【全套帶圖】曲軸加工搬運機械手（圓柱坐標(biāo)）設(shè)計

購買文檔送全套 紙 咨詢 14951605 下載文檔送對應(yīng)的 紙 14951605 或 1304139763 第 1 章 緒 論 業(yè)機械手概況 工業(yè)機器人是集機械、電子、控制、計算機、傳感器、人工智能等多學(xué)科先進(jìn)技術(shù)于一體的現(xiàn)代制造業(yè)重要的自動化裝備。 它是一種自動的、位置可控的、具有編程功能的多功能操作機，這種操作機具有幾個軸，能夠借助可編程操作來處理各種材料、零件、工具和專用裝置以執(zhí)行各種任務(wù)。 而機械手臂的研究，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)基本掌握了機械手的設(shè)計制造技術(shù)，控制系統(tǒng)硬件及軟 件設(shè)計技術(shù)，運動學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù)，生產(chǎn)了部分機器人關(guān)鍵元器件，開發(fā)出噴漆，弧焊，點焊，裝配，搬運等機器人 30多臺套噴漆機器人在二十余家企業(yè)的近 30條自動噴漆生產(chǎn)線上獲得規(guī)模應(yīng)用，弧焊機器人已經(jīng)應(yīng)用在汽車制造企業(yè)的焊裝生產(chǎn)線上。但總的來看，我國的工業(yè)機械手技術(shù)及其工程應(yīng)用水平和國外比還有一定得距離，如：可靠性低于國外產(chǎn)品 ;機械手應(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)與國外比有差距。影響我國機械手發(fā)展的關(guān)鍵平臺因素就是其軟件，硬件和機械結(jié)構(gòu)。目前工業(yè)機械手仍大量應(yīng)用在制造業(yè)，其中汽車工業(yè)占第一位 （占 ，電器制造業(yè)第二位（占 ，化工第三位（占 。發(fā)達(dá)國家汽車行業(yè)機械手應(yīng)用占保有量百分比為 53%，年產(chǎn)每萬量汽車所擁有的機械手?jǐn)?shù)為（包括整車和零部件）：日本 ，德國 ，法國 ，英國 ，美國 ，意大利 機械手主要由手部和運動機構(gòu)組成。手部是用來抓持工件（或工具）的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運動機構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動（擺動）、移動或復(fù)合運動來 實現(xiàn)規(guī)定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運動機構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨立運動方式，稱為機械手的自由度 。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有 6個自由度。自由度是機 械手設(shè)計的關(guān)鍵參數(shù)。自由 度越多，機械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。一般專用機械手有 2 3個自由度 購買文檔送全套 紙 咨詢 14951605 下載文檔送對應(yīng)的 紙 14951605 或 1304139763 上料機械手與通用機械手相比，其中上料機械手種的移動式搬運上料機械手適用于各種棒料，工件的自動搬運及上下料工作。例如鋁型材料擠壓成型鋁棒料的搬運及高溫棒料的自動上料作業(yè)，最大抓取棒料直徑可達(dá) 180大抓握重量可達(dá) 30公斤。最大行走距離為 械手各關(guān)節(jié)運動速度可調(diào)。移動式搬運上料機械手主要由手爪，小臂，大臂，手臂回轉(zhuǎn)機構(gòu)，小車行走機構(gòu)，液壓泵站，電氣控制系統(tǒng)組成。整個機械手及液壓系統(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 種作業(yè)的實現(xiàn)可以通過編程實現(xiàn)。 國內(nèi)外實際上使用的多為定位控制的機械手，沒有視覺及觸覺反饋。目前，世界各國正積極研制帶有“視覺”和“觸覺”的工業(yè)機械手，使它能對所抓取的工件可以進(jìn)行分辨，能選取所需要的工件，并正確的夾持工件，進(jìn)而精確的在 機器中定位，定向。 為使機械手有“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Γ?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，這種機械手具有以下幾個方面的性能： 1、 能準(zhǔn)確的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、 抓空或抓里不足時能夠檢測出來。 這 種具有感知能力并對感知的信息做出反映的工業(yè)機械手稱之為智能機械手 。 