自動(dòng)上下料機(jī)械手的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)【液壓驅(qū)動(dòng)】【4自由度】

自動(dòng)上下料機(jī)械手的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)【液壓驅(qū)動(dòng)】【4自由度】,液壓驅(qū)動(dòng),4自由度,自動(dòng)上下料機(jī)械手的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)【液壓驅(qū)動(dòng)】【4自由度】,自動(dòng),上下,機(jī)械手,機(jī)械,系統(tǒng),設(shè)計(jì),液壓,驅(qū)動(dòng),自由度 題目申報(bào)表 院 別 教 研 室 指導(dǎo)教師 職稱 職稱 2011年11月1日 題目名稱 自動(dòng)上下料機(jī)械手 題目類別 √ 題目性質(zhì) 結(jié)合實(shí)際 √ 專業(yè) 參加本題目學(xué)生人數(shù) 1人 虛擬題目 題目來(lái)源、教師準(zhǔn)備情況、主要培養(yǎng)學(xué)生哪些能力 1．本題目來(lái)源于指導(dǎo)教師的命題。 2．指導(dǎo)教師對(duì)此課題有較深的理論基礎(chǔ)及經(jīng)驗(yàn)，在師生共同努力下定能順利、按期完成該課題設(shè)計(jì)。 3．本課題主要培養(yǎng)學(xué)生對(duì)已有知識(shí)的運(yùn)用能力、查找資料和閱讀能力、英譯漢的能力、工程機(jī)械的設(shè)計(jì)、制造能力。 題 目 內(nèi) 容 及 要 求 題目?jī)?nèi)容： 本次設(shè)計(jì)主要設(shè)計(jì)自動(dòng)上下料機(jī)械手的機(jī)械系統(tǒng)。該系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的是4自由度（RPRR R—回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié) P—直線運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)）關(guān)節(jié)型機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)，本設(shè)計(jì)選用液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。液壓驅(qū)動(dòng)應(yīng)用廣泛，傳動(dòng)平穩(wěn)，且易于控制。該系統(tǒng)的控制系統(tǒng)采用一般PLC所具有的位移寄存器和位移指令來(lái)編程。 要求： 1.寫出1～1.5萬(wàn)字的論文，繪制總裝圖和重要的零件圖。 論文內(nèi)容包括: （1）緒論。 （2）自動(dòng)上下料機(jī)械手的設(shè)計(jì)方案。 （3）機(jī)械手的計(jì)算與分析。 （4）液壓系統(tǒng)。 （5）液壓缸的保養(yǎng)與維修。 （6）機(jī)械手控制系統(tǒng) 2.將一篇與本課題有關(guān)的英文資料，翻譯成中文（約5000字）。 實(shí) 踐 環(huán) 節(jié) 安 排 實(shí)習(xí) 4周 實(shí)驗(yàn) 計(jì)算機(jī)應(yīng)用 計(jì)算機(jī)繪圖4周 中、外文參考資料： [1]濮良貴《機(jī)械設(shè)計(jì)》 【M】 北京 高等教育出版社，2003.6 [2]張普禮《機(jī)械工程手冊(cè)》 【M】北京 機(jī)械工業(yè)出版社，1992.5 [3]鄧廣敏《工業(yè)機(jī)械手手冊(cè)》 【M】北京 機(jī)械工業(yè)出版社，1995.8 [4]何發(fā)昌，邵遠(yuǎn)《多功能機(jī)械手的原理及應(yīng)用》 【M】北京 高等教育出版社，2002.1 [5]吳延本，劉世華《機(jī)械設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)手冊(cè)》 【M】吉林 吉林科技出版社，1996.7 [6]劉躍南《機(jī)械零件設(shè)計(jì)問(wèn)題解析》 【M】北京 中國(guó)致公出版社，1999.4 [7]徐福玲《液壓與氣壓傳動(dòng)》 【M】北京 機(jī)械工業(yè)出版社，2004.2 教研室主任 審 批 簽 字 分 院 院 長(zhǎng) 審 批 簽 字 注：題目類別和題目性質(zhì)請(qǐng)用符號(hào)√填在相應(yīng)欄內(nèi)。 登記表 分院 專業(yè) 班級(jí) 學(xué)生姓名 起止日期 教研室主任 題目名稱（包括主要技術(shù)參數(shù)）及要求 1.題目名稱：自動(dòng)上下料機(jī)械手 2.要求: （1）.抓重25kg. （2）.工件直徑d （3）.驅(qū)動(dòng)方式：液壓驅(qū)動(dòng). （4）.動(dòng)作范圍：腕回轉(zhuǎn)順逆各180度. 腕轉(zhuǎn)動(dòng)15度-60度. 臂上仰60度下俯30度. 臂回轉(zhuǎn)220度. （5）.設(shè)計(jì)計(jì)算。 （6）.設(shè)計(jì)校核。 （7）整理說(shuō)明書(shū)。 開(kāi)題報(bào)告（設(shè)計(jì)方案論證） 應(yīng)包括以下幾方面的內(nèi)容： 1、 本課題研究的意義；2、調(diào)研（社會(huì)調(diào)查）情況總結(jié)；3、查閱文獻(xiàn)資料情況（列出主要文獻(xiàn)清單）；4、擬采取的研究路線；5、進(jìn)度安排。 一．本課題研究的意義: 隨著機(jī)電一體化技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用,機(jī)械手的研究和開(kāi)發(fā)水平獲得了迅猛的發(fā)展并涉及到人類社會(huì)生產(chǎn)及生活的各個(gè)領(lǐng)域,特別是工業(yè)機(jī)械手在生產(chǎn)加工中的應(yīng)用.機(jī)械手是近代自動(dòng)控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一種新型技術(shù)裝備,它能模仿人體上肢某些動(dòng)作,在生產(chǎn)中代替人搬運(yùn)物體或操持工具進(jìn)行動(dòng)作,已成為現(xiàn)代機(jī)械制造系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分. 二．調(diào)研（社會(huì)調(diào)查）情況總結(jié)： 為了更好的完成畢業(yè)論文，我進(jìn)入了長(zhǎng)春一汽天奇裝備有限公司實(shí)習(xí)。在實(shí)習(xí)期間我先后被公司派往一汽大眾生產(chǎn)車間，一汽轎車生產(chǎn)車間施工，我看到了機(jī)械手的實(shí)體結(jié)構(gòu)，并在互聯(lián)網(wǎng)和圖書(shū)館查閱了大量有關(guān)資料，對(duì)機(jī)械手的功能、原理及結(jié)構(gòu)有了直觀的了解，對(duì)順利完成本畢業(yè)論文起到了至關(guān)重要的作用。 三．查閱文獻(xiàn)資料情況（列出主要文獻(xiàn)清單）： [1]濮良貴《機(jī)械設(shè)計(jì)》 【M】 北京 高等教育出版社，2003.6 [2]張普禮《機(jī)械工程手冊(cè)》 【M】北京 機(jī)械工業(yè)出版社，1992.5 [3]鄧廣敏《工業(yè)機(jī)械手手冊(cè)》 【M】北京 機(jī)械工業(yè)出版社，1995.8 [4]何發(fā)昌，邵遠(yuǎn)《多功能機(jī)械手的原理及應(yīng)用》 【M】北京 高等教育出版社，2002.1 [5]吳延本，劉世華《機(jī)械設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)手冊(cè)》 【M】吉林 吉林科技出版社，1996.7 [6]劉躍南《機(jī)械零件設(shè)計(jì)問(wèn)題解析》 【M】北京 中國(guó)致公出版社，1999.4 [7]徐福玲《液壓與氣壓傳動(dòng)》 【M】北京 機(jī)械工業(yè)出版社，2004.2 四．?dāng)M采取的研究路線： 指導(dǎo)老師下達(dá)任務(wù)→充分理解本課題要解決的問(wèn)題→查閱文件和素材（圖書(shū)館、上網(wǎng)）→翻譯英文資料（吉林省圖書(shū)館，長(zhǎng)春市圖書(shū)館，達(dá)新校區(qū)圖書(shū)館，上網(wǎng)）→到長(zhǎng)春一汽天奇裝備有限公司實(shí)習(xí)→撰寫論文（吉林省圖書(shū)館，長(zhǎng)春市圖書(shū)館，達(dá)新校區(qū)圖書(shū)館，上網(wǎng)）→向老師咨詢→CAD繪圖→向老師咨詢→指導(dǎo)教師審查→修改、完善、定稿→準(zhǔn)備答辯。 五．進(jìn)度安排： 2月 28日— 3月 15日 調(diào)研，查閱文件，書(shū)籍材料。 3月 16日— 3月 29日 翻譯英文材料。 3月 30日— 4月 26日 確定設(shè)計(jì)方案，計(jì)算，寫課題論文，寫初稿。 4月 27日— 5月 17日 完善論文，定稿。 5月 18日— 6月 7日 繪制設(shè)計(jì)草圖、打印。 6月 8日— 6月 17日 整理，熟悉文件,準(zhǔn)備答辯 指導(dǎo)教師審閱意見(jiàn)： 年 月 日 記事： 2 月 29日 到吉林省圖書(shū)館查閱資料 3 月 5日 在一汽大眾實(shí)習(xí)觀察機(jī)械手工作原理 3 月 2日 到老師辦公室，老師給我們答疑 3 月 9日 到老師辦公室，老師給我們答疑 3 月16日 到老師辦公室，老師給我們布置寫畢業(yè)論文期間還要準(zhǔn)備些什么（小論文， 開(kāi)題報(bào)告等等） 3月 19日 到吉林省圖書(shū)館查閱并翻譯英文材料 3月 23日 到老師辦公室，老師給我們答疑并檢查準(zhǔn)備材料的查找工作 3月 27日 到市圖書(shū)館查閱資料 3月 30日 向老師匯報(bào)確定設(shè)計(jì)方案，計(jì)算 3月31 日 寫課題論文，寫初稿 4月 6日 到老師辦公室，咨詢寫論文時(shí)遇到的問(wèn)題 4月 13日 到老師辦公室，咨詢寫論文時(shí)遇到的問(wèn)題 4月 20日 到老師辦公室，咨詢寫論文時(shí)遇到的問(wèn)題 4月 27日 到老師辦公室，老師檢查論文編寫情況并提出修改意見(jiàn) 4月 28日 開(kāi)始修改論文 5月 4日 到老師辦公室，老師檢查論文修改情況，再次提出修改意見(jiàn) 5月 11日 到老師辦公室，老師檢查論文修改情況，再次提出修改意見(jiàn) 5月 18日 到老師辦公室，老師檢查論文修改情況，定稿 5月 19日 開(kāi)始繪制圖紙 5月25 日 到老師辦公室，老師檢查圖紙繪制情況，提出修改意見(jiàn) 5月27 日 草圖打印，到老師辦公室檢查 5月28 日 修改圖紙 6月 1日 到老師辦公室，老師檢查圖紙繪制情況，提出修改意見(jiàn) 6月 8日 到老師辦公室，老師檢查圖紙繪制情況，圖紙定稿 6月 9日 開(kāi)始整理完善畢業(yè)論文，熟悉論文準(zhǔn)備答辯 指導(dǎo)教師審閱意見(jiàn)： 年 月 日 機(jī)械手 能模仿人手和臂的某些動(dòng)作功能，用以按固定程序抓取、搬運(yùn)物件或操作工具的自動(dòng)操作裝置。它可代替人的繁重勞動(dòng)以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。 機(jī)械手主要由手部和運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。手部是用來(lái)抓持工件（或工具）的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動(dòng)（擺動(dòng)）、移動(dòng)或復(fù)合運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作，改變被抓持物件的位置和姿勢(shì)。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動(dòng)方式，稱為機(jī)械手的自由度 。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有6個(gè)自由度。自由度是機(jī) 械手設(shè)計(jì)的關(guān) 鍵參數(shù)。自由 度越多，機(jī)械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。一般專用機(jī)械手有2～3個(gè)自由度。 機(jī)械手的種類，按驅(qū)動(dòng)方式可分為液壓式、氣動(dòng)式、電動(dòng)式、機(jī)械式機(jī)械手；按適用范圍可分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種；按運(yùn)動(dòng)軌跡控制方式可分為點(diǎn)位控制和連續(xù)軌跡控制機(jī)械手等。 