畢業(yè)設(shè)計（論文）機(jī)械手的改進(jìn)設(shè)計

1、麗水學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）說 明 書（2010屆）題 目 機(jī)械手的改進(jìn)設(shè)計 指導(dǎo)教師 院 系 機(jī)械電子與建筑工程學(xué)院 班 級 機(jī)自061 學(xué) 號 06105010140 姓 名 二一年 四月 二十三日機(jī)械手的改進(jìn)設(shè)計機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 機(jī)自061 林金毅 指導(dǎo)教師 摘 要本次設(shè)計主要設(shè)計自動上下料機(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)動關(guān)節(jié)）關(guān)節(jié)型機(jī)械手的運(yùn)動，本設(shè)計選用液壓驅(qū)動系統(tǒng)。液壓驅(qū)動應(yīng)用廣泛，傳動平穩(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編程。關(guān)鍵詞：機(jī)械手；4自由度；關(guān)節(jié)型；液壓驅(qū)動；控制系統(tǒng)manipula

2、tors improvement designabstractthis paper designs automatic loading and unloading manipulators 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 driv

3、ing 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

4、of plc.key words: manipulator 4 degrees of freedom joint hydraulic driving system control system目錄1 緒 論11.1 工業(yè)機(jī)械手概況11.2 工業(yè)機(jī)械手的分類31.3 工業(yè)機(jī)械手在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用41.4 改進(jìn)目標(biāo)52 工業(yè)機(jī)械手的設(shè)計方案72.1 工業(yè)機(jī)械手的組成72.2設(shè)計方案72.2.1執(zhí)行機(jī)構(gòu)72.2.2驅(qū)動機(jī)構(gòu)72.2.3控制方式92.3規(guī)格參數(shù)93 機(jī)械手各部分的計算與分析113.1 手部計算與分析113.1.1 滑槽杠桿式手部設(shè)計的基本要求113.1.2 手部的計算和分析113.2

5、腕部計算與分析173.2.1 腕部設(shè)計的基本要求173.2.2 腕部回轉(zhuǎn)力矩的計算183.2.3 腕部擺動油缸設(shè)計203.2.4 選鍵并校核強(qiáng)度223.3 臂部計算與分析233.3.1 臂部設(shè)計的基本要求233.3.2 手臂的設(shè)計計算253.4 機(jī)身計算與分析334 液壓系統(tǒng)3441 液壓缸3442 計算和選擇液壓元件364.2.1 液壓泵的選取要求及其具體選取364.2.2 選擇液壓控制閥的原則384.2.3 選擇液壓輔助元件的要求384.2.4 具體選擇液壓元件385 機(jī)械手控制系統(tǒng)416總結(jié)42謝辭43參考文獻(xiàn)441 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)

6、造的一項(xiàng)偉大奇跡,其研究、開發(fā)和設(shè)計是從二十世紀(jì)中葉開始的.我國的工業(yè)機(jī)械手是從80年代七五科技攻關(guān)開始起步,在國家的支持下,通過七五,八五科技攻關(guān),目前已經(jīng)基本掌握了機(jī)械手操作機(jī)的設(shè)計制造技術(shù),控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計技術(shù),運(yùn)動學(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多臺噴漆機(jī)器人在二十余家企業(yè)的近30條自動噴漆生產(chǎn)線（站）上獲得規(guī)模應(yīng)用，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，我國的工業(yè)機(jī)械手技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國外比還有一定距離。如：可靠性低于國外產(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)與國外比

7、有差距。影響我國機(jī)械手發(fā)展的關(guān)鍵平臺因素就是其軟件，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，德國64.0臺，法國32.2臺，英國26.9臺，美國33.8臺，意大利48.0臺。世界工業(yè)機(jī)械手的數(shù)目雖然每年在遞增，但市場是波浪式向前發(fā)展的。在新世紀(jì)的曙光下人們追求更舒適的工作條件，惡劣危險的勞動環(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

8、在汽車行業(yè)中還在不斷開辟著新用途。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)械手中的移動式搬運(yùn)上料機(jī)械手適用于各種棒料，工件的自動搬運(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)動速度可調(diào)。移動式搬運(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，同時具有高溫棒料啟動疏料裝置及用于安全防護(hù)用的

