畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）立式精鍛機(jī)自動(dòng)上料機(jī)械手設(shè)計(jì)

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1、 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 立式精鍛機(jī)自動(dòng)上料機(jī)械手設(shè)計(jì) 學(xué) 生： 學(xué) 號(hào)： 專 業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班 級(jí)： 指導(dǎo)教師： 四川理工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院 二〇一一年六月 四 川 理 工 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 設(shè)計(jì)（論文）題目：立式精鍛機(jī)自動(dòng)上料機(jī)械手設(shè)計(jì) 系：機(jī)械工程學(xué)院 專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化 班級(jí)：學(xué)號(hào)： 學(xué)生： 指導(dǎo)教師： 接受任務(wù)時(shí)間：2011-3-1 教研室

2、主任 （簽名）　　系主任 （簽名） 1．畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的主要內(nèi)容及基本要求 1）、設(shè)計(jì)內(nèi)容： 機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，裝配圖1～2張（A0），零件圖8張，設(shè)計(jì)說(shuō)明書1份（40頁(yè)以上）。 2）、設(shè)計(jì)要求： （1）、規(guī)格參數(shù)： 抓重:60公斤；自由度數(shù):4個(gè)；座標(biāo)型式:圓柱座標(biāo)；最大工作半徑:1700毫米；手臂最大中心高:2300毫米；手臂運(yùn)動(dòng)參數(shù):手臂伸縮范圍，0～500毫米；手臂伸縮速度，伸出176毫米/秒，縮回233毫米/秒；手臂升降范圍，0～600毫米；手劈升降速度，上升102豪米/秒，下降152毫米/秒；手臂回轉(zhuǎn)范圍，0

3、～200(實(shí)際使用為95)；手臂回轉(zhuǎn)速度，63/秒；手腕運(yùn)動(dòng)參數(shù)：手腕回轉(zhuǎn)范圍，0～180；手腕回轉(zhuǎn)速度，201/秒；手指夾持范圍：Φ30～Φ120毫米；驅(qū)動(dòng)方式: 液壓 （2）、全部設(shè)計(jì)圖紙用AutoCAD繪制 2．指定查閱的主要參考文獻(xiàn)及說(shuō)明 （1）機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè) （2）工業(yè)機(jī)械手圖冊(cè) （3）機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) （4）液壓傳動(dòng) （5）其他相關(guān)參考資料 3．進(jìn)度安排 設(shè)計(jì)（論文）各階段名稱 起 止 日 期 1 查閱相關(guān)參考資料，完成開題報(bào)告 2010.3.1—2010.3.15 2 機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2010.3.16—2010.4.15 3 完成A

4、utoCAD零件圖、裝配圖 2010.4.16—2010.5.15 4 編寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書 2010.5.16—2010.5.25 5 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的修改、答辯的準(zhǔn)備 2010.5.26—2010.6.1 摘 要 機(jī)械手的出現(xiàn)是隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)人工的操作越來(lái)越不能滿足工業(yè)生產(chǎn)的要求，因而設(shè)計(jì)出了機(jī)械手去替代人工做一些危險(xiǎn)的工作。這篇論文詳細(xì)介紹了立式精鍛機(jī)自動(dòng)上料機(jī)械手的組成、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作過(guò)程。機(jī)械手主要是執(zhí)行部份、驅(qū)動(dòng)部分和控制部分組成。執(zhí)行部分包括機(jī)械手的手部、機(jī)械手的手臂、機(jī)械手的升降和回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。本文對(duì)以上各機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)

5、計(jì)、計(jì)算以及校核方法作了具體的描述和分析，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械手四個(gè)自由度、行程以及強(qiáng)度各方面的要求。對(duì)于驅(qū)動(dòng)部分，選擇了液壓驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)方式，對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)和對(duì)液壓系統(tǒng)的傳動(dòng)方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，最后選擇合適的液壓元件并確定液壓系統(tǒng)，通過(guò)上述部分設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出了立式精鍛機(jī)自動(dòng)上料機(jī)械手，達(dá)到本次設(shè)計(jì)的要求。 關(guān)鍵詞：立式精鍛機(jī)；自動(dòng)上料機(jī)械手；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；液壓驅(qū)動(dòng) Abstract

6、 The appearance of manipulator is developed the industry technology. When people find that the manufacture by manual labor can not satisfy the demands of the industry produce, so the manipulator was designed to do something dangerous in stead of human. This paper introduces the main function, the s

7、tructure feature and the composition of automatic feeding manipulator of vertical forging machine in detail. The composition of the mechanical industry machinery includes three parts: the mechanical part, the drive part and the the control part. The mechanical part mainly includes the hand of the ma

8、nipulator, the arm of the manipulator and the fluctuation and rotation structure of the manipulator. The paper has made the concreted description and analysis on the general design process and the calculated method of the manipulator. Achieves the four-freedoms,route and some other aspects of the ma

9、nipulator. Regarding the drive part, the author selects the hydraulic drive style,and then carries on the design calculation to the hydraulic system and carries on the design to the hydraulic transmission way, finally choose appropriate hydraulic pressure part, and then define hydraulic system. Thro

10、ugh the above parts of designs, the author designs a hydraulic automatic feeding manipulator of vertical forging machine to achieve the design goal. Key words：Vertical forging machine； Automatic feeding manipulator；Structure design；Hydraulic drive. 目 錄 摘 要 I Abstr

11、act II 第一章 緒論 1 1.1機(jī)械手的基本概念 1 1.2機(jī)械手的分類及簡(jiǎn)史 1 1.2.1機(jī)械手的分類 1 1.2.2機(jī)械手的簡(jiǎn)史 3 1.3 機(jī)械手的應(yīng)用簡(jiǎn)況 4 1.4 機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì) 4 1.5機(jī)械手的組成 5 1.5.1執(zhí)行機(jī)構(gòu) 5 1.5.2驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) 6 1.5.3控制系統(tǒng) 6 1.6應(yīng)用機(jī)械手的意義 6 第二章 機(jī)械手總體方案設(shè)計(jì) 8 2.1機(jī)械手的設(shè)計(jì)參數(shù) 8 2.2 機(jī)械手的座標(biāo)型式與自由度選擇 8 2.3 機(jī)械手的總體結(jié)構(gòu) 9 2.4 機(jī)械手的動(dòng)作順序 10 2.5 機(jī)械手的工作過(guò)程 10 第三章 機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 12

12、 3.1機(jī)械手手部設(shè)計(jì) 12 3.1.1手部設(shè)計(jì)要求 12 3.1.2手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 12 3.1.3 手部設(shè)計(jì)計(jì)算 13 3.2手腕和夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 14 3.2.1手腕設(shè)計(jì)要求 14 3.2.2 手腕和夾緊油缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 15 3.2.3 手腕和夾緊油缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 15 3.3 手臂伸縮機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 19 3.3.1 手臂伸縮結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 19 3.3.2 手臂伸縮油缸設(shè)計(jì)計(jì)算 20 3.4 手臂回轉(zhuǎn)油缸設(shè)計(jì) 23 3.4.1 手臂回轉(zhuǎn)油缸結(jié)構(gòu) 23 3.4.2 手臂回轉(zhuǎn)油缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 23 3.5 中間座部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 24 3.6 手臂回轉(zhuǎn)定位油缸 25 3.7 手臂升

