立式精鍛機(jī)自動(dòng)上料機(jī)械手三維設(shè)計(jì)

立式精鍛機(jī)自動(dòng)上料機(jī)械手三維設(shè)計(jì),立式精鍛機(jī)自動(dòng)上料機(jī)械手三維設(shè)計(jì),立式,精鍛機(jī),自動(dòng),機(jī)械手,三維設(shè)計(jì) 大連大學(xué)2018 屆 畢 業(yè) 論 文 （ 設(shè) 計(jì) ）題 目 名 稱 ： 立 式 精 鍛 機(jī) 自 動(dòng) 上 料 機(jī) 械 手三 維 設(shè) 計(jì) 所在學(xué)院：機(jī) 械 工 程 學(xué) 院專業(yè)（班級(jí)）：機(jī) 英 （ 144）學(xué)生姓名：凌 琦 慜指導(dǎo)教師：何 利評(píng)閱人：楊 鐸院長：吳 蒙 華 DALIAN UNIVERSITY 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 論 文 ） 題 目總 計(jì) ： 畢 業(yè) 論 文 ： 3 7 頁表 格 ： 3 表插 圖 ： 1 2 幅 指 導(dǎo) 教 師 ： 何 利評(píng) 閱 人 ： 楊 鐸完 成 時(shí) 間 ： 2 0 1 8 .5 I 摘 要工 業(yè) 機(jī) 械 手 在 目 前 的 工 業(yè) 趨 勢(shì) 下 ， 勢(shì) 必 會(huì) 變 得 越 來 越 受 重 用 。 它 既 擁 有 著 傳 統(tǒng) 機(jī) 械的 作 用 ， 也 可 以 通 過 系 統(tǒng) 的 指 令 來 完 成 規(guī) 定 的 動(dòng) 作 。 由 于 工 業(yè) 機(jī) 械 手 與 人 不 同 ， 它 不 需要 休 息 ， 在 適 當(dāng) 的 維 護(hù) 保 養(yǎng) 下 可 以 長 時(shí) 間 的 工 作 ， 十 分 高 效 ， 在 工 業(yè) 過 程 中 展 現(xiàn) 出 強(qiáng) 大的 生 命 力 。 機(jī) 械 手 技 術(shù) 包 含 了 軟 件 技 術(shù) ， 機(jī) 械 工 程 ， 人 工 智 能 等 多 個(gè) 領(lǐng) 域 的 技 術(shù) 。 其 應(yīng)用 狀 況 ， 是 一 個(gè) 國 家 工 業(yè) 自 動(dòng) 化 的 標(biāo) 志 。 隨 著 當(dāng) 下 工 業(yè) 自 動(dòng) 化 的 發(fā) 展 與 需 求 ， 由 此 可 見 ，機(jī) 械 手 將 在 工 業(yè) 中 扮 演 著 更 加 重 要 的 角 色 。為 了 解 決 抓 取 圓 形 坯 料 并 將 其 運(yùn) 輸 到 立 式 精 鍛 機(jī) 上 ， 設(shè) 計(jì) 了 立 式 精 鍛 機(jī) 自 動(dòng) 上 料 機(jī)械 手 。 本 文 首 先 簡 單 介 紹 了 機(jī) 械 手 的 理 論 意 義 以 及 應(yīng) 用 價(jià) 值 ， 表 述 了 機(jī) 械 手 的 4個(gè) 自 由度 和 整 體 坐 標(biāo) 形 式 。 在 給 定 了 關(guān) 鍵 參 數(shù) 后 ， 然 后 再 對(duì) 機(jī) 械 手 的 整 體 各 結(jié) 構(gòu) 和 機(jī) 械 手 結(jié) 構(gòu) 內(nèi) 的 部 分 重 要 零 件 進(jìn) 行 詳 細(xì) 的 分 析 和 選 取 ， 并 進(jìn) 行 一 定 的 載 荷 的 校 核 。 其 中 選 取 了 圓 柱坐 標(biāo) 作 為 其 坐 標(biāo) 形 式 ， 手 爪 部 分 選 用 了 雙 支 點(diǎn) 回 轉(zhuǎn) 結(jié) 構(gòu) 作 為 夾 緊 部 分 ； 手 腕 部 分 采 取 了回 轉(zhuǎn) 油 缸 ， 以 液 壓 驅(qū) 動(dòng) 的 方 式 進(jìn) 行 驅(qū) 動(dòng) ； 手 臂 部 分 采 取 了 相 同 的 液 壓 缸 結(jié) 構(gòu) 。 并 對(duì) 液 壓系 統(tǒng) 進(jìn) 行 了 一 定 的 分 析 。其 次 ， 在 選 取 完 大 致 的 結(jié) 構(gòu) 之 后 ， 本 文 也 詳 細(xì) 介 紹 了 機(jī) 械 手 的 設(shè) 計(jì) 理 論 和 計(jì) 算 方 法 。詳 盡 的 討 論 了 機(jī) 械 手 手 爪 部 、 機(jī) 械 手 手 腕 部 、 機(jī) 械 手 手 臂 升 降 、 伸 縮 、 回 轉(zhuǎn) 機(jī) 構(gòu) 的 相 關(guān)計(jì) 算 來 確 保 機(jī) 械 手 能 夠 可 靠 的 抓 取 坯 料 。最 后 ， 通 過 Solidworks對(duì) 機(jī) 械 手 整 體 進(jìn) 行 三 維 建 模 。關(guān) 鍵 詞 ： 機(jī) 械 手 ， 液 壓 傳 動(dòng) ， Solidworks三 維 建 模 ， 立 式 精 鍛 機(jī) II ABSTRACTIndustrial robots will become more and more popular in the current industrial trend. Itnot only has the function of traditional machinery, but also can complete the prescribedactions through systematic instructions. Because industrial manipulator is different frompeople, it does not need rest. It can work for a long time with the proper maintenance. It isvery efficient and shows great vitality in the process of industry. Manipulator technologyincludes software technology, mechanical engineering, artificial intelligence and other fieldsof technology. Its application status is the symbol of a countrys industrial automation. Withthe development and demand of industrial automation, manipulator will act a more importantrole in industry. In order to solve the grabing round billet and transport it to the vertical precision forgingmachine.The vertical precision forging machine with automatic feeding manipulator isdesigned. This paper firstly introduces the theoretical significance and application value ofmanipulator, and describes the