四自由度工業(yè)機(jī)械手的設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

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1、31 2012畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 論 文 摘 要 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目為四自由度工業(yè)機(jī)械手的設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)是根據(jù)三年專科所學(xué)的課程進(jìn)行的，主要有：機(jī)械零件設(shè)計(jì)，機(jī)械零件圖測繪，液壓與氣動技術(shù)，PLC電子編程技術(shù)，理論力學(xué)，工程力學(xué)等。設(shè)計(jì)共分為六章，第一章緒論是說明本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的，意義，研究范圍及要達(dá)到的技術(shù)要求，簡述本課題在國內(nèi)外的發(fā)展概況及存在的問題。第二章總體設(shè)計(jì)以及總體說明，對工業(yè)機(jī)械手的工作原理、組成及其種類型式進(jìn)行介紹，確定整個(gè)機(jī)械手的總體方案。第三章工業(yè)機(jī)械手的機(jī)械部分設(shè)計(jì)，是介紹各部件的

2、選擇及相關(guān)數(shù)據(jù)的確定、性能的分析和各參數(shù)的計(jì)算；第四章工業(yè)機(jī)械手驅(qū)動系統(tǒng)（氣動系統(tǒng)）的設(shè)計(jì)，包括：回路設(shè)計(jì)，執(zhí)行元件選擇，控制元件選擇以及動作順序表等進(jìn)行介紹。第五章工業(yè)機(jī)械手的電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，主要介紹了PLC的程序梯形圖。第六章是設(shè)計(jì)的總結(jié)。 在本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)中，能順利的完成，最重要的是由三位優(yōu)秀的，具有豐富經(jīng)驗(yàn)的導(dǎo)師王曉初和李克天老師的詳細(xì)耐心的解說，教導(dǎo)。而本人也通過《畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》、《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》、《可編程序控制器》以及參考其它有關(guān)機(jī)械手設(shè)計(jì)的專業(yè)書籍,經(jīng)過十三周的努力終于把此畢業(yè)設(shè)計(jì)編制而成。 關(guān)鍵字：機(jī)械手，氣動系統(tǒng)，PLC，

3、目 錄 1 緒論 ―――――――――――――――――――――――――――――――――――-- 3 1．1 課題設(shè)計(jì)的論述 --―――――――――――――――――――――――――――― 3 1．1．1 工業(yè)機(jī)械手的技術(shù)概述 --―――――――――――――――――――――― 3 1．1．2現(xiàn)狀及國內(nèi)外發(fā)展趨勢 --――――――――――――――――――――――― 4 1．2 工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)的基本步驟 ----―――――――――――――――――――――― 5 2 總體設(shè)計(jì) ―――――――――――――――――――――――――――――――――― 6 2．1 設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容 ――

4、―――――――――――――――――――――――――――― 6 2．1．1總體說明 ―――――――――――――――――――――――――――――― 6 2．1．2驅(qū)動方式的選擇和設(shè)計(jì) ――――――――――――――――――――――― 6 2．1．3整體機(jī)構(gòu)的確定 --――――――――――――――――――――――――-- 7 3 工業(yè)機(jī)械手的機(jī)械部分設(shè)計(jì)–--―――――――――――――――――――――― 8 3.1 工業(yè)機(jī)械手的規(guī)格參數(shù) ――――――――――――――――――――――――― 8 3.2 工業(yè)設(shè)計(jì)手的參數(shù)計(jì)算 ――――――――――――――――――――――――---

5、 8 3.2.1 手部質(zhì)量計(jì)算 ―――――――――――――――――――――――――――- 8 3.2.2 機(jī)械手的爪部夾緊氣缸的選擇 ―――――――――――――――――――-- 9 3.2.3 腕部傳動氣缸的選擇 ―――――――――――――――――――――――-- 10 3.2.4 伸縮氣缸的選擇 ――――――――――――――――――――――――――-- 11 3.2.5 對伸縮導(dǎo)桿的校核 ―――――――――――――――――――――――――-- 12 3.2.6 配重計(jì)算 ―――――――――――――――――――――――――――――-- 13 3.2.7 升降部分計(jì)算 -

6、-――――――――――――――――――――――――――― 14 3.2.8 對升降導(dǎo)桿的核算 ――――――――――――――――――――――――--- 15 3.2.9撓度計(jì)算 ―――――――――――――――――――――――――――――--- 15 3.2.10轉(zhuǎn)臺型齒桿式回轉(zhuǎn)擺動氣缸的計(jì)算 ――――――――――――――――-- 16 4 工業(yè)機(jī)械手的控制部分設(shè)計(jì) ――――――――――――――――――――――― 17 4．1 回路計(jì)算 ――――――――――――――――――――――――――――――――-- 17 4．2 執(zhí)行元件選擇 ――――――――――――――――――――――

7、―――――――― 17 4．3 控制元件選擇 ―――――――――――――――――――――――――――――― 18 4．4 執(zhí)行元件用氣量的計(jì)算和空壓機(jī)的選擇 ―――――――――――――――――― 21 4．5 氣動元件的清單 ――――――――――――――――――――――――――――― 22 4.6 動作順序表 ――――――――――――――――――――――――――――――― 23 5 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)―――――――――――――――――――――――――――― 25 5．1電氣控制方案設(shè)計(jì)和元件的選擇 ――――――――――――――――――――― 25 5．2 PLC控

8、制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及PLC及I/O端口分配圖的設(shè)計(jì) ―――――――――――― 25 5．3 PLC梯形圖的設(shè)計(jì) ―――――――――――――――――――――――――――― 25 5．4 PLC的控制程序 ―――――――――――――――――――――――――――――― 25 總結(jié) 致謝 參考文獻(xiàn) 1 緒論 1．1 課題設(shè)計(jì)的論述 AZ機(jī)械是現(xiàn)代社會進(jìn)行生產(chǎn)的主要要素之一，機(jī)械制造工業(yè)是現(xiàn)代工業(yè)化國家的基礎(chǔ)工業(yè)，是我國社會主義現(xiàn)代化的重要領(lǐng)域之一。 AZ機(jī)械設(shè)計(jì)是從使用要求等出發(fā)，對機(jī)械的工作原理，結(jié)構(gòu)，運(yùn)動形式，力和能量的傳遞方式，以至各個(gè)零件的材料和形

