機(jī)械手夾持器畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

1、<p>　　課題名稱：機(jī)械手夾持器</p><p><b>　　設(shè)計(jì)目錄</b></p><p>　　第一部分：夾持器整體設(shè)計(jì)及部分參數(shù)</p><p>　　第二部分 腕部設(shè)計(jì)</p><p>　　第三部分 伸縮臂設(shè)計(jì)</p><p>　　第四部分 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)</p>

2、<p>　　第五部分 PLC控制系統(tǒng)</p><p>　　第六部分 設(shè)計(jì)主要內(nèi)容</p><p>　　第一部分：夾持器整體設(shè)計(jì)及部分參數(shù)</p><p>　　1.1夾持器設(shè)計(jì)的基本要求</p><p>　?。?）應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膴A緊力和驅(qū)動(dòng)力；</p><p>　?。?）手指應(yīng)具有一定的開(kāi)閉范圍；</p

3、><p>　?。?）應(yīng)保證工件在手指內(nèi)的夾持精度；</p><p>　?。?）要求結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，效率高；</p><p>　?。?）應(yīng)考慮通用性和特殊要求。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)參數(shù)及要求</b></p><p>　?。?）采用手指式夾持器，執(zhí)行動(dòng)作為抓緊—放松；</p>

4、<p>　　（2）所要抓緊的工件直徑為80mm 放松時(shí)的兩抓的最大距離為110-120mm/s ， 1s抓緊,夾持速度20mm/s；</p><p>　?。?）工件的材質(zhì)為5kg，材質(zhì)為45#鋼；</p><p>　?。?）夾持器有足夠的夾持力；</p><p>　　（5）夾持器靠法蘭聯(lián)接在手臂上。由液壓缸提供動(dòng)力。</p><p&g

5、t;　　1.2夾持器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　1.2.1夾緊裝置設(shè)計(jì).</p><p>　　1.2.1.1夾緊力 </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)其大小、方向、作用點(diǎn)進(jìn)行分析、計(jì)算。一般來(lái)說(shuō)，加緊力必須克服工件的重力所產(chǎn)生的靜載荷（慣性力或慣性力矩）以使工件保持可靠的加緊狀態(tài)。</p><p>　　

6、1.2.1.2驅(qū)動(dòng)力力計(jì)算</p><p>　　根據(jù)驅(qū)動(dòng)力和夾緊力之間的關(guān)系式：</p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　c—滾子至銷軸之間的距離；</p><p>　　b—爪至銷軸之間的距離；</p><p><b>　　—楔塊的傾斜角</b><

7、;/p><p>　　可得，得出為理論計(jì)算值，實(shí)際采取的液壓缸驅(qū)動(dòng)力要大于理論計(jì)算值，考慮手爪的機(jī)械效率，一般取0.8～0.9，此處取0.88，則：</p><p><b>　　，取</b></p><p>　　1.2.1.3液壓缸驅(qū)動(dòng)力計(jì)算</p><p>　　設(shè)計(jì)方案中壓縮彈簧使爪牙張開(kāi)，故為常開(kāi)式夾緊裝置，液壓缸為單作用

8、缸，提供推力：</p><p>　　式中 ——活塞直徑</p><p><b>　　——活塞桿直徑</b></p><p><b>　　——驅(qū)動(dòng)壓力，</b></p><p>　　,已知液壓缸驅(qū)動(dòng)力，且</p><p>　　由于，故選工作壓力P=1MPa </p>

9、;<p>　　據(jù)公式計(jì)算可得液壓缸內(nèi)徑：</p><p>　　根據(jù)液壓設(shè)計(jì)手冊(cè),見(jiàn)表2.1，圓整后取D=32mm。</p><p>　　表1.1 液壓缸的內(nèi)徑系列（mm）</p><p>　　活塞桿直徑 d=0.5D=0.5×40mm=16mm</p><p>　　活塞厚 B=(0.6～1.0)D 取B=0.8d=0

10、.7×32mm=22.4mm,取23mm.</p><p>　　缸筒長(zhǎng)度 L≤(20～30)D 取L為123mm</p><p>　　活塞行程，當(dāng)抓取80mm工件時(shí)，即手爪從張開(kāi)120mm減小到80mm，楔快向前移動(dòng)大約40mm。取液壓缸行程S=40mm。</p><p>　　1.2.1.4選用夾持器液壓缸</p><p><

11、b>　　輕型拉桿液壓缸 </b></p><p>　　型號(hào)為：MOB-B-32-83-FB，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，外形尺寸及技術(shù)參數(shù)如下：</p><p>　　表1.2夾持器液壓缸技術(shù)參數(shù)</p><p>　　圖1.2. 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖</p><p><b>　　圖1.3 外形尺寸</b></p><

12、;p>　　1.2.2手爪的夾持誤差及分析</p><p>　　機(jī)械手能否準(zhǔn)確夾持工件，把工件送到指定位置，不僅取決與機(jī)械手定位精度（由臂部和腕部等運(yùn)動(dòng)部件確定），而且也與手指的夾持誤差大小有關(guān)。特別是在多品種的中、小批量生產(chǎn)中，為了適應(yīng)工件尺寸在一定范圍內(nèi)變化，避免產(chǎn)生手指夾持的定位誤差，需要注意選用合理的手部結(jié)構(gòu)參數(shù)，見(jiàn)圖2-4，從而使夾持誤差控制在較小的范圍內(nèi)。在機(jī)械加工中，通常情況使手爪的夾持誤差不超

