機械創(chuàng)新設(shè)計

1、目錄第一章 抓取機構(gòu)設(shè)計11.1手部設(shè)計計算11.2腕部設(shè)計計算41.3臂伸縮機構(gòu)設(shè)計5第二章 液壓系統(tǒng)原理設(shè)計及草圖82.1手部抓取缸82.2腕部擺動液壓回路92.3小臂伸縮缸液壓回路102.4總體系統(tǒng)圖11第三章 機械手的控制13第四章 機械手的組成144.1機械手組成14第一章 抓取機構(gòu)設(shè)計1.1手部設(shè)計計算1、有適當(dāng)?shù)膴A緊力手部在工作時，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。對于剛性很差的工件夾緊力大小應(yīng)該設(shè)計得可以調(diào)節(jié)，對于笨重的工件應(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，一個手指開閉位置以最大變化量

2、稱為開閉范圍。對于回轉(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，一般來說，如工作環(huán)境許可，開閉范圍大一些較好，如圖1.1所示。圖1.1 機械手開閉示例簡圖3、力求結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，體積小手部處于腕部的最前端，工作時運動狀態(tài)多變，其結(jié)構(gòu)，重量和體積直接影響整個機械手的結(jié)構(gòu)，抓重，定位精度，運動速度等性能。因此，在設(shè)計手部時，必須力求結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，體積小。4、手指應(yīng)有一定的強度和剛度5、其它要求因此送料，夾緊機械手，根據(jù)工件的形狀，采用最常用的外卡式兩指鉗爪，夾緊方式用常閉史彈簧夾緊，松開時，用單作用式液壓缸。此

3、種結(jié)構(gòu)較為簡單，制造方便。拉緊裝置原理如圖1.2所示【4】：油缸右腔停止進(jìn)油時，彈簧力夾緊工件，油缸右腔進(jìn)油時松開工件。圖1.2 油缸示意圖1、右腔推力為FP=（4）DP （1.1）=（4）0.52510=4908.7N2、根據(jù)鉗爪夾持的方位，查出當(dāng)量夾緊力計算公式為： F1=（2ba）（cos）N （1.2） 其中 N=498N=392N，帶入公式2.2得：F1=（2ba）（cos）N =(2150/50)（cos30）392 =1764N則實際加緊力為 F1實際=PK1K2/ （1.3）=17641.51.1/0.85=3424N經(jīng)圓整F1=3500N3、計算手部活塞桿行程長L,即L=（D

4、/2）tg （1.4） =25tg30 =23.1mm經(jīng)圓整取l=25mm4、確定“V”型鉗爪的L、。取L/Rcp=3 （1.5）式中： Rcp=P/4=200/4=50 （1.6）由公式（2.5）（2.6）得：L=3Rcp=150取“V”型鉗口的夾角2=120，則偏轉(zhuǎn)角按最佳偏轉(zhuǎn)角來確定，查表得：=22395、機械運動范圍（速度）【1】（1）伸縮運動 Vmax=500mm/sVmin=50mm/s（2）上升運動 Vmax=500mm/sVmin=40mm/s（3）下降Vmax=800mm/sVmin=80mm/s（4）回轉(zhuǎn)Wmax=90/sWmin=30/s所以取手部驅(qū)動活塞速度V=60mm

5、/s6、手部右腔流量 Q=sv （1.7）=60r=603.1425=1177.5mm/s7、手部工作壓強P= F1/S （1.8） =3500/1962.5=1.78Mpa1.2腕部設(shè)計計算腕部是聯(lián)結(jié)手部和臂部的部件，腕部運動主要用來改變被夾物體的方位，它動作靈活，轉(zhuǎn)動慣性小。本課題腕部具有回轉(zhuǎn)這一個自由度，可采用具有一個活動度的回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動的腕部結(jié)構(gòu)。要求：回轉(zhuǎn)90 角速度W=45/s以最大負(fù)荷計算：當(dāng)工件處于水平位置時，擺動缸的工件扭矩最大，采用估算法，工件重10kg，長度l=650mm。如圖1.3所示。1、計算扭矩M14設(shè)重力集中于離手指中心200mm處，即扭矩M1為：M1=FS （1.