9、狀尺寸，以及使用維修等問題進(jìn)行構(gòu)思，分析和決策的工作過程，這種過程的結(jié)構(gòu)一般要表達(dá)成設(shè)計(jì)圖紙，說明書以及各種技術(shù)文件。機(jī)械設(shè)計(jì)是機(jī)械生產(chǎn)的第一步，是決定產(chǎn)品性能及影響產(chǎn)品制造過程的首要環(huán)節(jié)。 AZ因此，機(jī)械設(shè)計(jì)課程是講授一般工作條件和常用參數(shù)范圍內(nèi)的通用設(shè)計(jì)的課程。 1．1．1 AZ工業(yè)機(jī)械手的技術(shù)概述 ㈠ 工業(yè)機(jī)械手的工作原理和分類 ⒈ 原理 機(jī)械手是一種模仿人手動作，并按設(shè)定的程序、軌跡和要求代替人手抓搬運(yùn)工件或操持工具或進(jìn)行操作的自動化裝置。 ⒉ 分類 工業(yè)機(jī)械手的種類很多按使用范圍可分為：專用機(jī)械手、通用機(jī)械手。 專用機(jī)械手—— 一般附屬

10、于工作機(jī)器設(shè)備，動作程序固定，驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)可以獨(dú)立，亦可以附屬與工作機(jī)械設(shè)備。 通用機(jī)械手—— 獨(dú)立工作的自動化機(jī)械裝置。在規(guī)格性能范圍內(nèi)，其動作程序是可變的，通過調(diào)整可在不同場合使用，驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)是獨(dú)立的。 按驅(qū)動方式可分為：液壓機(jī)械手、氣壓機(jī)械手、電動機(jī)械手和機(jī)械式機(jī)械手。 液壓機(jī)械手—— 輸出力大，傳動平穩(wěn)。如采用電液伺服機(jī)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡控制。液壓系統(tǒng)的密封要求嚴(yán)格，油溫對油的粘度影響較大。 氣壓機(jī)械手—— 氣源方便，輸出力小，氣壓傳動速度快，結(jié)構(gòu)簡單，成本低。但工作不大穩(wěn)定，沖擊大，在同樣抓重條件下它比液壓機(jī)械手的結(jié)構(gòu)大。 電動機(jī)械手——

11、直接用直線電機(jī)，功率步進(jìn)電機(jī)和具有特殊結(jié)構(gòu)的感應(yīng)電動機(jī)等來驅(qū)動，動力源簡單，不需要能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，維護(hù)使用方便。 機(jī)械式機(jī)械手—— 由工作機(jī)械帶動機(jī)械手運(yùn)動，工作可靠，動作頻率高，結(jié)構(gòu)簡單，成本低。但動作固定不可變。 按控制系統(tǒng)可分為：點(diǎn)位控制、連續(xù)控制。 點(diǎn)位控制—— 只能控制工業(yè)機(jī)械手運(yùn)動的幾個(gè)點(diǎn)的位置，運(yùn)動軌跡不受控制。目前使用的專用和通用的工業(yè)機(jī)械手均屬于此類。 連續(xù)控制—— 工業(yè)機(jī)械手按給定的速度沿給定的路線（軌跡）實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)準(zhǔn)確的運(yùn)動。特點(diǎn)是設(shè)定點(diǎn)是無限的，整個(gè)運(yùn)動過程都要求在控制之下。這類工業(yè)機(jī)械手一般采用小型計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制。 ⒊ 工業(yè)機(jī)械手的自由度 所謂

12、工業(yè)機(jī)械手的自由度就是整機(jī)、手臂和手腕相對于固定坐標(biāo)所具有的獨(dú)立運(yùn)動。有幾個(gè)獨(dú)立運(yùn)動就有幾個(gè)自由度。手指的抓取動作不計(jì)在自由度數(shù)目內(nèi)。 工業(yè)機(jī)械手自由度數(shù)的多少，決定著工業(yè)機(jī)械手動作多樣化的程度。自由度數(shù)越多，它的動作越靈活，應(yīng)用越廣。但同時(shí)也使控制系統(tǒng)和機(jī)械結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，定位精度難以保證，整機(jī)的造價(jià)高，自重大。所以，應(yīng)按生產(chǎn)實(shí)際需要選用最少的自由度數(shù)。目前國內(nèi)外現(xiàn)有的工業(yè)機(jī)械手的自由度數(shù)目為２～５個(gè)。 4．工業(yè)機(jī)械手手臂的坐標(biāo)形式 按照工業(yè)機(jī)械手手臂所具有的運(yùn)動及其組合情況，若以坐標(biāo)形式可分為下列四種： （1）直角坐標(biāo)式 手臂的運(yùn)動是由三個(gè)直線運(yùn)動組合而成。 （2）圓柱坐標(biāo)式

13、 手臂的運(yùn)動是由兩個(gè)直線運(yùn)動和一個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動組成。 （3）球坐標(biāo)式 手臂運(yùn)動是由一個(gè)直線運(yùn)動和兩個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動組成。 （4）關(guān)節(jié)式 手臂運(yùn)動是由三個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動組成。 ㈡ 工業(yè)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)組成 目前國內(nèi)工業(yè)機(jī)械手的種類和型式比較多。從結(jié)構(gòu)型式分析，主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等組成。 ⒈ 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 由手部、手腕、手臂和行走機(jī)構(gòu)等運(yùn)動部件組成。 ⑴ 手部 它具有人手某種單一動作的功能。是機(jī)械手直接用于抓取和握緊工件進(jìn)行操作的部件，要求其抓取工件牢固、定位準(zhǔn)確、小損傷工件。由于抓取物件的形狀不同，手部有夾持式和吸附式等型式。

14、 夾持式手部是由手指和傳力機(jī)構(gòu)組成。手指是直接與物件接觸的構(gòu)件。常用的手指運(yùn)動型式有回轉(zhuǎn)型和平移型。回轉(zhuǎn)型手指結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，故應(yīng)用較廣泛；平移型結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，應(yīng)用較少。平移型手指夾持圓形零件時(shí)，工件直徑變化不影響其軸心的位置，因此適宜夾持變化范圍大的工件。 ⑵ 手腕 手腕是連接手部和手臂的部件，用來改變或調(diào)整工作的方位（即姿勢）。它可以有上下擺動、左右擺動和繞自身軸線的回轉(zhuǎn)三個(gè)運(yùn)動，如有特殊要求（將軸類零件放在頂尖上，將筒類、盤類零件卡在卡盤上等），手腕還可以有小距離的橫移。也有的工業(yè)機(jī)械手沒有手腕。 ⑶ 手臂 手臂是機(jī)械手執(zhí)行結(jié)構(gòu)中的部件。其作用是將被抓住工件