現(xiàn)在，工業(yè)機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工作，危險工作，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)之類的消費工業(yè)部分，機械手的應(yīng)用情況決不能說是最好的。雖然這些工業(yè)部門工時不足的問題尖銳，但采用機械手只限于一小部分工序，其原因是，其原因是，工業(yè)機械手的性能還不能滿足這些部門的要求，適于機械手工作范圍很狹小。這是主要原因。經(jīng)濟性問題當(dāng)然也很重要，采用機械手來節(jié)約人力從經(jīng)濟上來看，不一定總是合算的。然而，利用機械手或類似機械設(shè)備節(jié)省人力和實現(xiàn)生購買文檔送全套 紙 咨詢 14951605 下載文檔送對應(yīng)的 紙 14951605 或 1304139763 產(chǎn)合格化得要求，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獲得解決，機械手的應(yīng)用必將會飛躍發(fā)展。 目前，工業(yè) 機械手 有很大一部分應(yīng)用于制造業(yè)的物流搬運中。極大的促進(jìn)物流自動化，隨著生產(chǎn)的發(fā)展，搬運機器人的各方面的性能都得到了很大的改善和提高。氣動機械手大量的應(yīng)用到物流搬運機器人領(lǐng)域。 在手爪的機械結(jié)構(gòu)方面根據(jù)所應(yīng)用場合的不同以及對工件夾持的特殊要求，采取了多種形式的機械結(jié)構(gòu)來完成對工件的夾緊和防止工件脫落的鎖緊措施。在針對同樣的 目標(biāo)任務(wù)，采取多種運動方式相結(jié)合的方式來達(dá)到預(yù)定的目的。 驅(qū)動方面采用了一臺工業(yè)機器人多種驅(qū)動方式的情況，有液壓驅(qū)動，氣壓驅(qū)動，步進(jìn)電機驅(qū)動，伺服電機驅(qū)動等等。愈來愈多的搬運機器人是采用混合驅(qū)動系統(tǒng)的，這樣能夠更好的發(fā)揮各驅(qū)動方式的優(yōu)點，避免缺點。并且在它的控制精度方面和搬運效率方面有了很大的提高。 在搬運機械手的控制方面，出現(xiàn)了多種控制方式。如：由原始的電控的機械手，較先進(jìn)的基于工控機控制的，基于 一步的嵌入式 有采用 在物料搬運方面近年來呈現(xiàn)出的趨勢 就是系統(tǒng)化。無論是我國還是國外，物料搬運的發(fā)展都是由單一設(shè)備走向成套設(shè)備，由單機走向系統(tǒng)。在制造業(yè)方面，隨著物料搬運系統(tǒng)也提出了新的要求。其特點是力求減少庫存、壓縮等待和輔助時間，使多品種、少批量的物料準(zhǔn)時到達(dá)要求的地點。這一趨勢在機械工業(yè)方面得到了很大的應(yīng)用。其中采用了機器人等先進(jìn)的物料搬運技術(shù)，促進(jìn)了機械工業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和生產(chǎn)水平提高。 業(yè)機械手的分類 機械手的種類，按驅(qū)動方式可分為液壓式、氣動式、電動式、機械式機械手； 按適用范圍可分為專用機械手和 通用機械手兩種； 1、 專用機械手 附屬于主機的，具有固定程序而無獨立控制系統(tǒng)的機械裝置，這種機械手工作對象不變，動作較簡單，結(jié)構(gòu)簡單，實用可靠，適用于成批，大批量生產(chǎn)自動線或?qū)C作為自動上，下料用。 2、 通用機械手 具有獨立控制系統(tǒng)，程序可變，動作靈敏，動作靈活多樣的機械手。通用機械手工作范圍大，定位精度高，通用性強，適用于工件經(jīng)常變換的中，小批量自動化生產(chǎn)。 按運動軌跡控制方式可分為點位控制和連續(xù)軌跡控制機械手等。 購買文檔送全套 紙 咨詢 14951605 下載文檔送對應(yīng)的 紙 14951605 或 1304139763 機械手通常用作機床或其他機器的附加裝置，如在自動機床或自動生產(chǎn)線上裝卸和傳遞工件，在加工 中心中更換刀具等，一般沒有獨立的控制裝置。有些操作裝置需要由人直接操縱，如用于原子能部門操持危險物品的主從式操作手也常稱為機械手。 業(yè)機械手在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用 工業(yè)機械手在生產(chǎn)中的應(yīng)用非常廣泛，可以歸納為以下一些方面： 1、 建造旋轉(zhuǎn)零件體（軸類，盤類，環(huán)類零件）自動線，一般都采用機械手在機床之間傳送工件。 2、 在實現(xiàn)單機自動化方面。 （ 1） 各類半自動車床，有自行夾緊，進(jìn)刀，切削，退刀和松開的功能，但仍需人工上下料，裝上機械手，可實現(xiàn)全自動化生產(chǎn)。 （ 2） 注塑機有加料，合模，成型，分模等自動工作循環(huán)， 裝上機械手自動取料，可實現(xiàn)全自動生產(chǎn)。 （ 3） 沖床有自動上下沖壓循環(huán)，安裝機械手上下料，可實現(xiàn)沖壓生產(chǎn)自動化。 3、 鑄、鍛、焊、熱處理等加工方面。 總 的來說，由于工業(yè)機械手的特點滿足了社會生產(chǎn)的需要，進(jìn)而帶來了經(jīng) 效益。 