機(jī)械手的設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

裝訂線南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械手的設(shè)計(jì) 畢 業(yè) 論 文課題名稱機(jī)械手的設(shè)計(jì)院/專 業(yè) 機(jī)械工程學(xué)院/數(shù)控設(shè)備的應(yīng)用與維護(hù)班 級 學(xué) 號 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師： 2013 年 5 月 31 日共 41 頁 第 40 頁機(jī)械手的設(shè)計(jì) 摘要本文介紹了機(jī)械手的概念、組成和分類，機(jī)械手的自由度和坐標(biāo)型式，氣動技術(shù)的特點(diǎn)，對機(jī)械手進(jìn)行了總體方案設(shè)計(jì)，確定了機(jī)械手的坐標(biāo)類型和自由度，確定了機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)。工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)的笨重工件的搬運(yùn)和長期頻繁、單調(diào)的操作，采用機(jī)械手是有效的。此外，它能在高溫、低溫、深水、宇宙、放射性和其他有毒、污染環(huán)境條件下進(jìn)行操作，更顯示其優(yōu)越性，有著廣闊的發(fā)展前途。關(guān)鍵詞：機(jī)械手；液壓系統(tǒng)；方案設(shè)計(jì)AbstractThis article describes the robot concept, composition and classification of robot freedom and coordinate type, pneumatic technology characteristics of the robot for the overall program design, determine the robot coordinate types and degrees of freedom to determine the robots technical parameters.Industrial production often bulky workpiece handling and frequent long, monotonous operations, the use that the robot is valid. In addition, it can heat, cold, deep water, the universe, radioactive and other toxic, polluting the environment under the conditions of operation, but also shows its superiority, has a broad development prospects.Key words: Robot；Hydraulic system；Program design目錄機(jī)械手的設(shè)計(jì).1第1章 緒論.4 1.1 機(jī)械手概述.4 1.2 機(jī)械手的組成和分類.4第2章 機(jī)械手的設(shè)計(jì)方案10 2.1 機(jī)械手的坐標(biāo)型式與自由度.10 2.2 機(jī)械手手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).11 2.3 機(jī)械手手腕結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).122.4 機(jī)械手手臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).132.5 其他部件圖紙.14第3章 抓取機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)15 3.1 手部設(shè)計(jì).15 3.2 腕部設(shè)計(jì).18 3.3 臂伸縮機(jī)構(gòu).19第4章 液壓系統(tǒng)的原理設(shè)計(jì)及草圖繪制22 4.1 手部抓取缸的液壓原理圖.22 4.2 腕部擺動的液壓回路.23 4.3 小臂伸縮缸的液壓回路.244.4 總體系統(tǒng)圖.25第5章 機(jī)身機(jī)座的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)27 5.1 電機(jī)的選擇.27 5.2 減速器選擇.28 5.3 螺柱的設(shè)計(jì)和校核.28第6章 機(jī)械手的定位與平穩(wěn)性30 6.1 常用的定位方法.30 6.2 影響平穩(wěn)性和定位精度的因素.30 6.3 機(jī)械手運(yùn)動的緩沖裝置.31總結(jié).33參考文獻(xiàn).34附錄.35第1章 緒論1.1 機(jī)械手概述可以模仿一些人類和手臂的運(yùn)動功能，抓取一個(gè)固定的程序，處理對象或自動操作裝置的操作工具。機(jī)械手是最早的工業(yè)機(jī)器人，也是首次亮相的現(xiàn)代機(jī)器人，它可代替人的勞動，以達(dá)到在危險(xiǎn)的情況下，重型機(jī)械化和自動化生產(chǎn)，以保護(hù)人身安全的操作，它被廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造，冶金，電子，輕工和核行業(yè)。