15、傳送到規(guī)定位置上，它具有手臂伸縮、升降、回轉(zhuǎn)三個(gè)自由度。 工業(yè)機(jī)械手的手臂是支撐通常由驅(qū)動手臂運(yùn)動的部件（如油、氣缸、齒輪齒條機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)、螺旋機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)等）與驅(qū)動源（如液壓、氣壓或電機(jī)等）相配合，以實(shí)現(xiàn)手臂的各種運(yùn)動。 ⑷ 行走機(jī)構(gòu) 當(dāng)工業(yè)機(jī)械手需要完成較遠(yuǎn)距離的操作時(shí)，可在機(jī)座輪，軌道等行走機(jī)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)械手的整機(jī)運(yùn)動。 ⒉ 驅(qū)動系統(tǒng) 驅(qū)動系統(tǒng)是驅(qū)動工業(yè)機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動的動力裝置。通常由動力源、控制調(diào)節(jié)裝置和輔助裝置組成。 ⒊ 控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)是支配著工業(yè)機(jī)械手按規(guī)定的要求運(yùn)動的系統(tǒng)。目前工業(yè)機(jī)械手的控制系統(tǒng)一般由程序控制系統(tǒng)和電氣定位（或

16、機(jī)械擋位）系統(tǒng)組成。 1．1．2 現(xiàn)狀及國內(nèi)外發(fā)展趨勢 國外機(jī)器人領(lǐng)域發(fā)展近幾年有如下幾個(gè)趨勢： 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03年的5.3萬美元。 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)模塊中的伺服電機(jī)，減速機(jī)，檢測系統(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)；國外已有模塊化裝配機(jī)器人產(chǎn)品問市。 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

17、可維修性。 4．機(jī)器人中的傳感器作用日益重要，除采用傳統(tǒng)的位置，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。 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。 6．當(dāng)代遙控機(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。美國發(fā)射到火星上

18、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。 7．機(jī)器人化機(jī)械開始興起。從94年美國開發(fā)出“虛擬軸機(jī)床”以來，這種新型裝置已成為國際研究的熱點(diǎn)之一，紛紛探索開拓其實(shí)際應(yīng)用的領(lǐng)域。我國的工業(yè)機(jī)器人從80年代“七五”科技攻關(guān)開始起步，在國家的支持下，通過“七五”，“八五”科技攻關(guān)，目前已基本掌握了機(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)動學(xué)和軌道規(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多臺套噴漆機(jī)器人在二十余家企業(yè)的近30條自動噴漆生產(chǎn)線（站）上獲得規(guī)模應(yīng)用，弧焊機(jī)器人已應(yīng)用在汽車制造廠的焊裝線上。但總的看來，我國的

19、工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國外比還有一定的距離，如：可靠性低于國外產(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)與國外比有差距；在應(yīng)用規(guī)模上，我國已安裝的國產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人約200臺，約占全球已安裝臺數(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，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)，對產(chǎn)品進(jìn)行全面規(guī)劃，搞好系列化，通用化，?；O(shè)計(jì)，積極推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，我國的智能機(jī)器人和特種機(jī)器人在“863”計(jì)劃的支持下，也取得了不少成果。其中最

20、為突出的是水下機(jī)器人，6000米水下無纜機(jī)器人的成果居世界領(lǐng)先水平，還開發(fā)出直接遙控機(jī)器人，雙臂協(xié)調(diào)控制機(jī)器人，爬壁機(jī)器人，管道機(jī)器人等機(jī)種；在機(jī)器人視覺，力覺，觸覺，聲覺等基礎(chǔ)技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用上開展了不少工作，有一定的發(fā)展基礎(chǔ)。但是在多傳感器信息融合控制技術(shù)，遙控加局部自主系統(tǒng)遙控機(jī)器人，智能裝配機(jī)器人，機(jī)器人化機(jī)械等的開發(fā)應(yīng)用方面則剛剛起步，與國外先進(jìn)水平差距較大，需要在原有成績的基礎(chǔ)上，有重點(diǎn)地系統(tǒng)攻關(guān)，才能形成系統(tǒng)配套可供實(shí)用的技術(shù)和產(chǎn)品，以期在“十五”后期立于世界先進(jìn)行列之中。 1．2 AZ工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)的基本步驟 工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)的步驟包括以下： 1．根據(jù)機(jī)械手的功能要

21、求，選定其的類型 2．分析機(jī)械手的工作情況，確定作用在機(jī)械手上的載荷。 3．根據(jù)工作情況分析，判定機(jī)械手的失效形式，從而確定其計(jì)算準(zhǔn)則。 4．進(jìn)行主要的參數(shù)選擇，根據(jù)計(jì)算準(zhǔn)則求出零件的主要尺寸，選擇材料，考慮熱處理及結(jié)構(gòu)工藝性要求。 5．進(jìn)行對機(jī)械手結(jié)構(gòu)分析。 6．繪制零件圖，制訂技術(shù)要求。 AZ 2 總體設(shè)計(jì) 2．1 總體設(shè)計(jì) 2．1．1 總體設(shè)計(jì) 工業(yè)機(jī)械手是一種模仿人手動作，并按設(shè)定的程序，軌跡和要求代替人手抓搬 運(yùn)或操作工具或進(jìn)行操作自動化裝置。 機(jī)械手的總體設(shè)計(jì)要進(jìn)行全面綜合考慮，盡可能使之做到結(jié)構(gòu)簡單，緊湊，容易操作安全可靠，

22、安裝維修方便，經(jīng)濟(jì)性好。 為了提高機(jī)械手的運(yùn)動速度和控制精度，在保證機(jī)械手有足夠強(qiáng)度與剛度的條件下，盡可能從結(jié)構(gòu)與材料上設(shè)法減輕機(jī)械手的重量，力求選高強(qiáng)度，輕質(zhì)材料，通常用高強(qiáng)度鋁合金制造。 據(jù)設(shè)計(jì)題目給出的坐標(biāo)形式和基本參數(shù)確定該設(shè)計(jì)和各項(xiàng)結(jié)構(gòu)，其中已確定的各項(xiàng)有： 1．本工業(yè)機(jī)械手是通用機(jī)械手，是一種具有獨(dú)立控制系統(tǒng)的，程序可變，動作靈活多樣的機(jī)械手。通用機(jī)械手工作的范圍大，定位精度高，通用性強(qiáng)，適用于不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量自動化生產(chǎn)。本工業(yè)機(jī)械手的控制定位方式是簡易型的點(diǎn)定位控制，因此，其控制系統(tǒng)不是很復(fù)雜。 2．本工業(yè)機(jī)械手是圓柱坐標(biāo)的坐標(biāo)型式，其手臂的運(yùn)動系由兩個(gè)直線運(yùn)動