9、光電保護(hù)系統(tǒng)。整個機(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)可以通過編程實(shí)現(xiàn)。國內(nèi)外實(shí)際使用的多是定位控制的機(jī)械手，沒有“視覺”和“觸覺”反饋。目前，世界各國正積極研制帶有“視覺”和“觸覺”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，它由視覺傳感器輸入三個視圖方向的視覺信息，通過計算機(jī)進(jìn)行圖形分辨，判別是否是所要抓取的工件。為防止握力過大引起物件損壞或握力過小引起物件滑落下來，一般采用兩種方法：一是檢

10、測把握物體手臂的變形，以決定適當(dāng)?shù)奈樟?；另一種是直接檢測指部與物件的滑動位移，來修正握力。因此，這種機(jī)械手就具有以下幾個方面的性能：(1）能準(zhǔn)確地抓住方位變化的物體；(2）能判斷對象的重量；(3)能自動避開障礙物；(4)抓空或抓力不足時能檢測出來。這種具有感知能力并對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)用情況決不能說是好的。雖然這些工業(yè)部門工時不足的問題尖銳，

11、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)性問題當(dāng)然也很重要，采用機(jī)械手來節(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，今后還會持續(xù)增長，只要技術(shù)方面和價格方面存在的問題得到解決，機(jī)械手的應(yīng)用必將會飛躍發(fā)展。隨著機(jī)電一體化技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，其研究和開發(fā)水平獲得了迅猛的發(fā)展并涉及到人類社會生產(chǎn)及生活的各個領(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)計在綜合多種機(jī)械手的設(shè)計原理和設(shè)計思想，根據(jù)轎車半軸加工的特點(diǎn)提出的，有一定的

12、理論基礎(chǔ)，設(shè)計水平和應(yīng)用價值。 1.2 工業(yè)機(jī)械手的分類現(xiàn)在對工業(yè)機(jī)械手的分類尚無明確標(biāo)準(zhǔn)，一般都從規(guī)格和性能兩方面來分類。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130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)動控制來給定程序。這種機(jī)械手多為氣動或液動，結(jié)構(gòu)簡單，改變程序比較容易。只使用在程序較簡單的點(diǎn)位控制，但

13、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)械手由人工通過實(shí)驗(yàn)裝置傳動一遍，由磁帶（或磁鼓）把程序記錄下來，此機(jī)械手就自動按記憶的程序重復(fù)進(jìn)行循環(huán)動作。這也是采用較多的一種，多為電液伺服驅(qū)動。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 計算機(jī)數(shù)字控制的工業(yè)機(jī)械手可通過更換穿孔帶或其他記憶介質(zhì)來改變工業(yè)機(jī)械手的動作，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)計算機(jī)。4 智能工業(yè)機(jī)械手（機(jī)器人）由電子計算機(jī)控制，通過各種傳感元件等具有視覺、熱感、觸覺、行走機(jī)構(gòu)等。按用途分：1 專用機(jī)械手附屬于主

14、機(jī)的，具有固定程序而無獨(dú)立控制系統(tǒng)的機(jī)械裝置，這種工業(yè)機(jī)械工作對象不變，手動比較簡單，結(jié)構(gòu)簡單，使用可靠，施用于大批量生產(chǎn)自動線或?qū)C(jī)作為自動上、下料用。2 通用機(jī)械手具有獨(dú)立控制系統(tǒng)，程序可變、動作靈敏、動作靈活多樣的機(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)零件體自動線方面建造旋轉(zhuǎn)零件體（軸類、盤類、環(huán)類零件）自動線，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)自動化方面(1)各類半自動車床，有自行夾緊、進(jìn)刀、切削、退