13、降機(jī)構(gòu) 26 3.7.1 手臂升降機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 26 3.7.2 手臂升降機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 27 第四章 機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 30 4.1 各種驅(qū)動(dòng)類型的特點(diǎn) 30 4.2 機(jī)械手驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的選擇原則 30 4.3 液壓系統(tǒng)簡(jiǎn)介 30 4.3.1 液壓系統(tǒng)的工作原理 30 4.3.2 液壓傳動(dòng)的工作特性 30 4.3.3 液壓系統(tǒng)的組成 31 4.3.4 液壓系統(tǒng)的優(yōu)、缺點(diǎn) 31 4.3.5 液壓傳動(dòng)的主要缺點(diǎn) 31 4.4自動(dòng)上料機(jī)械手液壓系統(tǒng) 32 4.5液壓元件的密封 35 4.5.1 密封件的作用及其意義 36 4.5.2 密封件和密封裝置的

14、設(shè)計(jì)選用 36 第五章 機(jī)械手的緩沖和定位 38 5.1機(jī)械手緩沖和定位的主要方法 38 5.2 立式精鍛機(jī)自動(dòng)上料機(jī)械手的緩沖和定位 38 總 結(jié) 40 參考文獻(xiàn) 41 致 謝 42 43 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第一章 緒論 機(jī)械工業(yè)是國(guó)民的裝備部，是為國(guó)民經(jīng)濟(jì)提供裝備和為人民生活提供耐用消費(fèi)品的產(chǎn)業(yè)。不論是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，還是新興產(chǎn)業(yè)，都離不開各種各樣的機(jī)械裝備，機(jī)械工業(yè)所提供裝備的性能、質(zhì)量和成本，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門技術(shù)進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)效益有很大的和直接的

15、影響。機(jī)械工業(yè)的規(guī)模和技術(shù)水平是衡量國(guó)家經(jīng)濟(jì)實(shí)力和科學(xué)技術(shù)水平的重要標(biāo)志。因此，世界各國(guó)都把發(fā)展機(jī)械工業(yè)作為發(fā)展本國(guó)經(jīng)濟(jì)的戰(zhàn)略重點(diǎn)之一。 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)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)展起來(lái)的一門新

16、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。 機(jī)械手技術(shù)涉及到力學(xué)、機(jī)械學(xué)、電氣液壓技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感器技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域，是一門跨學(xué)科綜合技術(shù)。 機(jī)械手是一種能自動(dòng)化定位控制并可重新編程序以變動(dòng)的多功能機(jī)器，它有多個(gè)自由度，可用來(lái)搬運(yùn)物體以完成在各個(gè)不同環(huán)境中工作。 1.1機(jī)械手的基本概念 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。機(jī)械手是

17、一種能模擬人的手臂的部分動(dòng)作，按預(yù)定的程序、軌跡及其它要求，實(shí)現(xiàn)抓取、搬運(yùn)工件或操縱工具的自動(dòng)化裝置。我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 12643-90)對(duì)機(jī)械手的定義:“具有和人手臂相似的動(dòng)作功能，可在空間抓放物體，或進(jìn)行其它操作的機(jī)械裝置。 1.2機(jī)械手的分類及簡(jiǎn)史 工業(yè)機(jī)械手的種類很多，關(guān)于分類的問(wèn)題，目前在國(guó)內(nèi)尚無(wú)統(tǒng)一的分類標(biāo)準(zhǔn)，在此暫按使用范圍、驅(qū)動(dòng)方式和控制系統(tǒng)等進(jìn)行分類。 1.2.1機(jī)械手的分類 （一）按用途分 機(jī)械手可分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種： 1、專用機(jī)械手 它是附屬于主機(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。專用機(jī)械手具有動(dòng)作少、工作對(duì)象單一、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用

18、可靠和造價(jià)低等特點(diǎn)，適用于大批量的自動(dòng)化生產(chǎn)的自動(dòng)換刀機(jī)械手，如自動(dòng)機(jī)床、自動(dòng)線的上、下料機(jī)械手和“加工中心”。 2、通用機(jī)械手 它是一種具有獨(dú)立控制系統(tǒng)的、程序可變的、動(dòng)作靈活多樣的機(jī)械手。格性能范圍內(nèi)，其動(dòng)作程序是可變的，通過(guò)調(diào)整可在不同場(chǎng)合使用，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)是獨(dú)立的。通用機(jī)械手的工作范圍大、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(dòng)化的生產(chǎn)。通用機(jī)械手按其控制定位的方式不同可分為簡(jiǎn)易型和伺服型兩種:簡(jiǎn)易型以“開一關(guān)”式控制定位，只能是點(diǎn)位控制:可以是點(diǎn)位的，也可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡控制，伺服型具有伺服系統(tǒng)定位控制系統(tǒng)，一般的伺服型通用機(jī)械手屬于數(shù)控類型。 (二)按驅(qū)

19、動(dòng)方式分 1、液壓傳動(dòng)機(jī)械手 是以液壓的壓力來(lái)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手。其主要特點(diǎn)是:抓重可達(dá)幾百公斤以上、傳動(dòng)平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)緊湊、動(dòng)作靈敏。但對(duì)密封裝置要求嚴(yán)格，不然油的泄漏對(duì)機(jī)械手的工作性能有很大的影響，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(dòng)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，但是電液伺服閥的制造精度高，油液過(guò)濾要求嚴(yán)格，成本高。 2、氣壓傳動(dòng)機(jī)械手 是以壓縮空氣的壓力來(lái)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手。其主要特點(diǎn)是:介質(zhì)李源極為方便，輸出力小，氣動(dòng)動(dòng)作迅速，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。但是，由于空氣具有可壓縮的特性，工作速度的穩(wěn)定性較差，沖擊大，而且氣源壓力較低，抓重一般在30

20、公斤以下，在同樣抓重條件下它比液壓機(jī)械手的結(jié)構(gòu)大，所以適用于高速、輕載、高溫和粉塵大的環(huán)境中進(jìn)行工作。 3、機(jī)械傳動(dòng)機(jī)械手 即由機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(如凸輪、連桿、齒輪和齒條、間歇機(jī)構(gòu)等)驅(qū)動(dòng)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(dòng)力是由工作機(jī)械傳遞的。它的主要特點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確可靠，用于工作主機(jī)的上、下料。動(dòng)作頻率大，但結(jié)構(gòu)較大，動(dòng)作程序不可變。 4、電力傳動(dòng)機(jī)械手 即有特殊結(jié)構(gòu)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、直線電機(jī)或功率步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的械手，因?yàn)椴恍枰虚g的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，故機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。其中直線電機(jī)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)速度快和行程長(zhǎng)，維護(hù)和使用方便。此類機(jī)械手目前還不多，但有發(fā)展前途。 (三)按

