校園垃圾拾撿機(jī)器人抓取機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)(共22頁)

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1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 題 目 校園垃圾撿拾機(jī)器人抓取機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 專 業(yè) 作者姓名 學(xué) 號 單 位 指導(dǎo)教師

2、 2018年05月 教務(wù)處編 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所提交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究取得的成果。除文中已經(jīng)引用的內(nèi)容外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得**大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位證書而使用過的材料。對本文的研究作出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均在文中以明確的方式表明。本人承擔(dān)本聲明的相應(yīng)責(zé)任。 學(xué)位論文作者簽名： 日期： 指 導(dǎo) 教

3、 師 簽 名: 日期： 專心---專注---專業(yè) 摘 要 近年來，國內(nèi)經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，帶動的人民的生活水平不斷提高，不可避免的造成生活垃圾的排放增加，對環(huán)境的破壞也日漸增大，尤其是在校園這種人口密集的地方，每天都在造成大量的日常垃圾，比如塑料袋、飲料瓶、廢紙、果皮等等。這就勢必要雇傭許多的清潔工來維持校園的清潔。 近些年機(jī)器人技術(shù)的迅猛發(fā)展為我們制造一個(gè)可以自主撿拾校園垃圾的機(jī)器人提供了極大地幫助，本人設(shè)計(jì)的這種機(jī)器人具有自主決策意識，可以進(jìn)行環(huán)境感知并自主進(jìn)行行為控制與執(zhí)

4、行命令。撿拾垃圾的機(jī)械手采用全液壓控制，它可以仿照人的手和手臂的行動，采用電腦程序來進(jìn)行控制抓取和搬運(yùn)物體，以及其抓取物體大小的計(jì)算和動力源大小及其校核。機(jī)器人采用四輪行走模式，加以視覺傳感器來自主識別和撿拾范圍內(nèi)的校園垃圾。機(jī)械手用來實(shí)現(xiàn)抓取、操縱的命令，移動平臺用來擴(kuò)大機(jī)械手的動作執(zhí)行空間，使機(jī)械手更好的發(fā)揮其功能。 關(guān)鍵詞：校園；垃圾機(jī)器人；機(jī)械手；控制機(jī)構(gòu) Abstract In recent years, the rapid development of domestic economy, the rising standard

5、of living of the people, the inevitable cause of the increase in domestic waste emissions, environmental damage is increasing, especially in the campus of such densely populated places, every day in the cause of a large number of daily waste, such as plastic bags, beverage bottles, waste paper, peel

6、 and so on. This is bound to hire a lot of cleaners to keep the campus clean. In recent years, the rapid development of robot technology for us to create a robot can pick up the campus garbage to provide a great help, I designed the robot with independent decision-making consciousness, can carry o

7、ut environmental awareness and autonomous conduct control and execution orders. The manipulator of garbage collection adopts full hydraulic control, it can imitate the action of human hand and arm, use computer program to control grasping and moving objects, and the calculation and power source size

8、 of grasping object and its checking. Using four-wheel walking mode, the robot can identify and pick up the campus rubbish in the range by visual sensor. The manipulator is used to realize grasping and manipulating commands, and the mobile platform is used to enlarge the Manipulator's action executi

9、on space, so that the manipulator can play its function better. Key words：Campus, Garbage robot, manipulator, control mechanism 目 錄 校園垃圾拾撿機(jī)器人抓取及驅(qū)動機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 第1章 緒論 1.1 課程研究背景及其意義 對移動機(jī)器人的鉆研始于1960年末期，斯坦福研究院的Niissen和Charles Rosen