13、過(guò)0.02mm，手部的最終誤差取決與手部裝置加工精度和控制系統(tǒng)補(bǔ)償能力。</p><p><b>　　圖 1.4</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)為楔塊杠桿式回轉(zhuǎn)型夾持器，屬于兩支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指夾持，如圖2.5。</p><p><b>　　圖1.5</b></p><p>　　該方程為雙曲線方程，

14、如圖2.6：</p><p>　　圖1.6 工件半徑與夾持誤差關(guān)系曲線</p><p>　　由上圖得，當(dāng)工件半徑為60時(shí)，X取最小值，又從上式可以求出：Xmin=97.85mm通常?。?lt;/p><p>　　若工件的半徑R=60變化到R=78時(shí)，X值的最大變化量，即為夾持誤差。</p><p>　　在設(shè)計(jì)中，希望按給定的Rmax和Rmin來(lái)確定

15、手爪各部分尺寸，為了減少夾持誤差，一方面可加長(zhǎng)手指長(zhǎng)度，但手指過(guò)長(zhǎng)，使其結(jié)構(gòu)增大；另一方面可選取合適的偏轉(zhuǎn)角，使夾持誤差最小，這時(shí)的偏轉(zhuǎn)角稱為最佳偏轉(zhuǎn)角。只有當(dāng)工件的平均半徑取為Ro時(shí)，夾持誤差最小。此時(shí)最佳偏轉(zhuǎn)角的選擇對(duì)于兩支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手爪（尤其當(dāng)a值較大時(shí)），偏轉(zhuǎn)角的大小不易按夾持誤差最小的條件確定，主要考慮這樣極易出現(xiàn)在抓取半徑較小時(shí)，兩手爪的和邊平行，抓不著工件。為避免上述情況，通常按手爪抓取工件的平均半徑Rap，以為條件確定兩支

16、點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手爪的偏轉(zhuǎn)角，即下式：</p><p><b>　　其中,,型鉗的夾角</b></p><p>　　此時(shí)定位誤差為和中的最大值。</p><p>　　分別代入經(jīng)驗(yàn)證夾持誤差滿足設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　1.2.3楔塊等尺寸的確定</p><p>　　楔塊進(jìn)入杠桿手指時(shí)的力分析如下：&

17、lt;/p><p><b>　　圖 1.7</b></p><p>　　1.2.3.1斜楔驅(qū)動(dòng)行程與手指開(kāi)閉范圍</p><p>　　當(dāng)斜楔從松開(kāi)位置向下移動(dòng)至夾緊位置時(shí)，沿兩斜面對(duì)稱中心線方向的驅(qū)動(dòng)行程為L(zhǎng)，此時(shí)對(duì)應(yīng)的杠桿手指由位置轉(zhuǎn)到位置，其驅(qū)動(dòng)行程可用下式表示：</p><p>　　1.2.4材料及連接件選擇</

18、p><p>　　V型指與夾持器連接選用圓柱銷，d=8mm, 需使用2個(gè)</p><p>　　杠桿手指中間與外殼連接選用圓柱銷，d=8mm, 需使用2個(gè)</p><p>　　滾子與手指連接選用圓柱銷，d=6mm, 需使用2個(gè)</p><p>　　以上材料均為鋼，無(wú)淬火和表面處理</p><p>　　楔塊與活塞桿采用螺紋連接，

19、基本尺寸為公稱直徑12mm，螺距p=1，旋合長(zhǎng)度為10mm。</p><p><b>　　第二部分腕部</b></p><p>　　2.1腕部設(shè)計(jì)的基本要求</p><p>　　手腕部件設(shè)置在手部和臂部之間，它的作用主要是在臂部運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步改變或調(diào)整手部在空間的方位，以擴(kuò)大機(jī)械手的動(dòng)作范圍，并使機(jī)械手變得更靈巧，適應(yīng)性更強(qiáng)。手腕部件具有獨(dú)

20、立的自由度，此設(shè)計(jì)中要求有繞中軸的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。</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><

21、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><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(méi)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(méi)有太多不利因素。</p&

22、gt;<p>　　2.2具有一個(gè)自由度的回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動(dòng)的典型腕部結(jié)構(gòu)</p><p>　　如圖3.1所示，采用一個(gè)回轉(zhuǎn)液壓缸，實(shí)現(xiàn)腕部的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。從A—A剖視圖上可以看到，回轉(zhuǎn)葉片（簡(jiǎn)稱動(dòng)片）用螺釘，銷釘和轉(zhuǎn)軸10連接在一起，定片8則和缸體9連接。壓力油分別由油孔5.7進(jìn)出油腔，實(shí)現(xiàn)手部12的旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)角的極限值由動(dòng)，靜片之間允許回轉(zhuǎn)的角度來(lái)決定（一般小于），圖中缸可回轉(zhuǎn)。腕部旋轉(zhuǎn)位置控制問(wèn)題，可采用機(jī)

23、械擋塊定位。當(dāng)要求任意點(diǎn)定位時(shí)，可采用位置檢測(cè)元件（如本例為電位器，其軸安裝在件1左端面的小孔）對(duì)所需位置進(jìn)行檢測(cè)并加以反饋控制。</p><p><b>　　圖3.1</b></p><p>　　圖示手部的開(kāi)閉動(dòng)作采用單作用液壓缸，只需一個(gè)油管。通向手部驅(qū)動(dòng)液壓缸的油管是從回轉(zhuǎn)中心通過(guò)，腕部回轉(zhuǎn)時(shí)，油路認(rèn)可保證暢通，這種布置可使油管既不外露，又不受扭轉(zhuǎn)。腕部用來(lái)和臂