four degrees of freedom and overall coordinate form ofmanipulator. After the key parameters are given, the whole structure of the manipulator andsome important parts in the structure of the manipulator are analyzed and selected in detail,and a certain load check is carried out. The cylindrical coordinate is selected as its coordinateform, and the double pivot structure is used as the clamping part. The wrist part adopts therotary oil cylinder, which is driven by the hydraulic drive; The arm part adopts the samehydraulic cylinder structure.And the hydraulic system is analyzed.Secondly, after selecting the general structure, the design theory and calculation method of manipulator are introduced in detail. This paper discusses the calculation of manipulatorarm, wrist, arm lifting, stretching and rotating mechanism to ensure the reliable grasping ofthe blank.Finally, three-dimensional modeling of the manipulator is carried out throughSolidworks.Key words： Machine Manipulator， Hydraulic transmission, Solidworks 3D modeling,Verticalprecision forging machine III 目 錄摘 要 .IABSTRACT.II1 緒 論 .12 機(jī) 械 手 方 案 的 選 擇 .32.1 機(jī) 械 手 坐 標(biāo) 形 式 的 確 定 .32.2 機(jī) 械 手 的 主 要 部 件 及 運(yùn) 動(dòng) .32.3 驅(qū) 動(dòng) 機(jī) 構(gòu) 的 選 擇 .42.4 機(jī) 械 手 參 數(shù) 的 確 定 .42.5 本 章 小 結(jié) .4 3 機(jī) 械 手 手 部 方 案 的 確 定 與 設(shè) 計(jì) .53.1 手 部 結(jié) 構(gòu) 分 類 .53.2 夾 鉗 式 手 部 設(shè) 計(jì) 的 要 求 .53.3 機(jī) 械 手 手 部 的 設(shè) 計(jì) .63.4 夾 緊 缸 尺 寸 計(jì) 算 .93.5 螺 栓 尺 寸 的 選 定 .113.6 手 部 拉 緊 軸 的 分 析 .113.7 銷 連 接 的 設(shè) 計(jì) .123.8 本 章 小 結(jié) .134 機(jī) 械 手 手 腕 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) .134.1 腕 部 設(shè) 計(jì) 所 需 滿 足 的 要 求 .134.2 腕 部 結(jié) 構(gòu) 的 選 擇 .13 4.3 腕 部 的 設(shè) 計(jì) 計(jì) 算 .144.4 腕 部 零 件 的 設(shè) 計(jì) .164.5 本 章 小 結(jié) .175 機(jī) 械 手 手 臂 方 案 的 確 定 與 設(shè) 計(jì) .185.1 滿 足 手 臂 運(yùn) 動(dòng) 的 要 求 .185.2 機(jī) 構(gòu) 的 選 擇 .195.3 手 臂 的 設(shè) 計(jì) 計(jì) 算 .195.4 液 壓 缸 壓 力 和 結(jié) 構(gòu) 的 分 析 .205.5 手 臂 部 分 螺 栓 的 設(shè) 計(jì) .215.6 手 臂 部 分 的 裝 配 以 及 技 術(shù) 要 求 .215.7 本 章 小 結(jié) .21 IV 6 機(jī) 械 手 機(jī) 身 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) .236.1 機(jī) 身 整 體 構(gòu) 思 .236.2 機(jī) 身 回 轉(zhuǎn) 機(jī) 構(gòu) 的 分 析 與 計(jì) 算 .236.3 機(jī) 身 升 降 機(jī) 構(gòu) 的 計(jì) 算 .256.4 回 轉(zhuǎn) 液 壓 缸 結(jié) 構(gòu) 確 定 .286.5 齒 輪 的 計(jì) 算 .296.6 連 接 件 的 設(shè) 計(jì) .306.7 本 章 小 結(jié) .307 機(jī) 械 手 零 部 件 三 維 建 模 .317.1 SolidWorks軟 件 的 背 景 及 特 點(diǎn) .317.2 機(jī) 械 手 的 三 維 建 模 .317.3 本 章 小 結(jié) .33 8 經(jīng) 濟(jì) 性 與 環(huán) 保 性 分 析 .348.1盡 量 使 用 環(huán) 保 無 污 染 材 料 .348.2系 統(tǒng) 高 效 節(jié) 能 設(shè) 計(jì) .348.3本 章 小 結(jié) .349 液 壓 系 統(tǒng) .3510結(jié) 論 與 展 望 .36參 考 文 獻(xiàn) .38附 錄 一 外 文 譯 文 .39附 錄 二 外 文 原 文 .49致 謝 .55 立 式 精 鍛 機(jī) 自 動(dòng) 上 料 機(jī) 械 手 三 維 設(shè) 計(jì) 1 1 緒 論1.1前 言機(jī) 械 手 能 夠 大 致 實(shí) 現(xiàn) 與 人 類 手 臂 相 似 的 動(dòng) 作 ， 它 可 以 在 空 間 內(nèi) 進(jìn) 行 物 體 的 抓 放 ， 移動(dòng) ， 回 轉(zhuǎn) 等 功 能 ， 同 時(shí) 也 可 以 進(jìn) 行 其 它 操 作 的 機(jī) 械 部 件 。 機(jī) 械 手 可 以 仿 真 人 手 的 部 分 動(dòng)作 ， 根 據(jù) 已 輸 入 的 語 言 或 程 序 ， 來 實(shí) 現(xiàn) 完 全 自 動(dòng) 化 的 動(dòng) 作 ， 如 回 轉(zhuǎn) ， 升 降 ， 移 動(dòng) ， 抓 取工 件 等 。 在 工 業(yè) 中 被 廣 泛 所 應(yīng) 用 的 機(jī) 械 手 稱 為 工 業(yè) 機(jī) 械 手 。 它 能 夠 更 有 效 地 完 成 較 多 的復(fù) 雜 高 強(qiáng) 度 的 人 類 無 法 完 全 勝 任 的 工 作 。 因 此 ， 機(jī) 械 手 被 廣 泛 地 應(yīng) 用 于 機(jī) 械 制 造 、 冶 金 、電 子 、 輕 工 和 原 子 能 等 部 門 1 。 