機(jī)械手通常用作機(jī)床或其他機(jī)器的附加裝置，如在自動(dòng)機(jī)床或自動(dòng)生產(chǎn)線上裝卸和傳遞工件，在加工中心中更換刀具等，一般沒(méi)有獨(dú)立的控制裝置。有些操作裝置需要由人直接操縱，如用于原子能部門操持危險(xiǎn)物品的主從式操作手也常稱為機(jī)械手。 二、課題研究的目的、意義 在機(jī)械工業(yè)中，應(yīng)用機(jī)械手的意義可以概括如下： 一、以提高生產(chǎn)過(guò)程中的自動(dòng)化程度 應(yīng)用機(jī)械手有利于實(shí)現(xiàn)材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機(jī)器的裝配等的自動(dòng)化的程度，從而可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本。 二、以改善勞動(dòng)條件，避免人身事故 在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空間狹窄的場(chǎng)合中，用人手直接操作是有危險(xiǎn)或根本不可能的，而應(yīng)用機(jī)械手即可部分或全部代替人安全的完成作業(yè)，使勞動(dòng)條件得以改善。 在一些簡(jiǎn)單、重復(fù)，特別是較笨重的操作中，以機(jī)械手代替人進(jìn)行工作，可以避免由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。 三、可以減輕人力，并便于有節(jié)奏的生產(chǎn) 應(yīng)用機(jī)械手代替人進(jìn)行工作，這是直接減少人力的一個(gè)側(cè)面，同時(shí)由于應(yīng)用機(jī)械手可以連續(xù)的工作，這是減少人力的另一個(gè)側(cè)面。因此，在自動(dòng)化機(jī)床的綜合加工自動(dòng)線上，目前幾乎都沒(méi)有機(jī)械手，以減少人力和更準(zhǔn)確的控制生產(chǎn)的節(jié)拍，便于有節(jié)奏的進(jìn)行工作生產(chǎn)。 綜上所述，有效的應(yīng)用機(jī)械手，是發(fā)展機(jī)械工業(yè)的必然趨勢(shì)。 三、國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) 工業(yè)機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來(lái)的一種高科技自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。工業(yè)機(jī)械手的是工業(yè)機(jī)器人的一個(gè)重要分支。它的特點(diǎn)是可通過(guò)編程來(lái)完成各種預(yù)期的作業(yè)任務(wù)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)了人的智能和適應(yīng)性。機(jī)械手作業(yè)的準(zhǔn)確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景。 機(jī)械手是在機(jī)械化，自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)展起來(lái)的一種新型裝置。在現(xiàn)代生產(chǎn)過(guò)程中，機(jī)械手被廣泛的運(yùn)用于自動(dòng)生產(chǎn)線中，機(jī)械人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)鄰域內(nèi)，迅速發(fā)殿起來(lái)的一門新興的技術(shù)，它更加促進(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展，使得機(jī)械手能更好地實(shí)現(xiàn)與機(jī)械化和自動(dòng)化的有機(jī)結(jié)合。機(jī)械手雖然目前還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復(fù)工作和勞動(dòng)，不知疲勞，不怕危險(xiǎn)，抓舉重物的力量比人手力大的特點(diǎn)，因此，機(jī)械手已受到許多部門的重視，并越來(lái)越廣泛地得到了應(yīng)用 自動(dòng)換刀裝置是數(shù)控加工中心在工件的一次裝夾中實(shí)現(xiàn)多道工序加工不可缺少的裝置, 主要由刀庫(kù)、機(jī)械手和驅(qū)動(dòng)裝置幾部分組成。機(jī)械手和驅(qū)動(dòng)裝置是兩個(gè)關(guān)鍵部分, 根據(jù)驅(qū)動(dòng)裝置的不同, 自動(dòng)換刀裝置可分為凸輪式、液壓式、齒輪式、連桿式及各種機(jī)構(gòu)復(fù)合式, 其中以凸輪式用得較多。發(fā)達(dá)國(guó)家數(shù)控加工中心的立式自動(dòng)換刀機(jī)械手主要采用凸輪式, 我國(guó)加工中心技術(shù)起步較晚, 對(duì)自動(dòng)換刀機(jī)械手研究較少。進(jìn)入20 世紀(jì)90 年代后, 北京機(jī)床研究所、大連組合機(jī)床研究所、濟(jì)南第一機(jī)床廠、青海機(jī)床廠以及陜西省的秦川機(jī)床廠都對(duì)立式自動(dòng)換刀機(jī)械手進(jìn)行了研究和開(kāi)發(fā)。迄今為止, 我國(guó)制造的加工中心配置的自動(dòng)換刀機(jī)械手大多數(shù)是進(jìn)口的。其主要原因: 一是國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的換刀機(jī)械手質(zhì)量較差, 成本也不低; 二是進(jìn)口換刀機(jī)械手價(jià)格雖然較高, 但在整個(gè)加工中心中所占份額不大。作為加工中心的配套技術(shù), 自動(dòng)換刀機(jī)械手的研究和開(kāi)發(fā)將直接影響到我國(guó)自動(dòng)化生產(chǎn)水平的提高, 從經(jīng)濟(jì)上、技術(shù)上考慮都是十分必要的。 立式換刀機(jī)械手和臥式換刀機(jī)械手已得到廣泛應(yīng)用20 世紀(jì)90 年代以來(lái), 數(shù)控加工技術(shù)得到迅速的普及和發(fā)展, 數(shù)控機(jī)床在制造業(yè)得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。帶有自動(dòng)換刀系統(tǒng)的數(shù)控加工中心在現(xiàn)代先進(jìn)制造業(yè)中起著愈來(lái)愈重要的作用, 它能縮短產(chǎn)品的制造周期, 提高產(chǎn)品的加工精度, 適合柔性加工。加工中心是數(shù)控機(jī)床中較為復(fù)雜的加工設(shè)備, 由于其具有多種加工能力而得到廣泛的應(yīng)用, 其強(qiáng)大的加工能力和效率得益于其配置的自動(dòng)換刀裝置(A u2tomat ic Too l Changer)。換刀裝置作為加工中心的重要組成部分, 其主要作用在于減少加工過(guò)程中的非切削時(shí)間, 提高生產(chǎn)率, 降低生產(chǎn)成本, 進(jìn)而提升機(jī)床乃至整個(gè)生產(chǎn)線的生產(chǎn)力。加工中心自動(dòng)換刀裝置是實(shí)現(xiàn)多工序連續(xù)加工的重要裝置, 其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其控制是實(shí)現(xiàn)加工中心設(shè)計(jì)制造的關(guān)鍵。加工中心的換刀過(guò)程較為復(fù)雜, 動(dòng)作多, 動(dòng)作間的相互協(xié)調(diào)關(guān)系多, 因而自動(dòng)換刀系統(tǒng)性能的好壞直接影響加工效率的高低. Manipulator Can imitate the arms of the manpower and some action function, according to fixed program to grab, transporting or operating tool for automatic operation of the device. It can replace the hard labor in order to realize people the mechanization of manufacturing and automation, can in harmful environment operation to protect personal safety, and is widely used in mechanical manufacturing, metallurgy, electronics, light industry and atomic energy and other departments. Manipulator by hand and sports organizations main component. The hand is used to catch the workpiece (or tools) components, according to be grasped by the object's shape, size, weight, materials and operational requirements and have a variety of structure forms, such as the gripping type, the type and adsorption type ", etc. Movement mechanism, make hand finish all kinds of rotation (swing), mobile or complex movement to achieve the specified action, change the position of the object were caught and position. The rise and fall of sports organizations, adjustable, and rotated independence movement way, called manipulator of freedom. In order to grab any space position and orientation of the object, need to have six degrees of freedom. Freedom is a machine designed off hand gave the key parameters. The more free degrees, the greater the flexibility of the manipulator, the more general broad, its structure is also more complicated. General robots for 2-3 degrees of freedom. The type of manipulator, according to drive mode can be divided into hydraulic, pneumatic, electric and mechanical manipulator; According to applicable range can be divided into robots for and general manipulator two; According to the trajectory control mode can be divided into position control and continuous track control robots. Robots are used for machine tools or other machines additional device, such as in the automatic machine or automatic production line loading and unloading and transfer on the processing center in replaced in the tools, generally no independent control device. Some operations to direct manipulation by device, as for atomic energy department conducted dangerous goods masterslave gunner is often called the manipulator. Second, subject research of the aim, significance In the machinery industry, the application of the