10、等人，在1966年至1972年中研制出了取名Shakey的智能移動機(jī)器人。目標(biāo)是鉆研人工智能技術(shù)，在具體情況下智能機(jī)器人的自主、推理、規(guī)劃和控制。60年代后期，美蘇兩國為了完成探月計(jì)劃，研制并應(yīng)用了移動機(jī)器人，其中代表的有美國的“探測者”3號和蘇聯(lián)的“登月者”20號。70年代初，日本早稻田大學(xué)研制出了具有仿人功能的兩足步行機(jī)器人。 移動機(jī)器人平臺涉及機(jī)械、無線電通訊、視覺系統(tǒng)、模式識別和許多學(xué)科的智能控制，機(jī)械手也越來越多的被應(yīng)用，在機(jī)械工業(yè)中的很多工種中都有廣泛應(yīng)用。 ??機(jī)器人被安裝在移動平臺上，這種結(jié)構(gòu)允許機(jī)器人幾乎擁有無限的工作空間和高度的運(yùn)動冗余性，并同時(shí)擁有行動執(zhí)行功能，這使得它

11、比其他傳統(tǒng)移動機(jī)器人和機(jī)械手更好；這種特殊結(jié)構(gòu)的機(jī)器人可以代替人類的許多工作，并且它可以連續(xù)工作而不需要像人一樣休息。它可以在工業(yè)中提高生產(chǎn)的自動化程度，并可以在生活中改善人們的勞動條件，避免人身事故的發(fā)生，在危險(xiǎn)惡劣環(huán)境中工作是其一個(gè)非常亮眼的優(yōu)點(diǎn)。 1.2移動機(jī)器人國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 移動機(jī)器人在國外的初期研究，主要集中在從學(xué)術(shù)角度，研究室外機(jī)器人的體系結(jié)構(gòu)和信息處理，并建立實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證。美國國防高級研究計(jì)劃局（簡稱DARPA）在80年代開始就制定了地面無人作戰(zhàn)計(jì)劃，1983-1990年，DARPA的“戰(zhàn)略計(jì)算機(jī)“計(jì)劃中的自主地面車輛(ALV) 計(jì)劃; 1986-1995年，能源部制訂

12、的為期10年的機(jī)器人和智能系統(tǒng)計(jì)劃(RIPS) ；以及后來的空間機(jī)器人計(jì)劃，以及在極限環(huán)境下作業(yè)的機(jī)器人計(jì)劃等，90年代后，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，移動機(jī)器人開始在現(xiàn)實(shí)的基礎(chǔ)上開拓到各個(gè)領(lǐng)域,向?qū)嵱没M(jìn)軍。 相比較而言國內(nèi)對其研究起步較晚，大多數(shù)的研究都處在某個(gè)單項(xiàng)研究階段。國內(nèi)研究的主要成果有：香港城市大學(xué)智能設(shè)計(jì)、自動化及制造研究中心的自動導(dǎo)航車和服務(wù)機(jī)器人；中國科學(xué)院沈陽自動化研究所的AGV和防爆機(jī)器人；中國科學(xué)院自動化所自行設(shè)計(jì)、制造的全方位移動式機(jī)器人視覺導(dǎo)航系統(tǒng)等。 1.3 論文內(nèi)容 本文在查閱資料后決定主要研究移動機(jī)器人機(jī)械臂部分的研究，涉及機(jī)器人主體部分內(nèi)容，本文后兩章主要描

13、述了 （1） 機(jī)器人的總設(shè)計(jì)圖機(jī)器各個(gè)部分的作用，機(jī)器人的作用過程； （2） 機(jī)械手的整體設(shè)計(jì)，涉及了機(jī)械手的工作原理圖，其液壓控制油路圖，手爪的設(shè)計(jì)及其部分?jǐn)?shù)據(jù)計(jì)算，液壓缸液壓泵的選型及其動力校核，其他元件的選擇。 1.4 機(jī)械手概述 機(jī)械手的驅(qū)動系統(tǒng)由液動機(jī)（各種油缸、油馬達(dá)）、伺服閥、油泵、油箱組成，機(jī)械手具有很大的抓取力且結(jié)構(gòu)緊湊，各種性能都比較優(yōu)秀，這就對制造精度和密封性有很高的要求。機(jī)械手具體包括手、手臂和軀干。手安裝在執(zhí)行器前部，其任務(wù)是準(zhǔn)確地抓住當(dāng)前物件，它必須有手指頭，可以完成抓取物件之后的動作,以達(dá)到自己的目標(biāo)。臂的作用是用來協(xié)助手抓住工件和移動到手所需的位置。軀干