21、控制方式分 1、點(diǎn)位控制 它的運(yùn)動(dòng)為空間點(diǎn)到點(diǎn)之間的移動(dòng)，只能控制運(yùn)動(dòng)過(guò)程中幾個(gè)點(diǎn)的位置，不能控制其運(yùn)動(dòng)軌跡。若欲控制的點(diǎn)數(shù)多，則必然增加電氣控制系統(tǒng)的復(fù)雜性。目前使用的專用和通用工業(yè)機(jī)械手均屬于此類。 2、連續(xù)軌跡控制 它的運(yùn)動(dòng)軌跡為空間的任意連續(xù)曲線，其特點(diǎn)是設(shè)定點(diǎn)為無(wú)限的，整個(gè)移動(dòng)過(guò)程處于控制之下，可以實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)和準(zhǔn)確的運(yùn)動(dòng)，并且使用范圍廣，但電氣控制系統(tǒng)復(fù)雜。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。 1.2.2機(jī)械手的簡(jiǎn)史 機(jī)械手首先是從美國(guó)開始研制的。1958年美國(guó)聯(lián)合控制公司研制出第一臺(tái)機(jī)械手。它的結(jié)構(gòu)是：機(jī)體上安裝一個(gè)回轉(zhuǎn)長(zhǎng)臂，頂部裝有電磁塊的工件抓放機(jī)構(gòu)，控制系統(tǒng)是

22、示教形的。 1962年，美國(guó)聯(lián)合控制公司在上述方案的基礎(chǔ)上又試制成一臺(tái)數(shù)控示教再現(xiàn)型機(jī)械手。商名為Unimate（即萬(wàn)能自動(dòng)）。運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)仿照坦克炮塔，臂可以回轉(zhuǎn)、俯仰、伸縮、用液壓驅(qū)動(dòng)；控制系統(tǒng)用磁鼓作為存儲(chǔ)裝置。不少球坐標(biāo)通用機(jī)械手就是在這個(gè)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。同年該公司和普魯曼公司合并成立萬(wàn)能自動(dòng)公司,專門生產(chǎn)工業(yè)機(jī)械手。 1962年美國(guó)機(jī)械制造公司也實(shí)驗(yàn)成功一種叫Vewrsatran機(jī)械手。該機(jī)械手的中央立柱可以回轉(zhuǎn)、升降采用液壓驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)也是示教再現(xiàn)型。雖然這兩種機(jī)械手出現(xiàn)在六十年代初，但都是國(guó)外工業(yè)機(jī)械手發(fā)展的基礎(chǔ)。 1978年美國(guó)Unimate公司和斯坦福大學(xué)，麻省理工學(xué)院聯(lián)

23、合研制一種Unimate-Vicarm型工業(yè)機(jī)械手，裝有小型電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，用于裝配作業(yè)，定位誤差小于1毫米。聯(lián)邦德國(guó)機(jī)械制造業(yè)是從1970年開始應(yīng)用機(jī)械手，主要用于起重運(yùn)輸、焊接和設(shè)備的上下料等作業(yè)。 聯(lián)邦德國(guó)KnKa公司還生產(chǎn)一種點(diǎn)焊機(jī)械手，采用關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)和程序控制。 日本是工業(yè)機(jī)械手發(fā)展最快、應(yīng)用最多的國(guó)家。自1969年從美國(guó)引進(jìn)兩種機(jī)械手后大力從事機(jī)械手的研究。 前蘇聯(lián)自六十年代開始發(fā)展應(yīng)用機(jī)械手，至1977年底，其中一半是國(guó)產(chǎn)，一半是進(jìn)口。 目前，工業(yè)機(jī)械手大部分還屬于第一代，主要依靠工人進(jìn)行控制；改進(jìn)的方向主要是降低成本和提高精度。 第二代機(jī)械手正在加緊研制。它設(shè)有微

24、型電子計(jì)算控制系統(tǒng)，具有視覺(jué)、觸覺(jué)能力，甚至聽(tīng)、想的能力。研究安裝各種傳感器，把感覺(jué)到的信息反饋，是機(jī)械手具有感覺(jué)機(jī)能。 第三代機(jī)械手則能獨(dú)立完成工作中過(guò)程中的任務(wù)。它與電子計(jì)算機(jī)和電視設(shè)備保持聯(lián)系，并逐步發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng)FMS和柔性制造單元FMC中的重要一環(huán)。 1.3 機(jī)械手的應(yīng)用簡(jiǎn)況 現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過(guò)程的機(jī)械化，自動(dòng)化已成為突出的主題?；さ冗B續(xù)性生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化已基本得到解決。但在機(jī)械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)是不連續(xù)的。因此，裝卸、搬運(yùn)等工序機(jī)械化的迫切性，工業(yè)機(jī)械手就是為實(shí)現(xiàn)這些工序的自動(dòng)化而產(chǎn)生的。 有資料統(tǒng)計(jì)：美國(guó)偏重于毛坯生產(chǎn)，日本偏重于機(jī)械加工。隨著機(jī)械手技術(shù)的發(fā)

25、展，應(yīng)用的對(duì)象還會(huì)有所改變。 機(jī)械手在鍛造工業(yè)中的應(yīng)用能進(jìn)一步發(fā)展鍛造設(shè)備的生產(chǎn)能力，改善熱、累等勞動(dòng)條件。 國(guó)內(nèi)機(jī)械手工業(yè)、鐵路工業(yè)中首先在單機(jī)、專機(jī)上采用機(jī)械手上下料，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。 國(guó)外鐵路工業(yè)中應(yīng)用機(jī)械手以加工鐵路車軸、輪等大、中批零件。并和機(jī)床共同組成一個(gè)綜合的數(shù)控加工系統(tǒng)。 采用機(jī)械手進(jìn)行裝配更始目前研究的重點(diǎn)，國(guó)外已研究采用攝象機(jī)和力傳感裝置和微型計(jì)算機(jī)連在一起，能確定零件的方位達(dá)到鑲裝的目的。 1.4 機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì) 目前工業(yè)機(jī)械手主要用于機(jī)床加工、鑄造、熱處理等方面，無(wú)論數(shù)量、品種和性能方面還是不能滿足工業(yè)發(fā)展的需要。 在國(guó)內(nèi)主要是逐步擴(kuò)大應(yīng)用范圍，重點(diǎn)

26、發(fā)展鑄造、熱處理方面的機(jī)械手，以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，改善作業(yè)條件，在應(yīng)用專用機(jī)械手的同時(shí)，相應(yīng)的發(fā)展通用機(jī)械手，有條件的還要研制示教式機(jī)械手、計(jì)算機(jī)控制機(jī)械手和組合機(jī)械手等。將機(jī)械手各運(yùn)動(dòng)構(gòu)件，如伸縮、擺動(dòng)、升降、橫移、俯仰等機(jī)構(gòu)以及根據(jù)不同類型的加緊機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)成典型的通用機(jī)構(gòu)，所以便根據(jù)不同的作業(yè)要求選擇不同類型的基加緊機(jī)構(gòu)，即可組成不同用途的機(jī)械手。既便于設(shè)計(jì)制造，有便于更換工件，擴(kuò)大應(yīng)用范圍。同時(shí)要提高速度，減少?zèng)_擊，正確定位，以便更好的發(fā)揮機(jī)械手的作用。 此外還應(yīng)大力研究伺服型、記憶再現(xiàn)型，以及具有觸覺(jué)、視覺(jué)等性能的機(jī)械手，并考慮與計(jì)算機(jī)連用，逐步成為整個(gè)機(jī)械制造系統(tǒng)中的一個(gè)基本單元。