15、刀和松開的功能，但仍需人工上下料，裝上機(jī)械手，可實(shí)現(xiàn)全自動化生產(chǎn)。(2)注塑機(jī)有加料、合模、成型、分模等自動工作循環(huán)，裝上機(jī)械手自動取料，可實(shí)現(xiàn)全自動生產(chǎn)。(3)沖床有自動上下沖壓循環(huán)，機(jī)械手上下料可實(shí)現(xiàn)沖壓上產(chǎn)自動化。3. 鑄、鍛、焊、熱處理等方面總的來說，由于工業(yè)機(jī)械手的特點(diǎn)滿足了社會生產(chǎn)的需要，進(jìn)而帶來了經(jīng)濟(jì)效益。其特點(diǎn)：(1)對環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng)，能代替人從事危險，有害的操作，在長時間對人體有害的場所，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)的繁重的勞動中解放出來，并能擴(kuò)大和延伸人的功能。(3)動作準(zhǔn)確，可保證穩(wěn)定和提高產(chǎn)品的質(zhì)量，同時可避免人為操作的錯誤。(4)通用性靈活

16、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生產(chǎn)率和降低成本。1.4 改進(jìn)目標(biāo)基礎(chǔ)：我國的工業(yè)機(jī)器人從80年代“七五”科技攻關(guān)開始起步，在國家的支持下，通過“七五”、“八五”科技攻關(guān)，目前己基本掌握了機(jī)器人操作機(jī)的設(shè)計制造技術(shù)、控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計技術(shù)、運(yùn)動學(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，開發(fā)出噴漆、弧焊、點(diǎn)焊、裝配、搬運(yùn)等機(jī)器人;其中有130多臺套噴漆機(jī)器人在二十余家企業(yè)的近30條自動噴漆生產(chǎn)線(站)上獲得規(guī)模應(yīng)用，弧焊機(jī)器人己應(yīng)用在汽車制造廠的焊裝線上。但總的來看，我國的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國外比還

17、有一定的距離，如:可靠性低于國外產(chǎn)品:機(jī)器人應(yīng)用工程起步較晚，應(yīng)用領(lǐng)域窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與國外比有差距;在應(yīng)用規(guī)模上，我國己安裝的國產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人約200臺，約占全球已安裝臺數(shù)的萬分之四。以上原因主要是沒有形成機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，當(dāng)前我國的機(jī)器人生產(chǎn)都是應(yīng)用戶的要求，“一客戶，一次重新設(shè)計”，品種規(guī)格多、批量小、零部件通用化程度低、供貨周期長、成本也不低，而且質(zhì)量、可靠性不穩(wěn)定。因此迫切需要解決產(chǎn)業(yè)化前期的關(guān)鍵技術(shù)，對產(chǎn)品進(jìn)行全面規(guī)劃，搞好系列化、通用化、模塊化設(shè)計，積極推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。改進(jìn)的方面：我設(shè)計的機(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，同時具有高溫棒

18、料啟動疏料裝置及用于安全防護(hù)用的光電保護(hù)系統(tǒng)。整個機(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)可以通過編程實(shí)現(xiàn)。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，它由視覺傳感器輸入三個視圖方向的視覺信息，通過計算機(jī)進(jìn)行圖形分辨，判別是否是所要抓取的工件。為防止握力過大引起物件損壞或握力過小引起物件滑落下來，一般采用兩種方法：一是檢測把握物體手臂的變形，以決定適當(dāng)?shù)奈樟?；另一種是直接檢測指部與物件的滑動位移，來修正握力。因此，這種機(jī)械手就具有以下幾個方面的性能：(1）能準(zhǔn)確地抓住方位變化的物體；(2）能判斷對象的重量；(3

19、)能自動避開障礙物；(4)抓空或抓力不足時能檢測出來。這種具有感知能力并對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”。現(xiàn)在，工業(yè)機(jī)械手的使用范圍只限于在簡單重復(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)用情況決不能說是好的。雖然這些工業(yè)部門工時不足的問題尖銳，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)性問題當(dāng)然也很重要，采用機(jī)械手來節(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)

20、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，今后還會持續(xù)增長，只要技術(shù)方面和價格方面存在的問題得到解決，機(jī)械手的應(yīng)用必將會飛躍發(fā)展。隨著機(jī)電一體化技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，其研究和開發(fā)水平獲得了迅猛的發(fā)展并涉及到人類社會生產(chǎn)及生活的各個領(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)計在綜合多種機(jī)械手的設(shè)計原理和設(shè)計思想，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)計水平和應(yīng)用價值。2 工業(yè)機(jī)械手的設(shè)計方案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2.2設(shè)計方案2.2.1執(zhí)行機(jī)構(gòu)