14、起到支撐作用。 第二章 校園垃圾撿拾機(jī)器人方案 2.1 機(jī)器人的功能 本文設(shè)計(jì)的機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)自主運(yùn)動，在由視覺傳感器規(guī)劃路線及發(fā)現(xiàn)垃圾并由機(jī)械爪撿拾垃圾，且擁有收集和轉(zhuǎn)移兩個(gè)功能，在垃圾收集箱收集滿垃圾后，機(jī)器人會將垃圾箱內(nèi)的垃圾轉(zhuǎn)移到附近的垃圾收容處。這樣的一個(gè)機(jī)器人可以幫助減少清潔工的工作量。 2.2機(jī)器人的工作原理 感應(yīng)器捕捉到垃圾使移動平臺移動到垃圾前方停下使機(jī)械手在垃圾前方 自由狀態(tài) 機(jī)械手提起垃圾并向垃圾箱方向轉(zhuǎn)去 碰到行程開關(guān)，爪子完全分開 調(diào)整機(jī)械手位置使爪子抓住垃圾 機(jī)械手通過定位撲捉感應(yīng)器撲捉垃圾的精準(zhǔn)位置

15、 圖2.1 機(jī)器人的工作原理圖 按下遙控器按鈕，移動電源控制按鈕，全自動化操作按鈕啟動機(jī)器人，機(jī)器人進(jìn)入自主運(yùn)動。 機(jī)器人利用視覺傳感器到達(dá)垃圾位置，當(dāng)機(jī)器人視野內(nèi)沒有發(fā)現(xiàn)垃圾， 機(jī)器人繼續(xù)向前行駛，尋找目標(biāo)，發(fā)現(xiàn)垃圾之后，停留在垃圾附近位置，移動平臺停止運(yùn)行，啟動機(jī)械手控制系統(tǒng)，通過傳感器調(diào)整機(jī)械手的位置使爪子對準(zhǔn)垃圾，而后爪子閉合抓住垃圾，隨后機(jī)械手轉(zhuǎn)動到收集垃圾箱方向，轉(zhuǎn)到垃圾箱上方碰到一行程開關(guān)使爪子張開，松開垃圾，完成一次撿拾。隨后繼續(xù)尋找垃圾。 當(dāng)機(jī)器人垃圾箱中垃圾占有一定空間后，機(jī)器人停止搜尋垃圾，發(fā)出報(bào)警聲。使用遙控器操作機(jī)器人，通過無線導(dǎo)航系統(tǒng)中，

16、讓機(jī)器人到附近的垃圾收集處將收集的垃圾丟入。機(jī)器人完成一次撿拾的全過程。 2.3 機(jī)器人總原理圖 1.機(jī)械爪；2.壓缸；3.機(jī)械臂；4.擺動液壓缸；5.步進(jìn)電動機(jī)；6.垃圾收集箱。 2.2 機(jī)器人總原理圖 上圖中1機(jī)械爪，主要功能是抓取物體；2液壓缸，主要負(fù)責(zé)提供兩個(gè)機(jī)械臂的運(yùn)動的動力，和機(jī)械爪的動力提供；3機(jī)械臂，主要功能是移動機(jī)械臂的位置，為機(jī)械爪抓取物體提供更有利的位置；4擺動液壓缸，負(fù)責(zé)機(jī)械臂的轉(zhuǎn)向功能；5電動機(jī)，提供機(jī)器人行走的動力；6垃圾收集箱，負(fù)責(zé)儲存并壓縮機(jī)器人收集的垃圾。 第三章 機(jī)械手的整體設(shè)計(jì) 3.1機(jī)械手的工作原理圖 圖3.1 機(jī)械手的工作