近 年 來 ， 隨 著 工 業(yè) 4 .0 的 提 出 以 及 我 國 經(jīng) 濟(jì) 的 發(fā) 展 ， 中國 工 業(yè) 轉(zhuǎn) 型 在 中 國 轉(zhuǎn) 變 經(jīng) 濟(jì) 增 長 模 式 的 過 程 中 扮 演 著 重 要 角 色 ， 所 以 國 家 的 工 業(yè) 也 需 要通 過 飛 速 的 發(fā) 展 與 完 善 。 機(jī) 械 手 作 為 機(jī) 械 生 產(chǎn) 中 及 其 重 要 的 一 種 工 具 ， 對(duì) 其 技 術(shù) 的 不 斷突 破 以 及 更 新 也 變 得 越 來 越 重 要 。 2 隨 著 現(xiàn) 代 工 業(yè) 發(fā) 展 的 需 求 ， 機(jī) 械 手 在 機(jī) 械 制 造 、 冶金 等 部 門 中 十 分 重 要 ， 特 別 是 在 高 溫 度 、 高 壓 力 、 易 燃 易 爆 以 及 放 射 性 等 惡 劣 不 利 人 類工 作 的 環(huán) 境 中 來 代 替 人 類 無 法 完 全 勝 任 的 工 作 。 因 此 機(jī) 械 手 在 如 今 的 時(shí) 代 下 擁 有 十 分 廣泛 的 空 間 以 及 極 為 有 利 的 前 景 。1.2工 業(yè) 機(jī) 械 手 的 發(fā) 展 動(dòng) 態(tài) 和 趨 勢(shì)目 前 工 業(yè) 機(jī) 械 手 在 國 內(nèi) 主 要 是 發(fā) 展 鑄 造 、 熱 處 理 工 藝 的 工 業(yè) 機(jī) 械 手 ， 來 改 善 工 作 強(qiáng) 度 以 及 條 件 ； 而 在 國 外 的 機(jī) 械 工 業(yè) 中 ， 工 業(yè) 機(jī) 械 手 被 廣 泛 的 使 用 。 例 如 進(jìn) 行 點(diǎn) 焊 作 業(yè) 的點(diǎn) 焊 機(jī) 械 手 ， 進(jìn) 行 噴 涂 作 用 的 噴 漆 機(jī) 器 人 等 。 與 我 國 機(jī) 械 手 的 不 同 之 處 在 于 ， 國 外 的 機(jī)械 手 的 發(fā) 展 趨 勢(shì) 是 大 力 研 制 具 有 智 能 反 饋 系 統(tǒng) 的 智 能 機(jī) 械 手 ， 使 它 們 能 夠 具 有 一 定 的 傳感 能 力 3， 并 根 據(jù) 外 界 條 件 的 變 化 進(jìn) 行 反 饋 作 用 ， 同 時(shí) 作 相 應(yīng) 的 變 更 ， 使 得 機(jī) 械 手 能 夠進(jìn) 行 更 加 精 確 的 反 饋 動(dòng) 作 ， 并 根 據(jù) 反 饋 進(jìn) 行 適 當(dāng) 的 下 一 步 的 相 應(yīng) 動(dòng) 作 。根 據(jù) 目 前 工 業(yè) 機(jī) 械 手 的 發(fā) 展 趨 勢(shì) ， 人 類 也 要 對(duì) 發(fā) 展 中 的 工 業(yè) 機(jī) 械 手 的 應(yīng) 用 與 發(fā) 展 提出 以 下 五 點(diǎn) 更 高 的 要 求 ：（ 1） 重 復(fù) 高 精 度 。 由 于 時(shí) 代 的 發(fā) 展 ， 以 后 機(jī) 械 手 會(huì) 使 用 的 越 來 越 普 遍 ， 也 會(huì) 越 來越 廣 泛 。 因 此 ， 對(duì) 機(jī) 械 手 的 精 度 就 提 出 了 一 定 的 要 求 ， 需 要 在 多 次 使 用 時(shí) 保 證 定 位 的 精確 性 4。（ 2） 機(jī) 械 手 的 模 塊 化 。 模 塊 化 的 機(jī) 械 手 相 比 于 一 般 的 導(dǎo) 向 驅(qū) 動(dòng) 機(jī) 械 手 更 加 容 易 操作 ， 也 更 加 靈 活 。 根 據(jù) 模 塊 的 不 同 可 以 使 得 已 經(jīng) 模 塊 化 的 機(jī) 械 手 由 于 它 們 所 擁 有 的 模 塊功 能 不 同 ， 便 會(huì) 使 機(jī) 械 手 擁 有 不 同 的 多 樣 的 功 能 。 這 就 令 機(jī) 械 手 的 應(yīng) 用 范 圍 增 大 了 很 多 ，提 高 了 機(jī) 械 手 的 多 樣 性 4。 立 式 精 鍛 機(jī) 自 動(dòng) 上 料 機(jī) 械 手 三 維 設(shè) 計(jì) 2 （ 3） 無 給 油 化 。 無 給 油 化 是 新 提 出 的 一 個(gè) 環(huán) 保 概 念 ， 這 是 為 了 達(dá) 成 食 品 、 醫(yī) 藥 、生 物 工 程 等 特 殊 行 業(yè) 的 無 污 染 要 求 。 隨 著 現(xiàn) 代 材 料 科 學(xué) 的 發(fā) 展 ， 新 型 環(huán) 保 無 潤 滑 材 料 的出 現(xiàn) ， 構(gòu) 造 特 殊 ， 不 僅 節(jié) 省 潤 滑 油 脂 且 不 污 染 環(huán) 境 ， 系 統(tǒng) 簡 便 、 性 能 穩(wěn) 定 、 成 本 較 低 、壽 命 可 靠 4。（ 4） 機(jī) 電 一 體 化 。 機(jī) 電 一 體 化 的 核 心 思 想 在 于 機(jī) 械 裝 置 與 電 子 技 術(shù) 相 結(jié) 合 的 自 適應(yīng) 控 制 氣 動(dòng) 元 件 ， 使 得 機(jī) 械 手 內(nèi) 的 系 統(tǒng) 由 簡 單 的 “ 開 關(guān) 控 制 ” 進(jìn) 化 到 高 度 的 “ 反 饋 控 制 ” ，很 大 程 度 上 提 高 了 機(jī) 電 系 統(tǒng) 的 可 靠 性 4。（ 5） 環(huán) 保 經(jīng) 濟(jì) 化 。 在 當(dāng) 今 時(shí) 代 的 發(fā) 展 下 ， 環(huán) 保 無 污 染 已 成 為 機(jī) 械 設(shè) 計(jì) 的 趨 勢(shì) ， 所以 設(shè) 計(jì) 的 機(jī) 械 手 為 了 節(jié) 能 減 排 應(yīng) 該 令 結(jié) 構(gòu) 盡 量 的 輕 盈 緊 湊 ， 必 要 時(shí) 可 利 用 二 次 能 源 或 是環(huán) 保 可 降 解 無 污 染 的 材 料 進(jìn) 行 設(shè) 計(jì) 。1.3本 章 小 結(jié)本 章 簡 要 的 介 紹 了 機(jī) 械 手 在 當(dāng) 下 的 重 要 性 、 機(jī) 械 手 的 作 用 以 及 在 國 內(nèi) 外 機(jī) 械 手 的 發(fā)展 動(dòng) 態(tài) 以 及 在 當(dāng) 今 時(shí) 代 下 的 發(fā) 展 趨 勢(shì) ， 同 時(shí) 簡 單 陳 述 了 本 文 的 研 究 內(nèi) 容 和 方 向 。 立 式 精 鍛 機(jī) 自 動(dòng) 上 料 機(jī) 械 手 三 維 設(shè) 計(jì) 3 2 機(jī) 械 手 方 案 的 選 擇本 章 節(jié) 介 紹 了 機(jī) 械 手 的 坐 標(biāo) 以 及 參 數(shù) ， 然 后 根 據(jù) 參 數(shù) 選 擇 總 體 方 案 的 介 紹 ， 并 列 出主 要 性 能 參 數(shù) 和 部 件 的 基 本 數(shù) 據(jù) 。2.1 機(jī) 械 手 坐 標(biāo) 形 式 的 確 定機(jī) 械 手 主 要 有 如 下 所 述 的 4種 基 本 的 坐 標(biāo) 型 式 ：1. 