其特點： 1、 對環(huán)境的適應(yīng)性強，能代替人從事危險，有害的操作，在長時間對人體 害的場所，機械手不受影響。 2、 機械手能持久，耐勞，可以把人從繁重的單調(diào)的勞動中解放出來，并能擴大和延伸人的功能。 3、 動作準(zhǔn)確，可保證穩(wěn)定和 產(chǎn)品的質(zhì)量，同時，可避免人為的操作錯誤。 4、 通用性靈活性好，特別是 通用工業(yè)機械手，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、 采用機械手能明顯的提高勞動生產(chǎn)率和降低成本。 購買文檔送全套 紙 咨詢 14951605 下載文檔送對應(yīng)的 紙 14951605 或 1304139763 第 2 章 工業(yè)機械手的設(shè)計方案 業(yè)機械手的組成 工業(yè)機械手是由執(zhí)行機構(gòu)，驅(qū)動機構(gòu)和控制部分所組成，各部分關(guān)系如下框圖 執(zhí)行機構(gòu) 執(zhí)行機構(gòu)包括抓取部分（手部），腕部，臂部和行走機構(gòu)等運動部件所組成。 1、 手部：直接與工件接觸的部分，一般是會轉(zhuǎn)型或平移型。 傳力機構(gòu)的形式較多。常用的有：滑槽杠桿式，連桿杠桿式，彈簧式等。 2、 腕部：是連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：手部是支撐被抓取物件，手部，腕部的重要部件。手臂的作用是帶動手指抓取物件，并按預(yù)定要求將其搬運到給定的位置。該設(shè)計的手臂有 四 個自由度，采用 圓柱 坐標(biāo)（ 前后、上下直線往復(fù)運動和左右旋轉(zhuǎn) ） 。圓柱 坐標(biāo)占空間 小 ，工作范圍 大 ，慣性大， 且不能抓取底面物體 ，一般為專用機械手。 4、 行走機構(gòu)：有的工業(yè)機械手帶有行走機構(gòu)。該機械手采用 V 型導(dǎo)軌作為底座行走機構(gòu)（ X 軸向直線移動） 5、 驅(qū)動機構(gòu)：有氣動，液動，電動和機械式四種形式。該機械手采用液壓驅(qū) 動。 6、 控制系統(tǒng)：點位控制及連續(xù)控制。 7、 機身。 2 2 規(guī)格參數(shù) 工業(yè)機械手的規(guī)格參數(shù)是說明機械手規(guī)格和性能的具體指標(biāo)，一般包括以下幾個方面： 1、 抓重：額定抓取重量或額定負(fù)荷，單位為公斤。該機械手抓重為 30 2、 自由度數(shù)目和坐標(biāo)形式：該機械手整機，手臂和手腕等運動共有 4 個自由度，購買文檔送全套 紙 咨詢 14951605 下載文檔送對應(yīng)的 紙 14951605 或 1304139763 坐標(biāo)形式為 圓柱 坐標(biāo)。 3、 驅(qū)動方式：液動。 4、 手臂運動參數(shù)： 800、 手腕運動參數(shù)：小于 180° 6、 手指夾持范圍： 6585 7、 定位精度： ± 3、 輪廓尺寸： 2350*1950*900(9、 整機重量：略。 計路線與方 案 計步驟 1、 查閱相關(guān)資料。 2、 確定研究技術(shù)路線與方案構(gòu)思。 3、 結(jié)構(gòu)和運動學(xué)分析。 4、 根據(jù)所給規(guī)格，范圍，性能進(jìn)行分析，強度及運動學(xué)校核。 5、 根據(jù)所給技術(shù)參數(shù)進(jìn)行計算。 6、 繪制工作裝配圖草圖。 7、 繪制總圖及零件圖等。 8、 總結(jié)問題進(jìn)行分析解決。 究方法和措施 使用現(xiàn)代設(shè)計方法和液壓傳動技術(shù)進(jìn)行設(shè)計， 采用圓柱 坐標(biāo)（ 4 個自由度） 章小結(jié) 本章主要按照機械手 的 組成初步擬定了總體的設(shè)計方案和 設(shè)計路線 ，制定了初步的設(shè)計步驟，給出該機械手的相關(guān)參數(shù)。 購買文檔送全套 紙 咨詢 14951605 下載文檔送對應(yīng)的 紙 14951605 或 1304139763 第三章 計算與分析 部 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，該機械手采用夾鉗式手部設(shè)計。 夾鉗式手部由手指，傳動機構(gòu)和驅(qū)動裝置組成，它對抓取各種形狀的工件有較大的適應(yīng)性，可以抓取軸，盤，套類零件，該機械手采用 2 個手指。 鉗手部設(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)具有一定得開閉范圍。 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、 考慮通用性和特殊要求。 