24、部連接，三根油管（一根供手部油管，兩根供腕部回轉(zhuǎn)液壓缸）由手臂內(nèi)通過(guò)并經(jīng)腕架分別進(jìn)入回轉(zhuǎn)液壓缸和手部驅(qū)動(dòng)液壓缸。本設(shè)計(jì)要求手腕回轉(zhuǎn)平穩(wěn)，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)，參考上圖典型結(jié)構(gòu)。</p><p><b>　　2.3腕部結(jié)構(gòu)計(jì)算</b></p><p>　　2.3.1腕部回轉(zhuǎn)力矩的計(jì)算</p>

25、<p>　　腕部回轉(zhuǎn)時(shí)，需要克服的阻力有：</p><p>　?。?）腕部回轉(zhuǎn)支承處的摩擦力矩</p><p>　　式中 ，F(xiàn)r—軸承處支反力（N），可由靜力平衡方程求得;</p><p>　　,D—軸承的直徑（m）；</p><p>　　f—軸承的摩擦系數(shù)，對(duì)于滾動(dòng)軸承=0.01-0.02；對(duì)于滑動(dòng)軸承=0.1。</

26、p><p>　　為簡(jiǎn)化計(jì)算，取0.1，如圖3.1所示，其中，G2為工件重量，G1為手部重量，G3為手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件重量。</p><p><b>　　圖2.1</b></p><p>　　（2）克服由于工件重心偏置所需的力矩</p><p>　　式中 e—工件重心到手腕回轉(zhuǎn)軸線的垂直距離，已知e=10mm.</p>

27、<p><b>　　則 </b></p><p>　　（3）克服啟動(dòng)慣性所需的力矩</p><p>　　啟動(dòng)過(guò)程近似等加速運(yùn)動(dòng)，根據(jù)手腕回轉(zhuǎn)的角速度及啟動(dòng)過(guò)程轉(zhuǎn)過(guò)的角度按下式計(jì)算：</p><p>　　式中 J工件—工件對(duì)手腕回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；</p><p>　　J—手腕回轉(zhuǎn)部分對(duì)腕部回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量

28、；</p><p>　　ω—手腕回轉(zhuǎn)過(guò)程的角速度；</p><p>　　—啟動(dòng)過(guò)程所需的時(shí)間，一般取0.05-0.3s,此處取0.1s.。</p><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200mm，直徑90mm，其重力估算：</p><p><b>　　,取98N.</b></p&

29、gt;<p>　　2.3.2回轉(zhuǎn)液壓缸所驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算</p><p>　　回轉(zhuǎn)液壓缸所產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力矩必須大于總的阻力矩</p><p>　　如圖3.3，定片1與缸體2固連，動(dòng)片3與轉(zhuǎn)軸5固連，當(dāng)a, b口分別進(jìn)出油時(shí)，動(dòng)片帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn)，達(dá)到手腕回轉(zhuǎn)的目的。</p><p><b>　　圖2.3</b></p><

30、;p><b>　　圖3.4</b></p><p>　　圖3.4為回轉(zhuǎn)液壓缸的進(jìn)油腔壓力油液，作用在動(dòng)片上的合成液壓力矩即驅(qū)動(dòng)力矩</p><p>　　2.3.3回轉(zhuǎn)缸內(nèi)徑D計(jì)算</p><p>　　片與輸出軸的連接螺釘所受的載荷及動(dòng)片的懸伸長(zhǎng)度，選擇動(dòng)片寬度時(shí)，選用：</p><p>　　綜合考慮，取值計(jì)算如下：

31、</p><p>　　r=16mm，R=40mm，b=50mm，取值為1Mpa，即如下圖：</p><p><b>　　圖2.3</b></p><p>　　2.3.4液壓缸蓋螺釘?shù)挠?jì)算</p><p>　　2.4缸蓋螺釘間距示意</p><p>　　表2.1 螺釘間距t與壓力P之間的關(guān)系<

32、/p><p>　　上圖中表示的連接中，每個(gè)螺釘在危險(xiǎn)截面上承受的拉力為：工作拉力與殘余預(yù)緊力之和</p><p><b>　　計(jì)算如下：</b></p><p>　　液壓缸工作壓強(qiáng)為P=1Mpa,所以螺釘間距小于150mm,試選擇2個(gè)螺釘，，此處連接要求有密封性，故k取（1.5-1.8），取K=1.6。 </p>&

33、lt;p>　　所以 螺釘材料選擇Q235，</p><p>　　安全系數(shù)n取1.5（1.5-2.2）</p><p>　　螺釘?shù)闹睆接上率降贸?</p><p>　　，F(xiàn)為總拉力即 </p><p>　　螺釘?shù)闹睆竭x擇d=8mm.</p><p

34、>　　第三部分 伸縮臂設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1伸縮臂設(shè)計(jì)基本要求</p><p>　　設(shè)計(jì)機(jī)械手伸縮臂，底板固定在大臂上，前端法蘭安裝機(jī)械手，完成直線伸縮動(dòng)作。</p><p><b>　?。?）功能性的要求</b></p><p>　　機(jī)械手伸縮臂安裝在升降大臂上，前端安裝夾持器，按控制系統(tǒng)的指令，完成