21、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)計的手臂有三個自由度，采用關(guān)節(jié)式坐標(biāo)（繞橫軸旋轉(zhuǎn)，上下擺動和左右擺動）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)。2.2.2驅(qū)動機(jī)構(gòu)驅(qū)

22、動機(jī)構(gòu)：有氣動，液動，電動和機(jī)械式四種形式，比較這四種驅(qū)動方式： （1）電動機(jī)驅(qū)動 電動機(jī)驅(qū)動首先要考慮電源和電動機(jī)的調(diào)速控制裝置等的組成。 a、電源電源為驅(qū)動電動機(jī)提供電能，電動機(jī)將電源的電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，通過傳動裝置或直接驅(qū)動車門機(jī)構(gòu)。目前，應(yīng)用最廣泛的電源是鉛酸蓄電池，但隨著電動汽車技術(shù)的發(fā)展，鉛酸蓄電池由于比能量較低，充電速度較慢，壽命較短，逐漸被其他蓄電池所取代。正在發(fā)展的電源主要有鈉硫電池、鎳鉻電池、鋰電池、燃料電池、飛輪電池等。 b、驅(qū)動電動機(jī)驅(qū)動電動機(jī)的作用是將電源的電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，通過傳動裝直接驅(qū)動車輪和工作裝置。目前汽車上廣泛采用直流串激電動機(jī)，這種電機(jī)具有軟的機(jī)械特性，

23、串激電動機(jī)負(fù)載的大小對電動機(jī)的轉(zhuǎn)速影響較大,當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩較大時電動機(jī)的轉(zhuǎn)速較低,當(dāng)負(fù)載輕時,轉(zhuǎn)速又升高；還有一個優(yōu)點(diǎn)就是啟動時的勵磁電流大，所以與汽車的行駛特性非常相符。但直流電動機(jī)由于存在換向火花，比功率較小、效率較低，維護(hù)保養(yǎng)工作量大，隨著電機(jī)技術(shù)和電機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，勢必逐漸被直流無刷電動機(jī)（bcdm）、開關(guān)磁阻電機(jī)（srm）和交流異步電動機(jī)所取代。 c、電動機(jī)調(diào)速控制裝置電動機(jī)調(diào)速控制裝置的作用是控制電動機(jī)的電壓或電流，完成電動機(jī)的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩和旋轉(zhuǎn)方向的控制。應(yīng)用較廣泛的是晶閘管斬波調(diào)速，通過均勻地改變電動機(jī)的端電壓，控制電動機(jī)的電流，來實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的無級調(diào)速。在驅(qū)動電動機(jī)的旋向變換控制中，

24、直流電動機(jī)依靠接觸器改變電樞或磁場的電流方向，實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的旋向變換。 （2）氣壓驅(qū)動氣壓驅(qū)動的動力源來自空壓機(jī)產(chǎn)生的壓縮空氣，通過氣壓傳動來控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動。 （3）液壓驅(qū)動液壓泵是將電動機(jī)輸出的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液體壓力能的能量轉(zhuǎn)換裝置，是液壓系統(tǒng)的動力源。液壓驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)是液壓缸，是將液體的壓力能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，用于驅(qū)動工作機(jī)構(gòu)作直線往復(fù)運(yùn)動或往復(fù)擺動的。其結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠，與杠桿、連桿、齒輪齒條、棘輪棘爪、凸輪等機(jī)構(gòu)配合能實(shí)現(xiàn)多種機(jī)械運(yùn)動。液壓缸按其作用方式的不同，分為單作用式和雙作用式兩大類。單作用液壓缸只利用液壓力推動向一個方向運(yùn)動，而反向運(yùn)動則依靠重力、彈簧力等來實(shí)現(xiàn)；雙作用缸正反向的

