蠟模制殼機械手升降部分機械結構設計【含CAD圖紙優(yōu)秀畢業(yè)課程設計論文】

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購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖紙 畢業(yè)設計（論文）任務書 學生姓名： 學號： 學 院： 專業(yè)： 任務起止時間： 畢業(yè)設計（論文）題目： 蠟模制殼機械手 畢業(yè)設計工作內容： 1、實際調研，收集相關資料，完成開題報告； 1— 3 周。 2、結合生產實際，設計機械手的總圖， 4— 7 周。 3、設計機械手的升降缸，迴轉缸，定位缸結構圖； 8— 11 周。 4 設計所有零件的工作圖； 12— 13 周。 5、撰寫畢業(yè)設計論文，準備答辯； 14— 16 周。 注：要求全部用計算機繪圖和打印 文稿（交打印件和電子稿） 資料： 1、工業(yè)機器人設計手冊； 2、非標設計手冊； 3、液壓與氣壓傳動； 4、相關的技術資料。 指導教師意見： 簽名： 系主任意見： 簽名： 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖紙 畢業(yè)設計（論文）評語 學生姓名： 學號： 學 院： 專業(yè)： 任務起止時間： 畢業(yè)設計（論文）題目： 蠟模制殼機械手 指導教師對畢業(yè)設計（論文）的評語： 該課題源于生產實踐，該同學在畢業(yè)設計中，態(tài)度端正，能把 所學習相關知識運用設計中，設計結構基本合理，設計論文論述較正確、格式較規(guī)范，基本能正確運用所學基本知識，完成任務要求，可以參加答辯。 指導教師簽名： 指導教師職稱： 評閱教師對畢業(yè)設計（論文）的評語： 該同學論文格式較規(guī)范，對機械設計有了一定了解，設計符合任務書要求，所做畫紙符合基本要求，但在圖紙的繪制和尺寸的標注需要改進，修改后建議參加答辯。 評閱教師簽名： 評閱教師職稱： 答辯委員會對畢業(yè)設計（論文）的評語： 該同學的設計符合“ 畢業(yè)設計任務書”的要求，任務量適中，答辯表述基本清晰，尚能回答大多數提問，概念較清楚，設計的內容基本合理，無原則性錯誤，掌握了一定的基礎知識和基本技能。符合學院本科畢業(yè)設計的要求。 答辯委員會評定，該生畢業(yè)設計（論文）成績?yōu)椋? 答辯委員會主席簽名： 職稱： 年 月 日 教務處制表 購買設計文檔后加 費領取圖紙 I 蠟模制殼機械手機械部分設計 摘 要 最近，全球內帶有夾子夾子或手的機械手系統(tǒng)已經發(fā)展起來了，多種方法應用其上，有擬人化和非擬人化的，不僅調查了 這些系統(tǒng)的機械結構，而且還包括其必要的控制系統(tǒng)，如同人手一樣，這些機械人系統(tǒng)可以用它們的手去抓不同的物體，而且不用改換夾子，這些機械手具備特殊的運動能力比如小質量和小慣量，這使被抓物體在機械手的工作范圍內做更復雜、更精確的操作變得可能。這些復雜的操作被抓物體繞任意角度和軸旋轉。 本論文介紹了用于夾持蠟模機械手的設計。它采用液壓驅動，點位程序控制，動作平穩(wěn)，控制方便。本論文主要闡述該機械手的夾緊、伸縮、升降和回轉的設計和計算。首先從機械手的基礎知識介紹有關機械手的組成、分類、臂部設計、液壓控制的多種方案，再從 本次設計所要求的功能原理設計開始，對于不同的方案加以比較和論證，從中可確定出最優(yōu)方案，并采用其方案，在對其的結構設計的基礎上，對其驅動力和驅動力力矩進行計算。著重闡述了機身的設計，具體闡述了機械手的設計原則和步驟，分析了設計時應注意的問題，并對機械手的平穩(wěn)性及定位精度給予詳細的論述。設計并分析了該機械手所用的液壓控制的方法和過程。由于經驗不足，知識有限，難免有誤，有待改進。 關鍵詞 液壓；機械手；液壓缸 購買設計文檔后加 費領取圖紙 ax or a of on of as to do as in s a to to a It to a of s of in in in of a a to to in as to it’s of of as to it’s of in a of to of of is do 購買設計文檔后加 費領取圖紙 to 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖紙 目錄 摘 要 ......................................................... I ...................................................... 