27、在國(guó)外機(jī)械制造業(yè)中工業(yè)機(jī)械手應(yīng)用較多，發(fā)展較快。目前主要用于機(jī)床、橫鍛壓力機(jī)的上下料，以及點(diǎn)焊、噴漆等作業(yè)，它可按照事先指定的作業(yè)程序來(lái)完成規(guī)定的操作。 此外，國(guó)外機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì)是大力研制具有某種智能的機(jī)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(yīng)的變更。如位置發(fā)生稍許偏差時(shí)，即能更正并自行檢測(cè)，重點(diǎn)是研究視覺(jué)功能和觸覺(jué)功能。目前已經(jīng)取得一定成績(jī)。 視覺(jué)功能即在機(jī)械手上安裝有電視照相機(jī)和光學(xué)測(cè)距儀（即距離傳感器）以及微型計(jì)算機(jī)。工作是電視照相機(jī)將物體形象變成視頻信號(hào)，然后送給計(jì)算機(jī)，以便分析物體的種類、大小、顏色和位置，并發(fā)出指令控制機(jī)械手進(jìn)行工作。 觸覺(jué)功能即是在機(jī)械手

28、上安裝有觸覺(jué)反饋控制裝置。工作時(shí)機(jī)械手首先伸出手指尋找工作，通過(guò)安裝在手指內(nèi)的壓力敏感元件產(chǎn)生觸覺(jué)作用，然后伸向前方，抓住工件。手的抓力大小通過(guò)裝在手指內(nèi)的敏感元件來(lái)控制，達(dá)到自動(dòng)調(diào)整握力的大小?？傊S著傳感技術(shù)的發(fā)展機(jī)械手裝配作業(yè)的能力也將進(jìn)一步提高。 更重要的是將機(jī)械手、柔性制造系統(tǒng)和柔性制造單元相結(jié)合，從而根本改變目前機(jī)械制造系統(tǒng)的人工操作狀態(tài)。 1.5機(jī)械手的組成 機(jī)械手主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成。 1.5.1執(zhí)行機(jī)構(gòu) （1）手部 手部安裝在手臂的前端。手臂的內(nèi)孔裝有轉(zhuǎn)動(dòng)軸，可把動(dòng)作傳給手腕，以轉(zhuǎn)動(dòng)、伸屈手腕，開閉手指。 本課所指的機(jī)械手僅需開閉手指

29、。 機(jī)械手手部的機(jī)構(gòu)系模仿人的手指，分為無(wú)關(guān)節(jié)，固定關(guān)節(jié)和自由關(guān)節(jié)三種。手指的數(shù)量又可以分為二指、三指和四指等，其中以二指用的最多?？梢愿鶕?jù)夾持對(duì)象的形狀和大小配備多種形狀和尺寸的夾頭，以適應(yīng)操作需要。 本課所做的機(jī)械手采用二指形狀。 （2）手臂 手臂有無(wú)關(guān)節(jié)和有關(guān)節(jié)手臂之分 本課所做的機(jī)械手的手臂采用無(wú)關(guān)節(jié)臂 手臂的作用是引導(dǎo)手指準(zhǔn)確的抓住工件，并運(yùn)送到所需要的位置上。為了使機(jī)械手能夠正確的工作，手臂的三個(gè)自由度都需要精確的定位。 本課題所做的機(jī)械手在手臂的升降、伸縮、回轉(zhuǎn)三個(gè)方向的定位均采用行程開關(guān)控制，以保證定位的精度。 總括機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)離不開直線移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)二種，因此，它

30、采用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要是直線油缸、擺動(dòng)油缸、電液脈沖馬達(dá)、伺服油馬達(dá)、直流伺服馬達(dá)和步進(jìn)馬達(dá)等。 1.5.2驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)主要有四種：液壓驅(qū)動(dòng)、氣壓驅(qū)動(dòng)、電氣驅(qū)動(dòng)和機(jī)械驅(qū)動(dòng)。其中以液壓氣動(dòng)用的最多，占90%以上，電動(dòng)、機(jī)械驅(qū)動(dòng)用的較少。 液壓驅(qū)動(dòng)主要是通過(guò)油缸、閥、油泵和油箱等實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)。它利用油缸、馬達(dá)加上齒輪、齒條實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)；利用擺動(dòng)油缸、馬達(dá)與減速器、油缸與齒條、齒輪或鏈條、鏈輪等實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。液壓驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是壓力高、體積小、出力大、運(yùn)動(dòng)平緩，可無(wú)級(jí)變速，自鎖方便，并能在中間位置停止。缺點(diǎn)是需要配備壓力源，系統(tǒng)復(fù)雜成本較高。 氣壓驅(qū)動(dòng)所采用的元件為氣壓缸、氣壓馬達(dá)、氣閥等。一般采

31、用4-6個(gè)大氣壓，個(gè)別的達(dá)到8-10個(gè)大氣壓。它的優(yōu)點(diǎn)是氣源方便，維護(hù)簡(jiǎn)單，成本低。缺點(diǎn)是出力小，體積大。由于空氣的可壓縮性大，很難實(shí)現(xiàn)中間位置的停止，只能用于點(diǎn)位控制，而且潤(rùn)滑性較差，氣壓系統(tǒng)容易生銹。 為了減少停機(jī)時(shí)產(chǎn)生的沖擊，氣壓系統(tǒng)裝有速度控制機(jī)構(gòu)或緩沖機(jī)構(gòu)。 電氣驅(qū)動(dòng)采用的不多?，F(xiàn)在都用三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力，用大減速比減速器來(lái)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)；直線運(yùn)動(dòng)則用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)絲杠螺母機(jī)構(gòu)；有的采用直線電動(dòng)機(jī)。通用機(jī)械手則考慮用步進(jìn)電機(jī)、直流或交流的伺服電機(jī)、變速箱等。 電氣驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)力源簡(jiǎn)單，維護(hù)，使用方便。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)可以采用統(tǒng)一形式的動(dòng)力，出力比較大；缺點(diǎn)是控制響應(yīng)速度比較慢

32、。 機(jī)械驅(qū)動(dòng)只用于固定的場(chǎng)合。一般用凸輪連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作。它的優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)作確實(shí)可靠，速度高，成本低；缺點(diǎn)是不易調(diào)整。 1.5.3控制系統(tǒng) 機(jī)械手控制系統(tǒng)的要素，包括工作順序、到達(dá)位置、動(dòng)作時(shí)間和加速度等。 控制系統(tǒng)可根據(jù)動(dòng)作的要求，設(shè)計(jì)采用數(shù)字順序控制。它首先要編制程序加以存儲(chǔ)，然后再根據(jù)規(guī)定的程序，控制機(jī)械手進(jìn)行工作。 1.6應(yīng)用機(jī)械手的意義 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械手也越來(lái)越多的地被應(yīng)用。在機(jī)械工業(yè)中，鑄、焊、鉚、沖、壓、熱處理、機(jī)械加工、裝配、檢驗(yàn)、噴漆、電鍍等工種都有應(yīng)用的實(shí)理。其他部門，如輕工業(yè)、建筑業(yè)、國(guó)防工業(yè)等工作中也均有所應(yīng)用。 在機(jī)械工業(yè)中，應(yīng)用機(jī)械手的意義

33、可以概括如下： 1.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。 2.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。 3.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

34、，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)。 第二章 機(jī)械手總體方案設(shè)計(jì) 2.1機(jī)械手的設(shè)計(jì)參數(shù) 抓重：60kg； 自由度數(shù)：4個(gè)； 坐標(biāo)形式：圓柱坐標(biāo)； 最大工作半徑：1700毫米； 手臂最大中心高：2300毫米； 手臂運(yùn)動(dòng)參數(shù)； 手臂伸縮范圍：0~500毫米 手臂伸縮速度：伸