直 角 坐 標(biāo) 式 直 角 坐 標(biāo) 的 機(jī) 械 手 結(jié) 構(gòu) 較 簡 單 ， 精 度 高 。 工 作 位 置 為 一 條 直 線時(shí) 十 分 適 合 選 用 本 坐 標(biāo) 形 式 。 但 是 其 占 地 較 多2. 圓 柱 坐 標(biāo) 式 結(jié) 構(gòu) 相 對(duì) 復(fù) 雜 ， 但 運(yùn) 動(dòng) 慣 性 小 ， 不 占 太 多 空 間 ， 且 工 作 的 范 圍廣 闊 。 同 時(shí) 定 位 精 度 也 可 以 達(dá) 到 較 高 的 標(biāo) 準(zhǔn) ， 在 很 多 情 況 下 都 可 以 選 取 本 形 式 。 但 由 于 其 結(jié) 構(gòu) 限 制 ， 不 能 夾 取 地 面 上 的 工 件 。3. 球 坐 標(biāo) 式 它 具 有 響 應(yīng) 快 、 迅 速 、 靈 活 且 不 占 過 多 空 間 的 優(yōu) 點(diǎn) ， 工 作 范 圍 較廣 。 但 是 因 為 球 坐 標(biāo) 的 結(jié) 構(gòu) 較 為 復(fù) 雜 ， 手 部 擺 動(dòng) 幅 度 的 誤 差 會(huì) 由 于 手 臂 的 前 后 伸 縮 運(yùn) 動(dòng)從 而 引 起 比 原 先 更 大 的 中 心 定 位 誤 差 。4. 關(guān) 節(jié) 式 具 有 三 個(gè) 轉(zhuǎn) 動(dòng) 關(guān) 節(jié) ， 其 中 兩 個(gè) 關(guān) 節(jié) 軸 線 互 相 平 行 ， 它 們 形 成 一 個(gè) 較復(fù) 雜 的 運(yùn) 轉(zhuǎn) 范 圍 。 具 有 響 應(yīng) 迅 速 ， 工 作 范 圍 大 且 不 占 很 多 空 間 的 優(yōu) 點(diǎn) ， 并 且 可 以 通 用 于多 種 場(chǎng) 合 。 由 于 其 復(fù) 雜 的 結(jié) 構(gòu) 以 至 于 位 置 精 度 不 容 易 控 制 。綜 上 所 述 ， 本 設(shè) 計(jì) 的 立 式 精 鍛 機(jī) 自 動(dòng) 上 料 機(jī) 械 手 采 用 圓 柱 坐 標(biāo) 式 機(jī) 械 手 來 實(shí) 現(xiàn) 相 關(guān)功 能 。 2.2 機(jī) 械 手 的 主 要 部 件 及 運(yùn) 動(dòng)在 選 定 了 圓 柱 坐 標(biāo) 以 后 ， 開 始 分 析 本 文 所 設(shè) 計(jì) 的 機(jī) 械 手 關(guān) 鍵 的 動(dòng) 作 。 立 式 精 鍛 機(jī) 自 動(dòng) 上 料 機(jī) 械 手 自 由 度 數(shù) 為 4， 主 要 完 成 5個(gè) 動(dòng) 作 ， 分 別 為 機(jī) 械 手 手 爪 的 夾 緊 與 松 開 、 機(jī)械 手 手 腕 的 回 轉(zhuǎn) 、 機(jī) 械 手 手 臂 的 伸 出 和 收 縮 、 機(jī) 械 手 手 臂 的 回 轉(zhuǎn) 及 其 上 升 下 降 。因 此 ， 本 機(jī) 械 手 主 要 由 七 個(gè) 構(gòu) 件 、 六 個(gè) 缸 體 組 成 ：1） 機(jī) 械 手 手 臂 升 降 機(jī) 構(gòu) 采 用 直 線 式 液 壓 缸 ；2） 中 間 座 部 件 采 用 齒 輪 回 轉(zhuǎn) 來 帶 動(dòng) 機(jī) 械 手 的 手 臂 回 轉(zhuǎn) 95 ；3） 手 臂 回 轉(zhuǎn) 機(jī) 構(gòu) 采 用 回 轉(zhuǎn) 式 液 壓 缸 ；4） 手 臂 伸 縮 機(jī) 構(gòu) 采 用 直 線 式 液 壓 缸 ；5） 夾 持 式 手 部 方 案 與 機(jī) 械 手 手 臂 的 伸 縮 機(jī) 構(gòu) 相 同 ；6） 手 腕 部 件 方 案 同 3） ；7） 回 轉(zhuǎn) 定 位 油 缸 進(jìn) 行 工 件 位 置 的 定 位 。 立 式 精 鍛 機(jī) 自 動(dòng) 上 料 機(jī) 械 手 三 維 設(shè) 計(jì) 4 2.3 驅(qū) 動(dòng) 機(jī) 構(gòu) 的 選 擇本 設(shè) 計(jì) 中 組 成 自 動(dòng) 上 料 機(jī) 械 手 的 關(guān) 鍵 部 分 即 為 驅(qū) 動(dòng) 機(jī) 構(gòu) ， 驅(qū) 動(dòng) 方 案 以 及 驅(qū) 動(dòng) 裝 置 的選 擇 很 大 程 度 上 決 定 了 系 統(tǒng) 的 性 價(jià) 比 。 因 為 擁 有 不 同 的 動(dòng) 力 源 ， 所 以 工 業(yè) 機(jī) 械 手 的 驅(qū) 動(dòng)裝 置 就 可 以 分 為 液 壓 驅(qū) 動(dòng) 、 氣 動(dòng) 驅(qū) 動(dòng) 、 電 動(dòng) 驅(qū) 動(dòng) 和 機(jī) 械 驅(qū) 動(dòng) 這 樣 的 四 類 5。 根 據(jù) 本 設(shè) 計(jì)的 情 況 進(jìn) 行 考 慮 ， 則 本 文 機(jī) 械 手 的 驅(qū) 動(dòng) 方 式 為 液 壓 驅(qū) 動(dòng) 。 這 種 方 式 容 易 操 控 ， 驅(qū) 動(dòng) 力 足夠 ， 能 夠 較 有 效 完 成 要 求 。2.4 機(jī) 械 手 參 數(shù) 的 確 定機(jī) 械 手 主 要 參 數(shù) ：1） 能 夠 抓 取 的 工 件 質(zhì) 量 ： 60kg工 件 直 徑 120mm100mm80mm ， 2） 坐 標(biāo) 形 式 ： 圓 柱 坐 標(biāo)3） 自 由 度 ： 44） 工 作 半 徑 的 范 圍 ： 1700mm-05） 手 臂 抬 起 的 最 高 高 度 ： 2300mm6） 手 臂 運(yùn) 動(dòng) 參 數(shù) ：手 臂 德 伸 出 與 縮 回 范 圍 500mm-0手 臂 伸 縮 速 度 伸 出 速 度 ： 176mm/s 收 縮 速 度 ： 233mm/s手 臂 升 降 速 度 上 升 100mm/s 下 降 150mm/s手 臂 升 降 范 圍 600mm-0手 臂 回 轉(zhuǎn) 范 圍 200-0 （ 這 里 取 95 ）手 臂 回 轉(zhuǎn) 速 度 /s60 7） 手 腕 運(yùn) 動(dòng) 參 數(shù) ：手 腕 回 轉(zhuǎn) 范 圍 180-0手 腕 回 轉(zhuǎn) 速 度 /s2012.5 本 章 小 結(jié)本 章 運(yùn) 用 了 已 知 的 參 數(shù) 對(duì) 整 體 自 動(dòng) 上 料 機(jī) 械 手 進(jìn) 行 了 方 案 設(shè) 計(jì) ， 如 機(jī) 械 手 坐 標(biāo) 形式 、 確 定 自 由 度 和 驅(qū) 動(dòng) 方 式 的 選 擇 。 立 式 精 鍛 機(jī) 自 動(dòng) 上 料 機(jī) 械 手 三 維 設(shè) 計(jì) 5 3 機(jī) 械 手 手 部 方 案 的 確 定 與 設(shè) 計(jì)在 機(jī) 械 手 手 部 抓 取 工 件 時(shí) ， 系 統(tǒng) 響 應(yīng) 應(yīng) 快 ， 精 確 度 高 ， 并 且 具 有 一 定 的 可 靠性 。 