1 章 緒論 .................................................... 1 械手在生產中的作用 ................................. 1 械手國內現狀和發(fā)展趨勢 ............................... 1 文研究的內容 ......................................... 2 第 2 章 蠟模機械手的總功能原及方案的選擇與確定 .................. 4 能原理設計 ........................................... 4 選方案 ............................................... 5 案一 ............................................ 5 案二 ............................................ 5 案選取 ............................................... 6 第 3 章 機械手總體方案總結 ...................................... 7 動方案的確定 ......................................... 7 格參數 ............................................... 7 構特點 ............................................... 7 取機構 .......................................... 7 臂的回轉運動結構 ................................ 8 臂的升降運動機構 ................................ 8 它裝置 .......................................... 8 械手的液壓傳動系統(tǒng) ................................... 9 第 4 章 機械手的各部分設計 ..................................... 10 臂部分設計 .......................................... 10 臂部分設計要求 ................................. 10 臂回轉運動 .......................................... 12 轉缸的選取 ..................................... 12 轉缸主要參數計算 ............................... 13 臂升降運動 .......................................... 15 降運動機構配置形式 ............................. 15 壓缸主要參數的確定 ............................. 16 第 5 章 機械手的其它部分裝置 ................................... 18 程位置檢測裝置 ...................................... 18 位缸 ................................................ 18 結論 .......................................................... 20 參考文獻 ...................................................... 21 購買設計文檔后加 費領取圖紙 致 謝 ......................................................... 22 附錄 .......................................................... 23 購買設計文檔后加 費領取圖紙 1 第 1章 緒論 械手在生產中的作用 機械工業(yè)是國民的裝備部，是為國民經濟提供裝備和為人民生活提供耐用消費品的產業(yè)。機械工業(yè)的規(guī)模和技術水平是衡量國家經濟實力和科學技術水平的重要標志。