significance of the manipulator can be summarized as follows: A, in order to improve the production process of automation Application materials sent the manipulator to achieve the loading and unloading, and the replacement of the machine tool and the degree of automation in the assembly, etc, which can improve labor productivity and reduce the production cost. Second, to improve working conditions, and avoid personal accident In high temperature, high pressure, low temperature, low pressure, dust, noise and smell, or radioactive or have other toxic pollution and work the occasion of narrow space, the employing hand direct operation is dangerous or impossible, and the use of robots can part or all of the safety of the people instead of complete the work, make labor conditions to improve. In some simple, repetitive, especially a heavy operations, to work instead of human manipulator, can avoid the operation fatigue or negligence personal accident. Three, can reduce the manpower, and to facilitate the rhythmic production Application manipulator to people instead of work, it is the direct reduce human side of, at the same time as the continuous application manipulator can be used to work, it is to reduce human another side. Therefore, in the automation of the machine processing on automatic line, now almost no manipulator, to reduce human and more accurate control of the production of the beat, facilitate rhythmic work on production. To sum up, the effective application of the manipulator, mechanical industry development is an inevitable trend. Three, the situation at home and abroad and its development trend Industrial manipulator is nearly decades developed a kind of high-tech automation production equipment. Industry of industrial robot manipulator is an important branch of. Its characteristic is can programmed to perform a variety of expected task, structure and performance in both man and machine of their respective advantages, especially reflected the intelligence of person and adaptability. Manipulator and the accuracy of all kinds of environment homework in finish the homework ability, in all areas of the national economy has broad prospects for development. Manipulator is in mechanization, automatic production process developed a kind of new type of device. In the modern production process, the manipulator is widely used to automatic production line, robots, developing and producing high technology has become a neighbourhood, quickly hair house up a new technology, it is more to promote the development of the manipulator, making the manipulator to better achieve and mechanization and automation organic union. Although at present the manipulator hand than as flexible, but it has to repeat work and labor, don't know fatigue, is not afraid of the danger, snatch the power of weight than people hand power the characteristics of large, therefore, manipulator has been many departments of attention and was to get more and more extensive application Automatically change the knife device is the nc processing center in the a fixture in the realization process processing indispensable device, and the main tool store, and driving system manipulator a few parts. Manipulator and driving system is two key parts, according to drive the different, automatically change the tool device can be divided into CAM type, hydraulic, gear type, connecting rod type and various institutions compound, among them with the CAM type use morer. The developed countries of the nc machining center vertical automatically change the knife manipulator mainly USES the CAM type, processing center technology in China started late, to automatically change the knife less manipulator. In the 1990 s, Beijing institute of machine tools, dalian modular machine tool research, jinan first machine tool plant in qinghai province of shaanxi province, machine tool plant and shaanxi to vertical automatic machine tool plant in the knife manipulator research and development. So far, China's manufacturing processing center of the configuration of the automatically change the knife manipulator is most of the imports. The main reasons: one is the change of knife manipulator domestic production of poor quality, costs are not low; 2 it is import price change cutters manipulator although higher, but in the whole processing center slice of is not big. As a processing center supporting technology, automatically change the tools of the manipulator of research and development in our country will directly influence the automatic production level increased, from economic and technology on consideration is very necessary. Vertical and horizontal change cutters manipulator change cutters manipulator has been widely used since the 1990 s, nc machining technology of rapid popularization and development, nc machine tools in manufacturing have been applied more and more. With a knife the system automatically change the nc processing center in the modern advanced manufacturing industry plays a more and more important role, it can shorten the production cycle, improve product processing precision, suitable for flexible processing. Processing center is in the numerical control machine is relatively complex processing equipment, since it has many kinds of processing ability. 4 編號(hào) 設(shè)計(jì) 液壓上下料機(jī)械手 Hydraulic Up-down Material Manipulator 學(xué) 生 姓 名 專 業(yè) 學(xué) 號(hào) 指 導(dǎo) 教 師 分 院 2012年6月 摘 要 本次設(shè)計(jì)主要設(shè)計(jì)自動(dòng)上下料機(jī)械手的機(jī)械系統(tǒng)。該系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的是4自由度（RPRR R—回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié) P—直線運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)）關(guān)節(jié)型機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)，本設(shè)計(jì)選用液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。液壓驅(qū)動(dòng)應(yīng)用廣泛，傳動(dòng)平穩(wěn)，且易于控制。該系統(tǒng)的控制系統(tǒng)采用一般PLC所具有的位移寄存器和位移指令來(lái)編程。 