由 于 機(jī) 械 手 爪 抓 取 工 件 的 參 數(shù) 有 很 大 的 差 別 ， 例 如 大 小 、 形 狀 、 尺 寸 的 不 同 ，因 此 需 要 由 工 件 的 參 數(shù) 來 決 定 機(jī) 械 手 的 具 體 結(jié) 構(gòu) 。3.1 手 部 結(jié) 構(gòu) 分 類一 般 手 爪 分 為 夾 持 式 以 及 吸 附 式 這 兩 大 類 6。按 照 本 設(shè) 計(jì) 的 技 術(shù) 參 數(shù) 及 上 文 的 方 案 分 析 ， 由 于 本 設(shè) 計(jì) 的 機(jī) 械 手 所 抓 的 坯 料多 為 回 轉(zhuǎn) 型 坯 料 ， 為 了 保 證 抓 取 的 可 靠 性 ， 則 選 取 夾 鉗 式 手 部 設(shè) 計(jì) ， 本 章 節(jié) 便 只介 紹 夾 鉗 式 手 部 。它 由 機(jī) 械 手 手 指 、 傳 動(dòng) 機(jī) 構(gòu) 以 及 驅(qū) 動(dòng) 裝 置 三 部 分 組 成 7。 可 以 抓 性 能 以 及 尺寸 各 不 同 的 回 轉(zhuǎn) 類 零 件 如 套 筒 等 零 件 。 它 最 常 見 驅(qū) 動(dòng) 方 式 的 為 液 壓 驅(qū) 動(dòng) ， 也 有 氣動(dòng) 或 者 電 驅(qū) 動(dòng) 的 驅(qū) 動(dòng) 形 式 8。 常 用 傳 動(dòng) 的 機(jī) 構(gòu) 來 夾 緊 或 放 開 工 件 。平 移 型 手 指 靠 手 指 的 平 移 來 抓 平 板 或 是 方 料 。 在 抓 取 各 種 大 小 不 一 的 圓 棒時(shí) ， 精 度 的 影 響 不 大 。 但 制 造 時(shí) 較 為 不 便 且 較 占 空 間 ?；?轉(zhuǎn) 型 手 指 靠 回 轉(zhuǎn) 運(yùn) 動(dòng) 抓 取 。 這 類 手 指 結(jié) 構(gòu) 簡 便 ， 制 造 較 易 。 因 此 這 類 手 指在 工 業(yè) 上 應(yīng) 用 得 較 為 廣 泛 。 但 由 于 工 件 的 不 同 會(huì) 使 得 精 度 不 太 高 。 其 分 類 形 式 以及 簡 圖 如 圖 3.1， ）a 一 支 點(diǎn) 回 轉(zhuǎn) 型 ， ）b 兩 支 點(diǎn) 回 轉(zhuǎn) 型 ， ）c 移 動(dòng) 型本 文 選 取 圖 3.1中 的 b） 結(jié) 構(gòu) 作 為 手 指 結(jié) 構(gòu) 。 圖 3.1 機(jī) 械 手 結(jié) 構(gòu) 類 型3.2 夾 鉗 式 手 部 設(shè) 計(jì) 的 要 求1. 夾 緊 力 、 驅(qū) 動(dòng) 力 要 足 夠 9 夾 緊 力 若 過 大 會(huì) 對(duì) 工 件 有 一 定 的 磨 損 ， 也可 能 會(huì) 產(chǎn) 生 大 量 的 能 耗 ， 使 得 系 統(tǒng) 的 經(jīng) 濟(jì) 性 大 大 降 低 ； 相 反 ， 若 力 量 過 小 則 會(huì) 夾持 不 了 工 件 或 是 夾 持 力 不 夠 從 而 產(chǎn) 生 松 動(dòng) 甚 至 是 脫 落 ， 無 法 保 證 抓 取 的 安 全 性 。所 以 ， 在 確 定 夾 緊 力 時(shí) ， 需 要 多 方 面 考 慮 系 統(tǒng) 的 動(dòng) 靜 平 衡 以 及 慣 性 問 題 ， 保 證 夾緊 的 可 靠 性 ， 防 止 系 統(tǒng) 松 動(dòng) 和 脫 落 等 危 險(xiǎn) 現(xiàn) 象 。2. 機(jī) 械 手 的 手 指 之 間 應(yīng) 該 有 足 夠 的 開 閉 角 度 10 手 指 在 工 作 時(shí) 擁 有 足 夠 立 式 精 鍛 機(jī) 自 動(dòng) 上 料 機(jī) 械 手 三 維 設(shè) 計(jì) 6 的 開 閉 范 圍 則 可 以 簡 單 順 利 地 抓 放 坯 料 或 工 件 。 若 工 件 的 直 徑 不 同 ， 則 需 要 按 直徑 大 的 工 件 來 進(jìn) 行 開 閉 角 以 及 開 閉 范 圍 的 考 慮 與 選 取 。3. 保 證 工 件 在 手 指 內(nèi) 的 夾 持 精 度 手 指 能 夠 較 準(zhǔn) 確 地 定 位 到 被 夾 緊 工 件的 位 置 。 例 如 凸 輪 或 是 帶 有 曲 面 的 等 工 件 ， 保 證 它 們 可 靠 的 位 置 精 度 是 十 分 重 要的 一 部 分 。4. 要 求 擁 有 可 靠 足 夠 安 全 的 強(qiáng) 度 和 一 定 的 剛 度 ， 防 止 在 既 有 慣 性 力 又 有 振動(dòng) 的 環(huán) 境 下 防 止 零 件 失 效 （ 斷 裂 或 彎 曲 變 形 ） 。 因 此 也 需 使 結(jié) 構(gòu) 盡 量 緊 湊 輕 盈 。5. 應(yīng) 考 慮 互 換 性 和 通 用 性 ， 在 大 多 數(shù) 的 情 況 下 ， 機(jī) 械 手 的 手 部 是 根 據(jù) 設(shè) 定的 要 求 專 門 設(shè) 計(jì) 的 ， 為 了 讓 其 有 更 多 的 功 能 或 作 用 ， 使 其 更 加 的 通 用 ， 提 高 它 的適 用 性 ， 來 適 應(yīng) 參 數(shù) 、 形 態(tài) 各 異 的 工 件 需 要 。 也 可 以 對(duì) 機(jī) 械 手 的 零 件 進(jìn) 行 互 換 （ 滿足 裝 配 要 求 與 系 統(tǒng) 正 常 運(yùn) 轉(zhuǎn) 即 可 ） 。3.3 機(jī) 械 手 手 部 的 設(shè) 計(jì) 3.3.1 手 部 夾 緊 裝 置為 了 完 成 擬 定 的 設(shè) 計(jì) 目 標(biāo) ， 本 文 設(shè) 計(jì) 的 手 指 結(jié) 構(gòu) 在 上 文 3.1已 經(jīng) 介 紹 ， 傳 動(dòng)機(jī) 構(gòu) 采 用 滑 槽 杠 桿 機(jī) 構(gòu) ， 夾 緊 裝 置 選 擇 常 開 式 ， 油 的 壓 力 作 為 驅(qū) 動(dòng) 來 帶 動(dòng) 拉 桿 進(jìn)行 運(yùn) 動(dòng) ， 并 且 通 過 傳 動(dòng) 機(jī) 構(gòu) 的 帶 動(dòng) 來 實(shí) 現(xiàn) 手 指 的 抓 取 運(yùn) 動(dòng) 。3.3.2 手 爪 的 力 學(xué) 分 析本 文 所 選 取 的 滑 槽 杠 桿 式 手 部 的 機(jī) 構(gòu) 如 下 圖 3.2： 圖 3.2 手 部 結(jié) 構(gòu) 受 力 分 析 簡 圖 立 式 精 鍛 機(jī) 自 動(dòng) 上 料 機(jī) 械 手 三 維 設(shè) 計(jì) 7 因 為 圓 柱 銷 為 平 衡 狀 態(tài) ， 其 受 合 力 F =0， 可 得 出12 cosF F 對(duì) 其 進(jìn) 行 變 形 得 到 公 式 3.1 1 2cosFF （ 3.1）銷 對(duì) 機(jī) 械 手 手 指 的 反 作 用 力 為 ,1F ， 因 為 二 力 平 衡 ， 所 以 有 下 式 3.21 1F F （ 3.2）由 手 指 的 平 衡 條 件 01( ) 0M F 得 公 式 3.3， 1 NF h F b （ 3.3）1N F hF b因 為 cos ah 所 以 21( )2 cosN aF Fb （ 3.4）由 上 文 的 分 析 與 計(jì) 算 可 得 出 結(jié) 論 ： 當(dāng) 驅(qū) 動(dòng) 力 F確 定 之 后 ， 如 果 角 繼 續(xù) 擴(kuò) 大 ，那 么 握 力 FN也 會(huì) 隨 著 角 度 的 增 加 而 增 大 。 