23、和兩個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動所組成，即沿X軸的伸縮，沿Z軸的升降和繞Z軸的回轉(zhuǎn)。特點(diǎn)：占地面積小而活動范圍大，結(jié)構(gòu)較簡單，并能達(dá)到較高的定位精度，應(yīng)用廣泛，但因機(jī)械手結(jié)構(gòu)關(guān)系，沿Z軸方向移動的最低位置限制，故不能抓取地面上的物體。 3． 本工業(yè)機(jī)械手是四自由度機(jī)械手。所謂工業(yè)機(jī)械手的自由度就是整機(jī)手臂和手腕相對于固定坐標(biāo)所具有的獨(dú)立運(yùn)動：1 手臂的升降；2 手臂的升縮；3 手腕部回轉(zhuǎn)； 4．手臂回轉(zhuǎn)。根據(jù)給出的工業(yè)機(jī)械手的規(guī)格參數(shù)，還需確定其余各部件的設(shè)計(jì)。 2．1．2 驅(qū)動方式的選擇和設(shè)計(jì) 根據(jù)有關(guān)資料的顯示，現(xiàn)在機(jī)械手驅(qū)動方式的成熟控制方式有多種，主要以下幾種方式，并進(jìn)行比較選擇：

24、 1． 液壓傳動機(jī)械手，是以油液的壓力來驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的機(jī)械手，但對密封裝置要求嚴(yán)格，不然油的泄漏對機(jī)械手的工作性能有很大影響，且不宜在高溫，低溫下工作。若機(jī)械手采用電液伺服驅(qū)動系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡控制，使機(jī)械手的通用性擴(kuò)大，但電液伺服閥的制造精度高，油液過濾要求嚴(yán)格，成本高， 2． 氣壓傳動機(jī)械手：是以壓縮空氣的壓力來驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動的機(jī)械手。其主要特點(diǎn)：介質(zhì)來源極方便，不污染環(huán)境，工作可靠，氣動動作迅速，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，操作維修方便。但是由于空氣具有可壓縮的特點(diǎn)，工作速度的穩(wěn)定性較差，而且氣源壓力較低，抓重一般在30公斤以下，適用于高速，輕載，高溫和粉塵大的環(huán)境中進(jìn)行工作。 3．

25、機(jī)械傳動機(jī)械手：既由機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)（如凸輪，連桿，齒輪和齒條，間歇機(jī)構(gòu)等）驅(qū)動的機(jī)械手。它是一種附屬于工作主機(jī)的專用機(jī)械手，其動力是由工作機(jī)械傳遞的。它的特點(diǎn)是運(yùn)動準(zhǔn)確可靠，動作頻率高，但結(jié)構(gòu)較大，動作程序不可變。常被用于為工作主機(jī)的上，下料。 4．電力傳動機(jī)械手：即由特殊結(jié)構(gòu)的感應(yīng)電動機(jī)，直線電機(jī)或步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的機(jī)械手，因?yàn)椴恍柚虚g的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，故機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單。其中直線電機(jī)機(jī)械手的運(yùn)動速度快和行程長，維護(hù)和使用方便。此類機(jī)械手目前還不多，有發(fā)展前途。 綜合上述四種驅(qū)動方式的優(yōu)缺點(diǎn)結(jié)合本設(shè)計(jì)之工業(yè)機(jī)械手的各項(xiàng)規(guī)格要求，應(yīng)選用氣壓傳動來實(shí)現(xiàn)，則其抓重和定位都可達(dá)到，且結(jié)構(gòu)可簡單，

26、其傳動平穩(wěn)和動作靈敏性可達(dá)到設(shè)計(jì)要求。 因此，本設(shè)計(jì)的四自由度工業(yè)機(jī)械手選用氣壓傳動機(jī)械手作為驅(qū)動方式。 2．1．3 整體機(jī)構(gòu)的確定 1． 執(zhí)行機(jī)構(gòu) （1）手部：既與物體直接接觸的部件，采用夾持式手部。夾持式手部由手指（或手爪）和傳力機(jī)構(gòu)構(gòu)成。手指直接與物體接觸，傳力機(jī)構(gòu)采用斜楔杠桿式結(jié)構(gòu)，通過手指產(chǎn)生夾緊力來完成夾放物件，其由氣缸實(shí)現(xiàn)。 （2）手腕：是聯(lián)接手部和手臂的部件，起調(diào)整或改變工件方位的作用。本系統(tǒng)則通過由回轉(zhuǎn)氣缸使手腕實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)擺動，實(shí)現(xiàn)方位的改變。 （3）手臂：支撐手腕和手部的部件，以改變工件的位置。其作用是帶動手指去抓取物件，并按預(yù)定要求將其搬

27、到設(shè)定位置，本系統(tǒng)采用氣缸和回轉(zhuǎn)氣缸分別實(shí)現(xiàn)手臂的升降回轉(zhuǎn)以及伸縮的動作。 （4）立柱：以手臂的升降氣缸兼作立柱，以便實(shí)現(xiàn)該機(jī)械手的緊湊和簡潔。 （5）機(jī)座：是機(jī)械手的基礎(chǔ)部分，各結(jié)構(gòu)部件均安裝其上，起支撐和連接作用。 2． 驅(qū)動系統(tǒng)：系統(tǒng)才用氣壓傳動方式。 3． 控制系統(tǒng)：是支配工業(yè)機(jī)械手按規(guī)定的要求運(yùn)動的系統(tǒng)。系統(tǒng)由可編程序控制器系統(tǒng)和行程開關(guān)電氣定位以及相關(guān)的繼電器系統(tǒng)組成的系統(tǒng)控制。 4． 位置檢測盒的放置：為操作和安全，把電氣控制箱置于機(jī)座上，而把操縱盒以長距離，遠(yuǎn)距離的操縱方式。操控人員可遠(yuǎn)離機(jī)械手操作。

28、 整個(gè)機(jī)構(gòu)的位置布置初定大概如下所示： 爪部+夾緊缸+手腕轉(zhuǎn)動缸+伸縮缸 ＋ 升降缸（回轉(zhuǎn)缸） ＋ 回轉(zhuǎn)缸（升降缸） 為了使整個(gè)機(jī)構(gòu)盡量趨向于輕便簡單，在此我們盡量選取葉片型回轉(zhuǎn)氣缸，將回轉(zhuǎn)氣缸放在升降缸之上，但這一構(gòu)想取決于葉片型回轉(zhuǎn)缸的工作壓力是否達(dá)到系統(tǒng)的壓力要求，所以此部分將留待往后再作決定。 5． 手部結(jié)構(gòu) 根據(jù)已知的規(guī)格參數(shù)，我們選擇爪部通過汽缸推動楔塊帶動爪