關(guān)鍵詞：機(jī)械手 4自由度 關(guān)節(jié)型 液壓驅(qū)動(dòng) 控制系統(tǒng) Abstract This paper designs automatic loading and unloading manipulator's mechanical system. This system may realize 4 degreesof freedom (RPRR R rotation joint P translation joint) the joint manipulator movement.This design selects the hydraulic driving system. Thehydraulic driving application is widespread.The transmission is steady.Also control is easy . Control systemof this system uses the displacement register and the shift order which general PLC hasprograms.The control system of this system can program by using the displacement register and displacement instruction of PLC. Keywords: Manipulator 4 degrees of freedom Joint Hydraulic Driving system Control system 目 錄 摘要…………………………………………………………………………………… Ⅰ Abstract……………………………………………………………………………… Ⅱ 第1章 緒論 …………………………………………………………………………1 　　1.1 工業(yè)機(jī)械手的概況……………………………………………………………1 　　1.2 工業(yè)機(jī)械手的分類……………………………………………………………3 　　1.3 工業(yè)機(jī)械手在生產(chǎn)中的應(yīng)用…………………………………………………4 　　1.4 本章小結(jié)………………………………………………………………………4 第2章 自動(dòng)上下料機(jī)械手的設(shè)計(jì)方案…………………………………………5 　　2.1 工業(yè)機(jī)械手的組成……………………………………………………………5 　　2.2 工業(yè)機(jī)械手的規(guī)格參數(shù) …………………………………………………… 5 　　2.3 設(shè)計(jì)路線與方案………………………………………………………………6 　　　　2.3.1 設(shè)計(jì)步驟………………………………………………………………6 　　　　2.3.2 研究方法和措施………………………………………………………6 　　2.4 本章小結(jié)………………………………………………………………………6 第3章 機(jī)械手的計(jì)算與分析 ……………………………………………………6 　　3.1 手部計(jì)算與分析………………………………………………………………7 　　　　3.1.1 滑槽杠桿式手部設(shè)計(jì)的基本要求……………………………………7 　　　　3.1.2 手部的計(jì)算和分析……………………………………………………7 　　3.2 腕部的計(jì)算和分析 …………………………………………………………13 　　　　3.2.1 腕部設(shè)計(jì)的基本要求 ………………………………………………13 　　　　3.2.2 腕部回轉(zhuǎn)力矩的計(jì)算 ………………………………………………14 　　　　3.2.3 腕部擺動(dòng)油缸的設(shè)計(jì) ………………………………………………16 　　　　3.2.4 選鍵并校核強(qiáng)度 ……………………………………………………18 　　3.3 臂部的計(jì)算和分析 …………………………………………………………18 　　 3.3.1 臂部設(shè)計(jì)的基本要求………………………………………………18 　　 3.3.2 手臂的設(shè)計(jì)計(jì)算……………………………………………………20 　　3.4 機(jī)身的計(jì)算和分析…………………………………………………………28 　　3.5 本章小結(jié)……………………………………………………………………28 第4章 液壓系統(tǒng)……………………………………………………………………28 　　4.1 液壓缸………………………………………………………………………28 　　4.2 計(jì)算和選擇液壓元件………………………………………………………30 4.2.1 液壓泵的選取要求及其具體選取…………………………………30 4.2.2 選擇液壓控制閥的原則……………………………………………32 4.2.3 選擇液壓輔助元件的要求…………………………………………32 4.2.4 具體選擇液壓元件…………………………………………………33 4.3 本章小結(jié)…………………………………………………………………………34 第5章 液壓缸的保養(yǎng)與維修……………………………………………………34 　　5.1 液壓元件的安裝……………………………………………………………34 　　5.2 液壓系統(tǒng)的一般使用與維護(hù)………………………………………………35 　　5.3 一般技術(shù)安全事項(xiàng)…………………………………………………………35 第6章 機(jī)械手控制系統(tǒng)…………………………………………………………35 結(jié)論……………………………………………………………………………………37 參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………………38 致謝……………………………………………………………………………………39 39 第1章 緒 論 1.1 工業(yè)機(jī)械手概況 工業(yè)機(jī)械手是人類創(chuàng)造的一種機(jī)器,更是人類創(chuàng)造的一項(xiàng)偉大奇跡,其研究、開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)是從二十世紀(jì)中葉開(kāi)始的.我國(guó)的工業(yè)機(jī)械手是從80年代"七五"科技攻關(guān)開(kāi)始起步,在國(guó)家的支持下,通過(guò)"七五","八五"科技攻關(guān),目前已經(jīng)基本掌握了機(jī)械手操作機(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(kāi)發(fā)出噴漆，孤焊，點(diǎn)焊，裝配，搬運(yùn)等機(jī)器人，其中有130多臺(tái)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，孤焊機(jī)器人已經(jīng)應(yīng)用在汽車制造廠的焊裝線上。但總的看來(lái)，我國(guó)的工業(yè)機(jī)械手技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國(guó)外比還有一定距離。如：可靠性低于國(guó)外產(chǎn)品，機(jī)械手應(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。影響我國(guó)機(jī)械手發(fā)展的關(guān)鍵平臺(tái)因素就是其軟件，硬件和機(jī)械結(jié)構(gòu)。目前工業(yè)機(jī)械手仍大量應(yīng)用在制造業(yè)，其中汽車工業(yè)占第一位（占28.9%），電器制造業(yè)第二位（占16.4%），化工第三位（占11.7%）。發(fā)達(dá)國(guó)家汽車行業(yè)機(jī)械手應(yīng)用占總保有量百分比為23.4%～53%，年產(chǎn)每萬(wàn)輛汽車所擁有的機(jī)械手?jǐn)?shù)為（包括整車和零部件）：日本88.0臺(tái)，德國(guó)64.0臺(tái)，法國(guó)32.2臺(tái)，英國(guó)26.9臺(tái)，美國(guó)33.8臺(tái)，意大利48.0臺(tái)。 世界工業(yè)機(jī)械手的數(shù)目雖然每年在遞增，但市場(chǎng)是波浪式向前發(fā)展的。在新世紀(jì)的曙光下人們追求更舒適的工作條件，惡劣危險(xiǎn)的勞動(dòng)環(huán)境都需要用機(jī)器人代替人工。隨著機(jī)器人應(yīng)用的深化和滲透，工業(yè)機(jī)械手在汽車行業(yè)中還在不斷開(kāi)辟著新用途。機(jī)械手的發(fā)展也已經(jīng)由最初的液壓，氣壓控制開(kāi)始向人工智能化轉(zhuǎn)變，并且隨著電子技術(shù)的發(fā)展和科技的不斷進(jìn)步，這項(xiàng)技術(shù)將日益完善。 　　上料機(jī)械手與卸料機(jī)械手相比，其中上料機(jī)械手中的移動(dòng)式搬運(yùn)上料機(jī)械手適用于各種棒料，工件的自動(dòng)搬運(yùn)及上下料工作。例如鋁型材擠壓成型鋁棒料的搬運(yùn)及高溫材料的自動(dòng)上料作業(yè)，最大抓取棒料直徑達(dá)180mm，最大抓握重量可達(dá)30公斤，最大行走距離為1200mm。根據(jù)作業(yè)要求及載荷情況，機(jī)械手各關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)速度可調(diào)。移動(dòng)式搬運(yùn)上料機(jī)械手主要由手爪，小臂，大臂，手臂回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，小車行走機(jī)構(gòu)，液壓泵站電器控制系統(tǒng)組成，同時(shí)具有高溫棒料啟動(dòng)疏料裝置及用于安全防護(hù)用的光電保護(hù)系統(tǒng)。整個(gè)機(jī)械手及液壓系統(tǒng)均集中設(shè)置在行走小車上，結(jié)構(gòu)緊湊。電氣控制系統(tǒng)采用OMRON可編程控制器，各種作業(yè)的實(shí)現(xiàn)可以通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)。 國(guó)內(nèi)外實(shí)際使用的多是定位控制的機(jī)械手，沒(méi)有“視覺(jué)”和“觸覺(jué)”反饋。目前，世界各國(guó)正積極研制帶有“視覺(jué)”和“觸覺(jué)”的工業(yè)機(jī)械手，使它能夠?qū)λト〉墓ぜM(jìn)行分辨，能選取所需要的工件，并正確的夾持工件，進(jìn)而精確地在機(jī)器上定位、定向。 為使機(jī)械手有“眼睛”去處理方位變化的工件和分辨形狀不同的零部件，它由視覺(jué)傳感器輸入三個(gè)視圖方向的視覺(jué)信息，通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖形分辨，判別是否是所要抓取的工件。 為防止握力過(guò)大引起物件損壞或握力過(guò)小引起物件滑落下來(lái)，一般采用兩種方法：一是檢測(cè)把握物體手臂的變形，以決定適當(dāng)?shù)奈樟Γ涣硪环N是直接檢測(cè)指部與物件的滑動(dòng)位移，來(lái)修正握力。 　　因此，這種機(jī)械手就具有以下幾個(gè)方面的性能： 　　(1）能準(zhǔn)確地抓住方位變化的物體； (2）能判斷對(duì)象的重量； (3)能自動(dòng)避開(kāi)障礙物； (4)抓空或抓力不足時(shí)能檢測(cè)出來(lái)。 這種具有感知能力并對(duì)感知的信息做出反映的工業(yè)機(jī)械手稱之為“智能機(jī)械手”，它是有發(fā)展前途的。 現(xiàn)在，工業(yè)機(jī)械手的使用范圍只限于在簡(jiǎn)單重復(fù)的操作方面節(jié)省人力，其效用是代替從事繁重的工作，危險(xiǎn)的工作，單調(diào)重復(fù)的工作，惡劣環(huán)境下的工作方面尤其明顯。至于像汽車工業(yè)和電子工業(yè)之類的費(fèi)工的工業(yè)部分，機(jī)械手的應(yīng)用情況決不能說(shuō)是好的。雖然這些工業(yè)部門工時(shí)不足的問(wèn)題尖銳，但采用機(jī)械手只限于一小部分工序，其原因是，工業(yè)機(jī)械手的性能還不能滿足這些部門的要求，適于機(jī)械手工作的范圍很狹小，這是主要原因。經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題當(dāng)然也很重要，采用機(jī)械手來(lái)節(jié)約人力從經(jīng)濟(jì)上看，不一定總是合算的。然而，利用機(jī)械手或類似機(jī)械設(shè)備節(jié)省人力和實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)合理化的要求，今后還會(huì)持續(xù)增長(zhǎng)，只要技術(shù)方面和價(jià)格方面存在的問(wèn)題得到解決，機(jī)械手的應(yīng)用必將會(huì)飛躍發(fā)展。 　　