35、工件的自動(dòng)換位工作。伸縮要平穩(wěn)靈活，動(dòng)作快捷，定位準(zhǔn)確，工作協(xié)調(diào)。</p><p><b>　?。?）可靠性的要求</b></p><p>　　可靠性是指產(chǎn)品在規(guī)定的工作條件下，在預(yù)定使用壽命期內(nèi)能完成規(guī)定功能的概率。</p><p>　　工業(yè)機(jī)械手可自動(dòng)完成預(yù)定工作，廣泛應(yīng)用在自動(dòng)化生產(chǎn)線上，因此要求機(jī)械手工作必須可靠。設(shè)計(jì)時(shí)要進(jìn)行可靠性分析

36、。</p><p>　?。?）安全保護(hù)和自動(dòng)報(bào)警的要求</p><p>　　按規(guī)范要求，采取適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)措施，確保操作人員的人身安全，這是任何設(shè)計(jì)都必須考慮的，是必不可少的。在程序設(shè)計(jì)中要考慮因故障造成的突然工作中斷，如機(jī)構(gòu)卡死、工件不到位、突然斷電等情況，要設(shè)置報(bào)警裝置。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)參數(shù)</b></p>&l

37、t;p>　?。?）伸縮長(zhǎng)度：300mm；</p><p>　　（2）單方向伸縮時(shí)間：1.5～2.5S；</p><p>　?。?）定位誤差：要有定位措施，定位誤差小于2mm；</p><p>　?。?）前端安裝機(jī)械手，伸縮終點(diǎn)無(wú)剛性沖擊；</p><p><b>　　3.2方案設(shè)計(jì)</b></p>

38、<p><b>　　液壓驅(qū)動(dòng)方案</b></p><p><b>　?。?）伸縮原理</b></p><p>　　采用單出桿雙作用液壓油缸，手臂伸出時(shí)采用單向調(diào)速閥進(jìn)行回油節(jié)流調(diào)速，接近終點(diǎn)時(shí)，發(fā)出信號(hào)，進(jìn)行調(diào)速緩沖（也可采用緩沖油缸），靠油缸行程極限定位，采用導(dǎo)向桿導(dǎo)向防止轉(zhuǎn)動(dòng)，采用電液換向閥，控制伸縮方向。（圖4.1）</p&

39、gt;<p><b>　　圖3.1</b></p><p>　　（2）液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要滿足伸縮臂動(dòng)作邏輯要求，液壓缸及其控制元件的選擇要滿足伸縮臂動(dòng)力要求和運(yùn)動(dòng)時(shí)間要求，具體設(shè)計(jì)計(jì)算參考《液壓傳動(dòng)與控制》等相關(guān)教材。由于伸縮臂做間歇式往復(fù)運(yùn)動(dòng)，有較大的沖擊，設(shè)計(jì)時(shí)要考慮緩沖措施，可從液壓回路設(shè)計(jì)上考慮，也可從液壓

40、件結(jié)構(gòu)上考慮。</p><p>　?。?）結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)及強(qiáng)度和剛度計(jì)算</p><p>　　伸縮臂運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖4-1</p><p><b>　?、?結(jié)構(gòu)方案說(shuō)明</b></p><p>　　a：支座1安裝在機(jī)器人床身上，用于安裝伸縮臂油缸和導(dǎo)向桿等零部件。</p><p>　　b：法蘭4用于安裝

41、機(jī)械手，其形式和尺寸要與機(jī)械手相協(xié)調(diào)。</p><p>　　c：液壓缸伸出桿帶動(dòng)導(dǎo)向桿同時(shí)伸出300mm，伸出長(zhǎng)度較大，設(shè)計(jì)、制造和安裝時(shí)要考慮液壓缸與導(dǎo)向桿的平行度要求。</p><p>　　d：導(dǎo)向桿可采用直線導(dǎo)軌或直線導(dǎo)軸。直線導(dǎo)軌可選用外購(gòu)件，直接從生產(chǎn)廠家的有關(guān)資料中獲得所需參數(shù)（網(wǎng)上查詢直線導(dǎo)軌、直線導(dǎo)軸）。采用直線導(dǎo)軸時(shí)可自行設(shè)計(jì)，并且要考慮導(dǎo)向桿的潤(rùn)滑，潤(rùn)滑方式參考有關(guān)手冊(cè)

42、設(shè)計(jì)。</p><p>　　3.3伸縮臂機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　3.3.1伸縮臂液壓缸參數(shù)計(jì)算</p><p>　　3.3.1.1工作負(fù)載R</p><p>　　液壓缸的工作負(fù)載R是指工作機(jī)構(gòu)在滿負(fù)荷情況下，以一定加速度啟動(dòng)時(shí)對(duì)液壓缸產(chǎn)生的總阻力，即：</p><p>　　式中：-工作機(jī)構(gòu)的荷重及自重對(duì)液壓缸

43、產(chǎn)生的作用力；</p><p>　　-工作機(jī)構(gòu)在滿載啟動(dòng)時(shí)的靜摩擦力；</p><p>　　-工作機(jī)構(gòu)滿載啟動(dòng)時(shí)的慣性力。</p><p><b>　　(1)的確定</b></p><p><b>　?、?工件的質(zhì)量m</b></p><p>　　=5.9 (kg)