但 角 如 果 過 大 ， 則 會(huì) 導(dǎo) 致 活 塞 桿 上 下 移 動(dòng) 過 大 ， 使 得 手 爪 的 結(jié) 構(gòu) 也 相 應(yīng) 地 增 大 ， 不 適 合 之 后 對(duì) 其 他 部 件 的 設(shè) 計(jì) 。 因此 初 步 確 定 角 的 范 圍 在 40-30 之 間 ， 本 設(shè) 計(jì) 中 此 角 度 取 35 。3.3.3 夾 緊 力 及 驅(qū) 動(dòng) 力 的 計(jì) 算保 證 手 爪 能 夠 可 靠 地 抓 住 工 件 的 關(guān) 鍵 因 素 在 于 手 指 的 夾 緊 力 。 因 此 必 須 對(duì) 力的 三 要 素 進(jìn) 行 具 體 計(jì) 算 分 析 。 載 荷 包 括 重 力 產(chǎn) 生 的 靜 載 荷 以 及 系 統(tǒng) 運(yùn) 動(dòng) 時(shí) 產(chǎn) 生 的動(dòng) 載 荷 。1） 最 小 夾 緊 力 確 定最 小 夾 緊 力 根 據(jù) 式 3.5進(jìn) 行 分 析 與 計(jì) 算 ： 1 2 3NF K K K G （ 3.5）其 中 ， 安 全 系 數(shù) 1.5K1 ， 工 況 系 數(shù) 2K 根 據(jù) 公 式 3.6進(jìn) 行 計(jì) 算 立 式 精 鍛 機(jī) 自 動(dòng) 上 料 機(jī) 械 手 三 維 設(shè) 計(jì) 8 ga1K2 （ 3.6）其 中a 最 大 上 升 加 速 度 ；g 29.8N/m ； 響tva max （ 3.7）響t 系 統(tǒng) 響 應(yīng) 時(shí) 間 ， 此 處 取 0 .5 s；3K 方 位 系 數(shù) ， 根 據(jù) 實(shí) 際 情 況 ， 這 里 取 4 .0 ；G 坯 料 所 受 的 重 力 ， 在 本 文 中 此 重 力 均 為 G=mg=6 0 x9 .8 =5 8 8 N。 max 運(yùn) 載 工 件 時(shí) 重 力 方 向 的 最 大 上 升 速 度 ， 由 前 文 分 析 可 得 出0.1m/svmax ， 0.5st 響 ， 將 以 上 結(jié) 果 代 入 公 式 3 .7 計(jì) 算 出 加 速 度 a=0 .2 2m/s ；因 此 ， 綜 上 所 述 ， 1.5K1 ， 1.029.80.21K2 ， 4.0K3 ， G=5 8 8 N， 根 據(jù)公 式 3 .2 可 得 出 夾 緊 力 為 3 5 9 8 .5 6 N。2） 夾 緊 缸 驅(qū) 動(dòng) 力 的 計(jì) 算因 為 本 機(jī) 械 手 設(shè) 計(jì) 所 選 取 的 液 壓 缸 為 單 作 用 缸 ， 所 以 其 作 用 力 可 以 由 3 .8 得2 2( )4F D d p 拉 （ 3.8）D 活 塞 直 徑 ；d 活 塞 桿 直 徑 ；p 工 作 壓 力上 述 參 數(shù) 單 位 均 為 SI， 由 此 可 確 定 驅(qū) 動(dòng) 力 ：（ 2 ） 由 公 式 3 .4 可 以 得 出 公 式 3 .9 22 cos NbF Fa （ 3.9）將 b=9 0 mm， 35 ， a=9 5 mm 帶 入 上 式 ， 得 2 22 2 90cos cos 35 3598.56 4575.1695NbF F Na 立 式 精 鍛 機(jī) 自 動(dòng) 上 料 機(jī) 械 手 三 維 設(shè) 計(jì) 9 （ 3 ） 一 般 取 效 率 值 0.85由 此 得 出 4575.16 5382.540.85F 實(shí) 際 F N3.4 夾 緊 缸 尺 寸 計(jì) 算 表 3 .1 液 壓 缸 工 作 壓 力 活 塞 上 外 力 F（ kN） 液 壓 缸 工 作 壓 力（ MPa） 活 塞 上 外 力 F（ kN） 液 壓 缸 工 作 壓 力（ MPa）5 18.0 3020 0.40.2105 0.25.1 5030 0.50.42010 0.35.2 50 0.70.5由 表 3 .1 分 析 ， 本 設(shè) 計(jì) 中 實(shí) 際 工 作 壓 力 5000 5382.54 10000N F N N 實(shí) 際 ，不 難 看 出 2MPap 。如 圖 3.4， 在 缸 的 無 桿 腔 進(jìn) 油 時(shí) ， 根 據(jù) 公 式 3 .1 0 計(jì) 算 其 內(nèi) 徑2 2 1 2 1 24( ) d PFD P P p p （ 3.10）回 油 時(shí) 系 統(tǒng) 壓 力 0p2 ， 公 式 可 化 為 3 .1 11 14 1.13F FD P P （ 3.11）當(dāng) 缸 的 有 桿 腔 進(jìn) 油 時(shí) ， 根 據(jù) 公 式 3 .1 2 計(jì) 算 其 內(nèi) 徑 ：224FD dP （ 3.12）F 驅(qū) 動(dòng) 力 ；P 1 P2 此 處 取 2MPa； 這 里 效 率 值 取 0.95 ；d 活 塞 桿 直 徑 ， 可 利 用 下 式 3 .1 3 計(jì) 算 立 式 精 鍛 機(jī) 自 動(dòng) 上 料 機(jī) 械 手 三 維 設(shè) 計(jì) 1 0 1d D （ 3.13）表 3.2 壓 力 與 往 復(fù) 速 度 比 對(duì) 照 表液 壓 缸 工 作 壓 力）（ MPap1 10 2010 20往 復(fù) 速 度 比 33.1 246.1 2 由 于 工 作 壓 力 為 2MPa， 所 以 1.33 ， 得0.498Dd 再 將 已 知 結(jié) 果 代 入 3 .5 可 得1 1 5382.541.13 1.13 57.930.95 2FD mmP mm60.00.498D20.953.145382.544dP4FD 22222 ）（取 60mmDmax ， 查 液 壓 缸 內(nèi) 徑 推 薦 標(biāo) 準(zhǔn) JB8 2 6 -6 6 確 定 其 內(nèi) 徑 ， 外 徑 推 薦 標(biāo)準(zhǔn) JB1 0 8 6 -7 確 定 其 外 徑 。 綜 上 ， 有 28mmd60mmD ， 液 壓 夾 緊 缸 的 結(jié) 構(gòu) 件 圖 見 下 圖 3 .3圖 3.3 夾 緊 缸 結(jié) 構(gòu) 圖 立 式 精 鍛 機(jī) 自 動(dòng) 上 料 機(jī) 械 手 三 維 設(shè) 計(jì) 1 1 3.5 螺 栓 尺 寸 的 選 定3.5.1 手 指 部 螺 栓 的 分 析 與 計(jì) 算由 設(shè) 計(jì) 結(jié) 構(gòu) 分 析 ， 手 部 需 要 有 螺 紋 緊 固 件 對(duì) 其 進(jìn) 行 預(yù) 緊 。 