35、出176毫米每秒； 縮回233毫米每秒； 手臂升降范圍：0~600毫米； 手臂升降速度：上升102毫米每秒； 下降152毫米每秒； 手臂回轉(zhuǎn)范圍：00 ~2000 (實(shí)際使用為950)； 手臂回轉(zhuǎn)速度：630每秒； 手腕運(yùn)動(dòng)參數(shù)： 手腕回轉(zhuǎn)范圍:00~1800； 手腕回轉(zhuǎn)速度：2010每秒； 手指夾持范圍： Φ30-Φ120毫米； 緩沖方式及定位方式： 手臂伸縮：伸出時(shí)由行程開關(guān)適時(shí)切斷油路，手臂緩沖，縮回時(shí)由行程開關(guān)控制返回終了位置。 手臂升降：上升時(shí)是靠可調(diào)碰鐵觸動(dòng)行程開關(guān)而發(fā)信，使電液換向閥變?yōu)椤皁”型滑閥機(jī)能，切斷油路而實(shí)現(xiàn)緩沖定位，下降時(shí)靠油缸端部節(jié)流緩沖，

36、由行程開關(guān)控制終了位置。 手臂回轉(zhuǎn)：采用行程節(jié)流閥（雙向使用）減速緩沖，用定位油缸驅(qū)動(dòng)定位銷而定位。 手腕回轉(zhuǎn)：采用行程開關(guān)發(fā)信，切斷油路滑行緩沖，死擋塊定位。 驅(qū)動(dòng)方式：液壓 控制方式：點(diǎn)位程序控制 2.2 機(jī)械手的座標(biāo)型式與自由度選擇 按機(jī)械手手臂的不同運(yùn)動(dòng)形式及其組合情況，其座標(biāo)型式可分為直角座標(biāo)式、圓柱座標(biāo)式、球座標(biāo)式和關(guān)節(jié)式。由于本機(jī)械手在上下料時(shí)手臂具有升降、伸縮及回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，因此，采用圓柱座標(biāo)型式。相應(yīng)的機(jī)械手具有三個(gè)自由度，為了滿足送料需要，增加手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。所以本機(jī)械手有手臂升降、伸縮、回轉(zhuǎn)和手腕回轉(zhuǎn)四個(gè)自由度。 2.3 機(jī)械手的總體結(jié)構(gòu) 本機(jī)械手系統(tǒng)由執(zhí)行系統(tǒng)

37、、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。執(zhí)行系統(tǒng)包括手部、手臂、手腕。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括動(dòng)力源、控制調(diào)節(jié)裝置和輔助裝置組成?？刂葡到y(tǒng)由程序控制系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)組成。機(jī)械手的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖如圖2-1： 圖 2-1 機(jī)械手結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖 1、機(jī)座 2、手臂升降機(jī)構(gòu) 3、手臂回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 4、手臂伸縮機(jī)構(gòu) 5、手腕回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 6、手部 運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖如圖2-2所示： 圖2-2 機(jī)械手運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 該結(jié)構(gòu)采用圓柱式坐標(biāo)，其運(yùn)動(dòng)系包含了兩個(gè)直線運(yùn)動(dòng)和兩個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，這種坐標(biāo)形式的機(jī)械手占地面積小而且活動(dòng)范圍大，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，并且能夠達(dá)到較高的定位精度。 2.4 機(jī)械手的動(dòng)

38、作順序 待料（即起始位置。手指閉合，待夾料立放）→插定位銷→手臂前伸→手指張開→手指夾料→手臂上伸→手臂縮回→手腕回轉(zhuǎn)180→拔定位銷→手臂回轉(zhuǎn)95→插定位銷→手臂前伸→手臂中?！ù藭r(shí)，立式精鍛機(jī)卡頭下降→卡頭夾料→大泵卸荷）→手指松開（此時(shí)，立式精鍛機(jī)卡頭夾著料上升）→手指閉合→手臂縮回→手臂下降→手腕反轉(zhuǎn)（手腕復(fù)位）→拔定位銷→手臂反轉(zhuǎn)（上料機(jī)械手復(fù)位）→待料卸荷（一個(gè)循環(huán)結(jié)束） 2.5 機(jī)械手的工作過(guò)程 立式精鍛機(jī)和自動(dòng)上料機(jī)械手等的配置如圖2-3所示。被加熱的坯料由運(yùn)輸車2送到上料位置后，自動(dòng)上料機(jī)械手3將熱坯料搬運(yùn)到立式精鍛機(jī)1上鍛打，其成品鍛件由下料機(jī)械手4送立式精鍛機(jī)上取

39、下并送到轉(zhuǎn)換機(jī)械手5上，轉(zhuǎn)換機(jī)械手先把鍛件翻轉(zhuǎn)90成水平位置，由丙烷切割裝置6將兩端切齊，切割完畢，轉(zhuǎn)換機(jī)械手5的手臂再水平回轉(zhuǎn)87，將鍛件水平放置到下料運(yùn)輸裝置7上，運(yùn)送到車間外面的料倉(cāng)處進(jìn)行冷卻。自動(dòng)上料機(jī)械手3在此精鍛生產(chǎn)線上可以完成取料、喂料和變換工位等動(dòng)作。 圖 2-3 機(jī)械手的工作流程圖 第三章 機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3.1機(jī)械手手部設(shè)計(jì) 3.1.1手部設(shè)計(jì)要求 1、有適當(dāng)?shù)膴A緊力 手部在工作時(shí)，應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膴A緊力，以保證夾持穩(wěn)定可靠，變形小，且不損壞工件的已加工表面。對(duì)于剛性很差的工件夾緊力大小應(yīng)該設(shè)計(jì)得可以調(diào)節(jié)

40、，對(duì)于笨重的工件應(yīng)考慮采用自鎖安全裝置。 2、有足夠的開閉范圍 夾持類手部的手指都有張開和閉合裝置。工作時(shí)，一個(gè)手指開閉位置以最大變化量稱為開閉范圍。對(duì)于回轉(zhuǎn)型手部手指開閉范圍，可用開閉角和手指夾緊端長(zhǎng)度表示。手指開閉范圍的要求與許多因素有關(guān)，如工件的形狀和尺寸，手指的形狀和尺寸，一般來(lái) 說(shuō)，如工作環(huán)境許可，開閉范圍大一些較好。 3、力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕，體積小 手部處于腕部的最前端，工作時(shí)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)多變，其結(jié)構(gòu)，重量和體積直接影響整個(gè)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)，抓重，定位精度，運(yùn)動(dòng)速度等性能。因此，在設(shè)計(jì)手部時(shí)，必須力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕，體積小。 4、手指應(yīng)有一定的強(qiáng)度和剛度 5、其它要求

41、因此送料，夾緊機(jī)械手，根據(jù)工件的形狀，采用最常用的外卡式兩指鉗爪，夾緊方式用雙作用檔案活塞油缸。此種結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，制造方便。 3.1.2手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)采用的是滑槽杠桿夾持式手部，其手部是由手指、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)裝置組成。對(duì)抓取各種形狀的工件具有較大的適應(yīng)性?？梢宰ト≥S、盤、套類零件。采用兩個(gè)手指。驅(qū)動(dòng)裝置為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)提供動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)源采用液壓的，通過(guò)滑槽實(shí)現(xiàn)手指的張開與閉合。 手部結(jié)構(gòu)如圖3-1所示： 圖3-1 手部結(jié)構(gòu) 手部結(jié)構(gòu)如圖3-1所示，它主要由手架1，軸環(huán)2，拉緊軸3，左指座4，手指5，右指座6等組