44、 </p><p>　?、趭A持器的質(zhì)量 15kg(已知)</p><p>　?、凵炜s臂的質(zhì)量 50kg(估計(jì))</p><p>　?、芷渌考馁|(zhì)量 15kg(估計(jì))</p><p>　　工作機(jī)構(gòu)荷重： Ri=(5.9+15+50+15)*10=859(N) </p><

45、;p><b>　　取Ri=860N</b></p><p>　　(2) 的確定 Rm= (N) </p><p>　　(3) 的確定 Rg=(N) </p><p>　　式中：為啟動(dòng)時(shí)間，其加速時(shí)間約為0.1～0.5s</p>

46、<p>　　=0.1s , =0.2s</p><p>　　總負(fù)載 R=Ri+Rg+Rm=860+172+172=1204(N) </p><p>　　取實(shí)際負(fù)載為 =1200 </p><p>　　3.3.1.2液壓缸缸筒內(nèi)徑D的確定</p><p

47、>　　D= </p><p>　　式中：R=1000 <5000 , p可取0.8～, =</p><p>　　取液壓缸缸筒內(nèi)徑為40mm。</p><p>　　3.3.1.3活塞桿設(shè)計(jì)參數(shù)及校核</p><p>　　(1)活塞桿材料：選擇45號(hào)調(diào)質(zhì)鋼，其抗拉強(qiáng)度=570</p><p&g

48、t;　　(2)活塞桿的直徑：查《液壓傳動(dòng)設(shè)計(jì)手冊(cè)》得，當(dāng)壓力小于10Mpa時(shí)，速比=1.33。</p><p>　　則可選取活塞桿直徑為20mm系列，且缸筒的厚度為5mm。 </p><p>　　最小導(dǎo)向長(zhǎng)度：mm </p>&

49、lt;p>　　3.3.1.4缸筒設(shè)計(jì)參數(shù)及校核</p><p>　　(1)缸筒材料：選擇ZG310-570鑄鋼,其抗拉強(qiáng)度=570</p><p>　　(2)缸筒壁厚及校核：取壁厚=5mm </p><p><b>　　因此屬于普通壁厚</b></p><p>　　缸筒壁厚的校核

50、 </p><p>　　式中：-缸筒內(nèi)最高工作壓力；=7</p><p>　　-材料的許用應(yīng)力 </p><p>　　-材料的安全系數(shù)=5</p><p><b>　　校核符合要求</b></p><p>　　(3)缸筒外徑：

51、 </p><p>　　3.3.1.5缸底設(shè)計(jì)參數(shù)及校核</p><p>　　(1)缸底材料：選擇Q235碳素結(jié)構(gòu)鋼，其抗拉強(qiáng)度375～460</p><p>　　(2)缸底厚度 mm </p><p><b>　　取缸底厚度為5mm</b>

52、</p><p>　　3.3.1.7液壓油缸其他零件結(jié)構(gòu)尺寸得確定</p><p>　　由于液壓缸的工作負(fù)載較小，所以選定液壓缸的工作壓力為低壓。取額定工作壓力為2.0。</p><p>　　液壓缸的基本形式如下圖所示：</p><p><b>　　圖 3.2</b></p><p>　　整個(gè)油缸

53、安裝在下部伸縮臂基座上。</p><p>　?。?）活塞與活塞桿得連接結(jié)構(gòu)：</p><p>　　油缸在一般工作條件下，活塞與活塞桿采用螺紋連接。其形式如圖所示</p><p><b>　　圖3.3</b></p><p>　?。?）活塞桿導(dǎo)向套：做成一個(gè)套筒，壓入缸筒，靠缸蓋與缸筒得連接壓緊固定，材料選用鑄鐵材料?；?/p>

54、結(jié)構(gòu)為：</p><p><b>　　圖3.4</b></p><p>　　圖中：1為缸蓋，2為橡膠防塵圈，3為活塞桿，4為活塞桿導(dǎo)向套。</p><p>　　（3）活塞與缸體得密封。</p><p>　　采用O型密封圈密封。選用36.5內(nèi)徑，截面直徑為3.55mm.</p><p><b&

55、gt;　　其基本形式如下：</b></p><p><b>　　圖 3.5</b></p><p>　　圖中：1即為O型密封圈，2則為活塞?；钊c缸體之間靠O型密封圈密封。</p><p>　?。?）活塞桿端部結(jié)構(gòu)形式及尺寸</p><p>　　端部結(jié)構(gòu)形式有：外螺紋的，內(nèi)螺紋的，光滑的，球形，耳環(huán)等等。此處

56、因活塞桿固定，選用外螺紋連接形式。其基本結(jié)構(gòu)如下：</p><p><b>　　圖3.6</b></p><p>　　圖中各尺寸可查《液壓傳動(dòng)設(shè)計(jì)手冊(cè)》得，當(dāng)d＝20mm時(shí)，取.</p><p>　　L=(1.2~1.5), ＝</p><p>　　3.3.2導(dǎo)向桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　

57、3.3.2.1導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的作用</p><p>　　導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的作用是保證液壓缸活塞桿伸出時(shí)的方向性，提供機(jī)構(gòu)剛度，保證伸縮量的準(zhǔn)確性。</p><p>　　3.3.2.2導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的外形尺寸及材料</p><p>　　導(dǎo)向選擇矩形導(dǎo)軌導(dǎo)向，導(dǎo)軌為伸縮臂基座上得一部分，經(jīng)加工而成；滑臺(tái)則在其上滑動(dòng)且滑臺(tái)得端部靠法蘭安裝夾持器部分。材料選擇為45號(hào)鋼.，如圖4.8所示：&l