因此，世界各國都把發(fā)展機械工業(yè)作為發(fā)展本國經濟的戰(zhàn)略重點之一。新世紀，生產水平及科學技術的不斷進步與發(fā)展帶動了整個機械 工業(yè)的快速發(fā)展。現代工業(yè)中，生產過程的機械化，自動化已成為突出的主題。然而在機械工業(yè)中，加工、裝配等生產是不連續(xù)的。單靠人力將這些不連續(xù)的生產工序銜接起來，不僅費時而且效率不高。同時人的勞動強度非常大，有時還會出現失誤及傷害。顯然，這嚴重影響制約了整個生產過程的效率和自動化程度。機械手的應用很好的解決了這一情況，它不存在重復的偶然失誤，也能有效的避免了人身事故。 在機械工業(yè)中，機械手的應用具有以下意義： 1. 可以提高生產過程的自動化程度 應用機械手，有利于提高材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機 器的裝配等的自動化程度，從而可以提高勞動生產率，降低生產成本，加快實現工業(yè)生產機械化和自動化的步伐。 2. 可以改善勞動條件、避免人身事故 在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其它毒性污染以及工作空間狹窄等場合中，用人手直接操作是有危險或根本不可能的。而應用機械手即可部分或全部代替人安全地完成作業(yè)，大大地改善了工人的勞動條件。同時，在一些動作簡單但又重復作業(yè)的操作中，以機械手代替人手進行工作，可以避免由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。 于有節(jié)奏的生產 應用機 械手代替人手進行工作，這是直接減少人力的一個側面，同時由于應用機械手可以連續(xù)地工作，這是減少人力的另一個側面。因此，在自動化機床和綜合加工自動生產線上目前幾乎都設有機械手，以減少人力和更準確地控制生產的節(jié)拍，便于有節(jié)奏地進行生產。 械手國內現狀和發(fā)展趨勢 目前國內機械于主要用于機床加工、鑄鍛、熱處理等方面，數量、品種、性能方面都不能滿足工業(yè)生產發(fā)展的需要。所以，在國內主要是逐步擴大應用范圍，重點發(fā)展鑄造、熱處理方面的機械手，以減輕勞動強度， 購買設計文檔后加 費領取圖紙 2 改善作業(yè)條件，在應用專用機械手的同時，相應的發(fā)展通用機械手，有條件的還要研制示教式機械手、計算機控制機械手和組合機械手等。同時要提高速度，減少沖擊，正確定位，以便更好的發(fā)揮機械手的作用。此外還應大力研究伺服型、記憶再現型，以及具有觸覺、視覺等性能的機械手，并考慮與計算機連用，逐步成為整個機械制造系統(tǒng)中的一個基本單元。 國外機械手在機械制造行業(yè)中應用較多，發(fā)展也很快。 目前主要用于機床、橫鍛壓力機的上下料，以及點焊、噴漆等作業(yè)，它可按照事先指定的作業(yè)程序來完成規(guī)定的操作。國外機械數的發(fā)展趨勢是大力研制具有某種智能的機械手。使它具有一定的傳感能力，能反饋外界條件的變化，作 相應的變更。如位置發(fā)生稍許偏差時，即能更正并自行檢測，重點是研究視覺功能和觸覺功能。目前已經取得一定成績。 目前世界高端工業(yè)機械手均有高精化，高速化，多軸化，輕量化的發(fā)展趨勢。定位精度可以滿足微米及亞微米級要求，運行速度可以達到3M/S，量產產品達到 6 軸，負載 2產品系統(tǒng)總重已突破 100重要的是將機械手、柔性制造系統(tǒng)和柔性制造單元相結合，從而根本改變目前機械制造系統(tǒng)的人工操作狀態(tài)。同時，隨著機械手的小型化和微型化，其應用領域將會突破傳統(tǒng)的機械領域，而向著電子信息、生物技術、生命科學及航空航天等高 端行業(yè)發(fā)展。 目前我國機械手的研發(fā)和應用還處在一個發(fā)展的階段，跟美國日本等發(fā)達國家相比還有很大的差距，很多產品還需進口，特別是高靈活、高精度的機械手。要使我國機械工業(yè)更進一步在發(fā)展壯大，就必須提高其自動化程度和生產效率，將人手操作變?yōu)闄C械手操作。同時，國家應加大對機械手及機器人的研發(fā)投入，積極開發(fā)出擁有自主知識產權的產品，從根本上解決對國外產品的進口需求。 文研究的內容 在現代工業(yè)自動化生產領域里，蠟模制殼是十分重要的工作環(huán)節(jié)，而實現這個環(huán)節(jié)的自動化將大大提高生產效率，減少成本并且避免造成對人體的危害 。