17、原理圖 由3.1圖可以看出擺動液壓缸4 帶動上面的轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動從而帶動整個(gè)機(jī)械手臂的轉(zhuǎn)動，液壓缸1的伸縮帶動機(jī)械手臂的上下擺動，液壓缸2帶動機(jī)械手臂的前后伸縮，液壓缸3帶動機(jī)械手爪的張開與閉合。 3.2機(jī)械手爪的液壓控制系統(tǒng)油路圖 我們設(shè)置4個(gè)電磁換向閥分別控制4個(gè)油缸，如圖3.2所示，在換向閥與油缸之間設(shè)置一個(gè)鎖緊回路可以使油缸精準(zhǔn)的停留在某一位置從而使機(jī)械手的精度大大提高。 1YA:接通時(shí)當(dāng)油路里的壓力過高則開通溢流閥降壓。 2YA:接通時(shí)爪子張開。 3YA:接通時(shí)爪子閉合抓緊垃圾。 4YA:接通時(shí)手臂1向下擺動。 5YA:接通時(shí)手臂1向上擺動。 6YA:接通時(shí)手臂2向后擺動

18、。 7YA:接通時(shí)手臂2向前擺動。 8YA:接通時(shí)整個(gè)機(jī)械手順時(shí)針擺動。 9YA:接通時(shí)整個(gè)機(jī)械手逆時(shí)針擺動。 S0:行程開關(guān)控制爪子的松開。 S1:行程開關(guān)控制擺動液壓缸的擺動。 調(diào)速閥控制機(jī)械手抓緊垃圾的速度。 電磁比例溢流閥可以按比例控制油路里的壓力從而控制整個(gè)機(jī)械手運(yùn)動的速度。 工作過程：當(dāng)爪子抓緊垃圾是感應(yīng)開關(guān)同時(shí)使5YA和9YA得電控制手臂油缸1和單葉片擺動油缸進(jìn)油，手臂向上擺動達(dá)到水平位置5YA失電，同時(shí)單葉片擺動油缸逆時(shí)針擺動，當(dāng)擺動油缸碰到行程開關(guān)S0時(shí)2YA得電爪子開始松開，垃圾放入垃圾箱里。當(dāng)爪子完全張開時(shí)碰到行程開關(guān)S1時(shí)8YA得電單葉片擺動油缸順時(shí)針擺

19、動，當(dāng)接到撲捉垃圾信號時(shí)8YA失電使擺動停下，同時(shí)控制2YA,4YA,6YA,7YA使爪子定位到垃圾上方并抓住垃圾，再執(zhí)行上面動作。 圖3.2 機(jī)械手爪的液壓控制系統(tǒng)油路圖 3.3機(jī)械手手爪設(shè)計(jì) 機(jī)械手爪是用來抓取垃圾的部件，這就要求手爪工作時(shí)要滿足迅速、靈活、準(zhǔn)確和可靠的要求。其夾緊力的大小需要根據(jù)夾持物體的重量來計(jì)算，同時(shí)還要考慮開口尺寸。 3.3.1 手爪的工作原理 桿在驅(qū)動力F的作用下上下移動，完成抓緊和松開的動作，即工作夾緊狀態(tài)與自由張開的狀態(tài)，當(dāng)在驅(qū)動力F作用下桿向下推時(shí)，手爪松開，處于自由張開狀態(tài)（如圖3.3.1A）；反之當(dāng)驅(qū)動力F作用在桿上向上推時(shí)，手爪抓緊，