58、t;/p><p><b>　　圖3.7</b></p><p>　　圖中：1為滑臺(tái)，2為伸縮臂基座，3為矩形導(dǎo)軌的壓板。</p><p>　　此處矩形導(dǎo)軌是直接在基座上加工出來(lái)的，滑臺(tái)在導(dǎo)軌面上滑動(dòng)，靠壓板來(lái)固定調(diào)節(jié)。</p><p><b>　　第四部分 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)</b></p><

59、;p>　　4.1驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求</p><p>　　本次設(shè)計(jì)的工業(yè)機(jī)械手屬坐標(biāo)式液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)械手。具有手臂伸縮，回轉(zhuǎn)，升降，手腕回轉(zhuǎn)四個(gè)自由度。因此，相應(yīng)地有手腕回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、手臂伸縮機(jī)構(gòu)，手臂回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，手臂升降機(jī)構(gòu)等構(gòu)成。各部分均用液壓缸或液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)與控制。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　?。?）滿足工業(yè)

60、機(jī)械手動(dòng)作順序要求。動(dòng)作順序的各個(gè)動(dòng)作均由電控系統(tǒng)發(fā)訊號(hào)控制相應(yīng)的電磁鐵，按程序依次步進(jìn)動(dòng)作而實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　（2）機(jī)械手伸縮臂安裝在升降大臂上，前端安裝夾持器，按控制系統(tǒng)的指令，完成工件的自動(dòng)換位工作。伸縮要平穩(wěn)靈活，動(dòng)作快捷，定位準(zhǔn)確，工作協(xié)調(diào)。</p><p>　?。?）液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要滿足伸縮臂動(dòng)作邏輯要求，液壓缸及其控制元件的選擇要滿足伸縮臂動(dòng)力要求和運(yùn)動(dòng)時(shí)間要求&

61、lt;/p><p>　　4.2驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案</p><p>　　采用葉片泵供油，動(dòng)作順序：從原位開(kāi)始——升降臂下降——夾持器夾緊——升降臂上升——底座快進(jìn)回轉(zhuǎn)——底座慢進(jìn)——手腕回轉(zhuǎn)——伸縮臂伸出——夾持器松開(kāi)——伸縮臂縮回；待加工完畢后，伸縮臂伸出——夾持器夾緊——伸縮臂縮回——底座快退(回轉(zhuǎn))——底座慢退——手腕回轉(zhuǎn)——升降臂下降——夾持器松開(kāi)——升降臂上升到原位停止，準(zhǔn)備下次循環(huán)。&

62、lt;/p><p><b>　　4.3驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　4.3.1分功能設(shè)計(jì)分析</p><p>　?。?）夾持器采用單出桿雙作用缸，保證運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不使工件下掉，夾持器夾緊工件后，鎖緊回路由先導(dǎo)型順序閥和單向閥組成。順序閥的設(shè)置在夾持器松開(kāi)回油過(guò)程中起到緩沖作用。</p><p>　　（2）底座回轉(zhuǎn)采

63、用擺動(dòng)液壓缸，正反方向均采用單向調(diào)速閥調(diào)速。由于回轉(zhuǎn)部分的重量大，回轉(zhuǎn)長(zhǎng)度長(zhǎng)，因此手臂回轉(zhuǎn)時(shí)具有很大的動(dòng)能。為此，除采用調(diào)速閥的回油節(jié)流閥調(diào)速閥外，還在回油路上安裝雙溢流閥，進(jìn)行減速緩沖。</p><p>　?。?）手臂伸縮采用單出桿雙作用缸，手臂伸出時(shí)，由單向閥和節(jié)流閥組成的調(diào)速回路進(jìn)行回油節(jié)流調(diào)速。手臂縮回時(shí)，回油路設(shè)置調(diào)速閥以完成緩沖作用。</p><p>　?。?）手臂升降運(yùn)動(dòng)采用

64、單出桿雙作用缸，上升和下降均由單向調(diào)速閥回油節(jié)流。因?yàn)樯蹈诪榱⑹?，在其液壓缸下腔油路中安裝單向順序閥，避免因整個(gè)手臂運(yùn)動(dòng)部分的自重而下降，起支撐平衡作用。</p><p>　?。?）伸縮臂進(jìn)油路設(shè)置蓄能保壓回路，伸出完全后，進(jìn)油路壓力升高，壓力繼電器發(fā)出電信號(hào)導(dǎo)致?lián)Q向閥通電，泵卸荷，單向閥自動(dòng)關(guān)閉，由蓄能器保壓。</p><p>　?。?）單泵供油，采用先導(dǎo)型溢流閥卸荷，設(shè)置二位二通換向

65、閥。</p><p>　　4.3.2液壓泵的確定與所需功率計(jì)算</p><p>　　系統(tǒng)各執(zhí)行元件最大需用流量</p><p>　　夾緊缸：Q=1.5 L/min</p><p>　　伸縮缸：Q=15 L/min</p><p>　　升降缸：Q=7.536 L/min</p><p>　　回轉(zhuǎn)缸

66、：Q=17.34 L/min</p><p><b>　　b、泵的排量</b></p><p>　　c、泵工作時(shí)的最高壓力</p><p><b>　　夾緊缸：</b></p><p><b>　　伸縮缸：</b></p><p><b>　　