25、運(yùn)動都依靠液壓力推動來實(shí)現(xiàn)。如果采用液壓缸來驅(qū)動，則可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的多方位運(yùn)動。綜合以上，本文所采取的驅(qū)動方式為液壓驅(qū)動。2.2.3控制方式控制方式有電氣控制、電子控制、流體控制和氣動控制等多種，本文采用plc控制。 與普通微機(jī)類似，plc也是由硬件和軟件組成的，在軟件的控制下，plc才能正常工作,plc的工作過程如下： a. 輸入現(xiàn)場信息：在系統(tǒng)軟件的控制下，順次掃描各輸入點(diǎn)，讀入各輸入點(diǎn)的狀態(tài)。 b. 行程序：順次掃描用戶程序中的各條指令，根據(jù)輸入狀態(tài)和指令內(nèi)容進(jìn)行邏輯運(yùn)算； c. 輸出控制信號：根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，輸出狀態(tài)寄存器向各輸出點(diǎn)并行發(fā)出相應(yīng)的控制信號，實(shí)現(xiàn)所需要的邏輯控制功能。

26、上述過程執(zhí)行完后，又重新開始，反復(fù)的執(zhí)行，每執(zhí)行一遍所需的時間稱為掃描周期。plc的掃描周期通常為幾十ms。 在實(shí)際應(yīng)用中，plc的程序與機(jī)械設(shè)備的動作一一對應(yīng)，自動完成整個開門、關(guān)門的動作。程序編制簡單、直觀，不容易出錯，而且容易修改。為了提高工作的可靠性，及時接受外來的控制命令，plc每次在掃描期間，除完成上述三步操作外，通常還要故障自診斷，完成與編程器等的通信。處理完通信后，plc繼續(xù)往下掃描，輸入現(xiàn)場信息，順序執(zhí)行用戶程序，輸出控制信號，完成一個掃描周期，然后又從自診斷開始，進(jìn)行第二輪掃描。 plc就這樣不斷反復(fù)循環(huán)，實(shí)現(xiàn)對機(jī)器的連續(xù)控制，直到接受到停機(jī)命令，或因停電、出現(xiàn)故障等才停止

27、工作。plc的主要優(yōu)點(diǎn)：(1) 應(yīng)用靈活，用戶程序可以簡單而方便的修改和編制安裝和現(xiàn)場接線簡便。(2) 操作方便，用戶程序編制清晰直觀。(3) 完善的監(jiān)視和診斷功能。(4) 控制功能強(qiáng)，既可完成順序控制，又可進(jìn)行閉環(huán)回路控制，還可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理和簡單的生產(chǎn)事務(wù)管理。(5) 體積小，重量輕，省電。plc能夠?qū)崿F(xiàn)整個過程的自動控制，有很強(qiáng)的邏輯功能，機(jī)械手的所有動作均可通過編程來控制。2.3規(guī)格參數(shù)工業(yè)機(jī)械手的規(guī)格參數(shù)是說明機(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)動共有幾個自由度，并說

28、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，行程開關(guān)，電位器及其他各種位置設(shè)定和檢測裝置；4.驅(qū)動方式：氣動，液動，電動和機(jī)械式四種形式；5.手臂運(yùn)動參數(shù)；6.手腕運(yùn)動參數(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：長寬高（毫米）；10.重量：整機(jī)重量。3 機(jī)械手各部分的計算與分析3.1 手部計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。夾持類最常見的主要有夾鉗式，本設(shè)計主要考慮夾鉗式手部設(shè)計。夾鉗式手部是由手指，傳動機(jī)構(gòu)和驅(qū)動裝置三部分組成，它對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手

29、指。3.1.1 滑槽杠桿式手部設(shè)計的基本要求(1)應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膴A緊力和驅(qū)動力。(2)手指應(yīng)具有一定的開閉范圍。(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2mm，滑桿總長h=170(3)夾緊力計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)計基礎(chǔ)表21查得n0.5g=0.525=12.5kg又因?yàn)?/p>

30、 （3.1）當(dāng)取最小值時，則增力比較大，手指走到最小行程時則有則又因?yàn)?2amin=19.88kg 取安全系數(shù)，工作情況系數(shù)傳動機(jī)構(gòu)的機(jī)械效率 (3.2)手指夾緊時：夾緊缸活塞移動范圍l130mm，其動作時間t=1.5s（由機(jī)械手的動作節(jié)拍時間得之），所以夾緊活塞移動得平均速度v為：運(yùn)動部件得總重估算g10kg夾緊力n與驅(qū)動力p的關(guān)系：由于結(jié)構(gòu)左右對稱，在驅(qū)動力p的作用下，每一滑槽杠桿受力相等圖3.3夾緊力與驅(qū)動力的關(guān)系圖在不計摩擦力的情況下，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)各力對回轉(zhuǎn)支點(diǎn)的力矩平衡條件，同樣在不計摩擦力的情況下，c為杠桿動力臂，即驅(qū)