上料機(jī)械手和卸料機(jī)械手相對(duì)，其中上料機(jī)械手中的移動(dòng)式搬運(yùn)上料機(jī)械手適用于各種棒料，工件的自動(dòng)搬運(yùn)及上下料工作。例如鋁型材擠壓成型機(jī)鋁棒料的搬運(yùn)及高溫棒料的自動(dòng)上料作業(yè)，最大抓取棒料直徑可達(dá)180mm，最大抓握重量可達(dá)30公斤，最大行走距離為1200mm。根據(jù)作用要求和載荷情況，機(jī)械手各關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)速度可調(diào)。移動(dòng)式搬運(yùn)上料機(jī)械手主要由手爪，小臂，大臂，手臂回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，小車行走機(jī)構(gòu)，液壓泵站電器控制系統(tǒng)組成，同時(shí)具有高溫棒料啟動(dòng)疏料裝置及用于安全防護(hù)用的光電保護(hù)系統(tǒng)。整個(gè)機(jī)械手及液壓系統(tǒng)均集中設(shè)置在行走小車上，結(jié)構(gòu)緊湊。電氣控制系統(tǒng)采用OMRON可編程控制器，各種作業(yè)的實(shí)現(xiàn)可以通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)。 隨著機(jī)電一體化技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，其研究和開(kāi)發(fā)水平獲得了迅猛的發(fā)展并涉及到人類社會(huì)生產(chǎn)及生活的各個(gè)領(lǐng)域，特別是工業(yè)機(jī)械手在生產(chǎn)加工中的廣 泛應(yīng)用。轎車半軸加工上料機(jī)械手設(shè)計(jì)在綜合多種機(jī)械手的設(shè)計(jì)原理和設(shè)計(jì)思想，根據(jù)轎車半軸加工的特點(diǎn)提出的，有一定的理論基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)水平和應(yīng)用價(jià)值。 1.2 工業(yè)機(jī)械手的分類 現(xiàn)在對(duì)工業(yè)機(jī)械手的分類尚無(wú)明確標(biāo)準(zhǔn)，一般都從規(guī)格和性能兩方面來(lái)分類。按規(guī)格（所搬運(yùn)工件的重量）分類： 1.微型的—搬運(yùn)重量在1公斤以下： 2.小型的—搬運(yùn)重量在10公斤以下： 3.中型的—搬運(yùn)重量在50公斤以下： 4.大型的—搬運(yùn)重量在50公斤以上。 目前大多數(shù)工業(yè)機(jī)械手能搬運(yùn)的重量為1～30公斤。最小的為0.5公斤，最大的已達(dá)到800公斤。 按功能分類： 1． 簡(jiǎn)易型工業(yè)機(jī)械手 有固定程序和可變程序兩種。固定程序有凸輪轉(zhuǎn)鼓和擋塊轉(zhuǎn)鼓控制：可變程序可插銷板或順序轉(zhuǎn)動(dòng)控制來(lái)給定程序。 這種機(jī)械手多為氣動(dòng)或液動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，改變程序比較容易。只使用在程序較簡(jiǎn)單的點(diǎn)位控制，但作為一般單機(jī)服務(wù)的搬運(yùn)作業(yè)已足夠。所以，目前這種工業(yè)機(jī)械手?jǐn)?shù)量最多。 2． 記憶再現(xiàn)型工業(yè)機(jī)械手 這種工業(yè)機(jī)械手由人工通過(guò)實(shí)驗(yàn)裝置傳動(dòng)一遍，由磁帶（或磁鼓）把程序記錄下來(lái)，此機(jī)械手就自動(dòng)按記憶的程序重復(fù)進(jìn)行循環(huán)動(dòng)作。 這也是采用較多的一種，多為電液伺服驅(qū)動(dòng)。與前者比較有較多的自由度，能進(jìn)行程序較復(fù)雜的作業(yè)，通用性較廣。 3． 計(jì)算機(jī)數(shù)字控制的工業(yè)機(jī)械手 可通過(guò)更換穿孔帶或其他記憶介質(zhì)來(lái)改變工業(yè)機(jī)械手的動(dòng)作，還可以進(jìn)行多種控制（DNC）。技術(shù)還可以是可編程序控制或普通的微機(jī)計(jì)算機(jī)。 4． 智能工業(yè)機(jī)械手（機(jī)器人） 由電子計(jì)算機(jī)控制，通過(guò)各種傳感元件等具有視覺(jué)、熱感、觸覺(jué)、行走機(jī)構(gòu)等。 按用途分： 1． 專用機(jī)械手 附屬于主機(jī)的，具有固定程序而無(wú)獨(dú)立控制系統(tǒng)的機(jī)械裝置，這種工業(yè)機(jī)械工作對(duì)象不變，手動(dòng)比較簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用可靠，施用于大批量生產(chǎn)自動(dòng)線或?qū)C(jī)作為自動(dòng)上、下料用。 2． 通用機(jī)械手 具有獨(dú)立控制系統(tǒng)，程序可變、動(dòng)作靈敏、動(dòng)作靈活多樣的機(jī)械手。通用機(jī)械手的工作范圍大，定位精度高，通用性強(qiáng)，使用于工件經(jīng)常變換的中、小批量自動(dòng)化生產(chǎn)。 1.3 工業(yè)機(jī)械手在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用 　　工業(yè)機(jī)械手在生產(chǎn)中的應(yīng)用非常廣泛，還可以歸納為以下的一些方面： 1. 建造旋轉(zhuǎn)零件體自動(dòng)線方面 　　建造旋轉(zhuǎn)零件體（軸類、盤類、環(huán)類零件）自動(dòng)線，一般都采用機(jī)械手在機(jī)床之間傳送工件。 2. 在實(shí)現(xiàn)單機(jī)自動(dòng)化方面 　　(1)各類半自動(dòng)車床，有自行夾緊、進(jìn)刀、切削、退刀和松開(kāi)的功能，但仍需人工上下料，裝上機(jī)械手，可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化生產(chǎn)。 　　(2)注塑機(jī)有加料、合模、成型、分模等自動(dòng)工作循環(huán)，裝上機(jī)械手自動(dòng)取料，可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)生產(chǎn)。 　　(3)沖床有自動(dòng)上下沖壓循環(huán)，機(jī)械手上下料可實(shí)現(xiàn)沖壓上產(chǎn)自動(dòng)化。 3. 鑄、鍛、焊、熱處理等方面 總的來(lái)說(shuō)，由于工業(yè)機(jī)械手的特點(diǎn)滿足了社會(huì)生產(chǎn)的需要，進(jìn)而帶來(lái)了經(jīng)濟(jì)效益。其特點(diǎn)： 　　(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)間對(duì)人體有害的場(chǎng)所，機(jī)械手不受影響。 　　(2)機(jī)械手能持久、耐勞、可以把人從單調(diào)的繁重的勞動(dòng)中解放出來(lái)，并能擴(kuò)大和延伸人的功能。 　　(3)動(dòng)作準(zhǔn)確，可保證穩(wěn)定和提高產(chǎn)品的質(zhì)量，同時(shí)可避免人為操作的錯(cuò)誤。 　　(4)通用性靈活性好，特別是通用機(jī)械手，能適應(yīng)產(chǎn)品品種迅速變化的要求，滿足柔性生產(chǎn)的需要。 (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。 1.4 本章小結(jié) 　 本章介紹了工業(yè)機(jī)械手的概括，工業(yè)機(jī)械手的分類、應(yīng)用。工業(yè)機(jī)械手在國(guó)民生產(chǎn)中有廣泛的應(yīng)用，許多機(jī)械設(shè)備都用到工業(yè)機(jī)械手，它是近代自動(dòng)控制領(lǐng)域內(nèi)出現(xiàn)的一種新型的技術(shù)裝備。我設(shè)計(jì)的工業(yè)機(jī)械手設(shè)備簡(jiǎn)單，動(dòng)作靈活，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，穩(wěn)定性好，適于使用。 第2章 工業(yè)機(jī)械手的設(shè)計(jì)方案 2.1 工業(yè)機(jī)械手的組成 工業(yè)機(jī)械手是由執(zhí)行機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制部分所組成，各部分關(guān)系如下框圖： 　　　　　　 圖2.1 工業(yè)機(jī)械手各部分關(guān)系圖 　　執(zhí)行機(jī)構(gòu)： 執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括抓取部分（手部）、腕部、臂部和行走機(jī)構(gòu)等運(yùn)動(dòng)部件所組成。 　　1.手部：直接與工件接觸的部分，一般是回轉(zhuǎn)型或平移型。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)形式多樣，常用的有：滑槽杠桿式、連桿杠桿式、彈簧式等。 2.腕部：是聯(lián)接手部和手臂的部件，并可用來(lái)調(diào)整被抓取物體的方位。 3.臂部：手臂是支撐被抓物體，手部，腕部的重要部件。手臂的作用是帶動(dòng)手指去抓取物件，并按預(yù)定要求將其搬運(yùn)到給定位置。 　　該設(shè)計(jì)的手臂有三個(gè)自由度，采用關(guān)節(jié)式坐標(biāo)（繞橫軸旋轉(zhuǎn)，上下擺動(dòng)和左右擺動(dòng)）關(guān)節(jié)坐標(biāo)式具有較大的工作空間和操作靈活性，機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)性容易進(jìn)行優(yōu)化，便于提高機(jī)械手的動(dòng)態(tài)操作性能。 　　4.行走機(jī)構(gòu)：有的工業(yè)機(jī)械手帶有行走機(jī)構(gòu)。 　　驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)：有氣動(dòng)，液動(dòng)，電動(dòng)和機(jī)械式四種形式。 　　控制系統(tǒng)：有點(diǎn)位控制和連續(xù)控制兩種方式。 　　機(jī)身：它是整個(gè)工業(yè)機(jī)械手的基礎(chǔ)。 2.2 規(guī)格參數(shù) 工業(yè)機(jī)械手的規(guī)格參數(shù)是說(shuō)明機(jī)械手規(guī)格和性能的具體指標(biāo)，一般包括以下幾個(gè)方面： 　　1.抓重（又稱臂力）：額定抓取重量或稱額定負(fù)荷，單位為公斤； 　　2.自由度數(shù)目和坐標(biāo)形式：整機(jī)，手臂和手腕等運(yùn)動(dòng)共有幾個(gè)自由度，并說(shuō)明坐標(biāo)形式； 　　3.定位方式：固定機(jī)械擋塊，可調(diào)機(jī)械擋塊，行程開(kāi)關(guān)，電位器及其他各種位置設(shè)定和檢測(cè)裝置； 　　4.驅(qū)動(dòng)方式：氣動(dòng)，液動(dòng)，電動(dòng)和機(jī)械式四種形式； 　　5.手臂運(yùn)動(dòng)參數(shù)； 　　6.手腕運(yùn)動(dòng)參數(shù)； 7.手指夾持范圍和握力； 　　8.定位精度：位置設(shè)定精度和重復(fù)定位精度； 　　9.輪廓尺寸：長(zhǎng)×寬×高（毫米）； 　　10.重量：整機(jī)重量。 2.3 設(shè)計(jì)路線與方案 2.3.1 設(shè)計(jì)步驟 　　1.查閱相關(guān)資料； 　　2.確定研究技術(shù)路線與方案構(gòu)思； 　　3.結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)學(xué)分析； 　　4.根據(jù)所給技術(shù)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算； 　　5.按所給規(guī)格，范圍，性能進(jìn)行分析，強(qiáng)度和運(yùn)動(dòng)學(xué)校核； 　　6.繪制工作裝配圖草圖； 　　7.繪制總圖及零件圖等； 　　8.總結(jié)問(wèn)題進(jìn)行分析和解決。 2.3.2 研究方法和措施 　　使用現(xiàn)在機(jī)械設(shè)計(jì)方法和液壓傳動(dòng)技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用關(guān)節(jié)式坐標(biāo)（四個(gè)自由度，可以繞橫，縱軸轉(zhuǎn)動(dòng)和上下左右擺動(dòng)）。 