42、成。它屬于滑槽杠桿夾持式手部。手指的開閉是靠軸環(huán)2帶動(dòng)拉緊軸3做往復(fù)運(yùn)動(dòng)而實(shí)現(xiàn)的。軸環(huán)與夾緊油缸活塞拉桿鉸鏈連接，由活塞拉桿輸入驅(qū)動(dòng)力，通過(guò)手部去夾持鍛坯。圖中“張開”表示手指處于最大張開位置，此時(shí)夾緊油缸活塞拉桿處于最前端位置。在手指座端部裝有手指，它能繞手指軸轉(zhuǎn)動(dòng)，以便鍛坯直徑變小后，手指夾持鍛坯時(shí)使其中心位置的變化盡量最小。 3.1.3 手部設(shè)計(jì)計(jì)算 1、確定“V”型鉗爪的L、β。 取L/Rop=2.5 式中： Rop=

43、（3-1） =37.5mm 由公式（3.1）（3.2）得：L=2.5Rop=93.75mm 取“V”型鉗口的夾角2=120，則偏轉(zhuǎn)角β按《工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)》表2-3來(lái)確定，查表得： β= 2、握力的計(jì)算依據(jù) 手指握緊工件時(shí)所需的力稱為握力（即夾緊力），一般來(lái)說(shuō)，手指握力需克服工件重力所產(chǎn)生的靜載荷以及工件運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化時(shí)所產(chǎn)生的載荷（慣性力或慣性力矩），使得工件保持良好的夾緊狀態(tài)。握力的大小與被夾持工件的重量、重心位置、以及夾持工件的范圍有關(guān)，我們把握力假想為作用在手指與工件接觸面的對(duì)稱平面內(nèi)，并設(shè)兩力大小相等，方向相反，用FN表示,可按

44、下式計(jì)算： （3-2） 其中、K1：安全系數(shù)，通常取1.2-2.0 K2：工作情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響，可近似按下式估算 （3-3） 其中、：重力方向運(yùn)動(dòng)最大加速度 ：重力方向的最大速度 ：系統(tǒng)達(dá)到最高速度的時(shí)間，一般取0.03s-0.5s

45、g：重力加速度 g=9.8m/s K3：方位系數(shù) 根據(jù)手指形狀及工件方位按工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)表2-2選取 K3=4 G：被抓取工件重力 3、握力的計(jì)算 3.2手腕和夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 3.2.1手腕設(shè)計(jì)要求 1、力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕 腕部處于臂部的最前端，連接手部的靜動(dòng)載荷均有臂部承受。顯然，腕部的結(jié)構(gòu)、重量、靜動(dòng)載荷直接影響臂部的結(jié)構(gòu)、重量和運(yùn)轉(zhuǎn)性能。因此，設(shè)計(jì)腕部時(shí)必須力求結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕。 2、綜合考慮、合理布局 腕部作為機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，又承擔(dān)連接和支撐作用，除保證力和運(yùn)動(dòng)的要求以及具有足夠的強(qiáng)度和剛度以外，還應(yīng)綜合考慮，合理布局。如何讓解決好腕部與手部、

46、臂部的連接，腕部自由度的位置檢測(cè)，管線布置以及潤(rùn)滑、維修、調(diào)整等問(wèn)題。 3、考慮工作條件 對(duì)于高溫作業(yè)和腐蝕性介質(zhì)中工作的機(jī)械手，在設(shè)計(jì)應(yīng)考慮其工作環(huán)境對(duì)腕部的不良影響。 3.2.2 手腕和夾緊油缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 考慮到機(jī)械手的工作過(guò)程中手部要有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，因此手腕必須設(shè)有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)才可滿足工作的要求。因此，手腕設(shè)計(jì)成回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)為回轉(zhuǎn)液壓缸。 夾緊油缸為手指的張開、閉合提供動(dòng)力。 其結(jié)構(gòu)如下圖3-2 圖3-2 手腕和夾緊油缸 手腕夾緊油缸由支承座1、夾緊油缸2、手腕回轉(zhuǎn)油缸3、轉(zhuǎn)套4、活塞拉桿5、隔離套6和轉(zhuǎn)軸7組成。夾緊油缸裝在支承座上，支承座與手臂伸縮機(jī)構(gòu)的

47、中間架體用螺釘連接，當(dāng)壓力油分別進(jìn)入夾緊油缸的有桿腔和無(wú)桿腔時(shí)，就推動(dòng)活塞拉桿作往復(fù)運(yùn)動(dòng)輸出動(dòng)力，作為夾持式手部的動(dòng)力源。 手腕回轉(zhuǎn)油缸3的兩油孔分別進(jìn)壓力油時(shí)，推動(dòng)回轉(zhuǎn)油缸動(dòng)片連同轉(zhuǎn)套4一起回轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)套的端部通過(guò)牙嵌式聯(lián)軸器把回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞到軸7，轉(zhuǎn)軸端部的法蘭盤與手部用螺釘連接，故回轉(zhuǎn)油缸3的動(dòng)片和轉(zhuǎn)套4的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞到軸7，實(shí)現(xiàn)手腕的回轉(zhuǎn)。 手腕回轉(zhuǎn)油缸擺角可達(dá)230度，實(shí)際使用為180度，其位置檢測(cè)由行程開關(guān)實(shí)現(xiàn)，并由擋塊定位。為了使手部夾持熱工件的手指遠(yuǎn)離油缸，采用隔離套6，減少了熱鍛件的熱量對(duì)油液的影響，以保證油缸的正常工作和密封。 3.2.3 手腕和夾緊油缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 1、夾

48、緊油缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 夾緊油缸作為作為機(jī)械手手指的動(dòng)力源，為手指的張開、閉合提供動(dòng)力。因此要具有一定的推動(dòng)能力，這里選用的是雙作用單桿活塞油缸，當(dāng)壓力油分別進(jìn)入油缸的有桿腔和無(wú)桿腔時(shí)，推動(dòng)活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)機(jī)械手手指的開閉。當(dāng)油液進(jìn)入油缸有桿腔時(shí)，活塞桿帶動(dòng)手指張開，當(dāng)油液從無(wú)桿腔進(jìn)油時(shí)，活塞桿帶動(dòng)手指閉合。 (1)理論驅(qū)動(dòng)力計(jì)算的計(jì)算 計(jì)算 （3-4） (2)實(shí)際驅(qū)動(dòng)力實(shí)際的計(jì)算 取傳遞效率=0.85 實(shí)際=計(jì)算/

49、 （3-5） ==7805.1 (3)油缸內(nèi)徑D的計(jì)算 根據(jù)上面的計(jì)算可知，手指的開閉實(shí)際所需驅(qū)動(dòng)力實(shí)際=7805.1，此驅(qū)動(dòng)力由油液推動(dòng)活塞帶動(dòng)活塞桿提供，所以有： πDp （3-6） 根據(jù)《工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)》表4-2選取油液壓力p=2.2MPa D= 4實(shí)際/πp （3-7） 得油缸內(nèi)徑D 根據(jù)《工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)》 表4-3選擇油缸內(nèi)徑D=70mm。 （4）液壓缸外徑計(jì)算 對(duì)于低壓缸，,應(yīng)按薄