31、動銷對滑槽杠桿作用力對支點(diǎn)的垂直距離。又因?yàn)閍=50mmc=則 nb=當(dāng)夾緊半徑為25mm的工件時，則nb=(4)動作特性和傳動特點(diǎn)定位到最大行程時，則取又因?yàn)?，滑槽杠桿手指最大開閉角為滑槽傾斜角的變化范圍可以為可見機(jī)構(gòu)傳動比將在下列范圍內(nèi)變化，所以開始所初步取的a，b與均符合要求。（5）確定夾緊油缸外徑d驅(qū)動桿行程與手指開閉范圍關(guān)系分別為手指夾緊工件范圍值時，滑槽相對于兩支點(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)間=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

32、系數(shù)為0.2，動摩擦系數(shù)為0.1。，一般取0.010.5s，時間內(nèi)速度變化量啟動：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)器的類型來初步確定。參閱機(jī)械設(shè)計手冊表37.5按載荷選擇工作壓力為1。計算液壓缸內(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)計手冊表22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)計手冊表24，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/d0.7及表25活塞直徑系列取d=18mm。按工作要求夾緊力為一個夾緊缸提供，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

33、其有效工作面積 (3.5)液壓缸壁厚和外徑計算，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26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)計手冊表30.28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

34、彈簧材料的剪切彈性模量，鋼材g=z=110mm,則活塞缸總長l=120mm。3.2 腕部計算與分析3.2.1 腕部設(shè)計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)計手腕有繞x軸轉(zhuǎn)動和沿x軸左右擺動兩個自由度。手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動機(jī)構(gòu)為回轉(zhuǎn)油缸，擺動也采用回轉(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，它連同手部的動靜載荷均由臂部承受。腕部的結(jié)構(gòu)、重量和動力載荷直接影響著臂部的結(jié)構(gòu)、重量和運(yùn)動性能。因此在腕部設(shè)計時，必須

35、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、腕部自由度的檢測和位置檢測、管線布置以及潤滑、維修調(diào)整等問題。3.腕部設(shè)計應(yīng)充分估計環(huán)境對腕部的不良影響（如熱膨脹，壓力油的粘度和燃點(diǎn)，有關(guān)材料及電控電測元件的耐熱性等問題）。3.2.2 腕部回轉(zhuǎn)力矩的計算腕部回轉(zhuǎn)時，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)，對于滾動軸承f=為簡化計算取圖3.4 腕部回轉(zhuǎn)支承處的受力圖-工件重量（kg

36、f），-手部重量（kgf），手腕轉(zhuǎn)動件重量（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.克服啟動慣性，所需的力矩啟動過程近似等加速運(yùn)動，根據(jù)手腕回轉(zhuǎn)的角加速度及啟動所用的角速度： (3.8)式中：工件對手腕回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動慣量j手腕回轉(zhuǎn)部分對手腕回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動慣量手腕回轉(zhuǎn)過程的角加速 啟動過程所轉(zhuǎn)過的角度（度）手腕回轉(zhuǎn)所需要的驅(qū)動力矩應(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)動慣量不是很大，手腕起動過程所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動力矩也不大，為了簡化計算，可以將計算，適當(dāng)放大，而省略掉，這時(1)設(shè)手指，手指驅(qū)動油缸及回轉(zhuǎn)油缸轉(zhuǎn)動件為一個等效圓柱

37、體，l=50cm，直徑d=10cm，則m=27.5kg。(2)摩擦阻力矩0.1(3)設(shè)起動過程所轉(zhuǎn)過的角度,等速轉(zhuǎn)動角速度計算：求查型鋼表有： 代入256（nm）0;0.1;0.1+265m=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)動力矩計算回轉(zhuǎn)油缸所產(chǎn)生的驅(qū)動力矩必須大于總的阻力矩，機(jī)械手的手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動所采用的單葉片回轉(zhuǎn)油缸，定片1與缸體2固連，動片3與轉(zhuǎn)軸5固連，當(dāng)a,b口分別進(jìn)出油時，動片帶動轉(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（nm）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動片寬度注