部的計算與分析 1、 手部受力分析： 如圖 部受力簡圖 2、 由拉桿力平衡條件： 00 得 購買文檔送全套 紙 咨詢 14951605 下載文檔送對應(yīng)的 紙 14951605 或 1304139763 P 2 11 由 M （ F ） =0 得 1 a 2c o 初選 0 50 30 3、 夾緊力計算 21 （ 1K 取 2K =1+a/g 設(shè) 機械手緩沖時最大加速度為 20m/K ( =N ( 所以 31 7c o ( 取 3655 計算實際 (N ) 4、 確定油缸直徑 D 4實際P ( 22 )P 選取柱塞 壓力油工作壓力 240 所以 實際（ 根據(jù)液壓油缸內(nèi)徑及活塞桿外徑系列（ 2348選取油缸內(nèi)徑為 40活塞桿直徑為 d ( 壁厚D 選夾緊缸壁厚 10 （ 購買文檔送全套 紙 咨詢 14951605 下載文檔送對應(yīng)的 紙 14951605 或 1304139763 持誤差分析 工件平均半徑 05 1202 偏轉(zhuǎn)角 按最佳偏轉(zhuǎn)角確定 60s 取 2倍工件平均半徑 50 B o ss R s i nc o ss i i nm a x m a i nc o ss i i n m a i 1 所以夾持誤差滿足設(shè)計要求。 部 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動的基礎(chǔ)上進(jìn)一步改變或調(diào)整手部在空間的方位，用以擴大機械手的動作范圍，適應(yīng)性強。手腕具有獨立的自由度，手腕有繞 X 軸轉(zhuǎn)動的一個自由度。該機械手采 用手腕的回轉(zhuǎn)運動機構(gòu)為回轉(zhuǎn)油缸，它結(jié)構(gòu)緊湊，靈活，自由角度符合設(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、 腕部處于臂部的最前端，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)，重量和運動性能。因此在腕部設(shè)計時，必須力求結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕。 購買文檔送全套 紙 咨詢 14951605 下載文檔送對應(yīng)的 紙 14951605 或 1304139763 2、 腕部作為機械手的執(zhí)行機構(gòu)，由承擔(dān)連接和支撐作用，除了保證力和運動的要求，以及具有足夠的強度，剛度外還應(yīng)綜合考慮，合理布局及腕部和手部的連接，腕部自由度的位置檢測，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，有關(guān)材料及電控點測元件的耐熱性等）。 部回轉(zhuǎn)力矩的計算 腕部回轉(zhuǎn)時，需要克服一下幾種阻力： 1、 腕部回轉(zhuǎn)支承處的摩擦力矩 M 摩 由圖 知： M 摩 = 2f（ 2 (式中： 軸承處支承反力（ 可由靜力學(xué)平衡方程求得。 軸承直徑 （ m） f 軸承的摩擦系數(shù)，對于滾動軸承 f= 為簡化計算取 M 摩 =阻力矩 圖 部回轉(zhuǎn)力矩簡圖 件重量 2、 克服由于工件 偏 M 偏 = e （ 式中 ： e 工件重心到手腕回轉(zhuǎn)軸線的垂直距離（ m） 3、 克服起動慣性所需的力矩 M 慣 起動過程近似等加速運動，根據(jù)手腕回轉(zhuǎn)的角加速度 及起動所用的角速度 起 ： M 慣 =（ J+J 工件 ） ³ （ 式中： J 工件 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)過程中的角速度（度 /秒） 購買文檔送全套 紙 咨詢 14951605 下載文檔送對應(yīng)的 紙 14951605 或 1304139763 起動過程所轉(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椫?M 總 =M 偏 +M 摩 +M 慣 因為手腕回轉(zhuǎn)部分的轉(zhuǎn)動慣量（ J+ J 工件 ）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 M 偏 ， M 摩 。 適當(dāng)放大，而省略掉 M 慣 ，這時 M 偏 +M 摩 ） 設(shè)手爪，手爪驅(qū)動油 缸及回轉(zhuǎn)油缸轉(zhuǎn)動件為一個等效圓柱體，高為 7（ ，直徑為 22（ 其重量為 G=N）摩擦阻力矩 M 摩 =阻力矩 起動過程所轉(zhuǎn)過的角度 起 =18°， 等速轉(zhuǎn)動角速度 =200° /s。 則 M 慣 =（ J+J 工件 ） ³ 查型鋼表有： J= J 工件 = ³ m³ （ = 代入 M 慣 = N² m） M 偏 =0 M 摩 =阻力矩 M=阻力矩 +、 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，圖 所示為機械手的手腕回轉(zhuǎn)運動所采用的單葉片回轉(zhuǎn)油缸，定片 1 與缸體 2相連，動片 3與轉(zhuǎn)軸 5相連，當(dāng) a， 片帶動轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn)達(dá)到手腕回轉(zhuǎn)目的。 