50、壁公式計(jì)算： （3-8） 液壓缸采用無(wú)縫鋼管，查表可得=100Mpa 查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)液壓傳動(dòng)》，選取液壓缸外徑。 對(duì)缸壁厚度校核： （3-9） =8.6Mpa< 滿足材料的強(qiáng)度要求，所以液壓缸滿足工作要求。 （5）夾緊油缸活塞桿計(jì)算 按往復(fù)運(yùn)動(dòng)的速度比確定活塞桿直徑 速度比 （3-10） 活塞桿直徑d =34.5mm

51、 （3-11） 查表《工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)》表4-2，選取d=35mm。 活塞桿的強(qiáng)度校核: 活塞桿的材料為45鋼，桿長(zhǎng)L約大于桿直徑的15倍，所以： 桿長(zhǎng)L>15d==525mm 活塞桿材料為碳鋼，，，，碳鋼的，活塞桿的受力： =8.1Mpa< （3-12） 所以活塞桿的強(qiáng)度滿足要求。 活塞桿穩(wěn)定性校核： 特定柔度值 （3-13） 柔度 （3-1

52、4） 因?yàn)?，故不能用歐拉公式計(jì)算臨界壓力，由《材料力學(xué)》表10.1可知，優(yōu)質(zhì)碳鋼的a=461Mpa，b=2.568Mpa，所以有： （3-15） 由此可見(jiàn)活塞桿滿足，是中等柔度壓桿，其臨界應(yīng)力： （3-16） 由此可見(jiàn)，臨界壓力遠(yuǎn)大于工作時(shí)壓力，故穩(wěn)定性滿足要求。 （6）油液流量計(jì)算 油液進(jìn)入無(wú)桿腔時(shí)的流量Q1： Q1= πDv =3.1417.6=677 （3-17） 油液進(jìn)入有桿腔時(shí)的流量Q2：

53、Q2=πv=3.14()23.3=672 （3-18） 2、手腕回轉(zhuǎn)油缸設(shè)計(jì)計(jì)算 在手腕的回轉(zhuǎn)過(guò)程中，驅(qū)動(dòng)手腕回轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)力矩必須克服手腕起動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的慣性力矩、轉(zhuǎn)動(dòng)軸與支撐孔的摩擦力矩、密封裝置的摩擦力矩和轉(zhuǎn)動(dòng)重心和轉(zhuǎn)動(dòng)軸線不重合的偏重力矩，所以有： （3-19） （1） 手腕加速起動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的慣性力矩 把手部、轉(zhuǎn)軸以及回轉(zhuǎn)油缸的回轉(zhuǎn)部分等效為一個(gè)高22cm，直徑15cm的圓柱體，其所受重力為300N。則有手腕回轉(zhuǎn)部分對(duì)腕部回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J：

54、 （3-20） 假設(shè)工件直徑10cm，長(zhǎng)度100cm，質(zhì)量60kg。工件對(duì)手腕回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： （3-21） 手腕回轉(zhuǎn)角速度，取啟動(dòng)時(shí)間t=0.25s。手腕加速起動(dòng)所產(chǎn)生的慣性力矩： =71.76 （3-22） （2）手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)工件偏重力矩 假設(shè)工件重心與手腕回轉(zhuǎn)中心重合，所以有=0 （3）腕部回轉(zhuǎn)支撐處的摩擦力矩 為簡(jiǎn)化計(jì)算，可取=0.1 （4）密封處的摩擦阻力矩 為簡(jiǎn)化計(jì)算，可取=0.15 根據(jù)以上的

55、計(jì)算可知： 得=95.68 (5) 回轉(zhuǎn)油缸內(nèi)徑計(jì)算 回轉(zhuǎn)油缸所產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力矩 （3-23） 其中取動(dòng)片寬度b取30mm，輸出軸半徑r=20mm，油液壓力p=2.4Mpa。 因?yàn)橛?,即 95.68 （3-24） 得R=55mm,即是油缸內(nèi)徑D=110mm。 （6）回轉(zhuǎn)油缸外徑計(jì)算 對(duì)于手腕回轉(zhuǎn)油缸，，根據(jù)油缸的工作要求，查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)液壓傳動(dòng)》，選取外徑=232mm。 3.3

56、手臂伸縮機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 3.3.1 手臂伸縮結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 手臂伸縮機(jī)構(gòu)主要實(shí)現(xiàn)手臂的伸縮運(yùn)動(dòng)，這里采用的是雙作用單桿活塞油缸的形式，具體結(jié)構(gòu)情況如圖3-3所示： 圖3-3 手臂伸縮機(jī)構(gòu) 該機(jī)構(gòu)主要由活塞桿1、油缸體2、滑枕3、中間架體4、和油路5等組成。中間架體4的底部止口與中間座部件連接，滑枕3的右端與夾緊缸部分連接，油缸體2固定在滑枕3上，活塞桿1固定在中間架體4上，當(dāng)壓力油分別進(jìn)入油缸的左右兩腔時(shí)，油缸體2帶動(dòng)滑枕3在燕尾形導(dǎo)軌內(nèi)實(shí)現(xiàn)手臂的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，其行程大小由擋塊和組合行程開關(guān)來(lái)確定，伸出端裝有可調(diào)式定位螺釘，確保定位精度。手臂伸縮的導(dǎo)向裝置采用燕尾形滑枕，導(dǎo)向性能好，手臂剛

57、度大，工作時(shí)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。油缸的輸油管采用伸縮油管形式，可以保護(hù)油管，但工藝性較差。 3.3.2 手臂伸縮油缸設(shè)計(jì)計(jì)算 手臂伸縮油缸采用的是雙作用單桿活塞油缸，以下就油缸和活塞桿的尺寸計(jì)算如下： 1、 伸縮液壓缸的驅(qū)動(dòng)力 根據(jù)液壓缸工作時(shí)需要克服運(yùn)動(dòng)件表面的阻力、密封處的摩擦阻力、回油腔油液的阻力和起動(dòng)或制動(dòng)時(shí)的慣性力，所以驅(qū)動(dòng)力有： （3-25） （1）運(yùn)動(dòng)表面的摩擦阻力 對(duì)于燕尾形導(dǎo)軌做導(dǎo)向至承，取摩擦系數(shù)=0.2 當(dāng)量摩擦系數(shù)= =1.4=1.40.2=0.28

58、 （3-26） 假設(shè)參與運(yùn)動(dòng)的所有零部件總的質(zhì)量為60kg，工件重60kg N （3-27） （2）密封處的摩擦阻力 采用“O”形密封圈，簡(jiǎn)化計(jì)算時(shí)，可視作 =0.03F （3）回油腔的油液壓力 回油腔與油箱相連，可視為與大氣相連，故=0 （4）起動(dòng)或制動(dòng)時(shí)的慣性力 參與運(yùn)動(dòng)的零部件總重60kg，工件重60kg，伸縮速度0.233，啟動(dòng)時(shí)間取0.25s N