工業(yè)機械手就是為了實現這些環(huán)節(jié)的自動化而設計的。 自動化蠟模制殼裝置是蠟模件經過定向機構實現定向排列，然后順次地由機械手把它夾取送去沾水玻璃、噴砂，并把工件取走放置下一個工位。如工件易損壞，形狀復雜，很難實現自動定向，則往往通過人工定位后，再有機械手進行制殼工作。 目前我國研制使用的工業(yè)機械手大多數是屬于專用機械手，僅有少量的通用機械手。由于通用機械手改變工作程序比較方便，特別適用于多品種、小批量的生產。 通用機械手在工業(yè)生產中的應用只有二十來年的歷史。這些裝置在國 購買設計文檔后加 費領取圖紙 3 外得到相當重視，到七十年代，其品種和數量 都有很大的發(fā)展，并且研制出了各種具有感覺器官的工業(yè)機器人。 我所設計的是蠟模制殼機械手。屬于圓柱坐標式，全液壓驅動機械手，具有手臂升降，收縮，回轉 3 個自由度，執(zhí)行機構由手部，手臂伸縮機構，手臂升降機構，手臂回轉機構組成。它的工作過程是手臂伸出夾緊蠟模并收回，沾取水玻璃，噴砂，重復沾取噴砂 3 次，送到下一工位并復位。 圖 1模制殼置示意圖 購買設計文檔后加 費領取圖紙 4 第 2章 蠟模機械手的總功能原及方案的選擇與確定 能原理設計 功能原理設計是針對某一確定的功能要求，尋求一些物理效應并且借助某些作用原理來求得一些實現該原理的解法原理。其特點是對于某一產品的特定的工作能力進行抽象化描述，是指某一機器所有的轉化能量特性和其他物理特性。其描述方法較像工程學中常用的“ 黑箱”法來描述。 任何一個技術系統(tǒng)中都有輸入和輸出，把技術系統(tǒng)抽象成黑箱。起輸入用物料流 M、信息流 S、和能量流 E、來描述其輸出用相應的 M`、 S`和E`來描述。 操作指令 S S’ 顯 示 物 料 M M’蠟模制殼 電 氣 能 E 功能原理設計是一種綜合。綜合是不能有任何方法可循的。它能要求解決的問題是有很多 解的問題。它既不是只有唯一解，又不是絕對無解，而且也很難得到絕對理想的解。一般來說，在構思階段，應盡可能收集各種可能的解法，以便在眾多的解法中選出較多滿意的解決方法來。 總功能分解成若干個功能元素為： 夾持 → 松開 → 伸 → 縮 上升 → 下降 → 轉位 → 復位 根據仿生學的原理，機械手的功能單元可以分為： A：手指 —— 夾緊、松開工件； B：手臂 —— 伸縮使工件沿直線運動； C：升降缸機體 —— 升降手臂，回轉手臂； D：回轉馬達 —— 回轉、定位； E：控制部分 —— 控制各部分協調動作； 購買設計文檔后加 費領取圖紙 5 選方案 根據工作要求設想方案如下 案一 底座連接回轉缸實現回轉運動，回轉缸連接伸縮缸實現升降運動，用滑軌和伸縮缸固定夾緊缸實現水平伸縮作用，夾緊缸連接手抓抓取被加工件。如圖所示 2 圖 1案一 案二 升降缸固定固定在地面實現升降運動，升降缸上連接回轉液壓馬達實現手臂回轉運動，回轉缸上連接伸縮缸實現手臂水平伸縮，伸縮缸連接夾緊缸夾取零件。如圖 2示： 購買設計文檔后加 費領取圖紙 6 圖 1案 案選取 方案一重心不好確定，且連接件復雜。 方案二采用圓柱坐標系，工作原理簡單，工作效率高，便于加工。所以選擇方案二。 購買設計文檔后加 費領取圖紙 7 第 3章 機械手總體方案總 結 動方案的確定 考慮到圓柱坐標式的占地面積小而動作范圍大的特點，決定采用圓柱坐標式。該機械手的抓取工件為外圓形木桿，此機械手就由手臂升降，伸縮，回轉三個自由度，才能滿足蠟模制殼的動作要求。 格參數 表 2數表 自由度 范圍 速度 停止位置數 手臂伸縮 50050mm/s 2 手臂升降 60000mm/s 2 手回轉 180? 120 /s? 2 臂力 克 定位精度 ± 3 毫米 坐標形式 圓柱坐標 驅動源 液壓驅動 控制方式 程序控制 構特點 取機構 因夾持工件不大，故 選用 二指回轉型手 爪 ，其驅動手爪夾緊松開的拉緊裝置，采用雙作用式單桿活塞液壓缸。手爪設計為固定。當液壓缸收縮時為夾緊工件。 機械手伸縮運動結構 : 此機械手手臂伸縮采用雙作用式單杠活塞油缸，伸縮動作是由活塞桿運動實現的，缸體固定不動，其伸縮行程為 500 毫米，缸體直接安裝在回轉連接件上，因為承受作用力小，手臂的剛度大，工作時運動平穩(wěn)。油缸的輸油管路固定油管形式，避免外露且安裝方便。在手臂伸出端安裝可調 購買設計文檔后加 費領取圖紙 8 的定位螺釘，確保送料精度。 臂的回轉運動結構 手臂的回轉采用單片式液壓擺動馬達，油缸擺角為 180 度，使用在180 度以內，回轉油缸的動片與輸出軸固聯，輸出軸通過鍵與回轉連接件連接，回轉油缸的殼體與手臂坐固聯，當回轉油缸的動片回轉時，帶動輸出軸自轉。從而帶動手臂坐也繞 O—— O 軸線回轉，即為手臂的水平回轉運動。 