67、升降缸：</b></p><p><b>　　回轉(zhuǎn)缸：</b></p><p>　　包括油液流經(jīng)流量閥和其他元件的局部損失，管路沿程損失等</p><p>　　為0.20.5Mpa</p><p>　　作為壓力儲(chǔ)備，可選額定壓力為5Mpa</p><p>　　選擇YB-A16B型號(hào)泵，

68、其主要性能參數(shù)如表4.1所示</p><p>　　4.3.3確定泵的電機(jī)功率N</p><p>　　p—泵的實(shí)際最大工作壓力 kgf/cm</p><p>　　Q—泵在p壓力下的實(shí)際流量 l/min</p><p>　　η--泵的總效率 0.650.75</p><p>　　考慮到壓力損失，故按標(biāo)準(zhǔn)選用1.5kw的電機(jī)

69、</p><p>　　4.3.4液壓元件的選擇,如表5.2所示</p><p><b>　　表4.2</b></p><p><b>　　4.4液壓系統(tǒng)圖</b></p><p>　　4.4.1設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)圖</p><p><b>　　圖4.3</b>

70、;</p><p>　　工業(yè)機(jī)械手除腕部采用擺動(dòng)液壓馬達(dá)之外均采用單出桿雙作用直線油缸。</p><p>　　4.4.2液壓系統(tǒng)電磁鐵動(dòng)作順序控制原理</p><p>　?、沤当巯陆担菏?DT通電閥21位于左位，壓力油經(jīng)閥24單向閥，進(jìn)入油缸25上腔，回油經(jīng)油缸下腔，單向調(diào)速閥23，閥22的順序閥，閥21左位回油箱。下降速度由閥23調(diào)節(jié)。單向順序閥22防止自重下滑起

71、支撐平衡作用。</p><p>　　⑵升降到一定位置碰到行程開(kāi)關(guān)，使電磁鐵2DT通電，6DT斷電，壓力油經(jīng)閥10進(jìn)入油缸12左腔，油缸右腔油液經(jīng)閥11，閥9左位回油箱。10，11液控單向閥保持夾持器夾牢工件。</p><p>　?、墙当凵仙簥A緊后發(fā)出訊號(hào)，使7DT通電2DT斷電，壓力油經(jīng)閥21右位，閥22，23中的單向閥進(jìn)入油缸25下腔，上腔油液經(jīng)閥24，閥21右位回油箱。升降速度由閥2

72、4調(diào)節(jié)。</p><p>　?、茸剞D(zhuǎn)：當(dāng)升到預(yù)定位置時(shí)，擋塊碰撞到行程開(kāi)關(guān)。使的7DT斷電8DT通電，閥17處于左位，壓力油經(jīng)閥17左位，閥18單向閥進(jìn)入回轉(zhuǎn)缸上腔，下腔油液經(jīng)閥19，閥17左位回油箱。于是底座回轉(zhuǎn)90度，回轉(zhuǎn)速度由閥19調(diào)節(jié)?；剞D(zhuǎn)缸在其油路上安裝有行程節(jié)流閥進(jìn)行減速緩沖。</p><p>　?、煽s臂伸出：底座回轉(zhuǎn)到位碰撞行程開(kāi)關(guān)時(shí)，使8DT斷電，4DT通電，壓力油經(jīng)閥1

73、4左位，進(jìn)入油缸16左腔，右腔油液經(jīng)閥15，閥14左位回油箱。伸縮臂外伸，伸縮速度由閥15調(diào)節(jié)。</p><p>　?、食制魉砷_(kāi)：手腕回轉(zhuǎn)90度完畢，擋塊碰到行程開(kāi)關(guān)，4DT通電，壓力油經(jīng)閥9右位，閥11到油缸12右腔，左腔油液經(jīng)閥10，閥9右位回油箱。夾持器松開(kāi)，放下物料。</p><p>　?、丝s臂縮回：當(dāng)夾持器松開(kāi)后，擋塊碰撞行程開(kāi)關(guān)，使5DT通電，壓力油經(jīng)閥14右位，閥15單向閥進(jìn)

74、入油缸16右腔，左腔油液經(jīng)14右位回油箱，伸縮臂縮回。壓力油使油缸19快速縮回。到位后碰撞行程開(kāi)關(guān)，使5DT斷電。</p><p>　?、炭s臂伸出：待加工完畢后，發(fā)出信號(hào)，使4DT通電，壓力油經(jīng)閥14左位進(jìn)入油缸16左腔，右腔油液經(jīng)閥15，閥14左位回油箱。</p><p>　?、统制鲓A緊：當(dāng)伸到適當(dāng)位置，擋塊碰撞行程開(kāi)關(guān)，使2DT通電，4DT斷電，壓力油經(jīng)閥19左位，閥10進(jìn)入油缸12左

75、腔，油缸右腔經(jīng)閥11，閥9左位回油箱。</p><p>　?、慰s臂縮回：當(dāng)夾緊后，擋塊碰撞行程開(kāi)關(guān)，使5DT通電，經(jīng)15單向閥進(jìn)右腔，左腔油液經(jīng)14回油箱。</p><p>　?、系鬃剞D(zhuǎn)：當(dāng)縮到適當(dāng)位置，擋塊碰撞行程開(kāi)關(guān)，使9DT通電，壓力油經(jīng)閥19單向閥進(jìn)回轉(zhuǎn)油缸下腔，上腔油液經(jīng)閥18，閥17右位回油箱。</p><p>　?、猩当巯陆担寒?dāng)手腕回轉(zhuǎn)到位，擋塊碰