29、部杠桿運(yùn)動的結(jié)構(gòu)，以此實(shí)現(xiàn)爪部張合的夾緊運(yùn)動。杠桿與楔塊接觸的一端用彈簧連起，以保證楔塊縮回時(shí)杠桿端部始終與楔塊接觸。爪部的張合弧度可通過改變楔塊的斜面角度和杠桿的長度和比例來調(diào)節(jié)。結(jié)構(gòu)緊湊簡潔，受力性能良好，定位誤差小。 3 直角坐標(biāo)式工業(yè)機(jī)械手的機(jī)械部分設(shè)計(jì) 3．1 機(jī)械手的規(guī)格參數(shù) 1． 抓重：50 N （額定抓取重量或額定負(fù)荷） 2． 自由度： 4 3． 坐標(biāo)形式： 圓柱坐標(biāo) 4． 最大工作半徑：1200㎜ 5． 手臂最大中心高（下降時(shí)）：800㎜ 6． 手臂運(yùn)動參數(shù) ① 伸縮行程：500㎜ ② 伸縮速度：2

30、50㎜／s ③ 升降行程：300㎜ ④ 升降速度：200㎜／s ⑤ 回轉(zhuǎn)范圍：０○～１８０○ ⑥ 回轉(zhuǎn)速度：180○／s 7． 手腕參數(shù) ①. 回轉(zhuǎn)范圍：０○～１８０○ ②.回轉(zhuǎn)速度：１８０○㎜／s 8． 手指夾持范圍：Ф５０～Ф７０ 9． 定位精度：１㎜ 10． 驅(qū)動方式：氣壓傳動 11．電氣控制方式：PLC點(diǎn)位程序控制 12．電氣操作方式：手動和自動 3．2 工業(yè)機(jī)械手的參數(shù)總體計(jì)算 3．2．1 機(jī)械手的質(zhì)量 工件的材質(zhì)為鋼結(jié)構(gòu) ρ鋼=７.８１０３kｇ／ｍ３＝0.0078ｇ／㎜3 工件的質(zhì)量 ｍ工件＝Ｇ／ｇ

31、 （3－1） ＝５０／９.８ ＝５.102Kg＝５１０2ｇ 工件的體積 Ｖ工件＝ｍ工件／ρ鋼 （3－2） ＝5102/0.0078 ＝654103 mm３ 當(dāng)工件取Ф５０時(shí)，面積應(yīng)為 Ｓ5０＝π（ｄ5０/2）２

32、 （3－3） ＝3.14625 ＝１９６２.5mm２ 長度應(yīng)為 Ｌ5０＝Ｖ工件／Ｓ5０ （3－4） ＝654103／１９６２.5 ＝３３３.3mm 當(dāng)工件取Ф７０時(shí)，面積應(yīng)為 Ｓ70＝π（ｄ７0／2）

33、 （3－5） ＝π（７０／2）２ ＝３８４６.５mm２ 長度應(yīng)為 Ｌ70＝Ｖ工件／Ｓ70 （3－6） ＝654103／３８４６.５ ＝１７０.０5mm 手部各部分質(zhì)量估算如下： Ｖ爪部＝21.59102=4000mm３ Ｖ桿＝3514202=19600mm３ V螺栓=πr2L=3.144460=3000mm3 Ｖ手部＝４Ｖ爪＋２Ｖ桿+2V螺栓 ＝40004+196002+30002=6

34、5000mm３ ｍ手部＝650000.0078＝507ｇ Ｖ楔塊＝1221.551.5=13000mm３ ｍ楔塊＝130000.0078＝101.4ｇ Ｖ支承板＝８３１540＝49800mm３ ｍ支承板＝498000.0078＝776ｇ ｍ缸＝１１４０４０3.5＝１２８０ｇ 所以，總的質(zhì)量 ｍ總＝ｍ工件＋ｍ爪部＋ｍ爪部缸＝ｍ工件＋ｍ手部＋ｍ楔塊＋ｍ缸＋ｍ支承板 （3－7） ＝５１０2＋507＋101.4＋１２８０＋776 ＝7766.4ｇ 3．2．2 機(jī)械手的爪部夾緊氣缸的選擇 氣缸夾緊力計(jì)算如下： 手指的角度：２θ＝１

35、２００，b＝35㎜ C=17㎜ 根據(jù)手部結(jié)構(gòu),其驅(qū)動力為： P=２ｂNｔｇα／C （3－8） （1） 根據(jù)手指夾持工件的方位，可得握力公式： N＝0.5ｓｉNθＧ／ｆ （3－9） ＝０.5ｓｉN 60０50／0.1 ＝216.5 N 則：P=２ｂNｔｇα／Ｃ ＝ 235216.5ｔｇ150/17 ＝236 N 據(jù)公式：Ｐ實(shí)≥ PK1K2/η （3－10） 式中：η——手部的機(jī)械效率，一般取（0.85～

36、0.95） K1 ——安全系數(shù)，一般取（1.2～２） Ｋ２——工作條件系數(shù)，主要考慮慣性力的影響，Ｋ２可近似按下式估算：Ｋ２＝１＋αｇ其中α為被抓取工件運(yùn)動時(shí)的最大加速度，ｇ為重力加速度（ｇ＝０.９８米／秒２） f—為被夾持工件與手指接觸的磨擦系數(shù)在這取f=0.1 一般手爪傳動機(jī)構(gòu)的傳動效率取η=0.85～0.9， 故η＝０.９0，Ｋ１＝１.５ 若被抓取工件的最大加速度取α＝ｇ，則： Ｋ２=1+α/ｇ=1+1=2 Ｐ實(shí)＝2361.52/0.90=787 N 所以，夾持工件時(shí)所需夾緊氣缸的驅(qū)動力為787 N 則根據(jù)公式：Ｐ氣缸＝πＤ２Ｐ／４

37、 （3－11） Ｐ氣缸＝πＤ２Ｐ／４＝３.１４（５０１０－３）２5105/4 ＝９８１.5 N Ｐ氣缸＝９８１.５N >Ｐ彈簧＋Ｐ實(shí)際 ＝１４２.5 +787＝929.5 N 式中: D為氣缸直徑假設(shè)為50mm P為氣壓假設(shè)為5105Pa 所以選用MDBB50--35氣缸合適． ｍ夾緊＝１１４０＋５０３．５＝１３１５ｇ 3．2．3 腕部傳動氣缸的選擇 當(dāng)工件取Ф７０時(shí)，Ｒ＝０.０３５>Ｌ／８＝０.１７／８＝０.０２１２５ 則根據(jù)公式：Ｊ工件＝ｍ（L２＋３Ｒ２）／１２得：