臂的升降運動機構 手臂的升降采用了雙作用式單桿活塞油缸。其升降行程為 300 毫米，為了增加升降部分結構的剛性，導向性能好，采用了直徑為四柱式導向桿結構，工作時能平穩(wěn)升降。由于導向桿的存在使活塞桿免受因偏重力矩所造成的彎曲，在此處活塞桿只受到壓力作用。 它裝置 為使機械手的臂部作回轉運動時能夠精確定位，在回轉 部位裝有定位油缸，它是單作用式活塞油缸，在活塞桿的端部作成斜楔式。當臂部每轉過 60 度后的終止位置，通過電信號控制二位三通電磁閥接通工作油路，使起定位銷作用的活塞桿動作，插入到裝在中心齒輪上的帶有斜楔槽的定位擋塊中，使手臂精確定位。此結構簡單，動作靈活。 購買設計文檔后加 費領取圖紙 9 械手的液壓傳動系統(tǒng) 圖 2壓傳動系統(tǒng)圖 機械手的動作順序：液壓系統(tǒng)工況分析伸縮缸伸長至工件處 ? 加緊缸取件 ? 伸縮缸收縮至原位處 ? 定位缸電磁閥通電收縮 ? 回轉缸回轉 60度 ? 定位剛電磁閥斷電復位，回轉缸被定位 ? 電磁閥 3 通電伸縮缸伸長? 電磁閥 6 通電，升降缸下降 ? 下降到位后， 5 通電升降缸上升 ? 電磁閥 4 通電伸縮缸收縮到位 ? 電磁閥 9 通電，定位缸得電松開 ? 電磁閥 1通電轉動 60 度 ? 定位剛電磁閥斷電復位，回轉缸被定位 ? 電磁閥 3 通電伸縮缸伸長 ? 電磁閥 6 通電，升降缸下降 ? 下降到位后， 5 通電升降缸上升 電磁閥 4 通電伸縮缸收縮到位 ? 電磁閥 9 通電，定位缸得電松開 ?電磁閥 2 通電轉動 60 度 如此循環(huán) 3 次后完成工藝過程 ? 回轉缸轉動 120度放置工件工作循環(huán)完畢。 上述動作均由電磁換向閥實現，用行程開關和時間繼電器、步進選線器等電器控制電磁鐵線圈通斷電，使電磁鐵按程序動作，實現液壓系統(tǒng)的自動控制。 購買設計文檔后加 費領取圖紙 10 第 4章 機械手的各部分設計 臂部 分 設計 手臂 是機械手完成各項 動作的執(zhí)行機構，也是其運動部分的主體。 在上面分析了機械手的四種坐標形式，綜合這四種坐標形式運動的目的，是想達到人的手臂的功能，但是目前技術還是做不到的，因而把運動方式轉化為直線移動和旋轉運動，這樣臂部的結構也就比較簡單了。臂部和機座相連，可固定在地面上、機器上或懸掛在橫梁滑道上以及可行走的機架上。臂部前端連接腕部或直接連接手部。 手臂 的作用在于將手爪移動到所需的位置和承受工件、手部和腕部的重量。所以，臂部的結構性能、工作范圍、承載能力和動作位置精度直接影響機械手的工作性能。 手臂 一般有以下幾部分組成： 1. 動作元件：如直線缸、回轉缸、齒輪齒條、連桿凸輪 …… 等，它是驅動手臂運動的元件。動作元件與驅動源相配合，就能實現手臂的各種運動。 2. 導向裝置：手臂在靜止狀態(tài)，要承受由夾持工件重量所產生的彎曲力 ，以及由于載荷不平衡而產生的扭轉力矩 M。在運動時又有一個慣性力，為保證手爪的正確位置和動作元件不受較大的彎曲力，手臂必須設置導向裝置。 3. 手臂 ：手臂上的動作元件、導向裝置和其他裝置都要安裝在臂上，起支承、連接和承受外力的作用。所以需要臂具有足夠的剛性，以免承重后發(fā) 生形變產生顫動。 4. 其他裝置：如管路、冷卻裝置、位置檢測機構 …… 等。 臂部分設計要求 手臂部分 設計首先要求實現所要求的運動，為了實現這些運動，需要滿足下列幾項要求。 1． 手臂部分 應承載能力大、剛性好、自重輕 根據上述要求，在設計手臂時，要對其進行撓度計算，其變形量應小于許可變形量。我們知道懸臂梁（應當指出機械手的手臂結構不是懸臂梁）的撓度計算公式 [4]為： 33J? 購買設計文檔后加 費領取圖紙 11 式中： Y —— 撓度； E —— 彈性模數； Q —— 載荷； J —— 慣性矩； L —— 懸臂長。 從上式可知，撓度與載荷、懸臂長成正比，而與彈性模數、慣性矩成反比。在 Q 與 L 值已確定的情況下，只有增大 E J 值，才能減少梁的彎曲變形，而碳鋼和合金鋼的 E 值差別不大，在 66 ? 之間。所以，為了提高剛度，從材質上考慮意義不大，主要應選用慣性矩 J 大的梁。現把幾種常用梁的慣性矩列表比較如下（見表 2 從表 2知，在截面積和單位重量基本相同的情況下，鋼管、工字鋼和槽鋼的慣性矩要比圓鋼大得多，所以，機械手中常用無縫鋼管作導向桿，用工字鋼或槽鋼作支撐板。這樣既提高了手臂的剛度，又大大減輕 了手臂的自重。但由于本課題中臘模制殼機械手各處受力均不大，可直接采用夜壓缸自體承受應力。 設計時還應該采取以下措施： （ 1）在設計 手臂部分 時，元件越多，間隙越大，剛性就越低因此應盡可能使結構簡單。