工業(yè)機(jī)器人是由操作員（機(jī)本體），控制器，伺服驅(qū)動系統(tǒng)與檢驗(yàn)傳感裝置所構(gòu)成的一種人形操作，自動控制，可以被重新編程，在三維空間中完成多種任務(wù)的機(jī)電一體化自動生產(chǎn)設(shè)備。多運(yùn)用于多品種的，變批量的柔性生產(chǎn)中。它對提高產(chǎn)品的質(zhì)量，提高生產(chǎn)的效率，改善勞動的條件和產(chǎn)品的迅速升級換代，起著很重要的作用。機(jī)械手并不是僅僅代替人工的勞動，而是融合了人和機(jī)器特長的一種擬人的電子機(jī)械裝置，不僅有人對環(huán)境狀態(tài)的快速反應(yīng)能力和分析判斷能力，而且有機(jī)器可連續(xù)操作、精確高、抗惡劣環(huán)境的能力，在一定意義上，它是工業(yè)和非工業(yè)界生產(chǎn)和服務(wù)的一系列重要的，但也是不可缺少的先進(jìn)制造技術(shù)自動化的設(shè)備。啟動機(jī)器人的結(jié)構(gòu)比較簡單，高度特異性的，只有一個(gè)單一的機(jī)和卸載裝置，是機(jī)床的專用機(jī)械手。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，由程序控制，可以實(shí)現(xiàn)獨(dú)立的重復(fù)操作，范圍廣泛的“程序控制通用機(jī)械手”，簡稱通用機(jī)械手。因?yàn)橥ㄓ脵C(jī)器人可以迅速改變工作程序，適應(yīng)性，所以它是不斷變化的各種小批量的生產(chǎn)，獲得了廣泛的引用。1.2 機(jī)械手的組成和分類1.2.1機(jī)械手的組成機(jī)械手主要是由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)三部分組成。用手握住工件（或工具），根據(jù)被夾持對象物的形狀，尺寸，重量，材料和操作要求的各種各樣的結(jié)構(gòu)形式，如夾持型，保持和吸附型等。驅(qū)動機(jī)構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動（擺動），移動或復(fù)雜的運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)規(guī)定的變動，更改把持的位置和姿勢的對象。運(yùn)動機(jī)構(gòu)的升降，伸縮和旋轉(zhuǎn)的獨(dú)立運(yùn)動模式，稱為機(jī)械手的自由度 。為了抓取空間中的任何對象的位置和方向，有六個(gè)自由度的需要。自由度的設(shè)計(jì)是關(guān)鍵參數(shù)。自由度越多的機(jī)械手，其靈活性越大，通用性更廣泛，結(jié)構(gòu)也是更復(fù)雜的。一般專用機(jī)械手有23個(gè)自由度。機(jī)械手控制系統(tǒng)由電機(jī)控制每個(gè)自由度，以執(zhí)行特定的動作。接收傳感器反饋的信息，以形成一個(gè)穩(wěn)定的閉環(huán)控制。通常是由微控制器或DSP和微控制器芯片結(jié)構(gòu)，控制系統(tǒng)的核心，通過對其編程實(shí)現(xiàn)所需的功能。各系統(tǒng)相互之間的關(guān)系如圖1-1所示。圖1-1 機(jī)械手的組成方框圖1)執(zhí)行機(jī)構(gòu)機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要分為手部、手臂、軀干。如圖1-2所示圖1-2 機(jī)構(gòu)簡圖手部手部安裝在手臂的前端。手臂的內(nèi)孔因?yàn)檠b有傳動軸，所以可以旋轉(zhuǎn)，彎曲手腕，使手指打開和關(guān)閉。 機(jī)械手手部的構(gòu)造是以模仿人的手指為基礎(chǔ)的，分為無接頭，固定接頭和聯(lián)合3種自由。手指的數(shù)目可以分為二個(gè)手指、三個(gè)手指、四個(gè)手指等。把持對象具有多種形狀和尺寸，以適應(yīng)操作員的需求夾頭的形狀和大小。所謂的沒有手指的手部，一般指的是真空吸盤或電磁吸盤。手臂手臂是支撐捕獲的對象、手部、手腕的重要組成部分。其作用是引導(dǎo)手指精準(zhǔn)地抓住工件，并運(yùn)輸?shù)剿璧奈恢?。為了使機(jī)械手能夠正常工作，必須準(zhǔn)確定位手臂的三個(gè)自由度。手臂可能實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動如下: 手臂在進(jìn)行拉伸或升降運(yùn)動時(shí)，為了防止其軸線轉(zhuǎn)動，都需要有導(dǎo)向裝置，以保證手指的正確運(yùn)動。此外，導(dǎo)向裝置也可以承接臂遭受彎矩和扭矩以及臂轉(zhuǎn)動的啟動和制動力矩產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動慣量，運(yùn)動部件應(yīng)力狀態(tài)很簡單。軀干 軀干是用于安裝手臂、動力源和各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)的支架。2)驅(qū)動系統(tǒng) 驅(qū)動系統(tǒng)是一種由控制裝置、動力源和輔助裝置組成，驅(qū)動工業(yè)機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動的動力裝置。一般的驅(qū)動系統(tǒng)有液壓傳動、電力傳動、氣壓傳動和機(jī)械傳動。液壓驅(qū)動式 液壓驅(qū)動式機(jī)械手通常由液動機(jī)（各種油箱，機(jī)油）、伺服閥、泵、油箱和其他組件組成驅(qū)動系統(tǒng)，由機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行工作。