式中： M 總 手腕回轉(zhuǎn)總的阻力矩 P 回轉(zhuǎn)油缸工作壓力 R 缸體內(nèi)徑半徑 r 輸出軸半徑 b 動片寬度 注：可按外形要求或安裝空間大小，先設(shè)定 b， R， 購買文檔送全套 紙 咨詢 14951605 下載文檔送對應(yīng)的 紙 14951605 或 1304139763 D/d= ， 2，取 D/d=2，2 設(shè) r=40（ R=100（ b=30（ 確定回轉(zhuǎn)油缸工作壓力： P 22=47 （ N/ 由于系統(tǒng)工作壓力 P=N/，所以回轉(zhuǎn)油缸工作壓力足以克服摩擦力。 部 部設(shè)計的基 本要求 手臂部件是機械手的主要執(zhí)行部件。他的作用是支撐腕部和手部（包括工件），并帶動它們作空間轉(zhuǎn)動。 臂部運動的目的：把手部送到空間范圍內(nèi)的任意一點。手臂的各種運動由油缸驅(qū)動和各種傳動機構(gòu)來實現(xiàn)，從臂部的受力情況分析，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直接影響機械手的工作性能。 機身是固定的，它是直接承受和傳動手臂的部件，實現(xiàn)臂部的升降，回轉(zhuǎn)等運動。 臂部要實現(xiàn)所要求的運動，需滿足下列的各項基本要求： 1、 對于機械手臂式機身的承載能力，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越大，則剛度越差，而且其剛度隨著臂桿的伸縮不斷變化。對于機械手的運動性能，位置精度和負(fù)荷能力等影響很大。為了提高剛度，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。 臂部和機身既受彎曲力（而且不僅是一個方向的彎曲力）也受扭轉(zhuǎn)力，應(yīng)選用抗彎和抗扭剛度較高的截面形狀。所以機械手常用無縫鋼管坐導(dǎo)向桿，用工字鋼或槽鋼作為支撐板，這樣既提高了手臂剛度，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，傳動機構(gòu)以及管道，有利于結(jié)構(gòu)的緊湊，外形整齊。 (2)高支承剛度和選擇支承間的距離。 臂部和機身的變形量不僅與本身剛度有關(guān)，而且同支承的剛度和支撐件間距離有很大關(guān)系，要提高支承剛度，除從支座的結(jié)構(gòu)形狀，底板的剛度以及支座與底板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。 購買文檔送全套 紙 咨詢 14951605 下載文檔送對應(yīng)的 紙 14951605 或 1304139763 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。 (4)設(shè)計臂部時，元件越多，間隙越大，剛性越低，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)整補償環(huán)節(jié)，以減少重要部件的間隙，從而提高剛度。 (5)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)向桿承受部分或大部分自重和抓取重量。 (6)提高活塞和缸體內(nèi)徑配合精度，以提高手臂前伸時的剛度。 2、臂部運動速度要 高，慣性要小。 機械手臂的運動速度是機械手主要參數(shù)之一，它反映機械手的生產(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，手臂的移動，回轉(zhuǎn)和上升均要求勻速運動，（ 為常數(shù)），但在手臂的起動和終止瞬間，運動是變化的，為了減少沖擊，要求起動時間的加速度 和終止前的加速度不能太大，否則引起沖擊和振動。 圖 中 A 點為起動位置， B 點位緩沖位置， C 點為終點位置， 對于告訴運動的機械手，其最大移動速度設(shè)計在 15001000 mm/s，最大回轉(zhuǎn)角度設(shè)計在 180° /大部分形行程距離上平均移動速度為 1000mm/s，平均回轉(zhuǎn)角速度為 90° /s。手臂伸縮時所產(chǎn)生的慣性力為 F 慣 =m 質(zhì)量 （ a 加速度 （ m/s²） G 手臂運動件質(zhì)量 （ g 重力加速度 （ s²） t 起動或制動時間 v 起動或制動的速度差 手臂回轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的慣性力矩為： M 慣 =0）t 式中： J 角加速度 （° /s） 起動或制動的角速度差 （° /s） J 臂部回轉(zhuǎn)件對回轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動慣量 （ 臂部零件對其重心的轉(zhuǎn)動慣量 （ 、 購買文檔送全套 紙 咨詢 14951605 下載文檔送對應(yīng)的 紙 14951605 或 1304139763 臂部零件作為重心位置的質(zhì)點對臂部回轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動慣 ²； 回轉(zhuǎn)半徑； 為減少轉(zhuǎn)動慣量： （ 1） 減少手臂運動件的重量，采用鋁合金等輕質(zhì)高強度材料。 （ 2） 減少手臂運動件的輪廓尺寸。 （ 3） 減少回轉(zhuǎn)半徑，在安排機械手動作順序時，先縮后回轉(zhuǎn)（或先回轉(zhuǎn)后伸），盡可能在較小的前伸位置下進(jìn)行回轉(zhuǎn)動作。 （ 4） 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。 對于懸臂式機械手，其傳動件，導(dǎo)向件和定位件布置應(yīng)合理，使手臂運動過程盡可能平衡，以減少對升降支承軸線的偏心力矩，特別要防止發(fā)生“卡死”的現(xiàn)象(自鎖 )。為此必須計算使之滿足不自鎖條件。 如圖 （ 1） 偏重力矩的計算步驟： 計算零件重量，可分解為規(guī)則的體型進(jìn)行計算。 計算零件重心位置，求出重心至回轉(zhuǎn)軸線的距離。 求重心位置并計算偏重力臂 G 總 =G 工 +G 爪 +G 腕 +G 臂 + += i = 臂腕爪工臂臂腕腕爪爪工工= 計算偏重力矩 M 偏 =G 總 = 買文檔送全套 紙 咨詢 14951605 下載文檔送對應(yīng)的 紙 14951605 或 1304139763 圖 受 慣性力簡圖 (2)升降導(dǎo)向柱不自鎖條件 手臂在 G 總 的作用下有向下的趨勢，而立柱導(dǎo)套防止手臂這種趨勢。 由力的平衡有 2 總 2= 所謂不自鎖的條件： G 總 2=22h 2 f 取 f= h 4、 位置精度要求高 一般說來，直角和圓柱坐標(biāo)式機械手位置精度較高；關(guān)節(jié)式機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構(gòu)，能較好的控制位置精度，檢測裝置最好裝在最后的運動環(huán)節(jié)以減少或消除傳動、嚙合件的間隙。 除此之外，要求機械手通用性要好，能適合多種作業(yè)的要求；工藝性要好，便于加工和安裝； 用于熱加工的機械手，還要考慮隔熱，冷卻；用于作業(yè)區(qū)粉塵大的接攜手，還要設(shè)置防塵裝置等。 購買文檔送全套 紙 咨詢 14951605 下載文檔送對應(yīng)的 紙 14951605 或 1304139763 臂的設(shè)計計算 通常先進(jìn)行粗略的估算，根據(jù)運動參數(shù)初步 確定有關(guān)機構(gòu)的主要尺寸，再進(jìn)行校核計算，修正設(shè)計。 為了便于進(jìn)行液壓機械手的設(shè)計計算，我們分別就伸縮缸，升降缸，回轉(zhuǎn)油缸的設(shè)計敘述如下： 縮油缸的設(shè)計計算 1、 作水平伸縮直線運動油缸的驅(qū)動力 根據(jù)油缸驅(qū)動時所需克服的負(fù)載，摩擦，密封裝置及慣性等幾個方面的力，確定油缸所需的驅(qū)動力。 油缸活塞的驅(qū) 動力 圖 示 P = P 摩 P 密 P 回 P 慣 式中： P 摩 摩擦阻力。手臂運動時，運動表面間的摩擦力。如導(dǎo)向裝置、活塞和缸壁等處的阻力。 圖 由于導(dǎo)向桿相對稱配置，兩導(dǎo)向桿受力均衡，可按一個導(dǎo)向桿計算。 = 0 總Y = 0 總 P 摩 = =購買文檔送全套 紙 咨詢 14951605 下載文檔送對應(yīng)的 紙 14951605 或 1304139763 所以： P 摩 = a 2總 = 35³ 15 15152 ³ 267N 式 中： 參與運動的零部件的總重量（含工件重） （ L 手臂參與運動的零部件的總重量的重心 (a 導(dǎo)向支承的長度 ( 摩擦系數(shù)，對于靜摩擦且無潤滑時： 鋼對鑄鐵： 取 = 對鑄鐵） = （ 4/ /2）³ P 密 密封裝置處的摩擦阻力，“ 0”型密封。當(dāng)油缸工作壓力小于 100（ 。活塞桿直徑為油缸直徑的一般，活塞與活塞桿都采用“ 0”型密封圈密封時，油缸密封處的總的摩擦力為： P 封 1 P 封 2 = 中： P 封 1 P 封 2 = = N） P 封 3 = 式中： p 工作壓力 （ P 15d ,所以應(yīng)進(jìn)行穩(wěn)定性校核。 P 3 = 106 式中： 臨界力。可按材料力學(xué)有關(guān)公式計算 2 4 大柔度桿的臨界力 = 1 臨界力 P= （ = 106 式中： 活塞桿的計算柔變 (柔度系數(shù) ) l 活塞桿的計算長度 （ F i= 4 J 活塞桿截面對中性軸的慣量 （ J= d E 106 ( 彈性模量 長度折算系數(shù) 特定的柔度值 ， 1 = = = 比例極限。 購買文檔送全套 紙 咨詢 14951605 下載文檔送對應(yīng)的 紙 14951605 或 1304139763 i = 430= k = = 106 P = 3 = 106 = 缸端蓋的聯(lián)接方式及強度計算 。 為保證聯(lián)接的緊密性，必須規(guī)定螺釘?shù)拈g距 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聯(lián)接。 缸蓋螺釘?shù)挠嬎?： 為保證聯(lián)接的緊密性，必須規(guī)定螺釘?shù)拈g距 表 4 8。進(jìn)而決定螺釘?shù)臄?shù)目。 在這種聯(lián)接中，每個螺釘在危險剖面上承受的拉力0 和預(yù)進(jìn)力0Q之和。 