要全面分析各尺寸鏈，在要求高的部位合理確定補償環(huán)，以減少重要部位的間隙，從而提高剛性。 （ 2）全面分析手臂的受力情況，合理分配給手臂的各個部件，避免不利的受力情況出現； （ 3）水平放置的手臂，要增加導向桿的剛度，同時提高其配合和相對位置精度，使導向桿承受部分或大部分自重和抓取重量； （ 4）提高活塞和剛體內部配合精度 ，可以提高手臂在前伸縮時的剛性。 2． 手臂 運動速度要高，慣性要小機械手的運動速度一般是根據生產節(jié)拍的要求來決定的。確定了生產節(jié)拍和行程范圍，就確定了手臂的運動速度（或角速度）。在一般情況下，手臂的移動和回轉均要求勻速運動（ 為常數），但在手臂的起動和終止的瞬間，運動是變化的。為了減少沖擊，要求起動時間的加速度和終止前的減速度不能太大，否則引起沖擊和振動。手臂的運動過程曲線如圖 2示。 手臂回轉時產生的慣性力矩為： () J J ? ??? ? ? ?慣式中： ? —— 角加速度； ?? —— 起動或制動前后的角速度差； 購買設計文檔后加 費領取圖紙 12 J —— 臂部回轉對回轉中心的轉動慣量； 臂部零件對其重心的轉動慣量； ?J —— 臂部零件作為其重心位置的質點對臂部回轉中心的轉動慣量。 2??? —— 回轉半 徑。 計算以把形狀復雜的零件劃分為幾個簡單的幾何形狀來計算。在有關書中可分別查出其 從上述公式可知，減少慣性力矩，可采用下列措施： （ 1） 減少手臂運動部件的重量，如采用鋁合金等輕質材料； （ 2） 減少手臂運動件的輪廓的尺寸，使手臂結構緊湊小巧； （ 3） 減少回轉半徑，在按排動作順序時，一般是先縮會再回轉或盡可能在較小前伸位置下進行回轉動作。 （ 4） 驅動系統(tǒng)中加緩沖裝置。 3． 手臂部分 動作要靈活 要使手臂運動輕快靈活，手臂的結構必須 緊湊小巧，或在運動臂上加滾動軸承或采用滾珠導軌。對于懸臂式機械手手臂上零件的布置要合理，以減少回轉升降支撐中心的偏重力矩。不然，會引起手臂振動，嚴重時會使手臂與立柱卡住別壞。對于雙臂同時操作的機械手，應使兩臂布置盡量對稱以達到平衡。 4．位置精度要高 手臂的剛性好，偏重小，慣性力小，則位置精度就容易控制，所以設計手臂時要周密考慮和計算，還要合理的選擇機械手的坐標形式。一般來說，直角和圓柱坐標式機械手位置精度較高；關節(jié)式機械手的位置最難控制，精度差；在手臂上加設定位裝置和自動檢測機構，來控制手臂運動的位置精度 ；還要減少或消除各傳動、嚙合件的間隙。 臂回轉運動 手臂的運動，除了手臂的前后伸縮運動外還有回轉運動。本次設計的機械手，它的臂部的回轉運動是一種單回轉運動。有的機械手不是單回轉運動而是復合式的運動，在此不考慮復合運動。實現單回轉運動可以有以下幾種方案。 轉缸的選取 1. 回轉缸 購買設計文檔后加 費領取圖紙 13 回轉缸又稱擺動缸。應用回轉油缸要比齒輪齒條帶動機械手回轉結構簡單，輕巧美觀。但是，由于回轉缸的動片與缸體之間配合精度要求較高，加工比較困難，如果精度達不到要求，就會造成嚴重泄漏，影響正常運轉，必須嚴加密封。 2. 齒輪齒條直 線缸回轉結構齒輪齒條結構是通過齒條的往復運動，帶動齒輪回轉，其驅動源可以是液壓或氣壓驅動。 3. 回轉油缸行星齒輪結構 它是由回轉油缸（擺角 ?230 ），動片與轉軸固接在一起，轉軸用鍵與行星齒輪聯結，中心輪套在基座上，中心輪是固定不動的?；剞D油缸與手臂固結在一起。驅動回轉油缸回轉又帶動手臂繞 回轉，形成轉臂，故行星輪，中心輪和手臂組成一個行星輪系。 轉缸主要參數計算 通過對以上幾種方案的了解和論證，單片式液壓擺動馬達的方案最優(yōu)。其結構如圖 3示 ： 購買設計文檔后加 費領取圖紙 14 圖 3機械手的臂部回轉結構采用直接通過軸輸出結構。 M M + M?驅 動 慣 封 00 J = J t? ????慣所以按照分塊計算慣性力矩有以下結果： 22m 1 . 2 1 . 2 1 . 2J 0 . 4 4 0 . 3 5 0 . 0 5 3 9? ? ? ?22m 3 3 3J 0 . 3 4 0 . 2 8 5 0 . 0 2 7 6? ? ? ?22m 4 4 4J 0 . 2 8 0 . 2 4 0 . 0 1 6 1? ? ? ?22 . 5 0 . 3 7 0 . 3 4 3? ? ? ?物 物 物 22m 1 . 2 1 . 2 1 . 2J 0 . 4 4 0 . 3 5 0 . 0 5 3 9? ? ? ?導向桿按照對稱長桿慣性矩計算公式計算 [2]有： 中心點右側 211 1 1 0 . 2 1J 2 a 2 0 . 3 4 0 . 2 1 0 . 