6、9）=109.80.2=19.6（NM） 工件 F S F 圖1.3 腕部受力簡圖2、油缸（伸縮）及其配件的估算扭矩M24F=5kg S=10cm帶入公式2.9得M2=FS=59.80.1 =4.9（NM） 3、擺動缸的摩擦力矩M摩4F摩=300（N）（估算值）S=20mm （估算值）M摩=F摩S=6（NM）4、擺動缸的總摩擦力矩M4M=M1+M2+M摩 （1.10） =30.5（NM） 5.由公式T=Pb（A1-mm）106/8 （1.11）其中： b葉片密度，這里取b=3cm；A1擺動缸內(nèi)徑, 這里取A1=10cm；mm轉(zhuǎn)軸直徑, 這里取mm=3cm。所以代入（1.11）公式P=8T/b（

7、A1-mm）106=830.5/0.03（0.1-0.03）106=0.89Mpa又因為W=8Q/（A1-mm）b所以 Q=W（A1-mm）b/8 =（/4）（0.1-0.03）0.03/8 =0.2710-4m/s =27ml/s1.3臂伸縮機構(gòu)設(shè)計手臂是機械手的主要執(zhí)行部件。它的作用是支撐腕部和手部，并帶動它們在空間運動。臂部運動的目的，一般是把手部送達(dá)空間運動范圍內(nèi)的任意點上，從臂部的受力情況看，它在工作中即直接承受著腕部、手部和工件的動、靜載荷，而且自身運動又較多，故受力較復(fù)雜。 機械手的精度最終集中在反映在手部的位置精度上。所以在選擇合適的導(dǎo)向裝置和定位方式就顯得尤其重要了。手臂的伸

8、縮速度為200m/s行程L=500mm1、手臂右腔流量，公式（1.7）得：【4】Q=sv =20040 =1004800mm/s =0.1/10m/s =1000ml/s2、手臂右腔工作壓力，公式（1.8） 得：4 P=F/S （1.12）式中：F取工件重和手臂活動部件總重，估算 F=10+20=30kg， F摩=1000N。所以代入公式（1.12）得： P=（F+ F摩）/S =（309.8+1000）/40 =0.26Mpa3、繪制機構(gòu)工作參數(shù)表如圖1.4所示：圖1.4機構(gòu)工作參數(shù)表4、由初步計算選液壓泵4所需液壓最高壓力 P=1.78Mpa所需液壓最大流量 Q=1000ml/s選取CB-

9、D型液壓泵（齒輪泵）此泵工作壓力為10Mpa，轉(zhuǎn)速為1800r/min，工作流量Q在3270ml/r之間，可以滿足需要。5、驗算腕部擺動缸： T=PD（A1-mm）m106/8 （1.13）W=8v/（A1-mm）b （1.14）式中：m機械效率?。?0.850.9v容積效率?。?0.70.95所以代入公式（1.13）得：T=0.890.03（0.1-0.03）0.85106/8 =25.8（NM）TM=30.5（NM）代入公式（1.14）得：W=（82710-6）0.85/（0.1-0.03）0.03 =0.673rad/sW/40.785rad/s因此，取腕部回轉(zhuǎn)油缸工作壓力 P=1Mpa

10、 流量 Q=35ml/s圓整其他缸的數(shù)值：手部抓取缸工作壓力P=2Mpa 流量Q=120ml/s小臂伸縮缸工作壓力P=0.25Mpa 流量Q=1000ml/s第二章 液壓系統(tǒng)原理設(shè)計及草圖2.1手部抓取缸 圖 2.1手部抓取缸液壓原理圖71、手部抓取缸液壓原理圖如圖2.1所示2、泵的供油壓力P取10Mpa，流量Q取系統(tǒng)所需最大流量即Q=1300ml/s。因此，需裝圖2.1中所示的調(diào)速閥，流量定為7.2L/min，工作壓力P=2Mpa。采用： YF-B10B溢流閥 2FRM5-20/102調(diào)速閥 23E1-10B二位三通閥2.2腕部擺動液壓回路 圖2.2腕部擺動液壓回路71、腕部擺動缸液壓原理圖