通常它具有很高的抓舉能力（高達(dá)幾百公斤以上），其特點(diǎn)是動作流暢、結(jié)構(gòu)緊湊、耐沖擊、抗震動、防爆性好，但液壓元件制造精度要求高，密封性能好，否則漏油會造成環(huán)境污染。氣壓驅(qū)動式 它的驅(qū)動系統(tǒng)通常由氣閥、氣缸、氣罐和空氣壓縮機(jī)組成，其特點(diǎn)是氣源方便、動作迅捷、結(jié)構(gòu)簡單、成本低、維護(hù)方便。但難以控制速度，壓力不可太高，所以抓舉能力較低。電氣驅(qū)動式 這是機(jī)械手最常用的一種驅(qū)動方式。其特點(diǎn)是電源方便，響應(yīng)速度快，驅(qū)動力較大（關(guān)節(jié)型的持重達(dá)到400kg），信號的檢測、傳輸、便于操作，并可以控制使用各種靈活的解決方案。驅(qū)動電機(jī)一般采用步進(jìn)電機(jī)，DC伺服電動機(jī)作為主驅(qū)動器（AC）。由于電機(jī)速度快，通常需要減速機(jī)構(gòu)（如RV擺線的諧波驅(qū)動器，驅(qū)動器，齒輪傳動，螺桿驅(qū)動和多桿機(jī)構(gòu)等）的使用。有些機(jī)械手已經(jīng)開始采用無減速機(jī)構(gòu)的大轉(zhuǎn)矩、低轉(zhuǎn)速電機(jī)進(jìn)行直接驅(qū)動（DD），它可以使各機(jī)構(gòu)能夠簡化，但也提高了控制精度。機(jī)械驅(qū)動式機(jī)械驅(qū)動只用于固定場合的運(yùn)動。通常用凸輪連桿機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)動作。其特點(diǎn)是動作運(yùn)行可靠，工作速度快，成本低，但不易調(diào)整。其他還有采用混合驅(qū)動，即液體-氣體或電動-液壓混合動力驅(qū)動。3)控制系統(tǒng)機(jī)械手控制元件包括機(jī)械手控制分為兩個(gè)點(diǎn)控制，連續(xù)軌跡控制，以達(dá)到的位置，運(yùn)動時(shí)間，速度，加速和減速等。根據(jù)要求，采用數(shù)字順序控制。它必須首先被存儲在編制方案，然后按照規(guī)定程序，控制機(jī)械手的工作程序存儲方法有分離存儲和集中存儲。各種控制因素的信息被分離存儲分別存儲于兩個(gè)或兩個(gè)以上的信息存儲裝置中，如順序的信息存儲在插銷板、凸輪轉(zhuǎn)鼓、穿孔帶內(nèi)；位置信息存儲于時(shí)間繼電器、恒速回轉(zhuǎn)鼓等；集中存儲是將所有的信息集中存儲于一種存儲設(shè)備內(nèi)，如磁帶、鼓等。這種方式在順序、方位、時(shí)間、速度等都同時(shí)控制的場合下使用，即連續(xù)控制的情況下才能使用。在需要快速更改程序的場合用插銷板。換一種程序需要交換一種插銷板，相同的插件可以反復(fù)使用；穿孔紙帶長度可容納的程序沒有限制，但如果發(fā)生錯(cuò)誤的時(shí)候，我們就要更換所有；穿孔卡的信息容量是有限的，但是，容易更換、保存，可以重復(fù)使用；磁蕊和磁鼓只有在存儲容量較大的場合下使用。至于選擇什么樣的控制元件，則根據(jù)動作的復(fù)雜性和精確性來確定。對與動作復(fù)雜的機(jī)械手，一般采用求教再現(xiàn)的控制系統(tǒng)。更復(fù)雜的機(jī)械手則采用數(shù)字控制系統(tǒng)、小型計(jì)算機(jī)或微處理器控制的系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)用的最多的是插銷板，其次是凸輪轉(zhuǎn)鼓。附帶多個(gè)凸輪，每一個(gè)凸輪被分配給一個(gè)運(yùn)動軸，轉(zhuǎn)鼓運(yùn)動一周便完成一個(gè)循環(huán)。4) 位置檢測裝置控制機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動的位置，并及時(shí)將執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置反饋給控制系統(tǒng)，然后與設(shè)定的位置相比較，隨后通過控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，從而使執(zhí)行機(jī)構(gòu)能夠達(dá)到設(shè)定位置。1.2.2機(jī)械手的分類關(guān)于分類的問題，有許多不同種類的機(jī)械手，目前在全國都沒有統(tǒng)一的分類標(biāo)準(zhǔn)，暫時(shí)按使用范圍、驅(qū)動和控制系統(tǒng)進(jìn)行分類。1) 按用途分可分為通用機(jī)械手和專用機(jī)械手兩種:通用機(jī)械手它是一種擁有獨(dú)立的控制系統(tǒng)、動作靈活、程序可變的機(jī)械手。只要在規(guī)格性能范圍內(nèi)，其動作程序均是可變的，通過調(diào)整可以在不同的場合使用，驅(qū)動系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)均是獨(dú)立存在的。通用機(jī)械手的定位精度高、工作范圍大、通用性很強(qiáng)，適用于改變生產(chǎn)品種的中小批量的自動化生產(chǎn)。專用機(jī)械手它是連接到主機(jī)，有固定程序卻沒有獨(dú)立控制系統(tǒng)的裝置。專用機(jī)械手動作少、結(jié)構(gòu)簡單、工作對象單一、可靠和成本低，適用于大批量自動化生產(chǎn)，如自動機(jī)床、“加口加工中心”下屬的自動換刀和自動線裝卸機(jī)械手。2) 按驅(qū)動方式分液壓傳動機(jī)械手是用液壓來驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動的。