0 3 5 =33m ? ? ?2導導 導 導（ + ） （ ） 購買設計文檔后加 費領取圖紙 15 中心點左側 21 1 0 . 2 1J 2 a 2 0 . 3 5 0 . 2 1 0 . 0 3 5 =33m ? ? ?2導導 2 導 導 2（ + ） （ ） 于液壓缸長徑比大于 5所以按照細長桿慣性矩計算公式計算有： 中心點右側 211J r 1 . 8 0 . 2 = 0 . 0 2 433m? ? ? ?2缸 1 缸 1 缸 1 ）中心點左側 211J r 3 . 6 0 . 2 = 0 . 0 4 833m? ? ? ?2缸 2 缸 2 缸 2 ）所以 經過以上計算有： m 1 . 2J J . . . . . . . J = 0 . 7 2? ? ?總 缸 2 （ 取 計 算 值 上 限 ）系統(tǒng)給定動作時間為 2s，轉動角度為6?，設定加速時間為 15= = = = = 5 = / 2 1 2 t 1 2 1 2? ? ? ? ? ??? ???? 所以查閱《液壓設計手冊》可以選擇 又有液壓馬達的工作效率為設為 = 有需要實際輸出 M=2Kg m /s 通過驗算有該馬達當輸入壓力 0 5 M 1 臂升降運動 一般圓柱坐標式，直角坐標式有升降運動，球坐標式有時為了增加提高高度，也有升降運動。由于本次設計的機械手采用的圓 柱坐標式，所以，手臂的升降運動是必不可少的。 降運動機構配置形式 1．升降機構設在機座內 對于中小型規(guī)格機械手，多采用這種結構，手臂靠自重下降。 2．升降機構設在機座上方 一些機械手的升降行程比較大，需設計立柱式結構，支撐升降運動機構，其輪廓尺寸相對比較大。但是在升降行程較大的情況下，手臂懸伸在最大位置時，使手臂對驅動點的偏重力矩很大，不利于升降運動。 3．升降機構放在可縮放的機構的平臺上 購買設計文檔后加 費領取圖紙 16 這種結構的優(yōu)點是整個機形高度可以較低，手臂的高度大致就是機械 手的高度，手臂回轉的轉動慣量可以較小，不需升降導向支撐，結構比較緊湊，提升行程大。 4．升降機 構采用單作用單出桿液壓缸 本次設計的機械手手臂升降機構也采用直線缸，它的結構如圖 2設有導向柱，其導向性能好，剛性大，工作平穩(wěn)，活塞桿頂部為球鉸。 通過對以上幾種方案的了解和論證，帶有導向桿的立柱式伸縮缸方案最優(yōu)。該機械手的臂部升降采用四導向桿立柱式伸縮缸結構。 壓缸主要參數的確定 + + + +F F F F F F? 工 回導總 封 慣 升降缸的工作力 密封處的摩擦力 ''= F F = 0 . 0 3 12封 總 此處有系統(tǒng)設計工作時間為 2s，行程 300動時間 s 0 . 3 v 0 . 1 5v = = = 0 . 1 5 m / s a = = = 0 . 7 5 m / t 0 . 2?? = G a = 1 8 0 . 3 0 . 7 5 = 1 3 6 ?慣 上 部 1= P S - S = - = ?? ? ? ?22回 背 桿（ ） 4 0 2 0 ） 將公式（ 4-（ 4入公式（ 4結果： F =520N 總 因為有壓力損失機械損失未計入在內取工作效率為 =所以有 F=520/78N 由于系統(tǒng)設計的統(tǒng)一性所以選區(qū)升降缸也有 D=40d=20以有所需液壓壓力為： 5 7 8 / = M ? 2升 （ 40 ） 往返速比—? 222 ???1. 缸筒壁厚計算 [4] 一般按薄壁 缸筒計算，壁厚 )(m? 按下式確定 [1] 購買設計文檔后加 費領取圖紙 17 ? ??? 2中 D—— 液壓缸內徑（ m）； p—— 液壓缸最高工作壓力（ ??? —— 缸 筒材 料 的許 用 應力 （ ，鋼 管 的 ??? =100（ b?—— 材料的抗拉強度極限（ n —— 安全系數，一般 可取 5。 ? ? 1 . 5 1 4 0 0 . 32 2 1 0 0pD ? ??? ? ??設計壁厚為 5? ，足以滿足要求。 2. 活塞桿直徑計算 [2] 1 20d D m m????? 取 d=20強度條件校核 [4] ? ?4 4 5 7 8 7 . 3 6100Fd m m? ? ? ?? ? ??現 d=20以強度滿足要求。 3. 液壓缸的流量計算 [2] 流量 ? 有桿腔 2 2 2 2 2( ) ( 4 0 2 0 )9 4 2 . 4 844m m??? ? ?? ? ?1 5 0 /V m m s?升 1 5 0 /V m m s?降 則 241 5 0 1 0 1 2 5 6 . 6 4 1 0 0 . 1 8 8 / 1 1 . 3 / m i A L s L??? ? ? ? ? ? ? ?升 升1 5 0 1 0 9 4 2 . 