38、 （3－12） Ｊ工件＝ｍ（L２＋３Ｒ２）／１２ ＝５．１（０．１７２＋３０．０３５２）／１２ ＝０．０１３８Kgm２ 當(dāng)工件取Ф５０時(shí)，Ｒ＝０．０２５<Ｌ／８＝０.３３３３／８＝０.０４１６６ 則根據(jù)公式：Ｊ工件＝ｍL２／１２得： （3－13） Ｊ工件＝ｍL２／１２ ＝５．１０．３３３３２／１２ ＝０．０４７２Kgm２ 因此Ｊ工件?。使ぜ叮担埃剑埃埃矗罚睰gｍ２計(jì)算

39、 根據(jù)公式：J手爪＝ｍ（ａ２＋ｂ２）／１２得： （3－14） J手爪＝ｍ（ａ２＋ｂ２）／１２ ＝２．７（０．０７２＋０．０35２）／１２ ＝０．００１５Kgm２ Ｍ慣＝（Ｊ工件＋J手爪）ω／△ （3－15） ＝（０．０４１７２＋０．００１５）３．１４／０．１ ＝１．５２９２Nm 根據(jù)手腕回轉(zhuǎn)受力圖 , 得： Ｍ驅(qū)＝Ｍ慣＋Ｍ偏＋Ｍ摩＋Ｍ封

40、 （3－16） 為簡化計(jì)算可不計(jì)密封裝置處的摩擦阻力矩，因此乘安全系數(shù)１．１即可 Ｍ驅(qū)＝１．１Ｍ慣＝１.１１.５２９２＝１.６８２Nm． 所以選用ＣＤＲＢ１ＢＷ５０－１８０Ｓ大型葉片式回轉(zhuǎn)擺動氣缸． 其參數(shù)為：Ｍ驅(qū)＝３Nm． 則，由以上結(jié)果可得手腕回轉(zhuǎn)受力如圖3－1 圖3－1 手腕回轉(zhuǎn)受力圖 3．2．4 伸縮氣缸的選擇 1． 計(jì)算摩擦力： 彎矩M的計(jì)算 工件：Ｘ１＝７００＋５００－３２６＝８４７（mm）

41、 爪部：Ｘ２＝６００＋５００－３２６＝７７４（mm） 腕部：Ｘ３＝４４２＋５００－３２６＝６１６（mm） 導(dǎo)桿：Ｘ４＝２５０mm ｍ１＝５．１Kg ｍ２＝３．２Kg (約為3.0 取3.2) ｍ３＝１．５Kg (約為1.4 取1.5)ｍ４＝４２＝８Kg (約為3.8 取4.0) Ｍ＝Ｍ１＋Ｍ２＋Ｍ３＋Ｍ４

42、 (3-17) ＝5.10.8749.8+3.20.7749.8+1.50.6169.8+80.259.8 ≈96.6 Nｍ 根據(jù)手臂伸出時(shí)的受力狀態(tài)得：Ｇ＝Ｇ１＋Ｇ２＋Ｇ３＋Ｇ４ (3-18) Ｇ＝Ｇ１＋Ｇ２＋Ｇ３＋Ｇ４ ＝（5.1+3.2+1.5+8）9.8＝17.89.8＝１７４．４４N 根據(jù)： ２N２＝２N１＋Ｇ……（１） N１=Ｍ/f……（２） 解得：N１＝Ｍ／0.15＝96.5／0.15＝６４４N

43、 N２＝（２N＋Ｇ）／２＝（２６４４＋１７４.44）／２ ＝７３１.22　N 根據(jù)公式：Ｆ摩2＝fN2 (3-19) ＝731.220.152＝219.4 N （其中：鋼－青銅ｆ＝0.1～0.15（潤）） Ｆ摩1＝fN１＝６４４0.152＝１９３.2　N Ｆ摩＝Ｆ摩１＋Ｆ摩２＝193.2＋219.4＝412.6 N 2． 慣性力計(jì)算 Ｆ慣＝ｍａ

44、 (3-20) ＝（ｍ1＋ｍ2＋ｍ3＋ｍ4）ａ ＝17.81.25＝22.25N 其中， ａ＝250／0.2mm／S ＝1.25ｍ／ｓ Ｆ摩＋Ｆ慣＝412.6＋22.25＝434.85N Ｆ缸驅(qū)＝Ｐ工作（πｄ缸２／4） ＝51.01106（4010-3）23.14/4 ≈507.5 N 所以SMC MB系列標(biāo)準(zhǔn)氣缸 MDBB50-500合適，查資料得：材料為鋁合金的MDBB50-500氣缸行程為零時(shí)質(zhì)量為1140g

45、，每增加10mm行程則質(zhì)量增加40g ｍ伸縮缸＝1140+5040＝3140g 3．2．5 對伸縮導(dǎo)桿的校核 P＝N2／S （3－21） ＝731.22／(0.030.03)＝0.0812106Pa ＝0.812MPa 所以，P<[P]＝15MPa V＝0.25ｍ／ｓ ＰＶ＝0.08121060.25＝0.203106Pa ＝0.203MP

46、a<[PV]＝15MPa／ｓ σ＝Ｍ／Ｗ （3－22） ＝（87.50.5）/[（π/32）（3010-3）3] ＝18.210６Ｐａ ＝18.2MPa 所以，σ<[σ]＝100MPa （45鋼[σ]＝100 MPa） ｍ伸縮導(dǎo)桿＝（πｄ２／4）Ｌ伸縮ρ缸 （3－23） ＝（3.143

47、02／4） 7207.810３ ＝3968ｇ 3．2．6 配重計(jì)算 偏重力矩即手臂及其上所支承的全部零件的重量（作用在各自重心上）對手臂回轉(zhuǎn)軸的靜力矩，用Ｍ偏表示，手臂前伸時(shí)則偏重力矩為最大。若Ｇ１Ｇ２Ｇ３Ｇ４和Ｘ１Ｘ２Ｘ３Ｘ４分別為工件，手部、手腕、手臂之重量和重心位置至手臂回轉(zhuǎn)軸的距離，則手臂，手腕等部件的總重量Ｇ為： Ｇ＝Ｇ１＋Ｇ２＋Ｇ３＋Ｇ４＋……＝ΣＧｉ （3－24） 式中ｉ——表示工件、手部、手腕、手臂等零部件的順序號。