59、 （3-28） 由以上計(jì)算可得： =329.28+0.03F+0+111.84 由此可得驅(qū)動(dòng)力F=454.76N 2、 伸縮液壓缸的內(nèi)徑計(jì)算 手臂伸縮運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力由雙作用單桿活塞油缸提供，活塞桿直徑d，油缸 內(nèi)經(jīng)D,取d=0.5D,油液壓力取則油缸內(nèi)徑計(jì)算如下： （3-29） 計(jì)算得D=77，經(jīng)查表《工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)》表4-3，選取液壓缸內(nèi)徑D=80mm 3、 油缸外徑的選擇 對(duì)于低壓缸，,應(yīng)按薄壁公式計(jì)算：

60、 （3-30） 液壓缸采用無(wú)縫鋼管，查表可得=100Mpa 查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)液壓傳動(dòng)》，選取液壓缸外徑 對(duì)油缸的壁厚校核： =0.56Mpa （3-31） 由此可見(jiàn)工作壓力遠(yuǎn)小于油缸的，故滿足工作要求。 4、 活塞桿尺寸的計(jì)算 活塞桿直徑d=0.5D=40mm 活塞桿的強(qiáng)度校核: 活塞桿的材料為45鋼，桿長(zhǎng)L約大于桿直徑的15倍，所以： 桿長(zhǎng)L>15d==600mm 活塞桿材料為碳鋼，，，，碳鋼的，活塞桿的受力： < （3-32）

61、 所以活塞桿的強(qiáng)度滿足要求。 活塞桿穩(wěn)定性校核： 特定柔度值 （3-33） 柔度 （3-34） 因?yàn)?，故不能用歐拉公式計(jì)算臨界壓力，由《材料力學(xué)》表10.1可知，優(yōu)質(zhì)碳鋼的a=461Mpa，b=2.568Mpa，所以有： （3-35） 由此可見(jiàn)活塞桿滿足，是短壓桿，不需要校核。 5、油缸兩腔的流量計(jì)算 有桿腔流量 （3-3

62、6） 無(wú)桿腔流量 （3-37） 3.4 手臂回轉(zhuǎn)油缸設(shè)計(jì) 3.4.1 手臂回轉(zhuǎn)油缸結(jié)構(gòu) 根據(jù)要求手臂要有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，這里采用的是回轉(zhuǎn)油缸，安裝在手臂伸縮機(jī)構(gòu)的中間架體上，來(lái)為手臂回轉(zhuǎn)提供動(dòng)力。其結(jié)構(gòu)如圖3-4所示： 圖 3-4 手臂回轉(zhuǎn)油缸 如圖3-4，手臂回轉(zhuǎn)油缸由上端蓋1、轉(zhuǎn)軸2、轉(zhuǎn)缸殼體3、下端蓋4、動(dòng)片5和定片6等組成，上下端蓋與缸體螺釘連接，并由上端蓋用螺釘固定在手臂伸縮機(jī)構(gòu)上，轉(zhuǎn)軸2支承在上下端蓋上，與動(dòng)片5固定連接，其伸出端通過(guò)花鍵軸部分與中間座的齒輪連接，向手臂傳遞運(yùn)動(dòng)。定片6固定在缸體上，定、動(dòng)片把油缸分成兩部分，壓力油從a

63、、b兩孔進(jìn)入時(shí)，推動(dòng)動(dòng)片轉(zhuǎn)動(dòng)，并把轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞給轉(zhuǎn)軸輸出回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 3.4.2 手臂回轉(zhuǎn)油缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 1、所需驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算 根據(jù)手臂回轉(zhuǎn)的受力情況，當(dāng)手臂回轉(zhuǎn)時(shí)，驅(qū)動(dòng)力矩要克服手臂起動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的慣性力矩，密封處的摩擦阻力矩以及回油腔的阻力矩，所以有: （3-38） (1) 手臂起動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的慣性力矩 手臂回轉(zhuǎn)部件（含工件）對(duì)回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 把回轉(zhuǎn)部件近似看作一直徑22cm，高50cm的圓柱體，其軸線與回轉(zhuǎn)中心線相距40cm，重160kg，則有轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 =29.476

64、 （3-39） 角速度=，取響應(yīng)時(shí)間 =129.7N.m （3-40） （2）密封處的摩擦力矩 為簡(jiǎn)化計(jì)算，可取=0.1 （3）回油腔的阻力矩 由于回油腔與油箱連接，可看作與大氣連接，所以=0 綜上：所需要的驅(qū)動(dòng)力矩 =129.7+0.1+0 所以=144.1N.m 2、油缸驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算 > （3-41） 取回轉(zhuǎn)油缸內(nèi)徑D=130mm，軸與動(dòng)片連接處的直徑d=65mm，動(dòng)片寬度b=110mm， 由此可得：

65、 3、 回轉(zhuǎn)油缸內(nèi)徑計(jì)算 根據(jù) = （3-42） 取d=0.5D, ，b=110mm，帶入上式: =130mm （3-43） 所以D=130mm，d=0.5D=65mm 3.5 中間座部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 中間座部件作用是連接手臂升降機(jī)構(gòu)和手臂伸縮機(jī)構(gòu)的中間架體的中間部件，其結(jié)構(gòu)如圖3-5： 圖 3-5 中間座部件 中間座部件結(jié)構(gòu)如圖3-5，齒圈1固定在支架4上，并與齒輪2嚙合，齒輪2與手臂回轉(zhuǎn)油缸的轉(zhuǎn)軸固定連接，而回轉(zhuǎn)油缸的殼體又固定在手臂

66、伸縮機(jī)構(gòu)的中間架體上，當(dāng)回轉(zhuǎn)油缸的轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)齒輪2自轉(zhuǎn)時(shí)，因齒圈1固定，齒輪2除自轉(zhuǎn)外，還繞著齒圈1做公轉(zhuǎn)，致使手臂伸縮機(jī)構(gòu)為一整體而回轉(zhuǎn)，即手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 回轉(zhuǎn)油缸的殼體上裝有行程減速閥，齒輪2斷面上裝有擋塊3，當(dāng)手臂回轉(zhuǎn)時(shí)，行程減速閥與擋塊相接觸壓斷閥芯徐徐關(guān)斷油路，實(shí)現(xiàn)手臂回轉(zhuǎn)終點(diǎn)位置的緩沖。在支架4上裝有連接架7，在開關(guān)座6上裝有組合式行程開關(guān)，在手臂回轉(zhuǎn)過(guò)程中靠碰塊5觸動(dòng)組合式行程開關(guān)發(fā)出信號(hào)，控制手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的位置，為使其精確定位，控制系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)，使安裝在手臂中間架體上的定位油缸動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)插銷定位。 3.6 手臂回轉(zhuǎn)定位油缸 如圖3-6所示，手臂回轉(zhuǎn)定位油缸是單作用缸，依靠彈簧復(fù)位，用螺釘和圓柱銷固定在手臂伸縮機(jī)構(gòu)的中間架體上，使手臂在水平面內(nèi)回轉(zhuǎn)得到精確定位。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)作靈活可靠。 圖3-6 手臂回轉(zhuǎn)定位油缸 3.7 手臂升降機(jī)構(gòu) 3.7.1 手臂升降機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 根據(jù)設(shè)計(jì)要求需要機(jī)械手手臂能夠?qū)崿F(xiàn)升降運(yùn)動(dòng)，升降機(jī)構(gòu)具體結(jié)構(gòu)和工作原理如圖3-7所示： 圖 3-7 手臂升降機(jī)構(gòu) 如圖，該機(jī)構(gòu)