38、：可按外形要求或安裝空間大小，先設(shè)定b,r,r中兩個：=1.52.5,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 腕部擺動油缸設(shè)計偏離重心e的計算及圖3.5 腕部擺動油缸設(shè)計尺寸圖估計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(kgfm)則擺動所需的驅(qū)動力矩=32.14(kgfm

39、)確定轉(zhuǎn)軸的最小直徑抗拒剖面摸量所需驅(qū)動力矩 (3.12)取d=50mm所以機(jī)械手的擺動采用單葉片回轉(zhuǎn)油缸，定片與缸體固連，動片與轉(zhuǎn)軸固連，當(dāng)兩油口分別進(jìn)出油時，動片帶動轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動達(dá)到腕部擺動目的。 (3.13)又因?yàn)椋?1.52.5,，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

40、：靜連接，輕微沖擊，查得=100所以滿足要求3.3 臂部計算與分析3.3.1 臂部設(shè)計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），并帶動它們作空間轉(zhuǎn)動。臂部運(yùn)動的目的：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。手臂的各種運(yùn)動由油缸驅(qū)動和各種傳動機(jī)構(gòu)來實(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，手部和工件的靜動載荷，而且自身運(yùn)動又較多，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，它直接承受和傳動手臂的部件，實(shí)現(xiàn)臂部的回轉(zhuǎn)等運(yùn)動

41、。臂部要實(shí)現(xiàn)所要求的運(yùn)動，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，對于機(jī)械手的運(yùn)動性能，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)動裝置，傳動機(jī)構(gòu)以及管道，有利于結(jié)

42、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)計時，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)計臂部時，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，同時提高其配合精度和相對位置精度，使導(dǎo)向桿承受

43、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)動速度要高，慣性要小機(jī)械手臂的運(yùn)動速度是機(jī)械手主要參數(shù)之一，它反映機(jī)械手的生產(chǎn)水平，一般時根據(jù)生產(chǎn)節(jié)拍的要求來決定。在一般情況，手臂回轉(zhuǎn)俯仰均要求均速運(yùn)動，（v和w為常數(shù)），但在手臂的啟動和終止瞬間，運(yùn)動是變化的，為了減少沖擊，要求啟動時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。對于告訴運(yùn)動的機(jī)械手，其最大移動速度設(shè)計在10001500mm/s，最大回轉(zhuǎn)角速度設(shè)計在內(nèi)，在大部分行程距離上平均移動速度為1000mm/s內(nèi)，平均回轉(zhuǎn)角速度為內(nèi)。為減少轉(zhuǎn)動慣量的措施：(1)減少手臂運(yùn)動件的重量，采用鋁

44、合金等輕質(zhì)高強(qiáng)度材料。(2)減少手臂運(yùn)動件的尺寸輪廓。(3)減少回轉(zhuǎn)半徑，在安排機(jī)械手動作順序時，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)動作，并且驅(qū)動系統(tǒng)中設(shè)有緩沖裝置。3.手臂動作應(yīng)靈活為減少手臂運(yùn)動件之間的摩擦阻力，盡可能用滾動摩擦代替滑動摩擦。對于懸臂式的機(jī)械手，其傳動件，導(dǎo)向件和定位件布置應(yīng)合理，使手臂運(yùn)動過程盡可能平衡，以減少對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，必須計算使之滿足不自鎖的條件。(1)計算零件重量，可分解為規(guī)則的體形進(jìn)行計算。(2)計算零件重心位置，求出重心至回轉(zhuǎn)軸線的距離。(3)求重心位置并計算偏重力臂 (3.15)

45、 (3.16)(4)計算偏重力矩 (3.17)4.位置精度要高一般說來，直角和圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手位置精度較高；關(guān)節(jié)式機(jī)械手的位置最難控制，精度差；在手冊上加設(shè)定位裝置和自檢測機(jī)構(gòu)，能較好的控制位置精度，檢測裝置最好裝在最后的運(yùn)動環(huán)節(jié)以減少或消除傳動，嚙合件的間隙。除此之外，要求機(jī)械手通用性要好，能適合各種作業(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)計計算通常先進(jìn)行粗略的估算，根據(jù)運(yùn)動參數(shù)初步確定有關(guān)機(jī)構(gòu)的主要尺寸，在進(jìn)行校核計算，修正設(shè)計。為了便于進(jìn)行液壓機(jī)械手的設(shè)計計算，分別俯仰缸回轉(zhuǎn)油缸的設(shè)