4 8 1 0 0 . 1 4 1 / 8 . 4 6 m i A L s L? ? ? ? ? ? ? ?降 降 購買設計文檔后加 費領取圖紙 18 第 5章 機械手的其它部分裝置 程位置檢測裝置 行程位置檢測裝置的作用，是控制機械手的運動位置，或是利用檢測裝置，通過控制系統(tǒng)對機械手的運動位置進行控制。如把運動系統(tǒng)的位置反饋個控制系統(tǒng)，再由控制系統(tǒng)進行調節(jié)，使其運動停止在規(guī) 定的位置上，以保證對機械手運動的定位精度。現舉一個應用電液比例閥（或電液伺服閥）的反饋控制為例，用方框圖表示： 圖 4測反饋圖 檢測裝置把實際位置信號反饋給控制系統(tǒng)進行比較，差值送入放大器，控制電液比例閥的流量或壓力，使機械手平穩(wěn)準確停在預定位置上。檢測裝置應用有電位器、編碼器和剛性機構等。 機械手的定位精度指的是頻繁的往復運動中的重復定位精度。影響保持一定的定位精度的誤差是很多的：如手臂的剛性、油液的溫度變化、位置檢測元件的類型及執(zhí)行環(huán)節(jié)的誤差等，都對重復定位的精度有嚴重影響。 由于機械手應用 在不同的環(huán)境，而且大多數是應用在周圍環(huán)境比較惡劣的現場中，因此，對行程位置檢測裝置有以下幾點要求： 在機械性能方面：要結構簡單、剛性好、體積小、壽命長和維修方便； 在使用環(huán)境方面：要能在振動、油污等條件下穩(wěn)定和可靠地工作； 在電氣性能方面：要有高的抗干擾能力，高精度，長期使用是精度不變。行程位置檢測裝置有機械的、模擬的和數字的三種。 在本次設計的機械手中采用了機械式的位置行程檢測裝置。 位缸 采用 L 單動定位油缸。特點：體積小，精度高。原理如圖所 購買設計文檔后加 費領取圖紙 19 示： 圖 4位缸原理圖 選取尺寸規(guī)格如下： 工件孔徑（標準孔徑） 8位銷直徑 1、釋放（ 、最大行程（ 復定位精度 許偏心量 位力 N： 260 該定位缸外形尺寸如圖 5 4形尺寸 購買設計文檔后加 費領取圖紙 20 結論 為了改善勞動環(huán)境，提高生產效率，快速實現工業(yè)生產的機械化和自動化， 機械手 受到很多國家的重視，并被廣泛運用。 本文調查學習了 機械手 發(fā)展的現狀，通過學習 機械手 的工作原 理，熟悉了 機械手 的運動機理。在此基礎上，確定了 蠟模制殼機械手 的基本系統(tǒng)結構和機械結構，完成了 機械手 機械方面的設計工作。文章從 蠟模制殼 的自由度 入手提出了一套總體設計方案，并根據 機械手 的 生產工作 要求選取圓柱坐標系為本次設計坐標系。同時，就 機械手 的組成以及現實作業(yè)，給出了具體的手部，臂部和機座的結構形式；并選擇 液 壓驅動作為本次設計的驅動機構。 設計的蠟模制殼機械手達到了任務要求，能夠完整的執(zhí)行設計動作。 本設計還有很多不足之處，由于自身的知識儲備還很淺薄，所以在結構設計，力的計算及系統(tǒng)分析上還 可能會有 漏洞。這個都需 要自己在以后的生活中不斷學習研究并通過實踐加以完善。 購買設計文檔后加 費領取圖紙 21 參考文獻 1 袁承訓 機械工業(yè)出版社 , 2000 年 2 月 :20～ 60 2 《工業(yè)機械手圖冊》編寫組 機械工業(yè)出版社 ， 1978 年 9 月 :20～ 306 3 吉順平 機械工業(yè)出版社 ,2011 年 1月 :13～ 78 4 機械設計手冊編委會 機械工業(yè)出版社 ,2007 年 2月 :34～ 190 5 黃清遠 機械工業(yè)出版社 , 2000 年 2 月 :20～ 98 6 朱龍根 ,黃雨華 1996 年 5 月 :30～ 102 7 大連理工大學工程化教研室 四版） 1974 年 3 月 :12～ 89 8 張利平 ,燈鐘明 機械工業(yè)出版社 ,1997 年 9月 :100～ 300 9 An 1979： 500 of 1992: 97 購買設計文檔后加 費領取圖紙 22 致 謝 經過了兩個多月緊張而忙碌的畢業(yè)設計，已經接近尾聲。在張寶海老師的悉心指導和同學的熱心幫助下，我終于完成了此次設計。前三年對基礎課和專業(yè)課的學習，使我掌握了有關的專業(yè)知識，培養(yǎng)了我獨立的學習和思維方式。而本次的設計，使我將大學四年所學的知識做了系統(tǒng)的總結和復習，并在這次的設計中得到了相當的應用。這次設計比以前的課程設計等都要全面和系統(tǒng)，是對大學學習的一次全面的檢查。 我這次設計的是生產線 自動抓取蠟模機械手。為了圓滿的完成設計，我查閱了機械手的一些資料，訪