76、撞行程開(kāi)關(guān)，使9DT斷電，6DT通電，壓力油經(jīng)閥21左位，閥24到油缸25上腔，回油經(jīng)油缸25下腔，閥23，閥22，閥21左位回油箱。</p><p>　?、褗A持器松開(kāi)：當(dāng)降到預(yù)定位置，擋塊碰撞行程開(kāi)關(guān)，使6DT斷電，3DT通電，壓力油經(jīng)閥9右位，閥11進(jìn)入油缸12右腔，左腔油液經(jīng)閥10閥9右位回油箱。</p><p>　　第五部分PLC控制系統(tǒng)</p><p>　

77、　5.1 PLC的構(gòu)成及工作原理</p><p>　　可編程邏輯控制器（PLC）又稱可編程控制器。它是在工業(yè)環(huán)境中使用的數(shù)字操作的電子系統(tǒng)。它使用可編程存儲(chǔ)器存儲(chǔ)用戶設(shè)計(jì)的程序指令，這些指令用來(lái)實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算、順序操作、定時(shí)、計(jì)數(shù)及算術(shù)運(yùn)算和通過(guò)數(shù)字或模擬輸入/輸出來(lái)控制各種機(jī)電一體化，程序可變、抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高、功能強(qiáng)、體積小、耗電低，特別是易于、價(jià)格便宜等特點(diǎn)，具有廣泛的應(yīng)用前景。</p>

78、<p>　　正是基于PLC這些特點(diǎn)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)可以滿足該套工業(yè)機(jī)械手的要求。工業(yè)機(jī)械手控制工藝流程圖6-1所示</p><p><b>　　圖5-1</b></p><p><b>　　5.2程序設(shè)計(jì)</b></p><p>　　根據(jù)任務(wù)書(shū)的要求，可以采用移位寄存指令或步進(jìn)指令進(jìn)行系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)，整個(gè)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)采

79、用模塊化設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　1） 模塊化設(shè)計(jì)</b></p><p>　　公共程序模塊，手動(dòng)程序模塊，自動(dòng)程序模塊，遠(yuǎn)位模塊。</p><p>　　公共程序模塊包括主電路、油泵等的控制，狀態(tài)初始化，狀態(tài)轉(zhuǎn)換啟動(dòng)，狀態(tài)轉(zhuǎn)換停止，事故報(bào)警保護(hù)等程序。公共程序部分如圖6-3所示</p><p>　　手動(dòng)程序采用

80、電動(dòng)方式，應(yīng)能完成全部自動(dòng)程序所完成的動(dòng)作。手動(dòng)程序部分如圖6-4所示</p><p>　　自動(dòng)程序應(yīng)包括連續(xù)過(guò)程，單周過(guò)程，畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。自動(dòng)程序部分如圖6-5所示</p><p><b>　　圖5-2</b></p><p><b>　　圖5-3</b></p><p>　　第六部分 設(shè)計(jì)主要

81、內(nèi)容</p><p>　　本次機(jī)械手的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)主要對(duì)于夾持器，伸縮臂，液壓系統(tǒng)及PLC控制編程進(jìn)行的設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)過(guò)程。內(nèi)容主要包括：夾持器與伸縮臂總體方案的確定，采用了液壓與電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，相應(yīng)的涉及到電機(jī)和液壓缸的選擇計(jì)算，總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、主要部件的受力分析和強(qiáng)度校核。</p><p>　　題目的綜合訓(xùn)練比較強(qiáng)，涉及知識(shí)面廣，重點(diǎn)在于培養(yǎng)工程思想及意識(shí)，理論聯(lián)系實(shí)際，提高初步設(shè)計(jì)能

82、力。設(shè)計(jì)要求在保證其原有性能的前提下，盡可能地提高其特色即性能價(jià)格比。并且要求該機(jī)械手具有較小的體積，簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)和低廉的價(jià)格，以及造型美觀的外形，各調(diào)整環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)要方便人體接近方便工具的使用。其難點(diǎn)在于結(jié)合實(shí)際，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì). 在設(shè)計(jì)過(guò)程中，本人綜合運(yùn)用了四年來(lái)所學(xué)到的專業(yè)知識(shí)，感覺(jué)到自己專業(yè)知識(shí)中某方面的欠缺，通過(guò)再次的復(fù)習(xí)，明顯感覺(jué)到了知識(shí)的增長(zhǎng)，我們從中學(xué)到了很多的知識(shí)，也體會(huì)到了畢業(yè)設(shè)計(jì)的綜合性，結(jié)合輔導(dǎo)老師的指導(dǎo)與自己的專業(yè)知

83、識(shí)和生產(chǎn)實(shí)踐，才能較為完整地完成此次設(shè)計(jì)任務(wù)。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 濮良貴,紀(jì)名剛主編.機(jī)械設(shè)計(jì)（第七版）.北京:高等教育出版社，2001</p><p>　　[2] 孫恒,陳作模主編.機(jī)械原理.高等教育出版社.2000</p><p>　　[3] 鄭堤，唐可洪主編.

84、機(jī)電一體化設(shè)計(jì).北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005</p><p>　　[4] 丁樹(shù)模主編.液壓傳動(dòng).北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2003</p><p>　　[5] 張海根主編.機(jī)電傳動(dòng)控制. 高等教育出版社.2001</p><p>　　[6] 孫訓(xùn)方,方孝淑編著.材料力學(xué).人民教育出版社 </p><p>　　[7] 徐灝主編.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).北