氣壓傳動機(jī)械手是用壓縮空氣的壓力來讓執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動。機(jī)械傳動機(jī)械手即通過由機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)(如凸輪、連接桿、齒輪和齒條、間歇機(jī)構(gòu)等)驅(qū)動。電力傳動機(jī)械手有特殊結(jié)構(gòu)，是由感應(yīng)電機(jī)、直線電機(jī)或功率步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動的，因?yàn)闆]有中間轉(zhuǎn)換機(jī)制，所以機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單。3) 按控制方式分點(diǎn)位控制在幾個(gè)點(diǎn)的位置及其之間的動點(diǎn)的空間運(yùn)動，可以控制移動，無法控制它的軌跡。如果你想更多的控制點(diǎn)，會增加電控系統(tǒng)的復(fù)雜性。目前使用的特殊和一般的工業(yè)機(jī)械手都屬于這一類。連續(xù)軌跡控制其空間軌跡為任何連續(xù)的曲線，作為一個(gè)無限的設(shè)定點(diǎn)，其特征在于，整個(gè)過程是移動的控制下，可以實(shí)現(xiàn)平滑精確運(yùn)動，使用范圍很廣，但電氣控制系統(tǒng)復(fù)雜。這種工業(yè)機(jī)械手一般采用小型計(jì)算機(jī)控制。第2章 機(jī)械手的設(shè)計(jì)方案機(jī)械手的基本要求是能快速，準(zhǔn)確地拾取和搬運(yùn)物件，這需要它具有精度高，響應(yīng)速度快，一定承載能力，足夠的工作空間和自由度和靈活性能夠自動地定位在任何位置和其他特征。機(jī)械手的設(shè)計(jì)原則是：充分分析的工作對象（工件）的操作技術(shù)要求，制定最合理的工作工序和流程，在滿足功能要求的系統(tǒng)和環(huán)境條件下，工件的形狀和材料的性能，定位精度要求結(jié)構(gòu)清晰，抓取、搬運(yùn)著力特性，尺寸和質(zhì)量參數(shù)，以便進(jìn)一步定義結(jié)構(gòu)和操作的機(jī)械手控制的要求;嘗試使用標(biāo)準(zhǔn)組件的刻板，從而簡化了設(shè)計(jì)和制造過程，兼顧通用和專業(yè)性，并能實(shí)現(xiàn)靈活的轉(zhuǎn)換和編程控制2.1機(jī)械手的座標(biāo)型式與自由度按不同的運(yùn)動形式，其座標(biāo)型式可分為圓柱座標(biāo)式、直角座標(biāo)式、關(guān)節(jié)式和球座標(biāo)式。由于機(jī)械手工作時(shí)有升降，收縮和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，因此，使用圓柱坐標(biāo)系。圖 2-1是圓柱坐標(biāo)機(jī)械手的機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖圖 2-1圓柱坐標(biāo)機(jī)械手的機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖相應(yīng)機(jī)械手有三個(gè)自由度，以補(bǔ)償小行程升降運(yùn)動，手臂擺動機(jī)構(gòu)增加，從而增加了擺動的手臂的自由度。圖2-2是機(jī)械手的手指、手腕和手臂的運(yùn)動圖。圖 2-2 機(jī)械手運(yùn)動圖2.2 機(jī)械手手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為了使機(jī)械手更通用，就把可更換的結(jié)構(gòu)用來設(shè)計(jì)它的手部結(jié)構(gòu)，當(dāng)工件是板料的時(shí)候，使用氣流負(fù)壓吸盤;當(dāng)工件是棒料的時(shí)候，使用夾持手部。圖2-3 是機(jī)械手手部結(jié)構(gòu)圖圖2-3機(jī)械手手部結(jié)構(gòu)圖2.3 機(jī)械手手腕結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)考慮到機(jī)械手的通用性，因?yàn)楸蛔ト〉墓ぜ撬椒胖玫?，因此滿足要求的手腕必須要設(shè)有回轉(zhuǎn)運(yùn)動才行。所以，手腕要設(shè)計(jì)成回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，用來實(shí)現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)叫做回轉(zhuǎn)氣缸。圖2-4是機(jī)械手手腕結(jié)構(gòu)圖圖 2-4機(jī)械手手腕結(jié)構(gòu)圖2.4 機(jī)械手手臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)按照抓取工件的要求，這個(gè)機(jī)械手的手臂要有三個(gè)自由度，分別是手臂的伸縮、升降(或俯仰)運(yùn)動與左右回轉(zhuǎn)。手臂的升降運(yùn)動與回轉(zhuǎn)是通過立柱來實(shí)現(xiàn)的，立柱的橫向移動即為手臂的橫移。