2.4 本章小結(jié) 本章介紹了工業(yè)機(jī)械手的組成、規(guī)格參數(shù)、設(shè)計(jì)路線等內(nèi)容，這種設(shè)計(jì)的機(jī)械手組成全面，配置合理，能達(dá)到一定的使用要求。 第3章 機(jī)械手各部分的計(jì)算與分析 3.1 手部計(jì)算與分析 手部按其夾持工件的原理，大致可分為夾持和吸附兩大類。夾持類最常見(jiàn)的主要有夾鉗式，本設(shè)計(jì)主要考慮夾鉗式手部設(shè)計(jì)。 夾鉗式手部是由手指，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)裝置三部分組成，它對(duì)抓取各種形狀的工件具有較大的適應(yīng)性，可以抓取軸，盤，套類零件，一般情況下多采用兩個(gè)手指。 3.1.1 滑槽杠桿式手部設(shè)計(jì)的基本要求 　　(1)應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膴A緊力和驅(qū)動(dòng)力。 　　(2)手指應(yīng)具有一定的開(kāi)閉范圍。 　　(3)應(yīng)保證工件在手指內(nèi)的夾持精度。 (4)要求結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，效率高。 (5)應(yīng)考慮通用性和特殊要求。 3.1.2 手部的計(jì)算和分析 　 （1）手部受力分析 圖3.1 手部受力圖(1) 圖3.2手部受力圖(2) 　 （2）手指尺寸初步設(shè)定 　　由拉桿的力平衡條件： 得 由得 又由工件的平均半徑 mm 初取V型手指的夾角2 mm，，，，滑桿總長(zhǎng)h=170 (3)夾緊力計(jì)算 又由于工件的直徑不影響其軸心的位置即定位誤差為零，手指水平位置夾取水平位置放置的工件。 由工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)基礎(chǔ)表2－1查得 N＝0.5G=0.5×25=12.5kg 又因?yàn)? （3.1） 當(dāng)取最小值時(shí)，則增力比較大，手指走到最小行程時(shí)則有 則 又因?yàn)?amin=19.88kg 取安全系數(shù)，工作情況系數(shù) 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)械效率 (3.2) 手指夾緊時(shí)：夾緊缸活塞移動(dòng)范圍L＝130mm，其動(dòng)作時(shí)間t=1.5s（由機(jī)械手的動(dòng)作節(jié)拍時(shí)間得之），所以?shī)A緊活塞移動(dòng)得平均速度v為： 運(yùn)動(dòng)部件得總重估算G＝10kg 夾緊力N與驅(qū)動(dòng)力P的關(guān)系： 由于結(jié)構(gòu)左右對(duì)稱，在驅(qū)動(dòng)力P的作用下，每一滑槽杠桿受力相等 圖3.3夾緊力與驅(qū)動(dòng)力的關(guān)系圖 在不計(jì)摩擦力的情況下 ，為夾緊狀態(tài)得傾斜角＝50夾緊工件半徑為50mm為例 ＝38.9kg (3.3) 根據(jù)各力對(duì)回轉(zhuǎn)支點(diǎn)的力矩平衡條件，同樣在不計(jì)摩擦力的情況下 ，c為杠桿動(dòng)力臂，即驅(qū)動(dòng)銷對(duì)滑槽杠桿作用力對(duì)支點(diǎn)的 垂直距離。 又因?yàn)閍=50mm C= 則 Nb= 當(dāng)夾緊半徑為25mm的工件時(shí)，＝ 則Nb= (4)動(dòng)作特性和傳動(dòng)特點(diǎn) 　　定位到最大行程時(shí)， 則取 又因?yàn)椋? 滑槽杠桿手指最大開(kāi)閉角為 滑槽傾斜角的變化范圍可以為 可見(jiàn)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比將在下列范圍內(nèi)變化 ， 所以開(kāi)始所初步取的a，b與均符合要求。 （5）確定夾緊油缸外徑D 　　驅(qū)動(dòng)桿行程與手指開(kāi)閉范圍關(guān)系 　?。謩e為手指夾緊工件范圍值時(shí)，滑槽相對(duì)于兩支點(diǎn)連接的傾斜角。 　　 機(jī)構(gòu)效率 考慮到機(jī)構(gòu)效率，傳力比N/P的公式應(yīng)力 ＝0.9 又因?yàn)镚=250N,夾緊力F=500N, -工作負(fù)載即為重物重力＝250N。 －導(dǎo)軌摩擦阻力負(fù)載，對(duì)于平導(dǎo)軌 －垂直于導(dǎo)軌的工作負(fù)載，＝0。 f-導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，取靜摩擦系數(shù)為0.2，動(dòng)摩擦系數(shù)為0.1。 ， ，一般?。?.010.5s，時(shí)間內(nèi)速度變化量 啟動(dòng)： 穩(wěn)態(tài)： 　　工作壓力P的確定，工作壓力根據(jù)負(fù)載大小及機(jī)器的類型來(lái)初步確定。參閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表37.5按載荷選擇工作壓力為1。 計(jì)算液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d，由負(fù)載可知最大負(fù)載F為275N。 根據(jù)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊(cè)表2－2可取為0.5，為0.95，d/D為0.7。 又因?yàn)? (3.4) 根據(jù)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊(cè)表2－4，將液壓缸內(nèi)徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)系列直徑D=25mm,活塞桿直徑按d/D＝0.7及表2－5活塞直徑系列取d=18mm。 按工作要求夾緊力為一個(gè)夾緊缸提供，考慮到夾緊力的穩(wěn)定性。夾緊缸的工作壓力應(yīng)大于復(fù)位彈簧的彈力。 又因?yàn)檫M(jìn)油缸在有桿腔，則其有效工作面積 (3.5) 液壓缸壁厚和外徑計(jì)算 ，為最大工作壓力的1.5倍，＝1.5。 　　高強(qiáng)度鑄鐵，＝60 液壓缸工作行程的確定，并參照表2－6中的系列尺寸選取標(biāo)準(zhǔn)值S=100mm。 缸蓋厚度的確定 一般液壓缸為平底缸蓋，其有效厚度t按強(qiáng)度要求計(jì)算。 (3.6) 現(xiàn)取t=20mm。 活塞的寬度B一般取B=()D=0.6D=15mm。 夾緊缸彈簧的確定。 彈簧工作載荷F=50N 最大軸直徑 最小筒直徑 彈簧剛度 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表30.2－8圓柱螺旋壓縮彈簧的尺寸及參數(shù)得 材料直徑d=2.5mm,彈簧中徑D=25mm,節(jié)距P=10.4mm . 單圈彈簧工作極限載荷下變形量為7.075mm，單圈彈簧剛度。 (3.7) 曲度系數(shù)＝1.14，G－彈簧材料的剪切彈性模量，鋼材G= Z=110mm,則活塞缸總長(zhǎng)L=120mm。 3.2 腕部計(jì)算與分析 3.2.1 腕部設(shè)計(jì)的基本要求 手腕部件置于手部和臂部之間，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，適應(yīng)性更強(qiáng)。手腕具有獨(dú)立的自由度，此設(shè)計(jì)手腕有繞X軸轉(zhuǎn)動(dòng)和沿X軸左右擺動(dòng)兩個(gè)自由度。手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)為回轉(zhuǎn)油缸，擺動(dòng)也采用回轉(zhuǎn)油缸。他的結(jié)構(gòu)緊湊，靈活，自由度符合設(shè)計(jì)要求，它要求嚴(yán)格密封才能保證穩(wěn)定的輸出轉(zhuǎn)矩。 1.腕部處于臂部的前端，它連同手部的動(dòng)靜載荷均由臂部承受。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)動(dòng)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。 2.腕部作為機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，又承擔(dān)聯(lián)接和支承作用，除了保證力和運(yùn)動(dòng)的要求以及具有足夠的強(qiáng)度和剛度外還應(yīng)綜合考慮合理布局腕部和手部的連接、腕部自由度的檢測(cè)和位置檢測(cè)、管線布置以及潤(rùn)滑、維修調(diào)整等問(wèn)題。 3.腕部設(shè)計(jì)應(yīng)充分估計(jì)環(huán)境對(duì)腕部的不良影響（如熱膨脹，壓力油的粘度和燃點(diǎn)，有關(guān)材料及電控電測(cè)元件的耐熱性等問(wèn)題）。 3.2.2 腕部回轉(zhuǎn)力矩的計(jì)算 　　腕部回轉(zhuǎn)時(shí)，需要克服以下幾種阻力： 1.腕部回轉(zhuǎn)支承處的摩擦力矩 從圖3.4可知：＝××-軸承直徑（m） 式中：－軸承處支反力；可靜力學(xué)平衡方程求得。 f-軸承的摩擦系數(shù)，對(duì)于滾動(dòng)軸承f= 為簡(jiǎn)化計(jì)算取 圖3.4 腕部回轉(zhuǎn)支承處的受力圖 -工件重量（kgf），-手部重量（kgf），－手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件重量（kgf） 2.克服由于重心偏置所引起的力矩 ＝（kgf） 式中e－工件重心到手腕回轉(zhuǎn)軸線的垂直距離（m） 3.克服啟動(dòng)慣性，所需的力矩 啟動(dòng)過(guò)程近似等加速運(yùn)動(dòng)，根據(jù)手腕回轉(zhuǎn)的角加速度及啟動(dòng)所用的角速度： ＝ (3.8) 式中：－工件對(duì)手腕回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J－手腕回轉(zhuǎn)部分對(duì)手腕回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 －手腕回轉(zhuǎn)過(guò)程的角加速 －啟動(dòng)過(guò)程所轉(zhuǎn)過(guò)的角度（度） 手腕回轉(zhuǎn)所需要的驅(qū)動(dòng)力矩應(yīng)當(dāng)?shù)扔谏鲜鋈?xiàng)之和。 (3.9) 因?yàn)槭滞蠡剞D(zhuǎn)部分的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不是很大，手腕起動(dòng)過(guò)程所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩也不大，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，可以將計(jì)算，適當(dāng)放大，而省略掉，這時(shí) 　　(1)設(shè)手指，手指驅(qū)動(dòng)油缸及回轉(zhuǎn)油缸轉(zhuǎn)動(dòng)件為一個(gè)等效圓柱體，L=50cm，直徑D=10cm，則m=27.5kg。 　　(2)摩擦阻力矩＝0.1 　　(3)設(shè)起動(dòng)過(guò)程所轉(zhuǎn)過(guò)的角度＝,等速轉(zhuǎn)動(dòng)角速度 計(jì)算：求＝ 查型鋼表有： 代入＝256（N·m） ＝0;＝0.1;＝0.1+265 M= 確定轉(zhuǎn)軸的最小尺寸 ，－抗扭剖面模量 ，查得 ，，取轉(zhuǎn)軸直徑d=40mm。 4.回轉(zhuǎn)油缸所產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算 回轉(zhuǎn)油缸所產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力矩必須大于總的阻力矩，機(jī)械手的手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 所采用的單葉片回轉(zhuǎn)油缸，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)目的。 M= (3.10) 　　式中：—手腕回轉(zhuǎn)總的阻力矩（N·m） 　　　　　　P—回轉(zhuǎn)油缸的工作壓力 　　　　　　r—缸體內(nèi)徑半徑（cm） 　　　　　　R—輸出軸半徑（cm） b—?jiǎng)悠瑢挾? 注：可按外形要求或安裝空間大小，先設(shè)定b,R,r中兩個(gè)： =1.5—2.5,,取=2，=3 又因?yàn)閐=40mm，則D=80mm，b=60mm 去頂回轉(zhuǎn)油缸工作壓力： (3.11) 由于系統(tǒng)工作壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于此壓力，因此回轉(zhuǎn)油缸的工作壓力足以克服摩擦力。 