據(jù)代入進(jìn)行計(jì)算</p><p>　　5.3.2 手臂慣性

106、力的計(jì)算</p><p>　　本設(shè)計(jì)要求手臂平動(dòng)是V=,在計(jì)算慣性力的時(shí)候,設(shè)置啟動(dòng)時(shí)間，啟動(dòng)速度V=V=,</p><p><b>　　(5.3)</b></p><p>　　5.3.3 密封裝置的摩擦阻力</p><p>　　不同的密封圈其摩擦阻力不同，在手臂設(shè)計(jì)中，采用O型密封，當(dāng)液壓缸工作壓力小于10Mpa。液壓

107、缸處密封的總摩擦阻力可以近似為：。</p><p>　　經(jīng)過以上分析計(jì)算最后計(jì)算出液壓缸的驅(qū)動(dòng)力：</p><p>　　5.4 液壓缸工作壓力和結(jié)構(gòu)的確定</p><p>　　經(jīng)過上面的計(jì)算，確定了液壓缸的驅(qū)動(dòng)力F=6210N，根據(jù)表3.1選擇液壓缸的工作壓力P=2MPa</p><p>　　確定液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸：</p>&l

108、t;p>　　液壓缸內(nèi)徑的計(jì)算，如圖5.2所示</p><p>　　圖5.2 雙作用液壓缸示意圖</p><p><b>　　當(dāng)油進(jìn)入無桿腔，</b></p><p>　　當(dāng)油進(jìn)入有桿腔中， </p><p><b>　　液壓缸的有效面積：</b></p><p>

109、;　　故有 （無桿腔） (5.4)</p><p>　?。ㄓ袟U腔） (5.5)</p><p>　　F=6210N，=，選擇機(jī)械效率</p><p><b>　　將有關(guān)數(shù)據(jù)代入：</b></p><p>　　根據(jù)表4-1（JB826

110、-66），選擇標(biāo)準(zhǔn)液壓缸內(nèi)徑系列，選擇D=65mm.</p><p><b>　　液壓缸外徑的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　根據(jù)裝配等因素，考慮到液壓缸的臂厚在7mm，所以該液壓缸的外徑為79mm.</p><p><b>　　活塞桿的計(jì)算校核</b></p><p>　　活塞桿的尺寸要滿足活塞

111、（或液壓缸）運(yùn)動(dòng)的要求和強(qiáng)度要求。對(duì)于桿長(zhǎng)L大于直徑d的15倍以上，按拉、壓強(qiáng)度計(jì)算：</p><p><b>　　(5.6)</b></p><p>　　設(shè)計(jì)中活塞桿取材料為碳剛，故，活塞直徑d=20mm,L=1360mm,現(xiàn)在進(jìn)行校核。</p><p>　　結(jié)論： 活塞桿的強(qiáng)度足夠。</p><p>　　六、 機(jī)身的

112、設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　機(jī)身是直接支撐和驅(qū)動(dòng)手臂的部件。一般實(shí)現(xiàn)手臂的回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動(dòng)，這些運(yùn)動(dòng)</p><p>　　的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)都安在機(jī)身上，或者直接構(gòu)成機(jī)身的軀干與底座相連。因此，臂部的運(yùn)動(dòng)越多，機(jī)身的機(jī)構(gòu)和受力情況就越復(fù)雜。機(jī)身是可以固定的，也可以是行走的，既可以沿地面或架空軌道運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　6.1 機(jī)身的整體設(shè)計(jì)</p><

113、;p>　　按照設(shè)計(jì)要求，機(jī)械手要實(shí)現(xiàn)手臂1800的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)一般設(shè)計(jì)在機(jī)身處。為了設(shè)計(jì)出合理的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，就要綜合考慮，分析。</p><p>　　機(jī)身承載著手臂，做回轉(zhuǎn)，升降運(yùn)動(dòng)，是機(jī)械手的重要組成部分。常用的機(jī)身結(jié)構(gòu)有以下幾種：</p><p>　　回轉(zhuǎn)缸置于升降之下的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)是能承受較大偏重力矩。其缺點(diǎn)是回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)路線長(zhǎng)，花鍵軸的變形對(duì)回轉(zhuǎn)精度的