圖2-5 是機(jī)械手手臂結(jié)構(gòu)圖圖2-5機(jī)械手手臂結(jié)構(gòu)圖2.5 其他部件圖紙見附錄第3章 抓取機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1 手部設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)時(shí)要考慮的幾個(gè)問題1)有足夠的握力(夾緊力)當(dāng)確定手指的握力時(shí)，除了考慮工件重量，也應(yīng)考慮在傳送或操作過程中產(chǎn)生的慣性力和振動，以保證工件不會產(chǎn)生松動或脫落。2)手指應(yīng)具有一定的開閉角度兩個(gè)手指張開，閉合的角度的兩個(gè)極限位置被稱為手指的開閉角度。手指的開閉角度應(yīng)確保工件能順利進(jìn)入或脫開，如果持有不同直徑的工件，應(yīng)以工件的最大直徑考慮。對于移動型手指有打開和閉合的幅度要求。如圖3-1所示。圖3-1機(jī)械手開閉示例簡圖3) 確保準(zhǔn)確的工件定位手指和工件保持精確的相對位置，根據(jù)被抓取工件的形狀，選擇手指的形狀。例如用“V”形臉的手指，使自定心的圓柱形工件。4) 有足夠的剛度和強(qiáng)度手指會受到被加持工件的反作用力和運(yùn)動過程中的慣性與振動的干擾，需要足夠的剛度與強(qiáng)度，以防斷裂或歪曲，應(yīng)盡量簡單緊湊，自重輕，讓手部中心處于手腕的回轉(zhuǎn)軸線，讓手腕的扭轉(zhuǎn)力矩達(dá)到最小。5)滿足被抓取工件的要求根據(jù)機(jī)械手的運(yùn)作需要，通過比較，我們了解了機(jī)械手它的手部結(jié)構(gòu)是一支點(diǎn)， 兩指回轉(zhuǎn)型，由于大多工件為圓柱形，所以手指成V型設(shè)計(jì)。二、拉緊裝置原理如圖3-2所示：油缸右腔停止進(jìn)油時(shí)，彈簧力夾緊工件，油缸右腔進(jìn)油時(shí)松開工件。圖3-2 油缸示意圖1、右腔推力為FP=（4）DP （2.1）=（4）0.51510=2943.8N2、根據(jù)鉗爪夾持的方位，查出當(dāng)量夾緊力計(jì)算公式為：F1=（2ba）（cos）N （2.2） 其中 N=492N=368NF1=（2ba）（cos）N =(2150/50)（cos30）368 =1656N則實(shí)際加緊力為 F1實(shí)際=PK1K2/ （2.3）=16561.51.1/0.85=3020N經(jīng)圓整F1=3100N3、計(jì)算手部活塞桿行程長L,即L=（D/2）tg （2.4） =20tg30 =18.5mm經(jīng)圓整取l=20mm4、確定“V”型鉗爪的L、。取L/Rcp=3 （2.5）式中： Rcp=P/4=100/4=25 （2.6）由公式（2.5）（2.6）得：L=3Rcp=75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(jī)械運(yùn)動范圍（速度）（1）伸縮運(yùn)動 Vmax=400mm/sVmin=40mm/s（2）上升運(yùn)動 Vmax=400mm/sVmin=30mm/s（3）下降Vmax=700mm/sVmin=70mm/s（4）回轉(zhuǎn)Wmax=90/sWmin=30/s所以取手部驅(qū)動活塞速度V=50mm/s 6、手部右腔的流量Q=sv （2.7）=60r=603.1415=753.6mm/s7、手部工作的壓強(qiáng)P= F1/S （2.8） =3100/706.5=4.39Mpa3.2 腕部設(shè)計(jì)手腕和手臂的連接部件，腕部運(yùn)動是用于改變被夾物體的方位，其動作靈活，轉(zhuǎn)動慣性小。這個(gè)腕部具有回轉(zhuǎn)這一個(gè)自由度，可使用有一個(gè)活動度的回轉(zhuǎn)缸所驅(qū)動的腕部結(jié)構(gòu)。要求：回轉(zhuǎn)90 角速度W=30/s用最大載荷計(jì)算：當(dāng)工件處在水平位置時(shí)，此時(shí)擺動缸的工件扭矩是最大的，采用估算法，工件重8kg，長度l=500mm。如圖3-3所示。1、計(jì)算扭矩M1設(shè)重力集中在離手指中心的200mm處，即扭矩M1為：M1=FS （2.9）=89.80.2=15.68（NM） 工件 F S F 圖3-3 腕部的受力簡圖2、油缸（伸縮）和其配件的估算扭矩M2F=5kg S=10cm帶入公式2.9得M2=FS=59.80.1 =4.9（NM） 3、擺動缸摩擦力矩M摩F摩=200（N）S=15mm M摩=F摩S=3（NM）4、擺動缸總摩擦力矩MM=M1+M2+M摩 （2.10） =23.6（NM） 5.由公式T=Pb（A1-mm）106/8 （2.11）其中： b葉片密度，這里取b=2cm；A1擺動缸的內(nèi)徑, 這里取A1=8cm；mm轉(zhuǎn)軸的直徑, 這里取mm=2cm。所以代入（2.11）公式P=8T/b（A1-mm）106=823.6/0.02（0.08-0.02）106=1.57Mpa又因?yàn)閃=8Q/（A1-mm）b所以 Q=W（A1-mm）b/8 =（/4）（0.08-0.02）0.02/8 =12ml/s3.3 臂伸縮機(jī)構(gòu)手臂是主要的執(zhí)行單元。它的作用是支持腕部和手部，并帶動它們的空間運(yùn)動。手臂運(yùn)動的目的，一般供應(yīng)的握柄部的運(yùn)動范圍內(nèi)的任何一點(diǎn)的空間，從臂的力的情況下，它是在直接暴露于動態(tài)和靜態(tài)的手腕，手和工件工作載荷，但自身運(yùn)動多，所以受力更為復(fù)雜。機(jī)械手的精度最終聚焦在反映中手部的位置精度。因此，在選擇適當(dāng)?shù)膶?dǎo)向和定位是特別重要的。手臂的伸縮速度為180m/s行程L=400mm1、手臂右腔流量，公式（2.7）得：Q=sv =18040 =904320mm/s =900ml/s2、手臂右腔工作壓力，公式（2.8） 得： P=F/S （2.12）式中：F取工件重和手臂活動部件總重，估算 F=8+18=26kg， F摩=800N。