3.2.3 腕部擺動(dòng)油缸設(shè)計(jì) 偏離重心e的計(jì)算及 3.5 腕部擺動(dòng)油缸設(shè)計(jì)尺寸圖 估計(jì)L=45cm，， =30cm 克服重心偏置所需的力矩 克服摩擦所需力矩 =0.1cm 克服運(yùn)動(dòng)慣性所需的力矩 =0.7654(kg-m-) ==25=5.1(kg-m-) =5.8654(kg-m-) =JW/t 設(shè)w=, =0.0175/=12.83(kgf·m) 則擺動(dòng)所需的驅(qū)動(dòng)力矩 =32.14(kgf·m) 確定轉(zhuǎn)軸的最小直徑 抗拒剖面摸量 所需驅(qū)動(dòng)力矩 (3.12) 取d=50mm 所以機(jī)械手的擺動(dòng)采用單葉片回轉(zhuǎn)油缸，定片與缸體固連，動(dòng)片與轉(zhuǎn)軸固連，當(dāng)兩油口分別進(jìn)出油時(shí)，動(dòng)片帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)達(dá)到腕部擺動(dòng)目的。 (3.13) 又因?yàn)椋?1.5—2.5,，取=2，=3 所以：d=50mm，所以D=100mm，b=75mm 確定回轉(zhuǎn)油缸工作壓力 (3.14) 由于系統(tǒng)工作壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于此壓力，因此該缸的工作壓力足以克服摩擦力。 3.2.4 選鍵并校核強(qiáng)度 轉(zhuǎn)軸直徑d=40mm,由GB1095-79選鍵為bh=128 轉(zhuǎn)軸直徑d=50mm,由GB1095-79選鍵為bh=2010 鍵校核如下公式 =2T/kld[]，K——接觸面的高度 取接方式：靜連接，輕微沖擊，查得=100 所以滿足要求 3.3 臂部計(jì)算與分析 3.3.1 臂部設(shè)計(jì)的基本要求 手臂部件是機(jī)械手的主要執(zhí)行部件。它的作用是支承腕部和手部（包括工作），并帶動(dòng)它們作空間轉(zhuǎn)動(dòng)。 　　臂部運(yùn)動(dòng)的目的：把手部送到空間范圍內(nèi)的任意一點(diǎn)。因此，臂部具有兩個(gè)自由度才能滿足基本要求：即手臂，左右回轉(zhuǎn)和俯仰運(yùn)動(dòng)。手臂的各種運(yùn)動(dòng)由油缸驅(qū)動(dòng)和各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，從背部的受力情況分析，它在工作中既直接承受腕部，手部和工件的靜動(dòng)載荷，而且自身運(yùn)動(dòng)又較多，故受力復(fù)雜。因而，它的結(jié)構(gòu)，工作范圍，靈活性以及抓重大小和定位精度等都直接影響機(jī)械手的工作性能。 機(jī)身是固定的，它直接承受和傳動(dòng)手臂的部件，實(shí)現(xiàn)臂部的回轉(zhuǎn)等運(yùn)動(dòng)。臂部要實(shí)現(xiàn)所要求的運(yùn)動(dòng)，需滿足下列各項(xiàng)基本要求： 1.機(jī)械手臂式機(jī)身的承載 機(jī)械手臂式機(jī)身的承載能力，取決于其剛度，結(jié)構(gòu)上采用水平懸伸梁形式。顯然，伸縮臂桿的懸伸長(zhǎng)度愈大，則剛度逾差，而且其剛度隨支臂桿的伸縮不斷變化，對(duì)于機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)性能，位置精度和負(fù)荷能力等影響很大。為可提高剛度，盡量縮短臂桿的懸伸長(zhǎng)度，還應(yīng)注意： 　　(1)根據(jù)受力情況，合理選擇截面形狀和輪廓尺寸 臂部和機(jī)身既受彎曲（而且不僅是一個(gè)方向的彎曲）也受扭轉(zhuǎn)，應(yīng)選用抗彎和抗扭剛度較高的截面形狀。所以機(jī)械手常用工字鋼或槽鋼作為支撐板，這樣既提高了手臂的剛度，又大大減輕了手臂的自重，而且空心的內(nèi)部還可以布置驅(qū)動(dòng)裝置，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)以及管道，有利于結(jié)構(gòu)的緊湊，外形整齊。 　　(2)高支承剛度和選擇支承間的距離 臂部和機(jī)身的變形量不僅與本身剛度有關(guān)，而且同支撐的剛度和支撐件間距離有很大關(guān)系，要提高剛度，除從支座的結(jié)構(gòu)形狀，底板的剛度以及支座與底版的連接剛度等方面考慮外，特別注意提高配合面間的接觸剛度。 　　(3)合理布置作用力的位置和方向 　　在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)結(jié)合具體受力情況，設(shè)法使各作用力的變形相互抵消。 　　(1)設(shè)計(jì)臂部時(shí)，元件越多，間隙越大，剛性就越低，因此應(yīng)盡可能使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，要全面分析各尺寸鏈，在要求高的部位合理，確定調(diào)整補(bǔ)償環(huán)節(jié)，以及減少重要不見(jiàn)的間隙，從而提高剛度。 　　(2)水平放置的手臂，要增加導(dǎo)向桿的剛度，同時(shí)提高其配合精度和相對(duì)位置精度，使導(dǎo)向桿承受部分或者大部分自重。 　　(3)提高活塞和剛體內(nèi)徑配合精度，以提高手臂俯仰的剛度。 　　2.臂部運(yùn)動(dòng)速度要高，慣性要小 　　機(jī)械手臂的運(yùn)動(dòng)速度是機(jī)械手主要參數(shù)之一，它反映機(jī)械手的生產(chǎn)水平，一般時(shí)根據(jù)生產(chǎn)節(jié)拍的要求來(lái)決定。在一般情況，手臂回轉(zhuǎn)俯仰均要求均速運(yùn)動(dòng)，（V和w為常數(shù)），但在手臂的啟動(dòng)和終止瞬間，運(yùn)動(dòng)是變化的，為了減少?zèng)_擊，要求啟動(dòng)時(shí)間的加速度和終止前的加速度不能太大，否則引起沖擊和振動(dòng)。 　　對(duì)于告訴運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手，其最大移動(dòng)速度設(shè)計(jì)在1000～1500mm/s，最大回轉(zhuǎn)角速度設(shè)計(jì)在內(nèi)，在大部分行程距離上平均移動(dòng)速度為1000mm/s內(nèi)，平均回轉(zhuǎn)角速度為內(nèi)。 　　為減少轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的措施： 　　(1)減少手臂運(yùn)動(dòng)件的重量，采用鋁合金等輕質(zhì)高強(qiáng)度材料。 　　(2)減少手臂運(yùn)動(dòng)件的尺寸輪廓。 (3)減少回轉(zhuǎn)半徑，在安排機(jī)械手動(dòng)作順序時(shí)，先縮后回轉(zhuǎn)（或先回轉(zhuǎn)后伸）， 盡可能在前伸位置下進(jìn)行回轉(zhuǎn)動(dòng)作，并且驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中設(shè)有緩沖裝置。 　　3.手臂動(dòng)作應(yīng)靈活 為減少手臂運(yùn)動(dòng)件之間的摩擦阻力，盡可能用滑動(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)向件和定位件布置應(yīng)合理，使手臂運(yùn)動(dòng)過(guò)程盡可能平衡，以減少對(duì)升降支撐軸線的偏心力矩，特別要防止發(fā)生“卡死”的現(xiàn)象（自鎖現(xiàn)象）。為此，必須計(jì)算使之滿足不自鎖的條件。 (1)計(jì)算零件重量，可分解為規(guī)則的體形進(jìn)行計(jì)算。 (2)計(jì)算零件重心位置，求出重心至回轉(zhuǎn)軸線的距離。 (3)求重心位置并計(jì)算偏重力臂 (3.15) (3.16) 　　(4)計(jì)算偏重力矩 (3.17) 4.位置精度要高 一般說(shuō)來(lái)，直角和圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手位置精度教高；關(guān)節(jié)式機(jī)械手的位置最難控制，精度差；在手冊(cè)上加設(shè)定位裝置和自檢測(cè)機(jī)構(gòu)，能較好的控制位置精度，檢測(cè)裝置最好裝在最后的運(yùn)動(dòng)環(huán)節(jié)以減少或消除傳動(dòng)，嚙合件的間隙。 除此之外，要求機(jī)械手同用性要好，能適合做種作業(yè)的要求；工藝性要好，便于加工和安裝；用于熱加工的機(jī)械手，還要考慮隔熱，冷卻；用于作業(yè)區(qū)粉塵大的機(jī)械手，還要設(shè)置防塵裝置等。 3.3.2 手臂的設(shè)計(jì)計(jì)算 通常先進(jìn)行粗略的估算，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，在進(jìn)行校核計(jì)算，修正設(shè)計(jì)。 為了便于進(jìn)行液壓機(jī)械手的設(shè)計(jì)計(jì)算，分別俯仰缸回轉(zhuǎn)油缸的設(shè)計(jì)敘述如下： 1.小臂設(shè)計(jì) 設(shè)小臂L=40cm,D=60cm 則m= 則手臂總重，L=100mm =0.79kg 俯仰缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 圖3.6缸的設(shè)計(jì)尺寸圖 設(shè)，， 當(dāng)手臂處在仰角為的位置時(shí)，驅(qū)動(dòng)力P通過(guò)連桿機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力矩為 因?yàn)椋? 又因?yàn)? =，=， 而P= P—油缸的工作壓力（） D—油缸內(nèi)徑（cm） —活塞缸與缸徑，活塞桿與端差的密封裝置處的摩擦阻力（kg） —通油箱，=0 10590.3kg取=10600kg 106000.8=60356.601kg·cm 當(dāng)手臂處在俯角為的位置時(shí)，驅(qū)動(dòng)力P通過(guò)連桿機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力 因?yàn)椋? 所以 則 當(dāng)手臂處在水平位置即為驅(qū)動(dòng)力矩時(shí) 因?yàn)? 由于手臂與支柱連軸有振動(dòng)軸承，摩擦力矩較小=0 所以 驗(yàn)證油缸是否滿足要求，滿足上仰條件，出于時(shí) (3.18) = =1134kgf 選取=0.7，所以 (3.19) D=0.053m 整理得到D=63mm，則d=45mm。 液壓缸壁和外徑計(jì)算 (3.20) 高強(qiáng)度鑄鐵，=60 液壓缸為平底缸差，其厚度t按強(qiáng)度要求計(jì)算 無(wú)孔時(shí) (3.21) 取t=3mm 液壓缸工作行程的確定 由 則S=16mm 則由表2-6中的系列尺寸查得（液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊(cè)） S=25cm則活塞桿L=30cm 活塞桿的穩(wěn)定性校核，活塞桿由45鋼制成。 桿長(zhǎng)300mm，d=45mm 最大壓力P=1134N 設(shè)穩(wěn)定安全系數(shù)為， 由式（10.9）求出 (3.22) 活塞桿兩端可簡(jiǎn)化為鉸支座，故，活塞桿橫截面為圓形i= 故為，因?yàn)?，故不能用歐拉公式計(jì)算 使用直線公式，由表10.1查得，優(yōu)化碳鋼的 由公式（10.12）可得 可見(jiàn)活塞桿是小柔度變壓桿，由直線公式求出 而P=1134N，活塞桿的工作安全系數(shù)為n= 所以滿足要求。 2.油缸端蓋的連接方式及強(qiáng)度計(jì)算 為保證連接的緊密性，必須規(guī)定螺釘?shù)拈g距，進(jìn)而決定螺釘?shù)臄?shù)目。 缸的一端為缸體與缸蓋鑄造成一體，另一端缸體與缸蓋采用螺釘連接。 (1)缸蓋螺釘?shù)挠?jì)算 為保證連接的緊密性，必須規(guī)定螺釘?shù)拈g距，進(jìn)而決定螺釘?shù)臄?shù)目 在這種連接中，每個(gè)螺釘在危險(xiǎn)剖面上承受的拉力為工作載荷Q和預(yù)進(jìn)力之和。 式中： P—驅(qū)動(dòng)力kgf P—工作壓力kgf/ Z—螺釘數(shù)目，取8 —預(yù)緊力kgf =K，K=1.5-1.8 螺釘?shù)膹?qiáng)度條件為： 式中：=1.3——計(jì)算載荷（kgf） 表3-1 螺釘間距與壓力p的關(guān)系 工作壓力（） 螺釘間距（mm） 5—15 <150 15—25 <120 25—50 <100 50—100 <80 ()抗拉許用應(yīng)力 ，——螺紋內(nèi)徑（cm） 表3-2 常用螺釘材料的流動(dòng)極限 鋼號(hào) 10 A2 A3 35 45 40cr 2100 2200 2400 3200 3600 6500-9000 (2)缸體螺紋計(jì)算 (3.23) 式中，， D—油缸內(nèi)徑 —考慮螺紋拉應(yīng)力和扭應(yīng)力合成作用系數(shù)取=1.3 3.