20、處于夾緊狀態(tài)(如圖3.3.1B)。 圖3.3 手爪的工作狀態(tài)圖 3.3.2 夾緊力的計(jì)算 機(jī)械手爪在抓取物體時(shí)需要一定的夾緊力，其大小與夾緊機(jī)構(gòu)的形式，夾緊方位和工件的形狀有關(guān)，因而需要研究機(jī)械手爪在什么方向時(shí)，夾緊物體所需的驅(qū)動力最小，這個(gè)最小的夾緊力就叫當(dāng)量夾緊力，當(dāng)量夾緊力就是使物體處于平衡位置時(shí)的最小驅(qū)動力。 當(dāng)量夾緊力的計(jì)算（滑槽式的兩指夾緊機(jī)構(gòu)） 圖3.4 手爪工作時(shí)力分析圖 ⑴當(dāng)夾緊機(jī)構(gòu)上指平衡時(shí)： N1×cos17°×b=P×a/cosα 由夾緊力概念可知 N=（a/2b）×（1/cosα）2×P

21、 （3.1） ⑵考慮物體重量時(shí) （N2cos17°+G）×b=P×（a/cosα） （3.2） 由式（3.1）+式（3.2）得 P=（N1+N2+G）×cosα2×（b/a） 當(dāng)手爪尚未夾緊物體時(shí)所需的最小驅(qū)動力 Pmin=2G×cosα2×（b/a） （3.3） 將（3.3）式帶入（3.1）式 N當(dāng)=（a/2b）×(1/cosα）×(b/a）×cos2α×G=（1/2）G 即杠桿滑竿式兩指間其當(dāng)量夾緊力為物體重量的1/2 手

22、指夾緊力的計(jì)算 N≥K1×K2×K3×G K1為安全因素，取1.2～2 K2為工件情況系數(shù)，常取1.1～2.5 K3為方位系數(shù)，由表4.3查的 G為被抓物體重量，即物體重力 取K1=2，K2=2.5，K3=0.5/f，粗取K3=0.5，G=5N 得N≥2×2.5×0.5×5=12.5N P 3.4液壓缸的選型 3.4.1 爪子液壓缸的選型 因?yàn)橐寵C(jī)械手臂上的爪子伸縮所以液壓缸必須要進(jìn)行直線運(yùn)動有因?yàn)橐簤焊妆仨氁潭ㄔ跈C(jī)械手臂上，則根據(jù)（液壓傳動設(shè)計(jì)手冊）表6-6選擇雙作用單桿帶不可調(diào)緩沖裝置的液壓缸。再根據(jù)（液壓傳動設(shè)計(jì)手冊）表6-7選擇“尾部耳環(huán)連接”的安裝方式固定液

23、壓缸，缸中間再用一個(gè)環(huán)套固定在機(jī)械手臂上。 由表6-10和爪子的行程設(shè)定油缸的行程為50mm因此爪子液壓缸的行程也是50mm，在根據(jù)（液壓傳動設(shè)計(jì)手冊）表6-4、表6-1、表6-2、表6-9、表6-17、表6-18、表6-20，可以選擇出液壓缸的內(nèi)徑為40mm，活塞桿直徑為20mm，供油孔直徑為8mm，導(dǎo)向行程為40mm，液壓缸的外徑為50mm，缸體和缸蓋采用內(nèi)螺紋連接，活塞與活塞桿則采用螺紋連接，活塞桿端部的螺紋尺寸為M12*15，如圖3.4.1所示。 圖3.5 爪子液壓缸圖 3.4.2兩個(gè)手臂油缸的選型 和3.3.1所示一樣，因?yàn)闄C(jī)械手臂是需要擺動的，所以液壓缸也需要跟著手臂擺

24、動，所以選用液壓缸端部為“尾部耳環(huán)連接”方式連接而不使用環(huán)套連接方式，活塞桿端部采用單耳環(huán)連接。單耳環(huán)扣的結(jié)構(gòu)尺寸為內(nèi)徑16mm，外徑32mm，厚度20mm。如圖3.4.2所示。 圖3.6 手臂液壓缸 活塞缸的速度比： Φ=A1/A2=D2/（D2-d2）=42/（42-22）=1.33 3.4.3?擺動液壓缸的選擇 目前在市場上常見的有兩種擺動液壓缸：葉片擺動液壓缸和螺旋擺動液壓缸。兩者對比后發(fā)現(xiàn)后者的擺動效果不好，轉(zhuǎn)矩不大，但密封效果較好，而前者結(jié)構(gòu)緊湊，輸出轉(zhuǎn)矩大，但密封效果較差，不過在中低壓系統(tǒng)中有往復(fù)擺動、轉(zhuǎn)位或間歇運(yùn)動的地方有很好的優(yōu)勢，因此選用葉片擺動液壓缸。 葉