所以代入公式（2.12）得： P=（F+ F摩）/S =（269.8+800）/40 =0.54Mpa3、由初步的計(jì)算選取液壓泵所需液壓的最高壓力 P=4.39Mpa所需液壓的最大流量 Q=900ml/s選用CB-D型液壓泵（齒輪泵）此泵的工作壓力是10Mpa，轉(zhuǎn)速是1800r/min，工作流量Q位于3270ml/r之間，因此可以滿足需要。4、驗(yàn)證腕部擺動缸：T=PD（A1-mm）m106/8 （2.13）W=8v/（A1-mm）b （2.14）式中：m機(jī)械效率?。?0.850.9v容積效率?。?0.70.95代入公式（2.13）得：T=0.890.02（0.08-0.02）0.85106/8 =11.3（NM）T<M=30.5（NM）代入公式（2.14）得：W=（82710-6）0.85/（0.08-0.02）0.02 =0.153rad/sW</40.785rad/s因此，取腕部回轉(zhuǎn)油缸工作壓力 P=1.57Mpa 流量 Q=12ml/s手部抓取缸的工作壓力P=4.39Mpa 流量Q=75ml/s小臂伸縮缸的工作壓力P=0.54Mpa 流量Q=900ml/s第4章 液壓系統(tǒng)的原理設(shè)計(jì)及草圖繪制4.1手部抓取缸的液壓原理圖 圖 4 -1手部抓取缸的液壓原理圖泵的供油壓力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4.1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4.2腕部擺動的液壓回路 圖 4 -2腕部擺動的液壓回路工作壓力 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4.3小臂伸縮缸的液壓回路圖 4 -3小臂伸縮缸的液壓回路工作壓力 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4.4總體系統(tǒng)圖圖 4 - 4總體結(jié)構(gòu)示意圖1、圖4 - 4為總體結(jié)構(gòu)示意圖2、工作過程： 1小臂伸長 2手部抓緊 3腕部回轉(zhuǎn) 4小臂回轉(zhuǎn) 5小臂收縮 6手部放松3、電磁鐵的動作順序表 元件動作1DT2DT3DT4DT5DT小臂伸長+-手部抓緊+-腕部回轉(zhuǎn)+-+-小臂收縮-手部放松-+-卸荷4、確定電機(jī)規(guī)格：液壓泵選用CB-D型液壓泵，額定壓力P=10Mpa，工作流量在3270ml/r之間，選用50L/min是額定流量的泵，因此：傳動功率 N=PQ/ （3.1）式中：=0.8 （經(jīng)驗(yàn)值）所以代入公式（3.1）得： N=1060103106/500.8=15KN選取電動機(jī)JQZ-61-2型電動機(jī)，額定功率17KW，轉(zhuǎn)速為2940r/min。第5章 機(jī)身機(jī)座的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)直接支撐和傳動手臂的部件。用來實(shí)現(xiàn)臂部的運(yùn)動，如升降、回轉(zhuǎn)或俯仰的驅(qū)動裝置或傳動部件直接安裝在機(jī)身上。因此，臂部的運(yùn)動越多，機(jī)身結(jié)構(gòu)和受力情況就越復(fù)雜，機(jī)身既可以是固定的，也可以是行走型的,如圖5-1所示。 圖5-1機(jī)身機(jī)座結(jié)構(gòu)圖臂部和機(jī)身的配置基本上反映了機(jī)械手的整體布局。機(jī)械手的機(jī)身設(shè)計(jì)成機(jī)座式，所以機(jī)械手是獨(dú)立的，作為一個(gè)系統(tǒng)的完整裝置，便于放置和自由移動，也可以有行走機(jī)構(gòu)。設(shè)置在中間的柱基，共同在回轉(zhuǎn)型的機(jī)器人臂。手臂沿基列作升降運(yùn)動，并取得更大的升降行程。吊裝過程由電機(jī)驅(qū)動旋轉(zhuǎn)螺栓。為首的一個(gè)螺栓與他的手臂上下運(yùn)動。由馬達(dá)驅(qū)動的齒輪減速機(jī)的臂的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)的身體，從而達(dá)到所要求的自由度。5.1電機(jī)的選擇機(jī)身采用兩臺電機(jī)，帶動手臂運(yùn)動的運(yùn)動，二是使身體的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。馬達(dá)驅(qū)動的旋轉(zhuǎn)體的電動機(jī)驅(qū)動臂，安裝在所述肋板的上下運(yùn)動，安裝在混凝土地基上。1、帶動臂部升降電機(jī)：初選上升的速度 V=120mm/s P=8KW所以n=（120/8）60=900轉(zhuǎn)/分選擇Y90S-4型電機(jī)，屬于籠型異步電動機(jī)。它采用B級絕緣，外殼的防護(hù)等級是IP44，冷卻方式是I（014）為全封閉自扇冷卻，其額定電壓是380V，額定功率是50HZ。2、帶動機(jī)身回轉(zhuǎn)的電機(jī)：初選轉(zhuǎn)速 W=30/s n=1/12轉(zhuǎn)/秒=5轉(zhuǎn)/分由于齒輪 i=3減速器 i=30所以n=5330=450轉(zhuǎn)/分選擇Y90L-6型籠型異步電動機(jī)電動機(jī)采用B級絕緣。外殼防護(hù)等級為IP44，冷卻方式為I（014）即全封閉自扇冷卻，額定電壓為380V，額定功率為50HZ。5.2減速器選擇減速器是原動機(jī)與工作機(jī)之間一種獨(dú)立閉式傳動裝置。是用來降低轉(zhuǎn)速、增加轉(zhuǎn)矩，以滿足工作的需要。