46、計敘述如下：1.小臂設(shè)計設(shè)小臂l=40cm,d=60cm則m=則手臂總重，l=100mm=0.79kg俯仰缸的設(shè)計計算圖3.6 仰俯缸的設(shè)計尺寸圖設(shè)，當(dāng)手臂處在仰角為的位置時，驅(qū)動力p通過連桿機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的驅(qū)動力矩為因?yàn)椋忠驗(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，=010590.3kg取=10600kg106000.8=60356.601kgcm當(dāng)手臂處在俯角為的位置時，驅(qū)動力p通過連桿機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的驅(qū)動力因?yàn)椋核詣t當(dāng)手臂處在水平位置即為驅(qū)動力矩時因?yàn)橛捎谑直叟c支柱連軸有振動軸承，摩擦力矩較小=0所以驗(yàn)證油缸是否滿足要求

47、，滿足上仰條件，出于時 (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)度要求計算無孔時 (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)計手冊）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

48、公式計算使用直線公式，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)挠嬎銥楸ＷC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，每個螺釘在危險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)動力kgfp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計算

49、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）515150152512025501005010080 ()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極限 鋼號10a2a3354540cr210022002400320036006500-9000(2)缸體螺紋計算 (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=1.33.大臂回轉(zhuǎn)缸的設(shè)計驅(qū)動手臂回轉(zhuǎn)的力矩 d輸出軸與缸差密封處的直徑（cm）l密封的有效長度（cm）“o”形密封圈的截面直徑（cm）“o”形圈在裝配時壓縮率，對于回轉(zhuǎn)運(yùn)動，k=0.03-0.35摩擦系數(shù)p回轉(zhuǎn)軸缸的工作壓

50、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)動片側(cè)面與缸蓋密封處的摩擦阻力距回轉(zhuǎn)缸動片的角速度變化量，在啟動過程中（弧度/秒）啟動過程時間手臂回轉(zhuǎn)部件，對回轉(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)零件對重心軸線的轉(zhuǎn)動慣量 (3.25)=649.2（）設(shè)角速度，啟動時間般取=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.缸蓋連接螺釘和動片連接螺釘計算螺釘?shù)膹?qiáng)度條件為或（取=8mm）式中：螺釘?shù)膬?nèi)徑（cm）計算載荷（kgf）螺

51、釘材料作用拉應(yīng)力3.4 機(jī)身計算與分析機(jī)身是直接支撐和傳動手臂的部件。一般實(shí)現(xiàn)臂部的升降，回轉(zhuǎn)或俯仰等運(yùn)動的驅(qū)動裝置或傳動件都安裝在機(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。此次設(shè)計機(jī)身為地面軌道運(yùn)動式。它的驅(qū)動系統(tǒng)是步進(jìn)電機(jī)其型號為y132s8功率2.2kw轉(zhuǎn)速710r/min，再電動機(jī)后接了一個圓錐圓柱齒輪減速器其輸出速度為1.2m/s。在后是一個制動箱。其主要參數(shù)是由外部計算機(jī)調(diào)整和控制，在很大程度上是由運(yùn)動學(xué)和軌跡運(yùn)動而去編制小車的運(yùn)行程序。4 液壓系統(tǒng)41 液壓缸根據(jù)前面設(shè)計好的各種液壓缸的參數(shù)。1.活塞缸已知參數(shù)（包括設(shè)計出的參數(shù)）：表示第幾個缸的參數(shù) 無桿腔進(jìn)油 有桿腔進(jìn)油2.擺動缸已知參數(shù)：注意已知參數(shù)中在前面設(shè)計中不夠明確時，則要進(jìn)行分析。已知參數(shù)（包括已設(shè)計好的參數(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間。(2)手腕回轉(zhuǎn)缸。=80mm，=40mm，=60mm (4