114、影響較大。</p><p>　　回轉(zhuǎn)缸置于升降之上的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)采用單缸活塞桿，內(nèi)部導(dǎo)向，結(jié)構(gòu)緊湊。但回轉(zhuǎn)缸與臂部一起升降，運(yùn)動(dòng)部件較大。</p><p>　　活塞缸和齒條齒輪機(jī)構(gòu)。手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是通過齒條齒輪機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)：齒條的往復(fù)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)與手臂連接的齒輪作往復(fù)回轉(zhuǎn)，從而使手臂左右擺動(dòng)。</p><p><b>　　分析：</b></p

115、><p>　　經(jīng)過綜合考慮，本設(shè)計(jì)選用回轉(zhuǎn)缸置于升降缸之上的結(jié)構(gòu)。本設(shè)計(jì)機(jī)身包括兩個(gè)運(yùn)動(dòng)，機(jī)身的回轉(zhuǎn)和升降。如上圖所示，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)置于升降缸之上的機(jī)身結(jié)構(gòu)。手臂部件與回轉(zhuǎn)缸的上端蓋連接，回轉(zhuǎn)缸的動(dòng)片與缸體連接，由缸體帶動(dòng)手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)?；剞D(zhuǎn)缸的轉(zhuǎn)軸與升降缸的活塞桿是一體的。活塞桿采用空心，內(nèi)裝一花鍵套與花鍵軸配合，活塞升降由花鍵軸導(dǎo)向?；ㄦI軸與與升降缸的下端蓋用鍵來固定，下短蓋與連接地面的的底座固定。這樣就固定了花鍵軸，

116、也就通過花鍵軸固定了活塞桿。這種結(jié)構(gòu)是導(dǎo)向桿在內(nèi)部，結(jié)構(gòu)緊湊。具體結(jié)構(gòu)見下圖。</p><p>　　驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是液壓驅(qū)動(dòng)，回轉(zhuǎn)缸通過兩個(gè)油孔，一個(gè)進(jìn)油孔，一個(gè)排油孔，分別通向回轉(zhuǎn)葉片的兩側(cè)來實(shí)現(xiàn)葉片回轉(zhuǎn)?；剞D(zhuǎn)角度一般靠機(jī)械擋塊來決定，對(duì)于本設(shè)計(jì)就是考慮兩個(gè)葉片之間可以轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，為滿足設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)中動(dòng)片和靜片之間可以回轉(zhuǎn)1800。</p><p>　　圖6.1 回轉(zhuǎn)缸置于升降缸之上的機(jī)身結(jié)

117、構(gòu)示意圖</p><p>　　6.2 機(jī)身回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　?。?） 回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算</p><p>　　手臂回轉(zhuǎn)缸的回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)力矩，應(yīng)該與手臂運(yùn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的慣性力矩及各密封裝置處的摩擦阻力矩相平衡。</p><p><b>　　(6.1)</b></p><p><

118、b>　　慣性力矩的計(jì)算</b></p><p><b>　　(6.2)</b></p><p>　　式中 ——回轉(zhuǎn)缸動(dòng)片角速度變化量（），在起動(dòng)過程中=；</p><p>　　t——起動(dòng)過程的時(shí)間(s);</p><p>　　——手臂回轉(zhuǎn)部件（包括工件）對(duì)回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（）。</p>

119、<p>　　若手臂回轉(zhuǎn)零件的重心與回轉(zhuǎn)軸的距離為，則</p><p><b>　　(6.3)</b></p><p>　　式中 ——回轉(zhuǎn)零件的重心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。 </p><p><b>　　(6.4)</b></p><p>　　回轉(zhuǎn)部件可以等效為一個(gè)長(zhǎng)1800mm，直徑為60mm的