初選WD80型圓柱型蝸桿減速器;WD是蝸桿下置一級傳動阿基米德圓柱型蝸桿減速器。蝸桿的材料是38siMnMo調(diào)質(zhì)蝸輪的材料是ZQA19-4中心矩a=80Msq=4.011 （4.1）傳動比I=30傳動慣量0.26510kgm5.3螺柱的設(shè)計(jì)和校核螺桿是機(jī)械手的主支承件，并傳動使手臂上下運(yùn)動。螺桿的材料選擇：從經(jīng)濟(jì)角度來講并能滿足要求的材料為鑄鐵。螺距 P=5mm 梯形螺紋螺紋的工作高度 h=0.5P （4.2）=2.5mm螺紋牙底寬度 b=0.65P=0.655=3.25mm （4.3）螺桿強(qiáng)度 = s/35 （4.4）=150/35=3050Mpa螺紋牙剪切=40彎曲b=45551、當(dāng)量應(yīng)力 (4.5)式中 T傳遞轉(zhuǎn)矩Nmm螺桿材料的許用應(yīng)力 所以代入公式（4.5）得：= （42009.8/d1）+3（2009.80.6/0.2d1） =6225025/d14+11236/d1690025001012即16471pa535340pa合格2、剪切強(qiáng)度Z=H/P=160/5 （4.6）=F/d1bz （4.7） =2009.8/0.0293.9（160/5）10-3 =248.2103pa =0.248Mpa=40Mpa3、彎曲強(qiáng)度b=3Fh/d1b2z =32009.83/2.93.92（160/5） =0.576Mpa=45Mpa合格第6章機(jī)械手的定位與平穩(wěn)性6.1常用的定位方式機(jī)械擋塊定位是在行程終點(diǎn)處設(shè)置一個(gè)機(jī)械擋塊。當(dāng)機(jī)械手經(jīng)減速運(yùn)行到終點(diǎn)時(shí)，能夠緊靠擋塊而定位。如果不是斷言定位之前的減速，定位驅(qū)動器壓力，在這種情況下，機(jī)械止動件的位置，以實(shí)現(xiàn)高的可重復(fù)性。普遍高于0.5毫米，如果除去的定位和關(guān)閉該驅(qū)動器的油壓，則機(jī)械手接觸的止動件可能會稍有距離背面，因此，定位的精度低。6.2影響平穩(wěn)性和定位精度的因素機(jī)械手能否正確工作，準(zhǔn)確來說是關(guān)于三維空間定位問題的研究，是無數(shù)線量和角量來定位的組合。在很多較簡單情況下，最主要的是單個(gè)量值。以下因素會影響單個(gè)線量和角量定位的誤差1) 定位不同的因素的影響，不同的方式定位。如果機(jī)械擋塊定位，剛度和止動件抵接的止動器的速度和其他因素的定位精度。2) 定位速度定位速度對定位精度有很大的影響。這是因?yàn)槎ㄎ凰俣仁遣灰粯拥?，耗散的能量是不同的運(yùn)動部件。通常情況下，應(yīng)合理控制，以減少定位誤差定位速度，如提高性能的緩沖裝置的緩沖和緩沖效率，控制驅(qū)動系統(tǒng)使移動部件及時(shí)減速。3) 準(zhǔn)確度機(jī)械手的制造精度和安裝精度的速度對定位精度有直接的影響。4)剛性機(jī)械手結(jié)構(gòu)本身與接觸剛度的剛度是低的，由于產(chǎn)生振動，定位精度一般較低。5) 可移動部件的重量運(yùn)動件的重量包括機(jī)械手本身的重量和配種的重量。移動部件的重量改變對定位精度的影響更大。通常情況下，增加移動部件的重量，降低定位精度。因此，設(shè)計(jì)不僅減少運(yùn)動部件的重量，而且要考慮把持的重量變化的工作。6) 驅(qū)動源液壓，氣動壓力波動和電壓，機(jī)油溫度，溫度的波動會影響機(jī)器人的重復(fù)定位精度。因此，要采取必要的措施，監(jiān)管和調(diào)節(jié)油溫。如果穩(wěn)定的液壓蓄能器的加熱器或冷卻器的油溫控制，低轉(zhuǎn)速，溫度，壓力補(bǔ)償流量控制閥。7) 控制系統(tǒng)開關(guān)控制，電液比例控制和伺服控制位置控制精度是不一樣的。這不僅是因?yàn)椴煌木_度和靈敏度的各種控制元素，而且還與位置反饋的移動設(shè)備的存在或不存在。電氣聯(lián)動，結(jié)構(gòu)簡單，易于使用，靈活，有多個(gè)V型輪傳輸，喂養(yǎng)平穩(wěn)，不間斷的方式無級變速進(jìn)料，自動上料機(jī)，可配備各種型號的無心磨削進(jìn)給拼接功能。范圍廣泛的進(jìn)料直徑可定制任何特殊。專門解決小長度的長條外圓磨削加工困難。本機(jī)可調(diào)，操作簡單，省工，速度快，分泌物多，一個(gè)人就可以操作5無心磨床。機(jī)械手能否準(zhǔn)確地工作，實(shí)際上是一個(gè)三維的定位問題是某些行的量和角定位的因素的不同組合的量的影響不同的定位方法。如果機(jī)械擋塊定位，剛度和止動件抵接的止動器的速度和其他因素的定位精度。定位速度對定位精度有很大的影響。這是因?yàn)槎ㄎ凰俣仁遣灰粯拥?，耗散的能量是不同的運(yùn)動部件。通常情況下，應(yīng)合理控制，以減少定位誤差定位速度，如提高性能的緩沖裝置的緩沖和緩沖效率，控制驅(qū)動系統(tǒng)使移動部件及時(shí)減速。機(jī)械手的制造精度和安裝精度的速度對定位精度有直接的影響。機(jī)械手的結(jié)構(gòu)本身與接觸剛度的剛度是低的，由于產(chǎn)生振動，定位精度一般較低。移動部件的重量，包括機(jī)械手本身的重量和配重被抓。移動部件的重量改變對定位精度的影響更大。通常情況下，增加移動部件的重量，降低定位精度。因此，設(shè)計(jì)不僅減少運(yùn)動部件的重量，而且要考慮把持的重量變化的工作。驅(qū)動源液壓，氣動壓力波動和電壓，油溫，溫度波動會影響機(jī)械手重復(fù)定位精度。因此，要采取必要的措施，監(jiān)管和調(diào)節(jié)油溫。如果穩(wěn)定的液壓蓄能器的加熱器或冷卻器的油溫控制，低轉(zhuǎn)速，溫度，壓力補(bǔ)償流量控制閥?？