大臂回轉(zhuǎn)缸的設(shè)計(jì) 驅(qū)動(dòng)手臂回轉(zhuǎn)的力矩 D—輸出軸與缸差密封處的直徑（cm） L—密封的有效長(zhǎng)度（cm） —“O”形密封圈的截面直徑（cm） —“O”形圈在裝配時(shí)壓縮率，對(duì)于回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，k=0.03-0.35 —摩擦系數(shù) P—回轉(zhuǎn)軸缸的工作壓力（kg/） 選取=0.5，b=10cm,p=80kg/,設(shè)=6mm 若，則取 ，取，則，D=14cm 選用O型橡膠密封圈S58型，=4.7mm 則 (3.24) —?jiǎng)悠瑐?cè)面與缸蓋密封處的摩擦阻力距 —回轉(zhuǎn)缸動(dòng)片的角速度變化量，在啟動(dòng)過(guò)程中（弧度/秒） —啟動(dòng)過(guò)程時(shí)間 —手臂回轉(zhuǎn)部件，對(duì)回轉(zhuǎn)軸的輕功慣量（） 若手臂回轉(zhuǎn)零件的重心與回轉(zhuǎn)軸的距離為 則 —回轉(zhuǎn)零件對(duì)重心軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 (3.25) =649.2（） 設(shè)角速度，啟動(dòng)時(shí)間 —般取=0.2P=16（） 由內(nèi)徑公式 (3.26) 基本滿足要求，則D=16cm，d=8cm。又由 4.缸蓋連接螺釘和動(dòng)片連接螺釘計(jì)算 螺釘?shù)膹?qiáng)度條件為 或（取=8mm） 式中：—螺釘?shù)膬?nèi)徑（cm） —計(jì)算載荷（kgf） —螺釘材料作用拉應(yīng)力 3.4 機(jī)身計(jì)算與分析 機(jī)身是直接支撐和傳動(dòng)手臂的部件。一般實(shí)現(xiàn)臂部的升降，回轉(zhuǎn)或俯仰等運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置或傳動(dòng)件都安裝在機(jī)身上，或者直接構(gòu)成機(jī)體的軀干與底座相連。因此，臂部的運(yùn)動(dòng)愈多，機(jī)身的結(jié)構(gòu)和受力情況就愈復(fù)雜。機(jī)身既可以是固定的，也可以是行走的，即可以沿地面或架空軌道運(yùn)動(dòng)。此次設(shè)計(jì)機(jī)身為地面軌道運(yùn)動(dòng)式。它的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是步進(jìn)電機(jī)其型號(hào)為Y132S—8功率2.2KW轉(zhuǎn)速710r/min，再電動(dòng)機(jī)后接了一個(gè)圓錐圓柱齒輪減速器其輸出速度為1.2m/s。在后是一個(gè)制動(dòng)箱。其主要參數(shù)是由外部計(jì)算機(jī)調(diào)整和控制，在很大程度上是由運(yùn)動(dòng)學(xué)和軌跡運(yùn)動(dòng)而去編制小車的運(yùn)行程序。 3.5本章小結(jié) 本章介紹了機(jī)械手各部分的計(jì)算與分析，分別為手部、腕部、臂部、機(jī)身的結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行了計(jì)算與校核，在使用中能滿足要求。 第4章 液壓系統(tǒng) 4．1 液壓缸 根據(jù)前面設(shè)計(jì)好的各種液壓缸的參數(shù)。 1.活塞缸 已知參數(shù)（包括設(shè)計(jì)出的參數(shù)）： —表示第幾個(gè)缸的參數(shù) }無(wú)桿腔進(jìn)油 }有桿腔進(jìn)油 2.擺動(dòng)缸 已知參數(shù)： 注意已知參數(shù)中在前面設(shè)計(jì)中不夠明確時(shí)，則要進(jìn)行分析。已知參數(shù)（包括已設(shè)計(jì)好的參數(shù)） (1)單作用彈簧復(fù)位的夾緊缸； =25mm，=18mm F= =8.67cm/s 注意：為尚未夾持工件的時(shí)間。 (2)手腕回轉(zhuǎn)缸。 =80mm，=40mm，=60mm (4.1) (3)手腕擺動(dòng)缸 (4)手臂回轉(zhuǎn)缸 =160mm =80mm =120mm 注意：忽略角加速度和角減速度的影響 (5)手臂仰俯活塞缸： =63mm，=45mm V=5cm/s 3.估算流量 (1)夾緊缸：。 (2)手腕回轉(zhuǎn)缸： (3)手腕擺動(dòng)缸： (4)手臂回轉(zhuǎn)缸： (5)手臂仰俯活塞缸： 4．2 計(jì)算和選擇液壓元件 4.2.1 液壓泵的選取要求及其具體選取 （1）計(jì)算液壓泵的工作壓力 泵的工作壓力是所有液壓缸中工作壓力最大者與管道壓力損失之和。即： —管道和各類閥的全部壓力損失之和。 可先估計(jì)，一般?。?（5—8） （2）計(jì)算液壓泵的流量 ，式中：K—泄露折算系數(shù)，一般，K=1.1—1.5 （3）選擇液壓泵的規(guī)格 參照設(shè)計(jì)手冊(cè)或產(chǎn)品樣本，選取其額定壓力比高25%—60%，其流量與上述計(jì)算一致的液壓泵。 （4）計(jì)算功率，選用電動(dòng)機(jī) 按工況圖，找出所有缸N-t圖中最高功率點(diǎn)的對(duì)應(yīng)的（計(jì)算值）和泵額定流量的乘積，然后除以泵的總效率 (4.2) 確定液壓泵的流量壓力和選擇泵的規(guī)格，泵的工作壓力的確定?？紤]到正常工作中進(jìn)油路有一定的壓力損失，所以，泵的工作壓力為： —液壓泵的最高工作壓力；—執(zhí)行元件的最高工作壓力 —進(jìn)油管路中的壓力損失，初算時(shí)，簡(jiǎn)單系統(tǒng)可取0.2—0.5， =0.5，=4.5+0.5=5 上述計(jì)算所得的是系統(tǒng)的靜態(tài)壓力，考慮到系統(tǒng)在各種工況的過(guò)渡，階段出現(xiàn)的動(dòng)態(tài)壓力往往超過(guò)靜態(tài)壓力。另外考慮到，一定的壓力儲(chǔ)備量并確保泵的壽命，因此選泵的額定壓力應(yīng)滿足 泵流量的確定。液壓泵的最大流量應(yīng)為： ，—液壓泵的最大流量 —同時(shí)工作的各執(zhí)行元件所需流量之和的最大值。如果這時(shí)溢流閥正進(jìn)行工作，尚需加溢流閥的最小溢流量2～3L/min —系統(tǒng)泄漏系數(shù)，一般取=1.1-1.3，現(xiàn)取=1.2 選擇液壓泵的規(guī)格。根據(jù)以上算得和，再查閱有關(guān)手冊(cè)，現(xiàn)選用YB-80BI雙聯(lián)葉片泵，該泵的基本參數(shù)為：每轉(zhuǎn)排量：10—194mL/r;泵的額定壓力=10.5；電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速；容積效率；總效率。 與液壓泵匹配的電動(dòng)機(jī)的選定。首先分別計(jì)算出不同工況時(shí)的功率，取它們之間的最大值作為選取電動(dòng)機(jī)規(guī)格的依據(jù)。由于在速度較小時(shí)，泵輸出的流量減小，泵的效率急劇下降，一般當(dāng)流量在0.2—1L/min范圍內(nèi)時(shí)，可取=0.03—0.14。同時(shí)，應(yīng)注意到，為了使所選擇的電動(dòng)機(jī)在經(jīng)過(guò)泵的流量特性曲線最大功率點(diǎn)時(shí)，不致停車，需進(jìn)行驗(yàn)算，即 (4.3) 泵的工作壓力：P=245.25 —余量系數(shù)，取K=1.05 —泵出油量 —油頭 —主管損失油頭 —泵的功率 —傳動(dòng)效率直接傳遞為1 選電機(jī)： 4.2.2 選擇液壓控制閥的原則 按控制閥的額定流量大于系統(tǒng)最高工作壓力和通過(guò)該閥的最大流量原則 4.2.3 選擇液壓輔助元件的要求 (1)濾油器 按泵的最大流量選取流量略大些的濾油器，濾油精度在為網(wǎng)式或線段式濾油器即可。 (2)油管和管接頭的通徑與閥一致來(lái)選取。 (3)油箱容積 Q=50Qp 注意：Qp單位若為L(zhǎng)/min時(shí)，V的單位為 Qp單位若為時(shí)，V的單位為 4.2.4 具體選擇液壓元件 （1）換向回路的選擇 緊缸換向選用二位三通閥，其他缸全部選用B型的三位四通電磁換向閥。選用B型電磁閥便于微機(jī)控制，選中位為O型是使定位準(zhǔn)確。 （2）調(diào)速方案的選擇 本系統(tǒng)是功率較小的，故選簡(jiǎn)單的進(jìn)油路節(jié)流閥調(diào)速。 （3）緩沖回路的選擇 選用二位三通閥加入油路，便于微機(jī)控制，提高自動(dòng)化程度。 (4)系統(tǒng)的安全可靠性的選擇 為防止伸縮缸在仰起一定角度后的自由下滑，都采用單向順序閥來(lái)平衡。 為保證夾緊缸夾持工件的可靠性選用液控單向閥保壓和鎖緊。 液壓元件的選擇 單向壓力補(bǔ)償調(diào)速閥：QI-63B，QI-130B，QI-23B 單向閥：I-25 減壓閥：I-10 單向順序閥：XI-160B 二位三通電磁閥：23D-10B，23D-50B，23D-100B 二位四通電磁閥：24D-25B，34DY-63B，34S-160B 線隙式濾油器：XU-B327-75 XU-1337-50 壓力表：Y-60 確定管道尺寸時(shí)本系統(tǒng)主油路流量q=160L/min，壓油管的允許流速為v=4m/s，則內(nèi)徑d=4.6=4.6=29mm 夾緊油路d=11mm 手腕回轉(zhuǎn)油路d=18mm 手腕擺動(dòng)油路d=18mm 手腕回轉(zhuǎn)油路d=26mm 手腕仰俯油路d=28mm 液壓油箱的設(shè)計(jì)： 液壓油箱的作用是儲(chǔ)存液壓油，分離液壓油中的雜質(zhì)和空氣，同時(shí)起到分散的作用。 　1.液壓油箱有效容積的確定 　　液壓油箱在不同的工作條件下，影響散熱的條件很多，通常按壓力范圍來(lái)考慮。液壓油箱的有效容量v可概略地確定為： 在中低壓系統(tǒng)中（p），可取v=（5—7）。 式中：V—液壓油箱有效容量；—液壓泵額定流量 V=3=696=576，故V=576L 應(yīng)當(dāng)注意：設(shè)備停止運(yùn)轉(zhuǎn)后，設(shè)備中的那部分會(huì)因重力作用而流回液壓油箱。為了防止液壓油從油箱中溢出，油箱中液壓油位不能太高，一般不應(yīng)超過(guò)液壓油箱高度的 　　2.液壓油箱的外形尺寸 　　液壓油箱的有效容積確定或，需設(shè)計(jì)液壓油箱的外形尺寸，一般尺寸比（長(zhǎng)：寬：高）為：1：1：1—1：2：3 　　為提高冷卻效率，在安裝位置不受限制時(shí)，可將液壓油箱的容量予以增大。 根據(jù)油箱有效容量可選BEX—630。 4.3 本章小結(jié) 本章介紹了機(jī)械手液壓系統(tǒng)的組成，工作原理及工作過(guò)程，液壓傳動(dòng)有以下優(yōu)點(diǎn)： 1.液壓傳動(dòng)的各種元件，可根據(jù)需要方便、靈活的來(lái)布置； 2.重量輕、體積小、運(yùn)動(dòng)慣性小、反應(yīng)速度快、定位精度好； 3.操縱控制方便，可實(shí)現(xiàn)大范圍的無(wú)級(jí)調(diào)速； 4.可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)； 5.成本低廉、性能優(yōu)越。 第5章 液壓缸的保養(yǎng)與維修 5.1 液壓元件的安裝 1.安裝前元件應(yīng)以煤油進(jìn)行清洗，并要進(jìn)行壓力和密封性實(shí)驗(yàn)，合格后可安裝。 2.泵及其傳動(dòng)要求較高的同心度。 3.油泵的入口，出口和旋轉(zhuǎn)方向一般在泵上均有標(biāo)明，不得接反。 4.安裝各種閥時(shí)，應(yīng)注意進(jìn)油口與回油口的方向。 5.為了避免空氣滲入閥內(nèi)，連接處應(yīng)保持密封良好。 6.用法蘭安裝的閥件，螺釘不能擰的過(guò)緊，因?yàn)橛袝r(shí)擰的過(guò)緊反而密封不良。 5.2 液壓系統(tǒng)的一般使用與維護(hù) 1.油箱中的液壓油應(yīng)經(jīng)常保持正常油面。 2.液壓油應(yīng)經(jīng)常保持清潔。 3.油溫應(yīng)適當(dāng)，油箱的油溫一定不能超過(guò) 4.回路里的空氣應(yīng)完全清除掉?；芈防镞M(jìn)入空氣后，因?yàn)闅怏w的體積和壓力成反比，可以隨著負(fù)荷的變動(dòng)，油缸的運(yùn)動(dòng)也要受到影響。為了防止回油管回油時(shí)帶入空氣，回油管必須插入油面以下。吸入管和泵軸的密封部分等各個(gè)低于大氣壓的地方應(yīng)注意不要漏入空氣。 5.在初次起動(dòng)油泵時(shí)，應(yīng)向泵里灌滿油，檢查轉(zhuǎn)動(dòng)方向是否正確，入口與出口是否接反。 6.在油泵起動(dòng)和停止時(shí)，應(yīng)使溢流閥御荷。 7.溢流閥的調(diào)節(jié)壓力不得超過(guò)液壓系統(tǒng)的最高壓力。 8.應(yīng)盡量保持電磁閥的電壓穩(wěn)定，否則可能會(huì)導(dǎo)致線圈的過(guò)熱。 9