11、如圖2.2所示2、工作壓力 P=1Mpa流量 Q=35ml/s采用：2FRM5-20/102調(diào)速閥34E1-10B 換向閥YF-B10B 溢流閥2.3小臂伸縮缸液壓回路 圖 2.3小臂伸縮缸液壓回路71、小臂伸縮缸液壓原理圖如圖2.3所示2、工作壓力 P=0.25Mpa流量 Q=1000ml/s采用： YF-B10B 溢流閥2FRM5-20/102 調(diào)速閥23E1-10B二位三通閥2.4總體系統(tǒng)圖圖 2.4總體系統(tǒng)圖71、總體系統(tǒng)圖如圖2.4所示2、工作過程 小臂伸長手部抓緊腕部回轉(zhuǎn)小臂回轉(zhuǎn)小臂收縮手部放松3、電磁鐵動作順序表 元件動作1DT2DT3DT4DT5DT小臂伸長+-手部抓緊+-腕部

12、回轉(zhuǎn)+-+-小臂收縮-手部放松-+-卸荷4、確電機規(guī)格：液壓泵選取CB-D型液壓泵，額定壓力P=10Mpa，工作流量在3270ml/r之間。選取80L/min為額定流量的泵，因此：傳動功率 N=PQ/ （2.1）式中：=0.8 （經(jīng)驗值）所以代入公式（2.1）得： N=1080103106/600.8=16.7KN選取電動機JQZ-61-2型電動機，額定功率17KW，轉(zhuǎn)速為2940r/min。第三章 機械手的控制控制系統(tǒng)是機械手的重要組成部分。在某種意義上講，控制系統(tǒng)起著與人腦相似的作用。機械手的手部、腕部、臂部等的動作以及相關(guān)機械的協(xié)調(diào)動作都是通過控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的。主要控制內(nèi)容有動作的順序，

13、動作的位置與路徑、動作的時間。機械手要用來代替人完成某些操作，通常需要具有圖6.1所示的機能3。實現(xiàn)上述各種機能的控制方式有多種多樣。機械手的程序控制方式可分為兩大類，即固定程序控制方式和可變程序控制方式。本課題所用的是固定程序控制類別的機械式控制。常用凸輪和杠桿機構(gòu)來控制機械手的動作順序、時間和速度。一般常與驅(qū)動機構(gòu)并用，因此結(jié)構(gòu)簡單，維修方便，壽命較長，工作比較可靠。適用于控制程序步數(shù)少的專用機械手。 裝卸工件 狀別識別 環(huán)境識別操作機能檢測、識別機能 控制機能示教機能 動作控制機能動作順序控制機能運動控制機能第四章 機械手的組成4.1機械手組成機械手主要由執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)組成。9執(zhí)行機構(gòu)：包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的還增設(shè)行走機構(gòu)如4.1所示。圖4.1機構(gòu)簡圖 手部：是機械手與工件接觸的部件。由于與物體接觸的形式不同，可分為夾持式和吸附式手部。由于本課題的工件是圓柱狀棒料，所以采用夾持式。由手指和傳力機構(gòu)所構(gòu)成，手指與工件接觸而傳力機構(gòu)則通過手指夾緊力來完成夾放工件的任務(wù)。 手腕：是聯(lián)接手部和手臂的部件，起調(diào)整或改變工件方位的作用。 手臂：支承手腕和手部的部件，用以改變工件的空間位置。 立柱：是支承手臂的部件。手臂的回轉(zhuǎn)運動和升降運動均與立柱