又 根 據(jù) 前 文 的 受 力分 析 可 知 ， 在 機(jī) 械 手 手 部 受 力 最 大 螺 栓 其 預(yù) 緊 力 力 為 5 3 8 2 .8 4 N， 許 用 應(yīng) 力 2 MPa，根 據(jù) 螺 栓 設(shè) 計(jì) 公 式 3 .1 3 3.14d 21 F （ 3.14）其 中 ， 預(yù) 緊 力 2F 為 夾 緊 力 5382.84N， 得 出 d1 需 大 于 等 于 6.6mm， 根 據(jù)GB/T70.1-2016進(jìn) 行 取 整 ， 所 以 這 里 選 用 內(nèi) 六 角 圓 柱 頭 螺 釘 M8。3.5.2 手 架 部 分 螺 栓 的 分 析 與 計(jì) 算 機(jī) 械 手 的 手 架 部 分 需 要 有 4個(gè) 螺 栓 對(duì) 其 進(jìn) 行 固 定 ， 由 于 夾 緊 力 在 手 指 端 部 ，因 此 ， 此 螺 栓 組 受 傾 覆 力 矩 影 響 。 在 手 指 夾 取 工 件 時(shí) ， 手 架 左 側(cè) 螺 栓 被 壓 緊 ， 右側(cè) 螺 栓 被 放 松 ； 當(dāng) 手 指 放 開 工 件 時(shí) ， 右 側(cè) 螺 栓 被 壓 緊 ， 左 側(cè) 螺 栓 被 放 松 。 根 據(jù) 螺栓 所 受 最 大 載 荷 公 式 3.15 2iz1i maxmax LMLF （ 3.15）其 中 ， 根 據(jù) 力 矩 公 式 M=Fl得 出 F=5382.54N， l=345mm， 得 出 螺 栓 所 受 的 力 矩為 1856.98Nm。 由 于 4個(gè) 螺 栓 在 手 架 均 勻 分 布 ， 因 此 4321maxL LLLL =45mm。根 據(jù) 公 式 3.8 可 得 出 螺 栓 最 大 工 作 載 荷 為 10316.6N。 由 公 式 3.7 可 得 出 螺 栓 小徑 1d 4.6mm， 根 據(jù) GB/T70.1-2016， 對(duì) 計(jì) 算 結(jié) 果 進(jìn) 行 取 整 ， 由 此 選 取 內(nèi) 六 角 頭圓 柱 頭 螺 釘 M6。3.6 手 部 拉 緊 軸 的 分 析 3.6.1 軸 的 載 荷 分 析 和 計(jì) 算根 據(jù) 手 部 的 分 析 ， 機(jī) 械 手 手 部 的 軸 應(yīng) 為 拉 緊 軸 ， 所 受 力 為 兩 端 的 拉 緊 力 ， 對(duì)于 夾 持 式 手 部 的 結(jié) 構(gòu) 分 析 ， 軸 中 由 開 槽 平 頭 緊 定 螺 釘 固 定 。 因 此 ， 拉 緊 軸 僅 受 彎矩 影 響 ， 受 力 分 析 圖 及 其 彎 矩 圖 如 圖 3-4 所 示 。 由 已 知 夾 緊 力 為 5382.54N， 根據(jù) 參 數(shù) 以 及 手 部 結(jié) 構(gòu) 的 參 數(shù) ， 取 夾 緊 力 距 離 軸 為 195mm， 根 據(jù) 彎 矩 公 式 M=Fl得出 彎 矩 為 1049.595Nm。 立 式 精 鍛 機(jī) 自 動(dòng) 上 料 機(jī) 械 手 三 維 設(shè) 計(jì) 1 2 圖 3.4 軸 的 受 力 分 析 及 其 彎 矩 圖如 上 圖 所 示 ， F1=F3=5382.84N， F2=10765.68N， 所 以 軸 所 受 最 大 載 荷 即 為1049.595Nm。 根 據(jù) 軸 的 直 徑 設(shè) 計(jì) 公 式 3.16 0.1Md （ 3 .1 6 ）其 中 M 為 1049.595Nm， 由 前 文 可 知 ， 許 用 應(yīng) 力 =2MPa， 因 此 可 得 出 軸 的直 徑 d6.8mm， 取 整 則 為 8mm。 由 于 這 為 拉 緊 軸 ， 載 荷 分 布 較 簡 單 ， 因 此 不 需 要分 段 ， 僅 需 一 段 即 可 。 軸 的 裝 配 圖 則 如 圖 3.5所 示 。 圖 3 .5 機(jī) 械 手 手 部 拉 緊 軸 裝 配 圖3.6.2軸 的 材 料 的 選 擇由 于 機(jī) 械 手 手 部 在 抓 取 物 體 時(shí) 會(huì) 在 手 爪 處 產(chǎn) 生 應(yīng) 力 集 中 ， 因 此 在 軸 上 會(huì) 產(chǎn) 生一 定 的 彎 矩 ， 在 軸 的 運(yùn) 轉(zhuǎn) 過 程 中 亦 會(huì) 產(chǎn) 生 大 量 的 熱 量 ， 需 要 能 夠 抗 氧 化 并 且 能 夠耐 一 定 的 高 溫 。 如 上 圖 3-5所 示 ， 為 了 手 部 抓 取 不 產(chǎn) 生 松 動(dòng) 或 脫 落 ， 保 證 抓 取 的可 靠 性 ， 同 時(shí) 考 慮 經(jīng) 濟(jì) 性 。 因 此 選 用 經(jīng) 過 耐 熱 鋼 作 為 軸 的 材 料 。3.7 銷 連 接 的 設(shè) 計(jì)銷 按 用 途 分 為 用 于 定 位 的 定 位 銷 ， 用 于 連 接 的 連 接 銷 等 11。 前 者 是 機(jī) 械 結(jié) 構(gòu)進(jìn) 行 裝 配 時(shí) 十 分 重 要 的 定 位 零 件 ， 有 些 銷 也 可 以 傳 遞 較 小 的 載 荷 。 立 式 精 鍛 機(jī) 自 動(dòng) 上 料 機(jī) 械 手 三 維 設(shè) 計(jì) 1 3 銷 的 類 型 有 很 多 ， 例 如 圓 錐 銷 ， 圓 柱 銷 ， 槽 銷 等 ， 這 些 銷 都 是 標(biāo) 準(zhǔn) 件 ， 因 此可 直 接 選 用 。 本 設(shè) 計(jì) 采 用 圓 柱 銷 ， 由 于 圓 柱 銷 需 要 進(jìn) 行 過 盈 配 合 從 而 固 定 在 銷 的孔 內(nèi) ， 并 且 機(jī) 械 手 的 零 部 件 需 要 卡 緊 以 保 證 系 統(tǒng) 的 安 全 可 靠 ， 所 以 選 擇 7/8H s 的過 盈 配 合 連 接 。 在 裝 配 前 ， 需 要 對(duì) 其 相 關(guān) 精 度 進(jìn) 行 復(fù) 查 。3.8 本 章 小 結(jié)本 章 介 紹 了 機(jī) 械 手 的 結(jié) 構(gòu) 及 其 種 類 ， 并 通 過 已 選 取 的 方 案 對(duì) 于 機(jī) 械 手 手 爪 的夾 緊 力 、 液 壓 缸 的 驅(qū) 動(dòng) 力 進(jìn) 行 分 析 ， 并 根 據(jù) 表 格 選 取 液 壓 缸 的 內(nèi) 外 徑 尺 寸 。 根 據(jù)已 知 許 用 應(yīng) 力 設(shè) 計(jì) 手 部 軸 ， 螺 栓 的 直 徑 ， 根 據(jù) 尺 寸 設(shè) 計(jì) 出 可 靠 安 全 的 機(jī) 械 手 手 部 。4 機(jī) 械 手 手 腕 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) 機(jī) 械 手 手 腕 安 裝 在 手 臂 部 分 與 手 爪 部 分 之 間 ， 其 作 用 是 通 過 臂 部 的 運(yùn) 動(dòng) （ 如移 動(dòng) ， 回 轉(zhuǎn) 等 ） 來 更 加 完 善 地 改 變 或 者 調(diào) 整 機(jī) 械 手 的 手 部 在 空 間 內(nèi) 操 作 的 方 位 ，使 得 機(jī) 械 手 運(yùn) 動(dòng) 的 范 圍 更 廣 ， 同 時(shí) 令 機(jī) 械 手 適 應(yīng) 性 更 強(qiáng) 。4.1 腕 部 設(shè) 計(jì) 所 需 滿 足 的 要 求（ 1 ） 結(jié) 構(gòu) 盡 可 能 緊 湊 、 質(zhì) 量 小機(jī) 械 手 的 手 腕 處 于 機(jī) 械 手 手 臂 和 機(jī) 械 手 手 爪 之 間 ， 則 整 個(gè) 機(jī) 械 手 手 部 的 動(dòng) 載荷 以 及 靜 載 荷 都 需 要 由 手 臂 部 承 載 。 