25、片擺動液壓缸又分為單葉片擺動液壓缸和多葉片擺動液壓缸，單葉片擺動液壓缸能轉(zhuǎn)動的最大角度不超過280度，多葉片擺動液壓缸能轉(zhuǎn)動的最大角度不超過150度。而在本文設(shè)計(jì)的機(jī)械手的擺動角度需要180度，因此選擇單葉片擺動液壓缸。 根據(jù)液壓設(shè)計(jì)手冊上的經(jīng)兩種擺動液壓缸規(guī)格如下表3-0，試選用型號為BM-150。 表3-1 擺動液壓缸技術(shù)參數(shù)表 型號 壓力/MPa 流量/×10-4（M2/s） 轉(zhuǎn)矩/（N.m) 擺動角度（°） BM-150 0.714 3.75 15 264 BM-16 0.714 3.75 1.6 264 表3-2 活塞行程系列（mm） 25

26、 50 80 100 125 160 200 250 320 400 500 注，GB2349-80 按優(yōu)先次序給出了三個(gè)系列值， 本表僅摘錄了第一表（優(yōu)先系列）中至500mm的系列值。 表3-3 液壓缸內(nèi)徑尺寸系列（mm） 8 40 125 (280) 10 50 (140) 320 12 63 160 (360) 16 80 (180) 400 20 (90) 200 (450) 25 100 (220) 500 32 (110) 250 注：1.圓括號內(nèi)尺寸為非優(yōu)先選用者。 2.內(nèi)徑尺寸可擴(kuò)展，按R

27、10優(yōu)先數(shù)系列選用。 3.活塞桿外徑尺寸系列見液壓缸活塞桿外徑尺寸系列表6-2 表3-4 液壓缸活塞桿外徑尺寸系列（mm） 4 20 56 160 5 22 63 180 6 25 70 200 8 28 80 220 10 32 90 250 12 36 100 280 14 40 110 320 16 45 125 360 18 50 140 注：直徑上限可擴(kuò)展，按R20優(yōu)先數(shù)系列選用。 3.5?液壓泵的選擇 齒輪泵的優(yōu)點(diǎn)： 1.結(jié)構(gòu)簡單,工藝性較好,成本較低。 2.與同樣流量的其他各類泵相比,結(jié)構(gòu)緊湊

28、,體積小。 3.自吸性能好，無論在高轉(zhuǎn)速還是低轉(zhuǎn)速均能可靠實(shí)現(xiàn)自吸。 4.轉(zhuǎn)速范圍大，由于齒輪泵的轉(zhuǎn)動部分基本上是平衡的，因此轉(zhuǎn)速可以很高。 5.油液中污物對其工作影響不嚴(yán)重,不易咬死。 雖然齒輪泵的缺點(diǎn)是噪音大、脈動大、限制了壓力的提高。但這些并不影響機(jī)器手的工作。因此我們?nèi)匀贿x用齒輪泵為液壓缸提供動力。 液壓缸的排量： V1=1/4πd2h=1/4×3.14×42×5=62.8cm3 V?=1/2×1/4π(d12-d22)×h1=1/2×1/4×3.14×(324-36)×33=3730.32cm3 Q總=3×V1+V2=3×62.8+3730.32=3918.32cm3