48、 各零部件的總重心位置距手臂回轉(zhuǎn)軸軸線的距離為Ｐ，其值為： ρ＝（Ｇ１Ｘ１＋Ｇ２Ｘ２＋……）／（Ｇ１＋Ｇ２＋……） ＝ΣＧｉＸｉ／ΣＧｉ 厘米 （3－25） 其偏重力矩Ｍ偏為：Ｍ偏＝Ｇｐ＝ΣＧｉＸｉ　　公斤?厘米 當(dāng)手臂處于伸長和回縮狀態(tài)時(shí)，立柱所受偏重力矩分別為： ρ縮＝(Ｇ工件Ｘ工件＋Ｇ手爪Ｘ手爪＋Ｇ腕部回轉(zhuǎn)缸Ｘ腕部回轉(zhuǎn)缸 ＋Ｇ伸縮導(dǎo)向Ｘ伸縮導(dǎo)向 －Ｇ伸縮缸Ｘ伸縮缸)／（Ｇ工件＋Ｇ手爪 ＋Ｇ腕部回轉(zhuǎn)缸＋Ｇ伸縮導(dǎo)向＋Ｇ伸縮缸）

49、 （3－26） ＝（5.1700＋3.2570＋1.2450＋913－1.8183） ／（5.1＋3.2＋1.2＋9＋1.81） ＝5900.77/20.31＝290.5 mm ρ縮＝(Ｇ工件Ｘ/工件＋Ｇ手爪Ｘ/手爪＋Ｇ腕部回轉(zhuǎn)缸Ｘ/腕部回轉(zhuǎn)缸＋Ｇ伸縮導(dǎo)向 Ｘ/伸縮導(dǎo)向 －Ｇ伸縮缸Ｘ/伸縮缸)／（Ｇ工件＋Ｇ手爪＋Ｇ腕部回轉(zhuǎn)缸 ＋Ｇ伸縮導(dǎo)向＋Ｇ伸縮缸） （3－27） ＝（5.11200＋3.21070＋1.2950＋9355－1.8130）

50、 /(5.1＋3.2＋1.2＋9＋1.81) ＝670.1 mm Ｍ縮＝Ｇρ縮 ＝20.319.8290.5＝57.8 Nｍ Ｍ伸＝Ｇρ伸 ＝20.319.8670.1＝133.4 Nｍ 由于要將偏重力矩減至最小，因此配重取兩者的中間值。 Ｍ中間值＝95.6 Nｍ ρ中間值＝450mm＝0.45mm 則：Ｇ配重＝Ｍ中間值／ρ中間值＝95.6／0.45＝212.4 N ｍ配重＝Ｇ配重／ｇ＝212.4／9.8＝21.7 kg V配重＝ｍ配重／ρ鋼＝21.7/(7.810-6)＝2.78106mm３ （ａ： １５０ ｂ：２００ h：９２） 3．2．7

51、升降部分計(jì)算 工業(yè)機(jī)械手的回轉(zhuǎn)和升降機(jī)構(gòu)安裝在底座上，它們支承著手臂伸縮機(jī)構(gòu)，手腕和手部。 升降導(dǎo)向立柱不自鎖的條件——因?yàn)槭直墼诳傊亓浚堑淖饔孟掠幸豁槙r(shí)針方向傾斜的趨勢，而導(dǎo)套卻阻止手臂這種趨勢，若導(dǎo)套對升降立柱的作用力為Ｒ１和Ｒ２，根據(jù)升降立柱的力平衡條件得： ΣＦＸ＝０ Ｒ１＝Ｒ２ ΣｍＡ（Ｆ）＝０ Ｒ１h＝Ｇρ 則：Ｒ１＝Ｇｐ／h （3－28） 所謂不自鎖的條件就是升降立柱能在導(dǎo)套內(nèi)自由下滑。從力的觀點(diǎn)分析必須使

52、 Ｇ>Ｆ１ ＋Ｆ２＝２Ｆ１＝２Ｒ１ｆ＝２ρＧｆ／h 所以：h>２ｆρ 式中：ｆ——摩擦系數(shù)。一般取0.1，這里考慮到摩擦的副作用則取0.16。 ρ——偏重力臂即手臂等部件總重量的重心到立柱軸線間的距離。 ｍ托板＝863200127.810-6＝16.2 kg ｍ總1＝20.31+16.2+21.7＝58.21 kg Ｐ慣＝ｍ總1ａ＝58.210.2/0.1＝116.42 N Ｍ總１＝Ｍ伸－Ｍ配重＝133.4－95＝38.4 Nm ρ總１＝Ｍ總１／Ｇ總１＝38.4/(58.219.8)＝0.0673 m＝67.3 mm (h＝1

53、50 mm>2fρ總１＝20.267.3＝26.92 mm) ｍ托連＝103.1410027.810-3＝2449.2 g＝2.45 kg R＝Ｍ總１／h＝38.4/0.15＝256 N Ｐ摩＝2Rf＝22560.15＝76.8 N Ｐ驅(qū)＝1.2(Ｐ慣＋Ｐ摩)＋Ｇ總１＋Ｇ連 ＝1.2(116.42＋76.8) ＋58.219.8＋2.459.8≈826.332 N Ｐ缸驅(qū)＝(πd２/4)p工作壓力＝3.1450２0.510６/4 ＝981.25 N >Ｐ驅(qū)＝826.332 N 所以，可選用MDBB５０--３００ 3

54、．2．8 對升降導(dǎo)桿的核算 當(dāng)手臂伸出到最大范圍時(shí)，回轉(zhuǎn)中心所受的彎矩最大。 根據(jù)公式：σ＝Ｍ／Ｗ。 （3－29） σ＝Ｍ／Ｗ＝38.4／[(π／32) (3010-3)3] ≈12.5 MPa<［σ］＝100 MPa 45鋼［σ］＝100 MPa 校核升降氣缸缸頭銷： P升降缸＝3.1450２0.510６/4＝981.25 N τ＝Ｐ／Ｓ＝Ｐ／(πd２/4)

55、 （3－30） ＝(981.254)/3.14(810-3)2 ＝19.5 MPa<［τ］＝58 MPa σbＳ＝Ｐ／ＡbＳ ＝981.25/(815)10-6 ＝8.17 MPa<［σbＳ］＝100 MPa 所以此銷安全。 3．2．9 撓度計(jì)算 考慮導(dǎo)桿在全伸出時(shí)撓度最大。 G工件=5.19.8=50N G手爪=3.29.8=31.36N 800mm G手腕=1.29.8 =11.76N G手部和工件=Ｇ工件+Ｇ手爪+Ｇ手腕 =93N

56、 G手部和工件 工件重心到導(dǎo)向套端面距離=1200－324 =876 mm 手爪重心到導(dǎo)向套端面距離=1070－324 =746 mm 手腕重心到導(dǎo)向套端面距離=950－324 =626 mm 工件及手部總重心到導(dǎo)向套端面距離 = 5.1876 +3.2 746+ 1.2626)/9.5=800 mm 將導(dǎo)桿看作是懸臂梁,根據(jù)撓度計(jì)算公式： y（手部）= G（C2/6EI）(3L－C) （3－31） 考慮到是雙導(dǎo)桿, 每個(gè)導(dǎo)桿的徑向受力為1/2