因 此 ， 不 難 看 出 ， 手 腕 部 的 結(jié) 構(gòu) 、 質(zhì) 量 和 其載 荷 分 布 ， 都 會(huì) 對(duì) 機(jī) 械 手 各 部 分 產(chǎn) 生 影 響 。 所 以 在 設(shè) 計(jì) 時(shí) ， 結(jié) 構(gòu) 需 緊 湊 并 且 輕 盈 。（ 2 ） 合 理 布 局 其 結(jié) 構(gòu)機(jī) 械 手 的 腕 部 是 整 體 系 統(tǒng) 的 執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu) ， 還 需 要 有 支 撐 和 連 接 的 作 用 。 所 以 ，在 能 保 證 系 統(tǒng) 正 常 運(yùn) 作 的 情 況 下 ， 還 需 要 能 夠 有 足 夠 安 全 的 強(qiáng) 度 以 及 剛 度 。 除 此 之 外 ， 還 應(yīng) 結(jié) 合 機(jī) 械 手 的 實(shí) 際 情 況 對(duì) 整 體 進(jìn) 行 全 面 完 善 的 考 慮 并 合 理 布 局 。 例 如機(jī) 械 手 腕 部 、 機(jī) 械 手 臂 部 、 機(jī) 械 手 手 爪 部 的 連 接 。 還 有 對(duì) 于 手 腕 部 分 的 自 由 度 數(shù)的 檢 測(cè) 以 及 壽 命 、 性 能 的 分 析 。（ 3 ） 完 整 分 析 工 作 條 件根 據(jù) 本 文 參 數(shù) 以 及 條 件 ， 機(jī) 械 手 在 抓 料 上 料 至 立 式 精 鍛 機(jī) 上 時(shí) ， 環(huán) 境 對(duì) 其 沒有 太 多 的 影 響 ， 而 且 機(jī) 械 手 沒 有 在 高 溫 高 壓 的 惡 劣 環(huán) 境 中 ， 亦 沒 有 在 具 有 腐 蝕 性的 介 質(zhì) 中 進(jìn) 行 工 作 。 所 以 環(huán) 境 對(duì) 系 統(tǒng) 的 影 響 不 大 。4.2 腕 部 結(jié) 構(gòu) 的 選 擇手 腕 的 動(dòng) 作 不 是 很 多 ， 但 由 于 其 為 連 接 部 件 ， 所 以 其 結(jié) 構(gòu) 需 要 非 常 緊 湊 。 在力 量 可 以 保 證 的 前 提 下 ， 質(zhì) 量 盡 可 能 的 要 小 ， 手 腕 部 分 所 連 接 的 手 爪 的 夾 緊 機(jī) 構(gòu) 立 式 精 鍛 機(jī) 自 動(dòng) 上 料 機(jī) 械 手 三 維 設(shè) 計(jì) 1 4 經(jīng) 常 要 與 手 腕 結(jié) 構(gòu) 一 同 考 慮 。本 設(shè) 計(jì) 條 件 所 需 要 設(shè) 計(jì) 的 機(jī) 械 手 要 求 其 手 腕 旋 轉(zhuǎn) 9 0 度 ， 1 個(gè) 回 轉(zhuǎn) 的 自 由 度 。驅(qū) 動(dòng) 方 案 已 在 第 二 章 的 方 案 分 配 中 介 紹 ， 此 處 不 再 敘 述 。4.3 腕 部 的 設(shè) 計(jì) 計(jì) 算機(jī) 械 手 的 手 腕 在 回 轉(zhuǎn) 時(shí) ， 克 服 以 下 阻 力 才 能 夠 正 常 運(yùn) 轉(zhuǎn) ：（ 1 ） 腕 部 摩 擦 力 產(chǎn) 生 的 力 矩 M摩 0.1 總摩 M M （ 4 .1 ）（ 2 ） 回 轉(zhuǎn) 時(shí) 產(chǎn) 生 的 偏 心 矩 M偏 1偏 M Ge （ 4 .2 ）式 中 e 重 心 到 軸 線 的 距 離 （ m） 。（ 3 ） 慣 性 矩 M慣 ( )慣 工 件 啟 M J J t （ 4.3）（ 4 ） 帶 動(dòng) 系 統(tǒng) 的 驅(qū) 動(dòng) 力 矩 M總總 摩 偏 慣 M M M M （ 4.4）4.3.1 腕 部 參 數(shù) 的 設(shè) 定自 動(dòng) 上 料 機(jī) 械 手 的 手 指 夾 緊 結(jié) 構(gòu) 、 手 腕 回 轉(zhuǎn) 結(jié) 構(gòu) 這 幾 個(gè) 結(jié) 構(gòu) 可 以 等 效 成 為 一個(gè) 高 1 0 0 cm， 直 徑 1 0 0 mm， 能 夠 旋 轉(zhuǎn) 1 8 0 度 的 圓 柱 體 ， 抓 取 工 件 的 質(zhì) 量 為 60kg。其 所 受 的 重 力 為 588N9.860mgG 。4.3.2 腕 部 驅(qū) 動(dòng) 條 件 的 確 定 （ 1 ） 摩 擦 阻 力 矩 0.1 總摩 M M （ 4.5）（ 2 ） 系 統(tǒng) 啟 動(dòng) 時(shí) 間 ， 此 處 取 0.2啟 t s （ 4.6）回 轉(zhuǎn) 角 速 度 1201 / 3.51s s （ 4.7）（ 3 ） 慣 性 矩 立 式 精 鍛 機(jī) 自 動(dòng) 上 料 機(jī) 械 手 三 維 設(shè) 計(jì) 1 5 ( )慣 工 件 啟 M J J t （ 4.8）2 2 21 0.5 132.01 0.07 0.3232J m R Nms 腕 腕2 2 2 2 21 1( 3 ) 60 (0.1 3 0.05 ) 0.087512 12J m l R Nms 件 件 件 件70R mm腕 ，腕 部 質(zhì) 量 約 為 2 2 33.14 0.07 1.1 7.8 10 132.01m R L Kg 腕 腕 鐵通 過 式 4 .8 ： 3.51( ) (0.323 0.0875) 7.200.2M J J N mt 慣 工 件 啟（ 4 ） 回 轉(zhuǎn) 時(shí) 產(chǎn) 生 的 偏 心 矩 （ 此 處 可 忽 略 ）M 0偏 （ 5 ） 能 夠 驅(qū) 動(dòng) 系 統(tǒng) 的 總 力 矩 0.1 8.86 0總 總摩 慣 偏 M M M M M N m取 效 率 0.9 ， 可 計(jì) 算 7.20 8.00.9M 總 N m有 上 述 計(jì) 算 可 知 ， 液 壓 缸 回 轉(zhuǎn) 時(shí) 所 產(chǎn) 生 的 驅(qū) 動(dòng) 力 矩 必 須 大 于 總 阻 力 矩 總M ，則 有 2 2( )2 總 Pb R rM M對(duì) 公 式 進(jìn) 行 變 形 ， 得 出 式 4.9 2 22( )總 MP b R r （ 4.9）式 中 ： 總M 系 統(tǒng) 運(yùn) 轉(zhuǎn) 時(shí) 產(chǎn) 生 的 總 力 矩 ；P 系 統(tǒng) 運(yùn) 轉(zhuǎn) 時(shí) 的 壓 力 差R 內(nèi) 孔 半 徑 ；r 軸 的 半 徑 ；b 葉 片 寬 。 立 式 精 鍛 機(jī) 自 動(dòng) 上 料 機(jī) 械 手 三 維 設(shè) 計(jì) 1 6 圖 4.1 回 轉(zhuǎn) 液 壓 缸 結(jié) 構(gòu) 示 意 圖如 圖 4 .1 所 示 ， 70mmb55mmr110mmR ， ， 并 由 式 4 .9 ， 得 出2 2 2 22 2 8.0 0.0252( ) 0.07 (0.11 0.055 )MP MPab R r 總4.4 腕 部 零 件 的 設(shè) 計(jì)4.4.1 腕 部