29、 其中： V1：活塞缸的最大排量。 V2：擺動缸的最大排量。 d：活塞直徑。 h：活塞缸的行程。 d1：葉片直徑。 d2：葉片軸直徑。 h1：葉片高度。 根據(jù)上面的總排量和液壓傳動設(shè)計(jì)手冊上表2-2選用型號為GB-B40型齒輪油泵。 3.6校核 （1）塞缸推力的計(jì)算。如下圖。 圖3.7 塞缸推力示意圖 對于無活塞桿的那一側(cè)油腔進(jìn)油時(shí)，油缸活塞桿向外的推力為： P=P1×η=p×（πD2/4）η=25×（（3.14×42）/4）×0.95=298.3kgf 式中：p工作壓力。 η：油缸工作效率，在工程機(jī)械中用耐油橡膠密封式可取 η≈0.95 在有活塞桿一側(cè)

30、的油腔中進(jìn)油是活塞桿向缸內(nèi)收進(jìn)時(shí)的拉力為： P=P2η=pπ((D2-d2)/4)η=25×3.14×((16-4)/4)×0.95=223.725kgf （2）缸與缸底用電焊連接時(shí)的焊縫應(yīng)力： 焊接材料選用Z208，其抗拉應(yīng)力為148kgf/cm3 σ=P/（π(D2-d2)η）=（298.3×4）/（3.14×（25-16）×0.7）=45.24[kgf/cm3] 式中P為油缸推力。 η為焊接效率，取η≈0.7。 D1為缸外徑。 d1約為缸內(nèi)徑。 n=σb/σ=158.33/45.24=3.5 式中;σb為焊條材料的抗拉強(qiáng)度。 n為安全系數(shù)，一般取3.3～4。 因此

31、焊條材料符合。 （3） 缸體與缸蓋的螺紋連接設(shè)計(jì)計(jì)算： 查液壓傳動設(shè)計(jì)手冊可知，油缸缸體材料常用材料有20，35，45號鋼的焊縫鋼管。因20號鋼機(jī)械性能低且不能調(diào)質(zhì)處理，所以用的較少。與缸頭、缸底、管接頭等零件焊接的缸體用35號鋼，并在粗加工后進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。不與其他零件焊接在一起的部分選用45號鋼。選35號鋼為缸體材料。其屈服強(qiáng)度為315kgf/cm2。 螺紋處的拉應(yīng)力： σ=KP/（π（d12-D22）/4）=（1.3×298.3）/（3.14×（25-16）/4）=54.9[kgf/cm2] 螺紋處的剪切應(yīng)力： τ=k1KPd0/（0.4（d14-D4）/d1）=(0.12×1

32、.3×298.3×5×5)/147.6 =7.9[kgf/cm2] 合應(yīng)力為： σn=√（σ2+3τ2）=56.58[kgf/cm2] 許用應(yīng)力為： [σ]=σs/n=315/7.5=180[kgf/cm2] 由此看出σn<[σ] 因此35號鋼可以。 （4）液壓缸的速度與推力 活塞缸： 無活塞桿一側(cè)進(jìn)油時(shí)： v1=(4q/πD2)ηv=(4×40/3.14×16)×0.98=3.12cm/s F1=(A1p1-A2p2)ηm=(πD2/4)×p=3.14×16/4×25×0.97=304.6kgf 當(dāng)有活塞桿端進(jìn)油時(shí)： v2=(q/A2)ηv=(4q/(π(D2-

33、d2)))ηv=(4×40/(3.14×(16-4)))×0.97 =4.12cm/s F2=(A2p1-A1p2)ηv=(π(D2-d2)/4)p1ηm=(3.14×(16-4)/4)×25×0.98 =230.8kgf 擺動液壓缸： 轉(zhuǎn)矩T T=(b/8)(D2-d2)pηm=(3.3×(6.22-2.32)/8)×25×0.98 =335kgf·cm 轉(zhuǎn)角速度 ω=8qηv/b(D2-d2)=8×40×0.98/(3.3×(6.22-2.32)) =3rad/s 3.7其它元件的選型 （1） 液壓油的選擇：液壓油適宜的粘度及良好的粘溫性能；有良好的抗泡沫性；閃點(diǎn)高