s= s式中： = 為驅(qū)動力 （ Z 螺釘數(shù)目 P 工作 動力 （ s 預(yù)緊力 （ s = K K = 釘?shù)膹姸葪l件為： 合= = 214 0 計算載荷 （ 購買文檔送全套 紙 咨詢 14951605 下載文檔送對應(yīng)的 紙 14951605 或 1304139763 表 螺釘間距 壓力 p 的關(guān) 系 工作壓力 螺釘間距 5 15 < 150 15 25 < 120 25 50 < 100 50 10 < 80 = ( 抗拉許用應(yīng)力 n = 螺紋內(nèi)徑 （ 表 常用螺釘材料的流動極限 鋼號 10 3 35 45 40cr s( 2100 2200 2400 3200 3600 65009000 缸體螺紋計算 合= 4 2014 (式中： 0= P + sP = 42 s = ( P D 油缸內(nèi)徑 應(yīng)考慮螺紋拉應(yīng)力和扭應(yīng)力合成作用系數(shù)取 蓋連接螺釘和動片連接螺釘計算： （ 1）缸蓋連接螺釘計算 缸蓋與回轉(zhuǎn)油缸的缸體用螺釘聯(lián)接時，其螺釘?shù)膹姸扔嬎惴椒?同伸縮油缸缸蓋螺釘強度計算。 螺釘?shù)膹姸葪l件為 j 購買文檔送全套 紙 咨詢 14951605 下載文檔送對應(yīng)的 紙 14951605 或 1304139763 或 式中： 螺釘?shù)膬?nèi)徑 （ 算載荷 （ 螺釘材料作用拉應(yīng)力 身 機身是直接支撐和傳動手臂的部件。一般是實現(xiàn)臂部的升降、回轉(zhuǎn)或俯仰等運動的驅(qū)動裝置或傳動件都安裝在機身上，或者直接構(gòu)成機身的卻敢于底座相連。因此，臂部的運動愈多，機身的結(jié)構(gòu)和受力情況就愈復(fù)雜。機身既可以是固定的，也可以是行走的，即可以沿地面或架空軌道運動。 章小結(jié) 本章只要對機械手的手部，腕部，臂部，機座進(jìn)行了詳細(xì)的計算 分析以及相關(guān)校核。 對手部夾持誤差進(jìn)行了分析，對伸縮和升降油缸進(jìn)行了設(shè)計計算和選型。對相關(guān)液壓元件進(jìn)行了選型 和校核。 購買文檔送全套 紙 咨詢 14951605 下載文檔送對應(yīng)的 紙 14951605 或 1304139763 第 4章 液壓系統(tǒng) 壓缸的工況圖 根據(jù)前面設(shè)計的好的各液壓缸的參數(shù)，繪制各液壓缸的 P Q N 1、活塞缸工況圖的繪制 已知參數(shù)（包括設(shè)計出的參數(shù)）： t) ， t) ， i 表示第幾個缸的參數(shù) 224)()(4)()(無桿腔進(jìn)油 22224)()(4)()(有桿腔進(jìn)油 Ni(t) = t) ³ t) 2、擺動缸工況圖的繪制 已知參數(shù)： t) ， i (t)， i (t) = 228)( t) = * i (t) Ni(t) = t) ³ i (t) （ 1） 雙作用 夾緊油缸 40 201 = s 購買文檔送全套 紙 咨詢 14951605 下載文檔送對應(yīng)的 紙 14951605 或 1304139763 （ 2）手腕回轉(zhuǎn)缸 100 40 302 = 2 21/s 注意：忽略角加速度和角減速度的影響。 （ 3）手 臂升降活塞缸 80 60 3 9 6 7 cm/s （ 4） 手臂伸縮 活塞 缸 50 25 cm/s 工 況圖 （ 1） 夾緊缸： 無桿腔進(jìn)油情況下： 222/ 6/ 8/ 0圖 桿腔進(jìn)油時 工況圖 購買文檔送全套 紙 咨詢 14951605 下載文檔送對應(yīng)的 紙 14951605 或 1304139763 有桿腔進(jìn)油情況下： 222/ 9/ 4/ 8（ 4² 2² ）³4= 270 s 圖 （ 2） 手腕回轉(zhuǎn)缸 222/ 6 4 8/ 4 4 8/ 3 0 883（ 10² 4² ）³2= s 8 2 2 圖 回轉(zhuǎn)缸工況圖 （ 3） 手 臂升降活塞缸： 購買文檔送全套 紙 咨詢 14951605 下載文檔送對應(yīng)的 紙 14951605 或 1304139763 222/ ³ 8² = 37.4 s 圖 因為以上是無桿腔進(jìn)油的工況，當(dāng)有桿腔進(jìn)油時，整個手臂自重會使它產(chǎn)生復(fù)值負(fù)荷，所以不作有桿腔進(jìn)油的工況圖。 （ 4） 手 臂伸縮活塞缸： 無桿腔進(jìn)油情況下： 222/ 圖 有桿腔進(jìn)油情況下： 購買文檔送全套 紙 咨詢 14951605 下載文檔送對應(yīng)的 紙 14951605 或 1304139763 222/³ (5² = s 圖 算和選擇液壓元件 壓泵的選 擇 （ 1）計算液壓泵的工作壓力 泵的工作壓力是所有液壓缸中工作壓力最大者與管道壓力損失之和。即： P P 管道和各類閥的全部壓力損失之和。 可先估計，一般?。?P = （ 5 8）³ 105 2） 計算液壓泵的流量 式中： K 泄露折算系數(shù)，一般， K= 3）選擇液壓泵的規(guī)格 參照設(shè)計手冊或產(chǎn)品樣本，選取其額定壓力比 5 60%，其流量與上述計算一直的液壓泵。 （ 4）計算功率，選用電動機 按工況圖，找出所有缸 N s（計算值）和泵額定流量的乘積，然后除以泵的總效率 p = 購買文檔送全套 紙 咨詢 14951605 下載文檔送對應(yīng)的 紙 14951605 或 1304139763 確定液壓泵的流量壓力和選擇泵的規(guī)格 泵的工作壓力的確定。考慮到正常工作中進(jìn)油路有一定的壓力損失，所以，泵的工作壓力為： P 液壓泵的最高工作壓力 執(zhí)行元件的最高工作壓力 P 進(jìn)油管路中的壓力損失，初算時， 簡單系統(tǒng)可取 P = 5 述計算所得的 考慮到系統(tǒng)在各種工況的過渡，階段出現(xiàn)的動態(tài)壓力往往超過靜態(tài)壓力。另外考慮到，一定的壓力儲備量并確保泵的壽命，因此選泵的額定壓力 ( n = p = 5= 流量的確定。液壓泵的最大流量應(yīng)為： q) 液壓泵的最大流量 ( q) 同時工作的各執(zhí)行元件所需流量之和的最大值。如果這是溢流閥正進(jìn)行工作，尚需加溢流閥的最小溢流量 32 L/L 系統(tǒng)泄露系數(shù)，一般取 = 1.2 32 = 。根據(jù)以上算得 查閱有關(guān)手冊，現(xiàn)選用 泵的基本參數(shù)為：每轉(zhuǎn)排量： 125mL/r；泵的額定壓力 0 動機轉(zhuǎn)速 450r/積效率 r= 總效率 = 液壓泵匹配的電 動機的選定。首先分別計算出不同工況時的功率，取它們之間的最大值作為選取電動機規(guī)格的依據(jù)。由于在速度較小時，泵輸出的流量減小，泵的效率急劇下降，一般當(dāng)流量在 1L/圍內(nèi)時，可取 = 時，還應(yīng)注意到，為了使所選擇的電動機在經(jīng)過泵的流量特性曲線最大功率點時，不致停轉(zhuǎn)，需進(jìn)行驗算，即 213) 泵的工作壓力： P=² 購買文檔送全套 紙 咨詢 14951605 下載文檔送對應(yīng)的 紙 14951605 或 1304139763 N 電 = = 10³ （ W） = 選電機： 4,N = W , n=1430 選擇液壓控制閥的原則 按控制閥的額定壓力和額定流量大于系統(tǒng)最高工作壓力和通過該閥的最大流量原則。 擇液壓輔助元件的要求 （ 1）濾油器 按泵的最大流量選取流量略大些的濾油器，濾油精度在為 100µm 網(wǎng)式或線段式濾油器即可。 （ 2）有關(guān)和管接頭 油管和管接頭的通徑與閥一致來選取。 （ 3）油箱容積 V=5意： 位若為 L/V 的單位為（ ³ 位若為 m³/V 的單位為 m³ 體選擇液壓元件 （ 1）換向回路 夾緊缸換向選用二位四 通閥，其他缸全部選用 B 型的三位四通電磁換向閥。選用 B 型 電磁閥便于微機控制，選中位為 0型是是定位準(zhǔn)確。 （ 2）調(diào)建方案 從工況圖可知，本系統(tǒng)是功率較小的，故選簡單的進(jìn)油路節(jié)流閥調(diào)速。同樣的道理，選用單泵供油，力求獲得較好的經(jīng)濟性。 （ 3）緩沖回路 應(yīng)便于微機控制，提高自動化程度。 （ 4）系統(tǒng)的安全可靠性 為防止伸縮缸在氧氣一定角度后的自由下滑，都采用單向順序閥來平衡。 根據(jù)動作要求編制液壓系統(tǒng)動作 循環(huán)及電磁動作順序表。 液壓元件的選擇：確定管道尺寸： 本系統(tǒng)主油路流量 q=31 L/油路的允許流速為 v=4m/s，則內(nèi)徑 d=4.6 =： 購買文檔送全套 紙 咨詢 14951605 下載文檔送對應(yīng)的 紙 14951605 或 1304139763 液壓油箱的作用是儲存液壓油，分離液壓油中的雜志和空氣，同時，起到分散的作用。 1、 液壓油 箱 有效容積的確定 液壓油箱在不同的工作條件下，影響散熱的條件很多，通常按壓力范圍來考慮。液壓油箱的有效容積 在中低壓 系統(tǒng)中（ p ,可取 V=( 53 ) 式中： V 液壓油箱幼小容量； 液壓泵額定流量 V = 3³ 3³ 故 V = 120L 應(yīng)當(dāng)注意：設(shè)備停止運轉(zhuǎn)后，設(shè)備中的那部分會因重力作用而流回液壓油箱。為了防止液壓油從郵箱中溢出，郵箱中的液壓油位不能太高，一般不應(yīng)超過液壓油箱高度的 1. 液壓油箱的外型尺寸 液壓油箱的有效容積確定后，需設(shè)計液壓油箱的外型尺寸，一般尺寸比（長：寬：高）為 1:1: 11 :2:3 因此，長：寬：高 =4:5:6 所以 長為 400為 500為 600 在小型液壓系統(tǒng)中，進(jìn)給速度的控制一般采用節(jié)流閥根據(jù)工作時對低速性能和速度負(fù)載特性都有一定要求的特點，決定采用定量泵和節(jié)流閥組成的容積節(jié)流調(diào)速。這種調(diào)速回路具有效率高，發(fā)熱小，和速度剛性好的特點，并且節(jié)流閥裝在回油路中，對液壓缸具有一定得緩沖作用。 確定供油方式： A A 103/1056=定流量為 056cm/= /4（ =計算在各工作階段液壓缸所需的最大流量 Q 夾 = /4²（ D 夾 ² ²）² v 夾 =² D 上 ²² v 上 =² (D 下 ² ²) ² v 下 =² D 出 ²² v 出 =