刂葡到y(tǒng)開關(guān)控制，電液比例控制和伺服控制位置控制精度是不一樣的。這不僅是因?yàn)椴煌木_度和靈敏度的各種控制元素，而且還與位置反饋的移動設(shè)備的存在或不存在。6.3機(jī)械手運(yùn)動的緩沖裝置緩沖裝置被分成兩種形式的內(nèi)側(cè)和外側(cè)緩沖器緩沖。內(nèi)側(cè)端部的緩沖缸緩沖電路的緩沖裝置的形式等。緩沖區(qū)外的彈性組件和機(jī)械油壓緩沖器的形式。內(nèi)緩沖的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，緊湊。但有時(shí)安置名額有限；緩沖區(qū)外的設(shè)置位置靈活，操作簡單，良好的緩沖性能調(diào)整等具有優(yōu)勢，但結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。使用緩沖罐裝置的端部的緩沖裝置的話題。當(dāng)活塞移動到一定距離時(shí)，端帽之間形成的活塞與緩沖室從氣缸端蓋。使用油門，以使臨時(shí)緩沖腔背壓產(chǎn)生的阻力的議案減速至停止，避免剛性避震裝置的原理叫做氣缸底緩震裝置。在緩沖行程中，孔板常數(shù)，叫做節(jié)流式油缸緩沖裝置。設(shè)計(jì)此裝置時(shí)，amax（最大的加速度）、Pmax（緩沖最大沖擊力）和Vr（殘余速度）三個(gè)參數(shù)受工作條件所限制。一般是先選中當(dāng)中一個(gè)參數(shù)，再驗(yàn)證其余兩個(gè)參數(shù)，步驟如下： 選取最大加速度通常，amax值按機(jī)械手結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和類型選取，并且要考慮速度和載荷大小。對于重載低速機(jī)械手，- amax取5m/s2以下，對輕載高速機(jī)械手來說，-amax取510 m/s2 計(jì)算沿運(yùn)動方向作用在活塞上的外力F水平運(yùn)動時(shí)： F=PSA-Ff （5.1） =0.251033.62-7=138N 計(jì)算殘余速度VrVr=VO/ 1-amaxm/F （5.2） =0.1/0.64=0.15m/s總結(jié)經(jīng)過幾周的時(shí)間，我終于完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)。有過迷茫，有過痛苦，有過喜悅，但還好，一切都過去了。這次做畢業(yè)設(shè)計(jì)，我參考了很多的資料，先確定機(jī)械手的設(shè)計(jì)方案，在掌握了一定的理論后，開始實(shí)施這些設(shè)計(jì)方案，還完成了各個(gè)原理圖的繪制。在沒有做畢業(yè)設(shè)計(jì)以前，我只是覺得這只是對幾年來學(xué)習(xí)的總結(jié)而已，但是通過這次做畢業(yè)設(shè)計(jì)以后我才發(fā)現(xiàn)自己的想法有多天真。畢業(yè)設(shè)計(jì)不僅僅是對自己大學(xué)學(xué)習(xí)的知識的一種檢驗(yàn)，更是對自己能力的一種提高。因?yàn)槲覀兯鶎W(xué)習(xí)到的知識不足以讓我們完成這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我們還必須查閱資料，向老師請教才能做好這次畢業(yè)設(shè)計(jì)。通過這次做畢業(yè)設(shè)計(jì)，我發(fā)現(xiàn)自己所學(xué)到的知識還是相當(dāng)缺乏的。自己需要學(xué)習(xí)的知識還太多太多。學(xué)習(xí)不是一朝一夕的，而是需要長期積累的。在以后的工作中，我們要不斷的學(xué)習(xí)，努力提高自身的知識。這次完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，也該感謝同學(xué)和老師對我的幫助。如果沒有他們的幫助，我肯定完成不了這次畢業(yè)設(shè)計(jì)。有什么不懂的大家一起商量，一起探討，真的對大家寫論文有很大幫助?？傊?，謝謝所有幫助我的同學(xué)和指導(dǎo)老師。有你們的幫助，我才能完成這次畢業(yè)設(shè)計(jì)。在以后的工作中，也要養(yǎng)成與人互助的習(xí)慣。參考文獻(xiàn)1、機(jī)械設(shè)計(jì)手冊3 機(jī)械工業(yè)出版社,徐灝主編2、機(jī)械設(shè)計(jì)手冊4 機(jī)械工業(yè)出版社,徐灝主編3、機(jī)械設(shè)計(jì)手冊5 機(jī)械工業(yè)出版社,徐灝主編4、工業(yè)機(jī)器人 北京理工大學(xué)出版社,張建民著5、工業(yè)機(jī)械手-機(jī)械結(jié)構(gòu)上 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社工業(yè)機(jī)械手編寫組6、機(jī)床設(shè)計(jì)手冊3,部件、機(jī)構(gòu)及總體設(shè)計(jì) 機(jī)械工業(yè)出版機(jī)床設(shè)計(jì)手冊編寫組7、液壓傳動 機(jī)械工業(yè)出版社,丁樹模主編8、機(jī)械制圖 大連理工大學(xué)工程畫教教研室 高等教育出版社9、畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)書 青島海洋出版社 李恒權(quán)、朱明臣、王德云主編10、機(jī)械基礎(chǔ) 中國勞動出版社，王棟梁主編11、機(jī)械制造技術(shù) 機(jī)械工業(yè)出版社，黃鶴汀主編附錄1 支承板2 液壓緩存器3 運(yùn)動機(jī)構(gòu)4 支撐套5 定位架6 右手指尖