57、 G手部和工件 查表得 E鋼材=2.11011Pa 導(dǎo)桿的極慣性矩I=ПD4/64 =П304 /64 =39760 mm4 C=800 mm 手爪夾持中心到導(dǎo)向套端面距離L=345+500=845 mm y（手部）= 1/2G手部和工件(C2/6EI)(3L－C) =46.5(8002/62.11011 39760) (3845－800) =1 mm 經(jīng)過核算,導(dǎo)桿撓度基本符合要求。 3．2．10 轉(zhuǎn)臺型齒桿式回轉(zhuǎn)擺動氣缸的計(jì)算 根據(jù)公式： ① ｍ總２＝ｍ工件＋ｍ爪部＋ｍ腕部回轉(zhuǎn)缸＋ｍ伸縮缸＋ｍ伸縮導(dǎo)向＋ｍ配重＋ｍ托板 （3－

58、32） ｍ總２＝ｍ工件＋ｍ爪部＋ｍ腕部回轉(zhuǎn)缸＋ｍ伸縮缸＋ｍ伸縮導(dǎo)向＋ｍ配重＋ｍ托板 ＝5.1+2.67+1.3+9+23.2+15.2＝56.5 kg ρ總２＝(7005.1+6222+4421.5-5010.3-40023.2 -6815.2)/56.5＝-130.21 mm＝－0.132 m ② J總２＝(ｍ/12)/(L2+ａ２) （3－33） J總２＝(ｍ/12)/(L2+ａ２) ＝56.5(11702+2002)/12 ＝6.65106 kgm

59、m2 ＝6.65kgm2 J0＝J總２+ｍ總２ρ總２2＝6.65+56.5(-0.132)2＝7.63 kgm2 ｍ升降＝2.9+2.5+0.6+6.4+1＝13.4 kg J升降＝(ｍ/12)/(12+ａ２)＝13.4(5842+602)/12 ＝0.3910106 kgmm2＝0.39 kgm2 J總＝J升降+J0＝7.63+0.39＝8.02kgm2 Ｍ慣＝J總(△ω/△ｔ)＝(8.023.14/2)/0.3＝42.34 Nm Ｍ驅(qū)＝1.1Ｍ慣＝1.142.34＝46.57 Nm Ｍ手臂回轉(zhuǎn)缸＝6

60、6.6 Nm > 46.57 Nm 可選用SMC MSQ系列轉(zhuǎn)臺型齒桿式回轉(zhuǎn)擺動氣缸氣缸MSQB200A。 4 直角坐標(biāo)式工業(yè)機(jī)械手的控制部分計(jì)算 4．1 回路計(jì)算 氣動執(zhí)行元件的工作順序圖： 1）第一次上升→ 2）→手臂伸出 3) 手爪夾緊→4）延 時(shí)→5）手臂縮回 ↑ ↓ 14）手腕反轉(zhuǎn)

61、 6）第一次下降 ↑ ↓ 13）回轉(zhuǎn)臺反轉(zhuǎn) 7）手腕正轉(zhuǎn) ↑ ↓ 12）第二次手臂縮回←11）延時(shí)←10）手爪松開← 9)第二次手臂伸出←8）回轉(zhuǎn)臺正轉(zhuǎn) 4．2 執(zhí)行元件選擇 1 類型與

62、主要尺寸參數(shù)如下表（表4－1） ` 氣缸或 馬達(dá) 標(biāo)號 內(nèi)徑 mm 活塞桿直徑 mm 行程 mm 全行程需要時(shí)（s） 耗氣量 cm3/s 指部 夾緊缸 MDBB50-35 50 0 35 0.5 87.92 腕部 葉片馬達(dá) CDRB1BW50-180S 50 0 ~ 180 臂部 伸縮缸 CDA1BN40-500 40 10 500 2 118.335 升降缸 MDBB50-300 50 16 300 1.5 352.308 齒輪齒條馬達(dá) QG

63、K-1RSD80T180-E2 80 0 ~ 180 表4－1 類型與主要尺寸參數(shù) 2 耗氣量計(jì)算 查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊--5》，可得計(jì)算公式 有桿腔： Q=π(D2-d2)S/(4t) （4－1） 無桿腔： Q= πD2S/(4t) （4－2） Q——每秒鐘壓縮空氣消耗量 D——?dú)飧變?nèi)徑(大徑) d——?dú)飧谆钊麠U直徑(小徑) S——?dú)飧仔谐? t——桿單向伸縮時(shí)間 1)夾緊缸

64、：已知缸徑D=0.040米，行程s=0.035米，全行程需時(shí)間t1=0.5秒，代入4－2式，可算出壓縮空氣量： Qa=π0.0420.035/(40.5)≈87.92cm3/s 2)伸縮缸：已知缸徑D=0.050米，小徑d=0.016米，行程s=0.5米，全行程需時(shí)間t2=2秒，代入4－1式，可算出壓縮空氣量： Qb=π(0.042-0.012)0.5/(42)≈297.375cm3/s 3)升降缸：已知缸徑D=0.050米，小徑d=0.01米，行程s=0.3米，全行程需時(shí)間t2=2秒，代入4－1式，可算出壓縮空氣量：

65、 Qc=π(0.052-0.0162)0.3/(41.5)≈352.308cm3/s 4) 腕部馬達(dá)耗氣量： 根據(jù)公式可可算出壓縮空氣量: G=pznV1/(RT1) （4－3）Q=GRT0/P0 （4－4） Qd=pznV1/(RT1)RT0/P0 =5.0105Z30 V1/(1.013105) =148ZV1 m3/min 注意：由于Z和V1的具體參

66、數(shù)不全,故具體的數(shù)據(jù)不能算出.舉有關(guān)資料顯示其值小于352 cm3/s 5) 臂部馬達(dá)耗氣量： Qd=pznV1/(RT1)RT0/P0 =5.0105Z30 V1/(1.013105)=148ZV1 m3/min 由于Z和V1的具體參數(shù)不全,故具體的數(shù)據(jù)不能算出.舉有關(guān)資料顯示其值小于352 cm3/s 4．3 控制元件的選擇 1)選擇類型 根據(jù)系統(tǒng)對控制元件的工作能力及流量要求，按照氣動回路原理圖，初選各控制閥如下： 主控電磁換向閥：為SMC之VF5000系列和SMC之SY3000系列； 單向節(jié)流閥：其型號為LA-L8； 2)選擇