34、，油的蒸氣分離壓力??；流動性好；不使密封材料膨脹、硬化等過度變質(zhì)；在各種溫度，壓力，速度等運(yùn)轉(zhuǎn)條件下，具有良好的潤滑性能。抗乳化性和抗氧化性好。 根據(jù)液壓傳動設(shè)計(jì)手冊上所列的類型，選用最普通的20號機(jī)械油。 （2） 密封圈的選擇：因?yàn)榛钊资请p作用的，兩邊都受到高壓作用，所以選用V型密封圈。 （3） 螺栓的選擇：根據(jù)擺動缸上連接孔的大小和螺栓表可以選擇M8型螺栓。? （4） 銷釘?shù)倪x擇：根據(jù)活塞桿端部的耳環(huán)內(nèi)徑可以選擇直徑為16mm的銷。? 機(jī)械手臂采用重量較輕的鋁合金材料。 總結(jié) 本人設(shè)計(jì)的機(jī)器人是具有機(jī)械手臂的移動機(jī)器人，手臂擁有近乎無限大的工作空間和高度運(yùn)動冗余性等優(yōu)點(diǎn)，可

35、以自主移動和自主操作。伴隨著對外太空的探索，機(jī)器人的應(yīng)用技術(shù)進(jìn)一步成熟，因此機(jī)械手的研究開發(fā)對人們來說是非常重要的。移動機(jī)械手的基礎(chǔ)理論、基本技術(shù)及其應(yīng)用都具有十分大的研究量，亟待完善修整。 本人在參考了國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，對撿拾垃圾機(jī)器手的手臂及傳動部分進(jìn)行了一點(diǎn)設(shè)計(jì)，簡述了機(jī)械手臂的工作原理和手臂的各個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，對機(jī)械手的控制采用的是全液壓控制方式，液壓控制系統(tǒng)采用的是換向閥和行程開關(guān)以及軟件系統(tǒng)進(jìn)行控制，由攝像頭捕捉垃圾傳遞信號通過信號控制著液壓缸的進(jìn)出油量從而控制手臂的擺動和爪子的抓緊力再根據(jù)行程開關(guān)控制著手臂的轉(zhuǎn)動，擺動和爪子的張開。? ???? 本人論文中所述的控制并不是很

36、精準(zhǔn)，很多細(xì)節(jié)也沒有描述清楚，只是粗略的進(jìn)行了下整合，對于機(jī)械手臂的真正實(shí)施還有很多細(xì)節(jié)需要完善，還需要大量的工作才可以使其真正的投入使用。 參考文獻(xiàn) [1]于永泗, 齊民, 徐善國. 機(jī)械工程材料[M]. 大連理工大學(xué)出版社, 2013. [2]蔡春源. 簡明機(jī)械零件手冊[M]. 冶金工業(yè)出版社, 1996. [3]陳意平任仲偉朱顏. 機(jī)械制圖習(xí)題集[M]. [4]張翠華, 楊文敏, 楊勝培,等. 機(jī)械設(shè)計(jì)[M]. 西北工業(yè)大學(xué)出版社, 2015. [5]陳堯明, 許福玲. 液壓與氣壓傳動學(xué)習(xí)指導(dǎo)與習(xí)題集[M]. 機(jī)械工業(yè)出版社, 2005. [6]莊永炘. 劉鴻文第五版《材料力學(xué)》教材芻議[J]. 西南科技大學(xué)高教研究, 2014(2):73-78. [7]陸祥生, 楊秀蓮. 機(jī)械手--理論及應(yīng)用[M]. 中國鐵道出版社, 1985. [8]哈爾濱工業(yè)大學(xué)理論力學(xué)教研室. 理論力學(xué)[M]. 高等教育出版社, 2009. [9]鄭文緯, 吳克堅(jiān). 機(jī)械原理-第7版[M]. 高等教育出版社, 1997. [10]馬文倩, 晁林. 機(jī)器人設(shè)計(jì)與制作[M]. 北京理工大學(xué)出版社, 2016. [11]徐國華, 譚民. 移動機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢[J]. 機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用, 2001(3):7-14.